JP4961732B2 - Light modulator integrated light source - Google Patents
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Description
本発明は、レーザなどの光源と電界吸収型光強度変調器とがモノリシック集積されて構成された光変調器集積光源に関するものである。 The present invention relates to an optical modulator integrated light source in which a light source such as a laser and an electroabsorption optical intensity modulator are monolithically integrated.
インターネットなどの広帯域マルチメディア通信サービスの爆発的な需要増加に伴い、より大容量かつ高機能な光ファイバ通信システムの開発が求められている。このキーコンポーネントである光源デバイス、特に伝送距離の長い幹線系光ファイバ通信システム向けの光源デバイスには、高速変調が可能なことはもちろん、長距離伝送後の光波形劣化を招く光強度変調時の位相変調(波長チャーピング)が極力抑えられていることが求められる。 With the explosive demand for broadband multimedia communication services such as the Internet, the development of larger capacity and higher performance optical fiber communication systems is required. This light source device, which is a key component, especially light source devices for trunk optical fiber communication systems with long transmission distances, is capable of high-speed modulation, as well as light intensity modulation that causes optical waveform degradation after long-distance transmission. It is required that phase modulation (wavelength chirping) be suppressed as much as possible.
この中で、バルク化合物半導体のフランツ−ケルディッシュ効果や多重量子井戸構造の量子閉じ込めシュタルク効果といった、印加電界に応じて光吸収係数が変化する電界吸収効果を応用した電界吸収型光強度変調器が、注目されている。この電界吸収型光強度変調器は、高速応答が可能であり、半導体レーザダイオードの駆動電流を直接変調する場合に比べて光強度変調時の波長チャーピングも小さい。さらに、電界吸収型光強度変調器は、分布帰還型半導体レーザダイオード(DFB−LD)に代表される光源デバイスとモノリシック集積が可能であり、光源モジュールの小型化・低コスト化も期待できることなど、光源デバイスとして優れた特長を有している(特許文献1,特許文献2,特許文献3,特許文献4,特許文献5,特許文献6,特許文献7,特許文献8,特許文献9,特許文献10,特許文献11参照)。現在、DFB−LDと電界吸収型光強度変調器とをモノリシック集積した集積光源(光変調器集積光源)を搭載した光モジュールが、2.5〜10Gb/s級の基幹系光ファイバ通信システムの光源として多数導入されている。 Among these, electroabsorption-type optical intensity modulators that apply electroabsorption effects that change the optical absorption coefficient according to the applied electric field, such as the Franz-Keldish effect of bulk compound semiconductors and the quantum confined Stark effect of multiple quantum well structures, ,Attention has been paid. This electroabsorption optical intensity modulator is capable of high-speed response and has a smaller wavelength chirping at the time of optical intensity modulation than when directly modulating the drive current of the semiconductor laser diode. Furthermore, the electroabsorption optical intensity modulator can be monolithically integrated with a light source device typified by a distributed feedback semiconductor laser diode (DFB-LD), and can be expected to reduce the size and cost of the light source module. It has excellent features as a light source device (Patent Literature 1, Patent Literature 2, Patent Literature 3, Patent Literature 4, Patent Literature 5, Patent Literature 6, Patent Literature 7, Patent Literature 8, Patent Literature 9, Patent Literature 10, see Patent Document 11). At present, an optical module equipped with an integrated light source (optical modulator integrated light source) monolithically integrated with a DFB-LD and an electroabsorption optical intensity modulator is a core optical fiber communication system of 2.5 to 10 Gb / s class. Many have been introduced as light sources.
しかし、光変調器集積光源では、次に示すように、モノリシック集積デバイス故に避けられない課題もある。レーザ領域から光変調器領域への間(以下、分離領域)の有限な抵抗(以下、分離抵抗)を介して流れる漏れ電流は、レーザ領域の活性層に本来注入されるべきキャリア数を変化させてしまう。このため、上記分離抵抗は、光出力変動はもちろん、キャリア密度変化に比例した実効屈折率変化を通じて発振波長変動(FM変調)も引き起こす。後者は、LDを直接変調する際の波長チャーピングそのものであり、光変調器領域の低チャープ動作を相殺してしまう深刻な問題である。 However, in the light modulator integrated light source, there are problems that cannot be avoided because of the monolithic integrated device as described below. A leakage current flowing through a finite resistance (hereinafter referred to as separation resistance) between the laser region and the optical modulator region (hereinafter referred to as isolation region) changes the number of carriers that should be injected into the active layer in the laser region. End up. For this reason, the separation resistor causes not only the light output fluctuation but also the oscillation wavelength fluctuation (FM modulation) through the effective refractive index change proportional to the carrier density change. The latter is wavelength chirping itself when directly modulating the LD, and is a serious problem that cancels out the low chirp operation in the optical modulator region.
