JP2002169131A - 光半導体素子及び光半導体素子の変調方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 光損失を低減し、大きな光出力を得ることが
可能な光半導体素子及び光半導体素子の変調方法を提供
する。 【解決手段】 第１の入力ポート及び第２の入力ポート
と、第１の出力ポート及び第２の出力ポートとを有する
２×２光カプラー１６と、第１の入力ポート及び第２の
入力ポートと、出力ポートとを有する２×１光カプラー
２２と、２×２光カプラー１６の第１の出力ポートに一
端が接続され、２×１光カプラー２２の第１の入力ポー
トに他端が接続された光導波路１８ａと、２×２光カプ
ラー１６の第２の出力ポートに一端が接続され、２×１
光カプラー２２の第２の入力ポートに他端が接続された
光導波路１８ｂと、光導波路１８ａに電圧を印加する電
極２０ａと、光導波路１８ｂに電圧を印加する電極２０
ｂとを有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光変調機能を有す
る光半導体素子及び光半導体素子の変調方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】光変調機能を有する半導体レーザは、小
型の光送信素子として幹線系光通信において必要不可欠
なデバイスとなりつつある。その用途としては、例え
ば、高速光ファイバ通信の送信器部などが挙げられる。
このような光半導体素子は、光源となる半導体レーザと
ともに変調器がモノリシック集積されているものであ
る。

【０００３】現在、半導体レーザと集積する変調器とし
ては、電界吸収型の変調器が主流となっている。その一
方で、近年の光通信における伝送速度の高速化に伴い、
光の変調時の波長変動を制御できるという利点から、マ
ッハ・ツェンダ（Mach-Zehnder）型変調器が注目されて
いる。

【０００４】また、幹線系光通信の方式として、波長多
重（ＷＤＭ；Wavelength DivisionMultiplexing）技術
が広く採用されるようになっている。ＷＤＭ技術は、１
本の光ファイバで各種の信号伝送や双方向光伝送を行う
ために、異なる信号を乗せた複数の波長の光を１本の光
ファイバで伝送するものである。このため、半導体レー
ザと光変調器とを集積した素子に対して、光源である半
導体レーザの波長を変化することが要請されている。こ
のような要請に応えるためには、波長の異なる複数の半
導体レーザを集積してそれぞれを変調器に接続し、それ
らの半導体レーザのうち所望の波長を有する一つを選択
して駆動する方法が有力なものとなっている。

【０００５】従来、マッハ・ツェンダ型変調器に複数の
半導体レーザを接続した光半導体素子として、特開平７
−１５４３７１号公報に開示されているものがある。図
１６は、この従来の光半導体素子の構造を示す平面図で
ある。

【０００６】図１６に示すように、基板１０２の一端側
に、複数の半導体レーザ１００ａ〜１００ｈが設けられ
ている。基板１０２中央に、マッハ・ツェンダ型変調器
１０６が設けられている。更に、基板１０２の他端側に
は、半導体光増幅器（ＳＯＡ；Semiconductor Optical
Amplifier）１０８が設けられている。半導体レーザ１
００ａ〜１００ｈとマッハ・ツェンダ型変調器１０６の
間の基板１０２には光カプラー１０４が設けられてい
る。各半導体レーザ１００ａ〜１００ｈは光カプラー１
０４の各入力ポートに接続され、各半導体レーザ１００
ａ〜１００ｈから出射されたレーザ光が結合されて出力
ポートから出射される。光カプラー１０４の出力ポート
には、レーザ光の変調を行うマッハ・ツェンダ型変調器
１０６が接続されている。マッハ・ツェンダ型変調器１
０６の出力ポートには、マッハ・ツェンダ型変調器１０
６からの変調光を増幅する半導体光増幅器１０８が接続
されている。

【０００７】複数の半導体レーザ１００ａ〜１００ｈの
いずれかから出射されたレーザ光は、光カプラー１０４
を介してマッハ・ツェンダ型変調器１０６に入射され変
調される。マッハ・ツェンダ型変調器１０６によって変
調されたレーザ光は、半導体光増幅器１０８により増幅
され出射される。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図１６
に示す従来の光半導体素子には、大きな光出力を得るこ
とが困難であるという問題があった。この原因として
は、以下のような点があげられる。

【０００９】第一に、複数の半導体レーザから出射され
たレーザ光を、光カプラー１０４により結合して一つの
光導波路に入射する際に、大きな光損失が生じる点であ
る。この損失は、マッハ・ツェンダ型変調器１０６を用
いる場合に限られたものではない。半導体レーザから出
射されたレーザ光が、光カプラー１０４を介して１つの
光導波路に入射されるまでに、半導体レーザが２つの場
合には３ｄＢ（１／２）、４つの場合には６ｄＢ（１／
４）、８つの場合には９ｄＢ（１／８）の原理的な光損
失が発生する。実際の光カプラーでは、このような原理
的な損失に加えて、更に光導波路の曲がりによる光損失
や、光カプラーの過剰損失が生じることとなる。

【００１０】第二に、マッハ・ツェンダ型変調器１０６
自身の光損失が大きい点である。これは、マッハ・ツェ
ンダ型変調器１０６の素子長が少なくとも１ｍｍ程度と
比較的長いこと、その構造に曲がり及び分岐光導波路が
含まれることに起因するものである。従来、マッハ・ツ
ェンダ型変調器１０６自身に起因して、最良の値でも４
〜５ｄＢの光損失が生じてしまうことが報告されてい
る。

【００１１】ここで、例えば、２つの半導体レーザを集
積した上述の従来の光半導体素子を、伝送用光ファイバ
に接続した場合の光損失について考える。伝送用光ファ
イバとの結合効率を−２ｄＢと高い値に仮定し、半導体
光増幅器により変調光は増幅しないものとする。する
と、半導体レーザから出射されたレーザ光が伝送用光フ
ァイバへ入射するまでの光損失は、２×１光カプラー及
びマッハ・ツェンダ型変調器による光損失と伝送用光フ
ァイバとの結合効率とを考慮すると、少なくとも９ｄＢ
以上となる。更に、８つの半導体レーザを集積した場合
には、少なくとも１５ｄＢ以上とかなり大きな値の光損
失が生じてしまう。

【００１２】このような光損失は、マッハ・ツェンダ型
変調器１０６に本質的な問題である。従って、光変調器
として、マッハ・ツェンダ型のものを用いる限り、この
ような光損失を回避することは困難である。

【００１３】上述した光損失については、図１６に示す
ように、半導体光増幅器１０８を集積することによって
その一部を補償することが可能である。しかしながら、
半導体光増幅器１０８は、光出力の飽和特性を有するた
め、光出力の上限が存在している。

【００１４】特に、図１６に示すように、変調光を半導
体光増幅器１０８によって増幅する場合、大きな光出力
を得ようとすると、半導体光増幅器１０８内部での光強
度が変動する。この結果、半導体光増幅器１０８内部の
キャリア密度が変動し、パターン効果が生じてしまうと
いう問題があった。

【００１５】本発明の目的は、光損失を低減し、大きな
光出力を得ることが可能な光半導体素子及び光半導体素
子の変調方法を提供することにある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記目的は、第１の入力
ポート及び第２の入力ポートと、第１の出力ポート及び
第２の出力ポートとを有する第１の光カプラーと、第１
の入力ポート及び第２の入力ポートと、出力ポートとを
有する第２の光カプラーと、前記第１の光カプラーの第
１の出力ポートに一端が接続され、前記第２の光カプラ
ーの第１の入力ポートに他端が接続された第１の光導波
路と、前記第１の光カプラーの第２の出力ポートに一端
が接続され、前記第２の光カプラーの第２の入力ポート
に他端が接続された第２の光導波路と、前記第１の光導
波路及び／又は前記第２の光導波路に電圧を印加する電
極と、前記第１の光カプラーの第１の入力ポートにレー
ザ光を入射する第１のレーザ部と、前記第１の光カプラ
ーの第２の入力ポートにレーザ光を入射する第２のレー
ザ部とをモノリシックに一体化したことを特徴とする光
半導体素子により達成される。

【００１７】また、上記の光半導体素子において、前記
電極は、前記第１の光導波路に電圧を印加する第１の電
極と、前記第２の光導波路に電圧を印加する第２の電極
とを有するようにしてもよい。

【００１８】また、上記の光半導体素子において、前記
第１のレーザ部は、発振波長の異なる複数の半導体レー
ザと、前記複数の半導体レーザから出射するレーザ光を
結合する光カプラーとを有し、前記第２のレーザ部は、
発振波長の異なる複数の半導体レーザと、前記複数の半
導体レーザから出射するレーザ光を結合する光カプラー
とを有するようにしてもよい。

【００１９】また、上記目的は、第１の入力ポート及び
第２の入力ポートと、第１の出力ポート及び第２の出力
ポートとを有する第１の光カプラーと、第１の入力ポー
ト及び第２の入力ポートと、出力ポートとを有する第２
の光カプラーと、前記第１の光カプラーの第１の出力ポ
ートに一端が接続され、前記第２の光カプラーの第１の
入力ポートに他端が接続された第１の光導波路と、前記
第１の光カプラーの第２の出力ポートに一端が接続さ
れ、前記第２の光カプラーの第２の入力ポートに他端が
接続された第２の光導波路と、前記第１の光導波路及び
／又は前記第２の光導波路に電圧を印加する電極とを有
する光半導体素子の変調方法であって、前記電極により
前記第１の光導波路及び／又は前記第２の光導波路に変
調信号電圧を印加することにより、前記第１の光カプラ
ーの第１の入力ポート又は第２の入力ポートに入射する
レーザ光を変調し、前記第２の光カプラーの出力ポート
から出射することを特徴とする光半導体素子の変調方法
により達成される。

【００２０】また、上記目的は、第１の入力ポート及び
第２の入力ポートと、第１の出力ポート及び第２の出力
ポートとを有する第１の光カプラーと、第１の入力ポー
ト及び第２の入力ポートと、出力ポートとを有する第２
の光カプラーと、前記第１の光カプラーの第１の出力ポ
ートに一端が接続され、前記第２の光カプラーの第１の
入力ポートに他端が接続された第１の光導波路と、前記
第１の光カプラーの第２の出力ポートに一端が接続さ
れ、前記第２の光カプラーの第２の入力ポートに他端が
接続された第２の光導波路と、前記第１の光導波路に電
圧を印加する第１の電極と、前記第２の光導波路に電圧
を印加する第２の電極とを有する光半導体素子の変調方
法であって、前記第１の電極により前記第１の光導波路
にバイアス電圧を印加し、前記第２の電極により前記第
２の光導波路に変調信号を印加することにより、前記第
１の光カプラーの第１の入力ポート又は第２の入力ポー
トに入射するレーザ光を変調し、前記第２の光カプラー
の出力ポートから出射することを特徴とする光半導体素
子の変調方法により達成される。

【００２１】

【発明の実施の形態】［第１実施形態］本発明の第１実
施形態による光半導体素子及び光半導体素子の変調方法
について図１乃至図５を用いて説明する。図１は、本発
明の第１実施形態による光半導体素子の構造を示す平面
図、図２及び図３は、光半導体素子の変調方法を示すタ
イムチャート、図４は、複数のレーザダイオードを並列
に接続して用いたときの構造を示す平面図、図５は、複
数のレーザダイオードを直列に接続して用いたときの構
造を示す平面図である。なお、本実施形態では、光源と
して２つのレーザダイオードを用いる場合について説明
する。

【００２２】まず、本実施形態による光半導体素子の構
造について図１を用いて説明する。

【００２３】本実施形態による光半導体素子では、図１
に示すように、基板１０の一端側に、光源であるレーザ
ダイオード１２ａ、１２ｂが設けられている。基板１０
の中央には、レーザダイオード１２ａ、１２ｂからのレ
ーザ光を変調するマッハ・ツェンダ型変調器１４が設け
られている。

