JP2010287669A - 半導体レーザ差動型半導体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】きれいなアイ開口を得ることができる半導体レーザ差動型半導体装置を提供する。
【解決手段】半導体基板上に半導体レーザ１とＥＡ変調器２とを備える半導体装置において、半導体レーザ１のｐ側電極２２及びｎ側電極２３を半導体レーザ１の表面側に配置し、ＥＡ変調器２のｐ側電極３６を表面側に配置し、ＥＡ変調器２のｎ側電極３７を半導体基板側に配置し、半導体レーザ１と半導体基板との間に絶縁層を設けて、半導体レーザ１のｐ側電極２２及びｎ側電極２３とＥＡ変調器２のｎ側電極３７とを分離し、半導体レーザ１のｐ側電極２２、半導体レーザ１のｎ側電極２３及びＥＡ変調器２のｐ側電極３６をそれぞれ分離し、ＥＡ変調器２に差動電気信号を印加する差動電気信号印加手段と、半導体レーザ１に差動電気信号と周波数及び位相が同一の正弦波電気信号を印加する正弦波電気信号印加手段とを備えた。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体レーザ差動型半導体装置に関する。

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、半導体レーザと電界吸収型半導体光変調器（以下、ＥＡ変調器という）を集積したＥＡ変調器集積半導体レーザの開発が進んでいる。このＥＡ変調器集積半導体レーザのビットレートとしては、例えば１０Ｇｂ／ｓ、又は２５Ｇｂ／ｓ等が想定されている。

図２は、従来例に係るＥＡ変調器集積半導体レーザの構成を示した断面図である。なお、図２（ａ）は半導体レーザ、図２（ｂ）はＥＡ変調器の構成を示した断面図である。
図２に示すように、従来例に係るＥＡ変調器集積半導体レーザは半導体レーザ１００及びＥＡ変調器２００を備えている（下記特許文献１〜３参照）。

図２（ａ）に示すように、半導体レーザ１００は、ｎ−ＩｎＰ基板１１０、ｎ−ＩｎＰ層１１１、半絶縁ＩｎＰ１１２、活性層１１３、ｐ−ＩｎＰ１１４、回折格子を形成したガイド層１１５、ｐ−ＩｎＰ１１６、コンタクト層１１７、ｐ側電極１１８及びｎ側電極１１９を備えている。

また、図２（ｂ）に示すように、ＥＡ変調器２００は、ｎ−ＩｎＰ基板２１０、ｎ−ＩｎＰ２１１、半絶縁ＩｎＰ２１２、吸収層２１３、ｐ−ＩｎＰ２１４、コンタクト層２１５、ｐ側電極２１６及びｎ側電極２１７を備えている。

図２に示した従来例に係るＥＡ変調器集積半導体レーザにおいては、一般に、半導体レーザ１００のｎ側電極１１９とＥＡ変調器２００のｎ側電極２１７、半導体レーザ１００のｎ−ＩｎＰ基板１１０とＥＡ変調器２００のｎ−ＩｎＰ基板２１０、半導体レーザ１００のｎ−ＩｎＰ層１１１とＥＡ変調器２００のｎ−ＩｎＰ２１１、半導体レーザ１００の半絶縁ＩｎＰ１１２とＥＡ変調器２００の半絶縁ＩｎＰ２１２は共通である。

また、半導体レーザ１００の活性層１１３とＥＡ変調器２００の吸収層２１３はバットジョイントにより接合されている。さらに、半導体レーザ１００のｐ側電極１１８とＥＡ変調器２００のｐ側電極２１６は分離溝（図示省略）によって分離されている。分離溝は半導体レーザ１００のコンタクト層１１７とＥＡ変調器２００のコンタクト層２１５を分離するが、さらに半導体レーザ１００のｐ−ＩｎＰ１１６とＥＡ変調器２００のｐ−ＩｎＰ２１４を分離しても構わない。

図２に示した従来例に係るＥＡ変調器集積半導体レーザの構成においては、半導体レーザ１００のｐ側電極１１８に正のＤＣ電流を注入すると、レーザ光の連続光が出力される。この状態でＥＡ変調器２００のｐ側電極２１６に負の電圧を印加すると、ＥＡ変調器２００の吸収層２１３でレーザ光が吸収されるようになる。すなわち、ＥＡ変調器２００のｐ側電極２１６に電気信号を印加することで、レーザ光を変調することができる。

しかしながら、図２に示した従来例に係るＥＡ変調器集積半導体レーザにおいては、光出力信号の波形により形成されるアイパターンにおいて、きれいなアイ開口を得ることができないという問題があった。

図３は、従来例に係るＥＡ変調器集積半導体レーザにおける光出力信号の波形の例を示した図である。また、図４は、従来例に係るＥＡ変調器集積半導体レーザにおける電気入力信号の波形の例を示した図である。なお、図３，４は、ビットレートが２５Ｇｂ／ｓの時の波形の例である。

