(57)【要約】【課題】小型化および低コスト化を実現した波長多重光源を提供すること、ならびにこれを用いた波長多重光モジュールを提供する。【解決手段】互いに異なる波長の光を複数の光発生部において発生させ、複数の光発生部においてそれぞれ発生した光をモノリシック集積ミラー９によって反射させて集光レンズへ入射させ、複数の光発生部においてそれぞれ発生した光の集光レンズ上での出射位置を、集光レンズの中心位置から所定量ずらす。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１導電型の半導体基板と、
前記半導体基板の第１面上に設けられた複数の活性層と、
各々の前記活性層上に設けられた、前記第１導電型とは異なる第２導電型の複数のクラッド層と、
各々の前記活性層で発生する光を共振させる複数の共振器部と、
前記半導体基板の前記第１面上に設けられ、複数の前記活性層で発生する光を前記第１面と対向する第２面側へ反射させる反射鏡と、
前記第２面に形成され、前記反射鏡で反射された光を集める集光レンズと、
を有し、
複数の前記活性層で発生する光の波長は互いに異なり、
複数の前記活性層で発生する光の前記集光レンズ上での出射位置は、いずれも前記集光レンズの中心からずれていることを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項２】
請求項１記載の半導体レーザ装置において、
前記活性層で発生する光を前記反射鏡へ放出する光発生部は、分布帰還型レーザであることを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項３】
請求項１記載の半導体レーザ装置において、
前記活性層で発生する光を前記反射鏡へ放出する光発生部は、分布ブラッグ反射型レーザであることを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項４】
請求項１記載の半導体レーザ装置において、
前記活性層で発生する光を前記反射鏡へ放出する光発生部は、
光が進む方向と前記半導体基板の前記第１面で直交する方向における前記クラッド層の断面の形状が、前記半導体基板の厚さ方向に凸型に加工されたリッジウェーブガイド構造を有することを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項５】
請求項１記載の半導体レーザ装置において、
前記活性層で発生する光を前記反射鏡へ放出する光発生部は、
前記活性層と前記半導体基板が、光の進む方向に沿ってストライプ形状に加工され、前記ストライプ形状が、前記活性層を超えて前記半導体基板に到達する深さを有し、前記ストライプ形状の両側面が半絶縁性半導体材料で埋め込まれた埋め込みヘテロ型構造を有していることを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項６】
請求項１記載の半導体レーザ装置において、
さらに、複数の前記活性層でそれぞれ発生した光を前記反射鏡へ導波する複数の導波路を有し、
複数の前記導波路は、バルク半導体を埋め込み成長させた導波路であることを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項７】
請求項１記載の半導体レーザ装置において、
さらに、複数の前記活性層でそれぞれ発生した光を前記反射鏡へ導波する複数の導波路を有し、
複数の前記導波路は、２種類以上の半導体層を複数重ねた多重量子井戸構造と、前記多重量子井戸構造上に形成された前記クラッド層とから構成され、光が進む方向と直交する断面の形状が凸型に加工され、前記凸型の両側の深さが前記多重量子井戸構造を超えて、前記半導体基板の一部に達しているハイメサ型導波路であることを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項８】
請求項１記載の半導体レーザ装置において、
２個の前記反射鏡が形成されており、複数の前記活性層の一部でそれぞれ発生した光が一方の前記反射鏡に入射し、複数の前記活性層の他部でそれぞれ発生した光が他方の前記反射鏡に入射することを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項９】
請求項１記載の半導体レーザ装置において、
前記集光レンズの光出射側に、透過型の回折格子が形成されたガラス基板が配置されていることを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項１０】
請求項１記載の半導体レーザ装置において、
前記集光レンズの光出射側に、反射型の回折格子および前記反射型の回折格子から反射した光を再度反射するための反射面が形成されたガラス基板が配置されていることを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項１１】
請求項１記載の半導体レーザ装置において、
さらに、複数の前記活性層でそれぞれ発生した光を前記反射鏡へ導波する複数の導波路を有し、
複数の前記導波路のそれぞれの上方の一部に、複数の前記活性層でそれぞれ発生した光を変調する変調器が形成されていることを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項１２】
表面、前記表面と反対側の裏面を有する第１導電型の半導体基板と、複数の第１光発生部と、複数の第２光発生部と、前記複数の第１光発生部と前記複数の第２光発生部との間に配置された光出射端部とを有する半導体レーザ装置であって、
前記複数の第１光発生部の各々および前記複数の第２光発生部の各々は、
前記半導体基板の前記表面上に形成された活性層と、
前記活性層上に設けられた、前記第１導電型とは異なる第２導電型のクラッド層と、
光が進む方向に光を反射もしくは共振させる共振器部と、によって構成され、
前記光出射端部は、
前記半導体基板の前記表面側に形成され、前記複数の第１光発生部においてそれぞれ発生する光および前記複数の第２光発生部においてそれぞれ発生する光を、前記半導体基板の前記表面側から前記裏面側へ、前記表面の法線方向に出射させるための反射鏡と、
前記半導体基板の前記裏面に設けられた集光レンズと、によって構成され、
前記複数の第１光発生部および前記複数の第２光発生部においてそれぞれ発生する光の波長が互いに異なり、
前記複数の第１光発生部においてそれぞれ発生した光および前記複数の第２光発生部においてそれぞれ発生した光が前記反射鏡により反射して前記集光レンズへ入射し、前記複数の第１光発生部においてそれぞれ発生した光および前記複数の第２光発生部においてそれぞれ発生した光の前記集光レンズ上での出射位置が、前記集光レンズの中心位置からずれていることを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項１３】
請求項１２記載の半導体レーザ装置において、
前記複数の第１光発生部および前記複数の第２光発生部は、分布帰還型レーザであることを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項１４】
請求項１２記載の半導体レーザ装置において、
前記複数の第１光発生部および前記複数の第２光発生部は、分布ブラッグ反射型レーザであることを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項１５】
請求項１２記載の半導体レーザ装置において、
前記複数の第１光発生部および前記複数の第２光発生部は、
光が進む方向と前記半導体基板の前記表面で直交する方向における前記クラッド層の断面の形状が、前記半導体基板の厚さ方向に凸型に加工されたリッジウェーブガイド構造を有することを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項１６】
