(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板内に形成されたレーザ素子と、
前記レーザ素子から出射されたレーザ光が入射するように前記半導体基板内に形成され、前記半導体基板の外部から入力される変調信号に応じて前記レーザ光の強度を変調する光変調器と、
レーザ駆動電流が入力されるレーザ駆動電流入力パッドを有するレーザ素子電極と、
前記変調信号が入力される変調信号入力パッドを有する光変調器電極と
を備え、
前記光変調器電極は、前記レーザ素子電極に入力された前記レーザ駆動電流に前記光変調器電極に入力された前記変調信号によるクロストークが生じるのを回避可能な最小距離を超えて、前記レーザ素子電極に近接しており、
前記レーザ素子電極に入力された前記レーザ駆動電流は、前記光変調器電極に入力された前記変調信号に応じて変動し、
前記光変調器の位置から見て、前記レーザ駆動電流入力パッドよりも、前記変調信号入力パッドの方が前記光変調器から遠くに位置しており、
前記光変調器電極は、前記変調信号入力パッドから前記光変調器に至るまでの途中で、前記レーザ素子電極に沿って延在する部分を有し、当該延在部分と前記レーザ素子電極との間の距離が前記最小距離よりも小さい
ことを特徴とする半導体光集積素子。
【請求項２】
前記光変調器電極と前記レーザ素子電極との間に介在して前記光変調器電極と前記レーザ素子電極との積層構造を提供する誘電体層をさらに備え、
積層方向における前記光変調器電極と前記レーザ素子電極との距離が前記最小距離よりも小さい
ことを特徴とする請求項１に記載の半導体光集積素子。
【請求項３】
前記レーザ駆動電流が前記変調信号に応じて変動することによって生じる前記レーザ光の光量変動から求められる前記レーザ素子の消光比が、前記変調信号の使用最大周波数において、前記光変調器について実際の消光比と設計された消光比との比較から求められる前記光変調器の消光比の劣化量と同じである
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。
【請求項４】
請求項１〜３のうちのいずれか１項に記載の半導体光集積素子と、
変調信号伝送路と、
前記変調信号伝送路と前記変調信号入力パッドとを接続する変調信号用ワイヤと
を備え、
前記変調信号伝送路と前記変調信号用ワイヤとの接続箇所から見て、前記レーザ駆動電流入力パッドよりも、前記変調信号入力パッドの方が前記接続箇所の近くに位置している、という要素配置形態を満足している
ことを特徴とする光送信モジュール。
【請求項５】
前記レーザ駆動電流を供給するレーザ給電配線と、
前記レーザ給電配線と前記レーザ駆動電流入力パッドとを接続するレーザ給電ワイヤと
をさらに備え、
前記要素配置形態は、前記レーザ給電ワイヤは前記変調信号用ワイヤよりも高い位置を通るという形態をさらに含む
ことを特徴とする請求項４に記載の光送信モジュール。
【請求項６】
請求項４または５に記載の光送信モジュールを複数備え、
複数の半導体光集積素子が同じ半導体基板に対して作り込まれていると共に同じ向きで以て一方向に整列しており、光送信モジュールごとに前記要素配置形態を満足している
ことを特徴とする光送信集積モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば光ファイバ通信で信号光の光源として用いられる変調器付半導体光素子である半導体光集積素子に関する。また、本発明は、そのような半導体光集積素子を利用した光送信モジュールおよび光送信集積モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
光ファイバ通信では、レーザ光の強度を変調した信号光が用いられる。その光強度変調の方式として、直接変調方式と、外部変調方式とが知られている。
【０００３】
直接変調方式では、単一モードで動作する半導体レーザ素子（ＬＤ）に、変調された駆動電流を与えることによって、強度変調された信号光を得る。直接変調方式に用いられる半導体光素子はＤＭＬ（direct modulated laser）と呼ばれる。
【０００４】
外部変調方式では、半導体レーザ素子に直流の駆動電流を与えて定常（ＣＷ）光を出力させ、その定常光を光変調器で変調することによって、信号光を得る。光変調器は、入力された電気信号の振幅によって透過特性が変化する素子であり、そのため入力電気信号を変調することによって半導体レーザ素子の出力光を強度変調することができる。外部変調方式に用いられる半導体光素子のうちで、半導体レーザ素子と電界吸収型の光変調器（electro absorption modulator：ＥＡＭ）とを集積した半導体光素子は、ＥＭＬ（electro absorption modulated laser）またはＥＡＭ−ＬＤ（EAM-integrated Laser Diode）と呼ばれる。
【０００５】
