レーザ素子アレイ、その製造方法、及び光インターコネクションシステム
【課題】それぞれの面発光レーザ素子の発振周波数と所望の発振周波数との誤差が小さい面発光レーザ素子アレイを提供する。
【解決手段】ｌｏｇ２ｎ回の調整工程を有し、それぞれの調整工程においてそれぞれの波長調整層の膜厚を調整するか否かを波長調整層毎に選択することで、それぞれの波長調整層を略一定間隔の膜厚にし、それぞれの調整工程における調整量は、ｄ×２＾ｋであらわされ、単位量ｄとして、それぞれのレーザ素子にそれぞれの目標発振周波数の光を発生させようとした場合の、目標発振周波数が隣接する他のレーザ素子との間で有するべき波長調整層の膜厚差の平均値を用いる製造方法を提供する。
【解決手段】ｌｏｇ２ｎ回の調整工程を有し、それぞれの調整工程においてそれぞれの波長調整層の膜厚を調整するか否かを波長調整層毎に選択することで、それぞれの波長調整層を略一定間隔の膜厚にし、それぞれの調整工程における調整量は、ｄ×２＾ｋであらわされ、単位量ｄとして、それぞれのレーザ素子にそれぞれの目標発振周波数の光を発生させようとした場合の、目標発振周波数が隣接する他のレーザ素子との間で有するべき波長調整層の膜厚差の平均値を用いる製造方法を提供する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ素子アレイ、その製造方法、及び光インターコネクションシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、波長が異なる複数の面発光レーザ素子をアレイ状に配列し、これを信号光源として用いたＷＤＭ（Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）光インターコネクションシステムが知られている。個々の面発光レーザ素子は、波長調整層の厚さを調節することにより、波長の異なるレーザ信号光を出力する（例えば、特許文献１、非特許文献１参照）。
特許文献１ 特開２００７−２１４４３０
非特許文献１ Padullaparthi Babu Dayal, Takahiro Sakaguchi, Akihiro Matsutani, and Fumio Koyama, "Multiple-Wavelength Vertical-Cavity Surface-Emitting Lasers by Grading a Spacer Layer for Short-Reach Wavelength Division Multiplexing Applications", Appl. Phys. Express 2(2009) 092501
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、レーザ素子ごとに波長に応じた厚さに波長調整層をエッチングすると、レーザ素子の数と等しい回数のエッチングプロセスが必要となる。また、各エッチングプロセスにおいて波長調整層をエッチングするか否かを、レーザ素子毎に制御することで、エッチングプロセスの回数よりも多い、多様なエッチング量を実現することができる。例えば、エッチング量がそれぞれａ、ｂである２回のエッチングプロセスでは、エッチング量０、ａ、ｂ、ａ＋ｂの４通りのエッチング量を実現できる。しかし、レーザ素子の数よりも少ないエッチングプロセスで波長調整層の厚さを調整する場合において、各エッチングプロセスにおけるエッチング量をどのように設定すれば、目標発振周波数に対する発振周波数誤差が小さくなるかについては知られていない。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の第１の態様においては、下部反射層と、活性層と、上部反射層と、下部反射層および上部反射層の間に設けられた波長調整層とを有し、且つ、目標発振周波数が一定間隔のレーザ素子をＮ個備えたレーザ素子アレイの製造方法であって、それぞれのレーザ素子の波長調整層を形成した後に、波長調整層の膜厚を調整するＬｏｇ２Ｎ回（ただし、小数点以下は切りあげ）の調整工程を有し、それぞれの調整工程において、それぞれの波長調整層の膜厚を調整するか否かを波長調整層毎に選択することで、それぞれの波長調整層を略一定間隔の膜厚にし、それぞれの調整工程における調整量は、ｄ×２＾ｋ（ただし、ｄは予め定められた単位量、ｋは０以上且つ調整工程の回数未満の整数群であり、且つ、複数の調整工程と一対一に対応する各整数）であらわされ、単位量として、それぞれのレーザ素子にそれぞれの目標発振周波数の光を発生させようとした場合の、目標発振周波数が隣接する他のレーザ素子との間で有するべき波長調整層の膜厚差の平均値を用いる製造方法を提供する。
【０００５】
本発明の第２の態様においては、下部反射層と、活性層と、上部反射層と、下部反射層および上部反射層の間に設けられた波長調整層とを有し、且つ、目標発振周波数が一定間隔のレーザ素子をＮ個備えたレーザ素子アレイであって、それぞれのレーザ素子の波長調整層は、目標発振周波数が隣接する他のレーザ素子の波長調整層に対して一定の膜厚差を有し、膜厚差は、それぞれのレーザ素子にそれぞれの目標発振周波数の光を発生させようとした場合の、それぞれのレーザ素子が、目標発振周波数が隣接する他のレーザ素子との間で有するべき波長調整層の膜厚差の平均値であるレーザ素子アレイを提供する。
【０００６】
本発明の第３の態様においては、レーザ素子アレイと、受光した光信号を電気信号に変換する受光素子とを有する半導体集積素子と、レーザ素子アレイが発振するレーザ光を伝搬する光導波路と、レーザ光を光導波路に光学的に結合させる光合波器と、光導波路を伝搬するレーザ光を受光素子に結合させる光分波器とを備える光インターコネクションシステムが提供される。
【０００７】
なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第１実施形態に係る光インターコネクションシステムの斜視図である。
【図２】図１に示す光インターコネクションシステムに実装される半導体集積素子を示す。
【図３】図２に示す半導体集積素子に実装される面発光レーザ素子アレイ及び光導波路の断面図である。
【図４】それぞれの波長調整層の膜厚を調整する膜厚調整工程の一例を示す。
【図５】エッチング工程が終了した後の、隣接するチャンネル間の波長調整層の層厚差を示す。
【図６】隣接するチャンネル間の目標発振周波数の差を２００ＧＨｚとした場合のチャンネル番号と隣接チャンネルとの膜厚差との関係を示す。
【図７】例１、例２及び例４の場合における、チャンネル番号と隣接チャンネルとの膜厚差との関係を示す。
【図８】例１から例４の場合における、チャンネル番号と隣接チャンネルとの周波数差との関係を示す。
【図９】例１から例３の場合における、チャンネル番号と各チャンネルでの周波数と狙いの周波数との誤差との関係を示す。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【００１０】
図１は、本発明の第１実施形態に係る光インターコネクションシステム１０００の斜視図である。光インターコネクションシステム１０００は、基板１と、複数の半導体集積素子１００と、複数の光導波路２と、レーザ光を光導波路２に光学的に結合させる光合波器３と、光導波路２を伝搬するレーザ光を半導体集積素子１００に結合させる光分波器４とを備える。
【００１１】
基板１はシリコン基板であってよい。光導波路２は、基板１の表面から垂直方向に突出するように形成されたリッジ型のシリコン光導波路であってよい。光導波路２は互いに等間隔に平行に設けられてよい。
【００１２】
それぞれの半導体集積素子１００は、光学的に結合される光導波路２を介して、他の半導体集積素子１００とレーザ光を送受信する。また、基板１の表面において光導波路２を挟んで対称な位置に、半導体集積素子１００が設けられてよい。光合波器３と光分波器４は、光導波路２と半導体集積素子１００との間に互いに離間して配置されてよい。光合波器３と光分波器４は、半導体集積素子１００を光導波路２に光学的に結合する。
