JP2020003679A - 発光装置、光信号送信装置及び光伝送システム - Google Patents

Abstract

【課題】レンズの光軸と発光点の中心とを一致させる場合に比べ、発光点への戻り光量が低減された発光装置などを提供する。【解決手段】発光装置は、光を出射する発光点１１０−１〜１１０−３を有する発光部１００と、発光点が出射する光の光路上に設けられ、発光点が出射する光を、外部に設けられる光伝送部２０と結合させるレンズ２１０と、を備え、発光点が、レンズの光軸に垂直な方向において、光軸からずらして設けられている。【選択図】図２

Description

本発明は、発光装置、光信号送信装置及び光伝送システムに関する。

特許文献１には、半導体レーザ保持具に嵌合された半導体レーザと、前記半導体レーザ保持具中に配置されるレンズ保持具に保持されたレンズと、前記半導体レーザ保持具に取り付けられる光ファイバ保持具に保持された光ファイバとからなり、前記半導体レーザの光出射部と、前記レンズの光軸と、前記光ファイバのコア部とを同一軸上に配置した光ファイバ結合光学系において、前記光ファイバ保持具は薄板を貫通させてレーザ溶接することにより前記半導体レーザ保持具上に固定される光ファイバ結合光学系が記載されている。

特開２０１３−１７１１１２号公報

ところで、発光素子を光源として情報を伝送する光伝送システムでは、レンズによって発光素子から出射した光をファイバなどの光伝送路に結合させる。このとき、発光素子から出射した光が、ファイバ端などで反射され、戻り光となって発光素子の発光点に照射されると、発光素子の動作が不安定になって、高速な情報の伝送が阻害されるおそれがある。
本発明の目的は、レンズの光軸と発光点の中心とを一致させる場合に比べ、発光点への戻り光量が低減された発光装置などを提供する。

請求項１に記載の発明は、光を出射する発光点を有する発光部と、前記発光点が出射する光の光路上に設けられ、当該発光点が出射する光を、外部に設けられる光伝送部と結合させるレンズと、を備え、前記発光点が、前記レンズの光軸に垂直な方向において、当該光軸からずらして設けられている発光装置である。
請求項２に記載の発明は、前記発光点は、前記レンズの前記光軸からずれた当該光軸に平行な直線上において、前記光伝送部に対して最大の結合効率が得られる位置よりも、当該レンズの前側焦点に近い位置に設けられている請求項１に記載の発光装置である。
請求項３に記載の発明は、前記発光点は、前記最大の結合効率が得られる位置での当該発光点への戻り光量に対し、戻り光量の低下が１０ｄＢ以上となる位置に設けられている請求項２に記載の発光装置である。
請求項４に記載の発明は、前記発光点は、前記最大の結合効率に対し、結合効率の低下が１ｄＢ以下となる位置に設けられている請求項２又は請求項３に記載の発光装置である。
請求項５に記載の発明は、前記発光点は、前記レンズの前側焦点距離に対し、０．９倍以上且つ１．３倍未満の距離に設けられている請求項１に記載の発光装置である。
請求項６に記載の発明は、前記レンズは、当該レンズの後側焦点に端部が設けられている請求項２に記載の発光装置である。
請求項７に記載の発明は、前記発光部は、複数の発光点を備える請求項１に記載の発光装置である。
請求項８に記載の発明は、複数の前記発光点は、前記レンズの前記光軸を中心とする円に沿って配置されている請求項７に記載の発光装置である。
請求項９に記載の発明は、複数の前記発光点は、数が奇数であって、前記円に沿って等間隔に配置されている請求項８に記載の発光装置である。
請求項１０に記載の発明は、前記発光部における前記発光点は、面発光レーザ素子である請求項１に記載の発光装置である。
請求項１１に記載の発明は、前記面発光レーザ素子は、シングルモード発振する請求項１０に記載の発光装置である。
請求項１２に記載の発明は、請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の発光装置と、前記発光装置を駆動して、取得した電気信号を当該発光装置が備える発光点により光信号に変換させる駆動部と、を備える光信号送信装置である。
請求項１３に記載の発明は、請求項１２に記載の光信号送信装置と、前記光信号送信装置から出力される主光線が結合される位置に設けられた光伝送部と、を備える光伝送システムである。

請求項１に記載の発明によれば、レンズの光軸と発光点の中心とを一致させる場合に比べ、発光点への戻り光量が低減される。
請求項２、３に記載の発明によれば、レンズの光軸に平行な直線上において最大の結合効率が得られる位置に設けられている場合に比べ、発光点への戻り光量が抑制される。
請求項４に記載の発明によれば、最大の結合効率に対する結合効率の低下を１ｄＢ以下に抑制した状態で、発光点への戻り光量が抑制される。
請求項５に記載の発明によれば、前側焦点距離に対し、０．９倍未満の距離に設けられている場合に比べ、結合効率が向上し、１．３倍以上の距離に設けられている場合と比較し、戻り光量が抑制される。
請求項６に記載の発明によれば、レンズの端部が後側焦点でない場合に比べ、光軸に平行な光をレンズの端部において光軸上に集光させられる。
請求項７に記載の発明によれば、単体の発光点の場合に比べ、光量が増加する。
請求項８に記載の発明によれば、円に沿って配置されていない場合に比べ、発光点の配置がしやすい。
請求項９に記載の発明によれば、等間隔に配置されていない場合に比べ、熱が均一に分散させられる。
請求項１０に記載の発明によれば、端面発光素子に比べ、レンズとの組み合わせが容易になる。
請求項１１に記載の発明によれば、マルチモード発振に比べ、伝送距離を大きくできる。
請求項１２に記載の発明によれば、レンズの光軸と発光点の中心とを一致させる場合に比べ、発光点への戻り光量が低減された光送信ができる。
請求項１３に記載の発明によれば、レンズの光軸と発光点の中心とを一致させる場合に比べ、発光点への戻り光量が低減された光伝送ができる。

光伝送システムの一例を示す図である。 光源部を説明する図である。（ａ）は、発光部の正面図、（ｂ）は、（ａ）のＩＩＢ−ＩＩＢ線での光源部の断面図である。 発光部の表面において、発光点と、戻り光及び戻り光の光強度分布とを示す図である。 光ファイバにおけるコアの端面の光強度分布を示す図である。 発光点に照射される戻り光の光量と結合レンズから発光部までの距離との関係を説明する図である。 光ファイバのコアへの入射光量と結合レンズから発光部までの距離との関係を説明する図である。 図６の結果を説明するために、光ファイバにおけるコアへの入射光量と結合レンズから発光部までの距離との関係を説明する図である。 発光部の中心が光軸からずれた場合における戻り光量を示す図である。（ａ）は、発光部の中心と光軸との関係を説明する図、（ｂ）は、戻り光量である。 ３個の発光点を備える発光部の拡大図である。（ａ）は、発光部の上面図、（ｂ）は、（ａ）のＩＸＢ−ＩＸＢ線での発光部の断面図である。 垂直共振器面発光レーザの製造方法を説明する図である。（ａ）は、半導体層積層体形成工程、（ｂ）は、メサエッチング工程、（ｃ）は、酸化領域形成工程、（ｄ）は、ｐ側電極形成工程及び層間絶縁層形成工程、（ｅ）は、出射面保護層形成工程及びｎ側電極形成工程、（ｆ）は、配線層形成工程である。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
なお、以下では、アルミニウムをＡｌとするなど、元素記号を用いて表記する場合がある。

