WO2019059066A1 - 半導体光集積素子 - Google Patents

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隆彦 進藤
小林　亘
藤原　直樹
慈 金澤
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日本電信電話株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a distributed feedback type (DFB: Distributed FeedBack) semiconductor optical integrated device, and more particularly to a semiconductor optical integrated device for monitoring light intensity.
  • DFB Distributed FeedBack
  • Distributed feedback (DFB) lasers are excellent in single-wavelength characteristics, and are known to be monolithically integrated with an electroabsorption (EA) modulator on a single substrate. ing.
  • the semiconductor optical integrated device (EA-DFB laser) of this form is used as an optical transmitter for long distance transmission with a transmission distance of 40 km or more.
  • the signal light wavelength of the EA-DFB laser mainly, the 1.55 ⁇ m band in which the propagation loss of the optical fiber is small, or the 1.3 ⁇ m band which is less susceptible to the wavelength dispersion generated in the optical fiber is used.
  • a light receiver is provided on the side facing the emission end of the DFB laser Is disclosed (see, for example, FIG. 6 of Patent Document 1).
  • a light receiver provided on the surface facing the emission end of the DFB laser is configured to monitor the light intensity.
  • the optical transmitter in addition to the EA-DFB laser (DFB laser and EA modulator), one that realizes long distance transmission by monolithically integrating an SOA (Semiconductor Optical Amplifier) on the same substrate (See, for example, Patent Document 2).
  • SOA semiconductor Optical Amplifier
  • the light intensity is kept constant even if the light intensity is monitored at the position of the light receiver on which the conventional configuration is premised, that is, the surface facing the emission end of the DFB laser. I can not do feedback control to keep.
  • the light receiver on which the conventional configuration is premised is provided on the surface facing the emission end of the DFB laser, and monitors only the light intensity of the DFB laser. For this reason, even if the amplification factor of the SOA is lowered due to the deterioration of the SOA, a change in light intensity can not be detected. Feedback control is not performed because even if the amplification factor of the SOA decreases, feedback control is not performed, and as a result, the light intensity of the DFB laser decreases.
  • An object of the present invention is to provide a semiconductor optical integrated device capable of performing feedback control to keep the light intensity of a DFB laser constant in an optical transmitter monolithically integrating a DFB laser, an EA modulator and an SOA. It is.
  • the present invention is monolithically integrated on the same substrate as a DFB laser, an EA modulator connected to the DFB laser, the DFB laser and the EA modulator, and the EA modulator A light emitting device connected to the light emitting end, and a light receiver disposed on the light emitting end side of the SOA and having the same composition as the SOA, to which a forward bias voltage or a forward bias current is applied;
  • the light receiver is configured to monitor a change in detection value according to an input light intensity to the light receiver such that a drive current to the DFB laser and the SOA is feedback controlled.
  • each of the DFB laser and the SOA is connected to the same control terminal, and the same control terminal is configured to inject the drive current into each of the DFB laser and the SOA.
  • FIG. 1 is a view for explaining an outline of control of a semiconductor optical integrated device according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a diagram for explaining the relationship between I op , I DFB, and I SOA in the semiconductor optical integrated device of the embodiment.
  • FIG. 3 is a view showing an example of the configuration of the semiconductor optical integrated device of the embodiment;
  • FIG. 4A is a diagram for explaining a method of monitoring a voltage driven light receiver;
  • FIG. 4B is a diagram for explaining a method of monitoring a current-driven light receiver.
  • optical integrated device which is an embodiment of the present invention
  • an EA-DFB laser and an SOA are integrated.
  • FIG. 1 is a view for explaining an outline of control of the optical integrated device 100 according to the present embodiment.
  • the integrated optical device 100 includes the DFB laser 11, the EA modulator 12, and the SOA 13 in order with respect to the light guiding direction. These components 11 to 13 are monolithically laminated integrally on a single semiconductor substrate.
  • the optical integrated device 100 further includes a monitor light receiver 14 disposed on the emission end side of the SOA 13.
  • the DFB laser 11 and the SOA 13 are controlled by the current value I op injected from the same control terminal 15.
  • the allowable value of I op in an optical transmission module equipped with an EA-DFB laser is 60 to 80 mA. From this point of view, it is preferable that the upper limit value of I op be set to, for example, 80 mA also in the integrated optical device 100 of the present embodiment.
  • I op The horizontal axis is I op and the vertical axis is the current value of I DFB and I SOA .
  • a DFB laser 11 with a length of 450 ⁇ m in the light guiding direction is used.
