JP2005005502A - Light emitting device and its manufacturing method, and wavelength multiplex optical communication system - Google Patents

Light emitting device and its manufacturing method, and wavelength multiplex optical communication system Download PDF

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Hiroshi Yasaka
洋 八坂
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To restrict the number of modes output from a mode-locked laser. <P>SOLUTION: A 1.3 μm-InGaAsP optical output-side grating reflector waveguide 3a and a 1.3 μm-InGaAsP grating reflector waveguide 3b are so formed on both sides of a 1.55 μm-InGaAsP active layer 2 as to be combined with both sides, respectively. In the 1.3 μm-InGaAsP optical output-side grating reflector waveguide 3a and the 1.3 μm-InGaAsP grating reflector waveguide 3b, an optical output-side grating reflector 4a and a grating reflector 4b which selectively oscillate only mode of a prescribed channel of a prescribed frequency interval are formed respectively. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

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 Document 1, a mode-locked laser or an active mode-locked laser in which a high-speed modulator is integrated in a resonator can be used.
[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 Document 2, a method of cutting out individual modes output from a mode-locked laser by using an arrayed waveguide diffraction grating filter has been proposed. In this arrayed waveguide grating filter, ports for output channels are provided. And according to the wavelength of each mode output from a mode lock laser, the light of each mode can be taken out from a different port, and the light of a several wavelength can be cut out with one array waveguide diffraction grating filter.
[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 diffraction grating filter 100 is provided with ports P <b> 1 to PN for output channels. The multi-channel light output from the mode-locked laser is input to the arrayed waveguide grating filter 100. Here, it is assumed that the light for multiple channels output from the mode-locked laser includes light of a plurality of modes M1 to Mn. When the light of the plurality of modes M1 to Mn output from the mode-locked laser is input to the arrayed waveguide grating filter 100, the light of the individual modes M1 to Mn is cut out, and the individual modes M1 to Mn are output. Light can be output from each of the ports P1 to PN.
[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 waveguide grating filter 100 are periodic, and when the number of ports of the arrayed waveguide grating filter 100 is smaller than the number of modes of the semiconductor mode-locked laser, light of different modes is emitted from the same port. Is output.
[0011]
FIG. 15 is a diagram showing the periodicity of the arrayed waveguide grating filter.
In FIG. 15, the arrayed waveguide grating filter 101 is assumed to be provided with ports P1 to P16 for 16 channels, for example. Then, when the light for multiple channels output from the mode-locked laser is input to the arrayed waveguide grating filter 101, the light of the first channel to the 16th channel is output from the ports P1 to P16, respectively. When the mode-locked laser includes light from the 17th channel and thereafter, the light from the 17th channel and later is output from the ports P1 to P16 again.
[0012]
For this reason, in order to output only one mode of light from one port of the arrayed waveguide grating filter 101, the number of ports of the arrayed waveguide grating filter 101 is equal to or greater than the number of modes of the semiconductor mode-locked laser. Thus, there is a problem that it is necessary to increase the number of ports of the arrayed waveguide diffraction grating filter 101, resulting in an increase in cost.
[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 claim 1, the light-emitting region that generates light including a plurality of baseline spectra and the light-emitting region coupled to at least one end of the light-emitting region are limited. And a diffraction grating reflection region in which a coupling coefficient is set.
[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 claim 2 is coupled to a light emitting region for generating light including a plurality of baseline spectra and to both ends of the light emitting region, respectively, 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 supersaturated absorption region provided in the light emitting / emitting region.
[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 claim 5, 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 waveguide so that only a mode of a predetermined channel having a predetermined frequency interval can be selectively oscillated, and formed on the active layer and the diffraction grating reflector. A cladding layer; a first electrode formed on the cladding layer and injecting current into the diffraction grating reflector waveguide; and a second electrode formed on the cladding layer and injecting current into the active layer. It is characterized by providing.
[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 claim 7, 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, and the semiconductor substrate A first diffraction grating reflector waveguide formed on the active layer and 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 the waveguide; a second diffraction grating waveguide formed on the semiconductor substrate and coupled to the light intensity modulation layer; and a predetermined channel at a predetermined frequency interval. A second diffraction grating reflector formed on the second diffraction grating reflector waveguide so that only a mode can be selectively oscillated, the active layer, the light intensity modulation layer, and the first diffraction grating reflector. And shape on the second diffraction 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 second electrode formed on the clad layer for applying a voltage to the light intensity modulation layer. And four electrodes.