分離抵抗は、分離領域における電極コンタクト層とクラッド層各々の並列合成抵抗で与えられるため、分離抵抗による問題の改善策として、より導電率の高い電極コンタクト層を分離領域すべてにわたって除去することが考えられる。しかし、この方法で実現できる分離抵抗は、高々数kΩにとどまり、前述した発振波長変動を抑える上で実用上不十分である。このため、一般的には、クラッド層の一部までエッチングするあるいは導電性を阻害する元素をイオン注入するなどの改善策を、上述した改善策と併用するのが一般的である。 Since the separation resistance is given by the parallel combined resistance of the electrode contact layer and the cladding layer in the separation region, it is considered that the electrode contact layer with higher conductivity is removed over the entire separation region as a measure for improving the problem due to the separation resistance. It is done. However, the isolation resistance that can be realized by this method is at most several kΩ, which is insufficient in practice for suppressing the oscillation wavelength fluctuation described above. Therefore, generally, an improvement measure such as etching to a part of the cladding layer or ion implantation of an element that impairs conductivity is used in combination with the above-described improvement measure.
光変調器集積光源では、上述した問題以外にも分離領域の光吸収で発生する電子−正孔対(以下、フォトキャリア)の影響も考慮する必要がある。これは、フォトキャリア密度に比例する価電子帯間吸収が、信号光の強度のみならず信号光が感じる屈折率をも変化させるため、信号光が分離領域を通過する間にこの位相まで変調を受けてしまうことによる。特に問題となるのは、光変調器領域に印加する逆バイアス電圧を変調することでこのフォトキャリアの分布が動的に変化することである。従って、光変調器領域を駆動すると、光変調器領域に到達する前に、信号光には予め強度変調と位相変調が重畳されてしまう。 In the optical modulator integrated light source, it is necessary to consider the influence of electron-hole pairs (hereinafter, photocarriers) generated by light absorption in the separation region in addition to the above-described problems. This is because the absorption between valence bands, which is proportional to the photocarrier density, changes not only the intensity of the signal light but also the refractive index felt by the signal light, so that the signal light is modulated to this phase while passing through the separation region. By receiving. A particular problem is that the distribution of the photocarriers dynamically changes by modulating the reverse bias voltage applied to the optical modulator region. Therefore, when the optical modulator region is driven, intensity modulation and phase modulation are preliminarily superimposed on the signal light before reaching the optical modulator region.
この問題を解決するためには、分離領域においてフォトキャリアを発生させない、もしくは、フォトキャリア分布が光変調器領域に印加する逆方向バイアス電圧に依存しない工夫を施す必要がある。後者の手段としては、分離領域の電位分布を長手軸方向に一定にする方法が考えられる。単に電位を固定するという目的だけに限って考えれば、特許文献1に示されているように、分離領域に電極を形成して固定電位を与える方法が報告されている。しかし、分離領域の電位を固定する電極を設けると、意に反してこの電極が光変調器領域とレーザ領域とを短絡状態にしてしまい、かえって漏れ電流を増長する問題を招くため、このままでは適用できない。この問題に対しては特に有効な解決策が提案されてこなかったことから、光変調器集積光源は、上記の課題を抱えたまま使用されているのが実状である。 In order to solve this problem, it is necessary not to generate photocarriers in the separation region or to devise a method in which the photocarrier distribution does not depend on the reverse bias voltage applied to the light modulator region. As the latter means, a method of making the potential distribution in the separation region constant in the longitudinal axis direction can be considered. Considering only the purpose of fixing the potential, as disclosed in Patent Document 1, a method of forming an electrode in the separation region and applying a fixed potential has been reported. However, if an electrode for fixing the potential of the separation region is provided, this electrode will undesirably short-circuit the optical modulator region and the laser region, which causes a problem of increasing leakage current. Can not. Since no particularly effective solution has been proposed for this problem, the light modulator integrated light source is actually used with the above-mentioned problems.
本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、分離領域で発生するフォトキャリアの長手軸方向分布が光変調器領域に印加される逆方向バイアス電圧に応じて変化することで生じる前述した波長チャーピングの問題が、別途回路素子部品を新たに用いるなどの特別に煩雑なプロセスを伴うことなく効果的に改善され、光変調器集積光源の伝送特性が改善されるようにすることを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and the longitudinal distribution of the photocarriers generated in the separation region changes in accordance with the reverse bias voltage applied to the optical modulator region. The above-mentioned wavelength chirping problem caused by doing so is effectively improved without a special complicated process such as newly using a separate circuit element component, and the transmission characteristics of the optical modulator integrated light source are improved. The purpose is to do so.
本発明に係る光変調器集積光源は、下部クラッド層の上に形成された第1導電型の半導体からなる光導波層と、光導波層の上の発光領域に形成された活性層よりなる光源と、この活性層に続いて光導波層の上に形成された光吸収層と、この光吸収層の一部により構成されて光源より発振された信号光を光変調する光変調器領域と、光吸収層の一部により構成されて発光領域と光変調器領域との挾まれた領域に配置され、発光領域と光変調器領域とを電気的に分離する分離領域と、活性層及び光吸収層を覆うように形成された第2導電型の半導体からなる上部クラッド層と、分離領域の発光領域の側における上部クラッド層において発光領域に接して設けられて分離領域における上部クラッド層の他の部分より高抵抗とされた高抵抗領域とを少なくとも備えるようにしたものである。従って、分離領域のうち光変調器領域により近い領域の電位は、光変調器領域の電位とほぼ等しくなり、ここで生成されたフォトキャリアが接続する電極より外部回路に掃き出され易くなる。 An optical modulator integrated light source according to the present invention includes an optical waveguide layer made of a first conductivity type semiconductor formed on a lower cladding layer and an active layer formed in a light emitting region on the optical waveguide layer. A light absorption layer formed on the optical waveguide layer subsequent to the active layer, a light modulator region configured by a part of the light absorption layer and optically modulating the signal light oscillated from the light source, A separation region that is constituted by a part of the light absorption layer and is disposed between the light emitting region and the light modulator region, electrically separating the light emitting region and the light modulator region, the active layer, and the light absorption and an upper clad layer made of a semiconductor of a second conductivity type formed to cover the layer, at the upper cladding layer on the side of the light emitting region of the isolation region provided in contact with the light emitting region of the upper clad layer in the isolation region Less high resistance area, which has higher resistance than other parts The phrase is obtained as also provided. Accordingly, the potential of the region closer to the light modulator region in the separation region is substantially equal to the potential of the light modulator region, and the photocarriers generated here are more easily swept out to the external circuit than the connected electrodes.
