JPH02271582A - 光半導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［概要］ 高速光通信等における光源であるレーザ光のパワーをモ
ニタする光半導体装置に関し、回路の高周波特性を損な
わずにレーザから光変調器に入射するレーザ光をモニタ
できる光半導体装置を提供することを目的とし、 所定波長の入射レーザ光を受光するように配置され、変
調信号源からの変調信号に応じて前記レーザ光を吸収す
る可変吸収層を含む光変調、器と、変調信号源に対して
前記光変調器と並列に接続された終端インピーダンスと
、終端インピーダンスを流れる電流によって変化する所
定の前記終端インピーダンスの物理量を検出するための
手段とを有し、前記物理量の検出によって前記光変調器
で吸収したレーザ光パワーをモニタするように構成する
。

［産業上の利用分野］ 本発明は光通信技術に関し、特に高速光通信等における
光源であるレーザ光のパワーをモニタする光半導体装置
に関する。

光通信システムは高速化されており、１００ｂｉｔ／ｓ
ｅｃに至る超高速システムも検討されるに至っている。

レーザの駆動を流をオン・オフする直接変調システムで
は、レーザ発振光の波長が変動するチャーピング現象が
無視できない程度に生じる。レーザは一定のパワーで発
振させ、一定出力のレーザ光を変調器を用いて変調する
外部変調システムでは、チャーピングが格段に小さくな
る。

［従来の技術］ 従来、光通信に使われる半導体レーザの光出力は、レー
ザを麦端面からの光出力をホトデテクタを用いて検出す
ることでモニタしていた。レーザの光出力が一定となる
ように駆動回路に流す電流を制御し、主として長期使用
による出力の低下を補償していた。

高速の光通信を行うためには、レーザには一定の電流を
流してレーザを出射させ、これを別体の光変調器を用い
て変調を行う外部変調システムが検討されている。変調
信号源からの高速信号を伝送線路を介して光変調器に印
加し、入射レーザ光をオン・オフして変調信号を形成す
る。高速の伝送線路と整合をとるために、光変調器の近
傍に終端インピーダンスを並列に接続し、たとえば５０
Ωの特性インピーダンスと整合を取っている。

第２図（Ａ）、（Ｂ）に、このような従来技術による光
変調回路を示す、第２図（Ａ）は等価回路を示す、変調
信号源５１からの信号は、内部抵抗Ｒｓを介して特性イ
ンピーダンスＺＣの線路を経て、逆バイアスダイオード
である電界吸収型の光変調器５３に印加される。レーザ
５０からのレーザ光が光変調器５３に入射し、変調され
る。光変調器５３には並列に終端インピーダンス５５が
接続されている。たとえば線路の特性インピーダンスが
５０Ωである場合、光変調器５３と終端インピーダンス
５５とが５０Ωの特性インピーダンスと整合するように
しである。なお、高周波回路であるため、配線は全てＬ
成分が伴う、配線長を長くするとインピーダンス整合が
とれなくなる。

第２図（Ｂ）は、このような光変調回路の構造例を示す
、金属製のステム５９の上にｐｉｎダイオードの構造を
有する光変調器５３と、チップ抵抗で実現された終端イ
ンピーダンス５５が接着され、変調信号源からのワイヤ
５７が光変調器５３と終端インピーダンス５５を並列に
接続している。

光変調器５３はｐ領域６１とｎ領域６３との間に高抵抗
率であるｌ型の光吸収層６５を有する。

光吸収層６５はバイアスが印加されていない状態では、
レーザ５０からの入射レーザ光６７を透過するバンドギ
ャップを有するが、変調信号源からの逆バイアスがワイ
ヤ５７を介ｔて印加されると、バイアス電界の大きさに
依存してバンドギャップが狭くなり、入射レーザ光６７
を吸収するようになる０通常、入射レーザ光６７をほぼ
完全に吸収するように逆バイアス電界を印加する。この
ようにして、入射光をオン・オフ変調した変調出力光６
９を発生する。

