JP4934271B2 - 単一電源駆動光集積装置 - Google Patents
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Description
アイソレーション領域の長さを十分に確保する事ができない場合、この領域に存在する電極コンタクト層などの低抵抗層をエッチングで除去する、または、この領域にイオンインプランテーションすることで、抵抗を大きくすることがなされている。
従来のEA/DFBのような構造の集積デバイスにおいて、互いに逆方向のバイアスをかけて独立にデバイスを駆動するためには、共通のグランドを有していることに起因して、集積している個々のデバイスに対して別々の駆動電源が必要になる。EA/DFBではDFBレーザは正電源、EA変調器は負電源で駆動している。
p型基板上の集積デバイスの場合も同様である。この場合、アノードであるp電極113が基板の下部に形成され、共通のグランドとして用いられる。
1つの正電源または負電源で、正方向にバイアスをかけるデバイスと負方向にバイアスをかけるデバイスを駆動するためには、図2に示すような回路図の構成をとらなければならない。この構成において、正方向にバイアスをかけるデバイスと負方向にバイアスをかけるデバイスがモノリシックに集積されている場合、従来のようにアノードまたはカソードのどちらか一方のみ電気的に分離する構造ではなく、アノードとカソードの両方を電気的に分離しなければならない。
単一の電源で駆動できる集積デバイス構造の先願の例として、たとえば特許文献1、特許文献2がある。特許文献1では、結晶成長でp型半導体とn型半導体の積層の順番を逆にして、導電性基板上の集積された片方のデバイスの極性を反転させて、一つの電源でデバイスの上側から下側に向かってバイアスをかけて駆動する構造である。この構造ではp-nの接合が多くできてしまうために、デバイス特性の劣化が懸念される。また、このような構造は結晶成長上難しく、実現性に乏しい。特許文献1は基板とデバイスの活性層の間に存在する1層を酸化させることで、デバイスを基板から電気的に分離している。しかし、酸化可能なAlを含む層を用いなければならず、適用可能性が材料系に依存する。また、デバイス間が導波路により結合されていないため、デバイス間の結合効率が低下する欠点を有している。
(実施の形態1)
図6は、本発明の実施形態の例であるリッジ型導波路型半導体レーザ素子の構造を示す斜視図である。図7は、図6の活性領域の導波路方向の断面を表す図である。図8は、EA変調器部の導波路に垂直な方向の断面図である。
もちろん、前記の構造で、p型とn型が入れ替わった構造でもよい。
なお、一般的に、金属などの導電帯の抵抗率は10-6Ωm以下、半導体の抵抗率は10-6〜104Ωm、絶縁体の抵抗率は108Ωm以上である。本願で述べた半絶縁性の基板や層は、半導体と絶縁体の間の抵抗率であり、抵抗率が104〜108Ωmの物質を差すものとする。
まず、たとえばFeをドーピングしたInP基板などの半絶縁性基板の上に、まず導電性の下側コンタクト層を数μmの厚に積層し、その次に、集積する各デバイスに必要な下側光ガイド層、活性層、上側光ガイド層、クラッド層、コンタクト層などを結晶成長する。集積する各デバイスは、選択成長などを用いて同時に結晶成長で形成しても、バットジョイント成長技術を用いて別々の結晶成長で形成してもよい。コンタクト層まで結晶成長した後、エッチングにより上側のクラッド層まで、エッチングでストライプ状に加工する。次にプロトンやヘリウムイオンなどのイオンを基板に達する深さまで打ち込み、デバイス間のアイソレーション抵抗をp側、n側ともに高くする。
また、デバイスの結晶成長後に分離領域を基板に達するまでエッチングし、FeやRuをドーピングしたInPなどの半絶縁体層をバットジョイント法で形成することにより、高抵抗の分離領域を形成することで、アイソレーション領域の高抵抗化を実現することも可能である。
上側層のアイソレーション抵抗を高くする方法は、アイソレーション領域に存在する電極コンタクト層などの低抵抗層をエッチングで除去する、アイソレーション部の長さを十分に取るなどの手法でもよい。
