JPH09293927A - 光集積形半導体レーザ - Google Patents
光集積形半導体レーザInfo
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- JPH09293927A JPH09293927A JP8106497A JP10649796A JPH09293927A JP H09293927 A JPH09293927 A JP H09293927A JP 8106497 A JP8106497 A JP 8106497A JP 10649796 A JP10649796 A JP 10649796A JP H09293927 A JPH09293927 A JP H09293927A
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- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
- H01S5/026—Monolithically integrated components, e.g. waveguides, monitoring photo-detectors, drivers
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 光通信及び光計測における光源として高速・
低電圧駆動・低チャープ特性を持つ変調器を集積した集
積形半導体レーザを提供する。 【解決手段】 光集積形半導体レーザは、半導体レーザ
１２と、その半導体レーザ１２の出射光を位相変化を利
用して強度変調する前記半導体レーザと同一の基板上に
形成された光強度変調器１４ａ，１４ｂと、これら２素
子を同一の光共振器内に構成し、前記半導体レーザ１２
を直流駆動し、前記強度変調器１４ａ，１４ｂを大振幅
動作させて変調光を発生する素子において、前記半導体
レーザ１２の出射光の偏光方向を光の電界ベクトルの方
向が層に直交となるＴＭ偏光とするものである。
低電圧駆動・低チャープ特性を持つ変調器を集積した集
積形半導体レーザを提供する。 【解決手段】 光集積形半導体レーザは、半導体レーザ
１２と、その半導体レーザ１２の出射光を位相変化を利
用して強度変調する前記半導体レーザと同一の基板上に
形成された光強度変調器１４ａ，１４ｂと、これら２素
子を同一の光共振器内に構成し、前記半導体レーザ１２
を直流駆動し、前記強度変調器１４ａ，１４ｂを大振幅
動作させて変調光を発生する素子において、前記半導体
レーザ１２の出射光の偏光方向を光の電界ベクトルの方
向が層に直交となるＴＭ偏光とするものである。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光通信及び光計測
における光源として高速・低電圧駆動・低チャープ特性
を持つ変調器を集積した集積形半導体レーザに関するも
のである。
における光源として高速・低電圧駆動・低チャープ特性
を持つ変調器を集積した集積形半導体レーザに関するも
のである。
【０００２】
【従来の技術】半導体レーザは、小形，直接変調可能と
いう特徴を持ち、光ファイバ伝送の光源に用いられてき
た。しかし変調速度の向上に伴い半導体レーザ固有のチ
ャープ特性（発振波長のゆらぎ）が出現し、伝送距離が
光ファイバの分散で制限されてしまうという問題が生じ
ている（図７参照）。通常、チャープ量は線幅拡大係数
αで表され、スペクトル幅はαを用いて（１＋α2 ）
1/2 倍だけ大きくなる）。これを克服するために吸収形
の半導体変調器や、LiNbO3（リチウムナイオベイト：以
下「ＬＮ」と略す）などの屈折率制御による変調器が用
いられている。
いう特徴を持ち、光ファイバ伝送の光源に用いられてき
た。しかし変調速度の向上に伴い半導体レーザ固有のチ
ャープ特性（発振波長のゆらぎ）が出現し、伝送距離が
光ファイバの分散で制限されてしまうという問題が生じ
ている（図７参照）。通常、チャープ量は線幅拡大係数
αで表され、スペクトル幅はαを用いて（１＋α2 ）
1/2 倍だけ大きくなる）。これを克服するために吸収形
の半導体変調器や、LiNbO3（リチウムナイオベイト：以
下「ＬＮ」と略す）などの屈折率制御による変調器が用
いられている。
【０００３】図７に示すように線幅拡大係数αが−０．
８程度の値をとるとき通常の光ファイバでの伝送距離は
最大となる。吸収形の半導体変調器では半導体レーザの
直接変調に比べてはチャーピングは小さいものの上記−
０．８の値よりも大きく、これを減らすためにバイアス
電圧を深くして損失を増加させた状態で使用しているの
が現状である。
８程度の値をとるとき通常の光ファイバでの伝送距離は
最大となる。吸収形の半導体変調器では半導体レーザの
直接変調に比べてはチャーピングは小さいものの上記−
０．８の値よりも大きく、これを減らすためにバイアス
電圧を深くして損失を増加させた状態で使用しているの
が現状である。
【０００４】一方、ＬＮではチャープ特性を印加電圧で
望ましい値に制御でき、一部実用化されている。しか
し、その駆動電圧は大きく通常のＩＣドライバは使え
ず、専用の増幅器が必要である。
望ましい値に制御でき、一部実用化されている。しか
し、その駆動電圧は大きく通常のＩＣドライバは使え
ず、専用の増幅器が必要である。
【０００５】さらにＬＮの欠点を補うために、多重量子
井戸構造を用いてＬＮと同様に屈折率を制御した変調器
の試みがある（例えば電子情報通信学会研究会資料ＥＤ
９２−５０及びＯＱＥ９２−５０）。しかし、挿入損失
は１３−１５ｄＢと大きく電圧も３−４ＶとＬＮに比べ
れば小さいけれどもまだ大きく、より一層の改良が望ま
