JPH06302901A

JPH06302901A - 光パルス発生制御素子

Info

Publication number: JPH06302901A
Application number: JP8496593A
Authority: JP
Inventors: Koichi Wakita; 紘一脇田; Norifumi Sato; 佐藤　　憲史; Isamu Odaka; 勇小高
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: NTT Inc
Priority date: 1993-04-12
Filing date: 1993-04-12
Publication date: 1994-10-28

Abstract

(57)【要約】【目的】より高い繰り返し周波数で動作し制御の容易
な（繰り返し周波数の可変な）、かつ、簡便にして時間
幅のみならず、スペクトル幅もより狭い、より高出力の
光パルス列を発生させてこれをコーディングしたり、デ
コーディングする素子を提供すること。【構成】光パルス発生制御素子は半導体基板上に、レ
ーザ光源１２と、光変調部１３と、光制御部１４とを光
導波路を介して一体的に配置したものである。この素子
はレーザ光源からの出射光を光変調部で強度変調して光
パルス列を発生させたのち、この光パルス列を光制御部
により所定の光パルスのみを吸収あるいは透過してコー
ディングする機能を有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光通信および光計測に
おける光源として高速でかつ可変できる繰り返し周波数
を有し、短光パルスを発生、制御する素子に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】半導体レーザは小形、直接変調可能とい
う特徴を持ち、超短光パルス発生に用いられてきた。そ
の方法は大別すると（１）Ｑスイッチング法、（２）利
得スイッチング法、（３）モード同期法の３種類であ
る。このうち、Ｑスイッチング法は素子製作が容易でな
い。動作制御が容易でないなどの問題点があり、利得ス
イッチング法は方式が簡便で繰り返し周波数が可変とい
う特徴はあるものの、狭くて高い繰り返し周波数の電流
パルスを必要とし、また、半導体レーザ自体は高速に動
作する必要があり、発生する光パルスも半導体レーザ固
有のチャープ特性のため、パルスの幅とそのスペクトル
幅の積がフーリエ変換によって規定される値より数倍大
きくなってしまうという欠点があった（通常、チャープ
量は線幅拡大係数αで表され、この積はαを用いて（１
＋α² ）^1/2 倍だけ大きくなる）。一方、モード同期法
は理論限界に近いパルス幅は得られているが、複雑な外
部共振器構成が必要であり、また、繰り返し周波数はこ
の外部共振器構成によって規定され、その共振周波数の
整数倍しか得ることができない。最近、上述した３つの
方法とは別に電界吸収型の外部変調器を用いた高速短光
パルス発生の方法（４）が報告されている（文献：Ｍ．
Ｓｕｚｕｋｉ等、ＣＬＥＯ’９２ＰｏｓｔＤｅａｄ
ｌｉｎｅＰａｐｅｒ，ＣＰＤ２６，５６−５７ペー
ジ，１９９２年参照）。

【０００３】図１０はその原理を示すもので、電界吸収
型のバルク形の変調器は外部より電界を印加されると図
のように吸収係数が変化しこれを透過する光の強度を変
調でき、その変化は印加電圧に対して非線形であるの
で、外部から連続光を照射し（例えば半導体レーザを直
流で動かし）、変調器に正弦波信号を乗せれば信号の半
波長より狭い光のパルスが発生できる。この方法は比較
的入手しやすい正弦波電圧を用いて繰り返し周波数を自
由に設定でき、しかもフーリエ変換制限に近い狭線幅か
つ狭スペクトル幅の光パルスが得られる利点がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、図１０のよう
に光パルスを発生させると、得られる光パルスの幅は上
記外部変調器を透過する光強度の電圧依存性および外部
変調器の帯域で制限され、帯域は高々２０ＧＨｚ程度で
あり（上記文献では８−１０ＧＨｚ）、駆動電圧も低く
なく、また、変調器と光ファイバとの結合損の大きいこ
とに起因して光の強度も弱いという問題がある。

