JP2005005502A - Light emitting device and its manufacturing method, and wavelength multiplex optical communication system - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は発光装置、発光装置の製造方法および波長多重光通信システムに関し、特に、光出力スペクトル上に等光周波数間隔で並んだ複数の基線スペクトル(発振モード)を有する半導体多波長光源に適用して好適なものである。
【0002】
【従来の技術】
光通信分野では、波長多重光通信システムが実用化され、そのチャンネル間光周波数間隔として25GHzを最小グリッド間隔としたチャンネル配置を用いたものがある。また、現在実用的な最低光周波数間隔として50GHz間隔のグリッドを用いたものもある。
ここで、単一モード半導体レーザを用いて波長多重光通信システムを構築すると、光周波数間隔が50GHzの単一モード半導体レーザを複数用意する必要があり、光学系が煩雑になる。
【0003】
このため、波長多重光通信システムの光源として、共振器の光往復時間に起因した光周波数間隔で複数のモードを発振することができる半導体モードロックレーザを用いる方法がある。この半導体モードロックレーザは、光出力スペクトル上に等光周波数間隔で並んだ複数の基線スペクトルを発生させることができ、1台の光源から光周波数間隔50GHzの複数チャンネルの信号光を出力させることが可能となる。
【0004】
例えば、光周波数間隔50GHzの複数チャンネルの信号光を広い周波数帯域に渡って発生する方法として、共振器のラウンドトリップ周期を50GHzとしたファブリペロレーザの共振器内に過飽和吸収領域が設けられた受動モードロックレーザ、あるいは、非特許文献1に開示されているように、共振器内に高速変調器を集積した能動モードロックレーザなどを用いることができる。
【0005】
図13は、モードロックレーザから出力される多モードスペクトルの一例を示す図である。
図13において、モードロックレーザでは、光周波数間隔50GHzの複数チャンネルの信号光が広い周波数帯域に渡って発生される。ただし、これらのモードロックレーザからの出力光は、時間軸上では当該周波数を繰り返し周波数としたパルス形状となっている。
【0006】
このため、モードロックレーザを複数の等光周波数間隔のDC光として使用するためには、光フィルタを用いることにより、モードロックレーザから出力される個々のモードを切り出す必要がある。
また、現状の波長多重光通信システムでは、膨大な数のDC光を発生する光源を実現できたとしても、それらにデジタル信号を重畳させる必要があるため、必要なチャンネル数としては8〜16チャンネル程度が現実的であり、冗長なチャンネルは不用である。
【0007】
ここで、モードロックレーザから数多くのモードを切り出すために、単一波長のみを選択的に透過させる光フィルタを用いる方法では、モードの数だけ光フィルタが必要になり、波長多重光通信システムの構成が煩雑化する。
このため、例えば、非特許文献2に開示されているように、アレー導波路回折格子フィルタを用いることにより、モードロックレーザから出力される個々のモードを切り出す方法が提案されている。このアレー導波路回折格子フィルタでは、出力チャンネル分のポートが設けられている。そして、モードロックレーザから出力される各モードの波長に従って、異なるポートから各モードの光を取り出すことができ、1台のアレー導波路回折格子フィルタで複数の波長の光を切り出すことができる。
【0008】
図14は、モードロックレーザからのスペクトル切り出しによる多チャンネルDC光の発生方法を示す図である。
図14において、アレー導波路回折格子フィルタ100には、出力チャンネル分のポートP1〜PNが設けられている。そして、モードロックレーザから出力された多チャンネル分の光は、アレー導波路回折格子フィルタ100に入力される。ここで、モードロックレーザから出力された多チャンネル分の光には、複数のモードM1〜Mnの光が含まれているものとする。そして、モードロックレーザから出力された複数のモードM1〜Mnの光がアレー導波路回折格子フィルタ100に入力されると、個々のモードM1〜Mnの光が切り出され、個々のモードM1〜Mnの光を各ポートP1〜PNからそれぞれ出力させることができる。
【0009】
【非特許文献1】
佐藤他 IEEE Journal of Selected Topics in Topics in Quantum Elecrronics,Vol.5,No.3,pp.590−595,1999
【非特許文献2】
八坂他 “Multiwavelength light source with precise frequency spacing using mode−locked semiconductor laser and arrayed waveguide grating filter.”,OCF ‘96,Technical Digest,FB3,1996
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図13に示すように、半導体モードロックレーザからの出力光は、スペクトルが広い光周波数(波長)範囲に渡っており、数十のモードが含まれている。
一方、アレー導波路回折格子フィルタ100には透過特性に周期性があり、アレー導波路回折格子フィルタ100のポート数が半導体モードロックレーザのモード数より少ないと、同一のポートから異なるモードの光が出力される。
【0011】
図15は、アレー導波路回折格子フィルタの周期性を示す図である。
図15において、アレー導波路回折格子フィルタ101には、例えば、16チャンネル分のポートP1〜P16が設けられているものとする。そして、モードロックレーザから出力された多チャンネル分の光がアレー導波路回折格子フィルタ101に入力されると、1チャンネル目〜16チャンネル目の光はポートP1〜P16からそれぞれ出力される。そして、モードロックレーザに17チャンネル目以降の光が含まれる場合、17チャンネル目以降の光は再びポートP1〜P16からそれぞれ出力される。
【0012】
このため、アレー導波路回折格子フィルタ101の1個のポートから1個のモードの光のみを出力させるためには、アレー導波路回折格子フィルタ101のポート数が半導体モードロックレーザのモード数以上となるように、アレー導波路回折格子フィルタ101のポート数を増加させる必要があり、コストアップを招くという問題があった。
【0013】
また、従来の半導体モードロックレーザでは、多くのモードをロックするために、反射鏡の波長依存性を極力少なくする構成をとる必要があり、半導体モードロックレーザと反射鏡として素子の劈開面が用いられていた。
このため、半導体モードロックレーザを光集積回路などに集積する場合、劈開面が構成できるように素子の設置場所などを調整する必要があり、集積化の障害になっていた。
そこで、本発明の目的は、モードロックレーザから出力されるモード数を制限することが可能な発光装置、発光装置の製造方法および波長多重光通信システムを提供することである。
【0014】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するために、請求項1記載の発光装置によれば、複数の基線スペクトル含む光を発生させる発光領域と、前記発光領域の少なくとも一端に結合され、前記基線スペクトルの本数を制限するように結合係数が設定された回折格子反射領域とを備えることを特徴とする。
【0015】
これにより、発光領域で発生される基線スペクトルの本数を制限することが可能となり、1台の光源を用いて必要なチャンネル数を確保することが可能となる。このため、1台の光源で生成可能なチャンネル数をアレー導波路回折格子フィルタの出力ポート数に一致させることが可能となり、アレー導波路回折格子フィルタの出力ポート数の増大を抑制することを可能として、波長多重光通信システムのコストダウンを図ることが可能となる。
【0016】
また、回折格子反射領域を用いて共振器を構成することが可能となり、劈開面を反射鏡として用いる必要がなくなることから、発光装置の設置場所の制約をなくすことを可能として、光集積化を容易に実現することが可能となる。
また、請求項2記載の発光装置によれば、複数の基線スペクトルを含む光を発生させる発光領域と、前記発光領域の両端にそれぞれ結合され、前記基線スペクトルの本数を制限するように結合係数が設定された回折格子反射領域と、記発光領域内に設けられた過飽和吸収領域とを備えることを特徴とする。
【0017】
これにより、過飽和吸収領域への光入力に応じて光吸収量を変化させることが可能となり、共振器内を往復する光の往復時間に対応して光出力をパルス化させ易くすることが可能となる。このため、光出力スペクトル上の各モードの同期状態を強めることを可能としつつ、所定のモードのみを選択的に発振させることが可能となり、各モードの光出力強度の均一化を可能としつつ、1台の光源を用いて必要なチャンネル数を確保することが可能となる。
【0018】
また、請求項3記載の発光装置によれば、複数の基線スペクトルを含む光を発生させる発光領域と、前記発光領域の少なくとも一端に結合され、前記基線スペクトルの本数を制限するように結合係数が設定された回折格子反射領域と、前記発光領域内に設けられ、印加電圧に基づいて光吸収量を制御する光強度変調領域とを備えることを特徴とする。
【0019】
これにより、共振器内を往復する光の往復時間に同調させて光強度変調領域へ印加する電圧を変調することで、光出力をパルス化することが可能となるとともに、各モードの周波数間隔を印加電圧の変調周波数に一致させることが可能となる。このため、光出力スペクトル上の各モードの同期状態を強めることが可能としつつ、所定のモードのみを選択的に発振させることが可能となり、各モードの光出力強度の均一化を可能としつつ、1台の光源を用いて必要なチャンネル数を確保することが可能となるとともに、各モードの周波数間隔を高精度化することが可能となる。
【0020】
また、請求項4記載の発光装置によれば、前記回折格子反射領域によって構成される共振器の光出力端の一方に設けられた光吸収領域をさらに備えることを特徴とする。
これにより、片側の光出力を完全に吸収させることが可能となり、光出力の単一方向性を実現することが可能となる。このため、片側から出力される不要な光出力が光集積回路内に混入することを避けることが可能となり、光集積回路の動作を安定化させることが可能となる。
【0021】
また、請求項5記載の発光装置によれば、半導体基板上に形成された活性層と、前記半導体基板上に形成され、前記活性層の少なくとも一端に結合された回折格子反射鏡導波路と、所定周波数間隔の所定チャンネルのモードのみが選択的に発振可能なように前記回折格子反射鏡導波路上に形成された回折格子反射鏡と、前記活性層および前記回折格子反射鏡上に形成されたクラッド層と、前記クラッド層上に形成され、前記回折格子反射鏡導波路に電流を注入する第1電極と、前記クラッド層上に形成され、前記活性層に電流を注入する第2電極とを備えることを特徴とする。
【0022】
これにより、活性層および回折格子反射鏡を同一の半導体基板上にモノリシック集積化することが可能となり、劈開面を反射鏡として用いることなく、1台の光源を用いて必要なチャンネル数を確保することが可能となる。このため、アレー導波路回折格子フィルタの出力ポート数の増大を抑制することが可能となり、波長多重光通信システムのコストダウンを図ることが可能となるとともに、光集積化を容易に実現することが可能となり、波長多重光通信システムの小型・軽量化を図ることが可能となる。
【0023】
また、請求項6記載の発光装置によれば、半導体基板上に形成された活性層と、前記半導体基板上に形成され、前記活性層の一端に結合された過飽和吸収層と、前記半導体基板上に形成され、前記活性層の他端に結合された第1回折格子反射鏡導波路と、所定周波数間隔の所定チャンネルのモードのみが選択的に発振可能なように前記第1回折格子反射鏡導波路上に形成された第1回折格子反射鏡と、前記半導体基板上に形成され、前記過飽和吸収層に結合された第2回折格子反射鏡導波路と、前記所定周波数間隔の所定チャンネルのモードのみが選択的に発振可能なように前記第2回折格子反射鏡導波路上に形成された第2回折格子反射鏡と、前記活性層、前記過飽和吸収層、前記第1回折格子反射鏡および前記第2回折格子反射鏡上に形成されたクラッド層と、前記クラッド層上に形成され、前記第1回折格子反射鏡導波路に電流を注入する第1電極と、前記クラッド層上に形成され、前記第2回折格子反射鏡導波路に電流を注入する第2電極と、前記クラッド層上に形成され、前記活性層に電流を注入する第3電極と、前記クラッド層上に形成され、前記過飽和吸収層に電流を注入する第4電極とを備えることを特徴とする。
【0024】