（光伝送システム１）
図１は、光伝送システム１の一例を示す図である。光伝送システム１は、例えば、コンピュータ、サーバなどの電子装置間でデータなどのデジタル信号の伝送を、光通信技術を用いて行うシステムである。データセンタなど、複数のコンピュータやサーバを備えるシステムでは、複数のコンピュータやサーバなどの電子装置を架に搭載し、それらの電子機器を並列に動作させるとともに、それらの間で高速にデジタル信号の伝送が行われる。この電子装置間のデジタル信号の伝送を、光を用いた光通信で行うことで、電気信号を用いて行う場合に比べ、高速化が達成できるとともに、ノイズの影響を受けにくくなる。

光伝送システム１は、光信号送信装置１０と、光ファイバ２０と、信号処理装置３０とを備える。
光信号送信装置１０は、光源部１１と、信号変調部１２とを備える。なお、光源部１１は、発光装置の一例、そして、信号変調部１２は、駆動部の一例である。また、光ファイバ２０が、光伝送部の一例である。

（光信号送信装置１０）
光信号送信装置１０が備える光源部１１は、発光点（後述する図２の発光点１１０）を備える。
信号変調部１２は、信号処理装置３０が処理した電気信号を取得し、光源部１１を駆動してデジタル信号に対応する光信号に変換する。光源部１１は、信号変調部１２によって駆動され、発光点から光ファイバ２０のコア２１に向けて光信号を出射する。

（光ファイバ２０）
光ファイバ２０は、コア２１とクラッド２２とを備える。コア２１は、クラッド２２に比べて屈折率が小さい部材で構成されている。コア２１に入射した光信号は、コア２１とクラッド２２との境界で反射を繰り返しながら、コア２１内を伝搬する。
ここでは、光ファイバ２０は、一例としてマルチモードであるとする。マルチモードの光ファイバ２０では、コア２１の直径は５０μｍなどである。なお、光ファイバ２０は、マルチモードに比べてコア２１の径が小さい、シングルモードであってもよい。
なお、光ファイバ２０の代わりに、他の領域と異なる屈折率に設定された導光領域が設けられた導光デバイスであってもよい。

（信号処理装置３０）
信号処理装置３０は、データなどのデジタル信号を処理する機能を有する。信号処理装置３０は、例えばコンピュータやサーバである。これらは、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入出力ポートなどを備え、ＲＡＭ上に実行可能な状態に展開されたプログラムによって、データなどのデジタル信号を処理する。この場合のデジタル信号は、電気信号である。そして、信号処理装置３０は、他の信号処理装置で処理させるために、処理したデジタル信号を入出力ポートに接続された光信号送信装置１０に電気信号として出力する。

なお、図１に記載しないが、光ファイバ２０によって、伝送された光信号は、受光部、信号復調部を備える信号受信装置によって受信される。受光部は、光信号を受光して光信号に対応する電気信号に変換する。信号復調部は、受光部から光信号に対応する電気信号を取得し、他の信号処理装置が処理可能なデジタル信号に変換する。
そして、信号受信装置に接続された他の信号処理装置により、デジタル信号がデータなどとして処理される。

（光源部１１）
光源部１１は、発光部１００と、結合レンズ２００とを備える。
図２は、光源部１１を説明する図である。図２（ａ）は、発光部１００の正面図、図２（ｂ）は、図２（ａ）のＩＩＢ−ＩＩＢ線での光源部１１の断面図である。
図２（ａ）に示すように、光源部１１の発光部１００は、一例として３個の発光点１１０を備える。ここでは、３個の発光点１１０をそれぞれ区別する場合は、発光点１１０−１、１１０−２、１１０−３と表記する。発光点１１０−１、１１０−２、１１０−３は、中心Ｏの半径ｒの円１１１上に等間隔に配列されている。中心Ｏを発光部１００の中心と表記する。
ここでは発光点１１０と表記するが、発光点１１０は点でなく、光を発光する発光素子において、予め定められた面積を有して、光を出射する部分（後述する図９に示す出射面１１２）をいう。なお、発光点１１０の中心を発光点１１０の中心Ｃとする。つまり、隣接する２個の発光点１１０の中心Ｃは、中心Ｏに対して中心角１２０°に配置されている。

結合レンズ２００は、平凸レンズ部２１０と円柱部２２０とを備える。平凸レンズ部２１０とは、一方の面が凸レンズ状の凸面であり、他方の面が平面になったレンズである。平凸レンズ部２１０が光を集光する作用を有する。円柱部２２０は、円柱状の両端部が平面状の平面になっている。そして、平凸レンズ部２１０の平面が、円柱部２２０の一方の平面に接するように構成されている。そして、円柱部２２０の中心軸が平凸レンズ部２１０の光軸に一致している。ここでは、平凸レンズ部２１０と円柱部２２０とは、発光部１００の発光点１１０が発光する光を透過する光学ガラスにより一体形成されている。ここでは、円柱部２２０の中心軸を結合レンズ２００の光軸ＯＡと表記する。なお、結合レンズ２００の平凸レンズ部２１０及び円柱部２２０のそれぞれの直径は、発光点１１０が配列された円の直径（２×ｒ）より大きく設定されている。

発光部１００の中心Ｏを、結合レンズ２００の光軸ＯＡが通る。また、光軸ＯＡと光ファイバ２０のコア２１の光軸とが一致するように光ファイバ２０が設けられている。つまり、結合レンズ２００の光軸ＯＡ上に、光ファイバ２０のコア２１の光軸があり、３個の発光点１１０を有する発光部１００の中心Ｏがある。つまり、３個の発光点１１０は、いずれもが、光軸ＯＡ上に配置されておらず、光軸ＯＡに垂直な方向において、光軸ＯＡからずらして配置されている。

ここでは、発光点１１０は、面発光レーザ素子の一例としての垂直共振器面発光レーザＶＣＳＥＬ（Vertical Cavity Surface Emitting Laser）によって構成されているとする。そして、発光点１１０として機能する出射面１１２（後述する図９、１０参照）の大きさは、シングルモードでレーザ発振するように小さく設定されている。出射面１１２の直径は、例えば５μｍや７μｍなどに設定されている。よって、上記において例示した、コア２１の直径５０μｍに比べて、発光面の直径５μｍ、７μｍは、点とみなされる。なお、垂直共振器面発光レーザＶＣＳＥＬをシングルモードでレーザ発振するために設定される出射面１１２の直径は、出射するレーザ光の波長などによって異なる。よって、予め定められた波長のレーザ光がシングルモードで発振するように、出射面１１２などの垂直共振器面発光レーザＶＣＳＥＬの構造を設定すればよい。ここで、出射面１１２の中心が発光点１１０の中心Ｃになる。

垂直共振器面発光レーザＶＣＳＥＬは、一例であって、垂直共振器面発光レーザＶＣＳＥＬ以外のレーザ素子や発光ダイオード（ＬＥＤ）など、光を出射する発光素子によって、発光点１１０が構成されてもよい。また、垂直共振器面発光レーザＶＣＳＥＬをシングルモードでレーザ発振させるとしたが、マルチモードで発振させてもよい。なお、発光ダイオード（ＬＥＤ）よりもレーザ素子のほうが戻り光の影響を受けやすい。

図２（ｂ）の断面図に示すように、発光部１００の発光点１１０側に、発光点１１０に結合レンズ２００の平凸レンズ部２１０の凸面が対向するように、結合レンズ２００が設けられている。そして、結合レンズ２００の円柱部２２０の平面に対向するように、光ファイバ２０のコア２１が設けられている。なお、発光部１００には、発光点１１０−１が示されている。

