特許 6012399 光モジュール

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6012399

(24)【登録日】2016年9月30日

(45)【発行日】2016年10月25日

(54)【発明の名称】光モジュール

(51)【国際特許分類】

   H01S 5/062 20060101AFI20161011BHJP

   H01S 5/183 20060101ALI20161011BHJP

【ＦＩ】

   H01S5/062

   H01S5/183

【請求項の数】6

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2012-236001(P2012-236001)

(22)【出願日】2012年10月25日

(65)【公開番号】特開2014-86642(P2014-86642A)

(43)【公開日】2014年5月12日

【審査請求日】2015年7月13日

(73)【特許権者】

【識別番号】000005290

【氏名又は名称】古河電気工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100089118

【弁理士】

【氏名又は名称】酒井 宏明

(74)【代理人】

【識別番号】100142712

【弁理士】

【氏名又は名称】田代 至男

(72)【発明者】

【氏名】今井 英

(72)【発明者】

【氏名】吉田 順自

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 理仁

(72)【発明者】

【氏名】清水 均

【審査官】 百瀬 正之

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００２−３５９４３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−１０２９１４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−２５２０３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−２００１３７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−２９８１８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−２５１７１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−０６３６５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−０９８２３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−１０８８２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−２５１６９８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｓ ５／００−５／５０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

光共振器を構成する下部反射鏡および上部反射鏡と、前記下部反射鏡と前記上部反射鏡との間に配置された、活性層を含む半導体積層体と、前記半導体積層体の最上層と前記上部反射鏡との間に形成された中間層と、前記最上層に前記中間層を囲むようにリング状に形成され、その上端が前記中間層の上面よりも上側になるように形成された電極と、を有し、前記上部反射鏡は前記中間層および前記電極を覆うように形成された多層膜からなり、前記多層膜を構成する各層は、光の出力領域に位置する平坦部と前記平坦部の周囲に形成された凸部とを有し、前記各凸部は光の出力方向に向かって内径が小さくなるように形成されており、前記各平坦部は光の出力方向に向かって面積が小さくなるように形成されており、変調信号の印加によって横マルチモードのレーザ信号光を出力する面発光レーザ素子を備え、前記面発光レーザ素子を変調信号によって動作させた場合における前記レーザ信号光の横モードにおける主モード光の強度に対する２次の高次モード光の強度の第１抑圧比が、前記レーザ光信号に含まれるモード競合雑音が抑制される値に調整されていることを特徴とする光モジュール。

【請求項2】

前記凸部の頂点を結んだ２つの線が、前記多層膜の下層から上層に向かって互いに近づくように傾斜していることを特徴とする請求項１に記載の光モジュール。

【請求項3】

前記電極の前記中間層側の端部は垂直方向を向いている側面を有し、
前記２つの線は前記電極の前記垂直方向を向いている側面の頂点を通る
ことを特徴とする請求項２に記載の光モジュール。

【請求項4】

前記第１抑圧比は、３５ｄＢ以上であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の光モジュール。

【請求項5】

前記レーザ信号光の横モードにおける３次以上の高次モード光の強度が、前記２次モード光の強度よりも低いことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の光モジュール。

【請求項6】

前記第１抑圧比は、４０ｄＢ以上であり、前記レーザ信号光の横モードにおける主モード光の強度に対する１次の高次モード光の強度の第２抑圧比が１０ｄＢ以上であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の光モジュール。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、面発光レーザ素子を用いた光モジュールに関するものである。

【背景技術】

【0002】

光インターコネクションなどの比較的短距離の光伝送においては、信号光源として面発光レーザ素子（Vertical Cavity Surface Emitting Laser：ＶＣＳＥＬ）を用いた光モジュールが使用されている場合がある。たとえば、特許文献１では、複数の横モードでレーザ発振するマルチモードＶＣＳＥＬが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開平７−１７０２３１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、マルチモードＶＣＳＥＬは、複数の横モードによるモード競合雑音が発生しやすいという問題がある。モード競合雑音は、マルチモードＶＣＳＥＬの伝送特性を劣化させるので、高速変調による通信速度の高速化を妨げる要因となり得る。