  • the SOA length is 1/9 of the length of the DFB laser 11 (450 ⁇ m), so most of the current value I op is a DFB laser 11 is injected.
  • the SOA length is 150 ⁇ m
  • each of the DFB laser 11 and the SOA 13 it is possible to adjust the current I DFB, I SOA injected into them.
  • the length of the DFB laser 11 is 450 ⁇ m, at least 60 mA of I op for obtaining threshold current and SMSR (Sub-Mode Suppression Ratio) by driving the DFB laser 11 is required. Therefore, it is preferable to set the SOA length in the light guiding direction to 150 ⁇ m or less.
  • the length of the DBR laser 11 is set to 300 ⁇ m, I op can be reduced to about 40 mA to obtain the required SMSR. Therefore, it is also possible to lengthen the SOA 13 and increase the current I SOA to the SOA 13.
  • stable single unit can be changed by changing the length of the SOA 13 so that the minimum necessary current can be supplied to the DFB laser 11 of a predetermined length. Coexistence of single mode operation and amplification of light output can be realized.
  • FIG. 3 is a view showing a configuration example of the integrated optical device 100.
  • the integrated optical device 100 includes an n-type InP substrate 102, on which a DFB laser 11, an EA modulator 12, an SOA 13, and a light receiver 14 are formed in order in the light guiding direction. Ru. Further, an n-type electrode 101 is provided on the back surface of the substrate 102.
  • a waveguide 15 connected to the SOA 13 is formed on the input side of the light receiver 14, and a waveguide 16 is formed on the output side.
  • the SOA 13 and the light receiver 14 are not electrically separated by etching the contact layer (not shown), instead of forming the waveguide 15. May be Also, the output side of the light receiver 14 can be configured not to form the waveguide 16.
  • the DFB laser 11 has an active layer 104 and a guide layer 105 stacked on an n-InP cladding layer 103.
  • the guide layer 105 includes the ⁇ / 4 phase shift 105A and the diffraction grating 105B.
  • the active layer 104 is formed of an InGaAlAs-based or InGaAsP-based material.
  • a p-InP cladding layer 106 is formed on the guide layer 105, and a p-type electrode 107 is provided on the cladding layer 106.
  • the current I DFB shown in FIG. 1 is injected into the electrode 107.
  • the EA modulator 12 has an absorption layer 108, a cladding layer 106, and a p-type electrode 109 stacked on the cladding layer 103.
  • a bias voltage V bi for driving the EA modulator 12 and a high frequency voltage RF are applied to the electrode 109 via a bias T200.
  • the EA modulator 12 can modulate the light from the DFB laser 11.
  • the absorption layer 108 is formed of an InGaAlAs-based or InGaAsP-based material, and has a quantum well structure.
  • the SOA 13 has an active layer 131, a guide layer 132, a cladding layer 106 and a p-type electrode 133 stacked on the above-mentioned cladding layer 103.
  • the active layer 131 has the same composition as the active layer 104 of the DFB laser 11, and the guide layer 132 has the same composition as the guide layer 105 of the DFB laser 11.
  • the current I SOA shown in FIG. 1 is injected into the electrode 133 of the SOA 13.
  • the emission wavelength of the DFB laser 11 and the SOA 13 at 25 ° C. is about 1.55 ⁇ m.
  • the light receiver 14 has a light receiving layer 113, a guide layer 114, an upper cladding layer 115 and a p-type electrode 116 stacked on the above-mentioned cladding layer 103.
  • the electrode 116 is built-in voltage V b or more voltage to be described later or transparent current I tp or more current the SOA 13, it is provided.
  • the light receiver 14 of this embodiment has a waveguide of the same composition as the SOA 13. That is, the light receiving layer 113 of the light receiver 14 has the same composition as the active layer 131 of the SOA 13, and the guide layer 114 has the same composition as the guide layer 132 of the SOA 13.
  • the upper cladding layer 115 of the light receiver 14 has the same composition as the cladding layer 106 of the SOA 13. Then, both the SOA 13 and the light receiver 14 have a clad 103.
  • Each of the waveguides 15 and 16 has a core layer 110 and a non-doped InP layer 111.
  • the core layer 110 of each of the waveguides 15 and 16 has the same composition as the light receiving layer 113 of the light receiver 14.
  • a forward bias voltage or bias current is applied to the light receiver 14 to monitor a voltage value or current value according to the input light intensity to the light receiver 14.
