JP2019033116A - Semiconductor optical integrated element - Google Patents
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Abstract
Description
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。 The present invention relates to a semiconductor optical integrated device, and more particularly to a semiconductor optical integrated device in which a semiconductor laser, a modulator, and an amplifier are monolithically integrated.
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。 Distributed feedback (DFB) lasers have excellent single wavelength characteristics, and semiconductor optical integrated devices that are monolithically integrated with an electroabsorption (EA) modulator on a single substrate are known. It has been. Such a semiconductor optical integrated device (EA-DFB laser) is used as an optical transmission module for long-distance transmission having a transmission distance of 40 km or more. As the signal light wavelength of this optical transmission module, the 1550 nm band where the propagation loss of the optical fiber is small is used, but the 1300 nm band which is not easily affected by the chromatic dispersion generated in the optical fiber is also used. To transmit.
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。 In order to obtain a high output in the EA-DFB laser, the absolute value of the DC bias applied to the EA modulator should be small. On the other hand, in order to obtain an optical waveform capable of long-distance transmission, the absolute value of the DC bias is There is a trade-off relationship that a larger value is better. In order to cancel this trade-off relationship, Non-Patent Document 1 discloses that a semiconductor optical amplifier (SOA) is further integrated at the output end of the EA modulator. According to Non-Patent Document 1, the chirp value of the modulated light output from the EA modulator is converted by injecting current into the SOA integrated at the output terminal of the EA modulator, thereby realizing long-distance transmission. ing.
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。
FIG. 1 shows a conventional method for controlling a semiconductor optical integrated device. The semiconductor optical integrated
I OP = I DFB + I SOA
Given in.
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。
Generally, the value of I OP allowed in an optical transmission module equipped with an EA-DFB laser is 60 to 80 mA. By adjusting the ratio of the length of the DFB
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。
However, since current is injected into the DFB
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。 An object of the present invention is to provide a semiconductor optical integrated device capable of suppressing the influence of leakage of a modulation signal of an EA modulator.
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。 In order to achieve such an object, the present invention provides a semiconductor optical integrated device in which a DFB laser, an EA modulator, and an SOA are monolithically integrated on the same substrate. The DFB laser, the EA modulator, and the SOA are integrated in this order with respect to the direction, and the DFB laser and the SOA have a length in the optical waveguide direction of the DFB laser and the SOA from the same control terminal. A current according to the ratio is injected, and a bypass capacitor is connected to each of a current supply path from the control terminal to the DFB laser and a current supply path from the control terminal to the SOA.
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。 According to the present invention, the influence of the modulation signal supplied to the EA modulator can be suppressed by bypassing the leakage with the bypass capacitor.
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。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
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。
FIG. 2 shows a semiconductor optical integrated device according to an embodiment of the present invention. In the semiconductor optical
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。
The DFB
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。
The
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。
A p-
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。
With such a configuration, the current I OP is supplied from the same
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。
The RF signal voltage V RF from the radio frequency (RF)
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。
FIG. 3 shows a method for supplying power to the semiconductor optical integrated device. Conventionally, as shown in FIG. 3A, a high-
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。
FIG. 3B is an equivalent circuit according to such a configuration. A separation resistor R1 exists between the monolithically
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。
FIG. 4 shows a method of supplying power to the semiconductor optical integrated device according to the first embodiment of the present invention. Leakage of the modulation signal supplied to the
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。
When the modulation speed of the
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。
FIG. 5 shows a method of supplying power to the semiconductor optical integrated device according to the second embodiment of the present invention. In the first embodiment, for example, a chip capacitor is mounted on the high-
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
101, 201
200,500 Semiconductor optical
Claims (2)
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。 A semiconductor optical integrated device in which a DFB laser, an EA modulator, and an SOA are monolithically integrated on the same substrate,
The DFB laser, the EA modulator, and the SOA are integrated in this order with respect to the optical waveguide direction. The DFB laser and the SOA are long from the same control terminal in the optical waveguide direction of the DFB laser and the SOA. A current according to the ratio is injected,
A semiconductor optical integrated device, wherein a bypass capacitor is connected to each of a current supply path from the control terminal to the DFB laser and a current supply path from the control terminal to the SOA.
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