上記光変調器集積光源において、光源は、例えば半導体レーザであり、また例えば、単一軸モード発振する半導体レーザである。この場合、発光領域に形成された回折格子を備え、この回折格子により共振器が構成されている。この場合、回折格子は、活性層より下部クラッド層の側に形成されていればよい。また、回折格子は、活性層より上部クラッド層の側に形成されているようにしてもよい。また、光源は、半導体光増幅器であってもよい。また、光変調器集積光源において、発光領域の上部クラッド層の上に形成された第1電極と、光変調器領域の上部クラッド層の上に形成された第2電極とを備え、第1電極と第2電極とは、少なくとも分離領域をはさんで離間している。 In the optical modulator integrated light source, the light source is, for example, a semiconductor laser, or, for example, a semiconductor laser that oscillates in a single axis mode. In this case, a diffraction grating formed in the light emitting region is provided, and a resonator is constituted by this diffraction grating. In this case, the diffraction grating may be formed closer to the lower cladding layer than the active layer. The diffraction grating may be formed on the upper clad layer side from the active layer. The light source may be a semiconductor optical amplifier. The light modulator integrated light source further includes a first electrode formed on the upper cladding layer in the light emitting region and a second electrode formed on the upper cladding layer in the light modulator region. And the second electrode are separated by at least the separation region.
上記光変調器集積光源において、高抵抗領域は、不純物が導入されて形成されていればよい。また、高抵抗領域は、光吸収層に形成された溝より構成されていてもよい。また、分離領域が形成されている領域の光吸収層を構成している半導体の吸収端は、他の領域の光吸収層を構成している半導体の吸収端よりも短波長組成であればよい。 In the light modulator integrated light source, the high resistance region may be formed by introducing impurities. Further, the high resistance region may be constituted by a groove formed in the light absorption layer. Further, the absorption edge of the semiconductor constituting the light absorption layer in the region where the isolation region is formed may have a shorter wavelength composition than the absorption edge of the semiconductor constituting the light absorption layer in the other region. .
以上説明したように、本発明によれば、分離領域の上部クラッド層において、発光領域の側により高抵抗な高抵抗領域を設けるようにしたので、波長チャーピングの問題が、別途回路素子部品を新たに用いるなどの特別に煩雑なプロセスを伴うことなく効果的に改善され、光変調器集積光源の伝送特性が改善されるという優れた効果が得られる。 As described above, according to the present invention, in the upper cladding layer of the isolation region, a high resistance region having a higher resistance is provided on the light emitting region side. It is effectively improved without a special complicated process such as newly used, and an excellent effect is obtained that the transmission characteristics of the optical modulator integrated light source are improved.
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。図1は、本発明の実施形態における光変調器集積光源の構成例を示した斜視図(a)及び断面図(b)である。なお、図1(b)は、光変調器集積光源の導波方向(分離領域の長手軸)に水平(沿った)断面である。また、図1(b)は、図1(a)の波線で示す円内の領域における断面図である。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. 1A and 1B are a perspective view and a cross-sectional view showing a configuration example of an optical modulator integrated light source according to an embodiment of the present invention. FIG. 1B is a cross section horizontal (along) in the waveguide direction (longitudinal axis of the separation region) of the optical modulator integrated light source. FIG. 1B is a cross-sectional view of a region in a circle indicated by a wavy line in FIG.
