JPH07231132A - 半導体光装置 - Google Patents
半導体光装置Info
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- JPH07231132A JPH07231132A JP2121994A JP2121994A JPH07231132A JP H07231132 A JPH07231132 A JP H07231132A JP 2121994 A JP2121994 A JP 2121994A JP 2121994 A JP2121994 A JP 2121994A JP H07231132 A JPH07231132 A JP H07231132A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 高速動作が可能で発振波長の安定性に優れた
半導体光源を実現する。 【構成】 半導体光装置は、半導体基板上に形成された
共通の活性層部を有し、かつ順次光学的に結合された発
光素子、光変調器および半導体光増幅器の三つの領域を
有する。
半導体光源を実現する。 【構成】 半導体光装置は、半導体基板上に形成された
共通の活性層部を有し、かつ順次光学的に結合された発
光素子、光変調器および半導体光増幅器の三つの領域を
有する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は半導体光装置に関し、特
に高速動作が可能で発振波長の安定性に優れた光源とし
ての半導体光装置に関するものである。
に高速動作が可能で発振波長の安定性に優れた光源とし
ての半導体光装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】図４は従来の電界吸収型光変調器を用い
たレーザの光変調を説明するための図である。このレー
ザはいわゆる変調器付き半導体レーザであり、Ｉは半導
体分布帰還型レーザ、IIは電界吸収型光変調器である。
半導体分布帰還型レーザおよび電界吸収型光変調器は同
一のｎ型半導体基板５上に形成され、光学的に結合して
いるが電気的には絶縁されている。すなわち変調器（I
I）の活性層１とレーザ（Ｉ）の活性層２は共通の半導
体層からなり、レーザの活性層２には回折格子が形成さ
れ、クラッド層であるｐ型半導体層４上に変調器への電
界印加のための電極７とレーザへの電流注入のための電
極８が分離して形成されている。基板５の裏面には共通
グランド電極１０が設けられている。Ｉの半導体分布帰
還型レーザには順方向に一定電流を注入することで一定
の光出力が得られる。IIの電界吸収型光変調器には逆方
向に符号化された電圧を加えることにより符号化された
光出力が得られる。
たレーザの光変調を説明するための図である。このレー
ザはいわゆる変調器付き半導体レーザであり、Ｉは半導
体分布帰還型レーザ、IIは電界吸収型光変調器である。
半導体分布帰還型レーザおよび電界吸収型光変調器は同
一のｎ型半導体基板５上に形成され、光学的に結合して
いるが電気的には絶縁されている。すなわち変調器（I
I）の活性層１とレーザ（Ｉ）の活性層２は共通の半導
体層からなり、レーザの活性層２には回折格子が形成さ
れ、クラッド層であるｐ型半導体層４上に変調器への電
界印加のための電極７とレーザへの電流注入のための電
極８が分離して形成されている。基板５の裏面には共通
グランド電極１０が設けられている。Ｉの半導体分布帰
還型レーザには順方向に一定電流を注入することで一定
の光出力が得られる。IIの電界吸収型光変調器には逆方
向に符号化された電圧を加えることにより符号化された
光出力が得られる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】電界吸収型光変調器を
用いたレーザの光変調では、レーザの電流を直接変調す
る方式に比べ出力光の波長変動が小さいことが知られて
いる。しかし、変調器においても電圧印加に伴い屈折率
が変動するため位相変調が起こり波長変動を引き起こす
ことが知られている。高速変調時にはこの波長変動が光
通信の長距離化を制限する要因となっている。本発明は