  • the output light of the light receiver 14 (the output light of the optical integrated device 100) is fed back to the current value I op according to the change of the voltage value (current value). Is adjusted so that the intensity of
  • SOA is known to deteriorate with time and to decrease the amplification factor.
  • the SOA 13 is deteriorated with time and the amplification factor is lowered, but the light receiver 14 is formed with the same composition as the SOA 13. This is to monitor, in the light receiver 14, a change in amplification factor which is deteriorated and decreased due to the same time-dependent change as the SOA 13. In other words, in addition to the output light of the DFB laser 11, the change over time of the SOA 13 is also monitored.
  • the light receiver 14 In the case where the light receiver 14 is driven by applying a forward bias, it is necessary to take account of the change with time of the light receiver 14 itself. In order for the light receiver 14 to maintain the function of monitoring the light intensity of the DFB laser 11 and the SOA 13, an operating condition is required which has a slower deterioration rate and a smaller change with time than the DFB laser 11 and the SOA 13. Generally, in an optical device driven by applying a forward bias, deterioration is accelerated by carrier density during operation. From this, it is desirable that the carrier density of the light receiver 14 be smaller than that of the SOA 13 and the DFB laser 11. However, the carrier density of the DFB laser is clamped at the threshold carrier density and has a substantially constant value regardless of the drive current.
  • the carrier density is also increased according to the drive current, so the carrier density of the SOA is generally higher than the carrier density of the DFB laser. Therefore, here, the operating condition of the light receiver 14 may be determined in consideration of only the carrier density of the SOA 13.
  • the light receiver 14 when the voltage drive to monitor the current change in the applied voltage constant, the light receiver 14 will apply a built-in voltage V b is greater than the voltage as a forward bias voltage. This is different from the reverse bias voltage (-3 V) applied to a general monitor light receiver provided on the surface opposite to the output end of the DFB laser. This is because in order to detect deterioration of the light receiver 14, that is, the SOA 13 due to the change with time, it is necessary to use a voltage that provides a transparent carrier density current. When the light receiver 14 is voltage driven, the forward bias voltage V monitor applied to the light receiver 14 needs to be V monitor ⁇ V SOA with respect to the drive voltage V SOA of the SOA 13.
  • a forward bias current may be injected into the light receiver 14.
  • the light receiver 14 provides a transparent current I tp or more current the SOA 13.
  • the carrier density of each is the length L SOA of the SOA 13 in the optical axis direction and the light of the light receiver 14 It is proportional to the axial length L monitor . Therefore, the forward bias current I monitor applied to the light receiver 14 needs to be I monitor / L monitor ⁇ I SOA / L SOA with respect to the drive current I SOA of the SOA 13.
  • FIG. 4A is a diagram for explaining a method of monitoring a voltage driven light receiver.
  • a control method in the case where the light intensity incident on the light receiver 14 changes will be described.
  • light absorption generates a forward photovoltaic power.
  • the photovoltaic power also decreases.
  • the light receiver 14 is voltage-driven, that is, when V monitor is constant, the applied current of the light receiver 14 is increased to maintain the drive voltage V monitor of the light receiver 14 ( ⁇ I in FIG. 4A). . Therefore, the current value I op is feedback-controlled according to the increase of the current, and the light output intensity of the integrated optical element 100 is adjusted to be constant.
  • FIG. 4B is a diagram for explaining a method of monitoring a current-driven light receiver.
  • the light receiver 14 is driven with current, that is, when I monitor is constant, when the light intensity decreases due to the change with time of the SOA 13, the voltage applied to the light receiver 14 is maintained to maintain the drive current I monitor of the light receiver 14. Decrease ( ⁇ V in FIG. 4B). Therefore, the current value I op is feedback controlled according to the voltage drop, and the light output intensity of the integrated optical element 100 is adjusted to be constant.
  • the light receiver 14 is provided with a forward bias voltage or a forward bias current, and monitors the current value or the voltage value according to the light intensity to the light receiver 14. Thereby, according to the result of the monitoring, the current value I op is fed back and adjusted so that the output light intensity of the optical integrated device 100 becomes constant.
  • the DFB laser 11, the EA modulator 12, and the SOA 13 are monolithically integrated on the same substrate, and the emission end side of the SOA 13 has the same composition as the SOA 13.
  • the light receiver 14 is disposed.
  • forward bias (voltage equal to or higher than the built-in voltage V b or current equal to or higher than the transparent current I tp ) is given to the light receiver 14, and a change in detected value (voltage value or current value) according to the input light intensity.

