(57)【要約】  【課題】  半導体光素子及び光通信用モジュールにおいて、信号波形の劣化やコストの増大を抑え、かつ、光出力レベルを安定保持可能な技術の提供。  【解決手段】  半導体光素子として、導波路からずれた位置に集積化等によりモニタ用受光素子を設け、該モニタ用受光素子により該導波路内のレーザ光の反射光や散乱光やしみ出し成分を受光してモニタする構成とする。上記反射光や散乱光や得るために、導波路内に、レーザ光の光路方向を該導波路方向とは異なる方向に変える光路変更手段として、光活性領域と半導体媒質の再成長領域の界面等を形成する。【選択図】  図１
2005228943.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
導波路のレーザ光をモニタするモニタ用受光素子を備えた半導体光素子であって、
上記モニタ用受光素子が、半導体基板上で上記導波路からずれた位置に該導波路とモノリシック状態で配され、該導波路からのレーザ光を受光する構成としたことを特徴とする半導体光素子。
【請求項２】
導波路のレーザ光をモニタするモニタ用受光素子を備えた半導体光素子であって、
レーザ光を発生、変調または増幅する導波路と、
上記導波路からずれた位置に配され、該導波路からしみ出して該導波路の活性領域と同一平面内に広がったレーザ光を受光し該導波路のレーザ光をモニタするモニタ用受光素子と、
上記導波路と上記モニタ用受光素子が設けられた半導体基板と、
を備えたことを特徴とする半導体光素子。
【請求項３】
導波路のレーザ光をモニタするモニタ用受光素子を備えた半導体光素子であって、
レーザ光を発生、変調または増幅する導波路と、
上記導波路内において該導波路内の一部のレーザ光の光路方向を、該レーザ光の反射または散乱により該導波路方向とは異なる方向に変える光路変更手段と、
上記導波路からずれた位置に配され、上記光路変更手段からのレーザ光を受光し該導波路のレーザ光をモニタするモニタ用受光素子と、
上記導波路と上記モニタ用受光素子が設けられた半導体基板と、
を備えたことを特徴とする半導体光素子。
【請求項４】
上記光路変更手段は、上記導波路の半導体媒質内に上記導波路方向と交差する方向に形成した光活性領域と再成長領域との境界面、または上記導波路が分布帰還型導波路であってその端部側に形成した曲線状導波路部である請求項３に記載の半導体光素子。
【請求項５】
請求項１から４のいずれかに記載の半導体光素子と、
上記半導体光素子中の上記導波路を駆動する駆動回路と、
上記半導体光素子中の上記モニタ用受光素子の出力に基づき、上記駆動回路を制御する制御回路と、
を備え、上記半導体光素子からの光出力レベルを制御する構成としたことを特徴とする光通信用モジュール。
【請求項６】
請求項１から４のいずれかに記載の半導体光素子と、
上記半導体光素子中の上記導波路を駆動する駆動回路と、
上記半導体光素子の温度を制御する温度制御手段と、
上記半導体光素子中の上記モニタ用受光素子の出力に基づき、上記駆動回路、上記温度制御手段のいずれか一方または両方を制御する制御回路と、
を備え、上記半導体光素子からの光出力レベルを一定に保つように制御する構成としたことを特徴とする光通信用モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体光素子及びそれを用いた光通信用モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明に関連した従来技術としては、例えば、特開平１１−１８６６６１号公報（特許文献１）や特開平６−１２０６１６号公報（特許文献２）に記載されたものがある。特開平１１−１８６６６１号公報には、レーザ光をモニタする光モニタ部を内部に有する変調器付半導体レーザ（半導体光素子）の構成として、光導波路（導波路）に沿って半導体レーザ部と電界吸収型変調器部を構成し、光モニタ部を、該光導波路の一部にあって該半導体レーザ部と該電界吸収型変調器部との間に配したものが記載されている。また、特開平６−１２０６１６号公報には、λ／４分布帰還型半導体レーザと電界吸収型変調器とを集積化した半導体発光装置において、変調された信号光をモニタ光として取り出しても、本来の信号光の強度が低下しないようにするための技術として、該半導体発光装置の光導波路の一方の端部側に第一の電界吸収型変調器、他方の端部側に第二の電界吸収型変調器を配し、一方の電界吸収型変調器から放出される変調信号光を本来の信号光とし、他方の電界吸収型変調器から放出される変調信号光をモニタ光として使用するとした技術が記載されている。
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−１８６６６１号公報
【０００４】
【特許文献２】特開平６−１２０６１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
例えば、上記特開平１１−１８６６６１号公報記載の技術では、半導体光素子の光導波路内に光モニタ部（モニタ用受光素子）を設ける構成のため、該光モニタ部が光導波路の光路面積を狭めてレーザ光量を低減させてしまうことになり、光通信性能の劣化につながるおそれがある。また、上記特開平６−１２０６１６号公報記載の技術が例えば、光モニタ部（モニタ用受光素子）が、半導体レーザ部に対し別体として実装される構成である場合には、該光モニタ部を半導体レーザ部の後方出射面の直近に配する必要がある。このため、半導体レーザのドライバＩＣ（駆動回路）を、該半導体レーザの近くに配することは不可能となる。ドライバＩＣ（駆動回路）が、該半導体レーザの近くへ設置されない場合には、該ドライバＩＣから該半導体レーザまでの伝送線路長が長くなり、該ドライバＩＣからの高周波電気信号の波形が、半導体レーザに到達する前に伝送線路上で劣化するおそれがある。さらに、部品点数の増大や実装コストの増大などにもつながるおそれがある。
