電界吸収型光変調器集積レーザ素子
【課題】本発明は、所定の伝送品質をそれぞれ満たすアンドープ層の層厚値の条件を満たす層厚値を有するアンドープ層を積層させた電界吸収型変調器を作製することで、所定の高速動作時において所定の長距離伝送が可能となる電界吸収型変調器集積レーザ素子の製造方法を提供することにある。
【解決手段】アンドープ層の層厚が異なる複数の電界吸収型変調器を作製し、帯域及びチャープ特性を測定し、これら特性とアンドープ層の層厚の相関図を作成することで、これら特性の層厚依存性が求まり、当該層厚値の条件を得る。
【解決手段】アンドープ層の層厚が異なる複数の電界吸収型変調器を作製し、帯域及びチャープ特性を測定し、これら特性とアンドープ層の層厚の相関図を作成することで、これら特性の層厚依存性が求まり、当該層厚値の条件を得る。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電界吸収型光変調器集積レーザ素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年のインターネットの普及に伴い、光通信システム用途のレーザモジュールや送受信モジュールは高速・大容量化、そして中継機が不要で低コスト化につながる長距離伝送が要求されている。レーザモジュールに搭載される光送信素子の中で、電界吸収型光変調器（以下、ＥＡ（Electro-Absorption）変調器と略称する）は、変調時のチャープ（波長変動）が非常に小さい、光信号のＯＮレベルとＯＦＦレベルの差である消光比が大きい、広帯域、などの伝送時に必要な諸特性に有利な特性を持つだけでなく、小型で低コストであることより広く使われている。
【０００３】
従来技術について、伝送速度１０Ｇｂｐｓ、波長１．５５μｍ帯ＥＡ変調器集積レーザ１２０の例を用いて説明する。ＥＡ変調器集積レーザ１２０の平面図を図１（ａ）に、図中ａ−ａの断面図を図１（ｂ）に、示す。なお、一般的なＥＡ変調器の構造については、非特許文献１にて記載されている。
【０００４】
ＥＡ変調器集積レーザ１２０は、一定の駆動電流を注入することで連続発振する分布帰還型半導体レーザ（以下、ＤＦＢレーザ（Disutributed feedback laser）と記す）部１４１と、ＥＡ変調器部１０１が同一基板上にモノリシックに集積された構造を持つ。ＥＡ変調器部１０１の一般的な構造は、図１（ｂ）に示す通り、歪多重量子井戸層（以下、ＭＱＷ（Multi Quantum Well）層と記す）１０３を含むｐ型及びｎ型のいずれのドーパントも添加していない真性半導体層（ｉ層）１３１を、ｐ型ＩｎＰ層１０５とｎ型ＩｎＰ層１００で挟んだｐ−ｉ−ｎ構造となっている。
【０００５】
ＥＡ変調器部１０１の多層構造は、厚さ４０ｎｍ、組成１．１５μｍのアンドープのＩｎＧａＡｓＰ下側光ガイド層１０２の上に、ＩｎＧａＡｓＰのバリア組成波長λｂ＝１．３μｍ、バリア層厚５ｎｍ、井戸層厚９ｎｍで井戸層の層数８のＭＱＷ層１０３が積層され、さらに厚さ４０ｎｍ、組成１．１５μｍのアンドープのＩｎＧａＡｓＰ上側光ガイド層１０４で構成されたｉ層１３１で構成される構造となっている。ＥＡ変調器部１０１のｉ層１３１の層厚は、１９７ｎｍとなる。
【０００６】
なお、作製の際に、ＤＦＢレーザ部１４１のＭＱＷ層のフォトルミネッセンス波長が１５５５ｎｍ付近に、ＥＡ変調器部１０１のＭＱＷ層１０３のフォトルミネッセンス波長が１４９５ｎｍとなるように、それぞれのＭＱＷ層のＩｎＧａＡｓＰ組成を調整してある。
【０００７】
また、ＥＡ変調器部１０１の全長は２００μｍ、ＤＦＢレーザ部１４１の全長は４００μｍ、パッシブ導波路部１４２の全長は５０μｍとした。
【０００８】
本ＥＡ変調器集積レーザ１２０について、近年の低消費電力の要求に対応すべく、駆動温度ＴＬＤ＝５０℃において、光伝送試験を実施した。
【０００９】
まず、伝送速度を９．９５Ｇｂｐｓとした場合の、光伝送試験を実施した。４０ｋｍ（総分散８００ｐｓ/ｎｍ）の光ファイバに対しては、ＥＡ変調器部１０１へＶＯＨ（Voltage
Of High）を−０．２Ｖ、駆動振幅Ｖｍｏｄを２Ｖとして伝送試験を行い、その結果は、伝送ペナルティＰｄが０．８ｄＢであった。伝送ペナルティＰｄの０．８ｄＢという値は、伝送品質の基準となる２．０ｄＢを大きく下回っており、４０ｋｍ光伝送用として、本レーザは十分な特性を示している。なお、ファイバ光出力は＋２．５ｄＢｍ、消光比は１０．８ｄＢを示しており、伝送品質の基準となる消光比１０ｄＢ以上を満たしている。また、８０ｋｍ（総分散１６００ｐｓ/ｎｍ）の光ファイバに対しては、駆動振幅は同様にＶｍｏｄ＝２Ｖとして、ＶＯＨについては前述の場合より長距離伝送となることを考慮して、ＶＯＨ＝−０．５Ｖとする駆動条件に変えて、伝送試験を行った。その結果、伝送ペナルティＰｄは１．８ｄＢとなった。伝送ペナルティは前述の場合よりも劣化しているものの、同様に基準値２．０ｄＢ以下であり、８０ｋｍ光伝送用としても、本レーザは十分な特性を示している。なお、ファイバ光出力は＋０．５ｄＢｍ、消光比は１０．０ｄＢを示しており、伝送品質の基準となる消光比１０ｄＢ以上を満たしている。また、光伝送前アイ開口の品質を示すＳＯＮＥＴ ＯＣ−１９２／ＳＤＨ ＳＴＭ−６４にて規定されるマスクに対するマスクマージンＭＭについても測定をしたところ、２４％という結果が得られ、アイ開口の品質基準値である１０％以上を十分に満たしている。
【００１０】
次に、前述の９．９５Ｇｂｐｓに前方誤り訂正符号（以下、ＦＥＣ（Forward Error Correction）と記す）を付加した場合の伝送速度に相当する１０．７Ｇｂｐｓを伝送速度とした場合の、光伝送試験も実施した。なお、本試験において、実際には、ＦＥＣ信号は印加していない。４０ｋｍの光ファイバに対しては、同様に、ＶＯＨ＝−０．２Ｖ、駆動振幅Ｖｍｏｄ＝２Ｖとして伝送試験を行った結果、伝送ペナルティＰｄは１．２ｄＢとなり、９．９５Ｇｂｐｓ駆動時と比較すると伝送ペナルティＰｄの値は低下しているが、伝送品質の基準値２．０ｄＢ以下を満たし、１０．７Ｇｂｐｓ駆動時においても、４０ｋｍ伝送用として、本レーザは十分な特性を示している。なお、前述のマスクマージンＭＭについても２０％という結果が得られ、アイ開口の品質基準値である１０％以上を十分に満たしている。
【００１１】
ところが、８０ｋｍの光ファイバに対して、同様に、ＶＯＨ＝−０．５Ｖ、駆動振幅Ｖｍｏｄ＝２Ｖとして伝送試験を行った結果、伝送ペナルティＰｄは２．５ｄＢとなった。これは、伝送品質の基準値２．０ｄＢ以下を満たしておらず、１０．７Ｇｂｐｓ駆動時には、８０ｋｍ光伝送用として、本レーザは十分な特性を示していない。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１２】
【非特許文献１】エレクトロン レターズ ２８巻（Electron. Lett.vol.28）、ｐｐ．１１５７−１１５８（１９９２）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
従来技術に係るＥＡ変調器集積レーザにおいては、４０ｋｍ伝送に対しては伝送速度が９．９５Ｇｂｐｓの場合も、１０．７Ｇｂｐｓの場合も、ともに光伝送が可能であったが、より長距離となる８０ｋｍ伝送において、伝送速度が９．９５Ｇｂｐｓの場合は光伝送可能であったにもかかわらず、１０．７Ｇｂｐｓの場合には、光伝送が実現できなった。その原因は、光ファイバ伝送中の光が受ける波長分散量は駆動信号周波数の２乗に比例しており、９．９５Ｇｂｐｓに対して１０．７Ｇｂｐｓでは、波長分散量が約１．１５倍に増加している。よって、この波長分散量の増大に応じて、チャープ特性をさらに小さくする必要が生じてしまう。チャープ特性を小さくするには、ＥＡ変調器部への電界強度を強めるとよいことが知られている。同じ駆動振幅Ｖｍｏｄ＝２Ｖにおいては、ｉ層の層厚を薄くすることにより、ＥＡ変調器部への電界強度を強めることが可能となる。
【００１４】
そこで、ｉ層の層厚を薄くした場合の伝送速度１０Ｇｂｐｓ、波長１．５５μｍ帯ＥＡ変調器集積レーザ２２０の具体例を以下に説明する。ＥＡ変調器集積レーザ２２０の平面図を図２（ａ）に、図中ａ−ａ断面図を図２（ｂ）に、示す。
【００１５】
ＥＡ変調器部２０１の多層構造は、厚さ２５ｎｍ、組成１．１５μｍのアンドープのＩｎＧａＡｓＰ下側光ガイド層２０２の上に、ＩｎＧａＡｓＰのバリア組成波長λｂ＝１．３μｍ、バリア層厚５ｎｍ、井戸層厚９ｎｍで層数６のＭＱＷ層２０３が積層され、さらに厚さ２５ｎｍ、組成１．１５μｍのアンドープのＩｎＧａＡｓＰ上側光ガイド層２０４で構成されたｉ層２３１を含む構造となっている。ＥＡ変調器部２０１のｉ層２３１の層厚は１３９ｎｍとなる。
【００１６】
従来技術に係るＥＡ変調器集積レーザ１２０と同様に、ｉ層２３１の層厚を薄くしたＥＡ変調器集積レーザ２２０について、駆動温度ＴＬＤ＝５０℃において、光伝送試験を実施した。
【００１７】
まず、伝送速度を９．９５Ｇｂｐｓとした場合の、光伝送試験を実施した。８０ｋｍの光ファイバに対して、ＥＡ変調器部２０１へＶＯＨが−０．１Ｖ、駆動振幅Ｖｍｏｄ＝２Ｖとして伝送試験を行い、その結果、伝送ペナルティＰｄは１．０ｄＢと良好な値を示した。さらに、伝送速度１０．７ｄＢとした場合にも、同様の試験を実施し、伝送ペナルティＰｄは１．５ｄＢという結果が得られ、伝送品質の基準値２．０ｄＢ以下を満たすことが実現できた。
【００１８】
しかし、消光比については、８．５ｄＢという結果となり、伝送品質の基準値である１０ｄＢ以上を満たしていない。さらに、前述のマスクマージンＭＭについて５％という結果となり、アイ開口の品質基準値である１０％以上も満たしていない。
【００１９】
ＭＱＷでの電子の閉じ込めが弱い場合に、消光比は小さい値を示す。ｉ層を薄くするために、ＭＱＷの層数が少なくしなければならず、これにより、本ＥＡ変調器部２０１においてＭＱＷは６層を有するが、この層数では、十分な消光比を得るだけの電子の閉じ込めを得られなかったことが原因といえる。ｉ層を薄くしたことによって、高速動作時の光の応答遅延が発生し、キャリアの蓄積を招き、消光比を低下させたと考えられる。また、この応答遅延により、光波形の立ち上がりの劣化を招き、マスクマージンの劣化を引き起こしたといえる。
【００２０】
上記に示した通り、ＥＡ変調器部に含まれるｉ層の層厚によって、ＥＡ変調器レーザの伝送品質は変化する。しかし、ｉ層の層厚が十分に大きい値を有する場合、マスクマージンなどの基準値は満たしていても、伝送ペナルティを満たさない状態になり得る。逆に、伝送ペナルティを向上させるために、ｉ層の層厚の値を十分に小さくすれば、マスクマージンなどの基準値を満たさない状態になってしまう。よって、マスクマージン及び伝送ペナルティなどの基準値をすべて満たすｉ層の層厚値が得られれば、高速動作時に長距離伝送が可能となるＥＡ変調器集積レーザが実現することとなる。
【００２１】
従来においては、マスクマージンなどの基準値を満たすよう十分に大きい層厚値によってｉ層を積層させてＥＡ変調器部が作製されることが多く、他の伝送品質である伝送ペナルティについては、ＭＱＷの構造などを最適化させることにより、向上が図られ、最適なｉ層の層厚値により、ＥＡ変調器部の性能向上を図ることはなされていなかった。
【００２２】
本発明は、所定の伝送品質をそれぞれ満たすｉ層の層厚値の条件を求め、その条件を満たす層厚値を有するｉ層を積層させたＥＡ変調器部を作製することで、所定の高速動作時において所定の長距離伝送が可能となるＥＡ変調器集積レーザ素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