これにより、活性層、過飽和吸収層および回折格子反射鏡を同一の半導体基板上にモノリシック集積化することが可能となり、光出力スペクトル上の各モードの同期状態を強めることを可能としつつ、所定のモードのみを選択的に発振させることが可能となるとともに、劈開面を反射鏡として用いる必要がなくなる。このため、回路規模の増大を抑制しつつ、光集積化を容易に実現することが可能となり、波長多重光通信システムのコストダウンを図ることが可能となるとともに、波長多重光通信システムの動作の安定化を図りつつ、波長多重光通信システムの小型・軽量化を図ることが可能となる。
【0025】
また、請求項7記載の発光装置によれば、半導体基板上に形成された活性層と、前記半導体基板上に形成され、前記活性層の一端に結合された光強度変調層と、前記半導体基板上に形成され、前記活性層の他端に結合された第1回折格子反射鏡導波路と、所定周波数間隔の所定チャンネルのモードのみが選択的に発振可能なように前記第1回折格子反射鏡導波路上に形成された第1回折格子反射鏡と、前記半導体基板上に形成され、前記光強度変調層に結合された第2回折格子反射鏡導波路と、前記所定周波数間隔の所定チャンネルのモードのみが選択的に発振可能なように前記第2回折格子反射鏡導波路上に形成された第2回折格子反射鏡と、前記活性層、前記光強度変調層、前記第1回折格子反射鏡および前記第2回折格子反射鏡上に形成されたクラッド層と、前記クラッド層上に形成され、前記第1回折格子反射鏡導波路に電流を注入する第1電極と、前記クラッド層上に形成され、前記第2回折格子反射鏡導波路に電流を注入する第2電極と、前記クラッド層上に形成され、前記活性層に電流を注入する第3電極と、前記クラッド層上に形成され、前記光強度変調層に電圧を印加する第4電極とを備えることを特徴とする。
【0026】
これにより、活性層、光強度変調層および回折格子反射鏡を同一の半導体基板上にモノリシック集積化することが可能となり、光出力スペクトル上の各モードの同期状態を強めることを可能としつつ、所定のモードのみを選択的に発振させることが可能となるとともに、各モードの周波数間隔を高精度化することが可能となる。このため、回路規模の増大を抑制しつつ、光集積化を容易に実現することを可能となり、波長多重光通信システムのコストダウンを図ることが可能となるとともに、波長多重光通信システムの動作の安定化を図りつつ、波長多重光通信システムの小型・軽量化を図ることが可能となる。
【0027】
また、請求項8記載の発光装置によれば、前記半導体基板上に形成され、前記回折格子反射鏡によって構成される共振器の光出力端の一方に設けられた光吸収層をさらに備えることを特徴とする。
これにより、活性層、光吸収層および回折格子反射鏡を同一の半導体基板上にモノリシック集積化することが可能となり、発光装置の構成の複雑化を抑制しつつ、光出力の単一方向性を実現することが可能となることから、波長多重光通信システムの動作の安定化を図りつつ、波長多重光通信システムの小型・軽量化を図ることが可能となる。
【0028】
また、請求項9記載の発光装置の製造方法によれば、エピタキシャル成長により、半導体基板上に活性層を形成する工程と、前記活性層上に二酸化珪素層を形成する工程と、前記二酸化珪素層および前記活性層をパターニングすることにより、活性領域の両側の二酸化珪素層および活性層を除去する工程と、前記二酸化珪素層をマスクとしてエピタキシャル成長を行うことにより、前記活性領域の両側の前記半導体基板上に導波層を形成する工程と、所定周波数間隔の所定チャンネルのモードのみが選択的に発振可能となる周期で前記導波層上にレジスト層を形成する工程と、前記レジスト層をマスクとして、前記導波層をエッチングすることにより、前記導波層上に回折格子を形成する工程と、前記活性層の二酸化珪素層および前記導波層上のレジスト層を除去する工程と、エピタキシャル成長により、前記活性層および前記回折格子が形成された導波層上にクラッド層を形成する工程とを備えることを特徴とする。
【0029】
これにより、製造工程の煩雑化を抑制しつつ、活性層および回折格子反射鏡を同一の半導体基板上にモノリシック集積化することが可能となるとともに、劈開面を反射鏡として用いる必要がなくなり、波長多重光通信システムのコストダウンを図ることが可能となるとともに、波長多重光通信システムの小型・軽量化を図ることが可能となる。
【0030】
また、請求項10記載の波長多重光通信システム発光装置によれば、複数の基線スペクトルを含む光を発生させる発光領域と、前記発光領域の両端に結合され、前記基線スペクトルの本数を制限するように結合係数が設定された回折格子反射領域と、前記回折格子反射領域を介して前記発光領域から出力された光を入力するアレー導波路回折格子フィルタとを備えることを特徴とする。
【0031】
これにより、アレー導波路回折格子フィルタの出力ポート数の増大を抑制しつつ、アレー導波路回折格子フィルタの1個のポートから1個のモードの光のみを出力させることが可能となるとともに、1台のアレー導波路回折格子フィルタで複数の波長の光を切り出すことが可能となり、波長多重光通信システムのコストダウンを図ることが可能となるとともに、波長多重光通信システムの小型・軽量化を図ることが可能となる。
【0032】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態に係る発光装置について図面を参照しながら説明する。
図1は、本発明の第1実施形態に係る発光装置の構成を示す断面図である。
図1において、n−InP基板1上には、活性領域R1、光出力側回折格子反射領域R2および回折格子反射領域R3が形成されている。ここで、活性領域R1では、1.55μm−InGaAsP活性層2がn−InP基板1上に形成され、1.55μm−InGaAsP活性層2上には、p−InPクラッド層5が形成され、p−InPクラッド層5上には、1.55μm−InGaAsP活性層2に電流を注入する電流注入電極6cが設けられている。
【0033】
一方、光出力側回折格子反射領域R2および回折格子反射領域R3では、1.55μm−InGaAsP活性層2の両端にそれぞれ結合されるようにして、1.3μm−InGaAsP光出力側回折格子反射鏡導波路3aおよび1.3μm−InGaAsP回折格子反射鏡導波路3bが形成され、最低次モードのみを伝播する2次元的に光を閉じ込め可能な単一横モード導波路が構成されている。
【0034】
そして、1.3μm−InGaAsP光出力側回折格子反射鏡導波路3aおよび1.3μm−InGaAsP回折格子反射鏡導波路3bには、所定周波数間隔の所定チャンネルのモードのみを選択的に発振させるための光出力側回折格子反射鏡4aおよび回折格子反射鏡4bがそれぞれ形成されている。そして、光出力側回折格子反射鏡4aおよび回折格子反射鏡4b上には、p−InPクラッド層5が形成され、p−InPクラッド層5上には、光出力側回折格子反射鏡4aおよび回折格子反射鏡4bに電流を注入する電流注入電極6a、6bがそれぞれ設けられている。
【0035】
また、活性領域R1、光出力側回折格子反射領域R2および回折格子反射領域R3において、n−InP基板1の裏面には共通電極7が設けられている。
例えば、光出力側回折格子反射領域R2および回折格子反射領域R3は、50GHz間隔の16チャンネルのモードのみを選択的に発振可能なように構成することができる。具体的には、光出力側回折格子反射鏡4aおよび回折格子反射鏡4bの結合係数を260cm−1、光出力側回折格子反射領域R2および回折格子反射領域R3の長さをそれぞれ150μmに設定することができる。そして、素子内部の光の往復時間が20ピコ秒となり、光出力スペクトル中の各モード間隔が50GHzとなるように、活性領域R1の長さを840μmに設定することができる。
【0036】
なお、InGaAsPのバンド端波長は、In1−xGaxAsyP1−yで表した場合、InとGaの組成比(1−x:x)、AsとPの組成比(y:1−y)で決めることができる。例えば、InPに整合したIn1−xGaxAsyP1−yの場合、バンド端波長λは組成比を調整することにより、以下のように制御することができる。
λ≒Eg/hc
Eg=1.35−0.72y+0.12y2
x≒0.467y
【0037】
そして、電流注入電極6cからp−InPクラッド層5を介して1.55μm−InGaAsP活性層2に電流が注入されると、1.55μm−InGaAsP活性層2にて、光が発生・増幅される。そして、1.55μm−InGaAsP活性層2で発生された光は、1.3μm−InGaAsP光出力側回折格子反射鏡導波路3aおよび1.3μm−InGaAsP回折格子反射鏡導波路3bを導波する。そして、1.3μm−InGaAsP光出力側回折格子反射鏡導波路3aおよび1.3μm−InGaAsP回折格子反射鏡導波路3bを導波する光は、光出力側回折格子反射鏡4aおよび回折格子反射鏡4bで反射され、50GHz間隔の16チャンネルのモードのみを選択的に発振させることができる。
【0038】
また、電流注入電極6a、6bをそれぞれ介し光出力側回折格子反射領域R2および回折格子反射領域R3に注入される電流をそれぞれ調整することにより、光出力側回折格子反射領域R2を介して出力される光の波長を制御することが可能となる。
これにより、活性領域R1、光出力側回折格子反射領域R2および回折格子反射領域R3を同一のn−InP基板1上にモノリシック集積化することを可能としつつ、所定周波数間隔の所定チャンネルのモードのみを選択的に発振させることが可能となる。このため、劈開面を反射鏡として用いることなく、1台の光源を用いて必要なチャンネル数を確保することが可能となり、波長多重光通信システムのコストダウンを図ることが可能となるとともに、光集積化を容易に実現することを可能として、波長多重光通信システムの小型・軽量化を図ることが可能となる。
【0039】
図2は、本発明の第1実施形態に係る発光装置の反射特性を示す図である。
図2において、光出力側回折格子反射鏡4aおよび回折格子反射鏡4bのピッチで決まる最大反射波長(ブラッグ波長)の周囲で、±400GHz程度の高反射率光周波数(波長)領域が形成されていることがわかる。
図3は、本発明の第1実施形態に係る発光装置の出力光スペクト特性を示す図である。
【0040】
図3において、図2のブラッグ波長の周囲で、50GHz間隔の16チャンネルのモードが発生していることが確認できた。
図4は、本発明の第1実施形態に係る発光装置からの多チャンネルDC光の発生方法を示す図である。
図4において、図1の光出力側回折格子反射領域R2を介して出力された16チャンネル分の光がアレー導波路回折格子フィルタ101に入力されると、1チャンネル目〜16チャンネル目の光はポートP1〜P16からそれぞれ出力される。そして、図1の光出力側回折格子反射領域R2を介して出力された光には、17チャンネル目以降の光は含まれていないため、各ポートP1〜P16から複数のモードの光が出力されることを防止することができる。
【0041】
このため、アレー導波路回折格子フィルタ101の出力ポート数の増大を抑制しつつ、アレー導波路回折格子フィルタ101の1個のポートから1個のモードの光のみを出力させることが可能となるとともに、1台のアレー導波路回折格子フィルタ101で複数の波長の光を切り出すことが可能となり、波長多重光通信システムのコストダウンを図ることが可能となるとともに、波長多重光通信システムの小型・軽量化を図ることが可能となる。
【0042】
図5、本発明の第1実施形態に係る発光装置の製造方法を示す断面図である。
図5(a)において、エピタキシャル成長により、1.55μm−InGaAsP活性層2をn−InP基板1上に形成する。そして、例えば、CVD法により、SiO2膜を1.55μm−InGaAsP活性層2上に形成する。そして、フォトリソグラフィー技術およびエッチング技術を用いることにより、光出力側回折格子反射領域R2および回折格子反射領域R3のSiO2膜を除去し、活性領域R1上にSiO2マスク11を形成する。
【0043】
次に、図5(b)に示すように、SiO2マスク11を用いて1.55μm−InGaAsP活性層2のエッチングを行うことにより、光出力側回折格子反射領域R2および回折格子反射領域R3の1.55μm−InGaAsP活性層2を除去する。
次に、図5(c)に示すように、SiO2マスク11を用いてエピタキシャル成長を行うことにより、光出力側回折格子反射領域R2および回折格子反射領域R3に、1.3μm−InGaAsP光出力側回折格子反射鏡導波路3aおよび1.3μm−InGaAsP回折格子反射鏡導波路3bをそれぞれ選択的に形成する。
【0044】
次に、図5(d)に示すように、レジストを全面に塗布する。そして、電子ビーム露光装置を用いてレジストを焼き付けることにより、反射鏡中心波長が所望の波長となるような周期で回折格子の山が残るようなレジストパターン12a、12bを形成する。
次に、図5(e)に示すように、レジストパターン12a、12bをマスクとして、1.3μm−InGaAsP光出力側回折格子反射鏡導波路3aおよび1.3μm−InGaAsP回折格子反射鏡導波路3bのエッチングを行うことにより、1.3μm−InGaAsP光出力側回折格子反射鏡導波路3aおよび1.3μm−InGaAsP回折格子反射鏡導波路3b上に光出力側回折格子反射鏡4aおよび回折格子反射鏡4bをそれぞれ形成する。そして、光出力側回折格子反射鏡4aおよび回折格子反射鏡4bがそれぞれ形成されると、SiO2マスク11およびレジストパターン12a、12bを除去する。
