JP2003017798A

JP2003017798A - 光変調器集積光源モジュール

Info

Publication number: JP2003017798A
Application number: JP2001202039A
Authority: JP
Inventors: Masataka Shirai; 正敬白井; Shinji Tsuji; 伸二辻; So Otoshi; 創大▲歳▼
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2001-07-03
Filing date: 2001-07-03
Publication date: 2003-01-17

Abstract

(57)【要約】【課題】低いチャープパラメータと高い消光比を同時に
実現する光変調器集積光源モジュールを提供し、広い動
作温度範囲でチャープパラメータ及び消光比が劣化しな
い光変調器集積光源モジュールを提供すること。【解決手段】光変調器集積半導体レーザ素子の活性層に
Ｉｎ，Ｇａ，Ａｌ及びＡｓの４元混晶を含んだＭＱＷ層
を用い、伝導帯のバンドオフセットΔＥｃを７５ｅｍＶ
よりも大きくし、かつ、価電子帯のバンドオフセットΔ
Ｅｖを０ｍｅＶより大きく２５ｍｅＶより小さくする。
更に、広い温度範囲で動作させるため、ΔＥｃを８５ｅ
ｍＶより大きくし、かつ、ΔＥｖを０ｍｅＶより大きく
２５ｍｅＶより小さくする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光ファイバ通信に
おいて用いられる光通信モジュール、特に量子井戸層と
障壁層を交互に積層した多重量子井戸を具えた電界吸収
型光変調器を集積したレーザ光源を含む光送信モジュー
ルに関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体レーザの発振波長を安定化するた
め、半導体レーザは直流で発振させておき、レーザ光の
変調を別に設けた変調器で行なわせる、半導体レーザと
変調器を同一の基板に集積化した光変調器集積レーザ光
源の開発が盛んに行なわれ、光ファイバ通信システムに
おいて重要なデバイスとなっている。変調器には、通
常、半導体ｐｎ接合への電界印加量に応じて光吸収量が
変化する効果を用いたものが用いられ、半導体レーザと
共通のプロセスで作製される。

【０００３】この変調器集積レーザの変調器吸収層に従
来はバルク半導体が用いられていたが、最近になり、バル
ク半導体よりも低い電圧で駆動することができ、広帯域
化が可能なＩｎＧａＡｓＰ（インジウム・ガリウム・砒
素・燐）からなる多重量子井戸（以下「ＭＱＷ（Multi-
Quantum Well）」と略称する）を用いた構造のものが採
用されるようになってきた。ＭＱＷは、分子線エピタク
シー（ＭＢＥ）或いは有機金属化学気相成長法（ＭＯＣ
ＶＤ）などの化合物半導体薄膜成長法によって作製され
る。このＭＱＷをレーザ部と変調器部で共通に用いる例
が多い。

【０００４】変調器に求められる基本特性として、消光
比がある。消光比は、レーザ光をディジタル信号駆動に
よりオンオフするときのオンのときの光強度とオフのと
きの光強度の比で表すパラメータで、値が大きいほど望
ましい。

【０００５】また、変調器集積レーザにおいて長距離伝
送を実現するために、光吸収係数変化に対する屈折率変
化で表す変調器のチャーピングパラメータを低減、更に
は負にする必要があることが知られている（例えば、１
９９７年Van Nostrand Reinhold出版社発行 Govind P.
Agrawal及びNiloy K. Dutta共著“Semiconductor Laser
s”第２章第４７頁〜第５６頁参照）。

【０００６】チャーピングパラメータは、変調器に加え
る電圧を微少量だけ大きくしたときの光の吸収係数変化
Δｎに伴う屈折率変化Δαの比、即ち、Δｎ／Δαで定
義される量である。通常分散ファイバを用いた長距離伝
送システムにおいては、このチャーピングパラメータを
小さく、より好ましくは負に設定される。

【０００７】ここで、変調器集積レーザの変調器部分の
バンド構造を図１に示す。図１中の障壁層のバリアの伝
導帯のエネルギーをＥｃｂとし、価電子帯のエネルギー
をＥｖｂとする。また、伝導帯の井戸層のエネルギーを
Ｅｃｗとし、井戸層の価電子帯のエネルギーをＥｖｗと
する。このようなバンド構造において伝導帯の井戸の中
に電子準位Ｅｃが形成され、価電子帯の井戸の中に正孔
準位Ｅｖが形成される。このとき、伝導帯と価電子帯の
バンドオフセットΔＥｃとΔＥｖをそれぞれΔＥｃ＝Ｅ
ｃｂ−Ｅｃ，ΔＥｖ＝Ｅｖ−Ｅｖｂと定義する。