請求項１２記載の半導体レーザ装置において、
前記複数の第１光発生部および前記複数の第２光発生部は、
前記活性層と前記半導体基板が、光の進む方向に沿ってストライプ形状に加工され、前記ストライプ形状が、前記活性層を超えて前記半導体基板に到達する深さを有し、前記ストライプ形状の両側面が半絶縁性半導体材料で埋め込まれた埋め込みヘテロ型構造を有することを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項１７】
請求項１２記載の半導体レーザ装置において、
さらに、前記複数の第１光発生部および前記複数の第２光発生部でそれぞれ発生した光を前記反射鏡へ導波する複数の導波路を有し、
前記複数の導波路は、バルク半導体を埋め込み成長させた導波路であることを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項１８】
請求項１２記載の半導体レーザ装置において、
さらに、前記複数の第１光発生部および前記複数の第２光発生部でそれぞれ発生した光を前記反射鏡へ導波する複数の導波路を有し、
前記複数の導波路は、２種類以上の半導体層を複数重ねた多重量子井戸構造と、前記多重量子井戸構造上に形成された前記クラッド層とから構成され、光が進む方向と直交する断面の形状が凸型に加工され、前記凸型の両側の深さが前記多重量子井戸構造を超えて、前記半導体基板の一部に達しているハイメサ型導波路であることを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項１９】
請求項１２記載の半導体レーザ装置において、
前記集光レンズの光出射側に、透過型の回折格子が形成されたガラス基板が配置されていることを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項２０】
請求項１２記載の半導体レーザ装置において、
前記集光レンズの光出射側に、反射型の回折格子および前記反射型の回折格子から反射した光を再度反射するための反射面が形成されたガラス基板が配置されていることを特徴とする半導体レーザ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、面出射型半導体レーザ装置に関し、特に、光通信に用いられる半導体レーザ素子およびこれを用いた光通信モジュールに適用して有効な技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、ハイエンドルータの装置当りのスループットは１.６Ｔｂｐｓに達しており、今後更なる大容量化が予測されている。これに伴い、伝送装置間（数ｍ〜数百ｍ）または伝送装置内（数ｃｍ〜１ｍ）といった極めて近距離のデータ伝送においては、大容量データを効率的に処理するために、配線を光化する光インタコネクトが有望視されている。これは、光伝送を用いることにより、電気伝送と比較してチャンネル当り速度の高速化およびチャンネル高密度化がより低コストで実現できるからである。
【０００３】
このような光インタコネクトでは主として、単一波長の光を複数用いるパラレル方式が検討されている。しかしながら、パラレル方式の場合、通信容量増大に伴い、光ファイバとこれを集約するコネクタ実装面積の観点から、近い将来物理限界に到達することが懸念される。例えば２０２０年には、ハイエンドルータの装置当たりのスループットは１００Ｔｂｐｓ級になると予測され、このときチャンネル当り速度を２５Ｇｂｐｓとした場合、１ボード当たりに必要な光ファイバ本数は送受信合わせて約１０００本と膨大な数に上る。
【０００４】
一方、一般的にサーバやルータなど通信機器のサイズは米国電子工業会（U. S. Energy Information Administration：ＥＩＡ）の定める規格に準拠しており、ボード幅は１９インチラックに納まるサイズとされている。このため、冷却用の風穴面積を考慮しつつ、標準的な光インタコネクトを用いた場合、１ボード当たりに実装可能な光ファイバ本数の上限は３００本程度となり、１０００本もの光ファイバは収容不可能である。
【０００５】
そこで、このような物理限界を打破する技術として、光インタコネクトへの波長多重伝送（Wavelength Division Multiplexing：ＷＤＭ）の導入が必要とされている。ＷＤＭは複数波長を１本の光ファイバで伝送するため、光ファイバ本数が削減可能である。例えば前述の１００Ｔｂｐｓのハイエンドルータの場合、８波長のＷＤＭを用いることにより、光ファイバ本数を１３０本程度まで削減することができる。
【０００６】
ＷＤＭは、既に長距離光通信に導入されている。図２７は、伝送距離１０ｋｍ、４０ｋｍ用の１００ＧｂＥ向け光通信モジュールに適用されるＷＤＭ送信光源の原理図である。レーザダイオード１０９，１１０，１１１，１１２はそれぞれ単一波長で発振するレーザであり、レーザダイオード１０９，１１０，１１１，１１２のそれぞれの発振波長はＬＡＮ（Local Area Network）−ＷＤＭの波長帯域に合わせた１３１０ｎｍ、１３０５ｎｍ、１３００ｎｍ、１２９５ｎｍとなっている。波長選択フィルタ１０３，１０４，１０５，１０６はそれぞれ１３１０ｎｍ以上、１３０５ｎｍ以上、１３００ｎｍ以上、１２９５ｎｍ以上の波長を透過し、これらより短い波長を反射するフィルタである。従って、例えば波長選択フィルタ１０５はレーザダイオード１１１から出射される光は透過するが、レーザダイオード１１２から出射される光は反射する。
【０００７】
すなわち、図２７に示すＷＤＭ送信光源を採用した波長合波器では、レーザダイオード１０９，１１０，１１１，１１２からそれぞれ出射された光が出射側に配置されたコリメートレンズ１０８を介して、波長選択フィルタ１０３，１０４，１０５，１０６とガラス基板１０７とからなる波長合波素子に入射される。さらに、多重化されたレーザ光１１３が集光レンズ１０２でシングルモードファイバ（Single Mode Fibre：ＳＭＦ）１０１に集光される。
【０００８】
一方、小型でより簡易な構成の高出力光源を実現することを目的とした波長多重の例、および複数の単一波長光を多重する例が、特開２００２−２０２４４２号公報（特許文献１）および特開２００３−３４４６０９号公報（特許文献２）にそれぞれ開示されている。これらの例では複数のレーザダイオードから出射した光がそれぞれコリメートレンズでコリメート光とされ、集光レンズにおいて1本の光ファイバに結合される構成が記載されている。
【０００９】
特開２００２−２０２４４２号公報（特許文献１）では、複数のレーザダイオードと複数のコリメートレンズまたはこれらを集積したコリメートレンズアレイと１つの集光レンズを用いている。特開２００３−３４４６０９号公報（特許文献２）では、上記特許文献１と同じ光学構成であるが、複数のコリメートレンズと集光レンズとを一体成形として更なる部品点数削減を図っている。
【００１０】
また、例えば特開平９−１８４２３号公報（特許文献３）には、上記特許文献１，２と同様な光学系を用いるが、構成が相違する例が開示されている。この構成例では、複数の面型レーザがモノリシック集積されたレーザアレイと複数のレンズが一体配列されたレンズアレイとを有し、各面型レーザから出射された光が、各レンズによりコリメートされ、１つの集光レンズにより光ファイバに導入される。このような構成では、レーザが別体の場合に比べて部品構成数を削減できるので、低コスト化が可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００２−２０２４４２号公報
【特許文献２】特開２００３−３４４６０９号公報