【0045】
次に、図5(f)に示すように、エピタキシャル成長により、p−InPクラッド層5を全面に形成する。
そして、図1に示すように、光出力側回折格子反射領域R2、回折格子反射領域R3および活性領域R1にそれぞれ対応して、p−InPクラッド層5上に電流注入電極6a〜6cをそれぞれ形成するとともに、n−InP基板1の裏面に共通電極7を形成する。
【0046】
これにより、製造工程の煩雑化を抑制しつつ、1.55μm−InGaAsP活性層2、光出力側回折格子反射鏡4aおよび回折格子反射鏡4bを同一のn−InP基板1上にモノリシック集積化することが可能となるとともに、劈開面を反射鏡として用いる必要がなくなり、波長多重光通信システムのコストダウンを図ることが可能となるとともに、波長多重光通信システムの小型・軽量化を図ることが可能となる。
【0047】
図6は、本発明の第2実施形態に係る発光装置の構成を示す断面図である。
図6において、n−InP基板11上には、活性領域R11、過飽和吸収領域R12、光出力側回折格子反射領域R13および回折格子反射領域R14が形成されている。ここで、活性領域R11では、1.55μm−InGaAsP活性層12がn−InP基板11上に形成され、1.55μm−InGaAsP活性層12上には、p−InPクラッド層15が形成され、p−InPクラッド層15上には、1.55μm−InGaAsP活性層12に電流を注入する電流注入電極16cが設けられている。
【0048】
また、過飽和吸収領域R12では、1.55μm−InGaAsP過飽和吸収層18がn−InP基板11上に形成され、1.55μm−InGaAsP過飽和吸収層18上には、p−InPクラッド層15が形成され、p−InPクラッド層15上には、1.55μm−InGaAsP過飽和吸収層18に電流を注入する電流注入電極16dが設けられている。
【0049】
一方、光出力側回折格子反射領域R13では、1.55μm−InGaAsP活性層12に結合されるようにして、1.3μm−InGaAsP光出力側回折格子反射鏡導波路13aが形成されている。
そして、1.3μm−InGaAsP光出力側回折格子反射鏡導波路13aには、所定周波数間隔の所定チャンネルのモードのみを選択的に発振させるための光出力側回折格子反射鏡14aが形成されている。そして、光出力側回折格子反射鏡14a上には、p−InPクラッド層15が形成され、p−InPクラッド層15上には、光出力側回折格子反射鏡14aに電流を注入する電流注入電極16aが設けられている。
【0050】
また、回折格子反射領域R14では、1.55μm−InGaAsP過飽和吸収層18に結合されるようにして、1.3μm−InGaAsP回折格子反射鏡導波路13bが形成されている。
そして、1.3μm−InGaAsP回折格子反射鏡導波路13bには、所定周波数間隔の所定チャンネルのモードのみを選択的に発振させるための回折格子反射鏡14bが形成されている。そして、回折格子反射鏡14b上には、p−InPクラッド層15が形成され、p−InPクラッド層15上には、回折格子反射鏡14bに電流を注入する電流注入電極16bが設けられている。
【0051】
また、活性領域R11、過飽和吸収領域R12、光出力側回折格子反射領域R13および回折格子反射領域R14において、n−InP基板11の裏面には共通電極17が設けられている。
例えば、光出力側回折格子反射領域R13および回折格子反射領域R14は、50GHz間隔の16チャンネルのモードのみを選択的に発振可能なように構成することができる。具体的には、光出力側回折格子反射鏡14aおよび回折格子反射鏡14bの結合係数を260cm−1、光出力側回折格子反射領域R13および回折格子反射領域R14の長さをそれぞれ150μmに設定することができる。そして、素子内部の光の往復時間が20ピコ秒となり、光出力スペクトル中の各モード間隔が50GHzとなるように、活性領域R11と過飽和吸収領域R12との長さの和を840μmに設定することができる。
【0052】
そして、電流注入電極16cからp−InPクラッド層15を介して1.55μm−InGaAsP活性層12に電流が注入されると、1.55μm−InGaAsP活性層12にて、光が発生・増幅される。そして、電流注入電極16dからp−InPクラッド層15を介して1.55μm−InGaAsP過飽和吸収層18に電流を注入し、1.55μm−InGaAsP過飽和吸収層18を通過する光の吸収量を制御しながら、1.3μm−InGaAsP光出力側回折格子反射鏡導波路3aおよび1.3μm−InGaAsP回折格子反射鏡導波路3bを導波させる。そして、1.3μm−InGaAsP光出力側回折格子反射鏡導波路3aおよび1.3μm−InGaAsP回折格子反射鏡導波路3bを導波する光を、光出力側回折格子反射鏡4aおよび回折格子反射鏡4bで反射させ、50GHz間隔の16チャンネルのモードのみを選択的に発振させる。
【0053】
ここで、1.55μm−InGaAsP過飽和吸収層18では、1.55μm−InGaAsP過飽和吸収層18への光入力に応じて光吸収量が変化し、共振器内を往復する光の往復時間に対応して光出力をパルス化させ易くすることが可能となる。このため、光出力スペクトル上の各モードの同期状態を強めることを可能としつつ、50GHz間隔の16チャンネルのモードのみを選択的に発振させることが可能となる。
また、電流注入電極16a、16bをそれぞれ介し光出力側回折格子反射領域R12および回折格子反射領域R13に注入される電流をそれぞれ調整することにより、光出力側回折格子反射領域R12を介して出力される光の波長を制御することが可能となる。
【0054】
これにより、各モードの光出力強度の均一化を可能としつつ、所定周波数間隔の所定チャンネルのモードのみを選択的に発振させることが可能となるとともに、活性領域R11、過飽和吸収領域R12、光出力側回折格子反射領域R13および回折格子反射領域R14を同一のn−InP基板11上にモノリシック集積化することが可能となる。このため、劈開面を反射鏡として用いることなく、1台の光源を用いて必要なチャンネル数を確保することが可能となり、波長多重光通信システムのコストダウンを図ることが可能となるとともに、波長多重光通信システムの動作の安定化を図りつつ、波長多重光通信システムの小型・軽量化を図ることが可能となる。
【0055】
図7は、本発明の第2実施形態に係る発光装置の出力光スペクト特性を示す図である。
図7において、図2のブラッグ波長の周囲で、50GHz間隔の16チャンネルのモードが発生していることが確認できた。また、過飽和吸収領域R12を設けることにより、各モードの出力光強度も同一レベルに制御することができた。
【0056】
図8は、本発明の第3実施形態に係る発光装置の構成を示す断面図である。
図8において、n−InP基板21上には、活性領域R21、光強度変調領域R22、光出力側回折格子反射領域R23および回折格子反射領域R24が形成されている。ここで、活性領域R21では、1.55μm−InGaAsP活性層22がn−InP基板21上に形成され、1.55μm−InGaAsP活性層22上には、p−InPクラッド層25が形成され、p−InPクラッド層25上には、1.55μm−InGaAsP活性層22に電流を注入する電流注入電極26cが設けられている。
【0057】
また、光強度変調領域R22では、1.48μm−InGaAsP光強度変調層28がn−InP基板21上に形成され、1.48μm−InGaAsP光強度変調層28上には、p−InPクラッド層25が形成され、p−InPクラッド層25上には、1.48μm−InGaAsP光強度変調層28に電圧を印加する電圧印加電極26dが設けられている。
【0058】
一方、光出力側回折格子反射領域R23では、1.55μm−InGaAsP活性層22に結合されるようにして、1.3μm−InGaAsP光出力側回折格子反射鏡導波路23aが形成されている。
そして、1.3μm−InGaAsP光出力側回折格子反射鏡導波路23aには、所定周波数間隔の所定チャンネルのモードのみを選択的に発振させるための光出力側回折格子反射鏡24aが形成されている。そして、光出力側回折格子反射鏡24a上には、p−InPクラッド層25が形成され、p−InPクラッド層25上には、光出力側回折格子反射鏡24aに電流を注入する電流注入電極26aが設けられている。
【0059】
また、回折格子反射領域R24では、1.48μm−InGaAsP光強度変調層28に結合されるようにして、1.3μm−InGaAsP回折格子反射鏡導波路23bが形成されている。
そして、1.3μm−InGaAsP回折格子反射鏡導波路23bには、所定周波数間隔の所定チャンネルのモードのみを選択的に発振させるための回折格子反射鏡24bが形成されている。そして、回折格子反射鏡24b上には、p−InPクラッド層25が形成され、p−InPクラッド層25上には、回折格子反射鏡24bに電流を注入する電流注入電極26bが設けられている。
【0060】
また、活性領域R21、光強度変調領域R22、光出力側回折格子反射領域R23および回折格子反射領域R24において、n−InP基板21の裏面には共通電極27が設けられている。
例えば、光出力側回折格子反射領域R23および回折格子反射領域R24は、50GHz間隔の16チャンネルのモードのみを選択的に発振可能なように構成することができる。具体的には、光出力側回折格子反射鏡24aおよび回折格子反射鏡24bの結合係数を260cm−1、光出力側回折格子反射領域R23および回折格子反射領域R24の長さをそれぞれ150μmに設定することができる。そして、素子内部の光の往復時間が20ピコ秒となり、光出力スペクトル中の各モード間隔が50GHzとなるように、活性領域R21と光強度変調領域R22との長さの和を840μmに設定することができる。
【0061】
そして、電流注入電極26cからp−InPクラッド層25を介して1.55μm−InGaAsP活性層22に電流が注入されると、1.55μm−InGaAsP活性層22にて、光が発生・増幅される。そして、電圧印加電極26dからp−InPクラッド層25を介して1.48μm−InGaAsP光強度変調層28に電圧を印加し、1.48μm−InGaAsP光強度変調層28を通過する波長1.55μm付近の光の吸収量を制御しながら、1.3μm−InGaAsP光出力側回折格子反射鏡導波路23aおよび1.3μm−InGaAsP回折格子反射鏡導波路23bを導波させる。そして、1.3μm−InGaAsP光出力側回折格子反射鏡導波路23aおよび1.3μm−InGaAsP回折格子反射鏡導波路23bを導波する光を、光出力側回折格子反射鏡24aおよび回折格子反射鏡24bで反射させ、50GHz間隔の16チャンネルのモードのみを選択的に発振させる。
【0062】
ここで、1.48μm−InGaAsP光強度変調層28では、1.48μm−InGaAsP光強度変調層28への印加電圧に応じて波長1.55μm付近の光吸収量が変化し、共振器内を往復する光の往復時間に同調させて電圧印加電極26dに印加される電圧を変調させることにより、光出力をパルス化することが可能となる。このため、光出力スペクトル上の各モードの同期状態を強めることを可能としつつ、50GHz間隔の16チャンネルのモードのみを選択的に発振させることが可能となる。また、各モードの周波数間隔は電圧印加電極26dに印加される電圧の変調周波数に一致させることができ、各モードの周波数間隔を高精度化することが可能となる。
【0063】
さらに、電流注入電極26a、26bをそれぞれ介し光出力側回折格子反射領域R22および回折格子反射領域R23に注入される電流をそれぞれ調整することにより、光出力側回折格子反射領域R22を介して出力される光の波長を制御することが可能となる。
これにより、活性領域R21、光強度変調領域R22、光出力側回折格子反射領域R23および回折格子反射領域R24を同一のn−InP基板21上にモノリシック集積化することが可能となり、光出力スペクトル上の各モードの同期状態を強めることを可能としつつ、所定のモードのみを選択的に発振させることが可能となるとともに、各モードの周波数間隔を高精度化することが可能となる。このため、回路規模の増大を抑制しつつ、光集積化を容易に実現することを可能となり、波長多重光通信システムのコストダウンを図ることが可能となるとともに、波長多重光通信システムの動作の安定化を図りつつ、波長多重光通信システムの小型・軽量化を図ることが可能となる。
【0064】
図9は、本発明の第3実施形態に係る発光装置の出力光スペクト特性を示す図である。
図9において、図2のブラッグ波長の周囲で、50GHz間隔の16チャンネルのモードが発生していることが確認できた。また、光強度変調領域R22を設けることにより、各モードの出力光強度を同一レベルに制御することができるとともに、各モードの周波数間隔を50GHzに精度よく設定することができた。