【００２４】マッハ・ツェンダ型変調器１４は、２つの
入力ポートと２つの出力ポートを有する２×２光カプラ
ー１６と、２×２光カプラー１６の２つの出力ポートに
それぞれ接続された光導波路１８ａ、１８ｂと、光導波
路１８ａ、１８ｂにそれぞれ設けられた電極２０ａ、２
０ｂと、光導波路１８ａ、１８ｂがそれぞれ接続された
２つの入力ポートと一つの出力ポートとを有する２×１
光カプラー２２とから構成されている。

【００２５】２×２光カプラー１６の２つの入力ポート
には、光導波路２４ａ、２４ｂを介してレーザダイオー
ド１２ａ、１２ｂがそれぞれ接続され、レーザダイオー
ド１２ａ、１２ｂから出射されたレーザ光が、マッハ・
ツェンダ型変調器１４に入射される。

【００２６】２×１光カプラー２２の出力ポートには、
素子端部まで設けられた光導波路２６が接続され、光導
波路２６の素子端部側から、マッハ・ツェンダ型変調器
１４による変調光が出射される。

【００２７】次に、本実施形態による光半導体素子の各
構成部分について図１を用いて詳述する。

【００２８】レーザダイオード１２ａ、１２ｂは、本実
施形態による光半導体素子の光源として機能するもので
あり、例えば、λ／４シフトＤＦＢ（Distributed Feed
Back、分布帰還型）レーザや、利得結合ＤＦＢレーザ、
ＤＢＲ（Distributed BraggReflector、分布反射型）レ
ーザ等の半導体レーザである。通常、レーザダイオード
１２ａ、１２ｂの発振波長は互いに異なるものとし、所
望の波長の光を得るべく、どちらか一方を駆動する。ま
た、レーザダイオード１２ａ、１２ｂの発振波長を同一
のものとし、一方を予備の光源としてもよい。

【００２９】レーザダイオード１２ａ又はレーザダイオ
ード１２ｂより出射されたレーザ光は、光導波路２４ａ
又は光導波路２４ｂを介して２×２光カプラー１６に入
射される。

【００３０】２×２光カプラー１６は、レーザダイオー
ド１２ａ又はレーザダイオード１２ｂから出射されたレ
ーザ光を１：１の割合で分岐し光導波路１８ａ、１８ｂ
へと入射する。

【００３１】このように、マッハ・ツェンダ型変調器１
４の入射側に２×２光カプラー１６を設けることによ
り、従来技術では必要であった２×１光カプラーを用い
ることなく２つのレーザダイオード１２ａ、１２ｂを接
続することができる。これにより、光損失を原理的に３
ｄＢ低減することができる。更に、２×２光カプラー１
６によって、レーザダイオード１２ａ又はレーザダイオ
ード１２ｂから出射されたレーザ光を半減することな
く、マッハ・ツェンダ型変調器１４に入射することが可
能となる。これにより、２×１光カプラーを使用した従
来のものに比べて、ほぼ２倍の光強度を有する変調光を
得ることが可能となる。

【００３２】また、レーザダイオード１２ａ、１２ｂと
マッハ・ツェンダ型変調器１４とを同一の基板１０２に
設けているので、レーザダイオード１２ａ、１２ｂから
２×２光カプラー１６までの光導波路等における光伝送
の際に生じる光損失を最小限に抑えることが可能とな
る。

【００３３】マッハ・ツェンダ型変調器１４は、電極２
０ａ及び／又は電極２０ｂに電圧を印加し光導波路１８
ａ、１８ｂの屈折率を変化することにより、レーザダイ
オード１２ａ、１２ｂから出射されたレーザ光を変調す
るものである。変調方法の詳細については後述する。

【００３４】２×１光カプラー２２は、マッハ・ツェン
ダ型変調器１４の光導波路２０ａ、２０ｂを通過したレ
ーザ光を結合し、光導波路２６へと出射するものであ
る。

【００３５】次に、本実施形態による光半導体素子の変
調方法にについて図１乃至図３を用いて説明する。尚、
図１に示す光半導体素子では、マッハ・ツェンダ型変調
器１４に電圧を印加しない場合、レーザダイオード１２
ａを駆動したときには、２つの光導波路の光路長差が無
くレーザ光が光導波路２６端部から出射されるオン状態
となり、レーザダイオード１２ｂを駆動したときには、
２つの光導波路の光路長差が存在してレーザ光が光導波
路２６端部から出射されないオフ状態となるように構成
されているものとする。

【００３６】まず、レーザダイオード１２ａを駆動する
場合について説明する。図１では、マッハ・ツェンダ型
変調器１４に電圧を印加しない場合は、２つの光導波路
の光路長差が無く、レーザ光が光導波路２６端部から出
射される。そこで、電極２０ａには、図２（ａ）に示す
ように、０のバイアス電圧のみを印加する。一方、電極
２０ｂには、図２（ｂ）に示すように、直流バイアスが
−１／２Ｖπ、振幅Ｖπの変調信号を印加する。これに
より、マッハ・ツェンダ型変調器１４による変調光は、
図２（ｃ）に示すような変調波形となる。

【００３７】一方、レーザダイオード１２ｂを、上記の
レーザダイオード１２ａの場合と同一のマッハ・ツェン
ダ型変調器１４の変調条件の下で駆動すると、変調光
は、図２（ｄ）に示すように、レーザダイオード１２ａ
を駆動した場合の変調波を反転した波形パターンとな
る。

【００３８】上述のような変調光の相補性は、レーザダ
イオード１２ａを駆動した場合と、レーザダイオード１
２ｂを駆動した場合とで、２つの光導波路の光路長差が
異なるためである。即ち、レーザダイオード１２ａを駆
動した場合、図１では、マッハ・ツェンダ型変調器１４
に電圧を印加しないと、光路長差が無いためレーザ光が
干渉せずに光導波路２６端部より出射され、電圧を印加
すると、光路長差が生じるためレーザ光が干渉して光導
波路２６端部より出射されない。一方、レーザダイオー
ド１２ｂを駆動した場合、図１では、マッハ・ツェンダ
型変調器１４に電圧を印加しないと、光路長差が存在す
るためレーザ光が干渉して光導波路２６端部より出射さ
れず、電圧を印加すると、光路長差が無くなるためレー
ザ光が干渉せずに光導波路２６端部より出射される。

【００３９】なお、厳密には、レーザダイオード１２ａ
とレーザダイオード１２ｂとの発振波長が大きく異なる
と、マッハ・ツェンダ型変調器１４の光路長差が変化し
干渉点がずれるため、変調光は、完全に反転した波形パ
ターンとはならなくなる。

【００４０】レーザダイオード１２ｂを駆動するとき
に、変調光の波形パターンがレーザダイオード１２ａを
駆動した場合に対し反転しないようにするためには、図
３（ａ）に示すように、電極２０ａに−Ｖπのバイアス
電圧を印加する。一方、電極２０ｂには、図３（ｂ）に
示すように、レーザダイオード１２ａの場合と同様、直
流バイアスが−１／２Ｖπ、振幅Ｖπの変調信号を印加
する。こうして、図３（ｃ）に示すように、図２のレー
ザダイオード１２ａを駆動した場合と同じ波形パターン
の変調光が得られる。なお、上記のレーザダイオード１
２ｂと同一の条件でレーザダイオード１２ａを駆動する
と、変調光は、図３（ｄ）に示すように、レーザダイオ
ード１２ｂを駆動した場合と反転した波形パターンとな
る。

【００４１】上述のように、マッハ・ツェンダ型変調器
１４の電極１２ａに印加する電圧を切り替えることによ
り、レーザダイオード１２ａ、１２ｂのどちらを駆動し
ても、波形パターンを反転することなく変調光を得るこ
とができる。

【００４２】こうして、マッハ・ツェンダ型変調器１４
の光導波路２０ａ、２０ｂを通過し変調された光は、２
×１光カプラー２２により結合され、光導波路２６の素
子端部側より出射される。

【００４３】このように、本実施形態によれば、複数の
半導体レーザを２入力２出力構成の光カプラーを介して
マッハ・ツェンダ型変調器に接続するので、光損失を低
減し、大きな光出力を得ることができる。

【００４４】また、複数の半導体レーザとマッハ・ツェ
ンダ型変調器とが同一基板上に一体化されているので、
半導体レーザから光カプラーまでの光導波路等における
光伝送の際に生じる光損失を最小限に抑えることができ
る。また、システムの全体構成を小型化することがで
き、低コスト化を図ることができる。

【００４５】なお、光源として用いるレーザダイオード
の数は、上記のように２つに限定されるものではなく、
更に多くの数のレーザダイオードを光源として用いても
よい。例えば、図４に示すように、８つのレーザダイオ
ードを並列に接続して用いることもできる。この場合、
８つのレーザダイオードレーザダイオード２８ａ〜２８
ｈのうち半分のレーザダイオード２８ａ〜２８ｄが、４
×１光カプラー３０ａを介して光導波路２４ａに接続さ
れている。残り半分のレーザダイオード２８ｅ〜２８ｈ
が、４×１光カプラー３０ｂを介して光導波路２４ｂに
接続されている。

【００４６】図４に示す光半導体素子の構造では、レー
ザダイオード２８ａ〜２８ｈと光導波路２４ａ、２４ｂ
との間に設けられた４×１光カプラー３０ａ、３０ｂに
よる損失を回避することはできない。しかし、従来技術
により８つのレーザダイオードを接続する場合と比較す
ると、マッハ・ツェンダ型変調器１４の入射側に２×２
光カプラー１６を用いているため、２×１光カプラーが
１つ不要となる。このため、レーザダイオードを２つ用
いた場合と同様に、光損失を原理的に３ｄＢ低減するこ
とができる。また、４×１光カプラー３０ａ、３０ｂと
マッハ・ツェンダ型変調器１４との間の光導波路２４
ａ、２４ｂに半導体光増幅器を設けて、レーザ光を増幅
してからマッハ・ツェンダ型変調器１４に入射するよう
にしてもよい。

【００４７】また、図５に示すように、例えば６つのレ
ーザダイオードを３つずつ直列に接続して用いてもよ
い。この場合、光導波路２４ａには、直列に設けられた
レーザダイオード３２ａ〜３２ｃが接続されている。レ
ーザダイオード３２ａ〜３２ｃの発振波長を決定する回
折格子の周期はそれぞれ異なっている。光導波路２４ｂ
には、直列に設けられたレーザダイオード３２ｄ〜３２
ｆが接続されている。レーザダイオード３２ｄ〜３２ｆ
の発振波長を決定する回折格子の周期はそれぞれ異なっ
ている。

【００４８】図５に示す光半導体素子の構造では、直列
に設けられたレーザダイオードのうち、マッハ・ツェン
ダ型変調器１４から離れた位置に設けられたレーザダイ
オードより出射されたレーザ光が、マッハ・ツェンダ型
変調器１４に近い位置に設けられたレーザダイオードの
回折格子の影響を受けないように、レーザダイオードそ
れぞれの発振波長を設定する必要がある。即ち、後方の
レーザダイオードより出射されたレーザ光が、前方のレ
ーザダイオードの回折格子の反射帯域に入らないように
設定する必要がある。

【００４９】また、直列に設けられたレーザダイオード
のうち、駆動するレーザダイオードよりもマッハ・ツェ
ンダ型変調器１４に近い位置に設けられたレーザダイオ
ードには、レーザ光の吸収が起こらないように多少電流
を流す必要がある。