【００１３】
図２は、半導体集積素子１００の構成を説明する図である。半導体集積素子１００は、演算処理装置１１０と、レーザ駆動装置１２０と、面発光レーザ素子アレイ１３０と、受光素子１４０と、光導波路（１５０、１６０）とを有する。光導波路１５０は、面発光レーザ素子アレイ１３０と光合波器３とを光学的に結合する。光導波路１６０は、受光素子１４０と光分波器４とを光学的に結合する。
【００１４】
演算処理装置１１０は、外部からの指令に従って演算を実行し、電圧信号Ｓ１をレーザ駆動装置１２０に出力する。電圧信号Ｓ１は、演算結果の情報を含むように、例えば、±１００ｍＶの振幅で変調されたｎ個の差動電圧信号を含む。レーザ駆動装置１２０は外部からバイアス電流Ｉ１を受け取る。レーザ駆動装置１２０は、バイアス電流Ｉ１に電圧信号Ｓ１を重畳して、ｎ個の変調電流信号を含む電流信号Ｉ２を面発光レーザ素子アレイ１３０に出力する。
【００１５】
面発光レーザ素子アレイ１３０は、複数の面発光レーザ素子を有する。電流信号Ｉ２に含まれるｎ個の変調電流信号は、予め定められた面発光レーザ素子のそれぞれに供給される。面発光レーザ素子はそれぞれ波長の異なるレーザ信号光ＯＳ１−１〜ＯＳ１−ｎを出力する。光導波路１５０は、ｎ個のレーザ信号光ＯＳ１−１〜ＯＳ１−ｎを含む高密度なＷＤＭ信号光であるレーザ信号光ＯＳ１を光合波器３へ出力する。光合波器３は、レーザ信号光ＯＳ１を光導波路２へ光学的に結合する。光導波路２は、レーザ信号光ＯＳ１をシングルモードで伝搬してよい。
【００１６】
光分波器４は、予め割り当てられた特定の波長のレーザ信号光ＯＳ２のみを光導波路２から分波する。光導波路１６０は光分波器４からレーザ信号光Ｓ２を受け取り、それを受光素子１４０に入力する。受光素子１４０は、レーザ信号光ＯＳ２を所定の差動電圧信号を含む変調電流信号Ｉ３に変換し、演算処理装置１１０に出力する。受光素子１４０は、例えば、Ｓｉ／Ｇｅ材料を含むフォトダイオードである。このように構成された光インターコネクションシステム１０００によれば、半導体集積素子１００は、ＷＤＭ信号光であるレーザ信号光ＯＳ１を用いて他の半導体集積素子１００と高速通信することができる。
【００１７】
図３は、図２に示す面発光レーザ素子アレイ１３０及び光導波路１５０の、基板１と垂直でかつ光の伝搬方向に沿った断面図を示す。面発光レーザ素子アレイ１３０は、基板５と、基板５上にアレイ状に配列された複数の面発光レーザ素子１２９―１、１２９−２、・・・１２９−ｎを有する。本例の面発光レーザ素子アレイ１３０は、一次元的に配列されたｎ個の面発光レーザ素子１２９−１〜１２９−ｎを含む。面発光レーザ素子１２９−１〜１２９−ｎは、基板５上に２次元のマトリクス状に配列されてもよい。光導波路１５０は、面発光レーザ素子アレイ１３０の面発光レーザ素子１２９−１〜１２９−ｎのそれぞれの上に接して載置されてよい。
【００１８】
それぞれの面発光レーザ素子１２９は、基板５、下部反射層１３１、メサポスト構造１３２、ｐ型電極１３４、波長調整層１３５、上部反射層１３６およびｎ型電極１３３を備える。基板５は、他の面発光レーザ素子１２９−２〜１２９−ｎと共通のＧａＡｓ基板であってよい。
【００１９】
下部反射層１３１は、メサポスト構造１３２、波長調整層１３５および上部反射層１３６は、基板５の表面と垂直な方向に順次形成される。下部反射層１３１は半導体多層膜構造のＤＢＲミラーであってよい。下部反射層１３１は、例えば、ＧａＡｓ／Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓの３４ペアを含む。下部反射層１３１の最上部には後述するｎ型電極１３３のコンタクト層となるｎ型ＧａＡｓ層が堆積されてよい。
【００２０】
メサポスト構造１３２は、活性層１３８および電流狭窄層１３９を有する。活性層１３８は、例えば、３層のＩｎＧａＡｓ量子井戸層と、４層のＧａＡｓ障壁層とが交互に積層して構成された歪み多重量子井戸構造を有する。活性層１３８の下側にはｎ型クラッド層が形成されてもよい。ｎ型クラッド層はＳｉが１Ｅ１８ｃｍ−３の濃度でドープされたＡｌＧａＡｓ層を含んでよい。電流狭窄層１３９は活性層１３８に注入する電流を狭窄する。電流狭窄層１３９は中央に電流が注入される開口部を有してよい。電流狭窄層１３９の開口部は直径５μｍ〜６μｍのＡｌＡｓを含んでよい。開口部の周辺の電流狭窄部はＡｌ２Ｏ３を含んでよい。電流狭窄層１３９の上下には、基板５の表面と垂直な方向において電流狭窄層１３９から離れるにつれてＡｌの組成比が段階的に減少するように構成されたＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ層が形成されてよい。
【００２１】
電流狭窄層１３９の上にはｐ型クラッド層とｐ＋型コンタクト層が順に形成されてよい。ｐ型クラッド層は炭素が１Ｅ１８ｃｍ−３の濃度でドープされたＡｌＧａＡｓ層を含んでよい。ｐ＋型コンタクト層は炭素が１Ｅ１９ｃｍ−３の濃度でドープされたＧａＡｓ層を含んでよい。
【００２２】
メサポスト構造１３２の周囲の下部反射層１３１の表面には、円環形状のｎ型電極１３３が形成されている。ｎ型電極１３３の外径は約８０μｍ、内径は約４０μｍであってよい。ｎ型電極１３３は、例えば、ＡｕＧｅＮｉ／Ａｕを含む。ｐ＋型コンタクト層の上には円環形状のｐ型電極１３４が形成されている。ｐ型電極１３４の外径は約３０μｍでありメサポスト構造１３２の外周と一致してよい。ｐ型電極１３４の内径は約１１μｍ〜１６μｍであってよい。ｐ型電極１３４は、例えば、Ｐｔ／Ｔｉを含む。
【００２３】
波長調整層１３５は、下部反射層１３１および上部反射層１３６の間に形成される。波長調整層１３５−１は、ｐ型電極１３４の中央の開口部内に形成されてよい。波長調整層１３５−１は、発振するレーザ光の波長を厚さに応じて調整する波長調整機能を有する。波長調整層１３５−１は、誘電体を含んでよい。例えば、誘電体は窒化珪素ＳｉＮｘである。
【００２４】
上部反射層１３６は、波長調整層１３５−１の上に形成される。上部反射層１３６は誘電体多層構造のＤＢＲミラーであってよい。上部反射層１３６は、例えば、ＳｉＮｘ／ＳｉＯ２の１０〜１２ペアを含む。
【００２５】
光導波路１５０は、面発光レーザ素子アレイ１３０の各面発光レーザ素子１２９−１〜１２９−ｎの上面に接して設けられる基部１５１と、クラッド部１５２と、コア部１５３と、クラッド部１５４とが順次積層して構成されている。光導波路１５０は、コア部１５３の屈折率が最も高く、次にクラッド部１５２及び１５４、基部１５１の順に屈折率が低くなるように構成されている。コア部１５３の厚さと、コア部１５３とクラッド部１５２及びクラッド部１５４との屈折率差とは、光導波路１５０が面発光レーザ素子１２９−１〜１２９−ｎの出力するレーザ光をシングルモードで伝搬するように設定される。
【００２６】
コア部１５３は、各面発光レーザ素子１２９−１〜１２９−ｎの上方の位置に、溝加工により形成された複数の反射部１５５を有する。各反射部１５５は、基板５の法線に対して４５°の角度で傾斜した傾斜面を有する。反射部１５５は、各面発光レーザ素子１２９−１〜１２９−ｎが出力するレーザ光を反射して、コア部１５３内を伝搬させる。
【００２７】
光導波路１６０は、光導波路１５０と同様に、受光素子１４０上に配置され、基部、クラッド部、コア部、及びクラッド部が順次積層して構成されてよい。コア部は光導波路１６０を伝搬してきた光を反射して受光素子１４０に入力させるための反射部を有する。
【００２８】