【0065】
図10は、本発明の第4実施形態に係る発光装置の構成を示す断面図である。
図10において、n−InP基板31上には、活性領域R31、光出力側回折格子反射領域R32、回折格子反射領域R33および光吸収領域R34が形成されている。ここで、活性領域R31では、1.55μm−InGaAsP活性層32がn−InP基板31上に形成され、1.55μm−InGaAsP活性層32上には、p−InPクラッド層35が形成され、p−InPクラッド層35上には、1.55μm−InGaAsP活性層32に電流を注入する電流注入電極36cが設けられている。
【0066】
一方、光出力側回折格子反射領域R32および回折格子反射領域R33では、1.55μm−InGaAsP活性層32の両端にそれぞれ結合されるようにして、1.3μm−InGaAsP光出力側回折格子反射鏡導波路33aおよび1.3μm−InGaAsP回折格子反射鏡導波路33bが形成されている。
そして、1.3μm−InGaAsP光出力側回折格子反射鏡導波路33aおよび1.3μm−InGaAsP回折格子反射鏡導波路33bには、所定周波数間隔の所定チャンネルのモードのみを選択的に発振させるための光出力側回折格子反射鏡34aおよび回折格子反射鏡34bがそれぞれ形成されている。そして、光出力側回折格子反射鏡34aおよび回折格子反射鏡34b上には、p−InPクラッド層35が形成され、p−InPクラッド層35上には、光出力側回折格子反射鏡34aおよび回折格子反射鏡34bに電流を注入する電流注入電極36a、36bがそれぞれ設けられている。
【0067】
また、光吸収領域R34では、1.3μm−InGaAsP回折格子反射鏡導波路33bに結合されるようにして、1.6μm−InGaAsP光吸収層38が形成され、1.6μm−InGaAsP光吸収層38上には、p−InPクラッド層35が形成されている。
また、活性領域R31、光出力側回折格子反射領域R32、回折格子反射領域R33および光吸収領域R34において、n−InP基板31の裏面には共通電極37が設けられている。
【0068】
例えば、光出力側回折格子反射領域R32および回折格子反射領域R33は、50GHz間隔の16チャンネルのモードのみを選択的に発振可能なように構成することができる。具体的には、光出力側回折格子反射鏡34aおよび回折格子反射鏡34bの結合係数を260cm−1、光出力側回折格子反射領域R32および回折格子反射領域R33の長さをそれぞれ150μmに設定することができる。そして、素子内部の光の往復時間が20ピコ秒となり、光出力スペクトル中の各モード間隔が50GHzとなるように、活性領域R31の長さを840μmに設定することができる。
【0069】
そして、電流注入電極36cからp−InPクラッド層35を介して1.55μm−InGaAsP活性層32に電流が注入されると、1.55μm−InGaAsP活性層32にて、光が発生・増幅される。1.55μm−InGaAsP活性層32で発生された光は、1.3μm−InGaAsP光出力側回折格子反射鏡導波路33aおよび1.3μm−InGaAsP回折格子反射鏡導波路33bを導波する。
【0070】
そして、1.3μm−InGaAsP光出力側回折格子反射鏡導波路33aおよび1.3μm−InGaAsP回折格子反射鏡導波路33bを導波する光は、光出力側回折格子反射鏡34aおよび回折格子反射鏡34bで反射され、50GHz間隔の16チャンネルのモードのみを選択的に発振させることができる。そして、1.55μm−InGaAsP活性層32にて発生された光は、1.3μm−InGaAsP光出力側回折格子反射鏡導波路33aを介して外部に出力され、1.3μm−InGaAsP光出力側回折格子反射鏡導波路33bを介して出力される光は、光吸収領域R34にて完全に吸収させることができる。
【0071】
これにより、活性領域R31、光出力側回折格子反射領域R32、回折格子反射領域R33および光吸収領域R34を同一のn−InP基板31上にモノリシック集積化することを可能としつつ、所定周波数間隔の所定チャンネルのモードのみを選択的に発振させることが可能となるとともに、光出力の単一方向性を実現することが可能となる。このため、波長多重光通信システムの小型・軽量、低価格化を図ることが可能となるとともに、片側から出力される不要な光出力が光集積回路内に混入することを避けることが可能となり、光集積回路の動作を安定化させることが可能となる。
【0072】
図11は、本発明の第5実施形態に係る発光装置の構成を示す断面図である。
図11において、n−InP基板41上には、活性領域R41、過飽和吸収領域R42、光出力側回折格子反射領域R43、回折格子反射領域R44および光吸収領域R45が形成されている。ここで、活性領域R41では、1.55μm−InGaAsP活性層42がn−InP基板41上に形成され、1.55μm−InGaAsP活性層42上には、p−InPクラッド層45が形成され、p−InPクラッド層45上には、1.55μm−InGaAsP活性層42に電流を注入する電流注入電極46cが設けられている。
【0073】
また、過飽和吸収領域R42では、1.55μm−InGaAsP過飽和吸収層48がn−InP基板41上に形成され、1.55μm−InGaAsP過飽和吸収層48上には、p−InPクラッド層45が形成され、p−InPクラッド層45上には、1.55μm−InGaAsP過飽和吸収層48に電流を注入する電流注入電極46dが設けられている。
【0074】
一方、光出力側回折格子反射領域R43では、1.55μm−InGaAsP活性層42に結合されるようにして、1.3μm−InGaAsP光出力側回折格子反射鏡導波路43aが形成されている。
そして、1.3μm−InGaAsP光出力側回折格子反射鏡導波路43aには、所定周波数間隔の所定チャンネルのモードのみを選択的に発振させるための光出力側回折格子反射鏡44aが形成されている。そして、光出力側回折格子反射鏡44a上には、p−InPクラッド層45が形成され、p−InPクラッド層45上には、光出力側回折格子反射鏡44aに電流を注入する電流注入電極46aが設けられている。
【0075】
また、回折格子反射領域R44では、1.55μm−InGaAsP過飽和吸収層48に結合されるようにして、1.3μm−InGaAsP回折格子反射鏡導波路43bが形成されている。
そして、1.3μm−InGaAsP回折格子反射鏡導波路43bには、所定周波数間隔の所定チャンネルのモードのみを選択的に発振させるための回折格子反射鏡44bが形成されている。そして、回折格子反射鏡44b上には、p−InPクラッド層45が形成され、p−InPクラッド層45上には、回折格子反射鏡44bに電流を注入する電流注入電極46bが設けられている。
【0076】
また、光吸収領域R45では、1.3μm−InGaAsP回折格子反射鏡導波路43bに結合されるようにして、1.6μm−InGaAsP光吸収層49が形成され、1.6μm−InGaAsP光吸収層49上には、p−InPクラッド層45が形成されている。
また、活性領域R41、過飽和吸収領域R42、光出力側回折格子反射領域R43、回折格子反射領域R44および光吸収領域R45において、n−InP基板41の裏面には共通電極47が設けられている。
【0077】
例えば、光出力側回折格子反射領域R43および回折格子反射領域R44は、50GHz間隔の16チャンネルのモードのみを選択的に発振可能なように構成することができる。具体的には、光出力側回折格子反射鏡44aおよび回折格子反射鏡44bの結合係数を260cm−1、光出力側回折格子反射領域R43および回折格子反射領域R44の長さをそれぞれ150μmに設定することができる。そして、素子内部の光の往復時間が20ピコ秒となり、光出力スペクトル中の各モード間隔が50GHzとなるように、活性領域R41と過飽和吸収領域R42との長さの和を840μmに設定することができる。
【0078】
そして、電流注入電極46cからp−InPクラッド層45を介して1.55μm−InGaAsP活性層42に電流が注入されると、1.55μm−InGaAsP活性層42にて、光が発生・増幅される。そして、電流注入電極46dからp−InPクラッド層45を介して1.55μm−InGaAsP過飽和吸収層48に電流を注入し、1.55μm−InGaAsP過飽和吸収層48を通過する光の吸収量を制御しながら、1.3μm−InGaAsP光出力側回折格子反射鏡導波路43aおよび1.3μm−InGaAsP回折格子反射鏡導波路43bを導波させる。そして、1.3μm−InGaAsP光出力側回折格子反射鏡導波路43aおよび1.3μm−InGaAsP回折格子反射鏡導波路43bを導波する光を、光出力側回折格子反射鏡44aおよび回折格子反射鏡44bで反射させ、50GHz間隔の16チャンネルのモードのみを選択的に発振させる。
【0079】
ここで、1.55μm−InGaAsP過飽和吸収層48では、1.55μm−InGaAsP過飽和吸収層48への光入力に応じて光吸収量が変化し、共振器内を往復する光の往復時間に対応して光出力をパルス化させ易くすることが可能となる。このため、光出力スペクトル上の各モードの同期状態を強めることを可能としつつ、50GHz間隔の16チャンネルのモードのみを選択的に発振させることが可能となる。また、1.55μm−InGaAsP活性層42にて発生された光は、1.3μm−InGaAsP光出力側回折格子反射鏡導波路43aを介して外部に出力され、1.3μm−InGaAsP光出力側回折格子反射鏡導波路43bを介して出力される光は、光吸収領域R45にて完全に吸収させることができる。
【0080】
これにより、活性領域R41、過飽和吸収領域R42、光出力側回折格子反射領域R43、回折格子反射領域R44および光吸収領域R45を同一のn−InP基板41上にモノリシック集積化することを可能としつつ、所定周波数間隔の所定チャンネルのモードのみを選択的に発振させることが可能となるとともに、各モードの光出力強度の均一化を可能としつつ、光出力の単一方向性を実現することが可能となる。このため、波長多重光通信システムの小型・軽量、低価格化を図ることが可能となるとともに、片側から出力される不要な光出力が光集積回路内に混入することを避けることが可能となり、光集積回路の動作を安定化させることが可能となる。
【0081】
図12は、本発明の第6実施形態に係る発光装置の構成を示す断面図である。
図12において、n−InP基板51上には、活性領域R51、光強度変調領域R52、光出力側回折格子反射領域R53、回折格子反射領域R54および光吸収領域R55が形成されている。ここで、活性領域R51では、1.55μm−InGaAsP活性層52がn−InP基板51上に形成され、1.55μm−InGaAsP活性層52上には、p−InPクラッド層55が形成され、p−InPクラッド層55上には、1.55μm−InGaAsP活性層52に電流を注入する電流注入電極56cが設けられている。
【0082】
また、光強度変調領域R52では、1.48μm−InGaAsP光強度変調層58がn−InP基板51上に形成され、1.48μm−InGaAsP光強度変調層58上には、p−InPクラッド層55が形成され、p−InPクラッド層55上には、1.48μm−InGaAsP光強度変調層58に電圧を印加する電圧印加電極56dが設けられている。
【0083】
一方、光出力側回折格子反射領域R53では、1.55μm−InGaAsP活性層52に結合されるようにして、1.3μm−InGaAsP光出力側回折格子反射鏡導波路53aが形成されている。
そして、1.3μm−InGaAsP光出力側回折格子反射鏡導波路53aには、所定周波数間隔の所定チャンネルのモードのみを選択的に発振させるための光出力側回折格子反射鏡54aが形成されている。そして、光出力側回折格子反射鏡54a上には、p−InPクラッド層55が形成され、p−InPクラッド層55上には、光出力側回折格子反射鏡54aに電流を注入する電流注入電極56aが設けられている。
【0084】
また、回折格子反射領域R54では、1.48μm−InGaAsP光強度変調層58に結合されるようにして、1.3μm−InGaAsP回折格子反射鏡導波路53bが形成されている。
そして、1.3μm−InGaAsP回折格子反射鏡導波路53bには、所定周波数間隔の所定チャンネルのモードのみを選択的に発振させるための回折格子反射鏡54bが形成されている。そして、回折格子反射鏡54b上には、p−InPクラッド層55が形成され、p−InPクラッド層55上には、回折格子反射鏡54bに電流を注入する電流注入電極56bが設けられている。
【0085】
また、光吸収領域R54では、1.3μm−InGaAsP回折格子反射鏡導波路53bに結合されるようにして、1.6μm−InGaAsP光吸収層59が形成され、1.6μm−InGaAsP光吸収層59上には、p−InPクラッド層55が形成されている。
また、活性領域R51、光強度変調領域R52、光出力側回折格子反射領域R53、回折格子反射領域R54および光吸収領域R55において、n−InP基板51の裏面には共通電極57が設けられている。
【0086】
