JP2013153015A

JP2013153015A - 光変調器集積光源

Info

Publication number: JP2013153015A
Application number: JP2012012238A
Authority: JP
Inventors: Kazuhisa Takagi; 和久高木; Takeshi Yamatoya; 武大和屋
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2012-01-24
Filing date: 2012-01-24
Publication date: 2013-08-08

Abstract

【課題】長期信頼性の高い光変調器集積光源を得る。
【解決手段】導電性のｎ−ＩｎＰ基板１上に半導体レーザ２と光変調器３が設けられている。光変調器３は半導体レーザ２の出力光を変調する。ｎ−ＩｎＰ基板１の下面に共通カソード電極５が設けられ、半導体レーザ２の上面にアノード電極６が設けられ、光変調器３の上面にアノード電極７が設けられている。半絶縁性半導体又はアンドープ半導体からなる電流阻止層１７が、ｎ−ＩｎＰ基板１と光変調器３の間に設けられている。ただし、電流阻止層１７は、ｎ−ＩｎＰ基板１と半導体レーザ２との間には設けられていない。この電流阻止層１７により、光変調器３の駆動による漏洩高周波電流が半導体レーザ２に流れるのを防ぐ。
【選択図】図１

Description

本発明は、光ファイバ通信システムの光源として用いる光変調器集積光源に関する。

従来の光変調器集積光源では、ＦｅドープＩｎＰ基板上に半導体レーザと光変調器を集積していた（例えば、非特許文献１参照）。ＦｅドープＩｎＰ基板は、導電性のＩｎＰ基板と比べて結晶欠陥の密度が約１０倍大きい（例えば、非特許文献２参照）。

Fraunhofer Heinrich Hertz Institute、InP-Modulators、インターネット<URL: http://www.hhi.fraunhofer.de/en/departments/photonic-components/inp-modulators/> 住友電工ホームページ、インターネット<URL: http://www.sei.co.jp/sc/products/inp/han.html>

電流注入により発光する半導体レーザは、基板の結晶欠陥の影響によって短期間で劣化が生じやすい。従って、ＦｅドープＩｎＰ基板を用いた従来の光変調器集積光源は未だ実用には至っていない。一方、導電性のＩｎＰ基板を用いた場合には、光変調器の駆動による漏洩高周波電流が半導体レーザに悪影響を及ぼすという問題があった。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その目的は長期信頼性の高い光変調器集積光源を得るものである。

本発明に係る光変調器集積光源は、導電性の半導体基板と、前記半導体基板上に設けられた半導体レーザと、前記半導体基板上に設けられ、前記半導体レーザの出力光を変調する光変調器と、前記半導体基板の下面に設けられた第１の電極と、前記半導体レーザの上面に設けられた第２の電極と、前記光変調器の上面に設けられた第３の電極と、前記半導体基板と前記光変調器の間に設けられ、前記半導体基板と前記半導体レーザとの間には設けられておらず、半絶縁性半導体又はアンドープ半導体からなり、前記光変調器の駆動による漏洩高周波電流が前記半導体レーザに流れるのを防ぐ電流阻止層とを備えることを特徴とする。

本発明により、長期信頼性の高い光変調器集積光源を得ることができる。

本発明の実施の形態に係る光変調器集積光源の光の進行方向に沿った断面図である。図１のＡ−Ａ´に沿った断面図である。図１のＢ−Ｂ´に沿った断面図である。比較例に係る光変調器集積光源の光の進行方向に沿った断面図である。図４のＡ−Ａ´に沿った断面図である。図４のＢ−Ｂ´に沿った断面図である。本発明の実施の形態に係る光変調器集積光源の変形例を示す断面図である。

本発明の実施の形態に係る光変調器集積光源について図面を参照して説明する。同じ又は対応する構成要素には同じ符号を付し、説明の繰り返しを省略する場合がある。

図１は、本発明の実施の形態に係る光変調器集積光源の光の進行方向に沿った断面図である。図２は図１のＡ−Ａ´に沿った断面図である。図３は図１のＢ−Ｂ´に沿った断面図である。

導電性のｎ−ＩｎＰ基板１上に半導体レーザ２と光変調器３が設けられている。ｎ−ＩｎＰ基板１上において半導体レーザ２と光変調器３の間に光導波路部４が設けられている。

ｎ−ＩｎＰ基板１の下面に共通カソード電極５が設けられ、半導体レーザ２の上面にアノード電極６が設けられ、光変調器３の上面にアノード電極７が設けられている。共通カソード電極５及びアノード電極６，７はＴｉ／Ｐｔ／Ａｕからなる。半導体レーザ２、光変調器３及び光導波路部４のアノード電極６，７以外の部分はＳｉＮ絶縁膜８で覆われている。

半導体レーザ２は、ｎ−ＩｎＰ基板１上に順に積層されたｎ−ＩｎＰクラッド層９、アンドープＩｎＧａＡｓＰ多重量子井戸の活性層１０、ｐ−ＩｎＰクラッド層１１、及びｐ−ＩｎＧａＡｓコンタクト層１２を有する。ｐ−ＩｎＰクラッド層１１内にｐ−ＩｎＧａＡｓＰ回折格子層１３が設けられている。この半導体レーザ２は、活性層１０の両側がｐ−ＩｎＰブロック層１４及びｎ−ＩｎＰブロック層１５で埋め込まれた埋め込みヘテロ構造である。