【特許文献３】特開平９−１８４２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、前述の図２７に示した構成のＷＤＭ送信光源では、波長選択フィルタの作製制度や光クロストークの観点から、モジュールサイズが大きくなるという課題がある。特に、光インタコネクトでは、ボード面積が限られているため、スループット増大には光モジュールの小型化が必要不可欠である。例えば１００Ｇｂｐｓルータではモジュール当りの実装面積は１ｃｍ角程度以下であることが望ましい。現在、前述の図２７に示した構成のＷＤＭ送信光源を用いた４波長の送信モジュールまたは受信モジュールが既に開発されており、これらの実装面積はほぼ１ｃｍ角に納まっている。
【００１３】
しかしながら、この構成を用いた場合には、前述した理由により更なる小型化は困難である。このため、送受信一体型のモジュールとした場合、その大型化は避けられない。また、波長数を４波長以上とした場合、当然モジュールサイズは大きくなってしまう。また、前述の図２７に示した構成のＷＤＭ送信光源では、レーザダイオード、コリメートレンズ、波長選択フィルタ、集光レンズ間での多数の光学的な位置合わせ作業が必要となるため、作製コストの点で不利である。
【００１４】
一方、前述の特許文献１の構成では、複雑のフィルタを用いないため、使用部品の低コスト化が見込まれる。しかし、レーザダイオード、コリメートレンズ、コリメートレンズアレイ、集光レンズ間での多数の光学的な位置合わせが必要である。また、コリメートレンズと集光レンズとが別体であるため、モジュールサイズの小型化および部品点数の削減には限界が生じる。
【００１５】
また、前述の特許文献２の構成では、コリメートレンズと集光レンズとを一体化して部品点数の削減を図っているものの、モジュールサイズに関しては同様な理由により限界が生じる。
【００１６】
また、前述の特許文献３では、面型レーザ、コリメートレンズともに一体成形のアレイ構造としているものの、レーザチップ、コリメートレンズアレイ、集光レンズ３者間の光学位置合わせが必要となる。加えて、前述の特許文献１，２の場合と同様に別体レンズを用いるため小型化にも課題が残る。
【００１７】
本発明の目的は、小型化および低コスト化を実現した波長多重光源を提供すること、ならびにこれを用いた波長多重光モジュールを提供することにある。
【００１８】
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの一実施の形態を簡単に説明すれば、次のとおりである。
【００２０】
この実施の形態は、複数の光発生部と、光出射端部と、複数の光発生部と光出射端部との間に形成された複数の光導波路とを有する半導体レーザである。複数の光発生部の各々を、ｎ型のＩｎＰ基板と、ｎ型のＩｎＰ基板の表面上に形成されたＩｎＧａＡｌＡｓ活性層と、ＩｎＧａＡｌＡｓ活性層上に形成された回折格子と、回折格子を覆うように、ＩｎＧａＡｌＡｓ活性層上に形成されたｐ型のクラッド層とにより構成する。また、光出射端部を、複数の光発生部においてそれぞれ発生した光をｎ型のＩｎＰ基板の裏面へ出射させるための反射鏡と、ｎ型のＩｎＰ基板の裏面に設けられた集光レンズとにより構成する。そして、複数の光発生部においてそれぞれ発生する光の波長は互いに異なり、複数の光発生部においてそれぞれ発生した光を反射鏡により反射して集光レンズへ入射し、複数の光発生部においてそれぞれ発生した光の集光レンズ上での出射位置を集光レンズの中心位置から所定量ずらしたものである。
【発明の効果】
【００２１】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの一実施の形態によって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。
【００２２】
小型化および低コスト化を実現した波長多重光源を提供することができる。さらに、この波長多重光源を用いた波長多重光モジュールを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施の形態１による多波長水平共振器面出射型レーザの表面側の鳥瞰図である。
【図２】本発明の実施の形態１による多波長水平共振器面出射型レーザの光出射面側（裏面側）の鳥瞰図である。
【図３】本発明の実施の形態１による多波長水平共振器面出射型レーザの光軸方向に沿った要部断面図（図１のＡ−Ａ´線に沿った要部断面図）である。
【図４】（ａ）は別体のガラスレンズを用いた場合の光学構成の原理図、（ｂ）は本実施の形態１による光学構成の原理図である。
【図５】本発明の実施の形態１による多波長水平共振器面出射型レーザの製造工程を示す多波長水平共振器面出射型レーザの光軸方向に沿った要部断面図（図１のＡ−Ａ´線に沿った要部断面図）である。
【図６】図５に続く、多波長水平共振器面出射型レーザの製造工程中の図５と同じ個所の要部断面図である。
【図７】図６に続く、多波長水平共振器面出射型レーザの製造工程中の図５と同じ個所の要部断面図である。
【図８】図７に続く、多波長水平共振器面出射型レーザの製造工程中の図５と同じ個所の要部断面図である。
【図９】図８に続く、多波長水平共振器面出射型レーザの製造工程中の図５と同じ個所の要部断面図である。
【図１０】図９に続く、多波長水平共振器面出射型レーザの製造工程中の図５と同じ個所の要部断面図である。
【図１１】図１０に続く、多波長水平共振器面出射型レーザの製造工程中の図５と同じ個所の要部断面図である。
【図１２】図１１に続く、多波長水平共振器面出射型レーザの製造工程中の図５と同じ個所の要部断面図である。
【図１３】図１２に続く、多波長水平共振器面出射型レーザの製造工程中の図５と同じ個所の要部断面図である。
【図１４】図１３に続く、多波長水平共振器面出射型レーザの製造工程中の図５と同じ個所の要部断面図である。
【図１５】図１４に続く、多波長水平共振器面出射型レーザの製造工程中の図５と同じ個所の要部断面図である。
【図１６】本発明の実施の形態１による多波長水平共振器面出射型レーザを適用した小型モジュールの鳥瞰図である。
【図１７】本発明の実施の形態１による多波長水平共振器面出射型レーザを適用した小型モジュールの光軸方向に沿った要部断面図である。
【図１８】本発明の実施の形態２による多波長水平共振器面出射型レーザの表面側の鳥瞰図である。
【図１９】本発明の実施の形態２による多波長水平共振器面出射型レーザの光出射面側（裏面側）の鳥瞰図である。
【図２０】本発明の実施の形態３による透過型の回折格子を用いた多波長水平共振器面出射型レーザの表面側の鳥瞰図である。
【図２１】本発明の実施の形態３による透過型の回折格子を用いた多波長水平共振器面出射型レーザの光出射面側（裏面側）の鳥瞰図である。
【図２２】本発明の実施の形態３による反射型の回折格子を用いた多波長水平共振器面出射型レーザの光出射面側（裏面側）の鳥瞰図である。
【図２３】本発明の実施の形態３による反射型の回折格子を用いた多波長水平共振器面出射型レーザの光軸方向に沿った要部断面図（図２２のＢ−Ｂ´線に沿った要部断面図）である。
【図２４】本発明の実施の形態４による多波長水平共振器面出射型レーザの表面側の鳥瞰図である。
【図２５】本発明の実施の形態５による多波長水平共振器面出射型レーザの表面側の鳥瞰図である。
【図２６】本発明の実施の形態５による多波長水平共振器面出射型レーザの光出射面側（裏面側）の鳥瞰図である。
【図２７】本発明に先駆けて本発明者らによって検討された光通信モジュールに適用されるＷＤＭ送信光源の原理図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下の実施の形態において、便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらはお互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明等の関係にある。