例えば、光出力側回折格子反射領域R53および回折格子反射領域R54は、50GHz間隔の16チャンネルのモードのみを選択的に発振可能なように構成することができる。具体的には、光出力側回折格子反射鏡54aおよび回折格子反射鏡54bの結合係数を260cm−1、光出力側回折格子反射領域R53および回折格子反射領域R54の長さをそれぞれ150μmに設定することができる。そして、素子内部の光の往復時間が20ピコ秒となり、光出力スペクトル中の各モード間隔が50GHzとなるように、活性領域R51と光強度変調領域R52との長さの和を840μmに設定することができる。
【0087】
そして、電流注入電極56cからp−InPクラッド層55を介して1.55μm−InGaAsP活性層52に電流が注入されると、1.55μm−InGaAsP活性層52にて、光が発生・増幅される。そして、電圧印加電極56dからp−InPクラッド層55を介して1.48μm−InGaAsP光強度変調層58に電圧を印加し、1.48μm−InGaAsP光強度変調層58を通過する波長1.55μm付近の光の吸収量を制御しながら、1.3μm−InGaAsP光出力側回折格子反射鏡導波路53aおよび1.3μm−InGaAsP回折格子反射鏡導波路53bを導波させる。そして、1.3μm−InGaAsP光出力側回折格子反射鏡導波路53aおよび1.3μm−InGaAsP回折格子反射鏡導波路53bを導波する光を、光出力側回折格子反射鏡54aおよび回折格子反射鏡54bで反射させ、50GHz間隔の16チャンネルのモードのみを選択的に発振させる。
【0088】
ここで、1.48μm−InGaAsP光強度変調層58では、1.48μm−InGaAsP光強度変調層58への印加電圧に応じて波長1.55μm付近の光吸収量が変化し、共振器内を往復する光の往復時間に同調させて電圧印加電極56dに印加される電圧を変調させることにより、光出力をパルス化することが可能となる。このため、光出力スペクトル上の各モードの同期状態を強めることを可能としつつ、50GHz間隔の16チャンネルのモードのみを選択的に発振させることが可能となる。また、各モードの周波数間隔は電圧印加電極56dに印加される電圧の変調周波数に一致させることができ、各モードの周波数間隔を高精度化することが可能となる。また、1.55μm−InGaAsP活性層52にて発生された光は、1.3μm−InGaAsP光出力側回折格子反射鏡導波路53aを介して外部に出力され、1.3μm−InGaAsP光出力側回折格子反射鏡導波路53bを介して出力される光は、光吸収領域R55にて完全に吸収させることができる。
【0089】
これにより、活性領域R51、光強度変調領域R52、光出力側回折格子反射領域R53、回折格子反射領域R54および光吸収領域R55を同一のn−InP基板51上にモノリシック集積化することを可能としつつ、所定周波数間隔の所定チャンネルのモードのみを選択的に発振させることが可能となるとともに、各モードの光出力強度の均一化および各モードの周波数間隔の高精度化を可能としつつ、光出力の単一方向性を実現することが可能となる。このため、波長多重光通信システムの小型・軽量、低価格化を図ることが可能となるとともに、片側から出力される不要な光出力が光集積回路内に混入することを避けることが可能となり、光集積回路の動作を安定化させることが可能となる。
【0090】
なお、上述した実施形態では、InGaAsP系材料を用いた構成を例にとって説明したが、本発明は必ずしもInGaAsP系に限定されることなく、例えば、GaAs/AlGaAs系、InGaAs/InAlGaAs系、あるいはGaSb/AlGaSb系などに適用するようにしてもよい。
【0091】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、基線スペクトルの本数を制限する回折格子反射領域を発光領域の両端に設けることにより、1台の光源を用いて必要なチャンネル数を確保することが可能となり、波長多重光通信システムのコストダウンを図ることが可能となるとともに、劈開面を反射鏡として用いる必要がなくなり、光集積化を容易に実現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施形態に係る発光装置の構成を示す断面図である。
【図2】本発明の第1実施形態に係る発光装置の反射特性を示す図である。
【図3】本発明の第1実施形態に係る発光装置の出力光スペクト特性を示す図である。
【図4】本発明の第1実施形態に係る発光装置からの多チャンネルDC光の発生方法を示す図である。
【図5】本発明の第1実施形態に係る発光装置の製造方法を示す断面図である。
【図6】本発明の第2実施形態に係る発光装置の構成を示す断面図である。
【図7】本発明の第2実施形態に係る発光装置の出力光スペクト特性を示す図である。
【図8】本発明の第3実施形態に係る発光装置の構成を示す断面図である。
【図9】本発明の第3実施形態に係る発光装置の出力光スペクト特性を示す図である。
【図10】本発明の第4実施形態に係る発光装置の構成を示す断面図である。
【図11】本発明の第5実施形態に係る発光装置の構成を示す断面図である。
【図12】本発明の第6実施形態に係る発光装置の構成を示す断面図である。
【図13】モードロックレーザから出力される多モードスペクトルの一例を示す図である。
【図14】モードロックレーザからのスペクトル切り出しによる多チャンネルDC光の発生方法を示す図である。
【図15】アレー導波路回折格子フィルタの周期性を示す図である。
【符号の説明】
R1、R11、R21、R31、R41、R51 活性領域
R2、R13、R23、R32、R43、R53 光出力側回折格子反射領域
R3、R14、R24、R33、R44、R54 回折格子反射領域
R12、R42 過飽和吸収領域
R22、R52 光強度変調領域
R34、R45、R55 光吸収領域
1、11、21、31、41、51 n−InP基板
2、12、22、32、42、52 1.55μm−InGaAsP活性層
3a、13a、23a、33a、43a、53a 1.3μm−InGaAsP光出力側回折格子反射鏡導波路
3b、13b、23b、33b、43b、53b 1.3μm−InGaAsP回折格子反射鏡導波路
4a、14a、24a、34a、44a、54a 光出力側回折格子反射鏡
4b、14b、24b、34b、44b、54b 回折格子反射鏡
5、15、25、35、45、55 p−InPクラッド層
6a〜6c、16a〜16d、26a〜26c、36a〜36d、46a〜46d、56a〜56c 電流注入電極
26d、56d 電圧印加電極
7、17、27、37、47、57 共通電極
18、48 1.55μm−InGaAsP過飽和吸収層
28、58 1.48μm−InGaAsP光強度変調層
38、49、59 1.6μm−InGaAsP光吸収層
11 SiO2マスク
12a、12b レジストパターン
101 アレー導波路回折格子フィルタ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a light emitting device, a method for manufacturing the light emitting device, and a wavelength division multiplexing optical communication system, and more particularly, to a semiconductor multiwavelength light source having a plurality of baseline spectra (oscillation modes) arranged at equal optical frequency intervals on an optical output spectrum. And suitable.
[0002]
[Prior art]
In the optical communication field, a wavelength division multiplexing optical communication system has been put into practical use, and there is one using a channel arrangement with a minimum grid interval of 25 GHz as an optical frequency interval between channels. In addition, there is a grid that uses 50 GHz intervals as the lowest practical optical frequency interval.
Here, when a wavelength division multiplexing optical communication system is constructed using a single mode semiconductor laser, it is necessary to prepare a plurality of single mode semiconductor lasers having an optical frequency interval of 50 GHz, and the optical system becomes complicated.
[0003]
For this reason, as a light source of the wavelength division multiplexing optical communication system, there is a method using a semiconductor mode-locked laser capable of oscillating a plurality of modes at optical frequency intervals caused by the optical round trip time of the resonator. This semiconductor mode-locked laser can generate a plurality of baseline spectra arranged at equal optical frequency intervals on the optical output spectrum, and can output signal light of a plurality of channels with an optical frequency interval of 50 GHz from one light source. It becomes possible.
[0004]
For example, as a method for generating signal light of a plurality of channels with an optical frequency interval of 50 GHz over a wide frequency band, a passive saturable absorption region is provided in a resonator of a Fabry-Perot laser in which the round trip period of the resonator is 50 GHz. As disclosed in Non-Patent
[0005]
FIG. 13 is a diagram illustrating an example of a multimode spectrum output from a mode-locked laser.
In FIG. 13, in the mode-locked laser, signal light of a plurality of channels with an optical frequency interval of 50 GHz is generated over a wide frequency band. However, the output light from these mode-locked lasers has a pulse shape with the frequency as a repetition frequency on the time axis.
[0006]
For this reason, in order to use the mode-locked laser as DC light having a plurality of equal optical frequency intervals, it is necessary to cut out individual modes output from the mode-locked laser by using an optical filter.
