JP5891920B2 - 変調器集積型レーザ素子 - Google Patents

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Description

本発明は、例えば光通信システムに用いられる変調器集積型レーザ素子に関する。
特許文献１には、レーザ光に強度変調を施すための変調器が開示されている。この変調器は、消光比を改善するために駆動ドライバの正相電気信号及び逆相電気信号を用いて駆動される。正相電気信号と逆相電気信号の両方を用いた駆動方式を差動駆動という。特許文献２にも差動駆動する変調器が開示されている。
特許文献３、４には、変調器とレーザ素子が同一基板上に集積された変調器集積型レーザ素子が開示されている。特許文献３に開示の変調器集積型レーザ素子はレーザ素子と変調器の電極が共通となっている。特許文献４に開示の変調器集積型レーザ素子はレーザ素子と変調器の電極が独立している。
特開２００２−２７７８４０号公報 特開２００３−１７７９７号公報 特開平０４−０６１１８６号公報 特開２００７−１５８０６３号公報
レーザ素子と変調器を同一基板に集積した変調器集積型レーザ素子では、変調器に印加する電圧がレーザ素子の動作に影響してしまうことがあった。変調器の信号電圧がレーザ素子に印加されるとレーザ素子の光出力強度が意図せず変調されてしまう。これにより変調器集積型レーザ素子の光出力の消光比が悪化する問題があった。
また、変調器の信号電圧がレーザ素子に印加されると変調器集積型レーザ素子の光出力に波長チャーピングが発生する問題もあった。そのため、変調器集積型レーザ素子の光出力を光ファイバ内で長距離伝送させた際に変調波形が劣化し、通信品質が劣化する問題があった。
特に変調器を差動駆動する場合はこれらの問題が顕著である。そのため変調器集積型レーザ素子の変調器は正相電気信号又は逆相電気信号の一方のみを用いて単相駆動することが一般的であった。
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、弊害無く変調器を差動駆動できる変調器集積型レーザ素子を提供することを目的とする。
本願の発明に係る変調器集積型レーザ素子は、レーザ部と、分離部と、変調部が同一基板上に形成された変調器集積型レーザ素子であって、該レーザ部は、該基板の上に形成された第１下クラッド層と、該第１下クラッド層の上に形成された活性層と、該活性層の上方に形成された第１アノード電極と、一部が該第１下クラッド層と接する第１カソード電極を有し、該分離部は、該レーザ部と接し、該基板の上に形成された第２下クラッド層と、該活性層とつながるように該第２下クラッド層の上に形成された第１吸収層を有し、該変調部は、該分離部と接し、該基板の上に形成された第３下クラッド層と、該第１吸収層とつながるように該第３下クラッド層の上に形成された第２吸収層と、該第２吸収層の上方に形成された第２アノード電極と、一部が該第３下クラッド層と接する第２カソード電極とを有し、該基板は半絶縁体で形成され、該第１下クラッド層と、該第２下クラッド層と、該第３下クラッド層は一体的に形成され、変調器集積型レーザ素子の短手方向の該第２下クラッド層の幅は、該第１下クラッド層の幅、及び該第３下クラッド層の幅よりも狭く、該第２下クラッド層は、半絶縁体又はキャリア濃度が１×１０ １７ ｃｍ −３ 以下の層で形成されたことを特徴とする。
本発明の変調器集積型レーザ素子によれば、レーザ部と変調部のアイソレーション抵抗を高めたので、弊害なく変調器を差動駆動できる。
本発明の実施の形態１に係る変調器集積型レーザ素子の平面図である。 図１のＡ−Ａ´断面図である。 図１のＢ−Ｂ´断面図である。 図１のＣ−Ｃ´断面図である。 変調器集積型レーザ素子を搭載した光モジュールを示す平面図である。 本発明の実施の形態２に係る変調器集積型レーザ素子の平面図である。 図６のＣ−Ｃ´断面図である。 本発明の実施の形態３に係る変調器集積型レーザ素子の平面図である。 図８のＡ−Ａ´断面図である。 図８のＣ−Ｃ´断面図である。 本発明の実施の形態４に係る変調器集積型レーザ素子の分離部の断面図である。 本発明の実施の形態４に係る変調器集積型レーザ素子の分離部の変形例を示す断面図である。 本発明の実施の形態５に係る変調器集積型レーザ素子の平面図である。 図１３のＢ−Ｂ´断面図である。 本発明の実施の形態６に係る変調器集積型レーザ素子の分離部の断面図である。 本発明の実施の形態６の変形例を示す分離部の断面図である。 本発明の実施の形態６の他の変形例を示す分離部の断面図である。 本発明の実施の形態６の他の変形例を示す分離部の断面図である。