電流信号Ｉ２に含まれるｎ個の変調電流信号は、予め割り当てられた面発光レーザ素子１２９−１〜１２９−ｎに供給される。その結果、それぞれの面発光レーザ素子１２９−１〜１２９−ｎは割り当てられた変調電流信号によって直接変調され、互いに波長が異なるレーザ信号ＯＳ１−１〜ＯＳ１−ｎを出力する。光導波路１５０は、それぞれの面発光レーザ素子１２９−１〜１２９−ｎから出力され、コア部１５３に入力された各レーザ信号光ＯＳ１−１〜ＯＳ１−ｎを、各反射部１５５で反射させ、シングルモードで伝搬させる。光導波路１５０は、ｎ個のレーザ信号光ＯＳ１−１〜ＯＳ１−ｎを含む高密度なＷＤＭ信号光であるレーザ信号光ＯＳ１を生成し、当該レーザ信号光ＯＳ１を光合波器３へ出力する。
【００２９】
上述したように、波長調整層１３５−１〜１３５−ｎの厚さを変えることにより、面発光レーザ素子１２９の発振波長を調整することができる。面発光レーザ素子アレイ１３０をＷＤＭの光源として使用する場合、隣接する面発光レーザ素子１２９のチャンネル間の発振周波数の差を等間隔にすることが望ましい。つまり、それぞれの面発光レーザ素子１２９の目標発振周波数は一定間隔であり、それぞれの面発光レーザ素子１２９の波長調整層１３５の膜厚は、当該目標発振周波数に応じて調整される。なお、目標発振周波数は、面発光レーザ素子アレイ１３０等の製品仕様表に表示される仕様値等のように、面発光レーザ素子アレイ１３０に対して何らかの方法で示される性能目標値を指してよい。
【００３０】
図４は、それぞれの波長調整層１３５の膜厚を調整する膜厚調整工程の一例を示す。膜厚調整工程は、ｌｏｇ２Ｎ回（ただし、小数点以下は切りあげ）の調整工程によって、波長調整層１３５の膜厚を調整する。
【００３１】
なお、それぞれの波長調整層１３５を形成した後に、それぞれの調整工程を行なってよい。この場合、各調整工程において、波長調整層１３５をエッチングするか否かを波長調整層１５毎に選択する。また、それぞれの波長調整層１３５の膜厚を調整しながら、波長調整層１３５を形成してもよい。この場合、各調整工程において、波長調整層１３５を成長または再成長させるか否かを波長調整層１５毎に選択する。以下の例では、調整工程において波長調整層１５をエッチングする場合を説明する。この場合の調整工程をエッチング工程と称する。図４においてチャンネル番号１から１６は、面発光レーザ素子１２９のチャンネル番号を示す。また、図４の縦方向に、１回目から４回目のエッチング工程を示す。
【００３２】
図４ではＮ＝１６の場合を示すが、Ｎは１６に限定されない。また、図４では、面発光レーザ素子１２９が一次元的に配列されているが、これに限定されず、二次元のマトリクス状に配列されてもよい。
【００３３】
それぞれのエッチング工程において、それぞれのチャンネルの波長調整層１３５をエッチングするか否かを、チャンネル毎（波長調整層１３５毎）に選択する。これにより、ｌｏｇ２Ｎ回のエッチング工程で、１６通りの膜厚を形成する。このとき、それぞれの波長調整層１３５の膜厚を昇順または降順で整列させた場合に、それぞれの波長調整層１３５が略一定間隔の膜厚にするように、各エッチング工程における調整量（すなわちエッチング量）を設定する。
【００３４】
一例として、それぞれのエッチング工程におけるエッチング量は、ｄ×２＾ｋ（ただし、ｄは予め定められた単位量（すなわち単位エッチング量）、ｋは０以上且つエッチング工程の回数未満の整数群であり、且つ、複数のエッチング工程と一対一に対応する各整数）であらわされる。本例ではｋは０、１、２、３の各整数であり、ｋ＝０が１回目のエッチング工程に対応し、ｋ＝１が２回目のエッチング工程に対応し、ｋ＝２が３回目のエッチング工程に対応し、ｋ＝３が４回目のエッチング工程に対応する。
【００３５】
すなわち、１回目のエッチング工程のエッチング量ｄ１は８ｄ、２回目のエッチング量ｄ２は４ｄ、３回目のエッチング量ｄ３は２ｄ、４回目のエッチング量ｄ４はｄとなる。一例として、１回目のエッチング工程では、チャンネル１からチャンネル８までをマスクで覆い、チャンネル９からチャンネル１６までをエッチング量ｄ１でエッチングする。２回目のエッチング工程では、チャンネル１から４及びチャンネル９から１２をマスクで覆い、チャンネル５から８及びチャンネル１３から１６をエッチング量ｄ２でエッチングする。
【００３６】
３回目のエッチング工程では、チャンネル１、２、５、６、９、１０、１３、１４をマスクで覆い、チャンネル３、４、７、８、１１、１２、１５、１６をエッチング量ｄ３でエッチングする。４回目のエッチング工程では、チャンネル１、３、５、７、９、１１、１３、１５をマスクで覆い、チャンネル２、４、６、８、１０、１２、１４、１６をエッチング量ｄ４でエッチングする。このようにエッチングした結果、チャンネル番号が小さい面発光レーザ素子１２９ほど発振波長が長く、チャンネル番号が大きい面発光レーザ素子１２９ほど発振波長が短い面発光レーザ素子アレイ１３０を形成することができる。尚、各エッチング工程で選択されるチャンネルは、上記の例に限定されない。
【００３７】
図５は、４回のエッチング工程が終了した後の隣接するチャンネル間の波長調整層１３５の層厚差を示す。４回のエッチング処理により、ｄ４、ｄ３−ｄ４、ｄ２−ｄ３−ｄ４、ｄ１−ｄ２−ｄ３−ｄ４の４種類の層厚差を形成することができる。ただし、図４に示した例では、ｄ１＝８ｄ、ｄ２＝４ｄ、ｄ３＝２ｄ、ｄ４＝ｄなので、ｄ４＝ｄ３−ｄ４＝ｄ２−ｄ３−ｄ４＝ｄ１−ｄ２−ｄ３−ｄ４となり、一定の膜厚差となる。
【００３８】
なお、複数のチャンネルには、発振波長が略同一のチャンネルが含まれてよい。この場合、チャンネル数はＮより多くてよい。例えば、各発振波長について２個ずつのチャンネルを形成する場合、チャンネル数は２Ｎとなる。このような構成により、いずれかのチャンネルに不具合が生じても、予備のチャンネルを用いることができるので、歩留まりを向上させることができる。
【００３９】
図６は、隣接するチャンネル間の目標発振周波数の差を２００ＧＨｚとした場合のチャンネル番号と隣接チャンネルとの層厚差との関係を示す。波長λと周波数ｆとの間にはｆ＝ｃ／λ（ｃは光速）の関係がある。周波数間隔Δｆと波長間隔Δλとの間には、Δｆ＝（−ｃ／λ２）Δλの関係がある。したがって、波長が短い（チャンネル番号が大きい）ほど、２００ＧＨｚに相当する膜厚の差が小さくなることを示している。
【００４０】
図６に示すように、全チャンネルにおいて、波長調整層１３５を目標発振周波数に対応する膜厚にしようとすると、各チャンネル間の膜厚差はすべて異なる値となる。このため、ｌｏｇ２Ｎ回のエッチング工程では、全チャンネルの発振周波数を目標発振周波数に一致させることはできず、発振周波数に誤差が生じる。このため、ｎ種類の膜厚を形成できる最小のエッチング回数ｌｏｇ２ｎ回で、当該誤差が小さくなるような各エッチング工程のエッチング量を検討する。
【００４１】
図７は、面発光レーザ素子アレイ１３０の波長調整層１３５をいくつかの方法でエッチングした例を説明する図である。図７における「所望の膜厚差」は、図６に示したように、エッチング工程の回数を制限せずに、それぞれの波長調整層１３５の膜厚を目標発振周波数に対応して調整した例を示す。
【００４２】
図７における例４は、各エッチング工程のエッチング量を、各チャンネルの発振周波数と、目標発振周波数との誤差が最小となるように、最小２乗法で最適化した場合を示す。なお例４の場合、図７に示すように波長調整層１３５の膜厚差は一定値とならない。
【００４３】
図７における例１および２は、４回のエッチング量のそれぞれをｄ１＝８ｄ、ｄ２＝４ｄ、ｄ３＝２ｄ、ｄ４＝ｄとすることにより、隣接するチャンネルの波長調整層の膜厚の差を一定値ｄとした例を示す。例１は、単位エッチング量ｄとして、目標発振周波数が最小のチャンネル１と、次に目標発振周波数が小さいチャンネル２において、波長調整層１３５が有するべき膜厚差を用いた例を示す。
【００４４】
