JP2007157884A - 光変調器集積光源 - Google Patents

Abstract

【課題】分離領域で発生するフォトキャリアの長手軸方向分布が光変調器領域に印加される逆方向バイアス電圧に応じて変化することで生じる前述した波長チャーピングの問題が、別途回路素子部品を新たに用いるなどの特別に煩雑なプロセスを伴うことなく効果的に改善され、光変調器集積光源の伝送特性が改善されるようにする。
【解決手段】分離領域１１０のレーザ領域（発光領域）１０７の側における上部クラッド層１０６には、例えばイオン注入技術を用いて部分的に上部クラッド層１０６の実効的な導電率を下げた（実効的な抵抗率を上げた）高抵抗領域１１１を備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、レーザなどの光源と電界吸収型光強度変調器とがモノリシック集積されて構成された光変調器集積光源に関するものである。

インターネットなどの広帯域マルチメディア通信サービスの爆発的な需要増加に伴い、より大容量かつ高機能な光ファイバ通信システムの開発が求められている。このキーコンポーネントである光源デバイス、特に伝送距離の長い幹線系光ファイバ通信システム向けの光源デバイスには、高速変調が可能なことはもちろん、長距離伝送後の光波形劣化を招く光強度変調時の位相変調（波長チャーピング）が極力抑えられていることが求められる。

この中で、バルク化合物半導体のフランツ−ケルディッシュ効果や多重量子井戸構造の量子閉じ込めシュタルク効果といった、印加電界に応じて光吸収係数が変化する電界吸収効果を応用した電界吸収型光強度変調器が、注目されている。この電界吸収型光強度変調器は、高速応答が可能であり、半導体レーザダイオードの駆動電流を直接変調する場合に比べて光強度変調時の波長チャーピングも小さい。さらに、電界吸収型光強度変調器は、分布帰還型半導体レーザダイオード（ＤＦＢ−ＬＤ）に代表される光源デバイスとモノリシック集積が可能であり、光源モジュールの小型化・低コスト化も期待できることなど、光源デバイスとして優れた特長を有している（特許文献１，特許文献２，特許文献３，特許文献４，特許文献５，特許文献６，特許文献７，特許文献８，特許文献９，特許文献１０，特許文献１１参照）。現在、ＤＦＢ−ＬＤと電界吸収型光強度変調器とをモノリシック集積した集積光源（光変調器集積光源）を搭載した光モジュールが、２．５〜１０Ｇｂ／ｓ級の基幹系光ファイバ通信システムの光源として多数導入されている。

しかし、光変調器集積光源では、次に示すように、モノリシック集積デバイス故に避けられない課題もある。レーザ領域から光変調器領域への間（以下、分離領域）の有限な抵抗（以下、分離抵抗）を介して流れる漏れ電流は、レーザ領域の活性層に本来注入されるべきキャリア数を変化させてしまう。このため、上記分離抵抗は、光出力変動はもちろん、キャリア密度変化に比例した実効屈折率変化を通じて発振波長変動（ＦＭ変調）も引き起こす。後者は、ＬＤを直接変調する際の波長チャーピングそのものであり、光変調器領域の低チャープ動作を相殺してしまう深刻な問題である。

分離抵抗は、分離領域における電極コンタクト層とクラッド層各々の並列合成抵抗で与えられるため、分離抵抗による問題の改善策として、より導電率の高い電極コンタクト層を分離領域すべてにわたって除去することが考えられる。しかし、この方法で実現できる分離抵抗は、高々数ｋΩにとどまり、前述した発振波長変動を抑える上で実用上不十分である。このため、一般的には、クラッド層の一部までエッチングするあるいは導電性を阻害する元素をイオン注入するなどの改善策を、上述した改善策と併用するのが一般的である。

特許第３２５４０５３号公報 特開２０００−２７７８６９号公報 特開２００１−０５３３８７号公報 特開２００３−２０２５２９号公報 特開昭６３−１８６２１０号公報 特開平３−０９１２７９号公報 特開平５−０６３１７９号公報 特開平７−０５８３１０号公報 特開平９−１２１０７５号公報 特開平１０−０８４１６６号公報 特開平１１−１６３５６８号公報

