(57)【要約】【課題】ＥＡ変調器の変調信号の漏洩による影響を抑制する。【解決手段】ＤＦＢレーザと、ＥＡ変調器と、ＳＯＡとが同一の基板上にモノリシック集積された半導体光集積素子であって、光導波方向に対して、前記ＤＦＢレーザ、前記ＥＡ変調器、前記ＳＯＡの順に集積され、前記ＤＦＢレーザおよび前記ＳＯＡは、同一の制御端子から、前記ＤＦＢレーザと前記ＳＯＡの光導波方向についての長さの比に応じた電流が注入され、前記制御端子から前記ＤＦＢレーザに至る電流供給経路と、前記制御端子から前記ＳＯＡに至る電流供給経路のそれぞれにバイパスコンデンサが接続されている。【選択図】図４
2019033116.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＤＦＢレーザと、ＥＡ変調器と、ＳＯＡとが同一の基板上にモノリシック集積された半導体光集積素子であって、
光導波方向に対して、前記ＤＦＢレーザ、前記ＥＡ変調器、前記ＳＯＡの順に集積され、前記ＤＦＢレーザおよび前記ＳＯＡは、同一の制御端子から、前記ＤＦＢレーザと前記ＳＯＡの光導波方向についての長さの比に応じた電流が注入され、
前記制御端子から前記ＤＦＢレーザに至る電流供給経路と、前記制御端子から前記ＳＯＡに至る電流供給経路のそれぞれにバイパスコンデンサが接続されていることを特徴とする半導体光集積素子。
【請求項２】
前記バイパスコンデンサは、前記基板上の前記ＤＦＢレーザに隣接する領域と、前記ＳＯＡに隣接する領域とに形成されてい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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体光集積素子に関し、より詳細には、半導体レーザと変調器と増幅器とがモノリシックに一体化された半導体光集積素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
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された半導体光集積素子が知られている。このような半導体光集積素子（ＥＡ−ＤＦＢレーザ）は、伝送距離４０ｋｍ以上の長距離伝送用の光送信モジュールとして用いられている。この光送信モジュールの信号光波長は、光ファイバの伝播損失が小さい１５５０ｎｍ帯が用いられるが、光ファイバに生じる波長分散の影響を受けにくい１３００ｎｍ帯も用いられ、１０Ｇｂ／ｓ以上の高速光信号を伝送する。
【０００３】
ＥＡ−ＤＦＢレーザにおいて高出力を得るためには、ＥＡ変調器に印加するＤＣバイアスの絶対値は小さいほうがよい一方、長距離伝送が可能な光波形を得るためには、ＤＣバイアスの絶対値は大きいほうがよいというトレードオフの関係がある。このトレードオフの関係を打ち消すために、非特許文献１では、ＥＡ変調器の出力端に半導体光増幅器（ＳＯＡ：Semiconductor Optical Amplifier）をさらに集積することが開示されている。非特許文献１によれば、ＥＡ変調器の出力端に集積されたＳＯＡに電流注入を行うことにより、ＥＡ変調器から出力された変調光のチャープ値が変換されて、長距離伝送を実現している。
【０００４】
図１に、従来の半導体光集積素子の制御方法を示す。半導体光集積素子１００は、光導波方向に対して順に、ＤＦＢレーザ１０１、ＥＡ変調器１０２、およびＳＯＡ１０３を備えており、これらの構成要素は、単一の半導体基板上に、一体的にモノシリック積層されている（例えば、特許文献１参照）。ＤＦＢレーザ１０１とＳＯＡ１０３とは、同一の制御端子１０４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１０１への注入電流をＩDFBとし、ＳＯＡ１０３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。
【０００５】
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。ＤＦＢレーザ１０１とＳＯＡ１０３の光導波方向の長さの比を調整することにより、所定の電流注入量ＩOPに対してＩDFBとＩSOAの割合を調整することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第５８２３９２０号