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る変調器集積型レーザ素子の平面図である。変調器集積型レーザ素子１０は、レーザ部１２と分離部１４と変調部１６が同一基板上にモノリシック形成されたものである。分離部１４は一方でレーザ部１２と接し、他方で変調部１６と接することでレーザ部１２と変調部１６の間に位置してこれらを分離している。
レーザ部１２の表面には第１アノード電極２０と第１カソード電極２２が形成されている。レーザ部１２の表面のうち、第１アノード電極２０も第１カソード電極２２も形成されていない部分にはパッシベーション膜として機能するＳｉＮ膜２４が形成されている。分離部１４の表面にはＳｉＮ膜２４が形成されている。変調部１６の表面には第２アノード電極３０と第２カソード電極３２が形成されている。変調部１６の表面のうち、第２アノード電極３０も第２カソード電極３２も形成されていない部分にはＳｉＮ膜２４が形成されている。
レーザ部１２にはストライプＳ１が形成され、分離部１４にはストライプＳ２が形成され、変調部１６にはストライプＳ３が形成されている。ストライプＳ１−Ｓ３は直線的な導波路を形成している。ストライプＳ１−Ｓ３の幅は２μｍ程度である。変調器集積型レーザ素子１０は、前述のストライプＳ１−Ｓ３に沿った方向（長手方向）の長さが７００μｍであり、ストライプと垂直方向（短手方向）の長さが２５０μｍであり、厚さが１００μｍである。
図２は、図１のＡ−Ａ´断面図である。図２を参照してレーザ部１２の断面について説明する。基板４０は、例えば鉄ドープのＩｎＰなどの半絶縁体で形成されている。基板４０の上には、例えばｎ型ＩｎＰなどで第１下クラッド層４２が形成されている。第１下クラッド層４２の上には、例えばＩｎＧａＡｓＰの多重量子井戸構造（ＭＱＷ）で活性層４４が形成されている。なお、活性層４４はＡｌＧａＩｎＡｓなどの化合物半導体で形成してもよい。
ストライプＳ１における活性層４４の上には回折格子４５が形成されている。ストライプＳ１以外の活性層４４の上、及び回折格子４５の上には例えばｐ型ＩｎＰなどで第１上クラッド層４６が形成されている。第１上クラッド層４６の上には例えばｐ型ＩｎＧａＡｓなどでコンタクト層４８が形成されている。
ストライプＳ１の左側にはコンタクト層４８から第１下クラッド層４２に達する溝５０が形成されている。第１カソード電極２２は、溝５０底面に露出した第１下クラッド層４２と接する部分と、ＳｉＮ膜２４を介してコンタクト層４８の上に形成された部分が一体的に形成されたものである。このように、第１カソード電極２２の一部は第１下クラッド層４２と接している。
ストライプＳ１の右側にはストライプＳ１を形成するための溝５２が形成されている。第１アノード電極２０は、ストライプＳ１におけるコンタクト層４８の上に接した部分と、ＳｉＮ膜２４を介して溝５２に沿って形成された部分と、ＳｉＮ膜２４を介してコンタクト層４８の上に形成された部分を有している。第１アノード電極２０はどの部分も活性層４４の上方に形成されている。このように、レーザ部１２には分布帰還型レーザ素子が形成されている。
図３は、図１のＢ−Ｂ´断面図である。図３を参照して分離部１４の断面について説明する。基板４０の上にはストライプＳ２が形成されている。ストライプＳ２は、基板４０の上に例えばｎ型ＩｎＰで形成された第２下クラッド層６０を有している。
第２下クラッド層６０の上には第１吸収層６２が形成されている。なお、第２下クラッド層６０は、その幅を狭くするために第１吸収層６２の直下にのみ形成されている。
第１吸収層６２はストライプＳ１の活性層４４とつながるように形成されている。第１吸収層６２は例えばＡｌＧａＩｎＡｓの多重量子井戸構造（ＭＱＷ）で形成される。なお、第１吸収層６２はＩｎＧａＡｓＰなどの化合物半導体で形成してもよい。