れている。また、その屈折率変化もＴＥ偏光を利用して
おり、印加電圧の増加に伴って屈折率変化ばかりでなく
図８に示すように吸収変化が大きく、変調器として問題
であった。
井戸構造を用いてＬＮと同様に屈折率を制御した変調器
の試みがある（例えば電子情報通信学会研究会資料ＥＤ
９２−５０及びＯＱＥ９２−５０）。しかし、挿入損失
は１３−１５ｄＢと大きく電圧も３−４ＶとＬＮに比べ
れば小さいけれどもまだ大きく、より一層の改良が望ま
れている。また、その屈折率変化もＴＥ偏光を利用して
おり、印加電圧の増加に伴って屈折率変化ばかりでなく
図８に示すように吸収変化が大きく、変調器として問題
であった。
【０００６】また、挿入損失を低減するため半導体レー
ザと半導体変調器をモノリシックに集積化して結合損を
減らす試みがあるが（例えばＪ．Ｅ．Ｚucker Electron
icsLetters 28 巻，No. 20, 1888−1889頁, 1992
年）、それでもまだ損失は大きく出力光の強度が弱く、
かつ電圧も大きいという問題がある。
ザと半導体変調器をモノリシックに集積化して結合損を
減らす試みがあるが（例えばＪ．Ｅ．Ｚucker Electron
icsLetters 28 巻，No. 20, 1888−1889頁, 1992
年）、それでもまだ損失は大きく出力光の強度が弱く、
かつ電圧も大きいという問題がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、以上のよう
な従来の方法に存在する問題、とくに上記の最後の半導
体変調器を利用する方法の問題点、即ち高駆動電圧・高
挿入損失を解決するために提案するもので、半導体レー
ザ特有の小型、堅固性を維持しつつ、本発明者がすでに
発明（特願平７−２１４３３５号；平成７年８月２３日
出願）し、実証している多重量子井戸構造を用いた超高
速（超広帯域）・低駆動電圧の位相制御形変調器を用い
て高効率・低チャープな集積形半導体レーザを提供する
ことにある。
な従来の方法に存在する問題、とくに上記の最後の半導
体変調器を利用する方法の問題点、即ち高駆動電圧・高
挿入損失を解決するために提案するもので、半導体レー
ザ特有の小型、堅固性を維持しつつ、本発明者がすでに
発明（特願平７−２１４３３５号；平成７年８月２３日
出願）し、実証している多重量子井戸構造を用いた超高
速（超広帯域）・低駆動電圧の位相制御形変調器を用い
て高効率・低チャープな集積形半導体レーザを提供する
ことにある。
【０００８】従来の素子より低い電圧で動作し、損失を
減らして高出力でかつ低チャープの変調光を発生できる
光集積形半導体レーザを提供することを課題とする。
減らして高出力でかつ低チャープの変調光を発生できる
光集積形半導体レーザを提供することを課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決する本発
明の光集積形半導体レーザは、半導体レーザと、その半
導体レーザの出射光を位相変化を利用して強度変調する
前記半導体レーザと同一の基板上に形成された光強度変
調器と、これら２素子を同一の光共振器内に構成し、前
記半導体レーザを直流駆動し、前記強度変調器を大振幅
動作させて変調光を発生する素子において、前記半導体
レーザの出射光の偏光方向が、光の電界ベクトルの方向
が層に直交するＴＭ偏光であることを特徴とする、もの
である。
明の光集積形半導体レーザは、半導体レーザと、その半
導体レーザの出射光を位相変化を利用して強度変調する
前記半導体レーザと同一の基板上に形成された光強度変
調器と、これら２素子を同一の光共振器内に構成し、前
記半導体レーザを直流駆動し、前記強度変調器を大振幅
動作させて変調光を発生する素子において、前記半導体
レーザの出射光の偏光方向が、光の電界ベクトルの方向
が層に直交するＴＭ偏光であることを特徴とする、もの
である。
【００１０】前記光集積形半導体レーザにおいて、前記
半導体レーザ、光強度変調器を構成する光導波路が多重
量子井戸からなり、かつ、前記多重量子井戸を構成する
量子井戸層の吸収端が前記出射光の波長より８０ｍｅＶ
以上高エネルギーであり、さらに前記量子井戸層の厚さ
が１０ｎｍ以上であり、かつ前記量子井戸に生成する２
次元励起子のボーア半径以下とすることを特徴とするも
のである。
半導体レーザ、光強度変調器を構成する光導波路が多重
量子井戸からなり、かつ、前記多重量子井戸を構成する
量子井戸層の吸収端が前記出射光の波長より８０ｍｅＶ
以上高エネルギーであり、さらに前記量子井戸層の厚さ
が１０ｎｍ以上であり、かつ前記量子井戸に生成する２
次元励起子のボーア半径以下とすることを特徴とするも
のである。
【００１１】前記光集積形半導体レーザにおいて、前記
量子井戸の井戸層がInGaAlAs４元層またはInGaAs３元層
であり、障壁層がInAlAs３元層またはInAlGaAs４元層で
ある半導体強度変調器としたことを特徴とするものであ
る。
量子井戸の井戸層がInGaAlAs４元層またはInGaAs３元層
であり、障壁層がInAlAs３元層またはInAlGaAs４元層で
ある半導体強度変調器としたことを特徴とするものであ
る。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。
を参照して説明する。
【００１３】ここで、光源と光変調器との結合には個別
の素子であれば、その間に光ファイバを介するため必ず
結合損が発生し、光の強度を減少してしまう。また、フ
ァイバとの結合にはモジュールを必要とし、作製工程が
増え、信頼性にも問題が出てくる。
の素子であれば、その間に光ファイバを介するため必ず
