JP2010278395A - 直接変調型半導体レーザ - Google Patents

Abstract

【課題】緩和振動周波数を向上させて、良好なアイ開口を得ることができる直接変調型半導体レーザを提供する。
【解決手段】第１の信号光１１７を出力する第１の半導体レーザ１２８と、第１の半導体レーザ１２８のＩｎＧａＡｓＰ活性層１２２に吸収される波長を含む第２の信号光１１３を出力する第２の半導体レーザ１２７とを独立して有し、第２の信号光１１３がＩｎＧａＡｓＰ活性層１２２に入射するように、第１の半導体レーザ１２８と第２の半導体レーザ１２７とを直列に配置し、同一の信号電流１１１をｐ型電極１０８及びｐ型電極１２５に入力した。
【選択図】図１

Description

本発明は、光送信機を構成する直接変調型半導体レーザに関する。

高速・広帯域でかつ小型の光伝送システムを実現するため、直接変調を行う半導体レーザ（直接変調型半導体レーザ）を複数個並列に並べ、波長多重方式で伝送する方式の開発が進んでいる。この例として、現在規格策定が進む２５Ｇｂ／ｓ×４波長のＬＡＮＷＤＭ（Local Area Network Wavelength Division Multiplexing）伝送技術が、従来技術として知られている。

図６は、従来の直接変調型半導体レーザを示す概略構成図である。
図６を参照して、従来の直接変調型半導体レーザを説明すると、ｎ型ＩｎＰ基板１０００上のｎ型のＩｎＰクラッド１００１上に、回折格子１００２を形成し、順次、ＩｎＧａＡｓＰガイド層１００３、ＩｎＧａＡｓＰ活性層１００４、ｐ型のＩｎＰクラッド１００５、キャップ層１００６を設け、更に、ｎ型ＩｎＰ基板１０００の裏面側にｎ側電極１００７を、キャップ層１００６上にｐ側電極１００８を設けている。

ｎ側電極１００７をアース１０１２に接続し、ｐ側電極１００８をバイアスＴ１００９に接続し、バイアスＴ１００９を通して、ＣＷ（Continuous Wave）電流１０１０、信号電流１０１１を注入することで、レーザ発振光１０１３が信号電流１０１１によって変調されて、光の送信信号となる。ここで、例えば、ＣＷ電流１０１０は７５ｍＡ、信号電流１０１１の振幅は５０ｍＡ、レーザ発振光１０１３の平均光出力強度は５ｄＢｍ、その発振波長は１３１０ｎｍ、伝送速度は２５Ｇｂ／ｓ、光送信信号の消光比は４ｄＢである。そして、信号電流１０１１として、ビットパターン［１０１１０］の電気信号を印加すると、レーザ発振光１０１３として、ビットパターン［１０１１０］の信号光が送信されることになる。

特開平０９−２８３８４１号公報 特開２００３−１１５８００号公報

しかしながら、上記の直接変調型半導体レーザは、帯域の不足により、きれいなアイ開口が得られない問題があった。図７に、直接変調型半導体レーザの変調波形（２５Ｇｂ／ｓ）を示す。図７では、アイパターンの立ち上がりが遅くなっていることがわかる。立ち上がりが遅い理由としては、主に緩和振動周波数が不十分なことによる。一般に緩和振動周波数は、キャリア密度（即ち、ＣＷ電流）があがるにつれて、図８に示すように、帯域が伸びていくが、一定電流以上のＣＷ電流（例えば、１００ｍＡ）を越えると、今度は熱の影響で微分利得が下がり、緩和振動周波数が逆に低下してしまう。そのため、ＣＷ電流を１００ｍＡに押さえざるを得ず、キャリアが不足していることになる。

以上説明したように、従来の直接変調型半導体レーザでは、信号の立ち上がり時にはキャリアが不足し、十分なアイ開口が得られない問題があった。

本発明は上記課題に鑑みなされたもので、緩和振動周波数を向上させて、良好なアイ開口を得ることができる直接変調型半導体レーザを提供することを目的とする。

上記課題を解決する第１の発明に係る直接変調型半導体レーザは、
半導体レーザを直接変調する直接変調型半導体レーザにおいて、
第１の電気信号に応じた第１の信号光を出力する第１の半導体レーザと、前記第１の半導体レーザの活性層に吸収される波長を含み、第２の電気信号に応じた第２の信号光を出力する第２の半導体レーザとを有し、
前記第２の信号光が前記第１の半導体レーザの活性層に入射するように、前記第１の半導体レーザと前記第２の半導体レーザとを同一基板上に直列に配置し、
前記第１の半導体レーザ及び前記第２の半導体レーザに共通の電極を設け、
前記第１の電気信号及び前記第２の電気信号として、同一の電気信号を前記電極に入力したことを特徴とする。

