JP2842399B2 - 受光素子および半導体光装置 - Google Patents
受光素子および半導体光装置Info
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- JP2842399B2 JP2842399B2 JP8229093A JP22909396A JP2842399B2 JP 2842399 B2 JP2842399 B2 JP 2842399B2 JP 8229093 A JP8229093 A JP 8229093A JP 22909396 A JP22909396 A JP 22909396A JP 2842399 B2 JP2842399 B2 JP 2842399B2
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光通信システム，
光計測器，もしくは光情報処理に用いられる受光素子な
らびに半導体光装置に関するものである。
光計測器，もしくは光情報処理に用いられる受光素子な
らびに半導体光装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】高度情報化社会の基盤技術である光通信
システムの発展に伴い、より広い温度で安定した出力特
性ならびに伝送特性を有する半導体光装置が求められて
る。光通信システムの光源としては、比較的短距離の通
信用途においては発光ダイオード（ＬＥＤ；Ｌｉｇｈｔ
Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）が用いられることも
あるが、通常はレーザダイオード（ＬＤ；Ｌａｓｅｒ
Ｄｉｏｄｅ）が用いられる。
システムの発展に伴い、より広い温度で安定した出力特
性ならびに伝送特性を有する半導体光装置が求められて
る。光通信システムの光源としては、比較的短距離の通
信用途においては発光ダイオード（ＬＥＤ；Ｌｉｇｈｔ
Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）が用いられることも
あるが、通常はレーザダイオード（ＬＤ；Ｌａｓｅｒ
Ｄｉｏｄｅ）が用いられる。
【０００３】ＬＤを通信用の発光源として使用する場合
には、通常、発振閾値電流Ｉth付近のバイアス電流Ｉb
を流し、Ｉb にパルス電流Ｉp を加えることにより伝送
信号となる光パルスを発生させている（図１４）。この
際、受信装置のダイナミックレンジの問題から光ファイ
バに入力される光パルスの波高値は出来るだけ一定にす
る必要がある。また、バイアス電流Ｉb が閾値電流Ｉth
よりも大きすぎると、デジタル光信号の０１レベル差
（消光比）の低下から受信感度の劣化を引き起こし、逆
に閾値電流Ｉthよりも小さすぎると、ＬＤの光出力信号
波形における緩和振動振幅や発振遅延時間の増加などに
よって伝送符号誤り率が劣化する。このため、パルス電
流Ｉp およびバイアス電流Ｉb の制御は高精度に行う必
要がある。
には、通常、発振閾値電流Ｉth付近のバイアス電流Ｉb
を流し、Ｉb にパルス電流Ｉp を加えることにより伝送
信号となる光パルスを発生させている（図１４）。この
際、受信装置のダイナミックレンジの問題から光ファイ
バに入力される光パルスの波高値は出来るだけ一定にす
る必要がある。また、バイアス電流Ｉb が閾値電流Ｉth
よりも大きすぎると、デジタル光信号の０１レベル差
（消光比）の低下から受信感度の劣化を引き起こし、逆
に閾値電流Ｉthよりも小さすぎると、ＬＤの光出力信号
波形における緩和振動振幅や発振遅延時間の増加などに
よって伝送符号誤り率が劣化する。このため、パルス電
流Ｉp およびバイアス電流Ｉb の制御は高精度に行う必
要がある。
【０００４】一方、ＬＤそのものの出力特性は周囲の温
度による変化が大きく、その電流−光出力特性は図１５
に示すように、高温ほど閾値電流が増加し、スロープ効
率ηd が低下する。このため、従来、半導体光装置にお
いてはＬＤを一定の温度に保つための温度制御装置が利
用されてきたが、この温度制御装置は高価なだけでな
く、半導体光装置の大きさ及び消費電力を大きくしてし
まうという問題があった。
度による変化が大きく、その電流−光出力特性は図１５
に示すように、高温ほど閾値電流が増加し、スロープ効
率ηd が低下する。このため、従来、半導体光装置にお
いてはＬＤを一定の温度に保つための温度制御装置が利
用されてきたが、この温度制御装置は高価なだけでな
く、半導体光装置の大きさ及び消費電力を大きくしてし
まうという問題があった。
【０００５】これに対し、近年、ＬＤ活性層へ多重量子
井戸構造、あるいは歪多重量子井戸構造を採用すること
によリ、ＬＤの温度特性が大幅に改善され、例えば−４
０℃〜＋８５℃という広い温度範囲において温度制御装
置を用いずにＬＤを使用することが可能となった。
井戸構造、あるいは歪多重量子井戸構造を採用すること
によリ、ＬＤの温度特性が大幅に改善され、例えば−４
０℃〜＋８５℃という広い温度範囲において温度制御装
置を用いずにＬＤを使用することが可能となった。