【００５０】このように、複数のレーザダイオードを直
列に設けた場合は、駆動するレーザダイオードを切り替
えるとともに、駆動したレーザダイオードよりもマッハ
・ツェンダ型変調器１４に近い位置に設けられたレーザ
ダイオードの電流値も制御する。こうして、光カプラー
による損失を減らして、複数のレーザダイオードを光源
として用いることが可能となる。

【００５１】［第２実施形態］本発明の第２実施形態に
よる光半導体素子及び光半導体素子の変調方法について
図６及び図７を用いて説明する。図６は、本実施形態に
よる光半導体素子の構造を示す平面図、図７は、光半導
体素子の変調方法を示すタイムチャートである。なお、
第１実施形態による光半導体素子と同一の構成要素には
同一の符号を付し説明を省略又は簡潔にする。

【００５２】本実施形態による光半導体素子は、第１実
施形態による光半導体素子に半導体光増幅器を設けて光
出力の向上を図ったものである。

【００５３】本実施形態による光半導体素子の構造は第
１実施形態によるものとほぼ同一である。図６に示すよ
うに、第１実施形態による光半導体素子の構造に加え
て、マッハ・ツェンダ型変調器１４による変調光を増幅
する半導体光増幅器３４が光導波路２６に設けられてい
る。光導波路２６が設けられた素子端部側には、半導体
光増幅器３４によって増幅された光のうちから所望の波
長成分のみを濾波する波長フィルタ３６が配置されてい
る。また、レーザダイオード１２ａ、１２ｂの発振波長
は、互いに異なる値に設定されている。

【００５４】本実施形態による光半導体素子では、異な
る発振波長のレーザダイオード１２ａ、１２ｂを同時に
駆動しマッハ・ツェンダ型変調器１４による変調を行
い、半導体光増幅器３４におけるパターン効果を回避す
ることに特徴がある。以下、本実施形態による光半導体
素子の変調方法について図６及び図７を用いて説明す
る。ここで、レーザダイオード１２ａ、１２ｂの発振波
長をそれぞれλ₁、λ₂とし、波長フィルタ３６の透過波
長をλ₁に設定するものとする。

【００５５】まず、レーザダイオード１２ａ、１２ｂを
同時に駆動し、波長λ₁のレーザ光と波長λ₂のレーザ光
とを出射する。続いて、マッハ・ツェンダ型変調器１４
によってレーザダイオード１２ａ、１２ｂから出射され
た波長λ₁のレーザ光と波長λ₂のレーザ光とを同時に変
調する。

【００５６】図７（ａ）は、レーザダイオード１２ａよ
り出射された波長λ₁のレーザ光の変調光を示したもの
である。図７（ｂ）は、レーザダイオード１２ｂより出
射された波長λ₂のレーザ光の変調光を示したものであ
る。図７（ａ）及び図７（ｂ）から明らかなように、第
１実施形態において述べたマッハ・ツェンダ型変調器１
４の変調特性により、波長λ₁のレーザ光と波長λ₂のレ
ーザ光とは、互いに反転した波形パターンで変調される
こととなる。即ち、波長λ₁の変調光と波長λ₂の変調光
は、一方がオンの時には他方はオフとなる相補的な関係
になっている。このような状態で、波長λ₁のレーザ光
と波長λ₂のレーザ光の変調光は、同時に半導体光増幅
器３４に入射されて増幅されることとなる。

【００５７】上記のレーザダイオード１２ａ、１２ｂよ
り出射されたレーザ光の変調光の相補的な関係により、
半導体光増幅器３４に入射してその内部を伝搬する全光
強度は、図７（ｃ）に示すように、多少の揺らぎは生じ
るものの、ほぼオンレベルで一定となる。この結果、半
導体光増幅器３４内でのキャリア密度変動が生じること
がなく、半導体光増幅器３４への入射光のパターンによ
る利得変動、即ちパターン効果を抑制することが可能と
なる。

【００５８】最後に、パターン効果を生じることなく半
導体光増幅器３４によって増幅されたレーザ光から、波
長λ₁のレーザ光の波長成分を、波長フィルタ３６によ
って濾波する。この結果、図７（ｄ）に示すように、レ
ーザダイオード１２ａより出射されたレーザ光の変調光
を増幅したものが得られる。こうして、パターン効果を
伴わずに増幅された変調光を得ることが可能となる。

【００５９】なお、相補的な波形パターンを有し、異な
る波長の光を入射して半導体光増幅器のパターン効果を
抑制する技術が特開平１０−３３６１７号公報に開示さ
れている。この従来技術は、２つの強度変調器を用い
て、半導体光増幅器に入射する２つの相補的な信号をつ
くりだすものである。

【００６０】一方、本実施形態による光半導体素子は、
１つのマッハ・ツェンダ型変調器により相補的な波形パ
ターンを有する信号を同時につくりだすことができると
いう利点を有し、上記の従来技術とは大きく異なってい
る。

【００６１】このように、本実施形態によれば、複数の
半導体レーザを２入力２出力構成の光カプラーを介して
マッハ・ツェンダ型変調器に接続するので、光損失を低
減し、大きな光出力を得ることができる。また、異なる
発振波長のレーザダイオードを同時に駆動し、それらの
出射光をマッハ・ツェンダ型変調器により同時に変調し
て半導体光増幅器に入射するので、パターン効果を生じ
ることなく半導体光増幅器によって変調光を増幅するこ
とができる。

【００６２】［第３実施形態］本発明の第３実施形態に
よる光半導体素子及び光半導体素子の変調方法について
図８乃至図１２を用いて説明する。図８は、本実施形態
による光半導体素子の構造を示す図、図９及び図１０
は、光半導体素子のプッシュプル動作による変調方法を
示すタイムチャート、図１１及び図１２は、光半導体素
子の製造方法を示す工程図である。

【００６３】本実施形態による光半導体素子は、ＩｎＧ
ａＡｓＰ／ＩｎＰ系材料により構成され、光源として２
つのλ／４シフトＤＦＢレーザを用いたものである。

【００６４】まず、本実施形態による光半導体素子の構
造について図８を用いて説明する。図８（ａ）は、本実
施形態による光半導体素子の構造を示す平面図、図８
（ｂ）は図８（ａ）のａ−ａ′線断面図、図８（ｃ）は
図８（ａ）のｂ−ｂ′線断面図である。

【００６５】本実施形態による光半導体素子では、図８
（ａ）に示すように、ｎ型ＩｎＰ基板３８の一端側に、
２つのλ／４シフトＤＦＢレーザ４０ａ、４０ｂが設け
られている。ｎ型ＩｎＰ基板３８の中央には、マッハ・
ツェンダ型変調器４２が設けられている。

【００６６】マッハ・ツェンダ型変調器４２は、２つの
入力ポートと２つの出力ポートとを有する２×２ＭＭＩ
（Multi-Mode Interference）光カプラー４４と、２×
２ＭＭＩ光カプラー４４の２つの出力ポートにそれぞれ
接続された光導波路４６ａ、４６ｂと、光導波路４６
ａ、４６ｂ上にそれぞれ設けられたｐ側電極４８ａ、４
８ｂと、光導波路４６ａ、４６ｂがそれぞれ接続された
２つの入力ポートと２つの出力ポートとを有する２×２
ＭＭＩ光カプラー５０とから構成されている。

【００６７】ＭＭＩ光カプラーは、幅広の光導波路で構
成されており、その入力ポートから入射した光は、高次
モードが励起されて伝搬する。各モードは干渉し、周期
的に焦点を結ぶポイントがある。例えば焦点の数が２と
なる位置にＭＭＩ光カプラーの長さを合わせ、各焦点の
位置に出力ポートを配置するすることにより、３ｄＢ光
カプラーとなる。

【００６８】２×２ＭＭＩ光カプラー４４の２つの入力
ポートには、光導波路５２ａ、５２ｂを介してλ／４シ
フトＤＦＢレーザ４０ａ、４０ｂがそれぞれ接続され、
λ／４シフトＤＦＢレーザ４０ａ、４０ｂから出射され
たレーザ光が、マッハ・ツェンダ型変調器４２に入射さ
れる。

【００６９】２×２ＭＭＩ光カプラー５０の２つの出力
ポートには、素子端部まで設けられた光導波路５４ａ、
５４ｂがそれぞれ接続されている。光導波路５４ａ、５
４ｂの素子端部側から、マッハ・ツェンダ型変調器４２
によって変調されたレーザ光が出射される。

【００７０】このように構成された光半導体素子には、
λ／４シフトＤＦＢレーザ４０ａ、４０ｂ側の端面と、
光導波路５４ａ、５４ｂ側の端面に、無反射コート膜５
６ａ、５６ｂが形成されている。

【００７１】上記の光導波路構造は、図８（ａ）の平面
図では便宜的に表したものである。以下に、各構成部分
の断面構造について説明する。

【００７２】まず、λ／４シフトＤＦＢレーザ４０ａ、
４０ｂが設けられている部分の断面構造について図８
（ｂ）を用いて説明する。

【００７３】図８（ｂ）に示すように、ｎ型ＩｎＰ基板
３８上に、ＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓ歪多重量子井戸層５８
が設けられている。ＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓ歪多重量子井
戸層５８は、例えば、０．１μｍ厚のｎ型ＩｎＧａＡｓ
Ｐガイド層（バンドギャップ波長１．２μｍ）と、０．
１μｍ厚のＩｎＧａＡｓＰ ＳＣＨ（Separate Confinem
ent Herterostructure）層（バンドギャップ波長１．３
μｍ）と、１０ｎｍ厚のＩｎＧａＡｓＰ障壁層（バンド
ギャップ波長１．３μｍ）と、６ｎｍ厚の１％圧縮歪Ｉ
ｎＧａＡｓＰ井戸層７層とが順次形成されたものである
（図示せず）。なお、ｎ型ＩｎＰ基板３８とＩｎＰ／Ｉ
ｎＧａＡｓ歪多重量子井戸層５８との間に、ｎ型ＩｎＰ
バッファ層が形成されているようにしてもよい。

【００７４】ＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓ歪多重量子井戸層５
８のｎ型ＩｎＧａＡｓＰガイド層と接するｎ型ＩｎＰ基
板３８の表面のλ／４シフトＤＦＢレーザ４０ａ、４０
ｂが設けられる領域には、λ／４の位相シフトを設けた
回折格子（図示せず）が形成されている。それらの回折
格子の周期は互いに異なっており、λ／４シフトＤＦＢ
レーザ４０ａ、４０ｂの発振波長は互いに異なったもの
に設定されている。

【００７５】ＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓ歪多重量子井戸層５
８上には、２μｍ厚のｐ型ＩｎＰクラッド層６０と、ｐ
型ＩｎＧａＡｓコンタクト層６２とが順次形成されてい
る。ｐ型ＩｎＰクラッド層６０とｐ型ＩｎＧａＡｓコン
タクト層６２とには、λ／４シフトＤＦＢレーザ４０
ａ、４０ｂが設けられる領域に、幅２μｍのリッジ構造
がそれぞれ形成されている。これらリッジ構造の両側溝
部及びリッジ構造に形成されていないｐ型ＩｎＧａＡｓ
コンタクト層６２上には酸化シリコン薄膜６４が形成さ
れている。更に、リッジ構造の両側溝部には、ポリイミ
ド層６６が充填されている。リッジ構造のｐ型ＩｎＧａ
Ａｓコンタクト層６２上には、ｐ側電極６８ａ、６８ｂ
が形成されている。ｎ型ＩｎＰ基板３８の他方の面には
ｎ側電極７０が形成されている。こうして、λ／４シフ
トＤＦＢレーザ４０ａ、４０ｂが形成されている。λ／
４シフトＤＦＢレーザ４０ａ、４０ｂは、例えば長さ３
００μｍであり、２つのレーザの間隔は、２０μｍとな
っている。