【０００５】また、上記に述べた各種の狭線幅かつ狭ス
ペクトル幅の光パルス発生法により発生した光パルス列
を通信等に使う場合にはパルス列を望ましい形にコーデ
ィングしたり、デコーディングする必要が生じるが、こ
のための装置を別に用意する必要があり、必然的に構成
が複雑になり、かつ、結合損失も増加してしまうという
問題があった。

【０００６】本発明は以上のような従来の方法に存在す
る問題、特に上記（４）の方法の問題を解決し、かつ、
最後に述べたパルス列をコーディングしたり、デコーデ
ィングすることを課題とする。

【０００７】すなわち、本発明の課題は、より高い繰り
返し周波数で動作し制御の容易な（繰り返し周波数の可
変な）、かつ、簡便にして時間幅のみならず、スペクト
ル幅もより狭い、より高出力の光パルス列を発生させて
これをコーディングしたり、デコーディングする素子を
提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の第１の局面に従
う光パルス発生制御素子は、半導体基板上に、レーザ光
源と、光変調部と、光制御部とを光導波路を介して一体
的に配置した光パルス発生制御素子であって、レーザ光
源からの出射光を光変調部で強度変調して光パルス列を
発生させたのち、前記光パルス列を光制御部により所定
の光パルスのみを吸収あるいは透過してコーディングす
る機能を有することを特徴とする。

【０００９】ここに、上述した光変調部、光制御部およ
び光導波路は半導体多重量子井戸構造で形成されていて
もよい。

【００１０】また、上述したレーザ光源の光導波路中に
回折格子を有していてもよい。

【００１１】

【作用】図１を参照して、本発明の光パルス発生制御素
子の基本構造と動作を説明する。図１（Ａ）は本発明の
光パルス発生素子の機能面から捉えた構成の要部を簡略
に示す模式的上面図である。本発明においては、図示し
ない基板上にレーザ光源（レーザ部）１２と、光変調部
１３と、光制御部１４とが図示しない光導波路を介して
一体的に配置されており、レーザ光源１２と光変調部１
３により光パルス発生部を構成し、図１（Ｂ）に示すよ
うな光パルス列が発生する。このパルス列は光制御部で
制御されて図１（Ｃ）に示すようなコーディングされた
パルス列を発生する。

【００１２】半導体レーザそのものをＱスイッチングや
利得スイッチング法によって狭い光パルスの発生に利用
しても、そのチャープ特性に起因してその線幅はスペク
トル線幅との積は大きい（通常、チャープ量は線幅拡大
係数αで表され、半導体レーザではαは２−６であり、
この積はαを用いて（１＋α² ）^1/2 倍だけ大きくな
る）が、線幅拡大係数αの小さい（０．２−１．０）外
部変調器を用いるので理論限界に近い狭い線幅でかつス
ペクトル幅の狭い光パルスが得られる。多重量子井戸構
造の半導体変調器は励起子吸収を利用しているため、バ
ルク半導体結晶の禁止帯吸収（フランス・ケルディッシ
ュ効果）を利用したものと比較して、低駆動電圧化が可
能である。すなわち、ＭＱＷ層に垂直に１０⁵ Ｖ／ｃｍ
程度の高電界を印加しても励起子は解離しにくく、励起
子の光吸収に伴う急峻な吸収ピーク波長が観測され、こ
の吸収ピーク波長は、電界強度の２乗に比例して長波長
側にシフトする（Ｑｕａｎｔｕｍ−Ｃｏｎｆｉｎｅｄ
ＳｔａｒｋＥｆｆｅｃｔ）．このため、ＭＱＷ構造
は、電界印加による吸収係数変化が大きく高効率な変調
器が期待される。実際、ＭＱＷ構造を用いたものでは、
３ｄＢ帯域４０ＧＨｚという最高性能の変調器が報告さ
れており（文献：小高他、電子情報通信学会論文誌Ｃ−
１，Ｊ７４−Ｃ−１巻，Ｎｏ．１１，４１４−４２０ペ
ージ，１９９１年，１１月）、その広帯域性は実証済み
である。帯域を広げれば、変調周波数をその分高くで
き、光パルスの幅を狭くできる。また、変調器は大振幅
動作で駆動する必要があるが、多重量子井戸構造変調器
では駆動電圧も小さくて済み、高周波数の信号源に負担
が軽くなる。さらに後に図４に示すように多重量子井戸
構造では変調電圧に対して消光比は非線形に変化し、そ
の変化の程度は上記のバルク形の変調器に比べ大きく、
その結果、正弦波電圧の印加によりＣＷ光の照射下でも
狭い光パルスの発生が可能となる。