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Abstract

ＤＦＢレーザとＥＡ変調部とＳＯＡとをモノリシック集積した半導体光集積素子の出力光強度を一定に保つ。半導体光集積素子は、ＤＦＢレーザと、ＤＦＢレーザに接続されたＥＡ変調器と、ＤＦＢレーザおよびＥＡ変調器と同一基板上にモノリシック集積され、ＥＡ変調器の出射端に接続されたＳＯＡと、ＳＯＡの出射端側に配置され、ＳＯＡと同一の組成を有する受光器とを備え、受光器には、順バイアス電圧または順バイアス電流が与えられ、受光器は、ＤＦＢレーザおよびＳＯＡへの駆動電流がフィードバック制御されるよう、当該受光器への入力光強度に応じた検出値の変化をモニタするように構成される。

Description

半導体光集積素子
　本発明は、分布帰還型（ＤＦＢ:Distributed FeedBack）の半導体光集積素子に関し、特に、光強度をモニタする半導体光集積素子に関する。
　分布帰還型（ＤＦＢ：Distributed FeedBack）レーザは、単一波長性に優れており、単一の基板上に電界吸収型（ＥＡ: Electroabsorption）変調器とモノリシックに一体化して構成される形態が知られている。この形態の半導体光集積素子（ＥＡ－ＤＦＢレーザ）は、伝送距離４０ｋｍ以上の長距離伝送用光送信器として用いられている。ＥＡ－ＤＦＢレーザの信号光波長としては、主として、光ファイバの伝播損失が小さい１．５５μｍ帯、または、光ファイバに生じる波長分散の影響を受けにくい１．３μｍ帯が用いられている。
　一般に、光ファイバ伝送用のＥＡ－ＤＦＢレーザは、光信号の光強度を一定に保つことが望ましい。そこで、ＥＡ－ＤＦＢレーザの出力光の光強度をモニタし、モニタされる光強度が一定になるようにＤＦＢレーザに注入する電流を制御することが行われてきた。これをＡＰＣ（オートパワーコントロール）と称す。
　従来、ＤＦＢレーザとＥＡ変調器とを備える多重光送信器モジュールを前提として、ＡＰＣのためにＤＦＢレーザの光強度をモニタする構成として、ＤＦＢレーザの出射端と対向する面に受光器を備えるものが開示されている（例えば、特許文献１の図６参照）。
　従来、ＤＦＢレーザの出射端と対向する面に設けられた受光器が光強度をモニタする構成になっている。しかし、光送信器には、ＥＡ－ＤＦＢレーザ（ＤＦＢレーザとＥＡ変調器）に加えて、さらにＳＯＡ（Semiconductor Optical Amplifier）を同一基板上にモノリシック集積することによって、長距離伝送を実現するものがある（例えば、特許文献２参照）。このような構成では、以下に説明するように、従来の構成が前提としている受光器の位置、すなわち、ＤＦＢレーザの出射端と対向する面で光強度をモニタしたとしても、光強度を一定に保つようなフィードバック制御を行えない。
　従来の構成が前提としている受光器は、ＤＦＢレーザの出射端と対向する面に設けられており、ＤＦＢレーザの光強度しかモニタしていない。このため、ＳＯＡの劣化によってＳＯＡの増幅率が下がったとしても、光強度の変化を検出することができない。ＳＯＡの増幅率が下がったとしても検出することができないために、フィードバック制御が実施されず、結果としてＤＦＢレーザの光強度は低下する。
特開２０１６－１８０７７９号公報 特許第５８２３９２０号公報
　本発明の目的は、ＤＦＢレーザとＥＡ変調部とＳＯＡとをモノリシック集積した光送信器において、ＤＦＢレーザの光強度を一定に保つようなフィードバック制御を行うことができる半導体光集積素子を提供することである。
