変調器集積レーザ
【課題】正または負の単一電源の、変調器集積レーザを提供する。
【解決手段】ｎ型半導体基板１００上にＭＱＷ１０２、ｐ型クラッド層１０４と多層された半導体レーザ部と、半導体基板１００上にｐ型クラッド層１０４、ＭＱＷ２０２、ｎ型クラッド層１０５と多層されたＥＡ変調器部とが、集積された構造とすることで、半導体レーザ部に正の電流を注入し、ＥＡ変調器に正の電圧を印加して動作するＥＡ変調器集積レーザが得られる。
【解決手段】ｎ型半導体基板１００上にＭＱＷ１０２、ｐ型クラッド層１０４と多層された半導体レーザ部と、半導体基板１００上にｐ型クラッド層１０４、ＭＱＷ２０２、ｎ型クラッド層１０５と多層されたＥＡ変調器部とが、集積された構造とすることで、半導体レーザ部に正の電流を注入し、ＥＡ変調器に正の電圧を印加して動作するＥＡ変調器集積レーザが得られる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、変調器集積レーザおよび光モジュールに係り、特に単一電源で動作する光変調器集積レーザおよびそれを用いた光モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、光通信システムに使用されている、半導体電界吸収型光変調器（以下、ＥＡ（Electro-Absorption）変調器と略称する）は、半導体レーザ素子と組み合わせたレーザモジュールとして使用される。レーザモジュールは、電子クーラを用いて半導体レーザ素子とＥＡ変調器の温度を一定とし、半導体レーザ素子に正の駆動電流を注入することで出力される連続光を、ＥＡ変調器に負の電気信号を印加することで光変調を行い、信号光を出力する。非特許文献１には、一般的なレーザモジュールについて記載がある。また、一般的にＥＡ変調器について記載した文献として、非特許文献２がある。
【０００３】
このように、これまでのＥＡ変調器と半導体レーザ素子を組み合わせたレーザモジュールの駆動時には正と負の二つの電源系が必要とされる。
また、非特許文献３には、多重量子井戸にＡｌ系材料を用いた低チャープで且つ消光比の大きい変調器が記載されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】伊藤良一、外１名、「半導体レーザ」、培風館、1989年、p.277
【非特許文献２】M. Aoki, et al．、”High-speed(10Gbit/s) and low-drive-voltage(1V peak to peak) InGaAs/InGaAsP MQW electroabsorption modulator integrated DFB laser with semi-insulating buried heterostructure”、IEE、1992年、Electronics Letters vol.28 pp. 1157-1158
【非特許文献３】J.Shimizu, et al.、"Advantages of InGaAlAs/InGaAlAs-MQW Optical Modulators"、Tech. Dig. 7th Optoelectronics and Communications Conference、OECC、2002年、pp. 506-507
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
近年の光通信システム用途の光送信モジュール、光送受信モジュールは、高速・大容量化といった伝送特性の向上だけでなく小型化・省電力化、そして低コストが要求される。そのため小型で安価、かつ高品質なＥＡ変調器を搭載した光送信モジュールは広く利用されている。その中でもＥＡ変調器と半導体レーザ素子が同一のチップ上にモノリシックに集積された半導体電界吸収型光変調器集積レーザ素子（以下、ＥＡ変調器集積レーザ）は、さらなる小型化・低コストが得られるため、アクセス系からメトロ系、そして幹線系に至るまで非常に幅広く利用されている。一般的にＥＡ変調器集積レーザは、半導体レーザ部には正の電流を注入し、その発振光をＥＡ変調器部に負の電圧の電気信号を印加することで変調を行い、光変調信号を生成している。その構造は、例えばｎ型のＩｎＰ基板などの半導体基板を用いて、その基板上に多重量子井戸（以下ＭＱＷ：Multi Quantum Well）と略称する）を作製し、さらにその上にｐ型のクラッド層を形成している。この構造にする事で、半導体レーザ部には正の電流を印加、ＥＡ変調器部には負の電気信号を印加したときに、ＥＡ変調器集積レーザの裏面を共通のグランドとする事ができ、駆動回路の簡略化を図ることが出来る。
【０００６】
しかし、この構造の場合は、半導体レーザ部の駆動のために正電源を、そしてＥＡ変調器部の駆動のために負電源を必要とし、２電源系にて駆動することになる。近年、伝送装置の小型化・低コスト化に伴い、２電源を必要としない単一電源系で動作する光送信モジュール・光送受信モジュールの要求が高まっている。つまりＥＡ変調器部に負の電気信号ではなく、正の電気信号を印加して駆動するＥＡ変調器が求められている。
【０００７】
本発明の主な目的は、単一電源で駆動でき安定した光変調信号の発振を実現するＥＡ変調器集積レーザ、およびそれを用いた光モジュールを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題は、ｎ型の半導体基板上に、回折格子を形成した活性層と、ｐ型のクラッド層とを積層形成した第１の光導波路と、ｐ型のクラッド層と、活性層と、ｎ型のクラッド層とを積層形成した第２の光導波路とを形成し、第１の光導波路と、第２の光導波路とを、光学的に結合したＥＡ変調器集積レーザによって、達成可能である。
【０００９】
上記課題は、ｐ型の半導体基板上に、回折格子を形成した活性層と、ｎ型のクラッド層とを積層形成した第１の光導波路と、ｎ型のクラッド層と、活性層と、ｐ型のクラッド層とを積層形成した第２の光導波路とを形成し、第１の光導波路と、第２の光導波路とを、光学的に結合したＥＡ変調器集積レーザによっても、達成可能である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、単一の電源で駆動する変調器集積レーザおよびそれを用いる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】
【００１１】
【図１】実施例１のＥＡ変調器集積レーザの平面図である。
【図２Ａ】実施例１のＥＡ変調器集積レーザの断面図である。
【図２Ｂ】実施例１のＥＡ変調器集積レーザの断面図である。
【図２Ｃ】実施例１のＥＡ変調器集積レーザの断面図である。
【図３】実施例２のＥＡ変調器集積レーザの平面図である。
【図４Ａ】実施例２のＥＡ変調器集積レーザの断面図である。
【図４Ｂ】実施例２のＥＡ変調器集積レーザの断面図である。
【図４Ｃ】実施例２のＥＡ変調器集積レーザの断面図である。
【図５】実施例３のＥＡ変調器集積レーザの平面図である。
【図６Ａ】実施例３のＥＡ変調器集積レーザの断面図である。
【図６Ｂ】実施例３のＥＡ変調器集積レーザの断面図である。