【0005】

一方、実質的に単一の横モードでレーザ発振するシングルモードＶＣＳＥＬでは、高次の横モードでのレーザ発振が抑制されているため、モード競合雑音は抑制される。しかしながら、たとえば選択酸化層を電流狭窄構造として用いた面発光レーザ素子では、選択酸化層の開口径を小さくして活性層の発光領域の面積を制限し、シングルモード発振を実現しているため、電気抵抗の増大や信頼性の低下などが生じる場合がある。また、シングルモードＶＣＳＥＬはマルチモードＶＣＳＥＬよりも製造歩留まりが低いため、高価になり得る。

【0006】

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、電気抵抗の増大や信頼性の低下などが抑制され、高速変調に適し、かつ低コストである光モジュールを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る光モジュールは、光共振器を構成する下部反射鏡および上部反射鏡と、前記下部反射鏡と前記上部反射鏡との間に配置された活性層と、を有し、変調信号の印加によって横マルチモードのレーザ信号光を出力する面発光レーザ素子を備え、前記面発光レーザ素子を変調信号によって動作させた場合における前記レーザ信号光の横モードにおける主モード光の強度に対する２次の高次モード光の強度の第１抑圧比が、前記レーザ光信号に含まれるモード競合雑音が抑制される値に調整されていることを特徴とする。

【0008】

また、本発明に係る光モジュールは、上記発明において、前記第１抑圧比は、前記レーザ信号光の相対強度雑音が基準値から１０ｄＢ／Ｈｚ以上低くなる範囲であることを特徴とする。

【0009】

また、本発明に係る光モジュールは、上記発明において、前記第１抑圧比は、３５ｄＢ以上であることを特徴とする。

【0010】

また、本発明に係る光モジュールは、上記発明において、前記レーザ信号光の横モードにおける３次以上の高次モード光の強度が、前記２次モード光の強度よりも低いことを特徴とする。

【0011】

また、本発明に係る光モジュールは、上記発明において、前記第１抑圧比は、４０ｄＢ以上であり、前記レーザ信号光の横モードにおける主モード光の強度に対する１次の高次モード光の強度の第２抑圧比が１０ｄＢ以上であることを特徴とする。

【0012】

また、本発明に係る光モジュールは、上記発明において、前記面発光レーザ素子は、前記上部反射鏡と前記活性層との間に配置され、電流注入部と選択酸化熱処理によって前記電流注入部の外周に形成された選択酸化層とを有する電流狭窄層を備え、前記第１抑圧比が前記値となるように前記電流狭窄層の厚さまたは前記電流注入部の径が調整されていることを特徴とする。

【0013】

また、本発明に係る光モジュールは、上記発明において、前記上部反射鏡は多層膜からなり、前記多層膜を構成する各層は、光の出力領域に位置する平坦部と前記平坦部の周囲に形成された凸部とを有し、前記各平坦部は光の出力方向に向かって面積が小さくなるように形成されていることを特徴とする。

【発明の効果】

【0014】

本発明によれば、電気抵抗の増大や信頼性の低下などが抑制され、高速変調に適し、かつ低コストである光モジュールを実現できるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】図１は、実施の形態１に係る光モジュールの模式図である。

【図2】図２は、図１に示す面発光レーザ素子の模式的な断面図である。

【図3】図３は、実施例の出力光スペクトルを示す図である。

【図4】図４は、抑圧比とＲＩＮとの関係を示す図である。

【図5】図５は、比較例の出力光スペクトルを示す図である。

【図6】図６は、実施例のアイダイアグラムを示す図である。

【図7】図７は、比較例のアイダイアグラムを示す図である。

【図8】図８は、実施の形態１に係る光モジュールに使用できる面発光レーザ素子の別の実施の形態の模式的な断面図である。

【図9】図９は、図８に示す面発光レーザ素子の変形例１の要部を示す図である。

【図10】図１０は、図８に示す面発光レーザ素子の変形例２の要部を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下に、図面を参照して本発明に係る光モジュールの実施の形態を詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、各図面において、同一または対応する要素には適宜同一の符号を付している。さらに、図面は模式的なものであり、各要素の寸法の関係などは、現実のものとは異なる場合があることに留意する必要がある。図面の相互間においても、互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている場合がある。また、以下では、シングルモード、マルチモード等の用語におけるモードは、横モードを意味する。

