(57)【要約】  半導体レーザ（１）と電界吸収型光変調器（２）が集積されている。半導体レーザ（１）はレーザ光を出射する。電界吸収型光変調器（２）はレーザ光を変調する。電界吸収型光変調器（２）において、第１導電型半導体層（４）、光導波路コア層（１０）及び第２導電型半導体層（６）が順に積層されている。第１の電極（８）が第１導電型半導体層（４）の下に形成されている。第２の電極（１１）が光導波路コア層（１０）の真上において第２導電型半導体層（６）の上に形成されている。第１の電極（８）と第２の電極（１１）との間に印加する電圧によって光導波路コア層（１０）の光吸収係数が変化する。光導波路コア層（１０）の幅は、電界吸収型光変調器（２）の光出射端に向かって漸減する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光を出射する半導体レーザと、
前記半導体レーザと集積され、前記レーザ光を変調する電界吸収型光変調器とを備え、
前記電界吸収型光変調器は、順に積層された第１導電型半導体層、光導波路コア層及び第２導電型半導体層と、前記第１導電型半導体層の下に形成された第１の電極と、前記光導波路コア層の真上において前記第２導電型半導体層の上に形成された第２の電極とを有し、
前記第１の電極と前記第２の電極との間に印加する電圧によって前記光導波路コア層の光吸収係数が変化し、
前記光導波路コア層の幅は、前記電界吸収型光変調器の光出射端に向かって漸減することを特徴とする光変調器集積半導体レーザ。
【請求項２】
前記光導波路コア層の両サイドを埋め込む埋込層と、
前記光導波路コア層の周囲に形成され前記光導波路コア層に接触する透明導波路コア層とを備え、
前記透明導波路コア層の真上において前記第２の電極は形成されていないか、又は前記第２導電型半導体層に接触しておらず、
前記透明導波路コア層の屈折率は、前記埋込層の屈折率と前記光導波路コア層の屈折率との間の値であり、
前記透明導波路コア層のバンドギャップエネルギーは、前記光導波路コア層のバンドギャップエネルギーよりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の光変調器集積半導体レーザ。
【請求項３】
前記光導波路コア層と前記透明導波路コア層の合計幅は、前記電界吸収型光変調器の出射端に向かって漸減することを特徴とする請求項２に記載の光変調器集積半導体レーザ。
【請求項４】
前記光導波路コア層は光出射端まで延在していることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の光変調器集積半導体レーザ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光変調器集積半導体レーザに関する。
【背景技術】
【０００２】
光ファイバ通信装置の送信用光源として光変調器集積半導体レーザが用いられている（例えば、特許文献１〜４参照）。電界吸収型光変調器（ＥＡＭ）と集積半導体レーザ（ＥＭＬ）に加えて、出射光の光ビーム径、即ちスポットサイズを拡大するスポットサイズ変換器（ＳＳＣ）を集積した光変調器集積半導体レーザも提案されている（例えば、非特許文献１参照）。このレーザでは、光変調器のコア層の出射端にスポットサイズ変換機能を有する透明導波路コア層がバットジョイントにより接続されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】日本特開平１０−３０８５５６号公報
【特許文献２】日本特開２００５−２３４３１９号公報
【特許文献３】日本特開２０１６−１５６９２８号公報
【特許文献４】日本特開２０１５−０４５７８９号公報
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】1.3 μm 28 Gb/s EMLs with hybrid waveguide structure for low-power-consumption CFP2 transceivers Yoshimichi Morita; Takeshi Yamatoya; Yohei Hokama; Koichi Akiyama; Ryoko Makita; Nobuyuki Yasui; Daisuke Morita; Hiroyuki Kawahara;   Eitaro Ishimura 2013 Optical Fiber Communication Conference and Exposition and the National Fiber Optic Engineers Conference (OFC/NFOEC)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、光変調器とスポットサイズ変換器の接続部において光導波路の実効屈折率の虚部の値が合致しない。このため、半導体レーザへの反射戻り光が発生し、伝送特性の劣化が生じていた。【０００６】