【０００８】上記チャーピングパラメータの低減を波長
シフトの低減として捉えて、このΔＥｖを３０ｍｅＶよ
り大きく８０ｍｅＶより小さくする変調器単体の例が特
開平１１−２１２０３６号公報によって開示されてい
る。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ところで、ＭＱＷを用
いた変調器は、優れた電気的特性を持つ反面、温度に敏
感なため、使用温度を制限して、例えば素子温度を２５
℃±５℃程度に制御して使用する必要があった。そのた
め、従来は、ペルティエ効果を使って変調器を冷却する
ペルティエクーラの搭載が欠かせなかった。

【００１０】次に、変調器集積レーザから発射される光
の波長を動作中に調整するために、変調器集積レーザの
レーザ部の活性層温度を変化させて波長を調整する方法
が知られている。この場合、波長を４ｎｍ変化させるた
めには素子温度を２５℃から６５℃までの範囲で変化さ
せなければならない。集積化によって近接して置かれる
変調器にその熱が当然に及ぶので、ペルティエクーラに
よって変調器を冷却することが必須となる。

【００１１】一方、変調器集積半導体レーザを含む通信
用の光送信モジュールにおいては、モジュール外側の壁
面温度は７５℃になることがある。このように、素子温
度とその外側との差が大きくなると、ペルティエクーラ
の消費電力が著しく増大する場合がある。この場合、光
送信モジュールの消費電力の大部分をペルティエクーラ
が占めるため、外側の温度が上がると光通信モジュール
の消費電力が著しく増大することとなる。

【００１２】また、上述したチャーピングパラメータを
小さく又は負にするためには、ΔＥｖを小さくする必要
がある。しかし、ＩｎＧａＡｓＰ系材料では、井戸層お
よび障壁層に加える歪量に依存してΔＥｃ／ΔＥｖ＜１
又はΔＥｃ／ΔＥｖ≒１が成立するため、ΔＥｖを小さ
くするに伴ってΔＥｃも小さくなる。ΔＥｃが小さくな
ると、今度は消光比が小さくなることが避けられなくな
る。このような不都合を避け、高い消光比が維持されつ
つチャープパラメータを低く設定することが求められ
る。

【００１３】次に、高速長距離伝送システムにおいて
は、高密度波長多重が採用されることが多くなってき
た。その伝送装置に変調器集積レーザを用いた光送信モ
ジュールを使用する場合、長距離伝送特性を最適化する
目的で、光送信モジュールから発射される光の波長を変
化させる場合がある。この場合、室温から高温の範囲で
波長に対応する目標温度が定められ、半導体レーザの温
度がその目標温度に合わせて正確にコントロールされ
る。しかしこのとき、変調器も同時に温度が変化する。
このような場合に用いる変調器は、室温から高温の範囲
内において所望のチャーピングパラメータ及び消光比を
維持する必要がある。

【００１４】これとは別に、先に述べたペルティエクー
ラの消費電力が大きくなることが問題になる場合、モジ
ュールの消費電力を低減するためには、素子設定温度を
上げることが効果的となる。素子設定温度と外側の温度
との差が少なくなり、ペルティエクーラの消費電力が低
減される。

【００１５】この波長可変及び消費電力低減のいずれの
場合も、変調器が高温になる。しかしこのとき、消光比
の劣化が問題となる。ここで、電子の量子準位が吸収に
強く関与して消光比を大きく保つためには、ΔＥｃ＞３
ｋＴを満たしていることが目安となる。熱活性化エネル
ギーｋＴ(ｋはボルツマン定数、Ｔは絶対温度)について
は、室温２５℃ではｋＴ＝２５ｍｅＶであり、例えば７
５℃まで上昇した場合には、ｋＴ＝３０ｍｅＶまで上昇
し、ΔＥｃは１５ｍｅＶ以上大きくなければ消光比を維
持することができない。しかし、このことはΔＥｖを小
さくするに伴ってΔＥｃが小さくなることと相容れな
く、結局ＩｎＧａＡｓＰ系材料を用いたのでは、消光比
を保ち、かつ、チャーピングパラメータを適切に保ち、
同時に高温で用いることは実現困難のこととなる。な
お、変調器集積レーザのレーザ素子については、ΔＥｖ
を小さくするに伴ってΔＥｃが小さくなると、伝導帯の
井戸が浅くなるため注入した電子が溢れ出し、レーザ発
光に寄与する割合が低下することによってレーザ効率が
劣化するという問題がある。

