JP2011181789A - 半導体光源 - Google Patents

Abstract

【課題】コンパクトでかつ高速動作可能な半導体光源を提供することにある。
【解決手段】外部信号光により制御される半導体光源において、注入電流により光を出力する分布帰還型レーザ部１０１と、分布帰還型レーザ部１０１に隣接して設けられた可変光減衰器部１０２と、可変光減衰器部１０２に隣接して設けられ、片側端面１０３ａに高反射膜１０５が形成されて外部共振器を構成し、前記光が導波する光導波路部１０３を具備し、分布帰還型レーザ部１０１と可変光減衰器部１０２と光導波路部１０３とが同じ半導体基板上に作製されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、外部制御光により高速に制御可能な半導体光源に関する。

高速信号光により高速制御可能な半導体デバイスとしては、非特許文献１の報告にあるように、半導体光増幅器を用いた波長変換素子や、非特許文献２の報告にあるように、半導体光増幅器を干渉アーム内に設置した、マッハツェンダ型波長変換素子により検討されている。

半導体光増幅器を用いた波長変換素子では、図６に示すように、２つの光（ポンプ光、及びプローブ光）を上下のクラッド部１３，１４に挟まれる半導体光増幅器１１の活性領域１２に注入し、四光波混合等の非線形現象を原理として用いることで、２光波の周波数差に対応した周波数領域に信号光を生成する。この際、プローブ光に信号を重畳しておけば、生成された信号光にも同じ信号が重畳されることを原理としている。

また、図７に示すように、マッハツェンダ型波長変換素子２０は、第１の３ｄＢカプラ２１と、この第１の３ｄＢカプラ２１の光出力導波路２１ｃ，２１ｄにマッハツェンダ変調器の干渉アーム２２を介して接続される第２の３ｄＢカプラ２３と、干渉アーム２２に接続される信号光入力導波路２４と、干渉アーム２２に配置された半導体光増幅器２５とを備える。このマッハツェンダ型波長変換素子２０においては、マッハツェンダ干渉型の干渉アーム２２に配置された半導体光増幅器２５へ、信号光入力導波路２４を介して信号光を入力し、当該半導体光増幅器２５の１つを飽和させ、キャリア密度変動を誘起することで、屈折率を変え、干渉型の干渉状態を変調し、信号光入力導波路２４とは別の第１の３ｄＢカプラ２１の光入力導波路２１ｂに注入したプローブ光の光出力を変調することで光信号の他の光キャリアへの載せ変えを行っている。これにより、第２の３ｄＢカプラ２３の光出力導波路２３ｄから変換光が出力する。

これらの技術により、４０Ｇｂ／ｓデジタル光信号の情報を、波長の異なる他の光へ載せ変える、波長変換技術が実現されている。

Atsushi Matsumoto et al., "Operational Design on High-Speed Semiconductor Optical Amplifier With Assist Light for Application to Wavelength Converters Using Cross-Phase Modulation", IEEE Journal of Quantum Electronics, vol.42, no.3, pp.313-323, March 2006 Tatsuo Hatta et al., "Polarization-Insensitive Monolithic 40-Gbps SOA-MZI Wavelength Converter With Narrow Active Waveguides", IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics, vol.13, no.1, pp.32-39, January/February 2007

しかし、当該光素子を駆動するには、外部光源が必要であり、全体として大きなシステムとなっていた。また、動作条件の精密な設定が必要で、安定性の面で問題があった。

したがって、本発明は上述したような課題を解決するために為されたものであって、コンパクトでかつ高速動作可能な半導体光源を提供することを目的としている。

上述した課題を解決する第１の発明に係る半導体光源は、
外部信号光により制御される半導体光源において、
注入電流により光を出力する分布帰還型半導体レーザと、
前記分布帰還型半導体レーザに隣接して設けられた可変光減衰器と、
前記可変光減衰器に隣接して設けられ、片側端面に高反射膜が形成されて外部共振器を構成し、前記光が導波する光導波路を具備し、
前記分布帰還型半導体レーザと前記可変光減衰器と前記光導波路とが同じ半導体基板上に作製されている
ことを特徴とする。

上述した課題を解決する第２の発明に係る半導体光源は、
第１の発明に係る半導体光源であって、
前記可変光減衰器は、前記分布帰還型半導体レーザの活性層と同じ構造の光導波層を有し、前記光導波層の光吸収量を注入電流量で調整可能とした可変光減衰器である
ことを特徴とする。