【００２５】
また、以下の実施の形態において、要素の数等（個数、数値、量、範囲等を含む）に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でも良い。さらに、以下の実施の形態において、その構成要素（要素ステップ等も含む）は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうでないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数値および範囲についても同様である。
【００２６】
また、以下の実施の形態において、光軸方向とは、光（レーザ光）を発生するレーザチップの光発生部（レーザ部）から、光を出射するモノリシック集積ミラーおよびモノリシック集積レンズが形成されたレーザチップの光出射端部へ進む方向を言う。
【００２７】
また、以下の実施の形態で用いる図面においては、平面図であっても図面を見易くするためにハッチングを付す場合もある。また、以下の実施の形態を説明するための全図において、同一機能を有するものは原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００２８】
（実施の形態１）
≪多波長水平共振器面出射型レーザ≫
本実施の形態１による１．３μｍ波長帯の多波長水平共振器面出射型レーザの構造を図１、図２、および図３を用いて説明する。本実施の形態１では、４チャンネルの直接変調型の水平共振器面出射型レーザ（４チャンネルアレイ型のレンズ集積水平共振器面出射レーザ）を例示する。図１は多波長水平共振器面出射型レーザの表面側の鳥瞰図である。図２は多波長水平共振器面出射型レーザの光出射面側（裏面側）の鳥瞰図である。図３は多波長水平共振器面出射型レーザの光軸方向に沿った要部断面図（図１のＡ−Ａ´線に沿った要部断面図）である。
【００２９】
光発生部（レーザ部）は、表面（第１面）と、表面と反対側の裏面（第２面）とを有するｎ型のＩｎＰ（リン化インジウム）基板（半導体基板）１を有し、ｎ型のＩｎＰ基板１の表面上に、ＩｎＧａＡｌＡｓ（インジウムガリウムアルミニウムヒ素）活性層２およびｐ型のＩｎＰクラッド層（半導体埋め込み層）５が順次積層されている。そして、光軸方向とｎ型のＩｎＰ基板１の表面で直交する方向におけるｐ型のＩｎＰクラッド層５の断面の形状が、ｎ型のＩｎＰ基板１の厚さ方向に凸型を有し、光軸方向にストライプ形状に加工されている。すなわち、リッジウェーブガイド構造であるリッジ型導波路構造ＲＷ１，ＲＷ２，ＲＷ３，ＲＷ４を有する。
【００３０】
隣り合うチャンネル間のピッチ間隔は、例えば１２０μｍであり、４チャンネルが集積されたアレイレーザとなっている。多波長水平共振器面出射型レーザは、各チャンネルのＩｎＧａＡｌＡｓ活性層２の直上に、光が進む方向に沿って回折格子３が形成された分布帰還型（Distributed Feedback：ＤＦＢ）共振器構造を含む分布帰還型レーザである。各チャンネルの回折格子３のピッチは、１．３μｍ波長帯でそれぞれ異なる波長で発振するように設計されている。光発生部（リッジ型導波路構造ＲＷ１，ＲＷ２，ＲＷ３，ＲＷ４）の光軸方向の長さは高速特性を考慮して、例えば１５０μｍとした。また、各チャンネルは分離溝により電気的に分離されている。
【００３１】
各チャンネルのリッジ型導波路構造ＲＷ１，ＲＷ２，ＲＷ３，ＲＷ４上にはｐ型のコンタクト層６が形成されており、このｐ型のコンタクト層６上にはｐ型の電極１０が形成されている。
【００３２】
また、リッジ型導波路構造ＲＷ１，ＲＷ２，ＲＷ３，ＲＷ４はそれぞれＩｎＧａＡｓＰを導波層とするハイメサ型のパッシブ導波路４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄの一方にバットジョイント接続されている。パッシブ導波路４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄの他方の光出射端でのピッチ間隔は、例えば１０μｍである。そのため、パッシブ導波路４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄは一部に曲げ部を有する曲げ導波路となっている。
【００３３】
パッシブ導波路４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄは、バルク半導体を埋め込み成長させて形成された導波路、あるいは２種類以上の半導体層を複数重ねた多重量子井戸構造からなる導波路である。また、パッシブ導波路４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄの光軸方向の長さは、例えば５００μｍである。
【００３４】
光出射端部にはｐ型のＩｎＰクラッド層５およびｎ型のＩｎＰ基板１の一部をエッチングして形成されたモノリシック集積ミラー（反射鏡）９が設けられている。また、モノリシック集積ミラー９の周辺部には、ｎ型のコンタクト層１６が形成されており、その表面にｎ型の電極１１が形成されている。これにより、ｐ型の電極１０およびｎ型の電極１１がレーザチップ（多波長水平共振器面出射型レーザが形成されたチップ）の表面に配されたフリップチップ構造を構成することができる。ｎ型のコンタクト層１６は、ｐ型のＩｎＰクラッド層５の一部をｎ型のＩｎＰ基板１が露出するまでエッチングすることにより形成される。モノリシック集積ミラー（反射鏡）９およびｎ型の電極１１が形成される領域（光出射端部）の光軸方向の長さは、例えば１５０μｍである。また、レーザチップの光軸方向の長さは、例えば８００μｍ、レーザチップの光軸方向と直交する方向の長さは、例えば５４０μｍである。
【００３５】
ｎ型のＩｎＰ基板１の裏面には、凹形状の段差が形成されており、さらに、その段差の底部にはｎ型のＩｎＰ基板１をエッチングして形成したＩｎＰレンズ（モノリシック集積レンズ）１４が形成されている。また、このＩｎＰレンズ１４の表面には例えばアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）の薄膜からなる無反射膜１５が形成されている。
【００３６】
≪多波長水平共振器面出射型レーザの特徴≫
本実施の形態１による多波長水平共振器面出射型レーザでは、複数の異なる波長のレーザ光がひとつのレーザチップから出射され、これらを外部の一点へ集光させることができる。これにより、フィルタ付ガラス基板、コリメートレンズ、または集光レンズなどの合波デバイスを用いることなく波長多重が可能となる。
【００３７】
また、アレイ型のレーザはウエハプロセスを用いて複数のレーザ光をワンチップに集積することができるので、複数のレーザチップを個別にハイブリッド実装する場合よりも、小型で、かつ高密度な集積が可能である。これにより、波長数を増やした場合であっても小型の光源を実現することができる。
【００３８】
従って、波長多重光モジュールにおいて部品点数の削減および小型化が可能となる。また、実装時に必要な光学的な位置合わせ作業はレーザチップと光ファイバ間のみとなり、波長多重光モジュールの製造コストを低減することができる。
【００３９】
また、単一のレンズで複数のレーザ光の合波が可能である。この原理を図４（ａ）および（ｂ）を用いて説明する。図４（ａ）は別体のガラスレンズを用いた場合の光学構成の原理図、図４（ｂ）は本実施の形態１による光学構成の原理図である。
【００４０】
図４（ａ）に示すように、別体のガラスレンズを用いた場合は、レーザダイオード５０，５１から出射したレーザ光はそれぞれコリメートレンズ５２，５３を介して平行光とされ、その後、集光レンズ５４により光ファイバ５５へ集光される。