一例として、発光点１１０は、結合レンズ２００の光軸ＯＡ上の前側焦点ＦＦから光軸ＯＡに垂直に設けた前側焦点面ＦＦＰ上に設けられている。ここでは、結合レンズ２００の平凸レンズ部２１０の凸面の光軸ＯＡとの交点は、結合レンズ２００の前側主点となっている。また、一例として、結合レンズ２００のコア２１側の平面は、光軸ＯＡ上の後側焦点ＲＦから光軸ＯＡに垂直に設けた後側焦点面ＲＦＰ上に設けられている。そして、光ファイバ２０のコア２１の光が入射する端面２３は、結合レンズ２００の後側焦点面ＲＦＰからｚ方向にギャップＺｆ離して設けられている。
なお、ギャップＺｆを「０」に設定してもよい。但し、ギャップＺｆを「０」にした場合に、コア２１に入射する光量が最も高くなるとは限らない。よって、コア２１に入射する光量が多くなるように、つまり結合効率が高くなる値にギャップＺｆを設定すればよい。

上記の配置とすることで、発光点１１０−１から出射した光は、実線で示す光路を進み、結合レンズ２００によって平行光になって、光ファイバ２０におけるコア２１の端面２３に照射される。つまり、太い実線で示す光軸ＯＡに平行に進む光線は、後側焦点ＲＦに進む。つまり、光軸ＯＡに平行に進む光線は、光ファイバ２０におけるコア２１の端面２３の中心に照射される。ここで、後側焦点ＲＦを通る光線を主光線とする。そして、主光線が光ファイバ２０におけるコア２１の端面２３の中心に照射されるように、光信号送信装置１０からの主光線と光ファイバ２０とが結合している。

そして、コア２１の端面２３に照射された光の内、コア２１に入力した光が、光ファイバ２０のコア２１内を伝搬する。しかし、コア２１の端面２３に照射された光の内、一部の光は、コア２１に入力せず、端面２３で反射され反射光となって、発光部１００に戻る。この反射光は、破線で示す光路を進み、結合レンズ２００によって集束されて、発光部１００に照射される。このとき、集束された反射光は、発光部１００の中心Ｏに対して対称な位置に照射される。ここで、光ファイバ２０のコア２１の端面２３で反射され、発光部１００の表面に戻る反射光を戻り光１２０と表記する。戻り光１２０とは、発光部１００の表面に戻り光が照射される位置である。図２で示す戻り光１２０は、発光点１１０−１から出射した光による戻り光であるので、戻り光１２０−１と表記する。なお、発光点１１０−２から出射した光による戻り光は、戻り光１２０−２と表記し、発光点１１０−３から出射した光による戻り光は、戻り光１２０−３と表記する。

発光点１１０と前側焦点面ＦＦＰとの位置の関係は、後述するように、上記に限定されない。また、ギャップＺｆも、後述する値に限定されない。
ここでは、結合レンズ２００は、平凸レンズ部２１０と円柱部２２０とで構成されているとしたが、他の形状のレンズであってもよい。例えば、結合レンズ２００は、円柱部２２０を備えない平凸レンズ、両凸レンズなどであってもよい。

図３は、発光部１００の表面において、発光点１１０と、戻り光１２０及び戻り光１２０の光強度分布とを示す図である。光強度分布は、シミュレーションによって求めた。ここでは、光強度分布を白黒のグラディエーションで示す。つまり、白い部分が光強度の強い部分、黒い部分が光強度の弱い部分である。中央部において光強度が強く、周辺部にいくにしたがい光強度が低くなっている。また、発光部１００の中心Ｏと発光点１１０との距離である円１１１の半径ｒは、０．０２０ｍｍである。

発光点１１０−１、１１０−２、１１０−３は、中心Ｏから半径ｒの円１１１上に等間隔に配置されていた。そして、戻り光１２０−１、１２０−２、１２０−３は、発光点１１０−１、１１０−２、１１０−３に対して中心Ｏを対称の中心とする位置に生じる、よって、戻り光１２０−１、１２０−２、１２０−３も、中心Ｏから半径ｒの円１１１上に等間隔に配列されている。つまり、隣接する戻り光１２０は、中心Ｏに対して中心角１２０°に配置されている。そして、隣接する発光点１１０と戻り光１２０とは、中心Ｏに対して中心角６０°の位置にある。

そして、図３に示すように、戻り光１２０−１は、発光点１１０−２、１１０−３に隣接した位置に生じているが、発光点１１０−２、１１０−３に重なることがない。しかも、光強度分布に示すように、戻り光１２０−１は、発光点１１０−２、１１０−３の円１１１に沿った中間に位置するため、光強度の強い部分は、発光点１１０−２、１１０−３に重ならない。さらに、光強度分布から分かるように、光強度の弱い部分も発光点１１０−２、１１０−３に重なりにくくなっている。これは、奇数個の発光点１１０を中心Ｏの円１１１上に等間隔に配置していることによる。これにより、光ファイバ２０におけるコア２１の端面２３からの反射光が、発光点１１０の中心Ｏに対して対象の位置、つまり、発光点１１０が設けられていない位置に生じる。これにより、反射光が、発光点１１０に重なることが抑制される。しかも、発光部１００の発光点１１０を、結合レンズ２００の前側焦点面ＦＦＰに配置しているので、戻り光１２０は、発光部１００の表面に発光点１１０と同様な点状又は小さな面積に集光される。これにより、発光部１００の表面に戻り光１２０が集光されずに広がって、光強度が強い部分が、発光点１１０に重なるように広がることが抑制される。

なお、発光点１１０に戻り光１２０が照射されると、戻り光１２０が発光点１１０を構成する垂直共振器面発光レーザＶＣＳＥＬなどの発光素子に照射されることになる。発光素子は、出射する波長で設定されたバンドギャップを有する発光層（後述する図９の発光層４１２参照）を有している。そして、発光点１１０が出射する光と戻り光１２０とは、波長が同じである。このため、戻り光１２０が発光素子に照射されると、電子正孔ペアが励起されて、予期しない発光が生じるなど、発光素子の動作に悪影響を与えるおそれがある。すなわち、高速な情報の伝送が阻害されるおそれがある。

以上説明したように、本実施の形態では、発光点１１０の中心を結合レンズ２００の光軸ＯＡの垂直方向にずらすことで、発光点１１０への戻り光１２０の光量を低減させている。このとき、発光点１１０を前側焦点面ＦＦＰに配置することで、戻り光１２０を集束して拡がることを抑制している。これにより、発光点１１０への戻り光１２０の光量を低減させている。なお、戻り光１２０の光量を戻り光量と表記する場合がある。

なお、発光点１１０の数は、１個であってもよい。この場合、発光点１１０は、中心Ｏではなく、光軸ＯＡから垂直な方向にずれた位置、例えば前述した中心Ｏの半径ｒの円１１１上にあればよい。発光点１１０が３個の場合と同様に、戻り光１２０は、発光点１１０に重なることが抑制される。また、戻り光１２０が発光部１００の表面に集光されるので、戻り光１２０の光強度が強い部分が、発光点１１０に重なるように拡がることが抑制される。