（１）本発明に係るレーザ素子は、半導体レーザ部と、該半導体レーザ部の出力側に配置される電界吸収型変調器部と、が形成され、前記電界吸収型変調器部には、互いに離間して位置する第１電極及び第２電極と、前記第１電極の前記第２電極側に接する第１の不純物添加領域と、前記第２電極の前記第１電極側に接する第２の不純物領域と、該第１と第２の不純物領域の間に位置し、該第１と第２の不純物添加領域より不純物の濃度が低い低濃度領域を含んでおり、本発明に係る当該レーザ素子の製造方法は、所定の変調性能を得られる最高変調周波数に応じた前記低濃度領域の層厚の下限値を求めるステップと、所定のチャープ特性に応じた前記低濃度領域の前記層厚の上限値を求めるステップと、前記上限値及び前記下限値を満たす層厚値を有する、前記低濃度領域を成膜するステップと、を含んでいる。
【００２４】
（２）上記（１）に記載のレーザ素子の製造方法において、前記低濃度領域の層厚が異なる複数の前記変調器を製造し、所定の変調信号を入力したときに、所定の変調性能を満たす最高変調周波数を測定するステップと、前期測定により、前記最高変調周波数の該層厚依存性を求めるステップと、前記依存性により、所定の最高変調周波数に応じた層厚より前記下限値を得るステップと、を含んでいてもよい。
【００２５】
（３）上記（２）に記載のレーザ素子の製造方法において、所定の光伝送前マスクマージンにより、所定の最高変調周波数を得るステップ、を含んでいてもよい。
【００２６】
（４）上記（１）に記載のレーザ素子の製造方法において、前記低濃度領域の層厚が異なる複数の前記変調器を製造し、変調により信号をオンされた場合とオフされた場合との屈折率変化と吸収率変化を測定するステップと、前記測定により、前記屈折率変化と前記吸収率変化の比の層厚依存性を求めるステップと、前記依存性により、所定の前記比の値に応じた層厚より前記上限値を得るステップと、を含んでいてもよい。
【００２７】
（５）上記（４）に記載のレーザ素子の製造方法において、所定の伝送ペナルティにより、所定の前記比の値を得るステップ、を含んでいてもよい。
【００２８】
（６）上記（１）乃至（５）のいずれかに記載の製造方法により製造されたレーザ素子において、前記低濃度不純物領域の両側部に配置される半絶縁半導体からなる埋め込み層を含んでいてもよい。
【００２９】
（７）上記（６）に記載のレーザ素子において、前記埋め込み層には、不純物として、鉄、もしくは、ルテニウムが添加されていてもよい。
【００３０】
（８）上記（６）に記載のレーザ素子において、前記第１の不純物領域の一部が、炭素が不純物として添加された半導体により構成され、前記第１電極に接していてもよい。
【００３１】
（９）上記（６）に記載のレーザ素子において、前記低濃度領域にＩｎＧａＡｌＡｓを含んでいてもよい。
【００３２】
（１０）半導体モジュールが、上記（６）乃至（９）のいずれかに記載のレーザ素子を搭載していてもよい。
【発明の効果】
【００３３】
本発明により、所定の高速動作時において所定の長距離伝送が可能となるＥＡ変調器集積レーザ素子を提供することが出来た。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】従来技術を説明したＥＡ変調器集積レーザ素子平面図及び断面図である。
【図２】ｉ層の層厚を薄くしたＥＡ変調器集積レーザ素子平面図及び断面図である。
【図３】本発明に係る実施形態１を説明したＥＡ変調器集積レーザ素子平面図及び断面図である。
【図４】本発明に係る実施形態２を説明したＥＡ変調器集積レーザ素子平面図及び断面図である。
【図５】本発明に係る実施形態３を説明したＥＡ変調器集積レーザ素子平面図及び断面図である。
【図６】本発明に係る実施形態４を説明したＥＡ変調器集積レーザ素子平面図及び断面図である。
【図７】本発明係る実施形態５を説明したレーザモジュールの模式図である。
【図８】チャープ特性及び帯域特性と、ｉ層の層厚についての相関図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
［実施形態１]
以下、本発明の実施形態１について、伝送速度１０Ｇｂｐｓ、波長１．５５μｍ帯ＥＡ変調器集積レーザ３２０の例を用いて説明する。ＥＡ変調器集積レーザ３２０の平面図を図３（ａ）に、図中ａ−ａ断面図を図３（ｂ）に、示す。
【００３６】
ＥＡ変調器集積レーザ３２０は、前述のＥＡ変調器集積レーザ１２０と同様に、ＤＦＢレーザ部３４１とＥＡ変調器部３０１が同一基板上にモノリシックに集積された構造を持つ。
【００３７】
ＥＡ変調器は半導体レーザと組み合わされたレーザモジュールとして使用され、一般には温度制御機構を用いて温度を一定とさせた状態で使用される。半導体レーザに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。ＥＡ変調器部３０１の一般的な構造は、図３（ｂ）に示す通り、ＭＱＷ層３０３を含むｐ型及びｎ型のいずれのドーパントも添加していない真性半導体層（ｉ層）３３１を、前記第１の不純物領域としたｐ型ＩｎＰ層１０５と前記第２の不純物領域としたｎ型ＩｎＰ層１００で挟んだｐ−ｉ−ｎ構造となっている。また、前記低濃度領域とは、いわゆるアンドープ層と呼ばれるｉ層３３１を示しており、第１及び第２の不純物領域より不純物の濃度が低い場合のみならず、不純物が全く含まれない場合も含むものとする。
【００３８】
ＥＡ変調器の動作原理を、以下に説明する。バイアス電圧を印加していない状態では半導体レーザの出力光波長よりＥＡ変調器の吸収波長は短波にあるため、半導体レーザ光はＥＡ変調器を通過して出力される。これがＯＮレベル信号となる。そしてＥＡ変調器に逆バイアス電圧を印加した場合はｉ層に電界がかかり、量子閉じ込めシュタルク効果によりＭＱＷの吸収波長が長波側にシフトすることで半導体レーザ光は吸収され、ＥＡ変調器からはほとんど光が出てこない状態となる。これがＯＦＦレベルの信号となる。
【００３９】
また光導波が行われるメサ部分の両脇を半絶縁のＩｎＰで埋め込んだＢＨ（Burried Hetero）構造もよく使われている。ＢＨ構造はリッジ構造と比較して、放熱性で優れる、横方向に光閉じ込めが強まるためにＦＦＰ（Far Field Pattern）が円形となりファイバとの結合効率が向上するなどの利点がある。
【００４０】
ＥＡ変調器の主なる特性として、帯域とチャープ特性がある。帯域とは、所定の変調信号を入力したときに、所定の変調性能を満たす最高変調周波数であり、どれだけ高い周波数まで高速変調可能かを示すパラメータであるとともに、変調時の光波形の品質にも影響する特性となっている。また、チャープ特性は、変調時における波長変動を示すパラメータであり、光ファイバ伝送時の光波形がどの程度劣化するかを表している。一般的に、チャープ特性は、αパラメータを用いて表されることが多い。ここで、αパラメータとは、変調により信号をオンされた場合とオフされた場合との屈折率変化と吸収率の変化の比で定義される。
【００４１】
前述のＥＡ変調器部１０１及び２０１における帯域及びチャープ特性についての測定結果を記す。帯域については、小信号ｆ３ｄＢ帯域を測定し、チャープ特性については、前述のαパラメータを測定した。ここで、小信号ｆ３ｄＢ帯域とは、低周波での光応答と基準（０ｄＢ）にしたときに、周波数を高くしてその応答が−３ｄＢになる周波数を言う。ｆ３ｄＢ帯域とは、一般に、カットオフ周波数や遮断周波数とも呼ばれている。
【００４２】
まず、従来技術にかかるＥＡ変調器部１０１については、ＤＦＢレーザ部１４１への注入電流Ｉｏｐ＝１００ｍＡ、ＥＡ変調器部１０１への印加電圧ＶＥＡ＝−０．５Ｖとして測定を行い、小信号ｆ３ｄＢ帯域は１６ＧＨｚ、αパラメータ０．２という結果が得られた。
【００４３】
また、ｉ層を薄くしたＥＡ変調器部２０１については、ＤＦＢレーザ部２４１への注入電流Ｉｏｐ＝１００ｍＡ、ＥＡ変調器部２０１への印加電圧ＶＥＡ＝−０．１Ｖとして測定を行い、小信号ｆ３ｄＢ帯域は１２ＧＨｚ、αパラメータ−０．１であった。
【００４４】
帯域を大きくするためには、素子容量を低減することが知られている。ＥＡ変調器は、ｐ−ｉ−ｎ構造をしているために、ＥＡ変調器は一般の平面板コンデンサと同様に考えられるので、ｉ層の層厚が厚くなると、ＥＡ変調器の素子容量が軽減し、帯域が大きくなる。ｉ層２３１の層厚が１３９ｎｍであるＥＡ変調器部２０１のｆ３ｄＢ帯域が１２ＧＨｚであるのに対してｉ層１３１の層厚値が１９７ｎｍと大きくなっているＥＡ変調器部１０１のｆ３ｄＢ帯域は１６ＧＨｚと大きくなっている。上述の通り、素子容量が低減すると、光の応答遅延が抑制され、光波形の立ち上がりが向上し、マスクマージンＭＭは向上するので、帯域と、伝送品質の一つであるマスクマージンＭＭと強い相関がある。
【００４５】
また、チャープ特性は、ＭＱＷに印加される電界強度が強まることで、小さくなる。等しい電圧を印加した場合、ｉ層の層厚が薄くなると、それに応じて、電界強度が強くなるので、チャープ特性は小さくなる。ＥＡ変調器部１０１のαパラメータが０．２であるのに対して、ｉ層２３１の層厚値が小さいＥＡ変調器部２０１のαパラメータは０．１と小さくなっている。上述の通り、チャープ特性が小さくなると、それに応じて、伝送ペナルティＰｄが小さくなる。すなわち、チャープ特性と伝送ペナルティＰｄは強い相関がある。
【００４６】
よって、小信号ｆ３ｄＢ帯域など帯域と、αパラメータなどチャープ特性の、ｉ層の層厚依存性が求めることにより、マスクマージンＭＭや伝送ペナルティＰｄなどの伝送品質の基準値を満たすｉ層の層厚値の条件が得られ、その条件を満たすＥＡ変調器を作製することにより、所定の高速変調における所定の長距離光伝送を可能とするレーザ素子を製造することが出来る。
【００４７】
具体的には、ｉ層の層厚が異なる複数のＥＡ変調器を作製し、それらのＥＡ変調器について、小信号ｆ３ｄＢ帯域及びαパラーメータを測定する。その後、これら特性とｉ層の層厚の相関図を作成することで、これら特性のｉ層の層厚依存性が求まる。さらに、マスクマージンＭＭの基準値を満たす小信号ｆ３ｄＢ帯域より、ｉ層の層厚の下限値が得られる。また、伝送ペナルティＰｄの基準値を満たすαパラメータより、ｉ層の層厚の上限値が得られる。これにより、当該下限値以上で、当該上限値以下の層厚値を有するｉ層を積層することで、所定の伝送品質をそれぞれ満たすＥＡ変調器集積レーザの製造が可能となる。
【００４８】
ｉ層の層厚に対する小信号ｆ３ｄＢ帯域及びαパラメータの測定結果より得られた特性を、図８に示す。図８は、ｉ層の層厚を横軸に、小信号ｆ３ｄＢ帯域を右縦軸に、αパラメータを左縦軸にとり、小信号ｆ３ｄＢ帯域を破線により、αパラメータを実線により、これら特性のｉ層の層厚依存性を図示したものである。
【００４９】
変調周波数１０．７Ｇｂｐｓにおいて駆動する時、マスクマージンＭＭが１０％となるｆ３ｄＢ帯域を１４ＧＨｚとし、伝送ペナルティＰｄが２．０ｄＢとなるαパラメータを０．１とし、これらに対応するｉ層の層厚の値が、図８より得られる。すなわち、当該層厚の下限値として、ＶＥＡ＝−２Ｖ印加時の電界強度が１２９ｋＶ／ｃｍに相当する１５５ｎｍが得られ、当該層厚の上限値として、ＶＥＡ＝−２Ｖ印加時の電界強度が１１８ｋＶ／ｃｍに相当する１７０ｎｍが得られた。以上より、１５５ｎｍ以上１７０ｎｍ以下の層厚値を有するｉ層を積層させ、ＥＡ変調器を作製する。こうして作製されたＥＡ変調器集積レーザは、伝送ペナルティ及びマスクマージンなどの伝送品質の基準を満たしている。
【００５０】
以下、ｉ層の層厚値を１６４ｎｍとすると、当該層厚値は、当該下限値１５５ｎｍと上限値１７０ｎｍの範囲に含まれている。よって、ｉ層の当該層厚値を有するＥＡ変調器部３０１を含むＥＡ変調器集積レーザ３２０の作製方法について説明する。
【００５１】