【００７６】上述したλ／４シフトＤＦＢレーザ４０
ａ、４０ｂ以外のマッハ・ツェンダ型変調器４２、光導
波路５２ａ、５２ｂ、５４ａ、５４ｂは、ｐ型ＩｎＧａ
Ａｓコンタクト層６２の有無を除き、同一の断面構造を
有している。これらの断面構造について、マッハ・ツェ
ンダ型変調器４２が設けられている部分の断面構造を例
に図８（ｃ）を用いて説明する。

【００７７】図８（ｃ）に示すように、ｎ型ＩｎＰ基板
３８上に、ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ量子井戸層７２が形
成されている。ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ量子井戸層７２
は、例えば１０ｎｍ厚のＩｎＰ障壁層と１０ｎｍ厚のＩ
ｎＧａＡｓＰ井戸層とを２０周期積層したＰＬ（フォト
ルミネセンス）ピーク波長を１．４５μｍとしたもので
ある（図示せず）。

【００７８】ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ量子井戸層７２上
には、ｐ型ＩｎＰクラッド層６０と、ｐ型ＩｎＧａＡｓ
コンタクト層６２が順次形成されている。

【００７９】ｎ型ＩｎＰ基板３８、ＩｎＧａＡｓＰ／Ｉ
ｎＰ量子井戸層７２、ｐ型ＩｎＰクラッド層６０、ｐ型
ＩｎＧａＡｓコンタクト層６２は、例えば幅２μｍで、
通常のメサ構造と比べて高い、高さ３μｍの２つのハイ
メサ構造を有するように形成され、それぞれが光導波路
４６ａ、４６ｂを構成している。光導波路４６ａ、４６
ｂの間隔は、例えば２０μｍとなっている。

【００８０】上述のハイメサ構造の側面及びｎ型ＩｎＰ
基板３８上に、酸化シリコン薄膜６４が形成されてい
る。更に、ハイメサ構造の両側には、ポリイミド層６６
が充填されている。ハイメサ構造及びポリイミド層６６
上には、ハイメサ構造上のｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト
層７６と接するようにｐ側電極４８ａ、４８ｂが形成さ
れている。ｎ型ＩｎＰ基板３８の他方の面にはｎ側電極
７０が形成されている。

【００８１】２×２ＭＭＩ光カプラー４４、５０は、ｐ
型ＩｎＧａＡｓコンタクト層６２が設けられていない点
を除いて、上述したハイメサ構造と同様の断面構造を有
している。２×２ＭＭＩ光カプラー４４、５０の大きさ
は、例えば幅１５μｍ、長さ４２０μｍであり、接続さ
れている光導波路の間隔は５μｍとなっている。

【００８２】以上のように構成されている光半導体素子
の大きさは、例えば幅３００μｍ、長さ２００μｍとな
っている。

【００８３】上述のように、本実施形態による光半導体
素子は、モノリシックに一体化されているので、システ
ムの全体構成を小型化することができ、低コスト化が可
能である。

【００８４】次に、本実施形態による光半導体素子の変
調方法について説明する。ここでは、マッハ・ツェンダ
型変調器４２の２つの光導波路４６ａ、４６ｂ間には光
路長差が全くないものと仮定する。本実施形態による光
半導体素子は、第１実施形態による光半導体素子と同様
にして変調することができる。

【００８５】λ／４シフトＤＦＢレーザ４０ａを駆動す
る場合には、例えばｐ側電極４８ａに対して０Ｖのバイ
アス電圧のみ印加し、ｐ側電極４８ｂにのみ直流バイア
スが約−１．２５Ｖ、振幅約２．５Ｖ（オンレベルが０
Ｖ、オフレベルが−２．５Ｖ）の変調信号を印加する。

【００８６】これに対し、λ／４シフトＤＦＢレーザ４
０ｂを駆動する場合には、ｐ側電極４８ａに印加するバ
イアス電圧を−２．５Ｖに切り替える。一方、ｐ側電極
４８ｂには、λ／４シフトＤＦＢレーザ４０ａを駆動す
る場合と同様に、直流バイアスが約−１．２５Ｖ、振幅
約２．５Ｖの変調信号を印加する。こうすることによ
り、上述の条件でλ／４シフトＤＦＢレーザ４０ａを駆
動する場合と同じ波形パターンの変調光を得ることがで
きる。

【００８７】また、本実施形態による光半導体素子は、
プッシュプル（push-pull）動作により変調することが
できる。プッシュプル動作とは、マッハ・ツェンダ型変
調器４２のｐ側電極４８ａ、４８ｂに対して互いに逆相
の変調信号を加えることにより、光出力の増大化・安定
化を図るものである。これにより、ｐ側電極４８ａ、４
８ｂに印加する電圧を低減することが可能である。

【００８８】上述のようなプッシュプル動作を行う場合
についても、λ／４シフトＤＦＢレーザ４０ａを駆動し
た場合の変調光の波形パターンと、λ／４シフトＤＦＢ
レーザ４０ｂを駆動した場合の変調光の波形パターンと
を、反転することなく同一にすることが可能である。プ
ッシュプル動作において同一の波形パターンの変調光を
得る変調方法について図９及び図１０を用いて説明す
る。

【００８９】例えば、λ／４シフトＤＦＢレーザ４０ａ
を駆動する場合には、ｐ側電極４８ａに、図９（ａ）に
示す直流バイアス約−０．６Ｖ、振幅約１．２５Ｖの変
調信号を印加する。ｐ側電極４８ｂには、図９（ｂ）に
示す直流バイアス約−１．９Ｖ、振幅約１．２５Ｖの変
調信号を印加する。これにより、図９（ｃ）に示すよう
な波形パターンの変調光が得られる。

【００９０】これに対し、λ／４シフトＤＦＢレーザ４
０ｂを駆動する場合には、ｐ側電極４８ａに、図１０
（ａ）に示す直流バイアス約−１．９Ｖ、振幅約１．２
５Ｖの変調信号を印加する。ｐ側電極４８ｂには、図１
０（ｂ）に示すように、直流バイアス電圧約−０．６
Ｖ、振幅約１．２５Ｖの変調信号を印加する。これによ
り、図１０（ｃ）に示すような、λ／４シフトＤＦＢレ
ーザ４０ａを駆動する場合と同一の波形パターンの変調
光が得られる。

【００９１】上述のように、ｐ側電極４８ａ、４８ｂに
印加する変調信号のバイアス電圧を切り替えることによ
り、プッシュプル動作の場合においても、λ／４シフト
ＤＦＢレーザ４０ａ、４０ｂのどちらを駆動した場合で
も、反転することなく同一の波形パターンの変調光を得
ることが可能となる。

【００９２】また、マッハ・ツェンダ型変調器４２の光
導波路４６ａ、４６ｂに光路長差が存在する場合や、λ
／４シフトＤＦＢレーザ４０ａ、４０ｂ共に上記の場合
と反転した波形パターンの変調光が得られるように駆動
する場合についても、上述のようにバイアス電圧を切り
替えることにより、λ／４シフトＤＦＢレーザ４０ａ、
を駆動した場合の変調光とλ／４シフトＤＦＢレーザ４
０ｂを駆動した場合の変調光とを、反転することなく同
一の波形パターンとすることができる。

【００９３】なお、マッハ・ツェンダ型変調器４２によ
る変調条件を同一とした場合には、第１実施形態と同
様、λ／４シフトＤＦＢレーザ４０ａを駆動した場合
と、λ／４シフトＤＦＢレーザ４０ｂを駆動した場合と
では、互いに反転した波形パターンの変調光が得られ
る。

【００９４】次に、本実施形態による光半導体素子の製
造方法について図１１及び図１２を用いて説明する。図
１１（ａ１）乃至図１１（ｅ１）及び図１２（ａ１）乃
至図１２（ｄ１）は、光半導体素子の製造方法を示す平
面図、図１１（ａ２）乃至図１１（ｅ２）は、それぞれ
図１１（ａ１）乃至図１１（ｅ１）のａ−ａ′線断面
図、図１２（ａ２）乃至図１２（ｄ２）は、それぞれ図
１２（ａ１）乃至図１２（ｄ１）のｂ−ｂ′線断面図、
図１２（ａ３）乃至図１２（ｄ３）は、それぞれ図１２
（ａ１）乃至図１２（ｄ１）のｃ−ｃ′線断面図であ
る。

【００９５】まず、ｎ型ＩｎＰ基板３８上にレジストを
塗布する。次いで、λ／４シフトＤＦＢレーザ４０ａ、
４０ｂを形成する領域上のレジストに電子ビーム露光法
等を用いてλ／４シフトを有する回折格子パターンを形
成する。それらの回折格子の周期を互いに異なったもの
とし、λ／４シフトＤＦＢレーザ４０ａ、４０ｂの発振
波長を互いに異なったものとなるようにする。

【００９６】続いて、例えばエタンをエッチングガスと
する反応性イオンエッチング（ＲＩＥ；Reactive Ion E
thcing）等のドライエッチングにより、上述の回折格子
パターンをｎ型ＩｎＰ基板３８上に転写してλ／４シフ
ト領域７４ａ、７４ｂを形成した後、レジストを除去す
る（図１１（ａ１）、図１１（ａ２））。

【００９７】次いで、λ／４シフト領域７４ａ、７４ｂ
を設けたｎ型ＩｎＰ基板３８の全面に、有機金属気相成
長（ＭＯＶＰＥ；Metal Organic Vapor Epitaxy）法を
用いて、ｎ型ＩｎＧａＡｓＰガイド層、ＳＣＨ（Separa
te Confinement Heterostructure）層、１％圧縮歪Ｉｎ
ＧａＡｓＰ井戸層７層を形成して、ＩｎＧａＡｓＰ／Ｉ
ｎＰ歪多重量子井戸層５８を形成する。続いて、ＩｎＧ
ａＡｓＰ／ＩｎＰ歪多重量子井戸層５８上にｐ型ＩｎＰ
クラッド層６０の一部を形成する（図１１（ｂ１）、図
１１（ｂ２））。

【００９８】次に、ｐ型ＩｎＰクラッド層６０上に酸化
シリコン薄膜７６を形成する。続いて、フォトリソグラ
フィーにより、λ／４シフトＤＦＢレーザ４０ａ、４０
ｂを形成する領域以外の酸化シリコン薄膜７６を除去す
る。この酸化シリコン薄膜７６をマスクとして、マッハ
・ツェンダ型変調器４２、光導波路５２ａ、５２ｂ、５
４ａ、５４ｂを形成する領域のｐ型ＩｎＰクラッド層６
０及びＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ歪多重量子井戸層５８
を、ウエットエッチングにより除去する（図１１（ｃ
１）、図１１（ｃ２））。

【００９９】次に、ｐ型ＩｎＰクラッド層６０及びＩｎ
ＧａＡｓＰ／ＩｎＰ歪多重量子井戸層５８をウエットエ
ッチングにより除去した領域のｎ型ＩｎＰ基板３８上
に、ＭＯＶＰＥ法によりＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓＰ量子井
戸層７２、ｐ型ＩｎＰクラッド層６０の一部を順次形成
する（図１１（ｄ１）、図１１（ｄ２））。このとき、
λ／４シフトＤＦＢレーザ４０ａ、４０ｂを形成する領
域のＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＧａＡｓＰ歪量子井戸層５８
と、ＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓＰ量子井戸層７２とがつき合
わせたように接続するように成長条件を調整する。この
とき、ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＧａＡｓＰ歪量子井戸層５
８と、ＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓＰ量子井戸層７２との接続
面が、後に形成する光導波路５２ａ、５２ｂ端部に対し
て垂直になるようにしているが、接続面での反射を低減
するために、光導波路５２ａ、５２ｂ端部に対して接続
面を傾いているようにしてもよい。