【００４１】
一般的なレーザダイオードから出射される光の広がり角は２０°程度である。このため、ガラスレンズを用いて光を平行光またはそれに近く狭窄するためには比較的大きな曲率が必要である。一方、曲率が大きくなると、ガラスレンズの集光作用も大きくなるためガラスレンズのＮＡが光ファイバのＮＡを超える、あるいはレンズ焦点距離が極めて短くなるため実装が困難になるなどの課題が生じる。そこで、別体のガラスレンズを用いる光学系では、コリメートレンズ５２，５３と集光レンズ５４とは別にせざるを得ない。
【００４２】
これに対して、本実施の形態１による光学構成では、図４（ｂ）に示すように、レーザ活性層５６，５７から出射したレーザ光はＩｎＰ５８中を伝播するため、広がり角を、例えば６°〜８°程度にできる。さらに、ガラスの比屈折率が１．５程度なのに対して、ＩｎＰの比屈折率は３．２と大きいため、ＩｎＰ集光レンズ５９を比較的小さな曲率としても容易にビーム狭窄が可能である。また、曲率が小さいため、光軸中心とレンズ中心とをずらした場合の出射角度のずれを小さくできる。このため、別体のガラスレンズを用いた場合とは異なり、広がり角の狭窄と複数のレーザ光の一点への集光とを一つのレンズによって同時に実現することができる。
【００４３】
従って、本実施の形態１によれば、小型で、かつ低コストな波長多重光モジュールを提供することができる。
【００４４】
≪多波長水平共振器面出射型レーザの製造方法≫
本実施の形態１による多波長水平共振器面出射型レーザの製造方法を図５〜図１５を用いて説明する。図５〜図１５は前述の図１〜図３に示した多波長水平共振器面出射型レーザの光軸方向に沿った要部断面図（前述の図１に示したＡ−Ａ´線に沿った要部断面図）である。全チャンネルは一括して製造することが可能である。
【００４５】
まず、図５に示すように、光発生部（レーザ部）の構造を形成するために、ｎ型のＩｎＰ基板１上にＩｎＧａＡｌＡｓ活性層２が形成され、ＩｎＧａＡｌＡｓ活性層２上に回折格子層３Ａが形成された半導体多層体を準備する。ｎ型のＩｎＰ基板１は、この段階ではウエハと称する平面略円形状の半導体の薄板であり、その厚さは、例えば４００〜５００μｍである。また、ＩｎＧａＡｌＡｓ活性層２の厚さは、例えば０．１〜０．２μｍである。ＩｎＧａＡｌＡｓ活性層２は、例えばｎ型のＩｎＧａＡｌＡｓで構成された光閉じ込め層、ＩｎＧａＡｌＡｓで構成された多重量子井戸層、およびｐ型のＩｎＧａＡｌＡｓで構成された光閉じ込め層からなる。また、回折格子層３Ａは、例えばＩｎＧａＡｓＰ系材料からなる。
【００４６】
ＩｎＧａＡｌＡｓ活性層２は、例えばｎ型のＩｎＧａＡｌＡｓで構成されたｎ型光閉じ込め層とｐ型のＩｎＧａＡｌＡｓで構成されたｐ型光閉じ込め層との間に、アンドープＩｎＧａＡｌＡｓからなる厚さ７ｎｍのウェル層とアンドープＩｎＡｌＡｓからなる厚さ８ｎｍのバリア層とを５周期積層した多重量子井戸構造を備えている。このような多重量子井戸構造は、レーザとして十分な特性を実現できるように設計される。
【００４７】
次に、図６に示すように、パターニングされた二酸化珪素（ＳｉＯ２）膜からなるマスクを用いたウェットエッチングにより、光発生部のＩｎＧａＡｌＡｓ活性層２および回折格子層３Ａをストライプパターン（短冊状）に加工する。ストライプパターンの光軸方向と直交する方向の幅は、例えば３０μｍ、光軸方向の長さは、例えば１５０μｍである。さらに、光発生部以外の領域のＩｎＧａＡｌＡｓ活性層２および回折格子層３Ａも除去する。ウェットエッチングには、例えば硫酸系エッチング液を用いる。
【００４８】
続いて、ＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）法を用いて、光発生部以外の領域に２種類以上の半導体層を複数重ねた多重量子井戸構造からなるパッシブ導波路層４Ａを形成する。あるいは、ＭＯＶＰＥ（Metal Organic Vapor Phase Epitaxy）法を用いて、光発生部以外の領域にバルク半導体を埋め込み成長させてパッシブ導波路層４Ａを形成する。
【００４９】
次に、図７に示すように、電子ビーム露光法を用いて、回折格子層３Ａを加工して、光発生部のＩｎＧａＡｌＡｓ活性層２の直上に回折格子３を形成する。
【００５０】
さらに、ウェットエッチングまたはドライエッチングにより、光出射端部（光発生部で発生したレーザ光が進む方向に見て、光発生部とは反対側の光を出射する部分）のパッシブ導波路層４Ａを除去する。ウェットエッチングには、例えば硫酸系エッチング液を用いる。回折格子３の構造は、各チャンネルの室温における多波長水平共振器面出射型レーザの発振波長が、各チャンネルで１２９５ｎｍ、１３００ｎｍ、１３０５ｎｍ、１３１０ｎｍとなるように形成した。なお、本実施の形態１では、回折格子３が多波長水平共振器面出射型レーザの全領域で均一に形成されるものを説明したが、必要に応じて、領域の一部に回折格子３の位相をずらして構成した、いわゆる位相シフト構造を設けても良い。また、本実施の形態１では、多波長水平共振器面出射型レーザをＤＦＢレーザで構成したが、これに限定されるものではない。例えば活性層と、活性層の一端と接続する分布ブラッグ反射（Distributed Bragg Reflector：ＤＢＲ）層とを含み、活性層と分布ブラッグ反射層とで共振器構造を構成する分布ブラッグ反射型レーザで構成してもよい。
【００５１】
次に、図８に示すように、回折格子３およびパッシブ導波路層４Ａを覆うようにｎ型のＩｎＰ基板１の全面上にｐ型のＩｎＰクラッド層５を形成する。さらに、ｐ型のＩｎＰクラッド層５上にｐ型のＩｎＧａＡｓからなるｐ型のコンタクト層６を形成する。ｐ型のコンタクト層６のドーピングによるキャリア濃度は１０１８ｃｍ−３程度である。
【００５２】
次に、図９に示すように、パターニングされたレジストからなるマスクを用いたウェットエッチングにより、光発生部以外の領域のｐ型のコンタクト層６を除去する。ウェットエッチングには、例えば燐酸系エッチング液を用いる。
【００５３】
次に、図１０に示すように、パターニングされた二酸化珪素（ＳｉＯ２）膜からなる保護マスク７を形成する。この保護マスク７を用いたエッチングにより、ｐ型のコンタクト層６、ｐ型のＩｎＰクラッド層５、およびパッシブ導波路層４Ａを加工して、リッジ型導波路構造（前述の図１に示したリッジ型導波路構造ＲＷ１，ＲＷ２，ＲＷ３，ＲＷ４）およびハイメサ型のパッシブ導波路４（前述の図１に示したパッシブ導波路４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ）をそれぞれ形成する。また、リッジ型導波路構造等を形成すると同時に、後の工程においてｎ型コンタクト層が形成される領域のｐ型のＩｎＰクラッド層５も除去する。
【００５４】
次に、図１１に示すように、保護マスク７を除去した後、パターニングされた窒化珪素膜（ＳｉＮ）膜からなる保護マスク８を形成する。この保護マスク８を用いて、光出射端部のｐ型のＩｎＰクラッド層５およびｎ型のＩｎＰ基板１の一部を４５°の傾斜角度にエッチングすることにより、モノリシック集積ミラー（反射鏡）９を形成する。この傾斜エッチングには、塩素（Ｃｌ）ガスとアルゴン（Ａｌ）ガスとを用いた化学アシストイオンビームエッチング（Chemically Assisted Ion Beam Etching：ＣＡＩＢＥ）を用いる。この方法を用いて、ｎ型のＩｎＰ基板１を４５°の角度に傾斜させエッチングすることにより、４５°の傾斜角度のエッチングを実現することができる。本実施の形態１では、ＣＡＩＢＥを用いたエッチング方法について記載したが、塩素系ガスの反応性イオンビームエッチング（Reactive Ion Beam Etchin：ＲＩＢＥ）またはウェットエッチングを用いてもよい。モノリシック集積ミラー９の光軸方向の断面形状は、カタカナの“レ”字型としたが、“Ｖ”字型でも可能であり、また、斜面のみからなる構造であってもよい。