【０００６】この場合、半導体光装置から光ファイバへ
出力される光強度Ｐf を一定、かつ、バイアス電流Ｉb
をＬＤの閾値電流Ｉth近傍に制御する手段としては、Ｌ
Ｄ後方に設置された監視用受光素子（モニタＰｈｏｔｏ
Ｄｉｏｄｅ；ＰＤ）からの出力電流Ｉm が利用され
る。このため、半導体光装置から光ファイバへ出力され
る光強度Ｐf とモニタＰＤからのモニタ電流Ｉm は温度
によらず、一定の比例関係を有することが必要となる
が、実際にはＬＤからの出力光と光ファイバを結合する
ＬＤモジュールのファイバ結合効率ηc の温度依存性、
あるいはＬＤ素子の前方後方出力比の温度依存性などに
よって、一定のファイバ出力Ｐf に対するモニタ電流Ｉ
m が温度によって変化し、バイアス電流Ｉb 及びパルス
電流Ｉp の制御に悪影響を与えるという問題（トラッキ
ングエラー）が存在する。
出力される光強度Ｐf を一定、かつ、バイアス電流Ｉb
をＬＤの閾値電流Ｉth近傍に制御する手段としては、Ｌ
Ｄ後方に設置された監視用受光素子（モニタＰｈｏｔｏ
Ｄｉｏｄｅ；ＰＤ）からの出力電流Ｉm が利用され
る。このため、半導体光装置から光ファイバへ出力され
る光強度Ｐf とモニタＰＤからのモニタ電流Ｉm は温度
によらず、一定の比例関係を有することが必要となる
が、実際にはＬＤからの出力光と光ファイバを結合する
ＬＤモジュールのファイバ結合効率ηc の温度依存性、
あるいはＬＤ素子の前方後方出力比の温度依存性などに
よって、一定のファイバ出力Ｐf に対するモニタ電流Ｉ
m が温度によって変化し、バイアス電流Ｉb 及びパルス
電流Ｉp の制御に悪影響を与えるという問題（トラッキ
ングエラー）が存在する。
【０００７】以下、この点について説明する。図１６は
従来のＬＤモジュール構造を模式的に示したものである
が、ＬＤ１前方からの光出力Ｐfront はレンズ２を介し
て光ファイバ３に結合される。この時のファイバ出力Ｐ
f はモジュールのファイバ結合効率をηc として、Ｐf
＝ηc ・Ｐfront となる。一方、モニタＰＤ４にはＬＤ
１後方からの光出力Ｐrearの一部が入射されるが、この
ときモニタＰＤ４から出力されるモニタ電流Ｉm は、Ｉ
m ＝Ｐrear・ηr ・（１−Ｒ）・ηPDで表される。ここ
で、ηr は後方出力光がモニタＰＤの受光面に入射され
る際の結合効率、ＲはモニタＰＤ受光面表面の光透過膜
を含む反射率、ηPDはモニタＰＤの光−電流変換効率で
ある。ＬＤの前方後方出力比をａとすると、Ｐfront ＝
ａ・Ｐrearとなるので、
従来のＬＤモジュール構造を模式的に示したものである
が、ＬＤ１前方からの光出力Ｐfront はレンズ２を介し
て光ファイバ３に結合される。この時のファイバ出力Ｐ
f はモジュールのファイバ結合効率をηc として、Ｐf
＝ηc ・Ｐfront となる。一方、モニタＰＤ４にはＬＤ
１後方からの光出力Ｐrearの一部が入射されるが、この
ときモニタＰＤ４から出力されるモニタ電流Ｉm は、Ｉ
m ＝Ｐrear・ηr ・（１−Ｒ）・ηPDで表される。ここ
で、ηr は後方出力光がモニタＰＤの受光面に入射され
る際の結合効率、ＲはモニタＰＤ受光面表面の光透過膜
を含む反射率、ηPDはモニタＰＤの光−電流変換効率で
ある。ＬＤの前方後方出力比をａとすると、Ｐfront ＝
ａ・Ｐrearとなるので、
【０００８】
【０００９】という関係になる。
【００１０】したがって、ηr ，Ｒ，ηPD，ａ，ηc と
いう各係数に温度依存性が存在しなければ、Ｉm とＰf
は温度によらず一定の比例関係を示すことになるが、実
際には以下に述べるような温度依存性によって、Ｉm と
Ｐf の比例関係には温度変化が存在する。
いう各係数に温度依存性が存在しなければ、Ｉm とＰf
は温度によらず一定の比例関係を示すことになるが、実
際には以下に述べるような温度依存性によって、Ｉm と
Ｐf の比例関係には温度変化が存在する。
【００１１】一般にモニタＰＤの受光径は十分に大きい
ため、支持部材の熱膨張がηr に与える影響は小さく、
ηr は温度によらずほぼ一定の値となり、ηPDも通常Ｌ
Ｄの動作可能な温度範囲においてほぼ一定の値を示す。
また、ＰＤ表面の反射率Ｒは従来、モニタＰＤの設計に
おいてほとんど考慮されていないか、あるいは特開昭６
３−１２８７７３の如く、温度変化によってＬＤ発振波
長が変化した場合にも反射率の変化が小さくなるように
設計されてきた。
ため、支持部材の熱膨張がηr に与える影響は小さく、
ηr は温度によらずほぼ一定の値となり、ηPDも通常Ｌ
Ｄの動作可能な温度範囲においてほぼ一定の値を示す。
また、ＰＤ表面の反射率Ｒは従来、モニタＰＤの設計に
おいてほとんど考慮されていないか、あるいは特開昭６
３−１２８７７３の如く、温度変化によってＬＤ発振波
長が変化した場合にも反射率の変化が小さくなるように
設計されてきた。
【００１２】一方、半導体光装置においては十分なファ
イバ結合効率ηc を得るために、一般にレンズによる光
結合が用いられる。この場合支持材料の熱膨張による光
学系アライメントの変化から結合効率の温度変化は、モ
