(57)【要約】【課題】  ＥＡ変調器の温度を一定に保つ制御機構が不要で、かつ動作温度に関わらずに安定したＡＣＥＲを実現するＥＡ変調器を使用した光送信モジュール、光送受信モジュールを提供する。【解決手段】  基板上に形成された多層膜により光導波路が形成され、この光導波路へ基板に垂直な方向に電気信号を印加し、入力された光の吸収量を変化させて、出力する光の量を制御する構造のＥＡ変調器であって、各々が電気的に分離され、活性層光導波路１１１，１１２の光軸上に配列され、活性層光導波路１１１，１１２に電気信号を印加する複数のｐ側電極１０８，１０９を有し、温度に応じて電気信号を印加するｐ側電極１０８，１０９の電極数を増減させることで、電気信号が印加される光導波路領域の長さが変化する構造からなる。【選択図】  図１
2005352219.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に形成された多層膜により光導波路が形成され、前記光導波路へ前記基板に垂直な方向に電気信号を印加し、入力された光の吸収量を変化させて、出力する光の量を制御する半導体電界吸収型光変調器であって、
各々が電気的に分離され、前記光導波路の光軸上に配列され、前記光導波路に電気信号を印加する複数の電極を有し、
温度に応じて電気信号を印加する前記複数の電極の電極数を増減させることで、電気信号が印加される光導波路領域の長さが変化する構造からなることを特徴とする半導体電界吸収型光変調器。
【請求項２】
請求項１記載の半導体電界吸収型光変調器において、
温度が変化しても消光比が一定範囲内に維持されることを特徴とする半導体電界吸収型光変調器。
【請求項３】
請求項１または２記載の半導体電界吸収型光変調器において、
高温動作時よりも低温動作時において電気信号を印加する電極数が増加し、電気信号が印加される光導波路領域が長くなることを特徴とする半導体電界吸収型光変調器。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項記載の半導体電界吸収型光変調器において、
高温から低温への動作温度に応じて電気信号を印加する電極数を増加させる場合に、光の出力側より順に増加させることを特徴とする半導体電界吸収型光変調器。
【請求項５】
請求項１〜３のいずれか１項記載の半導体電界吸収型光変調器において、
低温から高温への動作温度に応じて電気信号を印加する電極数を減少させる場合に、光の入力側より順に減少させることを特徴とする半導体電界吸収型光変調器。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項記載の半導体電界吸収型光変調器において、
電気信号を印加しない電極に順方向に直流電流を注入することで、前記電極下にある光導波路にて光出力を増加させることを特徴とする半導体電界吸収型光変調器。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項記載の半導体電界吸収型光変調器を用いた半導体電界吸収型光変調器集積レーザであって、
前記半導体電界吸収型光変調器と、半導体レーザ素子とを有し、
前記半導体電界吸収型光変調器と前記半導体レーザ素子とが同一のチップ上にモノリシックに集積された構造からなることを特徴とする半導体電界吸収型光変調器集積レーザ。
【請求項８】
請求項１〜６のいずれか１項記載の半導体電界吸収型光変調器、または請求項７記載の半導体電界吸収型光変調器集積レーザを用いた光送信モジュールであって、
前記半導体電界吸収型光変調器、または前記半導体電界吸収型光変調器集積レーザを有し、温度制御する機構を有しないことを特徴とする光送信モジュール。
【請求項９】
請求項８記載の光送信モジュールを用いた光送受信モジュールであって、
前記光送信モジュールと、前記光送信モジュールを駆動するための変調器駆動部とを少なくとも有し、