光変調器集積光源では、上述した問題以外にも分離領域の光吸収で発生する電子−正孔対（以下、フォトキャリア）の影響も考慮する必要がある。これは、フォトキャリア密度に比例する価電子帯間吸収が、信号光の強度のみならず信号光が感じる屈折率をも変化させるため、信号光が分離領域を通過する間にこの位相まで変調を受けてしまうことによる。特に問題となるのは、光変調器領域に印加する逆バイアス電圧を変調することでこのフォトキャリアの分布が動的に変化することである。従って、光変調器領域を駆動すると、光変調器領域に到達する前に、信号光には予め強度変調と位相変調が重畳されてしまう。

この問題を解決するためには、分離領域においてフォトキャリアを発生させない、もしくは、フォトキャリア分布が光変調器領域に印加する逆方向バイアス電圧に依存しない工夫を施す必要がある。後者の手段としては、分離領域の電位分布を長手軸方向に一定にする方法が考えられる。単に電位を固定するという目的だけに限って考えれば、特許文献１に示されているように、分離領域に電極を形成して固定電位を与える方法が報告されている。しかし、分離領域の電位を固定する電極を設けると、意に反してこの電極が光変調器領域とレーザ領域とを短絡状態にしてしまい、かえって漏れ電流を増長する問題を招くため、このままでは適用できない。この問題に対しては特に有効な解決策が提案されてこなかったことから、光変調器集積光源は、上記の課題を抱えたまま使用されているのが実状である。

本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、分離領域で発生するフォトキャリアの長手軸方向分布が光変調器領域に印加される逆方向バイアス電圧に応じて変化することで生じる前述した波長チャーピングの問題が、別途回路素子部品を新たに用いるなどの特別に煩雑なプロセスを伴うことなく効果的に改善され、光変調器集積光源の伝送特性が改善されるようにすることを目的とする。

本発明に係る光変調器集積光源は、下部クラッド層の上に形成された第１導電型の半導体からなる光導波層と、光導波層の上の発光領域に形成された活性層よりなる光源と、この活性層に続いて光導波層の上に形成された光吸収層と、この光吸収層の一部により構成されて光源より発振された信号光を光変調する光変調器領域と、光吸収層の一部により構成されて発光領域と光変調器領域との挾まれた領域に配置され、発光領域と光変調器領域とを電気的に分離する分離領域と、活性層及び光吸収層を覆うように形成された第２導電型の半導体からなる上部クラッド層と、分離領域の発光領域の側における上部クラッド層に設けられて分離領域における上部クラッド層の他の部分より高抵抗とされた高抵抗領域とを少なくとも備えるようにしたものである。従って、分離領域のうち光変調器領域により近い領域の電位は、光変調器領域の電位とほぼ等しくなり、ここで生成されたフォトキャリアが接続する電極より外部回路に掃き出され易くなる。

上記光変調器集積光源において、光源は、例えば半導体レーザであり、また例えば、単一モード発振する半導体レーザである。この場合、発光領域に形成された回折格子を備え、この回折格子により共振器が構成されている。この場合、回折格子は、活性層より下部クラッド層の側に形成されていればよい。また、回折格子は、活性層より上部クラッド層の側に形成されているようにしてもよい。また、光源は、半導体光増幅器であってもよい。また、光変調器集積光源において、発光領域の上部クラッド層の上に形成された第１電極と、光変調器領域の上部クラッド層の上に形成された第２電極とを備え、第１電極と第２電極とは、少なくとも分離領域をはさんで離間している。

上記光変調器集積光源において、高抵抗領域は、不純物が導入されて形成されていればよい。また、高抵抗領域は、光吸収層に形成された溝より構成されていてもよい。また、分離領域が形成されている領域の光吸収層を構成している半導体の吸収端は、他の領域の光吸収層を構成している半導体の吸収端よりも短波長組成であればよい。

以上説明したように、本発明によれば、分離領域の上部クラッド層において、発光領域の側により高抵抗な高抵抗領域を設けるようにしたので、波長チャーピングの問題が、別途回路素子部品を新たに用いるなどの特別に煩雑なプロセスを伴うことなく効果的に改善され、光変調器集積光源の伝送特性が改善されるという優れた効果が得られる。

以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。図１は、本発明の実施形態における光変調器集積光源の構成例を示した斜視図（ａ）及び断面図（ｂ）である。なお、図１（ｂ）は、光変調器集積光源の導波方向（分離領域の長手軸）に水平（沿った）断面である。また、図１（ｂ）は、図１（ａ）の波線で示す円内の領域における断面図である。