また、発光点１１０の数は、３以外の奇数個であってもよい。この場合も、発光点１１０は、中心Ｏの半径ｒの円１１１上に等間隔で配置されることがよい。戻り光１２０は、円１１１上において隣接する発光点１１０の間に集束して照射される。なお、発光点１１０は、中心Ｏの複数の半径の円、つまり中心Ｏの同心円上に配置されてもよい。奇数個の発光点１１０を円１１１上に等間隔で配置することにより、発光部１００が発生する熱が均一に分散される。
なお、集束とは、光線が１点など狭い面積に集まることである。なお、集光すると表記することがある。

さらに、発光点１１０の数は、偶数個であってもよい。発光点１１０が中心Ｏの半径ｒの円１１１上に配置されている場合、各発光点１１０は、他の発光点１１０の中心Ｏに対する対称の位置に設けられていないことがよい。そして、発光点１１０は、戻り光１２０の光強度が強い部分が発光点１１０に重なることが抑制される位置に配置されるようにすればよい。
また、発光点１１０は、中心Ｏの半径ｒの円上に設けられていなくてもよい。
以上説明したように、発光点１１０が中心Ｏから離れて配置され、発光部１００の表面における戻り光１２０が、発光点１１０を構成する発光素子の動作に悪影響を与えにくい位置に設定されていればよい。

図４は、光ファイバ２０におけるコア２１の端面２３の光強度分布を示す図である。光強度分布は、シミュレーションによって求めた。コア２１の直径は、前述したように、５０μｍである。ここでは、図３と同様に、光強度分布を等高線で示す。そして、等高線で示された中央部において光強度が高く、周辺部にいくにしたがい光強度が低くなっている。ここでは、図３に示した３個の発光点１１０−１、１１０−２、１１０−３が同時に光を出射している。

前述したように、光ファイバ２０におけるコア２１の端面２３は、結合レンズ２００の後側焦点面ＲＦＰに近く配置されている。このため、発光点１１０から出射した光は、結合レンズ２００によって、平行光になって、コア２１の端面２３に照射される。
しかし、図４に示すように、コア２１の端面２３に照射された光は、光強度が強い部分がコア２１の内側に含まれ、コア２１の外側に照射される光量が抑制されている。よって、コア２１に入射させるために、コア２１の端面２３に光を集束することを要しない。つまり、発光部１００を結合レンズ２００の前側焦点面ＦＦＰに設置し、コア２１の端面２３を後側焦点面ＲＦＰに設置して、平行光をコア２１の端面２３に照射することを可能としている。

上記したように、複数の発光点１１０を並行して駆動させることで、光ファイバ２０により伝送される光量が増加する。なお、複数の発光点１１０は、並列接続により並行して駆動する構成であってもよく、直列接続により並行して駆動する構成であってもよい。また、複数の発光点１１０を独立に駆動する構成であってもよい。

上記では、発光部１００は、結合レンズ２００の前側焦点面ＦＦＰに設置されているとした。しかし、発光部１００は、必ずしも結合レンズ２００の前側焦点面ＦＦＰに設置されていなくてもよい。
図５は、発光点１１０に照射される戻り光の光量と結合レンズ２００から発光部１００までの距離Ｄとの関係を説明する図である。図５において横軸は、結合レンズ２００の端から発光部１００までの距離Ｄ（ｍｍ）である。なお、図２において、右方向に＋ｚ方向としたので、距離Ｄは、負で表記される。ここでは、結合レンズ２００の前側焦点面ＦＦＰは、結合レンズ２００から距離Ｄで−０．２６ｍｍにある。そして、縦軸は、戻り光の光量（ｄＢｍ）である。なお、図５では、戻り光の光量を戻り光量（ｄＢｍ）と表記する。そして、結合レンズ２００と光ファイバ２０におけるコア２１の端面２３とのギャップＺｆは、０．６ｍｍに設定されている。そして、発光点１１０が配置された円１１１の半径ｒとして、０．０２０ｍｍ、０．０２２ｍｍ、０．０２４ｍｍの３つの場合を示している。
図５に示した、発光点１１０に照射される戻り光の光量と結合レンズ２００から発光部１００までの距離Ｄとの関係は、シミュレーションによって得た。

図５に示すように、いずれの半径ｒにおいても、距離Ｄが−０．３０７ｍｍ〜−０．２３５ｍｍの範囲において、戻り光量が−６０ｄＢｍ以下になる。なお、距離Ｄが−０．５ｍｍなど、戻り光量が−３０ｄＢｍであるのは、戻り光１２０が発光点１１０に照射される場合である。つまり、結合レンズ２００から発光部１００までの距離Ｄを、−０．３０７ｍｍ〜−０．２３５ｍｍの範囲とすれば、発光点１１０に照射される戻り光１２０は、−３０ｄＢ以下になる。

つまり、前側焦点面ＦＦＰを０ｍｍとすると、前側焦点面ＦＦＰから−０．０４７ｍｍ〜０．０２４ｍｍの範囲であれば、発光部１００が前側焦点面ＦＦＰからずれて設けられてもよい。

上記したように、発光部１００は、結合レンズ２００の前側焦点面ＦＦＰに設置されているとした。そして、図４に示したように、発光部１００を結合レンズ２００の前側焦点面ＦＦＰに設置した場合、光ファイバ２０におけるコア２１外に照射される光があることが分かっている。そこで、光ファイバ２０のコア２１へ入射する光量（以下では、入射光量と表記する。）と結合レンズ２００から発光部１００までの距離Ｄとの関係を説明する。

図６は、光ファイバ２０のコア２１への入射光量と結合レンズ２００から発光部１００までの距離Ｄとの関係を説明する図である。図６における横軸は、図５と同様に、結合レンズ２００の端から発光部１００までの距離Ｄ（ｍｍ）である。縦軸は、光ファイバ２０のコア２１への入射光量（ｄＢｍ）である。なお、結合レンズ２００と光ファイバ２０におけるコア２１の端面２３までのギャップＺｆは、０．６ｍｍに設定されている。
そして、図６でも、発光点１１０が配置された円１１１の半径ｒとして、０．０２０ｍｍ、０．０２２ｍｍ、０．０２４ｍｍの３つの場合を示している。
図６に示した、光ファイバ２０のコア２１への入射光量と結合レンズ２００から発光部１００までの距離Ｄとの関係は、シミュレーションによって得た。

３個の発光点１１０が出射する光が全て光ファイバ２０のコア２１に入射されるとすると、光ファイバ２０への入射光量は、４．７ｄＢｍと算出される。つまり、光ファイバ２０への入射光量は、距離Ｄが−０．５ｍｍであれば、４．５ｄＢｍから４．７ｄＢｍであって、３個の発光点１１０が出射する光量のほとんど全て光ファイバ２０に入射する状態になることを示している。

これに対し、図６に示すように、距離Ｄが−０．３０７ｍｍ〜−０．２３５ｍｍの範囲において、光ファイバ２０への入射光量は、３．６〜３．９ｄＢｍである。つまり、光ファイバ２０のコア２１の外に照射される光があることが分かる。しかし、この入射光量の低下は、３個の発光点１１０が出射する光量の全てが光ファイバ２０に入射する状態に比べて、０．８ｄＢ〜１．１ｄＢである。このことは、３個の発光点１１０が出射する全てが光ファイバ２０に入射する場合の光量である４．７ｄＢｍの約８０％が光ファイバ２０におけるコア２１に入射することになる。発光点１１０が出射する光のうち、光ファイバ２０におけるコア２１に入射する割合を、結合効率と呼ぶ。上記の場合、結合効率は約８０％である。