前記光送信モジュールと前記変調器駆動部とが搭載されていることを特徴とする光送受信モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の電極を有する半導体電界吸収型光変調器（以下、ＥＡ（Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ）変調器と略称する）に係り、ＥＡ変調器と半導体レーザ素子とが集積された半導体電界吸収型光変調器集積レーザ、および光送信モジュール、光送受信モジュールに適用して有効な技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、光通信システムに使用されているＥＡ変調器は、半導体レーザ素子と組み合わせた光送信モジュールとして使用され、次のような構成が一般的である。すなわち、その構成は、温度制御機構を用いて半導体レーザ素子およびＥＡ変調器の温度を一定とし、半導体レーザ素子に駆動電流を注入することで出力される連続光を、ＥＡ変調器に電気信号を印加することで光変調を行い、信号光を出力する。この時、ＥＡ変調器の温度を一定に保つことで、信号光のＯＮレベルとＯＦＦレベルの強度比である変調時消光比（以下、ＡＣＥＲ（Ａｌｔｅｒｎａｔｉｎｇ  Ｃｕｒｒｅｎｔ  Ｅｘｔｉｎｃｔｉｏｎ  Ｒａｔｉｏ）と略称する）を安定させることが一般的である。
【０００３】
一般的な光送信モジュールに関する文献としては、非特許文献１がある。また、一般的にＥＡ変調器について記載した文献としては、非特許文献２がある。
【非特許文献１】伊藤良一・中村道治共編、「半導体レーザ」、倍風館、１９８９年、ｐ.２７７
【非特許文献２】エレクトロン  レターズ  ２８巻（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ．  Ｌｅｔｔ．  ｖｏｌ．２８）、ｐｐ．１１５７−１１５８、１９９２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、近年の光通信システム用途の光送信モジュールは、高速・大容量化といった伝送特性の向上だけでなく、小型化・省電力化、そして低コストが要求される。そのため、近年は、温度制御機構を必要としない光送受信モジュールが要求されている。従来、ＥＡ変調器を使用した光送信モジュールでは、環境温度によらず、ＡＣＥＲを安定に保つために、ＥＡ変調器の温度を一定に保つ温度制御機構が必須であった。このことについて、以下、詳しく説明する。
【０００５】
ＡＣＥＲは、ＥＡ変調器のＤＣ電圧印加時の消光曲線（以下、ＤＣＥＲカーブと略称する）により決まる。ＥＡ変調器に入力されたレーザ光は、ＥＡ変調器に電圧を印加することでＥＡ変調器で光吸収され、入力されたレーザ光より減衰した光出力がＥＡ変調器より出力される。この減衰量は、ＥＡ変調器に印加する電圧（以下、ＶＥＡと略称する）に依存しており、減衰量とＶＥＡの関係がＤＣＥＲカーブで示される。ＡＣＥＲは、ＥＡ変調器に印加される電気信号のＨｉｇｈ側のレベル（以下、ＶＯＨ（Ｖｏｌｔａｇｅ  Ｏｆ  Ｈｉｇｈ）と略称する）とＬＯＷ側のレベル（以下、ＶＯＬ（Ｖｏｌｔａｇｅ  Ｏｆ  Ｌｏｗ）と略称する）でのＤＣＥＲの値の差分（以下、ΔＤＣＥＲと略称する）に比例している。すなわち、ＶＯＨでのＤＣＥＲとＶＯＬでのＤＣＥＲの差が大きければ、ＡＣＥＲも大きくなる。従って、ＤＣＥＲカーブ、およびＶＯＨ、ＶＯＬが変化しなければＡＣＥＲは一定となる。
【０００６】
また、ＤＣＥＲカーブは、ＥＡ変調器および半導体レーザ素子の温度変化に伴い変化する。これは、ＥＡ変調器の吸収端波長（以下、λＥＡと略称する）と入力される半導体レーザ素子の発振波長（λＤＦＢ）が温度により、異なるシフト量を持つためである。λＥＡとλＤＦＢの差分は離調量と呼ばれており、この離調量は温度により変化する。温度が高い場合は離調量は小さくなり、低温になると離調量は大きくなる。離調量が大きい場合は、印加する電圧を大きくしてもＥＡ変調器にて十分な光吸収ができなくなる。これは、離調量が大きくなると、電圧印加時におけるＥＡ変調器の光吸収層における電子と正孔の閉じ込めが弱くなり、つまりＥＡ変調器の吸収率が低下し、深い電圧領域においてＤＣＥＲが小さくなる。ＤＣＥＲカーブの温度による変化を図６に示す。