図1に示す光変調器集積光源は、まず、部分的に回折格子102が形成された基板101に、第1の導電性(第1導電型)を持つ光導波層103及びアンドープ活性層104が成長・形成されている。また、回折格子102の無い領域のアンドープ活性層104を削除した後、これより吸収端が高エネルギーのアンドープ光吸収層105をここへ再成長することにより、図1に示す光変調集積光源は、アンドープ活性層104とアンドープ光吸収層105とが突合せ結合(バット=カップリング)された構造を有し、アンドープ活性層104からアンドープ光吸収層105にかけて、高効率かつ低反射な結合特性を実現している。また、アンドープ活性層104とアンドープ光吸収層105は、第2の導電性(第2導電型)を持つ上部クラッド層106で埋め込まれている。なお、基板101が下部クラッド層となる。
The optical modulator integrated light source shown in FIG. 1 includes an
また、アンドープ活性層104を有するレーザ領域(発光領域)107とアンドープ光吸収を有する光変調器領域108とは、分離領域110により電気的に分離されている。分離領域110は、レーザ領域107と光変調器領域108との間の漏れ電流の影響を実用上無視できる程度に抑えるため、両領域が接する位置から光変調器領域108側の電極コンタクト層109(電極)がある一定の長さだけ部分的に取り除かれた構成となっている。また、分離領域110には、例えばイオン注入技術を用いて部分的に上部クラッド層106の実効的な導電率を下げた(実効的な抵抗率を上げた)高抵抗領域111が設けられている。高抵抗領域111は、分離領域110の中のレーザ領域107の側に設けられていればよい。また、高抵抗領域111は、実質的にレーザ領域107に接するように設けられていればよい。また、回折格子は、上部クラッド層106の側に形成されていてもよい。
Further, the laser region (light emitting region) 107 having the undoped
また、光変調器領域108側の残留端面反射に起因した波長チャーピングを抑えるため、窓構造112と低反射膜113が併用されて設けられている。一方、レーザ領域107側の端面には、高反射膜114が施されている。なお、分離領域110における光吸収層105が、光変調領域108における光吸収層105より、吸収端がより短波長組成(高エネルギー)の状態に形成されているようにしてもよい。このようにすることで、分離領域110の光吸収層105における信号光の減衰が抑制できるようになる。
In addition, the
図1に示す光変調器集積光源において、電極115と裏面電極117との間に所定の電圧を印加することでレーザ領域107を順方向バイアスしてアンドープ活性層104に電流注入すると、単一軸モードで発振する。また、光変調器領域108に印加する逆方向バイアス電圧を変えることにより、電界吸収効果によってアンドープ光吸収層105の光吸収係数が増加し、光変調器領域108側の端面から出射される信号光強度を変調することができる。なお、上述では、光源として、レーザ領域の全域に設けられた回折格子を共振器とした半導体レーザ(DFB−LD)を用いるようにしたが、他の形態の半導体レーザを用いるようにしてもよい。例えば、レーザ領域の一部に回折格子が設けられたDBR(Distributed Bragg Reflector)−LDを用いるようにしても同様である。また、光源が半導体光増幅器から構成されていても同様である。
In the optical modulator integrated light source shown in FIG. 1, when a predetermined voltage is applied between the
ここで、上述した高抵抗領域111について、より詳細に説明する。従来より、イオン注入技術を用いて半導体材料を高抵抗化して素子を分離する技術が用いられている。この高抵抗化技術は、成長工程を完了したウェハ(半導体基板)にも適用可能なことから素子分離技術として有望である。しかしながら、分離領域の分離抵抗を仮に無限大まで高められたとしても、分離領域の長手軸方向の導電率(抵抗率)が一様である限り、分離領域の長手軸に沿った電位分布は線形にしかならず、フォトキャリアが外部回路に吐き出される領域は限られてしまうことから、分離領域で発生したフォトキャリアによる波長チャーピングの問題は解決されない。
Here, the above-described
これに対し、図1に示す光変調器集積光源では、分離領域110の導電率を長手軸方向で一様では無い状態を人為的に作り出し、分離領域110で発生したフォトキャリアの大半を容易に掃き出すことが可能な構造を実現するものである。具体的には、光変調器集積光源の分離領域110において、レーザ領域107の側に、上部クラッド層106の導電率をより下げた(抵抗率をより上げた)構造を導入するものである。この長さは、高抵抗化される部分が短いほど効果的である。これにより、分離領域110のうち光変調器領域108の側により近い領域の電位は、光変調器領域108の電位とほぼ等しくなり、ここで生成されたフォトキャリアが光変調器領域108の電極116を介して外部回路に掃き出され易くなる。
On the other hand, the optical modulator integrated light source shown in FIG. 1 artificially creates a state in which the conductivity of the
また、レーザ領域107から光変調器領域108の間の電位差の大半は、分離領域110のうちレーザ領域107側に近く、加えて高抵抗化された短い部分でほぼ引き受ける形となる。このため、光変調器領域108へ印加する逆方向バイアス電圧に応じてフォトキャリアの長手軸方向分布が変わったとしても、この影響は分離領域110全体ではなく、このうちの高抵抗化された高抵抗領域111の長だけにほぼ留まる。この長さが短くなるほど、ここを通過する信号光が受ける位相変化も小さくなり、信号光が光変調器領域108に達する前に受ける位相変化、さらには光変調器領域108を駆動することで受ける瞬時角周波数変化が、実用上支障の無い程度にまで押さえられるようになる。
In addition, most of the potential difference between the