【０１００】次に、マスクとして用いた酸化シリコン薄
膜７６を除去し、残りのｐ型ＩｎＰクラッド層６０、ｐ
型ＩｎＧａＡｓコンタクト層６２を全面に形成する（図
１１（ｅ１）、図１１（ｅ２））。ｐ型ＩｎＧａＡｓコ
ンタクト層６２は、その後、ｐ側電極６８ａ、６８ｂ、
４８ａ、４８ｂを形成する領域近傍を残して、ＩｎＰを
選択的に溶かす溶液（例えば、硫酸、過酸化水素、水の
混合液）でエッチングして除去する。

【０１０１】次いで、上記の基板表面に光導波路パター
ンを窒化シリコン薄膜７８で形成する。この窒化シリコ
ン薄膜７８をマスクとしてｐ型ＩｎＰクラッド層６０ま
でエッチングし、リッジ構造を形成する（図１２（ａ
１）、図１２（ａ２）、図１２（ａ３））。このエッチ
ングには、例えば四塩化珪素をエッチングガスとするＲ
ＩＥを用いる。

【０１０２】続いて、λ／４シフトＤＦＢレーザ４０
ａ、４０ｂを形成する領域上に酸化シリコン等のマスク
８０を形成して更にドライエッチングを行い、λ／４シ
フトＤＦＢレーザ４０ａ、４０ｂを形成する領域のリッ
ジ構造を保持しつつ、マッハ・ツェンダ型変調器４２、
光導波路５２ａ、５２ｂ、５４ａ、５４ｂを形成する光
導波路パターンの領域をハイメサ構造に加工する（図１
２（ｂ１）、図１２（ｂ２）、図１２（ｂ３））。

【０１０３】上述のエッチング終了後、マスク８０及び
窒化シリコン膜７８を除去し、全面を酸化シリコン膜６
４で被覆する。続いて、λ／４シフトＤＦＢレーザ４０
ａ、４０ｂを形成する領域のリッジ構造の両側と、ハイ
メサ構造の両側にポリイミド層６６を充填する（図１２
（ｃ１）、図１２（ｃ２）、図１２（ｃ３））。尚、図
１２（ｃ１）の平面図では、便宜的に光導波路構造を示
している。

【０１０４】続いて、λ／４シフトＤＦＢレーザ４０
ａ、４０ｂ及びマッハ・ツェンダ型変調器４２のｐ側電
極６８ａ、６８ｂ、４８ａ、４８ｂを形成する領域の酸
化シリコン膜６４を除去し、各領域にｐ側電極６８ａ、
６８ｂ、４８ａ、４８ｂを形成する。ｐ側電極として
は、例えばＴｉ／Ｐｔ／Ａｕを用いることができる。そ
の後、ｎ型ＩｎＰ基板３８下部を研磨して１００μｍ程
度の厚さにし、ｎ型ＩｎＰ基板３８下部にｎ側電極７０
を形成する（図１２（ｄ１）、図１２（ｄ２）、図１２
（ｄ３））。ｎ側電極としては、ＡｕＧｅ／Ａｕを用い
ることができる。尚、図１２（ｄ１）の平面図では、便
宜的に光導波路構造を示している。

【０１０５】最後に、上記のようにして形成された素子
を劈開し、素子のλ／４シフトＤＦＢレーザ４０ａ、４
０ｂ側端面と反対側端面に無反射コート膜５６ａ、５６
ｂを形成する。なお、反射率低減の観点から、このとき
の素子の劈開面に対して光導波路５４ａ、５４ｂ端部が
垂直になるのではなく、５〜７度程度垂直からずれるよ
うに形成することが望ましい。こうして、光半導体素子
の製造を終了する。

【０１０６】このように、本実施形態によれば、複数の
半導体レーザを２入力２出力構成の光カプラーを介して
マッハ・ツェンダ型変調器に接続するので、光損失を低
減し、大きな光出力を得ることができる。

【０１０７】また、複数の半導体レーザとマッハ・ツェ
ンダ型変調器とが同一基板上に一体として集積化されて
いるので、半導体レーザから光カプラーまでの光導波路
等における光伝送の際に生じる光損失を最小限に抑える
ことができる。また、システムの全体構成を小型化する
ことができ、低コスト化を図ることができる。

【０１０８】なお、本実施形態では、２つのλ／４シフ
トＤＦＢレーザ４０ａ、４０ｂを光源として用いている
が、光源の数は２つに限定されるものではない。第１実
施形態による光半導体素子と同様に、複数のλ／４シフ
トＤＦＢレーザを並列或いは直列に設けて用いることが
可能である。

【０１０９】また、本実施形態では、λ／４シフトＤＦ
Ｂレーザ４０ａ、４０ｂの発振波長を異なる値に設定し
ているが、これらの発振波長を同一の値に設定してもよ
い。λ／４シフトＤＦＢレーザ４０ａ、４０ｂの発振波
長を同一の値に設定することにより得られる効果につい
て以下に述べる。

【０１１０】第１実施形態において述べた場合と同様
に、マッハ・ツェンダ型変調器４２による変調条件を同
一にすると、λ／４シフトＤＦＢレーザ４０ａを駆動し
たときの変調光と、λ／４シフトＤＦＢレーザ４０ｂを
駆動したときの変調光とは相補的な波形パターンとな
る。一方、マッハ・ツェンダ型変調器４２では、電圧印
加による光導波路の屈折率変化とともにマッハ・ツェン
ダ型変調器４２から光が出射されるオン状態から出射さ
れないオフ状態になる場合には、光の波長成分の幅が広
がる正のチャープが起こる。一方、光がオフ状態からオ
ン状態になる場合には、光の波長成分の幅が小さくなる
負のチャープが起こる。このため、λ／４シフトＤＦＢ
レーザ４０ａ、４０ｂのどちらを駆動するかによって、
変調時のチャーピングの状態も変化する。従って、λ／
４シフトＤＦＢレーザ４０ａ、４０ｂの発振波長を同一
の値に設定することにより、同一波長の変調光で適切な
チャーピングの状態のものを選択して出射することが可
能となる。

【０１１１】また、製造状況によっては、λ／４シフト
ＤＦＢレーザ４０ａ、４０ｂから出射されたレーザ光が
伝搬する光導波路が完全に同一に作製されないことがあ
る。この場合、光導波路間の位相差を完全に制御するこ
とができず、ばらつきが生じてしまう。このような場合
には、マッハ・ツェンダ型変調器４２に電圧を印加しな
い状態で、同一波長のλ／４シフトＤＦＢレーザ４０
ａ、４０ｂを駆動した場合の光出力の比を測定する。こ
れにより、光導波路間の位相差のずれの程度を、変調を
かけることなくある程度評価することが可能となる。

【０１１２】また、作製した光半導体素子が設計からず
れた場合には、マッハ・ツェンダ型変調器４２の電極４
８ａ、４８ｂにバイアス電圧を印加することにより動作
点を調整することとなる。このような場合、同一波長の
λ／４シフトＤＦＢレーザ４０ａ、４０ｂのうち最適動
作点に近いものを選択することにより、動作点を調整す
るために印加する電圧を低減することが可能となる。

【０１１３】また、λ／４シフトＤＦＢレーザ４０ａ、
４０ｂの発振波長を同一の値に設定することにより、ど
ちらか一方を予備の光源とすることができる。

【０１１４】［第４実施形態］本発明の第４実施形態に
よる光半導体素子について図１３乃至図１５を用いて説
明する。図１３は、本実施形態による光半導体素子の構
造を示す図、図１４及び図１５は、光半導体素子の製造
方法を示す工程図である。なお、第３実施形態による光
半導体素子と同一の構成要素には同一の符号を付し説明
を省略又は簡潔にする。

【０１１５】本実施形態による光半導体素子は、ＩｎＧ
ａＡｓＰ／ＩｎＰ系材料により構成され、光源として２
つのλ／４シフトＤＦＢレーザを用い、更に半導体光増
幅器によって変調光の増幅を行うものである。

【０１１６】まず、本実施形態による光半導体素子の構
造について図１３を用いて説明する。図１３（ａ）は、
本実施形態による光半導体素子の構造を示す平面図、図
１３（ｂ）は図１３（ａ）のａ−ａ′線断面図、図１３
（ｃ）は図１３（ａ）のｂ−ｂ′線断面図、図１３
（ｄ）は図１３（ａ）のｃ−ｃ′線断面図である。

【０１１７】本実施形態による光半導体素子では、図１
３（ａ）に示すように、ｎ型ＩｎＰ基板３８の一端側
に、２つのλ／４シフトＤＦＢレーザ４０ａ、４０ｂが
設けられている。ｎ型ＩｎＰ基板３８の中央には、マッ
ハ・ツェンダ型変調器４２が設けられている。

【０１１８】マッハ・ツェンダ型変調器４２は、２つの
入力ポートと２つの出力ポートとを有する２×２ＭＭＩ
光カプラー４４と、２×２ＭＭＩ光カプラー４４の２つ
の出力ポートにそれぞれ接続された光導波路４６ａ、４
６ｂと、光導波路４６ａ、４６ｂ上にそれぞれ設けられ
たｐ側電極４８ａ、４８ｂと、光導波路４６ａ、４６ｂ
がそれぞれ接続された２つの入力ポートと２つの出力ポ
ートとを有する２×２ＭＭＩ光カプラー５０とから構成
されている。

【０１１９】２×２ＭＭＩ光カプラー４４の２つの入力
ポートには、光導波路５２ａ、５２ｂを介してλ／４シ
フトＤＦＢレーザ４０ａ、４０ｂがそれぞれ接続され、
λ／４シフトＤＦＢレーザ４０ａ、４０ｂから出射され
たレーザ光が、マッハ・ツェンダ型変調器４２に入射さ
れる。

【０１２０】２×２ＭＭＩ光カプラー５０の２つの出力
ポートには、素子端部まで設けられた光導波路５４ａ、
５４ｂがそれぞれ接続されている。光導波路５４ａの終
端には、吸収部８４が設けられており、光導波路５４ａ
からはレーザ光が出射されないようになっている。光導
波路５４ｂの素子端部側から、マッハ・ツェンダ型変調
器４２によって変調されたレーザ光が出射されるように
なっている。光導波路５４ｂには、マッハ・ツェンダ型
変調器４２によって変調されたレーザ光を増幅する半導
体光増幅器８２が設けられている。

【０１２１】このように構成された光半導体素子には、
λ／４シフトＤＦＢレーザ４０ａ、４０ｂ側の端面と、
光導波路５４ａ、５４ｂ側の端面に、無反射コート膜５
６ａ、５６ｂが形成されている。

【０１２２】上記の光導波路構造は、図１３（ａ）の平
面図では便宜的に表したものである。以下に、各構成部
分の断面構造について説明する。

【０１２３】まず、λ／４シフトＤＦＢレーザ４０ａ、
４０ｂが設けられている部分の断面構造について図１３
（ｂ）を用いて説明する。

【０１２４】図１３（ｂ）に示すように、ｎ型ＩｎＰ基
板３８上に、ＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓ歪多重量子井戸層５
８が設けられている。

【０１２５】ＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓ歪多重量子井戸層５
８と接するｎ型ＩｎＰ基板３８の表面のλ／４シフトＤ
ＦＢレーザ４０ａ、４０ｂが設けられる領域には、λ／
４の位相シフトを設けた回折格子（図示せず）が形成さ
れている。それらの回折格子の周期は互いに異なってお
り、λ／４シフトＤＦＢレーザ４０ａ、４０ｂの発振波
長は互いに異なったものに設定されている。

【０１２６】ＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓ歪多重量子井戸層５
８上には、２μｍ厚のｐ型ＩｎＰクラッド層６０と、ｐ
型ＩｎＧａＡｓコンタクト層６２とが順次形成されてい
る。