結合損が発生し、光の強度を減少してしまう。また、フ
ァイバとの結合にはモジュールを必要とし、作製工程が
増え、信頼性にも問題が出てくる。
【００１４】これを解決するため、図１に示すように光
変調器と半導体レーザとをモノリシックに集積する。同
図に示すように、本発明の実施の形態に係る光集積形半
導体レーザは、半導体レーザ１２と、その半導体レーザ
１２の出射光を位相変化を利用して強度変調する前記半
導体レーザと同一の基板上に形成された光強度変調器１
４ａ，１４ｂと、これら２素子を同一の光共振器内に構
成し、前記半導体レーザ１２を直流駆動し、前記強度変
調器１４ａ，１４ｂを大振幅動作させて変調光を発生す
る素子において、前記半導体レーザ１２の出射光の偏光
方向を光の電界ベクトルの方向が層に直交となるＴＭ偏
光とするものである。
変調器と半導体レーザとをモノリシックに集積する。同
図に示すように、本発明の実施の形態に係る光集積形半
導体レーザは、半導体レーザ１２と、その半導体レーザ
１２の出射光を位相変化を利用して強度変調する前記半
導体レーザと同一の基板上に形成された光強度変調器１
４ａ，１４ｂと、これら２素子を同一の光共振器内に構
成し、前記半導体レーザ１２を直流駆動し、前記強度変
調器１４ａ，１４ｂを大振幅動作させて変調光を発生す
る素子において、前記半導体レーザ１２の出射光の偏光
方向を光の電界ベクトルの方向が層に直交となるＴＭ偏
光とするものである。
【００１５】すなわち、半導体レーザの偏光面が導波層
に垂直な方向の電界ベクトルを持つように（ＴＭ偏光）
半導体レーザ活性層に引っ張り応力を導入する。また、
同一基板上に半導体マッハ・ツェンダー変調器を設、け
レーザ出射光を２本の導波路に分波しこれに加える電圧
を通して光導波層の屈折率を変え、結合器を介して干渉
を起こさせ光強度変調器とする。また、変調器にはバル
ク形に比べて高速性、低電圧駆動に有利な多重量子井戸
構造（ＭＱＷ）を採用し、その印加電圧に対する大きな
屈折率変化を利用する。
に垂直な方向の電界ベクトルを持つように（ＴＭ偏光）
半導体レーザ活性層に引っ張り応力を導入する。また、
同一基板上に半導体マッハ・ツェンダー変調器を設、け
レーザ出射光を２本の導波路に分波しこれに加える電圧
を通して光導波層の屈折率を変え、結合器を介して干渉
を起こさせ光強度変調器とする。また、変調器にはバル
ク形に比べて高速性、低電圧駆動に有利な多重量子井戸
構造（ＭＱＷ）を採用し、その印加電圧に対する大きな
屈折率変化を利用する。
【００１６】このとき、光の位相変化は、図５に示すよ
うに、偏光方向によってその吸収特性，位相特性は変化
するので、吸収の生じない範囲で屈折率変化の大きな動
作条件として、光の電界ベクトルの方向が層に直交する
ＴＭ偏光を選ぶこととする。
うに、偏光方向によってその吸収特性，位相特性は変化
するので、吸収の生じない範囲で屈折率変化の大きな動
作条件として、光の電界ベクトルの方向が層に直交する
ＴＭ偏光を選ぶこととする。
【００１７】（作用）半導体レーザの活性層に引っ張り
応力を導入するとＴＭ偏光で発振させることができる。
このとき活性層を多重量子井戸構造にすると大きな引っ
張り応力を導入でき、発振しきい値電流も下がる。変調
器での光の位相変化は図５に示すように偏光方向によっ
てその吸収特性、位相特性は変化するが、井戸の厚さが
１０ｎｍ以上の井戸層を用い、かつＴＭ偏光を選ぶと吸
収の生じないままで屈折率変化の大きくなることが本発
明者らによって実験で確認された。
応力を導入するとＴＭ偏光で発振させることができる。
このとき活性層を多重量子井戸構造にすると大きな引っ
張り応力を導入でき、発振しきい値電流も下がる。変調
器での光の位相変化は図５に示すように偏光方向によっ
てその吸収特性、位相特性は変化するが、井戸の厚さが
１０ｎｍ以上の井戸層を用い、かつＴＭ偏光を選ぶと吸
収の生じないままで屈折率変化の大きくなることが本発
明者らによって実験で確認された。
【００１８】すなわち、一般に吸収端波長と入射波長と
のエネルギー差の小さい条件では通常のＴＥ偏光では屈
折率変化を大きくすると吸収係数も変化してしまう（図
８参照）。これに対してＴＭ偏光を選ぶとエネルギー差
の小さい条件でも吸収の生じないままでより大きな屈折
率変化が得られる。
のエネルギー差の小さい条件では通常のＴＥ偏光では屈
折率変化を大きくすると吸収係数も変化してしまう（図
８参照）。これに対してＴＭ偏光を選ぶとエネルギー差
の小さい条件でも吸収の生じないままでより大きな屈折
率変化が得られる。
【００１９】従って、ＴＭ偏光を選ぶとＴＥ偏光に比べ
て小さな電圧で低損失で動作させることができる。この
とき干渉を利用しているため線幅拡大係数αの小さい
（−１．０付近）外部変調器として動作できるので、伝
送距離は大幅に拡大される。多重量子井戸構造を用いた
ものではその３ｄＢ帯域幅は素子容量で制限されてお
り、２０ＧＨｚという最高速も可能である。
て小さな電圧で低損失で動作させることができる。この
とき干渉を利用しているため線幅拡大係数αの小さい
（−１．０付近）外部変調器として動作できるので、伝
送距離は大幅に拡大される。多重量子井戸構造を用いた
ものではその３ｄＢ帯域幅は素子容量で制限されてお
り、２０ＧＨｚという最高速も可能である。
【００２０】図６はこれらの関係を示したもので、ＴＥ
偏光に比べてＴＭ偏光の方が同じ屈折率変化を少ない印
加電圧で得られる。このときデチューニングエネルギー
ΔＥ（吸収端と使用光のエネルギー差）ΔＥが８０ｍｅ
Ｖ以上であれば、また、井戸の厚さが１０ｎｍ以上あれ
ば効率よく動作することが判明した。