　上記の目的を達成するため、本発明は、ＤＦＢレーザと、前記ＤＦＢレーザに接続されたＥＡ変調器と、前記ＤＦＢレーザおよび前記ＥＡ変調器と同一基板上にモノリシック集積され、前記ＥＡ変調器の出射端に接続されたＳＯＡと、前記ＳＯＡの出射端側に配置され、前記ＳＯＡと同一の組成を有する受光器とを備え、前記受光器には、順バイアス電圧または順バイアス電流が与えられ、前記受光器は、前記ＤＦＢレーザおよび前記ＳＯＡへの駆動電流がフィードバック制御されるよう、当該受光器への入力光強度に応じた検出値の変化をモニタするように構成される。
　ここで、前記ＤＦＢレーザおよび前記ＳＯＡの各々は、同一の制御端子に接続され、前記同一の制御端子は、前記駆動電流を前記ＤＦＢレーザおよび前記ＳＯＡの各々に注入するように構成されるようにしてもよい。
図１は、本発明の実施形態に係る半導体光集積素子の制御の概略を説明するための図、 図２は、実施形態の半導体光集積素子において、ＩｏｐとＩＤＦＢとＩＳＯＡとの関係を説明するための図、 図３は、実施形態の半導体光集積素子の構成例を示す図、 図４Ａは、電圧駆動の受光器のモニタ方法を説明するための図、 図４Ｂは、電流駆動の受光器のモニタ方法を説明するための図である。
　以下、本発明の実施形態である半導体光集積素子（以下、単に「光集積素子」という。）について説明する。この実施形態の光集積素子は、ＥＡ－ＤＦＢレーザとＳＯＡとが集積されている。
　　［光集積素子１００の制御の概略］
　図１は、本実施形態に係る光集積素子１００の制御の概略を説明するための図である。光集積素子１００は、光導波方向に対して順に、ＤＦＢレーザ１１、ＥＡ変調器１２、およびＳＯＡ１３を備えている。これらの構成要素１１～１３は、単一の半導体基板上に、一体的にモノリシック積層されている。光集積素子１００はさらに、ＳＯＡ１３の出射端側に配置されたモニタ用受光器１４を含む。
　図１において、ＤＦＢレーザ１１とＳＯＡ１３とは、同一の制御端子１５から注入される電流値Ｉｏｐによって制御される。このとき、ＤＦＢレーザ１１への注入電流をＩＤＦＢとし、ＳＯＡ１３への注入電流をＩＳＯＡとすると、電流値Ｉｏｐは、Ｉｏｐ＝ＩＤＦＢ＋ＩＳＯＡで与えられる。一般に、ＥＡ－ＤＦＢレーザを搭載した光送信モジュールで許容されるＩｏｐの値は６０～８０ｍＡである。この観点から、本実施形態の光集積素子１００でも、Ｉｏｐの上限値は、例えば８０ｍＡに設定されるのが好ましい。
　上述したＩｏｐとＩＤＦＢとＩＳＯＡとの関係を、図２を参照して説明する。横軸がＩｏｐ、縦軸がＩＤＦＢとＩＳＯＡの電流値である。図２では、光導波方向の長さが４５０μｍのＤＦＢレーザ１１が使用される。図２に示すように、例えば、ＳＯＡ１３の長さが５０μｍの場合、ＳＯＡ長はＤＦＢレーザ１１の長さ（４５０μｍ）に対して１／９となるため、電流値Ｉｏｐの大部分はＤＦＢレーザ１１に注入される。一方、ＳＯＡ長が１５０μｍの場合、ＳＯＡ長はＤＦＢレーザの長さに対して１／３となるため、Ｉｏｐ＝８０ｍＡのときは６０ｍＡ程度のＩＤＦＢがＤＦＢレーザに注入され、２０ｍＡ程度のＩＳＯＡがＳＯＡに注入される。
　このように、ＤＦＢレーザ１１およびＳＯＡ１３の各々の長さを調整することにより、それらに注入される電流ＩＤＦＢ，ＩＳＯＡを調整することができる。例えば、ＤＦＢレーザ１１の長さが４５０μｍの場合、ＤＦＢレーザ１１の駆動で閾値電流およびＳＭＳＲ（Sub-Mode Suppression Ratio）を得るためのＩｏｐは、最低でも６０ｍＡが必要となる。このため、光導波方向におけるＳＯＡ長は、１５０μｍ以下とすることが好ましい。また、ＤＢＲレーザ１１の長さを３００μｍに設定する場合は、必要なＳＭＳＲを得るためのＩｏｐは、４０ｍＡ程度まで小さくすることができる。このため、ＳＯＡ１３を長くしてＳＯＡ１３への電流ＩＳＯＡを増やすことも可能となる。ＤＦＢレーザ１１とＳＯＡ１３の長さのバランス（比率）に応じて、所定の長さのＤＦＢレーザ１１に最低限必要な電流を投入できるようにＳＯＡ１３の長さを変更することにより、安定的な単一モード動作と光出力の増幅の両立が実現できる。
　　［光集積素子１００の構成］