Further, in the current wavelength division multiplexing optical communication system, even if a light source that generates a huge number of DC lights can be realized, it is necessary to superimpose digital signals on them, so that the necessary number of channels is 8 to 16 channels. The degree is realistic and redundant channels are unnecessary.
[0007]
Here, in order to cut out a large number of modes from a mode-locked laser, the method using an optical filter that selectively transmits only a single wavelength requires as many optical filters as the number of modes. Becomes complicated.
For this reason, for example, as disclosed in Non-Patent
[0008]
FIG. 14 is a diagram illustrating a method for generating multi-channel DC light by spectrum extraction from a mode-locked laser.
In FIG. 14, array waveguide
[0009]
[Non-Patent Document 1]
Sato et al. IEEE Journal of Selected Topics in Topics in Quantum Electronics, Vol. 5, no. 3, pp. 590-595, 1999
[Non-Patent Document 2]
Yasaka et al. “Multiwavelength light source precision frequency spacing using mode-locked semiconductor laser and arrayed waveguided 96”.
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
However, as shown in FIG. 13, the output light from the semiconductor mode-locked laser covers an optical frequency (wavelength) range with a wide spectrum and includes several tens of modes.
On the other hand, the transmission characteristics of the arrayed
[0011]
FIG. 15 is a diagram showing the periodicity of the arrayed waveguide grating filter.
In FIG. 15, the arrayed
[0012]
For this reason, in order to output only one mode of light from one port of the arrayed
[0013]
In addition, in order to lock many modes in the conventional semiconductor mode-locked laser, it is necessary to adopt a configuration that minimizes the wavelength dependency of the reflector, and the cleavage plane of the element is used as the semiconductor mode-locked laser and the reflector. It was done.
For this reason, when a semiconductor mode-locked laser is integrated in an optical integrated circuit or the like, it is necessary to adjust the installation location of the element so that a cleavage plane can be formed, which is an obstacle to integration.
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a light emitting device capable of limiting the number of modes output from a mode-locked laser, a method for manufacturing the light emitting device, and a wavelength division multiplexing optical communication system.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described problem, according to the light-emitting device according to
[0015]
This makes it possible to limit the number of baseline spectra generated in the light emitting region, and to secure the necessary number of channels using a single light source. Therefore, the number of channels that can be generated by one light source can be made to match the number of output ports of the arrayed waveguide grating filter, and the increase in the number of output ports of the arrayed waveguide grating filter can be suppressed. As a result, the cost of the wavelength division multiplexing optical communication system can be reduced.
[0016]
In addition, it is possible to configure a resonator using a diffraction grating reflection region, and it is not necessary to use a cleavage plane as a reflecting mirror. It can be easily realized.
The light emitting device according to
[0017]
As a result, the amount of light absorption can be changed according to the light input to the supersaturated absorption region, and the light output can be easily pulsed according to the round-trip time of the light traveling back and forth within the resonator. Become. For this reason, it is possible to selectively oscillate only a predetermined mode while enabling the synchronization state of each mode on the light output spectrum to be strengthened, while enabling the light output intensity of each mode to be uniform, It is possible to secure the necessary number of channels using one light source.
[0018]
The light emitting device according to claim 3 is coupled to a light emitting region that generates light including a plurality of baseline spectra and at least one end of the light emitting region, and the coupling coefficient is limited to limit the number of the baseline spectra. It is characterized by comprising a set diffraction grating reflection region and a light intensity modulation region provided in the light emitting region and controlling the amount of light absorption based on the applied voltage.
[0019]
This makes it possible to pulse the optical output by modulating the voltage applied to the light intensity modulation region in synchronization with the round-trip time of the light traveling back and forth within the resonator, and to reduce the frequency interval of each mode. It is possible to match the modulation frequency of the applied voltage. For this reason, it becomes possible to selectively oscillate only a predetermined mode while enabling the synchronization state of each mode on the optical output spectrum to be strengthened, while enabling uniform light output intensity of each mode, It is possible to secure the necessary number of channels by using one light source and to increase the frequency interval of each mode with high accuracy.
[0020]
According to a fourth aspect of the present invention, the light emitting device further includes a light absorption region provided at one of the light output ends of the resonator constituted by the diffraction grating reflection region.
This makes it possible to completely absorb the light output on one side, and to realize unidirectionality of the light output. For this reason, it becomes possible to avoid the unnecessary optical output output from one side from being mixed into the optical integrated circuit, and to stabilize the operation of the optical integrated circuit.
[0021]
According to the light emitting device of
[0022]
As a result, the active layer and the diffraction grating reflecting mirror can be monolithically integrated on the same semiconductor substrate, and the necessary number of channels can be secured by using one light source without using the cleavage plane as a reflecting mirror. It becomes possible. For this reason, it is possible to suppress an increase in the number of output ports of the arrayed waveguide grating filter, thereby reducing the cost of the wavelength division multiplexing optical communication system and easily realizing optical integration. This makes it possible to reduce the size and weight of the wavelength division multiplexing optical communication system.
[0023]
According to the light emitting device of claim 6, the active layer formed on the semiconductor substrate, the saturable absorption layer formed on the semiconductor substrate and coupled to one end of the active layer, and the semiconductor substrate The first diffraction grating reflector is coupled to the other end of the active layer and the first diffraction grating reflector so that only a mode of a predetermined channel with a predetermined frequency interval can be selectively oscillated. A first diffraction grating reflector formed on a waveguide; a second diffraction grating reflector waveguide formed on the semiconductor substrate and coupled to the saturable absorption layer; and a mode of a predetermined channel at a predetermined frequency interval. , A second diffraction grating reflector formed on the second diffraction grating reflector waveguide, the active layer, the saturable absorption layer, the first diffraction grating reflector, and the first Formed on a two-grating reflector A clad layer formed on the clad layer, a first electrode for injecting current into the first diffraction grating reflector waveguide, and a second diffraction grating reflector waveguide formed on the clad layer. A second electrode for injecting current into the clad layer, a third electrode for injecting current into the active layer, and a fourth electrode formed on the clad layer and injecting current into the saturable absorption layer. And an electrode.
[0024]
As a result, the active layer, the saturable absorption layer, and the diffraction grating reflector can be monolithically integrated on the same semiconductor substrate, and it is possible to enhance the synchronization state of each mode on the optical output spectrum while maintaining a predetermined level. Only the mode can be selectively oscillated, and the cleavage plane need not be used as a reflecting mirror. Therefore, it is possible to easily realize optical integration while suppressing an increase in circuit scale, to reduce the cost of the wavelength division multiplexing optical communication system, and to improve the operation of the wavelength division multiplexing optical communication system. It is possible to reduce the size and weight of the wavelength division multiplexing optical communication system while achieving stabilization.
[0025]
The light emitting device according to
[0026]
As a result, the active layer, the light intensity modulation layer, and the diffraction grating reflector can be monolithically integrated on the same semiconductor substrate, and the synchronization state of each mode on the optical output spectrum can be strengthened while being predetermined. It is possible to selectively oscillate only the mode, and the frequency interval of each mode can be made highly accurate. For this reason, it is possible to easily realize optical integration while suppressing an increase in circuit scale, it is possible to reduce the cost of the wavelength division multiplexing optical communication system, and the operation of the wavelength division multiplexing optical communication system. It is possible to reduce the size and weight of the wavelength division multiplexing optical communication system while achieving stabilization.
[0027]
The light emitting device according to claim 8, further comprising: a light absorption layer provided on one of the light output ends of the resonator formed on the semiconductor substrate and configured by the diffraction grating reflecting mirror. Features.
As a result, the active layer, the light absorption layer, and the diffraction grating reflector can be monolithically integrated on the same semiconductor substrate, and the unidirectionality of the light output can be reduced while suppressing the complexity of the configuration of the light emitting device. Therefore, it is possible to reduce the size and weight of the wavelength division multiplexing optical communication system while stabilizing the operation of the wavelength division multiplexing optical communication system.
[0028]
According to the method for manufacturing a light emitting device according to claim 9, the step of forming an active layer on a semiconductor substrate by epitaxial growth, the step of forming a silicon dioxide layer on the active layer, the silicon dioxide layer and A step of removing the silicon dioxide layer and the active layer on both sides of the active region by patterning the active layer, and an epitaxial growth using the silicon dioxide layer as a mask on the semiconductor substrate on both sides of the active region A step of forming a waveguide layer, a step of forming a resist layer on the waveguide layer at a period in which only a mode of a predetermined channel with a predetermined frequency interval can be selectively oscillated, and the resist layer as a mask, Forming a diffraction grating on the waveguide layer by etching the waveguide layer; and a silicon dioxide layer of the active layer and the waveguide layer Removing the resist layer, by epitaxial growth, characterized in that it comprises a step of forming a cladding layer on the active layer and the waveguide layer in which the diffraction grating is formed.
[0029]
This makes it possible to monolithically integrate the active layer and the diffraction grating reflector on the same semiconductor substrate while suppressing the complexity of the manufacturing process, and eliminates the need to use the cleavage plane as a reflector. The cost of the multiplexed optical communication system can be reduced, and the wavelength multiplexed optical communication system can be reduced in size and weight.
[0030]
In addition, according to the wavelength multiplexed optical communication system light emitting device according to claim 10, the light emitting region for generating light including a plurality of baseline spectra and the both ends of the light emitting region are coupled to limit the number of the baseline spectra. A diffraction grating reflection region in which a coupling coefficient is set, and an arrayed waveguide diffraction grating filter that inputs light output from the light emitting region via the diffraction grating reflection region.
[0031]
This makes it possible to output only one mode of light from one port of the arrayed waveguide grating filter while suppressing an increase in the number of output ports of the arrayed waveguide grating filter. It is possible to cut out light of a plurality of wavelengths by using a single arrayed waveguide grating filter, thereby reducing the cost of the wavelength division multiplexing optical communication system and reducing the size and weight of the wavelength division multiplexing optical communication system. It becomes possible.
[0032]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, a light emitting device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a configuration of a light emitting device according to a first embodiment of the present invention.
In FIG. 1, an active region R1, a light output side diffraction grating reflection region R2, and a diffraction grating reflection region R3 are formed on an n-
[0033]
On the other hand, in the optical output side diffraction grating reflection region R2 and the diffraction grating reflection region R3, the optical output side diffraction grating reflection region R3 is coupled to both ends of the 1.55 μm-InGaAsP
[0034]
The 1.3 μm-InGaAsP light output side diffraction
[0035]
A
For example, the light output side diffraction grating reflection region R2 and the diffraction grating reflection region R3 can be configured so as to be able to selectively oscillate only the 16-channel mode at intervals of 50 GHz. Specifically, the coupling coefficient of the light output side diffraction
[0036]
The band edge wavelength of InGaAsP is In1-xGaxAsyP1-yCan be determined by the composition ratio of In and Ga (1-x: x) and the composition ratio of As and P (y: 1-y). For example, InP matched with InP1-xGaxAsyP1-yIn this case, the band edge wavelength λ can be controlled as follows by adjusting the composition ratio.
λ ≒ Eg/ Hc
Eg= 1.35-0.72y + 0.12y2
x ≒ 0.467y
[0037]
When a current is injected from the
[0038]
Further, by adjusting the current injected into the light output side diffraction grating reflection region R2 and the diffraction grating reflection region R3 via the
Accordingly, the active region R1, the light output side diffraction grating reflection region R2 and the diffraction grating reflection region R3 can be monolithically integrated on the same n-
[0039]
FIG. 2 is a diagram illustrating the reflection characteristics of the light emitting device according to the first embodiment of the present invention.