上述した課題を解決する第３の発明に係る半導体光源は、
第１の発明に係る半導体光源であって、
前記可変光減衰器は、電界吸収効果を用いた可変光減衰器である
ことを特徴とする。

本発明に係る半導体光源によれば、半導体レーザに外部共振器及び可変光減衰器をモノリシック集積することになる。これにより、外部共振器構成時の素子内での光往復時間に対応する変調周波数帯のＲＦ信号で強度変調された入力信号光に対する応答感度を増強し、半導体レーザの強度変調された入力信号光に対する応答帯域を拡大するとともに、外部共振器による変調感度増強率を可変光減衰器で調整することで、強度変調された入力信号光に対する応答感度の変調周波数依存性を調整できる。よって、コンパクトでありかつ高速動作することができる。

本発明の第１の実施例に係る半導体光源の構造図である。 本発明の実施例１に係る半導体光源における、可変光減衰器部の減衰量を最大とした際の、外部光信号に対する応答特性を示す図である。 本発明の実施例１に係る半導体光源における、可変光減衰器部の減衰量を調整した際の、外部光信号に対する応答特性を示す図である。 本発明の実施例１に係る半導体光源における、５０Ｇｂ/ｓ ＮＲＺ信号光による動作時のアイパターンを示す図である。 本発明の第２の実施例に係る半導体光源の構造図である。 従来の半導体光増幅器を用いた波長変換素子の一例を示す図である。 従来のマッハツェンダ型波長変換素子の一例を示す図である。

本発明に係る半導体光源について、各実施例で具体的に説明する。

本発明の第１の実施例に係る半導体光源について図１〜図４を参照して説明する。
本実施例に係る半導体光源１００は、図１に示すように、分布帰還型(Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ ＦｅｅｄＢａｃｋ，ＤＦＢ)半導体レーザを構成するＤＦＢレーザ部１０１に可変光減衰器を構成する可変光減衰器部１０２、及び光導波路を構成する光導波路部１０３をモノリシック集積した構造を備えている。

また、光導波路部１０３の片側端面１０３ａ（可変光減衰器部１０２が集積された部分と逆の端面）には高反射膜１０５が形成され、ＤＦＢレーザ部１０１の端面１０１ａには反射防止膜１０４が形成されている。

ＤＦＢレーザ部１０１は、注入電流により光を出力する活性層１１０を備える。なお、活性層１１０の下部には半導体光源下部構造１２１が設けられ、活性層１１０の上部には半導体光源上部構造１２２が設けられる。

可変光減衰器部１０２は、ＤＦＢレーザ部１０１に直列に配置された素子である。可変光減衰器部１０２は、ＤＦＢレーザ部１０１の活性層１１０と同じ構造であって、注入電流量により光吸収量を調整する光導波層（領域）１１２を備える。なお、光導波層１１２の下部には半導体光源下部構造１２１が設けられ、光導波層１１２の上部には半導体光源上部構造１２２が設けられる。

光導波路部１０３は、可変光減衰器部１０２に直列に配置された素子であって、光が導波する光導波層１１３を備える。なお、光導波層１１３の下部には半導体光源下部構造１２１が設けられ、光導波層１１３の上部には半導体光源上部構造１２２が設けられる。

上述した半導体光源下部構造１２１は、ｎ−ＩｎＰ基板とｎ−ＩｎＰバッファー層とｎ−ＩｎＰクラッド層を有し、この順番にて下側から積層した構造である。半導体光源下部構造１２１の下部には半導体光源共通ｎ側電極１０８が設けられる。

半導体光源上部構造１２２は、ｐ−ＩｎＰクラッド層を有する構造である。なお、ＤＦＢレーザ部１０１にあっては、活性層１１０とｐ−ＩｎＰクラッド層の間に回折格子１１１が設けられ、ｐ−ＩｎＰクラッド層の上に１．３μｍ組成ｐ−ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層を介してＤＦＢレーザ電流注入電極（ｐ−電極）１０６が設けられる。可変光減衰器部１０２にあっては、ｐ−ＩｎＰクラッド層の上に１．３μｍ組成ｐ−ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層を介して可変光減衰器制御電極（ｐ−電極）１０７が設けられる。光導波路部１０３にあっては、ｐ−ＩｎＰクラッド層の下部にて、１．２μｍ組成ＩｎＧａＡｓＰ ＳＣＨ層と１．１μｍ組成ｐ−ＩｎＧａＡｓＰ層とがこの順番にて下側から積層されている。