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その目的は伝送品質を改善することができる光変調器集積半導体レーザを得るものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る光変調器集積半導体レーザは、レーザ光を出射する半導体レーザと、前記半導体レーザと集積され、前記レーザ光を変調する電界吸収型光変調器とを備え、前記電界吸収型光変調器は、順に積層された第１導電型半導体層、光導波路コア層及び第２導電型半導体層と、前記第１導電型半導体層の下に形成された第１の電極と、前記光導波路コア層の真上において前記第２導電型半導体層の上に形成された第２の電極とを有し、前記第１の電極と前記第２の電極との間に印加する電圧によって前記光導波路コア層の光吸収係数が変化し、前記光導波路コア層の幅は、前記電界吸収型光変調器の光出射端に向かって漸減することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明では、電界吸収型光変調器の光導波路コア層の幅が、電界吸収型光変調器の出射端に向かって漸減する。これにより、電界吸収型光変調器は、光を変調すると同時に、スポットサイズを拡大するスポットサイズ変換器としても動作する。これにより、屈折率の虚部の差異に起因する反射戻り光は生じないため、伝送品質を改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施の形態１に係る半導体装置を示す平面図である。
【図２】図１のＩ−ＩＩに沿った断面図である。
【図３】図１のＩＩＩ−ＩＶに沿った断面図である。
【図４】図１のＶ−ＶＩに沿った断面図である。
【図５】図１のＶＩＩ−ＶＩＩＩに沿った断面図である。
【図６】比較例に係る半導体装置を示す平面図である。
【図７】図６のＶ−ＶＩに沿った断面図である。
【図８】図６のＶＩＩ−ＶＩＩＩに沿った断面図である。
【図９】本発明の実施の形態２に係る半導体装置を示す平面図である。
【図１０】図９のＶ−ＶＩに沿った断面図である。
【図１１】図９のＶＩＩ−ＶＩＩＩに沿った断面図である。
【図１２】本発明の実施の形態３に係る半導体装置を示す平面図である。
【図１３】図１２のＶ−ＶＩに沿った断面図である。
【図１４】図１２のＶＩＩ−ＶＩＩＩに沿った断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の実施の形態に係る光変調器集積半導体レーザについて図面を参照して説明する。同じ又は対応する構成要素には同じ符号を付し、説明の繰り返しを省略する場合がある。
【００１１】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る半導体装置を示す平面図である。半導体レーザ１と電界吸収型光変調器２が集積されている。半導体レーザ１がレーザ光を出射し、そのレーザ光を電界吸収型光変調器２が変調する。
【００１２】
図２は図１のＩ−ＩＩに沿った断面図である。半導体レーザ１において、ｎ−ＩｎＰ基板３上にｎ−ＩｎＰクラッド層４、活性層５、ｐ−ＩｎＰクラッド層６及びｐ−ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層７が順に積層されている。活性層５は例えばＩｎＧａＡｓＰ−ＭＱＷ又はＡｌＧａＩｎＡｓ−ＭＱＷであり、回折格子の層も含む。カソード電極８がｎ−ＩｎＰ基板３の下に形成されている。アノード電極９が活性層５の真上においてｐ−ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層７上に形成されている。
【００１３】
図３は図１のＩＩＩ−ＩＶに沿った断面図である。図４は図１のＶ−ＶＩに沿った断面図である。図５は図１のＶＩＩ−ＶＩＩＩに沿った断面図である。電界吸収型光変調器２において、ｎ−ＩｎＰ基板３上にｎ−ＩｎＰクラッド層４、光導波路コア層１０、ｐ−ＩｎＰクラッド層６及びｐ−ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層７が順に積層されている。光導波路コア層１０は例えばＡｌＧａＩｎＡｓ−ＭＱＷ又はＩｎＧａＡｓＰ−ＭＱＷである。
【００１４】