特に高速の変調では、直接変調方式よりも、外部変調方式の方が好適である。なぜならば、波長チャープを増大させずに信号光の消光比を高めることが容易だからである。
【０００６】
なお、下記特許文献１には、変調器を集積したレーザアレイ素子などの半導体光集積素子が開示されている。より具体的には、チップ（半導体光集積素子）上の高周波電極への入力配線の間隔及び長さを均一にし、それにより、集積された各変調素子への高周波信号を均一に保つための技術が、特許文献１に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第５１３４０３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
一般的に、変調信号には、ＥＡＭドライバからＥＡＭの電極までの伝送において、損失が生じる。変調信号の伝送途中での損失は、ＥＡＭに印加される電圧の振幅を低下させ、その結果、ＥＡＭでの光吸収量およびＥＡＭの消光比が低下する。また、変調信号の上記損失は、変調信号の周波数が高いほど、大きい。したがって、変調信号の周波数が高いほど、ＥＡＭでの光吸収量の低下およびＥＡＭの消光比の低下は大きい。
【０００９】
ＥＡＭドライバからＥＡＭの電極までの伝送路の高周波特性が良好であれば、変調信号の損失は低減可能と考えられる。しかし、そのような伝送路を採用した場合、モジュール構造が制約されて実装コストの高い構造が必要になるという問題があった。また、実装作業に困難性が伴うので、モジュール組み立ての歩留まりが低下するという問題があった。
【００１０】
本発明は、ＥＡＭに入力される変調信号に伝送損失が生じた場合であっても、消光比の劣化を抑制可能な技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の一態様に係る半導体光集積素子は、レーザ素子と、光変調器と、レーザ素子電極と、光変調器電極とを含む。前記レーザ素子は、半導体基板内に形成されている。前記光変調器は、前記レーザ素子から出射されたレーザ光が入射するように前記半導体基板内に形成されている。前記光変調器は、前記半導体基板の外部から入力される変調信号に応じて前記レーザ光の強度を変調する。前記レーザ素子電極は、レーザ駆動電流が入力されるレーザ駆動電流入力パッドを有する。前記光変調器電極は、前記変調信号が入力される変調信号入力パッドを有する。前記光変調器電極は、前記レーザ素子電極に入力された前記レーザ駆動電流に前記光変調器電極に入力された前記変調信号によるクロストークが生じるのを回避可能な最小距離を超えて、前記レーザ素子電極に近接している。前記レーザ素子電極に入力された前記レーザ駆動電流は、前記光変調器電極に入力された前記変調信号に応じて変動する。前記光変調器の位置から見て、前記レーザ駆動電流入力パッドよりも、前記変調信号入力パッドの方が前記光変調器から遠くに位置している。前記光変調器電極は、前記変調信号入力パッドから前記光変調器に至るまでの途中で、前記レーザ素子電極に沿って延在する部分を有し、当該延在部分と前記レーザ素子電極との間の距離が前記最小距離よりも小さい。
【発明の効果】
【００１２】
上記一態様によれば、レーザ素子電極に入力されたレーザ駆動電流は、光変調器電極に入力された変調信号に応じて変動する。それにより、レーザ素子が出射するレーザ光自体が直接変調される。このため、レーザ光の直接変調によって、光変調器の消光比の劣化を補償することが可能である。したがって、光変調器に入力される変調信号に伝送損失が生じた場合であっても、光変調器の出力光、換言すれば半導体光集積素子の出力光について、消光比の劣化を抑制可能である。
【００１３】
本発明の目的、特徴、局面、および利点は、以下の詳細な説明と添付図面とによって、より明白となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施の形態１に係る半導体光集積素子（ＥＭＬ）の斜視図である（一部に断面図を含む）。
【図２】実施の形態１に係る半導体光集積素子の上面図である。
【図３】図２中のIII−III線における断面図である。
【図４】実施の形態１に係る光送信モジュールの回路図である。
【図５】実施の形態１について、レーザ駆動電流の変動およびそれに伴うＥＭＬの動作を説明する波形図である。
【図６】実施の形態１について、光変調器（ＥＡＭ）への印加電圧とＤＣ消光比との関係を示す特性図である。
【図７】実施の形態１について、ＥＡＭへの印加電圧の周波数と振幅との関係を示す特性図である。
【図８】実施の形態１について、ＥＡＭへの印加電圧の周波数と消光比との関係を示す特性図である。
【図９】実施の形態１について、半導体レーザ素子（ＬＤ）の駆動電流の振幅と、ＤＣ消光比との関係を示す特性図である。
【図１０】実施の形態１について、ＬＤの駆動電流の周波数と振幅との関係を示す特性図である。
【図１１】実施の形態１について、ＬＤの駆動電流の周波数と消光比との関係を示す特性図である。