【００５５】
次に、図１２に示すように、ｐ型のコンタクト層６上の保護マスク８を除去する。
【００５６】
次に、図１３に示すように、光発生部にｐ型の電極１０を蒸着し、光出射端部にｎ型の電極１１を蒸着する。続いて、ｎ型のＩｎＰ基板１の裏面を研磨して、ｎ型のＩｎＰ基板１の厚さを、例えば１５０μｍとする。
【００５７】
次に、図１４に示すように、ｎ型のＩｎＰ基板１の裏面に、パターニングされた窒化珪素（ＳｉＮ）膜からなるマスク１２を形成する。続いて、メタン（ＣＨ４）と水素（Ｈ）との混合ガスを用いた反応性イオンエッチングにより、光出射端部のｎ型のＩｎＰ基板１の一部をドーナツ状に掘り込んで、例えば直径１２５μｍ、深さ３０μｍの円柱部１３を形成する。
【００５８】
この時、円柱部１３の円の中心位置が、パッシブ導波路４の光軸方向の延長線（α）とモノリシック集積ミラー９（４５度傾斜ミラー）とが交差する点から直下にｎ型のＩｎＰ基板１の裏面に向かう垂線(β)と交わるように、マスク１２は形成されている。なお、ここでは、円柱部１３は平面視において正円形状としたが、用途によって楕円形状の場合もある。
【００５９】
次に、図１５に示すように、ドーナツ状に掘りこんだ部分に囲まれた円柱部１３上のマスク１２を除去した後、円柱部１３をウェットエッチングする。これにより表面から食刻されて円柱部１３の角が取れて、ＩｎＰレンズ（モノリシック集積レンズ）１４が形成される。続いて、ＩｎＰレンズ１４の表面を無反射膜１５により覆う。このように、レーザ光の出射面において凸レンズが形成されるので、放射角の狭い平行性の高いレーザ光を得ることが可能である。続いて、ウエハをヘキカイすることにより、バー状の個々のレーザチップを切り出す。
【００６０】
その後、図示はしないが、ヘキカイにより露出した結晶面にアモルファスシリコンとアルミナの積層構造からなる高反射膜を形成する。その後、所定のチャンネルごとにチップ化を行う。
【００６１】
本実施の形態１では、ＩｎＰレンズ１４の直径は、例えば１２０μｍとし、ＩｎＰレンズ１４の曲率は、例えば０．００４μｍ−１とした。また、ＩｎＰレンズ１４の表面から発光点までの距離は、例えば１６０μｍとした。パッシブ導波路４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄから出射された各レーザ光は、モノリシック集積ミラー９でｎ型のＩｎＰ基板１の表面側から裏面側へｎ型のＩｎＰ基板１の表面の法線方向に全反射され、ＩｎＰレンズ１４へ入射する。この時、各レーザ光の入射位置は、ＩｎＰレンズ１４の中心を通り光軸方向と直交する方向に直線上に並んでおり、外側の２つのレーザ光はそれぞれＩｎＰレンズ１４の中心から、例えば１５μｍ離れた位置に入射し、内側の２つのレーザ光はそれぞれＩｎＰレンズ１４の中心から、例えば５μｍ離れた位置に入射するように設計されている。
【００６２】
この設計により、４つのレーザ光はＩｎＰレンズ１４の表面から約１００μｍの位置に集光する。この時、各チャンネルから出射される各レーザ光のファーフィールドパターン（ＦＦＰ）は光軸方向および光軸方向と直交する方向共に半地全幅で約１３°であり、集光位置での光スポットサイズは直径約４０μｍである。
【００６３】
この多波長水平共振器面出射型レーザとコア系５０μｍのグレーデッドインデックス（ＧＩ）のマルチモードファイバ（ＭＭＦ）を用いて４波長の光結合実験を実施した結果、光の集光位置へマルチモードファイバ（ＭＭＦ）を配置することにより、全チャンネル同時に結合損失０．３ｄＢ以下の低損失な光結合を得ることができた。また、全チャンネルとも短共振器構造を反映した良好な高速特性を示し、８５℃において、バイアス電流６０ｍＡ、振幅電流４０ｍＡｐｐの駆動条件で２５Ｇｂｐｓの動作を実現した。
【００６４】
このように、本実施の形態１によれば、簡易な方法により、次世代光インタコネクト向けの４波長を多重可能な水平共振器面出射型レーザを製造することができる。
【００６５】
なお、本実施の形態１では、本発明をｎ型のＩｎＰ基板１上に形成された波長帯１．３μｍのＩｎＧａＡｌＡｓ量子井戸型レーザに適用した例を示したが、基板材料、活性層材料、および発振波長はこの例に限定されるものではない。例えば波長帯１．５５μｍ帯のＩｎＧａＡｓＰ量子井戸型レーザ等の材料系にも同様に適用することができる。
【００６６】
また、本実施の形態１では、本発明をリッジウェーブガイド構造に適用した例を示したが、埋め込みヘテロ型構造（Buried Heterostructure：ＢＨ構造）にも適用することも可能である。すなわち、光軸方向とｎ型のＩｎＰ基板１の表面で直交する方向におけるｐ型のＩｎＰクラッド層５の断面の形状が、ｎ型のＩｎＰ基板１の厚さ方向に凸型を有し、光軸方向にストライプ形状に加工されている。このストライプ形状は、ＩｎＧａＡｌＡｓ活性層２を超えてｎ型のＩｎＰ基板１に到達する深さを有し、ストライプ形状の両側面が半絶縁性半導体材料で埋め込まれている。
【００６７】
≪多波長水平共振器面出射型レーザを適用したモジュール≫
本実施の形態１による多波長水平共振器面出射型レーザをモジュールに適用した場合の構成例を図１６および図１７を用いて説明する。図１６はモジュールの鳥瞰図である。図１７はモジュールの光軸方向に沿った要部断面図である。
【００６８】
図１６および図１７に示すように、本実施の形態１によるモジュールはストリップ線路を有する多層配線セラミック基板１７上に、多波長水平共振器面出射レーザチップ１８とレーザを駆動するための集積回路１９が金バンプ２０によって電気的接続を取りながら実装されている。多波長水平共振器面出射レーザチップ１８の上方にはコネクタ支柱２１によって、ファイバコネクタ２２が最適な光結合を有する位置に実装されている。ファイバコネクタ２２の内部には４本のマルチモードファイバ（ＭＭＦ）２３が９０°曲げられて実装されており、この内の一本の受光面と多波長水平共振器面出射レーザチップ１８の光出射面とが最適な光結合を有する位置に実装されている。
【００６９】
本モジュールを用いることによって、チャンネル当り２５Ｇｂｐｓ、合計１００Ｇｂｐｓの信号を波長多重し伝送することができる。このように、本実施の形態１による水平共振器面出射型レーザを用いることにより、ルータ装置内用として好適な小型でかつ低コストな波長多重光モジュールを作製することができる。
【００７０】
（実施の形態２）
本実施の形態２では、８チャンネルの直接変調型の水平共振器面出射型レーザ（８チャンネルアレイ型のレンズ集積水平共振器面出射レーザ）を例示する。
【００７１】
本実施の形態２による１．３μｍ波長帯の多波長水平共振器面出射型レーザの構造を図１８および図１９を用いて説明する。図１８は多波長水平共振器面出射型レーザの表面側の鳥瞰図である。図１９は多波長水平共振器面出射型レーザの光出射面側（裏面側）の鳥瞰図である。
【００７２】
各チャンネルの基本的な構造は、前述した実施の形態１と同様なリッジ型導波路構造およびハイメサ型のパッシブ導波路を有するＤＦＢレーザである。また、各チャンネルの回折格子は各々１．３μｍ波長帯でそれぞれ異なる波長を発振するように設計されており、レーザチップから８波長のレーザ光が出射されるアレイ構造のレーザとなっている。
【００７３】
本実施の形態２による多波長水平共振器面出射型レーザは、２つのモノリシック集積レンズを有しており、８波長のレーザ光を４波長ごとに別々のモノリシック集積レンズへ入射し、これら２つのモノリシック集積レンズから出射された８波長のレーザ光がレーザチップ外部の一点へ集光することを特徴とする。レーザチップの光軸方向の長さは、例えば８００μｍ、光軸方向と直交する方向の長さは、例えば１０００μｍである。
【００７４】