[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-InP substrate 1. Here, in the active region R1, a 1.55 μm-InGaAsP active layer 2 is formed on the n-InP substrate 1, a p-InP cladding layer 5 is formed on the 1.55 μm-InGaAsP active layer 2, and p On the −InP cladding layer 5, a current injection electrode 6 c for injecting a current into the 1.55 μm-InGaAsP active layer 2 is provided.
[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 active layer 2, respectively. The waveguide 3a and the 1.3 μm-InGaAsP diffraction grating reflector waveguide 3b are formed, and a single transverse mode waveguide capable of confining light in two dimensions propagating only the lowest order mode is formed.
[0034]
The 1.3 μm-InGaAsP light output side diffraction grating reflector waveguide 3a and the 1.3 μm-InGaAsP diffraction grating reflector waveguide 3b are configured to selectively oscillate only a mode of a predetermined channel at a predetermined frequency interval. A light output side diffraction grating reflecting mirror 4a and a diffraction grating reflecting mirror 4b are respectively formed. A p-InP clad layer 5 is formed on the light output side diffraction grating reflector 4a and the diffraction grating reflector 4b, and the light output side diffraction grating reflector 4a and the diffraction grating are formed on the p-InP clad layer 5. Current injection electrodes 6a and 6b for injecting current into the grating reflector 4b are provided.
[0035]
A common electrode 7 is provided on the back surface of the n-InP substrate 1 in the active region R1, the light output side diffraction grating reflection region R2, and the diffraction grating reflection region R3.
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 grating reflector 4a and the diffraction grating reflector 4b is 260 cm.-1The lengths of the light output side diffraction grating reflection region R2 and the diffraction grating reflection region R3 can be set to 150 μm, respectively. The length of the active region R1 can be set to 840 μm so that the round-trip time of light inside the element is 20 picoseconds and the mode intervals in the light output spectrum are 50 GHz.
[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 current injection electrode 6 c into the 1.55 μm-InGaAsP active layer 2 through the p-InP cladding layer 5, light is generated and amplified in the 1.55 μm-InGaAsP active layer 2. . The light generated in the 1.55 μm-InGaAsP active layer 2 is guided through the 1.3 μm-InGaAsP light output side diffraction grating reflector waveguide 3 a and the 1.3 μm-InGaAsP diffraction grating waveguide 3 b. Then, the light guided through the 1.3 μm-InGaAsP light output side diffraction grating reflector waveguide 3a and the 1.3 μm-InGaAsP diffraction grating reflector waveguide 3b is converted into the light output side diffraction grating reflector 4a and the diffraction grating reflector. Only the 16-channel mode reflected at 4b and spaced at 50 GHz can be selectively oscillated.
[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 current injection electrodes 6a and 6b, respectively, the current is output via the light output side diffraction grating reflection region R2. It becomes possible to control the wavelength of light.
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-InP substrate 1, and only the mode of a predetermined channel with a predetermined frequency interval is provided. Can be selectively oscillated. Therefore, it is possible to secure the necessary number of channels using one light source without using the cleavage plane as a reflecting mirror, and it is possible to reduce the cost of the wavelength division multiplexing optical communication system and Integration can be easily realized, and the wavelength division multiplexing optical communication system can be reduced in size and weight.
[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 grating reflector 4a and the diffraction grating reflector 4b. I understand that.
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 waveguide grating filter 101, the light of the first to 16th channels is Output from ports P1 to P16, respectively. Since the light output through the light output side diffraction grating reflection region R2 in FIG. 1 does not include the light from the 17th channel and thereafter, light of a plurality of modes is output from each of the ports P1 to P16. Can be prevented.
[0041]
Therefore, it is possible to output only one mode of light from one port of the arrayed waveguide grating filter 101 while suppressing an increase in the number of output ports of the arrayed waveguide grating filter 101. A single array waveguide diffraction grating filter 101 can cut out light of a plurality of wavelengths, which can reduce the cost of the wavelength division multiplexing optical communication system, and can be reduced in size and weight of the wavelength division multiplexing optical communication system. Can be achieved.