【図１２】実施の形態１について、ＥＡＭの消光比（図８参照）と、ＬＤの消光比（図１１参照）と、それらを合計した消光比との特性図である。
【図１３】実施の形態１について、変調周波数とＳパラメータとの関係を示す特性図である。
【図１４】実施の形態２に係る光送信集積モジュールの斜視図である。
【図１５】実施の形態３に係るＥＭＬの斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
＜実施の形態１＞
図１に、実施の形態１に係る半導体光集積素子であるＥＭＬ（electro absorption modulated laser）１０の斜視図を示す。なお、図１では、説明のために、ＥＭＬ１０の一部について断面を図示している。また、図２にＥＭＬ１０の上面図を示し、図２中のIII−III線における断面図を図３に示す。なお、ＥＭＬはＥＡＭ−ＬＤ（EAM-integrated Laser Diode）と呼ばれる場合もある。
【００１６】
ＥＭＬ１０は、半導体基板１２内および基板主面上に様々な構成要素が形成されて成る半導体チップとして、提供される。具体的には、ｎ型ＩｎＰから成る半導体基板１２内に半導体レーザ素子１４と光変調器１６とが、光結合するように形成されている。なお、以下では、半導体レーザ素子１４をＬＤ１４と呼び、光変調器１６をＥＡＭ１６と呼ぶ場合もある。
【００１７】
図１〜図３の例によれば、ＬＤ１４の形成領域において、半導体基板１２内に下部クラッド層１８が形成されている。下部クラッド層１８は、基板主面に平行を成して、直線状に形成されている。下部クラッド層１８から一方の基板主面（図１〜図３の例では基板上面）の側に向けて、ＬＤ活性層２０と、ＤＦＢ（distributed-feedback）グレーティング２２と、上部クラッド層２４と、コンタクト層２６とがこの順序で形成されている。これらの層２０，２２，２４，２６は、下部クラッド層１８に沿って、直線状に形成されている。
【００１８】
下部クラッド層１８と、上部クラッド層２４と、コンタクト層２６とは、ＥＡＭ１６の形成領域にも延在している。ＥＡＭ１６の形成領域では、下部クラッド層１８と上部クラッド層２４との間に光吸収層２８が形成されている。光吸収層２８は、クラッド層１８，２４に沿って直線状に形成されている。
【００１９】
また、半導体基板１２内には、上記の層１８，２０，２２，２４，２６，２８を両側から挟み込むように、１対の高抵抗埋め込み層３０が形成されている。
【００２０】
かかる構造によれば、ＬＤ１４の延長線上にＥＡＭ１６が位置し、ＬＤ１４とＥＡＭ１６との間に光導波路が配置されている。すなわち、ＥＡＭ１６は、ＬＤ１４から出射されたレーザ光が入射する位置に設けられている。このため、レーザ１４から出射したレーザ光は、ＥＡＭ１６を通ることによって、ＥＡＭ１６に入力された変調信号の波形に応じて変調され、その変調光がＥＭＬ１０の外部に出力される。
【００２１】
ここで、ＬＤ活性層２０は、多重量子井戸構造を持ち、ＤＦＢグレーティング層２２と共に単一モード動作が可能な分布帰還型レーザを構成している。また、光吸収層２８は、ＬＤ活性層２０の利得より短波長側に吸収ピークを持つ量子井戸構造を持ち、ＥＡＭ１６を構成している。
【００２２】
なお、半導体基板１２の他方の基板主面（図１〜図３の例では基板下面）には、接地用の下面電極（図示略）が形成されている。
【００２３】
半導体基板１２はｎ型ＩｎＰ以外の半導体材料であってもよいし、半導体基板１２の導電型はｐ型であってもよい。また、ＬＤ１４およびＥＡＭ１６の構造は上記の例に限定されるものではない。
【００２４】
半導体基板１２の上記一方の基板主面上には誘電体層（換言すれば絶縁体層）５０が配置されている。誘電体層５０は、ＬＤ１４上においてＬＤ１４に沿ってスリット状に開口していると共に、ＥＡＭ１６上においてＥＡＭ１６に沿ってスリット状に開口している。
【００２５】
誘電体層５０上には、レーザ素子電極５２が配置されている。なお、以下では、レーザ素子電極５２をＬＤ電極５２と呼ぶ場合もある。ＬＤ電極５２は、誘電体層５０に設けられたＬＤ１４上のスリット状開口の全体を覆うように配置されており、そのスリット状開口を介してコンタクト層２６に接合している。但し、ＬＤ電極５２は、ＥＡＭ１６上には延在していない。
【００２６】
ＬＤ電極５２は、ＥＡＭ１６に近い側の端部（図３の例では上端部）から、ＬＤ１４とＥＡＭ１６との配列方向（図３の例では上下方向）に交差する一つの方向（図３の例では左方向）に屈曲している。その屈曲部分の端部は、ＥＭＬ１０の外部からレーザ駆動電流が入力される電極パッドであるレーザ駆動電流入力パッド５２ａを提供する。なお、以下では、レーザ駆動電流入力パッド５２ａをＬＤ電極パッド５２ａと呼ぶ場合もある。
【００２７】
ＬＤ電極５２は、誘電体層５０上に形成された誘電体層５４に覆われている。但し、誘電体層５４は、ＬＤ電極パッド５２ａが露出するように、設けられている。
【００２８】