このような従来の問題を解決し、高速動作が可能で発振
波長の安定性に優れた半導体光装置を提供することを目
的とする。
用いたレーザの光変調では、レーザの電流を直接変調す
る方式に比べ出力光の波長変動が小さいことが知られて
いる。しかし、変調器においても電圧印加に伴い屈折率
が変動するため位相変調が起こり波長変動を引き起こす
ことが知られている。高速変調時にはこの波長変動が光
通信の長距離化を制限する要因となっている。本発明は
このような従来の問題を解決し、高速動作が可能で発振
波長の安定性に優れた半導体光装置を提供することを目
的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明半導体光装置の第１の態様によれば、半導体
基板上に形成された共通の活性層部を有し、かつ順次光
学的に結合された発光素子、光変調器および半導体光増
幅器の三つの領域を有することを特徴とする。
に、本発明半導体光装置の第１の態様によれば、半導体
基板上に形成された共通の活性層部を有し、かつ順次光
学的に結合された発光素子、光変調器および半導体光増
幅器の三つの領域を有することを特徴とする。
【０００５】本発明の第２の態様によれば、半導体基板
上に形成した半導体多層膜を積層した活性層部を共通と
する発光素子と光変調器と半導体光増幅器とを複合した
半導体光装置であって、前記光変調器において前記発光
素子からの発光出力を電界光吸収変調し、前記半導体光
増幅器で該変調器での発光出力の位相変調と逆の位相変
調を行うことを特徴とする。
上に形成した半導体多層膜を積層した活性層部を共通と
する発光素子と光変調器と半導体光増幅器とを複合した
半導体光装置であって、前記光変調器において前記発光
素子からの発光出力を電界光吸収変調し、前記半導体光
増幅器で該変調器での発光出力の位相変調と逆の位相変
調を行うことを特徴とする。
【０００６】上述した装置のいずれにおいても前記発光
素子は回折格子を有するレーザであり、前記光変調器は
逆方向に加えられた電界により光吸収係数を制御する電
界光吸収型変調器であり、かつ前記半導体光増幅器は順
方向に電流が注入され利得飽和レベルに設定されるとよ
い。また前記共通の活性層が量子井戸構造を有する半導
体多層膜からなってもよい。
素子は回折格子を有するレーザであり、前記光変調器は
逆方向に加えられた電界により光吸収係数を制御する電
界光吸収型変調器であり、かつ前記半導体光増幅器は順
方向に電流が注入され利得飽和レベルに設定されるとよ
い。また前記共通の活性層が量子井戸構造を有する半導
体多層膜からなってもよい。
【０００７】さらに前記光変調器の活性層部および前記
半導体光増幅器の活性層部上に半導体光導波路が設けら
れてもよく、前記発光素子の前記光変調器の反対側の端
部に直接または前記半導体基板上に形成された光導波路
を介して受光素子が設けられてもよく、また前記光変調
器の活性層部のバンドギャップが前記発光素子および前
記半導体光増幅器の活性層部のバンドギャップより大き
くてもよい。
半導体光増幅器の活性層部上に半導体光導波路が設けら
れてもよく、前記発光素子の前記光変調器の反対側の端
部に直接または前記半導体基板上に形成された光導波路
を介して受光素子が設けられてもよく、また前記光変調
器の活性層部のバンドギャップが前記発光素子および前
記半導体光増幅器の活性層部のバンドギャップより大き
くてもよい。
【０００８】本発明の第３の態様によれば、同一の半導
体基板上に形成され光学的に順次結合されている第１，
第２および第３の半導体素子を有する半導体装置であっ
て、それぞれの半導体素子はバンドギャップの小さい半
導体層をｐ型半導体とｎ型半導体で挾んだ接合を有し、
前記バンドギャップの小さい半導体層は光の走行方向に
沿って前記三つの半導体素子に対応する三つの領域の分
かれ、中央の領域のバンドギャップが両端の領域のバン
ドギャップより大きく、かつ前記第１および第３の半導
体装置のいずれかの前記バンドギャップの小さい半導体
層に回折格子が形成されていることを特徴とする。
体基板上に形成され光学的に順次結合されている第１，
第２および第３の半導体素子を有する半導体装置であっ