上記課題を解決する第２の発明に係る直接変調型半導体レーザは、
半導体レーザを直接変調する直接変調型半導体レーザにおいて、
第１の電気信号に応じた第１の信号光を出力する第１の半導体レーザと、前記第１の半導体レーザの活性層に吸収される波長を含み、第２の電気信号に応じた第２の信号光を出力する第２の半導体レーザとを独立して有し、
前記第２の信号光が前記第１の半導体レーザの活性層に入射するように、前記第１の半導体レーザと前記第２の半導体レーザとを直列に配置し、
前記第１の半導体レーザに前記第１の電気信号を入力する第１の電極と、前記第２の半導体レーザに前記第２の電気信号を入力する第２の電極とを独立して設け、
前記第１の電気信号及び前記第２の電気信号として、同一の電気信号を前記第１の電極及び前記第２の電極に入力したことを特徴とする。

上記課題を解決する第３の発明に係る直接変調型半導体レーザは、
半導体レーザを直接変調する直接変調型半導体レーザにおいて、
第１の電気信号に応じた第１の信号光を出力する第１の半導体レーザと、前記第１の半導体レーザの活性層に吸収される波長を含み、第２の電気信号に応じた第２の信号光を出力する第２の半導体レーザとを有し、
前記第２の信号光が前記第１の半導体レーザの活性層に入射するように、前記第１の半導体レーザと前記第２の半導体レーザとを、電気的に分離して、同一基板上に直列に配置し、
前記第１の半導体レーザに前記第１の電気信号を入力する第１の電極と、前記第２の半導体レーザに前記第２の電気信号を入力する第２の電極とを独立して設け、
前記第１の電気信号及び前記第２の電気信号として、同一の電気信号を前記第１の電極及び前記第２の電極に入力したことを特徴とする。

上記課題を解決する第４の発明に係る直接変調型半導体レーザは、
上記第２又は第３の発明に記載の直接変調型半導体レーザにおいて、
前記第２の信号光を増幅する増幅領域を、独立して、又は、電気的に分離して設け、
前記増幅領域を間に挟んで、前記第１の半導体レーザと前記第２の半導体レーザとを直列に配置したことを特徴とする。

上記課題を解決する第５の発明に係る直接変調型半導体レーザは、
上記第２〜第４のいずれか１つの発明に記載の直接変調型半導体レーザにおいて、
前記第１の電極及び前記第２の電極へ同一の電気信号を入力する際に、前記第１の電極への電気信号を遅延させる遅延線を設けたことを特徴とする。

第１〜第３の発明によれば、第１の半導体レーザ及び第２の半導体レーザに同一の電気信号を入力すると共に、第２の信号光が第１の半導体レーザの活性層に入射するように配置したので、第１の信号光を出力する第１の半導体レーザの活性層に、第１の信号光と同期する第２の信号光を入射することになり、第１の信号光の立ち上がり時におけるキャリア不足が、第２の信号光の吸収により補うことができ、緩和振動周波数を向上させて、良好なアイ開口を得ることができる。その結果、直接変調型半導体レーザの動作速度を向上させることができる。

第４の発明によれば、第１の半導体レーザと第２の半導体レーザとの間に増幅領域を設けたので、第１の半導体レーザ、第２の半導体レーザ間の相互作用を調整して、よりよい動作条件を得ることができる。

第５の発明によれば、遅延線を設けることにより、第２の半導体レーザから第２の信号光が出力した後、遅れて、第１の半導体レーザから第１の信号光が出力するので、緩和振動周波数をよりあげることができ、より良好なアイ開口を得ることができる。

本発明に係る直接変調型半導体レーザの実施形態の一例（実施例１）を示す概略構成図である。 図１に示した直接変調型半導体レーザの２５Ｇｂ／ｓにおける変調波形である。 本発明に係る直接変調型半導体レーザの実施形態の他の一例（実施例２）を示す概略構成図である。 本発明に係る直接変調型半導体レーザの実施形態の他の一例（実施例３）を示す概略構成図である。 本発明に係る直接変調型半導体レーザの実施形態の他の一例（実施例４）を示す概略構成図である。 従来の直接変調型半導体レーザを示す概略構成図である。 従来の直接変調型半導体レーザの２５Ｇｂ／ｓにおける変調波形である。 従来の直接変調型半導体レーザの周波数特性を示すグラフである。