[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 active layer 2 is formed on the n-InP substrate 1 by epitaxial growth. And, for example, by the CVD method, SiO2A film is formed on the 1.55 μm-InGaAsP active layer 2. Then, by using the photolithography technique and the etching technique, the SiO of the light output side diffraction grating reflection region R2 and the diffraction grating reflection region R3 is obtained.2The film is removed and SiO is formed on the active region R1.2A mask 11 is formed.
[0043]
Next, as shown in FIG.2The 1.55 μm-InGaAsP active layer 2 is etched using the mask 11 to remove the 1.55 μm-InGaAsP active layer 2 in the light output side diffraction grating reflection region R2 and the diffraction grating reflection region R3.
Next, as shown in FIG.2By performing epitaxial growth using the mask 11, the 1.3 μm-InGaAsP light output side diffraction grating reflector waveguide 3 a and the 1.3 μm-InGaAsP diffraction grating are formed on the light output side diffraction grating reflection region R 2 and the diffraction grating reflection region R 3. Each of the reflector waveguides 3b is selectively formed.
[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 patterns 12a and 12b are formed so that the peaks of the diffraction grating remain at a cycle such that the center wavelength of the reflecting mirror becomes a desired wavelength.
Next, as shown in FIG. 5E, using the resist patterns 12a and 12b as masks, the 1.3 μm-InGaAsP light output side diffraction grating reflector waveguide 3a and the 1.3 μm-InGaAsP diffraction grating reflector waveguide 3b are used. Are etched, the light output side diffraction grating reflector 4a and the diffraction grating reflector on the 1.3 μm-InGaAsP light output side diffraction grating reflector waveguide 3a and the 1.3 μm-InGaAsP diffraction grating reflector waveguide 3b. 4b is formed. When the light output side diffraction grating reflecting mirror 4a and the diffraction grating reflecting mirror 4b are respectively formed, SiO 22The mask 11 and the resist patterns 12a and 12b are removed.
[0045]
Next, as shown in FIG. 5F, a p-InP cladding layer 5 is formed on the entire surface by epitaxial growth.
Then, as shown in FIG. 1, current injection electrodes 6a to 6c are formed on the p-InP cladding layer 5 respectively corresponding to the light output side diffraction grating reflection region R2, the diffraction grating reflection region R3, and the active region R1. At the same time, the common electrode 7 is formed on the back surface of the n-InP substrate 1.
[0046]
As a result, the 1.55 μm-InGaAsP active layer 2, the light output side diffraction grating reflector 4 a and the diffraction grating reflector 4 b are monolithically integrated on the same n-InP substrate 1 while suppressing complication of the manufacturing process. It is possible to reduce the cost of the wavelength division multiplexing optical communication system and to reduce the size and weight of the wavelength division multiplexing optical communication system. It becomes.
[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-InP substrate 11. Here, in the active region R11, a 1.55 μm-InGaAsP active layer 12 is formed on the n-InP substrate 11, a p-InP cladding layer 15 is formed on the 1.55 μm-InGaAsP active layer 12, and p On the −InP cladding layer 15, a current injection electrode 16 c for injecting a current into the 1.55 μm-InGaAsP active layer 12 is provided.
[0048]
In the supersaturated absorption region R12, a 1.55 μm-InGaAsP supersaturated absorption layer 18 is formed on the n-InP substrate 11, and a p-InP cladding layer 15 is formed on the 1.55 μm-InGaAsP supersaturated absorption layer 18. On the p-InP clad layer 15, a current injection electrode 16d for injecting a current into the 1.55 μm-InGaAsP supersaturated absorption layer 18 is provided.
[0049]
On the other hand, in the light output side diffraction grating reflection region R13, a 1.3 μm-InGaAsP light output side diffraction grating waveguide 13a is formed so as to be coupled to the 1.55 μm-InGaAsP active layer 12.
The 1.3 μm-InGaAsP light output side diffraction grating reflector 13 a is formed with a light output side diffraction grating reflector 14 a for selectively oscillating only a mode of a predetermined channel with a predetermined frequency interval. . A p-InP cladding layer 15 is formed on the light output side diffraction grating reflector 14a, and a current injection electrode for injecting a current into the light output side diffraction grating reflector 14a on the p-InP cladding layer 15. 16a is provided.