例２は、単位エッチング量ｄとして、それぞれの面発光レーザ素子１２９に、それぞれ対応する目標発振周波数の光を発生させようとした場合の、目標発振周波数が隣接する他の面発光レーザ素子１２９との間で有するべき波長調整層１３５の層厚差の平均値を用いた例を示す。つまり、図６および図７に示すように、各チャンネルの目標発振周波数がチャンネル番号に対して昇順または降順に割り当てられている場合、例２における単位エッチング量ｄは、中央の隣接チャンネル８およびチャンネル９の波長調整層１３５が有するべき膜厚差に一致する。
【００４５】
図７に示すように、例２の場合の隣接チャンネル間の膜厚差は、例４の場合の隣接チャンネル間の膜厚差と概ね一致する。従って、最小２乗法等の処理を用いずとも、例２のように、エッチング工程におけるエッチング量をｄ×２＾ｋとし、単位エッチング量ｄを各チャンネル間で有するべき膜厚差の平均値とすることで、隣接チャンネル間の膜厚差を最適化することができる。
【００４６】
図８は、チャンネル番号と隣接チャンネルとの周波数差との関係を示す。例１では、チャンネル番号の増加に伴って隣接チャンネルとの周波数差が線形的に増加している。例２では、チャンネル１から８までは隣接チャンネルとの周波数差は２００ＧＨｚより小さく、チャンネル９から１５までは隣接チャンネルとの周波数差は２００ＧＨｚより大きい。例２においてもチャンネル番号の増加に伴って隣接チャンネルとの周波数差が線形的に増加している。例４の結果は例２とほぼ等しい。
【００４７】
図９は、チャンネル番号と、各チャンネルでの発振周波数および目標発振周波数の誤差との関係を示す。図９では、図７および図８に示した例１、２に加え、例３を合わせて示す。例３における各エッチング工程のエッチング量は、例２における各エッチング工程のエッチング量に所定のオフセット量を加算している。
【００４８】
例１では、チャンネル番号の増加に伴って発振周波数の誤差が増大している。つまり、発振波長が短くなるに従い発振周波数の誤差が大きくなる。最も波長が短いチャンネル１６では、発振周波数の誤差が約３０ＧＨｚ（約１５％）である。
【００４９】
例２では、チャンネル１から８までは発振周波数の誤差は徐々に減少し、チャンネル９からチャンネル１６までは発振周波数の誤差が徐々に増加するので、発振周波数の誤差は所定の範囲内に収まる。しかし、例２では、発振周波数の誤差は全チャンネルを通じてマイナスとなるので、発振周波数の誤差のピーク値は比較的に大きな値となる（約８ＧＨｚ）。
【００５０】
例３は、例２におけるエッチング量にオフセット量を加算したので、発振周波数の誤差も、例２に対してシフトする。例３における各エッチング工程のエッチング量は、Ｄｏ＋ｄ×２＾ｋ（ただしＤｏは、オフセット量）で示される。そして、図９の例３に示すように、発振周波数が最小のチャンネルにおける発振周波数の誤差が正の値となり、発振周波数が中央値となるチャンネルにおける発振周波数の誤差が負の値となるように、オフセット量Ｄｏを設定することで、発振周波数の誤差のピーク値を低減することができる。
【００５１】
つまり、オフセット量Ｄｏは、発振周波数が最小のチャンネルの発振周波数が、当該チャンネルの目標発振周波数より大きくなり、発振周波数が中央値となるチャンネルの発振周波数が、当該チャンネルの目標発振周波数より小さくなる範囲で設定される。より好ましくは、オフセット量Ｄｏは、発振周波数が最小のチャンネルの発振周波数と、当該チャンネルの目標発振周波数との差分が、発振周波数が中央値となるチャンネルの発振周波数と、当該チャンネルの目標発振周波数との差分が略等しくなるように設定される。これにより、発振周波数の誤差を最小化することができる。
【００５２】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【００５３】
特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。
【符号の説明】
【００５４】
１・・・基板、２・・・光導波路、３・・・光合波器、４・・・光分波器、５・・・基板、１００・・・半導体集積素子、１１０・・・演算処理装置、１２０・・・レーザ駆動装置、１３０・・・面発光レーザ素子アレイ、１２９・・・面発光レーザ素子、１３１・・・下部反射層、１３２・・・メサポスト構造、１３３・・・ｎ型電極、１３４・・・ｐ型電極、１３５−１〜１３５−ｎ・・・波長調整層、１３６・・・上部反射層、１３８・・・活性層、１３９・・・電流狭窄層、１４０・・・受光素子、１５０・・・光導波路、１５１・・・基部、１５２・・・クラッド部、１５３・・・コア部、１５４・・・クラッド部、１５５・・・反射部、１６０・・・光導波路、１０００・・・光インターコネクションシステム
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ素子アレイ、その製造方法、及び光インターコネクションシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、波長が異なる複数の面発光レーザ素子をアレイ状に配列し、これを信号光源として用いたＷＤＭ（Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）光インターコネクションシステムが知られている。個々の面発光レーザ素子は、波長調整層の厚さを調節することにより、波長の異なるレーザ信号光を出力する（例えば、特許文献１、非特許文献１参照）。
特許文献１ 特開２００７−２１４４３０
非特許文献１ Padullaparthi Babu Dayal, Takahiro Sakaguchi, Akihiro Matsutani, and Fumio Koyama, "Multiple-Wavelength Vertical-Cavity Surface-Emitting Lasers by Grading a Spacer Layer for Short-Reach Wavelength Division Multiplexing Applications", Appl. Phys. Express 2(2009) 092501
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、レーザ素子ごとに波長に応じた厚さに波長調整層をエッチングすると、レーザ素子の数と等しい回数のエッチングプロセスが必要となる。また、各エッチングプロセスにおいて波長調整層をエッチングするか否かを、レーザ素子毎に制御することで、エッチングプロセスの回数よりも多い、多様なエッチング量を実現することができる。例えば、エッチング量がそれぞれａ、ｂである２回のエッチングプロセスでは、エッチング量０、ａ、ｂ、ａ＋ｂの４通りのエッチング量を実現できる。しかし、レーザ素子の数よりも少ないエッチングプロセスで波長調整層の厚さを調整する場合において、各エッチングプロセスにおけるエッチング量をどのように設定すれば、目標発振周波数に対する発振周波数誤差が小さくなるかについては知られていない。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の第１の態様においては、下部反射層と、活性層と、上部反射層と、下部反射層および上部反射層の間に設けられた波長調整層とを有し、且つ、目標発振周波数が一定間隔のレーザ素子をＮ個備えたレーザ素子アレイの製造方法であって、それぞれのレーザ素子の波長調整層を形成した後に、波長調整層の膜厚を調整するＬｏｇ２Ｎ回（ただし、小数点以下は切りあげ）の調整工程を有し、それぞれの調整工程において、それぞれの波長調整層の膜厚を調整するか否かを波長調整層毎に選択することで、それぞれの波長調整層を略一定間隔の膜厚にし、それぞれの調整工程における調整量は、ｄ×２＾ｋ（ただし、ｄは予め定められた単位量、ｋは０以上且つ調整工程の回数未満の整数群であり、且つ、複数の調整工程と一対一に対応する各整数）であらわされ、単位量として、それぞれのレーザ素子にそれぞれの目標発振周波数の光を発生させようとした場合の、目標発振周波数が隣接する他のレーザ素子との間で有するべき波長調整層の膜厚差の平均値を用いる製造方法を提供する。