図１に示す光変調器集積光源は、まず、部分的に回折格子１０２が形成された基板１０１に、第１の導電性（第１導電型）を持つ光導波層１０３及びアンドープ活性層１０４が成長・形成されている。また、回折格子１０２の無い領域のアンドープ活性層１０４を削除した後、これより吸収端が高エネルギーのアンドープ光吸収層１０５をここへ再成長することにより、図１に示す光変調集積光源は、アンドープ活性層１０４とアンドープ光吸収層１０５とが突合せ結合（バット＝カップリング）された構造を有し、アンドープ活性層１０４からアンドープ光吸収層１０５にかけて、高効率かつ低反射な結合特性を実現している。また、アンドープ活性層１０４とアンドープ光吸収層１０５は、第２の導電性（第２導電型）を持つ上部クラッド層１０６で埋め込まれている。なお、基板１０１が下部クラッド層となる。

また、アンドープ活性層１０４を有するレーザ領域（発光領域）１０７とアンドープ光吸収を有する光変調器領域１０８とは、分離領域１１０により電気的に分離されている。分離領域１１０は、レーザ領域１０７と光変調器領域１０８との間の漏れ電流の影響を実用上無視できる程度に抑えるため、両領域が接する位置から光変調器領域１０８側の電極コンタクト層１０９（電極）がある一定の長さだけ部分的に取り除かれた構成となっている。また、分離領域１１０には、例えばイオン注入技術を用いて部分的に上部クラッド層１０６の実効的な導電率を下げた（実効的な抵抗率を上げた）高抵抗領域１１１が設けられている。高抵抗領域１１１は、分離領域１１０の中のレーザ領域１０７の側に設けられていればよい。また、高抵抗領域１１１は、実質的にレーザ領域１０７に接するように設けられていればよい。また、回折格子は、上部クラッド層１０６の側に形成されていてもよい。

また、光変調器領域１０８側の残留端面反射に起因した波長チャーピングを抑えるため、窓構造１１２と低反射膜１１３が併用されて設けられている。一方、レーザ領域１０７側の端面には、高反射膜１１４が施されている。なお、分離領域１１０における光吸収層１０５が、光変調領域１０８における光吸収層１０５より、吸収端がより短波長組成（高エネルギー）の状態に形成されているようにしてもよい。このようにすることで、分離領域１１０の光吸収層１０５における信号光の減衰が抑制できるようになる。

図１に示す光変調器集積光源において、電極１１５と裏面電極１１７との間に所定の電圧を印加することでレーザ領域１０７を順方向バイアスしてアンドープ活性層１０４に電流注入すると、単一軸モードで発振する。また、光変調器領域１０８に印加する逆方向バイアス電圧を変えることにより、電界吸収効果によってアンドープ光吸収層１０５の光吸収係数が増加し、光変調器領域１０８側の端面から出射される信号光強度を変調することができる。なお、上述では、光源として、レーザ領域の全域に設けられた回折格子を共振器とした半導体レーザ（ＤＦＢ−ＬＤ）を用いるようにしたが、他の形態の半導体レーザを用いるようにしてもよい。例えば、レーザ領域の一部に回折格子が設けられたＤＢＲ（Distributed Bragg Reflector）−ＬＤを用いるようにしても同様である。また、光源が半導体光増幅器から構成されていても同様である。

ここで、上述した高抵抗領域１１１について、より詳細に説明する。従来より、イオン注入技術を用いて半導体材料を高抵抗化して素子を分離する技術が用いられている。この高抵抗化技術は、成長工程を完了したウェハ（半導体基板）にも適用可能なことから素子分離技術として有望である。しかしながら、分離領域の分離抵抗を仮に無限大まで高められたとしても、分離領域の長手軸方向の導電率（抵抗率）が一様である限り、分離領域の長手軸に沿った電位分布は線形にしかならず、フォトキャリアが外部回路に吐き出される領域は限られてしまうことから、分離領域で発生したフォトキャリアによる波長チャーピングの問題は解決されない。