第１吸収層６２の上には例えばｐ型ＩｎＰで第２上クラッド層６４が形成されている。ストライプＳ２は第２下クラッド層６０、第１吸収層６２、及び第２上クラッド層６４で形成されている。ストライプＳ２はコア層となる第１吸収層６２をエッチングして形成されているので、いわゆるハイメサ型の光導波路となっている。分離部１４の表面は全体がＳｉＮ膜２４で覆われている。分離部１４の表面には電極は形成されていない。
図４は、図１のＣ−Ｃ´断面図である。図４を参照して変調部１６の断面について説明する。基板４０の上には例えばｎ型ＩｎＰで第３下クラッド層７０が形成されている。第３下クラッド層７０の上には第２吸収層７２が形成されている。第２吸収層７２は前述の第１吸収層６２とつながるように形成されている。第２吸収層７２は第１吸収層６２と同じ材料で形成されている。
第２吸収層７２の上には例えばｐ型ＩｎＰで第３上クラッド層７４が形成されている。第３上クラッド層７４の上にはコンタクト層４８が形成されている。
ストライプＳ３はコア層となる第２吸収層７２をエッチングして形成されているので、いわゆるハイメサ型の光導波路となっている。ストライプＳ３の左側にはコンタクト層４８から第３下クラッド層７０に達する溝８０が形成されている。そして、第２カソード電極３２は、溝８０底面に露出した第３下クラッド層７０に接する部分と、ＳｉＮ膜２４を介してコンタクト層４８の上に形成された部分が一体的に形成されたものである。このように、溝８０を形成することで、第２カソード電極３２の一部が第３下クラッド層７０と接することが可能となっている。
ストライプＳ３の右側には、変調部１６の表面から少なくとも基板４０にまで及ぶ溝８２が形成されている。溝８２の壁面に沿ってＳｉＮ膜２４が形成されている。溝８２により第３下クラッド層７０は、第２吸収層７２の直下の第２吸収層直下部７０ａと、離間部７０ｂに分割されている。離間部７０ｂは溝８２によって第２吸収層直下部７０ａと離間している。この離間部７０ｂは、分離部１４の第２下クラッド層６０、及びレーザ部１２の第１下クラッド層４２と絶縁されている。
第２アノード電極３０は、第２吸収層直上部３０ａと、溝部３０ｂと、ワイヤボンディング部３０ｃを有している。第２吸収層直上部３０ａは、ストライプＳ３における第２吸収層直下部７０ａの上方に形成されている。溝部３０ｂは、溝８２の壁面に沿って形成された絶縁膜（ＳｉＮ膜２４）に沿って形成されている。ワイヤボンディング部３０ｃは、離間部７０ｂの上方に形成されている。このワイヤボンディング部３０ｃは、第２吸収層７２の上方に形成されている。また、第２吸収層７２とワイヤボンディング部３０ｃの間には第３上クラッド層７４が形成されている。
このように本発明の実施の形態１に係る変調器集積型レーザ素子１０は、活性層４４、第１吸収層６２、及び第２吸収層７２で、幅が均一のストライプ状導波路を形成している。本構造の各層の層厚は例えば、基板４０が１００μｍ、第１下クラッド層４２、第２下クラッド層６０、及び第３下クラッド層７０が０．５μｍ、活性層４４が０．３μｍ、第１吸収層６２、及び第２吸収層７２が０．３μｍ、第１上クラッド層４６、第２上クラッド層６４、及び第３上クラッド層７４が２μｍ、コンタクト層４８が０．５μｍである。
続いて、図５を参照して変調器集積型レーザ素子１０の動作について説明する。図５は、変調器集積型レーザ素子１０を搭載した光モジュールを示す平面図である。光モジュール９０は、伝送線路基板９２を有している。伝送線路基板９２には電極９２ａと電極９２ｂが形成されている。電極９２ａはワイヤ９４により第２アノード電極３０に接続されている。電極９２ｂはワイヤ９６により第２カソード電極３２に接続されている。
レーザ部１２からレーザ光を発光させ、変調部１６へ入射させる。電極９２ａ、９２ｂには、変調信号であってそれぞれ位相のみが１８０度異なる高周波の正相電気信号と逆相電気信号を印加する。つまり電極９２ａ、９２ｂに差動信号を印加する。そして、差動信号の電圧差に応じて変調部１６におけるレーザ光の吸収量が変化するので、光学結合系９８を介して出力されるレーザ光の強度変調が可能となる。
本発明の実施の形態１に係る変調器集積型レーザ素子１０は、以下の３つの特徴によりレーザ部１２と変調部１６のアイソレーション抵抗を高めることができる。第１の特徴は、第１アノード電極２０、第１カソード電極２２、第２アノード電極３０、第２カソード電極３２がそれぞれ独立して形成されていることである。例えば第１カソード電極２２と第２カソード電極３２を共通電極とすると、変調部に印加する電圧がレーザ部の動作に影響してしまう。しかしながらレーザ部の電極を変調部の電極と分離することでこの問題を解消できる。