[0050]
In the diffraction grating reflection region R14, a 1.3 μm-InGaAsP diffraction grating waveguide 13b is formed so as to be coupled to the 1.55 μm-InGaAsP supersaturated absorption layer 18.
A diffraction grating reflector 14b for selectively oscillating only a mode of a predetermined channel with a predetermined frequency interval is formed in the 1.3 μm-InGaAsP diffraction grating reflector waveguide 13b. A p-InP cladding layer 15 is formed on the diffraction grating reflecting mirror 14b, and a current injection electrode 16b for injecting current into the diffraction grating reflecting mirror 14b is provided on the p-InP cladding layer 15. .
[0051]
Further, a common electrode 17 is provided on the back surface of the n-InP substrate 11 in the active region R11, the saturable absorption region R12, the light output side diffraction grating reflection region R13, and the diffraction grating reflection region R14.
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 grating reflecting mirror 14a and the diffraction grating reflecting mirror 14b is 260 cm.-1The lengths of the light output side diffraction grating reflection region R13 and the diffraction grating reflection region R14 can be set to 150 μm, respectively. Then, the sum of the lengths of the active region R11 and the supersaturated absorption region R12 is set to 840 μm so that the round-trip time of the light inside the device is 20 picoseconds and the mode intervals in the light output spectrum are 50 GHz. Can do.
[0052]
When a current is injected from the current injection electrode 16 c into the 1.55 μm-InGaAsP active layer 12 through the p-InP cladding layer 15, light is generated and amplified in the 1.55 μm-InGaAsP active layer 12. . Then, current is injected from the current injection electrode 16d into the 1.55 μm-InGaAsP supersaturated absorption layer 18 through the p-InP cladding layer 15, and the amount of light passing through the 1.55 μm-InGaAsP supersaturated absorption layer 18 is controlled. However, the 1.3 μm-InGaAsP optical output side diffraction grating reflector waveguide 3 a and the 1.3 μm-InGaAsP diffraction grating reflector waveguide 3 b are guided. Then, the light guided through the 1.3 μm-InGaAsP light output side diffraction grating reflector waveguide 3a and the 1.3 μm-InGaAsP diffraction grating reflector waveguide 3b is converted into the light output side diffraction grating reflector 4a and the diffraction grating reflector. Only the 16-channel mode of 50 GHz interval is selectively oscillated by reflecting at 4b.
[0053]
Here, in the 1.55 μm-InGaAsP supersaturated absorption layer 18, the amount of light absorption changes according to the light input to the 1.55 μm-InGaAsP supersaturated absorption layer 18, and corresponds to the round-trip time of light traveling back and forth 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, by adjusting the current injected into the light output side diffraction grating reflection region R12 and the diffraction grating reflection region R13 through the current injection electrodes 16a and 16b, respectively, the current is output via the light output side diffraction grating reflection region R12. It becomes possible to control the wavelength of light.
[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-InP substrate 11. For this reason, it becomes possible to secure the required number of channels using one light source without using the cleavage plane as a reflecting mirror, and it is possible to reduce the cost 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 stabilizing the operation of the multiplexing optical communication system.
[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-InP substrate 21. Here, in the active region R21, a 1.55 μm-InGaAsP active layer 22 is formed on the n-InP substrate 21, a p-InP cladding layer 25 is formed on the 1.55 μm-InGaAsP active layer 22, and p On the −InP cladding layer 25, a current injection electrode 26c for injecting a current into the 1.55 μm-InGaAsP active layer 22 is provided.
[0057]
In the light intensity modulation region R22, a 1.48 μm-InGaAsP light intensity modulation layer 28 is formed on the n-InP substrate 21, and the p-InP clad layer 25 is formed on the 1.48 μm-InGaAsP light intensity modulation layer 28. A voltage applying electrode 26d for applying a voltage to the 1.48 μm-InGaAsP light intensity modulation layer 28 is provided on the p-InP cladding layer 25.
[0058]
On the other hand, in the light output side diffraction grating reflection region R23, a 1.3 μm-InGaAsP light output side diffraction grating reflector waveguide 23a is formed so as to be coupled to the 1.55 μm-InGaAsP active layer 22.
The 1.3 μm-InGaAsP light output-side diffraction grating reflector waveguide 23a is formed with a light output-side diffraction grating reflector 24a for selectively oscillating only a mode of a predetermined channel with a predetermined frequency interval. . A p-InP cladding layer 25 is formed on the light output side diffraction grating reflector 24a, and a current injection electrode for injecting a current into the light output side diffraction grating reflector 24a on the p-InP cladding layer 25. 26a is provided.