第１の結晶成長として、ｎ型ＩｎＰ層１００となるｎ型ＩｎＰ半導体基板上に、ＤＦＢレーザ部３４１を形成する。有機金属気相法を用いた公知の選択成長法によりアンドープのＩｎＧａＡｓＰ下側光ガイド層、活性層であるＩｎＧａＡｓＰ井戸層とバリア層をからなるアンドープ歪多重量子井戸層（ＭＱＷ層）、アンドープのＩｎＧａＡｓＰ上側光ガイド層、ｐ型ＩｎＰキャップ層、および回折格子層の順で積層する。このとき、ＤＦＢレーザ部３４１のＭＱＷ層のフォトルミネッセンス波長が１５５５ｎｍ付近になるように、ＭＱＷのＩｎＧａＡｓＰの組成を調整する。次に、プラズマＣＶＤによるＳｉＮ膜を形成したのち、ＤＦＢレーザ部３４１となる領域にＳｉＮ膜をパターニングし、このＳｉＮ膜をマスクとしてドライエッチングおよびウェットエッチングを用いて、ＤＦＢレーザ部３４１となる領域以外を除去する。
【００５２】
第２の結晶成長として、有機金属気相法を用いて、上記の除去した領域にＥＡ変調器部３０１を形成する。ＥＡ変調器部３０１の多層構造は、厚さ２０ｎｍ、組成１．１５μｍのアンドープのＩｎＧａＡｓＰ下側光ガイド層３０２の上に、ＩｎＧａＡｓＰのバリア組成波長λｂ＝１．２μｍ、バリア層厚６ｎｍ、井戸層８ｎｍで井戸層の層数７のＭＱＷ層３０３が積層され、さらに厚さ４０ｎｍ、組成１．１５μｍのアンドープのＩｎＧａＡｓＰ上側光ガイド層３０４で構成されたｉ層３３１とし、最後にＩｎＰスペーサ層を形成する。これにより、ｉ層３３１の厚さは１６４ｎｍとなる。このとき、ＥＡ変調器部３０１のＭＱＷ層３０３におけるフォトルミネッセンス波長が１４９５ｎｍとなるように、ＭＱＷのＩｎＧａＡｓＰの組成を調整する。
【００５３】
さらに同様の手順にて、ＤＦＢレーザ部３４１とＥＡ変調器部３０１の間に、パッシブ導波路部３４２となるＩｎＧａＡｓＰ層を結晶成長する。このとき、ＤＦＢレーザ部３４１とパッシブ導波路部３４２の間、およびＥＡ変調器部３０１とパッシブ導波路部３４２の間は、公知のバットジョイント技術により光学的に接続されている。
【００５４】
次にＤＦＢレーザ部３４１となる領域の回折格子層にフォトリソグラフを用いた干渉露光法により、発振波長が１５５０ｎｍとなるように回折格子を形成する。さらにＤＦＢレーザ部３４１、パッシブ導波路部３４２、ＥＡ変調器部３０１上にわたり、クラッド層となる９ｅ１７ａｔｏｍ／ｃｍ３程度のｐ型ＩｎＰ層１０５、コンタクト層となる２ｅ１８ａｔｏｍ／ｃｍ３程度のｐ型ＩｎＧａＡｓＰ層１０６と２ｅ１９ａｔｏｍ／ｃｍ３程度のｐ型ＩｎＧａＡｓ層１０７、およびｐ型ＩｎＰキャップ層を結晶成長する。このときｐ型のドーパントは亜鉛（Ｚｎ）を用いている。コンタクト層のｐ型ＩｎＰキャップ層は途中工程で除去されるものであり、最終構造には残らない。
【００５５】
多層成長後、最終的にＤＦＢレーザ部３４１、パッシブ導波路部３４２、ＥＡ変調器部３０１を含む最終的に光導波路となるストライプ状の領域にＳｉＯ２膜をマスクとして、ドライエッチングを施し、光導波路部分以外は除去して、いわゆるハイメサ構造を形成する。
【００５６】
さらにストライプ状の光導波路の両側を有機金属気相法を用いて、鉄（Ｆｅ）がドーピングされたＦｅドープＩｎＰ埋め込み層１０８を成長する。続いて、全面にパッシベーション膜１０９を形成後、ウェットエッチングを用いてストライプの上にスルーホールを形成し、ＥＢ（Electron Beam）蒸着法、およびイオンミリングによりｐ側電極１１０を形成する。そして、裏面研磨工程にてｎ型ＩｎＰ基板を約１００μｍ程度まで研磨し、ｎ側電極１１１を形成、電極アロイ処理を施して、ウエハ工程は完了する。
【００５７】
続いて、作製したウエハよりチップを切り出し、ＥＡ変調器部３０１側端面に無反射コーティング膜、ＤＦＢレーザ部３４１側端面に高反射率（ＨＲ）コーティングを施す。このときＥＡ変調器部３０１の全長は２００μｍ、ＤＦＢレーザ部３４１の全長は４００μｍ、パッシブ導波路部３４２の全長は５０μｍとした。
【００５８】
こうして作製されたＥＡ変調器集積レーザ３２０を５０Ωの終端抵抗がついた窒化アルミニウム（ＡｌＮ）製のサブマウントにＡｕＳｎはんだで搭載する。このサブマウントを温度調整機能がついた冶具を用いて、ＥＡ変調器集積レーザ３２０の特性を評価する。
【００５９】
その際、冶具の温度調整機能を用いて、サブマウントの温度が駆動温度ＴＬＤ＝５０℃となるように設定した。この温度はレーザモジュールでの消費電力がもっとも小さくすることが出来る温度である。以下詳細を説明する。ＥＡ変調器の特性は温度依存性が強く、一般的にはペルチエ素子などを用いて一定温度で使われる。またレーザモジュールの動作温度は−５℃〜＋９５℃が要求されている。一般的なＥＡ変調器は駆動温度ＴＬＤ＝２５℃程度で動作させるが、例えばレーザモジュール温度が９５℃となった場合は、その温度差７０℃を冷却する必要があり、非常にペルチエ素子の消費電力が大きくなる。逆に駆動温度ＴＬＤ＝８０℃の場合は、モジュール温度が−５℃となった時に、その温度差８５℃分を暖める必要がありやはりペルチエ素子の消費電力が非常に大きくなる。そのため、−５℃〜＋９５℃に対して駆動温度ＴＬＤは４０℃〜５０℃とすることで、高温側・低温側とも温度差を小さくすることでペルチエ素子の消費電力を小さく出来る。
【００６０】
なお、前述の通り、ＭＱＷ層３０３に印加される電界強度が強まると、αパラメータは小さくなる。しかし、ＭＱＷに電界が印加されたとき光の吸収が起こり、電子とホール（キャリア）が生成されるが、このキャリアはＥＡ変調器に印加されたバイアス電圧を遮蔽し、実効的にＥＡ変調器に印加されるバイアス電圧を低下させる働きをする（スクリーニング効果）。このスクリーニング効果により、ＭＱＷには十分な強度の電界が印加されず、αパラメータを小さくするのが抑えられてしまう。よって、本測定が行われた駆動温度ＴＬＤ＝５０℃は、一般的に使用される設定温度２５℃と比較して高温であり、２５℃の場合と比較して、駆動温度ＴＬＤ＝５０℃においては、ＥＡ変調器で生成されるキャリアがより多くなるため、スクリーニング効果が大きくなる。なお、ＭＱＷに強い電界を印加することが出来れば、このキャリアをより除去するが可能となり、スクリーニング効果を抑制することが出来る。
【００６１】
最初に、ｉ層３３１の層厚が１６４ｎｍを有しているＥＡ変調器部３０１の帯域とチャープ特性の測定を行った。駆動温度ＴＬＤ＝５０℃において、ＤＦＢレーザ部３４１への注入電流Ｉｏｐ＝１００ｍＡ、ＥＡ変調器部３０１への印加電圧ＶＥＡ＝−０．１Ｖとして測定を行い、小信号ｆ３ｄＢ帯域は１５ＧＨｚ、αパラメータは０．０６という所望された条件を満たす結果が得られた。
【００６２】
次に、伝送速度を９．９５Ｇｂｐｓとした場合の、８０ｋｍの光ファイバに対して、光伝送試験を実施した。ＥＡ変調器部３０１へＶＯＨ＝−０．１Ｖ、Ｖｍｏｄ＝２Ｖとして行った試験により、ファイバ光出力は＋１．８ｄＢｍ、消光比は１０．８ｄＢ、伝送ペナルティＰｄは０．９ｄＢ、マスクマージンＭＭは１８％という結果が得られた。
【００６３】
さらに、伝送速度を１０．７Ｇｂｐｓとして、同様の条件で８０ｋｍ伝送試験試験を行い、ファイバ光出力は＋１．８ｄＢｍ、消光比は１０．７ｄＢ、伝送ペナルティＰｄは１．５ｄＢ、マスクマージンＭＭは１５％という結果が得られた。
【００６４】
これらの結果はすべて、それぞれの伝送品質の基準値をすべて満たしており、ＥＡ変調器集積レーザ３２０は、伝送速度を９．９５Ｇｂｐｓとした場合であっても１０．７Ｇｂｐｓとした場合であっても、８０ｋｍ伝送を可能とする伝送品質を有していることを示している。
【００６５】
ｉ層の層厚を１６４ｎｍとしたことで、通常の温度である２５℃と比較して、スクリーニング効果が大きい駆動温度ＴＬＤ＝５０℃という温度においても、ＭＱＷへ印加される十分な電界強度を得ることが出来、スクリーニング効果を小さくすることが出来た。スクリーニング効果が抑制されたことにより、消光比の劣化を抑えることや、マスクマージンの向上などが実現した。さらに、１６４ｎｍという層厚においては、多重量子井戸の層数、バリア組成波長、バリア層厚、井戸層厚を最適化することで、より高い消光比となるＭＱＷ構造とすることを可能とした。
【００６６】
なお、ｉ層を構成する各層の層厚値は、一定の範囲において取り得ることは言うまでもない。ＩｎＧａＡｓＰ下側光ガイド層３０２の層厚をａ、ＩｎＧａＡｓＰ上側光ガイド層３０４の層厚をｂ、ＭＱＷ層３０３を構成するバリア層及び井戸層の層厚をそれぞれｃ及びｄ、井戸層の層数をｎとすると、ｉ層３３１の層厚Ｌは、Ｌ＝ａ＋ｂ＋（ｎ＋１）・ｃ＋ｎ・ｄによって求まる。この層厚Ｌの値が１５５ｎｍ以上１７０ｎｍ以下になるように、実際に成膜可能な値となるａ乃至ｄ及びｎの値を選択すればよい。例えば、前述で説明した、ａ＝２０ｎｍ、ｂ＝４０ｎｍ、ｄ＝８ｎｍ、ｎ＝７とした場合、バリア層の層厚ｃは、およそ４．９ｎｍ以上６．８ｎｍ以下の値を取り得るし、同様に、ａ＝２０ｎｍ、ｂ＝４０ｎｍ、ｃ＝６ｎｍ、ｎ＝７とした場合、井戸層の層厚ｄは、およそ７．０ｎｍ以上８．９ｎｍ以下の値を取り得る。また、層数ｎ＝８とした場合についても示す。ａ＝２０ｎｍ、ｂ＝４０ｎｍ、ｎ＝８とした場合において、例えば、ｄ＝７ｎｍとすると、ｃはおよそ４．３ｎｍ以上６．０ｎｍ以下の値を取り得るし、ｃ＝５ｎｍとすると、ｄはおよそ５．０ｎｍ以上８．１ｎｍ以下の値を取り得る。なお、バリア組成波長を１．２μｍ以上１．３μｍ以下の値とした場合、層数ｎは７若しくは８、バリア層の層厚ｃは８ｎｍ以上９ｎｍ以下、井戸層の層厚ｄは８ｎｍ以上９ｎｍ以下が望ましい。
【００６７】
［実施形態２]
以下、本発明の実施形態２について、伝送速度１０Ｇｂｐｓ、波長１．５５μｍ帯ＥＡ変調器集積レーザ４２０の例を用いて説明する。ＥＡ変調器集積レーザ４２０の平面図を図４（ａ）に、図中ａ−ａ断面図を図４（ｂ）に、示す。
【００６８】
上記実施形態１で述べた方法により、ＥＡ変調器集積レーザ４２０は作製されるが、実施形態１との違いは、ストライプ上の導波路の両側をルテニウム（Ｒｕ）がドーピングされたＲｕドープＩｎＰ埋め込み層４０８で埋め込まれた構造となっている点である。Ｒｕという材料は実施形態１で述べたドーパントであるＦｅと比べると、Ｚｎとの相互拡散が少ないという特徴がある。埋め込み層のドーパントがＦｅであった場合、クラッド層であるｐ型ＩｎＰ層１０５、及び、コンタクト層であるｐ型ＩｎＧａＡｓＰ層１０６とｐ型ＩｎＧａＡｓ層１０７に、ドーピングされているＺｎが、埋め込み界面を飛び越えて、埋め込み層へ拡散が発生するが、埋め込み層のドーパントがＲｕであった場合は、その拡散が抑制され、埋め込み再成長界面、および光導波路の両側の埋め込み層において、高抵抗な物性を保つことが可能となる（A.Dadgar, et.al., J.Crystal Growth 195 (1998)69-73、及び、特開2003-114407）。
【００６９】
こうして作製したＥＡ変調器集積レーザ４２０を、実施形態１と同様にサブマウントに搭載し特性評価を行った。冶具の温度調整機能を用いて、サブマウントの温度が駆動温度ＴＬＤ＝５０℃となるように設定し、ＤＦＢレーザ部４４１への注入電流Ｉｏｐ＝１００ｍＡとして、ＥＡ変調器部４０１へＶＯＨ＝０Ｖ、Ｖｍｏｄ＝２Ｖにおいて、伝送速度を１０．７Ｇｂｐｓとした場合の、８０ｋｍ光ファイバに対して光伝送試験を実施した。その結果、ファイバ光出力は＋２．０ｄＢｍ、消光比は１０．９ｄＢ、伝送ペナルティＰｄは１．０ｄＢ、マスクマージンＭＭは２０％と、上記実施形態１を上回る特性が得られた。
【００７０】
本実施形態では、埋め込み層のドーパントをＲｕとすることで、ＦｅドーパントのＩｎＰ埋め込み層と比較して、より高抵抗な埋め込み層が形成され、ＥＡ変調器部への電界強度が強まっている。そのためスクリーニング効果の抑制が強まり、高速変調時の消光比の向上、伝送ペナルティの低減、マスクマージンの向上が見られた。
【００７１】
［実施形態３]
以下、本発明の実施形態３について、伝送速度１０Ｇｂｐｓ、波長１．５５μｍ帯ＥＡ変調器集積レーザ５２０の例を用いて説明する。ＥＡ変調器集積レーザ５２０の平面図を図５（ａ）に、図中ａ−ａ断面図を図５（ｂ）に、示す。
【００７２】