図３に示すように、光出力信号の波形により形成されるアイパターンの「ｏｎレベル」の光出力信号が大きく変形してしまっていることがわかる。この理由としては、図４に示すように、例えば、ＥＡ変調器２００を動作させる差動ドライバーからの電気入力信号の波形自体が一度立ちあがってから出力が減少する傾向を持つためであり、これが光出力信号の波形に影響を与えている。

特開平１０−６５２７５号公報 特開平６−７７５８３号公報 特開平９−４３５５５号公報

上述したように、図２に示した従来例に係るＥＡ変調器集積半導体レーザは、差動ドライバーからの電気入力信号の波形のわずかな乱れから、光出力信号の波形により形成されるアイパターンにおいて、きれいなアイ開口を得ることができないという欠点があった。

以上のことから、本発明は、光出力信号の波形により形成されるアイパターンにおいて、きれいなアイ開口を得ることができる半導体レーザ差動型半導体装置を提供することを目的とする。

上記の課題を解決する第１の発明に係る半導体レーザ差動型半導体装置は、
半導体基板上に半導体レーザと半導体光変調器とを備える半導体装置において、
前記半導体レーザのｐ側電極及びｎ側電極を前記半導体レーザの表面側に配置し、
前記半導体光変調器のｐ側電極を前記半導体光変調器の表面側に配置し、
前記半導体光変調器のｎ側電極を前記半導体光変調器の前記半導体基板側に配置し、
前記半導体レーザと前記半導体基板との間に絶縁層を設けて、前記半導体レーザのｐ側電極及びｎ側電極と前記半導体光変調器のｎ側電極とを分離し、
前記半導体レーザのｐ側電極、前記半導体レーザのｎ側電極及び前記半導体光変調器のｐ側電極をそれぞれ分離し、
前記半導体光変調器に差動電気信号を印加する差動電気信号印加手段と、
前記半導体レーザに前記差動電気信号と周波数及び位相が同一の正弦波電気信号を印加する正弦波電気信号印加手段とを備える
ことを特徴とする。

本発明によれば、光出力信号の波形により形成されるアイパターンにおいて、きれいなアイ開口を得ることができる半導体レーザ差動型半導体装置を提供することができる。

本発明の実施例に係る半導体レーザ差動型半導体装置の構成を示した断面図である。 従来例に係るＥＡ変調器集積半導体レーザの構成を示した断面図である。 従来例に係るＥＡ変調器集積半導体レーザにおける光出力信号の波形の例を示した図である。 従来例に係るＥＡ変調器集積半導体レーザにおける電気入力信号の波形の例を示した図である。

以下、本発明に係る半導体レーザ差動型半導体装置を実施するための形態について、図面を参照しながら説明する。

以下、本発明の実施例に係る半導体レーザ差動型半導体装置について説明する。
図１は、本発明の実施例に係る半導体レーザ差動型半導体装置の構成を示した断面図である。なお、図１（ａ）は半導体レーザ、図１（ｂ）はＥＡ変調器の構成を示した断面図である。
図１に示すように、本実施例に係る半導体レーザ差動型半導体装置は、半導体レーザ１及びＥＡ変調器２を備えている。

図１（ａ）に示すように、半導体レーザ１は、ｎ−ＩｎＰ基板１０、半絶縁ＩｎＰ層１１、ｎ−ＩｎＰ１２、ｎ−コンタクト層１３、ｎ−ＩｎＰ１４、半絶縁ＩｎＰ１５、活性層１６、ｐ−ＩｎＰ１７、回折格子を形成したガイド層１８、ｐ−ＩｎＰ１９、ｐ−コンタクト層２０、絶縁層２１、ｐ側電極２２及びｎ側電極２３を備えている。

また、図１（ｂ）に示すように、ＥＡ変調器２は、ｎ−ＩｎＰ基板３０、ｎ−ＩｎＰ３１、半絶縁ＩｎＰ３２、吸収層３３、ｐ−ＩｎＰ３４、ｐ−コンタクト層３５、ｐ側電極３６及びｎ側電極３７を備えている。

図１に示した本実施例に係る半導体レーザ差動型半導体装置おいては、半導体レーザ１のｎ−ＩｎＰ基板１０とＥＡ変調器２のｎ−ＩｎＰ基板３０は共通である。また、半導体レーザ１の活性層１６とＥＡ変調器２の吸収層３３はバットジョイントにより接合されている。

半導体レーザ１のｐ側電極２２と半導体レーザ１のｎ側電極２３は分離溝２４によって分離されている。また、半導体レーザ１のｐ側電極２２と半導体レーザ１のｎ側電極２３とＥＡ変調器２のｐ側電極３６は分離溝（図示省略）によってそれぞれ分離されている。さらに、半導体レーザ１の半絶縁ＩｎＰ層１１によって、ＥＡ変調器２のｎ側電極３７も半導体レーザ２の電極ｐ側電極２２及びｎ側電極２３から分離されている。