以下、図１〜図５を用いて、本発明に係る直接変調型半導体レーザの実施形態を説明する。

（実施例１）
図１は、本実施例の直接変調型半導体レーザを示す概略構成図である。
図１に示すように、本実施例の直接変調型半導体レーザは、第１の半導体レーザ１２８と第２の半導体レーザ１２７とを独立して有し、これらを直列に配置したものである。

第２の半導体レーザ１２７では、ＩｎＰ基板１０上に形成したｎ−ＩｎＰクラッド層１０１上に、回折格子１０２を形成し、順次、ＩｎＧａＡｓＰガイド層１０３、ＩｎＧａＡｓＰ活性層１０４、ｐ−ＩｎＰクラッド層１０５、キャップ層１０６を設け、更に、ＩｎＰ基板１０の裏面側にｎ側電極１０７を、キャップ層１０６上にｐ側電極１０８（第２の電極）を設けている。第２の半導体レーザ１２７は、後述する第１の半導体レーザ１２８のＩｎＧａＡｓＰ活性層１２２が吸収する波長を含む波長を出力するように構成されており、この波長に対応して、回折格子１０２が形成されている。

又、第２の半導体レーザ１２７の出射側端面（第１の半導体レーザ１２８側の端面）には、第２の信号光１１３を透過して、第１の信号光１１６を反射する反射防止膜１３２が設けられており、その反対側の端面には、第２の信号光１１３を反射する高反射膜１３１が設けられている。

そして、ｎ側電極１０７をアース１１２に接地し、ｐ側電極１０８をバイアスＴ１０９に接続し、バイアスＴ１０９を通して、ＣＷ電流１１０、信号電流１１１（第２の電気信号）を注入することで、信号電流１１１に応じた第２の信号光１１３が第２の半導体レーザ１２７から出力される。

なお、バイアスＴ１０９は、コンデンサとコイルをＴ字状に接続した３ポートの回路であり、入力電気信号にＤＣバイアスを印加して出力するものである。これは、後述する他のバイアスＴも同様である。

一方、第１の半導体レーザ１２８では、ＩｎＰ基板１１上に形成したｎ−ＩｎＰクラッド層１１９上に、回折格子１２０を形成し、順次、ＩｎＧａＡｓＰガイド層１２１、ＩｎＧａＡｓＰ活性層１２２、ｐ−ＩｎＰクラッド層１２３、キャップ層１２４を設け、更に、ＩｎＰ基板１１の裏面側にｎ側電極１２９を、キャップ層１２４上にｐ側電極１２５（第１の電極）を設けている。第１の半導体レーザ１２８は、光送信機として使用する波長を出力するように構成されており、この波長に対応して、回折格子１２０が形成されている。

又、第１の半導体レーザ１２８の一方の端面（第２の半導体レーザ１２７側の端面）には、第２の信号光１１３を透過して、第１の信号光１１６を反射する反射防止膜１３３が設けられており、その反対側の端面（第１の半導体レーザ１２８の出射側端面）には、第１の信号光１１７を透過して、第２の信号光１１３を反射する反射防止膜１３４が設けられている。なお、第１の半導体レーザ１２８の出射側端面の前面に、第１の信号光１１７を透過して、第２の信号光１１３を反射するフィルタ１２６を更に設けてもよく、フィルタ１２６により、第１の半導体レーザ１２８を抜けてきた第２の信号光１１３をカットすることができる。

そして、ｎ側電極１２９をアース１１８に接地し、ｐ側電極１２５をバイアスＴ１１４に接続し、バイアスＴ１１４を通して、ＣＷ電流１１５、信号電流１１１（第１の電気信号）を注入することで、信号電流１１１に応じた第１の信号光１１７が第１の半導体レーザ１２８から出力される。

本実施例の直接変調型半導体レーザにおいて、メインとなるのは第１の半導体レーザ１２８であり、信号電流１１１に従って、光送信信号となる第１の信号光１１７を得ることになる。この第１の半導体レーザ１２８のみでは、前述したように、第１の信号光１１７の立ち上がり時にキャリアが不足する問題がある。

そこで、本実施例の直接変調型半導体レーザでは、ｐ側電極１２５及びｐ側電極１０８を介して、第１の半導体レーザ１２８及び第２の半導体レーザ１２７に同一の信号電流１１１（＝第１の電気信号＝第２の電気信号）を入力すると共に、第２の信号光１１３が第１の半導体レーザ１２８のＩｎＧａＡｓＰ活性層１２２に入射するように、第１の半導体レーザ１２８と第２の半導体レーザ１２７とを直列に配置したので、第２の半導体レーザ１２７から第１の半導体レーザ１２８へ、第１の信号光１１７に同期した第２の信号光１１３を入射することになる。