ニタＰＤとの結合効率ηr などに比べてはるかに大き
く、例えば、１９９４年電子情報通信学会春季大会講演
論文集４の２８７頁あるいは１９９５年電子情報通信学
会総合大会講演論文集エレクトロニクス１の１８５頁に
記載されているように、比較的温度変化の小さい良好な
結合特性とされる場合でも２５℃から８５℃の温度変化
に対して、約０．５ｄＢ、即ち１２％にもおよぶ。ＬＤ
素子の前方後方出力比ａの温度変化の小さいＦＰ−ＬＤ
や均一回折格子型ＤＦＢ−ＬＤにおいては、このηc の
温度変化がＩm とＰf の比例関係、即ちトラッキング特
性を悪化させる主要因となっており、このηc の温度変
化を小さくするには、熱膨張の小さな支持材料、あるい
は焦点深度の深い光学レンズなど、より高価な材料なら
びに光学部品が必要となる。比較的大きくなり易いＬＤ
素子を用いた場合、良好なトラッキング特性を有するモ
ジュールの歩留まりはさらに低下し、半導体光装置の低
価格化の妨げとなっていた。
イバ結合効率ηc を得るために、一般にレンズによる光
結合が用いられる。この場合支持材料の熱膨張による光
学系アライメントの変化から結合効率の温度変化は、モ
ニタＰＤとの結合効率ηr などに比べてはるかに大き
く、例えば、１９９４年電子情報通信学会春季大会講演
論文集４の２８７頁あるいは１９９５年電子情報通信学
会総合大会講演論文集エレクトロニクス１の１８５頁に
記載されているように、比較的温度変化の小さい良好な
結合特性とされる場合でも２５℃から８５℃の温度変化
に対して、約０．５ｄＢ、即ち１２％にもおよぶ。ＬＤ
素子の前方後方出力比ａの温度変化の小さいＦＰ−ＬＤ
や均一回折格子型ＤＦＢ−ＬＤにおいては、このηc の
温度変化がＩm とＰf の比例関係、即ちトラッキング特
性を悪化させる主要因となっており、このηc の温度変
化を小さくするには、熱膨張の小さな支持材料、あるい
は焦点深度の深い光学レンズなど、より高価な材料なら
びに光学部品が必要となる。比較的大きくなり易いＬＤ
素子を用いた場合、良好なトラッキング特性を有するモ
ジュールの歩留まりはさらに低下し、半導体光装置の低
価格化の妨げとなっていた。
【００１３】以上のように、半導体装置を構成するＬＤ
モジュールにおいて、Ｉm によるＰf のモニタ精度、す
なわちトラッキング特性を悪化させる要因としては、フ
ァイバ結合効率ηc の温度変化、ならびにＬＤ構造によ
っては前方後方出力比ａの温度変化が主なものとなる
が、このトラッキング特性の温度変化が大きくなると、
前述の如く環境温度の変化に対応してＬＤの駆動条件、
すなわちパルス電流Ｉpならびにバイアス電流Ｉb を高
精度に制御することができなくなり、その結果として半
導体光装置の伝送符号誤り率の増大を引き起こす。この
ため、一定のファイバ出力Ｐf に対するモニタ電流Ｉm
の温度変化は半導体光装置が使用される温度範囲におい
て０．３ｄＢ（約７％）以下、望ましくは０．１５ｄＢ
（約３．５％）以内であることが求められている。
モジュールにおいて、Ｉm によるＰf のモニタ精度、す
なわちトラッキング特性を悪化させる要因としては、フ
ァイバ結合効率ηc の温度変化、ならびにＬＤ構造によ
っては前方後方出力比ａの温度変化が主なものとなる
が、このトラッキング特性の温度変化が大きくなると、
前述の如く環境温度の変化に対応してＬＤの駆動条件、
すなわちパルス電流Ｉpならびにバイアス電流Ｉb を高
精度に制御することができなくなり、その結果として半
導体光装置の伝送符号誤り率の増大を引き起こす。この
ため、一定のファイバ出力Ｐf に対するモニタ電流Ｉm
の温度変化は半導体光装置が使用される温度範囲におい
て０．３ｄＢ（約７％）以下、望ましくは０．１５ｄＢ
（約３．５％）以内であることが求められている。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】従来技術における第１
の問題点は、広い温度範囲において半導体光装置を使用
する場合、モニタＰＤからのモニタ電流Ｉm によってバ
イアス電流Ｉb ならびにパルス電流Ｉp を高精度に制御
することが困難になり、この結果、ＬＤの駆動条件と理
想的な設定値との誤差が温度変化と共に拡大し、伝送品
質を劣化させてしまうという点である。その理由は、モ
ジュールにおけるＬＤ出力光のファイバへの結合効率も
しくはＬＤ素子の前方後方出力比、あるいはその両方に
大きな温度依存性が存在し、ファイバ出力Ｐf とモニタ
電流Ｉm との間に一定の比例関係が成り立たなくなるか
らである。
の問題点は、広い温度範囲において半導体光装置を使用
する場合、モニタＰＤからのモニタ電流Ｉm によってバ
イアス電流Ｉb ならびにパルス電流Ｉp を高精度に制御
することが困難になり、この結果、ＬＤの駆動条件と理
想的な設定値との誤差が温度変化と共に拡大し、伝送品
質を劣化させてしまうという点である。その理由は、モ
ジュールにおけるＬＤ出力光のファイバへの結合効率も
しくはＬＤ素子の前方後方出力比、あるいはその両方に
大きな温度依存性が存在し、ファイバ出力Ｐf とモニタ
