(57)【要約】【課題】寄生発振光の半導体レーザへの影響の少ない高出力の光モジュールを得る。【解決手段】半導体レーザ１はレーザ光を発する。光素子２はバットジョイント界面２３を有する。光増幅器３は光素子２を通ったレーザ光を増幅する。等価的共振器長調整部４は光増幅器３と光素子２との間に挿入されている。波長スペクトル測定器７は光増幅器３の出力光の波長を測定する。屈折率調整回路８は、波長スペクトル測定器７の測定結果に基づいて等価的共振器長調整部４への印加電流を制御して等価的共振器長調整部４の屈折率を調整する。バットジョイント界面２３を一方の反射端として複数のファブリー・ペローモードの寄生発振光が発生する。屈折率調整回路８は、寄生発振光の複数のピーク波長の何れもが半導体レーザ１の発振波長と一致しないように、等価的共振器長調整部４の屈折率を調整する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光を発する半導体レーザと、
バットジョイント界面を有する光素子と、
前記光素子を通った前記レーザ光を増幅する光増幅器と、
前記光増幅器と前記光素子との間に挿入された等価的共振器長調整部と、
前記光増幅器の出力光の波長を測定する波長スペクトル測定器と、
前記波長スペクトル測定器の測定結果に基づいて前記等価的共振器長調整部への印加電流を制御して前記等価的共振器長調整部の屈折率を調整する屈折率調整回路とを備え、
前記バットジョイント界面を一方の反射端として複数のファブリー・ペローモードの寄生発振光が発生し、
前記屈折率調整回路は、前記寄生発振光の複数のピーク波長の何れもが前記半導体レーザの発振波長と一致しないように、前記等価的共振器長調整部の屈折率を調整することを特徴とする光モジュール。
【請求項２】
前記屈折率調整回路から前記等価的共振器長調整部への印加電流は、前記等価的共振器長調整部のｐｎ接合に対して順方向であることを特徴とする請求項１に記載の光モジュール。
【請求項３】
前記光素子は、電界吸収型光変調器、光導波路、及び光合波器の少なくとも一つであることを特徴とする請求項１又は２に記載の光モジュール。
【請求項４】
前記等価的共振器長調整部の光導波路層は、前記光素子のコア層と同じ材質及び厚みであることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の光モジュール。
【請求項５】
前記光増幅器の活性層は、前記半導体レーザの活性層と同じ材質及び厚みであることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の光モジュール。
【請求項６】
前記半導体レーザ、前記光素子、前記光増幅器、及び前記等価的共振器長調整部はリッジ型であることを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の光モジュール。
【請求項７】
前記半導体レーザ、前記光素子、前記光増幅器、及び前記等価的共振器長調整部は埋込ヘテロ型であることを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の光モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光モジュールに関し、特に半導体レーザと光増幅器とをモノリシックに集積した半導体光素子を搭載した光モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
１０Ｇ−ＥＰＯＮ等の光ファイバ通信システムの光源として、電界吸収型光変調器集積ＤＦＢレーザを搭載した光モジュールが用いられる（例えば、特許文献１参照）。光モジュールにおいて、半導体レーザが発するレーザ光を光変調器により変調する。この変調光は、光を断続的に吸収する方式の光変調器を用いた場合、出力がおよそ０〜１０ｄＢｍと小さいため、ＰＯＮ用ＯＬＴ光源としては出力が不足している。そこで、変調光をチップ内にモノリシックに集積された半導体光増幅器によりおよそ１６ｄＢｍまで増幅し、光ファイバに入力する。光変調器と光増幅器はバットジョイント法を用いて接合され、両者の界面がバットジョイント界面となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開昭６４−７７１８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
光増幅器の出射端面とバットジョイント界面との間でファブリー・ペローモードの寄生発振光が発生する。この寄生発振光が半導体レーザに入射し、ほぼ同じ波長の半導体レーザ内のキャリア濃度分布を撹乱する。これにより、半導体レーザの発振光スペクトル線幅が増大し、光ファイバ伝送時に位相雑音となって伝送特性が劣化するという問題があった。
【０００５】