図７は、図６の結果を説明するために、光ファイバ２０におけるコア２１への入射光量と結合レンズ２００から発光部１００までの距離との関係を説明する図である。
図７では、前側焦点ＦＦ、前側焦点面ＦＦＰ、後側焦点ＲＦ、後側焦点面ＲＦＰに加えて、結合レンズ２００から前側焦点ＦＦ側に、２倍前側焦点ＦＦ２及び２倍前側焦点面ＦＦＰ２を表記している。さらに、図７では、結合レンズ２００から後側焦点ＲＦ側に、２倍後側焦点ＲＦ２及び２倍後側焦点面ＲＦＰ２を表記している。つまり、２倍前側焦点ＦＦ２は、結合レンズ２００の光軸ＯＡ上において、前側焦点ＦＦに対する前側焦点距離の２倍の位置である。また、２倍前側焦点面ＦＦＰ２は、２倍前側焦点ＦＦ２における光軸ＯＡに垂直な面である。同様に、２倍後側焦点ＲＦ２は、結合レンズ２００の光軸ＯＡ上において、後側焦点ＲＦに対する後側焦点距離の２倍の位置である。また、２倍後側焦点面ＲＦＰ２は、２倍後側焦点ＲＦ２における光軸ＯＡに垂直な面である。

本実施の形態に対応する、前側焦点面ＦＦＰにおいて、中心Ｏより半径ｒ離れた点Ｐ１から出射する光は、結合レンズ２００から平行光となって出射した。一方、２倍前側焦点面ＦＦＰ２において、中心Ｏより半径ｒ離れた点Ｐ２から出射する光は、結合レンズ２００から２倍後側焦点面ＲＦＰ２に向かって集束する光となって出射する。よって、光ファイバ２０におけるコア２１の端面２３には、２倍後側焦点面ＲＦＰ２に向かって集束する光が入射する。

このため、点Ｐ２から出射する光は、点Ｐ１から出射する光に比べ、光ファイバ２０のコア２１への入射光量が多くなる。これは、図６で示したように、２倍前側焦点面ＦＦＰ２に対応する距離Ｄが−０．５ｍｍ近傍であれば、距離Ｄが−０．３０７ｍｍ〜−０．２３５ｍｍの範囲である場合に比べて大きい。つまり、距離Ｄが−０．５ｍｍ近傍は、最大の結合効率が得られる位置である。

しかし、距離Ｄを−０．５ｍｍとすると、つまり、図７において２倍前側焦点面ＦＦＰ２に発光点１１０を設置すると、光ファイバ２０におけるコア２１の端面２３で反射して発光部１００への戻り光１２０が、発光部１００の表面おいて集束せず、拡がって照射される。このため、戻り光１２０が発光点１１０に照射され、垂直共振器面発光レーザＶＣＳＥＬなどの発光素子の動作が不安定になるおそれがある。

しかし、発光素子の動作が不安定にならなければ、発光点１１０を２倍前側焦点面ＦＦＰ２よりも、前側焦点面ＦＦＰに近い位置に設けてもよい。例えば、最大の結合効率が得られる位置における戻り光量に比べて、戻り光量の低下が１０ｄＢ以上であれば、垂直共振器面発光レーザＶＣＳＥＬなどの発光素子の動作が不安定になりにくい。つまり、最大の結合効率が得られる位置における戻り光量に比べて、戻り光量の低下が１０ｄＢ以上である位置に発光点１１０を設ければよい。

また、結合効率の低下は、小さいほどよいが、発光点１１０を２倍前側焦点面ＦＦＰ２よりも、前側焦点面ＦＦＰに近い位置に設ければ、図６に示したように、最大の結合効率が得られる位置に対して、結合効率の低下が、つまり結合損失が１ｄＢ以下となる。

上記の範囲は、図５、図６から、距離Ｄが−０．２３５ｍｍ以上且つ−０．３３８ｍｍ未満の範囲である。すなわち、前側焦点ＦＦの前側焦点距離である−０．２６ｍｍに対し、０．９倍以上且つ１．３倍未満の距離Ｄであればよい。

なお、発光点１１０を２倍前焦点面ＦＦＰ２に配置した場合、光ファイバ２０におけるコア２１の端面２３が２倍後焦点面ＲＦＰ２に配置されると、光ファイバ２０におけるコア２１の端面２３には、集束された光が入射する。このため、発光点１１０と光ファイバ２０との結合効率がよいと考えられる。しかし、光ファイバ２０におけるコア２１の端面２３で反射した戻り光は、発光点１１０に戻って、発光点１１０を照射することになる。つまり、垂直共振器面発光レーザＶＣＳＥＬなどの発光素子の動作が不安定になるおそれがある。

これまでは、３個の発光点１１０の中心Ｏが、光軸ＯＡ上にあるとして説明した。しかし、発光点１１０の中心Ｏは、光軸ＯＡからずれるおそれがある。
図８は、発光部１００の中心Ｏが光軸ＯＡからずれた場合における戻り光量を示す図である。図８（ａ）は、発光部１００の中心Ｏと光軸ＯＡとの関係を説明する図、図８（ｂ）は、戻り光量である。図８（ｂ）において、横軸は、中心Ｏの光軸ＯＡに対するずれ量であるｙ方向オフセットＳ（μｍ）、縦軸は、戻り光量（ｄＢｍ）である。

図８（ａ）に示すように、図２（ａ）と同様に、中心Ｏの円１１１上に配置された３個の発光点１１０−１、１１０−２、１１０−３が等間隔で配置されている。ここで、図８（ａ）に示すように、発光点１１０−１から発光点１１０−２、１１０−３の間を通る方向がｙ方向であるので、光軸ＯＡと中心Ｏとの間のずれ量であるオフセットＳ（μｍ）は、ｙ方向のずれ量である。よって、ｙ方向オフセットＳ（μｍ）とした。なお、図８（ｂ）では、発光部１００における発光点１１０の中心Ｏから円１１１の半径ｒは、０．０２０ｍｍとした。そして、発光部１００の結合レンズ２００からの距離Ｄが−０．２５ｍｍ、０．２６ｍｍ、０．２７ｍｍの場合を示す。すると、図８（ｂ）に示すように、発光部１００と結合レンズ２００との距離Ｄにかかわらず、ｙ方向のオフセットＳが−３μｍから３μｍの範囲において、戻り光量の増加は、１０ｄＢ以内に抑制されている。よって、図５に示した、戻り光量が最大の結合効率が得られる位置における戻り光量より３０ｄＢ以下となる距離Ｄ（−０．３０７ｍｍ〜−０．２３５ｍｍ）の範囲においては、上記した戻り光量が１０ｄＢ増加しても、垂直共振器面発光レーザＶＣＳＥＬなどの発光素子の動作への影響が抑制される。

以上説明したように、本実施の形態における光信号送信装置１０では、発光点１１０への戻り光量が３０ｄＢ以下となるとともに、結合効率の低下が１ｄＢ以下になる。

以下では、発光点１１０が垂直共振器面発光レーザＶＣＳＥＬで構成されているとして、垂直共振器面発光レーザＶＣＳＥＬの構造と、製造方法を説明する。
（垂直共振器面発光レーザＶＣＳＥＬの構造）
図９は、３個の発光点１１０を備える発光部１００の拡大図である。図９（ａ）は、発光部１００の上面図、図９（ｂ）は、図９（ａ）のＩＸＢ−ＩＸＢ線での発光部１００の断面図である。発光部１００は、外形が四角形状のチップとして構成されているとしたが、他の形状であってもよい。