[0059]
In the diffraction grating reflection region R24, a 1.3 μm-InGaAsP diffraction grating waveguide 23b is formed so as to be coupled to the 1.48 μm-InGaAsP light intensity modulation layer 28.
The 1.3 μm-InGaAsP diffraction grating reflector waveguide 23b is formed with a diffraction grating reflector 24b for selectively oscillating only a mode of a predetermined channel at a predetermined frequency interval. A p-InP clad layer 25 is formed on the diffraction grating reflector 24b, and a current injection electrode 26b for injecting current into the diffraction grating reflector 24b is provided on the p-InP clad layer 25. .
[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 common electrode 27 is provided on the back surface of the n-InP substrate 21.
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 grating reflector 24a and the diffraction grating reflector 24b is 260 cm.-1The lengths of the light output side diffraction grating reflection region R23 and the diffraction grating reflection region R24 can be set to 150 μm, respectively. Then, the sum of the lengths of the active region R21 and the light intensity modulation region R22 is set to 840 μm so that the round-trip time of the light inside the element is 20 picoseconds and the mode intervals in the light output spectrum are 50 GHz. be able to.
[0061]
When a current is injected from the current injection electrode 26c into the 1.55 μm-InGaAsP active layer 22 through the p-InP cladding layer 25, light is generated and amplified in the 1.55 μm-InGaAsP active layer 22. . Then, a voltage is applied from the voltage application electrode 26d to the 1.48 μm-InGaAsP light intensity modulation layer 28 via the p-InP cladding layer 25, and the wavelength passing through the 1.48 μm-InGaAsP light intensity modulation layer 28 is around 1.55 μm. The 1.3 μm-InGaAsP light output side diffraction grating reflector waveguide 23 a and the 1.3 μm-InGaAsP diffraction grating waveguide 23 b are guided while controlling the amount of light absorption. Then, the light guided through the 1.3 μm-InGaAsP light output side diffraction grating reflector waveguide 23a and the 1.3 μm-InGaAsP diffraction grating reflector waveguide 23b is converted into the light output side diffraction grating reflector 24a and the diffraction grating reflector. Only the 16-channel mode of 50 GHz interval is selectively oscillated by reflection at 24b.
[0062]
Here, in the 1.48 μm-InGaAsP light intensity modulation layer 28, the amount of light absorption near the wavelength of 1.55 μm changes according to the voltage applied to the 1.48 μm-InGaAsP light intensity modulation layer 28, and reciprocates within the resonator. The light output can be pulsed by modulating the voltage applied to the voltage application electrode 26d in synchronization with the round-trip time of the light to be transmitted. 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 frequency interval of each mode can be matched with the modulation frequency of the voltage applied to the voltage application electrode 26d, and the frequency interval of each mode can be made highly accurate.
[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 current injection electrodes 26a and 26b, respectively, the current is output through the light output side diffraction grating reflection region R22. It becomes possible to control the wavelength of light.
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-InP substrate 21, and the light output spectrum In addition, it is possible to selectively oscillate only a predetermined mode and to increase the frequency interval of each mode with high accuracy while making it possible to enhance the synchronization state of each mode. 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.
[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-InP substrate 31. Here, in the active region R31, a 1.55 μm-InGaAsP active layer 32 is formed on the n-InP substrate 31, a p-InP cladding layer 35 is formed on the 1.55 μm-InGaAsP active layer 32, and p On the −InP clad layer 35, a current injection electrode 36c for injecting a current into the 1.55 μm-InGaAsP active layer 32 is provided.
[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 active layer 32, respectively. A waveguide 33a and a 1.3 μm-InGaAsP diffraction grating reflector waveguide 33b are formed.
The 1.3 μm-InGaAsP light output side diffraction grating reflector waveguide 33a and the 1.3 μm-InGaAsP diffraction grating reflector waveguide 33b are configured to selectively oscillate only a mode of a predetermined channel at a predetermined frequency interval. A light output side diffraction grating reflecting mirror 34a and a diffraction grating reflecting mirror 34b are respectively formed. A p-InP clad layer 35 is formed on the light output side diffraction grating reflector 34a and the diffraction grating reflector 34b. On the p-InP clad layer 35, the light output side diffraction grating reflector 34a and the diffraction mirror 34a are formed. Current injection electrodes 36a and 36b for injecting current into the grating reflector 34b are provided.