従って、第１の半導体レーザ１２８のＩｎＧａＡｓＰ活性層１２２が第２の信号光１１３を吸収し、キャリアへと変換するので、キャリアが補充され、キャリアの不足が解消されることになる。これにより、第１の信号光１１７の立ち上がり時におけるキャリア不足が解消され、緩和振動周波数をあげることができ、図２に示すように、良好なアイ開口を得ることができる。なお、図２は、本実施例の直接変調型半導体レーザの２５Ｇｂ／ｓにおける変調波形（アイパターン）である。その結果、直接変調型半導体レーザの動作速度を向上させることができる。

なお、本実施例の直接変調型半導体レーザにおいて、後述の実施例３（図４等参照）に示すような遅延線を設け、第２の半導体レーザ１２７から第２の信号光１１３が出力した後、遅れて、第１の半導体レーザ１２８から第１の信号光１１７が出力するようにしてもよい。その場合、第１の信号光１１７が立ち上がるときには、既に第２の信号光１１３が出射されており、先に出射された第２の信号光１１３を第１の半導体レーザ１２８ＩｎＧａＡｓＰ活性層１２２が吸収して、キャリアへと変換するので、十分なキャリアが存在することになる。これにより、緩和振動周波数をよりあげることができ、より良好なアイ開口を得ることができる。

更に、第１の半導体レーザ１２８と第２の半導体レーザ１２７との間に、後述の実施例４（図５等参照）に示すような増幅領域を設けてもよく、その場合、増幅領域に入力するＣＷ電流を調節することにより、第１の半導体レーザ１２８、第２の半導体レーザ１２７間の相互作用を調整して、よりよい動作条件を得ることができる。

（実施例２）
図３は、本実施例の直接変調型半導体レーザを示す概略構成図である。
図３に示すように、本実施例の直接変調型半導体レーザは、第１の半導体レーザ２１５と第２の半導体レーザ２１４とを、同一基板上に直列に配置したものである。

第１の半導体レーザ２１５及び第２の半導体レーザ２１４では、同一のＩｎＰ基板２０上に形成したｎ−ＩｎＰクラッド層２０１上に、回折格子２０２ａ、２０２ｂを各々形成し、その後、順次、ＩｎＧａＡｓＰガイド層２０３、ＩｎＧａＡｓＰ活性層２０４、ｐ−ＩｎＰクラッド層２０５、キャップ層２０６を設けている。

本実施例において、第１の半導体レーザ２１５及び第２の半導体レーザ２１４は、回折格子２０２ａ、２０２ｂにより、各々の領域を分ける形になっているが、電気的に分離されずに、一体的に形成されている。従って、ＩｎＰ基板２０の裏面側にｎ側電極２０７を設け、キャップ層２０６上にｐ側電極２０８を設け、第１の半導体レーザ２１５、第２の半導体レーザ２１４共通の電極としている。

又、第２の半導体レーザ２１４は、第１の半導体レーザ２１５におけるＩｎＧａＡｓＰ活性層２０４が吸収する波長を含む波長となるように構成されており、この波長に対応して、回折格子２０２ａが形成されている。一方、第１の半導体レーザ２１５は、光送信機として使用する波長となるように構成されており、この波長に対応して、回折格子２０２ｂが形成されている。

又、第１の半導体レーザ２１５の出射側端面には、第１の半導体レーザ２１５からの第１の信号光２１３を透過して、第２の半導体レーザ２１４からの第２の信号光（図示せず）を反射する反射防止膜２２２が設けられており、その反対側の端面には、第２の信号光を反射する高反射膜２２１が設けられている。なお、第１の半導体レーザ２１５の出射側端面の前面に、第１の信号光２１３を透過して、第２の信号光を反射するフィルタ２１６を更に設けてもよく、フィルタ２１６により、第１の半導体レーザ２１５を抜けてきた第２の信号光をカットすることができる。

そして、ｎ側電極２０７をアース２１２に接地し、ｐ側電極２０８をバイアスＴ２０９に接続し、バイアスＴ２０９を通して、ＣＷ電流２１０、信号電流２１１（＝第１の電気信号＝第２の電気信号）を注入することで、信号電流２１１に応じた第２の信号光（図示省略）が第２の半導体レーザ２１４から出力され、同じく信号電流２１１に応じた第１の信号光２１３が第１の半導体レーザ２１５から出力される。