【０００５】
本発明の第２の態様においては、下部反射層と、活性層と、上部反射層と、下部反射層および上部反射層の間に設けられた波長調整層とを有し、且つ、目標発振周波数が一定間隔のレーザ素子をＮ個備えたレーザ素子アレイであって、それぞれのレーザ素子の波長調整層は、目標発振周波数が隣接する他のレーザ素子の波長調整層に対して一定の膜厚差を有し、膜厚差は、それぞれのレーザ素子にそれぞれの目標発振周波数の光を発生させようとした場合の、それぞれのレーザ素子が、目標発振周波数が隣接する他のレーザ素子との間で有するべき波長調整層の膜厚差の平均値であるレーザ素子アレイを提供する。
【０００６】
本発明の第３の態様においては、レーザ素子アレイと、受光した光信号を電気信号に変換する受光素子とを有する半導体集積素子と、レーザ素子アレイが発振するレーザ光を伝搬する光導波路と、レーザ光を光導波路に光学的に結合させる光合波器と、光導波路を伝搬するレーザ光を受光素子に結合させる光分波器とを備える光インターコネクションシステムが提供される。
【０００７】
なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第１実施形態に係る光インターコネクションシステムの斜視図である。
【図２】図１に示す光インターコネクションシステムに実装される半導体集積素子を示す。
【図３】図２に示す半導体集積素子に実装される面発光レーザ素子アレイ及び光導波路の断面図である。
【図４】それぞれの波長調整層の膜厚を調整する膜厚調整工程の一例を示す。
【図５】エッチング工程が終了した後の、隣接するチャンネル間の波長調整層の層厚差を示す。
【図６】隣接するチャンネル間の目標発振周波数の差を２００ＧＨｚとした場合のチャンネル番号と隣接チャンネルとの膜厚差との関係を示す。
【図７】例１、例２及び例４の場合における、チャンネル番号と隣接チャンネルとの膜厚差との関係を示す。
【図８】例１から例４の場合における、チャンネル番号と隣接チャンネルとの周波数差との関係を示す。
【図９】例１から例３の場合における、チャンネル番号と各チャンネルでの周波数と狙いの周波数との誤差との関係を示す。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【００１０】
図１は、本発明の第１実施形態に係る光インターコネクションシステム１０００の斜視図である。光インターコネクションシステム１０００は、基板１と、複数の半導体集積素子１００と、複数の光導波路２と、レーザ光を光導波路２に光学的に結合させる光合波器３と、光導波路２を伝搬するレーザ光を半導体集積素子１００に結合させる光分波器４とを備える。
【００１１】
基板１はシリコン基板であってよい。光導波路２は、基板１の表面から垂直方向に突出するように形成されたリッジ型のシリコン光導波路であってよい。光導波路２は互いに等間隔に平行に設けられてよい。
【００１２】
それぞれの半導体集積素子１００は、光学的に結合される光導波路２を介して、他の半導体集積素子１００とレーザ光を送受信する。また、基板１の表面において光導波路２を挟んで対称な位置に、半導体集積素子１００が設けられてよい。光合波器３と光分波器４は、光導波路２と半導体集積素子１００との間に互いに離間して配置されてよい。光合波器３と光分波器４は、半導体集積素子１００を光導波路２に光学的に結合する。
【００１３】
図２は、半導体集積素子１００の構成を説明する図である。半導体集積素子１００は、演算処理装置１１０と、レーザ駆動装置１２０と、面発光レーザ素子アレイ１３０と、受光素子１４０と、光導波路（１５０、１６０）とを有する。光導波路１５０は、面発光レーザ素子アレイ１３０と光合波器３とを光学的に結合する。光導波路１６０は、受光素子１４０と光分波器４とを光学的に結合する。
【００１４】
演算処理装置１１０は、外部からの指令に従って演算を実行し、電圧信号Ｓ１をレーザ駆動装置１２０に出力する。電圧信号Ｓ１は、演算結果の情報を含むように、例えば、±１００ｍＶの振幅で変調されたｎ個の差動電圧信号を含む。レーザ駆動装置１２０は外部からバイアス電流Ｉ１を受け取る。レーザ駆動装置１２０は、バイアス電流Ｉ１に電圧信号Ｓ１を重畳して、ｎ個の変調電流信号を含む電流信号Ｉ２を面発光レーザ素子アレイ１３０に出力する。
【００１５】
面発光レーザ素子アレイ１３０は、複数の面発光レーザ素子を有する。電流信号Ｉ２に含まれるｎ個の変調電流信号は、予め定められた面発光レーザ素子のそれぞれに供給される。面発光レーザ素子はそれぞれ波長の異なるレーザ信号光ＯＳ１−１〜ＯＳ１−ｎを出力する。光導波路１５０は、ｎ個のレーザ信号光ＯＳ１−１〜ＯＳ１−ｎを含む高密度なＷＤＭ信号光であるレーザ信号光ＯＳ１を光合波器３へ出力する。光合波器３は、レーザ信号光ＯＳ１を光導波路２へ光学的に結合する。光導波路２は、レーザ信号光ＯＳ１をシングルモードで伝搬してよい。
【００１６】
光分波器４は、予め割り当てられた特定の波長のレーザ信号光ＯＳ２のみを光導波路２から分波する。光導波路１６０は光分波器４からレーザ信号光Ｓ２を受け取り、それを受光素子１４０に入力する。受光素子１４０は、レーザ信号光ＯＳ２を所定の差動電圧信号を含む変調電流信号Ｉ３に変換し、演算処理装置１１０に出力する。受光素子１４０は、例えば、Ｓｉ／Ｇｅ材料を含むフォトダイオードである。このように構成された光インターコネクションシステム１０００によれば、半導体集積素子１００は、ＷＤＭ信号光であるレーザ信号光ＯＳ１を用いて他の半導体集積素子１００と高速通信することができる。
【００１７】
図３は、図２に示す面発光レーザ素子アレイ１３０及び光導波路１５０の、基板１と垂直でかつ光の伝搬方向に沿った断面図を示す。面発光レーザ素子アレイ１３０は、基板５と、基板５上にアレイ状に配列された複数の面発光レーザ素子１２９―１、１２９−２、・・・１２９−ｎを有する。本例の面発光レーザ素子アレイ１３０は、一次元的に配列されたｎ個の面発光レーザ素子１２９−１〜１２９−ｎを含む。面発光レーザ素子１２９−１〜１２９−ｎは、基板５上に２次元のマトリクス状に配列されてもよい。光導波路１５０は、面発光レーザ素子アレイ１３０の面発光レーザ素子１２９−１〜１２９−ｎのそれぞれの上に接して載置されてよい。
【００１８】
それぞれの面発光レーザ素子１２９は、基板５、下部反射層１３１、メサポスト構造１３２、ｐ型電極１３４、波長調整層１３５、上部反射層１３６およびｎ型電極１３３を備える。基板５は、他の面発光レーザ素子１２９−２〜１２９−ｎと共通のＧａＡｓ基板であってよい。
【００１９】
下部反射層１３１は、メサポスト構造１３２、波長調整層１３５および上部反射層１３６は、基板５の表面と垂直な方向に順次形成される。下部反射層１３１は半導体多層膜構造のＤＢＲミラーであってよい。下部反射層１３１は、例えば、ＧａＡｓ／Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓの３４ペアを含む。下部反射層１３１の最上部には後述するｎ型電極１３３のコンタクト層となるｎ型ＧａＡｓ層が堆積されてよい。
【００２０】
メサポスト構造１３２は、活性層１３８および電流狭窄層１３９を有する。活性層１３８は、例えば、３層のＩｎＧａＡｓ量子井戸層と、４層のＧａＡｓ障壁層とが交互に積層して構成された歪み多重量子井戸構造を有する。活性層１３８の下側にはｎ型クラッド層が形成されてもよい。ｎ型クラッド層はＳｉが１Ｅ１８ｃｍ−３の濃度でドープされたＡｌＧａＡｓ層を含んでよい。電流狭窄層１３９は活性層１３８に注入する電流を狭窄する。電流狭窄層１３９は中央に電流が注入される開口部を有してよい。電流狭窄層１３９の開口部は直径５μｍ〜６μｍのＡｌＡｓを含んでよい。開口部の周辺の電流狭窄部はＡｌ２Ｏ３を含んでよい。電流狭窄層１３９の上下には、基板５の表面と垂直な方向において電流狭窄層１３９から離れるにつれてＡｌの組成比が段階的に減少するように構成されたＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ層が形成されてよい。