また、半導体光源上部構造１２２には素子分離溝１３１，１３２が設けられており、これら素子分離溝１３１，１３２により隣接する素子同士が分離されている。

よって、上述した半導体光源１００は、ＤＥＢレーザ部１０１と可変光減衰器部１０２と光導波路部１０３とが、同一の半導体基板上にて光結合するように作製されている。

各部分の長さは、それぞれＤＦＢレーザ部１０１の長さＬ_DFB＝３００μｍ、可変光減衰器部１０２の長さＬ_VOA＝２００μｍ、光導波路部１０３の長さＬ_WG＝８００μｍとなっている。素子全体の長さは１，３００μｍであり、各部分の等価屈折率３．３を考慮すると、光が素子共振器内（反射防止膜１０４−高反射膜１０５間）を往復する時間は約２９ｐｓとなり、対応する周波数は約３５ＧＨｚとなる。このため、外部共振器の構成を取ることで、３５ＧＨｚ付近の変調周波数領域のＲＦ信号で強度変調された入力信号光に対する半導体光源１００の変調感度の増大が期待できる。

強度変調された入力信号光に対する変調感度の増強効率は、光導波路部１０３からのフィードバック光量により変化するので、可変光減衰器部１０２でこのフィードバック光量を調整することで変調感度増強率の調整が可能となり、半導体光源１００の、強度変調された入力信号光に対する応答感度の変調周波数依存性の調整が可能となる。

可変光減衰器部１０２は、上述したように半導体レーザの活性層を用いた光導波層１１２（半導体導波路）で実現した。この半導体光源１００の可変光減衰器部１０２は、ＤＦＢレーザ部１０１の活性層１１０と同じ構造の光導波層１１２を有するため、電流非注入時にはＤＦＢレーザ発振モードに対して、大きな吸収係数を示し、外部共振器が形成されない。しかし、可変光減衰器制御電極１０７を通して電流を注入することで、当該領域１１２の光吸収量を制御することができ、光導波路部１０３からのフィードバック光量を調整して、ＤＦＢレーザ部１０１へ導くことができる。

ここで、上述した構成の半導体光源（素子）の製造方法について、製造工程順に説明する。

１）まず、結晶成長装置内で、有機金属化学気相蒸着法（Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ，ＭＯＣＶＤ）を用いて、ｎ−ＩｎＰ基板上にｎ−ＩｎＰバッファー層及びｎ−ＩｎＰクラッド層を成長する。

２）次に１．２μｍ組成ＩｎＧａＡｓＰ分離閉込（Ｓｅｐａｒａｔｅ Ｃｏｎｆｉｎｅｍｅｎｔ Ｈｅｔｅｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ,ＳＣＨ）層（厚さ５ｎｍ）を成長し、その上に１．３μｍ組成のＩｎＧａＡｓＰ障壁層（厚さ１０ｎｍ）及びＩｎＧａＡｓ井戸層（厚さ５ｎｍ）を順次成長する。前記障壁層は７層とし、前記井戸層は６層とした。

３）さらに１．２μｍ組成ＩｎＧａＡｓＰ ＳＣＨ層（厚さ５ｎｍ）、１．１μｍ組成ｐ−ＩｎＧａＡｓＰ回折格子形成層（厚さ１００ｎｍ）、ｐ−ＩｎＰクラッド層（厚さ２０ｎｍ）を成長する。上述した第２工程および本工程によりＤＦＢレーザ部１０１の活性層１１０を形成する。

４）上述した第３工程で得られた基板を結晶成長装置から取り出し、電子ビーム描画装置でＤＦＢレーザ部１０１のみに周期１９７ｎｍの回折格子パターンを描画し、ドライエッチングにより回折格子１１１を形成する。

５）再度結晶成長装置へ基板を戻し、ｐ−ＩｎＰクラッド層（厚さ５００ｎｍ）、１．３ｍ組成ｐ−ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層（厚さ５０ｎｍ）を、順次成長する。