【図６Ｃ】実施例３のＥＡ変調器集積レーザの断面図である。
【図７】実施例４のＥＡ変調器集積レーザが搭載されたチップキャリア組み立ての平面図である。
【図８】実施例４の光送信モジュールの側面図である。
【図９】実施例５の光送受信モジュールのブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態について、実施例を用いて図面を参照しながら詳細に説明する。なお、実施例では、同一の機能を有する部材に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。
【実施例１】
【００１３】
図１および図２を用いて、本発明の実施の形態である変調器集積レーザについて、実施例１を説明する。ここで、図１は、ＥＡ変調器集積レーザの平面図である。また、図２は、ＥＡ変調器集積レーザの断面図であり、図２Ａは図１のａ−ａ’（光導波路の光軸方向）の断面図、図２Ｂはｂ−ｂ’（半導体レーザ部）の断面図、図２Ｃはｃ−ｃ’（ＥＡ変調器部）の断面図である。なお、図２に示す断面図は、厚さ方向はＮＴＳ（Not To Scale）であり、図面間で一致していない箇所がある。これは、以下の実施例でも同様である。
【００１４】
本実施例のＥＡ変調器集積レーザは、伝送速度１０Ｇｂｉｔ/ｓ、４０ｋｍ伝送用で、波長１．５μｍ帯用である。
ＥＡ変調器集積レーザ１２０は、図２Ａを参照して、次のプロセスにて製造される。まず、ｎ型ＩｎＰ半導体基板１００上に、有機金属気相法を用いてＩｎＧａＡｓＰ下側光ガイド層１０１を結晶成長する。次に、ＩｎＧａＡｓＰ井戸層と障壁層とを８回交互に積層（以下、８周期と表現する）した層である歪多重量子井戸層(以下、ＭＱＷ)１０２、ＩｎＧａＡｓＰ上側光ガイド層１０３を形成する。この後、ＩｎＧａＡｓＰ上側光ガイド層１０３に回折格子を形成する。この部分は、半導体レーザ部となり、ＩｎＧａＡｓＰ下側光ガイド層１０１、ＭＱＷ１０２、ＩｎＧａＡｓＰ上側光ガイド層１０３の３領域を、合わせて活性層１３０と呼ぶ。ｎ型ＩｎＰ半導体基板１００と活性層１３０と後述するｐ型ＩｎＰクラッド層１０４とで、レーザとして動作する光導波路を形成する。
【００１５】
次に、半導体レーザ部をマスクにて保護した状態で、下側光ガイド層１０１までエッチング除去する。マスクを除去し、有機金属気相法を用いてＺｎをドーピングしたｐ型ＩｎＰクラッド層１０４を形成する。再び半導体レーザ部をマスクで保護し、ＩｎＧａＡｓＰ下側光ガイド層２０１、ＩｎＧａＡｓＰ井戸層と障壁層８周期からなるＭＱＷ２０２、ＩｎＧａＡｓＰ上側光ガイド層２０３を形成する。ここで結晶成長を行なった領域は、ＥＡ変調器部となり、ＩｎＧａＡｓＰ下側光ガイド層２０１、ＭＱＷ２０２、ＩｎＧａＡｓＰ上側光ガイド層２０３の３領域を合わせて活性層２３０と呼ぶ。ｐ型ＩｎＰクラッド層１０４と活性層２３０と後述するｎ型ＩｎＰクラッド層１０５とで、電界吸収層として動作する光導波路を形成する。
【００１６】
ＥＡ変調器部にマスクを形成し、半導体レーザ部とＥＡ変調器部間をドライエッチングにてｎ型ＩｎＰ半導体基板１００まで除去する。この部分をパッシブ導波路とするために結晶成長を行い、絶縁層であるＦｅ―ＩｎＰ層３０５、ＩｎＧａＡｓＰ下側光ガイド層３０１、ＩｎＧａＡｓＰ導波路層３０２、ＩｎＧａＡｓＰ上側光ガイド層３０３を形成する。Ｆｅ-ＩｎＰ層３０５の領域により、半導体レーザ部とＥＡ変調器部間の電気的なアイソレーションが強化され、安定した動作が得られる。なお、パッシブ導波路は、光導波路を光学的に結合するものである。
【００１７】
ＥＡ変調器部のマスクを除去し、Ｓeをドーピングしたｎ型ＩｎＰクラッド層１０５を結晶成長する。半導体レーザ部のマスクを除去し、全体に駆動電圧を下げるためにＩｎＧａＡｓコンタクト層１０６を形成する。次に半導体レーザ部とＥＡ変調器部との電気的なアイソレーションのために、パッシブ導波路上のＩｎＧａＡｓコンタクト層１０６を除去する。
【００１８】
図２Ｂおよび図２Ｃに移って、通常のホトリフォグラフィ技術とドライエッチングにて、レーザとして動作する光導波路と、変調器として動作する光導波路、両者を結合するパッシブ導波路を形成する。これら導波路の両側面に、低容量化および信頼性確保のためにＦｅ-ＩｎＰ層１１１による埋め込み成長を行なう。パッシベーション膜１０７を半導体全面に形成した後、半導体レーザ部とＥＡ変調器部に電界が印加されるように、パッシベーション膜１０７にスルーホールを形成する。
【００１９】
図１で、そして各々のスルーホールの上に各々が電気的に分離されたｐ電極１０８、１０９の２個の電極を形成する。最後に、図２に示すｎ側電極１１０を形成し、ＥＡ変調器集積レーザ素子１２０が作製される。なお、ＥＡ変調器側端面（レーザ出力面）には、図示しない無反射コーティングを施す。
【００２０】
ＥＡ変調器集積レーザの光軸方向の長さは６００μｍであり、ＥＡ変調器部は２００μｍ、半導体レーザ部は３５０μｍとした。またＥＡ変調器部の導波路と半導体レーザ部の導波路で挟まれた領域は、ほとんど光吸収が起こらないパッシブ導波路となる。
【００２１】
実施例１のＥＡ変調器集積レーザ素子１２０を駆動するため、半導体レーザ部のｐ側電極１０８には正電流を＋８０ｍＡを注入し、ＥＡ変調器部のｐ側電極１０９には電気信号Ｈｉｇｈレベル（以下、ＶＯＨ：Voltage Of High）と略称する）が＋３.６Ｖ、電気信号Ｌｏｗレベル（以下、ＶＯＬ：Voltage Of Low）と略称する）が＋１.６Ｖの正の１０Ｇｂｉｔ/ｓの電気信号を印加した。なお、ここでは、光が消光される側の電圧をＶＯＬと定義した。
【００２２】
この結果、変調時光出力（以下、Ｐfmodと略称する）が＋１.０ｄＢｍ、変調時消光比（以下、ＡＣＥＲ：Alternating Current Extinction Ratioと略称する）が９.７ｄＢ、光波形のマスクマージン（以下、ＭＭ：Mask Marginと略称する）がＩＴＵ−Ｔ_Ｇ６９１規格に定めるアイマスクパターンにおいて、１０％という良好な特性が得られた。
【００２３】
実施例１によれば、ｎ型電極１１０が半導体レーザ部のグランドであり、かつＥＡ変調器部のグランドとしても機能しており、正の電圧だけで駆動するＥＡ変調器集積レーザが得られた。
【００２４】
なお、実施例１では、ｐ型クラッド層のドーパントにＺｎを用いたが、他にもＢｅ、Ｃを用いても、またｎ型クラッド層のドーパントにＳ、Ｓｉを用いても同様の構造は得られる。また、パッシブ導波路上にプロトンを打ち込みアイソレーションを強化することができる。
【００２５】
また、実施例１では、光導波路の両側をＦｅ-ＩｎＰで埋め込むＢＨ（Buried Heterostructure）型としたが、両側を覆わないリッジ型でも本実施例の効果は得られる。半導体レーザ部の上部クラッド層１０４と、ＥＡ変調器部の下部クラッド層１０４とは、別工程で形成しても良い。
【００２６】
ＥＡ変調器部、半導体レーザ部のＭＱＷについて、Ｐ系材料であるＩｎＧａＡｓＰの４元混晶を用いている。これに対し、非特許文献３に記載のＭＱＷにＡｌ系材料を用いた場合は、そのバンドオフセットの特徴から、低チャープで且つ消光比の大きい変調器設計が、可能となる。また、高温においても安定した光出力が得られる半導体レーザ部設計が可能となる。
