JP2001326413A - Semiconductor laser - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、光通信および各種
の光信号処理に用いられる半導体レーザに関し、詳細に
は、半導体電界吸収型変調器を集積化した半導体レーザ
の光源に関するものである。[0001] 1. Field of the Invention [0002] The present invention relates to a semiconductor laser used for optical communication and various kinds of optical signal processing, and more particularly to a semiconductor laser light source in which a semiconductor electroabsorption modulator is integrated.
【0002】[0002]
【従来の技術】光通信システムの光源として使用される
半導体レーザ(LD;Laser Diode)の1つに変調器付半
導体レーザが知られている。また、最近では、光変調器
と半導体レーザとが半導体基板上に一体的に構成された
光変調器集積型半導体レーザも用いられるようになって
きた。例えば、特開平10−228005号公報や特開
平11−186661号公報には、半導体電界吸収型変
調器を集積化した半導体レーザが開示されている。2. Description of the Related Art A semiconductor laser with a modulator is known as one of semiconductor lasers (LDs) used as a light source in an optical communication system. In recent years, an optical modulator integrated semiconductor laser in which an optical modulator and a semiconductor laser are integrally formed on a semiconductor substrate has been used. For example, JP-A-10-228005 and JP-A-11-186661 disclose a semiconductor laser in which a semiconductor electroabsorption modulator is integrated.
【0003】図3は、従来の半導体電界吸収型変調器集
積レーザの斜視図を示す図で、図4は、図3の上面図で
ある。この半導体電界吸収型変調器集積レーザでは、分
布帰還形(DFB)半導体レーザ部11上に作製された
レーザ用電極12を用いて電流駆動することによりレー
ザ光を発生させ、そのレーザ光をDFB半導体レーザの
出射側にある半導体電界吸収型変調器部13を通して外
部へ出射させている。FIG. 3 is a perspective view of a conventional semiconductor electro-absorption modulator integrated laser, and FIG. 4 is a top view of FIG. In this semiconductor electro-absorption modulator integrated laser, a laser beam is generated by current driving using a laser electrode 12 formed on a distributed feedback (DFB) semiconductor laser unit 11, and the laser beam is converted to a DFB semiconductor. The light is emitted to the outside through the semiconductor electroabsorption modulator 13 on the emission side of the laser.
【0004】この半導体レーザでは、半導体電界吸収型
変調器部13をレーザ光が通過する際に、半導体電界吸
収型変調器用電極14から供給される電圧により出射さ
れるレーザ光の強度変調が可能であり、レーザ変調光源
として広く利用されている。また、この半導体電界吸収
型変調器部13の動作は、光導波路をバルク結晶で構成
する場合には、フランツ・ケルディッシュ効果(Franz-
Keldysh effect;絶縁体や半導体に強い電界を印加する
と、価電子帯や伝導帯の端における状態密度が変化し、
基礎吸収端付近での光吸収スペクトルが変化する現
象)、光導波路を多重量子井戸で構成する場合には量子
閉じ込めシュタルク効果(quantum-confinedStark effe
ct;量子井戸構造中に閉じ込められた電子、正孔の波動
関数および量子化準位が、外部から井戸層に垂直に印加
された電界で変化することにより発生するシュタルク効
果)と呼ばれる印加電圧に応じて吸収スペクトルの吸収
端が長波長側にシフトする現象を利用しており、光導波
路の光吸収量を制御することによって実現されている。In this semiconductor laser, when the laser beam passes through the semiconductor electroabsorption modulator section 13, the intensity of the laser beam emitted by the voltage supplied from the semiconductor electroabsorption modulator electrode 14 can be modulated. Yes, it is widely used as a laser modulation light source. The operation of the semiconductor electro-absorption modulator section 13 is based on the Franz-Keldysh effect (Franz-Keldish effect) when the optical waveguide is formed of a bulk crystal.
Keldysh effect; When a strong electric field is applied to an insulator or a semiconductor, the state density at the edge of the valence band or conduction band changes,
The phenomenon that the light absorption spectrum changes near the fundamental absorption edge), and the quantum confined Stark effect (quantum-confined Stark effe
ct; the applied voltage called the Stark effect, which is generated when the wave functions and quantization levels of electrons and holes confined in the quantum well structure are changed by an electric field applied perpendicularly to the well layer from the outside. It utilizes the phenomenon that the absorption edge of the absorption spectrum shifts to the longer wavelength side in response, and is realized by controlling the light absorption amount of the optical waveguide.