図１８および図１９に示すように、光発生部（レーザ部）は、ｎ型のＩｎＰ基板１上に、ＩｎＧａＡｌＡｓ活性層２およびｐ型のＩｎＰクラッド層（半導体埋め込み層）５が順次積層されている。さらに、ＩｎＧａＡｌＡｓ活性層２の直上には回折格子（図示は省略）が形成されている。上記積層構造によって各チャンネルのリッジ型導波路構造ＲＷ１，ＲＷ２，ＲＷ３，ＲＷ４，ＲＷ５，ＲＷ６，ＲＷ７，ＲＷ８が形成されており、各チャンネルの発信波長は１２８５ｎｍ，１２９０ｎｍ，１２９５ｎｍ，１３００ｎｍ，１３０５ｎｍ，１３１０ｎｍ，１３１５ｎｍ，１３２０ｎｍである。
【００７５】
また、各チャンネルは分離溝により電気的に分離されている。光発生部（リッジ型導波路構造ＲＷ１，ＲＷ２，ＲＷ３，ＲＷ４，ＲＷ５，ＲＷ６，ＲＷ７，ＲＷ８）の光軸方向の長さは、例えば１５０μｍ、回折格子の結合係数は、例えば２００ｃｍ−１である。リッジ型導波路構造ＲＷ１，ＲＷ２，ＲＷ３，ＲＷ４，ＲＷ５，ＲＷ６，ＲＷ７，ＲＷ８はそれぞれＩｎＧａＡｓＰを導波層とするハイメサ型のパッシブ導波路４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ，４ｅ，４ｆ，４ｇ，４ｈの一方にバットジョイント接続されている。パッシブ導波路４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ，４ｅ，４ｆ，４ｇ，４ｈの光軸方向の長さは、例えば５００μｍである。
【００７６】
パッシブ導波路４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄから出射された４波長のレーザ光は、モノリシック集積ミラー（反射鏡）９Ａでｎ型のＩｎＰ基板１の表面側から裏面側へｎ型のＩｎＰ基板１の表面の法線方向に全反射され、ＩｎＰレンズ（モノリシック集積レンズ）１４Ａへ出射される。この時、各レーザ光の入射位置は、光軸方向と直交する方向でＩｎＰレンズ１４Ａ，１４Ｂの中心を通る直線上に並んでおり、ＩｎＰレンズ１４Ａの中心よりも外側に等間隔で配置される。各チャンネルのピッチ間隔は、例えば１０μｍ、ＩｎＰレンズ１４Ａの曲率は、例えば０．００５μｍ−１である。
【００７７】
一方、パッシブ導波路４ｅ，４ｆ，４ｇ，４ｈから出射された４波長のレーザ光は、モノリシック集積ミラー（反射鏡）９Ｂでｎ型のＩｎＰ基板１の表面側から裏面側へｎ型のＩｎＰ基板１の表面の法線方向に全反射され、ＩｎＰレンズ（モノリシック集積レンズ）１４Ｂへ出射される。ＩｎＰレンズ１４Ｂとパッシブ導波路４ｅ，４ｆ，４ｇ，４ｈから出射される各レーザ光との位置関係は、ＩｎＰレンズ１４Ａとパッシブ導波路４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄから出射される各レーザ光との位置関係と、レーザチップの中心に対して対称となるように設計されている。
【００７８】
以上のように設計することにより、８波長のレーザ光は、光軸方向と直交する方向でＩｎＰレンズ１４Ａ，１４Ｂの中心を通る直線と光軸方向でレーザチップの中心を通る直線の交点であって、レーザチップから約１００μｍ離れた位置に集光する。また、各レーザ光のファーフィールドパターン（ＦＦＰ）は約１０°であり、集光位置での光スポットサイズは半値全幅で約３５μｍである。
【００７９】
この集光位置にグレーデッドインデックス（ＧＩ）のマルチモードファイバ（ＭＭＦ）を配置することにより、８波長をレーザチップから直接マルチモードファイバ（ＭＭＦ）へ波長多重することができる。また、全チャンネル共に８５℃において、バイアス電流６０ｍＡ、振幅電流４０ｍＡｐｐの駆動条件で２５Ｇｂｐｓの動作を実現した。
【００８０】
このように、本実施の形態２によれば、１００Ｔｂｐｓルータに対応可能な８波長の２５Ｇｂｐｓ高速光信号を、小型で、かつ簡易な構成の多波長水平共振器面出射型レーザで波長多重伝送を行うことができる。
【００８１】
（実施の形態３）
本実施の形態３では、高い光結合効率で、シングルモードファイバに直接波長多重することのできる４チャンネルの水平共振器面出射型レーザ（４チャンネルアレイ型のレンズ集積水平共振器面出射レーザ）を例示する。シングルモードファイバへの結合効率を高めるために、回折格子付きガラス基板を水平共振器面出射型レーザ（レーザチップ）の裏面にハイブリッド実装している。
【００８２】
本実施の形態３による多波長水平共振器面出射型レーザの構造を図２０〜図２３を用いて説明する。図２０は透過型の回折格子を用いた多波長水平共振器面出射型レーザの表面側の鳥瞰図である。図２１は透過型の回折格子を用いた多波長水平共振器面出射型レーザの光出射面側（裏面側）の鳥瞰図である。図２２は反射型の回折格子を用いた多波長水平共振器面出射型レーザの光出射面側（裏面側）の鳥瞰図である。図２３は反射型の回折格子を用いた多波長水平共振器面出射型レーザの光軸方向に沿った要部断面図（図２２のＢ−Ｂ´線に沿った要部断面図）である。
【００８３】
一般的に、シングルモードファイバへ複数のレーザ光を集光する場合、波長数に応じて原理損が生じる。４波長の場合は、波長あたり６ｄＢの損失が生じてしまう。この課題を解決するために、本実施の形態３では、４波長水平共振器面出射型レーザの波長多重作用に回折格子の干渉作用を利用して結合損失の低減を図った。
【００８４】
図２０および図２１は、透過型の回折格子を用いた例である。回折格子２４の位置がＩｎＰレンズ（モノリシック集積レンズ）１４から出射される４波長のレーザ光が集光する位置となるように、ガラス基板２５の厚さは調整されている。このような構成をとることにより、シングルモードファイバへの各チャンネルの損失を３ｄＢに抑えつつ、直接波長多重することができる。
【００８５】
また、高次の回折で分散を大きくする場合には、反射型の回折格子を使う方が効率の点で有利となる。図２２および図２３に示すように、レーザチップから出射された４波長のレーザ光はＩｎＰレンズ１４により一点へ集光され、反射型の回折格子２６により反射される。そして、ガラス基板２７を加工して形成した反射面２８にて再度反射されて外部へ出射される。このような構成とすることにより、波長多重されたレーザ光は高い結合効率でシングルモードファイバへ結合し、各チャンネルの損失を２ｄＢに抑えることができる。
【００８６】
このように、本実施の形態３によれば、複数の波長をシングルモードファイバへ高効率で結合させて、波長多重することができる。
【００８７】
（実施の形態４）
本実施の形態４では、変調器集積型の４チャンネルの水平共振器面出射型レーザ（４チャンネルアレイ型のレンズ集積水平共振器面出射レーザ）を例示する。
【００８８】
本実施の形態４による多波長水平共振器面出射型レーザの構造を図２４を用いて説明する。図２４は変調器集積型の多波長水平共振器面出射型レーザの表面側の鳥瞰図である。
【００８９】
変調器集積型の多波長水平共振器面出射型レーザの製造方法は、例えば以下の通りである。まず、ｎ型のＩｎＰ基板１上にＭＯＣＶＤ法を用いてＩｎＧａＡｌＡｓ活性層２を形成する。続いて、光発生部（レーザ部）以外のＩｎＧａＡｌＡｓ活性層２を選択的に除去した後、ＭＯＣＶＤ法を用いてパッシブ導波路層を形成する。その後、前述した実施の形態１と同様にして、リッジ型導波路構造ＲＷ１，ＲＷ２，ＲＷ３，ＲＷ４、リッジ型の電界吸収型変調器部ＥＡ１，ＥＡ２，ＥＡ３，ＥＡ４およびハイメサ型のパッシブ導波路４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄをそれぞれ形成する。光発生部の光軸方向の長さは、例えば３００μｍ、電界吸収型変調器部ＥＡ１，ＥＡ２，ＥＡ３，ＥＡ４の光軸方向の長さは、例えば１００μｍである。パッシブ導波路４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄの構造は、前述した実施の形態１と同様である。また、各チャンネルの発信波長、ＩｎＰレンズ（モノリシック集積レンズ）１４の設計、および各レーザ光の出射位置等も前述した実施の形態１と同様である。レーザチップの光軸方向の長さは、例えば１０５０μｍ、光軸方向と直交する方向の長さは、例えば５００μｍである。また、各チャンネルから出射される各レーザ光のファーフィールドパターン（ＦＦＰ）および集光位置は、前述した実施の形態１と同様である。