本実施例の直接変調型半導体レーザにおいても、メインとなるのは第１の半導体レーザ２１５であり、信号電流２１１に従って、光送信信号となる第１の信号光２１３を得ることになる。

そして、本実施例の直接変調型半導体レーザでは、共通のｐ側電極２０８を介して、第１の半導体レーザ２１５及び第２の半導体レーザ２１４に同一の信号電流２１１を入力すると共に、第２の信号光が第１の半導体レーザ２１５におけるＩｎＧａＡｓＰ活性層２０４に入射するように、第１の半導体レーザ２１５と第２の半導体レーザ２１４とを直列に配置したので、第２の半導体レーザ２１４から第１の半導体レーザ２１５へ、第１の信号光２１３に同期した第２の信号光を入射することになる。

従って、第１の半導体レーザ２１５におけるＩｎＧａＡｓＰ活性層２０４が第２の信号光を吸収し、キャリアへと変換するので、キャリアが補充され、キャリアの不足が解消されることになる。これにより、第１の信号光２１３の立ち上がり時におけるキャリア不足が解消され、緩和振動周波数をあげることができ、実施例１と同様に、良好なアイ開口を得ることができる。その結果、直接変調型半導体レーザの動作速度を向上させることができる。

（実施例３）
図４は、本実施例の直接変調型半導体レーザを示す概略構成図である。
図４に示すように、本実施例の直接変調型半導体レーザは、第１の半導体レーザ３１８と第２の半導体レーザ３１７とを、同一基板上に直列に配置したものである。

第１の半導体レーザ３１８及び第２の半導体レーザ３１７では、同一のＩｎＰ基板３０上に形成したｎ−ＩｎＰクラッド層３０１上に、回折格子３０２ａ、３０２ｂを各々形成し、その後、順次、ＩｎＧａＡｓＰガイド層３０３、ＩｎＧａＡｓＰ活性層３０４、ｐ−ＩｎＰクラッド層３０５（３０５ａ、３０５ｂ）、キャップ層３０６（３０６ａ、３０６ｂ）を設けている。

本実施例では、分離溝３１６を設けることにより、ＩｎＧａＡｓＰ活性層３０４より上層が、ｐ−ＩｎＰクラッド層３０５ａ、３０５ｂ、キャップ層３０６ａ、３０６ｂに分離されており、この分離溝３１６により、第１の半導体レーザ３１８と第２の半導体レーザ３１７を、電気的に分離して構成することになる。従って、ＩｎＰ基板３０の裏面側には共通のｎ側電極３０７を設けているが、キャップ層３０６ａ、３０６ｂ上には、ｐ側電極３０８ａ（第２の電極）、３０８ｂ（第１の電極）を各々独立して設けている。このｐ側電極３０８ａ、３０８ｂには、後述するバイアスＴ３０９、３１４を各々接続し、独立して、電気信号を注入することが可能である。

又、第２の半導体レーザ３１７は、第１の半導体レーザ３１８におけるＩｎＧａＡｓＰ活性層３０４が吸収する波長を含む波長となるように構成されており、この波長に対応して、回折格子３０２ａが形成されている。一方、第１の半導体レーザ３１８は、光送信機として使用する波長となるように構成されており、この波長に対応して、回折格子３０２ｂが形成されている。

又、第１の半導体レーザ３１８の出射側端面には、第１の半導体レーザ３１８からの第１の信号光３１３を透過して、第２の半導体レーザ３１７からの第２の信号光（図示せず）を反射する反射防止膜３２２が設けられており、その反対側の端面には、第２の信号光を反射する高反射膜３２１が設けられている。なお、第１の半導体レーザ３１８の出射側端面の前面に、第１の信号光３１３を透過して、第２の信号光を反射するフィルタ３２６を更に設けてもよく、フィルタ３２６により、第１の半導体レーザ３１８を抜けてきた第２の信号光をカットすることができる。

そして、ｎ側電極３０７をアース３１２に接地し、ｐ側電極３０８ａをバイアスＴ３０９に接続し、ｐ側電極３０８ｂをバイアスＴ３１４に接続しており、バイアスＴ３０９を通して、ＣＷ電流３１０、信号電流３１１（＝第１の電気信号＝第２の電気信号）を注入することで、信号電流３１１に応じた第２の信号光が第２の半導体レーザ３１７から出力され、バイアスＴ３１４を通して、ＣＷ電流３１９、信号電流３１１を注入することで、信号電流３１１に応じた第１の信号光３１３が第１の半導体レーザ３１８から出力される。