電流Ｉm との間に一定の比例関係が成り立たなくなるか
らである。
【００１５】第２の問題点は、上記第１の問題を軽減す
るためにモジュールのファイバ結合効率の温度変化を小
さくしようとする場合、半導体光装置を安価に製造する
ことが困難になる点である。その理由は、モジュールの
結合効率の温度依存性を小さくする為には熱膨張の小さ
な支持材料や焦点深度の深い光学レンズ等、より高価な
材料ならびに光学部品の採用、あるいはモジュール構造
の複雑や部品点数の増加などが必要となるからである。
るためにモジュールのファイバ結合効率の温度変化を小
さくしようとする場合、半導体光装置を安価に製造する
ことが困難になる点である。その理由は、モジュールの
結合効率の温度依存性を小さくする為には熱膨張の小さ
な支持材料や焦点深度の深い光学レンズ等、より高価な
材料ならびに光学部品の採用、あるいはモジュール構造
の複雑や部品点数の増加などが必要となるからである。
【００１６】本発明は、ＬＤモジュールにおけるトラッ
キング特性の温度変化を低減し、広い温度範囲で使用可
能な半導体光装置を安価に提供することを目的とする。
キング特性の温度変化を低減し、広い温度範囲で使用可
能な半導体光装置を安価に提供することを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】従来、半導体ＬＤモジュ
ールの設計において、ほとんど考慮されていない、ある
いは、むしろ小さくなるように設計されていたモニタＰ
Ｄ表面の反射率の波長依存性をモニタＰＤ表面に形成す
る光透過膜の材質，膜厚，層数によって制御し、ＬＤモ
ジュールにおけるファイバ結合効率の温度変化，ＬＤ素
子における前方後方出力比の温度変化等に起因するトラ
ッキング特性の温度変化を低減する。具体的には、光透
過膜の反射率に、反射率最小波長から約２０ｎｍの波長
変化に対して１％以上変化する波長依存性をもたせる。
ールの設計において、ほとんど考慮されていない、ある
いは、むしろ小さくなるように設計されていたモニタＰ
Ｄ表面の反射率の波長依存性をモニタＰＤ表面に形成す
る光透過膜の材質，膜厚，層数によって制御し、ＬＤモ
ジュールにおけるファイバ結合効率の温度変化，ＬＤ素
子における前方後方出力比の温度変化等に起因するトラ
ッキング特性の温度変化を低減する。具体的には、光透
過膜の反射率に、反射率最小波長から約２０ｎｍの波長
変化に対して１％以上変化する波長依存性をもたせる。
【００１８】本発明を用いることによって、高価な材料
や部品あるいは複雑な機械的機構を用いずに、一定のフ
ァイバ出力光強度に対するモニタ電流値の温度変化を低
減し、広い温度範囲における高精度なＬＤの駆動制御が
可能となる。この結果、広い温度範囲で動作可能な光フ
ァイバ通信用の半導体光装置を安価に大量に提供するこ
とが可能となる。
や部品あるいは複雑な機械的機構を用いずに、一定のフ
ァイバ出力光強度に対するモニタ電流値の温度変化を低
減し、広い温度範囲における高精度なＬＤの駆動制御が
可能となる。この結果、広い温度範囲で動作可能な光フ
ァイバ通信用の半導体光装置を安価に大量に提供するこ
とが可能となる。
【００１９】
【発明の実施の形態】次に本発明について図面を参照し
て詳細に説明する。図１（ａ），（ｂ）はそれぞれ本発
明の第１の実施の形態による受光素子表面の光透過膜の
構造、ならびに本発明の第１の実施の形態による受光素
子を用いたＬＤモジュール構造を示したものである。本
実施の形態におけるＬＤモジュールには光源としてファ
ブリ・ペロー共振器型ＬＤ（ＦＰ−ＬＤ）が用いられて
おり、その前方後方出力比ａは、ＬＤ端面の反射率によ
って決定され、温度によらずほぼ一定の値を有する。し
たがって、本ＬＤモジュール構成において、一定のファ
イバ出力Ｐf に対するモニタ電流Ｉm に温度変化を発生
させる主要因は光学系アライメントの温度変化に起因す
るファイバ結合効率ηc の温度変化であり、図２に示す
ように−４０℃〜＋８５℃の温度範囲において２５℃の
値を基準に０．４ｄＢ（約１０％）低下する。
て詳細に説明する。図１（ａ），（ｂ）はそれぞれ本発
明の第１の実施の形態による受光素子表面の光透過膜の
構造、ならびに本発明の第１の実施の形態による受光素
子を用いたＬＤモジュール構造を示したものである。本
実施の形態におけるＬＤモジュールには光源としてファ
ブリ・ペロー共振器型ＬＤ（ＦＰ−ＬＤ）が用いられて
おり、その前方後方出力比ａは、ＬＤ端面の反射率によ
って決定され、温度によらずほぼ一定の値を有する。し
たがって、本ＬＤモジュール構成において、一定のファ
イバ出力Ｐf に対するモニタ電流Ｉm に温度変化を発生
させる主要因は光学系アライメントの温度変化に起因す
るファイバ結合効率ηc の温度変化であり、図２に示す
ように−４０℃〜＋８５℃の温度範囲において２５℃の
値を基準に０．４ｄＢ（約１０％）低下する。
【００２０】一方、本実施の形態にかかる受光素子１６
の表面の透過膜は、室温２５℃におけるＬＤの発振波長
λ＝１３１０ｎｍを設計中心として、 コーティング膜１２：アモルファスシリコン（屈折率