ここでは、図９（ａ）の上面図により、発光点１１０が垂直共振器面発光レーザＶＣＳＥＬで構成されるとして説明する。よって、以下では発光点１１０の代わりに、垂直共振器面発光レーザＶＣＳＥＬと表記する。ここでは、発光点１１０は、一例として３個であるとして、３個の垂直共振器面発光レーザＶＣＳＥＬをそれぞれ区別する場合、垂直共振器面発光レーザＶＣＳＥＬ−１、ＶＣＳＥＬ−２、ＶＣＳＥＬ−３と表記する。

図９（ａ）に示すように、３個の垂直共振器面発光レーザＶＣＳＥＬは、中心Ｏの円１１１に沿って、等間隔で配置されている。そして、図９（ｂ）では、垂直共振器面発光レーザＶＣＳＥＬ−２、ＶＣＳＥＬ−３の断面を示している。
なお、３個の垂直共振器面発光レーザＶＣＳＥＬは、同じ構造を有しているので、以下では１個の垂直共振器面発光レーザＶＣＳＥＬ、ここでは、垂直共振器面発光レーザＶＣＳＥＬ−２を例に説明する。なお、垂直共振器面発光レーザＶＣＳＥＬ−２を垂直共振器面発光レーザＶＣＳＥＬと表記する。

図９（ａ）に示すように、垂直共振器面発光レーザＶＣＳＥＬは、上面から見た場合、外形が円形に構成されている。そして、円形の中央部は、垂直共振器面発光レーザＶＣＳＥＬが光を外部に出射する出射面１１２である。なお、出射面１１２が発光点１１０であるとしてもよい。発光部１００の上面は、出射面１１２を除いて配線層４１９で覆われている。
なお、垂直共振器面発光レーザＶＣＳＥＬの上面から見た外形は、円形でなくともよく、楕円、四角形、多角形など他の形状であってもよい。

次に、図９（ｂ）に示す断面図により、垂直共振器面発光レーザＶＣＳＥＬの断面構造を説明する。
垂直共振器面発光レーザＶＣＳＥＬは、例えばＧａＡｓによるｎ型の基板４１０の一方の面（これを、表面と表記する。）上に、ｎ型の下部分布ブラッグ反射層４１１と、活性層４１２と、酸化狭窄層４１３と、ｐ型の上部分布ブラッグ反射層４１４と、ｐ型のコンタクト層４１５と、ｐ側電極４１６と、層間絶縁層４１７と、出射面保護層４１８と、配線層４１９とを備える。なお、分布ブラッグ反射層は、ＤＢＲ（Distributed Bragg Reflector）層と呼ばれることから、以下では、ｎ型の下部分布ブラッグ反射層４１１を下部ＤＢＲ層４１１と、ｐ型の上部分布ブラッグ反射層４１４を上部ＤＢＲ層４１４と表記する。

そして、発光部１００における３個の垂直共振器面発光レーザＶＣＳＥＬは、いわゆるメサエッチングによって作成されたメサ構造、つまりメサ１１３によって分離されている。つまり、垂直共振器面発光レーザＶＣＳＥＬは、ｎ型の基板４１０の表面に、ｎ型の下部ＤＢＲ層４１１、活性層４１２、酸化狭窄層４１３、ｐ型の上部ＤＢＲ層４１４、コンタクト層４１５が順に積層された構成を有している。そして、出射面１１２及びｐ側電極４１６を除く表面（メサ１１３の側面を含む）に層間絶縁層４１７が設けられている。上面から見た場合、出射面１１２を囲むようにｐ側電極４１６が設けられ、中央部に出射面保護層４１８が設けられている。さらに、層間絶縁層４１７上に、出射面１１２を除いて、配線層４１９が設けられている。なお、配線層４１９は、複数の垂直共振器面発光レーザＶＣＳＥＬのｐ側電極４１６と接続されている。

また、ｎ型の基板４１０の他方の面（裏面）上に、ｎ型の基板４１０とオーミックコンタクトするｎ側電極４２０を備える。なお、この構成は、ｎ型の基板を用いた場合であって、ｐ型の基板を用いる場合には、ｐとｎとの極性が逆になり、電圧、電流の向きも逆になる。

そして、基板４１０の裏面に設けられたｎ側電極４２０に基準電位（ＧＮＤなど）が印加され、配線層４１９を介してｐ側電極４１６に正の駆動電位が印加されると、垂直共振器面発光レーザＶＣＳＥＬは、レーザ発振して、出射面１１２からレーザ光を出射する。レーザ光は、出射面１１２に垂直方向、つまり基板４１０に垂直方向にレーザ光を出射する。なお、出射面１１２の中心を、発光点１１０の中心Ｃとする。なお、出射面１１２は、必ずしも円形であることを要しない。出射面１１２の形状が、楕円形、三角形、四角形、四角形を超える多角形などである場合には、発光点１１０の中心Ｃは、出射面１１２が板状であるとした場合の重心である。

以下では、図９（ｂ）に示した各層の構成について説明する。
基板４１０は、ｎ型のＧａＡｓを例として説明するが、不純物を添加していないイントリンシック（ｉ）のＧａＡｓでもよい。また、ＩｎＰ、ＧａＮ、ＩｎＡｓ、その他ＩＩＩ−Ｖ族、ＩＩ−ＶＩ材料からなる半導体基板、サファイア、Ｓｉ、Ｇｅなどでもよい。基板を変更した場合、基板上にモノリシックに積層される材料は、基板の格子定数に略整合（歪構造、歪緩和層、メタモルフィック成長を含む）する材料を用いる。ただし、基板４１０が電気絶縁性である場合には、基準電位（ＧＮＤなど）を供給する配線を別途設けることが必要となる。また、基板４１０を除く半導体層積層体を他の支持基板に張り付け、他の支持基板上に半導体層積層体を設ける場合は、支持基板と格子定数が整合している必要はない。これらについての詳細な説明は、省略する。

下部ＤＢＲ層４１１は、屈折率が互いに異なる２つの半導体層が交互に積層されて構成されている。つまり、屈折率が互いに異なる２つの半導体層は、垂直共振器面発光レーザＶＣＳＥＬの発振波長をλ、媒質である半導体層の屈折率をｎとした場合、それぞれの膜厚が０．２５λ／ｎとなるように設定されている。このようにすることで、下部ＤＢＲ層４１１は、波長λの光を、選択的に反射する反射層、つまり誘電体ミラーとして機能する。

活性層４１２は、下部ＤＢＲ層４１１側から、下部スペーサ層４１２ａ、量子井戸活性層４１２ｂ、上部スペーサ層４１２ｃを備える。量子井戸活性層４１２ｂは、例えば、４層のＧａＡｓで構成される障壁層と、それぞれが障壁層の間に設けられた３層のＩｎＧａＡｓで構成された量子井戸層とで構成される。下部スペーサ層４１２ａは、量子井戸活性層４１２ｂと下部ＤＢＲ層４１１との間にあり、上部スペーサ層４１２ｃは、量子井戸活性層４１２ｂと酸化狭窄層４１３との間にある。なお、酸化狭窄層４１３は、上部ＤＢＲ層４１４の一部ととらえてよく、上部ＤＢＲ層４１４の内部に設けられてもよい。下部スペーサ層４１２ａ及び上部スペーサ層４１２ｃは、下部ＤＢＲ層４１１と上部ＤＢＲ層４１４との間にあって、共振器の長さを調整するとともに、キャリアを閉じ込めるクラッドとして機能する。