【００１６】本発明の第１の目的は、低いチャープパラ
メータと高い消光比を同時に実現する光変調器集積半導
体レーザ光源を用いた光送信モジュール即ち光変調器集
積光源モジュールを提供することにある。

【００１７】本発明の第２の目的は、変調器部分の温度
を高くして使用してもチャープパラメータ及び消光比が
劣化しない光変調器集積光源モジュールを提供すること
にある。

【００１８】

【発明を解決するための手段】上記の第１の目的は、光
変調器集積半導体レーザ素子の活性層にＩｎ，Ｇａ，Ａ
ｌ（アルミニウム）及びＡｓの４元混晶を含んだＭＱＷ
層を用い、ΔＥｃを７５ｅｍＶより大きくし、かつ、Δ
Ｅｖを０ｍｅＶより大きく２５ｍｅＶより小さくするこ
とによって効果的に達成することができる。そのような
手段を採用すれば、高い消光比を保ったままチャーピン
グパラメータの低減することが可能になるからである。

【００１９】以下、チャーピングパラメータ低減につい
て説明する。まず、吸収係数がΔαだけ変化したときの
屈折率変化ｄｎは、一般に式（１）及び式（２）のよう
に記述することができる。

【００２０】

【数１】このとき、λＬＤは変調器に入射するレーザの発振波長
であり、εは正の実数で無限小量である。仮にΔαが積
分範囲で正ならば、式（３）及び式（４）から積分量Ｉ
１及びＩ２は正の数になる。

【００２１】

【数２】そこで、式（２）から、積分Ｉ１が積分Ｉ２よりも小さ
ければチャーピングパラメータを負にすることができ
る。積分Ｉ１及びＩ２は、吸収率の変化を１／｜λＬＤ
²−λ²｜の重み付き平均で積分を行ったものであり、Ｉ
１及びＩ２へのΔαの寄与は積分パラメータの波長
（λ）がレーザ波長（λＬＤ）から離れるほど小さくな
る。

【００２２】図３にこれまで使われてきた変調器に関し
て、印加電圧を小さい値Ｖから大きい値Ｖ＋ΔＶに変化
させたときの吸収率変化を示す。図３に示すように、電
圧がＶのときの吸収率の波長に対する曲線は右下がりの
階段状になっており、電圧をＶからＶ＋ΔＶに変化させ
たときの吸収率の変化はほぼ同様に右下がりの階段状に
なっている。即ち、図３中の角度ＡとＡ’は、例えば半
分になるなどの大きな変化を伴っていない。更に、ＭＱ
Ｗのバンド構造によっては、強い量子準位に伴う吸収の
ために階段の角の位置にピークを持つ場合もあるが、基
本的には右下がりの階段状の形状になる。このとき、屈
折率変化の値はＩ１−Ｉ２に比例するから、図３中の領
域３１の面積が大きく、領域３２の面積が小さいためＩ
１が正で大きな値をとり、更に領域３３の面積が小さい
と、Ｉ１−Ｉ２が正となってチャーピングパラメータは
正で大きな値をとる。

【００２３】一方、チャーピングパラメータを小さく、
あるいは負にするためには、図４に示すように電圧をＶ
からＶ＋ΔＶに変化させたときに量子準位に伴う吸収が
小さくなるようにすればよい。即ち、図４の左下がりの
領域４１の面積が小さく、領域４２が大きくなって、Ｉ
１＜０となるか、又は、Ｉ１＞０となる場合は、領域４
３が大きくＩ１―Ｉ２が負となる必要がある。このと
き、Ｉ１が小さくなるように領域４１を小さく、領域４
２を大きくすることは云うまでもない。