[0067]
In the light absorption region R34, a 1.6 μm-InGaAsP light absorption layer 38 is formed so as to be coupled to the 1.3 μm-InGaAsP diffraction grating reflector waveguide 33b, and the 1.6 μm-InGaAsP light absorption layer 38 is formed. A p-InP cladding layer 35 is formed on the top.
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 common electrode 37 is provided on the back surface of the n-InP substrate 31.
[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 grating reflecting mirror 34a and the diffraction grating reflecting mirror 34b is 260 cm.-1The lengths of the light output side diffraction grating reflection region R32 and the diffraction grating reflection region R33 can be set to 150 μm, respectively. The length of the active region R31 can be set to 840 μm so that the round-trip time of the light inside the device is 20 picoseconds and the mode interval in the light output spectrum is 50 GHz.
[0069]
When a current is injected from the current injection electrode 36c into the 1.55 μm-InGaAsP active layer 32 through the p-InP cladding layer 35, light is generated and amplified in the 1.55 μm-InGaAsP active layer 32. . The light generated in the 1.55 μm-InGaAsP active layer 32 is guided through the 1.3 μm-InGaAsP light output side diffraction grating reflector waveguide 33 a and the 1.3 μm-InGaAsP diffraction grating waveguide 33 b.
[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 grating reflector waveguide 33b is transmitted through the light output side diffraction grating reflector 34a and the diffraction grating reflector. Only the 16-channel mode reflected at 34b and spaced at 50 GHz can be selectively oscillated. Then, the light generated in the 1.55 μm-InGaAsP active layer 32 is output to the outside through the 1.3 μm-InGaAsP light output side diffraction grating reflector waveguide 33a, and the 1.3 μm-InGaAsP light output side diffraction is performed. The light output through the grating reflector waveguide 33b can be completely absorbed in the light absorption region R34.
[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-InP substrate 31, and at a predetermined frequency interval. Only the mode of the predetermined channel can be selectively oscillated, and the unidirectionality of the optical output can be realized. For this reason, it becomes possible to reduce the size, weight and price of the wavelength division multiplexing optical communication system, and it is possible to avoid unnecessary optical output from one side from being mixed in the optical integrated circuit, It is possible to stabilize the operation of the optical integrated circuit.
[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-InP substrate 41. Here, in the active region R41, a 1.55 μm-InGaAsP active layer 42 is formed on the n-InP substrate 41, a p-InP cladding layer 45 is formed on the 1.55 μm-InGaAsP active layer 42, and p On the −InP clad layer 45, a current injection electrode 46c for injecting a current into the 1.55 μm-InGaAsP active layer 42 is provided.
[0073]
In the supersaturated absorption region R42, a 1.55 μm-InGaAsP supersaturated absorption layer 48 is formed on the n-InP substrate 41, and a p-InP cladding layer 45 is formed on the 1.55 μm-InGaAsP supersaturated absorption layer 48. On the p-InP cladding layer 45, a current injection electrode 46d for injecting a current into the 1.55 μm-InGaAsP supersaturated absorption layer 48 is provided.
[0074]
On the other hand, in the light output side diffraction grating reflection region R43, a 1.3 μm-InGaAsP light output side diffraction grating waveguide 43a is formed so as to be coupled to the 1.55 μm-InGaAsP active layer.
In the 1.3 μm-InGaAsP light output side diffraction grating reflector waveguide 43a, a light output side diffraction grating reflector 44a for selectively oscillating only a mode of a predetermined channel with a predetermined frequency interval is formed. . A p-InP cladding layer 45 is formed on the light output side diffraction grating reflector 44a, and a current injection electrode for injecting a current into the light output side diffraction grating reflector 44a on the p-InP cladding layer 45. 46a is provided.
[0075]
In the diffraction grating reflection region R44, a 1.3 μm-InGaAsP diffraction grating reflector waveguide 43b is formed so as to be coupled to the 1.55 μm-InGaAsP supersaturated absorption layer 48.