【０００６】
本発明の課題点は、上記従来技術の状況に鑑み、半導体光素子及びこれを用いた光通信用モジュールにおいて、（１）ドライバＩＣ（駆動回路）を半導体レーザの近くに設置可能にして信号波形の劣化を抑えられるようにすること、（２）部品点数や実装コストの増大を抑えられるようにすること、さらに、（３）光出力レベルを一定に保てるようにすること、等である。
本発明の目的は、かかる課題点を解決し、低コストで高性能の半導体光素子及びこれを用いた光通信用モジュールを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題点を解決するために、本発明では、半導体光素子として、（１）導波路からずれた位置に集積化等によりモニタ用受光素子を設け、該モニタ用受光素子により該導波路内のレーザ光の反射光や散乱光やしみ出し成分を受光してモニタする構成とする。（２）上記反射光や散乱光や得るために、導波路内に、該導波路内の一部のレーザ光の光路方向を該導波路方向とは異なる方向に変える光路変更手段として、光活性領域と半導体媒質の再成長領域の界面等を形成する。（３）モニタ用受光素子を、半導体基板上で導波路からずれた位置において該導波路とモノリシック（ｍｏｎｏｌｉｔｈｉｃ）状態で設けた構成とする。また、光通信用モジュールとして、（４）上記構成の半導体光素子に加え、該半導体光素子を駆動する駆動回路と、該半導体光素子中のモニタ用受光素子の出力に基づき該駆動回路を制御する制御回路とを備えてフィードバック制御系を構成し、該半導体光素子の光出力のレベルを制御する構成とする。（５）上記構成の半導体光素子に加え、該半導体光素子中の導波路を駆動する駆動回路と、該半導体光素子の温度を制御するペルチエ等の温度制御手段と、該半導体光素子中のモニタ用受光素子の出力に基づき該駆動回路、該温度制御手段のいずれか一方または両方を制御する制御回路とを備えてフィードバック制御系を構成し、該半導体光素子からの光出力のレベルを一定に保つように制御する構成とする。
【０００８】
上記のように、導波路からずれた位置に該導波路のレーザ光をモニタするためのモニタ用受光素子を集積化等により設けることは、該導波路の直近へのドライバＩＣ（駆動回路）の配置を可能にして信号波形の劣化を防ぐとともに、導波路の光路面積を確保可能にして導波路を通るレーザ光量の低減化を防ぐ。さらに、該導波路からしみだして半導体基板に対して導波路の活性領域と同一平面内に拡がったレーザ光の一部を受光することも可能にする。また、半導体基板上にモニタ用受光素子を、導波路とモノリシック状態で設けることは、半導体光素子の製造を容易にし、低コスト化や高信頼性化を可能にする。１０Ｇｂｉｔ／ｓを超える高速の直接変調を行う半導体光素子では、共振器長を最適長とすることを可能にする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、半導体光素子及びこれを用いた光通信用モジュールにおいて、信号波形の劣化が抑えられるとともに、部品点数やコストの増大が抑えられる。光出力レベルも一定に保つことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明を実施するための最良の形態につき、図面を用いて説明する。
【実施例１】
【００１１】
図１及び図２は、本発明の第１の実施例を示す図である。図１は半導体光素子の構成例図で、（ａ）は半導体光素子の上側平面図、（ｂ）は断面図である。また、図２は、図１の半導体光素子を用いた光通信用モジュールの構成例図である。本第１の実施例は、導波路（半導体レーザ）からしみ出し半導体基板に対し導波路の活性領域と同一平面内に拡がったレーザ光の一部を、導波路からずれた位置に設けたモニタ用受光素子でモニタするようにした場合の構造例である。
【００１２】
図１において、１０１は導波路を形成する半導体レーザ、１０２は絶縁溝、１０３は、導波路（半導体レーザ１０１）のレーザ光をモニタするフォトダイオード等のモニタ用受光素子、１０４は、モニタ用受光素子１０３の電極パッド、１０５は電極金属（ｐ電極）、１０６はｐ型コンタクト層及びｐ型クラッド部、１０７は活性層及びＳＣＨ層、１０８はｎ型クラッド部、１０９はＩｎＰ基板、１１０は電極金属（ｎ電極）、１１１は導波路、１１２はレーザ光の広がり、１１３は吸収層（受光部）、１２０は保護膜、１２１は前方端面コーティング膜、１２２は後方端面コーティング膜である。また、１１は出力光、１２はモニタ光である。
導波路としての半導体レーザ１０１とモニタ用受光素子１０３は互いに、同じ層構造を有し、半導体基板上にモノリシックな集積状態で構成される。導波路としての半導体レーザ１０１は半導体光素子の略中央部に形成され、モニタ用受光素子１０３は半導体光素子の後方端面側にあって該導波路からずれた位置に形成される。
【００１３】
半導体光素子は、例えば、ＩｎＰ基板１０９、ＩｎＰバッファ層（ｎ型、膜厚０．１５μｍ）及びＩｎＧａＡｌＡｓクラッド層（ｎ型、膜厚０．２μｍ、λｇ＝１．０５μｍ）１０８、ＩｎＧａＡｌＡｓＳＣＨ層（ｎ型、膜厚０．２μｍ、λｇ＝１．１０μｍ）、ＩｎＧａＡｌＡｓＭＱＷ活性層（ｎｏｎｅ−ｄｏｐｅ、ウェル層膜厚１０ｎｍ／λｇ＝１．３１μｍ、バリア層膜厚１０ｎｍ／λｇ＝１．１５μｍ、１０周期）及びＩｎＧａＡｌＡｓＳＣＨ層（ｐ型、膜厚０．２μｍ、λｇ＝１．１０μｍ）１０７、ＩｎＰクラッド層（ｐ型、膜厚２．０μｍ）及びＩｎＧａＡｓコンタクト層（ｐ型、膜厚０．１μｍ）１０６、絶縁膜（ＳＩｎ、膜厚０．５μｍ）１２０、ｐ電極１０５及びｎ電極１１０、前方端面コーティング膜１２１、後方端面コーティング膜１２２を備えて構成される。発振波長に対する端面膜の反射率は、前方端面コーティング膜１２１では約２０％、後方端面コーティング膜１２２では約９５％である。