【００２１】
電流狭窄層１３９の上にはｐ型クラッド層とｐ＋型コンタクト層が順に形成されてよい。ｐ型クラッド層は炭素が１Ｅ１８ｃｍ−３の濃度でドープされたＡｌＧａＡｓ層を含んでよい。ｐ＋型コンタクト層は炭素が１Ｅ１９ｃｍ−３の濃度でドープされたＧａＡｓ層を含んでよい。
【００２２】
メサポスト構造１３２の周囲の下部反射層１３１の表面には、円環形状のｎ型電極１３３が形成されている。ｎ型電極１３３の外径は約８０μｍ、内径は約４０μｍであってよい。ｎ型電極１３３は、例えば、ＡｕＧｅＮｉ／Ａｕを含む。ｐ＋型コンタクト層の上には円環形状のｐ型電極１３４が形成されている。ｐ型電極１３４の外径は約３０μｍでありメサポスト構造１３２の外周と一致してよい。ｐ型電極１３４の内径は約１１μｍ〜１６μｍであってよい。ｐ型電極１３４は、例えば、Ｐｔ／Ｔｉを含む。
【００２３】
波長調整層１３５は、下部反射層１３１および上部反射層１３６の間に形成される。波長調整層１３５−１は、ｐ型電極１３４の中央の開口部内に形成されてよい。波長調整層１３５−１は、発振するレーザ光の波長を厚さに応じて調整する波長調整機能を有する。波長調整層１３５−１は、誘電体を含んでよい。例えば、誘電体は窒化珪素ＳｉＮｘである。
【００２４】
上部反射層１３６は、波長調整層１３５−１の上に形成される。上部反射層１３６は誘電体多層構造のＤＢＲミラーであってよい。上部反射層１３６は、例えば、ＳｉＮｘ／ＳｉＯ２の１０〜１２ペアを含む。
【００２５】
光導波路１５０は、面発光レーザ素子アレイ１３０の各面発光レーザ素子１２９−１〜１２９−ｎの上面に接して設けられる基部１５１と、クラッド部１５２と、コア部１５３と、クラッド部１５４とが順次積層して構成されている。光導波路１５０は、コア部１５３の屈折率が最も高く、次にクラッド部１５２及び１５４、基部１５１の順に屈折率が低くなるように構成されている。コア部１５３の厚さと、コア部１５３とクラッド部１５２及びクラッド部１５４との屈折率差とは、光導波路１５０が面発光レーザ素子１２９−１〜１２９−ｎの出力するレーザ光をシングルモードで伝搬するように設定される。
【００２６】
コア部１５３は、各面発光レーザ素子１２９−１〜１２９−ｎの上方の位置に、溝加工により形成された複数の反射部１５５を有する。各反射部１５５は、基板５の法線に対して４５°の角度で傾斜した傾斜面を有する。反射部１５５は、各面発光レーザ素子１２９−１〜１２９−ｎが出力するレーザ光を反射して、コア部１５３内を伝搬させる。
【００２７】
光導波路１６０は、光導波路１５０と同様に、受光素子１４０上に配置され、基部、クラッド部、コア部、及びクラッド部が順次積層して構成されてよい。コア部は光導波路１６０を伝搬してきた光を反射して受光素子１４０に入力させるための反射部を有する。
【００２８】
電流信号Ｉ２に含まれるｎ個の変調電流信号は、予め割り当てられた面発光レーザ素子１２９−１〜１２９−ｎに供給される。その結果、それぞれの面発光レーザ素子１２９−１〜１２９−ｎは割り当てられた変調電流信号によって直接変調され、互いに波長が異なるレーザ信号ＯＳ１−１〜ＯＳ１−ｎを出力する。光導波路１５０は、それぞれの面発光レーザ素子１２９−１〜１２９−ｎから出力され、コア部１５３に入力された各レーザ信号光ＯＳ１−１〜ＯＳ１−ｎを、各反射部１５５で反射させ、シングルモードで伝搬させる。光導波路１５０は、ｎ個のレーザ信号光ＯＳ１−１〜ＯＳ１−ｎを含む高密度なＷＤＭ信号光であるレーザ信号光ＯＳ１を生成し、当該レーザ信号光ＯＳ１を光合波器３へ出力する。
【００２９】
上述したように、波長調整層１３５−１〜１３５−ｎの厚さを変えることにより、面発光レーザ素子１２９の発振波長を調整することができる。面発光レーザ素子アレイ１３０をＷＤＭの光源として使用する場合、隣接する面発光レーザ素子１２９のチャンネル間の発振周波数の差を等間隔にすることが望ましい。つまり、それぞれの面発光レーザ素子１２９の目標発振周波数は一定間隔であり、それぞれの面発光レーザ素子１２９の波長調整層１３５の膜厚は、当該目標発振周波数に応じて調整される。なお、目標発振周波数は、面発光レーザ素子アレイ１３０等の製品仕様表に表示される仕様値等のように、面発光レーザ素子アレイ１３０に対して何らかの方法で示される性能目標値を指してよい。
【００３０】
図４は、それぞれの波長調整層１３５の膜厚を調整する膜厚調整工程の一例を示す。膜厚調整工程は、ｌｏｇ２Ｎ回（ただし、小数点以下は切りあげ）の調整工程によって、波長調整層１３５の膜厚を調整する。
【００３１】
なお、それぞれの波長調整層１３５を形成した後に、それぞれの調整工程を行なってよい。この場合、各調整工程において、波長調整層１３５をエッチングするか否かを波長調整層１５毎に選択する。また、それぞれの波長調整層１３５の膜厚を調整しながら、波長調整層１３５を形成してもよい。この場合、各調整工程において、波長調整層１３５を成長または再成長させるか否かを波長調整層１５毎に選択する。以下の例では、調整工程において波長調整層１５をエッチングする場合を説明する。この場合の調整工程をエッチング工程と称する。図４においてチャンネル番号１から１６は、面発光レーザ素子１２９のチャンネル番号を示す。また、図４の縦方向に、１回目から４回目のエッチング工程を示す。
【００３２】
図４ではＮ＝１６の場合を示すが、Ｎは１６に限定されない。また、図４では、面発光レーザ素子１２９が一次元的に配列されているが、これに限定されず、二次元のマトリクス状に配列されてもよい。
【００３３】
それぞれのエッチング工程において、それぞれのチャンネルの波長調整層１３５をエッチングするか否かを、チャンネル毎（波長調整層１３５毎）に選択する。これにより、ｌｏｇ２Ｎ回のエッチング工程で、１６通りの膜厚を形成する。このとき、それぞれの波長調整層１３５の膜厚を昇順または降順で整列させた場合に、それぞれの波長調整層１３５が略一定間隔の膜厚にするように、各エッチング工程における調整量（すなわちエッチング量）を設定する。
【００３４】
一例として、それぞれのエッチング工程におけるエッチング量は、ｄ×２＾ｋ（ただし、ｄは予め定められた単位量（すなわち単位エッチング量）、ｋは０以上且つエッチング工程の回数未満の整数群であり、且つ、複数のエッチング工程と一対一に対応する各整数）であらわされる。本例ではｋは０、１、２、３の各整数であり、ｋ＝０が１回目のエッチング工程に対応し、ｋ＝１が２回目のエッチング工程に対応し、ｋ＝２が３回目のエッチング工程に対応し、ｋ＝３が４回目のエッチング工程に対応する。
【００３５】
すなわち、１回目のエッチング工程のエッチング量ｄ１は８ｄ、２回目のエッチング量ｄ２は４ｄ、３回目のエッチング量ｄ３は２ｄ、４回目のエッチング量ｄ４はｄとなる。一例として、１回目のエッチング工程では、チャンネル１からチャンネル８までをマスクで覆い、チャンネル９からチャンネル１６までをエッチング量ｄ１でエッチングする。２回目のエッチング工程では、チャンネル１から４及びチャンネル９から１２をマスクで覆い、チャンネル５から８及びチャンネル１３から１６をエッチング量ｄ２でエッチングする。
【００３６】