なお、図２に示した従来例に係るＥＡ変調器集積半導体レーザにおいて、半導体レーザ１００のｎ側電極１１９とＥＡ変調器２００のｎ側電極２１７、半導体レーザ１００のｎ−ＩｎＰ基板１１０とＥＡ変調器２００のｎ−ＩｎＰ基板２１０、半導体レーザ１００のｎ−ＩｎＰ層１１１とＥＡ変調器２００のｎ−ＩｎＰ２１１は共通である。

このため、図２に示した従来例に係るＥＡ変調器集積半導体レーザにおいては、半導体レーザ１００のｎ側電極１１９とＥＡ変調器２００のｎ側電極２１７は分離されていない。また、半導体レーザ１００のｎ−ＩｎＰ基板１１０とＥＡ変調器２００のｎ−ＩｎＰ基板２１０は通常１００ミクロン以上の厚みがあるため、ｎ−ＩｎＰ基板１１０，２１０に分離溝を形成することなどは非現実的である。

以上説明したように、図１に示した本実施例に係る半導体レーザ差動型半導体装置の構成によれば、半導体レーザ１とＥＡ変調器２とが電気的に完全に分離されるので、半導体レーザ１とＥＡ変調器２に別々の電気信号を印加することができる。

本実施例に係る半導体レーザ差動型半導体装置の構成によれば、ＥＡ変調器２のｐ側電極３６に差動ＮＲＺ（Ｎｏｎ Ｒｅｔｕｒｎ ｔｏ Ｚｅｒｏ）電気信号の一方の信号を、半導体レーザ１のｐ側電極２２に差動ＮＲＺ電気信号の一方の信号と位相がそろった正弦波電気信号を印加することにより、この正弦波電気信号で半導体レーザ１の光強度を調整し、図３における各ビットの中心付近で光強度が増加し、各ビットの立ち上がり点や立ち下がり点で光強度が減少するように調整することができる。

これにより、図３に示した光出力信号の波形により形成されるアイパターンにおいて、「ｏｎレベル」の光出力信号の変形してしまっている部分、すなわち光強度が減少してしまっている部分を持ち上げることができるため、良好なアイ開口を得ることができる。

以上説明したように、本発明に係る半導体レーザ差動型半導体装置によれば、半導体レーザ１とＥＡ変調器２とを電気的に分離することにより、半導体レーザ１に正弦波電気信号を印加することができるため、光出力信号の波形により形成されるアイパターンにおいて、良好なアイ開口を得ることができる。
なお、本発明における半絶縁ＩｎＰとしては、ルテニウム、鉄をドープしたＩｎＰを用いることができる。

本発明は、例えば、光送信器、特に、ＥＡ変調器と半導体レーザを集積したＥＡ変調器集積半導体レーザに利用することが可能である。

１ 半導体レーザ
２ ＥＡ変調器
１０ ｎ−ＩｎＰ基板
１１ 半絶縁ＩｎＰ層
１２ ｎ−ＩｎＰ
１３ ｎ−コンタクト層
１４ ｎ−ＩｎＰ
１５ 半絶縁ＩｎＰ
１６ 活性層
１７ ｐ−ＩｎＰ
１８ 回折格子を形成したガイド層
１９ ｐ−ＩｎＰ
２０ ｐ−コンタクト層
２１ 絶縁層
２２ ｐ側電極
２３ ｎ側電極
２４ 分離溝
３０ ｎ−ＩｎＰ基板
３１ ｎ−ＩｎＰ
３２ 半絶縁ＩｎＰ
３３ 吸収層
３４ ｐ−ＩｎＰ
３５ ｐ−コンタクト層
３６ ｐ側電極
３７ ｎ側電極

Claims (1)

1. 半導体基板上に半導体レーザと半導体光変調器とを備える半導体装置において、
   前記半導体レーザのｐ側電極及びｎ側電極を前記半導体レーザの表面側に配置し、
   前記半導体光変調器のｐ側電極を前記半導体光変調器の表面側に配置し、
   前記半導体光変調器のｎ側電極を前記半導体光変調器の前記半導体基板側に配置し、
   前記半導体レーザと前記半導体基板との間に絶縁層を設けて、前記半導体レーザのｐ側電極及びｎ側電極と前記半導体光変調器のｎ側電極とを分離し、
   前記半導体レーザのｐ側電極、前記半導体レーザのｎ側電極及び前記半導体光変調器のｐ側電極をそれぞれ分離し、
   前記半導体光変調器に差動電気信号を印加する差動電気信号印加手段と、
   前記半導体レーザに前記差動電気信号と周波数及び位相が同一の正弦波電気信号を印加する正弦波電気信号印加手段とを備える
   ことを特徴とする半導体レーザ差動型半導体装置。