【００２７】
また、実施例１では正の単一電源での駆動について実例を説明したが、半導体レーザ部に負の電気信号を印加して、ＥＡ変調器として駆動させ、逆に本実施例で説明したＥＡ変調器部に負の電流を印加して半導体レーザとして駆動させた場合は、負の単一電源で動作するＥＡ変調器集積レーザとすることもできる。なお、ＥＡ変調器部を半導体レーザとして動作させる場合は、ＩｎＧａＡｓＰ上側光ガイド層２０３に回折格子を設ける必要があり、レーザ光の出射面が変わる。
【００２８】
さらに本実施例ではｎ型半導体基板を用いたが、ｐ型半導体基板を用いても本構造を採用する事で、正・負どちらでも単一電源で動作するＥＡ変調器集積レーザが得られる。
なお、上述した変形例は、以下の実施例２および実施例３にも適用できる。
【実施例２】
【００２９】
図３および図４を用いて、実施例２を説明する。ここで、図３は、ＥＡ変調器集積レーザの平面図である。また、図４は、ＥＡ変調器集積レーザの断面図であり、図４Ａは図３のａ−ａ’（光導波路の光軸方向）の断面図、図４Ｂはｂ−ｂ’（半導体レーザ部）の断面図、図４Ｃはｃ−ｃ’（ＥＡ変調器部）の断面図である。
【００３０】
実施例２では、ＥＡ変調器のｎ電極をＥＡ変調器集積レーザの裏面ではなく、表面側とした。実施例２は、リッジ型で作製したＥＡ変調器集積レーザであり、実施例１と基本構造は同様である。従って、実施例１と実質的に同じ部分には同じ番号、符号を付して詳細な説明は省く。
【００３１】
実施例２では、図４Ｂおよび図４Ｃに示すようにドライエッチングにて光導波路形成後、Ｆｅ-ＩｎＰ層で埋め込まず、全体にパッシベーション膜１０７を形成するリッジ型の構造とした。またスルーホールについて、ＭＱＷを含む光導波路と、ＥＡ変調器部の表面の一部分にも形成した。次に、図３に示すように、各々のスルーホールの上に各々が電気的に分離されたｐ電極１０８、１０９と、ｎ電極２１０の３個の電極を形成する。最後に、ｎ側電極１１０を形成して、ＥＡ変調器集積レーザ素子２２０が作製される。
【００３２】
本実施例のＥＡ変調器集積レーザ素子２２０を駆動するため、半導体レーザ部のｐ側電極１０８には正電流を＋８０ｍＡを注入し、ＥＡ変調器部のｐ側電極１０９には電気信号ＶＯＨ＝＋２.２Ｖ、ＶＯＬ＝＋０.２Ｖの正の１０Ｇｂｉｔ/ｓの電気信号を印加した。また、ＥＡ変調器部では、ｎ電極２１０とグランドとをＡｕワイヤで接続した。
【００３３】
実施例１では、ＥＡ変調器部側ではｐ型クラッド層１０４とｎ-ＩｎＰ基板１００間にｐｎ接合が存在するため、ＥＡ変調器部に印加されるＶＯＨが大きくなる。しかし、実施例２では、このｐｎ接合部分を通らず接地することができるため、ＶＯＨは実施例１より小さくする事が出来た。その結果、ＶＯＨ、ＶＯＬが小さくても実施例1と同等のＰfmod＝＋１.０ｄＢｍ、ＡＣＥＲ＝９.７ｄＢ、ＭＭ＝１０％という良好な特性が得られた。
【００３４】
本実施例によれば、正の電圧だけで駆動する特性の良好なＥＡ変調器集積レーザが得られた。
【００３５】
なお、実施例２では、光導波路の両側を覆わないリッジ型としたが、両側をＦｅ-ＩｎＰで埋め込むＢＨ型でも本実施例の効果は得られる。これは、実施例３でも同じである。
【実施例３】
【００３６】
図５および図６を用いて、実施例３を説明する。ここで、図５は、ＥＡ変調器集積レーザの平面図である。また、図６は、ＥＡ変調器集積レーザの断面図であり、図６Ａは図５のａ−ａ’（光導波路の光軸方向）の断面図、図６Ｂはｂ−ｂ’（半導体レーザ部）の断面図、図６Ｃはｃ−ｃ’（ＥＡ変調器部）の断面図である。
【００３７】
実施例３は、高周波特性を向上のために、ＥＡ変調器部の基板をエッチングした構造である。実施例３のＥＡ変調器集積レーザの基本構造は、概ね実施例１および実施例２の組み合わせであり、実施例１および実施例２と実質的に同じ部分には同じ番号、符号を付して詳細な説明は省く。
【００３８】
実施例３では、実施例２においてｎ側電極１１０を蒸着形成する前に、ＥＡ変調器部の裏面を、ｐ型クラッド層１０４までエッチング除去する。具体的には、ｎ-ＩｎＰ基板１００を、ＨＣｌ：Ｈ２Ｏ２：Ｈ２Ｏエッチャントを用いて、８０μｍ程度エッチングした。その後、ｎ側電極１１０を蒸着形成することで、図５および図６に示すＥＡ変調器集積レーザ素子３２０が作製できる。ｎ側電極１１０に、半導体レーザ部とＥＡ変調器部とは約８０μｍの段差ができるが、実使用時は裏面側をはんだ材でサブマウントに搭載するため、はんだ材を介してグランドは共通とする事が出来る。
【００３９】
なお、実施例３では、図６Bおよび図６Cに示すように、活性層１３０、２３０をメサ部でパターンニングしない構造とした。この構造は、実施例１および実施例２についても、適用可能である。
【００４０】
本実施例では、裏面側のｎ電極とＥＡ変調器部のｐ型クラッド層が直接接続しているため、ｐｎ接合は存在しない。また、実施例２ではｎ側電極２１０よりＡｕワイヤでグランドに接続したため、このＡｕワイヤが持つインダクタンスにより若干ではあるがＭＭの劣化を招く虞がある。しかし、実施例３では、このインダクタンスがＡｕワイヤ使用時と比べて格段に小さく、ＭＭが向上する。さらに、ｐ型下側クラッド層１０４の直下にｎ電極１１０があるため、ホールの抜けが早く、パイルアップ耐性に強いＥＡ変調器集積レーザが得られる。
【００４１】
本実施例のＥＡ変調器集積レーザ素子３２０を駆動するため、半導体レーザ部のｐ側電極１０８には正電流を＋８０ｍＡを注入し、ＥＡ変調器部のｐ側電極１０９には電気信号ＶＯＨ＝＋２.２Ｖ、ＶＯＬ＝＋０.２Ｖの正の１０Ｇｂｉｔ/ｓの電気信号を印加した。ここでも実施例２と同様でｐｎ接合部分を通らずに電気のパスを作る事ができるため、ＶＯＨは実施例１より小さくする事が出来た。その結果、Ｐfmod＝＋１.０ｄＢｍ、ＡＣＥＲ＝９.７ｄＢ、ＭＭ＝１８％という極めて良好な特性が得られた。
本実施例によれば、正の電圧だけで駆動する特性の極めて良好なＥＡ変調器集積レーザが得られた。
【実施例４】
【００４２】
図７および図８を用いて、本発明の他の実施の形態である光モジュールの実施例４を説明する。ここで、図７は、ＥＡ変調器集積レーザが搭載されたチップキャリア組み立ての平面図である。また、図８は、光送信モジュールの側面図である。
【００４３】
図７において、実施例１〜実施例３のいずれかのＥＡ変調器集積レーザ４２０は、終端抵抗４０１が付いて高周波設計がなされたチップキャリア４１０に搭載される。ここで、ＥＡ変調器集積レーザが、実施例１または実施例３で説明したチップ裏面をＥＡ変調器のグランドとする場合の実装形態を図７（ａ）に示す。また、ＥＡ変調器集積レーザが、実施例２で説明したチップ表面にＥＡ変調器のグランド端子を有する場合の実装形態を図７（ｂ）に示す。
【００４４】