上記実施形態１で述べた方法により、ＥＡ変調器集積レーザ５２０は作製されるが、実施形態１との違いは、ｐ型ＩｎＧａＡｓ層５０７において、添加するｐ型のドーパントが、Ｚｎではなく、炭素（Ｃ）としている点である。なお、ｐ型ＩｎＰ層１０５とｐ型ＩｎＧａＡｓＰ層１０６に添加されるｐ型のドーパントは、実施形態１と同じＺｎである。
【００７３】
ドーパントがＣの場合、Ｚｎを添加した場合と比較して熱による拡散係数が小さいことが知られている（R.A. Hamm, et.al., Carbon doping of GaInAs using carbontetrabromide
by metalorganic molecular beam epitaxy for InP-based
heterostructure bipolar transistor devices, Appl. Phys. Lett. Vol. 67, No. 15,
9 October 1995 ）。従って、実施形態１で述べたＺｎをｐ型ドーパントとして用いる場合と比べると、Ｃをｐ型ドーパントとして用いることにより、ＦｅドープＩｎＰ埋め込み層へのｐ型ドーパントの拡散が低減され、埋め込み再成長界面、および光導波路の両側の埋め込み層において、高抵抗な物性を保つことが可能となる。
【００７４】
こうして作製されたＥＡ変調器集積レーザ５２０を、実施形態１と同様にサブマウントに搭載し特性評価を行った。その結果、伝送速度を１０．７Ｇｂｐｓした場合に、８０ｋｍ長距離伝送を満足する特性が得られた。
【００７５】
本実施形態では、ｐ型ＩｎＧａＡｓ層のドーパントをＣにしたことでより高抵抗な埋め込み層が形成され、ＥＡ変調器部への電界強度が強まっている。そのため、スクリーニング効果の抑制が強まり、高速変調と長距離伝送、そして高消光比を実現できた。なお、本実施形態で述べたＦｅドープＩｎＰ埋め込み層を用いる代わりに、実施形態２で述べたＲｕをドーパントとしたＲｕドープＩｎＰ埋め込み層を用いても同様の効果が得られる。
【００７６】
［実施形態４]
以下、本発明の実施形態４について、伝送速度１０Ｇｂｐｓ、波長１．５５μｍ帯ＥＡ変調器集積レーザ６２０の例を用いて説明する。ＥＡ変調器集積レーザ６２０の平面図を図６（ａ）に、図中ａ−ａ断面図を図６（ｂ）に、示す。
【００７７】
上記実施形態１で述べた方法により、ＥＡ変調器集積レーザ６２０は作製されるが、実施形態１との違いは、ＥＡ変調器部６０１の半導体層に、Ｐ系ではなくＡｌ系を用いている点である。ＥＡ変調器部６０１の構造は、ｎ型ＩｎＰ層１００となるｎ型ＩｎＰ半導体基板上に、厚さ２０ｎｍ、組成１．１５μｍのアンドープのＩｎＧａＡｌＡｓ下側光ガイド層６０２の上に、ＩｎＧａＡｌＡｓのバリア組成波長λｂ＝１．２μｍ、バリア層厚６ｎｍ、井戸層厚８ｎｍで層数７のＭＱＷ層６０３が積層され、さらに厚さ４０ｎｍ、組成１．１５μｍのアンドープのＩｎＧａＡｌＡｓ上側光ガイド層６０４で構成されたｉ層６３１を含む構造となっている。ｉ層６３１の層厚は１６４ｎｍとなる。
【００７８】
ＭＱＷ層に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、より低チャープでかつ消光比の大きいＥＡ変調器設計が可能となる。
【００７９】
こうして作製したＥＡ変調器集積レーザ６２０を、実施形態１と同様にサブマウントに搭載し特性評価を行った。冶具の温度調整機能を用いて、サブマウントの温度が駆動温度ＴＬＤ＝５０℃となるように設定し、ＤＦＢレーザ部６４１への注入電流Ｉｏｐ＝１００ｍＡとして、ＥＡ変調器部６０１へＶＯＨ＝０Ｖ、Ｖｍｏｄ＝２Ｖにおいて、伝送速度を１０．７Ｇｂｐｓとした場合の、８０ｋｍ光ファイバに対して光伝送試験を実施した。その結果、ファイバ光出力は＋２．２ｄＢｍ、消光比は１１．０ｄＢ、伝送ペナルティＰｄは０．９ｄＢ、マスクマージンＭＭは１８％と、実施形態１を上回る特性が得られた。
【００８０】
以下、本発明の実施形態５に係るレーザモジュール７０１の構成を、図７に示す。
【００８１】
［実施形態５]
レーザモジュール７０１は、実施形態１で記載のＥＡ変調器集積レーザ３２０を搭載している。作製方法について述べる。まず、ＥＡ変調器集積レーザ３２０が搭載されたサブマウント７０２に、光出力の安定のためのモニタ光を受光するフォトダイオード７０３を搭載する。次に、温度調整を行うために、サブマウント７０２をペルチエ素子７０４の上に搭載する。ペルチエ素子７０４の上には、温度モニタ用のサーミスタ７０５を搭載しておく。そして出力端側にレンズ７０６、アイソレータ７０７、レンズ７０８、光ファイバ７０９を同一のパッケージ内に実装する。こうして作製されたレーザモジュール７０１を、ＴＬＤ＝５０℃、Ｉｏｐ＝１００ｍＡ、ＶＯＨ＝−０．１Ｖ、Ｖｍｏｄ＝２Ｖおいて、伝送速度を１０．７Ｇｂｐｓとした場合の、８０ｋｍ光ファイバに対して光伝送試験を実施した。その結果、ファイバ光出力は＋１．８ｄＢｍ、消光比は１０．６ｄＢ、伝送ペナルティＰｄは１．５ｄＢ、マスクマージンＭＭは１２％と、実際の８０ｋｍ光伝送用光源としては十分な特性を満足した。
【００８２】
さらに、駆動温度ＴＬＤ＝５０℃というＳｅｍｉ−Ｃｏｏｌｅｄ動作の実現により、レーザモジュールの動作温度−５℃〜＋８５℃の動作環下において、ペルチエ素子の消費電力０．７Ｗという低消費電力のレーザモジュールを実現した。
【００８３】
Ｓｅｍｉ−Ｃｏｏｌｅｄ動作を可能とした理由は、電界強度が強く加わるＥＡ変調器構造としたことにより、高温動作時のキャリアの増大に対しても十分にスクリーニング効果の抑制が出来たためである。また電界強度が強く掛かる効果は、より小さなバイアス電圧で低αパラメータ特性を得ることができ、駆動バイアスの低減にも繋がっており、この点においても低消費電力となるレーザモジュールを提供することができる。
【００８４】
本実施形態に記載のレーザモジュール７０１には、実施形態１に記載のＥＡ変調器集積レーザ３２０を搭載したが、実施形態２乃至実施形態４のいずれに記載のＥＡ変調器集積レーザを搭載しても、同様の効果は得られる。
【００８５】
上記において、ＥＡ変調器を半導体レーザと同一チップに集積したＥＡ変調器集積レーザについて説明したが、半導体レーザと同一の基板上に集積されていないＥＡ変調器においても、同様の効果が得られることは言うまでもない。
【符号の説明】
【００８６】
１００ ｎ型ＩｎＰ層、１０１ ＥＡ変調器部、１０２ ＩｎＧａＡｓＰ下側光ガイド層、１０３ 歪量子井戸活性層（ＭＱＷ層）、１０４ ＩｎＧａＡｓＰ上側光ガイド層、１０５ ｐ型ＩｎＰ層、１０６ ｐ型ＩｎＧａＡｓＰ層、１０７ ｐ型ＩｎＧａＡｓ層、１０８ ＦｅドープＩｎＰ埋め込み層、１０９ パッシベーション膜、１１０ ｐ側電極、１１１ ｎ側電極、１２０ ＥＡ変調器集積レーザ、１３１ 真性半導体層（ｉ層）、１４１ ＤＦＢレーザ部、１４２ パッシブ導波路部、２０１ ＥＡ変調器部、２０２ ＩｎＧａＡｓＰ下側光ガイド層、２０３ 歪量子井戸活性層（ＭＱＷ層）、２０４ ＩｎＧａＡｓＰ上側光ガイド層、２２０ ＥＡ変調器集積レーザ、２３１ 真性半導体層（ｉ層）、２４１ ＤＦＢレーザ部、２４２ パッシブ導波路部、３０１ ＥＡ変調器部、３０２ ＩｎＧａＡｓＰ下側光ガイド層、３０３ 歪量子井戸活性層（ＭＱＷ層）、３０４ ＩｎＧａＡｓＰ上側光ガイド層、３２０ ＥＡ変調器集積レーザ、３３１ 真性半導体層（ｉ層）、３４１ ＤＦＢレーザ部、３４２ パッシブ導波路部、４０１ ＥＡ変調器部、４０８ ＲｕドープＩｎＰ埋め込み層、４２０ ＥＡ変調器集積レーザ、４４１ ＤＦＢレーザ部、４４２ パッシブ導波路部、５０１ ＥＡ変調器部、５０７ ｐ型ＩｎＧａＡｓ層、５２０ ＥＡ変調器集積レーザ、５４１ ＤＦＢレーザ部、５４２ パッシブ導波路部、６０１ ＥＡ変調器、６０２ ＩｎＧａＡｌＡｓ下側光ガイド層、６０３ 歪量子井戸活性層（ＭＱＷ層）、６０４ ＩｎＧａＡｌＡｓ上側光ガイド層、６２０ ＥＡ変調器集積レーザ、６３１ 真性半導体層（ｉ層）、６４１ ＤＦＢレーザ部、６４２ パッシブ導波路部、７０１ レーザモジュール、７０２ サブマウント、７０３ フォトダイオード、７０４ ペルチエ素子、７０５ サーミスタ、７０６ レンズ、７０７ アイソレータ、７０８ レンズ、７０９ 光ファイバ。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電界吸収型光変調器集積レーザ素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年のインターネットの普及に伴い、光通信システム用途のレーザモジュールや送受信モジュールは高速・大容量化、そして中継機が不要で低コスト化につながる長距離伝送が要求されている。レーザモジュールに搭載される光送信素子の中で、電界吸収型光変調器（以下、ＥＡ（Electro-Absorption）変調器と略称する）は、変調時のチャープ（波長変動）が非常に小さい、光信号のＯＮレベルとＯＦＦレベルの差である消光比が大きい、広帯域、などの伝送時に必要な諸特性に有利な特性を持つだけでなく、小型で低コストであることより広く使われている。
【０００３】
従来技術について、伝送速度１０Ｇｂｐｓ、波長１．５５μｍ帯ＥＡ変調器集積レーザ１２０の例を用いて説明する。ＥＡ変調器集積レーザ１２０の平面図を図１（ａ）に、図中ａ−ａの断面図を図１（ｂ）に、示す。なお、一般的なＥＡ変調器の構造については、非特許文献１にて記載されている。
【０００４】
ＥＡ変調器集積レーザ１２０は、一定の駆動電流を注入することで連続発振する分布帰還型半導体レーザ（以下、ＤＦＢレーザ（Disutributed feedback laser）と記す）部１４１と、ＥＡ変調器部１０１が同一基板上にモノリシックに集積された構造を持つ。ＥＡ変調器部１０１の一般的な構造は、図１（ｂ）に示す通り、歪多重量子井戸層（以下、ＭＱＷ（Multi Quantum Well）層と記す）１０３を含むｐ型及びｎ型のいずれのドーパントも添加していない真性半導体層（ｉ層）１３１を、ｐ型ＩｎＰ層１０５とｎ型ＩｎＰ層１００で挟んだｐ−ｉ−ｎ構造となっている。
【０００５】
ＥＡ変調器部１０１の多層構造は、厚さ４０ｎｍ、組成１．１５μｍのアンドープのＩｎＧａＡｓＰ下側光ガイド層１０２の上に、ＩｎＧａＡｓＰのバリア組成波長λｂ＝１．３μｍ、バリア層厚５ｎｍ、井戸層厚９ｎｍで井戸層の層数８のＭＱＷ層１０３が積層され、さらに厚さ４０ｎｍ、組成１．１５μｍのアンドープのＩｎＧａＡｓＰ上側光ガイド層１０４で構成されたｉ層１３１で構成される構造となっている。ＥＡ変調器部１０１のｉ層１３１の層厚は、１９７ｎｍとなる。
【０００６】
なお、作製の際に、ＤＦＢレーザ部１４１のＭＱＷ層のフォトルミネッセンス波長が１５５５ｎｍ付近に、ＥＡ変調器部１０１のＭＱＷ層１０３のフォトルミネッセンス波長が１４９５ｎｍとなるように、それぞれのＭＱＷ層のＩｎＧａＡｓＰ組成を調整してある。
【０００７】
また、ＥＡ変調器部１０１の全長は２００μｍ、ＤＦＢレーザ部１４１の全長は４００μｍ、パッシブ導波路部１４２の全長は５０μｍとした。
【０００８】
本ＥＡ変調器集積レーザ１２０について、近年の低消費電力の要求に対応すべく、駆動温度ＴＬＤ＝５０℃において、光伝送試験を実施した。
【０００９】
まず、伝送速度を９．９５Ｇｂｐｓとした場合の、光伝送試験を実施した。４０ｋｍ（総分散８００ｐｓ/ｎｍ）の光ファイバに対しては、ＥＡ変調器部１０１へＶＯＨ（Voltage