３回目のエッチング工程では、チャンネル１、２、５、６、９、１０、１３、１４をマスクで覆い、チャンネル３、４、７、８、１１、１２、１５、１６をエッチング量ｄ３でエッチングする。４回目のエッチング工程では、チャンネル１、３、５、７、９、１１、１３、１５をマスクで覆い、チャンネル２、４、６、８、１０、１２、１４、１６をエッチング量ｄ４でエッチングする。このようにエッチングした結果、チャンネル番号が小さい面発光レーザ素子１２９ほど発振波長が長く、チャンネル番号が大きい面発光レーザ素子１２９ほど発振波長が短い面発光レーザ素子アレイ１３０を形成することができる。尚、各エッチング工程で選択されるチャンネルは、上記の例に限定されない。
【００３７】
図５は、４回のエッチング工程が終了した後の隣接するチャンネル間の波長調整層１３５の層厚差を示す。４回のエッチング処理により、ｄ４、ｄ３−ｄ４、ｄ２−ｄ３−ｄ４、ｄ１−ｄ２−ｄ３−ｄ４の４種類の層厚差を形成することができる。ただし、図４に示した例では、ｄ１＝８ｄ、ｄ２＝４ｄ、ｄ３＝２ｄ、ｄ４＝ｄなので、ｄ４＝ｄ３−ｄ４＝ｄ２−ｄ３−ｄ４＝ｄ１−ｄ２−ｄ３−ｄ４となり、一定の膜厚差となる。
【００３８】
なお、複数のチャンネルには、発振波長が略同一のチャンネルが含まれてよい。この場合、チャンネル数はＮより多くてよい。例えば、各発振波長について２個ずつのチャンネルを形成する場合、チャンネル数は２Ｎとなる。このような構成により、いずれかのチャンネルに不具合が生じても、予備のチャンネルを用いることができるので、歩留まりを向上させることができる。
【００３９】
図６は、隣接するチャンネル間の目標発振周波数の差を２００ＧＨｚとした場合のチャンネル番号と隣接チャンネルとの層厚差との関係を示す。波長λと周波数ｆとの間にはｆ＝ｃ／λ（ｃは光速）の関係がある。周波数間隔Δｆと波長間隔Δλとの間には、Δｆ＝（−ｃ／λ２）Δλの関係がある。したがって、波長が短い（チャンネル番号が大きい）ほど、２００ＧＨｚに相当する膜厚の差が小さくなることを示している。
【００４０】
図６に示すように、全チャンネルにおいて、波長調整層１３５を目標発振周波数に対応する膜厚にしようとすると、各チャンネル間の膜厚差はすべて異なる値となる。このため、ｌｏｇ２Ｎ回のエッチング工程では、全チャンネルの発振周波数を目標発振周波数に一致させることはできず、発振周波数に誤差が生じる。このため、ｎ種類の膜厚を形成できる最小のエッチング回数ｌｏｇ２ｎ回で、当該誤差が小さくなるような各エッチング工程のエッチング量を検討する。
【００４１】
図７は、面発光レーザ素子アレイ１３０の波長調整層１３５をいくつかの方法でエッチングした例を説明する図である。図７における「所望の膜厚差」は、図６に示したように、エッチング工程の回数を制限せずに、それぞれの波長調整層１３５の膜厚を目標発振周波数に対応して調整した例を示す。
【００４２】
図７における例４は、各エッチング工程のエッチング量を、各チャンネルの発振周波数と、目標発振周波数との誤差が最小となるように、最小２乗法で最適化した場合を示す。なお例４の場合、図７に示すように波長調整層１３５の膜厚差は一定値とならない。
【００４３】
図７における例１および２は、４回のエッチング量のそれぞれをｄ１＝８ｄ、ｄ２＝４ｄ、ｄ３＝２ｄ、ｄ４＝ｄとすることにより、隣接するチャンネルの波長調整層の膜厚の差を一定値ｄとした例を示す。例１は、単位エッチング量ｄとして、目標発振周波数が最小のチャンネル１と、次に目標発振周波数が小さいチャンネル２において、波長調整層１３５が有するべき膜厚差を用いた例を示す。
【００４４】
例２は、単位エッチング量ｄとして、それぞれの面発光レーザ素子１２９に、それぞれ対応する目標発振周波数の光を発生させようとした場合の、目標発振周波数が隣接する他の面発光レーザ素子１２９との間で有するべき波長調整層１３５の層厚差の平均値を用いた例を示す。つまり、図６および図７に示すように、各チャンネルの目標発振周波数がチャンネル番号に対して昇順または降順に割り当てられている場合、例２における単位エッチング量ｄは、中央の隣接チャンネル８およびチャンネル９の波長調整層１３５が有するべき膜厚差に一致する。
【００４５】
図７に示すように、例２の場合の隣接チャンネル間の膜厚差は、例４の場合の隣接チャンネル間の膜厚差と概ね一致する。従って、最小２乗法等の処理を用いずとも、例２のように、エッチング工程におけるエッチング量をｄ×２＾ｋとし、単位エッチング量ｄを各チャンネル間で有するべき膜厚差の平均値とすることで、隣接チャンネル間の膜厚差を最適化することができる。
【００４６】
図８は、チャンネル番号と隣接チャンネルとの周波数差との関係を示す。例１では、チャンネル番号の増加に伴って隣接チャンネルとの周波数差が線形的に増加している。例２では、チャンネル１から８までは隣接チャンネルとの周波数差は２００ＧＨｚより小さく、チャンネル９から１５までは隣接チャンネルとの周波数差は２００ＧＨｚより大きい。例２においてもチャンネル番号の増加に伴って隣接チャンネルとの周波数差が線形的に増加している。例４の結果は例２とほぼ等しい。
【００４７】
図９は、チャンネル番号と、各チャンネルでの発振周波数および目標発振周波数の誤差との関係を示す。図９では、図７および図８に示した例１、２に加え、例３を合わせて示す。例３における各エッチング工程のエッチング量は、例２における各エッチング工程のエッチング量に所定のオフセット量を加算している。
【００４８】
例１では、チャンネル番号の増加に伴って発振周波数の誤差が増大している。つまり、発振波長が短くなるに従い発振周波数の誤差が大きくなる。最も波長が短いチャンネル１６では、発振周波数の誤差が約３０ＧＨｚ（約１５％）である。
【００４９】
例２では、チャンネル１から８までは発振周波数の誤差は徐々に減少し、チャンネル９からチャンネル１６までは発振周波数の誤差が徐々に増加するので、発振周波数の誤差は所定の範囲内に収まる。しかし、例２では、発振周波数の誤差は全チャンネルを通じてマイナスとなるので、発振周波数の誤差のピーク値は比較的に大きな値となる（約８ＧＨｚ）。
【００５０】
例３は、例２におけるエッチング量にオフセット量を加算したので、発振周波数の誤差も、例２に対してシフトする。例３における各エッチング工程のエッチング量は、Ｄｏ＋ｄ×２＾ｋ（ただしＤｏは、オフセット量）で示される。そして、図９の例３に示すように、発振周波数が最小のチャンネルにおける発振周波数の誤差が正の値となり、発振周波数が中央値となるチャンネルにおける発振周波数の誤差が負の値となるように、オフセット量Ｄｏを設定することで、発振周波数の誤差のピーク値を低減することができる。
【００５１】
つまり、オフセット量Ｄｏは、発振周波数が最小のチャンネルの発振周波数が、当該チャンネルの目標発振周波数より大きくなり、発振周波数が中央値となるチャンネルの発振周波数が、当該チャンネルの目標発振周波数より小さくなる範囲で設定される。より好ましくは、オフセット量Ｄｏは、発振周波数が最小のチャンネルの発振周波数と、当該チャンネルの目標発振周波数との差分が、発振周波数が中央値となるチャンネルの発振周波数と、当該チャンネルの目標発振周波数との差分が略等しくなるように設定される。これにより、発振周波数の誤差を最小化することができる。
【００５２】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【００５３】
特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。
【符号の説明】
【００５４】
１・・・基板、２・・・光導波路、３・・・光合波器、４・・・光分波器、５・・・基板、１００・・・半導体集積素子、１１０・・・演算処理装置、１２０・・・レーザ駆動装置、１３０・・・面発光レーザ素子アレイ、１２９・・・面発光レーザ素子、１３１・・・下部反射層、１３２・・・メサポスト構造、１３３・・・ｎ型電極、１３４・・・ｐ型電極、１３５−１〜１３５−ｎ・・・波長調整層、１３６・・・上部反射層、１３８・・・活性層、１３９・・・電流狭窄層、１４０・・・受光素子、１５０・・・光導波路、１５１・・・基部、１５２・・・クラッド部、１５３・・・コア部、１５４・・・クラッド部、１５５・・・反射部、１６０・・・光導波路、１０００・・・光インターコネクションシステム