これに対し、図１に示す光変調器集積光源では、分離領域１１０の導電率を長手軸方向で一様では無い状態を人為的に作り出し、分離領域１１０で発生したフォトキャリアの大半を容易に掃き出すことが可能な構造を実現するものである。具体的には、光変調器集積光源の分離領域１１０において、レーザ領域１０７の側に、上部クラッド層１０６の導電率をより下げた（抵抗率をより上げた）構造を導入するものである。この長さは、高抵抗化される部分が短いほど効果的である。これにより、分離領域１１０のうち光変調器領域１０８の側により近い領域の電位は、光変調器領域１０８の電位とほぼ等しくなり、ここで生成されたフォトキャリアが光変調器領域１０８の電極１１６を介して外部回路に掃き出され易くなる。

また、レーザ領域１０７から光変調器領域１０８の間の電位差の大半は、分離領域１１０のうちレーザ領域１０７側に近く、加えて高抵抗化された短い部分でほぼ引き受ける形となる。このため、光変調器領域１０８へ印加する逆方向バイアス電圧に応じてフォトキャリアの長手軸方向分布が変わったとしても、この影響は分離領域１１０全体ではなく、このうちの高抵抗化された高抵抗領域１１１の長だけにほぼ留まる。この長さが短くなるほど、ここを通過する信号光が受ける位相変化も小さくなり、信号光が光変調器領域１０８に達する前に受ける位相変化、さらには光変調器領域１０８を駆動することで受ける瞬時角周波数変化が、実用上支障の無い程度にまで押さえられるようになる。

分離領域１１０の長さに対する高抵抗領域１１１部分の長さについては、分離領域１１０全体の長さの１／４以下、より効果的なものとするには１／１０以下に抑えることが望ましい。もちろん、光変調器領域１０８を駆動した際のレーザ領域１０７への漏れ電流の影響が実用上無視できる程度に抑えるため、高抵抗領域１１１の部分の長さと導電率（抵抗率）を適切に設定する必要がある。この手段としては、分離領域１１０の電極コンタクト層１０９を取り除いたのち、分離領域１１０のレーザ領域１０７により近い側に導電率を下げる（抵抗率を上げる）イオン種をイオン注入すればよい。

また、エッチングで部分除去するか、またあるいはこれらを併用することが効果的である。またこの際、上部クラッド層１０６の導電率（抵抗率）のみを変化させるのではなく、埋め込みをしているいずれかの層のうち導電性を示す層の導電率を下げる（抵抗率を上げる）か、またあるいはイオン注入であれば加速電圧を調整して分離領域の上部クラッド層１０６のみではなく、この下の活性層１０４及び光吸収層１０５までイオン種を注入しても良い。また、高抵抗領域１１１は、抵抗の状態が一定とされている必要はなく、レーザ領域１０７に近いほど、より高い抵抗の状態とされていてもよい。

さらには、もともと光吸収によって生成されるフォトキャリアの数自体を抑えるため、分離領域１１０において光吸収層１０５を除去してしまうことも有効である。構造は光変調器集積光源で広く用いられている窓構造と基本的に同じと考えてよいため、懸念される不連続境界での反射の影響は実用上無視できる程度に小さいと見積もられる。分離領域１１０に光導波層１０３を残せば、反射の影響はさらに抑えることが可能である。

このように分離領域１１０の導電率（抵抗率）を長手軸方向に沿って変化させ、レーザ領域１０７の側に近い方をより高抵抗とすることにより、分離領域１１０の光変調器領域１０８側の電位は、光変調器領域１０８の電位にほぼ等しい状態を作り出すことができる。これにより、分離領域１１０で発生したフォトキャリアのうち大半は、光変調器領域１０８の電極１１６から外部回路へ効率的に掃き出すことが可能となる。また、光変調器領域１０８に印加される逆方向バイアス電圧に応じてフォトキャリアの長手軸方向分布が変わっても、高抵抗化する領域（高抵抗領域１１１）の長さも分離領域１１０の全長に比べて短くなるため、分離領域１１０の低効率が一様な場合に比べて信号光が受ける位相変化も抑えられる。これらの作用により、光変調器集積光源の分離領域１１０で発生したフォトキャリアに起因する波長チャーピングが効果的に抑制され、この結果、長距離伝送後の光波形劣化の小さい理想的な光ファイバ伝送特性を実現することが可能となる。

次に、本発明の実施の形態における光変調器集積光源の他の構成例について説明する。図２は、本発明の実施の形態における他の光変調器集積光源の構成例を示した斜視図（ａ）及び断面図（ｂ）である。なお、図２（ｂ）は、光変調器集積光源の導波方向（分離領域の長手軸）に水平（沿った）断面である。また、図２（ｂ）は、図２（ａ）の波線で示す円内の領域における断面図である。