Of High）を−０．２Ｖ、駆動振幅Ｖｍｏｄを２Ｖとして伝送試験を行い、その結果は、伝送ペナルティＰｄが０．８ｄＢであった。伝送ペナルティＰｄの０．８ｄＢという値は、伝送品質の基準となる２．０ｄＢを大きく下回っており、４０ｋｍ光伝送用として、本レーザは十分な特性を示している。なお、ファイバ光出力は＋２．５ｄＢｍ、消光比は１０．８ｄＢを示しており、伝送品質の基準となる消光比１０ｄＢ以上を満たしている。また、８０ｋｍ（総分散１６００ｐｓ/ｎｍ）の光ファイバに対しては、駆動振幅は同様にＶｍｏｄ＝２Ｖとして、ＶＯＨについては前述の場合より長距離伝送となることを考慮して、ＶＯＨ＝−０．５Ｖとする駆動条件に変えて、伝送試験を行った。その結果、伝送ペナルティＰｄは１．８ｄＢとなった。伝送ペナルティは前述の場合よりも劣化しているものの、同様に基準値２．０ｄＢ以下であり、８０ｋｍ光伝送用としても、本レーザは十分な特性を示している。なお、ファイバ光出力は＋０．５ｄＢｍ、消光比は１０．０ｄＢを示しており、伝送品質の基準となる消光比１０ｄＢ以上を満たしている。また、光伝送前アイ開口の品質を示すＳＯＮＥＴ ＯＣ−１９２／ＳＤＨ ＳＴＭ−６４にて規定されるマスクに対するマスクマージンＭＭについても測定をしたところ、２４％という結果が得られ、アイ開口の品質基準値である１０％以上を十分に満たしている。
【００１０】
次に、前述の９．９５Ｇｂｐｓに前方誤り訂正符号（以下、ＦＥＣ（Forward Error Correction）と記す）を付加した場合の伝送速度に相当する１０．７Ｇｂｐｓを伝送速度とした場合の、光伝送試験も実施した。なお、本試験において、実際には、ＦＥＣ信号は印加していない。４０ｋｍの光ファイバに対しては、同様に、ＶＯＨ＝−０．２Ｖ、駆動振幅Ｖｍｏｄ＝２Ｖとして伝送試験を行った結果、伝送ペナルティＰｄは１．２ｄＢとなり、９．９５Ｇｂｐｓ駆動時と比較すると伝送ペナルティＰｄの値は低下しているが、伝送品質の基準値２．０ｄＢ以下を満たし、１０．７Ｇｂｐｓ駆動時においても、４０ｋｍ伝送用として、本レーザは十分な特性を示している。なお、前述のマスクマージンＭＭについても２０％という結果が得られ、アイ開口の品質基準値である１０％以上を十分に満たしている。
【００１１】
ところが、８０ｋｍの光ファイバに対して、同様に、ＶＯＨ＝−０．５Ｖ、駆動振幅Ｖｍｏｄ＝２Ｖとして伝送試験を行った結果、伝送ペナルティＰｄは２．５ｄＢとなった。これは、伝送品質の基準値２．０ｄＢ以下を満たしておらず、１０．７Ｇｂｐｓ駆動時には、８０ｋｍ光伝送用として、本レーザは十分な特性を示していない。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１２】
【非特許文献１】エレクトロン レターズ ２８巻（Electron. Lett.vol.28）、ｐｐ．１１５７−１１５８（１９９２）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
従来技術に係るＥＡ変調器集積レーザにおいては、４０ｋｍ伝送に対しては伝送速度が９．９５Ｇｂｐｓの場合も、１０．７Ｇｂｐｓの場合も、ともに光伝送が可能であったが、より長距離となる８０ｋｍ伝送において、伝送速度が９．９５Ｇｂｐｓの場合は光伝送可能であったにもかかわらず、１０．７Ｇｂｐｓの場合には、光伝送が実現できなった。その原因は、光ファイバ伝送中の光が受ける波長分散量は駆動信号周波数の２乗に比例しており、９．９５Ｇｂｐｓに対して１０．７Ｇｂｐｓでは、波長分散量が約１．１５倍に増加している。よって、この波長分散量の増大に応じて、チャープ特性をさらに小さくする必要が生じてしまう。チャープ特性を小さくするには、ＥＡ変調器部への電界強度を強めるとよいことが知られている。同じ駆動振幅Ｖｍｏｄ＝２Ｖにおいては、ｉ層の層厚を薄くすることにより、ＥＡ変調器部への電界強度を強めることが可能となる。
【００１４】
そこで、ｉ層の層厚を薄くした場合の伝送速度１０Ｇｂｐｓ、波長１．５５μｍ帯ＥＡ変調器集積レーザ２２０の具体例を以下に説明する。ＥＡ変調器集積レーザ２２０の平面図を図２（ａ）に、図中ａ−ａ断面図を図２（ｂ）に、示す。
【００１５】
ＥＡ変調器部２０１の多層構造は、厚さ２５ｎｍ、組成１．１５μｍのアンドープのＩｎＧａＡｓＰ下側光ガイド層２０２の上に、ＩｎＧａＡｓＰのバリア組成波長λｂ＝１．３μｍ、バリア層厚５ｎｍ、井戸層厚９ｎｍで層数６のＭＱＷ層２０３が積層され、さらに厚さ２５ｎｍ、組成１．１５μｍのアンドープのＩｎＧａＡｓＰ上側光ガイド層２０４で構成されたｉ層２３１を含む構造となっている。ＥＡ変調器部２０１のｉ層２３１の層厚は１３９ｎｍとなる。
【００１６】
従来技術に係るＥＡ変調器集積レーザ１２０と同様に、ｉ層２３１の層厚を薄くしたＥＡ変調器集積レーザ２２０について、駆動温度ＴＬＤ＝５０℃において、光伝送試験を実施した。
【００１７】
まず、伝送速度を９．９５Ｇｂｐｓとした場合の、光伝送試験を実施した。８０ｋｍの光ファイバに対して、ＥＡ変調器部２０１へＶＯＨが−０．１Ｖ、駆動振幅Ｖｍｏｄ＝２Ｖとして伝送試験を行い、その結果、伝送ペナルティＰｄは１．０ｄＢと良好な値を示した。さらに、伝送速度１０．７ｄＢとした場合にも、同様の試験を実施し、伝送ペナルティＰｄは１．５ｄＢという結果が得られ、伝送品質の基準値２．０ｄＢ以下を満たすことが実現できた。
【００１８】
しかし、消光比については、８．５ｄＢという結果となり、伝送品質の基準値である１０ｄＢ以上を満たしていない。さらに、前述のマスクマージンＭＭについて５％という結果となり、アイ開口の品質基準値である１０％以上も満たしていない。
【００１９】
ＭＱＷでの電子の閉じ込めが弱い場合に、消光比は小さい値を示す。ｉ層を薄くするために、ＭＱＷの層数が少なくしなければならず、これにより、本ＥＡ変調器部２０１においてＭＱＷは６層を有するが、この層数では、十分な消光比を得るだけの電子の閉じ込めを得られなかったことが原因といえる。ｉ層を薄くしたことによって、高速動作時の光の応答遅延が発生し、キャリアの蓄積を招き、消光比を低下させたと考えられる。また、この応答遅延により、光波形の立ち上がりの劣化を招き、マスクマージンの劣化を引き起こしたといえる。
【００２０】
上記に示した通り、ＥＡ変調器部に含まれるｉ層の層厚によって、ＥＡ変調器レーザの伝送品質は変化する。しかし、ｉ層の層厚が十分に大きい値を有する場合、マスクマージンなどの基準値は満たしていても、伝送ペナルティを満たさない状態になり得る。逆に、伝送ペナルティを向上させるために、ｉ層の層厚の値を十分に小さくすれば、マスクマージンなどの基準値を満たさない状態になってしまう。よって、マスクマージン及び伝送ペナルティなどの基準値をすべて満たすｉ層の層厚値が得られれば、高速動作時に長距離伝送が可能となるＥＡ変調器集積レーザが実現することとなる。
【００２１】
従来においては、マスクマージンなどの基準値を満たすよう十分に大きい層厚値によってｉ層を積層させてＥＡ変調器部が作製されることが多く、他の伝送品質である伝送ペナルティについては、ＭＱＷの構造などを最適化させることにより、向上が図られ、最適なｉ層の層厚値により、ＥＡ変調器部の性能向上を図ることはなされていなかった。
【００２２】
本発明は、所定の伝送品質をそれぞれ満たすｉ層の層厚値の条件を求め、その条件を満たす層厚値を有するｉ層を積層させたＥＡ変調器部を作製することで、所定の高速動作時において所定の長距離伝送が可能となるＥＡ変調器集積レーザ素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
（１）本発明に係るレーザ素子は、半導体レーザ部と、該半導体レーザ部の出力側に配置される電界吸収型変調器部と、が形成され、前記電界吸収型変調器部には、互いに離間して位置する第１電極及び第２電極と、前記第１電極の前記第２電極側に接する第１の不純物添加領域と、前記第２電極の前記第１電極側に接する第２の不純物領域と、該第１と第２の不純物領域の間に位置し、該第１と第２の不純物添加領域より不純物の濃度が低い低濃度領域を含んでおり、本発明に係る当該レーザ素子の製造方法は、所定の変調性能を得られる最高変調周波数に応じた前記低濃度領域の層厚の下限値を求めるステップと、所定のチャープ特性に応じた前記低濃度領域の前記層厚の上限値を求めるステップと、前記上限値及び前記下限値を満たす層厚値を有する、前記低濃度領域を成膜するステップと、を含んでいる。
【００２４】
（２）上記（１）に記載のレーザ素子の製造方法において、前記低濃度領域の層厚が異なる複数の前記変調器を製造し、所定の変調信号を入力したときに、所定の変調性能を満たす最高変調周波数を測定するステップと、前期測定により、前記最高変調周波数の該層厚依存性を求めるステップと、前記依存性により、所定の最高変調周波数に応じた層厚より前記下限値を得るステップと、を含んでいてもよい。
【００２５】
（３）上記（２）に記載のレーザ素子の製造方法において、所定の光伝送前マスクマージンにより、所定の最高変調周波数を得るステップ、を含んでいてもよい。
【００２６】
（４）上記（１）に記載のレーザ素子の製造方法において、前記低濃度領域の層厚が異なる複数の前記変調器を製造し、変調により信号をオンされた場合とオフされた場合との屈折率変化と吸収率変化を測定するステップと、前記測定により、前記屈折率変化と前記吸収率変化の比の層厚依存性を求めるステップと、前記依存性により、所定の前記比の値に応じた層厚より前記上限値を得るステップと、を含んでいてもよい。
【００２７】
（５）上記（４）に記載のレーザ素子の製造方法において、所定の伝送ペナルティにより、所定の前記比の値を得るステップ、を含んでいてもよい。
【００２８】
（６）上記（１）乃至（５）のいずれかに記載の製造方法により製造されたレーザ素子において、前記低濃度不純物領域の両側部に配置される半絶縁半導体からなる埋め込み層を含んでいてもよい。
【００２９】
（７）上記（６）に記載のレーザ素子において、前記埋め込み層には、不純物として、鉄、もしくは、ルテニウムが添加されていてもよい。
【００３０】
（８）上記（６）に記載のレーザ素子において、前記第１の不純物領域の一部が、炭素が不純物として添加された半導体により構成され、前記第１電極に接していてもよい。
【００３１】
（９）上記（６）に記載のレーザ素子において、前記低濃度領域にＩｎＧａＡｌＡｓを含んでいてもよい。
【００３２】
（１０）半導体モジュールが、上記（６）乃至（９）のいずれかに記載のレーザ素子を搭載していてもよい。
【発明の効果】
【００３３】
本発明により、所定の高速動作時において所定の長距離伝送が可能となるＥＡ変調器集積レーザ素子を提供することが出来た。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】従来技術を説明したＥＡ変調器集積レーザ素子平面図及び断面図である。
【図２】ｉ層の層厚を薄くしたＥＡ変調器集積レーザ素子平面図及び断面図である。
【図３】本発明に係る実施形態１を説明したＥＡ変調器集積レーザ素子平面図及び断面図である。
【図４】本発明に係る実施形態２を説明したＥＡ変調器集積レーザ素子平面図及び断面図である。
【図５】本発明に係る実施形態３を説明したＥＡ変調器集積レーザ素子平面図及び断面図である。
【図６】本発明に係る実施形態４を説明したＥＡ変調器集積レーザ素子平面図及び断面図である。
【図７】本発明係る実施形態５を説明したレーザモジュールの模式図である。
【図８】チャープ特性及び帯域特性と、ｉ層の層厚についての相関図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
［実施形態１]
以下、本発明の実施形態１について、伝送速度１０Ｇｂｐｓ、波長１．５５μｍ帯ＥＡ変調器集積レーザ３２０の例を用いて説明する。ＥＡ変調器集積レーザ３２０の平面図を図３（ａ）に、図中ａ−ａ断面図を図３（ｂ）に、示す。
【００３６】
ＥＡ変調器集積レーザ３２０は、前述のＥＡ変調器集積レーザ１２０と同様に、ＤＦＢレーザ部３４１とＥＡ変調器部３０１が同一基板上にモノリシックに集積された構造を持つ。
【００３７】