なお、高周波回路であるので、Ｌ成分を抑えるようにボ
ンディングワイヤ５７はできるだけ短く設定されている
。

［発明が解決しようとする課趙］ ところで、レーザ後端面から発する光をモニタする場合
、レーザ前端面からの主レーザ光とレーザ後端面からの
レーザ光とは比例することを前提としている ところが後端面から発する光が、前端面から発する光と
同じようには変化しない場合がある。

特に、分布帰還型（ＤＦＪ））レーザの場合には、前向
きの光と後向きの光が同一とは見なし難く、後端面から
発する光と前端面から発する主レーザ光とは同様には変
化しない。

すなわち、後端面から発する光をモニタしても、実際に
使っている主レーザ光をモニタしていることにはならな
い場合がある。

このため、前端面から実際に発する主レーザ光をモニタ
するのが好ましい。

しかし、高周波回路中でモニタしようとして、Ｌ成分や
Ｃ成分をカップリングさせるとマツチングが崩れ、高周
波特性が変化してしまう、このため、高周波回路の特性
を乱さずに主レーザ光をモニタすることは難しかった。

本発明の目的は、回路の高周波特性を損なわずにレーザ
から光変調器に入射するレーザ光をモニタできる光半導
体装置を提供することである。

［課題を解決するための手段］ 第１図（Ａ）〜（Ｃ）に本発明の原理説明図を示す、第
１図（Ａ）は概念図である。第１図（Ａ）において、変
調信号源１からの変調信号は、内部抵抗Ｒ３を介して伝
送線路２に印加され、光変調器３に供給される。光変調
器３はレーザ５０からのレーザ光を変調する。終端イン
ピーダンス５が光変調器３と並列に接続され、特性イン
ピーダンスとのマツチングをとっている。デテクタ９が
終端インピーダンス５と結合し、終端インピーダンス５
を流れる電流によって変化する所定の物理量を検出する
。

第１図（Ｂ）は、終端インピーダンス５と検出手段９と
の１結合形態を示すブロック図である。

終端インピーダンス５は抵抗５ａを含み、検出手段９は
温度検出器９ａを含む、すなわち、終端インピーダンス
５に流れる電流によって、抵抗５ａが発熱すると、その
発熱を温度検出器９ａが検出する。

第１図（Ｃ）は、終端インピーダンス５と検出手段９と
の他の結合形態例を示す、終端インピーダンス５は発光
ダイオード５ｂを含み、検出手段９は光検出器９ｂを含
む、すなわち、終端インピーダンス５を流れる電流によ
って、発光ダイオード５ｂが発光する。その発光をホト
ダイオード９ｂが受光し、検出信号を発生する。検出手
段からの検出信号は、たとえば、レーザ５０の電源を制
御する制御回路１０に供給される。

［作用］ 光変調器３の終端インピーダンス５と検出手段９とを結
合させ、終端インピーダンス５を流れる電流によって変
化する物理量を検出手段９で検出することによって、変
調回路に電気的影響を与えることなく、光変調器３が吸
収したレーザ光パワーをモニタできる。

終端インピーダンス５が抵抗５ａを含み、抵抗５ａが発
熱する熱を検出するように検出手段９に温度検出器９ａ
を備えると、簡単な構成で平均化したレーザ光パワーを
モニタできる。

終端インピーダンス５に発光ダイオード５ｂを備え、発
光ダイオード５ｂが発する光を受けるように検出手段９
が光検出器り９ｂを有すると、電気的なカップリングを
することなく終端インピーダンス５に流れる電流を容易
にモニタすることができる。この場合・、終端インピー
ダンス５と検出手段９とは距離的に離すこともできる。

［実施例］ 第３図（Ａ）、（Ｂ）に本発明の実施例を示す。

第３図（Ａ）は回路図を示す、変調信号源１１は内部抵
抗Ｒ３を介して変調信号を電界吸収型光変調器１３に印
加する。を界吸収型光変調器１３には並列に終端インピ
ーダンスとして働く抵抗１５が接続されている。すなわ
ち、光変調器１３と抵抗１５とが線路の特性インピーダ
ンスとインピーダンス整合をとっている。