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】Toshio Watanabe, 外３名, “Chirp Control of an Optical Signal Using Phase Modulation in a Semiconductor Optical Amplifier”, Photonics Technology Letters, １９９８年７月, vol.10, No.7, p.1027-1029.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、同一の制御端子１０４からＤＦＢレーザ１０１とＳＯＡ１０３に電流を注入するので、ＤＦＢレーザ１０１の電極とＳＯＡ１０３の電極とが短絡されることになる。このため、モノシリック積層されているＤＦＢレーザ１０１とＥＡ変調器１０２の間の分離抵抗、およびＥＡ変調器１０２とＳＯＡ１０３との間の分離抵抗が、実効的に低下してしまい、ＥＡ変調器１０２に供給する変調信号が、ＤＦＢレーザ１０１とＳＯＡ１０３に漏洩するという問題があった。変調信号の漏洩は、ＥＡ変調器１０２の変調効率が劣化するとともに、ＤＦＢレーザ１０１とＳＯＡ１０３のそれぞれの出力光のパワーが変動してしまう。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の目的は、ＥＡ変調器の変調信号の漏洩による影響を抑制することができる半導体光集積素子を提供することにある。
【００１０】
本発明は、このような目的を達成するために、一実施態様は、ＤＦＢレーザと、ＥＡ変調器と、ＳＯＡとが同一の基板上にモノリシック集積された半導体光集積素子であって、光導波方向に対して、前記ＤＦＢレーザ、前記ＥＡ変調器、前記ＳＯＡの順に集積され、前記ＤＦＢレーザおよび前記ＳＯＡは、同一の制御端子から、前記ＤＦＢレーザと前記ＳＯＡの光導波方向についての長さの比に応じた電流が注入され、前記制御端子から前記ＤＦＢレーザに至る電流供給経路と、前記制御端子から前記ＳＯＡに至る電流供給経路のそれぞれにバイパスコンデンサが接続されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、ＥＡ変調器に供給された変調信号の漏洩を、バイパスコンデンサによってバイパスすることにより、その影響を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】従来の半導体光集積素子の制御方法を説明するための図である。
【図２】本発明の一実施形態にかかる半導体光集積素子を示す断面図である。
【図３】半導体光集積素子に電源を供給する方法を示す図である。
【図４】本発明の第１の実施形態にかかる半導体光集積素子への電源供給方法を示す図である。
【図５】本発明の第２の実施形態にかかる半導体光集積素子への電源供給方法を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明する。
【００１４】
図２に、本発明の一実施形態にかかる半導体光集積素子を示す。半導体光集積素子２００は、光導波方向に対して順に、ＤＦＢレーザ２０１、ＥＡ変調器２０２、およびＳＯＡ２０３がモノリシックに集積されており、これらの構成要素は、ｎ−ＩｎＰ基板２１１上のｎ−ＩｎＰクラッド層２１２の上に形成されている。
【００１５】
ＤＦＢレーザ２０１は、クラッド層２１２の上に活性層２１３と、回折格子２１５が形成されたガイド層２１４とを備え、ＤＦＢレーザ部の中心部分には、発振波長の単一モードを実現するために、回折格子を四分の一波長だけ位相シフトした四分の一波長位相シフト２１６が設けられている。
【００１６】
ＥＡ変調器２０２は、クラッド層２１２の上に吸収層２１７を備え、ＳＯＡ２０３は、クラッド層２１２の上に活性層２１８およびガイド層２１９を備える。ＳＯＡ２０３の活性層およびガイド層は、ＤＦＢレーザ２０１の活性層およびガイド層と同じ層構造とすることもできる。
【００１７】
これらの構成要素の上には、さらにｐ−ＩｎＰクラッド層２２０が形成され、その上にＤＦＢレーザ電極２２１、ＥＡ変調器電極２２２、ＳＯＡ電極２２３のそれぞれが形成されている。また、基板２１１に下面には、ｎ電極２２４が形成されている。