図２に示す光変調器集積光源は、まず、部分的に周期２４０ｎｍの非対称位相シフト回折格子２０２が形成された（００１）ｎ−ＩｎＰからなる基板２０１に、下からｎ−ＩｎＧａＡｓＰからなる光導波層２０３（厚さ１８０ｎｍ、波長組成１２５０ｎｍ）、吸収端波長が１５７０ｎｍのアンドープＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＧａＡｓＰからなる歪多重量子井戸活性層２０４（井戸層：６層、厚さ６ｎｍ、０．６％圧縮歪、障壁層：厚さ８ｎｍ、ＳＣＨ層：厚さ３０ｎｍ）、ｐ−ＩｎＰからなる上部クラッド層２０５の順に有機金属気相成長（ＭＯＶＰＥ）法で成長されて形成されている。

また、回折格子２０２の無い領域のｐ−ＩｎＰの層（上部クラッド層２０５）とアンドープＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＧａＡｓＰの層（活性層２０４）までは、誘導性結合プラズマエッチング法（ＩＣＰ）を用いてエッチング除去され、これらの後、エッチング除去された領域に、吸収端波長が１４９０ｎｍのアンドープ歪多重量子井戸光吸収層２０６（井戸層：層数７、厚さ６ｎｍ、０．５％伸張歪、障壁層：厚さ８ｎｍ、ＳＣＨ層：厚さ３０ｎｍ）がＭＯＶＰＥ選択再成長され、活性層２０４と光吸収層２０６とを突合せ結合（バット＝カップリング）した構造とされている。

活性層２０４と光吸収層２０６とは、幅１．５μｍのストライプ状に基板２０１に達するまでＩＣＰ法でエッチングされたのち、ｐ−ＩｎＰからなる埋め込みクラッド層２０７（厚さ１．２μｍ）とｐ^＋−ＩｎＧａＡｓからなる電極コンタクト層２０８（厚さ１００ｎｍ）で埋め込まれている。活性層２０４から光吸収層２０６へかけての間の１５５０ｎｍ帯における結合効率及び反射損は、各々９９％以上、−４５ｄＢ以下と実用上支障の無い良好な結合特性が実現されている。また、活性層２０４を有するＤＦＢレーザ領域２０９とアンドープ光吸収を有する光変調器領域２１０とを電気的に分離するために、分離領域２１１がもうけられている。分離領域２１１は、２つの領域間の漏れ電流の影響を実用上無視できる程度に抑えるため、領域が接する位置から光変調器領域２１０側の電極コンタクト層２０８を長さ２０μｍにわたって取り除いた部分に形成されている。

また、ＤＦＢレーザ領域２０９と分離領域２１１とが接する部分から光変調器領域２１０側に長さ５μｍにわたってチタン（Ｔｉ）をイオン注入し、上部クラッド層２０５と埋め込みクラッド層２０７の導電率を下げた（抵抗率を上げた）高抵抗領域２１２が設けられている。高抵抗領域２１２により、両領域間の合成抵抗（以下、分離抵抗）は１００ｋΩ以上と、分離領域２１１を介して流れる漏れ電流の影響を抑える上で実用上十分な値が実現されている。なお、ここでは、チタンを不純物として導入することで、より高抵抗な高抵抗領域を形成するようにしたが、これに限るものではなく、水素や他の元素を導入することで、高抵抗としてもよいことはいうまでもない。

また、光変調器領域２１０側の残留端面反射に起因した波長チャーピングを抑えるため、この端面から長さ２０μｍにわたって光変調器領域２１０の導波構造を除いた窓構造２１３と、反射率０．０５％の低反射膜２１４が設けられている。実効的な残留反射率は、１０⁻⁴以下に抑えられている。また、レーザ領域２０９側の端面には、反射率９０％の高反射膜２１５が施されている。なお、光変調器領域２１０の長さは１８０μｍ（窓領域、分離領域を含まず）である。また、レーザ領域２０９の長さは４００μｍ、κＬ積は１．４である。