【００２４】図４のような吸収率変化を示すＭＱＷのバ
ンド構造を実現するためには、電圧が０Ｖのときには量
子準位にともなう吸収が強く、波長に対する吸収率の変
化が図４の電圧がＶのときのように右下がりの階段状に
なるように、ΔＥｃ＞３ｋＴとなっていなければならな
い。同時に、比較的弱い電圧（例えば０．２Ｖ程度）を
加えた状態でΔＥｃ＞３ｋＴか若しくはΔＥｖ＜ｋＴを
満たしていなければならない。この電圧を加えないとき
と弱い電圧０．２Ｖを加えたときとでΔＥｃ及びΔＥｖ
は大きくは変化しないことから、実際の条件としては電
圧を加えないときにおいて、ΔＥｃ＞３ｋＴかつΔＥｖ
＜ｋＴを満たさなければならない。

【００２５】このことは、変調器のＭＱＷのバンド構造
においてΔＥｃが７５ｍｅＶより大きく、かつΔＥｖが
２５ｍｅＶより小さくなければならなことを示してい
る。

【００２６】このような条件を満たすＭＱＷを実現する
ためにはＩｎＧａＡｌＡｓから構成されたＭＱＷを変調
器に使う必要がある。しかし、例えば１．５５μｍ帯の
変調器をＩｎＧａＡｓＰで構成しようとする場合、歪み
量子井戸の膜厚等を調整しても、安定に結晶成長可能な
範囲では図１に示したようにΔＥｃ＜ΔＥｖとなってし
まうため、条件を満たす変調器を実現することができな
い。

【００２７】一方、本発明のＩｎＧａＡｌＡｓを用いた
ＭＱＷは、図２に示すようなエネルギーバンド構造を持
っており歪み等を適切に設計することによって、ΔＥｃ
を７５ｍｅＶより大きく、かつΔＥｖを２５ｍｅＶより
小さくすることができる。即ち、高い消光比を保ったま
まチャーピングパラメータの低減することができる。

【００２８】尤も、ＭＱＷにＩｎＧａＡｌＡｓを用いる
例が前記特開平１１−２１２０３６号公報に記載されて
いる。しかし、観点が異なるため、上述したように設定
するΔＥｖの範囲が相違しており、記載例は本発明と基
本的に相違する。

【００２９】続いて、上記の第２の目的は、光変調器集
積レーザ光源素子の活性層にＩｎ，Ｇａ，Ａｌ及びＡｓ
の４元混晶を含んだＭＱＷ層を用い、ΔＥｃを８５ｅｍ
Ｖより大きくし、かつ、ΔＥｖを０ｍｅＶより大きく２
５ｍｅＶより小さくすることによって効果的に達成する
ことができる。そのような手段を採用すれば、高温で消
光比及びチャーピングパラメータの劣化を防ぐことが可
能になるからである。

【００３０】例えば、ペルチィエ素子によって２５℃か
ら７５℃まで変調器集積レーザ素子の温度を変化させる
ことによって波長チューニング機能を持たせた素子にお
いて、２５℃から７５℃までの温度範囲において高い消
光比と低いチャーピングパラメータを維持するために
は、消光比は素子の最大温度に対応してΔＥｃが８５ｍ
ｅＶより大きく、かつチャーピングパラメータは素子の
最低動作温度に対応してΔＥｖが２５ｍｅＶより小さい
バンド構造を持つようにＭＱＷを構成すればよいことが
判明した。

【００３１】また、素子の温度とモジュールのケースの
温度が大きくなる場合、ペルティエクーラの消費電力が
著しく増加する場合があることを先に述べたが、これを
防ぐために素子の設定温度を高くした場合、例えば５５
℃とした場合は、ΔＥｃを８５ｍｅＶより大きくし、Δ
Ｅｖを３０ｍｅＶより小さくすればよいことが判明し
た。

【００３２】ここで、図７に消光比の温度依存性を示
す。図７において、２５℃から４５℃で消光比の変化が
小さい方がＩｎＧａＡｌＡｓから構成されたＭＱＷを用
いたものであり、グラフの中ではＡｌを表記している。
このＭＱＷのΔＥｃ＝７１ｍｅＶであり、印加電圧３Ｖ
における消光比は温度によって殆ど変化していない。一
方ＩｎＧａＡｓＰから構成されたＭＱＷは、図７の中で
Ｐと表記しておりΔＥｃ＝１６ｍｅＶであり、印加電圧
３Ｖでの消光比はこの温度範囲で３ｄＢ程度変化してい
る。