【００１３】また、半導体レーザとのモノリシック集積
化も可能であり、上記（４）の方法の問題であった光源
と変調器とを光ファイバを介して結合したことで増加す
る損失を減らすことができる。また、上記の方法で発生
された光パルス列は、印加電圧で吸収特性の変えられる
進行波形の半導体光制御部をモノリシックに集積してあ
るため、望ましい信号を乗せた光パルスをそのための別
の装置を用意しなくとも出せる。

【００１４】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の一つの実施例
に従う光発光制御素子の構造を詳細に説明する。

【００１５】図２は本発明の実施例に従うＭＱＷ−ＤＦ
ＢレーザとＭＱＷ光変調部、進行波形のＭＱＷ光制御部
の集積化光源の概略斜視図を示すものである。図３は、
図２の素子構造の結合部のＩＩ−ＩＩ先に沿う拡大断面
図である。図２および図３において、１０は光パルス発
生制御素子（ＭＱＷ−ＤＦＢレーザ素子）、１１は光導
波路、１２は分布帰還型半導体レーザ部、１３は光変調
部、１４は光制御部、１５は第１の半導体部分、１６は
第２の半導体部分、１７は光結合領域、１８は界面、２
０は基板、２２はエッチングストップ層、２４は第１の
下クラッド層、２６は活性層（第１の多重量子井戸構
造）、２６Ａはウェル層、２６Ｂはバリア層、２８はガ
イド層、２９は回折格子（グレーティング）、３０は第
１の上クラッド層、３１は保護層、３２は第２の下クラ
ッド層、３４は第２の多重量子井戸構造、３４Ａはウェ
ル層、３４Ｂ層はバリア層、３６は第２の上クラッド
層、３８は第３のクラッド層、３８Ａは肉薄部、３８
Ｂ，３８Ｃはクラッド層の部分、４０は分離部、４２は
キャップ層、４４，４６，４７は埋込み部、３８はレー
ザ部の電極、４９は光変調部の電極、５０は光制御部の
電極、６２はｎ型電極、６４は無反射コーティングであ
る。

【００１６】本発明の光パルス発生素子、すなわち、Ｍ
ＱＷ−ＤＦＢレーザ素子１０は光導波路１１を基板２０
上に設けたものである。この光導波路１１は分布帰還型
半導体レーザ部（レーザ光源）１２とこれに結合された
光変調部１３，光制御部１４とから構成されている。換
言すれば、レーザ光源１２と、光変調部１３と、光制御
部１４とを光導波路１１を介して一体的に配置したもの
である。分布帰還型半導体レーザ部１２は、第１の半導
体部分１５を含み、光変調部１３および光制御部１４は
第２の半導体部分１６を含む。基板２０上にはエッチン
グストップ層２２を介して上述した第１および第２の半
導体部分１５，１６が設けてある。この第１の半導体部
分１５は第１の下クラッド層２４，活性層２６（第１の
多重量子井戸構造），ガイド層２８，第１の上クラッド
層３０を有し、この順に積層してある。ガイド層２８に
は分布帰還型半導体レーザ部では回折格子（グレーティ
ング）２９を形成してある。第１の上下クラッド層３
０，２４は導電型が異なるようにドープしてあり、活性
層２６とガイド層２８を挟んでいる。活性層２６は、ウ
ェル層２６Ａ，バリア層２６Ｂからなる第１の多重量子
井戸構造を構成している。光制御部１４は第２の半導体
部分１６からなり、光変調部と同じ構成で印加電圧のみ
互いに独立に加えられるようになっている。上述した第
１の半導体部分回折格子は活性層２６に設けてもよい。