図２に示す光変調器集積光源において、電極２１６と裏面電極２１８との間に所定の電圧を印加することでレーザ領域２０９を順方向バイアスして活性層２０４に電流注入したところ、温度２５℃にてしきい値電流７ｍＡ、発振波長１５５０ｎｍ（デチューニング：−２０ｎｍ）で単一軸モード発振した。光変調器領域２１０の側の端面から出射される信号光強度（以下、光出力）は、温度２５℃、電極２１７による順方向バイアス電流１００ｍＡにて１８ｍＷ、サイドモード抑圧比（ＳＭＳＲ）は５０ｄＢであった。光変調器領域２１０に印加する逆方向バイアス電圧を変えることにより、電界吸収効果によって光吸収層２０６の光吸収係数が増加し、光出力を変調することができる。消光比は０〜−２Ｖで１３ｄＢ以上と、実用的な値が得られた。逆方向バイアス電圧が−１Ｖにおける光変調器領域２１０の容量は０．３５ｐＦ、５０Ω終端時の小信号周波数応答帯域は１５ＧＨｚ以上と、１０Ｇｂ／ｓ帯の通信用光源素子として実用上十分な高速性が得られている。

また、光変調器領域２１０のα−パラメータは、逆方向バイアス電圧が−１Ｖにおいて−０．４と単一モードファイバを用いた１０Ｇｂ／ｓ−８０ｋｍ伝送を実現する上で実用上支障の無い小さな値に抑えられている。図２に示す光変調器集積光源を用いて１０Ｇｂ／ｓ−８０ｋｍ伝送を行ったところ、受信感度劣化０．２ｄＢ以下と実用上支障の無い良好な特性が実現された。

次に、本発明の実施の形態における光変調器集積光源の他の構成例について説明する。図３は、本発明の実施の形態における他の光変調器集積光源の構成例を示した斜視図（ａ）及び断面図（ｂ）である。なお、図３（ｂ）は、光変調器集積光源の導波方向（分離領域の長手軸）に水平（沿った）断面である。また、図３（ｂ）は、図３（ａ）の波線で示す円内の領域における断面図である。

図３に示す光変調器集積光源は、まず、部分的に回折格子３０２が形成された基板３０１に、第３の導電性（導電型：ｉ型）を持つ光導波層３０３及びアンドープ活性層３０４が成長・形成されている。また、回折格子３０２の無い領域のアンドープ活性層３０４を削除した後、これより吸収端が高エネルギーのアンドープ光吸収層３０５をここへ再成長することにより、図３に示す光変調集積光源は、アンドープ活性層３０４とアンドープ光吸収層３０５とが突合せ結合（バット＝カップリング）された構造を有し、アンドープ活性層３０４からアンドープ光吸収層３０５にかけて、高効率かつ低反射な結合特性を実現している。なお、アンドープ活性層３０４とアンドープ光吸収層３０５は、第２の導電性を持つ上部クラッド層３０６で埋め込まれている。

また、アンドープ活性層３０４を有するレーザ領域３０７とアンドープ光吸収を有する光変調器領域３０８とは、分離領域３１０により電気的に分離されている。分離領域３１０は、レーザ領域３０７と光変調器領域３０８との間の漏れ電流の影響を実用上無視できる程度に抑えるため、両領域が接する位置から光変調器領域３０８側の電極コンタクト層３０９がある一定の長さだけ部分的に取り除かれた構成となっている。また、分離領域３１０には、クラッド層３０６を選択的にエッチング除去することで形成された溝により構成された高抵抗領域３１１が設けられている。なお、図３に示す光変調器集積光源においても、光変調器領域３０８側の残留端面反射に起因した波長チャーピングを抑えるため、窓構造３１２と低反射膜３１３が併用されて設けられている。一方、レーザ領域３０７側の端面には、高反射膜３１４が施されている。

図３に示す光変調器集積光源は、溝により高抵抗領域３１１を構成した構成以外は、図１に示す光変調器集積光源と同様である。また、高抵抗領域３１１も、高抵抗領域１１１と同様に、上部クラッド層３０６の実効的な導電率を下げた（実効的な抵抗率を上げた）領域となっている。図３に示す光変調器集積光源において、電極３１５と裏面電極３１７との間に所定の電圧を印加することで、レーザ領域３０７を順方向バイアスしてアンドープ活性層３０４に電流注入すると単一軸モード発振する。また、光変調器領域に印加する逆方向バイアス電圧を変えることにより、電界吸収効果によってアンドープ光吸収層３０５の光吸収係数が増加し、光変調器領域側端面から出射される信号光強度を変調することができる。