【００１４】
上記構成において、レーザ光は、導波路（半導体レーザ１０１）からしみ出し、例えば、導波路の活性領域と同一平面内に約１２μｍ、該活性領域の中心を軸として約±６μｍの広がった状態となる（図１（ｂ））。該導波路（光増幅器）からしみ出して広がったレーザ光は、モニタ用受光素子１０３に入射する。該モニタ用受光素子１０３は、該入射したレーザ光に対応したモニタ用電気信号を発生する。例えば、導波路の中心から約５μｍの位置に集積化して配したモニタ用受光素子１０３では、半導体レーザ１０１の外部出力が約６ｍＷの場合に、約０．３ｍＡの出力電流が得られる。該出力電流は、制御システムを介し半導体レーザ１０１の駆動電流にフィードバックされ、該半導体レーザ１０１の光出力レベルを安定化させる。該出力電流値は、該光出力レベルの安定化のために必要十分な値である。
【００１５】
上記第１の実施例における半導体光素子では、モニタ用受光素子１０３と半導体レーザ１０１とを互いに同じ層構造の集積構造としたが、これに限らず、例えばエッチングや結晶再成長などにより、互いに異なった層構造とすることも可能である。また、モニタ用受光素子１０３の設置位置も、上記第１の実施例では半導体光素子の後方出力端部の近傍としたが、これに限らず、例えば半導体光素子の前方出力端部近傍や中央部近傍などとしてもよい。また、該モニタ用受光素子は複数個設けてもよい。
【００１６】
図２は、図１の半導体光素子を用いて成る光通信用モジュールの構成例図である。なお、本図２中における半導体光素子の各要素には、上記図１における半導体光素子の各要素とは異なる符号を付して示す。
図２において、２００は光通信用モジュール、２５０は、モニタ用受光素子を半導体レーザ（導波路）と一体的に集積して成る半導体光素子、２０１は、導波路を形成する半導体レーザ、２０３は、フォトダイオード等のモニタ用受光素子、２４１は、半導体光素子中２５０の半導体レーザ（導波路）２０１を駆動する駆動回路、２４４は、インターフェース部分を含む制御回路、２４３は、半導体光素子２５０の温度を制御する温度制御手段としてのペルチエ、２４２は、ペルチエ２４３を制御する温度制御手段として温度制御回路、２６０はレンズ、２１は出力光である。かかる構成において、半導体光素子２５０内で、導波路を形成する半導体レーザ２０１で発生したレーザ光を、導波路からずれた位置に配したモニタ用受光素子２０３で受光して電気信号に変換する。該電気信号は制御回路２４４にフィードバックする。制御回路２４４では、該電気信号に基づき、駆動回路２４１を制御するための第１の制御信号と、温度制御回路２４２を制御するための第２の制御信号とを形成して出力する。第１の制御信号は駆動回路２４１に入力され、該駆動回路２４１を制御して半導体レーザ（導波路）２０１を駆動する駆動電流のレベルを制御する。第２の制御信号は、温度制御回路２４２を制御してペルチエ２４３を制御する。駆動電流のレベル制御、ペルチエ２４３の制御のいずれか一方または両方により、半導体光素子２０３から出力されるレーザ光（光出力）のレベルを一定に保つようにする。駆動回路２４１は、半導体レーザ（導波路）２０１の直ぐ近く（近傍）であって少なくとも信号波形の劣化を抑えられる距離の位置に配され、ワイヤボンディングなどにより該半導体レーザ（導波路）２０１と接続される。
【００１７】
上記第１の実施例によれば、半導体光素子（図１）においては、モニタ用受光素子１０３を、導波路（半導体レーザ）１０１とはずれた位置に設けるため、該導波路１０１の光路面積の確保が可能となり該導波路を通るレーザ光の光量の低減化を防ぐことができ、光出力の低下を回避できる。また、モニタ用受光素子１０３を、半導体レーザ（導波路）１０１を設けた半導体基板上にモノリシック状態で設けるため、該モニタ用受光素子１０３を含む半導体光素子の製造が容易となり、一層の低コスト化や高信頼性化が可能となる。また、光通信用モジュール２００（図２）においては、半導体光素子２５０として、モニタ用受光素子２０３を導波路（半導体レーザ）２０１とはずれた位置に設けたものを用いるため、駆動回路２４１を該半導体レーザ（導波路）２０１の直ぐ近く（近傍）に配することができ、このため伝送信号波形の劣化が抑えられ、一層の高速化が可能となる。部品点数の増加も抑えられ、モジュール構成もコンパクトになる。
【実施例２】
【００１８】
図３は、本発明の第２の実施例としての半導体光素子を示す図である。
本第２の実施例は、導波路（半導体レーザ）内に、該導波路内の一部のレーザ光の光路方向を該導波路方向とは異なる方向に変える光路変更手段を設け、該光路変更手段からのレーザ光の一部を、導波路からずれた位置に設けたモニタ用受光素子でモニタするようにした例である。該光路変更手段としては、導波路内に光活性領域と半導体媒質による再成長領域の界面を形成する。
【００１９】