【００１７】一方、光変調部１３に含まれる第２の半導
体部分１６は第２の下クラッド層３２，第２の多重量子
井戸構造３４，第２の上クラッド層３６を有し、この順
に積層してある。第２の上下クラッド層３６，３２は第
１の上下クラッド層と同様に、導電型が異なるようにド
ープしてあり、第２の多重量子井戸構造を挟んでいる。
この第２の多重量子井戸構造３４は第１の多重量子井戸
構造と同様に、ウェル層３４およびバリア層３４Ｂから
なる。半導体レーザ部１２は、光変調部１３の下クラッ
ド層３２を介して相互に対向する光結合領域１７におい
て光学的に結合されている。

【００１８】第１および第２の半導体部分１５，１６の
上には連続するクラッド層３８を設け、このクラッド層
３８は第１および第２の半導体部分１５，１６の界面１
８を挟む対向端部１５Ａ，１６Ａを含む領域に沿って上
部が欠損した分離部４０を有する。すなわち、界面１８
をまたぐ肉薄部３８ＡでＤＦＢレーザ部１２と光変調部
１３，光制御部１４に存在するクラッド３８の部分３８
Ｂ，３８Ｃを一体に連絡している。光導波路１１はＤＦ
Ｂレーザ部１２，光変調部１３，光制御部１４を貫くリ
ッジ構造を有しており、ＤＦＢレーザ部１２と光変調部
１３，光制御部１４の各両側はそれぞれ埋込み部４４，
４６，４７がキャップ層４２と同じ高さに設けられてい
る。キャップ層４２および埋込み部４４，４６，４７の
上にレーザ部の電極４８，光変調部１３の電極４９，光
制御部１４の電極５０がそれぞれ設けられている。レー
ザ部１２と光変調部１３，光制御部１４とは分離部４０
により絶縁性が向上されている。

【００１９】次に、本発明の光パルス発光制御素子の光
変調部の動作原理を説明する。

【００２０】図４に示すように、印加電圧として、ある
一定のＤＣ電圧Ｖ₀ を中心として振幅Ｖａの正弦波電圧
を加えると、光の強度は図中の左部分のように変化する
ので、バイアス位置，振幅の条件を適当に選ぶことによ
って印加正弦波の半波長よりも狭いパルスが得られる。
このようにして発生した光パルス列を光制御部でパルス
の抜き取りを行う。すなわち、レーザ光源と次の光変調
部の組み合わせでパルス列を発生させ、次の光制御部
に、前の光変調部に加えられている電圧とは同期してい
るが、周波数の異なる電圧を印加すると、その周期に応
じてパルス列をコーディングするものである。

【００２１】この種の半導体素子は、図５（Ａ），
（Ｃ）に示したように、逆方向電圧を印加すると、吸収
係数が点線で示すように変化するのでその吸収端７０，
７１が長波長側７２，７３にシフトする。このため、電
圧印加のない状態では透明（吸収を受けない状態）であ
った光が、電圧印加によって吸収を受け、従って透過光
強度が印加電圧によって変調される。従来用いられてき
たもの（バルク構造）では、図５（Ａ）に示したよう
に、電圧に対する吸収係数変化は、図５（Ｂ）に示すよ
うに小さい。これに対して、ＭＱＷ構造を有する本発明
の素子は、図５（Ｃ）に示すように吸収端がシフトする
が、電圧印加により吸収端が同じく長波長側にシフトす
るが、図５（Ｄ）に示すように、吸収係数変化が格段に
大きい。図５（Ｂ）、（Ｄ）から判るように、従来の素
子は本願発明のようなＭＱＷ構造に比べて吸収率変化が
小さく、このため、ある一定の消光比を得るには素子長
さを長くする必要があり（消光比はｅｘｐ（−Δα・
Ｌ）に比例する。Δα：吸収係数変化、Ｌ：試料長さ）
素子の容量の増加を伴うので速度に制限が生じてしま
う。