図７（ａ）において、チップキャリア４１０上には、インピーダンス５０Ω（オーム）の伝送線路４０５が形成され、５０オームの終端抵抗４０１が取り付けられている。終端抵抗４０１は、その裏面でチップキャリア４０１表面のグランド電極４３０と接続されている。ＥＡ変調器集積レーザ４２０は、チップキャリア４０１表面のグランド電極４３０とはんだ接続することで、ＥＡ変調器集積レーザ４２０のレーザ部および変調器部のグランド電極が接地される。次に、伝送線路４０５と、ＥＡ変調器集積レーザ４２０の変調器部の表面電極と、終端抵抗の電極とを、１本の金ワイヤ４６１で接続する。この状態で、チップキャリア組み立て４４０が完成し、図示しない駆動電流源と、ＥＡ変調器集積レーザ４２０のレーザ部表面の電極とを金ワイヤ４６２で接続し、図示しない変調信号源と、伝送線路４０５とを、図示しない金リボンで接続することによって、チップキャリア組み立て４４０の試験が可能となる。
【００４５】
一方、図７（ｂ）において、ＥＡ変調器集積レーザ４２０を、チップキャリア４０１表面のグランド電極４３０とはんだ接続しても、接地されるのはＥＡ変調器集積レーザ４２０のレーザ部のみであり、変調器部はその表面のグランド電極を金ワイヤ４６３でグランド電極４３０と接続する必要がある。
【００４６】
図８において、チップキャリア４１０は、フォトダイオード４１１が搭載されたチップキャリア４１２と一緒にＡｌＮで作製されたステム４１３上にはんだ接続される。ステム４１３は、ペルチエ素子４１４上に搭載する。これらをレンズ４０２、光ファイバ４０３、アイソレータ４０４とともに、小型パッケージ４１５に実装する。これにより光送信モジュール４５０が完成する。
【００４７】
本実施例では、ペルチエ素子４１４にてＥＡ変調器集積レーザ４２０の温度を４０℃となるように制御し、ＥＡ変調器集積レーザ４２０の後方の光出力をフォトダイオード４１１で受け、フォトダイオード４１１で変換される光電流が一定となるように半導体レーザ部への駆動電流を変化させるＡＰＣ（Automatic Power Control）制御にて一定の光出力となるように動作させた。こうした光送信モジュールにおいても、実施例１〜実施例３で述べた特性が得られた。
【００４８】
また本実施例では、ペルチエ素子を用いてＥＡ変調器集積レーザの温度を一定として動作させたが、ペルチエ素子を用いないで動作させるアンクールド、予め定めた温度以上、例えば４５℃以上のときのみペルチエ素子を動作させるセミクールド光送信モジュールにおいても本発明は適用可能である。また、より小型・低消費電力が要求される光送受信モジュールに搭載されるＣＡＮ型ＰＫＧ、ＴＯＳＡ（Transmitter Optical Subassembly）などにも適用できる。
【００４９】
さらに本実施例ではチップキャリアへの素子搭載時に、半導体基板側で接合するJunction―Up方式で行なったが、放熱性の向上のために活性層側で接合するJunction―Down方式を採用しても本発明の効果は得られる。
【実施例５】
【００５０】
図９を用いて、光モジュールの実施例５を説明する。ここで、図９は、実施例５の光送受信モジュールのブロック図である。
図９において、光送受信モジュール５５０は、実施例４で説明した光送信モジュール４５０を有し、正電源で動作する光受信モジュール５０２、半導体レーザ駆動電流を制御する制御回路５０３、ＥＡ変調器駆動部５０４、変調入力信号の電気波形を補正する波形補正回路５０５、受信出力信号の電気波形を補正する波形補正回路５０６で構成する。
【００５１】
本実施例においては、光送信モジュール４５０を搭載することで、全駆動部・制御回路を正の単一電源のみで駆動することができ、実施例１ないし実施例３で説明したＰfmod、ＡＣＥＲ、ＭＭの各特性を実現した光送受信モジュールを得ることができた。
なお、光モジュールには、光送信モジュール、光送受信モジュールを含む。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
本発明は、正負の二つの電源系を用いることなく正、もしくは負だけの単一電源で駆動でき、かつ長距離伝送可能な小型で安価、そして低消費電力な光モジュールに適用可能である。
【符号の説明】
【００５３】
１００…ｎ-ＩｎＰ基板、１０１…ＩｎＧａＡｓＰ下側光ガイド層、１０２…量子井戸層、１０３…ＩｎＧａＡｓＰ上側光ガイド層、１０４…ｐ型ＩｎＰクラッド層、１０５…ｎ型ＩｎＰクラッド層、１０６…ＩｎＧａＡｓコンタクト層、１０７…パッシベーション膜、１０８…ｐ側電極、１０９…ｐ側電極、１１０…ｎ側電極、１２０…本発明のＥＡ変調器集積レーザ、１３０…半導体レーザ部の活性層、２０１…ＩｎＧａＡｓＰ下側光ガイド層、２０２…量子井戸層、２０３…ＩｎＧａＡｓＰ上側光ガイド層、２１０…ｎ側電極、２２０…ＥＡ変調器集積レーザ、２３０…活性層、３０１…ＩｎＧａＡｓＰ下側光ガイド層、３０２…ＩｎＧａＡｓＰ導波路層、３０３…ＩｎＧａＡｓＰ上側光ガイド層、３０５…Ｆｅ―ＩｎＰ層、３２０…ＥＡ変調器集積レーザ、４０１…終端抵抗、４０２…レンズ、４０３…光ファイバ、４０４…アイソレータ、４０５…伝送線路、４１０…チップキャリア、４１１…フォトダイオード、４１２…チップキャリア、４１３…ステム、４１４…ペルチエ素子、４１５…パッケージ、４２０…ＥＡ変調器集積レーザ、４３０…グランド電極、４４０…チップキャリア組み立て、４５０…光送信モジュール、４６０…金ワイヤ、４６１…金ワイヤ、４６２…金ワイヤ、５０２…光受信モジュール、５０３…制御回路、５０４…ＥＡ変調器駆動部、５０５…波形補正回路、５０６…波形補正回路、５５０…光送受信モジュール。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、変調器集積レーザおよび光モジュールに係り、特に単一電源で動作する光変調器集積レーザおよびそれを用いた光モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、光通信システムに使用されている、半導体電界吸収型光変調器（以下、ＥＡ（Electro-Absorption）変調器と略称する）は、半導体レーザ素子と組み合わせたレーザモジュールとして使用される。レーザモジュールは、電子クーラを用いて半導体レーザ素子とＥＡ変調器の温度を一定とし、半導体レーザ素子に正の駆動電流を注入することで出力される連続光を、ＥＡ変調器に負の電気信号を印加することで光変調を行い、信号光を出力する。非特許文献１には、一般的なレーザモジュールについて記載がある。また、一般的にＥＡ変調器について記載した文献として、非特許文献２がある。
【０００３】
このように、これまでのＥＡ変調器と半導体レーザ素子を組み合わせたレーザモジュールの駆動時には正と負の二つの電源系が必要とされる。
また、非特許文献３には、多重量子井戸にＡｌ系材料を用いた低チャープで且つ消光比の大きい変調器が記載されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】伊藤良一、外１名、「半導体レーザ」、培風館、1989年、p.277