６）続いて、ＤＦＢレーザ部１０１及び可変光減衰器部１０２をＳｉＯ₂膜でカバーし、それ以外の、ｎ−ＩｎＰクラッド層に近接する１．２μｍ組成ＩｎＧａＡｓＰ ＳＣＨ層までの結晶をエッチングで除去する。

７）そして、上述した第６工程で結晶を除去した部分へ、１．２μｍ組成ＩｎＧａＡｓＰ ＳＣＨ層（厚さ５ｎｍ）、１．３μｍ組成ＩｎＧａＡｓＰ障壁層（厚さ１０ｎｍ）及び１．４８μｍ組成ＩｎＧａＡｓＰ井戸層（厚さ５ｎｍ）、１．３ｍｍ組成ＩｎＧａＡｓＰ光導波層（厚さ１００ｎｍ）、１．２μｍ組成ＩｎＧａＡｓＰ ＳＣＨ層（厚さ５ｎｍ）、１．１μｍ組成ｐ−ＩｎＧａＡｓＰ層（厚さ１００ｎｍ）、ｐ−ＩｎＰクラッド層（厚さ５５０ｎｍ）を順次バットジョイント成長し、光導波路部１０３の光導波層１１３を形成する。

８）続いて、素子ストライプ構造を電子ビーム描画装置で描画し、ドライエッチングによりメサストライプを形成する。

９）上述した第８工程でエッチングにより除去した領域に、電流狭窄用埋込層として、半絶縁（Ｓｅｍｉ−ｉｎｓｕｌａｔｉｎｇ，ＳＩ）ＩｎＰを成長し、埋め込み構造を有する素子を形成する。

１０）ＤＦＢレーザ部１０１と可変光減衰器部１０２にｐ−電極１０６及び１０７を形成し、両者間、及び可変光減衰器部１０２と光導波路部１０３の間に素子分離溝１３１，１３２をそれぞれ形成する。

１１）続いて、基板側（半導体光源下部構造１２１の下面側）に半導体光源共通ｎ側電極（ｎ−電極）１０８を形成する。

１２）最後に、チップを劈開により取り出し、ＤＦＢレーザ出射端（ＤＦＢレーザ部１０１の端面１０１ａ）に反射防止膜１０４、光導波路劈開端（光導波路部１０３の片側端面１０３ａ）に高反射膜１０５を形成して、半導体光源１００が得られる。

上述した手順で作製された半導体光源１００の作用について、図２および図３を参照して説明する。ここでは、半導体光源１００の強度変調信号光に対する応答感度を、信号光の強度をサイン波のＲＦ電気信号で変調し、その変調周波数を変化させることで、測定した。

まず、可変光減衰器部１０２を無バイアス状態とし、光導波路部１０３からの戻り光がＤＦＢレーザ部１０１へ戻らないようにして、応答帯域を測定した。その結果を図２に示す。この図２には、半導体光源１００のＤＦＢレーザ部１０１へのバイアス電流を素子しきい値の５倍（５Ｉｔｈ）、１０倍（１０Ｉｔｈ）、１３倍（１３Ｉｔｈ）に設定した場合の、応答特性をそれぞれ点線、１点鎖線、実線で示している。図２に示すように、バイアス電流を増加すると、応答帯域が拡大していることがわかる。バイス電流が１３Ｉｔｈの際には、３ｄＢ帯域（応答感度がＤＣの場合に対して半分（−３ｄＢ）となる変調周波数）が約３０ＧＨｚとなった。

可変光減衰器制御電極１０７を通して可変光減衰器部１０２へ注入する電流を調整し、応答特性の変化を測定した。その結果を図３に示す。ここでは、ＤＦＢレーザ部１０１へのバイアス電流を１３Ｉｔｈとした。なお、図３にて、注入電流が３ｍＡであるときの規格化応答感度は、３０ＧＨｚ以下にあっては、注入電流が０ｍＡであるときの規格化応答感度とほぼ同じ値であった。図３に示すように、可変光減衰器部１０２への注入電流を増加し、光減衰量を低減するに従って、ＤＦＢレーザ部１０１から光導波路部１０３へ伝搬し、再度ＤＦＢレーザ部１０１へフィードバックされる光量が増加し、光の共振器内往復時間に対応する３５ＧＨｚ付近の入力信号光に対する応答感度が増大していくことがわかる。注入電流を１０ｍＡとした際に、４５ＧＨｚ以上の３ｄＢ帯域が確認できた。