【0017】

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る光モジュールの模式図である。光モジュール１０００は、基板Ｂ上に配置された面発光レーザ素子１００と、ミラー２０と、光ファイバ３０とを備えている。

【0018】

面発光レーザ素子１００には、面発光レーザ素子１００を駆動するための制御器Ｃが接続されている。光ファイバ３０の端面の側部には、光結合手段としてのミラー２０が配置されている。ミラー２０および光ファイバ３０は、不図示の支持部材によって好適な配置になるように支持されている。面発光レーザ素子１００は、ミラー２０の下方に配置されている。制御器Ｃは面発光レーザ素子１００を駆動してレーザ信号光Ｌ１を出力させる。面発光レーザ素子１００から出力されたレーザ信号光Ｌ１はミラー２０によって反射されて光ファイバ３０に光学結合し、光ファイバ３０を伝搬して外部に出力される。

【0019】

図２は、図１に示す面発光レーザ素子の模式的な断面図である。図１に示すように、面発光レーザ素子１００は、面方位（００１）のｎ型ＧａＡｓからなる基板１上に積層された、下部多層膜反射鏡として機能するアンドープの下部ＤＢＲ（Distributed Bragg Reflector）ミラー２、ｎ型コンタクト層３、ｎ側電極４、ｎ型クラッド層５、活性層６、ｐ型クラッド層７、電流狭窄層８、ｐ型スペーサ層９、ｐ型コンタクト層１０、ｐ側電極１１、および上部反射鏡として機能する上部誘電体ＤＢＲミラー１２を備える。

【0020】

ｐ型コンタクト層１０およびｎ型コンタクト層３は、下部ＤＢＲミラー２と上部誘電体ＤＢＲミラー１２との間に配置されている。活性層６は、下部ＤＢＲミラー２と上部誘電体ＤＢＲミラー１２との間に配置されている。電流狭窄層８は、ｐ型コンタクト層１０と活性層６との間に配置されている。ｐ型スペーサ層９は、電流狭窄層８とｐ型コンタクト層１０との間に介挿されている。ｐ側電極１１はｐ型コンタクト層１０上に形成され、ｎ側電極４はｎ型コンタクト層３上に形成されている。

【0021】

ｎ型クラッド層５からｐ型コンタクト層１０までの積層構造は、エッチング処理等によって柱状に成形されたメサポストＭとして形成されている。メサポスト径はたとえば直径３０μｍである。また、ｎ型コンタクト層３はメサポストＭの外周側に延設している。また、下部ＤＢＲミラー２と上部誘電体ＤＢＲミラー１２とは光共振器を構成している。

【0022】

下部ＤＢＲミラー２は、ｎ型ＧａＡｓからなる基板１上に積層されたアンドープＧａＡｓバッファ層（不図示）上に形成される。下部ＤＢＲミラー２は、低屈折率層として機能するＡｌ_０．９Ｇａ_０．１Ａｓ層と、高屈折率層として機能するＧａＡｓ層とを１ペアとする複合半導体層がたとえば４０．５ペア積層された、周期構造を有する半導体多層膜ミラーとして形成されている。下部ＤＢＲミラー２の複合半導体層を構成する各層の層厚は、λ／４ｎ（λ：レーザ発振波長、ｎ：屈折率）である。たとえば、λが１．０６μｍの場合、Ａｌ_０．９Ｇａ_０．１Ａｓ層の層厚は約８８ｎｍであり、ＧａＡｓ層の層厚は約７６ｎｍである。

【0023】

ｎ型コンタクト層３およびｎ型クラッド層５は、ｎ型ＧａＡｓを材料として形成される。

【0024】

ｐ型クラッド層７は、ｐ型ＡｌＧａＡｓを材料として形成される（たとえば、Ａｌ_０．３Ｇａ_０．７Ａｓが望ましい）。ｐ型スペーサ層９は、ｐ型ＡｌＧａＡｓを材料として形成される。ｐ型コンタクト層１０は、ｐ型ＧａＡｓを材料として形成される。

【0025】

ｎ型クラッド層５、ｐ型クラッド層７、ｐ型スペーサ層９には、キャリア濃度がたとえば１×１０^１８ｃｍ^−３程度となるようにｐ型またはｎ型ドーパントが添加されており、確実にｐ型またはｎ型の導電型とされている。また、ｎ型コンタクト層３、ｐ型コンタクト層１０のキャリア濃度はたとえばそれぞれ２×１０^１８ｃｍ^−３、３×１０^１９ｃｍ^−３程度である。