【００３３】一方、図８にＩｎＧａＡｓＰから構成され
たＭＱＷを持つ素子（図中Ｐ系）とＩｎＧａＡｌＡｓか
ら構成されたＭＱＷを持つ素子（図中Ａｌ系）のチャー
ピングパラメータを示している。電界吸収型変調器のチ
ャーピングパラメータは、図８に示すように、電圧が大
きくなるにしたがってチャーピングパラメータが小さく
なる。例えば０．２Ｖから２．２Ｖの間電圧を変化させ
ることによって光のディジタル信号を生成するが、この
電圧範囲のできるだけ広い範囲でチャーピングパラメー
タが負であることが要求される。図８から分かるよう
に、ＩｎＧａＡｌＡｓから構成された素子の方がＩｎＧ
ａＡｓＰから構成された素子に比べてチャーピングパラ
メータが小さく（即ち、チャーピングパラメータが負で
ある領域が広く）長距離伝送に向くことが明らかであ
る。このとき、ＩｎＧａＡｌＡｓから構成されたＭＱＷ
のΔＥｖは３０ｍｅＶよりも僅かに小さく、ＩｎＧａＡ
ｓＰから構成されたＭＱＷのΔＥｖは、９４ｍｅＶであ
る。このようにΔＥｖを３０ｍｅＶより小さくすること
によって低チャーピング特性が得られる。

【００３４】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る変調器集積レ
ーザ光源モジュールを図面に示した幾つかの発明の実施
の形態を参照して更に詳細に説明する。＜発明の実施の形態１＞図５は、本発明の変調器集積レ
ーザ光源モジュールの内部を上方から見た図である。光
変調器集積半導体レーザ素子５１は、ＡｌＮ（窒化アル
ミニウム）製のサブマウント５２上に搭載され、更にサ
ブマウント５２は、キャリア５３に半田付けによって固
定されている。また、キャリア５３は、金属製の収納ケ
ース５５内に収納されている。温度センサであるサーミ
スタ５９はキャリア５３に接触し、キャリア５３の温度
をモニタしている。ＡｌＮ製サブマウント５２の厚さは
０．２５４ｍｍであり、熱伝導率は１．３Ｗ／ｃｍＫで
あるため、キャリア５３と素子５１の温度差を１℃以下
にすることができる。従って、サーミスタ５９の示す温
度をほぼ素子５１の温度と同一とすることができる。ま
た、キャリア５３は、ペルティエクーラ５４に固定さ
れ、冷却される。

【００３５】図６にモジュール内部の横断面図を示す。
また、図９に変調器集積レーザ素子の鳥瞰図を示す。図
９において、９１は、変調器電界印加のためのｐ型電極
であり、この電極の直下に光変調器９６を構成する光導
波路を設ける。９２は、分布帰還型（ＤＦＢ）半導体レ
ーザ９５の電流注入用ｐ型電極であり、変調器と同様に
この直下にレーザを構成する光導波路がある。９７は、
このＤＦＢレーザのグレーティングであり、レーザの縦
モード（光導波路に平行な方向のモード）の単一モード
安定性を維持するために用いられる。以上の各部が基板
９３に形成される。基板９３の裏面に接地用電極（図示
せず）が設けられていて、該電極が搭載するサブマウン
ト５２（図５）に設けられた金属膜の面と接し、更にサ
ブマウント５２の該金属膜がＣｕＷ（銅タングステン）
製のキャリア５３（図５）に固定され、同時に接地され
ている。

【００３６】また、図５において、５８はフォトダイオ
ードであり、図９に示した半導体レーザ部９５の、変調
器部９６とは反対側から放射される光の強度をモニタす
ることによって一定の光出力がレーザ部９５から出力す
るパワを一定に保つ。６３はファイバ結合用非球面レン
ズ、６４はアイソレータ、６５はシングルモードファイ
バである。