図３において、３０１は導波路を形成する半導体レーザ、３０２は絶縁溝、３０３はモニタ用受光素子、３０４は、モニタ用受光素子３０３の電極パッド、３０５は電極金属（ｐ電極）、３１４は再成長領域、３１５は、光路変更手段としての光活性領域と再成長領域の界面であってレーザ光を反射させる界面（以下、光路変更界面という）、３２０は保護膜、３２１は前方端面コーティング膜、３２２は後方端面コーティング膜、３１は出力光、３２はモニタ光である。導波路としての半導体レーザ３０１とモニタ用受光素子３０３は、半導体基板上において互いにモノリシックな集積状態で構成される。導波路としての半導体レーザ３０１は半導体光素子の略中央部に形成され、モニタ用受光素子３０３は、半導体光素子の後方端面側にあって該導波路からずれた位置に形成される。再成長領域３１４は、半導体光素子の後方端面付近の導波路（半導体レーザ３０１）の光活性層をエッチングにより除去した後、そこに、波長１．３１μｍのレーザ光に対し十分な光透過性を有する半絶縁性のＩｎＰを埋め込まれて構成され、光路変更界面３１５は、上記光活性領域と再成長領域３１４との境界に、導波路方向に対し約４５゜の傾斜角で形成される。
【００２０】
かかる構成において、導波路（半導体レーザ３０１）で発生するレーザ光のうちの一部は、光路変更界面３１５で反射され、該導波路の方向とは異なる方向に出射される。モニタ用受光素子３０３は該反射されたレーザ光を受光して電気信号に変換する。例えば、半導体レーザ３０１の前方出力が約５ｍＷの場合、モニタ用受光素子３０３からは約０．２５ｍＡの出力電流が得られる。該出力電流レベルは、光通信用モジュールにおける制御用として十分である。
【００２１】
上記図３の半導体光素子を用いる光通信用モジュールの構成は、基本的に上記図２の構成と同様である。図２の場合と同様、該光通信用モジュール（図示なし）においては、半導体光素子内で、半導体レーザで発生したレーザ光を、導波路からずれた位置に配したモニタ用受光素子で受光して電気信号に変換する。該電気信号は制御回路（図示なし）にフィードバックする。制御回路では、該電気信号に基づき、駆動回路（図示なし）を制御するための第１の制御信号と、温度制御回路（図示なし）を制御するための第２の制御信号とを形成して出力する。第１の制御信号は駆動回路に入力され、該駆動回路を制御して半導体レーザ（導波路）を駆動するための駆動電流のレベルを制御する。第２の制御信号は、温度制御回路を制御してペルチエ（図示なし）を制御する。駆動電流のレベル制御、ペルチエの制御のいずれか一方または両方により、半導体光素子から出力されるレーザ光（光出力）のレベルを一定に保つようにする。駆動回路は、半導体レーザ（導波路）の直ぐ近く（近傍）であって信号波形の劣化を抑えられる距離の位置に配され、ワイヤボンディングなどにより該半導体レーザ（導波路）と接続される。
【００２２】
上記第２の実施例によれば、上記第１の実施例の場合と同様、半導体光素子においては、モニタ用受光素子を、導波路（半導体レーザ）とはずれた位置に設けるため、該導波路の光路面積の確保が可能となり該導波路を通るレーザ光の光量の低減化を防ぐことができ、光出力の低下を回避できる。また、モニタ用受光素子を、半導体レーザ（導波路）を設けた半導体基板上にモノリシック状態で設けるため、該モニタ用受光素子を含む半導体光素子の製造が容易となり、一層の低コスト化や高信頼性化が可能となる。また、光通信用モジュールにおいては、半導体光素子として、モニタ用受光素子を導波路（半導体レーザ）とはずれた位置に設けたものを用いるため、駆動回路を該半導体レーザ（導波路）の直ぐ近く（近傍）に配することができ、このため伝送信号波形の劣化が抑えられ、一層の高速化が可能となる。部品点数の増加も抑えられ、モジュール構成もコンパクトになる。
【００２３】
なお、上記第２の実施例構成においては、再成長領域３１４と光路変更界面３１５を、半導体光素子の後方端面側に配したが、本発明はこれに限定されず、半導体光素子の前方端面側に設けてもよい。この場合は、モニタ用受光素子３０３も、半導体光素子の前方端面側にあって該導波路からずれた位置に形成され、上記光路変更界面３１５から反射または散乱されるレーザ光を受光できるようにされる。また、第２の実施例構成においては、光路変更界面３１５を、導波路方向に対し約４５°の傾斜角をもって形成したが、本発明はこれにも限定されず、該傾斜角は約４５°以外の角度であってもよい。また、光路変更界面の形成方法も上記エッチングと上記再成長とによる方法に限定されない。さらに、モニタ用受光素子３０３は、半導体レーザ３０１と同じ層構造のものに限定されず、例えば、エッチングと結晶再成長とにより、半導体レーザ３０１とは異なる層構造のものを形成してもよい。また、該モニタ用受光素子は複数個設けてもよい。さらに、半導体光素子の導波路内に形成する光路変更手段としては、上記光路変更界面３１５のようにレーザ光を反射させるものに限定されず、レーザ光の一部を散乱させる構成のものなどであってもよい。該レーザ光の一部を散乱させる構成としては、例えば、導波路の脇にグレーティングなどを設ける構成が考えられる。
【実施例３】
【００２４】
図４は、本発明の第３の実施例としての半導体光素子を示す図である。
本第３の実施例も、導波路（半導体レーザ）内に設けた光路変更手段からのレーザ光の一部を、導波路からずれた位置に設けたモニタ用受光素子でモニタするようにした構成であって、半導体レーザとしては分布帰還型半導体レーザを用い、光路変更手段としては導波路の一部を曲げた構成としている。
【００２５】