【0026】

電流狭窄層８は、電流注入部としての開口部８ａと電流狭窄部としての選択酸化層８ｂとから構成されている。開口部８ａはＡｌ_１−ｘＧａ_ｘＡｓ（０≦ｘ＜０．２）からなり、選択酸化層８ｂは（Ａｌ_１−ｘＧａ_ｘ）_２Ｏ_３からなる。なお、ｘはたとえば０．０２である。

【0027】

電流狭窄層８は、Ａｌ_１−ｘＧａ_ｘＡｓからなるＡｌ含有半導体層を選択酸化熱処理することによって形成される。すなわち、選択酸化層８ｂは、このＡｌ含有半導体層がメサポストＭの外周部から積層面に沿って所定範囲だけ酸化されることで、開口部８ａの外周にリング状に形成されている。選択酸化層８ｂは、絶縁性を有し、ｐ側電極１１から注入される電流を狭窄して開口部８ａ内に集中させることで、開口部８ａの直下における活性層６に注入される電流密度を高める機能を有する。開口部８ａの開口径はたとえば６μｍ〜７μｍである。電流狭窄層８の厚さはたとえば２０ｎｍ〜３０ｎｍである。これによって、面発光レーザ素子１００はマルチモード発振する。

【0028】

活性層６は、井戸層と障壁層とが交互に積層した多重量子井戸（ＭＱＷ：Multiple Quantum Well）層の両側を分離閉じ込め（Separate Confinement Heterostructure）層で挟んだＭＱＷ−ＳＣＨ構造を有する。なお、井戸層は所望の波長の光を放出するように選択される材料からなり、たとえばＧａＩｎＡｓ系の半導体材料からなる。障壁層はたとえばＧａＡｓからなる。この活性層６は、ｐ側電極１１から注入されて電流狭窄層８によって狭窄された電流により、たとえば１．０μｍ〜１．１μｍ（１．０μｍ帯とする）の波長の光を含む自然放出光を発するようにその半導体材料の組成および層厚が設定されている。

【0029】

上部誘電体ＤＢＲミラー１２は、低屈折率層として機能するＳｉＯ₂層と、高屈折率層として機能するＳｉＮｘ層とを１ペアとする複合誘電体層がたとえば９ペア積層された、周期構造を有する誘電体多層膜ミラーとして形成されており、下部ＤＢＲミラー２と同様に各層の層厚がλ／４ｎとされている。

【0030】

ｐ側電極１１は、ｐ型コンタクト層１０の外縁に沿ってリング状に形成されている。一方、ｎ側電極４は、メサポストＭの外周側に延設したｎ型コンタクト層３の延設部分の表面に形成され、メサポストＭの周囲を取り囲むようにＣ字状に形成されている。

【0031】

つぎに、この面発光レーザ素子１００の動作について説明する。はじめに、制御器Ｃが、ｐ側電極１１とｎ側電極４との間にバイアス電圧および変調電圧信号を印加し電流を注入する。ｐ側のキャリア（ホール）は、ｐ型コンタクト層１０では層内を紙面横方向に流れ、その後ｐ型スペーサ層９を通過し、電流狭窄層８の開口部８ａ内に集中して密度が高められた状態で、活性層６に注入される。一方、ｎ側のキャリア（電子）については、ｎ側電極４からｎ型コンタクト層３、ｎ型クラッド層５を通過して、活性層６に注入される。

【0032】

このように、面発光レーザ素子１００は、ｐ側のキャリアおよびｎ側のキャリアのいずれもが、ＤＢＲミラーを経由しないで活性層に注入される、いわゆるダブルイントラキャビティ構造を有する。

【0033】

キャリアが注入された活性層６は、自然放出光を発生する。発生した自然放出光は、活性層６の光増幅作用と光共振器の作用とによって、１．０μｍ波長帯のいずれかの波長においてレーザ発振する。その結果、この面発光レーザ素子１００は、上部誘電体ＤＢＲミラー１２上から変調信号を含むレーザ信号光Ｌ１を出力する。