【０００７】
図６において、横軸はＥＡ変調器印加電圧ＶＥＡ、縦軸はＤＣ電圧印加時の消光比ＤＣＥＲである。このように、温度が低温になるにつれ、ＶＥＡが大きい領域でのＤＣＥＲは小さくなり、高温時と同等のΔＤＣＥＲを得ることができなくなる。このため、ＥＡ変調器を使用した光送信モジュールでは、ＤＣＥＲカーブを一定に保つために、ＥＡ変調器および半導体レーザ素子の温度を一定に保つ温度制御機構が必須であった。
【０００８】
また、ＥＡ変調器は、半導体レーザ素子と組み合わせて使用されることが一般的だが、温度制御機構が不要な場合は、高温動作時において半導体レーザ素子の光出力が低下し、ＥＡ変調器からの光出力が低下する問題もある。
【０００９】
こうした状況を背景に、本発明の主な目的は、ＥＡ変調器を使用した光送信モジュール、および光送受信モジュールにおいて、ＥＡ変調器の温度を一定に保つ制御機構が不要で、かつ動作温度に関わらずに安定したＡＣＥＲを実現することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の骨子は、各々が電気的に分離されている複数の電極を光軸上に配列したＥＡ変調器を用いることにある。ＡＣＥＲは、下記（１）式で表されるように、多重量子井戸の吸収率ΓＭＱＷ、吸収率の変化ΔαＡＢＳ、そしてＥＡ変調器長Ｌｍｏｄに比例しており、ＥＡ変調器長を長くすることで、ＡＣＥＲは大きくすることができる。
【００１１】
ＡＣＥＲ∝ΓＭＱＷ×ΔαＡＢＳ×Ｌｍｏｄ  ・・・・（１）
つまり、高温時に得られるＡＣＥＲと同等の値を低温時に得るためには、ＥＡ変調器長を長くすることで実現できる。本発明では、ＥＡ変調器上に複数の電極を有することで、例えば高温時では一つの電極にのみ信号電圧を印加させた場合のＡＣＥＲを低温時においても同等の値を得ることができる。なぜなら、低温動作時ではさらに別の電極にも信号電圧を印加することで、実効的に動作するＥＡ変調器長が長くなり、低温時のＤＣＥＲカーブを高温時のＤＣＥＲカーブと同等のものにすることができ、高温時と同等のＡＣＥＲが得られる。このように、本発明によれば、ＥＡ変調器を温度制御することなく、その温度に応じて信号印加する電極数を変えることで、広い温度範囲においてＡＣＥＲを一定とすることができる。
【００１２】
さらに、ＥＡ変調器は直流電流を印加することで、光増幅器として機能する。従って、高温動作時での光出力の低下を補償するために、電気信号を印加しない電極に直流電流を印加することで高温時においても安定した光出力を得ることができる。そして、高温動作時と低温動作時に印加する直流電流の値を変化させることで、広い温度範囲において安定した光出力を実現できる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、ＥＡ変調器の温度を一定に保つ温度制御機構が不要で、広い温度範囲において安定したＡＣＥＲが得られるＥＡ変調器、あるいは光送信モジュール、光送受信モジュールを提供することができる。さらに、これらのＥＡ変調器、あるいは光送信モジュール、光送受信モジュールを用いることにより、経時変化、環境変化に関わらず、ＡＣＥＲを一定に制御することが可能となる。従って、本発明によれば、信頼度が高く、小型で安価、加えて省電力な光送信モジュール、光送受信モジュールが実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
【００１５】
（実施の形態１）
本発明の実施の形態１は、基板上に形成された多層膜により光導波路が形成され、この光導波路へ基板に垂直な方向に電気信号を印加し、入力された光の吸収量を変化させて、出力する光の量を制御する構造のＥＡ変調器に、各々が電気的に分離された複数の電極が配列され、ＥＡ変調器に電気信号を印加する際に、温度に応じて印加される電極数が異なることを特徴とするものである。