ＥＡ変調器は半導体レーザと組み合わされたレーザモジュールとして使用され、一般には温度制御機構を用いて温度を一定とさせた状態で使用される。半導体レーザに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。ＥＡ変調器部３０１の一般的な構造は、図３（ｂ）に示す通り、ＭＱＷ層３０３を含むｐ型及びｎ型のいずれのドーパントも添加していない真性半導体層（ｉ層）３３１を、前記第１の不純物領域としたｐ型ＩｎＰ層１０５と前記第２の不純物領域としたｎ型ＩｎＰ層１００で挟んだｐ−ｉ−ｎ構造となっている。また、前記低濃度領域とは、いわゆるアンドープ層と呼ばれるｉ層３３１を示しており、第１及び第２の不純物領域より不純物の濃度が低い場合のみならず、不純物が全く含まれない場合も含むものとする。
【００３８】
ＥＡ変調器の動作原理を、以下に説明する。バイアス電圧を印加していない状態では半導体レーザの出力光波長よりＥＡ変調器の吸収波長は短波にあるため、半導体レーザ光はＥＡ変調器を通過して出力される。これがＯＮレベル信号となる。そしてＥＡ変調器に逆バイアス電圧を印加した場合はｉ層に電界がかかり、量子閉じ込めシュタルク効果によりＭＱＷの吸収波長が長波側にシフトすることで半導体レーザ光は吸収され、ＥＡ変調器からはほとんど光が出てこない状態となる。これがＯＦＦレベルの信号となる。
【００３９】
また光導波が行われるメサ部分の両脇を半絶縁のＩｎＰで埋め込んだＢＨ（Burried Hetero）構造もよく使われている。ＢＨ構造はリッジ構造と比較して、放熱性で優れる、横方向に光閉じ込めが強まるためにＦＦＰ（Far Field Pattern）が円形となりファイバとの結合効率が向上するなどの利点がある。
【００４０】
ＥＡ変調器の主なる特性として、帯域とチャープ特性がある。帯域とは、所定の変調信号を入力したときに、所定の変調性能を満たす最高変調周波数であり、どれだけ高い周波数まで高速変調可能かを示すパラメータであるとともに、変調時の光波形の品質にも影響する特性となっている。また、チャープ特性は、変調時における波長変動を示すパラメータであり、光ファイバ伝送時の光波形がどの程度劣化するかを表している。一般的に、チャープ特性は、αパラメータを用いて表されることが多い。ここで、αパラメータとは、変調により信号をオンされた場合とオフされた場合との屈折率変化と吸収率の変化の比で定義される。
【００４１】
前述のＥＡ変調器部１０１及び２０１における帯域及びチャープ特性についての測定結果を記す。帯域については、小信号ｆ３ｄＢ帯域を測定し、チャープ特性については、前述のαパラメータを測定した。ここで、小信号ｆ３ｄＢ帯域とは、低周波での光応答と基準（０ｄＢ）にしたときに、周波数を高くしてその応答が−３ｄＢになる周波数を言う。ｆ３ｄＢ帯域とは、一般に、カットオフ周波数や遮断周波数とも呼ばれている。
【００４２】
まず、従来技術にかかるＥＡ変調器部１０１については、ＤＦＢレーザ部１４１への注入電流Ｉｏｐ＝１００ｍＡ、ＥＡ変調器部１０１への印加電圧ＶＥＡ＝−０．５Ｖとして測定を行い、小信号ｆ３ｄＢ帯域は１６ＧＨｚ、αパラメータ０．２という結果が得られた。
【００４３】
また、ｉ層を薄くしたＥＡ変調器部２０１については、ＤＦＢレーザ部２４１への注入電流Ｉｏｐ＝１００ｍＡ、ＥＡ変調器部２０１への印加電圧ＶＥＡ＝−０．１Ｖとして測定を行い、小信号ｆ３ｄＢ帯域は１２ＧＨｚ、αパラメータ−０．１であった。
【００４４】
帯域を大きくするためには、素子容量を低減することが知られている。ＥＡ変調器は、ｐ−ｉ−ｎ構造をしているために、ＥＡ変調器は一般の平面板コンデンサと同様に考えられるので、ｉ層の層厚が厚くなると、ＥＡ変調器の素子容量が軽減し、帯域が大きくなる。ｉ層２３１の層厚が１３９ｎｍであるＥＡ変調器部２０１のｆ３ｄＢ帯域が１２ＧＨｚであるのに対してｉ層１３１の層厚値が１９７ｎｍと大きくなっているＥＡ変調器部１０１のｆ３ｄＢ帯域は１６ＧＨｚと大きくなっている。上述の通り、素子容量が低減すると、光の応答遅延が抑制され、光波形の立ち上がりが向上し、マスクマージンＭＭは向上するので、帯域と、伝送品質の一つであるマスクマージンＭＭと強い相関がある。
【００４５】
また、チャープ特性は、ＭＱＷに印加される電界強度が強まることで、小さくなる。等しい電圧を印加した場合、ｉ層の層厚が薄くなると、それに応じて、電界強度が強くなるので、チャープ特性は小さくなる。ＥＡ変調器部１０１のαパラメータが０．２であるのに対して、ｉ層２３１の層厚値が小さいＥＡ変調器部２０１のαパラメータは０．１と小さくなっている。上述の通り、チャープ特性が小さくなると、それに応じて、伝送ペナルティＰｄが小さくなる。すなわち、チャープ特性と伝送ペナルティＰｄは強い相関がある。
【００４６】
よって、小信号ｆ３ｄＢ帯域など帯域と、αパラメータなどチャープ特性の、ｉ層の層厚依存性が求めることにより、マスクマージンＭＭや伝送ペナルティＰｄなどの伝送品質の基準値を満たすｉ層の層厚値の条件が得られ、その条件を満たすＥＡ変調器を作製することにより、所定の高速変調における所定の長距離光伝送を可能とするレーザ素子を製造することが出来る。
【００４７】
具体的には、ｉ層の層厚が異なる複数のＥＡ変調器を作製し、それらのＥＡ変調器について、小信号ｆ３ｄＢ帯域及びαパラーメータを測定する。その後、これら特性とｉ層の層厚の相関図を作成することで、これら特性のｉ層の層厚依存性が求まる。さらに、マスクマージンＭＭの基準値を満たす小信号ｆ３ｄＢ帯域より、ｉ層の層厚の下限値が得られる。また、伝送ペナルティＰｄの基準値を満たすαパラメータより、ｉ層の層厚の上限値が得られる。これにより、当該下限値以上で、当該上限値以下の層厚値を有するｉ層を積層することで、所定の伝送品質をそれぞれ満たすＥＡ変調器集積レーザの製造が可能となる。
【００４８】
ｉ層の層厚に対する小信号ｆ３ｄＢ帯域及びαパラメータの測定結果より得られた特性を、図８に示す。図８は、ｉ層の層厚を横軸に、小信号ｆ３ｄＢ帯域を右縦軸に、αパラメータを左縦軸にとり、小信号ｆ３ｄＢ帯域を破線により、αパラメータを実線により、これら特性のｉ層の層厚依存性を図示したものである。
【００４９】
変調周波数１０．７Ｇｂｐｓにおいて駆動する時、マスクマージンＭＭが１０％となるｆ３ｄＢ帯域を１４ＧＨｚとし、伝送ペナルティＰｄが２．０ｄＢとなるαパラメータを０．１とし、これらに対応するｉ層の層厚の値が、図８より得られる。すなわち、当該層厚の下限値として、ＶＥＡ＝−２Ｖ印加時の電界強度が１２９ｋＶ／ｃｍに相当する１５５ｎｍが得られ、当該層厚の上限値として、ＶＥＡ＝−２Ｖ印加時の電界強度が１１８ｋＶ／ｃｍに相当する１７０ｎｍが得られた。以上より、１５５ｎｍ以上１７０ｎｍ以下の層厚値を有するｉ層を積層させ、ＥＡ変調器を作製する。こうして作製されたＥＡ変調器集積レーザは、伝送ペナルティ及びマスクマージンなどの伝送品質の基準を満たしている。
【００５０】
以下、ｉ層の層厚値を１６４ｎｍとすると、当該層厚値は、当該下限値１５５ｎｍと上限値１７０ｎｍの範囲に含まれている。よって、ｉ層の当該層厚値を有するＥＡ変調器部３０１を含むＥＡ変調器集積レーザ３２０の作製方法について説明する。
【００５１】
第１の結晶成長として、ｎ型ＩｎＰ層１００となるｎ型ＩｎＰ半導体基板上に、ＤＦＢレーザ部３４１を形成する。有機金属気相法を用いた公知の選択成長法によりアンドープのＩｎＧａＡｓＰ下側光ガイド層、活性層であるＩｎＧａＡｓＰ井戸層とバリア層をからなるアンドープ歪多重量子井戸層（ＭＱＷ層）、アンドープのＩｎＧａＡｓＰ上側光ガイド層、ｐ型ＩｎＰキャップ層、および回折格子層の順で積層する。このとき、ＤＦＢレーザ部３４１のＭＱＷ層のフォトルミネッセンス波長が１５５５ｎｍ付近になるように、ＭＱＷのＩｎＧａＡｓＰの組成を調整する。次に、プラズマＣＶＤによるＳｉＮ膜を形成したのち、ＤＦＢレーザ部３４１となる領域にＳｉＮ膜をパターニングし、このＳｉＮ膜をマスクとしてドライエッチングおよびウェットエッチングを用いて、ＤＦＢレーザ部３４１となる領域以外を除去する。
【００５２】
第２の結晶成長として、有機金属気相法を用いて、上記の除去した領域にＥＡ変調器部３０１を形成する。ＥＡ変調器部３０１の多層構造は、厚さ２０ｎｍ、組成１．１５μｍのアンドープのＩｎＧａＡｓＰ下側光ガイド層３０２の上に、ＩｎＧａＡｓＰのバリア組成波長λｂ＝１．２μｍ、バリア層厚６ｎｍ、井戸層８ｎｍで井戸層の層数７のＭＱＷ層３０３が積層され、さらに厚さ４０ｎｍ、組成１．１５μｍのアンドープのＩｎＧａＡｓＰ上側光ガイド層３０４で構成されたｉ層３３１とし、最後にＩｎＰスペーサ層を形成する。これにより、ｉ層３３１の厚さは１６４ｎｍとなる。このとき、ＥＡ変調器部３０１のＭＱＷ層３０３におけるフォトルミネッセンス波長が１４９５ｎｍとなるように、ＭＱＷのＩｎＧａＡｓＰの組成を調整する。
【００５３】
さらに同様の手順にて、ＤＦＢレーザ部３４１とＥＡ変調器部３０１の間に、パッシブ導波路部３４２となるＩｎＧａＡｓＰ層を結晶成長する。このとき、ＤＦＢレーザ部３４１とパッシブ導波路部３４２の間、およびＥＡ変調器部３０１とパッシブ導波路部３４２の間は、公知のバットジョイント技術により光学的に接続されている。
【００５４】
次にＤＦＢレーザ部３４１となる領域の回折格子層にフォトリソグラフを用いた干渉露光法により、発振波長が１５５０ｎｍとなるように回折格子を形成する。さらにＤＦＢレーザ部３４１、パッシブ導波路部３４２、ＥＡ変調器部３０１上にわたり、クラッド層となる９ｅ１７ａｔｏｍ／ｃｍ３程度のｐ型ＩｎＰ層１０５、コンタクト層となる２ｅ１８ａｔｏｍ／ｃｍ３程度のｐ型ＩｎＧａＡｓＰ層１０６と２ｅ１９ａｔｏｍ／ｃｍ３程度のｐ型ＩｎＧａＡｓ層１０７、およびｐ型ＩｎＰキャップ層を結晶成長する。このときｐ型のドーパントは亜鉛（Ｚｎ）を用いている。コンタクト層のｐ型ＩｎＰキャップ層は途中工程で除去されるものであり、最終構造には残らない。
【００５５】
多層成長後、最終的にＤＦＢレーザ部３４１、パッシブ導波路部３４２、ＥＡ変調器部３０１を含む最終的に光導波路となるストライプ状の領域にＳｉＯ２膜をマスクとして、ドライエッチングを施し、光導波路部分以外は除去して、いわゆるハイメサ構造を形成する。
【００５６】
さらにストライプ状の光導波路の両側を有機金属気相法を用いて、鉄（Ｆｅ）がドーピングされたＦｅドープＩｎＰ埋め込み層１０８を成長する。続いて、全面にパッシベーション膜１０９を形成後、ウェットエッチングを用いてストライプの上にスルーホールを形成し、ＥＢ（Electron Beam）蒸着法、およびイオンミリングによりｐ側電極１１０を形成する。そして、裏面研磨工程にてｎ型ＩｎＰ基板を約１００μｍ程度まで研磨し、ｎ側電極１１１を形成、電極アロイ処理を施して、ウエハ工程は完了する。
【００５７】
続いて、作製したウエハよりチップを切り出し、ＥＡ変調器部３０１側端面に無反射コーティング膜、ＤＦＢレーザ部３４１側端面に高反射率（ＨＲ）コーティングを施す。このときＥＡ変調器部３０１の全長は２００μｍ、ＤＦＢレーザ部３４１の全長は４００μｍ、パッシブ導波路部３４２の全長は５０μｍとした。
【００５８】
こうして作製されたＥＡ変調器集積レーザ３２０を５０Ωの終端抵抗がついた窒化アルミニウム（ＡｌＮ）製のサブマウントにＡｕＳｎはんだで搭載する。このサブマウントを温度調整機能がついた冶具を用いて、ＥＡ変調器集積レーザ３２０の特性を評価する。
【００５９】
その際、冶具の温度調整機能を用いて、サブマウントの温度が駆動温度ＴＬＤ＝５０℃となるように設定した。この温度はレーザモジュールでの消費電力がもっとも小さくすることが出来る温度である。以下詳細を説明する。ＥＡ変調器の特性は温度依存性が強く、一般的にはペルチエ素子などを用いて一定温度で使われる。またレーザモジュールの動作温度は−５℃〜＋９５℃が要求されている。一般的なＥＡ変調器は駆動温度ＴＬＤ＝２５℃程度で動作させるが、例えばレーザモジュール温度が９５℃となった場合は、その温度差７０℃を冷却する必要があり、非常にペルチエ素子の消費電力が大きくなる。逆に駆動温度ＴＬＤ＝８０℃の場合は、モジュール温度が−５℃となった時に、その温度差８５℃分を暖める必要がありやはりペルチエ素子の消費電力が非常に大きくなる。そのため、−５℃〜＋９５℃に対して駆動温度ＴＬＤは４０℃〜５０℃とすることで、高温側・低温側とも温度差を小さくすることでペルチエ素子の消費電力を小さく出来る。