誘電体層５０上には、光変調器電極５６が配置されている。なお、以下では、光変調器電極５６をＥＡＭ電極５６と呼ぶ場合もある。ＥＡＭ電極５６は、誘電体層５０に設けられたＥＡＭ１６上のスリット状開口の全体を覆うように配置されており、そのスリット状開口を介してコンタクト層２６に接合している。
【００２９】
さらに、ＥＡＭ電極５６は、ＬＤ１４上に延在している。具体的には、ＥＡＭ電極５６は、ＬＤ電極５２を覆う誘電体層５４上に乗り上げており、誘電体層５４を介してＬＤ電極５２に対面するように延在している。
【００３０】
ＥＡＭ電極５６は、ＬＤ電極５２と重なっている側、且つ、ＥＡＭ１６から遠い側の端部（図３の例では下端部）から、ＬＤ１４とＥＡＭ１６との配列方向（図３の例では上下方向）に交差する一つの方向（図３の例では左方向）に屈曲している。その屈曲部分の端部は、ＥＭＬ１０の外部から変調信号が入力される電極パッドである変調信号入力パッド５６ａを提供する。なお、以下では、変調信号入力パッドをＥＡＭ電極パッド５６ａと呼ぶ場合もある。
【００３１】
他方、ＥＡＭ電極５６は、ＬＤ１４から遠い側の端部（図３の例では上端部）、換言すれば変調光が出射する側の端部から、ＬＤ１４とＥＡＭ１６との配列方向（図３の例では上下方向）に交差する一つの方向（図３の例では左方向）に屈曲している。その屈曲部分の端部は、終端抵抗が接続される電極パッド５６ｂを提供する。このため以下では電極パッド５６ｂを終端側電極パッド５６ｂと呼ぶ場合もある。
【００３２】
かかる形状例によれば、ＬＤ電極パッド５２ａと、ＥＡＭ電極パッド５６ａと、終端側電極パッド５６ｂとは、ＬＤ１４とＥＡＭ１６との配列方向に関して、同じ側に位置している。
【００３３】
ＥＭＬ１０の構造については、後にさらに説明を加える。
【００３４】
図４に、ＥＭＬ１０を用いた光送信モジュール１００の回路図を示す。上記の図１〜図３と共に図４の例を参照すると、ＬＤ１４のカソード側とＥＡＭ１６のアノード側は半導体基板１２の下面電極を介して接地されている。
【００３５】
ＬＤ１４のアノード側はＬＤ電極５２に電気的に接続され、ＬＤ電極パッド５２ａはワイヤ１０２を介してレーザ給電配線１０４に電気的に接続されている。レーザ給電配線１０４は定電流源に接続されている。なお、以下では、ワイヤ１０２をレーザ給電ワイヤ１０２、または、ＬＤ給電ワイヤ１０２、または、ＬＤワイヤ１０２と呼ぶ場合もある。また、レーザ給電配線１０４をＬＤ給電配線１０４、または、ＬＤ配線１０４と呼ぶ場合もある。
【００３６】
また、ＬＤ配線１０４は、バイパスコンデンサ１０６を介してＬＤ１４のカソード側と電気的に接続されており、このためバイパスコンデンサ１０６を介して接地されている。
【００３７】
ＥＡＭ１６のカソード側はＥＡＭ電極５６に電気的に接続され、ＥＡＭ電極パッド５６ａはワイヤ１１２を介して変調信号伝送路１１４に電気的に接続されている。変調信号伝送路１１４はＥＡＭドライバ２０２の出力端に接続されており、ＥＡＭドライバ２０２の入力端には信号源２０４が接続されている。なお、以下では、ワイヤ１１２を変調信号用ワイヤ１１２、または、ＥＡＭワイヤ１１２と呼ぶ場合もある。
【００３８】
また、ＥＡＭ１６のカソード側は、終端側電極パッド５６ｂおよびワイヤ１２２を介して終端抵抗１２４の一端に電気的に接続されており、終端抵抗１２４の他端はＥＡＭ１６のアノード側と電気的に接続されている。なお、以下では、ワイヤ１２２を終端側ワイヤ１２２と呼ぶ場合もある。
【００３９】
光送信モジュール１００の動作の概略は次の通りである。
【００４０】
定電流源によってＬＤ１４のバイアス電圧ＶＬＤｂｉａｓが与えられ、そのバイアス電圧ＶＬＤｂｉａｓによって発生したレーザ駆動電流ＩＬＤが、ＬＤ配線１０４とＬＤワイヤ１０２とバイパスコンデンサ１０６とを介して、ＬＤ１４のＬＤ活性層２０に供給される。それにより、ＬＤ１４は励起され、レーザ光１４Ｌを出射する。ＬＤ１４から出射したレーザ光１４Ｌは、ＥＡＭ１６に入射する。
【００４１】
ＥＡＭ１６では、ＥＡＭドライバ２０２によってカソードに逆バイアス電圧が与えられる。この際、ＥＡＭドライバ２０２は、信号源２０４から与えられる電気信号の振幅に応じて逆バイアス電圧を低下させ、それにより逆バイアス電圧が変調される。逆バイアス電圧が印加されると、量子閉じ込めシュタルク効果によって光吸収層２８の光吸収係数が変化し、ＥＡＭ１６に入射されたレーザ光１４Ｌは、ＥＡＭ吸収電流として吸収される。したがって、レーザ光１４Ｌは光強度が低下して、ＥＡＭ１６から出力される。なお、ＥＡＭ１６から出射されるレーザ光１６Ｌは、ＥＭＬ１０の出力光となる。
【００４２】
他方、逆バイアス電圧が印加されない場合、ＥＡＭ１６に入射した光はそのまま光吸収層２８を通過して、出力光１６Ｌとなる。
【００４３】
このように、ＬＤ１４から出射されたレーザ光１４Ｌの強度は、ＥＡＭ１６に印加される変調信号に応じて、変調される。このため、例えばＥＭＬ出力光１６Ｌのオン／オフを制御することによって、光による送信信号を生成することができる。