【０１２７】ｎ型ＩｎＰ基板３８、ＩｎＰ／ＩｎＧａＡ
ｓ歪多重量子井戸層５８、ｐ型ＩｎＰクラッド層６０、
ｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層６２は、２つのハイメサ
構造を有するように形成されている。

【０１２８】上述のハイメサ構造両側のｎ型ＩｎＰ基板
３８上には、高抵抗ＩｎＰ層８６が形成されている。高
抵抗ＩｎＰ層８６上には、酸化シリコン薄膜６４が形成
されている。酸化シリコン薄膜６４上には、ハイメサ構
造上のｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層７６と接するよう
にｐ側電極６８ａ、６８ｂが形成されている。ｎ型Ｉｎ
Ｐ基板３８の他方の面にはｎ側電極７０が形成されてい
る。こうして、λ／４シフトＤＦＢレーザ４０ａ、４０
ｂが形成されている。

【０１２９】上述したλ／４シフトＤＦＢレーザ４０
ａ、４０ｂ以外のマッハ・ツェンダ型変調器４２、光導
波路５２ａ、５２ｂ、５４ａ、５４ｂは、ｐ型ＩｎＧａ
Ａｓコンタクト層６２の有無を除き、同一の断面構造を
有している。これらの断面構造について、マッハ・ツェ
ンダ型変調器４２が設けられている部分の断面構造を例
に図８（ｃ）を用いて説明する。

【０１３０】図８（ｃ）に示すように、ｎ型ＩｎＰ基板
３８上に、ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ量子井戸層７２が形
成されている。ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ量子井戸層７２
上には、ｐ型ＩｎＰクラッド層６０と、ｐ型ＩｎＧａＡ
ｓコンタクト層６２とが順次形成されている。

【０１３１】ｎ型ＩｎＰ基板３８、ＩｎＧａＡｓＰ／Ｉ
ｎＰ量子井戸層７２、ｐ型ＩｎＰクラッド層６０、ｐ型
ＩｎＧａＡｓコンタクト層６２は、２つのハイメサ構造
を有するように形成され、それぞれ光導波路４６ａ、４
６ｂを構成している。

【０１３２】上述のハイメサ構造両側のｎ型ＩｎＰ基板
３８上には、高抵抗ＩｎＰ層８６が形成されている。高
抵抗ＩｎＰ層８６上には、酸化シリコン薄膜６４が形成
されている。酸化シリコン薄膜６４上には、ハイメサ構
造上のｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層６２と接するよう
にｐ側電極４８ａ、４８ｂが形成されている。ｎ型Ｉｎ
Ｐ基板３８の他方の面にはｎ側電極７０が形成されてい
る。こうして、マッハ・ツェンダ型変調器４２が形成さ
れている。

【０１３３】次に、半導体光増幅器８２及び吸収部８４
の断面構造について図１３（ｄ）を用いて説明する。

【０１３４】図１３（ｄ）に示すように、ｎ型ＩｎＰ基
板３８上に、ＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓ歪多重量子井戸層５
８が形成されている。ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ量子井戸
層７２上には、ｐ型ＩｎＰクラッド層６０が形成されて
いる。

【０１３５】半導体光増幅器８２となる部分は、ｎ型Ｉ
ｎＰ基板３８、ＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓ歪多重量子井戸層
５８、ｐ型ＩｎＰクラッド層６０がハイメサ構造となっ
ている。ハイメサ構造となっているｐ型ＩｎＰクラッド
層６０上には、ｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層６２が形
成されている。なお、ｎ型ＩｎＰ基板３８の表面の半導
体光増幅器８２が設けられる領域には、λ／４の位相シ
フトを設けた回折格子が形成されておらず、λ／４シフ
トＤＦＢレーザ４０ａ、４０ｂとなるハイメサ構造とは
異なっている。このハイメサ構造両側のｎ型ＩｎＰ基板
３８上には、高抵抗ＩｎＰ層８６が形成されている。

【０１３６】吸収部８４となる部分は、ＩｎＰ／ＩｎＧ
ａＡｓ歪多重量子井戸層５８、ｐ型ＩｎＰクラッド層６
０が残されている。

【０１３７】上述の構造の全面には、ｐ型ＩｎＧａＡｓ
コンタクト層６２上を除き、酸化シリコン膜６４が形成
されている。酸化シリコン膜６４上には、ｐ型ＩｎＧａ
Ａｓコンタクト層６２と接するようにｐ側電極８８が設
けられている。ｎ型ＩｎＰ基板３８の他方の面にはｎ側
電極７０が形成されている。こうして、半導体光増幅器
８２及び吸収部８４が形成されている。

【０１３８】上述のように、本実施形態による光半導体
素子は、モノリシックに一体化されているので、システ
ムの全体構成を小型化することができ、低コスト化が可
能である。

【０１３９】次に本実施形態による光半導体素子の変調
方法について説明する。

【０１４０】本実施形態による光半導体素子は、第３実
施形態による光半導体素子と同様に変調することができ
る。また、本実施形態による光半導体素子では、光導波
路５４ａに吸収部８４が設けられ、光導波路５４ｂ端部
に半導体光増幅器８２が設けられている。

【０１４１】第４実施形態による光半導体素子は、マッ
ハ・ツェンダ型変調器４２がオンの時もオフの時も、λ
／４シフトＤＦＢレーザ４０ａ、４０ｂを駆動すると、
光導波路５４ａ、５４ｂからレーザ光が出射され得るも
のであった。

【０１４２】これに対し、本実施形態による光半導体素
子は、半導体光増幅器８２及び吸収層８４により、オフ
時のレーザ光が吸収され、また、光導波路内を伝搬する
レーザ光が、光導波路の曲がり等によって散乱して生じ
る迷光も除去されるので、オン時にのみレーザ光が出射
されるものとなっている。

【０１４３】また、半導体光増幅器８２によって、マッ
ハ・ツェンダ型変調器４２による変調光を増幅すること
が可能であり、更に高い光出力を得ることが可能であ
る。

【０１４４】しかし、λ／４シフトＤＦＢレーザ４０
ａ、４０ｂのどちらか一方を駆動する通常の方法では、
マッハ・ツェンダ型変調器４２によって変調されたレー
ザ光が半導体光増幅器８２に入射するためにパターン効
果が生ずることとなる。このため、このような変調光を
データ伝送等の信号光として使用するためには、半導体
光増幅器８２の出力限界であるＣＷ（Continuous Wav
e）光が入射した時の飽和出力から、マーク率による３
ｄＢの低下も合わせて１０ｄＢ近く変調光の平均光出力
を低減しなければならない。このように、λ／４シフト
ＤＦＢレーザ４０ａ、４０ｂのどちらか一方を駆動する
通常の方法では、大きな光出力を得ることが困難である
という問題が生じる。

【０１４５】上述の問題は、第２実施形態において述べ
た、変調光の波形パターンの相補的な関係を利用した変
調方法を適用することにより解決することができる。

【０１４６】例えば、λ／４シフトＤＦＢレーザ４０ａ
の発振波長を１５５０．１２ｎｍとし、λ／４シフトＤ
ＦＢレーザ４０ｂの発振波長を１５４８．５１ｎｍと設
定する。これらのλ／４シフトＤＦＢレーザ４０ａ、４
０ｂを同一出力で駆動し、マッハ・ツェンダ型変調器４
２による変調を行う。λ／４シフトＤＦＢレーザ４０
ａ、４０ｂより出射されたレーザ光は、相補的な波形パ
ターンで変調される。この結果、半導体光増幅器８２へ
の全入射光は、ほぼ一定の光強度となり、半導体光増幅
器８２におけるパターン効果が抑制される。

【０１４７】続いて、半導体光増幅器８２により増幅さ
れ出射された光から、１５５０．１２ｎｍの波長成分を
波長フィルタによって濾波する。これにより、ピーク強
度１０ｍＷ以上の変調光が得られる。なお、このような
波長フィルタは、予め光半導体素子自身に集積しておい
てもよい。尚、半導体光増幅器を用いる場合には、半導
体光増幅器自身の発光であるＡＳＥ（Amplified Sponta
neous Emission）光を除去するためのフィルタが必要と
なるので、このフィルタを上記の用途に流用することも
できる。

【０１４８】次に、本実施形態による光半導体素子の製
造方法について図１４及び図１５を用いて説明する。図
１４（ａ１）乃至図１４（ｅ１）及び図１５（ａ１）乃
至図１５（ｄ１）は、光半導体素子の製造方法を示す平
面図、図１４（ａ２）乃至図１４（ｅ２）は、それぞれ
図１４（ａ１）乃至図１４（ｅ１）のａ−ａ′線断面
図、図１５（ａ２）乃至図１５（ｄ２）は、それぞれ図
１５（ａ１）乃至図１５（ｄ１）のｂ−ｂ′線断面図、
図１５（ａ３）乃至図１５（ｄ３）は、それぞれ図１４
（ａ１）乃至図１４（ｄ１）のｃ−ｃ′線断面図であ
る。

【０１４９】まず、ｎ型ＩｎＰ基板３８上にレジストを
塗布する。次いで、λ／４シフトＤＦＢレーザ４０ａ、
４０ｂを形成する領域上のレジストに電子ビーム露光法
等を用いてλ／４シフトを有する回折格子パターンを形
成する。れらの回折格子の周期を互いに異なったものと
し、λ／４シフトＤＦＢレーザ４０ａ、４０ｂの発振波
長を互いに異なったものとなるようにする。

【０１５０】続いて、例えばエタンをエッチングガスと
するＲＩＥ等のドライエッチングにより、上述の回折格
子パターンをｎ型ＩｎＰ基板３８上に転写してλ／４シ
フト領域７４ａ、７４ｂを形成した後、レジストを除去
する（図１４（ａ１）、図１４（ａ２））。

【０１５１】次いで、λ／４シフト領域７４ａ、７４ｂ
を設けたｎ型ＩｎＰ基板３８の全面に、ＭＯＶＰＥ法を
用いて、ｎ型ＩｎＧａＡｓＰガイド層、ＳＣＨ層、１％
圧縮歪ＩｎＧａＡｓＰ井戸層７層を形成して、ＩｎＧａ
ＡｓＰ／ＩｎＰ歪多重量子井戸層５８を形成する。続い
て、ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ歪多重量子井戸層５８上に
ｐ型ＩｎＰクラッド層６０の一部を形成する（図１４
（ｂ１）、図１４（ｂ２））。

【０１５２】次に、ｐ型ＩｎＰクラッド層６０上に酸化
シリコン薄膜７６を形成する。続いて、フォトリソグラ
フィーにより、λ／４シフトＤＦＢレーザ４０ａ、４０
ｂ、半導体光増幅器８２、吸収部８４を形成する領域以
外の酸化シリコン薄膜７６を除去する。この酸化シリコ
ン薄膜７６をマスクとして、マッハ・ツェンダ型変調器
４２、光導波路５２ａ、５２ｂ、５４ａ、５４ｂを形成
する領域のｐ型ＩｎＰクラッド層６０及びＩｎＧａＡｓ
Ｐ／ＩｎＰ歪多重量子井戸層５８を、ウエットエッチン
グにより除去する（図１４（ｃ１）、図１４（ｃ
２））。

【０１５３】次に、ｐ型ＩｎＰクラッド層６０及びＩｎ
ＧａＡｓＰ／ＩｎＰ歪多重量子井戸層５８をウエットエ
ッチングにより除去した領域のｎ型ＩｎＰ基板３８上
に、ＭＯＶＰＥ法によりＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓＰ量子井
戸層７２、ｐ型ＩｎＰクラッド層６０の一部を順次形成
する（図１４（ｄ１）、図１４（ｄ２））。このとき、
λ／４シフトＤＦＢレーザ４０ａ、４０ｂ、半導体光増
幅器８２、吸収部８４を形成する領域のＩｎＧａＡｓＰ
／ＩｎＧａＡｓＰ歪量子井戸層５８と、ＩｎＰ／ＩｎＧ
ａＡｓＰ量子井戸層７２とがつき合わせたように接続す
るように成長条件を調整する。