【0005】[0005]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
半導体電界吸収型変調器集積レーザでは、その高速動作
を利用して10Gbps用光通信用レーザ光源等として
実用化が進められ、さらに、近年の光通信システムや光
信号処理技術の発展により、より高速な変調動作の実現
が求められている。しかし、従来の半導体電界吸収型変
調器集積レーザにおける電界吸収型変調器用電極4の構
造は、集中定数型電極構造であり、その動作速度は素子
の静電容量で制限されている。素子の静電容量は、電界
吸収型変調器のメサストライプ部16と裏面電極15の
間に有する静電容量と、電極パッド部17と裏面電極1
5の間に有する静電容量の和で表わされ、その低減に
は、半導体電界吸収型変調器部13の素子長を短くする
ことや電極パッド部17を小さくすることが有効な手段
となる。However, a conventional semiconductor electro-absorption modulator integrated laser has been put into practical use as a laser light source for 10 Gbps optical communication utilizing its high-speed operation. With the development of communication systems and optical signal processing technologies, there is a demand for realizing higher-speed modulation operations. However, the structure of the electroabsorption modulator electrode 4 in the conventional semiconductor electroabsorption modulator integrated laser is a lumped-constant electrode structure, and its operation speed is limited by the capacitance of the element. The capacitance of the element is determined by the capacitance between the mesa stripe portion 16 and the back electrode 15 of the electroabsorption modulator, the electrode pad portion 17 and the back electrode 1.
The capacitance is expressed by the sum of the capacitances between the electrodes 5, and the reduction of the element length of the semiconductor electroabsorption modulator section 13 and the reduction of the electrode pad section 17 are effective means. .
【0006】しかし、素子長を短くした場合には、光導
波路部分の光吸収量が小さくなり十分な消光比(光信号
のON/OFF比)が十分取れないため、素子長の長さ
が制限される。また、電極パッド部17と裏面電極15
の間の静電容量はメサストライプ部16と裏面電極15
の間に有する静電容量に比べ非常に小さいため、電極パ
ッド部17を小さくすることにより低減できる素子容量
もごくわずかである。さらに、電極パッド部17を小さ
くした場合には、電気配線が難しくなるという作製上の
問題があった。従って、素子の静電容量を低減し、従来
構造の半導体電界吸収型変調器集積レーザのより一層の
高速変調動作を実現することは非常に困難であった。However, when the element length is shortened, the amount of light absorption in the optical waveguide portion becomes small and a sufficient extinction ratio (ON / OFF ratio of an optical signal) cannot be obtained. Is done. Further, the electrode pad portion 17 and the back surface electrode 15
Between the mesa stripe 16 and the back electrode 15
Since the capacitance is very small as compared with the capacitance between them, the element capacitance that can be reduced by reducing the electrode pad portion 17 is very small. Further, when the electrode pad portion 17 is made smaller, there is a problem in manufacturing that electric wiring becomes difficult. Therefore, it has been extremely difficult to reduce the capacitance of the element and realize a higher speed modulation operation of the semiconductor electroabsorption modulator integrated laser having the conventional structure.
【0007】本発明は、このような問題に鑑みてなされ
たもので、その目的とするところは、高速変調動作にお
ける素子の静電容量による制限をなくし、高速変調動作
の飛躍的な向上を実現できる半導体電界吸収型変調器を
集積化した半導体レーザを提供することにある。The present invention has been made in view of such a problem, and an object of the present invention is to eliminate the limitation due to the capacitance of the element in the high-speed modulation operation and realize a dramatic improvement in the high-speed modulation operation. An object of the present invention is to provide a semiconductor laser in which a semiconductor electroabsorption modulator that can be integrated.
【0008】[0008]
【課題を解決するための手段】本発明は、このような目
的を達成するために、半導体電界吸収型変調器を集積化
した半導体レーザにおいて、該半導体電界吸収型変調器
の電極構造を進行波電極構造としたことを特徴とするも
のである。According to the present invention, there is provided a semiconductor laser in which a semiconductor electroabsorption modulator is integrated. It is characterized by having an electrode structure.
【0009】また、半絶縁性の半導体基板と、該半導体
基板上に設けられた分布帰還形半導体レーザ部と、前記
半導体基板上に設けられた半導体電界吸収型変調器部と
を集積化構造とし、該半導体電界吸収型変調器部の電極
構造を進行波型電極構造としたことを特徴とするもので
ある。Further, a semi-insulating semiconductor substrate, a distributed feedback semiconductor laser section provided on the semiconductor substrate, and a semiconductor electroabsorption modulator section provided on the semiconductor substrate have an integrated structure. The electrode structure of the semiconductor electro-absorption modulator is a traveling wave electrode structure.
【0010】さらに、前記進行波型電極構造の特性イン
ピーダンスを、外部から供給されるマイクロ波の反射を
低減するために外部電圧供給源と同じインピーダンスに
したことを特徴とするものである。Further, the characteristic impedance of the traveling-wave-type electrode structure is the same as that of an external voltage supply in order to reduce the reflection of microwaves supplied from the outside.