また、半絶縁性基板の代わりに、導電性基板を用いて、基板の上に、数μm程度の半絶縁体層を結晶成長で形成して、その上にデバイスを形成しても、同様の構造が実現できる。
他に挙げた集積デバイスの作製方法についても,前記方法から容易に推定できよう。
(実施の形態2)
図9は実施形態1に示したリッジ型導波路型の光変調器集積レーザの導波路構造を埋込ヘテロ型導波路に変えた構造を示す斜視図である。また、図10はストライプに沿った断面を表示した図である。素子の基本的な作製手法は、埋め込みヘテロ型導波路構造の導入に伴う、メサエッチング工程とその後の埋め込み層131の形成以外はほぼ同じであるため詳細な説明は割愛する。
(実施の形態3)
図11は本発明の実施の形態の例であり、小型光送信モジュールの内部に本発明の単一電源駆動に対応した光変調器集積レーザを搭載した小型光送信モジュールの模式図である。DFBレーザ201とEA変調器202がモノリシック集積された実施の形態1または2に記載の光変調器集積レーザ203、とを図に示すように小型光送信モジュール212内に実装する。EA変調器のドライバIC204とDFBレーザのドライバIC214は同一チップ内にモノリシック集積されていても良い。前述のように本モジュールは正電源215のみにより駆動できるため、モジュール全体の小型化・省電力化が図れる構成となっている。
(実施の形態4)
図12は本発明の実施の形態の例であり、実施の形態3に示す小型光送信モジュール222と別に作製した小型光受信モジュール223とを搭載した小型光送受信器パッケージの模式図である。図において、224は光送信モジュール駆動系、225は光受信モジュール駆動系、226は小型光送受信器パッケージ、221は送受一対のファイバを表す。
101…導電性半導体基板、
102…活性層、
103…メサ状導波路、
104…上側光ガイド層、
105…下側光ガイド層、
106…上側クラッド層、
107…EA変調器上側電極、
108…EA変調器上側電極コンタクト部、
109…DFBレーザ上側電極、
110…DFBレーザ上側電極コンタクト部、
111…低誘電体樹脂、
112…イオンインプランテーション領域、
113…レーザ、変調器共通下側電極、
120…下側コンタクト層、
121…EA変調器下側電極、
122…EA変調器下側電極コンタクト部、
123…DFBレーザ下側電極、
124…DFBレーザ下側電極コンタクト部、
130…回折格子、
131…埋め込み層、
140…裏面金属、
150…パッシベーション膜、
201…DFBレーザ、
202…EA変調器、
203…EA/DFB、
204…EA変調器のドライバIC、
205…直流正電源、
206…直流負電源、
211…リード、
212…小型光送信モジュール、
214…DFBレーザのドライバIC、
215…正電源、
221…光ファイバ、
222…光送信モジュール、
223…光受信モジュール、
224…光送信モジュール駆動系、
225…光受信モジュール駆動系、
226…小型光送受信器パッケージ。
Claims (3)
- 互いに逆方向にバイアスを印加して駆動する少なくとも2つのデバイスを搭載した単一電源駆動光集積装置において、
前記デバイスのそれぞれは、半絶縁性若しくは絶縁性の電気抵抗を有する基板と、
前記基板上に形成された活性層を含む半導体層と、
前記半導体層上に形成されたメサ状導波路とを有し、
前記デバイスの一方がEA変調器であり、他方がDFBレーザであって、
前記EA変調器のカソードと前記DFBレーザのアノードとが同一極性電源に接続され、
前記メサ状導波路および前記活性層を超え、前記基板に達するまでの高抵抗を有する分離領域を、半絶縁性半導体材料を結晶成長することで選択的に設けることにより、前記デバイスのそれぞれのアノード同士およびカソード同士を相互に電気的に分離し、
前記同一極性電源が正電源であって、
前記EA変調器および前記DFBレーザのいずれもが、前記基板上にn型半導体層/活性層/p型半導体層の順に積層された積層体で構成されていることを特徴とする単一電源駆動光集積装置。 - 請求項1に記載の単一電源駆動光集積装置を用いた光送信モジュール。
- 請求項2に記載の光送信モジュールを用いた光通信システム装置。
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