【0034】

ここで、電流狭窄層８の厚さおよび開口部８ａの開口径の調整によって、レーザ信号光Ｌ１はマルチモードで出力される。図３は、電流狭窄層８の厚さを２０ｎｍとし、開口部８ａの開口径を６．５μｍとした実施例の面発光レーザ素子の出力光スペクトルを示す図である。なお、変調電圧信号の変調速度は１０Ｇｂｐｓとし、バイアス電流は５ｍＡとしている。図３に示すようにレーザ信号光Ｌ１のスペクトルには、主モード光Ｍ１、１次の高次モード光Ｍ２、２次の高次モード光Ｍ３、およびさらに高次の高次モード光の成分が含まれる。

【0035】

図３では、光強度がデシベル単位である。したがって、主モード光Ｍ１の強度に対する２次の高次モード光Ｍ３の強度の抑圧比は、両者の強度の差分で表される値であり、−５ｄＢｍ−（−４５ｄＢｍ）＝４０ｄＢである。このとき、レーザ信号光Ｌ１に含まれるモード競合雑音が抑制される。

【0036】

以下、具体的に説明する。図４は、図２に示す面発光レーザ素子１００と同様の構成の面発光レーザ素子における、主モード光の強度に対する２次の高次モード光の強度の抑圧比と、レーザ信号光の相対強度雑音（Relative Intensity Noise：ＲＩＮ）との関係を示す図である。黒四角点は測定データ点を示し、実線は測定データ点の最小自乗法によるフィッティング曲線を示している。縦軸のＲＩＮは周波数１Ｈｚあたりの値に規格化した値である。測定に用いた面発光レーザ素子では、抑圧比を様々な値にするために、電流狭窄層の厚さおよび開口部の開口径が調整されている。

【0037】

図４に示すように、抑圧比が低い場合は、ＲＩＮの値が大きいが、抑圧比が高くなるにつれてＲＩＮの値が小さくなり、３５ｄＢ以上では、抑圧比の変化に対してＲＩＮの変化が小さく、ＲＩＮが安定した領域となっている。

【0038】

本発明者らがモード競合雑音を抑制するために鋭意検討を行って得た知見によれば、主モード光の強度に対する２次の高次モード光の強度の抑圧比（第１抑圧比）の値を調整することで、レーザ信号光に含まれるモード競合雑音を抑制することができる。たとえば、図４の場合は、抑圧比を３５ｄＢ以上に調整することが好ましく、４０ｄＢ以上に調整することがより好ましい。

【0039】

また、第１抑圧比は、ＲＩＮが基準値から１０ｄＢ／Ｈｚ以上低くなる範囲に調整することが好ましい。基準値としては、一般的な規格などが挙げられるが、例えば−１２８ｄＢ／Ｈｚとしても良い。その場合は、ＲＩＮが−１３８ｄＢ／Ｈｚ以下とするのが好ましい。

【0040】

このように主モード光と２次の高次モード光との抑圧比の調整によって、モード競合雑音を効果的に抑制できる理由は、以下の通りと考えられる。すなわち、主モード光はＬＰ０１モードであり、２次の高次モード光はＬＰ０２モードであるが、ＬＰ０１モードとＬＰ０２モードはいずれも近視野像（Near Field Pattern：ＮＦＰ）が発光領域の中央に強度ピークを有しており、光のパターンの対称性が類似しているため、光が両モード間で遷移しやすくなっており、モード競合雑音に対する寄与が大きいと考えられる。したがって、寄与が大きい２つのモード光間の抑圧比の調整によって、モード競合雑音を効果的に抑制できる。

【0041】

なお、主モード光と他の高次モードとの関係については、３次以上の高次モード光の強度が、２次モード光の強度よりも低いこと、モード競合雑音の抑制の点で好ましい。さらには、第１抑圧比が、４０ｄＢ以上であり、主モード光の強度に対する１次の高次モード光の強度の抑圧比（第２抑圧比）が５ｄＢ以上４０ｄＢ以下であることが、モード競合雑音の抑制の点で好ましい。たとえば、図３の場合は、第２抑圧比は−５ｄＢｍ−（−１５ｄＢｍ）＝１０ｄＢである。

【0042】

つぎに、図２に示す面発光レーザ素子１００と同様の構成の面発光レーザ素子において、電流狭窄層８の厚さを４０ｎｍとし、開口部８ａの開口径を６．５μｍとした比較例の面発光レーザ素子を作製し、その動作特性を測定した。