【００４４】
ここで、ＬＤ電極５２とＥＡＭ電極５６とは、ＬＤ電極５２に入力されたレーザ駆動電流ＩＬＤが、ＥＡＭ電極５６に入力された変調信号から干渉を受ける程度に近接して配置されている。換言すれば、ＬＤ電極５２とＥＡＭ電極５６とは、ＬＤ電極５２に入力されたレーザ駆動電流ＩＬＤに、ＥＡＭ電極５６に入力された変調信号によるクロストークが生じるのを回避可能な最小距離を超えて、近接している。但し、両電極５２，５６は直接接触していない。
【００４５】
具体的には、図１および図３の例から分かるように、ＥＡＭ１６の位置から見て、ＬＤ電極パッド５２ａよりも、ＥＡＭ電極パッド５６ａの方がＥＡＭ１６から遠くに位置している。このため、ＥＡＭ電極５６はＥＡＭ電極パッド５６ａの位置からＥＡＭ１６の位置まで延在することになり、その途中においてＥＡＭ電極５６はＬＤ電極５２に沿って延在する部分を有している。すなわち、ＬＤ電極５２と誘電体層５４とＥＡＭ電極５６との積層構造において、ＥＡＭ電極５６はＬＤ電極５２に沿って延在している。ＥＡＭ電極５６の当該延在部分において、ＥＡＭ電極５６とＬＤ電極５２との距離、すなわち誘電体層５４の厚さが、電極５２，５６間のクロストークを回避可能な最小距離よりも小さい。
【００４６】
ＬＤ電極５２とＥＡＭ電極５６のこのような配置によって、ＬＤ電極５２に入力されたレーザ駆動電流ＩＬＤは、ＥＡＭ電極５６に入力された変調信号に応じて変動する。具体的には、ＬＤ電極５２とＥＡＭ電極５６とは、直流動作では互いに絶縁された状態にある一方で、高周波動作では電磁界作用によって互いに結合した状態になる。すなわち、高周波動作ではＬＤ電極５２とＥＡＭ電極５６との間でクロストーク（高周波結合とも呼ばれる）が発生し、それにより、ＬＤ電極５２に入力されたレーザ駆動電流ＩＬＤが、ＥＡＭ電極５６に入力された変調信号に応じて変動する。
【００４７】
なお、レーザ駆動電流ＩＬＤのかかる変動は、電極５２，５６間のクロストークによって、変調信号（または変調信号と同じ波形の信号）がレーザ駆動電流ＩＬＤに分配された、または、変調信号（または変調信号と同じ波形の信号）が重畳された、と表現することも可能である。
【００４８】
図５に、レーザ駆動電流ＩＬＤの変動およびそれに伴うＥＭＬ１０の動作を説明する各種波形図を示す。
【００４９】
まず、図５中の（ｃ）は、ＥＡＭ電極５６に入力された変調信号の電圧波形図の例である。破線は、参考のために、ＥＡＭドライバ２０２の出力波形を示している。ＥＡＭドライバ２０２からＥＡＭ電極５６までの伝送路で損失が無い場合、ＥＡＭ電極５６には当該破線の波形が入力される。しかしながら実際には上記伝送路での損失によって信号振幅が減少するので、ＥＡＭ電極５６に入力された変調信号は、実線で示す波形になる。
【００５０】
図５中の（ａ）は、ＬＤ電極５２に入力されたレーザ駆動電流ＩＬＤ（またはそれに対応する電圧）の波形例である。また、図５中の（ｂ）は、ＬＤ１４の出力レーザ光１４Ｌの光強度の波形例である。
【００５１】
図５中の（ａ）において、実線の波形に示すように、ＬＤ電極５２に入力されたレーザ駆動電流ＩＬＤは、ＥＡＭ電極５６に入力された変調信号（図５中の（ｃ）参照）に同期して変動しており、その結果、出力レーザ光１４Ｌの強度も、レーザ駆動電流ＩＬＤに同期して変動している。なお、図５中の（ａ）および（ｂ）において破線の波形は、電極５２，５６間でクロストークが無い場合を、参考のために示している。
【００５２】
図５中の（ｄ）は、ＥＡＭ１６での光吸収電流の波形例である。この光吸収電流は、ＥＡＭ電極５６に入力された変調信号（図５中の（ｃ）参照）に同期して変動している。具体的には、変調信号による逆バイアス電圧が大きいほど、光吸収電流が大きくなる。なお、破線の波形は、ＥＡＭドライバ２０２からＥＡＭ電極５６までの伝送路で損失が無い場合を、参考のため示している。
【００５３】
図５中の（ｅ）は、ＥＡＭ１６の（すなわちＥＭＬ１０の）出力光１６Ｌの光強度の波形例である。破線の波形は、電極５２，５６間でクロストークが無い場合を、参考のために示している。実線と破線の波形を比較すると分かるように、電極５２，５６間でクロストークがある場合の方が、出力光１６Ｌのオフレベルが低くなっており、より高い消光比が得られている。
【００５４】
かかるオフレベルの改善は、ＥＡＭ出力光１６Ｌのオフレベル期間において、レーザ駆動電流ＩＬＤが減少し、それによりＬＤ１４から出射されるレーザ光１４Ｌの光強度自体が低下することに拠る。すなわち、ＥＡＭ１６による変調と、レーザ光１４Ｌ自体に対する直接の変調とが相まって、出力光１６Ｌのオフレベルが改善される。
【００５５】
ところで、上記では図５中の（ｅ）において破線は電極５２，５６間でクロストークが無い場合の波形としたが、当該破線をＥＡＭドライバ２０２からＥＡＭ電極５６までの伝送路で損失が発生する場合の波形として捉えてもよい。具体的には、変調信号に伝送損失が生じると、図５中の（ｃ）の実線波形のように、変調信号の振幅、すなわちＥＡＭ１６に印加される逆バイアス電圧の振幅が劣化する。その結果、出力光１６Ｌのオフレベルの劣化を招く。