分離領域110の長さに対する高抵抗領域111部分の長さについては、分離領域110全体の長さの1/4以下、より効果的なものとするには1/10以下に抑えることが望ましい。もちろん、光変調器領域108を駆動した際のレーザ領域107への漏れ電流の影響が実用上無視できる程度に抑えるため、高抵抗領域111の部分の長さと導電率(抵抗率)を適切に設定する必要がある。この手段としては、分離領域110の電極コンタクト層109を取り除いたのち、分離領域110のレーザ領域107により近い側に導電率を下げる(抵抗率を上げる)イオン種をイオン注入すればよい。
The length of the
また、エッチングで部分除去するか、またあるいはこれらを併用することが効果的である。またこの際、上部クラッド層106の導電率(抵抗率)のみを変化させるのではなく、埋め込みをしているいずれかの層のうち導電性を示す層の導電率を下げる(抵抗率を上げる)か、またあるいはイオン注入であれば加速電圧を調整して分離領域の上部クラッド層106のみではなく、この下の活性層104及び光吸収層105までイオン種を注入しても良い。また、高抵抗領域111は、抵抗の状態が一定とされている必要はなく、レーザ領域107に近いほど、より高い抵抗の状態とされていてもよい。
Further, it is effective to remove a part by etching or to use these together. At this time, not only the conductivity (resistivity) of the
さらには、もともと光吸収によって生成されるフォトキャリアの数自体を抑えるため、分離領域110において光吸収層105を除去してしまうことも有効である。構造は光変調器集積光源で広く用いられている窓構造と基本的に同じと考えてよいため、懸念される不連続境界での反射の影響は実用上無視できる程度に小さいと見積もられる。分離領域110に光導波層103を残せば、反射の影響はさらに抑えることが可能である。
Furthermore, it is also effective to remove the
このように分離領域110の導電率(抵抗率)を長手軸方向に沿って変化させ、レーザ領域107の側に近い方をより高抵抗とすることにより、分離領域110の光変調器領域108側の電位は、光変調器領域108の電位にほぼ等しい状態を作り出すことができる。これにより、分離領域110で発生したフォトキャリアのうち大半は、光変調器領域108の電極116から外部回路へ効率的に掃き出すことが可能となる。また、光変調器領域108に印加される逆方向バイアス電圧に応じてフォトキャリアの長手軸方向分布が変わっても、高抵抗化する領域(高抵抗領域111)の長さも分離領域110の全長に比べて短くなるため、分離領域110の低効率が一様な場合に比べて信号光が受ける位相変化も抑えられる。これらの作用により、光変調器集積光源の分離領域110で発生したフォトキャリアに起因する波長チャーピングが効果的に抑制され、この結果、長距離伝送後の光波形劣化の小さい理想的な光ファイバ伝送特性を実現することが可能となる。
In this way, by changing the conductivity (resistivity) of the
次に、本発明の実施の形態における光変調器集積光源の他の構成例について説明する。図2は、本発明の実施の形態における他の光変調器集積光源の構成例を示した斜視図(a)及び断面図(b)である。なお、図2(b)は、光変調器集積光源の導波方向(分離領域の長手軸)に水平(沿った)断面である。また、図2(b)は、図2(a)の波線で示す円内の領域における断面図である。 Next, another configuration example of the optical modulator integrated light source in the embodiment of the present invention will be described. FIG. 2 is a perspective view (a) and a sectional view (b) showing a configuration example of another light modulator integrated light source according to the embodiment of the present invention. 2B is a horizontal (along) cross section in the waveguide direction (longitudinal axis of the separation region) of the optical modulator integrated light source. FIG. 2B is a cross-sectional view of a region within a circle indicated by a wavy line in FIG.
図2に示す光変調器集積光源は、まず、部分的に周期240nmの非対称位相シフト回折格子202が形成された(001)n−InPからなる基板201に、下からn−InGaAsPからなる光導波層203(厚さ180nm、波長組成1250nm)、吸収端波長が1570nmのアンドープInGaAsP/InGaAsPからなる歪多重量子井戸活性層204(井戸層:6層、厚さ6nm、0.6%圧縮歪、障壁層:厚さ8nm、SCH層:厚さ30nm)、p−InPからなる上部クラッド層205の順に有機金属気相成長(MOVPE)法で成長されて形成されている。
The optical modulator integrated light source shown in FIG. 2 first has an optical waveguide made of n-InGaAsP from below on a
また、回折格子202の無い領域のp−InPの層(上部クラッド層205)とアンドープInGaAsP/InGaAsPの層(活性層204)までは、誘導性結合プラズマエッチング法(ICP)を用いてエッチング除去され、これらの後、エッチング除去された領域に、吸収端波長が1490nmのアンドープ歪多重量子井戸光吸収層206(井戸層:層数7、厚さ6nm、0.5%伸張歪、障壁層:厚さ8nm、SCH層:厚さ30nm)がMOVPE選択再成長され、活性層204と光吸収層206とを突合せ結合(バット=カップリング)した構造とされている。