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 grating reflector waveguide 43b. A p-InP cladding layer 45 is formed on the diffraction grating reflecting mirror 44b, and a current injection electrode 46b for injecting current into the diffraction grating reflecting mirror 44b is provided on the p-InP cladding layer 45. .
[0076]
In the light absorption region R45, a 1.6 μm-InGaAsP light absorption layer 49 is formed so as to be coupled to the 1.3 μm-InGaAsP diffraction grating reflector waveguide 43b, and the 1.6 μm-InGaAsP light absorption layer 49 is formed. A p-InP cladding layer 45 is formed on the top.
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 common electrode 47 is provided on the back surface of the n-InP substrate 41.
[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 grating reflecting mirror 44a and the diffraction grating reflecting mirror 44b is 260 cm.-1The lengths of the light output side diffraction grating reflection region R43 and the diffraction grating reflection region R44 can be set to 150 μm, respectively. Then, the sum of the lengths of the active region R41 and the supersaturated absorption region R42 is set to 840 μm so that the round-trip time of the light inside the device is 20 picoseconds and the mode intervals in the light output spectrum are 50 GHz. Can do.
[0078]
When a current is injected from the current injection electrode 46c into the 1.55 μm-InGaAsP active layer 42 via the p-InP cladding layer 45, light is generated and amplified in the 1.55 μm-InGaAsP active layer 42. . Then, current is injected from the current injection electrode 46d into the 1.55 μm-InGaAsP supersaturated absorption layer 48 via the p-InP cladding layer 45, and the amount of light passing through the 1.55 μm-InGaAsP supersaturated absorption layer 48 is controlled. However, the 1.3 μm-InGaAsP light output side diffraction grating reflector waveguide 43 a and the 1.3 μm-InGaAsP diffraction grating reflector waveguide 43 b are guided. The light guided through the 1.3 μm-InGaAsP light output side diffraction grating reflector waveguide 43a and the 1.3 μm-InGaAsP diffraction grating reflector waveguide 43b is converted into light output side diffraction grating reflector 44a and diffraction grating reflector. Only the 16-channel mode of 50 GHz interval is selectively oscillated by reflecting at 44b.
[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 active layer 42 is output to the outside via the 1.3 μm-InGaAsP light output side diffraction grating reflector 43 a, and the 1.3 μm-InGaAsP light output side diffraction is performed. The light output through the grating reflector waveguide 43b can be completely absorbed in the light absorption region R45.
[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-InP substrate 41. In addition, it is possible to selectively oscillate only the mode of a predetermined channel at a predetermined frequency interval, and it is possible to realize the unidirectionality of the light output while making the light output intensity of each mode uniform. It becomes. For this reason, it becomes possible to reduce the size, weight and price of the wavelength division multiplexing optical communication system, and it is possible to avoid unnecessary optical output from one side from being mixed in the optical integrated circuit, It is possible to stabilize the operation of the optical integrated circuit.
[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-InP substrate 51. Here, in the active region R51, a 1.55 μm-InGaAsP active layer 52 is formed on the n-InP substrate 51, a p-InP cladding layer 55 is formed on the 1.55 μm-InGaAsP active layer 52, and p On the −InP cladding layer 55, a current injection electrode 56c for injecting a current into the 1.55 μm-InGaAsP active layer 52 is provided.
[0082]
In the light intensity modulation region R52, a 1.48 μm-InGaAsP light intensity modulation layer 58 is formed on the n-InP substrate 51, and a p-InP cladding layer 55 is formed on the 1.48 μm-InGaAsP light intensity modulation layer 58. A voltage applying electrode 56d for applying a voltage to the 1.48 μm-InGaAsP light intensity modulation layer 58 is provided on the p-InP cladding layer 55.
[0083]
On the other hand, in the light output side diffraction grating reflection region R53, a 1.3 μm-InGaAsP light output side diffraction grating waveguide 53a is formed so as to be coupled to the 1.55 μm-InGaAsP active layer 52.
The 1.3 μm-InGaAsP light output side diffraction grating reflector 53 a is formed with a light output side diffraction grating reflector 54 a for selectively oscillating only a mode of a predetermined channel with a predetermined frequency interval. . A p-InP clad layer 55 is formed on the light output side diffraction grating reflector 54a, and a current injection electrode for injecting current into the light output side diffraction grating reflector 54a on the p-InP clad layer 55. 56a is provided.