偏光に比べてＴＭ偏光の方が同じ屈折率変化を少ない印
加電圧で得られる。このときデチューニングエネルギー
ΔＥ（吸収端と使用光のエネルギー差）ΔＥが８０ｍｅ
Ｖ以上であれば、また、井戸の厚さが１０ｎｍ以上あれ
ば効率よく動作することが判明した。
【００２１】また、半導体レーザとのモノリシック集積
化の利点は、光出力の向上に効果的で、従来の方法の問
題であった光源と変調器とを光ファイバを介して結合し
たことで増加する損失を減らせられる。また、上記の方
法で発生された光出力は、印加電圧で吸収係数変化を利
用する吸収形強度変調器と異なり、損失はほとんどなく
チャーピングも小さくレーザの発振スペクトルも均一で
過飽和吸収効果もなく、従ってジッターも少なく、パタ
ーン効果もなく、望ましい光パルス波形で外部に取り出
せるという効果がある。
化の利点は、光出力の向上に効果的で、従来の方法の問
題であった光源と変調器とを光ファイバを介して結合し
たことで増加する損失を減らせられる。また、上記の方
法で発生された光出力は、印加電圧で吸収係数変化を利
用する吸収形強度変調器と異なり、損失はほとんどなく
チャーピングも小さくレーザの発振スペクトルも均一で
過飽和吸収効果もなく、従ってジッターも少なく、パタ
ーン効果もなく、望ましい光パルス波形で外部に取り出
せるという効果がある。
【００２２】以下、図面を参照して本発明の一つの実施
の形態に係る素子構造を詳細に説明する。
の形態に係る素子構造を詳細に説明する。
【００２３】図１は本発明の実施例に従うＭＱＷレーザ
とＭＱＷ光変調器の集積化光源の概略斜視図を示すもの
である。図２は図１の素子構造の断面図、図３はその作
製工程を示す結合部の拡大図である。図２において、１
０はＭＱＷレーザ素子、１１は光導波路、１２は半導体
レーザ部、１４ａ，１４ｂは光の位相を変調する変調器
部、１５は第１の半導体部分、１６は第２の半導体部
分、１７は光結合領域、１８は界面、２０は基板、２２
はエッチングストップ層、２４は第１の下クラッド層、
２６は活性層（第１の多重量子井戸構造）、２６Ａはウ
ェル層、２６Ｂ層はバリア層、２８はガイド層、２９は
高反射膜、３０は第１の上クラッド層、３１は保護層、
３２は第２の下クラッド層、３４は第２の多重量子井戸
構造、３４Ａはウェル層、３４Ｂ層はバリア層、３６は
第２の上クラッド層、３８は第３のクラッド層、３８Ａ
は肉薄部、３８Ｂ，３８Ｃはクラッド層の部分、４０は
分離部、４２はキャップ層、４４，４６，４７は埋込み
部、４８はレーザ部の電極、４９は光位相変調器部の電
極である。
とＭＱＷ光変調器の集積化光源の概略斜視図を示すもの
である。図２は図１の素子構造の断面図、図３はその作
製工程を示す結合部の拡大図である。図２において、１
０はＭＱＷレーザ素子、１１は光導波路、１２は半導体
レーザ部、１４ａ，１４ｂは光の位相を変調する変調器
部、１５は第１の半導体部分、１６は第２の半導体部
分、１７は光結合領域、１８は界面、２０は基板、２２
はエッチングストップ層、２４は第１の下クラッド層、
２６は活性層（第１の多重量子井戸構造）、２６Ａはウ
ェル層、２６Ｂ層はバリア層、２８はガイド層、２９は
高反射膜、３０は第１の上クラッド層、３１は保護層、
３２は第２の下クラッド層、３４は第２の多重量子井戸
構造、３４Ａはウェル層、３４Ｂ層はバリア層、３６は
第２の上クラッド層、３８は第３のクラッド層、３８Ａ
は肉薄部、３８Ｂ，３８Ｃはクラッド層の部分、４０は
分離部、４２はキャップ層、４４，４６，４７は埋込み
部、４８はレーザ部の電極、４９は光位相変調器部の電
極である。
【００２４】本発明のＭＱＷレーザ素子１０は光導波路
１１を基板２０上に設けたものである。図１に示すよう
に、この光導波路１１は半導体レーザ部１２とこれに結
合された光分岐部７０、光位相変調器部１４ａ，１４
ｂ、２つの導波路を導波した光を干渉させる光結合部８
０とから構成されている。
１１を基板２０上に設けたものである。図１に示すよう
に、この光導波路１１は半導体レーザ部１２とこれに結
合された光分岐部７０、光位相変調器部１４ａ，１４
ｂ、２つの導波路を導波した光を干渉させる光結合部８
０とから構成されている。
【００２５】また、半導体レーザ部１２は、第１の半導
体部分１５を含み、光位相変調器部１４ａ，１４ｂは第
２の半導体部分１６を含む。基板２０上にはエッチング
ストップ層２２を介して上述した第１および第２の半導
体部分１５，１６を設ける。この第１の半導体部分１５
は第１の下クラッド層２４、活性層２６（第１の多重量
子井戸構造）、ガイド層２８、第１の上クラッド層３０
を有し、この順に積層してある。第１の上下クラッド層
３０，２４は導電型が異なるようにドープしてあり、活
性層２６とガイド層２８を挟んでいる。活性層２６は、
ウェル層２６Ａ、バリア層２６Ｂからなる第１の多重量
子井戸構造を構成している。光位相変調器部１４ａ，１
４ｂは第２の半導体部分１６からなっており、量子井戸
の厚さがレーザ部に比べてやや薄く吸収端波長が短波長
になっているほか、印加電圧が互いに独立に加えられる
ようになっている。
体部分１５を含み、光位相変調器部１４ａ，１４ｂは第
２の半導体部分１６を含む。基板２０上にはエッチング
ストップ層２２を介して上述した第１および第２の半導
体部分１５，１６を設ける。この第１の半導体部分１５
は第１の下クラッド層２４、活性層２６（第１の多重量
子井戸構造）、ガイド層２８、第１の上クラッド層３０
を有し、この順に積層してある。第１の上下クラッド層
３０，２４は導電型が異なるようにドープしてあり、活
性層２６とガイド層２８を挟んでいる。活性層２６は、
ウェル層２６Ａ、バリア層２６Ｂからなる第１の多重量