In addition, the p-InP layer (upper cladding layer 205) and the undoped InGaAsP / InGaAsP layer (active layer 204) in the region without the
活性層204と光吸収層206とは、幅1.5μmのストライプ状に基板201に達するまでICP法でエッチングされたのち、p−InPからなる埋め込みクラッド層207(厚さ1.2μm)とp+−InGaAsからなる電極コンタクト層208(厚さ100nm)で埋め込まれている。活性層204から光吸収層206へかけての間の1550nm帯における結合効率及び反射損は、各々99%以上、−45dB以下と実用上支障の無い良好な結合特性が実現されている。また、活性層204を有するDFBレーザ領域209とアンドープ光吸収を有する光変調器領域210とを電気的に分離するために、分離領域211がもうけられている。分離領域211は、2つの領域間の漏れ電流の影響を実用上無視できる程度に抑えるため、領域が接する位置から光変調器領域210側の電極コンタクト層208を長さ20μmにわたって取り除いた部分に形成されている。
The
また、DFBレーザ領域209と分離領域211とが接する部分から光変調器領域210側に長さ5μmにわたってチタン(Ti)をイオン注入し、上部クラッド層205と埋め込みクラッド層207の導電率を下げた(抵抗率を上げた)高抵抗領域212が設けられている。高抵抗領域212により、両領域間の合成抵抗(以下、分離抵抗)は100kΩ以上と、分離領域211を介して流れる漏れ電流の影響を抑える上で実用上十分な値が実現されている。なお、ここでは、チタンを不純物として導入することで、より高抵抗な高抵抗領域を形成するようにしたが、これに限るものではなく、水素や他の元素を導入することで、高抵抗としてもよいことはいうまでもない。
Further, titanium (Ti) was ion-implanted over a length of 5 μm from the portion where the
また、光変調器領域210側の残留端面反射に起因した波長チャーピングを抑えるため、この端面から長さ20μmにわたって光変調器領域210の導波構造を除いた窓構造213と、反射率0.05%の低反射膜214が設けられている。実効的な残留反射率は、10−4以下に抑えられている。また、レーザ領域209側の端面には、反射率90%の高反射膜215が施されている。なお、光変調器領域210の長さは180μm(窓領域、分離領域を含まず)である。また、レーザ領域209の長さは400μm、κL積は1.4である。
Further, in order to suppress wavelength chirping due to reflection at the end face of the
図2に示す光変調器集積光源において、電極216と裏面電極218との間に所定の電圧を印加することでレーザ領域209を順方向バイアスして活性層204に電流注入したところ、温度25℃にてしきい値電流7mA、発振波長1550nm(デチューニング:−20nm)で単一軸モード発振した。光変調器領域210の側の端面から出射される信号光強度(以下、光出力)は、温度25℃、電極217による順方向バイアス電流100mAにて18mW、サイドモード抑圧比(SMSR)は50dBであった。光変調器領域210に印加する逆方向バイアス電圧を変えることにより、電界吸収効果によって光吸収層206の光吸収係数が増加し、光出力を変調することができる。消光比は0〜−2Vで13dB以上と、実用的な値が得られた。逆方向バイアス電圧が−1Vにおける光変調器領域210の容量は0.35pF、50Ω終端時の小信号周波数応答帯域は15GHz以上と、10Gb/s帯の通信用光源素子として実用上十分な高速性が得られている。
In the optical modulator integrated light source shown in FIG. 2, when a predetermined voltage is applied between the
また、光変調器領域210のα−パラメータは、逆方向バイアス電圧が−1Vにおいて−0.4と単一モードファイバを用いた10Gb/s−80km伝送を実現する上で実用上支障の無い小さな値に抑えられている。図2に示す光変調器集積光源を用いて10Gb/s−80km伝送を行ったところ、受信感度劣化0.2dB以下と実用上支障の無い良好な特性が実現された。
In addition, the α-parameter of the
次に、本発明の実施の形態における光変調器集積光源の他の構成例について説明する。図3は、本発明の実施の形態における他の光変調器集積光源の構成例を示した斜視図(a)及び断面図(b)である。なお、図3(b)は、光変調器集積光源の導波方向(分離領域の長手軸)に水平(沿った)断面である。また、図3(b)は、図3(a)の波線で示す円内の領域における断面図である。 Next, another configuration example of the optical modulator integrated light source in the embodiment of the present invention will be described. FIG. 3 is a perspective view (a) and a cross-sectional view (b) showing a configuration example of another optical modulator integrated light source in the embodiment of the present invention. FIG. 3B is a horizontal (along) cross section in the waveguide direction (longitudinal axis of the separation region) of the optical modulator integrated light source. FIG. 3B is a cross-sectional view of a region within a circle indicated by a wavy line in FIG.