て、それぞれの半導体素子はバンドギャップの小さい半
導体層をｐ型半導体とｎ型半導体で挾んだ接合を有し、
前記バンドギャップの小さい半導体層は光の走行方向に
沿って前記三つの半導体素子に対応する三つの領域の分
かれ、中央の領域のバンドギャップが両端の領域のバン
ドギャップより大きく、かつ前記第１および第３の半導
体装置のいずれかの前記バンドギャップの小さい半導体
層に回折格子が形成されていることを特徴とする。
【０００９】さらに本発明の第４の態様によれば、半導
体基板上に形成された活性層部を共通とする第１および
第２の半導体素子を複合した半導体光装置であって、前
記第１の半導体素子は入力光を電界光吸収変調する光変
調器であり、前記第２の半導体素子は該変調器での発光
出力の位相変調と逆位相の変調を行う半導体光増幅器で
あることを特徴とする。
体基板上に形成された活性層部を共通とする第１および
第２の半導体素子を複合した半導体光装置であって、前
記第１の半導体素子は入力光を電界光吸収変調する光変
調器であり、前記第２の半導体素子は該変調器での発光
出力の位相変調と逆位相の変調を行う半導体光増幅器で
あることを特徴とする。
【００１０】
【作用】半導体増幅器ではある一定以上の光が入力する
と利得飽和を起こし、キャリアが減少することが知られ
ている。この時、キャリアの減少に伴いプラズマ効果に
より屈折率が増大するため位相が変調され、周波数変動
すなわち波長変動が起こる。この効果は、電界吸収型光
変調器において起こる位相変調とは逆位相であるため、
変調器の位相変調による周波数変動を打ち消し、さらに
レーザの注入電流を増大し光出力を増大させるか、半導
体増幅器の注入電流を増大し利得飽和を増長させること
で逆位相の位相変調を生じさせることもできる。
と利得飽和を起こし、キャリアが減少することが知られ
ている。この時、キャリアの減少に伴いプラズマ効果に
より屈折率が増大するため位相が変調され、周波数変動
すなわち波長変動が起こる。この効果は、電界吸収型光
変調器において起こる位相変調とは逆位相であるため、
変調器の位相変調による周波数変動を打ち消し、さらに
レーザの注入電流を増大し光出力を増大させるか、半導
体増幅器の注入電流を増大し利得飽和を増長させること
で逆位相の位相変調を生じさせることもできる。
【００１１】
【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細
に説明する。
に説明する。
【００１２】図１に本発明の半導体光装置の模式的断面
を示す。同一のｎ型半導体基板５（例えばｎ−ＩｎＰ基
板）上に半導体レーザ（Ｉ）、光変調器（II）および半
導体光増幅器（III ）の三つの領域が形成されている。
各領域は基板５上に形成された例えばＩｎＧａＡｓＰか
らなるバンドギャップの小さい共通の半導体層（活性
層）１，２，３と、この半導体層上のｐ型半導体層４
（例えばｐ−ＩｎＰ）とを有する。すなわち、バンドギ
ャップの小さい共通の半導体層をｎ型とｐ型の半導体層
で挾んだ接合を有する。半導体レーザの半導体層２には
回折格子６が形成され、分布帰還型レーザとしている。
ｐ型半導体層４の上面にはそれぞれの領域に分離された
電極７，８および９が形成され、一方基板５の裏面には
共通電極１０が形成されている。このように、各領域
Ｉ，IIおよびIII は光学的に結合され、電気的には絶縁
されている。このような構造は通常の結晶成長方法、リ
ソグラフィー手法によって作製することができる。
を示す。同一のｎ型半導体基板５（例えばｎ−ＩｎＰ基
板）上に半導体レーザ（Ｉ）、光変調器（II）および半
導体光増幅器（III ）の三つの領域が形成されている。
各領域は基板５上に形成された例えばＩｎＧａＡｓＰか
らなるバンドギャップの小さい共通の半導体層（活性
層）１，２，３と、この半導体層上のｐ型半導体層４
（例えばｐ−ＩｎＰ）とを有する。すなわち、バンドギ
ャップの小さい共通の半導体層をｎ型とｐ型の半導体層
で挾んだ接合を有する。半導体レーザの半導体層２には
回折格子６が形成され、分布帰還型レーザとしている。
ｐ型半導体層４の上面にはそれぞれの領域に分離された
電極７，８および９が形成され、一方基板５の裏面には