抵抗１５の近傍には温度検出器１９が設けられ、温度検
出器１９からの電気的信号が増幅器２０に印加されてい
る。すなわち、抵抗１５を流れる電流によって発熱が生
じると、その温度上昇を温度検出器１９が検出し、増幅
器２０で増幅して検出信号を形成する。この検出信号が
制御回路１０に供給されて、レーザ電源４０を制御する
。

第３図（Ｂ）は第３図（Ａ）の回路を実現する１構造例
を示す、金属製のステム１７には切り欠き１８が設けら
れ、切り欠きの両側の部分を熱的にある程度分離してい
る。ステム１７の上には、一方には電界吸収型光変調器
１３がマウントされ、切り欠き１８を挾んだ他方には、
チップ抵抗の形態をした抵抗１５と熱電対１９ａがマウ
ントされている。

変調信号源１１から電界吸収型光変調器１３への信号を
印加するために、ワイヤ１２が電界吸収型光変調器１３
の上面にボンディングされ、さらに電界吸収型光変調器
の上面から抵抗１５にワイヤ１４がボンディングされ、
抵抗１５を光変調器１３に並列に接続している。

電界吸収型光変調器１３と抵抗１５との間には切り欠き
１８が設けられ、熱的な分離を行っている。レーザ光は
後方から入射し、前方へ出射する。

ワイヤ１４の長さをあまり長くしないために、切り欠き
１８は、たとえば深さｉｎ、＠０，２〜０．３１１１１
程度にする。

抵抗１５はたとえば０，３１１Ｘ０．３１１１１程度の
大きさを有するチップ抵抗で構成する。また、熱電対１
９ａは、たとえば０．４部ｍｘ０．４ｕｘ０゜２ＩＩ１
１程度の大きさを有する。

電界吸収型光変調器１３はたとえば長さ２００〜３００
μｍ程度である。電界吸収型光変調器１３はｐ型領域２
１とｎ型領域２３との間に、電界を印加したときに入射
レーザ光を吸収する可変光吸収領域２５を有する。可変
光吸収領域２５は高抵抗率（ｌ型）領域である。たとえ
ば、入射レーザ光が１．５５μｍのレーザ光である時、
可変光吸収領域２５は、たとえばギャップ波長１．４５
μｍ程度のインジウム・ガリウム・砒素・燐（ＩｎＧａ
ＡｓＰ　）混晶で構成できる。

たとえば電界吸収型光変調器１３の後方より入射レーザ
光が入力し、可変光吸収領域２５がその光を吸収してほ
ぼ零にすると、入射レーザ光の強度に比例した光電流が
発生し、その１部がワイヤ１４を介して抵抗１５に流れ
る。抵抗１５は流れる電流によってジュール熱を発生す
る０発生したジュール熱によって、抵抗１５およびステ
ム１７の接触する部分が温度を上昇させる。この温度上
昇を熱電対１９ａが検知する。熱電対からの信号を処理
することによって、温度すなわち、光変調器１３が発生
した光電流量、従って入射するレーザ光の強度を知るこ
とができる。

第４図に第３図（Ａ）、（Ｂ）の実施例を一部変更した
他の実施例を示す、第４図において、切り欠き１８を有
するステム１７の上にチップ抵抗１５と熱電対１９ａが
マウントされていることは第３図（Ｂ）と同様である。

第３図（Ｂ）の実施例では、光源であるレーザは外部に
設けられていたが、本実施例においては光源である分布
帰還型（ＤＦＢ）レーザ２７が電界吸収型光変調器１３
と一体に集積化されている。

ＤＦＢレーザは光導波路に沿って回折格子を設け、単一
波長の光のみを選択的に反射させ、所定方向に出射させ
る。基本構造としてはＤＦＢレーザ２７も電界吸収型変
調器もｐｉｎホトダイオード構造を有する。たとえば、
ＩｎＰ基板上に活性層として組成の興なるＩｎＧａＡｓ
Ｐが形成され、ＤＦＢレーザ２７の領域ではレーザ発振
領域、電界吸収型光変調器１３の領域では可変光吸収領
域を構成する。なお、ＤＦＢレーザ２７の部分には基板
上に回折格子が形成され、単色光が効率よく反射される
ように構成されている。