次に、本発明の実施の形態における光変調器集積光源の他の構成例について説明する。図４は、本発明の実施の形態における他の光変調器集積光源の構成例を示した斜視図（ａ）及び断面図（ｂ）である。なお、図４（ｂ）は、光変調器集積光源の導波方向（分離領域の長手軸）に水平（沿った）断面である。また、図４（ｂ）は、図４（ａ）の波線で示す円内の領域における断面図である。

図４に示す光変調器集積光源は、まず、部分的に周期２４０ｎｍの非対称位相シフト回折格子４０２が形成された（００１）ｎ−ＩｎＰからなる基板４０１に、下からｎ−ＩｎＧａＡｓＰからなる光導波層４０３（厚さ１８０ｎｍ、波長組成１２５０ｎｍ）、吸収端波長が１５７０ｎｍのアンドープＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＧａＡｓＰからなる歪多重量子井戸活性層４０４（井戸層：６層、厚さ６ｎｍ、０．６％圧縮歪、障壁層：厚さ８ｎｍ、ＳＣＨ層：厚さ３０ｎｍ）、ｐ−ＩｎＰからなる上部クラッド層４０５の順に有機金属気相成長（ＭＯＶＰＥ）法で成長されて形成されている。

また、回折格子４０２の無い領域のｐ−ＩｎＰの層（上部クラッド層４０５）とアンドープＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＧａＡｓＰの層（活性層４０４）までは、誘導性結合プラズマエッチング法（ＩＣＰ）を用いてエッチング除去され、これらの後、エッチング除去された領域に、吸収端波長が１４９０ｎｍのアンドープ歪多重量子井戸光吸収層４０６（井戸層：層数７、厚さ６ｎｍ、０．５％伸張歪、障壁層：厚さ８ｎｍ、ＳＣＨ層：厚さ３０ｎｍ）がＭＯＶＰＥ選択再成長され、活性層４０４と光吸収層４０６とを突合せ結合（バット＝カップリング）した構造とされている。

活性層４０４と光吸収層４０６とは、幅１．５μｍのストライプ状に基板４０１に達するまでＩＣＰ法でエッチングされたのち、ｐ−ＩｎＰからなる埋め込みクラッド層４０７（厚さ１．２μｍ）とｐ^＋−ＩｎＧａＡｓからなる電極コンタクト層４０８（厚さ１００ｎｍ）で埋め込まれている。活性層４０４から光吸収層４０６へかけての間の１５５０ｎｍ帯における結合効率及び反射損は、各々９９％以上、−４５ｄＢ以下と実用上支障の無い良好な結合特性が実現されている。また、活性層４０４を有するＤＦＢレーザ領域４０９とアンドープ光吸収を有する光変調器領域４１０とを電気的に分離するために、分離領域４１１が設けられている。分離領域４１１は、２つの領域間の漏れ電流の影響を実用上無視できる程度に抑えるため、領域が接する位置から光変調器領域４１０側の電極コンタクト層４０８を長さ２０μｍにわたって取り除いた部分に形成されている。

また、ＤＦＢレーザ領域４０９と分離領域４１１とが接する部分から光変調器領域４１０側に、長さ５μｍにわたる溝が形成され、この溝からなる高抵抗領域４１２が設けられている。高抵抗領域４１２は、ｐ−ＩｎＰ上部クラッド層４０５と埋め込みクラッド層４０７とをＩＣＰ法で選択的にエッチング除去することで形成可能である。高抵抗領域４１２により、両領域間の合成抵抗（以下、分離抵抗）は１００ｋΩ以上と、分離領域４１１を介して流れる漏れ電流の影響を抑える上で実用上十分な値が実現されている。

なお、光変調器領域４１０側の端面から長さ２０μｍにわたって光変調器領域４１０の導波構造を除いた窓構造４１３と、反射率０．０５％の低反射膜４１４が設けられている。実効的な残留反射率は、１０⁻⁴以下に抑えられている。また、レーザ領域４０９側の端面には、反射率９０％の高反射膜４１５が施されている。なお、光変調器領域４１０の長さは１８０μｍ（窓領域、分離領域を含まず）である。また、レーザ領域４０９の長さは４００μｍ、κＬ積は１．４である。