共通電極１０が形成されている。このように、各領域
Ｉ，IIおよびIII は光学的に結合され、電気的には絶縁
されている。このような構造は通常の結晶成長方法、リ
ソグラフィー手法によって作製することができる。
【００１３】Ｉの半導体分布帰還型レーザには順方向に
一定電流を注入することで一定の光出力が得られる。II
の電界吸収型光変調器に電界を印加すると半導体層１の
吸収率が変化し、入力光を変調できる。例えば逆方向に
符号化された電圧を加えることにより符号化された光出
力が得られる。ここで無電界時の透明性を増すために領
域（II）の半導体層１のバンドギャップを両端の領域
（Ｉ，III ）の半導体層２，３のバンドギャップより大
きくするとよい。例えば半導体層１を１．５５μｍ組成
のＩｎＧａＡｓＰとし、半導体層２，３を１．４８μｍ
組成のＩｎＧａＡｓＰとする。III の半導体増幅器には
一定電流を注入している。Ｉの半導体分布帰還型レーザ
の電流を増大することで大きな光出力が得られる。III
の半導体増幅器ではある一定以上の光が入力すると利得
飽和を起こし、キャリアが減少しプラズマ効果により屈
折率が増大するため位相変調が起こり、この効果は、電
界吸収型光変調器において起こる位相変調とは逆位相で
あるため、位相変調を打ち消し、さらに逆位相の位相変
調を生じさせることもできる。図２はそれを説明する図
であって、（ａ）は光変調器（II）の出力波形の一例を
示す。（ｂ）は光変調器内での光の周波数変動（∂φII
／∂ｔ）の時間変化の一例を示す。光変調器に印加する
電界の立上りおよび立下り時に屈折率が変動するため位
相変調が起こり、そのために周波数変動を引き起こして
いる。（ｃ）は半導体光増幅器（III ）内での周波数変
動（∂φIII ／∂ｔ）の一例を示す。半導体増幅器では
ある一定以上の光が入力すると利得飽和を起こし、キャ
リアが減少する。この時、図２（ｃ）に示すように、キ
ャリアの減少に伴いプラズマ効果により屈折率が増大す
るため位相が変調され、周波数変動（∂φIII ／∂ｔ）
すなわち波長変動が起こる。図示するように、この効果
は、図２（ｂ）に示した電界吸収型光変調器において起
こる位相変調とは逆位相であるため、変調器の位相変調
による周波数変動（∂φIII ／∂ｔ）を打ち消し、さら
にレーザの注入電流を増大し光出力を増大させるか、ま
たは半導体増幅器の注入電流を減少し飽和パワーを減少
させることで逆位相の位相変調を生じさせることもでき
る。
一定電流を注入することで一定の光出力が得られる。II
の電界吸収型光変調器に電界を印加すると半導体層１の
吸収率が変化し、入力光を変調できる。例えば逆方向に
符号化された電圧を加えることにより符号化された光出
力が得られる。ここで無電界時の透明性を増すために領
域（II）の半導体層１のバンドギャップを両端の領域
（Ｉ，III ）の半導体層２，３のバンドギャップより大
きくするとよい。例えば半導体層１を１．５５μｍ組成
のＩｎＧａＡｓＰとし、半導体層２，３を１．４８μｍ
組成のＩｎＧａＡｓＰとする。III の半導体増幅器には
一定電流を注入している。Ｉの半導体分布帰還型レーザ
の電流を増大することで大きな光出力が得られる。III
の半導体増幅器ではある一定以上の光が入力すると利得
飽和を起こし、キャリアが減少しプラズマ効果により屈
折率が増大するため位相変調が起こり、この効果は、電
界吸収型光変調器において起こる位相変調とは逆位相で
あるため、位相変調を打ち消し、さらに逆位相の位相変
調を生じさせることもできる。図２はそれを説明する図
であって、（ａ）は光変調器（II）の出力波形の一例を
示す。（ｂ）は光変調器内での光の周波数変動（∂φII
／∂ｔ）の時間変化の一例を示す。光変調器に印加する
電界の立上りおよび立下り時に屈折率が変動するため位
相変調が起こり、そのために周波数変動を引き起こして
いる。（ｃ）は半導体光増幅器（III ）内での周波数変
動（∂φIII ／∂ｔ）の一例を示す。半導体増幅器では
ある一定以上の光が入力すると利得飽和を起こし、キャ
リアが減少する。この時、図２（ｃ）に示すように、キ
ャリアの減少に伴いプラズマ効果により屈折率が増大す