第２の特徴は、基板４０を例えば鉄ドープのＩｎＰなどの半絶縁体で形成したことである。これにより、レーザ部１２と変調部１６が基板４０を介して電気的に接続されることを回避できる。
第３の特徴は、分離部１４の第２下クラッド層６０を小型化し、かつ分離部１４にコンタクト層を設けないことである。ｎ型ＩｎＰで形成された第２下クラッド層６０は電気抵抗が小さい。そのためレーザ部１２と変調部１６のアイソレーション抵抗を高めるためには、第１下クラッド層４２と第３下クラッド層７０をつなぐ第２下クラッド層６０を小さい断面積とすることが好ましい。本発明の実施の形態１に係る変調器集積型レーザ素子１０は、分離部１４において基板４０の上にストライプＳ２だけが形成されており第２下クラッド層６０の断面積は非常に小さい。よって、レーザ部１２と変調部１６のアイソレーション抵抗を高めることができる。
また、分離部１４には電極を形成しないのでコンタクト層は不要である。そこで、分離部１４のコンタクト層を除去することで、レーザ部１２のコンタクト層４８と変調部１６のコンタクト層４８を分離できる。この分離によりレーザ部１２と変調部１６のアイソレーション抵抗を高めることができる。
以上の３つの特徴により変調部１６を差動駆動する電気信号のレーザ部１２への影響を十分小さくし、レーザ部１２と変調部１６の電気分離を強化できる。特に第１カソード電極２２と第２カソード電極３２の電気分離を強化できる。これにより、差動駆動を可能としつつ、変調器集積型レーザ素子１０の出力光の消光比を改善するとともに出力光の波長チャーピングの発生を抑制できる。なお、変調部１６を差動駆動する効果としては、消光比の改善や、単相駆動と比較して低電圧振幅で駆動できることが挙げられる。低電圧振幅での駆動により省電力化や、低コストなドライバの使用が可能となる。このように、本発明の実施の形態１に係る変調器集積型レーザ素子１０によれば、弊害無く変調部１６を差動駆動できる。
ところで、一般にアノード電極のワイヤボンディング部の大きさは５０μｍ角程度と大きいため、その下の下クラッド層との間に大きな電気容量が発生し変調部の高速動作を妨げるという問題があった。この場合、下クラッド層とワイヤボンディング部との間の上クラッド層などが誘電体として機能してしまう。
しかしながら、本発明の実施の形態１では、ワイヤボンディング部３０ｃの下のクラッド層である離間部７０ｂは、変調器集積型レーザ素子１０の端面、深さが基板４０にまで達する溝８２、及びストライプＳ２の横の第２下クラッド層６０が形成されていない空間で囲まれている。つまり、離間部７０ｂは、素子１０の端面方向に断面があり、溝８２の側面方向に断面があり、分離部１４の方向にも断面がある。よって、ワイヤボンディング部３０ｃの下にある第３下クラッド層（離間部７０ｂ）は、ストライプＳ３の下にあり第２カソード電極３２から電圧が印加される第３下クラッド層（第２吸収層直下部７０ａ）と電気分離できている。そのため、ワイヤボンディング部３０ｃと離間部７０ｂとの間の電気容量が生成しづらくなり、変調部１６を高速動作することができる。
ところで、特許文献４に開示の素子はイオン注入により絶縁性の分離部（分離領域）を作製するため、活性層にイオンが注入され素子の信頼性が低下すると考えられる。しかし、本発明の実施の形態１では、活性層にイオン注入することはないので特許文献４に開示の素子よりも信頼性を高めることができる。
また、特許文献４に開示の分離部（分離領域）の上クラッド層はレーザ部（ＬＤ領域）及び変調部（ＥＡ領域）の上クラッド層と逆の導電型で形成され、下クラッド層はレーザ部（ＬＤ領域）及び変調部（ＥＡ領域）の下クラッド層と逆の導電型で形成されている。このような分離部を形成するには除去工程や再成長工程を要する上に、変調部（ＥＡ領域）との電気抵抗を十分に高めることは困難と考えられる。しかし、本発明の実施の形態１では、上記の各工程を要さず、しかも離間部７０ｂは電気分離が施されているので、変調部（離間部７０ｂ）と分離部の電気抵抗を高めることができる。