【００５６】
これに対し、上記のようにＬＤ１４から出射されるレーザ光１４Ｌの光強度も変調することによって、変調信号の振幅劣化に起因したオフレベル劣化を補償することが可能になる。すなわち、かかる観点からも、出力光１６Ｌのオフレベルが改善される。
【００５７】
図６〜図１２に各種の特性図を例示し、これに基づいてＥＭＬ１０のより具体的な例を説明する。なお、図６〜図８はＥＡＭ１６に関し、図９〜図１１はＬＤ１４に関する。図１２は、図８および図１１の特性線と、それらの特性線を合算した特性線とをまとめた図である。
【００５８】
ＬＤ１４の駆動電流ＩＬＤは、使用上の必要な出力と、ＬＤ１４の出力−電流特性（Ｐ−Ｉ特性）と、から設定される。一般に、１０ｍＷ程度の出力は、数十〜百ｍＡ程度の駆動電流によって得られる。本実施の形態１では、ＬＤ１４の出力を１０ｍＷとし、ＬＤドライバから７０ｍＡの駆動電流ＩＬＤを供給する。
【００５９】
駆動電流ＩＬＤの振幅Ｉｐｐ（図５参照）と、駆動電流ＩＬＤを変調した場合の消光比との関係は、図９から把握される。また、ＬＤ１４の発振閾値はおよそ２０ｍＡであり、このときＬＤ１４の抵抗値はおよそ５Ω程度であるので、ＬＤ電極５２に印加する電圧を０．１〜０．３５Ｖの範囲で変調すれば、７０ｍＡから２０ｍＡまでの範囲において駆動電流の振幅を得ることができる。
【００６０】
ＥＡＭ１６に与える逆バイアス電圧の振幅Ｖｐｐ（図５参照）は、使用上の必要な消光比から設定される。ＥＡＭ１６への印加電圧と、ＥＡＭ１６の消光比との関係は、図６から把握される。図６の例によれば、消光比−１０ｄＢを達成するためには、印加電圧はおよそ１．５〜２Ｖ程度となる。本実施の形態１では、ＥＡＭ１６への印加電圧を例えば１．８Ｖに設定する。
【００６１】
ＬＤ電極５２とＥＡＭ電極５６との間に介在する誘電体層５４の厚さ、すなわち電極５２，５６間にクロストークを発生させる領域におけるＬＤ電極５２とＥＡＭ電極５６との距離は、ＥＡＭ電極５６に与えられる変調信号の最高周波数に対してクロストークの強度が例えば−１５〜−１０ｄＢになるように、設定される。例えば、−１０ｄＢの場合、変調信号がおよそ振幅０．１８Ｖで以てＬＤ１４の駆動波形に重畳されるように、誘電体層５４の厚さが設定される。
【００６２】
ここで、ＥＡＭ１６に印加される電気信号は接地電位に対して負の電位を持ち、ＬＤ１４に印加される電圧は接地電位に対して正の電位を持つ。このため、ＥＡＭドライバ２０２から出力される電圧信号によってＥＡＭ電極５６に逆バイアス電圧が印加されたとき、高い周波数の信号については、ＬＤ１４に入力される電流が、ＥＡＭ電極５６からＬＤ電極５２へのクロストークによって、７０ｍＡから３４ｍＡに少する。これにより、ＬＤ１４からの出射光１４Ｌに、６ｄＢの消光比で以て、強度変調を行うことができる。このように、ＥＡＭドライバ２０２からＥＡＭ１６までの伝送途中で高周波信号に損失が発生した場合であっても、ＬＤ１４の出射光１４Ｌを直接変調することによって、ＥＡＭ１６の消光比の劣化を補償することができる。
【００６３】
図６〜図８から分かるように、変調信号の周波数が高いほど伝送途中での損失が大きくなり、このためＥＡＭ１６は、変調信号の周波数が高くなるほど消光比が減少するという周波数特性を持つ。また、図９〜図１１から分かるように、クロストークによってＬＤ電極５２に分配される変調信号の振幅は、周波数が低いほど小さくなり、周波数が高いほど大きくなり、このためＬＤ１４の消光比は、変調信号の周波数が高くなるほど増大する。このように、ＥＡＭ１６の消光比の周波数特性と、ＬＤ１４の消光比の周波数特性とは、逆の傾向を示す（図８、図１１および図１２参照）。したがって、ＥＡＭ１６の消光比の周波数特性を、ＬＤ１４の消光比の周波数特性によって補償することができる。
【００６４】
特に、変調信号の使用最大周波数において、ＬＤ１４の消光比が、ＥＡＭ１６の消光比の劣化量と同じであることが好ましい。これによれば、変調信号の伝送損失があっても、ＥＭＬ１０および光送信モジュール１００について十分な性能が得られる。なお、ＬＤ１４の消光比は、レーザ駆動電流ＩＬＤが変調信号に応じて変動することによって生じるレーザ光１４Ｌの光量変動から求められる。また、ＥＡＭ１６の消光比の劣化量は、ＥＡＭ１６について実際の消光比と、設計された消光比と、の比較から求められる。
【００６５】
なお、ＬＤ１４の消光比がＥＡＭ１６の消光比の劣化量と同じであるとは、ＬＤ１４の消光比がＥＡＭ１６の消光比の劣化量と完全に同じである場合だけでなく、ＬＤ１４の消光比が、ＥＡＭ１６の消光比の劣化量に対して差異を有するが、ＥＡＭ１６の消光比の劣化量と実質的に同じであると見なせる場合も含む。かかる概念は、消光比以外の数値等に対しても適用可能である。
【００６６】