　次に、上述した光集積素子１００の構成について、図３を参照して説明する。なお、この光集積素子１００の構成の説明に関連して例示する材料は一例であり、自在に変更することができる。
　図３は、光集積素子１００の構成例を示す図である。光集積素子１００は、ｎ型ＩｎＰ基板１０２を備え、この基板１０２上には、光導波方向に対して順に、ＤＦＢレーザ１１と、ＥＡ変調器１２と、ＳＯＡ１３と、受光器１４とが形成される。また、基板１０２の裏面には、ｎ型電極１０１を備える。受光器１４の入力側には、例えば、ＳＯＡ１３と接続される導波路１５が形成され、出力側には、導波路１６が形成される。なお、図３に示した構成とは別に、ＳＯＡ１３と受光器１４との間は、導波路１５を形成するのではなく、不図示のコンタクト層をエッチングするなどして電気的に分離するようにしてもよい。また、受光器１４の出力側は、導波路１６を形成しないようにすることもできる。
　ＤＦＢレーザ１１は、ｎ－ＩｎＰクラッド層１０３上に積層された活性層１０４とガイド層１０５とを有する。ガイド層１０５には、λ／４位相シフト１０５Ａおよび回折格子１０５Ｂを含む。活性層１０４は、ＩｎＧａＡｌＡｓ系またはＩｎＧａＡｓＰ系の材料で形成される。ガイド層１０５上には、ｐ－ＩｎＰクラッド層１０６が形成され、このクラッド層１０６上にｐ型電極１０７が設けられる。この電極１０７には、図１に示した電流ＩＤＦＢが注入される。
　ＥＡ変調器１２は、クラッド層１０３上に積層された吸収層１０８とクラッド層１０６とｐ型電極１０９とを有する。電極１０９には、ＥＡ変調器１２を駆動させるためのバイアス電圧Ｖｂｉと高周波電圧ＲＦとが、バイアスＴ２００を介して印加される。これにより、ＥＡ変調器１２では、ＤＦＢレーザ１１からの光を変調することが可能になる。吸収層１０８は、ＩｎＧａＡｌＡｓ系またはＩｎＧａＡｓＰ系の材料で形成され、量子井戸構造を有する。
　ＳＯＡ１３は、前述のクラッド層１０３上に積層された活性層１３１とガイド層１３２とクラッド層１０６とｐ型電極１３３とを有する。活性層１３１は、ＤＦＢレーザ１１の活性層１０４と同一の組成を有し、ガイド層１３２は、ＤＦＢレーザ１１のガイド層１０５と同一の組成を有する。この実施形態では、ＳＯＡ１３の電極１３３には、図１に示した電流ＩＳＯＡが注入される。この実施形態では、例えば、２５℃におけるＤＦＢレーザ１１およびＳＯＡ１３での発光波長は約１．５５μｍとする。
　受光器１４は、前述のクラッド層１０３上に積層された受光層１１３とガイド層１１４と上部クラッド層１１５とｐ型電極１１６とを有する。電極１１６には、後述するビルトイン電圧Ｖｂ以上の電圧、またはＳＯＡ１３の透明電流Ｉｔｐ以上の電流が与えられる。この実施形態の受光器１４は、ＳＯＡ１３と同一組成の導波路を有する。すなわち、受光器１４の受光層１１３は、ＳＯＡ１３の活性層１３１と同一の組成を有し、ガイド層１１４は、ＳＯＡ１３のガイド層１３２と同一の組成を有する。また、受光器１４の上部クラッド層１１５は、ＳＯＡ１３のクラッド層１０６と同一の組成を有する。そして、ＳＯＡ１３および受光器１４はともに、クラッド１０３を有する。
　各導波路１５，１６は、コア層１１０とノンドープＩｎＰ層１１１とを有する。各導波路１５，１６のコア層１１０は、受光器１４の受光層１１３と同じ組成を有する。
　　［受光器１４のモニタ方法］
　以下、上述した光集積素子１００の受光器１４のモニタ方法について説明する。受光器１４には、順方向のバイアス電圧またはバイアス電流が印加され、受光器１４への入力光強度に応じた電圧値または電流値をモニタする。本実施形態の光集積素子１００では、このモニタの結果、電圧値（電流値）の変化に応じて、電流値Ｉｏｐにフィードバックされて受光器１４の出力光（光集積素子１００の出力光）の強度が一定になるように調整される。