【００９０】
このように、本実施の形態４によれば、変調器集積型の多波長水平共振器面出射型レーザにおいても、小型で、かつ簡易な構成により波長多重伝送を行うことができる。
【００９１】
（実施の形態５）
本実施の形態５では、２対のリッジ型導波路構造および２対のハイメサ型のパッシブ導波路から構成される４チャンネルの水平共振器面出射型レーザ（４チャンネルアレイ型のレンズ集積水平共振器面出射レーザ）を例示する。
【００９２】
本実施の形態５による多波長水平共振器面出射型レーザの構造を図２５および図２６を用いて説明する。図２５は透過型の回折格子を用いた多波長水平共振器面出射型レーザの表面側の鳥瞰図である。図２６は透過型の回折格子を用いた多波長水平共振器面出射型レーザの光出射面側（裏面側）の鳥瞰図である。
【００９３】
図２５および図２６に示すように、ｎ型のＩｎＰ基板１のほぼ中央部にＩｎＰレンズ（モノリシック集積レンズ）１４が形成されており、このＩｎＰレンズ１４を介して、ｎ型のＩｎＰ基板１上に形成された２対のリッジ型導波路構造ＲＷ１，ＲＷ２と、同じくｎ型のＩｎＰ基板１上に形成された２対のリッジ型導波路構造ＲＷ３，ＲＷ４とが対向している。また、ＩｎＰレンズ１４は、光軸方向の断面形状が先細り（テーパ）となっており、対向して配置されたリッジ型導波路構造ＲＷ１，ＲＷ２から発生するレーザ光およびリッジ型導波路構造ＲＷ３，ＲＷ４から発生するレーザ光をｎ型のＩｎＰ基板１の表面側から裏面側へｎ型のＩｎＰ基板１の表面の法線方向に反射することが可能である。
【００９４】
また、本実施の形態５による多波長水平共振器面出射型レーザでは、ｐ型の電極１０のパッド部分をリッジ型導波路構造ＲＷ１，ＲＷ２の各チャネル（レーザストライプ）の外側、およびリッジ型導波路構造ＲＷ３，ＲＷ４の各チャネル（レーザストライプ）の外側へ配置する。これにより、例えば前述した実施の形態１による多波長水平共振器面出射型レーザの場合よりも、隣り合うチャネル（レーザストライプ）間のピッチ間隔を縮小することができる。
【００９５】
このような構成とすることにより、パッシブ導波路が不要となり、リッジ型導波路構造ＲＷ１，ＲＷ２の各チャネル（レーザストライプ）のピッチ間隔およびリッジ型導波路構造ＲＷ３，ＲＷ４の各チャネル（レーザストライプ）のピッチ間隔を、適切なピッチ間隔とすることができるので、レーザチップの小型化が可能である。また、パッシブ導波路を形成する工程を省略することができるので、レーザチップの製造の簡易化および低コスト化が実現できる。
【００９６】
また、ｎ型のコンタクト層１６を、リッジ型導波路構造ＲＷ１，ＲＷ２の両外側およびリッジ型導波路構造ＲＷ３，ＲＷ４の両外側の４か所に配置し、ｎ型の電極１１を、リッジ型導波路構造ＲＷ１，ＲＷ２およびリッジ型導波路構造ＲＷ３，ＲＷ４の両外側の２か所に配置する。
【００９７】
光発生部（レーザ部）の構造は、前述した実施の形態１と同様であり、リッジ型導波路構造ＲＷ１，ＲＷ２，ＲＷ３，ＲＷ４から発生するレーザ光の波長はそれぞれ１２９５ｎｍ、１３００ｎｍ、１３０５ｎｍ、１３１０ｎｍとなるように各チャネルの回折格子のピッチは調整されている。
【００９８】
レーザチップの光軸方向の長さは、例えば４００μｍ、光軸方向と直交する方向の長さは、例えば６００μｍである。ＩｎＰレンズ（モノリシック集積レンズ）１４の直径は、例えば１５０μｍとし、ＩｎＰレンズ１４の曲率は、例えば０．００６μｍ−１とした。また、各チャンネルから入射するレーザ光の位置は、ＩｎＰレンズ１４の中心から、例えば１０μｍの位置に対称に並ぶように配置されている。
【００９９】
この設計により、ＩｎＰレンズ１４から出射された４つのレーザ光は、光軸方向と直交する方向でＩｎＰレンズ１４の中心を通る直線と、光軸方向でレーザチップの中心を通る直線との交点であって、レーザチップ（ＩｎＰレンズ１４の表面）から約１００μｍ離れた位置に集光する。また、各チャンネルから出射される各レーザ光のファーフィールドパターン（ＦＦＰ）は約１０°であり、集光位置での光スポットサイズは半値全幅で約３５μｍである。
【０１００】
この集光位置にグレーデッドインデックス（ＧＩ）のマルチモードファイバ（ＭＭＦ）を配置することにより、４波長をレーザチップから直接マルチモードファイバ（ＭＭＦ）へ波長多重することができる。また、全チャンネル共に、８５℃において、バイアス電流６０ｍＡ、振幅電流４０ｍＡｐｐの駆動条件で２５Ｇｂｐｓの動作を実現した。
【０１０１】
また、前述した実施の形態３と同様に、レーザチップの裏面側（ＩｎＰレンズ１４側）に透過型の回折格子または反射型の回折格子を設けることもできる。
【０１０２】
なお、本実施の形態５による多波長水平共振器面出射型レーザにおいても、前述した実施の形態１で説明したパッシブ導波路と同様のパッシブ導波路を形成してもよい。
【０１０３】
このように、本実施の形態５によれば、小型で、かつ簡易な構成のレーザチップを用いて、１００Ｔｂｐｓルータに対応可能な４波長の２５Ｇｂｐｓ高速光信号を波長多重伝送することができる。
【０１０４】
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
【産業上の利用可能性】
【０１０５】
本発明は、光通信に用いられる半導体レーザ素子およびこれを用いた光通信モジュールに適用することができる。
【符号の説明】
【０１０６】
１  ｎ型のＩｎＰ基板（半導体基板）
２  ＩｎＧａＡｌＡｓ活性層
３  回折格子
３Ａ  回折格子層
４，４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ，４ｅ，４ｆ，４ｇ，４ｈ  パッシブ導波路
４Ａ  パッシブ導波路層
５  ｐ型のＩｎＰクラッド層（半導体埋め込み層）
６  ｐ型のコンタクト層
７，８  保護マスク
９，９Ａ，９Ｂ  モノリシック集積ミラー（反射鏡）
１０  ｐ型の電極
１１  ｎ型の電極
１２  マスク
１３  円柱部
１４，１４Ａ，１４Ｂ  ＩｎＰレンズ（モノリシック集積レンズ）
１５  無反射膜
１６  ｎ型のコンタクト層
１７  セラミック基板
１８  多波長水平共振器面出射レーザチップ
１９  集積回路
２０  金バンプ
２１  コネクタ支柱
２２  ファイバコネクタ
２３  マルチモードファイバ
２４  回折格子
２５  ガラス基板
２６  反射型の回折格子
２７  ガラス基板
２８  反射面
５０，５１  レーザダイオード
５２，５３  コリメートレンズ
５４  集光レンズ
５５  光ファイバ
５６，５７  レーザ活性層
５８  ＩｎＰ
５９  ＩｎＰ集光レンズ
１０１  シングルモードファイバ
１０２  集光レンズ
１０３，１０４，１０５，１０６  波長選択フィルタ
１０７  ガラス基板
１０８  コリメートレンズ
１０９，１１０，１１１，１１２  レーザダイオード
１１３  レーザ光
ＥＡ１，ＥＡ２，ＥＡ３，ＥＡ４  電界吸収型変調器部
ＲＷ１，ＲＷ２，ＲＷ３，ＲＷ４  リッジ型導波路構造
ＲＷ５，ＲＷ６，ＲＷ７，ＲＷ８  リッジ型導波路構造
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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