【００１６】
図１により、本実施の形態のＥＡ変調器の構成の一例を説明する。図１は、ＥＡ変調器を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のａ−ａ’断面図である。
【００１７】
本実施の形態のＥＡ変調器は、伝送速度１０Ｇｂｉｔ／ｓ、４０ｋｍ光伝送用である、波長１．５μｍ帯半導体ＥＡ変調器の例であり、まず、この素子は、ｎ型ＩｎＰ半導体基板１００上に、第１回目の結晶成長として、有機金属気相法を用いた公知の選択成長法によりＩｎＧａＡｓＰ下側光ガイド層１０１、ＩｎＧａＡｓＰ井戸層と障壁層８周期からなる歪多重量子井戸層（以下、量子井戸層）１０２、ＩｎＧａＡｓＰ上側光ガイド層１０３、ＩｎＰクラッド層１０４、およびＩｎＧａＡｓコンタクト層１０５を形成する。
【００１８】
次に、ＥＡ変調器の光導波路を形成するため、通常のフォトリソグラフィ技術とＢｒ系エッチャントを用いたウェットエッチングにて、活性層光導波路１１１，１１２を形成する。さらに、低容量化のため、Ｆｅ−ＩｎＰ層による光導波路の両側を埋め込み再成長を行う。
【００１９】
続いて、パッシベーション膜１０７を半導体全面に形成した後、活性層光導波路に電界が印加されるように、スルーホールを形成する。このスルーホールは、活性層光導波路の上部全体ではなく、例えば一例として、光出力側に１２５μｍ、光入力側に５０μｍの２箇所に形成する。そして、各々のスルーホールの上に各々が電気的に分離されたｐ側電極１０８，１０９の２個の電極を形成する。最後に、ｎ側電極１１０を形成することにより、図１に示す素子が作製される。
【００２０】
このＥＡ変調器において、端面には無反射コーティングを施している。例えば一例として、ＥＡ変調器部の全体の長さを２００μｍとし、ｐ側電極１０８の長さを１３０μｍ、ｐ側電極１０９の長さを５０μｍとする。こうすることで、ＥＡ変調器部の活性層光導波路は、ｐ側電極１０８直下の１３０μｍの長さを持つ活性層光導波路１１１と、ｐ側電極１０９直下の５０μｍの長さを持つ活性層光導波路１１２の２つの領域に分けることができる。ここでは、活性層光導波路とは、電界がかかることで光吸収量が変化する光導波路のこととする。また、ｐ側電極で覆われていない活性層領域は、ほとんど光吸収が起こらないパッシブ光導波路となる。
【００２１】
本実施の形態のＥＡ変調器において、例えば一例として、高温時を８０℃程度、低温時を０℃程度にして実施したシミュレーション結果を説明する。
【００２２】
８０℃程度の高温動作時では、光出力６０１側のｐ側電極１０８を通して活性層光導波路１１１にのみ電気信号５０１を印加した。この時に、光入力６０２側のｐ側電極１０９には電気信号５０２は印加されていないため、実効的に動作するのは活性層光導波路１１１のみとなり、それ以外の領域はパッシブ光導波路となる。電気信号の振幅（以下、Ｖｐｐと略称する）を１．７Ｖ、ＶＯＨを−０．２Ｖでの駆動で、９ｄＢのＡＣＥＲが得られた。
【００２３】
０℃程度の低温動作時には、活性層光導波路１１１にのみ電気信号を印加した場合は、Ｖｐｐを２．８Ｖ、ＶＯＨ＝−１．３ＶでＡＣＥＲは７ｄＢであり、高温動作時よりＡＣＥＲは小さくなった。
【００２４】
そこで、活性層光導波路１１１と活性層光導波路１１２の両方に各々、電気信号５０１，５０２を印加させた結果、活性層光導波路１１１と活性層光導波路１１２にて光吸収が起こり、高温動作時より実効的に動作するＥＡ変調器長、言い換えれば活性層光導波路の長さを長くすることができ、ＡＣＥＲは９ｄＢが得られた。このように、低温時では高温時より多くの電極に電気信号を印加し、実効的に動作する活性層光導波路の長さを長くすることで、広い温度範囲において同等のＡＣＥＲを実現することができた。
【００２５】
ここでは、ｐ側電極の数は２つとしたが、必要なＡＣＥＲによりＥＡ変調器長の長さ、形成するｐ側電極数の最適値は異なる。
【００２６】