【非特許文献２】M. Aoki, et al．、”High-speed(10Gbit/s) and low-drive-voltage(1V peak to peak) InGaAs/InGaAsP MQW electroabsorption modulator integrated DFB laser with semi-insulating buried heterostructure”、IEE、1992年、Electronics Letters vol.28 pp. 1157-1158
【非特許文献３】J.Shimizu, et al.、"Advantages of InGaAlAs/InGaAlAs-MQW Optical Modulators"、Tech. Dig. 7th Optoelectronics and Communications Conference、OECC、2002年、pp. 506-507
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
近年の光通信システム用途の光送信モジュール、光送受信モジュールは、高速・大容量化といった伝送特性の向上だけでなく小型化・省電力化、そして低コストが要求される。そのため小型で安価、かつ高品質なＥＡ変調器を搭載した光送信モジュールは広く利用されている。その中でもＥＡ変調器と半導体レーザ素子が同一のチップ上にモノリシックに集積された半導体電界吸収型光変調器集積レーザ素子（以下、ＥＡ変調器集積レーザ）は、さらなる小型化・低コストが得られるため、アクセス系からメトロ系、そして幹線系に至るまで非常に幅広く利用されている。一般的にＥＡ変調器集積レーザは、半導体レーザ部には正の電流を注入し、その発振光をＥＡ変調器部に負の電圧の電気信号を印加することで変調を行い、光変調信号を生成している。その構造は、例えばｎ型のＩｎＰ基板などの半導体基板を用いて、その基板上に多重量子井戸（以下ＭＱＷ：Multi Quantum Well）と略称する）を作製し、さらにその上にｐ型のクラッド層を形成している。この構造にする事で、半導体レーザ部には正の電流を印加、ＥＡ変調器部には負の電気信号を印加したときに、ＥＡ変調器集積レーザの裏面を共通のグランドとする事ができ、駆動回路の簡略化を図ることが出来る。
【０００６】
しかし、この構造の場合は、半導体レーザ部の駆動のために正電源を、そしてＥＡ変調器部の駆動のために負電源を必要とし、２電源系にて駆動することになる。近年、伝送装置の小型化・低コスト化に伴い、２電源を必要としない単一電源系で動作する光送信モジュール・光送受信モジュールの要求が高まっている。つまりＥＡ変調器部に負の電気信号ではなく、正の電気信号を印加して駆動するＥＡ変調器が求められている。
【０００７】
本発明の主な目的は、単一電源で駆動でき安定した光変調信号の発振を実現するＥＡ変調器集積レーザ、およびそれを用いた光モジュールを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題は、ｎ型の半導体基板上に、回折格子を形成した活性層と、ｐ型のクラッド層とを積層形成した第１の光導波路と、ｐ型のクラッド層と、活性層と、ｎ型のクラッド層とを積層形成した第２の光導波路とを形成し、第１の光導波路と、第２の光導波路とを、光学的に結合したＥＡ変調器集積レーザによって、達成可能である。
【０００９】
上記課題は、ｐ型の半導体基板上に、回折格子を形成した活性層と、ｎ型のクラッド層とを積層形成した第１の光導波路と、ｎ型のクラッド層と、活性層と、ｐ型のクラッド層とを積層形成した第２の光導波路とを形成し、第１の光導波路と、第２の光導波路とを、光学的に結合したＥＡ変調器集積レーザによっても、達成可能である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、単一の電源で駆動する変調器集積レーザおよびそれを用いる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】
【００１１】
【図１】実施例１のＥＡ変調器集積レーザの平面図である。
【図２Ａ】実施例１のＥＡ変調器集積レーザの断面図である。
【図２Ｂ】実施例１のＥＡ変調器集積レーザの断面図である。
【図２Ｃ】実施例１のＥＡ変調器集積レーザの断面図である。
【図３】実施例２のＥＡ変調器集積レーザの平面図である。
【図４Ａ】実施例２のＥＡ変調器集積レーザの断面図である。
【図４Ｂ】実施例２のＥＡ変調器集積レーザの断面図である。
【図４Ｃ】実施例２のＥＡ変調器集積レーザの断面図である。
【図５】実施例３のＥＡ変調器集積レーザの平面図である。
【図６Ａ】実施例３のＥＡ変調器集積レーザの断面図である。
【図６Ｂ】実施例３のＥＡ変調器集積レーザの断面図である。
【図６Ｃ】実施例３のＥＡ変調器集積レーザの断面図である。
【図７】実施例４のＥＡ変調器集積レーザが搭載されたチップキャリア組み立ての平面図である。
【図８】実施例４の光送信モジュールの側面図である。
【図９】実施例５の光送受信モジュールのブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態について、実施例を用いて図面を参照しながら詳細に説明する。なお、実施例では、同一の機能を有する部材に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。
【実施例１】
【００１３】
図１および図２を用いて、本発明の実施の形態である変調器集積レーザについて、実施例１を説明する。ここで、図１は、ＥＡ変調器集積レーザの平面図である。また、図２は、ＥＡ変調器集積レーザの断面図であり、図２Ａは図１のａ−ａ’（光導波路の光軸方向）の断面図、図２Ｂはｂ−ｂ’（半導体レーザ部）の断面図、図２Ｃはｃ−ｃ’（ＥＡ変調器部）の断面図である。なお、図２に示す断面図は、厚さ方向はＮＴＳ（Not To Scale）であり、図面間で一致していない箇所がある。これは、以下の実施例でも同様である。
【００１４】
本実施例のＥＡ変調器集積レーザは、伝送速度１０Ｇｂｉｔ/ｓ、４０ｋｍ伝送用で、波長１．５μｍ帯用である。
ＥＡ変調器集積レーザ１２０は、図２Ａを参照して、次のプロセスにて製造される。まず、ｎ型ＩｎＰ半導体基板１００上に、有機金属気相法を用いてＩｎＧａＡｓＰ下側光ガイド層１０１を結晶成長する。次に、ＩｎＧａＡｓＰ井戸層と障壁層とを８回交互に積層（以下、８周期と表現する）した層である歪多重量子井戸層(以下、ＭＱＷ)１０２、ＩｎＧａＡｓＰ上側光ガイド層１０３を形成する。この後、ＩｎＧａＡｓＰ上側光ガイド層１０３に回折格子を形成する。この部分は、半導体レーザ部となり、ＩｎＧａＡｓＰ下側光ガイド層１０１、ＭＱＷ１０２、ＩｎＧａＡｓＰ上側光ガイド層１０３の３領域を、合わせて活性層１３０と呼ぶ。ｎ型ＩｎＰ半導体基板１００と活性層１３０と後述するｐ型ＩｎＰクラッド層１０４とで、レーザとして動作する光導波路を形成する。
【００１５】