　一般に、ＳＯＡは、経時変化により劣化して増幅率の低下することが知られている。本実施形態の光集積素子１００において、ＳＯＡ１３は、経時変化により劣化して増幅率が低下することになるが、受光器１４は、ＳＯＡ１３と同一の組成で形成される。これは、受光器１４において、ＳＯＡ１３と同様の経時変化により劣化して低下する増幅率の変化をモニタするためである。換言すると、ＤＦＢレーザ１１の出力光のほかに、ＳＯＡ１３の経時変化もモニタされる。
　受光器１４に順バイアスを印加して駆動する場合、受光器１４自体の経時変化に考慮する必要がある。受光器１４がＤＦＢレーザ１１とＳＯＡ１３の光強度をモニタする機能を維持するためには、ＤＦＢレーザ１１とＳＯＡ１３よりも劣化速度が緩やかで経時変化が小さい動作条件が必要である。一般的に、順バイアスを印加して駆動する光素子においては、動作時のキャリア密度によって劣化が加速される。このことから、受光器１４のキャリア密度はＳＯＡ１３およびＤＦＢレーザ１１よりも小さいことが望ましい。ただし、ＤＦＢレーザのキャリア密度は、しきい値キャリア密度でクランプされ駆動電流によらずほぼ一定の値である。これに対して、ＳＯＡでは駆動電流に応じてキャリア密度も上昇するため、一般的にＳＯＡのキャリア密度のほうがＤＦＢレーザのキャリア密度より高い。従って、ここではＳＯＡ１３のキャリア密度のみを考慮して受光器１４の動作条件を決定すればよい。
　この観点から、印加電圧を一定にして電流変化をモニタする電圧駆動の場合、受光器１４には、順バイアス電圧としてビルトイン電圧Ｖｂより大きい電圧を印加することになる。これは、ＤＦＢレーザの出射端と対向する面に備えられる一般的なモニタ用受光器に印加される逆バイアス電圧（－３Ｖ）とは異なる。受光器１４、すなわちＳＯＡ１３の経時変化による劣化を検出するため、透明キャリア密度電流を与えるような電圧である必要があるからである。また、受光器１４が電圧駆動の場合、ＳＯＡ１３の駆動電圧ＶＳＯＡに対して、受光器１４に印加する順バイアス電圧Ｖｍｏｎｉｔｏｒは、Ｖｍｏｎｉｔｏｒ＜ＶＳＯＡとする必要がある。
　印加電流を一定にして電圧変化をモニタする電流駆動の場合、受光器１４に、順バイアス電流を注入するようにしてもよい。この場合でも、受光器１４、すなわちＳＯＡ１３の経時変化による劣化を検出するため、受光器１４には、ＳＯＡ１３の透明電流Ｉｔｐ以上の電流を与える。また、受光器１４が電流駆動の場合、かつＳＯＡ１３と受光器１４が同一の導波路幅Ｗである場合、それぞれのキャリア密度はＳＯＡ１３の光軸方向の長さＬＳＯＡと、受光器１４の光軸方向の長さＬｍｏｎｉｔｏｒとに比例する。従って、受光器１４に印加する順バイアス電流ＩｍｏｎｉｔｏｒはＳＯＡ１３の駆動電流ＩＳＯＡに対して、Ｉｍｏｎｉｔｏｒ／Ｌｍｏｎｉｔｏｒ＜ＩＳＯＡ／ＬＳＯＡとする必要がある。
　図４Ａは、電圧駆動の受光器のモニタ方法を説明するための図である。受光器１４への入射する光強度が変化した場合の制御方法について述べる。受光器１４へ光が入射する場合、光吸収によって順方向の光起電力が生じる。一方、ＳＯＡ１３などの劣化によって入射する光強度が低下する場合、光起電力も小さくなる。このとき、受光器１４を電圧駆動している場合、すなわちＶｍｏｎｉｔｏｒ一定のとき、受光器１４の駆動電圧Ｖｍｏｎｉｔｏｒを維持するためには受光器１４の印加電流が増加する（図４ＡのΔＩ）。従って、その電流増加に応じて電流値Ｉｏｐをフィードバック制御し、光集積素子１００の光出力強度が一定になるように調整する。
　図４Ｂは、電流駆動の受光器のモニタ方法を説明するための図である。受光器１４を電流駆動している場合、すなわちＩｍｏｎｉｔｏｒ一定のとき、ＳＯＡ１３の経時変化で光強度が低下した場合、受光器１４の駆動電流Ｉｍｏｎｉｔｏｒを維持するために受光器１４の印加電圧が低下する（図４ＢのΔＶ）。従って、その電圧低下に応じて電流値Ｉｏｐをフィードバック制御し、光集積素子１００の光出力強度が一定になるように調整する。