誘電体層５４の厚さを０．５μｍに設定し、ＥＡＭ電極パッド５６ａと、ＬＤ電極パッド５２ａと、ＬＤ１４上のＬＤ電極５２と、ＥＡＭ１６上のＥＡＭ電極５６とを端子とした場合のＳパラメータを、電磁界解析によって計算した結果を、図１３に示す。図１３によれば、変調信号の周波数が２５ＧＨｚの場合、ＬＤ電極５２には変調信号が−１１ｄＢで分配される。
【００６７】
なお、高周波結合する電極は方向性を有しており、ＬＤ電極パッド５２ａの上記配置位置によれば、ＬＤ電源に分配される変調信号は−２０ｄＢ以下に抑制される。この結果、ＬＤ１４に分配された変調信号はＬＤ駆動電圧に重畳され、それによりＬＤ１４の出力レーザ光１４Ｌが変調される。
【００６８】
図１２には、ＥＡＭ１６の消光比（図８参照）と、ＬＤ１４の消光比（図１１参照）と、それらを合計した消光比とについて、周波数特性を示している。図１２によれば、ＬＤ電極５２に重畳された変調信号が、ＬＤ１４から出射されたレーザ光１４Ｌを直接変調することによって、変調信号の高周波数域におけるＥＡＭ１６の消光比の劣化を補償できることが分かる。より具体的には、−９ｄＢ以上の消光比を維持することができる。
【００６９】
なお、ＥＡＭ電極５６とＬＤ電極５２は、寄生容量が十分小さくなる構造に設定されている。すなわち、ＬＤ電極５２の面積は、ＬＤ電極５２に発生する寄生容量によってＬＤ１４の高周波特性の帯域が変調信号の使用する帯域以下に低下することがない寸法に、設定されている。同様に、ＥＡＭ電極５６の面積は、ＥＡＭ電極５６に発生する寄生容量によってＥＡＭ１６の高周波特性の帯域が変調信号の使用する帯域以下に低下することがない寸法に、設定されている。
【００７０】
また、ＥＡＭ１６とＬＤ１４のそれぞれの緩和振動周波数は十分に高い。また、ＥＡＭ１６への信号印加タイミングについて、ＬＤ１４の発光遅れ時間、ＬＤ１４からＥＡＭ１６への光の到達時間の遅延、等が考慮されている。
【００７１】
＜実施の形態２＞
図１４に、実施の形態２に係る光送信集積モジュール３００の斜視図を示す。光送信集積モジュール３００は、ここでは、実施の形態１で例示した光送信モジュール１００を４つ含んでいる。但し、光送信モジュール１００の個数はこの例に限定されるものではない。
【００７２】
ここでは、ＬＤ１４（図１参照）の発振波長が所定の波長間隔で異なるように、光送信モジュール１００ごとにＬＤ活性層２０の利得およびＤＦＢグレーティング２２が設定されているものとする。但し、複数の光送信モジュール１００のうちの一部または全部についてＬＤ１４の発振波長が同じであってもよい。
【００７３】
なお、以下に説明する要素配置形態は、光送信集積モジュール３００だけでなく、光送信モジュール１００単体においても満足可能である。
【００７４】
光送信集積モジュール３００では、各光送信モジュール１００のＥＭＬ１０が同じ半導体基板１２に対して作り込まれている。それら４つのＥＭＬ１０は一方向（図１４の例では、ＬＤ１４とＥＡＭ１６の配列方向に直交する方向）に整列している。また、４つのＥＭＬ１０は同じ向きで以て配置されている。各光送信モジュール１００で要素配置形態は同じであるため、以下では主に１つの光送信モジュール１００について要素配置形態を説明する。
【００７５】
半導体基板１２は、ベース板３０２上に配置されている。ベース板３０２は例えばセラミックから成り、ベース板３０２の上面および側面には金属膜から成る地導層３０４が設けられている。ベース板上面の地導体層３０４上に半導体基板１２が配置されており、半導体基板１２の下面電極が地導体層３０４に電気的に接続されている。
【００７６】
ベース板３０２の側面には、終端抵抗１２４を成す抵抗パターンが設けられている。この抵抗パターンに電気的に接続されたパッド３０６が、ベース板３０２の上面に設けられている。
【００７７】
終端抵抗１２４用パッド３０６は、終端側ワイヤ１２２によって、終端側電極パッド５６ｂと接続されている。特に、半導体基板１２は、電極パッド５２ａ，５６ａ，５６ｂのうちで終端側電極パッド５６ｂが終端抵抗１２４用のパッド３０６の最も近くに位置するように、配置されている。これにより、終端側ワイヤ１２２を短くすることができる。
【００７８】
ベース板３０２上には、さらに、伝送路基板３１０が配置されている。具体的には、伝送路基板３１０は、電極パッド５２ａ，５６ａ，５６ｂのうちでＥＡＭ電極パッド５６ａの最も近くに位置するように、配置されている。伝送路基板３１０は、ここでは、セラミック多層基板から成る。
【００７９】
伝送路基板３１０を成すセラミック多層基板において、第１層目（ここでは最下層）の絶縁層上に変調信号伝送路１１４の導電パターンが設けられ、第２層目の絶縁層上に地導体層３１２の導電パターンが設けられ、第３層目（ここでは最上層）の絶縁層上にＬＤ給電配線１０４の導電パターンが設けられている。図１４に示すように、各絶縁層は半導体基板１２に向いた側において階段状に後退しており、これにより変調信号伝送路１１４と地導体層３１２とＬＤ給電配線１０４の各導電パターンが露出している。なお、変調信号伝送路１１４と地導体層３１２は、高周波伝送路を形成している。