【００２２】本発明のＭＱＷ素子は従来の素子に比べて
吸収率変化が格段に大きいため、図４に示すように、光
変調部に大振幅の正弦波を加えると、レーザ部より放出
される光は強度変調を受けて急峻な光パルス特性を有す
るパルス列を発生する。図６にその一例を示す。

【００２３】図６は本発明を適用したＭＱＷ−ＤＦＢレ
ーザとＭＱＷ光変調部、ＭＱＷ光制御部の集積化光源に
よる光パルス発生素子の特性を示す線図である。図６
（Ａ）に示すように、急峻なパルス列が発生する。すな
わち、半値全幅１０ピコ秒程度のパルス幅が２０ＧＨｚ
の繰り返し周波数で得られており、測定系の時間分解能
を考慮すれば（１０ピコ秒程度の応答速度を持つので）
７ピコ秒以下の幅であることが推定される。実際に第２
高調波による自己相関の測定によれば図６（Ｂ）に示さ
れるように半値全幅は７ピコ秒であった。また、光出力
も数ｍＷであり、この種の光パルスとして十分な値であ
る。ＭＱＷ光制御部に光変調部に加えられた信号と同期
したそれとは異なる周波数の信号（例えば正弦波）を加
えると図７に示すようにデコーディングされた信号が得
られた。この制御信号は正弦波に限らずランダムなパル
ス電圧であってもよい。従来は、この光制御部はパルス
発生部とは別に用意して光ファイバを用いて光パルスの
変調をする必要があり、ファイバの結合損の問題、安定
性の問題等があったが、本願発明はこれを克服してい
る。

【００２４】このように、本発明の光パルス発生制御素
子は、半導体レーザ特有の小型、堅固性を維持しつつ、
本発明者の発明・実証している多重量子井戸構造を用い
た超高速（超広帯域）・低駆動電圧の外部光強度変調部
・光制御部を用いてレーザそのものには影響を与えない
で光変調部自体の持っている低チャープ性を利用して、
制御の容易な高い繰り返し周波数で簡便に狭い光パルス
列を発生し、これを同一基板上に設けられた、光変調部
とは別の信号で駆動する光制御部により制御するもので
ある。

【００２５】光源と光変調器、光変調器と光制御部との
結合には個別の素子であれば、その間に光ファイバを介
するため必ず結合損が発生し、光の強度を落とす。ま
た、ファイバとの結合にはモジュールを必要とし、作製
工程が増え、信頼性にも問題が出てくる。これを解決す
るため本発明の光発生制御素子では、図２に示すように
光変調部、光制御部と半導体レーザをモノリシックに集
積している。この構成の概略は図７（Ａ）で示すことが
できるが、レーザ部１２では図７（Ｂ１）に示すように
光強度は一定であり、光変調部１３透過後の光は図７
（Ｂ２）に示すように単なる光パルス列であってなんら
信号を乗せていないので、同一基板上に進行波形の半導
体光制御部１４を設けこれに加える電圧を通して光を吸
収もしくは透過させて図７（Ｂ３）に示すように光パル
ス列をコーディングし、信号の乗った高出力の光パルス
の発生をしている。外部光変調部ではバルク形に比べて
高速性、低電圧駆動に有利な多重量子井戸構造を採用
し、光強度変調部の電圧に対する強い非線形性や低チャ
ープ性を利用している。また、光制御部では図７に示す
ように印加電圧によってその吸収特性は変化するので光
パルス列の中の特定のパルスを抜き出すことができコー
ディングできる（図７（Ｃ））。