【００３７】図１０に、図９における線分９４によって
切断した断面図を示す。Ｎ型のＩｎＰ基板９３上に気相
成長法でＩｎＧａＡｌＡｓの井戸層とＩｎＧａＡｌＡｓ
の障壁層によるＭＱＷ構造を持つ活性層１０１及び上側
ガイド層１００を形成する。井戸層及び障壁層の各元素
の組成比は、ΔＥｃが７５ｅｍＶを僅かに越え、ΔＥｖ
が２５ｍｅＶを僅かに下回るように調整される。また、
ガイド層１００の厚さは１．７μｍである。更にその上
に０．２μｍ厚のＩｎＧａＡｓコンタクト層を形成す
る。幅１．７μｍのストライプを深さ１．９μｍで形成
し、導波路を構成する。このあとｐ型電極９２を形成す
るためにポリイミド樹脂で導波路ストライプ以外のとこ
ろを平坦化する。その後ｐ型電極９２を形成する。最後
に裏面にｎ型電極１０３を形成する。

【００３８】以上の本実施液体の変調器集積レーザによ
り、低いチャープパラメータと高い消光比を同時に備え
た光変調器集積レーザ光源モジュールを実現することが
できる。

【００３９】なお、活性層の障壁層に関しては、その膜
厚を３ｎｍよりも大きく、６ｎｍよりも小さくすること
により、半導体レーザの発振特性として特に良好な結果
が得られることが判明した。＜発明の実施の形態２＞本実施形態の変調器集積レーザ
は、構造は上記の実施形態１と同一であるが、ＭＱＷを
構成する井戸層及び障壁層の各元素の組成比が、ΔＥｃ
が８５ｅｍＶを僅かに越え、ΔＥｖが２５ｍｅＶを僅か
に下回るように調整されている。本変調器集積レーザを
搭載した光変調器集積レーザ光源モジュールは、２５℃
〜７５℃の温度範囲で目標とする低いチャープパラメー
タと高い消光比が劣化せずに維持される。この変調器集
積レーザを用いることにより、温度を変えて半導体レー
ザの発振波長を変化させることが可能になる。＜発明の実施の形態３＞図１１に、同一基板上に４個の
分布帰還型（ＤＦＢ）レーザ素子部分１１１が形成さ
れ、それらと変調器部分１１２とが合波器１１５によっ
て結合されている実施形態を示す。４個のレーザ素子１
１１の発振波長は３．２ｎｍ間隔で配置され、精度の高
い発振波長の制御がレーザ活性層の温度をコントロール
することによって行なわれる。そのため、変調器１１２
の吸収層に実施形態２の場合と同じＩｎＧａＡｌＡｓ／
ＩｎＧａＡｌＡｓＭＱＷを用いることにより、素子設定
温度が上昇しても変調特性が劣化しないようにした。

【００４０】図１２に素子の断面図を示す。ＤＦＢレー
ザ部１１１と変調器部１１２が合波器１１５を中間に挟
んで配置される。レーザ部１１１と変調器部１１２のＭ
ＱＷ構造とバンドギャップ波長は、上述の実施形態２と
同じであるが、合波器１１５の光導波路部分のコアはＩ
ｎＧａＡｓＰで構成し、この室温でのバンドギャップ波
長を１．２μｍとした。合波器１１５のクラッド層（コ
アの上下の層はＩｎＰから構成されている。以上によっ
て波長可変幅が１５ｎｍで消費電力が１．５Ｗの素子を
実現することができる。＜発明の実施の形態４＞ヒータを用いてレーザ部を局所
的に加熱すると共に、変調器部の素子設定温度を比較的
高く保つようにした波長可変の変調器集積半導体レーザ
を図１３に示す。レーザ部分１３０の温度をヒータ１１
３を用いて変化させることにより、発振波長が変化す
る。一方、変調器の活性層（吸収層）の温度を比較的高
い温度（５５℃）で一定に保ち、出力光波形及び長距離
伝送特性等を最適条件に保つことができるようにした。
素子設定温度即ち変調器活性層（吸収層）の温度を高く
することによってペルティエクーラの消費電力を下げ、
モジュール消費電力を低減することができる。

【００４１】上記の５５℃の素子設定温度で低いチャー
プパラメータと高い消光比が劣化することなく維持され
るように、ＤＦＢレーザの活性層及び変調器部の吸収層
にＩｎＧａＡｌＡｓ／ＩｎＧａＡｌＡｓＭＱＷが採用さ
れ、ΔＥｃが８５ｍｅＶよりも大きく、ΔＥｖが３０ｍ
ｅＶよりも小さいバンド構造となるよう、活性層及び吸
収層の各元素の組成比が調整される。