次に、半導体レーザ部をマスクにて保護した状態で、下側光ガイド層１０１までエッチング除去する。マスクを除去し、有機金属気相法を用いてＺｎをドーピングしたｐ型ＩｎＰクラッド層１０４を形成する。再び半導体レーザ部をマスクで保護し、ＩｎＧａＡｓＰ下側光ガイド層２０１、ＩｎＧａＡｓＰ井戸層と障壁層８周期からなるＭＱＷ２０２、ＩｎＧａＡｓＰ上側光ガイド層２０３を形成する。ここで結晶成長を行なった領域は、ＥＡ変調器部となり、ＩｎＧａＡｓＰ下側光ガイド層２０１、ＭＱＷ２０２、ＩｎＧａＡｓＰ上側光ガイド層２０３の３領域を合わせて活性層２３０と呼ぶ。ｐ型ＩｎＰクラッド層１０４と活性層２３０と後述するｎ型ＩｎＰクラッド層１０５とで、電界吸収層として動作する光導波路を形成する。
【００１６】
ＥＡ変調器部にマスクを形成し、半導体レーザ部とＥＡ変調器部間をドライエッチングにてｎ型ＩｎＰ半導体基板１００まで除去する。この部分をパッシブ導波路とするために結晶成長を行い、絶縁層であるＦｅ―ＩｎＰ層３０５、ＩｎＧａＡｓＰ下側光ガイド層３０１、ＩｎＧａＡｓＰ導波路層３０２、ＩｎＧａＡｓＰ上側光ガイド層３０３を形成する。Ｆｅ-ＩｎＰ層３０５の領域により、半導体レーザ部とＥＡ変調器部間の電気的なアイソレーションが強化され、安定した動作が得られる。なお、パッシブ導波路は、光導波路を光学的に結合するものである。
【００１７】
ＥＡ変調器部のマスクを除去し、Ｓeをドーピングしたｎ型ＩｎＰクラッド層１０５を結晶成長する。半導体レーザ部のマスクを除去し、全体に駆動電圧を下げるためにＩｎＧａＡｓコンタクト層１０６を形成する。次に半導体レーザ部とＥＡ変調器部との電気的なアイソレーションのために、パッシブ導波路上のＩｎＧａＡｓコンタクト層１０６を除去する。
【００１８】
図２Ｂおよび図２Ｃに移って、通常のホトリフォグラフィ技術とドライエッチングにて、レーザとして動作する光導波路と、変調器として動作する光導波路、両者を結合するパッシブ導波路を形成する。これら導波路の両側面に、低容量化および信頼性確保のためにＦｅ-ＩｎＰ層１１１による埋め込み成長を行なう。パッシベーション膜１０７を半導体全面に形成した後、半導体レーザ部とＥＡ変調器部に電界が印加されるように、パッシベーション膜１０７にスルーホールを形成する。
【００１９】
図１で、そして各々のスルーホールの上に各々が電気的に分離されたｐ電極１０８、１０９の２個の電極を形成する。最後に、図２に示すｎ側電極１１０を形成し、ＥＡ変調器集積レーザ素子１２０が作製される。なお、ＥＡ変調器側端面（レーザ出力面）には、図示しない無反射コーティングを施す。
【００２０】
ＥＡ変調器集積レーザの光軸方向の長さは６００μｍであり、ＥＡ変調器部は２００μｍ、半導体レーザ部は３５０μｍとした。またＥＡ変調器部の導波路と半導体レーザ部の導波路で挟まれた領域は、ほとんど光吸収が起こらないパッシブ導波路となる。
【００２１】
実施例１のＥＡ変調器集積レーザ素子１２０を駆動するため、半導体レーザ部のｐ側電極１０８には正電流を＋８０ｍＡを注入し、ＥＡ変調器部のｐ側電極１０９には電気信号Ｈｉｇｈレベル（以下、ＶＯＨ：Voltage Of High）と略称する）が＋３.６Ｖ、電気信号Ｌｏｗレベル（以下、ＶＯＬ：Voltage Of Low）と略称する）が＋１.６Ｖの正の１０Ｇｂｉｔ/ｓの電気信号を印加した。なお、ここでは、光が消光される側の電圧をＶＯＬと定義した。
【００２２】
この結果、変調時光出力（以下、Ｐfmodと略称する）が＋１.０ｄＢｍ、変調時消光比（以下、ＡＣＥＲ：Alternating Current Extinction Ratioと略称する）が９.７ｄＢ、光波形のマスクマージン（以下、ＭＭ：Mask Marginと略称する）がＩＴＵ−Ｔ_Ｇ６９１規格に定めるアイマスクパターンにおいて、１０％という良好な特性が得られた。
【００２３】
実施例１によれば、ｎ型電極１１０が半導体レーザ部のグランドであり、かつＥＡ変調器部のグランドとしても機能しており、正の電圧だけで駆動するＥＡ変調器集積レーザが得られた。
【００２４】
なお、実施例１では、ｐ型クラッド層のドーパントにＺｎを用いたが、他にもＢｅ、Ｃを用いても、またｎ型クラッド層のドーパントにＳ、Ｓｉを用いても同様の構造は得られる。また、パッシブ導波路上にプロトンを打ち込みアイソレーションを強化することができる。
【００２５】
また、実施例１では、光導波路の両側をＦｅ-ＩｎＰで埋め込むＢＨ（Buried Heterostructure）型としたが、両側を覆わないリッジ型でも本実施例の効果は得られる。半導体レーザ部の上部クラッド層１０４と、ＥＡ変調器部の下部クラッド層１０４とは、別工程で形成しても良い。
【００２６】
ＥＡ変調器部、半導体レーザ部のＭＱＷについて、Ｐ系材料であるＩｎＧａＡｓＰの４元混晶を用いている。これに対し、非特許文献３に記載のＭＱＷにＡｌ系材料を用いた場合は、そのバンドオフセットの特徴から、低チャープで且つ消光比の大きい変調器設計が、可能となる。また、高温においても安定した光出力が得られる半導体レーザ部設計が可能となる。
【００２７】
また、実施例１では正の単一電源での駆動について実例を説明したが、半導体レーザ部に負の電気信号を印加して、ＥＡ変調器として駆動させ、逆に本実施例で説明したＥＡ変調器部に負の電流を印加して半導体レーザとして駆動させた場合は、負の単一電源で動作するＥＡ変調器集積レーザとすることもできる。なお、ＥＡ変調器部を半導体レーザとして動作させる場合は、ＩｎＧａＡｓＰ上側光ガイド層２０３に回折格子を設ける必要があり、レーザ光の出射面が変わる。
【００２８】
さらに本実施例ではｎ型半導体基板を用いたが、ｐ型半導体基板を用いても本構造を採用する事で、正・負どちらでも単一電源で動作するＥＡ変調器集積レーザが得られる。
なお、上述した変形例は、以下の実施例２および実施例３にも適用できる。
【実施例２】
【００２９】
図３および図４を用いて、実施例２を説明する。ここで、図３は、ＥＡ変調器集積レーザの平面図である。また、図４は、ＥＡ変調器集積レーザの断面図であり、図４Ａは図３のａ−ａ’（光導波路の光軸方向）の断面図、図４Ｂはｂ−ｂ’（半導体レーザ部）の断面図、図４Ｃはｃ−ｃ’（ＥＡ変調器部）の断面図である。
【００３０】
実施例２では、ＥＡ変調器のｎ電極をＥＡ変調器集積レーザの裏面ではなく、表面側とした。実施例２は、リッジ型で作製したＥＡ変調器集積レーザであり、実施例１と基本構造は同様である。従って、実施例１と実質的に同じ部分には同じ番号、符号を付して詳細な説明は省く。
【００３１】
実施例２では、図４Ｂおよび図４Ｃに示すようにドライエッチングにて光導波路形成後、Ｆｅ-ＩｎＰ層で埋め込まず、全体にパッシベーション膜１０７を形成するリッジ型の構造とした。またスルーホールについて、ＭＱＷを含む光導波路と、ＥＡ変調器部の表面の一部分にも形成した。次に、図３に示すように、各々のスルーホールの上に各々が電気的に分離されたｐ電極１０８、１０９と、ｎ電極２１０の３個の電極を形成する。最後に、ｎ側電極１１０を形成して、ＥＡ変調器集積レーザ素子２２０が作製される。
【００３２】
本実施例のＥＡ変調器集積レーザ素子２２０を駆動するため、半導体レーザ部のｐ側電極１０８には正電流を＋８０ｍＡを注入し、ＥＡ変調器部のｐ側電極１０９には電気信号ＶＯＨ＝＋２.２Ｖ、ＶＯＬ＝＋０.２Ｖの正の１０Ｇｂｉｔ/ｓの電気信号を印加した。また、ＥＡ変調器部では、ｎ電極２１０とグランドとをＡｕワイヤで接続した。
【００３３】