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、その目的は寄生発振光の半導体レーザへの影響の少ない高出力の光モジュールを得るものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る光モジュールは、レーザ光を発する半導体レーザと、バットジョイント界面を有する光素子と、前記光素子を通った前記レーザ光を増幅する光増幅器と、前記光増幅器と前記光素子との間に挿入された等価的共振器長調整部と、前記光増幅器の出力光の波長を測定する波長スペクトル測定器と、前記波長スペクトル測定器の測定結果に基づいて前記等価的共振器長調整部への印加電流を制御して前記等価的共振器長調整部の屈折率を調整する屈折率調整回路とを備え、前記バットジョイント界面を一方の反射端として複数のファブリー・ペローモードの寄生発振光が発生し、前記屈折率調整回路は、前記寄生発振光の複数のピーク波長の何れもが前記半導体レーザの発振波長と一致しないように、前記等価的共振器長調整部の屈折率を調整することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明では、寄生発振光の複数のピーク波長の何れもが半導体レーザの発振波長と一致しないように、光増幅器と電界吸収型光変調器との間に挿入された等価的共振器長調整部の屈折率を調整する。これにより、寄生発振光の半導体レーザへの影響の少ない高出力の光モジュールを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施の形態１に係る光モジュールを示す平面図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る半導体レーザを示す断面図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係る光モジュールの導波路方向に沿った断面図である。
【図４】半導体レーザの波長スペクトルに対する調整前後の寄生発振光の波長スペクトルの関係を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態２に係る光モジュールを示す平面図である。
【図６】本発明の実施の形態３に係る光モジュールの導波路方向に沿った断面図である。
【図７】本発明の実施の形態４に係る半導体レーザを示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明の実施の形態に係る光モジュール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。
【００１０】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る光モジュールを示す平面図である。半導体レーザ１（Distributed Feedback Laser Diode: DFB-LD）はレーザ光を発する。電界吸収型光変調器２（Electro-Absorption Modulator: EAM）は、半導体レーザ１のレーザ光を変調する。光増幅器３（Semiconductor Optical Amplifier: SOA）は、電界吸収型光変調器２を通ったレーザ光を増幅する。等価的共振器長調整部４は光増幅器３と電界吸収型光変調器２との間に挿入されている。これらの半導体素子は同じ半導体基板５上に形成され、隣接するもの同士がバットジョイント接合されている。
【００１１】
光分岐部６は、光増幅器３の出射光を２分岐し、その一方を波長スペクトル測定器７に入力する。波長スペクトル測定器７は、光増幅器３の出力光の波長を測定する。屈折率調整回路８は、波長スペクトル測定器７の測定結果に基づいて等価的共振器長調整部４への印加電流を制御し、キャリアの蓄積によるプラズマ効果によって等価的共振器長調整部４の屈折率を調整する。
【００１２】
図２は、本発明の実施の形態１に係る半導体レーザを示す断面図である。ｎ−ＩｎＰの半導体基板５上に、光閉じ込め層９、活性層１０、光閉じ込め層１１、ｐ−ＩｎＰクラッド層１２，１３、ｐ−ＩｎＧａＡｓＰ  ＢＤＲ層１４、ｐ−ＩｎＧａＡｓコンタクト層１５が順に積層されている。光閉じ込め層９，１１はＩｎＧａＡｓＰ又はＩｎＧａＡｌＡｓバルクなどである。
【００１３】
ｐ−ＩｎＰクラッド層１３、ｐ−ＩｎＧａＡｓＰ  ＢＤＲ層１４、ｐ−ＩｎＧａＡｓコンタクト層１５にリッジが形成され、そのリッジの側面をＳｉＯ２、ＳｉＮ又はＳｉにより構成されたパッシベーション膜１６が覆っている。ｐ−ＩｎＧａＡｓコンタクト層１５に表面電極１７が接続され、半導体基板５の裏面に裏面電極１８が接続されている。上記のように半導体レーザ１はリッジ型であり、電界吸収型光変調器２、光増幅器３、及び等価的共振器長調整部４も同様にリッジ型である。
【００１４】
図３は、本発明の実施の形態１に係る光モジュールの導波路方向に沿った断面図である。半導体レーザ１、電界吸収型光変調器２、等価的共振器長調整部４、及び光増幅器３のそれぞれの表面電極１７，１７ａ，１７ｂ，１７ｃは互いに分離しており、個別に電圧が印加される。半導体レーザ１の活性層１０及び光増幅器３の活性層１９はＩｎＧａＡｓＰ又はＡｌＧａＩｎＡｓの量子井戸であり、電流注入により光利得が生じる。電界吸収型光変調器２の光吸収層２０はＡｌＧａＩｎＡｓ又はＩｎＧａＡｓＰの量子井戸である。等価的共振器長調整部４の光導波路層２１はＡｌＧａＩｎＡｓ又はＩｎＧａＡｓＰの量子井戸又は単層である。
【００１５】
半導体レーザ１のＤＦＢ発振波長λＤＦＢは、１２５０〜１３５０ｎｍ、１４５０〜１５００ｎｍ、１５３０〜１５６０ｎｍ、１５６０〜１６２０ｎｍの何れかである。活性層１０，１９のフォトルミネッセンス波長λＬＤは（λＤＦＢ−２０ｎｍ）から（λＤＦＢ＋２０ｎｍ）までの範囲内である。光吸収層２０のフォトルミネッセンス波長λＥＡは（λＤＦＢ−５０ｎｍ）以下である。光導波路層２１のフォトルミネッセンス波長λＷＧはλＥＡ以下である。