本発明の実施の形態１に係る変調器集積型レーザ素子１０ではレーザ部１２と変調部１６の電気分離を強化するために上記の３つの特徴を挙げたが、いずれか１つの特徴を採用しても当該電気分離ができる。よって、３つの特徴のいずれか１つを採用してもよい。その他、本発明の特徴を失わない範囲で様々な変形が可能である。例えば、ＳｉＮ膜２４のかわりに他の絶縁膜を用いてもよい。
実施の形態２．
本発明の実施の形態２に係る変調器集積型レーザ素子は、実施の形態１に係る変調器集積型レーザ素子と共通点が多い。そのため実施の形態１に係る変調器集積型レーザ素子との相違点を中心に説明する。
図６は、本発明の実施の形態２に係る変調器集積型レーザ素子の平面図である。変調部１６の構造が実施の形態１と異なる。ストライプＳ３の両側に沿って低地部１００が形成されている。低地部１００の上面は、ストライプＳ３の上面よりも低いが、溝８０や溝８２の底面よりは高い。なお、変調器集積型レーザ素子の長手方向、短手方向の長さ、及び変調器集積型レーザ素子の厚さは実施の形態１と同様である。
図７は、図６のＣ−Ｃ´断面図である。ストライプＳ３は、第３上クラッド層７４とコンタクト層４８の幅が等しく、第２吸収層７２はこの幅より広く形成されている。つまりストライプＳ３はリッジ型の光導波路となっている。このように、変調部１６をリッジ型の光導波路で形成しても実施の形態１に係る変調器集積型レーザ素子と同様の効果を得ることができる。
実施の形態３．
本発明の実施の形態３に係る変調器集積型レーザ素子は、実施の形態１に係る変調器集積型レーザ素子と共通点が多い。そのため実施の形態１に係る変調器集積型レーザ素子との相違点を中心に説明する。
図８は、本発明の実施の形態３に係る変調器集積型レーザ素子の平面図である。レーザ部１２と変調部１６の構造が実施の形態１と異なる。第１ストライプＳ１は破線で示されており、その両側と高さの差は無い。第３ストライプＳ３も破線で示されており、その両側と高さの差は無い。なお、変調器集積型レーザ素子の長手方向、短手方向の長さ、及び変調器集積型レーザ素子の厚さは実施の形態１と同様である。
図９は、図８のＡ−Ａ´断面図である。ストライプＳ１における第１下クラッド層４２の一部、活性層４４、回折格子４５、及び第１上クラッド層４６の一部の両側には、半絶縁体１１０が形成されている。半絶縁体１１０は、鉄ドープのＩｎＰで形成されている。この構造は、活性層４４をコアとしてその周囲を基板４０、第１下クラッド層４２、回折格子４５、第１上クラッド層４６、及び半絶縁体１１０で覆う光導波路を有する、いわゆる埋込型構造である。
第１アノード電極２０は平坦に形成され、ストライプＳ１の上面でコンタクトをとっている。図１０は、図８のＣ−Ｃ´断面図である。変調部１６の第２吸収層７２は半絶縁体１１２で埋め込まれている。半絶縁体１１０、１１２の層厚は２μｍである。このように、活性層４４や第２吸収層７２を半絶縁体１１０、１１２で埋め込んでも実施の形態１に係る変調器集積型レーザ素子と同様の効果を得ることができる。
実施の形態４．
本発明の実施の形態４に係る変調器集積型レーザ素子は、実施の形態１に係る変調器集積型レーザ素子と共通点が多い。そのため実施の形態１に係る変調器集積型レーザ素子との相違点を中心に説明する。
図１１は、本発明の実施の形態４に係る変調器集積型レーザ素子の分離部の断面図である。ストライプＳ２は、第１吸収層６２と第２下クラッド層６０の幅が等しく、第２上クラッド層６４はこの幅よりも狭く形成されている。第２上クラッド層６４の幅は２μｍであり、第１吸収層６２と第２下クラッド層６０の幅は１０μｍである。なお、変調器集積型レーザ素子の長手方向、短手方向の長さ、及び変調器集積型レーザ素子の厚さは実施の形態１と同様である。
ストライプＳ２はローメサリッジ型の光導波路となっている。変調器集積型レーザ素子の素子幅は２５０μｍで第１吸収層６２の幅は１０μｍであるため、第１吸収層６２の両側は合わせて２４０μｍにわたって第２下クラッド層６０が形成されていない領域が広がる。
第１吸収層６２の幅（１０μｍ）が、光導波路の幅（ストライプＳ１−Ｓ３の幅）である２μｍに対して十分大きいため、ローメサリッジ光導波路の光閉じ込めを干渉することがない。また、２５０μｍに及ぶ素子幅のうち第２下クラッド層６０が占めるのはわずか１０μｍだけであるため、第２下クラッド層６０の断面積を低減できている。よって、レーザ部と変調部のアイソレーション抵抗を大きくできる。なお、本発明の実施の形態４に係る分離部を実施の形態２又は３に係る変調器集積型レーザ素子で採用してもよい。