【００１８】
このような構成により、同一の電流源２３１からＤＦＢレーザ２０１とＳＯＡ２０３に電流ＩOPが供給される。ここで、ＤＦＢレーザ２０１とＳＯＡ２０３の光導波方向の長さの比（ＤＦＢレーザ電極２２１とＳＯＡ電極２２３の光導波方向の長さの比に同じ）が調整されており、同一の制御端子から供給される電流ＩOPが、ＤＦＢレーザ２０１への電流ＩDFBと、ＳＯＡ２０３への電流ＩSOAとして分流されて供給される。
【００１９】
ＥＡ変調器２０３には、バイアスＴを介して、直流電圧源２３３からのバイアス電圧Ｖbiasに、高周波（ＲＦ）信号源２３２からのＲＦ信号電圧ＶRFが重畳されて、ＥＡ変調器電極２２２に印加される。
【００２０】
図３に、半導体光集積素子に電源を供給する方法を示す。従来、図３（ａ）に示したように、半導体光集積素子２００が実装された光送信モジュールには、高周波配線基板３０１が配置されている。高周波配線基板３０１には、ＤＦＢレーザ電極２２１とＳＯＡ電極２２３に電流を供給する配線３０２と、ＥＡ変調器電極２２２に電圧を供給する高周波配線３０３とが形成され、半導体光集積素子２００の各々の電極と配線との間を、ボンディング・ワイヤで接続している。
【００２１】
図３（ｂ）は、このような構成にかかる等価回路である。モノシリック積層されているＤＦＢレーザ２０１とＥＡ変調器２０２の間には分離抵抗Ｒ１が存在し、ＥＡ変調器２０２とＳＯＡ２０３との間には分離抵抗Ｒ２が存在する。ＤＦＢレーザ電極２２１とＳＯＡ電極２２３とが短絡されると、分離抵抗Ｒ１，Ｒ２が実効的に低下し、ＥＡ変調器２０２に供給する変調信号が、分離抵抗Ｒ１，Ｒ２を介してＤＦＢレーザ２０１とＳＯＡ２０３に漏洩する。
【００２２】
図４に、本発明の第１の実施形態にかかる半導体光集積素子への電源供給方法を示す。ＥＡ変調器２０２に供給する変調信号の漏洩を、バイパスコンデンサＣ１，Ｃ２で阻止す。図４（ａ）に示したように、高周波配線基板４０１上の配線４０２とＤＦＢレーザ電極２２１との間にコンデンサＣ１、配線４０２とＳＯＡ電極２２３との間にコンデンサＣ２を実装する。すなわち、図４（ｂ）に示したように、同一の制御端子ＡからＤＦＢレーザ電極２２１に至る経路と、制御端子ＡからＳＯＡ電極２２３に至る経路のそれぞれにコンデンサを接続する。
【００２３】
ＥＡ変調器２０２の変調速度を１０Ｇｂ／ｓ以上（５ＧＨｚ以上）とすると、ＤＦＢレーザ２０１の抵抗分は５Ω程度となる。そこで、コンデンサＣ１，Ｃ２として、５ＧＨｚ以上で０．５Ω以下の抵抗分となるように数十ｐＦ以上の容量を挿入する。このような構成により、ＥＡ変調器２０２に供給された変調信号のうち、分離抵抗Ｒ１，Ｒ２を介して漏洩した信号は、コンデンサＣ１，Ｃ２によりバイパスされるので、変調信号の漏洩による影響を抑制することができる。
【００２４】
図５に、本発明の第２の実施形態にかかる半導体光集積素子への電源供給方法を示す。第１の実施形態は、例えば、高周波配線基板４０１上にチップコンデンサを実装する形態を示したが、第２の実施形態では、半導体光集積素子５００に、コンデンサＣ１１，Ｃ１２を内挿する。例えば、ＤＦＢレーザ２０１とＳＯＡ２０３のそれぞれに隣接する領域に、図２に示した半導体光集積素子２００のクラッド層２２０上の電極と、基板２１１の下面の電極とを設け、高誘電率の誘電体材料等を挟持することにより、コンデンサを形成することができる。
【符号の説明】
【００２５】
１０１，２０１  ＤＦＢレーザ
１０２，２０２  ＥＡ変調器
１０３，２０３  ＳＯＡ
２００，５００  半導体光集積素子
２１１  基板
２１２，２２０  クラッド層
２１３，２１８  活性層
２１４，２１９  ガイド層
２１５  回折格子
２１６  四分の一波長位相シフト
２１７  吸収層
２２１  ＤＦＢレーザ電極
２２２  ＥＡ変調器電極
２２３  ＳＯＡ電極
２３１  電流源
２３２  ＲＦ信号源
２３３  直流電圧源
３０１，４０１  高周波配線基板
３０２，４０２  配線
３０３，４０３  高周波配線
【図１】
2019033116.tif 000003
【図２】
2019033116.tif 000004
【図３】
2019033116.tif 000005
【図４】
2019033116.tif 000006
【図５】
2019033116.tif 000007