図３に示される、光源の応答特性に現れる感度の山は、実システムでの使用に際し、信号光に重畳された光デジタル波形を歪ませる要因となることが懸念される。この波形歪みが許容範囲にあるのか否かを、高速光デジタル信号を重畳した信号光で、本光源を動作させる事により検証した。本状態で、５０Ｇｂ／ｓ ＮＲＺ信号で変調された光デジタル信号を入力信号光として、当該半導体光源１００に注入した結果、図４に示すアイパターンが観測された。この図４に示すように、良好なアイ開口が確認されていることがわかり、本光源の実システムへの適用性が確認できた。

したがって、本実施例に係る半導体光源１００によれば、上述したように、ＤＦＢレーザ部１０１に外部共振器を構成する光導波路部１０３及び可変光減衰器部１０２をモノリシック集積することにより、外部共振器構成時の素子内での光往復時間に対応する変調周波数帯のＲＦ信号で強度変調された入力信号光に対する応答感度を増強し、ＤＦＢレーザ部１０１の強度変調された入力信号光に対する応答帯域を拡大するとともに、外部共振器による変調感度増強率を可変光減衰器部１０２で調整することで、強度変調された入力信号光に対する応答感度の変調周波数依存性を調整できる。よって、コンパクトでありかつ高速動作することができる。

なお、本実施例ではＳＩ−ＩｎＰで埋め込んだ、埋め込み構造の半導体光源１００を用いて説明したが、ｐｎ埋め込み構造を有する素子、リッジ構造やハイメサ構造の素子である半導体光源とすることも可能である。

また、全共振器長を１，３００μｍに設定することで、感度増強する変調周波数の中心を３５ＧＨｚに設定した半導体光源１００を用いて説明したが、光導波路部１０３やＤＦＢレーザ部１０１、可変光減衰器部１０２の長さを調整し、半導体光源の全共振器長を調整することで、当該中心周波数を調整した半導体光源とすることも可能である。このような半導体光源とすることにより、上述した半導体光源と同様な作用効果を奏する上に、全共振器長を短くすることで、当該中心周波数を増大し、さらなる広帯域化が可能である。

本発明の第２の実施例に係る半導体光源について、図５を参照して説明する。
本実施例に係る半導体光源は、上述した第１の実施例に係る半導体光源にて、可変光減衰器部のみを変更した素子であって、それ以外は同一の素子を具備する。

本実施例に係る半導体光源２００は、図５に示すように、分布帰還型（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ ＦｅｅｄＢａｃｋ,ＤＦＢ）半導体レーザを構成するＤＦＢレーザ部１０１に可変光減衰器を構成する可変光減衰器部２０２、及び光導波路を構成する光導波路部１０３をモノリシック集積した構造を備えている。

また、光導波路部１０３の片側端面１０３ａ（可変光減衰器部１０２が集積された部分と逆の端面）には高反射膜１０５が形成され、ＤＦＢレーザ部１０１の端面１０１ａには反射防止膜１０４が形成されている。

ＤＦＢレーザ部１０１は、注入電流により光を出力する活性層１１０を備える。なお、活性層１１０の下部には半導体光源下部構造１２１が設けられ、活性層１１０の上部には半導体光源上部構造１２２が設けられる。

可変光減衰器部２０２は、ＤＦＢレーザ部１０１に直列に配置された素子である。可変光減衰器部２０２は、電界吸収効果を用いた層構造、例えば多重量子井戸で構成され、注入電流量により光吸収量を調整する光導波層（領域）２１２を備える。なお、光導波層２１２の下部には半導体光源下部構造１２１が設けられ、光導波層１１２の上部には半導体光源上部構造１２２が設けられる。

光導波路部１０３は、可変光減衰器部１０２に直列に配置された素子であって、光が導波する光導波層１１３を備える。なお、光導波層１１３の下部には半導体光源下部構造１２１が設けられ、光導波層１１３の上部には半導体光源上部構造１２２が設けられる。

上述した半導体光源下部構造１２１は、ｎ−ＩｎＰ基板とｎ−ＩｎＰバッファー層とｎ−ＩｎＰクラッド層を有し、この順番にて下側から積層した構造である。半導体光源下部構造１２１の下部には半導体光源共通ｎ側電極１０８が設けられる。