図４において、４０１は導波路を形成する分布帰還型半導体レーザ、４０２は絶縁溝、４０３はモニタ用受光素子、４０４は、モニタ用受光素子３０３の電極パッド、４０５は電極金属（ｐ電極）、４１５は、光路変更手段として導波路の一部を曲げた部分（以下、曲がり導波路部という）、４２０は保護膜、４２１は前方端面コーティング膜、４２２は後方端面コーティング膜、４１は出力光、４２はモニタ光である。本第３の実施例の場合も、導波路としての分布帰還型半導体レーザ４０１とモニタ用受光素子４０３は互いに半導体基板上にモノリシックな集積状態で構成され、該分布帰還型半導体レーザ４０１は半導体光素子の略中央部に形成され、該モニタ用受光素子４０３は、回折格子は形成されていないものの上記分布帰還型半導体レーザ４０１と同じ結晶構造を有して構成され、半導体光素子の後方端面側にあって該導波路からずれた位置に形成されている。光路変更手段としての曲がり導波路部４１５は、単一モードのレーザ発振が可能であるとともに、導波路内の一部のレーザ光の光路方向を該曲がり導波路部４１５の方向に曲げ、該レーザ光を半導体光素子の後方端面側に入射させ反射されるようにする。該反射したレーザ光は、モニタ情報として上記モニタ用受光素子４０３で受光され、電気信号に変換される。該曲がり導波路部４１５としては、例えば、長さ約２０μｍ、半径約１００μｍ、後方端面での導波路の直線部分の延長に対する乖離量約４μｍとするとき、半導体レーザの前方出力が約５ｍＷの場合にモニタ用受光素子４０３から約０．３ｍＡのモニタ出力電流が得られる。該出力電流レベルは、光通信用モジュールにおける制御用として十分である。
【００２６】
上記図４の半導体光素子を用いて構成する光通信用モジュールも、基本的構成は上記図２の構成と同様である。すなわち、半導体光素子内の導波路の曲がり導波路部で光路方向を曲げられ、該半導体光素子の後方端面側で反射されたレーザ光を、導波路からずれた位置に配したモニタ用受光素子で受光して電気信号に変換し、該電気信号を制御回路（図示なし）にフィードバックする。制御回路では、該電気信号に基づき、駆動回路（図示なし）を制御するための第１の制御信号と、温度制御回路（図示なし）を制御するための第２の制御信号とを形成して出力する。第１の制御信号は駆動回路に入力され、該駆動回路を制御して分布帰還型半導体レーザ（導波路）を駆動する駆動電流のレベルを制御する。第２の制御信号は、温度制御回路を制御してペルチエ（図示なし）を制御する。駆動電流のレベル制御、ペルチエの制御のいずれか一方または両方により、半導体光素子から出力されるレーザ光（光出力）のレベルを一定に保つようにする。駆動回路は、分布帰還型半導体レーザ（導波路）の直ぐ近く（近傍）であって信号波形の劣化を抑えられる距離の位置に配される。
【００２７】
上記第３の実施例によれば、上記第１の実施例や上記第２の実施例の場合と同様、半導体光素子においては、導波路の光路面積の確保が可能となり該導波路を通るレーザ光の光量の低減化を防ぐことができ、光出力の低下を回避できる。また、モニタ用受光素子を含む半導体光素子の製造が容易となり、一層の低コスト化や高信頼性化が可能となる。また、光通信用モジュールにおいては、駆動回路を分布帰還型半導体レーザ（導波路）の直ぐ近く（近傍）に配することができるため、伝送信号波形の劣化を抑えて、一層の高速化を可能にする。部品点数の増加も抑えられ、モジュール構成もコンパクトにすることができる。
なお、モニタ用受光素子４０３は、分布帰還型半導体レーザ４０１と同じ結晶構造のものに限定されず、他の構造のものであってもよい。また、該モニタ用受光素子は複数個設けてもよい。
【実施例４】
【００２８】
図５及び図６は、本発明の第４の実施例を示す図である。図５は半導体光素子の構成例図で、（ａ）は半導体光素子の上側平面図、（ｂ）は断面図である。また、図６は、図５の半導体光素子を用いた光通信用モジュールの構成例図である。本第４の実施例は、導波路で光変調器を形成し該導波路内に、該導波路内の一部のレーザ光の光路方向を、該導波路方向とは異なる方向に変えるための光路変更手段を半導体光素子の前方端面側に設け、該光路変更手段からのレーザ光を、導波路からずれた位置に設けたモニタ用受光素子によりモニタするようにした場合の例である。光路変更手段としては、導波路内に光活性領域と半導体媒質による再成長領域の界面を形成する。モニタ用受光素子も、光路変更手段に対応して半導体光素子の前方端面側に設ける。
【００２９】
図５において、５５１は導波路を形成する光変調器、５０２は絶縁溝、５０３ａ、５０３ｂはそれぞれ、導波路（光変調器５５１）のレーザ光をモニタするフォトダイオード等のモニタ用受光素子、５０４ａ、５０４ｂはそれぞれ、モニタ用受光素子５０３ａ、５０３ｂの電極パッド、５０５は電極金属（ｐ電極）、５０６はｐ型コンタクト層及びｐ型クラッド部、５０７は活性層及びＳＣＨ層、５０８はｎ型クラッド部、５０９はＩｎＰ基板、５１０は電極金属（ｎ電極）、５１１は導波路、５１２はレーザ光の広がり、５１３は吸収層（受光部）、５１４は再成長領域、５１５は、光路変更手段としての光活性領域と再成長領域の界面であってレーザ光を反射させる界面（光路変更界面）、５２０は保護膜、５２１は前方端面コーティング膜、５２２は後方端面コーティング膜である。また、５０は入力光、５１は出力光、５２はモニタ光である。導波路としての光変調器５５１とモニタ用受光素子５０３ａ、５０３ｂとは互いに、半導体基板上にモノリシックな集積状態で構成される。導波路としての光変調器５５１は半導体光素子の略中央部に形成され、モニタ用受光素子５０３ａ、５０３ｂは半導体光素子の前方端面側にあって該導波路からずれた位置に形成される。再成長領域５１４は、半導体光素子の後方端面付近の導波路（光変調器５５１）の光活性層をエッチングにより除去した後、そこに、レーザ光に対し十分な光透過性を有する半絶縁性のＩｎＰを埋め込むことで構成され、光路変更界面５１５は、光活性領域と再成長領域５１４との境界に、導波路方向に対し約４５°の傾斜角で形成される。
【００３０】