アノード電極１１が光導波路コア層１０の真上においてｐ−ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層７の上に形成されている。アノード電極９，１１以外においてｐ−ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層７はＳｉＯ２絶縁膜１２で覆われている。半絶縁性ＩｎＰ層１３及びｎ−ＩｎＰ電流ブロック層１４が活性層５及び光導波路コア層１０の両サイドを埋め込んでいる。
【００１５】
カソード電極８とアノード電極１１との間に印加する電圧によって光導波路コア層１０の光吸収係数が変化する。電界吸収型光変調器２は、光導波路コア層１０の幅が一定の部分と、光導波路コア層１０の幅が電界吸収型光変調器２の光出射端に向かって漸減する部分とを有する。幅が漸減する部分の直上にもアノード電極１１が形成されている。幅が一定の部分と漸減する部分の両方に同じ変調信号を共通のアノード電極１１を介して印加し、光変調器として動作させる。光導波路コア層１０の幅がレーザ光の伝搬方向に沿って徐々に狭くなる部分は、光変調器としてだけでなく、スポットサイズ変換器部としても動作する。
【００１６】
続いて、本実施の形態の効果を比較例と比較して説明する。図６は、比較例に係る半導体装置を示す平面図である。図７は図６のＶ−ＶＩに沿った断面図である。図８は図６のＶＩＩ−ＶＩＩＩに沿った断面図である。図６のＩ−ＩＩに沿った断面図は図２と同じであり、図６のＩＩＩ−ＩＶに沿った断面図は図３と同じである。
【００１７】
比較例では、電界吸収型光変調器２の光導波路コア層１０の幅が一定であり、その出射端に、スポットサイズ変換機能を有するスポットサイズ変換器１５の透明導波路コア層１６がバットジョイントにより接続されている。消光比をＥｘｔ、電界吸収型光変調器２の吸収係数をα、変調器長をＬ、光波長をλ、光導波路コア層１０の屈折率の虚部をｋ、屈折率の実部をｎ、反射率をＲとすると以下の関係式が成り立つ。
Ｅｘｔ＝ｅｘｐ（−αＬ）
ｋ＝αλ／４π
Ｒ＝（ｋ／ｓｑｒｔ（ｎ２＋ｋ２）＋ｎ）２
【００１８】
一例として、消光比Ｅｘｔが１１ｄＢ、変調器長Ｌが１８０μｍ、半導体レーザ１の発振波長λが１．５５μｍの場合、屈折率の虚部ｋの変動は７．５Ｅ−４となる。光導波路コア層１０と透明導波路コア層１６の実部の実効屈折率ｎがともに３．２であった場合、屈折率の虚部の変動による反射率の変動Ｒは１．９Ｅ−１６％となる。このように電界吸収型光変調器２とスポットサイズ変換器１５の接続部において実効屈折率の虚部の値が合致しない。このため、半導体レーザ１に変調され強度が変化する光が戻り、活性層５内部の光強度を擾乱し、伝送特性の劣化が生じる。
【００１９】
これに対して、本実施の形態では、電界吸収型光変調器２の光導波路コア層１０の幅が、電界吸収型光変調器２の出射端に向かって漸減する。これにより、電界吸収型光変調器２は、光を変調すると同時に、スポットサイズを拡大するスポットサイズ変換器としても動作する。これにより、比較例のような屈折率の虚部の差異に起因する反射戻り光は生じないため、伝送品質を改善することができる。
【００２０】
また、窓構造を設けると、電界吸収型光変調器２の光導波路コア層１０と窓構造の埋込層との間の屈折率差が極めて大きなことに起因して戻り光が大きくなり、上記の効果が得られなくなる。そこで、光出射端での光反射を低減するため、光導波路コア層１０は光出射端まで延在していることが好ましい。
【００２１】
実施の形態２．
図９は、本発明の実施の形態２に係る半導体装置を示す平面図である。図１０は図９のＶ−ＶＩに沿った断面図である。図１１は図９のＶＩＩ−ＶＩＩＩに沿った断面図である。図９のＩ−ＩＩに沿った断面図は図２と同じであり、図９のＩＩＩ−ＩＶに沿った断面図は図３と同じである。
【００２２】
透明導波路コア層１６が光導波路コア層１０の周囲に形成され光導波路コア層１０に接触する。透明導波路コア層１６は例えばＩｎＧａＡｓＰ又はＡｌＧａＩｎＡｓである。透明導波路コア層１６の真上においてアノード電極１１は形成されていないか、又はＳｉＯ２絶縁膜１２の上に形成されるなどしてｐ−ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層７に接触していない。透明導波路コア層１６の屈折率は、半絶縁性ＩｎＰ層１３及びｎ−ＩｎＰ電流ブロック層１４の屈折率と光導波路コア層１０の屈折率との間の値である。透明導波路コア層１６のバンドギャップエネルギーは、光導波路コア層１０のバンドギャップエネルギーよりも大きい。
【００２３】
このように透明導波路コア層１６を設けることで電界吸収型光変調器２の消光特性とスポットサイズとを独立に設計することができる。その他の構成及び効果は実施の形態１と同様である。
【００２４】
実施の形態３．