図１２は、本発明の実施の形態４に係る変調器集積型レーザ素子の分離部の変形例を示す断面図である。第１吸収層６２は幅が２μｍであり、半絶縁体１１４で埋め込まれている。第１吸収層６２と半絶縁体１１４の幅の和は、第２上クラッド層６４の幅及び第２下クラッド層６０の幅と一致している。第２下クラッド層６０の幅は１０μｍ、変調器集積型レーザ素子の素子幅は２５０μｍであるため、埋込層である半絶縁体１１４の両側は合わせて２４０μｍにわたって第２下クラッド層が形成されていない領域が広がる。
変形例の変調器集積型レーザ素子によれば、光導波路の光閉じ込めを干渉せずに第２下クラッド層６０の断面積を低減でき、かつレーザ部１２と変調部１６のアイソレーション抵抗を大きくすることができる。
実施の形態５．
本発明の実施の形態５に係る変調器集積型レーザ素子は、実施の形態３に係る変調器集積型レーザ素子と共通点が多い。そのため実施の形態３に係る変調器集積型レーザ素子との相違点を中心に説明する。
図１３は、本発明の実施の形態５に係る変調器集積型レーザ素子の平面図である。ストライプＳ１−Ｓ３は破線で示されており、それらの両側と高さの差は無い。本発明の実施の形態５に係る変調器集積型レーザ素子は、分離部１４と変調部１６の構造が実施の形態３と異なる。分離部は表面が平坦に形成されている。変調部１６の溝８２は、Ｌ字型に形成されている。
図１４は、図１３のＢ−Ｂ´断面図である。第１吸収層６２の幅は２μｍである。第１吸収層６２は半絶縁体１２０で埋め込まれている。半絶縁体１２０の厚さは３μｍである。第２上クラッド層６４と第２下クラッド層６０はストライプＳ２にのみ形成されている。なお、変調器集積型レーザ素子の長手方向、短手方向の長さ、及び変調器集積型レーザ素子の厚さは実施の形態１と同様である。
本発明の実施の形態５に係る変調器集積型レーザ素子は、ストライプＳ１−Ｓ３におけるコアが半絶縁体で埋め込まれる構造とした。この構造でも実施の形態１と同様にレーザ部１２と変調部１６の電気分離が可能となる。ここで、変調部１６の溝８２は、Ｌ字型に形成されているので、第３下クラッド層の離間部７０ｂは、第２吸収層直下部７０ａと離間し、かつ分離部１４の半絶縁体１２０とも離間している。従って、離間部７０ｂとその上方に形成されるワイヤボンディング部３０ｃとを電極とする寄生キャパシタの電気容量を低減でき、変調部１６の高速動作が可能になる。
ところで、本発明の実施の形態５では、第１吸収層６２を半絶縁体１２０で埋め込んだが、キャリア濃度が１×１０１７ｃｍ−３以下のｎ型又はｐ型のＩｎＰ層で埋め込んでもよい。また、活性層、第１吸収層、又は第２吸収層の少なくとも１つを光の伝播方向と垂直方向に埋め込む構造としてもよい。その場合も半絶縁体に限らずキャリア濃度が１×１０１７ｃｍ−３以下の層で埋め込みができる。
実施の形態６．
本発明の実施の形態６に係る変調器集積型レーザ素子は分離部に特徴がある。そして、レーザ部と変調部については実施の形態１乃至４のいずれかに開示したものを採用する。
図１５は、本発明の実施の形態６に係る変調器集積型レーザ素子の分離部の断面図である。第２下クラッド層６０ａは、ＩｎＰを含む半絶縁体又はキャリア濃度が１×１０１７ｃｍ−３以下のｎ型又はｐ型のＩｎＰ層で形成されている。第２上クラッド層６４ａも同様に半絶縁体又はキャリア濃度が１×１０１７ｃｍ−３以下のｎ型又はｐ型のＩｎＰ層で形成されている。
分離部１４において、ストライプＳ２以外の部分には第２下クラッド層も第１吸収層も第２上クラッド層も形成されていない。本発明の実施の形態６に係る分離部１４は、図３（実施の形態１で説明した）の構造における第２下クラッド層と第２上クラッド層の材料を、半絶縁体又はキャリア濃度が１×１０１７ｃｍ−３以下のｎ型又はｐ型のＩｎＰ層で形成したものである。
本発明の実施の形態６に係る変調器集積型レーザ素子によれば、分離部１４の第２下クラッド層６０ａと第２上クラッド層６４ａを抵抗の高い材料で形成したので、レーザ部１２と変調部１６の電気分離効果を高めることができる。