半導体光素子の光変調器５５１は、例えば、ＩｎＰ基板５０９、ＩｎＰバッファ層（ｎ型、膜厚０．１５μｍ）及びＩｎＧａＡｓＰバッファ層（ｎ型、膜厚０．２μｍ、λｇ＝１．０５μｍ）５０８、ＩｎＧａＡｓＰＳＣＨ層（ｎ型、膜厚０．２μｍ、λｇ＝１．１５μｍ）、ＩｎＧａＡｓＰＭＱＷ活性層（ｎｏｎｅ−ｄｏｐｅ、ウェル層膜厚８ｎｍ／λｇ＝１．５２μｍ、バリア層膜厚１２ｎｍ／λｇ＝１．３μｍ、１０周期）及びＩｎＧａＡｓＰＳＣＨ層（ｎｏｎｅ−ｄｏｐｅ、膜厚０．２μｍ、λｇ＝１．１０μｍ）５０７、ＩｎＰクラッド層（ｐ型、膜厚２．０μｍ）及びＩｎＧａＡｓコンタクト層（ｐ型、膜厚０．１μｍ）５０６、絶縁膜（ＳｉＮ、膜厚０．５μｍ）５２０、ｐ電極５０５及びｎ電極５１０、前方端面コーティング膜５２１、後方端面コーティング膜５２２により構成される。端面膜の反射率は、前方端面コーティング膜５２１、後方端面コーティング膜５２２とも、入射光、出射光の波長に対して約２％以下である。モニタ用受光素子５０３ａ、５０３ｂは、光変調器５５１とは異なった層構造を有し、該光変調器５５１の活性層及びＳＣＨ層に替え、吸収層としてＩｎＧａＡｓ層（ｎｏｎｅ−ｄｏｐｅ、膜厚０．６μｍ）が積層されている。
【００３１】
光変調器（導波路）５５１の内部においてレーザ光は変調され、かつ、基板に対して導波路の活性領域と同一平面内において活性領域の中心を軸として広がった状態となる（図５（ｂ））。光変調器（導波路）５５１内において、レーザ光は、光路変更界面５１５で反射され、モニタ用受光素子５０３ａ、５０３ｂに入射する。モニタ用受光素子５０３ａ、５０３ｂは、該入射したレーザ光に対応したモニタ用電気信号を発生する。モニタ用受光素子５０３ａ、５０３ｂではそれぞれ、光変調器５５１の前方出力が例えば約１ｍＷの場合に約０．０５ｍＡの出力電流を発生する。光通信用モジュールでは、該出力電流が、信号増幅手段を含む制御システムを介し光変調器５５１の駆動電流にフィードバックされ、該光変調器５５１の光出力レベルを安定化させる。該出力電流値は、該光出力レベルの安定化のために十分な値である。
上記第４の実施例における半導体光素子では、光路変更界面５１５とモニタ用受光素子５０３ａ、５０３ｂとを、半導体光素子の前方端部の近傍に設けたが、これに限らず、半導体光素子の後方端部の近傍や中央部近傍に設けてもよい。
【００３２】
図６は、図５の半導体光素子を用いて成る光通信用モジュールの構成例図である。なお、本図６中における半導体光素子の各要素には、上記図５における半導体光素子の各要素とは異なる符号を付す。
【００３３】
図６において、６００は光通信用モジュール、６５１は光変調器（導波路）、６５０は、モニタ用受光素子を光変調器（導波路）６５１と一体的に集積して成る半導体光素子、６０１は半導体レーザ、６０３は、フォトダイオード等のモニタ用受光素子、６４１は、半導体レーザ６０１を駆動する駆動回路（ＬＤ用駆動回路）、６４５は、半導体光素子６５０中の光変調器（導波路）６５１を駆動する駆動回路（変調器用駆動回路）、６４４は、インターフェース部分を含む制御回路、６４３は、半導体光素子６５０の温度制御を行う温度制御手段としてのペルチエ、６４２は、ペルチエ６４３を制御する温度制御手段として温度制御回路、６６０はレンズ、６０は入力光、６１は出力光、６２はモニタ光である。かかる構成において、該光通信用モジュール６００においては、半導体光素子６５０内で、光変調器（導波路）６５１で変調したレーザ光を、導波路からずれた位置に配したモニタ用受光素子６０３で受光して電気信号に変換する。該電気信号は制御回路６４４にフィードバックする。制御回路６４４では、該電気信号に基づき、ＬＤ用駆動回路６４１及び変調器用駆動回路６４５を制御するための第１の制御信号と、温度制御回路６４２を制御するための第２の制御信号とを形成して出力する。第１の制御信号はＬＤ用駆動回路６４１及び変調器用駆動回路６４５に入力され、該両駆動回路を制御して半導体レーザ６０１の駆動電流のレベルと光変調器（導波路）６５１の駆動電流のレベルとを制御する。第２の制御信号は、温度制御回路６４２を制御してペルチエ６４３を制御する。駆動電流のレベル制御、ペルチエの制御のいずれか一方または両方により、半導体光素子６５０から出力されるレーザ光（光出力）のレベルを一定に保つようにする。ＬＤ用駆動回路６４１及び変調器用駆動回路６４５は、半導体レーザ６０１及び光変調器（導波路）の直ぐ近く（近傍）であってそれぞれ信号波形の劣化を抑えられる距離の位置に配される。
【００３４】
上記第４の実施例によれば、半導体光素子（図５）においては、モニタ用受光素子５０３ａ、５０３ｂを、導波路（光変調器５５１）とはずれた位置に設けるため、該導波路の光路面積の確保が可能となり該導波路を通るレーザ光の光量の低減化を防ぐことができ、光出力の低下を回避できる。また、モニタ用受光素子５０３ａ、５０３ｂを、導波路を設けた半導体基板上にモノリシック状態で設けるため、該モニタ用受光素子５０３ａ、５０３ｂを含む半導体光素子の製造が容易となり、一層の低コスト化や高信頼性化が可能となる。また、光通信用モジュール６００（図６）においては、半導体光素子６５０として、モニタ用受光素子５０３ａ、５０３ｂを導波路とはずれた位置に設けたものを用いるため、ＬＤ用駆動回路６４１や変調器用駆動回路６４５を該導波路の直ぐ近く（近傍）に配することができ、このために伝送信号波形の劣化が抑えられ、一層の高速化が可能となる。部品点数の増加も抑えられ、モジュール構成もコンパクトになる。
【００３５】