【０１５４】次に、マスクとして用いた酸化シリコン薄
膜７６を除去し、残りのｐ型ＩｎＰクラッド層６０、ｐ
型ＩｎＧａＡｓコンタクト層６２を全面に形成する（図
１４（ｅ１）、図１４（ｅ２））。

【０１５５】次いで、ｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層６
２上に光導波路パターンを窒化シリコン薄膜７８で形成
する。この窒化シリコン薄膜７８をマスクとしてｎ型Ｉ
ｎＰ基板３８までエッチングし、ハイメサ構造を形成す
る（図１５（ａ１）、図１５（ａ２）、図１５（ａ
３））。このエッチングには、例えば四塩化珪素をエッ
チングガスとするＲＩＥを用いる。

【０１５６】上述のエッチング終了後、窒化シリコン膜
７８を選択成長マスクとして、ハイメサ構造を形成する
ことにより露出したｎ型ＩｎＰ基板３８上に、高抵抗Ｉ
ｎＰ層８６を形成する（図１５（ｂ１）、図１５（ｂ
２）、図１５（ｂ３））。

【０１５７】続いて、窒化シリコン膜７８を除去し、全
面に酸化シリコン膜６４を形成する（図１５（ｃ１）、
図１５（ｃ２）、図１５（ｃ３））。尚、図１５（ｃ
１）の平面図では、便宜的に光導波路構造を示してい
る。

【０１５８】続いて、λ／４シフトＤＦＢレーザ４０
ａ、４０ｂ、マッハ・ツェンダ型変調器４２、半導体光
増幅器８２それぞれのｐ側電極６８ａ、６８ｂ、４８
ａ、４８ｂ、８８を形成する領域の酸化シリコン膜６４
を除去し、各領域にｐ側電極６８ａ、６８ｂ、４８ａ、
４８ｂ、８８を形成する。ｐ側電極としては、例えばＴ
ｉ／Ｐｔ／Ａｕを用いることができる。その後、ｎ型Ｉ
ｎＰ基板３８下部を研磨して１００μｍ程度の厚さに
し、ｎ型ＩｎＰ基板３８下部にｎ側電極７０を形成する
（図１５（ｄ１）、図１５（ｄ２）、図１５（ｄ
３））。ｎ側電極としては、ＡｕＧｅ／Ａｕを用いるこ
とができる。尚、図１５（ｄ１）の平面図では、便宜的
に光導波路構造を示している。

【０１５９】最後に、上記のようにして形成された素子
を劈開し、素子のλ／４シフトＤＦＢレーザ４０ａ、４
０ｂ側端面と反対側端面に無反射コート膜５６ａ、５６
ｂを形成する。こうして、光半導体素子の製造を終了す
る。

【０１６０】このように、本実施形態によれば、複数の
半導体レーザを２入力２出力構成の光カプラーを介して
マッハ・ツェンダ型変調器に接続するので、光損失を低
減し、大きな光出力を得ることができる。また、異なる
発振波長のλ／４シフトＤＦＢレーザを同時に駆動し、
それらの出射光をマッハ・ツェンダ型変調器により同時
に変調して半導体光増幅器に入射するので、パターン効
果を生じることなく半導体光増幅器によって変調光を増
幅することができる。

【０１６１】また、複数の半導体レーザとマッハ・ツェ
ンダ型変調器とが同一基板上に一体として集積化されて
いるので、半導体レーザから光カプラーまでの光導波路
等における光伝送の際に生じる光損失を最小限に抑える
ことができる。また、システムの全体構成を小型化する
ことができ、低コスト化を図ることができる。

【０１６２】なお、本実施形態では、２つのλ／４シフ
トＤＦＢレーザ４０ａ、４０ｂを光源として用いている
が、光源の数は２つに限定されるものではない。第１実
施形態による光半導体素子と同様に、複数のλ／４シフ
トＤＦＢレーザを並列或いは直列に設けて用いることが
可能である。

【０１６３】［変形実施形態］本発明の上記実施形態に
限らず種々の変形が可能である。

【０１６４】第３及び第４実施形態では、光半導体素子
の材料をＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ系のものとしたが、こ
れに限定されるものではなく、ＩｎＡｌＧａＡｓ／Ｉｎ
Ｐ系などの他の材料系を用いてもよい。また、各層の膜
厚、組成等も適宜変更することができる。

【０１６５】また、第３及び第４実施形態では、光源と
してλ／４シフトＤＦＢレーザ４０ａ、４０ｂを用いて
いるが、ＤＢＲレーザや利得結合ＤＦＢレーザ等の他の
構造のものを用いてもよい。

【０１６６】また、第３及び第４実施形態では、マッハ
・ツェンダ型変調器４２の入射側及び出射側に２×２Ｍ
ＭＩ光カプラー４４、５０を用いているが、それらの代
わりに、方向性結合器やＹ分岐等を光カプラーとして用
いてもよい。

【０１６７】また、第３及び第４実施形態では、λ／４
シフトＤＦＢレーザ４０ａ、４０ｂやマッハ・ツェンダ
型変調器４２等の光導波路構造として、ＳＩ−ＢＨ（Se
mi Insulating−Buried Heterostructure）構造或いは
ハイメサ構造としているが、これらに限定されるもので
はない。光導波路構造として、例えば、ＳＩ−ＰＢＨ
（Semi Insulating−Planar Buried Heterostructure）
構造や埋込リッジ構造等を用いてもよい。また、マッハ
・ツェンダ型変調器４２をリッジ構造等の他の構造とし
てもよい。また、マッハ・ツェンダ型変調器４２による
変調方法等に応じて、光導波路間に光路長差を設けても
よい。

【０１６８】また、第３及び第４実施形態では、基板と
してｎ型ＩｎＰ基板３８を用い、電極構造を集中定数型
としているが、ｎ型ＩｎＰ基板３８の代わりにＦｅをド
ープしたＩｎＰ基板等の高抵抗基板を用いて電極構造を
進行波型としてもよい。

【０１６９】また、上記実施形態では、光源であるレー
ザダイオード又はλ／４シフトＤＦＢレーザと、マッハ
・ツェンダ型変調器とを同一基板に形成したモノリシッ
ク型の光半導体素子となっているが、モノリシック型に
限定されるものではない。例えば、レーザダイオード又
はλ／４シフトＤＦＢレーザを、マッハ・ツェンダ型変
調器を形成した基板とは別個の基板に形成し、それぞれ
を光学的に接続してよい。

【０１７０】また、上記実施形態では、マッハ・ツェン
ダ型変調器の２つの光導波路の両方に電極を設けて変調
しているが、駆動するレーザが接続されたマッハ・ツェ
ンダ型変調器の入射側の光カプラーの入力ポートや、変
調方法等に応じて、光導波路の一方だけに電極を設けた
ものであってもよい。

【０１７１】［付記］ （付記１） 第１の入力ポート及び第２の入力ポート
と、第１の出力ポート及び第２の出力ポートとを有する
第１の光カプラーと、第１の入力ポート及び第２の入力
ポートと、出力ポートとを有する第２の光カプラーと、
前記第１の光カプラーの第１の出力ポートに一端が接続
され、前記第２の光カプラーの第１の入力ポートに他端
が接続された第１の光導波路と、前記第１の光カプラー
の第２の出力ポートに一端が接続され、前記第２の光カ
プラーの第２の入力ポートに他端が接続された第２の光
導波路と、前記第１の光導波路及び／又は前記第２の光
導波路に電圧を印加する電極と、前記第１の光カプラー
の第１の入力ポートにレーザ光を入射する第１のレーザ
部と、前記第１の光カプラーの第２の入力ポートにレー
ザ光を入射する第２のレーザ部とをモノリシックに一体
化したことを特徴とする光半導体素子。

【０１７２】（付記２） 付記１記載の光半導体素子に
おいて、前記電極は、前記第１の光導波路に電圧を印加
する第１の電極と、前記第２の光導波路に電圧を印加す
る第２の電極とを有することを特徴とする光半導体素
子。

【０１７３】（付記３） 付記１又は２記載の光半導体
素子において、前記第２の光カプラーは、他の出力ポー
トを更に有し、前記第２の光カプラーの前記他の出力ポ
ートから出射されるレーザ光を吸収する吸収部を更に有
することを特徴とする光半導体素子。

【０１７４】（付記４） 付記１乃至３のいずれかに記
載の光半導体素子において、前記第１のレーザ部は、発
振波長の異なる複数の半導体レーザが直列に設けられて
おり、前記第２のレーザ部は、発振波長の異なる複数の
半導体レーザが直列に設けられていることを特徴とする
光半導体素子。

【０１７５】（付記５） 付記１乃至３のいずれかに記
載の光半導体素子において、前記第１のレーザ部は、発
振波長の異なる複数の半導体レーザと、前記複数の半導
体レーザから出射するレーザ光を結合する光カプラーと
を有し、前記第２のレーザ部は、発振波長の異なる複数
の半導体レーザと、前記複数の半導体レーザから出射す
るレーザ光を結合する光カプラーとを有することを特徴
とする光半導体素子。

【０１７６】（付記６） 付記１乃至５のいずれかに記
載の光半導体素子において、前記第２の光カプラーの前
記出力ポートから出射されるレーザ光を増幅する光増幅
部を更に有することを特徴とする光半導体素子。

【０１７７】（付記７） 付記６記載の光半導体素子
と、前記光半導体素子の前記光増幅部により増幅された
レーザ光のうち所定の波長成分を透過する波長フィルタ
とを有することを特徴とする光変調装置。

【０１７８】（付記８） 第１の入力ポート及び第２の
入力ポートと、第１の出力ポート及び第２の出力ポート
とを有する第１の光カプラーと、第１の入力ポート及び
第２の入力ポートと、出力ポートとを有する第２の光カ
プラーと、前記第１の光カプラーの第１の出力ポートに
一端が接続され、前記第２の光カプラーの第１の入力ポ
ートに他端が接続された第１の光導波路と、前記第１の
光カプラーの第２の出力ポートに一端が接続され、前記
第２の光カプラーの第２の入力ポートに他端が接続され
た第２の光導波路と、前記第１の光導波路及び／又は前
記第２の光導波路に電圧を印加する電極とを有する光半
導体素子の変調方法であって、前記電極により前記第１
の光導波路及び／又は前記第２の光導波路に変調信号電
圧を印加することにより、前記第１の光カプラーの第１
の入力ポート又は第２の入力ポートに入射するレーザ光
を変調し、前記第２の光カプラーの出力ポートから出射
することを特徴とする光半導体素子の変調方法。

【０１７９】（付記９） 第１の入力ポート及び第２の
入力ポートと、第１の出力ポート及び第２の出力ポート
とを有する第１の光カプラーと、第１の入力ポート及び
第２の入力ポートと、出力ポートとを有する第２の光カ
プラーと、前記第１の光カプラーの第１の出力ポートに
一端が接続され、前記第２の光カプラーの第１の入力ポ
ートに他端が接続された第１の光導波路と、前記第１の
光カプラーの第２の出力ポートに一端が接続され、前記
第２の光カプラーの第２の入力ポートに他端が接続され
た第２の光導波路と、前記第１の光導波路に電圧を印加
する第１の電極と、前記第２の光導波路に電圧を印加す
る第２の電極とを有する光半導体素子の変調方法であっ
て、前記第１の電極により前記第１の光導波路にバイア
ス電圧を印加し、前記第２の電極により前記第２の光導
波路に変調信号を印加することにより、前記第１の光カ
プラーの第１の入力ポート又は第２の入力ポートに入射
するレーザ光を変調し、前記第２の光カプラーの出力ポ
ートから出射することを特徴とする光半導体素子の変調
方法。