【0043】

図５は、比較例の面発光レーザ素子の出力光スペクトルを示す図である。なお、動作時の変調電圧信号の変調速度は１０Ｇｂｐｓとし、バイアス電流は５ｍＡとしている。図５に示す出力光スペクトルでは、レーザ信号光のスペクトルには、主モード光Ｍ１１、１次の高次モード光Ｍ１２、２次の高次モード光Ｍ１３、およびさらに高次の高次モード光の成分が含まれる。ただし、第１抑制比、第２抑制比はいずれも１０ｄＢより小さかった。

【0044】

つぎに、図３、図５の出力光スペクトルを測定した条件と同じ条件で、実施例、比較例の面発光レーザ素子から出力されたレーザ信号光のアイダイアグラムを測定した。なお、変調信号の消光比は６ｄＢに設定した。

【0045】

図６は、実施例のアイダイアグラムを示す図である。図７は、比較例のアイダイアグラムを示す図である。図６、７に示すように、比較例のアイダイアグラムでは、トレースが太くなっていた。この現象は、比較例ではレーザ信号光のジッタが大きく、伝送データの誤り率が高いことを示している。一方、実施例のアイダイアグラムでは、トレースが細いままであった。この現象は、実施例ではレーザ信号光のジッタが小さく、伝送データの誤り率が低いことを示している。

【0046】

以上説明したように、本実施の形態１に係る光モジュール１０００は、面発光レーザ素子１００がマルチモード発振であるため、電気抵抗の増大や信頼性の低下などが抑制され、かつ低コストであり、さらにモード競合雑音が抑制されているために高速変調に適するものである。

【0047】

つぎに、実施の形態１に係る光モジュールに使用できる面発光レーザ素子の別の実施の形態について説明する。図８は、実施の形態１に係る光モジュールに使用できる面発光レーザ素子の別の実施の形態の模式的な断面図である。面発光レーザ素子２００は、基板１上に積層された、下部ＤＢＲミラー２、ｎ型コンタクト層３、ｎ側電極４、ｎ型クラッド層５、活性層６、電流狭窄層８、ｐ型スペーサ層９、ｐ型コンタクト層１０、ｐ側電極２１、中間層２３、および上部誘電体ＤＢＲミラー２２を備える。

【0048】

下部ＤＢＲミラー２、ｎ型コンタクト層３、ｎ側電極４、ｎ型クラッド層５、活性層６、電流狭窄層８、ｐ型スペーサ層９およびｐ型コンタクト層１０については、図２に示す面発光レーザ素子１００の対応する要素と同じなので、説明を省略する。

【0049】

中間層２３は、ｐ型コンタクト層１０と上部誘電体ＤＢＲミラー２２との間に形成されており、第１層２３ａと第２層２３ｂとで構成されている。

【0050】

第１層２３ａは、たとえば、位相調整層、保護層、非線形層または吸収層である。位相調整層は、例えばメサポストＭとは屈折率の異なる誘電体で形成され、面発光レーザ素子２００が出力するレーザ信号光の位相を調整する機能を有する。保護層は、たとえば誘電体で形成され、メサポストＭの上面を保護する機能を有する。非線形層は、例えば窒化シリコンで形成され、面発光レーザ素子１００が出力するレーザ信号光に対して非線形光学効果を生じさせ、高次高調波を生じさせる機能を有する。吸収層は、例えば高次高調波を吸収する機能を有する。第２層２３ｂは、第１層２３ａと同様に、位相調整層、保護層、非線形層または吸収層等、あるいは上部誘電体ＤＢＲミラー２２の最下層として機能する層である。

【0051】

ｐ側電極２１は、ｐ型コンタクト層１０の外縁に沿ってリング状に形成されている。ｐ側電極２１の内周側には中間層２３の上部に延在する延在部２１ａが形成されている。

【0052】

上部誘電体ＤＢＲミラー２２は、ＳｉＯ₂層と、ＳｉＮｘ層とを１ペアとする複合誘電体層がたとえば９ペア積層された、周期構造を有する誘電体多層膜ミラーとして形成されている。