るため位相が変調され、周波数変動（∂φIII ／∂ｔ）
すなわち波長変動が起こる。図示するように、この効果
は、図２（ｂ）に示した電界吸収型光変調器において起
こる位相変調とは逆位相であるため、変調器の位相変調
による周波数変動（∂φIII ／∂ｔ）を打ち消し、さら
にレーザの注入電流を増大し光出力を増大させるか、ま
たは半導体増幅器の注入電流を減少し飽和パワーを減少
させることで逆位相の位相変調を生じさせることもでき
る。
【００１４】図３に示すように、光変調器および半導体
光増幅器の半導体層２，３上に半導体光導波路層１１を
形成してもよい。これによって光の伝達損失を小さくす
ることができる。
光増幅器の半導体層２，３上に半導体光導波路層１１を
形成してもよい。これによって光の伝達損失を小さくす
ることができる。
【００１５】さらに、図１または図３に示した光装置に
おいて、半導体層１，２，３を量子井戸または多重量子
井戸構造としても同様の動作が可能であり、さらに導波
路の低損失化および光変調器の電気光吸収効果の増大が
可能となる。量子井戸または多重量子井戸構造を採用す
る場合、光変調器部の井戸のバンドギャップを両側のバ
ンドギャップより大きくするとよい。
おいて、半導体層１，２，３を量子井戸または多重量子
井戸構造としても同様の動作が可能であり、さらに導波
路の低損失化および光変調器の電気光吸収効果の増大が
可能となる。量子井戸または多重量子井戸構造を採用す
る場合、光変調器部の井戸のバンドギャップを両側のバ
ンドギャップより大きくするとよい。
【００１６】また、分布帰還型レーザの光変調器と反対
側の端部に直接に、または同一基板上に形成された光導
波路層を介して受光素子を接続することもできる。こう
することによってレーザの出力をモニタし、所定の発振
条件で装置を動作させることができる。
側の端部に直接に、または同一基板上に形成された光導
波路層を介して受光素子を接続することもできる。こう
することによってレーザの出力をモニタし、所定の発振
条件で装置を動作させることができる。
【００１７】
【発明の効果】以上説明したように、本発明では半導体
光増幅器ではある一定以上の光が入力すると利得飽和を
起こし、キャリアが減少しプラズマ効果により屈折率が
増大するため位相変調を起こることを利用する。この効
果は、電界吸収型光変調器において起こる位相変調とは
逆位相であるため、位相変調を打ち消し、さらに逆位相
の位相変調を生じさせることもできる。このため、本発
明によれば高速動作が可能で発振波長の安定性に優れた
半導体光源が実現できる。
光増幅器ではある一定以上の光が入力すると利得飽和を
起こし、キャリアが減少しプラズマ効果により屈折率が
増大するため位相変調を起こることを利用する。この効
果は、電界吸収型光変調器において起こる位相変調とは
逆位相であるため、位相変調を打ち消し、さらに逆位相
の位相変調を生じさせることもできる。このため、本発
明によれば高速動作が可能で発振波長の安定性に優れた
半導体光源が実現できる。
【図１】本発明の一実施例を示す模式的断面図である。
【図２】位相変調を説明する図である。
【図３】本発明の他の実施例を示す模式的断面図であ
る。
る。
【図４】従来の変調器付き半導体レーザを示す模式的断
面図である。
面図である。
１ 光変調器を構成する半導体層 ２ 半導体レーザを構成する半導体層 ３ 半導体光増幅器を構成する半導体層 ４ ｐ型半導体層 ５ ｎ型半導体層 ６ 回折格子 ７ 変調器電極 ８ レーザ電極 ９ 増幅器電極 １０ 共通グランド電極 １１ 光導波路層
Claims (9)
- 【請求項１】 半導体基板上に形成された共通の活性層
部を有し、かつ順次光学的に結合された発光素子、光変
調器および半導体光増幅器の三つの領域を有することを
特徴とする半導体光装置。 - 【請求項２】 半導体基板上に形成した半導体多層膜を
積層した活性層部を共通とする発光素子と光変調器と半
導体光増幅器とを複合した半導体光装置であって、前記
光変調器において前記発光素子からの発光出力を電界光
吸収変調し、前記半導体光増幅器で該変調器での発光出
力の位相変調と逆の位相変調を行うことを特徴とする半