３．２），膜厚＝１０２．３ｎｍ（光路長＝λ／４） コーティング膜１３：シリコン酸化膜（屈折率１．
５），膜厚＝２１８．３ｎｍ（光路長＝λ／４） コーティング膜１４：シリコン酸化膜（屈折率１．
５），膜厚＝４３６．７ｎｍ（光路長＝λ／２） をモニタＰＤ受光面１１−１２−１３−１４−１２の順
で形成することにより、その反射率Ｒに図３のような波
長依存性を持たせている。
の表面の透過膜は、室温２５℃におけるＬＤの発振波長
λ＝１３１０ｎｍを設計中心として、 コーティング膜１２：アモルファスシリコン（屈折率
３．２），膜厚＝１０２．３ｎｍ（光路長＝λ／４） コーティング膜１３：シリコン酸化膜（屈折率１．
５），膜厚＝２１８．３ｎｍ（光路長＝λ／４） コーティング膜１４：シリコン酸化膜（屈折率１．
５），膜厚＝４３６．７ｎｍ（光路長＝λ／２） をモニタＰＤ受光面１１−１２−１３−１４−１２の順
で形成することにより、その反射率Ｒに図３のような波
長依存性を持たせている。
【００２１】本実施の形態において光源として用いてい
るＦＰ−ＬＤの発振波長は図４に示すように、１℃の温
度上昇に対して約０．４ｎｍ長波長化するため、ＬＤ後
方から出力される光に対して、モニタＰＤ表面の光透過
膜の透過率は図５のような温度依存性を有することにな
る。従って、光透過膜を含むＰＤ表面に到達した光のう
ちモニタ電流Ｉm へ寄与する割合は２５℃で９７．１％
であるのに対し、８５℃ならびに−４０℃ではそれぞれ
８９．９％，８８．０％，２５℃からの比率にしてそれ
ぞれ０．３１ｄＢ（７．４％），０．３９ｄＢ（９．４
％）低下する。式（１）からもわかるように、光透過膜
の反射率Ｒのこのような温度変化はファイバ結合効率η
c の温度変化に起因するトラッキング特性の温度変化を
補償し、本実施の形態と同一構造のモジュールにおいて
光透過膜の反射率Ｒに温度依存性が存在しない場合、η
c の温度変化によってＰf ＝１ｍＷ時のＩm が図６の破
線のように０．４ｄＢも変化するのに対し、Ｒに温度依
存性が存在することによって、その温度変化は図６の実
線のように０．１ｄＢ（２．３％）以下に低減される。
るＦＰ−ＬＤの発振波長は図４に示すように、１℃の温
度上昇に対して約０．４ｎｍ長波長化するため、ＬＤ後
方から出力される光に対して、モニタＰＤ表面の光透過
膜の透過率は図５のような温度依存性を有することにな
る。従って、光透過膜を含むＰＤ表面に到達した光のう
ちモニタ電流Ｉm へ寄与する割合は２５℃で９７．１％
であるのに対し、８５℃ならびに−４０℃ではそれぞれ
８９．９％，８８．０％，２５℃からの比率にしてそれ
ぞれ０．３１ｄＢ（７．４％），０．３９ｄＢ（９．４
％）低下する。式（１）からもわかるように、光透過膜
の反射率Ｒのこのような温度変化はファイバ結合効率η
c の温度変化に起因するトラッキング特性の温度変化を
補償し、本実施の形態と同一構造のモジュールにおいて
光透過膜の反射率Ｒに温度依存性が存在しない場合、η
c の温度変化によってＰf ＝１ｍＷ時のＩm が図６の破
線のように０．４ｄＢも変化するのに対し、Ｒに温度依
存性が存在することによって、その温度変化は図６の実
線のように０．１ｄＢ（２．３％）以下に低減される。
【００２２】図７（ａ），（ｂ）はそれぞれ本発明にか
かる第２の実施の形態の受光素子表面の透過膜の構造、
ならびに本発明にかかる第２の実施の形態の受光素子を
用いたＬＤモジュール構造を示したものである。本実施
の形態におけるＬＤモジュールには光源としてλ／４シ
フト分布帰還型ＬＤ（λ／４シフトＤＦＢ−ＬＤ）が用
いられており、その発振波長の温度依存性は図８に示す
ように０．０９ｎｍ／℃と、ＦＤ−ＬＤの１／４以下で
ある。また、本ＬＤ素子の寸方後方出力比ａは図９に示
すように２５℃を基準として−４０℃では＋０．１３ｄ
Ｂ（＋３％），８５℃では０．２１ｄＢ（−５％）変化
する。一方、本実施の形態にかかるＬＤモジュールは本
発明における第１の実施の形態に使用したものよりもフ
ァイバ結合効率ηc の温度変化は小さく、図１０に示す
ように−４０〜＋８５℃の温度範囲で２５℃を基準に
０．３ｄＢ（７％）低下する。これらの結果、本実施の
形態のＬＤモジュール構成において、モニタＰＤ表面の
反射率Ｒに温度依存性が無い場合は図１１の破線に示す
ように、一定のファイバ出力Ｐf に対するモニタ電流Ｉ
m は２５℃を基準に８５℃で＋０．５１ｄＢ（＋１２．
５％），−４０℃で＋０．１７ｄＢ（＋４．０％）変化
する。
かる第２の実施の形態の受光素子表面の透過膜の構造、
ならびに本発明にかかる第２の実施の形態の受光素子を
用いたＬＤモジュール構造を示したものである。本実施
の形態におけるＬＤモジュールには光源としてλ／４シ
フト分布帰還型ＬＤ（λ／４シフトＤＦＢ−ＬＤ）が用
いられており、その発振波長の温度依存性は図８に示す
ように０．０９ｎｍ／℃と、ＦＤ−ＬＤの１／４以下で
ある。また、本ＬＤ素子の寸方後方出力比ａは図９に示
すように２５℃を基準として−４０℃では＋０．１３ｄ
Ｂ（＋３％），８５℃では０．２１ｄＢ（−５％）変化