又、本実施例では、ｐ側電極３０８ｂへの信号電流３１１を遅延させる遅延線３１５をバイアスＴ３１４の前段側に設けている。従って、ｐ側電極３０８ａ、３０８ｂへは同一の信号電流３１１が入力されるが、ｐ側電極３０８ｂへの信号電流３１１は、ｐ側電極３０８ａへの信号電流３１１より遅延することになり、その結果、第１の信号光３１３は、第２の信号光に遅れて出射されることになる。なお、遅延線３１５による遅延は、１ビットの１／１０〜１／５の時間幅である。

本実施例の直接変調型半導体レーザにおいても、メインとなるのは第１の半導体レーザ３１８であり、信号電流３１１に従って、光送信信号となる第１の信号光３１３を得ることになる。

そして、本実施例の直接変調型半導体レーザでは、ｐ側電極３０８ａ、３０８ｂを介して、第１の半導体レーザ３１８及び第２の半導体レーザ３１７に同一の信号電流３１１を入力する際、遅延線３１５により、第１の半導体レーザ３１８への信号電流３１１を遅延させると共に、第２の信号光が第１の半導体レーザ３１８におけるＩｎＧａＡｓＰ活性層３０４に入射するように、第１の半導体レーザ３１８と第２の半導体レーザ３１７とを直列に配置したので、第２の半導体レーザ３１７から第１の半導体レーザ３１８へ、第１の信号光３１３と同じ周期の第２の信号光を、第１の信号光３１３の変化（ｏｎ／ｏｆｆ）に先だって、入射することになる。

従って、第１の信号光３１３が立ち上がるとき（ｏｎのとき）には、既に第２の信号光が出射されており、先に出射された第２の信号光を第１の半導体レーザ３１８におけるＩｎＧａＡｓＰ活性層３０４が吸収して、キャリアへと変換するので、十分なキャリアが存在することになる。これにより、緩和振動周波数をより向上させることができ、より良好なアイ開口を得ることができる。

又、ＣＷ電流３１０、３１９を別々に調整できるので、第１の半導体レーザ３１８と第２の半導体レーザ３１７の強度を別々に設定することができ、よりよい動作条件を得ることができる。

（実施例４）
図５は、本実施例の直接変調型半導体レーザを示す概略構成図である。
図５に示すように、本実施例の直接変調型半導体レーザは、第１の半導体レーザ４１９と第２の半導体レーザ４２１と増幅領域４２０とを有し、増幅領域４２０を間に挟んで、これらを同一基板上に直列に配置したものである。

第１の半導体レーザ４１９、第２の半導体レーザ４２１及び増幅領域４２０では、同一のＩｎＰ基板４０上に形成したｎ−ＩｎＰクラッド層４０１上に、第２の半導体レーザ４２１における回折格子４０２ａ、第１の半導体レーザ４１９における回折格子４０２ｂを形成し（増幅領域４２０には回折格子を形成していない。）、その後、順次、ＩｎＧａＡｓＰガイド層４０３、ＩｎＧａＡｓＰ活性層４０４、ｐ−ＩｎＰクラッド層４０５（４０５ａ、４０５ｂ、４０５ｃ）、キャップ層４０６（４０６ａ、４０６ｂ、４０６ｃ）を設けている。

本実施例では、分離溝４１６、４１７を設けることにより、ＩｎＧａＡｓＰ活性層４０４より上層が、ｐ−ＩｎＰクラッド層４０５ａ、４０５ｂ、４０５ｃ、キャップ層４０６ａ、４０６ｂ、４０６ｃに分離されており、この分離溝４１６、４１７により、第１の半導体レーザ４１９、第２の半導体レーザ４２１及び増幅領域４２０を、電気的に分離して構成することになる。従って、ＩｎＰ基板４０の裏面側には共通のｎ側電極４０７を設けているが、キャップ層４０６ａ、４０６ｂ、４０６ｃ上には、ｐ側電極４０８ａ（第２の電極）、４０８ｂ（第１の電極）、４０８ｃを各々独立して設けている。このｐ側電極４０８ａ、４０８ｂには、後述するバイアスＴ４０９、４１４を各々接続し、ｐ側電極４０８ｃには、増幅領域４２０にＣＷ電流４１８を印加する配線を接続し、独立して、電気信号を注入することが可能である。

又、第２の半導体レーザ４２１は、第１の半導体レーザ４１９におけるＩｎＧａＡｓＰ活性層４０４が吸収する波長を含む波長となるように構成されており、この波長に対応して、回折格子４０２ａが形成されている。一方、第１の半導体レーザ４１９は、光送信機として使用する波長となるように構成されており、この波長に対応して、回折格子４０２ｂが形成されている。