　このように、受光器１４では、順バイアス電圧または順バイアス電流が与えられ、受光器１４への光強度に応じた電流値または電圧値をモニタする。これにより、そのモニタの結果に応じて、電流値Ｉｏｐがフィードバックされて光集積素子１００の出力光強度が一定になるように調整される。
　以上説明したように、本実施形態の光集積素子１００では、ＤＦＢレーザ１１、ＥＡ変調器１２およびＳＯＡ１３は、同一基板上にモノリシック集積され、ＳＯＡ１３の出射端側には、ＳＯＡ１３と同一組成を有する受光器１４が配置される。ここで、受光器１４には、順バイアス（ビルトイン電圧Ｖｂ以上の電圧、または透明電流Ｉｔｐ以上の電流）が与えられ、入力光強度に応じた検出値（電圧値または電流値）の変化をモニタするように構成される。
　これにより、仮にＳＯＡ１３の増幅率が下がったとしても、受光器１４でモニタされる検出値が変化することになり、その変化に応じて、同一端子１５から供給される電流値Ｉｏｐのフィードバック制御を行うことが可能となる。これにより、ＩＤＦＢとＩＳＯＡの値が調整され、光集積素子１００の出力光強度を一定に保つことができる。
　　［変更例１］
　次に、本実施形態の光集積素子１００の変更例について説明する。上記実施形態では、光集積素子１００を光送信モジュールに搭載する態様について言及しなかったが、そのような光送信モジュールを構成するようにしてもよい。
　　［変更例２］
　上記実施形態では、図１を参照して、同一の制御端子１５からＤＦＢレーザ１１およびＳＯＡ１３の各々に電流を注入する場合について説明したが、異なる制御端子から、ＤＦＢレーザ１１およびＳＯＡ１３の各々に電流を注入するようにしてもよい。この場合、ＤＦＢレーザおよびＳＯＡの各ｐ型電極１０７，１３３には、それぞれの制御端子から電流ＩＤＦＢ，ＩＳＯＡが注入される。
　　［変更例３］
　上記実施形態では、１．５５μｍ波長で発振する場合について説明したが、それ以外の波長を適用しても上記実施形態と同等の効果を得ることができる。例えば１．３μｍ帯で発振する場合についても、光通信用の光集積素子１００の各構成要素１１，１２，１３の結晶組成を変更して適用することもできる。

Claims (4)

  1. 　ＤＦＢレーザと、
    　前記ＤＦＢレーザに接続されたＥＡ変調器と、
    　前記ＤＦＢレーザおよび前記ＥＡ変調器と同一基板上にモノリシック集積され、前記ＥＡ変調器の出射端に接続されたＳＯＡと、
    　前記ＳＯＡの出射端側に配置され、前記ＳＯＡと同一の組成を有する受光器とを備え、
    　前記受光器には、順バイアス電圧または順バイアス電流が与えられ、前記受光器は、前記ＤＦＢレーザおよび前記ＳＯＡへの駆動電流がフィードバック制御されるよう、当該受光器への入力光強度に応じた検出値の変化をモニタするように構成されることを特徴とする半導体光集積素子。
  2. 　前記ＤＦＢレーザおよび前記ＳＯＡの各々は、同一の制御端子に接続され、前記同一の制御端子は、前記駆動電流を前記ＤＦＢレーザおよび前記ＳＯＡの各々に注入するように構成されることを特徴とする請求項１に記載の半導体光集積素子。
  3. 　前記順バイアス電圧Ｖｍｏｎｉｔｏｒは、前記受光器のビルトイン電圧Ｖｂ、前記ＳＯＡの駆動電圧ＶＳＯＡとしたとき、
    　　Ｖｂ＜Ｖｍｏｎｉｔｏｒ＜ＶＳＯＡ
    　を満たすことを特徴とする請求項１または２に記載の半導体光集積素子。
  4. 　前記順バイアス電流Ｉｍｏｎｉｔｏｒは、前記ＳＯＡの透明電流値以上の電流であり、前記ＳＯＡの駆動電流ＩＳＯＡ、前記受光器の光軸方向の長さＬｍｏｎｉｔｏｒ、前記ＳＯＡの光軸方向の長さＬＳＯＡとしたとき、
    　　Ｉｍｏｎｉｔｏｒ／Ｌｍｏｎｉｔｏｒ＜ＩＳＯＡ／ＬＳＯＡ
    を満たすことを特徴とする請求項１または２に記載の半導体光集積素子。
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