活性層４１２上に設けられた酸化狭窄層４１３は、非酸化領域４１３ａと酸化領域４１３ｂとを備える。なお、後述するように、酸化領域４１３ｂは、メサ１１３の側面から形成されるので、上面から見た場合、垂直共振器面発光レーザＶＣＳＥＬの周辺部から中央部に向かって形成される。そして、中央部が非酸化領域４１３ａとなる。後述するように、酸化領域４１３ｂは、電流が流れにくい領域であり、非酸化領域４１３ａは、電流が流れやすい領域である。つまり、酸化狭窄層４１３は、垂直共振器面発光レーザＶＣＳＥＬにおける電流の流れる経路を狭窄する。

メサ１１３の周辺部は、メサエッチングに起因した欠陥が多いため、非発光再結合が起こりやすい。このため、酸化領域４１３ｂを設けないと、垂直共振器面発光レーザＶＣＳＥＬの発振が不安定になりやすいとともに、電力が非発光再結合に消費される。よって、酸化領域４１３ｂを設けることで、中央部の非酸化領域４１３ａに電流を集中させやすく、非発光再結合に消費される電力が抑制されて、低消費電力化及び光取り出し効率の向上が図れる。さらに、垂直共振器面発光レーザＶＣＳＥＬのレーザ発振が安定する。

つまり、垂直共振器面発光レーザＶＣＳＥＬでは、非酸化領域４１３ａにおいてレーザ発振が生じる。よって、非酸化領域４１３ａの直径を５μｍ、７μｍなどと小さくすることで、垂直共振器面発光レーザＶＣＳＥＬは、シングルモードで発振する。

上部ＤＢＲ層４１４は、下部ＤＢＲ層４１１と同様に、屈折率が互いに異なる２つの半導体層が交互に積層されて構成されている。つまり、屈折率が互いに異なる２つの半導体層は、それぞれの膜厚が０．２５λ／ｎとなるように設定されている。このようにすることで、上部ＤＢＲ層４１４は、波長λの光を、選択的に反射する反射層、つまり誘電体ミラーとして機能する。そして、下部ＤＢＲ層４１１との間で共振器を構成し、波長λの光を閉じ込める。

コンタクト層４１５は、ｐ側電極４１６とオーミックコンタクトしやすくするための層である。
ｐ側電極４１６は、上面から見た場合に、メサの中心部を囲むように設けられる。ｐ側電極４１６は、ｐ型であるコンタクト層４１５とオーミックコンタクトがとりやすい金属材料で構成されている。

そして、層間絶縁層４１７は、出射面１１２及びｐ側電極４１６の形成された部分を除いて、垂直共振器面発光レーザＶＣＳＥＬの表面（メサ１１３の側面を含む）を覆うように設けられている。層間絶縁層４１７は、例えば、シリコン窒化膜で構成されている。なお、層間絶縁層４１７は、シリコン窒化膜の他、シリコン酸化（ＳｉＯ_２）膜、シリコン酸窒化（ＳｉＯＮ）膜などであってもよい。

出射面保護層４１８は、上面から見た場合に、ｐ側電極４１６で囲まれたメサの中心部の領域である出射面１１２に、活性層４１２が出射する波長λの光に対して透過率が高い材料で構成されている。出射面保護層４１８は、例えば、シリコン窒化（ＳｉＮ）膜で構成されている。なお、層間絶縁層４１７と出射面保護層４１８とを同時に形成してもよい。この場合、層間絶縁層４１７と出射面保護層４１８とは、同じ材料で構成される。

そして、層間絶縁層４１７上に設けられた配線層４１９は、垂直共振器面発光レーザＶＣＳＥＬの出射面１１２を除いて、垂直共振器面発光レーザＶＣＳＥＬの表面を覆うように設けられている。そして、配線層４１９は、各垂直共振器面発光レーザＶＣＳＥＬのｐ側電極４１６を並列に接続するように、発光部１００の表面を覆うように設けられている。

（垂直共振器面発光レーザＶＣＳＥＬの製造方法）
次に、垂直共振器面発光レーザＶＣＳＥＬの製造方法を説明する。
図１０は、垂直共振器面発光レーザＶＣＳＥＬの製造方法を説明する図である。図１０（ａ）は、半導体層積層体形成工程、図１０（ｂ）は、メサエッチング工程、図１０（ｃ）は、酸化領域形成工程、図１０（ｄ）は、ｐ側電極形成工程及び層間絶縁層形成工程、図１０（ｅ）は、出射面保護層形成工程及びｎ側電極形成工程、図１０（ｆ）は、配線層形成工程である。

図１０（ａ）に示す半導体層積層体形成工程では、ｎ型のＧａＡｓである基板４１０上に、ｎ型の下部ＤＢＲ層４１１、活性層４１２、酸化狭窄層４１３、ｐ型の上部ＤＢＲ層４１４、ｐ型のコンタクト層４１５を連続して積層して、半導体層積層体を形成する。

ｎ型の下部ＤＢＲ層４１１は、例えば、有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）法により、キャリア濃度が１×１０^１８ｃｍ^−３のＡｌＡｓとＧａＡｓとをそれぞれの膜厚が０．２５λ／ｎとなるように交互に３０周期積層して形成されている。なお、図１０（ａ）では、図９（ｂ）と異なり、多層構造で示さない。

活性層４１２は、不純物をドープしていないアンドープのＡｌ_０．２２Ｇａ_０．７８Ａｓの下部スペーサ層４１２ａ、アンドープの量子井戸活性層４１２ｂ、アンドープのＡｌ_０．２２Ｇａ_０．７８Ａｓの上部スペーサ層４１２ｃを積層して形成されている。なお、量子井戸活性層４１２ｂは、膜厚８０ｎｍのＩｎＧａＡｓの量子井戸層が３層と、膜厚１５０ｎｍのＧａＡｓの障壁層が４層とで構成されている。そして、活性層４１２は、膜厚がλ／ｎに設定されている。

そして、酸化狭窄層４１３は、キャリア濃度が１×１０^１８ｃｍ^−３のＡｌＡｓである。そして、酸化狭窄層４１３は、膜厚が０．２５λ／ｎに設定されている。

上部ＤＢＲ層４１４は、キャリア濃度が１×１０^１８ｃｍ^−３のＡｌ_０．９Ｇａ_０．１ＡｓとＧａＡｓとをそれぞれの膜厚が０．２５λ／ｎとなるように、交互に２２周期積層して形成されている。なお、総膜厚は、約２μｍとなるように設定されている。
前述したように、酸化狭窄層４１３は、上部ＤＢＲ層４１４の一部としてもよい。

ｐ型のコンタクト層４１５は、キャリア濃度が１×１０^１９ｃｍ^−３のＧａＡｓである。ｐ型のコンタクト層４１５は、膜厚がλ／ｎに設定されている。

なお、ＭＯＣＶＤ法における原料ガスとして、トリメチルガリウム、トリメチルアルミニウム、トリメチルインジウム、アルシンを用いた。また、不純物（ドーパント）材料として、ｐ型用にシクロペンタジニウムマグネシウム、ｎ型用にシランを用いた。基板温度を７５０℃とし、真空を破ることなく、原料ガスを順次切り替えながら、連続して各層を積層して半導体層積層体を形成した。