【００４２】なお、上記の活性層及び吸収層は、ＧａＮ
Ａｓ／ＩｎＧａＮＡｓＭＱＷで構成するようにしてもよ
く、この場合は、ΔＥｃは２２０ｍｅＶとすることによ
り、７５℃でも消光特性が変化しないようにすることが
できる。

【００４３】本実施形態の光変調器集積レーザ光源モジ
ュールにおいては、ＤＦＢレーザ１３０の発振波長を精
度高く制御するために図１４に示すフィードバック機構
が導入される。図１４において、１４１は波長可変の変
調器集積半導体レーザ素子、１４２は波長変化を電圧変
化に変換する波長モニタである。波長モニタ１４２は波
長依存性を持つエタロンなどのフィルタと受光素子を組
み合わせることによって構成される。この構成では所望
の波長の光１３４が変調器１３２を経てレーザ１３０か
ら出力された場合、波長モニタからの出力が０となるよ
うに設計される。

【００４４】実際には、要求された光波長を４個に分類
可能なテーブルを制御回路１４３の中のメモリに記憶さ
せておき、該当する特定のレーザ１３０に電流を流し発
振させる。次に波長の微調整を行なうために動作してい
るレーザ１３０の近傍に配置されたヒータ１３１に電流
を流して波長モニタ１４２の出力が０になるまでヒータ
１３１の電力を増やし続ける。このとき変調器集積レー
ザ素子のレーザ部１３０以外の領域の温度を一定に保つ
ために、サーミスタ（図１４では示さず）の出力が素子
温度設定値と一致するようにペルティエクーラ１３３の
電流を増加させる。この２つの制御は、１つのディジタ
ルＩＣを用いて行なうことが可能であり、またアナログ
回路の組み合わせを用いて行なうことも可能である。

【００４５】なお、本実施形態ではレーザ１３０近傍に
ヒータ１３１を配置したが、変調器近傍にヒータを配置
し、変調器の温度をヒータとペルティエクーラで一定に
保ち、レーザ部の温度をペルティエクーラで変化させる
ようにしても、波長可変レーザを実現することができ
る。

【００４６】

【発明の効果】本発明によれば、低いチャープパラメー
タと高い消光比を同時に実現する光変調器集積レーザ光
源モジュールを実現することができる。また、変調器部
分の温度を高くして使用してもチャープパラメータ及び
消光比が劣化しない光変調器集積レーザ光源モジュール
を実現することができる。変調器部分の温度を高くする
ことが可能になるので、温度を変化させることによって
レーザの発振波長を変化させることが可能になり、長距
離伝送用に適した広い波長可変幅を有する光変調器集積
レーザ光源モジュールを実現することができる。加え
て、変調器部分の温度を高くすることが可能になること
により、ペルティエクーラの消費電力更にはモジュール
の消費電力を低減することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ＩｎＧａＡｓＰ多重量子井戸のバンド構造を説
明するための図。