又、第１の半導体レーザ４１９の出射側端面には、第１の半導体レーザ４１９からの第１の信号光４１３を透過して、第２の半導体レーザ４２１からの第２の信号光（図示せず）を反射する反射防止膜４３２が設けられており、その反対側の端面には、第２の信号光を反射する高反射膜４３１が設けられている。なお、第１の半導体レーザ４１９の出射側端面の前面に、第１の信号光４１３を透過して、第２の信号光を反射するフィルタ４２２を更に設けてもよく、フィルタ４２２により、第１の半導体レーザ４１９を抜けてきた第２の信号光をカットすることができる。

そして、ｎ側電極４０７をアース４１２に接地し、ｐ側電極４０８ａをバイアスＴ４０９に接続し、ｐ側電極４０８ｂをバイアスＴ４１４に接続している。従って、第２の半導体レーザ４２１では、バイアスＴ４０９を通して、ＣＷ電流４１０、信号電流４１１（＝第１の電気信号＝第２の電気信号）を注入することで、信号電流４１１に応じた第２の信号光が出力される。又、増幅領域４２０では、ＣＷ電流４１８を注入することで、第２の半導体レーザ４２１から出射された第２の信号光の強度が調整される。又、第１の半導体レーザ４１９では、バイアスＴ４１４を通して、ＣＷ電流４３０、信号電流４１１を注入することで、信号電流４１１に応じた第１の信号光４１３が出力される。

又、本実施例では、ｐ側電極４０８ｂへの信号電流４１１を遅延させる遅延線４１５をバイアスＴ４１４の前段側に設けている。従って、ｐ側電極４０８ａ、４０８ｂへは同一の信号電流４１１が入力されるが、ｐ側電極４０８ｂへの信号電流４１１は、ｐ側電極４０８ａへの信号電流４１１より遅延することになり、その結果、第１の信号光４１３は、第２の信号光に遅れて出射されることになる。なお、遅延線４１５による遅延は、１ビットの１／１０〜１／５の時間幅である。

本実施例の直接変調型半導体レーザにおいても、メインとなるのは第１の半導体レーザ４１９であり、信号電流４１１に従って、光送信信号となる第１の信号光４１３を得ることになる。

そして、本実施例の直接変調型半導体レーザでは、ｐ側電極４０８ａ、４０８ｂを介して、第１の半導体レーザ４１９及び第２の半導体レーザ４２１に同一の信号電流４１１を入力する際、遅延線４１５により、第１の半導体レーザ４１９への信号電流４１１を遅延させる共に、第２の信号光が第１の半導体レーザ４１９におけるＩｎＧａＡｓＰ活性層４０４に入射するように、第１の半導体レーザ４１９と第２の半導体レーザ４２１とを直列に配置したので、第２の半導体レーザ４２１から第１の半導体レーザ４１９へ、第１の信号光４１３と同じ周期の第２の信号光を、第１の信号光４１３の変化（ｏｎ／ｏｆｆ）に先だって、入射することになる。又、このとき、増幅領域４２０により、第２の信号光の強度が調整されて、入射することになる。

従って、第１の信号光４１３が立ち上がるとき（ｏｎのとき）には、既に第２の信号光が出射されており、先に出射された第２の信号光を第１の半導体レーザ４１９におけるＩｎＧａＡｓＰ活性層４０４が吸収して、キャリアへと変換するので、十分なキャリアが存在することになる。これにより、緩和振動周波数をよりあげることができ、より良好なアイ開口を得ることができる。

又、増幅領域４２０において、ＣＷ電流４１８を調節することにより、通過するレーザ光の強度を調整することができ、第１の半導体レーザ４１９、第２の半導体レーザ４２１間の相互作用を調整することが可能であり、よりよい動作条件を得ることができる。

なお、上記実施例１〜４において、半導体レーザの活性層として、ＩｎＧａＡｓＰ組成のものを例示したが、ＩｎＧａＡｓＰ組成以外でも、例えば、ＡｌＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｌＡｓ、ＩｎＧａＡｌ、ＩｎＧａＡｌＰ、ＩｎＧａＮ等、半導体レーザとして機能する組成のものもよい。

又、活性層の横方向を閉じこめるために、埋込層を用いるようにしてもよい。埋込層としては、ルテニウム（Ｒｕ）をドープしたＩｎＰ、鉄（Ｆｅ）をドープしたＩｎＰ、プロトン（Ｈ⁺）を注入したＩｎＰ、またはｎ−ＩｎＰとｐ−ＩｎＰを上下に配したｐｎ接合、ポリイミド埋込等を利用できる。