半導体光源上部構造１２２は、ｐ−ＩｎＰクラッド層を有する構造である。なお、ＤＦＢレーザ部１０１にあっては、活性層１１０とｐ−ＩｎＰクラッド層の間に回折格子１１１が設けられ、ｐ−ＩｎＰクラッド層の上に１．３μｍ組成ｐ−ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層を介してＤＦＢレーザ電流注入電極（ｐ−電極）１０６が設けられる。可変光減衰器部２０２にあっては、ｐ−ＩｎＰクラッド層の下部にて、１．２μｍ組成ＩｎＧａＡｓＰ ＳＣＨ層と１．１μｍ組成ｐ−ＩｎＧａＡｓＰ層とがこの順番にて下側から積層されている。また、ｐ−ＩｎＰクラッド層の上に１．３μｍ組成ｐ−ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層を介して可変光減衰器制御電極（ｐ−電極）１０７が設けられる。光導波路部１０３にあっては、ｐ−ＩｎＰクラッド層の下部にて、１．２μｍ組成ＩｎＧａＡｓＰ ＳＣＨ層と１．１μｍ組成ｐ−ＩｎＧａＡｓＰ層とがこの順番にて下側から積層されている。

また、半導体光源上部構造１２２には素子分離溝１３１，１３２が設けられており、これら素子分離溝１３１，１３２により隣接する素子同士が分離されている。

よって、上述した半導体光源２００は、ＤＥＢレーザ部１０１と可変光減衰器部２０２と光導波路部１０３とが、同一の半導体基板上にて光結合するように作製されている。

各部分の長さは、それぞれＤＦＢレーザ部１０１の長さＬ_DFB＝３００μｍ、可変光減衰器部２０２の長さＬ_VOA＝２００μｍ、光導波路部１０３の長さＬ_WG＝８００μｍとなっている。素子全体の長さは１，３００μｍであり、各部分の等価屈折率３．３を考慮すると、光が素子共振器内（反射防止膜１０４−高反射膜１０５間）を往復する時間は約２９ｐｓとなり、対応する周波数は約３５ＧＨｚとなる。このため、外部共振器構成を取ることで、３５ＧＨｚ付近の変調周波数領域のＲＦ信号で強度変調された入力信号光に対する半導体光源２００の変調感度の増大が期待できる。

強度変調された入力信号光に対する変調感度の増強効率は、光導波路部１０３からのフィードバック光量により変化するので、可変光減衰器部２０２でこのフィードバック光量を調整することで変調感度増強率の調整が可能となり、半導体光源２００の、強度変調された入力信号光に対する応答感度の変調周波数依存性の調整が可能となる。

半導体光源２００の可変光減衰器部２０２は、上述したように電界吸収効果を用いた強度変調器により実現した。上述した第１の実施例で示した、可変光減衰器部１０２の光導波層１１２をＤＦＢレーザ部１０１の活性層１１０と同一の組成で作製し、可変光減衰器部１０２へ電流を注入することで光のフィードバック量を調整する構造の半導体光源１００においては、可変光減衰器部１０２の光導波層１１２へたまったキャリア密度の変化により、位相雑音が発生してしまうが、本実施例に係る半導体光源２００では、印加する電界の強度を制御することで光の吸収量を制御し、戻り光のフィードバック量を制御するため、当該領域への余剰キャリアの蓄積が起こらず、位相雑音の発生がないというメリットがある。

ここで、上述した構成の半導体光源（素子）の製造方法について、製造工程順に説明する。

１）まず、結晶成長装置内で、有機金属化学気相蒸着法（Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ，ＭＯＣＶＤ）を用いて、ｎ−ＩｎＰ基板上にｎ−ＩｎＰバッファー層及びｎ−ＩｎＰクラッド層を成長する。

２）次に１．２μｍ組成ＩｎＧａＡｓＰ分離閉込（Ｓｅｐａｒａｔｅ Ｃｏｎｆｉｎｅｍｅｎｔ Ｈｅｔｅｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ＳＣＨ）層（厚さ５ｎｍ）を成長し、その上に１．３μｍ組成のＩｎＧａＡｓＰ障壁層（厚さ１０ｎｍ）及びＩｎＧａＡｓ井戸層（厚さ５ｎｍ）を順次成長する。前記障壁層は7層とし、前記井戸層は６層とした。