【0011】このように半導体レーザは、半導体電界吸
収型変調器の電極構造に進行波電極構造を導入すること
により、素子静電容量による動作速度の制限をなくすこ
とができる。As described above, in the semiconductor laser, the introduction of the traveling wave electrode structure to the electrode structure of the semiconductor electroabsorption modulator can eliminate the limitation of the operation speed due to the element capacitance.
【0012】[0012]
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施例について説明する。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
【0013】図1は、本発明の半導体電界吸収型変調器
を集積化した半導体レーザの一実施例を示す斜視図で、
図2は、図1の上面図である。FIG. 1 is a perspective view showing an embodiment of a semiconductor laser in which a semiconductor electroabsorption modulator according to the present invention is integrated.
FIG. 2 is a top view of FIG.
【0014】本発明の半導体電界吸収型変調器を集積化
した半導体レーザは、半絶縁性の半導体基板6上にDF
B半導体レーザ部4と、半導体電界吸収型変調器部5と
を有し、その半導体電界吸収型変調器部5の電極構造を
進行波型電極3としている。このとき、進行波型電極3
の特性インピーダンスは、外部から供給されるマイクロ
波の反射を低減するために外部電圧供給源と同じインピ
ーダンスであることが望ましく、一般にその値は50Ω
になるよう設計されている。A semiconductor laser in which a semiconductor electroabsorption modulator according to the present invention is integrated has a DF on a semi-insulating semiconductor substrate 6.
It has a B semiconductor laser section 4 and a semiconductor electroabsorption modulator section 5, and the electrode structure of the semiconductor electroabsorption modulator section 5 is a traveling wave electrode 3. At this time, the traveling wave type electrode 3
Is preferably the same impedance as the external voltage supply in order to reduce the reflection of the microwave supplied from the outside, and its value is generally 50Ω.
It is designed to be.
【0015】半絶縁性の半導体基板6上に作製されたD
FB半導体レーザ部4の駆動用p電極1は、半導体メサ
ストライプのコンタクト層に接し、また、n電極2は半
導体メサストライプ下のnコンタクト層7に接するよう
に構成されている。D formed on a semi-insulating semiconductor substrate 6
The driving p-electrode 1 of the FB semiconductor laser unit 4 is configured to be in contact with the contact layer of the semiconductor mesa stripe, and the n-electrode 2 is configured to be in contact with the n-contact layer 7 below the semiconductor mesa stripe.
【0016】レーザ用p電極1と進行波型電極(中心導
体)3は、例えば、AuZnNi+Auで構成されており、n電
極2は、例えば、AuGeNi+Auで構成されている。また半
導体基板6は、例えば、Feドープの半絶縁性InP基板で
構成されており、nコンタクト層7は、例えば、n-InP
層で構成されている。The laser p-electrode 1 and the traveling-wave electrode (center conductor) 3 are made of, for example, AuZnNi + Au, and the n-electrode 2 is made of, for example, AuGeNi + Au. The semiconductor substrate 6 is made of, for example, a semi-insulating InP substrate doped with Fe, and the n-contact layer 7 is made of, for example, n-InP.
It is composed of layers.
【0017】この半導体レーザにおいては、電界吸収型
変調器部5に進行波型電極3を用いることによって、レ
ーザ光の高速変調動作が素子の静電容量による制限を受
けなくなる。一方、進行波型電極3の構造を用いること
によって、電界吸収型変調器部5の消光特性や伝搬ロス
など他の特性を劣化させる要因は一切ない。その結果、
半導体電界吸収型変調器集積レーザの高速変調動作のみ
を飛躍的に向上させることができる。In this semiconductor laser, by using the traveling wave type electrode 3 for the electroabsorption modulator 5, the high-speed modulation operation of the laser beam is not restricted by the capacitance of the element. On the other hand, by using the structure of the traveling wave type electrode 3, there is no factor that degrades other characteristics such as the extinction characteristic and the propagation loss of the electroabsorption modulator unit 5. as a result,
Only the high-speed modulation operation of the semiconductor electro-absorption modulator integrated laser can be dramatically improved.
【0018】なお、図1に示した半導体レーザ部4は、
単一波長での発振をしやすいDFB半導体レーザ構造と
しているが、導波路型のレーザ構造であればよく、実施
例に示した構造に制限されることはない。The semiconductor laser unit 4 shown in FIG.
Although a DFB semiconductor laser structure that easily oscillates at a single wavelength is used, a waveguide type laser structure may be used, and the structure is not limited to the structure shown in the embodiment.