本発明は、光送信機を構成する直接変調型半導体レーザに好適なものである。

１０、１１、２０、３０、４０ ＩｎＰ基板
１０１、１１９、２０１、３０１、４０１ ｎ−ＩｎＰクラッド
１０２、１２０、２０２ａ、２０２ｂ、３０２ａ、３０２ｂ、４０２ａ、４０２ｂ 回折格子
１０３、１２１、２０３、３０３、４０３ ＩｎＧａＡｓＰガイド層
１０４、１２２、２０４、３０４、４０４ ＩｎＧａＡｓＰ活性層
１０５、１２３、２０５、３０５ａ、３０５ｂ、４０５ａ、４０５ｂ、４０５ｃ ｐ−ＩｎＰクラッド
１０６、１２４、２０６、３０６ａ、３０６ｂ、４０６ａ、４０６ｂ、４０６ｃ キャップ層
１０７、１３０、２０７、３０７、４０７ ｎ側電極
１０８、１２５、２０８、３０８ａ、３０８ｂ、４０８ａ、４０８ｂ、４０８ｃ ｐ側電極
１０９、１１４、２０９、３０９、３１４、４０９、４１４ バイアスＴ
３１５、４１５ 遅延線

Claims (5)

1. 半導体レーザを直接変調する直接変調型半導体レーザにおいて、
   第１の電気信号に応じた第１の信号光を出力する第１の半導体レーザと、前記第１の半導体レーザの活性層に吸収される波長を含み、第２の電気信号に応じた第２の信号光を出力する第２の半導体レーザとを有し、
   前記第２の信号光が前記第１の半導体レーザの活性層に入射するように、前記第１の半導体レーザと前記第２の半導体レーザとを同一基板上に直列に配置し、
   前記第１の半導体レーザ及び前記第２の半導体レーザに共通の電極を設け、
   前記第１の電気信号及び前記第２の電気信号として、同一の電気信号を前記電極に入力したことを特徴とする直接変調型半導体レーザ。
2. 半導体レーザを直接変調する直接変調型半導体レーザにおいて、
   第１の電気信号に応じた第１の信号光を出力する第１の半導体レーザと、前記第１の半導体レーザの活性層に吸収される波長を含み、第２の電気信号に応じた第２の信号光を出力する第２の半導体レーザとを独立して有し、
   前記第２の信号光が前記第１の半導体レーザの活性層に入射するように、前記第１の半導体レーザと前記第２の半導体レーザとを直列に配置し、
   前記第１の半導体レーザに前記第１の電気信号を入力する第１の電極と、前記第２の半導体レーザに前記第２の電気信号を入力する第２の電極とを独立して設け、
   前記第１の電気信号及び前記第２の電気信号として、同一の電気信号を前記第１の電極及び前記第２の電極に入力したことを特徴とする直接変調型半導体レーザ。
3. 半導体レーザを直接変調する直接変調型半導体レーザにおいて、
   第１の電気信号に応じた第１の信号光を出力する第１の半導体レーザと、前記第１の半導体レーザの活性層に吸収される波長を含み、第２の電気信号に応じた第２の信号光を出力する第２の半導体レーザとを有し、
   前記第２の信号光が前記第１の半導体レーザの活性層に入射するように、前記第１の半導体レーザと前記第２の半導体レーザとを、電気的に分離して、同一基板上に直列に配置し、
   前記第１の半導体レーザに前記第１の電気信号を入力する第１の電極と、前記第２の半導体レーザに前記第２の電気信号を入力する第２の電極とを独立して設け、
   前記第１の電気信号及び前記第２の電気信号として、同一の電気信号を前記第１の電極及び前記第２の電極に入力したことを特徴とする直接変調型半導体レーザ。
4. 請求項２又は請求項３に記載の直接変調型半導体レーザにおいて、
   前記第２の信号光を増幅する増幅領域を、独立して、又は、電気的に分離して設け、
   前記増幅領域を間に挟んで、前記第１の半導体レーザと前記第２の半導体レーザとを直列に配置したことを特徴とする直接変調型半導体レーザ。
5. 請求項２から請求項４のいずれか１つに記載の直接変調型半導体レーザにおいて、
   前記第１の電極及び前記第２の電極へ同一の電気信号を入力する際に、前記第１の電極への電気信号を遅延させる遅延線を設けたことを特徴とする直接変調型半導体レーザ。