実施例１では、ＥＡ変調器部側ではｐ型クラッド層１０４とｎ-ＩｎＰ基板１００間にｐｎ接合が存在するため、ＥＡ変調器部に印加されるＶＯＨが大きくなる。しかし、実施例２では、このｐｎ接合部分を通らず接地することができるため、ＶＯＨは実施例１より小さくする事が出来た。その結果、ＶＯＨ、ＶＯＬが小さくても実施例1と同等のＰfmod＝＋１.０ｄＢｍ、ＡＣＥＲ＝９.７ｄＢ、ＭＭ＝１０％という良好な特性が得られた。
【００３４】
本実施例によれば、正の電圧だけで駆動する特性の良好なＥＡ変調器集積レーザが得られた。
【００３５】
なお、実施例２では、光導波路の両側を覆わないリッジ型としたが、両側をＦｅ-ＩｎＰで埋め込むＢＨ型でも本実施例の効果は得られる。これは、実施例３でも同じである。
【実施例３】
【００３６】
図５および図６を用いて、実施例３を説明する。ここで、図５は、ＥＡ変調器集積レーザの平面図である。また、図６は、ＥＡ変調器集積レーザの断面図であり、図６Ａは図５のａ−ａ’（光導波路の光軸方向）の断面図、図６Ｂはｂ−ｂ’（半導体レーザ部）の断面図、図６Ｃはｃ−ｃ’（ＥＡ変調器部）の断面図である。
【００３７】
実施例３は、高周波特性を向上のために、ＥＡ変調器部の基板をエッチングした構造である。実施例３のＥＡ変調器集積レーザの基本構造は、概ね実施例１および実施例２の組み合わせであり、実施例１および実施例２と実質的に同じ部分には同じ番号、符号を付して詳細な説明は省く。
【００３８】
実施例３では、実施例２においてｎ側電極１１０を蒸着形成する前に、ＥＡ変調器部の裏面を、ｐ型クラッド層１０４までエッチング除去する。具体的には、ｎ-ＩｎＰ基板１００を、ＨＣｌ：Ｈ２Ｏ２：Ｈ２Ｏエッチャントを用いて、８０μｍ程度エッチングした。その後、ｎ側電極１１０を蒸着形成することで、図５および図６に示すＥＡ変調器集積レーザ素子３２０が作製できる。ｎ側電極１１０に、半導体レーザ部とＥＡ変調器部とは約８０μｍの段差ができるが、実使用時は裏面側をはんだ材でサブマウントに搭載するため、はんだ材を介してグランドは共通とする事が出来る。
【００３９】
なお、実施例３では、図６Bおよび図６Cに示すように、活性層１３０、２３０をメサ部でパターンニングしない構造とした。この構造は、実施例１および実施例２についても、適用可能である。
【００４０】
本実施例では、裏面側のｎ電極とＥＡ変調器部のｐ型クラッド層が直接接続しているため、ｐｎ接合は存在しない。また、実施例２ではｎ側電極２１０よりＡｕワイヤでグランドに接続したため、このＡｕワイヤが持つインダクタンスにより若干ではあるがＭＭの劣化を招く虞がある。しかし、実施例３では、このインダクタンスがＡｕワイヤ使用時と比べて格段に小さく、ＭＭが向上する。さらに、ｐ型下側クラッド層１０４の直下にｎ電極１１０があるため、ホールの抜けが早く、パイルアップ耐性に強いＥＡ変調器集積レーザが得られる。
【００４１】
本実施例のＥＡ変調器集積レーザ素子３２０を駆動するため、半導体レーザ部のｐ側電極１０８には正電流を＋８０ｍＡを注入し、ＥＡ変調器部のｐ側電極１０９には電気信号ＶＯＨ＝＋２.２Ｖ、ＶＯＬ＝＋０.２Ｖの正の１０Ｇｂｉｔ/ｓの電気信号を印加した。ここでも実施例２と同様でｐｎ接合部分を通らずに電気のパスを作る事ができるため、ＶＯＨは実施例１より小さくする事が出来た。その結果、Ｐfmod＝＋１.０ｄＢｍ、ＡＣＥＲ＝９.７ｄＢ、ＭＭ＝１８％という極めて良好な特性が得られた。
本実施例によれば、正の電圧だけで駆動する特性の極めて良好なＥＡ変調器集積レーザが得られた。
【実施例４】
【００４２】
図７および図８を用いて、本発明の他の実施の形態である光モジュールの実施例４を説明する。ここで、図７は、ＥＡ変調器集積レーザが搭載されたチップキャリア組み立ての平面図である。また、図８は、光送信モジュールの側面図である。
【００４３】
図７において、実施例１〜実施例３のいずれかのＥＡ変調器集積レーザ４２０は、終端抵抗４０１が付いて高周波設計がなされたチップキャリア４１０に搭載される。ここで、ＥＡ変調器集積レーザが、実施例１または実施例３で説明したチップ裏面をＥＡ変調器のグランドとする場合の実装形態を図７（ａ）に示す。また、ＥＡ変調器集積レーザが、実施例２で説明したチップ表面にＥＡ変調器のグランド端子を有する場合の実装形態を図７（ｂ）に示す。
【００４４】
図７（ａ）において、チップキャリア４１０上には、インピーダンス５０Ω（オーム）の伝送線路４０５が形成され、５０オームの終端抵抗４０１が取り付けられている。終端抵抗４０１は、その裏面でチップキャリア４０１表面のグランド電極４３０と接続されている。ＥＡ変調器集積レーザ４２０は、チップキャリア４０１表面のグランド電極４３０とはんだ接続することで、ＥＡ変調器集積レーザ４２０のレーザ部および変調器部のグランド電極が接地される。次に、伝送線路４０５と、ＥＡ変調器集積レーザ４２０の変調器部の表面電極と、終端抵抗の電極とを、１本の金ワイヤ４６１で接続する。この状態で、チップキャリア組み立て４４０が完成し、図示しない駆動電流源と、ＥＡ変調器集積レーザ４２０のレーザ部表面の電極とを金ワイヤ４６２で接続し、図示しない変調信号源と、伝送線路４０５とを、図示しない金リボンで接続することによって、チップキャリア組み立て４４０の試験が可能となる。
【００４５】
一方、図７（ｂ）において、ＥＡ変調器集積レーザ４２０を、チップキャリア４０１表面のグランド電極４３０とはんだ接続しても、接地されるのはＥＡ変調器集積レーザ４２０のレーザ部のみであり、変調器部はその表面のグランド電極を金ワイヤ４６３でグランド電極４３０と接続する必要がある。
【００４６】
図８において、チップキャリア４１０は、フォトダイオード４１１が搭載されたチップキャリア４１２と一緒にＡｌＮで作製されたステム４１３上にはんだ接続される。ステム４１３は、ペルチエ素子４１４上に搭載する。これらをレンズ４０２、光ファイバ４０３、アイソレータ４０４とともに、小型パッケージ４１５に実装する。これにより光送信モジュール４５０が完成する。
【００４７】
本実施例では、ペルチエ素子４１４にてＥＡ変調器集積レーザ４２０の温度を４０℃となるように制御し、ＥＡ変調器集積レーザ４２０の後方の光出力をフォトダイオード４１１で受け、フォトダイオード４１１で変換される光電流が一定となるように半導体レーザ部への駆動電流を変化させるＡＰＣ（Automatic Power Control）制御にて一定の光出力となるように動作させた。こうした光送信モジュールにおいても、実施例１〜実施例３で述べた特性が得られた。
【００４８】
また本実施例では、ペルチエ素子を用いてＥＡ変調器集積レーザの温度を一定として動作させたが、ペルチエ素子を用いないで動作させるアンクールド、予め定めた温度以上、例えば４５℃以上のときのみペルチエ素子を動作させるセミクールド光送信モジュールにおいても本発明は適用可能である。また、より小型・低消費電力が要求される光送受信モジュールに搭載されるＣＡＮ型ＰＫＧ、ＴＯＳＡ（Transmitter Optical Subassembly）などにも適用できる。
【００４９】