【図２】ＩｎＧａＡｌＡｓ多重量子井戸のバンド構造を
説明するための図。

【図３】従来の変調器の吸収率変化を説明するための曲
線図。

【図４】本発明の変調器の吸収率変化を説明するための
曲線図。

【図５】本発明に係る変調器集積光源モジュールの第1
の発明の実施の形態を説明するための上面図。

【図６】図５に示したモジュールの断面図。

【図７】消光比の温度変化を説明するための曲線図。

【図８】印加電圧とチャーピングパラメータの関係を比
較して説明するための曲線図。

【図９】図５に示したモジュールの変調器集積レーザ素
子を説明するための鳥瞰図。

【図１０】図９に示した変調器集積レーザ素子を説明す
るための断面図。

【図１１】本発明の変調器集積光源モジュールの第３の
発明の実施の形態を説明するための変調器集積レーザ素
子の鳥瞰図。

【図１２】図１１に示した変調器集積レーザ素子を説明
するための断面図。

【図１３】本発明の変調器集積光源モジュールの第４の
発明の実施の形態を説明するための変調器集積レーザ素
子の鳥瞰図。

【図１４】第４の発明の実施の形態の波長制御ループを
説明するための構成図。

【符号の説明】

５１，１４１…変調器集積半導体レーザ素子、５２…サ
ブマウント、５３…キャリア、５４，１３３…ペルティ
エクーラ、５５…光送信モジュール筐体、５８…フォト
ダイオード、５９…サーミスタ、９３…基板、９５，１
１１，１３０…レーザ部、９６，１１２，１３２…変調
器部、９７…グレーティング、１００…ガイド層、１０
１…活性層、１１５…合波器、１３１…ヒータ、１４２
…波長モニタ、１４３…制御回路。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者大▲歳▼ 創東京都国分寺市東恋ケ窪一丁目280番地株式会社日立製作所中央研究所内Ｆターム(参考） 2H079 AA02 AA13 BA01 CA04 DA16 EA07 EB04 KA18 5F073 AA73 AB06 AB21 BA01 CA15 EA02 EA13 FA02 FA07 FA08 FA24 GA12

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】同一基板上に集積した半導体レーザと変調
器とを備えた変調器集積半導体レーザ素子と、該素子の
温度を変化させる手段とを少なくとも有しており、該素
子の活性層は、ＩｎとＧａとＡｌとＡｓの４元混晶を含
む量子井戸層及び障壁層を交互に積層してなる多重量子
井戸によって構成され、該多重量子井戸は、該障壁層の
バリアの伝導帯のエネルギーをＥｃｂとし、価電子帯の
バリアのエネルギーをＥｖｂとし、また、該量子井戸層
の伝導帯の中の電子準位のエネルギーをＥｃとし、価電
子帯の中の正孔準位のエネルギーをＥｖとした上で、Δ
ＥｃとΔＥｖをΔＥｃ＝Ｅｃｂ−Ｅｃ，ΔＥｖ＝Ｅｖ−
Ｅｖｂと定義したとき、ΔＥｃが７５ｍｅＶより大き
く、かつ、ΔＥｖが０ｍｅＶより大きく２５ｍｅＶより
小さいことを特徴とする光変調器集積光源モジュール。
【請求項２】同一基板上に集積した半導体レーザと変調
器とを備えた変調器集積半導体レーザ素子と、該素子の
温度を変化させる手段とを少なくとも有しており、該素
子の活性層は、ＩｎとＧａとＡｌとＡｓの４元混晶を含
む量子井戸層及び障壁層を交互に積層してなる多重量子
井戸によって構成され、該多重量子井戸は、該障壁層の
バリアの伝導帯のエネルギーをＥｃｂとし、価電子帯の
バリアのエネルギーをＥｖｂとし、また、該量子井戸層
の伝導帯の中の電子準位のエネルギーをＥｃとし、価電
子帯の中の正孔準位のエネルギーをＥｖとした上で、Δ
ＥｃとΔＥｖをΔＥｃ＝Ｅｃｂ−Ｅｃ，ΔＥｖ＝Ｅｖ−
Ｅｖｂと定義したとき、ΔＥｃが７５ｍｅＶより大き
く、かつ、ΔＥｖが０ｍｅＶより大きく２５ｍｅＶより
小さく、該障壁層は、膜厚が３ｎｍより大きく、６ｎｍ
より小さいことを特徴とする光変調器集積光源モジュー
ル。
【請求項３】同一基板上に集積した半導体レーザと変調
器とを備えた変調器集積半導体レーザ素子と、該素子の
温度を変化させる手段とを少なくとも有しており、該素
子の活性層は、ＩｎとＧａとＡｌとＡｓの４元混晶を含
む量子井戸層及び障壁層を交互に積層してなる多重量子
井戸によって構成され、該多重量子井戸は、該障壁層の
バリアの伝導帯のエネルギーをＥｃｂとし、価電子帯の
バリアのエネルギーをＥｖｂとし、また、該量子井戸層
の伝導帯の中の電子準位のエネルギーをＥｃとし、価電
子帯の中の正孔準位のエネルギーをＥｖとした上で、Δ
ＥｃとΔＥｖをΔＥｃ＝Ｅｃｂ−Ｅｃ，ΔＥｖ＝Ｅｖ−
Ｅｖｂと定義したとき、ΔＥｃが８５ｍｅＶより大き
く、かつ、ΔＥｖが０ｍｅＶより大きく３０ｍｅＶより
小さいことを特徴とする光変調器集積光源モジュール。
【請求項４】前記ΔＥｖが０ｍｅＶより大きく２５ｍｅ
Ｖより小さいことを特徴とする請求項３に記載の光変調
器集積光源モジュール。