また、本実施の形態では、ＥＡ変調器部分の多重量子井戸層について、Ｐ系材料であるＩｎＧａＡｓＰの４元混晶を用いている。これに対し、多重量子井戸層にＡｌ系材料を用いた場合は、そのバンドオフセットの特徴から、低チャープでかつ消光比の大きい変調器設計が可能となる（参考文献として、「Ｊ．Ｓｈｉｍｉｚｕ，ｅｔ  ａｌ．，Ｔｅｃｈ．Ｄｉｇ．７ｔｈ  Ｏｐｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ  ａｎｄ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ  （ＯＥＣＣ２００２），ｐｐ５０６−５０７，２００２」）。この場合においても、本実施の形態の電極構成とすることで、同様の効果が得られた。
【００２７】
従って、本実施の形態のＥＡ変調器によれば、実際の動作時にも、高温動作時には一つのｐ側電極１０８にのみ電気信号を印加し、低温動作時にはさらに別のｐ側電極１０９にも電気信号を印加することで、低温動作時と高温動作時とで同等のＡＣＥＲを得ることができる。この際に、高温から低温への動作温度に応じて電気信号を印加する電極数を増加させる場合には、初めにｐ側電極１０８のみ、次にｐ側電極１０８＋ｐ側電極１０９というように光の出力側より順に増加させ、逆に、低温から高温への動作温度に応じて電気信号を印加する電極数を減少させる場合には、初めにｐ側電極１０８＋ｐ側電極１０９、次にｐ側電極１０８のみというように光の入力側より順に減少させ、動作温度に応じて電気信号を印加する電極数を変えることで、広い温度範囲においてＡＣＥＲを一定とすることができる。
【００２８】
（実施の形態２）
本発明の実施の形態２は、前記実施の形態１に示したＥＡ変調器に、各々が電気的に分離された複数の電極が配列され、ＥＡ変調器に電気信号を印加する際に、温度に応じて印加される電極数が異なり、かつ電気信号を印加しない電極に順方向に直流電流を注入することを特徴とするものである。すなわち、本実施の形態は、高温動作時に信号電圧を印加していない電極に直流電流を注入する例である。
【００２９】
図２により、本実施の形態のＥＡ変調器の構成の一例を説明する。図２は、ＥＡ変調器を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のａ−ａ’断面図である。
【００３０】
本実施の形態のＥＡ変調器の基本構成は、前記実施の形態１で示したＥＡ変調器とほぼ同様である。従って、図１の構成部分と実質的に同じ部分には同じ符号を付して詳細な説明は省略する。
【００３１】
本実施の形態では、スルーホールは３箇所に形成し、各々に電気的に分離されたｐ側電極２０８ａ，２０８ｂ，２０８ｃを作製している。また、本実施の形態では、例えば一例として、ＥＡ変調器の全体の長さを３００μｍとし、ｐ側電極２０８ａの長さを８０μｍ、ｐ側電極２０８ｂの長さを１３０μｍ、そしてｐ側電極２０８ｃの長さを５０μｍとする。こうすることで、ＥＡ変調器部の活性層光導波路は、ｐ側電極２０８ｂ直下の活性層光導波路２１１ｂと、ｐ側電極２０８ｃ直下の活性層光導波路２１１ｃの２つの領域として動作させることができる。また、ｐ側電極２０８ａ直下の光利得領域２１２に順方向の直流電流を注入することで、光増幅の効果が得られる。ここでは、順方向の直流電流を注入することで光増幅が起こる光導波路を光利得領域と呼称する。尚、ｐ側電極で覆われていない活性層領域は、ほとんど光吸収が起こらないパッシブ光導波路となる。
【００３２】
通常、ＥＡ変調器は、電気信号を印加していない状態でも微量の光吸収が生じる。高温動作時では、離調量が小さくなるため、光吸収される量が大きくなる。また、入力光源である半導体レーザ素子の出力光も、高温動作時では出力レベルが低下する。従って、高温動作時では、低温動作時と比較して光出力が低下する懸念がある。これに対して、本実施の形態のＥＡ変調器は、その構造上直流電流を注入することで光増幅器として動作させることができる。