導体光装置。 - 【請求項３】 前記発光素子は回折格子を有するレーザ
であり、前記光変調器は逆方向に加えられた電界により
光吸収係数を制御する電界光吸収型変調器であり、かつ
前記半導体光増幅器は順方向に電流が注入され利得飽和
レベルに設定されていることを特徴とする請求項１また
は２に記載の半導体光装置。 - 【請求項４】 前記共通の活性層が量子井戸構造を有す
る半導体多層膜からなることを特徴とする請求項１，２
または３に記載の半導体光装置。 - 【請求項５】 前記光変調器の活性層部および前記半導
体光増幅器の活性層部上に半導体光導波路が設けられて
いることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載
の半導体光装置。 - 【請求項６】 前記発光素子の前記光変調器の反対側の
端部に直接または前記半導体基板上に形成された光導波
路を介して受光素子が設けられていることを特徴とする
請求項１から５のいずれかの項に記載の半導体光装置。 - 【請求項７】 前記光変調器の活性層部のバンドギャッ
プが前記発光素子および前記半導体光増幅器の活性層部
のバンドギャップより大きいことを特徴とする請求項１
から６のいずれかに記載の半導体光装置。 - 【請求項８】 同一の半導体基板上に形成され光学的に
順次結合されている第１，第２および第３の半導体素子
を有する半導体装置であって、それぞれの半導体素子は
バンドギャップの小さい半導体層をｐ型半導体とｎ型半
導体で挾んだ接合を有し、前記バンドギャップの小さい
半導体層は光の走行方向に沿って前記三つの半導体素子
に対応する三つの領域に分かれ、中央の領域のバンドギ
ャップが両端の領域のバンドギャップより大きく、かつ
前記第１および第３の半導体装置のいずれか一方の前記
バンドギャップの小さい半導体層に回折格子が形成され
ていることを特徴とする半導体光装置。 - 【請求項９】 半導体基板上に形成された活性層部を共
通とする第１および第２の半導体素子を複合した半導体
光装置であって、前記第１の半導体素子は入力光を電界
光吸収変調する光変調器であり、前記第２の半導体素子
は該変調器での発光出力の位相変調と逆位相の変調を行
う半導体光増幅器であることを特徴とする半導体光装
置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2121994A JPH07231132A (ja) | 1994-02-18 | 1994-02-18 | 半導体光装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2121994A JPH07231132A (ja) | 1994-02-18 | 1994-02-18 | 半導体光装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07231132A true JPH07231132A (ja) | 1995-08-29 |
Family
ID=12048909
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2121994A Pending JPH07231132A (ja) | 1994-02-18 | 1994-02-18 | 半導体光装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07231132A (ja) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000124541A (ja) * | 1998-10-21 | 2000-04-28 | Hitachi Ltd | 半導体レーザおよび半導体レーザモジュール |
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- 1994-02-18 JP JP2121994A patent/JPH07231132A/ja active Pending
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