【００６０】
なお、前述の通り、ＭＱＷ層３０３に印加される電界強度が強まると、αパラメータは小さくなる。しかし、ＭＱＷに電界が印加されたとき光の吸収が起こり、電子とホール（キャリア）が生成されるが、このキャリアはＥＡ変調器に印加されたバイアス電圧を遮蔽し、実効的にＥＡ変調器に印加されるバイアス電圧を低下させる働きをする（スクリーニング効果）。このスクリーニング効果により、ＭＱＷには十分な強度の電界が印加されず、αパラメータを小さくするのが抑えられてしまう。よって、本測定が行われた駆動温度ＴＬＤ＝５０℃は、一般的に使用される設定温度２５℃と比較して高温であり、２５℃の場合と比較して、駆動温度ＴＬＤ＝５０℃においては、ＥＡ変調器で生成されるキャリアがより多くなるため、スクリーニング効果が大きくなる。なお、ＭＱＷに強い電界を印加することが出来れば、このキャリアをより除去するが可能となり、スクリーニング効果を抑制することが出来る。
【００６１】
最初に、ｉ層３３１の層厚が１６４ｎｍを有しているＥＡ変調器部３０１の帯域とチャープ特性の測定を行った。駆動温度ＴＬＤ＝５０℃において、ＤＦＢレーザ部３４１への注入電流Ｉｏｐ＝１００ｍＡ、ＥＡ変調器部３０１への印加電圧ＶＥＡ＝−０．１Ｖとして測定を行い、小信号ｆ３ｄＢ帯域は１５ＧＨｚ、αパラメータは０．０６という所望された条件を満たす結果が得られた。
【００６２】
次に、伝送速度を９．９５Ｇｂｐｓとした場合の、８０ｋｍの光ファイバに対して、光伝送試験を実施した。ＥＡ変調器部３０１へＶＯＨ＝−０．１Ｖ、Ｖｍｏｄ＝２Ｖとして行った試験により、ファイバ光出力は＋１．８ｄＢｍ、消光比は１０．８ｄＢ、伝送ペナルティＰｄは０．９ｄＢ、マスクマージンＭＭは１８％という結果が得られた。
【００６３】
さらに、伝送速度を１０．７Ｇｂｐｓとして、同様の条件で８０ｋｍ伝送試験試験を行い、ファイバ光出力は＋１．８ｄＢｍ、消光比は１０．７ｄＢ、伝送ペナルティＰｄは１．５ｄＢ、マスクマージンＭＭは１５％という結果が得られた。
【００６４】
これらの結果はすべて、それぞれの伝送品質の基準値をすべて満たしており、ＥＡ変調器集積レーザ３２０は、伝送速度を９．９５Ｇｂｐｓとした場合であっても１０．７Ｇｂｐｓとした場合であっても、８０ｋｍ伝送を可能とする伝送品質を有していることを示している。
【００６５】
ｉ層の層厚を１６４ｎｍとしたことで、通常の温度である２５℃と比較して、スクリーニング効果が大きい駆動温度ＴＬＤ＝５０℃という温度においても、ＭＱＷへ印加される十分な電界強度を得ることが出来、スクリーニング効果を小さくすることが出来た。スクリーニング効果が抑制されたことにより、消光比の劣化を抑えることや、マスクマージンの向上などが実現した。さらに、１６４ｎｍという層厚においては、多重量子井戸の層数、バリア組成波長、バリア層厚、井戸層厚を最適化することで、より高い消光比となるＭＱＷ構造とすることを可能とした。
【００６６】
なお、ｉ層を構成する各層の層厚値は、一定の範囲において取り得ることは言うまでもない。ＩｎＧａＡｓＰ下側光ガイド層３０２の層厚をａ、ＩｎＧａＡｓＰ上側光ガイド層３０４の層厚をｂ、ＭＱＷ層３０３を構成するバリア層及び井戸層の層厚をそれぞれｃ及びｄ、井戸層の層数をｎとすると、ｉ層３３１の層厚Ｌは、Ｌ＝ａ＋ｂ＋（ｎ＋１）・ｃ＋ｎ・ｄによって求まる。この層厚Ｌの値が１５５ｎｍ以上１７０ｎｍ以下になるように、実際に成膜可能な値となるａ乃至ｄ及びｎの値を選択すればよい。例えば、前述で説明した、ａ＝２０ｎｍ、ｂ＝４０ｎｍ、ｄ＝８ｎｍ、ｎ＝７とした場合、バリア層の層厚ｃは、およそ４．９ｎｍ以上６．８ｎｍ以下の値を取り得るし、同様に、ａ＝２０ｎｍ、ｂ＝４０ｎｍ、ｃ＝６ｎｍ、ｎ＝７とした場合、井戸層の層厚ｄは、およそ７．０ｎｍ以上８．９ｎｍ以下の値を取り得る。また、層数ｎ＝８とした場合についても示す。ａ＝２０ｎｍ、ｂ＝４０ｎｍ、ｎ＝８とした場合において、例えば、ｄ＝７ｎｍとすると、ｃはおよそ４．３ｎｍ以上６．０ｎｍ以下の値を取り得るし、ｃ＝５ｎｍとすると、ｄはおよそ５．０ｎｍ以上８．１ｎｍ以下の値を取り得る。なお、バリア組成波長を１．２μｍ以上１．３μｍ以下の値とした場合、層数ｎは７若しくは８、バリア層の層厚ｃは８ｎｍ以上９ｎｍ以下、井戸層の層厚ｄは８ｎｍ以上９ｎｍ以下が望ましい。
【００６７】
［実施形態２]
以下、本発明の実施形態２について、伝送速度１０Ｇｂｐｓ、波長１．５５μｍ帯ＥＡ変調器集積レーザ４２０の例を用いて説明する。ＥＡ変調器集積レーザ４２０の平面図を図４（ａ）に、図中ａ−ａ断面図を図４（ｂ）に、示す。
【００６８】
上記実施形態１で述べた方法により、ＥＡ変調器集積レーザ４２０は作製されるが、実施形態１との違いは、ストライプ上の導波路の両側をルテニウム（Ｒｕ）がドーピングされたＲｕドープＩｎＰ埋め込み層４０８で埋め込まれた構造となっている点である。Ｒｕという材料は実施形態１で述べたドーパントであるＦｅと比べると、Ｚｎとの相互拡散が少ないという特徴がある。埋め込み層のドーパントがＦｅであった場合、クラッド層であるｐ型ＩｎＰ層１０５、及び、コンタクト層であるｐ型ＩｎＧａＡｓＰ層１０６とｐ型ＩｎＧａＡｓ層１０７に、ドーピングされているＺｎが、埋め込み界面を飛び越えて、埋め込み層へ拡散が発生するが、埋め込み層のドーパントがＲｕであった場合は、その拡散が抑制され、埋め込み再成長界面、および光導波路の両側の埋め込み層において、高抵抗な物性を保つことが可能となる（A.Dadgar, et.al., J.Crystal Growth 195 (1998)69-73、及び、特開2003-114407）。
【００６９】
こうして作製したＥＡ変調器集積レーザ４２０を、実施形態１と同様にサブマウントに搭載し特性評価を行った。冶具の温度調整機能を用いて、サブマウントの温度が駆動温度ＴＬＤ＝５０℃となるように設定し、ＤＦＢレーザ部４４１への注入電流Ｉｏｐ＝１００ｍＡとして、ＥＡ変調器部４０１へＶＯＨ＝０Ｖ、Ｖｍｏｄ＝２Ｖにおいて、伝送速度を１０．７Ｇｂｐｓとした場合の、８０ｋｍ光ファイバに対して光伝送試験を実施した。その結果、ファイバ光出力は＋２．０ｄＢｍ、消光比は１０．９ｄＢ、伝送ペナルティＰｄは１．０ｄＢ、マスクマージンＭＭは２０％と、上記実施形態１を上回る特性が得られた。
【００７０】
本実施形態では、埋め込み層のドーパントをＲｕとすることで、ＦｅドーパントのＩｎＰ埋め込み層と比較して、より高抵抗な埋め込み層が形成され、ＥＡ変調器部への電界強度が強まっている。そのためスクリーニング効果の抑制が強まり、高速変調時の消光比の向上、伝送ペナルティの低減、マスクマージンの向上が見られた。
【００７１】
［実施形態３]
以下、本発明の実施形態３について、伝送速度１０Ｇｂｐｓ、波長１．５５μｍ帯ＥＡ変調器集積レーザ５２０の例を用いて説明する。ＥＡ変調器集積レーザ５２０の平面図を図５（ａ）に、図中ａ−ａ断面図を図５（ｂ）に、示す。
【００７２】
上記実施形態１で述べた方法により、ＥＡ変調器集積レーザ５２０は作製されるが、実施形態１との違いは、ｐ型ＩｎＧａＡｓ層５０７において、添加するｐ型のドーパントが、Ｚｎではなく、炭素（Ｃ）としている点である。なお、ｐ型ＩｎＰ層１０５とｐ型ＩｎＧａＡｓＰ層１０６に添加されるｐ型のドーパントは、実施形態１と同じＺｎである。
【００７３】
ドーパントがＣの場合、Ｚｎを添加した場合と比較して熱による拡散係数が小さいことが知られている（R.A. Hamm, et.al., Carbon doping of GaInAs using carbontetrabromide
by metalorganic molecular beam epitaxy for InP-based
heterostructure bipolar transistor devices, Appl. Phys. Lett. Vol. 67, No. 15,
9 October 1995 ）。従って、実施形態１で述べたＺｎをｐ型ドーパントとして用いる場合と比べると、Ｃをｐ型ドーパントとして用いることにより、ＦｅドープＩｎＰ埋め込み層へのｐ型ドーパントの拡散が低減され、埋め込み再成長界面、および光導波路の両側の埋め込み層において、高抵抗な物性を保つことが可能となる。
【００７４】
こうして作製されたＥＡ変調器集積レーザ５２０を、実施形態１と同様にサブマウントに搭載し特性評価を行った。その結果、伝送速度を１０．７Ｇｂｐｓした場合に、８０ｋｍ長距離伝送を満足する特性が得られた。
【００７５】
本実施形態では、ｐ型ＩｎＧａＡｓ層のドーパントをＣにしたことでより高抵抗な埋め込み層が形成され、ＥＡ変調器部への電界強度が強まっている。そのため、スクリーニング効果の抑制が強まり、高速変調と長距離伝送、そして高消光比を実現できた。なお、本実施形態で述べたＦｅドープＩｎＰ埋め込み層を用いる代わりに、実施形態２で述べたＲｕをドーパントとしたＲｕドープＩｎＰ埋め込み層を用いても同様の効果が得られる。
【００７６】
［実施形態４]
以下、本発明の実施形態４について、伝送速度１０Ｇｂｐｓ、波長１．５５μｍ帯ＥＡ変調器集積レーザ６２０の例を用いて説明する。ＥＡ変調器集積レーザ６２０の平面図を図６（ａ）に、図中ａ−ａ断面図を図６（ｂ）に、示す。
【００７７】
上記実施形態１で述べた方法により、ＥＡ変調器集積レーザ６２０は作製されるが、実施形態１との違いは、ＥＡ変調器部６０１の半導体層に、Ｐ系ではなくＡｌ系を用いている点である。ＥＡ変調器部６０１の構造は、ｎ型ＩｎＰ層１００となるｎ型ＩｎＰ半導体基板上に、厚さ２０ｎｍ、組成１．１５μｍのアンドープのＩｎＧａＡｌＡｓ下側光ガイド層６０２の上に、ＩｎＧａＡｌＡｓのバリア組成波長λｂ＝１．２μｍ、バリア層厚６ｎｍ、井戸層厚８ｎｍで層数７のＭＱＷ層６０３が積層され、さらに厚さ４０ｎｍ、組成１．１５μｍのアンドープのＩｎＧａＡｌＡｓ上側光ガイド層６０４で構成されたｉ層６３１を含む構造となっている。ｉ層６３１の層厚は１６４ｎｍとなる。
【００７８】
ＭＱＷ層に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、より低チャープでかつ消光比の大きいＥＡ変調器設計が可能となる。
【００７９】
こうして作製したＥＡ変調器集積レーザ６２０を、実施形態１と同様にサブマウントに搭載し特性評価を行った。冶具の温度調整機能を用いて、サブマウントの温度が駆動温度ＴＬＤ＝５０℃となるように設定し、ＤＦＢレーザ部６４１への注入電流Ｉｏｐ＝１００ｍＡとして、ＥＡ変調器部６０１へＶＯＨ＝０Ｖ、Ｖｍｏｄ＝２Ｖにおいて、伝送速度を１０．７Ｇｂｐｓとした場合の、８０ｋｍ光ファイバに対して光伝送試験を実施した。その結果、ファイバ光出力は＋２．２ｄＢｍ、消光比は１１．０ｄＢ、伝送ペナルティＰｄは０．９ｄＢ、マスクマージンＭＭは１８％と、実施形態１を上回る特性が得られた。
【００８０】
以下、本発明の実施形態５に係るレーザモジュール７０１の構成を、図７に示す。
【００８１】
［実施形態５]
レーザモジュール７０１は、実施形態１で記載のＥＡ変調器集積レーザ３２０を搭載している。作製方法について述べる。まず、ＥＡ変調器集積レーザ３２０が搭載されたサブマウント７０２に、光出力の安定のためのモニタ光を受光するフォトダイオード７０３を搭載する。次に、温度調整を行うために、サブマウント７０２をペルチエ素子７０４の上に搭載する。ペルチエ素子７０４の上には、温度モニタ用のサーミスタ７０５を搭載しておく。そして出力端側にレンズ７０６、アイソレータ７０７、レンズ７０８、光ファイバ７０９を同一のパッケージ内に実装する。こうして作製されたレーザモジュール７０１を、ＴＬＤ＝５０℃、Ｉｏｐ＝１００ｍＡ、ＶＯＨ＝−０．１Ｖ、Ｖｍｏｄ＝２Ｖおいて、伝送速度を１０．７Ｇｂｐｓとした場合の、８０ｋｍ光ファイバに対して光伝送試験を実施した。その結果、ファイバ光出力は＋１．８ｄＢｍ、消光比は１０．６ｄＢ、伝送ペナルティＰｄは１．５ｄＢ、マスクマージンＭＭは１２％と、実際の８０ｋｍ光伝送用光源としては十分な特性を満足した。