In FIG. 2, a high reflectance optical frequency (wavelength) region of about ± 400 GHz is formed around the maximum reflection wavelength (Bragg wavelength) determined by the pitch of the light output side diffraction
FIG. 3 is a diagram showing output light spectral characteristics of the light emitting device according to the first embodiment of the present invention.
[0040]
In FIG. 3, it was confirmed that a mode of 16 channels at intervals of 50 GHz was generated around the Bragg wavelength in FIG. 2.
FIG. 4 is a diagram illustrating a method of generating multi-channel DC light from the light emitting device according to the first embodiment of the present invention.
In FIG. 4, when light for 16 channels output through the light output side diffraction grating reflection region R <b> 2 in FIG. 1 is input to the arrayed
[0041]
Therefore, it is possible to output only one mode of light from one port of the arrayed
[0042]
FIG. 5 is a cross-sectional view showing the method for manufacturing the light emitting device according to the first embodiment of the invention.
In FIG. 5A, the 1.55 μm-InGaAsP
[0043]
Next, as shown in FIG.2The 1.55 μm-InGaAsP
Next, as shown in FIG.2By performing epitaxial growth using the
[0044]
Next, as shown in FIG. 5D, a resist is applied to the entire surface. Then, by baking the resist using an electron beam exposure apparatus, resist
Next, as shown in FIG. 5E, using the resist
[0045]
Next, as shown in FIG. 5F, a p-
Then, as shown in FIG. 1,
[0046]
As a result, the 1.55 μm-InGaAsP
[0047]
FIG. 6 is a cross-sectional view showing a configuration of a light emitting device according to the second embodiment of the present invention.
In FIG. 6, an active region R11, a saturable absorption region R12, a light output side diffraction grating reflection region R13, and a diffraction grating reflection region R14 are formed on the n-
[0048]
In the supersaturated absorption region R12, a 1.55 μm-InGaAsP
[0049]
On the other hand, in the light output side diffraction grating reflection region R13, a 1.3 μm-InGaAsP light output side diffraction
The 1.3 μm-InGaAsP light output side
[0050]
In the diffraction grating reflection region R14, a 1.3 μm-InGaAsP diffraction
A diffraction
[0051]
Further, a
For example, the light output side diffraction grating reflection region R13 and the diffraction grating reflection region R14 can be configured so as to be able to selectively oscillate only the 16-channel mode at intervals of 50 GHz. Specifically, the coupling coefficient of the light output side diffraction
[0052]
When a current is injected from the
[0053]
Here, in the 1.55 μm-InGaAsP
Further, by adjusting the current injected into the light output side diffraction grating reflection region R12 and the diffraction grating reflection region R13 through the
[0054]
Accordingly, it is possible to selectively oscillate only the mode of a predetermined channel at a predetermined frequency interval while making the light output intensity of each mode uniform, and the active region R11, the supersaturated absorption region R12, the light output. The side diffraction grating reflection region R13 and the diffraction grating reflection region R14 can be monolithically integrated on the same n-
[0055]
FIG. 7 is a diagram showing output light spectral characteristics of the light emitting device according to the second embodiment of the present invention.
In FIG. 7, it was confirmed that a mode of 16 channels with 50 GHz intervals was generated around the Bragg wavelength of FIG. Further, by providing the supersaturated absorption region R12, the output light intensity in each mode could be controlled to the same level.
[0056]
FIG. 8 is a cross-sectional view showing a configuration of a light emitting device according to the third embodiment of the present invention.
In FIG. 8, an active region R21, a light intensity modulation region R22, a light output side diffraction grating reflection region R23, and a diffraction grating reflection region R24 are formed on an n-
[0057]
In the light intensity modulation region R22, a 1.48 μm-InGaAsP light
[0058]
On the other hand, in the light output side diffraction grating reflection region R23, a 1.3 μm-InGaAsP light output side diffraction
The 1.3 μm-InGaAsP light output-side diffraction
[0059]
In the diffraction grating reflection region R24, a 1.3 μm-InGaAsP diffraction
The 1.3 μm-InGaAsP diffraction
[0060]
In the active region R21, the light intensity modulation region R22, the light output side diffraction grating reflection region R23, and the diffraction grating reflection region R24, a
For example, the light output side diffraction grating reflection region R23 and the diffraction grating reflection region R24 can be configured so as to be able to selectively oscillate only the 16-channel mode at intervals of 50 GHz. Specifically, the coupling coefficient of the light output side diffraction
[0061]
When a current is injected from the
[0062]
Here, in the 1.48 μm-InGaAsP light
[0063]
Furthermore, by adjusting the current injected into the light output side diffraction grating reflection region R22 and the diffraction grating reflection region R23 through the
As a result, the active region R21, the light intensity modulation region R22, the light output side diffraction grating reflection region R23, and the diffraction grating reflection region R24 can be monolithically integrated on the same n-
[0064]
FIG. 9 is a diagram showing output light spectrum characteristics of the light emitting device according to the third embodiment of the present invention.
In FIG. 9, it was confirmed that a mode of 16 channels with 50 GHz intervals was generated around the Bragg wavelength of FIG. In addition, by providing the light intensity modulation region R22, the output light intensity of each mode can be controlled to the same level, and the frequency interval of each mode can be accurately set to 50 GHz.
[0065]
FIG. 10 is a cross-sectional view showing a configuration of a light emitting device according to the fourth embodiment of the present invention.
In FIG. 10, an active region R31, a light output side diffraction grating reflection region R32, a diffraction grating reflection region R33, and a light absorption region R34 are formed on an n-
[0066]
On the other hand, in the light output side diffraction grating reflection region R32 and the diffraction grating reflection region R33, the light output side diffraction grating reflection region R33 is coupled to both ends of the 1.55 μm-InGaAsP
The 1.3 μm-InGaAsP light output side diffraction grating reflector waveguide 33a and the 1.3 μm-InGaAsP diffraction
[0067]
In the light absorption region R34, a 1.6 μm-InGaAsP
In the active region R31, the light output side diffraction grating reflection region R32, the diffraction grating reflection region R33, and the light absorption region R34, a
[0068]
For example, the light output side diffraction grating reflection region R32 and the diffraction grating reflection region R33 can be configured so as to be able to selectively oscillate only the 16-channel mode at intervals of 50 GHz. Specifically, the coupling coefficient of the light output side diffraction
[0069]
When a current is injected from the
[0070]
Then, the light guided through the 1.3 μm-InGaAsP light output side diffraction grating reflector waveguide 33a and the 1.3 μm-InGaAsP diffraction
[0071]
Accordingly, the active region R31, the light output side diffraction grating reflection region R32, the diffraction grating reflection region R33, and the light absorption region R34 can be monolithically integrated on the same n-
[0072]
FIG. 11 is a cross-sectional view showing a configuration of a light emitting device according to the fifth embodiment of the present invention.
In FIG. 11, an active region R41, a saturable absorption region R42, a light output side diffraction grating reflection region R43, a diffraction grating reflection region R44, and a light absorption region R45 are formed on an n-
[0073]
In the supersaturated absorption region R42, a 1.55 μm-InGaAsP supersaturated absorption layer 48 is formed on the n-
[0074]
On the other hand, in the light output side diffraction grating reflection region R43, a 1.3 μm-InGaAsP light output side diffraction
In the 1.3 μm-InGaAsP light output side diffraction
[0075]
In the diffraction grating reflection region R44, a 1.3 μm-InGaAsP diffraction
A diffraction grating reflector 44b for selectively oscillating only a mode of a predetermined channel with a predetermined frequency interval is formed in the 1.3 μm-InGaAsP diffraction
[0076]
In the light absorption region R45, a 1.6 μm-InGaAsP
In the active region R41, the supersaturated absorption region R42, the light output side diffraction grating reflection region R43, the diffraction grating reflection region R44, and the light absorption region R45, a
[0077]
For example, the light output side diffraction grating reflection region R43 and the diffraction grating reflection region R44 can be configured so as to be able to selectively oscillate only the 16-channel mode at intervals of 50 GHz. Specifically, the coupling coefficient of the light output side diffraction
[0078]
When a current is injected from the
[0079]
Here, in the 1.55 μm-InGaAsP supersaturated absorption layer 48, the amount of light absorption changes according to the light input to the 1.55 μm-InGaAsP supersaturated absorption layer 48, and corresponds to the round-trip time of light reciprocating in the resonator. Thus, it becomes possible to make the optical output easy to pulse. For this reason, it becomes possible to selectively oscillate only the 16-channel mode at intervals of 50 GHz while making it possible to enhance the synchronization state of each mode on the optical output spectrum. Further, the light generated in the 1.55 μm-InGaAsP
[0080]
Thus, the active region R41, the supersaturated absorption region R42, the light output side diffraction grating reflection region R43, the diffraction grating reflection region R44, and the light absorption region R45 can be monolithically integrated on the same n-
[0081]
FIG. 12 is a cross-sectional view showing a configuration of a light emitting device according to the sixth embodiment of the present invention.
In FIG. 12, an active region R51, a light intensity modulation region R52, a light output side diffraction grating reflection region R53, a diffraction grating reflection region R54, and a light absorption region R55 are formed on an n-
[0082]
In the light intensity modulation region R52, a 1.48 μm-InGaAsP light
[0083]
On the other hand, in the light output side diffraction grating reflection region R53, a 1.3 μm-InGaAsP light output side diffraction
The 1.3 μm-InGaAsP light output side
[0084]
In the diffraction grating reflection region R54, a 1.3 μm-InGaAsP diffraction
The 1.3 μm-InGaAsP diffraction
[0085]
In the light absorption region R54, a 1.6 μm-InGaAsP
In the active region R51, the light intensity modulation region R52, the light output side diffraction grating reflection region R53, the diffraction grating reflection region R54, and the light absorption region R55, a
[0086]
For example, the light output side diffraction grating reflection region R53 and the diffraction grating reflection region R54 can be configured so as to be able to selectively oscillate only the 16-channel mode at intervals of 50 GHz. Specifically, the coupling coefficient of the light output side diffraction
[0087]
When a current is injected from the
[0088]
Here, in the 1.48 μm-InGaAsP light
[0089]
As a result, the active region R51, the light intensity modulation region R52, the light output side diffraction grating reflection region R53, the diffraction grating reflection region R54, and the light absorption region R55 can be monolithically integrated on the same n-
[0090]
In the above-described embodiment, the configuration using the InGaAsP-based material has been described as an example. However, the present invention is not necessarily limited to the InGaAsP-based material. For example, the GaAs / AlGaAs-based, InGaAs / InAlGaAs-based, or GaSb / You may make it apply to AlGaSb system etc.
[0091]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to secure the necessary number of channels by using one light source by providing diffraction grating reflection regions that limit the number of baseline spectra at both ends of the light emitting region. Thus, the cost of the wavelength division multiplexing optical communication system can be reduced, and it is not necessary to use the cleavage plane as a reflecting mirror, so that optical integration can be easily realized.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a configuration of a light emitting device according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing reflection characteristics of the light emitting device according to the first embodiment of the invention.
FIG. 3 is a diagram showing output light spectral characteristics of the light emitting device according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a diagram illustrating a method of generating multi-channel DC light from the light emitting device according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a cross-sectional view showing the method for manufacturing the light emitting device according to the first embodiment of the invention.
FIG. 6 is a cross-sectional view showing a configuration of a light emitting device according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a diagram showing output light spectral characteristics of a light emitting device according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a cross-sectional view showing a configuration of a light emitting device according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a diagram showing output light spectral characteristics of a light emitting device according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a cross-sectional view showing a configuration of a light emitting device according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a cross-sectional view showing a configuration of a light emitting device according to a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 12 is a cross-sectional view showing a configuration of a light emitting device according to a sixth embodiment of the present invention.