[0084]
In the diffraction grating reflection region R54, a 1.3 μm-InGaAsP diffraction grating waveguide 53b is formed so as to be coupled to the 1.48 μm-InGaAsP light intensity modulation layer 58.
The 1.3 μm-InGaAsP diffraction grating reflecting waveguide 53b is formed with a diffraction grating reflecting mirror 54b for selectively oscillating only a mode of a predetermined channel at a predetermined frequency interval. A p-InP cladding layer 55 is formed on the diffraction grating reflector 54b, and a current injection electrode 56b for injecting current into the diffraction grating reflector 54b is provided on the p-InP cladding layer 55. .
[0085]
In the light absorption region R54, a 1.6 μm-InGaAsP light absorption layer 59 is formed so as to be coupled to the 1.3 μm-InGaAsP diffraction grating reflector waveguide 53b, and the 1.6 μm-InGaAsP light absorption layer 59 is formed. A p-InP cladding layer 55 is formed on the top.
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 common electrode 57 is provided on the back surface of the n-InP substrate 51. .
[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 grating reflecting mirror 54a and the diffraction grating reflecting mirror 54b is 260 cm.-1The lengths of the light output side diffraction grating reflection region R53 and the diffraction grating reflection region R54 can be set to 150 μm, respectively. Then, the sum of the lengths of the active region R51 and the light intensity modulation region R52 is set to 840 μm so that the round-trip time of light inside the device is 20 picoseconds and the mode intervals in the light output spectrum are 50 GHz. be able to.
[0087]
When a current is injected from the current injection electrode 56c into the 1.55 μm-InGaAsP active layer 52 via the p-InP cladding layer 55, light is generated and amplified in the 1.55 μm-InGaAsP active layer 52. . Then, a voltage is applied from the voltage application electrode 56d to the 1.48 μm-InGaAsP light intensity modulation layer 58 through the p-InP cladding layer 55, and the wavelength passing through the 1.48 μm-InGaAsP light intensity modulation layer 58 is around 1.55 μm. The 1.3 μm-InGaAsP light output side diffraction grating reflector waveguide 53 a and the 1.3 μm-InGaAsP diffraction grating waveguide 53 b are guided while controlling the amount of light absorption. Then, the light guided through the 1.3 μm-InGaAsP light output side diffraction grating reflector waveguide 53a and the 1.3 μm-InGaAsP diffraction grating reflector waveguide 53b is converted into the light output side diffraction grating reflector 54a and the diffraction grating reflector. Only the 16-channel mode of 50 GHz interval is selectively oscillated by reflecting at 54b.
[0088]
Here, in the 1.48 μm-InGaAsP light intensity modulation layer 58, the amount of light absorption near the wavelength of 1.55 μm changes according to the voltage applied to the 1.48 μm-InGaAsP light intensity modulation layer 58, and reciprocates within the resonator. The light output can be pulsed by modulating the voltage applied to the voltage application electrode 56d in synchronization with the round-trip time of the light to be transmitted. 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 frequency interval of each mode can be matched with the modulation frequency of the voltage applied to the voltage application electrode 56d, and the frequency interval of each mode can be made highly accurate. The light generated in the 1.55 μm-InGaAsP active layer 52 is output to the outside via the 1.3 μm-InGaAsP light output side diffraction grating reflector 53 a, and the 1.3 μm-InGaAsP light output side diffraction is performed. The light output through the grating reflector waveguide 53b can be completely absorbed in the light absorption region R55.
[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-InP substrate 51. On the other hand, it is possible to selectively oscillate only the mode of a predetermined channel at a predetermined frequency interval, and to make the optical output intensity uniform in each mode and to increase the accuracy of the frequency interval in each mode, It is possible to realize the unidirectionality. For this reason, it becomes possible to reduce the size, weight and price of the wavelength division multiplexing optical communication system, and it is possible to avoid unnecessary optical output from one side from being mixed in the optical integrated circuit, It is possible to stabilize the operation of the optical integrated circuit.
[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)

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. 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. 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請求項１〜３のいずれか１項記載の発光装置。The light-emitting device according to claim 1, further comprising a light absorption region provided at one of light output ends of a resonator configured by the diffraction grating reflection region. 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. 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. 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請求項５〜７のいずれか１項記載の発光装置。8. The light absorption layer according to claim 5, 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. The light emitting device described. 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. 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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