子井戸構造を構成している。光位相変調器部１４ａ，１
４ｂは第２の半導体部分１６からなっており、量子井戸
の厚さがレーザ部に比べてやや薄く吸収端波長が短波長
になっているほか、印加電圧が互いに独立に加えられる
ようになっている。
【００２６】一方、光変調器部１３に含まれる第２の半
導体部分１６は第２の下クラッド層３２、第２の多重量
子井戸構造３４、第２の上クラッド層３６を有し、この
順に積層してある。第２の上下クラッド層３６、３２は
第１の上下クラッド層と同様に、導電型が異なるように
ドープしてあり、第２の多重量子井戸構造を挟んでい
る。この第２の多重量子井戸構造３４は第１の多重量子
井戸構造と同様に、ウェル層３４Ａおよびバリア層３４
Ｂからなる。半導体レーザ部１２は、光変調器部１３の
下クラッド層３２を介して相互に対向する光結合領域１
７において光学的に結合されている。
導体部分１６は第２の下クラッド層３２、第２の多重量
子井戸構造３４、第２の上クラッド層３６を有し、この
順に積層してある。第２の上下クラッド層３６、３２は
第１の上下クラッド層と同様に、導電型が異なるように
ドープしてあり、第２の多重量子井戸構造を挟んでい
る。この第２の多重量子井戸構造３４は第１の多重量子
井戸構造と同様に、ウェル層３４Ａおよびバリア層３４
Ｂからなる。半導体レーザ部１２は、光変調器部１３の
下クラッド層３２を介して相互に対向する光結合領域１
７において光学的に結合されている。
【００２７】第１および第２の半導体部分１５，１６の
上には、連続するクラッド層３８を設け、このクラッド
層３８は第１および第２の半導体部分１５，１６の界面
１８を挟む対向端部１５Ａ，１６Ａを含む領域に沿って
上部が欠損した分離部４０を有する。すなわち、界面１
８をまたぐ肉薄部３８Ａでレーザ部１２と光位相変調器
部１４ａ，１４ｂに存在するクラッド３８の部分３８Ｃ
を一体に連絡している。光導波路１１はレーザ部１２、
光位相変調器部１４ａ，１４ｂを貫くリッジ構造を有し
ており、レーザ部１２と光位相変調器部１４ａ，１４ｂ
の各両側はそれぞれ埋込み部４４，４６，４７がキャッ
プ層４２と同じ高さに設けられている。キャップ層４２
および埋込み部４４，４６，４７の上にレーザ部の電極
４８、位相変調器部１４ａ，１４ｂの電極５０がそれぞ
れ設けられている。レーザ部１２と位相変調器部１４
ａ，１４ｂとは分離部４０により絶縁性が向上されてい
る。
上には、連続するクラッド層３８を設け、このクラッド
層３８は第１および第２の半導体部分１５，１６の界面
１８を挟む対向端部１５Ａ，１６Ａを含む領域に沿って
上部が欠損した分離部４０を有する。すなわち、界面１
８をまたぐ肉薄部３８Ａでレーザ部１２と光位相変調器
部１４ａ，１４ｂに存在するクラッド３８の部分３８Ｃ
を一体に連絡している。光導波路１１はレーザ部１２、
光位相変調器部１４ａ，１４ｂを貫くリッジ構造を有し
ており、レーザ部１２と光位相変調器部１４ａ，１４ｂ
の各両側はそれぞれ埋込み部４４，４６，４７がキャッ
プ層４２と同じ高さに設けられている。キャップ層４２
および埋込み部４４，４６，４７の上にレーザ部の電極
４８、位相変調器部１４ａ，１４ｂの電極５０がそれぞ
れ設けられている。レーザ部１２と位相変調器部１４
ａ，１４ｂとは分離部４０により絶縁性が向上されてい
る。
【００２８】上述したＭＱＷレーザは、次のようにして
製造できる。すなわち、予め分子線エピタキシー法（Ｍ
ＢＥ）あるいは有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ）また
はガスソースＭＢＥにより基板上に作製されたレーザ部
（または位相変調器部）を選択的にドライおよびウェッ
トエッチング法により基板までエッチングし、その後、
位相変調器部（またはレーザ部）をＭＢＥ法あるいはＭ
ＯＶＰＥ法を用いて成長する。この時レーザ発光部の基
板表面から測った高さは位相変調器部光導波路部分の基
板表面から測った高さに合うようにする。レーザ部と位
相変調器部は独立に電圧を印加できるようにし、かつ、
選択成長法や、混晶化技術等を用いて量子井戸の吸収端
波長をレーザのそれより短波長にする。
製造できる。すなわち、予め分子線エピタキシー法（Ｍ
ＢＥ）あるいは有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ）また
はガスソースＭＢＥにより基板上に作製されたレーザ部
（または位相変調器部）を選択的にドライおよびウェッ
トエッチング法により基板までエッチングし、その後、
位相変調器部（またはレーザ部）をＭＢＥ法あるいはＭ
ＯＶＰＥ法を用いて成長する。この時レーザ発光部の基
板表面から測った高さは位相変調器部光導波路部分の基
板表面から測った高さに合うようにする。レーザ部と位
相変調器部は独立に電圧を印加できるようにし、かつ、
選択成長法や、混晶化技術等を用いて量子井戸の吸収端
波長をレーザのそれより短波長にする。
【００２９】図４は変調器部分を先に形成する場合の製
造工程を示す概略断面図である。図４において、図１お
よび２において使用されている符号と同じ符号は同じ部
材または部分を示し、５２はＳｉＯ2 膜、５４はパター
ン化レジスタ、５６はＳｉＯ 2 膜ひさしである。
造工程を示す概略断面図である。図４において、図１お
よび２において使用されている符号と同じ符号は同じ部
材または部分を示し、５２はＳｉＯ2 膜、５４はパター
ン化レジスタ、５６はＳｉＯ 2 膜ひさしである。
【００３０】
【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を説明
する。
する。