３）さらに１．２μｍ組成ＩｎＧａＡｓＰ ＳＣＨ層（厚さ５ｎｍ）、１．１μｍ組成ｐ−ＩｎＧａＡｓＰ回折格子形成層（厚さ１００ｎｍ）、ｐ−ＩｎＰクラッド層（厚さ２０ｎｍ）を成長する。上述した第２工程及び本工程によりＤＦＢレーザ部１０１の活性層１１０を形成する。

４）上述した第３工程で得られた基板を結晶成長装置から取り出し、電子ビーム描画装置でＤＦＢレーザ部１０１のみに周期１９７ｎｍの回折格子パターンを描画し、ドライエッチングにより回折格子１１１を形成する。

５）再度結晶成長装置へ基板を戻し、ｐ−ＩｎＰクラッド層（厚さ５００ｎｍ）、１．３μｍ組成ｐ−ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層（厚さ５０ｎｍ）を、順次成長する。

６）続いて、ＤＦＢレーザ部１０１をＳｉＯ₂膜でカバーし、それ以外の、ｎ−ＩｎＰクラッド層に近接する１．２μｍ組成ＩｎＧａＡｓＰ ＳＣＨ層までの結晶をエッチングで除去する。

７）そして、再度１．２μｍ組成ＩｎＧａＡｓＰ ＳＣＨ層（厚さ５ｎｍ）、１．３μｍ組成ＩｎＧａＡｓＰ障壁層（厚さ１０ｎｍ）及び１．４８μｍ組成ＩｎＧａＡｓＰ井戸層（厚さ５ｎｍ）を順次バットジョイント成長する。前記障壁層は７層とし、前記井戸層は６層とした。この多重量子井戸層が可変光減衰器２０２の光導波層２１２となる。

８）さらに、１．２μｍ組成ＩｎＧａＡｓＰ ＳＣＨ層（厚さ５ｎｍ）、１．１μｍ組成ｐ−ＩｎＧａＡｓＰ層（厚さ１００ｎｍ）、ｐ−ＩｎＰクラッド層（厚さ５００ｎｍ）、１．３μｍ組成のｐ−ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層（厚さ５０ｎｍ）を順次成長する。

９）続いて、ＤＦＢレーザ部１０１及び可変光減衰器部２０２をＳｉＯ₂膜でカバーし、それ以外の、ｎ−ＩｎＰクラッド層に近接する１．２μｍ組成ＩｎＧａＡｓＰ ＳＣＨ層までの結晶をエッチングで除去する。

１０）上述した第９工程で結晶を除去した部分へ、１．２μｍ組成ＩｎＧａＡｓＰ ＳＣＨ層（厚さ５ｎｍ）、１．３μｍ組成ＩｎＧａＡｓＰ障壁層（厚さ１０ｎｍ）及び１．４８μｍ組成ＩｎＧａＡｓＰ井戸層（厚さ５ｎｍ）、１．３ｍｍ組成ＩｎＧａＡｓＰ光導波層（厚さ１００ｎｍ）、１．２μｍ組成ＩｎＧａＡｓＰ ＳＣＨ層（厚さ５ｎｍ）、１．１μｍ組成ｐ−ＩｎＧａＡｓＰ層（厚さ１００ｎｍ）、ｐ−ＩｎＰクラッド層（厚さ５５０ｎｍ）を順次成長し、光導波路部１０３の光導波層１１３を形成する。

１１）続いて、素子ストライプ構造を電子ビーム描画装置で描画し、ドライエッチングによりメサストライプを形成する。

１２）上述した第１１工程でエッチングにより除去した領域に、電流狭窄用埋込層として、半絶縁（Ｓｅｍｉ−ｉｎｓｕｌａｔｉｎｇ， ＳＩ）ＩｎＰを成長し、埋め込み構造を有する素子を形成する。

１３）ＤＦＢレーザ部１０１と可変光減衰器部２０２にｐ−電極１０６及び１０７を形成し、両者間、及び可変光減衰器部２０２と光導波路部１０３の間に素子分離溝１３１，１３２をそれぞれ形成する。