【００８０】
第１層目の変調信号伝送路１１４の導電パターンは、変調信号用ワイヤ１１２によって、ＥＡＭ電極パッド５６ａと接続されている。第２層目の地導体層３１２上にはバイパスコンデンサ１０６が実装されており、このバイパスコンデンサ１０６はＬＤ給電ワイヤ１０２によって、ＬＤ電極パッド５２ａに接続されている。また、バイパスコンデンサ１０６は、ワイヤ３１４によって、第３層目のＬＤ給電配線１０４に接続されている。
【００８１】
このような要素配置形態には、変調信号伝送路１１４と変調信号用ワイヤ１１２との接続箇所から見て、ＬＤ電極パッド５２ａおよび終端側電極パッド５６ｂよりも、ＥＡＭ電極パッド５６ａの方が当該接続箇所の近くに位置している、という形態が含まれる。これによれば、変調信号用ワイヤ１１２を短くすることができ、変調信号の伝送損失を減少させることができる。
【００８２】
また、上記要素配置形態には、ＬＤ給電ワイヤ１０２は変調信号用ワイヤ１１２よりも高い位置を通るという形態が含まれる。これによれば、ＬＤ給電ワイヤ１０２と変調信号用ワイヤ１１２とが物理的干渉を起こすことがない。したがって、配線プロセスを容易にすることができる。
【００８３】
＜実施の形態３＞
図１５に、実施の形態３に係るＥＭＬ１０Ｂの斜視図を示す。図１５を図１と比較すると分かるように、実施の形態３に係るＥＭＬ１０Ｂは、実施の形態１に係るＥＭＬ１０から誘電体層５４を削除した構造を有している。また、ＥＭＬ１０，１０Ｂでは、ＬＤ電極５２およびＥＡＭ電極５６の形状が異なる。ＥＭＬ１０Ｂのその他の構造はＥＭＬ１０と基本的に同じである。なお、ＥＭＬ１０Ｂは、ＥＭＬ１０に代えて、光送信モジュール１００および光送信集積モジュール３００を構成可能である。
【００８４】
ＥＭＬ１０ＢのＬＤ電極５２は、ＬＤ電極パッド５２ａの位置が実施の形態１（図１参照）とは反対であることを除いて、実施の形態１と同様である。
【００８５】
ＥＭＬ１０ＢのＥＡＭ電極５６は、誘電体層５０に設けられたＥＡＭ１６上のスリット状開口の全体を覆うように配置されており、そのスリット状開口を介してコンタクト層２６に接合している。ＥＡＭ電極５６は、ＬＤ電極パッド５２ａが配置されている側とは反対側に向けて屈曲し、さらにＬＤ電極５２に沿って延在している。その延在部分の先端部がＥＡＭ電極パッド５２ａを提供する。他方、終端側電極パッド５６ｂは実施の形態１と同様に設けられている。
【００８６】
ＥＭＬ１０Ｂにおいても、ＬＤ電極５２とＥＡＭ電極５６とは、ＬＤ電極５２に入力されたレーザ駆動電流ＩＬＤに、ＥＡＭ電極５６に入力された変調信号によるクロストークが生じるのを回避可能な最小距離を超えて、近接している。但し、両電極５２，５６は直接接触していない。
【００８７】
具体的には、ＥＡＭ１６の位置から見て、ＬＤ電極パッド５２ａよりも、ＥＡＭ電極パッド５６ａの方がＥＡＭ１６から遠くに位置している。このため、ＥＡＭ電極５６はＥＡＭ電極パッド５６ａの位置からＥＡＭ１６の位置まで延在することになり、その途中においてＥＡＭ電極５６はＬＤ電極５２に沿って延在する部分を有している。
【００８８】
ＥＡＭ電極５６の当該延在部分は、実施の形態１（図１参照）とは異なり、誘電体層５０上に設けられている。ＥＡＭ電極５６の当該延在部分において、ＥＡＭ電極５６とＬＤ電極５２との距離が、電極５２，５６間のクロストークを回避可能な最小距離よりも小さい。例えば、高周波結合によって２５ＧＨｚにおいてＬＤ１４におよそ−１０ｄＢが分配されるように、電極５２，５６間の上記距離が設定される。
【００８９】
それにより、ＥＭＬ１０Ｂによっても、ＥＭＬ１０と同様の効果が得られる。
【００９０】
＜変形例＞
本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。
【符号の説明】
【００９１】
１０，１０Ｂ  半導体光集積素子（ＥＭＬ）、１２  半導体基板、１４  レーザ素子（ＬＤ）、１４Ｌ  レーザ光、１６  光変調器（ＥＡＭ）、１６Ｌ  ＥＡＭ出射光（ＥＭＬ出射光）、５２  レーザ素子電極（ＬＤ電極）、５２ａ  レーザ駆動電流入力パッド（ＬＤ電極パッド）、５４  誘電体層、５６  光変調器電極（ＥＡＭ電極）、５６ａ  変調信号入力パッド（ＥＡＭ電極パッド）、１００  光送信モジュール、１０２  レーザ給電ワイヤ（ＬＤワイヤ）、１０４  レーザ給電配線（ＬＤ配線）、１１２  変調信号用ワイヤ（ＥＡＭワイヤ）、１１４  変調信号伝送路、３００  光送信集積モジュール。
【図１】
0006037952.tif 000002
【図２】
0006037952.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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