【0019】[0019]
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、半
導体電界吸収型変調器の電極構造を進行波電極構造とし
たので、半導体電界吸収型変調器を集積化した半導体レ
ーザの高速変調動作における素子静電容量による制限が
なくなり、高速変調動作の飛躍的な向上が実現できる。As described above, according to the present invention, since the electrode structure of the semiconductor electroabsorption modulator is a traveling wave electrode structure, the high speed modulation operation of the semiconductor laser in which the semiconductor electroabsorption modulator is integrated is performed. , The limitation by the element capacitance is eliminated, and a dramatic improvement in the high-speed modulation operation can be realized.
【図1】本発明の半導体電界吸収型変調器を集積化した
半導体レーザの斜視図である。FIG. 1 is a perspective view of a semiconductor laser in which a semiconductor electroabsorption modulator of the present invention is integrated.
【図2】図1の上面図である。FIG. 2 is a top view of FIG.
【図3】従来の半導体電界吸収型変調器を集積化した半
導体レーザの斜視図である。FIG. 3 is a perspective view of a semiconductor laser in which a conventional semiconductor electroabsorption modulator is integrated.
【図4】図3の上面図である。FIG. 4 is a top view of FIG. 3;
1 レーザ用p電極 2 n電極 3 電界吸収型変調器用進行波電極 4 分布帰還形半導体レーザ部 5 電界吸収型変調器部 6 半導体基板 7 nコンタクト層 11 分布帰還形半導体レーザ部 12 分布帰還形半導体レーザ用電極 13 電界吸収型変調器部 14 電界吸収型変調器用電極(集中定数型電極) 15 裏面電極 16 電界吸収型変調器におけるメサストライプ部 17 電界吸収型変調器における電極パッド部 REFERENCE SIGNS LIST 1 p-electrode for laser 2 n-electrode 3 traveling-wave electrode for electro-absorption modulator 4 distributed feedback semiconductor laser section 5 electro-absorption modulator section 6 semiconductor substrate 7 n-contact layer 11 distributed feedback semiconductor laser section 12 distributed feedback semiconductor Electrode for laser 13 Electroabsorption modulator section 14 Electrode absorption modulator electrode (lumped constant electrode) 15 Back electrode 16 Mesa stripe section in electroabsorption modulator 17 Electrode pad section in electroabsorption modulator
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 竹内 博昭 東京都千代田区大手町二丁目3番1号 日 本電信電話株式会社内 Fターム(参考) 2H079 AA02 AA13 BA01 CA04 DA16 EA03 EA07 EA08 EB04 EB12 HA15 KA18 4M104 AA04 BB36 CC01 FF03 FF09 GG04 HH20 5F073 AA61 AA64 AB12 AB21 BA01 CA12 CB03 CB22 DA30 EA14 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuing on the front page (72) Inventor Hiroaki Takeuchi 2-3-1 Otemachi, Chiyoda-ku, Tokyo F-term (reference) 2H079 AA02 AA13 BA01 CA04 DA16 EA03 EA07 EA08 EB04 EB12 HA15 KA18 4M104 AA04 BB36 CC01 FF03 FF09 GG04 HH20 5F073 AA61 AA64 AB12 AB21 BA01 CA12 CB03 CB22 DA30 EA14
Claims (3)
導体レーザにおいて、該半導体電界吸収型変調器の電極
構造を進行波電極構造としたことを特徴とする半導体レ
ーザ。1. A semiconductor laser in which a semiconductor electroabsorption modulator is integrated, wherein the electrode structure of the semiconductor electroabsorption modulator is a traveling wave electrode structure.
上に設けられた分布帰還形半導体レーザ部と、前記半導
体基板上に設けられた半導体電界吸収型変調器部とを集
積化構造とし、該半導体電界吸収型変調器部の電極構造
を進行波型電極構造としたことを特徴とする半導体レー
ザ。2. An integrated structure comprising a semi-insulating semiconductor substrate, a distributed feedback semiconductor laser unit provided on the semiconductor substrate, and a semiconductor electroabsorption modulator unit provided on the semiconductor substrate. A semiconductor laser wherein the electrode structure of the semiconductor electroabsorption modulator section is a traveling wave electrode structure.
ンスを、外部から供給されるマイクロ波の反射を低減す
るために外部電圧供給源と同じインピーダンスにしたこ
とを特徴とする請求項1又は2に記載の半導体レーザ。3. The characteristic impedance of the traveling-wave-type electrode structure is set to be the same as that of an external voltage supply in order to reduce the reflection of microwaves supplied from the outside. A semiconductor laser as described in the above.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000140703A JP2001326413A (en) | 2000-05-12 | 2000-05-12 | Semiconductor laser |
Applications Claiming Priority (1)
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JP (1) | JP2001326413A (en) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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JP2008152206A (en) * | 2006-12-20 | 2008-07-03 | Anritsu Corp | Optical modulator |
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-
2000
- 2000-05-12 JP JP2000140703A patent/JP2001326413A/en active Pending
Cited By (5)
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Legal Events
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