ＤＦＢレーザ２７が一定のレーザ出力を電界吸収型光変
調器１３に与える。電界吸収型光変調器１３は変調信号
源（図示せず）からの駆動信号によって入力レーザ光を
オン・オフ制御する。

電界吸収型光変調器１３が入力レーザ光を吸収したとき
は、光電流が生じ、その電流の１部は抵抗１５に流れる
。

電流によって抵抗１５はジュール熱を発生し、その温度
を上昇させる。熱電対１９ａがその温度を検出し、電界
吸収型光変調器１３に生じた電流をモニタする。

第５図（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）に本発明の他の実施例を
示す、第５図（Ａ）は回路図を示す。

第５図（Ａ＞において、変調信号源１１からの信号は内
部抵抗Ｒ３を介して、電界吸収型光変調器１３に印加さ
れる。電界吸収型光変調器１３には抵抗２２と発光ダイ
オード２４との直列接続で構成される終端インピーダン
ス２６がインピーダンス整合のため接続されている。

発光ダイオード２４の発光と結合するように、受光ダイ
オード２９が配置され、受光ダイオード２９の信号を増
幅器２０が増幅する。受光ダイオード２９は光起電力を
発生するホトセル型でも、バイアス源ｖｂから負荷抵抗
２８を介して逆バイアス電圧を受け、入射する光によっ
てその抵抗を変化させるホトダイオード型でもよい。

変調信号源１１からの信号によって電界吸収型光変調器
１３が入射光を吸収すると、光電流を発生し、その光電
流は抵抗２２を介して発光ダイオード２４を流れる。

この駆動電流によって発光ダイオード２４が発光し、受
光ダイオード２９に入射する。

受光ダイオード２９が検出した信号によって発光ダイオ
ード２４を流れる電流、すなわち、電界吸収型光変調器
１３で発生した電流をモニタすることができ、入射レー
ザ光の強度をモニタできる。

発光ダイオード２４としては、主光信号であるレーザ光
の波長と異なる波長の光を発生するものを退部ことがで
きる。

たとえば、１．５μｍ帯の光通信システムにおいて発光
ダイオード２４としてはＧａＡｓ発光ダイオード、受光
ダイオード２９としてはＳｉのホトダイオードを使用す
ればよい０発光ダイオードからの光は波長が興なるので
光雑音とならないように容易に処理できる。

第５図（Ｂ）に第５図（Ａ）の回路を実現する１形態を
示す、金属製のステム１７°の上に電界吸収型光変調器
１３と発光ダイオード２４と抵抗２３を内臓した終端イ
ンピーダンス２６および受光ダイオード２９がマウント
されている。

終端インピーダンス２６内の発光ダイオードは受光ダイ
オード２９と隣接して配置され、光学的に結合されてい
る。入射光が電界吸収型光変調器１３に入射し、吸収さ
れる時、発生する光電流は終端インピーダンス２６を流
れる。終端インピーダンス２６内の発光ダイオードがそ
の電流によって発光し、その光を近接して配置された受
光ダイオード２９が受ける。

第５図（Ｃ）には、第５図（Ａ）の回路を実現する別の
形態を示す。

ステム１７°上に電界吸収型光変調器１３と発光ダイオ
ードを内臓する終端インピーダンス２６がマウントされ
ている点は第５図（Ｂ）と同様である。

光ファイバ３０が終端インピーダンス２６の発光ダイオ
ード光出力面近傍Ｇ；配置され、発光ダイオードからの
出力光をファイバ内へ結合する。

光ファイバ３０の他端に受光ダイオード２９が配置され
、発光ダイオードからの光を検出する。

このような受光ダイオード２９は所望距離発光ダイオー
ドから離すことができる。

以上、実施例に沿って説明したが、本発明はこれらに制
限されるものではない、たとえば種々の変形、変更、改
良、組合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。