【００３１】図１および図２に示す素子構造を下記の通
り製作した。すなわち、ｎ−ＩｎＰ基板２０の表面にガ
スソースＭＢＥまたはＭＯＶＰＥ法によりｎ−InGaAsP
層をエッチングストップ層２２として設け、その上にｎ
−ＩｎＰクラッド層２４を０．１μｍ、次いで１０ｎｍ
のInGaAsをウェル層（井戸層）２６Ａとし波長１．３μ
ｍ相当のInGaAsP １０ｎｍをバリア層（障壁層）２６Ｂ
とする量子井戸構造６層からなる活性層２６、波長１．
３μｍ相当のInGaAsPガイド層を０．１μｍ成長した。
その上にｐ−ＩｎＰクラッド層３０を成長した後、Ｓｉ
Ｏ2 膜５２をスパッタ装置により形成し、これにフォト
リソグラフィー技術により所望の部分に穴を開ける。す
なわち、パターン化したフォトレジスト５４との２層マ
スクを使用してリソグラフィーを行う。
り製作した。すなわち、ｎ−ＩｎＰ基板２０の表面にガ
スソースＭＢＥまたはＭＯＶＰＥ法によりｎ−InGaAsP
層をエッチングストップ層２２として設け、その上にｎ
−ＩｎＰクラッド層２４を０．１μｍ、次いで１０ｎｍ
のInGaAsをウェル層（井戸層）２６Ａとし波長１．３μ
ｍ相当のInGaAsP １０ｎｍをバリア層（障壁層）２６Ｂ
とする量子井戸構造６層からなる活性層２６、波長１．
３μｍ相当のInGaAsPガイド層を０．１μｍ成長した。
その上にｐ−ＩｎＰクラッド層３０を成長した後、Ｓｉ
Ｏ2 膜５２をスパッタ装置により形成し、これにフォト
リソグラフィー技術により所望の部分に穴を開ける。す
なわち、パターン化したフォトレジスト５４との２層マ
スクを使用してリソグラフィーを行う。
【００３２】次にこれをマスクとして光位相変調器部１
４ａ，１４ｂをＭＢＥ法またはＭＯＶＰＥ法により成長
する。このとき選択マスクを用いて選択成長し、光位相
変調器１４ａ，１４ｂは厚さ１０ｎｍのInGaAlAsウェル
層となるように成長して光導波路３４を形成し、その上
にｐ−InAlAsクラッド層３６を形成する。クラッド層３
６の上にはｐ−InGaAs保護層３１を形成する。最後にｐ
−ＩｎＰクラッド層３８、ｐ−InGaAsキャップ層４２を
ＭＢＥまたはＭＯＶＰＥ法により形成する。次に幅１．
５〜３．０μｍのストライプを用いて、上述した活性層
２６、光導波層３４までエッチングを行い、レーザ部と
位相変調器部を貫くリッジを形成する。この後、レーザ
部をＩｎＰ層（ｐ−ＩｎＰとｎ−ＩｎＰの組み合わせま
たは半絶縁性ＩｎＰからなる）４４で、位相変調器部を
ポリイミド４７でそれぞれ埋め込み、最後に各々の部分
にレーザ部の電極４８，位相変調器部電極４９をつけ
る。
４ａ，１４ｂをＭＢＥ法またはＭＯＶＰＥ法により成長
する。このとき選択マスクを用いて選択成長し、光位相
変調器１４ａ，１４ｂは厚さ１０ｎｍのInGaAlAsウェル
層となるように成長して光導波路３４を形成し、その上
にｐ−InAlAsクラッド層３６を形成する。クラッド層３
６の上にはｐ−InGaAs保護層３１を形成する。最後にｐ
−ＩｎＰクラッド層３８、ｐ−InGaAsキャップ層４２を
ＭＢＥまたはＭＯＶＰＥ法により形成する。次に幅１．
５〜３．０μｍのストライプを用いて、上述した活性層
２６、光導波層３４までエッチングを行い、レーザ部と
位相変調器部を貫くリッジを形成する。この後、レーザ
部をＩｎＰ層（ｐ−ＩｎＰとｎ−ＩｎＰの組み合わせま
たは半絶縁性ＩｎＰからなる）４４で、位相変調器部を
ポリイミド４７でそれぞれ埋め込み、最後に各々の部分
にレーザ部の電極４８，位相変調器部電極４９をつけ
る。
【００３３】この電極４８，４９をマスクとしてエッチ
ングを施し、各電極間に分離部４０を形成し、レーザ
部、位相変調器部の間の絶縁を強化する。レーザ部、位
相変調器部とその間の絶縁部の長さは５００μｍ、９０
０μｍ、５０μｍとした。光位相変調器部のレーザ側と
反対の出射端面には無反射コーティングを施し、他方の
半導体レーザ側端面は高反射コーティング２９とした。
また、基板の下面にはｎ形電極６２を設けている（図２
参照）。
ングを施し、各電極間に分離部４０を形成し、レーザ
部、位相変調器部の間の絶縁を強化する。レーザ部、位
相変調器部とその間の絶縁部の長さは５００μｍ、９０
０μｍ、５０μｍとした。光位相変調器部のレーザ側と
反対の出射端面には無反射コーティングを施し、他方の
半導体レーザ側端面は高反射コーティング２９とした。
また、基板の下面にはｎ形電極６２を設けている（図２
参照）。
【００３４】図７は本発明を適用したＭＱＷレーザと光
の位相制御によるＭＱＷ強度変調器の集積化光源の変調
器の特性を示すものである。図７では、通常光ファイバ
に波長１．５５μｍ、１０Ｇbit/sec の光変調信号を伝
搬したとき、１ｄＢのpenalty を許すと何ｋｍまで伝送
できるかを示すものであり、αパラメータの値が伝送距
離にどう影響するかを示している。レーザ部から発生し
た連続光は変調器により変調速度２０Ｇbit/sec の光信
号となって変調器端面から放出され、その信号はチャー
ピングの少ない（α＜０）ものとなっている。光出力も
数１０ｍＷあり、この種の光源として十分な値である。
ＭＱＷ光位相変調器に直流電圧を加えるとチャーピング
値が変化し、所期の目的を達成できた。このとき、１５
ｄＢ以上の高消光比や２０ＧＨｚ程度の高帯域が達成さ
れた。
の位相制御によるＭＱＷ強度変調器の集積化光源の変調
器の特性を示すものである。図７では、通常光ファイバ
に波長１．５５μｍ、１０Ｇbit/sec の光変調信号を伝
搬したとき、１ｄＢのpenalty を許すと何ｋｍまで伝送
できるかを示すものであり、αパラメータの値が伝送距
離にどう影響するかを示している。レーザ部から発生し