【0053】

ここで、上部誘電体ＤＢＲミラー２２は、中間層２３およびｐ側電極２１を覆うように形成されている。ｐ側電極２１の延在部２１ａが中間層２３の上部に延在しているため、延在部２１ａの上では、上部誘電体ＤＢＲミラー２２を構成する各層にはリング状の凸部２２ａが形成される。凸部２２ａの内周側にはレーザ信号光の出力領域に位置する平坦部２２ｂが形成される。

【0054】

各層の平坦部２２ｂの周囲にある凸部２２ａは光の出力方向に向かって内径が小さくなるように形成される。線Ｌは各凸部２２ａの頂部を結んだ線であるが、線Ｌは内側（平坦部２２ｂ側）に傾斜する。これによって、各平坦部２２ｂも光の出力方向に向かって面積が小さくなるように形成される。

【0055】

面発光レーザ素子２００では、このように上部誘電体ＤＢＲミラー２２を構成する各層の各平坦部２２ｂが、光の出力方向に向かって面積が小さくなるように形成されているため、高次モード光のレーザ発振が抑制される。たとえば、各平坦部２２ｂの面積や面積が小さくなる程度（すなわち線Ｌの傾斜角度）を調整することによって、レーザ信号光に含まれる主モード光の強度に対する２次の高次モード光の強度の抑圧比（第１抑圧比）、および他の高次モード光の抑圧比を調整することができる。これによって、面発光レーザ素子２００から出力されるレーザ信号光に含まれるモード競合雑音を抑制することができる。また，ｐ側電極２１の開口部の形状や面積を制御することで，２次のモードの強度を制御することができる。開口部を大きくすると、キャリアの注入の均一性が悪くなり、メサの中心軸から離れた部分に強度分布を持つ２次のモードが発振しやすくなる。したがって、電極の開口部の面積を狭くして、電流注入を均一化することによって、モード競合雑音を低減させることができる。

【0056】

図９は、図８に示す面発光レーザ素子の変形例１の要部を示す図である。なお、面発光レーザ素子３００のメサポストＭから基板側の構成は図８に示す面発光レーザ素子２００と同様なので、説明を省略する。

【0057】

ｐ側電極３１は、メサポストＭの外縁に沿ってリング状に形成されている。また、中間層３３は、その外周面がｐ側電極３１の内周面とほぼ一致するように形成されている。中間層３３は、たとえば、位相調整層、保護層、非線形層または吸収層である。また、中間層３３は、図８に示す中間層２３と同様に第１層と第２層とで構成されていてもよい。

【0058】

上部誘電体ＤＢＲミラー３２は、ＳｉＯ₂層と、ＳｉＮｘ層とを１ペアとする複合誘電体層がたとえば９ペア積層された、周期構造を有する誘電体多層膜ミラーとして形成されている。なお、層の数は省略して図示している。

【0059】

ここで、中間層３３の厚さはｐ側電極３１の厚さよりも薄くなっているため、中間層３３の表面３３ａとｐ側電極３１とによって段差Ｓが円状に形成されている。これによって、段差Ｓの上では、上部誘電体ＤＢＲミラー３２を構成する各層にはリング状の凸部３２ａが形成される。凸部３２ａの内周側にはレーザ信号光の出力領域に位置する平坦部３２ｂが形成される。

【0060】

各層の凸部３２ａは光の出力方向に向かって内径が小さくなるように形成される。各凸部３２ａの頂部を結んだ線Ｌは、内側（平坦部３２ｂ側）に傾斜する。これによって、各平坦部３２ｂも光の出力方向に向かって面積が小さくなるように形成される。

【0061】

面発光レーザ素子３００では、このように上部誘電体ＤＢＲミラー３２を構成する各層の各平坦部３２ｂが、光の出力方向に向かって面積が小さくなるように形成されているため、高次モード光のレーザ発振が抑制される。したがって、面発光レーザ素子２００と同様に、面発光レーザ素子３００から出力されるレーザ信号光に含まれる主モード光の強度に対する２次の高次モード光の強度の抑圧比（第１抑圧比）および他の高次モード光の抑圧比を調整することができる。これによって、面発光レーザ素子３００から出力されるレーザ信号光に含まれるモード競合雑音を抑制することができる。

【0062】

図１０は、図８に示す面発光レーザ素子の変形例２の要部を示す図である。なお、面発光レーザ素子４００のメサポストＭから基板側の構成は図８に示す面発光レーザ素子２００と同様なので、説明を省略する。