【００８２】
さらに、駆動温度ＴＬＤ＝５０℃というＳｅｍｉ−Ｃｏｏｌｅｄ動作の実現により、レーザモジュールの動作温度−５℃〜＋８５℃の動作環下において、ペルチエ素子の消費電力０．７Ｗという低消費電力のレーザモジュールを実現した。
【００８３】
Ｓｅｍｉ−Ｃｏｏｌｅｄ動作を可能とした理由は、電界強度が強く加わるＥＡ変調器構造としたことにより、高温動作時のキャリアの増大に対しても十分にスクリーニング効果の抑制が出来たためである。また電界強度が強く掛かる効果は、より小さなバイアス電圧で低αパラメータ特性を得ることができ、駆動バイアスの低減にも繋がっており、この点においても低消費電力となるレーザモジュールを提供することができる。
【００８４】
本実施形態に記載のレーザモジュール７０１には、実施形態１に記載のＥＡ変調器集積レーザ３２０を搭載したが、実施形態２乃至実施形態４のいずれに記載のＥＡ変調器集積レーザを搭載しても、同様の効果は得られる。
【００８５】
上記において、ＥＡ変調器を半導体レーザと同一チップに集積したＥＡ変調器集積レーザについて説明したが、半導体レーザと同一の基板上に集積されていないＥＡ変調器においても、同様の効果が得られることは言うまでもない。
【符号の説明】
【００８６】
１００ ｎ型ＩｎＰ層、１０１ ＥＡ変調器部、１０２ ＩｎＧａＡｓＰ下側光ガイド層、１０３ 歪量子井戸活性層（ＭＱＷ層）、１０４ ＩｎＧａＡｓＰ上側光ガイド層、１０５ ｐ型ＩｎＰ層、１０６ ｐ型ＩｎＧａＡｓＰ層、１０７ ｐ型ＩｎＧａＡｓ層、１０８ ＦｅドープＩｎＰ埋め込み層、１０９ パッシベーション膜、１１０ ｐ側電極、１１１ ｎ側電極、１２０ ＥＡ変調器集積レーザ、１３１ 真性半導体層（ｉ層）、１４１ ＤＦＢレーザ部、１４２ パッシブ導波路部、２０１ ＥＡ変調器部、２０２ ＩｎＧａＡｓＰ下側光ガイド層、２０３ 歪量子井戸活性層（ＭＱＷ層）、２０４ ＩｎＧａＡｓＰ上側光ガイド層、２２０ ＥＡ変調器集積レーザ、２３１ 真性半導体層（ｉ層）、２４１ ＤＦＢレーザ部、２４２ パッシブ導波路部、３０１ ＥＡ変調器部、３０２ ＩｎＧａＡｓＰ下側光ガイド層、３０３ 歪量子井戸活性層（ＭＱＷ層）、３０４ ＩｎＧａＡｓＰ上側光ガイド層、３２０ ＥＡ変調器集積レーザ、３３１ 真性半導体層（ｉ層）、３４１ ＤＦＢレーザ部、３４２ パッシブ導波路部、４０１ ＥＡ変調器部、４０８ ＲｕドープＩｎＰ埋め込み層、４２０ ＥＡ変調器集積レーザ、４４１ ＤＦＢレーザ部、４４２ パッシブ導波路部、５０１ ＥＡ変調器部、５０７ ｐ型ＩｎＧａＡｓ層、５２０ ＥＡ変調器集積レーザ、５４１ ＤＦＢレーザ部、５４２ パッシブ導波路部、６０１ ＥＡ変調器、６０２ ＩｎＧａＡｌＡｓ下側光ガイド層、６０３ 歪量子井戸活性層（ＭＱＷ層）、６０４ ＩｎＧａＡｌＡｓ上側光ガイド層、６２０ ＥＡ変調器集積レーザ、６３１ 真性半導体層（ｉ層）、６４１ ＤＦＢレーザ部、６４２ パッシブ導波路部、７０１ レーザモジュール、７０２ サブマウント、７０３ フォトダイオード、７０４ ペルチエ素子、７０５ サーミスタ、７０６ レンズ、７０７ アイソレータ、７０８ レンズ、７０９ 光ファイバ。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体レーザ部と、該半導体レーザ部の出力側に配置される電界吸収型変調器部と、が形成され、
前記電界吸収型変調器部には、互いに離間して位置する第１電極及び第２電極、前記第１電極の前記第２電極側に接する第１の不純物添加領域、前記第２電極の前記第１電極側に接する第２の不純物領域、及び該第１と第２の不純物領域の間に位置し該第１と第２の不純物添加領域より不純物の濃度が低い低濃度領域を含む、電界吸収型変調器集積レーザ素子であって、
前記低濃度領域の膜厚が１５５ｎｍ以上１７０ｎｍであることを特徴とする電界吸収型変調器集積レーザ素子。
【請求項２】
請求項１に記載の電界吸収型変調器集積レーザ素子であって、
前記低濃度領域は、アンドープのＩｎＧａＡｓＰ下側光ガイド層、前記下側光ガイド層の上側に配置されるＩｎＧａＡｓＰ多重量子井戸層、及び前記多重量子井戸層の上側に形成されるアンドープのＩｎＧａＡｓＰ上側光ガイド層、を備え、
前記多重量子井戸層は、膜厚が４．９ｎｍ以上６．８ｎｍ以下のＩｎＧａＡｓＰバリア層及び膜厚８ｎｍ以上９ｎｍ以下のＩｎＧａＡｓＰ井戸層で形成され、層数が７層以上８層以下であり、
前記下側光ガイド層、前記多重量子井戸層、及び前記上側光ガイド層の合計膜厚が、１５５ｎｍ以上１７０ｎｍ以下である、
ことを特徴とする電界吸収型変調器集積レーザ素子。
【請求項３】
請求項１に記載の電界吸収型変調器集積レーザ素子であって、
前記低濃度領域は、膜厚２０ｎｍのアンドープのＩｎＧａＡｓＰ下側光ガイド層、前記下側光ガイド層の上側に配置され、膜厚６ｎｍのＩｎＧａＡｓＰバリア層及び膜厚８ｎｍのＩｎＧａＡｓＰ井戸層で形成される層数が７層の多重量子井戸層、及び前記多重量子井戸層の上側に配置される膜厚４０ｎｍのアンドープのＩｎＧａＡｓＰ上側光ガイド層、で形成される、
ことを特徴とする電界吸収型変調器集積レーザ素子。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載の電界吸収型変調器集積レーザ素子であって、
前記レーザ部の出力光の波長は、１．５５μｍ帯に属し、
前記電界吸収型変調器部は、伝送速度１０Ｇｂｐｓで駆動する、
ことを特徴とする電界吸収型変調器集積レーザ素子。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかに記載の電界吸収型変調器集積レーザ素子であって、
前記低濃度不純物領域の両側部に配置される半絶縁半導体からなる埋め込み層を含む、
ことを特徴とする電界吸収型変調器集積レーザ素子。
【請求項６】
請求項５に記載の電界吸収型変調器集積レーザ素子であって、
前記埋め込み層には、不純物として、鉄、もしくは、ルテニウムが添加される、
ことを特徴とする電界吸収型変調器集積レーザ素子。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれかに記載の電界吸収型変調器集積レーザ素子であって、
前記第１の不純物領域の一部が、炭素が不純物として添加された半導体により構成され、前記第１電極に接する、
ことを特徴とする電界吸収型変調器集積レーザ素子。
【請求項８】
請求項１に記載の電界吸収型変調器集積レーザ素子であって、
前記低濃度領域にＩｎＧａＡｌＡｓを含む、
ことを特徴とする電界吸収型変調器集積レーザ素子。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれかに記載の電界吸収型変調器集積レーザ素子を搭載した半導体光モジュール。
【請求項１】
半導体レーザ部と、該半導体レーザ部の出力側に配置される電界吸収型変調器部と、が形成され、
前記電界吸収型変調器部には、互いに離間して位置する第１電極及び第２電極、前記第１電極の前記第２電極側に接する第１の不純物添加領域、前記第２電極の前記第１電極側に接する第２の不純物領域、及び該第１と第２の不純物領域の間に位置し該第１と第２の不純物添加領域より不純物の濃度が低い低濃度領域を含む、電界吸収型変調器集積レーザ素子であって、
前記低濃度領域の膜厚が１５５ｎｍ以上１７０ｎｍであることを特徴とする電界吸収型変調器集積レーザ素子。
【請求項２】
請求項１に記載の電界吸収型変調器集積レーザ素子であって、
前記低濃度領域は、アンドープのＩｎＧａＡｓＰ下側光ガイド層、前記下側光ガイド層の上側に配置されるＩｎＧａＡｓＰ多重量子井戸層、及び前記多重量子井戸層の上側に形成されるアンドープのＩｎＧａＡｓＰ上側光ガイド層、を備え、
前記多重量子井戸層は、膜厚が４．９ｎｍ以上６．８ｎｍ以下のＩｎＧａＡｓＰバリア層及び膜厚８ｎｍ以上９ｎｍ以下のＩｎＧａＡｓＰ井戸層で形成され、層数が７層以上８層以下であり、
前記下側光ガイド層、前記多重量子井戸層、及び前記上側光ガイド層の合計膜厚が、１５５ｎｍ以上１７０ｎｍ以下である、
ことを特徴とする電界吸収型変調器集積レーザ素子。
【請求項３】
請求項１に記載の電界吸収型変調器集積レーザ素子であって、
前記低濃度領域は、膜厚２０ｎｍのアンドープのＩｎＧａＡｓＰ下側光ガイド層、前記下側光ガイド層の上側に配置され、膜厚６ｎｍのＩｎＧａＡｓＰバリア層及び膜厚８ｎｍのＩｎＧａＡｓＰ井戸層で形成される層数が７層の多重量子井戸層、及び前記多重量子井戸層の上側に配置される膜厚４０ｎｍのアンドープのＩｎＧａＡｓＰ上側光ガイド層、で形成される、
ことを特徴とする電界吸収型変調器集積レーザ素子。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載の電界吸収型変調器集積レーザ素子であって、
前記レーザ部の出力光の波長は、１．５５μｍ帯に属し、
前記電界吸収型変調器部は、伝送速度１０Ｇｂｐｓで駆動する、
ことを特徴とする電界吸収型変調器集積レーザ素子。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかに記載の電界吸収型変調器集積レーザ素子であって、
前記低濃度不純物領域の両側部に配置される半絶縁半導体からなる埋め込み層を含む、
ことを特徴とする電界吸収型変調器集積レーザ素子。
【請求項６】
請求項５に記載の電界吸収型変調器集積レーザ素子であって、
前記埋め込み層には、不純物として、鉄、もしくは、ルテニウムが添加される、
ことを特徴とする電界吸収型変調器集積レーザ素子。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれかに記載の電界吸収型変調器集積レーザ素子であって、
前記第１の不純物領域の一部が、炭素が不純物として添加された半導体により構成され、前記第１電極に接する、
ことを特徴とする電界吸収型変調器集積レーザ素子。
【請求項８】
請求項１に記載の電界吸収型変調器集積レーザ素子であって、
前記低濃度領域にＩｎＧａＡｌＡｓを含む、
ことを特徴とする電界吸収型変調器集積レーザ素子。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれかに記載の電界吸収型変調器集積レーザ素子を搭載した半導体光モジュール。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−１０９６２８（Ｐ２０１２−１０９６２８Ａ）
【公開日】平成２４年６月７日（２０１２．６．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−５４０８３（Ｐ２０１２−５４０８３）
【出願日】平成２４年３月１２日（２０１２．３．１２）
【分割の表示】特願２００８−２８３５７８（Ｐ２００８−２８３５７８）の分割
【原出願日】平成２０年１１月４日（２００８．１１．４）
【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２４年６月７日（２０１２．６．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年３月１２日（２０１２．３．１２）
【分割の表示】特願２００８−２８３５７８（Ｐ２００８−２８３５７８）の分割
【原出願日】平成２０年１１月４日（２００８．１１．４）
【出願人】（３０１００５３７１）日本オプネクスト株式会社 (311)
【Ｆターム（参考）】
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