図４に示す光変調器集積光源では、図２に示す光変調器集積光源の構成に比較し、高抵抗領域４１２による分離抵抗が１０ｋΩとされている点が異なるが、これ以外は同様の諸特性が実現されている。図４に示す光変調器集積光源を用いて１０Ｇｂ／ｓ−８０ｋｍ伝送を行ったところ、受信感度劣化０．４ｄＢ以下と実用上支障の無い良好な特性が実現された。

本発明の実施形態における光変調器集積光源の構成例を示した斜視図（ａ）及び断面図（ｂ）である。 本発明の実施の形態における他の光変調器集積光源の構成例を示した斜視図（ａ）及び断面図（ｂ）である。 本発明の実施の形態における他の光変調器集積光源の構成例を示した斜視図（ａ）及び断面図（ｂ）である。 本発明の実施の形態における他の光変調器集積光源の構成例を示した斜視図（ａ）及び断面図（ｂ）である。

符号の説明

１０１…基板、１０２…回折格子、１０３…光導波層、１０４…活性層、１０５…光吸収層、１０６…上部クラッド層、１０７…レーザ領域、１０８…光変調器領域、１０９…電極コンタクト層、１１０…分離領域、１１１…高抵抗領域、１１２…窓構造、１１３…低反射膜、１１４…高反射膜、１１５…電極、１１６…電極、１１７…裏面電極。

Claims (11)

1. 下部クラッド層の上に形成された第１導電型の半導体からなる光導波層と、
   前記光導波層の上の発光領域に形成された活性層よりなる光源と、
   この活性層に続いて前記光導波層の上に形成された光吸収層と、
   この光吸収層の一部により構成されて前記光源より発振された信号光を光変調する光変調器領域と、
   前記光吸収層の一部により構成されて前記発光領域と前記光変調器領域との挾まれた領域に配置され、前記発光領域と前記光変調器領域とを電気的に分離する分離領域と、
   前記活性層及び前記光吸収層を覆うように形成された第２導電型の半導体からなる上部クラッド層と、
   前記分離領域の前記発光領域の側における前記上部クラッド層に設けられて前記分離領域における前記上部クラッド層の他の部分より高抵抗とされた高抵抗領域と
   を少なくとも備えることを特徴とする光変調器集積光源。
2. 請求項１記載の光変調器集積光源において、
   前記光源は、半導体レーザであることを特徴とする光変調器集積光源。
3. 請求項２記載の光変調器集積光源において、
   前記光源は、単一モード発振する半導体レーザであることを特徴とする光変調器集積光源。
4. 請求項３記載の光変調器集積光源において、
   前記発光領域に形成された回折格子を備えることを特徴とする光変調器集積光源。
5. 請求項４記載の光変調器集積光源において、
   前記回折格子は、前記活性層より前記下部クラッド層の側に形成されている
   ことを特徴とする光変調器集積光源。
6. 請求項４記載の光変調器集積光源において、
   前記回折格子は、前記活性層より前記上部クラッド層の側に形成されている
   ことを特徴とする光変調器集積光源。
7. 請求項１記載の光変調器集積光源において、
   前記光源は、半導体光増幅器であることを特徴とする光変調器集積光源。
8. 請求項１〜７のいずれか１項に記載の光変調器集積光源において、
   前記発光領域の前記上部クラッド層の上に形成された第１電極と、
   前記光変調器領域の前記上部クラッド層の上に形成された第２電極と
   を備え、
   前記第１電極と前記第２電極とは、少なくとも前記分離領域をはさんで離間している
   ことを特徴とする光変調器集積光源。
9. 請求項１〜８のいずれか１項に記載の光変調器集積光源において、
   前記高抵抗領域は、不純物が導入されて形成されている
   ことを特徴とする光変調器集積光源。
10. 請求項１〜８のいずれか１項に記載の光変調器集積光源において、
    前記高抵抗領域は、前記光吸収層に形成された溝より構成されている
    ことを特徴とする光変調器集積光源。
11. 請求項１〜１０のいずれか１項に記載の光変調器集積光源において、
    前記分離領域が形成されている領域の前記光吸収層を構成している半導体の吸収端は、他の領域の前記光吸収層を構成している半導体の吸収端よりも短波長組成である
    ことを特徴とする光変調器集積光源。

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