なお、上記第４の実施例構成においても、再成長領域５１４と光路変更界面５１５を、半導体光素子の前方端面側に配したが、本発明はこれに限定されず、半導体光素子の後方端面側に設けてもよい。この場合は、モニタ用受光素子５０３ａ、５０３ｂも、半導体光素子の後方端面側にあって該導波路からずれた位置に形成され、上記光路変更界面５１５から反射または散乱されるレーザ光を受光できるようにされる。また、第４の実施例構成においては、光路変更界面５１５を、導波路方向に対し約４５°の傾斜角をもって形成したが、本発明はこれにも限定されず、該傾斜角は約４５°以外の角度であってもよい。また、光路変更界面の形成方法も上記エッチングと上記再成長とによる方法に限定されない。さらに、モニタ用受光素子５０３ａ、５０３ｂは、導波路とモノリシックなものに限定されない。また、該モニタ用受光素子の数も、２個以外の数でもよい。さらに、半導体光素子の導波路内に形成する光路変更手段としては、上記光路変更界面５１５のようにレーザ光を反射させるものに限定されず、レーザ光の一部を散乱させる構成のものなどであってもよい。
【実施例５】
【００３６】
図７及び図８は、本発明の第５の実施例を示す図である。図７は半導体光素子の構成例図で、（ａ）は半導体光素子の上側平面図、（ｂ）は断面図である。また、図８は、図７の半導体光素子を用いた光通信用モジュールの構成例図である。本第５の実施例は、導波路が光増幅器を形成し、該導波路（光増幅器）からしみ出して該導波路の活性領域と同一平面内に拡がったレーザ光の一部を、導波路からずれた位置に設けたモニタ用受光素子でモニタするようにした場合の構造例である。本実施例では、モニタ用受光素子は、複数個を半導体光素子の前方端面側に設ける。
【００３７】
図７において、７５１は導波路を形成する光増幅器、７０２は絶縁溝、７０３ａ、７０３ｂはそれぞれ、導波路（光増幅器７５１）のレーザ光をモニタするモニタ用受光素子、７０４ａ、７０４ｂはそれぞれ、モニタ用受光素子７０３ａ、７０３ｂの電極パッド、７０５は電極金属（ｐ電極）、７０６はｐ型コンタクト層及びｐ型クラッド部、７０７は活性層及びＳＣＨ層、７０８はｎ型クラッド部、７０９はＩｎＰ基板、７１０は電極金属（ｎ電極）、７１１は導波路、７１２はレーザ光の広がり、７１３は吸収層（受光部）、７２０は保護膜、７２１は前方端面コーティング膜、７２２は後方端面コーティング膜である。また、７０は入力光、７１は出力光である。導波路としての光増幅器７５１とモニタ用受光素子７０３ａ、７０３ｂは互いに、同じ層構造を有し、半導体基板上にモノリシックな集積状態で構成される。導波路としての光増幅器７５１は半導体光素子の略中央部に形成され、モニタ用受光素子７０３ａ、７０３ｂは半導体光素子の前方端面側にあって該導波路からずれた位置に形成される。
【００３８】
半導体光素子の光増幅器７５１は、例えば、ＩｎＰ基板７０９、ＩｎＰバッファ層（ｎ型、膜厚０．１５μｍ）及びＩｎＧａＡｓＰバッファ層（ｎ型、膜厚０．２μｍ、λｇ＝１．０５μｍ）７０８、ＩｎＧａＡｓＰＳＣＨ層（ｎ型、膜厚０．２μｍ、λｇ＝１．１５μｍ）、ＩｎＧａＡｓＰＭＱＷ活性層（ｎｏｎｅ−ｄｏｐｅ、ウェル層膜厚１０ｎｍ／λｇ＝１．５５μｍ、バリア層膜厚１０ｎｍ／λｇ＝１．３μｍ、１０周期）及びＩｎＧａＡｓＰＳＣＨ層（ｐ型、膜厚０．２μｍ、λｇ＝１．１５μｍ）７０７、ＩｎＰクラッド層（ｐ型、膜厚２．０μｍ）及びＩｎＧａＡｓコンタクト層（ｐ型、膜厚０．１μｍ）７０６、絶縁膜（ＳｉＮ、膜厚０．５μｍ）７２０、ｐ電極７０５及びｎ電極７１０、前方端面コーティング膜７２１、後方端面コーティング膜７２２を備えて構成される。端面膜の反射率は、前方端面コーティング膜７２１、後方端面コーティング膜７２２とも、入射光、出射光の波長に対して約２％以下である。
【００３９】
上記構成において、レーザ光は、導波路（光増幅器７５１）からしみ出し、導波路の活性領域と同一平面内に、該活性領域の中心を軸として広がった状態となる（図７（ｂ））。該導波路（光増幅器）からしみ出して広がったレーザ光は、モニタ用受光素子７０３ａ、７０３ｂに入射する。モニタ用受光素子７０３ａ、７０３ｂは、該入射したレーザ光に対応したモニタ用電気信号を発生する。例えば、導波路の中心から６μｍの位置に集積化して配したモニタ用受光素子７０３ａ、７０３ｂでは、光増幅器７５１の前方出力が約１００ｍＷの場合に、約０．５ｍＡの出力電流が得られる。該出力電流は、制御システムを介し光増幅器７５１の駆動電流にフィードバックされ、該光増幅器７５１の光出力レベルを安定化させる。該出力電流値は、該光出力レベルの安定化のために十分な値である。
【００４０】
上記第５の実施例における半導体光素子では、モニタ用受光素子７０３ａ、７０３ｂと光増幅器７５１とを互いに同じ層構造の集積構造としたが、これに限らず、例えばエッチングや結晶再成長などにより、互いに異なった層構造とすることも可能である。さらに、モニタ用受光素子７０３ａ、７０３ｂは、導波路とモノリシックなものに限定されない。また、モニタ用受光素子７０３ａ、７０３ｂの設置位置も、上記第５の実施例では半導体光素子の前方出力端部の近傍としたが、これに限らず、例えば半導体光素子の後方出力端部近傍や中央部近傍などとしてもよい。また、該モニタ用受光素子は、２個以上の複数個に限らず、１個設けられる構成でもよい。
【００４１】
図８は、図７の半導体光素子を用いて成る光通信用モジュールの構成例図である。なお、本図８中における半導体光素子の各要素には、上記図７における半導体光素子の各要素とは異なる符号を付す。