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下部反射層と、活性層と、上部反射層と、前記下部反射層および前記上部反射層の間に設けられた波長調整層とを有し、且つ、目標発振周波数が一定間隔のレーザ素子をｎ個備えたレーザ素子アレイの製造方法であって、
前記波長調整層の膜厚を調整するｌｏｇ２ｎ回（ただし、小数点以下は切りあげ）の調整工程を有し、前記調整工程のそれぞれにおいて、それぞれの前記波長調整層の膜厚を調整するか否かを前記波長調整層毎に選択することで、それぞれの前記波長調整層を略一定間隔の膜厚にし、
それぞれの前記調整工程における調整量は、ｄ×２＾ｋ（ただし、ｄは予め定められた単位量、ｋは０以上且つ調整工程の回数未満の整数群であり、且つ、複数の前記調整工程と一対一に対応する各整数）であらわされ、
前記単位量として、それぞれの前記レーザ素子にそれぞれの前記目標発振周波数の光を発生させようとした場合の、前記目標発振周波数が隣接する他の前記レーザ素子との間で有するべき前記波長調整層の膜厚差の平均値を用いる製造方法。
【請求項２】
それぞれの前記調整工程における調整量は、Ｄｏ＋ｄ×２＾ｋ（ただしＤｏは、発振周波数が最小の前記レーザ素子の前記発振周波数が、当該レーザ素子の前記目標発振周波数より大きくなり、前記発振周波数が中央値となる前記レーザ素子の前記発振周波数が、当該レーザ素子の前記目標発振周波数より小さくなる範囲で設定されるオフセット量）であらわされる請求項１に記載の製造方法。
【請求項３】
前記オフセット量は、前記発振周波数が最小の前記レーザ素子の前記発振周波数と、当該レーザ素子の前記目標発振周波数との差分が、前記発振周波数が中央値となる前記レーザ素子の前記発振周波数と、当該レーザ素子の前記目標発振周波数との差分が略等しくなるように設定される請求項２に記載の製造方法。
【請求項４】
前記調整工程において、それぞれの前記波長調整層をエッチングするか否かを前記波長調整層毎に選択する
請求項１から３のいずれか一項に記載の製造方法。
【請求項５】
前記調整工程において、それぞれの前記波長調整層を成長させるか否かを前記波長調整層毎に選択する
請求項１から３のいずれか一項に記載の製造方法。
【請求項６】
下部反射層と、活性層と、上部反射層と、前記下部反射層および前記上部反射層の間に設けられた波長調整層とを有し、且つ、目標発振周波数が一定間隔のレーザ素子をｎ個備えたレーザ素子アレイであって、
それぞれの前記レーザ素子の前記波長調整層は、前記目標発振周波数が隣接する他の前記レーザ素子の前記波長調整層に対して一定の膜厚差を有し、
前記膜厚差は、それぞれの前記レーザ素子にそれぞれの前記目標発振周波数の光を発生させようとした場合のそれぞれの前記レーザ素子が、前記目標発振周波数が隣接する他の前記レーザ素子との間で有するべき前記波長調整層の膜厚差の平均値であるレーザ素子アレイ。
【請求項７】
請求項６に記載のレーザ素子アレイと、受光した光信号を電気信号に変換する受光素子とを有する半導体集積素子と、
前記レーザ素子アレイが発振するレーザ光を伝搬する光導波路と、
前記レーザ光を前記光導波路に光学的に結合させる光合波器と、
前記光導波路を伝搬する前記レーザ光を前記受光素子に結合させる光分波器と、
を備える光インターコネクションシステム。
【請求項１】
下部反射層と、活性層と、上部反射層と、前記下部反射層および前記上部反射層の間に設けられた波長調整層とを有し、且つ、目標発振周波数が一定間隔のレーザ素子をｎ個備えたレーザ素子アレイの製造方法であって、
前記波長調整層の膜厚を調整するｌｏｇ２ｎ回（ただし、小数点以下は切りあげ）の調整工程を有し、前記調整工程のそれぞれにおいて、それぞれの前記波長調整層の膜厚を調整するか否かを前記波長調整層毎に選択することで、それぞれの前記波長調整層を略一定間隔の膜厚にし、
それぞれの前記調整工程における調整量は、ｄ×２＾ｋ（ただし、ｄは予め定められた単位量、ｋは０以上且つ調整工程の回数未満の整数群であり、且つ、複数の前記調整工程と一対一に対応する各整数）であらわされ、
前記単位量として、それぞれの前記レーザ素子にそれぞれの前記目標発振周波数の光を発生させようとした場合の、前記目標発振周波数が隣接する他の前記レーザ素子との間で有するべき前記波長調整層の膜厚差の平均値を用いる製造方法。
【請求項２】
それぞれの前記調整工程における調整量は、Ｄｏ＋ｄ×２＾ｋ（ただしＤｏは、発振周波数が最小の前記レーザ素子の前記発振周波数が、当該レーザ素子の前記目標発振周波数より大きくなり、前記発振周波数が中央値となる前記レーザ素子の前記発振周波数が、当該レーザ素子の前記目標発振周波数より小さくなる範囲で設定されるオフセット量）であらわされる請求項１に記載の製造方法。
【請求項３】
前記オフセット量は、前記発振周波数が最小の前記レーザ素子の前記発振周波数と、当該レーザ素子の前記目標発振周波数との差分が、前記発振周波数が中央値となる前記レーザ素子の前記発振周波数と、当該レーザ素子の前記目標発振周波数との差分が略等しくなるように設定される請求項２に記載の製造方法。
【請求項４】
前記調整工程において、それぞれの前記波長調整層をエッチングするか否かを前記波長調整層毎に選択する
請求項１から３のいずれか一項に記載の製造方法。
【請求項５】
前記調整工程において、それぞれの前記波長調整層を成長させるか否かを前記波長調整層毎に選択する
請求項１から３のいずれか一項に記載の製造方法。
【請求項６】
下部反射層と、活性層と、上部反射層と、前記下部反射層および前記上部反射層の間に設けられた波長調整層とを有し、且つ、目標発振周波数が一定間隔のレーザ素子をｎ個備えたレーザ素子アレイであって、
それぞれの前記レーザ素子の前記波長調整層は、前記目標発振周波数が隣接する他の前記レーザ素子の前記波長調整層に対して一定の膜厚差を有し、
前記膜厚差は、それぞれの前記レーザ素子にそれぞれの前記目標発振周波数の光を発生させようとした場合のそれぞれの前記レーザ素子が、前記目標発振周波数が隣接する他の前記レーザ素子との間で有するべき前記波長調整層の膜厚差の平均値であるレーザ素子アレイ。
【請求項７】
請求項６に記載のレーザ素子アレイと、受光した光信号を電気信号に変換する受光素子とを有する半導体集積素子と、
前記レーザ素子アレイが発振するレーザ光を伝搬する光導波路と、
前記レーザ光を前記光導波路に光学的に結合させる光合波器と、
前記光導波路を伝搬する前記レーザ光を前記受光素子に結合させる光分波器と、
を備える光インターコネクションシステム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１２−２３０９４９（Ｐ２０１２−２３０９４９Ａ）
【公開日】平成２４年１１月２２日（２０１２．１１．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−９６８７３（Ｐ２０１１−９６８７３）
【出願日】平成２３年４月２５日（２０１１．４．２５）
【出願人】（０００００５２９０）古河電気工業株式会社 (4,457)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月２２日（２０１２．１１．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年４月２５日（２０１１．４．２５）
【出願人】（０００００５２９０）古河電気工業株式会社 (4,457)
【Ｆターム（参考）】
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