JP5721246B1 - 光変調機能付き面発光レーザ - Google Patents
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Abstract
Description
電界吸収型変調器から垂直共振器面発光レーザへの戻り光の強度は、電界吸収型変調器の長さに対して周期的に増減する。そこで電界吸収型変調器の長さを最適化することで、戻り光をさらに抑制することができる。
これにより、電流が横方向に流れるのを抑制しつつ、垂直共振器面発光レーザの導波領域から電界吸収型変調器の導波領域へと光を伝搬させることができる。
これにより、垂直共振器面発光レーザと電界吸収型変調器それぞれの領域で、上部DBRの層数を共通としつつ、垂直共振器面発光レーザでは反射率を100%に近づけることができ、電界吸収型変調器では反射率を100%未満とすることができる。
この場合、反射された光も変調されることとなり、電界吸収型変調器の小型化が可能となる。電界吸収型変調器の変調速度は、素子の浮遊容量により制限されることとなるが、小型化により高速化が可能となる。
制御電極34からDC電流を注入すると、VCSEL4の導波領域40内においてレーザ発振が起こり、レーザ光がEAM6の導波領域42側で伝搬する。このときVCSEL4とEAM6の接続境界で幅の違いにより反射が起こり、VCSEL4内で横モードが形成される。EAM6の制御電極34は、駆動電極32とは逆極性で変調用の制御電圧(AC電圧)が印加され、これにより導波領域42の吸収率が変化し、取り出される出射光の強度が変調される。上述のように高抵抗領域44を形成することにより、導波領域40と42の間の電流リークが抑制される。
VCSEL4により生成されたレーザ光は、下部DBR12と上部DBR16の間を多重反射しながら、第1方向(X方向)に伝搬していく。このとき、EAM6の終端では、酸化領域と非酸化領域の境界で全反射が起こり伝搬する光が折り返されるため、EAM6の素子長Lを短くすることができる。EAM6のの変調速度は、浮遊容量で律速されるため、素子長Lを短くすることで、変調速度の高速化が可能になる。ここで光は、進行方向に対して垂直方向の幅が狭い領域から広い領域に入射するときに結合しやすく、反対に幅が広い領域から狭い領域に入射するときに結合しにくい性質を有するため、VCSEL4の導波領域40の幅W1を、EAM6の導波領域42の幅W2よりも狭くすることで、VCSEL4からEAM6へは光が結合しやすくする反面、EAM6からVCSEL4への戻り光を抑制することができる。これにより、VCSEL4内の光強度のゆらぎを低減することができ、ノイズを低減できる。
またEAM6から外部に出力してきた光が外部で反射されて戻ってきた戻り光に対しても、VCSEL4への結合を抑制し、ノイズを低減できる。
また、EAM6から外部に出力された光が外部で反射されて戻ってきた戻り光に対してもVCSEL4への結合を抑圧し、ノイズを低減できる。
Claims (11)
- 半導体基板と、
前記半導体基板の上に形成された下部分布ブラッグ反射鏡と、
前記下部分布ブラッグ反射鏡の上に形成された活性層と、
前記活性層の上に形成された上部分布ブラッグ反射鏡と、
を含む積層構造を有し、
前記積層構造の第1領域に垂直共振器面発光レーザが形成され、
前記積層構造の前記第1領域に対して基板平面の第1方向に隣接する第2領域に、電界吸収型変調器が形成され、
前記垂直共振器面発光レーザは、前記下部分布ブラッグ反射鏡と前記上部分布ブラッグ反射鏡に挟まれた第1導波領域を有し、前記第1導波領域においてレーザ光を前記下部分布ブラッグ反射鏡と前記上部分布ブラッグ反射鏡の間で多重反射させながら前記第1方向に伝搬させ、
前記電界吸収型変調器は、前記下部分布ブラッグ反射鏡と前記上部分布ブラッグ反射鏡に挟まれた第2導波領域を有し、前記第2導波領域において、前記第1導波領域からの前記レーザ光を、前記下部分布ブラッグ反射鏡と前記上部分布ブラッグ反射鏡の間で多重反射させ、その一部が基板垂直方向に出射光として取り出され、