図８において、８００は光通信用モジュール、８５１は光増幅器（導波路）、８５０は、モニタ用受光素子を光増幅器（導波路）６５１と一体的に集積して成る半導体光素子、８０３はモニタ用受光素子、８４６は、半導体光素子８５０中の光増幅器（導波路）８５１を駆動する駆動回路（増幅器用駆動回路）、８４４は、インターフェース部分を含む制御回路、８４３は、半導体光素子８５０の温度制御を行う温度制御手段としてのペルチエ、８４２は、ペルチエ８４３を制御する温度制御手段として温度制御回路、８６０はレンズ、８０は入力光、８１は出力光、８２はモニタ光である。かかる構成において、該光通信用モジュール８００においては、半導体光素子８５０内で、光増幅器（導波路）８５１で増幅したレーザ光を、導波路からずれた位置に配したモニタ用受光素子８０３で受光し電気信号に変換する。該電気信号は制御回路８４４にフィードバックされる。制御回路８４４では、該電気信号に基づき、増幅器用駆動回路８４６を制御するための第１の制御信号と、温度制御回路８４２を制御するための第２の制御信号とを形成して出力する。第１の制御信号は増幅器用駆動回路８４６に入力され、該駆動回路８４６を制御して光増幅器（導波路）８５１の駆動電流のレベルを制御する。第２の制御信号は、温度制御回路８４２を制御してペルチエ８４３を制御する。駆動電流のレベル制御、ペルチエの制御のいずれか一方または両方により、半導体光素子８５０から出力されるレーザ光（光出力）のレベルを一定に保つようにする。増幅器用駆動回路８４６は、光増幅器（導波路）８５１の直ぐ近く（近傍）であって信号波形の劣化を抑えられる距離の位置に配される。
【００４２】
上記第５の実施例によれば、半導体光素子（図７）においては、モニタ用受光素子７０３ａ、７０３ｂを、導波路（光増幅器７５１）とはずれた位置に設けるため、該導波路の光路面積の確保が可能となり該導波路を通るレーザ光の光量の低減化を防ぐことができ、光出力の低下を回避できる。また、モニタ用受光素子７０３ａ、７０３ｂと導波路（光増幅器７５１）とを互いに、半導体基板上に同じ層構造のモノリシック状態で設けるため、該モニタ用受光素子７０３ａ、７０３ｂを含む半導体光素子の製造が容易となり、一層の低コスト化や高信頼性化が可能となる。また、光通信用モジュール８００（図８）においては、半導体光素子８５０として、上記モニタ用受光素子７０３ａ、７０３ｂを導波路とはずれた位置に設けたものを用いるため、増幅器用駆動回路８４６を該導波路の直ぐ近く（近傍）に配することができ、このため伝送信号波形の劣化が抑えられ、一層の高速化が可能となる。部品点数の増加も抑えられ、モジュール構成もコンパクトになる。
【００４３】
なお、上記第１〜第３の実施例では、ＩｎＧａＡｌＡｓ系ＭＱＷ構造を、導波路の活性層やモニタ用受光素子の吸収層やその周辺に用いる構成としたが、ＩｎＧａＡｓＰ系のＭＱＷ構造を、該それぞれの部分に用いてもよい。また、上記第４〜第５の実施例では、ＩｎＧａＡｓＰ系ＭＱＷ構造を、導波路の活性層やモニタ用受光素子の吸収層やその周辺に用いる構成としたが、ＩｎＧａＡｌＡｓ系のＭＱＷ構造を、該それぞれの部分に用いてもよい。さらに、各実施例において１．５５μｍ帯と１．３μｍ帯の波長帯を互いに置き換えてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の第１の実施例としての半導体光素子の構成例図である。
【図２】本発明の第１の実施例としての光通信用モジュールの構成例図である。
【図３】本発明の第２の実施例としての半導体光素子の構成例図である。
【図４】本発明の第３の実施例としての半導体光素子の構成例図である。
【図５】本発明の第４の実施例としての半導体光素子の構成例図である。
【図６】本発明の第４の実施例としての光通信用モジュールの構成例図である。
【図７】本発明の第５の実施例としての半導体光素子の構成例図である。
【図８】本発明の第５の実施例としての光通信用モジュールの構成例図である。
【符号の説明】
【００４５】
１０１、２０１、３０１、４０１、６０１…半導体レーザ、
１０２、３０２、４０２、５０２、７０２…絶縁溝、
１０３、２０３、３０３、４０３、５０３ａ、５０３ｂ、６０３、７０３ａ、７０３ｂ、８０３…モニタ用受光素子、
１０４、３０４、４０４、５０４ａ、５０４ｂ、７０４ａ、７０４ｂ…電極パッド、
１０５、３０５、４０５、５０５、７０５…電極金属（ｐ電極）、
１０６、５０６、７０６…ｐ型コンタクト層及びｐ型クラッド部、
１０７、５０７、７０７…活性層及びＳＣＨ層、
１０８、５０８、７０８…ｎ型クラッド部、
１０９、５０９、７０９…ＩｎＰ基板、
１１０、５１０、７１０…電極金属（ｎ電極）、
１１１、５１１、７１１…導波路、
１１３、５１３、７１３…吸収層（受光部）、
１２０、３２０、４２０、５２０、７２０…保護膜、
１２１、３２１、４２１、５２１、７２１…前方端面コーティング膜、
１２２、３２２、４２２、５２２、７２２…後方端面コーティング膜、
５０、６０、７０、８０…入力光、
１１、２１、３１、４１、５１、６１、７１、８１…出力光、
１２、３２、４２、５２、６２、８２…モニタ光、
２００、６００、８００…光通信用モジュール、
２５０、６５０、８５０…半導体光素子、
２４１…駆動回路、
２４４、６４４、８４４…制御回路、
２４３、６４３、８４３…ペルチエ、
２４２、６４２、８４２…温度制御回路、
２６０、６６０、８６０…レンズ、
３１４、５１４…再成長領域、
３１５、５１５…光路変更界面、
４１５…曲がり導波路部、
５５１、６５１…光変調器、
６４１…ＬＤ用駆動回路、
６４５…変調器用駆動回路、
７５１、８５１…光増幅器、
８４６…増幅器用駆動回路。
【図１】
2005228943.tif 000003
【図２】
2005228943.tif 000004
【図３】
2005228943.tif 000005
【図４】
2005228943.tif 000006
【図５】
2005228943.tif 000007
【図６】
2005228943.tif 000008
【図７】
2005228943.tif 000009
【図８】
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