図１２は、本発明の実施の形態３に係る半導体装置を示す平面図である。図１３は図１２のＶ−ＶＩに沿った断面図である。図１４は図１２のＶＩＩ−ＶＩＩＩに沿った断面図である。図１２のＩ−ＩＩに沿った断面図は図２と同じであり、図１２のＩＩＩ−ＩＶに沿った断面図は図３と同じである。
【００２５】
光導波路コア層１０と透明導波路コア層１６の合計幅は、電界吸収型光変調器２の出射端に向かって漸減する。これにより、実施の形態２よりもスポットサイズを拡大することができる。その他の構成及び効果は実施の形態１，２と同様である。
【符号の説明】
【００２６】
１  半導体レーザ、２  電界吸収型光変調器、４  ｎ−ＩｎＰクラッド層（第１導電型半導体層）、６  ｐ−ＩｎＰクラッド層（第２導電型半導体層）、８  カソード電極（第１の電極）、１１  アノード電極（第２の電極）、１０  光導波路コア層、１３  半絶縁性ＩｎＰ層（埋込層）、１４  ｎ−ＩｎＰ電流ブロック層（埋込層）、１６  透明導波路コア層
【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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【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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【手続補正書】
【提出日】平成29年3月13日(2017.3.13)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光を出射する半導体レーザと、
前記半導体レーザと集積され、前記レーザ光を変調する電界吸収型光変調器と、
埋込層と、
透明導波路コア層とを備え、
前記電界吸収型光変調器は、順に積層された第１導電型半導体層、光導波路コア層及び第２導電型半導体層と、前記第１導電型半導体層の下に形成された第１の電極と、前記光導波路コア層の真上において前記第２導電型半導体層の上に形成された第２の電極とを有し、
前記第１の電極と前記第２の電極との間に印加する電圧によって前記光導波路コア層の光吸収係数が変化し、
前記光導波路コア層の幅は、前記電界吸収型光変調器の光出射端に向かって漸減し、
前記埋込層は前記光導波路コア層の両サイドを埋め込み、
前記透明導波路コア層は前記光導波路コア層の周囲に形成され前記光導波路コア層に接触し、
前記透明導波路コア層の真上において前記第２の電極は形成されていないか、又は前記第２導電型半導体層に接触しておらず、
前記透明導波路コア層の屈折率は、前記埋込層の屈折率と前記光導波路コア層の屈折率との間の値であり、
前記透明導波路コア層のバンドギャップエネルギーは、前記光導波路コア層のバンドギャップエネルギーよりも大きいことを特徴とする光変調器集積半導体レーザ。
【請求項２】
前記光導波路コア層と前記透明導波路コア層の合計幅は、前記電界吸収型光変調器の出射端に向かって漸減することを特徴とする請求項１に記載の光変調器集積半導体レーザ。
【請求項３】
前記光導波路コア層は光出射端まで延在していることを特徴とする請求項１又は２に記載の光変調器集積半導体レーザ。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
本発明に係る光変調器集積半導体レーザは、レーザ光を出射する半導体レーザと、前記半導体レーザと集積され、前記レーザ光を変調する電界吸収型光変調器と、埋込層と、透明導波路コア層とを備え、前記電界吸収型光変調器は、順に積層された第１導電型半導体層、光導波路コア層及び第２導電型半導体層と、前記第１導電型半導体層の下に形成された第１の電極と、前記光導波路コア層の真上において前記第２導電型半導体層の上に形成された第２の電極とを有し、前記第１の電極と前記第２の電極との間に印加する電圧によって前記光導波路コア層の光吸収係数が変化し、前記光導波路コア層の幅は、前記電界吸収型光変調器の光出射端に向かって漸減し、前記埋込層は前記光導波路コア層の両サイドを埋め込み、前記透明導波路コア層は前記光導波路コア層の周囲に形成され前記光導波路コア層に接触し、前記透明導波路コア層の真上において前記第２の電極は形成されていないか、又は前記第２導電型半導体層に接触しておらず、前記透明導波路コア層の屈折率は、前記埋込層の屈折率と前記光導波路コア層の屈折率との間の値であり、前記透明導波路コア層のバンドギャップエネルギーは、前記光導波路コア層のバンドギャップエネルギーよりも大きいことを特徴とする。
【国際調査報告】
2018134940.tif 000017
2018134940.tif 000018
2018134940.tif 000019
2018134940.tif 000020