【０１８０】（付記１０） 第１の入力ポート及び第２
の入力ポートと、第１の出力ポート及び第２の出力ポー
トとを有する第１の光カプラーと、第１の入力ポート及
び第２の入力ポートと、出力ポートとを有する第２の光
カプラーと、前記第１の光カプラーの第１の出力ポート
に一端が接続され、前記第２の光カプラーの第１の入力
ポートに他端が接続された第１の光導波路と、前記第１
の光カプラーの第２の出力ポートに一端が接続され、前
記第２の光カプラーの第２の入力ポートに他端が接続さ
れた第２の光導波路と、前記第１の光導波路に電圧を印
加する第１の電極と、前記第２の光導波路に電圧を印加
する第２の電極とを有する光半導体素子の変調方法であ
って、前記第１の電極により前記第１の光導波路に変調
信号を印加し、前記第２の電極により前記第２の光導波
路に前記変調信号の反転信号を印加することにより、前
記第１の光カプラーの第１の入力ポート又は第２の入力
ポートに入射するレーザ光を変調し、前記第２の光カプ
ラーの出力ポートから出射することを特徴とする光半導
体素子の変調方法。

【０１８１】（付記１１） 第１の入力ポート及び第２
の入力ポートと、第１の出力ポート及び第２の出力ポー
トとを有する第１の光カプラーと、第１の入力ポート及
び第２の入力ポートと、出力ポートとを有する第２の光
カプラーと、前記第１の光カプラーの第１の出力ポート
に一端が接続され、前記第２の光カプラーの第１の入力
ポートに他端が接続された第１の光導波路と、前記第１
の光カプラーの第２の出力ポートに一端が接続され、前
記第２の光カプラーの第２の入力ポートに他端が接続さ
れた第２の光導波路と、前記第１の光導波路に電圧を印
加する第１の電極と、前記第２の光導波路に電圧を印加
する第２の電極と、前記第２の光カプラーの前記出力ポ
ートから出射されるレーザ光を増幅する光増幅部とを有
する光半導体素子の変調方法であって、前記第１の電極
により前記第１の光導波路に変調信号電圧を印加するこ
とにより、前記第１の光カプラーの第１の入力ポートに
入射する第１のレーザ光を変調して前記光増幅部に入射
し、前記第２の電極により前記第２の光導波路に前記変
調信号電圧の反転信号を印加することにより、前記第１
の光カプラーの第２の入力ポートに入射する第２のレー
ザ光を変調して前記光増幅部に入射し、前記光増幅器に
より増幅されたレーザ光から、前記第１のレーザ光又は
前記第２のレーザ光の波長成分を波長フィルタにより濾
波することにより、前記第１のレーザ光又は前記第２の
レーザ光を変調することを特徴とする光半導体素子の変
調方法。

【０１８２】

【発明の効果】以上の通り、本発明によれば、第１の入
力ポート及び第２の入力ポートと、第１の出力ポート及
び第２の出力ポートとを有する第１の光カプラーと、第
１の入力ポート及び第２の入力ポートと、出力ポートと
を有する第２の光カプラーと、第１の光カプラーの第１
の出力ポートに一端が接続され、第２の光カプラーの第
１の入力ポートに他端が接続された第１の光導波路と、
第１の光カプラーの第２の出力ポートに一端が接続さ
れ、第２の光カプラーの第２の入力ポートに他端が接続
された第２の光導波路と、第１の光導波路及び／又は第
２の光導波路に電圧を印加する電極と、第１の光カプラ
ーの第１の入力ポートにレーザ光を入射する第１のレー
ザ部と、第１の光カプラーの第２の入力ポートにレーザ
光を入射する第２のレーザ部とを有するので、光損失を
低減し、大きな光出力を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態による光半導体素子の構
造を示す平面図である。

【図２】本発明の第１実施形態による光半導体素子の変
調方法を示すタイムチャート（その１）である。

【図３】本発明の第１実施形態による光半導体素子の変
調方法を示すタイムチャート（その２）である。

【図４】本発明の第１実施形態による光半導体素子にお
いてレーザダイオードを８つ並列に設けた場合を示す平
面図である。

【図５】本発明の第１実施形態による光半導体素子にお
いてレーザダイオードを３つずつ直列に設けた場合を示
す平面図である。

【図６】本発明の第２実施形態による光半導体素子の構
造を示す平面図である。

【図７】本発明の第２実施形態による光半導体素子の変
調方法を示すタイムチャートである。

【図８】本発明の第３実施形態による光半導体素子の構
造を示す図である。

【図９】本発明の第３実施形態による光半導体素子のプ
ッシュプル動作による変調方法を示すタイムチャート
（その１）である。

【図１０】本発明の第３実施形態による光半導体素子の
プッシュプル動作による変調方法を示すタイムチャート
（その２）である。

【図１１】本発明の第３実施形態による光半導体素子の
製造方法を示す工程図（その１）である。

【図１２】本発明の第３実施形態による光半導体素子の
製造方法を示す工程図（その２）である。

【図１３】本発明の第４実施形態による光半導体素子の
構造を示す図である。

【図１４】本発明の第４実施形態による光半導体素子の
製造方法を示す工程図（その１）である。

【図１５】本発明の第４実施形態による光半導体素子の
製造方法を示す工程図（その２）である。

【図１６】従来のマッハ・ツェンダ型変調器に複数の半
導体レーザを接続した光半導体素子の構造を示す平面図
である。

【符号の説明】

１０…基板 １２ａ、１２ｂ…レーザダイオード １４…マッハ・ツェンダ型変調器 １６…２×２光カプラー １８ａ、１８ｂ…光導波路 ２０ａ、２０ｂ…電極 ２２…２×１光カプラー ２４ａ、２４ｂ…光導波路 ２６…光導波路 ２８ａ、２８ｂ、２８ｃ、２８ｄ、２８ｅ、２８ｆ、２
８ｇ、２８ｈ…レーザダイオード ３０ａ、３０ｂ…４×１光カプラー ３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄ、３２ｅ、３２ｆ…レ
ーザダイオード ３４…半導体光増幅器 ３６…波長フィルタ ３８…ｎ型ＩｎＰ基板 ４０ａ、４０ｂ…λ／４シフトＤＦＢレーザ ４２…マッハ・ツェンダ型変調器 ４４…２×２ＭＭＩ光カプラー ４６ａ、４６ｂ…光導波路 ４８ａ、４８ｂ…ｐ側電極 ５０…２×２ＭＭＩ光カプラー ５２ａ、５２ｂ…光導波路 ５４ａ、５４ｂ…光導波路 ５６ａ、５６ｂ…無反射コート ５８…ＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓ歪多重量子井戸層 ６０…ｐ型ＩｎＰクラッド層 ６２…ｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層 ６４…酸化シリコン薄膜 ６６…ポリイミド層 ６８ａ、６８ｂ…ｐ側電極 ７０…ｎ側電極 ７２…ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ量子井戸層 ７４ａ、７４ｂ…λ／４シフト領域 ７６…酸化シリコン膜 ７８…窒化シリコン膜 ８０…マスク ８２…半導体光増幅器 ８４…吸収部 ８６…高抵抗ＩｎＰ層 ８８…ｐ側電極 １００ａ、１００ｂ、１００ｃ、１００ｄ、１００ｅ、
１００ｆ、１００ｇ、１００ｈ…半導体レーザ １０２…基板 １０４…光カプラー １０６…マッハ・ツェンダ型変調器 １０８…半導体光増幅器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2H047 KA01 LA11 LA18 MA07 NA04 PA06 PA21 PA24 QA02 RA08 TA05 TA35 2H079 AA02 AA12 DA16 EA05 EB04 HA11 KA07 KA18 KA20 5F073 AA64 AA74 AA83 AB04 AB11 AB21 AB28 BA01 CA12 CB02 DA05 DA22 EA13 EA24

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１の入力ポート及び第２の入力ポート
   と、第１の出力ポート及び第２の出力ポートとを有する
   第１の光カプラーと、 第１の入力ポート及び第２の入力ポートと、出力ポート
   とを有する第２の光カプラーと、 前記第１の光カプラーの第１の出力ポートに一端が接続
   され、前記第２の光カプラーの第１の入力ポートに他端
   が接続された第１の光導波路と、 前記第１の光カプラーの第２の出力ポートに一端が接続
   され、前記第２の光カプラーの第２の入力ポートに他端
   が接続された第２の光導波路と、 前記第１の光導波路及び／又は前記第２の光導波路に電
   圧を印加する電極と、 前記第１の光カプラーの第１の入力ポートにレーザ光を
   入射する第１のレーザ部と、 前記第１の光カプラーの第２の入力ポートにレーザ光を
   入射する第２のレーザ部とをモノリシックに一体化した
   ことを特徴とする光半導体素子。
2. 【請求項２】 請求項１記載の光半導体素子において、 前記電極は、前記第１の光導波路に電圧を印加する第１
   の電極と、前記第２の光導波路に電圧を印加する第２の
   電極とを有することを特徴とする光半導体素子。
3. 【請求項３】 請求項１又は２記載の光半導体素子にお
   いて、 前記第１のレーザ部は、発振波長の異なる複数の半導体
   レーザと、前記複数の半導体レーザから出射するレーザ
   光を結合する光カプラーとを有し、 前記第２のレーザ部は、発振波長の異なる複数の半導体
   レーザと、前記複数の半導体レーザから出射するレーザ
   光を結合する光カプラーとを有することを特徴とする光
   半導体素子。
4. 【請求項４】 第１の入力ポート及び第２の入力ポート
   と、第１の出力ポート及び第２の出力ポートとを有する
   第１の光カプラーと、第１の入力ポート及び第２の入力
   ポートと、出力ポートとを有する第２の光カプラーと、
   前記第１の光カプラーの第１の出力ポートに一端が接続
   され、前記第２の光カプラーの第１の入力ポートに他端
   が接続された第１の光導波路と、前記第１の光カプラー
   の第２の出力ポートに一端が接続され、前記第２の光カ
   プラーの第２の入力ポートに他端が接続された第２の光
   導波路と、前記第１の光導波路及び／又は前記第２の光
   導波路に電圧を印加する電極とを有する光半導体素子の
   変調方法であって、 前記電極により前記第１の光導波路及び／又は前記第２
   の光導波路に変調信号電圧を印加することにより、前記
   第１の光カプラーの第１の入力ポート又は第２の入力ポ
   ートに入射するレーザ光を変調し、前記第２の光カプラ
   ーの出力ポートから出射することを特徴とする光半導体
   素子の変調方法。
5. 【請求項５】 第１の入力ポート及び第２の入力ポート
   と、第１の出力ポート及び第２の出力ポートとを有する
   第１の光カプラーと、第１の入力ポート及び第２の入力
   ポートと、出力ポートとを有する第２の光カプラーと、
   前記第１の光カプラーの第１の出力ポートに一端が接続
   され、前記第２の光カプラーの第１の入力ポートに他端
   が接続された第１の光導波路と、前記第１の光カプラー
   の第２の出力ポートに一端が接続され、前記第２の光カ
   プラーの第２の入力ポートに他端が接続された第２の光
   導波路と、前記第１の光導波路に電圧を印加する第１の
   電極と、前記第２の光導波路に電圧を印加する第２の電
   極とを有する光半導体素子の変調方法であって、 前記第１の電極により前記第１の光導波路にバイアス電
   圧を印加し、前記第２の電極により前記第２の光導波路
   に変調信号を印加することにより、前記第１の光カプラ
   ーの第１の入力ポート又は第２の入力ポートに入射する
   レーザ光を変調し、前記第２の光カプラーの出力ポート
   から出射することを特徴とする光半導体素子の変調方
   法。