図3に示す光変調器集積光源は、まず、部分的に回折格子302が形成された基板301に、第3の導電性(導電型:i型)を持つ光導波層303及びアンドープ活性層304が成長・形成されている。また、回折格子302の無い領域のアンドープ活性層304を削除した後、これより吸収端が高エネルギーのアンドープ光吸収層305をここへ再成長することにより、図3に示す光変調集積光源は、アンドープ活性層304とアンドープ光吸収層305とが突合せ結合(バット=カップリング)された構造を有し、アンドープ活性層304からアンドープ光吸収層305にかけて、高効率かつ低反射な結合特性を実現している。なお、アンドープ活性層304とアンドープ光吸収層305は、第2の導電性を持つ上部クラッド層306で埋め込まれている。
In the optical modulator integrated light source shown in FIG. 3, first, an
また、アンドープ活性層304を有するレーザ領域307とアンドープ光吸収を有する光変調器領域308とは、分離領域310により電気的に分離されている。分離領域310は、レーザ領域307と光変調器領域308との間の漏れ電流の影響を実用上無視できる程度に抑えるため、両領域が接する位置から光変調器領域308側の電極コンタクト層309がある一定の長さだけ部分的に取り除かれた構成となっている。また、分離領域310には、クラッド層306を選択的にエッチング除去することで形成された溝により構成された高抵抗領域311が設けられている。なお、図3に示す光変調器集積光源においても、光変調器領域308側の残留端面反射に起因した波長チャーピングを抑えるため、窓構造312と低反射膜313が併用されて設けられている。一方、レーザ領域307側の端面には、高反射膜314が施されている。
Further, the
図3に示す光変調器集積光源は、溝により高抵抗領域311を構成した構成以外は、図1に示す光変調器集積光源と同様である。また、高抵抗領域311も、高抵抗領域111と同様に、上部クラッド層306の実効的な導電率を下げた(実効的な抵抗率を上げた)領域となっている。図3に示す光変調器集積光源において、電極315と裏面電極317との間に所定の電圧を印加することで、レーザ領域307を順方向バイアスしてアンドープ活性層304に電流注入すると単一軸モード発振する。また、光変調器領域に印加する逆方向バイアス電圧を変えることにより、電界吸収効果によってアンドープ光吸収層305の光吸収係数が増加し、光変調器領域側端面から出射される信号光強度を変調することができる。
The optical modulator integrated light source shown in FIG. 3 is the same as the optical modulator integrated light source shown in FIG. 1 except that the
次に、本発明の実施の形態における光変調器集積光源の他の構成例について説明する。図4は、本発明の実施の形態における他の光変調器集積光源の構成例を示した斜視図(a)及び断面図(b)である。なお、図4(b)は、光変調器集積光源の導波方向(分離領域の長手軸)に水平(沿った)断面である。また、図4(b)は、図4(a)の波線で示す円内の領域における断面図である。 Next, another configuration example of the optical modulator integrated light source in the embodiment of the present invention will be described. 4A and 4B are a perspective view and a cross-sectional view showing a configuration example of another light modulator integrated light source according to the embodiment of the present invention. 4B is a horizontal (along) cross section in the waveguide direction (longitudinal axis of the separation region) of the optical modulator integrated light source. FIG. 4B is a cross-sectional view in a region within a circle indicated by a wavy line in FIG.
図4に示す光変調器集積光源は、まず、部分的に周期240nmの非対称位相シフト回折格子402が形成された(001)n−InPからなる基板401に、下からn−InGaAsPからなる光導波層403(厚さ180nm、波長組成1250nm)、吸収端波長が1570nmのアンドープInGaAsP/InGaAsPからなる歪多重量子井戸活性層404(井戸層:6層、厚さ6nm、0.6%圧縮歪、障壁層:厚さ8nm、SCH層:厚さ30nm)、p−InPからなる上部クラッド層405の順に有機金属気相成長(MOVPE)法で成長されて形成されている。
The optical modulator integrated light source shown in FIG. 4 first has an optical waveguide made of n-InGaAsP from below on a
また、回折格子402の無い領域のp−InPの層(上部クラッド層405)とアンドープInGaAsP/InGaAsPの層(活性層404)までは、誘導性結合プラズマエッチング法(ICP)を用いてエッチング除去され、これらの後、エッチング除去された領域に、吸収端波長が1490nmのアンドープ歪多重量子井戸光吸収層406(井戸層:層数7、厚さ6nm、0.5%伸張歪、障壁層:厚さ8nm、SCH層:厚さ30nm)がMOVPE選択再成長され、活性層404と光吸収層406とを突合せ結合(バット=カップリング)した構造とされている。
Further, the p-InP layer (upper cladding layer 405) and the undoped InGaAsP / InGaAsP layer (active layer 404) in the region without the
活性層404と光吸収層406とは、幅1.5μmのストライプ状に基板401に達するまでICP法でエッチングされたのち、p−InPからなる埋め込みクラッド層407(厚さ1.2μm)とp+−InGaAsからなる電極コンタクト層408(厚さ100nm)で埋め込まれている。活性層404から光吸収層406へかけての間の1550nm帯における結合効率及び反射損は、各々99%以上、−45dB以下と実用上支障の無い良好な結合特性が実現されている。また、活性層404を有するDFBレーザ領域409とアンドープ光吸収を有する光変調器領域410とを電気的に分離するために、分離領域411が設けられている。分離領域411は、2つの領域間の漏れ電流の影響を実用上無視できる程度に抑えるため、領域が接する位置から光変調器領域410側の電極コンタクト層408を長さ20μmにわたって取り除いた部分に形成されている。
The
また、DFBレーザ領域409と分離領域411とが接する部分から光変調器領域410側に、長さ5μmにわたる溝が形成され、この溝からなる高抵抗領域412が設けられている。高抵抗領域412は、p−InP上部クラッド層405と埋め込みクラッド層407とをICP法で選択的にエッチング除去することで形成可能である。高抵抗領域412により、両領域間の合成抵抗(以下、分離抵抗)は100kΩ以上と、分離領域411を介して流れる漏れ電流の影響を抑える上で実用上十分な値が実現されている。
Further, a groove having a length of 5 μm is formed on the
なお、光変調器領域410側の端面から長さ20μmにわたって光変調器領域410の導波構造を除いた窓構造413と、反射率0.05%の低反射膜414が設けられている。実効的な残留反射率は、10−4以下に抑えられている。また、レーザ領域409側の端面には、反射率90%の高反射膜415が施されている。なお、光変調器領域410の長さは180μm(窓領域、分離領域を含まず)である。また、レーザ領域409の長さは400μm、κL積は1.4である。
A
図4に示す光変調器集積光源では、図2に示す光変調器集積光源の構成に比較し、高抵抗領域412による分離抵抗が10kΩとされている点が異なるが、これ以外は同様の諸特性が実現されている。図4に示す光変調器集積光源を用いて10Gb/s−80km伝送を行ったところ、受信感度劣化0.4dB以下と実用上支障の無い良好な特性が実現された。
The optical modulator integrated light source shown in FIG. 4 differs from the configuration of the optical modulator integrated light source shown in FIG. 2 in that the separation resistance by the
101…基板、102…回折格子、103…光導波層、104…活性層、105…光吸収層、106…上部クラッド層、107…レーザ領域、108…光変調器領域、109…電極コンタクト層、110…分離領域、111…高抵抗領域、112…窓構造、113…低反射膜、114…高反射膜、115…電極、116…電極、117…裏面電極。