する。一方、本実施の形態にかかるＬＤモジュールは本
発明における第１の実施の形態に使用したものよりもフ
ァイバ結合効率ηc の温度変化は小さく、図１０に示す
ように−４０〜＋８５℃の温度範囲で２５℃を基準に
０．３ｄＢ（７％）低下する。これらの結果、本実施の
形態のＬＤモジュール構成において、モニタＰＤ表面の
反射率Ｒに温度依存性が無い場合は図１１の破線に示す
ように、一定のファイバ出力Ｐf に対するモニタ電流Ｉ
m は２５℃を基準に８５℃で＋０．５１ｄＢ（＋１２．
５％），−４０℃で＋０．１７ｄＢ（＋４．０％）変化
する。
【００２３】このように、使用するＬＤあるいはＬＤモ
ジュールの構造の違いによって、ＬＤ発振波長の温度変
化の大きさやトラッキング特性の温度変化の傾向は変化
し、本発明における第１の実施の形態の光透過膜構造を
用いてもトラッキング特性の温度変化を上手く補償する
ことができない。
ジュールの構造の違いによって、ＬＤ発振波長の温度変
化の大きさやトラッキング特性の温度変化の傾向は変化
し、本発明における第１の実施の形態の光透過膜構造を
用いてもトラッキング特性の温度変化を上手く補償する
ことができない。
【００２４】これに対し、本発明における第２の実施の
形態における受光素子表面の光透過膜は、−８℃におけ
るＬＤの発振波長λ＝１３０７ｎｍを設計中心として、 コーティング膜１２：アモルファスシリコン（屈折率
３．２），膜厚＝１０２．１ｎｍ（光路長＝λ／４） コーティング膜１７：シリコン窒化膜（屈折率１．
８），膜厚＝１８１．５ｎｍ（光路長＝λ／４） コーティング膜１８：シリコン窒化膜（屈折率１．
８），膜厚＝３６３．１ｎｍ（光路長＝λ／２） をモニタＰＤ受光面１１−１２−１７−１２−１７−１
２−１８−１２−１７−１２の順で形成することによ
り、その反射率Ｒに図１２のような波長依存性を持たせ
ている。したがって、図８の如き発振波長の温度依存性
を有する本実施の形態にかかるλ／４シフトＤＦＢ−Ｌ
Ｄからの出力光に対するモニタＰＤ表面の光透過膜の透
過率（１−Ｒ）の温度依存性は２５℃の透過率を基準
（０ｄＢ）として図１３のようになる。この結果、一定
のファイバ出力Ｐf に対するモニタ電流Ｉm の温度変化
は図１１の実線に示すように、−４０〜＋８５℃の温度
範囲で０．２ｄＢ（５％）以下に低減され、十分に精度
の高いバイアス電流Ｉb ならびにパルス電流Ｉp の制御
を行うことが可能となる。
形態における受光素子表面の光透過膜は、−８℃におけ
るＬＤの発振波長λ＝１３０７ｎｍを設計中心として、 コーティング膜１２：アモルファスシリコン（屈折率
３．２），膜厚＝１０２．１ｎｍ（光路長＝λ／４） コーティング膜１７：シリコン窒化膜（屈折率１．
８），膜厚＝１８１．５ｎｍ（光路長＝λ／４） コーティング膜１８：シリコン窒化膜（屈折率１．
８），膜厚＝３６３．１ｎｍ（光路長＝λ／２） をモニタＰＤ受光面１１−１２−１７−１２−１７−１
２−１８−１２−１７−１２の順で形成することによ
り、その反射率Ｒに図１２のような波長依存性を持たせ
ている。したがって、図８の如き発振波長の温度依存性
を有する本実施の形態にかかるλ／４シフトＤＦＢ−Ｌ
Ｄからの出力光に対するモニタＰＤ表面の光透過膜の透
過率（１−Ｒ）の温度依存性は２５℃の透過率を基準
（０ｄＢ）として図１３のようになる。この結果、一定
のファイバ出力Ｐf に対するモニタ電流Ｉm の温度変化
は図１１の実線に示すように、−４０〜＋８５℃の温度
範囲で０．２ｄＢ（５％）以下に低減され、十分に精度
の高いバイアス電流Ｉb ならびにパルス電流Ｉp の制御
を行うことが可能となる。
【００２５】本発明では、前記各実施の形態に限定され
ることなく、他に多くの改変を実現することができる。
例えば、前記実施の形態においては波長１．３μｍ帯の
半導体レーザ（ＬＤ）への適用について説明したが、こ
れに限定されることはなく、他の波長、例えば１．５５
μｍ帯や１．４８μｍ帯、あるいは０．９８μｍ帯や
０．６３μｍ帯に対しても適用可能である。また、ＬＤ
としてはＦＰ−ＬＤやλ／４シフトＤＦＢ−ＬＤに限定
されることはなく、分布反射型ＬＤ，利得結合回折格子
型ＤＦＢ−ＬＤ，複素結合回折格子型ＤＦＢ−ＬＤ，多
重位相シフト型ＤＦＢ−ＬＤ，あるいは共振器端面の反
射率が強い波長依存性を有するＬＤ等、あらゆるタイプ
のＬＤにおいて適用可能である。さらに、モニタＰＤ表
面の光透過膜の材質，膜厚，層数等前記実施の形態に限
定されるものでなく、種々のＬＤ構造，発振波長，ＬＤ
モジュール構造，あるいはあ導体光装置の使用温度範囲
に対応して、そのトラッキング特性の温度変化を補正す
る効果をもたせるために、種々の材料，膜厚，層数を適
用することができる。
ることなく、他に多くの改変を実現することができる。
例えば、前記実施の形態においては波長１．３μｍ帯の
半導体レーザ（ＬＤ）への適用について説明したが、こ
れに限定されることはなく、他の波長、例えば１．５５
μｍ帯や１．４８μｍ帯、あるいは０．９８μｍ帯や
０．６３μｍ帯に対しても適用可能である。また、ＬＤ