さらに本実施例ではチップキャリアへの素子搭載時に、半導体基板側で接合するJunction―Up方式で行なったが、放熱性の向上のために活性層側で接合するJunction―Down方式を採用しても本発明の効果は得られる。
【実施例５】
【００５０】
図９を用いて、光モジュールの実施例５を説明する。ここで、図９は、実施例５の光送受信モジュールのブロック図である。
図９において、光送受信モジュール５５０は、実施例４で説明した光送信モジュール４５０を有し、正電源で動作する光受信モジュール５０２、半導体レーザ駆動電流を制御する制御回路５０３、ＥＡ変調器駆動部５０４、変調入力信号の電気波形を補正する波形補正回路５０５、受信出力信号の電気波形を補正する波形補正回路５０６で構成する。
【００５１】
本実施例においては、光送信モジュール４５０を搭載することで、全駆動部・制御回路を正の単一電源のみで駆動することができ、実施例１ないし実施例３で説明したＰfmod、ＡＣＥＲ、ＭＭの各特性を実現した光送受信モジュールを得ることができた。
なお、光モジュールには、光送信モジュール、光送受信モジュールを含む。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
本発明は、正負の二つの電源系を用いることなく正、もしくは負だけの単一電源で駆動でき、かつ長距離伝送可能な小型で安価、そして低消費電力な光モジュールに適用可能である。
【符号の説明】
【００５３】
１００…ｎ-ＩｎＰ基板、１０１…ＩｎＧａＡｓＰ下側光ガイド層、１０２…量子井戸層、１０３…ＩｎＧａＡｓＰ上側光ガイド層、１０４…ｐ型ＩｎＰクラッド層、１０５…ｎ型ＩｎＰクラッド層、１０６…ＩｎＧａＡｓコンタクト層、１０７…パッシベーション膜、１０８…ｐ側電極、１０９…ｐ側電極、１１０…ｎ側電極、１２０…本発明のＥＡ変調器集積レーザ、１３０…半導体レーザ部の活性層、２０１…ＩｎＧａＡｓＰ下側光ガイド層、２０２…量子井戸層、２０３…ＩｎＧａＡｓＰ上側光ガイド層、２１０…ｎ側電極、２２０…ＥＡ変調器集積レーザ、２３０…活性層、３０１…ＩｎＧａＡｓＰ下側光ガイド層、３０２…ＩｎＧａＡｓＰ導波路層、３０３…ＩｎＧａＡｓＰ上側光ガイド層、３０５…Ｆｅ―ＩｎＰ層、３２０…ＥＡ変調器集積レーザ、４０１…終端抵抗、４０２…レンズ、４０３…光ファイバ、４０４…アイソレータ、４０５…伝送線路、４１０…チップキャリア、４１１…フォトダイオード、４１２…チップキャリア、４１３…ステム、４１４…ペルチエ素子、４１５…パッケージ、４２０…ＥＡ変調器集積レーザ、４３０…グランド電極、４４０…チップキャリア組み立て、４５０…光送信モジュール、４６０…金ワイヤ、４６１…金ワイヤ、４６２…金ワイヤ、５０２…光受信モジュール、５０３…制御回路、５０４…ＥＡ変調器駆動部、５０５…波形補正回路、５０６…波形補正回路、５５０…光送受信モジュール。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｎ型の半導体基板上に、回折格子を形成した第１の活性層と、ｐ型のクラッド層とがこの順序で積層形成された半導体レーザ部と、
前記半導体基板上に、ｐ型の第２クラッド層と、第２の活性層と、ｎ型の第３クラッド層とがこの順序で積層形成され、かつ、素子の表面上にｐ電極とｎ電極とが形成された変調器部と、
前記半導体基板上、かつ、前記半導体レーザ部と前記変調器部との間に形成され両者を光学的に結合する光導波路部と、
からなり、
前記第１の活性層は、第１の光ガイド層と、第１の多重量子井戸層と、前記回折格子を含む第２の光ガイド層とがこの順序で前記半導体基板側から積層形成されており、
前記第２の活性層は、第３の光ガイド層と、第２の多重量子井戸層と、第４の光ガイド層とがこの順序で前記半導体基板側から積層形成されており、
前記光導波路部は、絶縁層と、第５の光ガイド層と、光導波路層と、第６の光導波路層とがこの順序で前記半導体基板側から積層形成されていることを特徴とする変調器集積レーザ。
【請求項１】
ｎ型の半導体基板上に、回折格子を形成した第１の活性層と、ｐ型のクラッド層とがこの順序で積層形成された半導体レーザ部と、
前記半導体基板上に、ｐ型の第２クラッド層と、第２の活性層と、ｎ型の第３クラッド層とがこの順序で積層形成され、かつ、素子の表面上にｐ電極とｎ電極とが形成された変調器部と、
前記半導体基板上、かつ、前記半導体レーザ部と前記変調器部との間に形成され両者を光学的に結合する光導波路部と、
からなり、
前記第１の活性層は、第１の光ガイド層と、第１の多重量子井戸層と、前記回折格子を含む第２の光ガイド層とがこの順序で前記半導体基板側から積層形成されており、
前記第２の活性層は、第３の光ガイド層と、第２の多重量子井戸層と、第４の光ガイド層とがこの順序で前記半導体基板側から積層形成されており、
前記光導波路部は、絶縁層と、第５の光ガイド層と、光導波路層と、第６の光導波路層とがこの順序で前記半導体基板側から積層形成されていることを特徴とする変調器集積レーザ。
【図１】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図２Ｃ】
【図３】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図４Ｃ】
【図５】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図６Ｃ】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図２Ｃ】
【図３】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図４Ｃ】
【図５】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図６Ｃ】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１１−４４７５３（Ｐ２０１１−４４７５３Ａ）
【公開日】平成２３年３月３日（２０１１．３．３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２７００４０（Ｐ２０１０−２７００４０）
【出願日】平成２２年１２月３日（２０１０．１２．３）
【分割の表示】特願２００４−３６６０７２（Ｐ２００４−３６６０７２）の分割
【原出願日】平成１６年１２月１７日（２００４．１２．１７）
【出願人】（３０１００５３７１）日本オプネクスト株式会社 (311)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年３月３日（２０１１．３．３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月３日（２０１０．１２．３）
【分割の表示】特願２００４−３６６０７２（Ｐ２００４−３６６０７２）の分割
【原出願日】平成１６年１２月１７日（２００４．１２．１７）
【出願人】（３０１００５３７１）日本オプネクスト株式会社 (311)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]