図１６は、本発明の実施の形態６の変形例を示す分離部の断面図である。第２下クラッド層６０ａと第２上クラッド層６４ａは、半絶縁体又はキャリア濃度が１×１０１７ｃｍ−３以下のｎ型又はｐ型のＩｎＰ層で形成されている。この変形例は、図１１の構造における第２下クラッド層と第２上クラッド層の材料を上記のとおり置き換えたものである。
図１７は、本発明の実施の形態６の他の変形例を示す分離部の断面図である。第２下クラッド層６０ａと第２上クラッド層６４ａは、半絶縁体又はキャリア濃度が１×１０１７ｃｍ−３以下のｎ型又はｐ型のＩｎＰ層で形成されている。この変形例は、図１２の構造における第２下クラッド層と第２上クラッド層の材料を上記のとおり置き換えたものである。
図１８は、本発明の実施の形態６の他の変形例を示す分離部の断面図である。第２下クラッド層６０ａと第２上クラッド層６４ａは、半絶縁体又はキャリア濃度が１×１０１７ｃｍ−３以下のｎ型又はｐ型のＩｎＰ層で形成されている。この変形例は、図１４の構造における第２下クラッド層と第２上クラッド層の材料を上記のとおり置き換えたものである。
本発明の実施の形態６では、第２上クラッド層と第２下クラッド層の両方を半絶縁体等で形成したが、第２上クラッド層又は前記第２下クラッド層を半絶縁体又はキャリア濃度が１×１０１７ｃｍ−３以下の層で形成すれば、レーザ部１２と変調部１６の電気分離効果を得ることができる。
また、第１下クラッド層と、第２下クラッド層と、第３下クラッド層は一体的に形成されているので、変調器集積型レーザ素子の短手方向の第２下クラッド層６０ａの幅を第１下クラッド層の幅、及び第３下クラッド層の幅よりも狭くすることがレーザ部と変調部の電気分離効果を高めることに貢献している。
本発明に係る変調器集積型レーザ素子は様々な変形が可能である。例えば、上述の各実施の形態に係る変調器集積型レーザ素子の特徴を適宜組み合わせてもよい。また、各層の導電型を適宜に反転させたり、他の半導体層を追加したりすることもできる。
１０ 変調器集積型レーザ素子、 １２ レーザ部、 １４ 分離部、 １６ 変調部、 ２０ 第１アノード電極、 ２２ 第１カソード電極、 ２４ ＳｉＮ膜、 ３０ 第２アノード電極、 ３０ａ 第２吸収層直上部、 ３０ｂ 溝部、 ３０ｃ ワイヤボンディング部、 ３２ 第２カソード電極、 ４０ 基板、 ４２ 第１下クラッド層、 ４４ 活性層、 ４５ 回折格子、 ４６ 第１上クラッド層、 ４８ コンタクト層、 ５０ 溝、 ５２ 溝、 ６０，６０ａ 第２下クラッド層、 ６２ 第１吸収層、 ６４，６４ａ 第２上クラッド層、 ７０ 第３下クラッド層、 ７０ａ 第２吸収層直下部、 ７０ｂ 離間部、 ７２ 第２吸収層、 ７４ 第３上クラッド層、 ８０ 溝、 ８２ 溝、 ９０ 光モジュール、 ９２ 伝送線路基板、 ９２ａ，９２ｂ 電極、 ９４，９６ ワイヤ、 ９８ 光学結合系、 １００ 低地部、 １１０，１１２，１１４，１２０ 半絶縁体、 Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３ ストライプ

Claims (5)

  1. レーザ部と、分離部と、変調部が同一基板上に形成された変調器集積型レーザ素子であって、
    前記レーザ部は、前記基板の上に形成された第１下クラッド層と、前記第１下クラッド層の上に形成された活性層と、前記活性層の上方に形成された第１アノード電極と、一部が前記第１下クラッド層と接する第１カソード電極を有し、
    前記分離部は、前記レーザ部と接し、前記基板の上に形成された第２下クラッド層と、前記活性層とつながるように前記第２下クラッド層の上に形成された第１吸収層を有し、
    前記変調部は、前記分離部と接し、前記基板の上に形成された第３下クラッド層と、前記第１吸収層とつながるように前記第３下クラッド層の上に形成された第２吸収層と、前記第２吸収層の上方に形成された第２アノード電極と、一部が前記第３下クラッド層と接する第２カソード電極とを有し、
    前記基板は半絶縁体で形成され、
    前記第１下クラッド層と、前記第２下クラッド層と、前記第３下クラッド層は一体的に形成され、
    前記変調器集積型レーザ素子の短手方向の前記第２下クラッド層の幅は、前記第１下クラッド層の幅、及び前記第３下クラッド層の幅よりも狭く、
    前記第２下クラッド層は、半絶縁体又はキャリア濃度が１×１０ １７ ｃｍ −３ 以下の層で形成されたことを特徴とする変調器集積型レーザ素子。