［発明の効果］ 以上述べたように、本発明によれば、電界吸収型光変調
器が発生する光電流が、終端インピーダンスを流れ、終
端インピーダンスを流れる電流によって変化する所定の
物理量を検出手段が検出することによって、高周波回路
の高周波特性に影響を与えることなく、電界吸収型光変
調器が吸収した光量、すなわち入射レーザ光パワーをモ
ニタすることができる。

終端インピーダンスを流れる電流によって変化する物理
量として、温度をとった場合、温度検出器によって温度
を検出することにより、簡単な構成で平均化したレーザ
光パワーをモニタすることができる。

終端インピーダンスを流れる電流によって変化する物理
量として終端インピーダンス内に発光ダイオードを内臓
させ、発光ダイオードから発する光をとった場合、発光
ダイオードから発する光を検出することによって電界吸
収型光変調器が吸収したレーザ光パワーをモニタするこ
とができる。

この場合は、検出手段は終端インピーダンスから所望距
離能して配置することもできる。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は本発明の原理説明図で
あり、第１図（Ａ）は概念図、第１図（Ｂ）は１結合形
態を示す概略ブロック図、第１図（Ｃ）は曲の結合形態
を示す概略ブロック図、第２図（Ａ）、（Ｂ）は従来技
術を示し、第２図（Ａ）は回路図、第２図（Ｂ）は構造
例の斜視図、 第３図（Ａ）、（Ｂ）は本発明の実施例を示し、第３図
（Ａ＞は回路図、第３図（Ｂ）は構造例を示す斜視図、 第４図は本発明の他の実施例を示す構造例の斜視図、 第５図（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は本発明の他の実施例を
示し、第５図（Ａ）は回路図、第５図（Ｂ）は１結合形
態を示す構成例の斜視図、第５図（Ｃ）は他の結合形態
を示す構成例の斜視図である。 図において、 ａ ｂ ａ ｂ 変調信号源 光変調器 終端インピーダンス 抵抗 発光ダイオード 検出手段 温度検出器 光検出器 制御回路 変調信号源 ワイヤ １７、１７ ９ａ ｂ 光変調器 ワイヤ 抵抗 ステム 切り欠き 温度検出器 熱電対 増幅器 ｐ型頭域 抵抗 ｎ型領域 ＥＤ 可変光吸収領域 終端インピーダンス ＤＦＢレーザ 負荷抵抗 受光ダイオード 光ファイバ バイアス源 レーザ 変調信号源 光変調器 終端抵抗 ワイヤ ステム ｐ型頭域 ｎ型領域 可変光吸収領域 入力光 出力光 （Ａ）概念図 （Ｂ）結合形態その１ （Ｃ）結合形態その２ 第１図 （Ａ）回路図 （Ｂ）構造例 第３図 （Ａ）回路図 （Ｂ）斜視図 第２図 （Ａ）回路図 第５　図（その１）

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）、所定波長の入射レーザ光を受光するように配置
   され、変調信号源からの変調信号に応じて前記レーザ光
   を吸収する可変吸収層を含む電界吸収型光変調器（３）
   と、 変調信号源に対して前記光変調器（３）と並列に接続さ
   れた終端インピーダンス（５）と、終端インピーダンス
   （５）を流れる電流によって変化する所定の前記終端イ
   ンピーダンスの物理量を検出するための手段（９）と を有し、前記物理量の検出によって前記光変調器で吸収
   したレーザ光パワーをモニタする光半導体装置。
2. （２）、さらに、前記光変調器と集積化された半導体レ
   ーザ素子（２７）と、前記検出手段の出力信号によって
   半導体レーザ素子用の電源を制御する制御回路を有する
   請求項１記載の光半導体装置。
3. （３）、前記検出手段（９）が前記終端インピーダンス
   （５）近傍に配置された温度検出器（９ａ）を含む請求
   項１ないし２記載の光半導体装置。
4. （４）、前記終端インピーダンス（５）が発光ダイオー
   ド（５ｂ）を含み、前記検出手段（９）が前記発光ダイ
   オード（５ｂ）からの信号を検出する光検出器（９ｂ）
   を含む請求項１ないし２記載の光半導体装置。