光変調器３は、ｎ−ＩｎＰ基板１上に順に積層されたｎ−ＩｎＰクラッド層９、アンドープＩｎＧａＡｓＰ多重量子井戸のコア層１６、ｐ−ＩｎＰクラッド層１１、及びｐ−ＩｎＧａＡｓコンタクト層１２を有する。この光変調器３はマッハツェンダ型光変調器である。

本実施の形態の特徴として、半絶縁性ＩｎＰ又はアンドープＩｎＰからなる電流阻止層１７が、ｎ−ＩｎＰ基板１と光変調器３の間に設けられている。ただし、電流阻止層１７は、ｎ−ＩｎＰ基板１と半導体レーザ２との間には設けられていない。

光導波路部４は、ｎ−ＩｎＰ基板１上に順に積層されたクラッド層１８、アンドープＩｎＧａＡｓＰコア層１９、及びクラッド層２０を有する。クラッド層１８，２０は半絶縁性ＩｎＰ又はアンドープＩｎＰからなる。

続いて、光変調器集積光源の動作を説明する。共通カソード電極５とアノード電極６の間に印加された電圧に応じて半導体レーザ２に電流が流れて発光する。光導波路部４は半導体レーザ２の出力光を光変調器３に導く。共通カソード電極５とアノード電極７の間に印加された電圧に応じて光変調器３は半導体レーザ２の出力光を変調する。この際に、ｎ−ＩｎＰ基板１と光変調器３の間に電流阻止層１７があるため、光変調器３には基本的に電流が流れない。ここで、光変調器３は電圧が印加されることにより動作するデバイスであり、電界吸収型光変調器とは異なり電流が流れる必要はない。

続いて、本実施の形態の効果を比較例と比較して説明する。図４は、比較例に係る光変調器集積光源の光の進行方向に沿った断面図である。図５は図４のＡ−Ａ´に沿った断面図である。図６は図４のＢ−Ｂ´に沿った断面図である。比較例では、電流阻止層１７が無く、導電性のｎ−ＩｎＰ基板１の代わりに半絶縁性のＦｅドープＩｎＰ基板２１を用い、光導波路部４の半絶縁性又はアンドープのクラッド層１８，２０の代わりに導電性のｎ−ＩｎＰクラッド層９及びｐ−ＩｎＰクラッド層１１を用いている。

比較例では、結晶欠陥密度の高い半絶縁性のＦｅドープＩｎＰ基板２１を用いているため、短期間で半導体レーザ２の劣化が生じる。一方、本実施の形態では、結晶欠陥密度の低い導電性のｎ−ＩｎＰ基板１を用いているため、半導体レーザ２の長期信頼性が損なわれることがない。

また、本実施の形態では、光変調器３と半導体レーザ２が電流阻止層１７により電気的に絶縁されているため、光変調器３の駆動による漏洩高周波電流が半導体レーザ２に流れるのを防ぐことができる。この結果、光変調器３の駆動による漏洩高周波電流が半導体レーザ２に悪影響を及ぼすことはない。

また、電流阻止層１７や光導波路部４に用いられる半絶縁性ＩｎＰはＦｅ又はＲｕがドープされたＩｎＰであり、アンドープＩｎＰの不純物濃度は５×１０^１６ｃｍ^−３以下であることが、電気的アイソレーション確保の点で好ましい。

図７は、本発明の実施の形態に係る光変調器集積光源の変形例を示す断面図である。半導体レーザ２は上記実施の形態では埋め込みヘテロ構造であるが、変形例のようなリッジ型構造でもよい。この場合にも上記実施の形態と同様の効果を得ることができる。

なお、ｎ−ＩｎＰ基板１の代わりにｐ−ＩｎＰ基板を用いてもよい。また、光変調器３のコア層や半導体レーザ２の活性層はＩｎＧａＡｓＰ多重量子井戸に限らず、ＡｌＧａＩｎＡｓ多重量子井戸、ＩｎＧａＡｓＰ単層、ＡｌＧａＩｎＡｓ単層でもよい。この場合にも上記実施の形態と同様の効果を得ることができる。

１ｎ−ＩｎＰ基板（半導体基板）
２半導体レーザ
３光変調器
４光導波路部
５共通カソード電極（第１の電極）
６アノード電極（第２の電極）
７アノード電極（第３の電極）
１７電流阻止層

Claims

導電性の半導体基板と、
前記半導体基板上に設けられた半導体レーザと、
前記半導体基板上に設けられ、前記半導体レーザの出力光を変調する光変調器と、
前記半導体基板の下面に設けられた第１の電極と、
前記半導体レーザの上面に設けられた第２の電極と、
前記光変調器の上面に設けられた第３の電極と、
前記半導体基板と前記光変調器の間に設けられ、前記半導体基板と前記半導体レーザとの間には設けられておらず、半絶縁性半導体又はアンドープ半導体からなり、前記光変調器の駆動による漏洩高周波電流が前記半導体レーザに流れるのを防ぐ電流阻止層とを備えることを特徴とする光変調器集積光源。
前記半導体基板上において前記半導体レーザと前記光変調器の間に設けられ、前記半導体レーザの出力光を前記光変調器に導く光導波路部を更に備え、
前記光導波路部は半絶縁性半導体又はアンドープ半導体からなることを特徴とする請求項１に記載の光変調器集積光源。
前記半絶縁性半導体はＦｅ又はＲｕがドープされたＩｎＰであることを特徴とする請求項１又は２に記載の光変調器集積光源。
前記アンドープ半導体の不純物濃度は５×１０^１６ｃｍ^−３以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載の光変調器集積光源。