【0063】

ｐ側電極４１は、図９に示すｐ側電極４１と同様のものである。中間層４３は、たとえば、位相調整層、保護層、非線形層または吸収層であるが、その外周面とｐ側電極４１の内周面との間に隙間Ｇが形成されるような外径を有する。

【0064】

上部誘電体ＤＢＲミラー４２は、ＳｉＯ₂層と、ＳｉＮｘ層とを１ペアとする複合誘電体層がたとえば９ペア積層された、周期構造を有する誘電体多層膜ミラーとして形成されている。なお、層の数は省略して図示している。

【0065】

面発光レーザ素子３００の場合と同様に、中間層４３の厚さはｐ側電極４１の厚さよりも薄くなっているため、中間層４３の表面４３ａとｐ側電極４１とによって段差Ｓが円状に形成されている。これによって、段差Ｓの上では、上部誘電体ＤＢＲミラー４２を構成する各層にはリング状の凸部４２ａが形成される。凸部４２ａの内周側にはレーザ信号光の出力領域に位置する平坦部４２ｂが形成される。また、隙間Ｇによって、平坦部４２ｂと凸部４２ａとの間に溝４２ｃが形成される。

【0066】

面発光レーザ素子４００では、面発光レーザ素子３００と同様に、上部誘電体ＤＢＲミラー４２を構成する各層の各平坦部４２ｂが、光の出力方向に向かって面積が小さくなるように形成されているため、高次モード光のレーザ発振が抑制される。したがって、面発光レーザ素子３００と同様に、面発光レーザ素子４００から出力されるレーザ信号光に含まれる主モード光の強度に対する２次の高次モード光の強度の抑圧比（第１抑圧比）および他の高次モード光の抑圧比を調整することができる。これによって、面発光レーザ素子４００から出力されるレーザ信号光に含まれるモード競合雑音を抑制することができる。

【0067】

なお、本発明は、イントラキャビティ構造でない面発光レーザ素子にも適用できる。すなわち、活性層に注入されるキャリアが、下部ＤＢＲミラーおよび／または上下部ＤＢＲミラーのそれぞれを経由して活性層に注入される構造の面発光レーザ素子にも本発明は適用できる。

【0068】

また、上記実施の形態では、活性層の下部にｎ型半導体層が配置され、活性層の上部にｐ型半導体層が配置されているが、活性層の上部にｎ型半導体層が配置され、活性層の下部にｐ型半導体層が配置されていてもよい。

【0069】

また、上記実施の形態では、１．０μｍ波長帯用にその化合物半導体の材料、サイズ等が設定されている。しかしながら、各材料やサイズ等は、所望のレーザ光の発振波長に応じて適宜設定されるものであり、特に限定はされない。たとえば、各半導体層を構成する半導体材料としてＩｎＰ系の材料を用いてもよい。この場合、Ａｌ含有層はＩｎＡｌＡｓ層で構成することができる。

【0070】

また、上記実施の形態により本発明が限定されるものではない。上述した各構成要素を適宜組み合わせて構成したものも本発明に含まれる。また、さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。よって、本発明のより広範な態様は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。

【符号の説明】

【0071】

１、Ｂ 基板
２ 下部ＤＢＲミラー
３ ｎ型コンタクト層
４ ｎ側電極
５ ｎ型クラッド層
６ 活性層
７ ｐ型クラッド層
８ 電流狭窄層
８ａ 開口部
８ｂ 選択酸化層
９ ｐ型スペーサ層
１０ ｐ型コンタクト層
１１、２１、３１、４１ ｐ側電極
１２、２２、３２、４２ 上部誘電体ＤＢＲミラー
２２ａ、３２ａ、４２ａ 凸部
２２ｂ、３２ｂ、４２ｂ 平坦部
２０ ミラー
２１ａ 延在部
２３、３３ 中間層
２３ａ 第１層
２３ｂ 第２層
３０ 光ファイバ
３３ａ、４３ａ 表面
４２ｃ 溝
１００、２００、３００、４００ 面発光レーザ素子
１０００ 光モジュール
Ｇ 隙間
Ｍ メサポスト
Ｓ 段差

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図8】

【図9】

【図10】

【図6】

【図7】