【００３３】
本実施の形態のＥＡ変調器において、前記実施の形態１と同様に、高温時を８０℃程度、低温時を０℃程度にして実施したシミュレーション結果を説明する。
【００３４】
０℃動作時では、ｐ側電極２０８ｂ、およびｐ側電極２０８ｃを通して活性層光導波路２１１ｂと活性層光導波路２１１ｃに各々電気信号５０１、電気信号５０２を印加し、かつｐ側電極２０８ａを通して光利得領域２１２には直流電流５０３を５０ｍＡ注入した。この時のＥＡ変調器からの光出力は、＋１ｄＢｍが得られた。
【００３５】
次に、８０℃動作時は、ｐ側電極２０８ｂを通して活性層光導波路２１１ｂにのみ電気信号５０１を印加し、ｐ側電極２０８ａには直流電流５０３を１２０ｍＡ注入した。その結果、８０℃においても、０℃と同様の＋１ｄＢｍの光出力を実現した。また、光利得領域２１２の部分の作製時に、選択成長法を用いて活性層光導波路２１１ｂや活性層光導波路２１１ｃより厚くし、光利得領域２１２の部分での利得波長を入力光波長と同程度にすることで、光増幅の効果は増大した。
【００３６】
ここでは、ｐ側電極の数は３つとしたが、必要なＡＣＥＲにより、ＥＡ変調器長の長さ、形成するｐ側電極の電極数の最適値は異なる。また、必要な光出力に応じて光利得領域２１２に注入する直流電流を変化させることで、広い温度範囲で安定した光出力を実現できる。
【００３７】
また、本実施の形態では、ＥＡ変調器部分の多重量子井戸層について、Ｐ系材料であるＩｎＧａＡｓＰの４元混晶を用いているが、多重量子井戸層にＡｌ系材料を用いた場合は、前記実施の形態１と同様に、そのバンドオフセットの特徴から、低チャープでかつ消光比の大きい変調器設計が可能となる。この場合においても、本実施の形態の電極構成をすることで、同様の効果が得られた。
【００３８】
従って、本実施の形態のＥＡ変調器によれば、実際の動作時にも、前記実施の形態１と同様の効果を得ることができ、さらに光利得領域のｐ側電極２０８ａに直流電流を印加することで光増幅器として動作させることができる。これにより、高温動作時と低温動作時に印加する直流電流の値を変化させ、高温動作時での光出力の低下を補償して安定した光出力を得ることができるので、広い温度範囲において安定した光出力を実現することができる。
【００３９】
（実施の形態３）
本発明の実施の形態３は、前記実施の形態１および２に示したＥＡ変調器と、半導体レーザ素子とが同一チップ上にモノリシックに集積されたＥＡ変調器集積ＤＦＢレーザに適用するものである。
【００４０】
図３により、本実施の形態のＥＡ変調器集積ＤＦＢレーザの構成の一例を説明する。図３は、ＥＡ変調器集積ＤＦＢレーザを示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のａ−ａ’断面図である。
【００４１】
本実施の形態のＥＡ変調器集積ＤＦＢレーザは、伝送速度１０Ｇｂｉｔ／ｓ、４０ｋｍ光伝送用である、波長１．５μｍ帯半導体ＥＡ変調器集積ＤＦＢレーザの例であり、まず、この素子は、ｎ型ＩｎＰ半導体基板１００上に選択成長用酸化膜マスクを形成した後、第１回目の結晶成長として、有機金属気相法を用いた公知の選択成長法によりＩｎＧａＡｓＰ下側光ガイド層１０１、ＩｎＧａＡｓＰ井戸層と障壁層８周期からなる量子井戸層１０２、ＩｎＧａＡｓＰ上側光ガイド層１０３を形成する。選択成長を用いることにより、ＥＡ変調器部１１６における量子井戸層総厚がＤＦＢレーザ部１１８における層厚より薄く形成される。したがって、ＥＡ変調器部１１６における量子井戸層吸収端波長がＤＦＢレーザ部１１８の発振波長に比べて小さくなる。
【００４２】
さらに、回折格子形成、ＩｎＰクラッド層１０４、ＩｎＧａＡｓコンタクト層１０５を形成する。ここで、ＥＡ変調器部１１６の光導波路は、ＥＡ変調器動作時に光の吸収が生じる、ＩｎＧａＡｓＰ下側光ガイド層１０１、量子井戸層１０２、およびＩｎＧａＡｓＰ上側光ガイド層１０３を含んでいる。その後、Ｆｅ−ＩｎＰ層による光導波路の両側を埋め込み再成長を行い、同時にＥＡ変調器出射側に、光導波路の無い窓構造を形成する。