【００１６】
半導体レーザ１の活性層１０と電界吸収型光変調器２の光吸収層２０との間にバッドジョイント界面２２が形成されている。電界吸収型光変調器２の光吸収層２０と等価的共振器長調整部４の光導波路層２１との間にバッドジョイント界面２３が形成されている。等価的共振器長調整部４の光導波路層２１と光増幅器３の活性層１９との間にバッドジョイント界面２４が形成されている。
【００１７】
光増幅器３の出射端面と電界吸収型光変調器２のバットジョイント界面２３との間（図１のＡ−Ｂ間）で複数のファブリー・ペローモードの寄生発振光が発生する。屈折率調整回路８は、寄生発振光の複数のピーク波長の何れもが半導体レーザ１の発振波長と一致しないように、等価的共振器長調整部４の屈折率を調整する。
【００１８】
ファブリー・ペローモードのピーク波長λは以下の数式１で与えられる。
（λ／２）＊ｍ＝ｎｅｆｆ＊Ｌ＋（ｎｅｆｆ＋Δｎｅｆｆ）＊ΔＬ    （数式１）
ここで、ｍは自然数、ｎｅｆｆは光増幅器３の等価屈折率、Δｎｅｆｆは等価的共振器長調整部４の屈折率変化量、Ｌは光増幅器３の長さ、ΔＬは等価的共振器長調整部４の長さである。
【００１９】
最適なΔｎｅｆｆの調整値は以下の数式２で与えられる。
（λＤＦＢ／２）＊（ｍ＋α）＝ｎｅｆｆ＊Ｌ＋（ｎｅｆｆ＋Δｎｅｆｆ）＊ΔＬ    （数式２）
ここで、α＝±１／２である。
【００２０】
図４は、半導体レーザの波長スペクトルに対する調整前後の寄生発振光の波長スペクトルの関係を示す図である。αが整数でなければ、ファブリー・ペローモードのピーク波長は半導体レーザ１の発振波長と一致しない。
【００２１】
以上説明したように、本実施の形態では、寄生発振光の複数のピーク波長の何れもが半導体レーザ１の発振波長と一致しないように、光増幅器３と電界吸収型光変調器２との間に挿入された等価的共振器長調整部４の屈折率を調整する。これにより、寄生発振光の半導体レーザ１への影響の少ない高出力の光モジュールを得ることができる。
【００２２】
また、屈折率調整回路８から等価的共振器長調整部４への印加電流は、等価的共振器長調整部４のｐｎ接合に対して順方向である。このため、電界吸収効果による光吸収を生じない。
【００２３】
実施の形態２．
図５は、本発明の実施の形態２に係る光モジュールを示す平面図である。実施の形態１の半導体レーザ１の代わりにＬＤアレイ２５、電界吸収型光変調器２の代わりに光導波路２６及び光合波器２７が設けられている。ＬＤアレイ２５の複数の波長可変ＤＦＢ−ＬＤからそれぞれ出力されたレーザ光は、光導波路２６により光合波器２７に導かれて合波される。
【００２４】
実施の形態１と同様に図５のＡ−Ｂ間で複数のファブリー・ペローモードの寄生発振光が発生する。これに対して、実施の形態１と同様に等価的共振器長調整部４の屈折率を調整することで、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
【００２５】
実施の形態３．
図６は、本発明の実施の形態３に係る光モジュールの導波路方向に沿った断面図である。等価的共振器長調整部４の光導波路層２１は、電界吸収型光変調器２の光吸収層２０と同じ結晶成長工程で形成され、両者は同じ材質及び厚みとなっている。その他の構成は実施の形態１と同様である。
【００２６】
これにより、製造工程が簡単になり、実施の形態１と同様の効果を得ることもできる。なお、半導体レーザ１の活性層１０及び光増幅器３の活性層１９を同じ結晶成長工程で形成してもよく、その場合に両者は同じ材質及び厚みとなる。
【００２７】
実施の形態４．
図７は、本発明の実施の形態４に係る半導体レーザを示す断面図である。ｎ−ＩｎＰの半導体基板５上に、ｎ−ＩｎＰバッファ層２８、光閉じ込め層９、活性層１０、光閉じ込め層１１、回折格子層２９、ｐ−ＩｎＰクラッド層３０が順に積層されている。活性層１０の両サイドがＦｅドープＩｎＰ電流ブロック層３１，３２及びｎ−ＩｎＰ電流ブロック層３３で埋め込まれている。これらの上にｐ−ＩｎＰクラッド層１３、ｐ−ＩｎＧａＡｓＰ  ＢＤＲ層１４及びｐ−ＩｎＧａＡｓコンタクト層１５が順に積層されている。この積層構造の側面をパッシベーション膜１６が覆っている。ｐ−ＩｎＧａＡｓコンタクト層１５に表面電極１７が接続され、半導体基板５の裏面に裏面電極１８が接続されている。裏面電極１８上に裏面めっき層３４が形成されている。
【００２８】
上記のように半導体レーザ１は埋込ヘテロ型であり、電界吸収型光変調器２、光増幅器３、及び等価的共振器長調整部４も同様に埋込ヘテロ型である。その他の構成は実施の形態１と同様である。このような埋込ヘテロ型の場合にも実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
【符号の説明】
【００２９】
１  半導体レーザ、２  電界吸収型光変調器（光素子）、３  光増幅器、４  等価的共振器長調整部、７  波長スペクトル測定器、８  屈折率調整回路、１０，１９  活性層、２０  光吸収層、２１  光導波路層、２２，２３，２４  バットジョイント界面、２６  光導波路（光素子）、２７  光合波器（光素子）
【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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