１４）続いて、基板側（半導体光源下部構造１２１の下面側）に半導体光源共通ｎ側電極（ｎ−電極）１０８を形成する。

１５）最後に、チップを劈開により取り出し、ＤＦＢレーザ出射端（ＤＦＢレーザ部１０１の端面１０１ａ）に反射防止膜１０４、光導波路劈開端（光導波路部１０３の片側端面１０３ａ）に高反射膜１０５を形成して、半導体光源２００が得られる。

上述した手順で作製された半導体光源２００の作用について説明する。ここでは、半導体光源２００の強度変調信号光に対する応答感度を、信号光の強度をサイン波のＲＦ電気信号で変調し、その変調周波数を変化させることで、測定した。

まず、可変光減衰器部２０２に電圧を印加し（Ｖ_VOA＝−４Ｖ）、光導波路部１０３からの戻り光がＤＦＢレーザ部１０１へ戻らないようにして、応答帯域を測定した。その結果は図２に示す実施例１の場合とほぼ同じ特性を示し、ＤＦＢレーザ部１０１へのバイアス電流を１３Ｉｔｈとすることで、約３０ＧＨｚの３ｄＢ帯域が確認できた。

また、可変光減衰器部２０２への印加電圧を低減し、光減衰量を低減するに従って、光導波路部１０３へ伝搬し、ＤＦＢレーザ部１０１へフィードバックされる光量が増加し、光の共振器内往復時間に対応する３５ＧＨｚ付近の入力信号光に対する応答感度が増大していくことが確認できた。印加電圧Ｖ_VOAを０Ｖとした際には、４５ＧＨｚ以上の３ｄＢ帯域が確認できた。

したがって、本実施例に係る半導体光源２００によれば、上述したように、ＤＦＢレーザ部１０１に外部共振器を構成する光導波路部１０３及び可変光減衰器部２０２をモノリシック集積することにより、外部共振器構成時の素子内での光往復時間に対応する変調周波数帯のＲＦ信号で強度変調された入力信号光に対する応答感度を増強し、ＤＦＢレーザ部１０１の強度変調された入力信号光に対する応答帯域を拡大するとともに、外部共振器による変調感度増強率を可変光減衰器部２０２で調整することで、強度変調された入力信号光に対する応答感度の変調周波数依存性を調整できる。よって、コンパクトでありかつ高速動作することができる。

本発明に係る半導体光源によれば、コンパクトでありかつ高速動作できるため、通信産業などで有益に利用することができる。

１１ 半導体光増幅器
１２ 半導体光増幅器の活性領域
１３ 上クラッド部
１４ 下クラッド部
２０ マッハツェンダ型波長変換素子
２１ 第１の３ｄＢカプラ
２２ マッハツェンダ変調器の干渉アーム
２３ 第２の３ｄＢカプラ
２４ 信号光入力導波路
２５ 半導体光増幅器
１００ 半導体光源
１０１ ＤＦＢレーザ部
１０２ 可変光減衰器部
１０３ 光導波路部
１０４ 反射防止膜
１０５ 高反射膜
１０６ ＤＦＢレーザ電流注入電極
１０７ 可変光減衰器制御電極
１０８ 半導体光源共通n側電極
１１０ 活性層
１１１ 回折格子
１１２ 光導波層（可変光減衰器導波層）
１１３ 光導波層
１３１，１３２ 素子分離溝
２００ 半導体光源
２０２ 可変光減衰器部
２１２ 光導波層

Claims (3)

1. 外部信号光により制御される半導体光源において、
   注入電流により光を出力する分布帰還型半導体レーザと、
   前記分布帰還型半導体レーザに隣接して設けられた可変光減衰器と、
   前記可変光減衰器に隣接して設けられ、片側端面に高反射膜が形成されて外部共振器を構成し、前記光が導波する光導波路を具備し、
   前記分布帰還型半導体レーザと前記可変光減衰器と前記光導波路とが同じ半導体基板上に作製されている
   ことを特徴とする半導体光源。
2. 前記可変光減衰器は、前記分布帰還型半導体レーザの活性層と同じ構造の光導波層を有し、前記光導波層の光吸収量を注入電流量で調整可能とした可変光減衰器である
   ことを特徴とする、請求項１記載の半導体光源。
3. 前記可変光減衰器は、電界吸収効果を用いた可変光減衰器である
   ことを特徴とする、請求項１記載の半導体光源。

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