【００４３】
続いて、ＥＡ変調器部１１６の活性層光導波路に電界が印加、およびＤＦＢレーザ部１１８に直流電流が注入できるように、スルーホールを形成する。このスルーホールは、ＥＡ変調器部１１６では、前記実施の形態１と同様に２箇所に形成し、ＤＦＢレーザ部１１８には１箇所に形成する。次に、ｐ側電極を形成する。ＥＡ変調器部１１６には先ほど形成したスルーホールを覆うように、各々が電気的に分離されたｐ側電極１０８，１０９の２個の電極を形成し、ＤＦＢレーザ部１１８にはｐ側電極１２０を形成する。最後に、ｎ側電極１１０を形成することにより、図３に示す素子が作製される。
【００４４】
このＥＡ変調器集積ＤＦＢレーザにおいて、ＥＡ変調器端面には無反射コーティングを施している。この時、例えば一例として、ＤＦＢレーザ部長は４００μｍとする。ＥＡ変調器長は２００μｍとし、ｐ側電極１０８の長さを１３０μｍ、ｐ側電極１０９の長さは５０μｍとする。こうすることで、ＥＡ変調器部１１６の活性層光導波路はｐ側電極１０８直下の１３０μｍの長さを持つ活性層光導波路１１１と、ｐ側電極１０９直下の５０μｍの長さを持つ活性層光導波路１１２の２つの領域に分けることができる。また、ｐ側電極で覆われていない活性層領域は、ほとんど光吸収が起こらないパッシブ光導波路となる。
【００４５】
本実施の形態においても、前記実施の形態１で説明したものと同様の効果が得られ、温度に応じて電気信号を印加する電極数を変えることで、広い温度範囲でＡＣＥＲを一定とすることができる。また、前記実施の形態２で説明したように、信号電圧を印加しない電極に直流電流を印加することで、光増幅の効果が得られることは言うまでもない。
【００４６】
また、本実施の形態においては、ＥＡ変調器とレーザの集積する手段として、ＥＡ変調器部１１６の量子井戸層とＤＦＢレーザ部１１８の量子井戸層を一括成長する結晶選択成長法を用いたが、それぞれ独立に結晶成長を行う、バットジョイント法による集積を行った場合においても、ＥＡ変調器上に電気的に分離された電極を形成し、温度に応じて信号電圧を印加する電極数を変化させることで同様の効果が得られた。
【００４７】
（実施の形態４）
本発明の実施の形態４は、前記実施の形態１および２に示したＥＡ変調器と、半導体レーザ素子とが、少なくとも搭載された光送信モジュールに適用するものである。
【００４８】
図４により、本実施の形態の光送信モジュールの構成の一例を説明する。図４は、光送信モジュールを示す構成図である。
【００４９】
本実施の形態の光送信モジュールは、まず、前記実施の形態１および２で示した、１０Ｇｂｉｔ／ｓ光伝送用ＥＡ変調器３０１を、終端抵抗が付いて高周波設計がなされたチップキャリア３０２に搭載する。続いて、レンズ３０４、光ファイバ３０５、および半導体レーザ素子３０６などを同一パッケージに実装する。この時、半導体レーザ素子３０６の光をレンズ３０４でＥＡ変調器３０１の入力側に結合させるようにハイブリッド集積する。なお、この光送信モジュールには、ペルチエ素子などの温度制御機構は搭載していない。
【００５０】
本実施の形態の光送信モジュールにおいて、半導体レーザ素子３０６は、後方の光出力をフォトダイオード３０７で受け、フォトダイオード３０７で変換される光電流の値を一定にするように半導体レーザ素子３０６へ駆動電流を変化させるＡＰＣ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ  Ｐｏｗｅｒ  Ｃｏｎｔｒｏｌ）制御にて、一定の出力となるように動作させた。そして、ＥＡ変調器３０１には、ＥＡ変調器３０１の活性層光導波路に電界を印加するための電極数を、温度に応じてスイッチングする回路を備えた変調器駆動部３０８にて駆動させた。こうした光送信モジュールにおいても、前記実施の形態１および２で述べた効果は得られ、−５℃〜＋８５℃の範囲において、ＡＣＥＲ＝１０ｄＢ、光出力＋１ｄＢｍを実現した。
【００５１】
（実施の形態５）