としてはＦＰ−ＬＤやλ／４シフトＤＦＢ−ＬＤに限定
されることはなく、分布反射型ＬＤ，利得結合回折格子
型ＤＦＢ−ＬＤ，複素結合回折格子型ＤＦＢ−ＬＤ，多
重位相シフト型ＤＦＢ−ＬＤ，あるいは共振器端面の反
射率が強い波長依存性を有するＬＤ等、あらゆるタイプ
のＬＤにおいて適用可能である。さらに、モニタＰＤ表
面の光透過膜の材質，膜厚，層数等前記実施の形態に限
定されるものでなく、種々のＬＤ構造，発振波長，ＬＤ
モジュール構造，あるいはあ導体光装置の使用温度範囲
に対応して、そのトラッキング特性の温度変化を補正す
る効果をもたせるために、種々の材料，膜厚，層数を適
用することができる。
【００２６】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば高
価な材料や部品あるいは複雑な機械的機構を用いなくと
も、一定のファイバ出力光強度に対するモニタ電流値の
温度変化を低減し、広い温度範囲における高精度なＬＤ
の駆動制御が可能となるということである。これによ
り、広い温度範囲で動作可能な光ファイバ通信用の半導
体光装置を安価に大量に提供することが可能となる。
価な材料や部品あるいは複雑な機械的機構を用いなくと
も、一定のファイバ出力光強度に対するモニタ電流値の
温度変化を低減し、広い温度範囲における高精度なＬＤ
の駆動制御が可能となるということである。これによ
り、広い温度範囲で動作可能な光ファイバ通信用の半導
体光装置を安価に大量に提供することが可能となる。
【００２７】その理由は、従来、半導体ＬＤモジュール
の設計において、ほとんど考慮されていない、あるい
は、むしろ小さくなるように設計されていたモニタＰＤ
表面の反射率の波長依存性を膜の材質，膜厚，層数の設
計によって制御し、ＬＤモジュールにおけるファイバ結
合効率の温度変化、あるいはＬＤ素子における前方後方
出力比の温度変化等に起因するトラッキング特性の温度
変化を低減する高価を持たせるためである。
の設計において、ほとんど考慮されていない、あるい
は、むしろ小さくなるように設計されていたモニタＰＤ
表面の反射率の波長依存性を膜の材質，膜厚，層数の設
計によって制御し、ＬＤモジュールにおけるファイバ結
合効率の温度変化、あるいはＬＤ素子における前方後方
出力比の温度変化等に起因するトラッキング特性の温度
変化を低減する高価を持たせるためである。
【図１】（ａ），（ｂ）はそれぞれ本発明の第１の実施
の形態による受光素子表面の光透過膜の構造を示す図、
および本発明の第１の実施の形態による受光素子を用い
たＬＤモジュール構造を模式的に示した図である。
の形態による受光素子表面の光透過膜の構造を示す図、
および本発明の第１の実施の形態による受光素子を用い
たＬＤモジュール構造を模式的に示した図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態におけるＬＤモジュ
ールのファイバ結合効率ηc の温度依存性を示す図であ
る。
ールのファイバ結合効率ηc の温度依存性を示す図であ
る。
【図３】本発明の第１の実施の形態による受光素子表面
の光透過膜の反射率Ｒの波長依存性を示す図である。
の光透過膜の反射率Ｒの波長依存性を示す図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態における光源である
ＦＰ−ＬＤの発振波長の温度依存性を示す図である。
ＦＰ−ＬＤの発振波長の温度依存性を示す図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態における受光素子表
面の光透過膜の透過率（１−Ｒ）の温度依存性を示す図
である。
面の光透過膜の透過率（１−Ｒ）の温度依存性を示す図
である。
【図６】本発明の第１の実施の形態における受光素子を
適用した場合の一定ファイバ出力Ｐf に対するモニタ電
流Ｉm の温度依存性を従来例に比較して示す図である。
適用した場合の一定ファイバ出力Ｐf に対するモニタ電
流Ｉm の温度依存性を従来例に比較して示す図である。
【図７】（ａ），（ｂ）はそれぞれ本発明の第２の実施
の形態による受光素子表面の光透過膜の構造を示す図、
および本発明の第２の実施の形態による受光素子を用い
たＬＤモジュール構造を模式的に示した図である。
の形態による受光素子表面の光透過膜の構造を示す図、
および本発明の第２の実施の形態による受光素子を用い
たＬＤモジュール構造を模式的に示した図である。
【図８】本発明の第２の実施の形態における光源である
λ／４シフトＤＦＢ−ＦＤの発振波長の温度依存性を示
す図である。
λ／４シフトＤＦＢ−ＦＤの発振波長の温度依存性を示
す図である。
【図９】本発明の第２の実施の形態における光源である
λ／４シフトＤＦＢ−ＬＤの前方後方出力比ａの温度依
存性を示す図である。
λ／４シフトＤＦＢ−ＬＤの前方後方出力比ａの温度依
存性を示す図である。
【図１０】本発明の第２の実施の形態におけるＬＤモジ
ュールのファイバ結合効率ηc の温度依存性を示す図で
ある。
ュールのファイバ結合効率ηc の温度依存性を示す図で