図１０（ｂ）に示すメサエッチング工程では、上記の半導体層積層体を下部ＤＢＲ層４１１の途中までエッチングしてメサ１１３を形成する。ここでは、ＡｌＡｓである酸化狭窄層４１３を露出させた。つまり、フォトリソグラフィにより垂直共振器面発光レーザＶＣＳＥＬとなる部分にフォトレジストによるエッチングマスク（レジストマスク）Ｒを形成し、四塩化炭素（ＣＣｌ_４）をエッチングガスとする反応性イオンエッチングによりメサ１１３を形成した。

図１０（ｃ）の酸化領域形成工程では、ＡｌＡｓである酸化狭窄層４１３を酸化して、酸化領域４１３ｂを形成する。つまり、レジストマスクＲを除去したのち、約４００℃の炉中において、水蒸気酸化を行いＡｌＡｓである酸化狭窄層４１３を、メサ１１３の側面から酸化した。酸化されたメサ１１３の周辺部が酸化領域４１３ｂとなり、酸化されなかったメサ１１３の中心部が非酸化領域４１３ａとなる。つまり、酸化領域４１３ｂでは、ＡｌＡｓが酸化されて、絶縁性のＡｌ_２Ｏ_３を含むようになるため、電流が流れにくくなる。一方、非酸化領域４１３ａは、電流が流れやすい領域、つまり電流注入領域として残る。

図１０（ｄ）のｐ側電極形成工程及び層間絶縁層形成工程における、ｐ側電極形成工程では、メサ１１３の表面の中央部を囲むようにｐ側電極４１６を形成する。つまり、ｐ側電極４１６を形成する部分を除いて、レジストマスク（不図示）を形成し、ｐ側電極４１６となる金属材料を真空蒸着などにより堆積する。そして、レジストマスクとともに、レジストマスク上の金属材料を除去する、いわゆるリフトオフ法により、ｐ側電極４１６を形成する。これにより、ｐ側電極４１６を形成する部分にｐ側電極４１６となる金属材料が残る。なお、ｐ側電極４１６には、ｐ型のＧａＡｓとオーミックコンタクトが形成されやすいＴｉ／Ａｕを用いた。

図１０（ｄ）のｐ側電極形成工程及び層間絶縁層形成工程における、層間絶縁層形成工程では、ｐ側電極４１６及びｐ側電極４１６で囲まれた、出射面１１２となる領域を除いて、層間絶縁層４１７を堆積する。つまり、ｐ側電極４１６の形成と同様に、ｐ側電極４１６及びｐ側電極４１６で囲まれた出射面１１２となる領域に、レジストマスク（不図示）を形成し、層間絶縁層４１７となる窒化シリコン（ＳｉＮ）を真空蒸着などにより堆積する。そして、レジストマスクとともに、レジストマスク上の窒化シリコンを除去する（リフトオフ法）。これにより、垂直共振器面発光レーザＶＣＳＥＬのメサ１１３の側面を含む表面に層間絶縁層４１７が形成される。

図１０（ｅ）の出射面保護層形成工程及び配線層形成工程における、出射面保護層形成工程では、ｐ側電極４１６で囲まれた領域に、出射面保護層４１８を形成する。つまり、ｐ側電極４１６で囲まれた出射面１１２となる領域を除いて、レジストマスク（不図示）を形成し、出射面保護層４１８となる窒化シリコン（ＳｉＮ）を真空蒸着などにより堆積する。そして、レジストマスクとともに、レジストマスク上の窒化シリコンを除去する（リフトオフ法）。これにより、ｐ側電極４１６で囲まれた領域に出射面保護層４１８が形成される。

図１０（ｅ）の出射面保護層形成工程及びｎ側電極形成工程における、ｎ側電極形成工程では、基板４１０の裏面に、ｎ側電極４２０を形成する。つまり、基板４１０の裏面側に、ｎ側電極４２０となる金属材料を真空蒸着などにより堆積する。なお、ｎ側電極４２０には、ｎ型のＧａＡｓとオーミックコンタクトが形成されやすいＡｕ／Ｇｅを用いた。

図１０（ｆ）の配線層形成工程における、配線層形成工程では、出射面１１２を除く、表面にｐ側電極４１６を接続するように配線層４１９を形成する。配線層４１９は、前述したように、出射面１１２を除くように、垂直共振器面発光レーザＶＣＳＥＬの表面を覆うように形成される。

本発明の趣旨に反しない限りにおいて様々な変形を行っても構わない。

１…光伝送システム、１０…光信号送信装置、１１…光源部、１２…信号変調部、２０…光ファイバ、２１…コア、２２…クラッド、２３…端面、３０…信号処理装置、１００…発光部、１１０…発光点、１１１…円、１１２…出射面、１１３…メサ、１２０…戻り光、２００…結合レンズ、２１０…平凸レンズ部、２２０…円柱部、４１０…基板、４１１…下部分布ブラッグ反射層（下部ＤＢＲ層）、４１２…活性層、４１３…酸化狭窄層、４１３ａ…非酸化領域、４１３ｂ…酸化領域、４１４…上部分布ブラッグ反射層（上部ＤＢＲ層）、４１５…コンタクト層、４１６…ｐ側電極、４１７…層間絶縁層、４１８…出射面保護層、４１９…配線層、４２０…ｎ側電極、λ…中心波長、Ｄ…光源部と結合レンズとの間の距離、ＦＦ…前側焦点、ＦＦＰ…前側焦点面、ＲＦ…後側焦点、ＲＦＰ…後側焦点面、ＶＣＳＥＬ…垂直共振器面発光レーザ、ｎ…屈折率、ｒ…半径

Claims (13)

1. 光を出射する発光点を有する発光部と、
   前記発光点が出射する光の光路上に設けられ、当該発光点が出射する光を、外部に設けられる光伝送部と結合させるレンズと、を備え、
   前記発光点が、前記レンズの光軸に垂直な方向において、当該光軸からずらして設けられている発光装置。
2. 前記発光点は、前記レンズの前記光軸からずれた当該光軸に平行な直線上において、前記光伝送部に対して最大の結合効率が得られる位置よりも、当該レンズの前側焦点に近い位置に設けられている請求項１に記載の発光装置。
3. 前記発光点は、前記最大の結合効率が得られる位置での当該発光点への戻り光量に対し、戻り光量の低下が１０ｄＢ以上となる位置に設けられている請求項２に記載の発光装置。
4. 前記発光点は、前記最大の結合効率に対し、結合効率の低下が１ｄＢ以下となる位置に設けられている請求項２又は請求項３に記載の発光装置。
5. 前記発光点は、前記レンズの前側焦点距離に対し、０．９倍以上且つ１．３倍未満の距離に設けられている請求項１に記載の発光装置。
6. 前記レンズは、当該レンズの後側焦点に端部が設けられている請求項２に記載の発光装置。
7. 前記発光部は、複数の発光点を備える請求項１に記載の発光装置。
8. 複数の前記発光点は、前記レンズの前記光軸を中心とする円に沿って配置されている請求項７に記載の発光装置。
9. 複数の前記発光点は、数が奇数であって、前記円に沿って等間隔に配置されている請求項８に記載の発光装置。
10. 前記発光部における前記発光点は、面発光レーザ素子である請求項１に記載の発光装置。
11. 前記面発光レーザ素子は、シングルモード発振する請求項１０に記載の発光装置。
12. 請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の発光装置と、
    前記発光装置を駆動して、取得した電気信号を当該発光装置が備える発光点により光信号に変換させる駆動部と、
    を備える光信号送信装置。
13. 請求項１２に記載の光信号送信装置と、
    前記光信号送信装置から出力される主光線が結合される位置に設けられた光伝送部と、
    を備える光伝送システム。