た連続光は変調器により変調速度２０Ｇbit/sec の光信
号となって変調器端面から放出され、その信号はチャー
ピングの少ない（α＜０）ものとなっている。光出力も
数１０ｍＷあり、この種の光源として十分な値である。
ＭＱＷ光位相変調器に直流電圧を加えるとチャーピング
値が変化し、所期の目的を達成できた。このとき、１５
ｄＢ以上の高消光比や２０ＧＨｚ程度の高帯域が達成さ
れた。
【００３５】以上、半導体レーザおよびレーザ部と変調
器部の結合形態を半導体レーザおよびバットジョイント
と呼ばれる構造を用いて説明したが、光源を構成する半
導体レーザをＬＯＣ（Large Optical Cavity）と呼ばれ
る光導波層を活性層以外に設ける構造（図４参照）でも
同様な特性がえられる。図４に示すように、レーザ部１
２にはレーザ活性層と、位相変調器の導波層のコアが２
層２６，３４あり、位相変調器部には１層２６しかな
く、レーザより発光された光が位相変調器１４に導波さ
れる構造となっている。
器部の結合形態を半導体レーザおよびバットジョイント
と呼ばれる構造を用いて説明したが、光源を構成する半
導体レーザをＬＯＣ（Large Optical Cavity）と呼ばれ
る光導波層を活性層以外に設ける構造（図４参照）でも
同様な特性がえられる。図４に示すように、レーザ部１
２にはレーザ活性層と、位相変調器の導波層のコアが２
層２６，３４あり、位相変調器部には１層２６しかな
く、レーザより発光された光が位相変調器１４に導波さ
れる構造となっている。
【００３６】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によればＭ
ＱＷレーザと光の位相制御によるＭＱＷ光強度変調器が
結合効率よく集積化された光源を作製でき、また、ＭＱ
Ｗ−レーザとＭＱＷ位相変調器の各々の性能を最適化で
きるため、高帯域かつ低チャープ特性を持つ高出力の光
変調信号を容易に発生できる。また、ＭＱＷ光位相変調
器に加える電圧を制御して、チャープの値を負の値に変
えることができる。
ＱＷレーザと光の位相制御によるＭＱＷ光強度変調器が
結合効率よく集積化された光源を作製でき、また、ＭＱ
Ｗ−レーザとＭＱＷ位相変調器の各々の性能を最適化で
きるため、高帯域かつ低チャープ特性を持つ高出力の光
変調信号を容易に発生できる。また、ＭＱＷ光位相変調
器に加える電圧を制御して、チャープの値を負の値に変
えることができる。
【図１】本発明を適用したＭＱＷレーザとＭＱＷ光強度
変調器の集積化光源素子の概略構成を示す模式的斜視図
である。
変調器の集積化光源素子の概略構成を示す模式的斜視図
である。
【図２】本発明を適用したＭＱＷレーザとＭＱＷ光強度
変調器の集積化光源素子の構造の概略構成を示す断面図
である。
変調器の集積化光源素子の構造の概略構成を示す断面図
である。
【図３】図２のＭＱＷレーザとＭＱＷ光位相変調部の接
合界面付近の作製工程を示す断面図である。
合界面付近の作製工程を示す断面図である。
【図４】本発明を適用した場合の集積形半導体レーザ素
子の他の実施例を示す図である。
子の他の実施例を示す図である。
【図５】本発明の原理を説明する光位相変調部の動作原
理を示す図であり、ＴＭ偏光を用いて屈折率変化が印加
電圧でどれだけ変わるかを示す図である。
理を示す図であり、ＴＭ偏光を用いて屈折率変化が印加
電圧でどれだけ変わるかを示す図である。
【図６】本発明を適用したＭＱＷ−ＤＦＢレーザとＭＱ
Ｗ光位相変調器による光強度変調器集積化光源の光位相
変調器部を動作させた場合の特性を示す図である。
Ｗ光位相変調器による光強度変調器集積化光源の光位相
変調器部を動作させた場合の特性を示す図である。
【図７】通常光ファイバに波長１．５５μｍ、１０Ｇbi
t/sec の光変調信号を伝搬したとき１ｄＢのpenalty を
許すと何ｋｍまで伝送できるかを示す図であり、αパラ
メータの値が伝送距離にどう影響するかを示すずであ
る。
t/sec の光変調信号を伝搬したとき１ｄＢのpenalty を
許すと何ｋｍまで伝送できるかを示す図であり、αパラ
メータの値が伝送距離にどう影響するかを示すずであ
る。
【図８】従来の多重量子井戸形位相変調器の特性を示す
図である。
図である。
１０ ＭＱＷレーザ素子 １１ 光導波路 １２ 半導体レーザ部 １４ａ，１４ｂ 光位相変調器部 １５ 第１の半導体部分 １５Ａ，１６Ａ 対向端部 １６ 第２の半導体部分 １７ 光結合領域 １８ 界面（斜めエッチング面） ２０ 基板 ２２ エッチングストップ層 ２４ 第１の下クラッド層 ２６ 活性層（第１の多重量子井戸構造） ２６Ａ，３４Ａ ウェル層 ２６Ｂ，３４Ｂ バリア層 ２８ ガイド層 ２９ 高反射膜 ３０ 第１の上クラッド層 ３１ 保護層 ３２ 第２の下クラッド層 ３４ 第２の多重量子井戸構造 ３６ 第２の上クラッド層 ３８ 第３のクラッド層 ３８Ａ 肉薄部 ３８Ｂ，３８Ｃ クラッドの部分 ４０ 分離部 ４２ キャップ層 ４４，４６，４７ 埋込み部 ４８ レーザ部の電極 ４９ 位相変調器部の電極 ５２ ＳｉＯ2 膜 ５４ パターン化レジスト ５６ ひさし ６２ ｎ型電極
フロントページの続き (72)発明者 杉浦 英雄 東京都新宿区西新宿三丁目19番２号 日本 電信電話株式会社内
Claims (3)
- 【請求項１】 半導体レーザと、 その半導体レーザの出射光を位相変化を利用して強度変
調する前記半導体レーザと同一の基板上に形成された光
強度変調器と、 これら２素子を同一の光共振器内に構成し、 前記半導体レーザを直流駆動し、前記強度変調器を大振
幅動作させて変調光を発生する素子において、 前記半導体レーザの出射光の偏光方向が、光の電界ベク