ある。
【図１１】本発明の第２の実施の形態における受光素子
を適用した場合の一定ファイバ出力Ｐf に対するモニタ
電流Ｉm の温度依存性を従来例に比較して示す図であ
る。
を適用した場合の一定ファイバ出力Ｐf に対するモニタ
電流Ｉm の温度依存性を従来例に比較して示す図であ
る。
【図１２】本発明の第２の実施の形態による受光素子表
面の光透過膜の反射率Ｒの波長依存性を示す図である。
面の光透過膜の反射率Ｒの波長依存性を示す図である。
【図１３】本発明の第２実施の形態による受光素子表面
の透過率（１−Ｒ）の温度依存性を示す図である。
の透過率（１−Ｒ）の温度依存性を示す図である。
【図１４】光通信用ＬＤの駆動方式を説明するための図
である。
である。
【図１５】ＬＤの電流−光出力特性の温度依存性を示す
図である。
図である。
【図１６】従来のＬＤモジュール構造を模式的に示した
図である。
図である。
１ 半導体レーザ（ＬＤ） ２ 光学レンズ ３ 光ファイバ ４ 監視用受光素子（モニタＰＤ） ５ 前方出力Ｐfront ６ ファイバ出力Ｐf ７ 後方出力Ｐrear ８ 駆動電流 ９ モニタ電流Ｉm １０ 接地電極 １１ モニタＰＤ受光面
Claims (2)
- 【請求項１】 受光面に少なくとも１層の光透過膜を有
する受光素子において、前記光透過膜の反射率が反射率
最小波長から２０ｎｍの波長変化に対して１％以上変化
する波長依存性を有することを特徴とする受光素子。 - 【請求項２】 請求項１記載の受光素子を光出力監視用
受光素子として用いることにより、一定光出力に対する
モニタ電流値の温度変化を低減したことを特徴とする半
導体光装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8229093A JP2842399B2 (ja) | 1996-08-29 | 1996-08-29 | 受光素子および半導体光装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8229093A JP2842399B2 (ja) | 1996-08-29 | 1996-08-29 | 受光素子および半導体光装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1074972A JPH1074972A (ja) | 1998-03-17 |
| JP2842399B2 true JP2842399B2 (ja) | 1999-01-06 |
Family
ID=16886651
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8229093A Expired - Fee Related JP2842399B2 (ja) | 1996-08-29 | 1996-08-29 | 受光素子および半導体光装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2842399B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110119011A (zh) * | 2018-02-07 | 2019-08-13 | 深圳市创鑫激光股份有限公司 | 激光镜头及具有该激光镜头的激光输出头、激光器 |
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|---|---|---|---|---|
| JP4555725B2 (ja) * | 2005-04-13 | 2010-10-06 | パナソニック株式会社 | 受光回路、半導体レーザ装置および光ピックアップ装置 |
| JP2007165652A (ja) | 2005-12-14 | 2007-06-28 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 半導体発光装置 |
| JP5319397B2 (ja) * | 2009-05-27 | 2013-10-16 | シャープ株式会社 | 半導体レーザ装置 |
| JP6593547B1 (ja) * | 2018-04-16 | 2019-10-23 | 三菱電機株式会社 | 光モジュール |
-
1996
- 1996-08-29 JP JP8229093A patent/JP2842399B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110119011A (zh) * | 2018-02-07 | 2019-08-13 | 深圳市创鑫激光股份有限公司 | 激光镜头及具有该激光镜头的激光输出头、激光器 |
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|---|---|
| JPH1074972A (ja) | 1998-03-17 |
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