FIG. 13 is a diagram illustrating an example of a multimode spectrum output from a mode-locked laser.
FIG. 14 is a diagram showing a method for generating multi-channel DC light by spectrum extraction from a mode-locked laser.
FIG. 15 is a diagram showing periodicity of an arrayed waveguide grating filter.
[Explanation of symbols]
R1, R11, R21, R31, R41, R51 active region
R2, R13, R23, R32, R43, R53 Light output side diffraction grating reflection region
R3, R14, R24, R33, R44, R54 Diffraction grating reflection region
R12, R42 Supersaturated absorption region
R22, R52 Light intensity modulation region
R34, R45, R55 Light absorption region
1, 11, 21, 31, 41, 51 n-InP substrate
2, 12, 22, 32, 42, 52 1.55 μm-InGaAsP active layer
3a, 13a, 23a, 33a, 43a, 53a 1.3 μm-InGaAsP optical output side diffraction grating reflector waveguide
3b, 13b, 23b, 33b, 43b, 53b 1.3 μm-InGaAsP diffraction grating reflector waveguide
4a, 14a, 24a, 34a, 44a, 54a Light output side diffraction grating reflector
4b, 14b, 24b, 34b, 44b, 54b Diffraction grating reflector
5, 15, 25, 35, 45, 55 p-InP cladding layer
6a-6c, 16a-16d, 26a-26c, 36a-36d, 46a-46d, 56a-56c Current injection electrode
26d, 56d Voltage application electrode
7, 17, 27, 37, 47, 57 Common electrode
18, 48 1.55μm-InGaAsP supersaturated absorption layer
28, 58 1.48 μm-InGaAsP light intensity modulation layer
38, 49, 59 1.6 μm-InGaAsP light absorption layer
11 SiO2mask
12a, 12b resist pattern
101 array waveguide diffraction grating filter
Claims (10)
前記発光領域の少なくとも一端に結合され、前記基線スペクトルの本数を制限するように結合係数が設定された回折格子反射領域とを備えることを特徴とする発光装置。A light emitting region for generating light including a plurality of baseline spectra;
And a diffraction grating reflection region coupled to at least one end of the light emitting region and having a coupling coefficient set so as to limit the number of the baseline spectra.
前記発光領域の少なくとも一端に結合され、前記基線スペクトルの本数を制限するように結合係数が設定された回折格子反射領域と、
前記発光領域内に設けられた過飽和吸収領域とを備えることを特徴とする発光装置。A light emitting region for generating light including a plurality of baseline spectra;
A diffraction grating reflection region coupled to at least one end of the light emitting region and having a coupling coefficient set to limit the number of baseline spectra;
A light-emitting device comprising: a supersaturated absorption region provided in the light-emitting region.
前記発光領域の少なくとも一端に結合され、前記基線スペクトルの本数を制限するように結合係数が設定された回折格子反射領域と、
前記発光領域内に設けられ、印加電圧に基づいて光吸収量を制御する光強度変調領域とを備えることを特徴とする発光装置。A light emitting region for generating light including a plurality of baseline spectra;
A diffraction grating reflection region coupled to at least one end of the light emitting region and having a coupling coefficient set to limit the number of baseline spectra;
A light-emitting device comprising: a light intensity modulation region provided in the light-emitting region and controlling a light absorption amount based on an applied voltage.
前記半導体基板上に形成され、前記活性層の少なくとも一端に結合された回折格子反射鏡導波路と、
所定周波数間隔の所定チャンネルのモードのみが選択的に発振可能なように前記回折格子反射鏡導波路上に形成された回折格子反射鏡と、
前記活性層および前記回折格子反射鏡上に形成されたクラッド層と、
前記クラッド層上に形成され、前記回折格子反射鏡導波路に電流を注入する第1電極と、
前記クラッド層上に形成され、前記活性層に電流を注入する第2電極とを備えることを特徴とする発光装置。An active layer formed on a semiconductor substrate;
A diffraction grating reflector waveguide formed on the semiconductor substrate and coupled to at least one end of the active layer;
A diffraction grating reflector formed on the diffraction grating reflector waveguide so that only a mode of a predetermined channel having a predetermined frequency interval can be selectively oscillated;
A cladding layer formed on the active layer and the diffraction grating reflector;
A first electrode formed on the cladding layer and for injecting current into the diffraction grating reflector waveguide;
A light emitting device, comprising: a second electrode formed on the cladding layer and injecting a current into the active layer.
前記半導体基板上に形成され、前記活性層の一端に結合された過飽和吸収層と、
前記半導体基板上に形成され、前記活性層の他端に結合された第1回折格子反射鏡導波路と、
所定周波数間隔の所定チャンネルのモードのみが選択的に発振可能なように前記第1回折格子反射鏡導波路上に形成された第1回折格子反射鏡と、
前記半導体基板上に形成され、前記過飽和吸収層に結合された第2回折格子反射鏡導波路と、
前記所定周波数間隔の所定チャンネルのモードのみが選択的に発振可能なように前記第2回折格子反射鏡導波路上に形成された第2回折格子反射鏡と、
前記活性層、前記過飽和吸収層、前記第1回折格子反射鏡および前記第2回折格子反射鏡上に形成されたクラッド層と、
前記クラッド層上に形成され、前記第1回折格子反射鏡導波路に電流を注入する第1電極と、
前記クラッド層上に形成され、前記第2回折格子反射鏡導波路に電流を注入する第2電極と、
前記クラッド層上に形成され、前記活性層に電流を注入する第3電極と、
前記クラッド層上に形成され、前記過飽和吸収層に電流を注入する第4電極とを備えることを特徴とする発光装置。An active layer formed on a semiconductor substrate;
A saturable absorber layer formed on the semiconductor substrate and coupled to one end of the active layer;
A first diffraction grating reflector waveguide formed on the semiconductor substrate and coupled to the other end of the active layer;
A first diffraction grating reflector formed on the first diffraction grating reflector waveguide so that only a mode of a predetermined channel with a predetermined frequency interval can be selectively oscillated;
A second diffraction grating reflector waveguide formed on the semiconductor substrate and coupled to the saturable absorber layer;
A second diffraction grating reflector formed on the second diffraction grating reflector waveguide so that only a mode of a predetermined channel at a predetermined frequency interval can be selectively oscillated;
A cladding layer formed on the active layer, the saturable absorption layer, the first diffraction grating reflector, and the second diffraction grating reflector;
A first electrode formed on the cladding layer and injecting a current into the first diffraction grating reflector waveguide;
A second electrode formed on the cladding layer and injecting a current into the second diffraction grating reflector waveguide;
A third electrode formed on the cladding layer and injecting current into the active layer;
A light emitting device comprising: a fourth electrode formed on the cladding layer and injecting a current into the supersaturated absorption layer.
前記半導体基板上に形成され、前記活性層の一端に結合された光強度変調層と、
前記半導体基板上に形成され、前記活性層の他端に結合された第1回折格子反射鏡導波路と、
所定周波数間隔の所定チャンネルのモードのみが選択的に発振可能なように前記第1回折格子反射鏡導波路上に形成された第1回折格子反射鏡と、
前記半導体基板上に形成され、前記光強度変調層に結合された第2回折格子反射鏡導波路と、
前記所定周波数間隔の所定チャンネルのモードのみが選択的に発振可能なように前記第2回折格子反射鏡導波路上に形成された第2回折格子反射鏡と、
前記活性層、前記光強度変調層、前記第1回折格子反射鏡および前記第2回折格子反射鏡上に形成されたクラッド層と、
前記クラッド層上に形成され、前記第1回折格子反射鏡導波路に電流を注入する第1電極と、
前記クラッド層上に形成され、前記第2回折格子反射鏡導波路に電流を注入する第2電極と、
前記クラッド層上に形成され、前記活性層に電流を注入する第3電極と、
前記クラッド層上に形成され、前記光強度変調層に電圧を印加する第4電極とを備えることを特徴とする発光装置。An active layer formed on a semiconductor substrate;
A light intensity modulation layer formed on the semiconductor substrate and coupled to one end of the active layer;
A first diffraction grating reflector waveguide formed on the semiconductor substrate and coupled to the other end of the active layer;
A first diffraction grating reflector formed on the first diffraction grating reflector waveguide so that only a mode of a predetermined channel with a predetermined frequency interval can be selectively oscillated;
A second diffraction grating reflector waveguide formed on the semiconductor substrate and coupled to the light intensity modulation layer;
A second diffraction grating reflector formed on the second diffraction grating reflector waveguide so that only a mode of a predetermined channel at a predetermined frequency interval can be selectively oscillated;
A cladding layer formed on the active layer, the light intensity modulation layer, the first diffraction grating reflector, and the second diffraction grating reflector;
A first electrode formed on the cladding layer and injecting a current into the first diffraction grating reflector waveguide;
A second electrode formed on the cladding layer and injecting a current into the second diffraction grating reflector waveguide;
A third electrode formed on the cladding layer and injecting current into the active layer;
A light emitting device comprising: a fourth electrode formed on the clad layer and applying a voltage to the light intensity modulation layer.
前記活性層上に二酸化珪素層を形成する工程と、
前記二酸化珪素層および前記活性層をパターニングすることにより、活性領域の両側の二酸化珪素層および活性層を除去する工程と、
前記二酸化珪素層をマスクとしてエピタキシャル成長を行うことにより、前記活性領域の両側の前記半導体基板上に導波層を形成する工程と、
所定周波数間隔の所定チャンネルのモードのみが選択的に発振可能となる周期で前記導波層上にレジスト層を形成する工程と、
前記レジスト層をマスクとして、前記導波層をエッチングすることにより、前記導波層上に回折格子を形成する工程と、
前記活性層の二酸化珪素層および前記導波層上のレジスト層を除去する工程と、
エピタキシャル成長により、前記活性層および前記回折格子が形成された導波層上にクラッド層を形成する工程とを備えることを特徴とする発光装置の製造方法。Forming an active layer on the semiconductor substrate by epitaxial growth;
Forming a silicon dioxide layer on the active layer;
Removing the silicon dioxide layer and the active layer on both sides of the active region by patterning the silicon dioxide layer and the active layer;
Forming a waveguide layer on the semiconductor substrate on both sides of the active region by performing epitaxial growth using the silicon dioxide layer as a mask;
Forming a resist layer on the waveguiding layer at a period that allows only a predetermined channel mode of a predetermined frequency interval to selectively oscillate;
Forming a diffraction grating on the waveguide layer by etching the waveguide layer using the resist layer as a mask;
Removing the silicon dioxide layer of the active layer and the resist layer on the waveguide layer;
And a step of forming a clad layer on the waveguide layer on which the active layer and the diffraction grating are formed by epitaxial growth.
前記発光領域の両端に結合され、前記基線スペクトルの本数を制限するように結合係数が設定された回折格子反射領域と、
前記回折格子反射領域を介して前記発光領域から出力された光を入力するアレー導波路回折格子フィルタとを備えることを特徴とする波長多重光通信システム。A light emitting region for generating light including a plurality of baseline spectra;
A diffraction grating reflection region coupled to both ends of the light emitting region and having a coupling coefficient set to limit the number of baseline spectra;
A wavelength division multiplexing optical communication system, comprising: an arrayed waveguide diffraction grating filter that inputs light output from the light emitting region through the diffraction grating reflection region.
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JP2003167638A JP2005005502A (en) | 2003-06-12 | 2003-06-12 | Light emitting device and its manufacturing method, and wavelength multiplex optical communication system |
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