トルの方向が層に直交するＴＭ偏光であることを特徴と
する光集積形半導体レーザ。 - 【請求項２】 請求項１記載の光集積形半導体レーザに
おいて、 前記半導体レーザ、光強度変調器を構成する光導波路が
多重量子井戸からなり、かつ、前記多重量子井戸を構成
する量子井戸層の吸収端が前記出射光の波長より８０ｍ
ｅＶ以上高エネルギーであり、さらに前記量子井戸層の
厚さが１０ｎｍ以上であり、かつ前記量子井戸に生成す
る２次元励起子のボーア半径以下とすることを特徴とす
る光集積形半導体レーザ。 - 【請求項３】 請求項１及び２記載の光集積形半導体レ
ーザにおいて、 前記量子井戸の井戸層がInGaAlAs４元層またはInGaAs３
元層であり、障壁層がInAlAs３元層またはInAlGaAs４元
層である半導体強度変調器としたことを特徴とする光集
積形半導体レーザ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8106497A JPH09293927A (ja) | 1996-04-26 | 1996-04-26 | 光集積形半導体レーザ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8106497A JPH09293927A (ja) | 1996-04-26 | 1996-04-26 | 光集積形半導体レーザ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09293927A true JPH09293927A (ja) | 1997-11-11 |
Family
ID=14435081
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8106497A Withdrawn JPH09293927A (ja) | 1996-04-26 | 1996-04-26 | 光集積形半導体レーザ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09293927A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011210761A (ja) * | 2010-03-29 | 2011-10-20 | Fujitsu Ltd | 光半導体集積素子及びその製造方法 |
| WO2011090575A3 (en) * | 2009-12-30 | 2011-11-17 | Intel Corporation | Optical modulator using a dual output laser embedded in a mach zehnder interferometer |
| JP2013061632A (ja) * | 2011-08-23 | 2013-04-04 | Japan Oclaro Inc | 光デバイス、光モジュール、及び光デバイスの製造方法 |
| JP2013110274A (ja) * | 2011-11-21 | 2013-06-06 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 半導体集積素子 |
| KR20150048017A (ko) * | 2013-10-24 | 2015-05-06 | 한국전자통신연구원 | 수퍼루미네센트 다이오드 및 그의 구현 방법 |
| US9341772B2 (en) | 2011-11-21 | 2016-05-17 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Integrated semiconductor device |
| JP2016171135A (ja) * | 2015-03-11 | 2016-09-23 | 三菱電機株式会社 | 光半導体装置の製造方法 |
-
1996
- 1996-04-26 JP JP8106497A patent/JPH09293927A/ja not_active Withdrawn
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2011090575A3 (en) * | 2009-12-30 | 2011-11-17 | Intel Corporation | Optical modulator using a dual output laser embedded in a mach zehnder interferometer |
| JP2011210761A (ja) * | 2010-03-29 | 2011-10-20 | Fujitsu Ltd | 光半導体集積素子及びその製造方法 |
| US8987117B2 (en) | 2010-03-29 | 2015-03-24 | Fujitsu Limited | Semiconductor optical integrated device and method for fabricating the same |
| JP2013061632A (ja) * | 2011-08-23 | 2013-04-04 | Japan Oclaro Inc | 光デバイス、光モジュール、及び光デバイスの製造方法 |
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|---|---|---|---|
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