前記第1導波領域の、前記基板平面の前記第1方向と垂直な第2方向の幅は、前記第2導波領域の第2方向の幅よりも狭いことを特徴とする光変調機能付き面発光レーザ。 - 前記垂直共振器面発光レーザと前記電界吸収型変調器の接続面における反射を利用して、前記垂直共振器面発光レーザに横モードが形成されることを特徴とする請求項1に記載の光変調機能付き面発光レーザ。
- 前記電界吸収型変調器の終端付近で、前記上部分布ブラッグ反射鏡の反射率を低くして、そこから光出力を取り出すことを特徴とする請求項1または2に記載の光変調機能付き面発光レーザ。
- 前記第2導波領域は、多モード干渉導波路であり、
前記電界吸収型変調器の前記第1方向の長さは、前記電界吸収型変調器の内部あるいは外部からの反射に対して、前記垂直共振器面発光レーザへの戻り光が小さくなるように定められることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の光変調機能付き面発光レーザ。 - 前記活性層と近接して、電流および導波光を横方向に閉じこめるよう形成された電流狭窄層または屈折率差による光ガイド層をさらに備え、
前記電流狭窄層または前記光ガイド層によって、前記第1導波領域の幅と、前記第2導波領域の幅が定まることを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の光変調機能付き面発光レーザ。 - 前記電流狭窄層は、側面から内側に向かって選択的に酸化された酸化領域と前記酸化領域に囲まれた非酸化領域とを含む選択酸化層であることを特徴とする請求項5に記載の光変調機能付き面発光レーザ。
- 前記電流狭窄層の前記垂直共振器面発光レーザと前記電界吸収型変調器の結合領域には、イオン注入による高抵抗領域が形成されることを特徴とする請求項5または6に記載の光変調機能付き面発光レーザ。
- 前記垂直共振器面発光レーザが形成される領域内に、前記上部分布ブラッグ反射鏡の上に形成された金属ミラーをさらに備えることを特徴とする請求項1から7のいずれかに記載の光変調機能付き面発光レーザ。
- 前記電界吸収型変調器が形成される領域における前記上部分布ブラッグ反射鏡の層数が、前記垂直共振器面発光レーザが形成される領域における前記上部分布ブラッグ反射鏡の層数よりも少ないことを特徴とする請求項1から7のいずれかに記載の光変調機能付き面発光レーザ。
- 前記垂直共振器面発光レーザと前記電界吸収型変調器の結合領域において、前記第1導波領域から前記第2導波領域に向かって、前記第2方向の幅がテーパー状に変化していることを特徴とする請求項1から9のいずれかに記載の光変調機能付き面発光レーザ。
- 垂直共振器面発光レーザと、
電界吸収型変調器と、
を備え、
前記垂直共振器面発光レーザと前記電界吸収型変調器は、積層された半導体基板と、下部分布ブラッグ反射鏡と、活性層と、上部分布ブラッグ反射鏡と、含む構造体を共有して、基板平面の第1方向に隣接して構成され、
前記垂直共振器面発光レーザは、前記下部分布ブラッグ反射鏡と前記上部分布ブラッグ反射鏡に挟まれた第1導波領域を有し、前記第1導波領域においてレーザ光を前記下部分布ブラッグ反射鏡と前記上部分布ブラッグ反射鏡の間で多重反射させながら前記第1方向に伝搬させ、
前記電界吸収型変調器は、前記下部分布ブラッグ反射鏡と前記上部分布ブラッグ反射鏡に挟まれた第2導波領域を有し、前記第2導波領域において、前記第1導波領域からの前記レーザ光を、前記下部分布ブラッグ反射鏡と前記上部分布ブラッグ反射鏡の間で多重反射させ、その一部が基板垂直方向に出射光として取り出され、
前記第1導波領域の、前記基板平面の前記第1方向と垂直な第2方向の幅は、前記第2導波領域の第2方向の幅よりも狭いことを特徴とする光変調機能付き面発光レーザ。
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