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記光導波層の上の発光領域に形成された活性層よりなる光源と、
この活性層に続いて前記光導波層の上に形成された光吸収層と、
この光吸収層の一部により構成されて前記光源より発振された信号光を光変調する光変調器領域と、
前記光吸収層の一部により構成されて前記発光領域と前記光変調器領域との挾まれた領域に配置され、前記発光領域と前記光変調器領域とを電気的に分離する分離領域と、
前記活性層及び前記光吸収層を覆うように形成された第2導電型の半導体からなる上部クラッド層と、
前記分離領域の前記発光領域の側における前記上部クラッド層において前記発光領域に接して設けられて前記分離領域における前記上部クラッド層の他の部分より高抵抗とされた高抵抗領域と、
前記発光領域の前記上部クラッド層の上に形成された第1電極と、
前記光変調器領域の前記上部クラッド層の上に形成された第2電極と
を少なくとも備え、
前記第1電極と前記第2電極とは、少なくとも前記分離領域をはさんで離間し、
前記高抵抗領域は、前記上部クラッド層の下部の一部を残して前記光吸収層上の上部クラッド層に形成された溝より構成されたものであることを特徴とする光変調器集積光源。 An optical waveguide layer made of a first conductivity type semiconductor formed on the lower cladding layer;
A light source comprising an active layer formed in a light emitting region on the optical waveguide layer;
A light absorbing layer formed on the optical waveguide layer following the active layer;
A light modulator region configured by a part of the light absorption layer to light-modulate the signal light oscillated from the light source;
A separation region configured by a part of the light absorption layer, disposed in a region sandwiched between the light emitting region and the light modulator region, and electrically separating the light emitting region and the light modulator region;
An upper cladding layer made of a second conductivity type semiconductor formed to cover the active layer and the light absorption layer;
A high resistance region provided in contact with the light emitting region in the upper cladding layer on the light emitting region side of the isolation region and having a higher resistance than the other part of the upper cladding layer in the isolation region;
A first electrode formed on the upper cladding layer of the light emitting region;
And at least a second electrode formed on the upper cladding layer in the light modulator region,
The first electrode and the second electrode are separated with at least the separation region interposed therebetween ,
Before Symbol high resistance region, before Symbol upper cladding layer bottom of even optical modulator integrated, characterized in that since a part of which is composed of an upper clad layer in a groove formed on the light absorbing layer, leaving the light source.
前記光源は、半導体レーザであることを特徴とする光変調器集積光源。 The light modulator integrated light source according to claim 1.
The light modulator integrated light source, wherein the light source is a semiconductor laser.
前記光源は、単一モード発振する半導体レーザであることを特徴とする光変調器集積光源。 The light modulator integrated light source according to claim 2,
An optical modulator integrated light source, wherein the light source is a semiconductor laser that oscillates in a single mode.
前記発光領域に形成された回折格子を備えることを特徴とする光変調器集積光源。 The light modulator integrated light source according to claim 3,
An optical modulator integrated light source comprising a diffraction grating formed in the light emitting region.
前記回折格子は、前記活性層より前記下部クラッド層の側に形成されている
ことを特徴とする光変調器集積光源。 The light modulator integrated light source according to claim 4,
The light modulator integrated light source, wherein the diffraction grating is formed closer to the lower cladding layer than the active layer.
前記回折格子は、前記活性層より前記上部クラッド層の側に形成されている
ことを特徴とする光変調器集積光源。 The light modulator integrated light source according to claim 4,
The light modulator integrated light source, wherein the diffraction grating is formed closer to the upper cladding layer than the active layer.
前記光源は、半導体光増幅器であることを特徴とする光変調器集積光源。 The light modulator integrated light source according to claim 1.
An optical modulator integrated light source, wherein the light source is a semiconductor optical amplifier.
前記分離領域が形成されている領域の前記光吸収層を構成している半導体の吸収端は、他の領域の前記光吸収層を構成している半導体の吸収端よりも短波長組成である
ことを特徴とする光変調器集積光源。 The light modulator integrated light source according to any one of claims 1 to 7,
The absorption edge of the semiconductor constituting the light absorption layer in the region where the isolation region is formed has a shorter wavelength composition than the absorption edge of the semiconductor constituting the light absorption layer in the other region. An optical modulator integrated light source.
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