  2. レーザ部と、分離部と、変調部が同一基板上に形成された変調器集積型レーザ素子であって、
    前記レーザ部は、前記基板の上に形成された第１下クラッド層と、前記第１下クラッド層の上に形成された活性層と、前記活性層の上方に形成された第１アノード電極と、一部が前記第１下クラッド層と接する第１カソード電極を有し、
    前記分離部は、前記レーザ部と接し、前記基板の上に形成された第２下クラッド層と、前記活性層とつながるように前記第２下クラッド層の上に形成された第１吸収層を有し、
    前記変調部は、前記分離部と接し、前記基板の上に形成された第３下クラッド層と、前記第１吸収層とつながるように前記第３下クラッド層の上に形成された第２吸収層と、前記第２吸収層の上方に形成された第２アノード電極と、一部が前記第３下クラッド層と接する第２カソード電極とを有し、
    前記基板は半絶縁体で形成され、
    前記第１下クラッド層と、前記第２下クラッド層と、前記第３下クラッド層は一体的に形成され、
    前記変調器集積型レーザ素子の短手方向の前記第２下クラッド層の幅は、前記第１下クラッド層の幅、及び前記第３下クラッド層の幅よりも狭く、
    前記活性層と前記第１アノード電極の間に形成された第１上クラッド層と、
    前記第１吸収層の上に形成された第２上クラッド層と、
    前記第２吸収層と前記第２アノード電極の間に形成された第３上クラッド層と、有し、
    前記第２上クラッド層又は前記第２下クラッド層は半絶縁体又はキャリア濃度が１×１０ １７ ｃｍ −３ 以下の層で形成されたことを特徴とする変調器集積型レーザ素子。
  3. レーザ部と、分離部と、変調部が同一基板上に形成された変調器集積型レーザ素子であって、
    前記レーザ部は、前記基板の上に形成された第１下クラッド層と、前記第１下クラッド層の上に形成された活性層と、前記活性層の上方に形成された第１アノード電極と、一部が前記第１下クラッド層と接する第１カソード電極を有し、
    前記分離部は、前記レーザ部と接し、前記基板の上に形成された第２下クラッド層と、前記活性層とつながるように前記第２下クラッド層の上に形成された第１吸収層を有し、
    前記変調部は、前記分離部と接し、前記基板の上に形成された第３下クラッド層と、前記第１吸収層とつながるように前記第３下クラッド層の上に形成された第２吸収層と、前記第２吸収層の上方に形成された第２アノード電極と、一部が前記第３下クラッド層と接する第２カソード電極とを有し、
    前記基板は半絶縁体で形成され、
    前記第１下クラッド層と、前記第２下クラッド層と、前記第３下クラッド層は一体的に形成され、
    前記変調器集積型レーザ素子の短手方向の前記第２下クラッド層の幅は、前記第１下クラッド層の幅、及び前記第３下クラッド層の幅よりも狭く、
    前記第３下クラッド層は、
    前記第２吸収層の直下の第２吸収層直下部と、
    前記変調部の表面から少なくとも前記基板にまで及ぶ溝によって前記第２吸収層直下部と離れて形成された離間部と、を有し、
    前記溝の壁面に沿って絶縁膜が形成され、
    前記第２アノード電極は、
    前記第２吸収層直下部の上方の第２吸収層直上部と、
    前記絶縁膜に沿って形成された溝部と、
    前記離間部の上方に形成されたワイヤボンディング部と、を有し、
    前記離間部と前記第２下クラッド層は絶縁されたことを特徴とする変調器集積型レーザ素子。
  4. 前記活性層、前記第１吸収層、及び前記第２吸収層は幅が均一のストライプ状導波路を形成し、
    前記第２下クラッド層は、前記第１吸収層の直下にのみ形成されたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の変調器集積型レーザ素子。
  5. 前記活性層、前記第１吸収層、又は前記第２吸収層の少なくとも１つを光の伝播方向と垂直方向に埋め込む、半絶縁体又はキャリア濃度が１×１０ １７ ｃｍ −３ 以下の層で形成された埋め込み層を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の変調器集積型レーザ素子。
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