本発明の実施の形態５は、パッケージに、前記実施の形態４に示した光送信モジュールが少なくとも搭載された光送受信モジュールに適用するものである。
【００５２】
図５により、本実施の形態の光送受信モジュールの構成の一例を説明する。図５は、光送受信モジュールを示す構成図である。
【００５３】
本実施の形態の光送受信モジュール４０７は、前記実施の形態４で説明する光送信モジュール４０１を有し、光受信モジュール４０２、レーザ駆動電流を制御する制御回路４０３、変調器駆動部４０４、変調入力信号の電気波形を補正する波形補正回路４０５、受信出力信号の電気波形を補正する波形補正回路４０６で構成する。
【００５４】
本実施の形態においては、光送信モジュール４０１を搭載することで、小型で、低消費電力な光送受信モジュール４０７を得ることができた。こうした光送受信モジュール４０７においても、前記実施の形態１および２で述べた効果は得られ、−５℃〜＋８５℃の範囲においてＡＣＥＲ＝９.５ｄＢ、光出力＋１ｄＢｍを実現した。
【００５５】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記実施の形態だけに限定されるものではない。例えば、全温度範囲で使用するのではなく、０〜４５℃までは温度制御なしで、４５℃以上はペルチエ素子を利用して温度制御を行うセミクールド光送信モジュール、光送受信モジュールにおいても本発明は適用可能である。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
本発明は、温度制御機構を有せず、長距離伝送可能な小型で安価な光送信モジュール、光送受信モジュールに良好に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の実施の形態１のＥＡ変調器を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のａ−ａ’断面図である。
【図２】本発明の実施の形態２のＥＡ変調器を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のａ−ａ’断面図である。
【図３】本発明の実施の形態３のＥＡ変調器集積ＤＦＢレーザを示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のａ−ａ’断面図である。
【図４】本発明の実施の形態４の光送信モジュールを示す構成図である。
【図５】本発明の実施の形態５の光送受信モジュールを示す構成図である。
【図６】ＥＡ変調器の消光比の電圧依存性の関係を表し、ＤＣＥＲカーブの温度による変化を示す図である。
【符号の説明】
【００５８】
１００…ｎ型ＩｎＰ半導体基板、１０１…ＩｎＧａＡｓＰ下側光ガイド層、１０２…量子井戸層、１０３…ＩｎＧａＡｓＰ上側光ガイド層、１０４…ＩｎＰクラッド層、１０５…ＩｎＧａＡｓコンタクト層、１０７…パッシベーション膜、１０８…ｐ側電極、１０９…ｐ側電極、１１０…ｎ側電極、１１１…活性層光導波路、１１２…活性層光導波路、１１６…ＥＡ変調器部、１１８…ＤＦＢレーザ部、１２０…ｐ側電極、２０８ａ…ｐ側電極、２０８ｂ…ｐ側電極、２０８ｃ…ｐ側電極、２１１ｂ…活性層光導波路、２１１ｃ…活性層光導波路、２１２…光利得領域、３０１…ＥＡ変調器、３０２…チップキャリア、３０４…レンズ、３０５…光ファイバ、３０６…半導体レーザ素子、３０７…フォトダイオード、３０８…変調器駆動部、４０１…光送信モジュール、４０２…光受信モジュール、４０３…制御回路、４０４…変調器駆動部、４０５…波形補正回路、４０６…波形補正回路、４０７…光送受信モジュール、５０１…電気信号、５０２…電気信号、５０３…直流電流、６０１…光出力、６０２…光入力。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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