【００２６】上述したＭＱＷ−ＤＦＢレーザは、次のよ
うにして製造できる。すなわち、予め分子線エピタキシ
ー法（ＭＢＥ）あるいは有機金属気相成長法（ＭＯＶＰ
Ｅ）により基板上に作製されたＤＦＢレーザ部（または
光制御部、光変調部）を選択的にドライおよびウェット
エッチング法により基板までエッチングし、その後、光
変調部、光制御部（またはレーザ部）をＭＢＥ法を用い
て成長する。この時レーザ発光部の基板表面から測った
高さは光変調部、光制御部、光導波路部分の基板表面か
ら測った高さに合うようにする。光変調部と光制御部は
独立に電圧を印加できるようにした以外は本質的にすべ
て同じである。

【００２７】図８はレーザ部を先に形成する場合の製造
工程を示す概略断面図である。図８において、図２およ
び図３において使用されている符号と同じ符号は同じ部
材または部分を示し、５２はＳｉＯ₂ 膜、５４はパター
ン化レジスト、５６はＳｉＯ₂ 膜ひさしである。

【００２８】以下、図８を参照して本発明の光発生制御
素子の製造法を詳細に説明する。

【００２９】上述したＭＱＷ−ＤＦＢレーザは、次のよ
うにして製造できる。すなわち、予め分子線エピタキシ
ー法（ＭＢＥ）あるいは有機金属気相成長法（ＭＯＶＰ
Ｅ）により基板上に作製されたＤＦＢレーザ部１２，光
制御部１３（または光変調部１４）を選択的にドライお
よびウェットエッチング法により基板までエッチング
し、その後、光変調部１３（またはＤＦＢレーザ部１
２，光制御部１４）をＭＢＥ法を用いて成長する。この
ときＤＦＢレーザ部１２，光制御部１４の基板表面から
測った高さは光変調部の光導波路部分の基板表面から測
った高さに合うようにする。ＤＦＢレーザ部１２と光制
御部１４は回折格子の有無が相違するだけで他の構成は
すべて同じである。

【００３０】まず、図８（Ａ）に示すように、ｐ基板２
０の表面にＭＯＶＰＥ法によりエッチングストップ層２
２を設け、その上に第１の下クラッド層２４、次いでウ
ェル層（井戸層）２６Ａ，バリア層（障壁層）２６Ｂか
らなる量子井戸構造の活性層２６，ガイド層２８を順次
成長させる。その上に、ＤＦＢレーザ部を形成すべき部
分にのみ干渉露光とエッチングによりグレーティング２
９を形成し、第２の下クラッド層３０を成長させる。

【００３１】次に、第２の下クラッド層３０の上にＳｉ
Ｏ₂ 膜５２をスパッタ装置により形成する。これにフォ
トリソグラフィー技術により所望の部分（光変調部を形
成すべき部分）に穴を開ける。すなわち、ＳｉＯ₂ 膜５
２とパターン化したフォトレジスト５４とからなる２層
マスクを使用してリソグラフィーを行う。このようにし
て図８（Ｂ）に示す構造を得る。

【００３２】次に、フォトレジスト５４を除去し、ひさ
し部５６をマスクとして光変調部１３をＭＢＥ法により
成長する。光変調部１３は第２の下クラッド層３２，ウ
ェル層３４Ａ，バリア層３４Ｂからなる第２の多重量子
井戸構造３４を成長させて光導波路を形成し、その上に
第２の上クラッド層３６を形成する。第２の上クラッド
層３６の上には保護層３１を形成する。この場合、ＤＦ
Ｂレーザ部１２，光制御部１４にも同様に積層する。こ
のようにして、図８（Ｃ）に示す構造が得られる。

【００３３】ＤＦＢレーザ部１２および光制御部１４の
上に成長した部分（層３２，３４，３６，３１）はＳｉ
Ｏ₂ 膜５２をサイドからエッチングすることにより取り
除いて図８（Ｄ）に示す構造を得る。

【００３４】この上に、図８（Ｆ）に示すように、第３
のクラッド層３８，キャップ層４２をＭＯＶＰＥ法によ
り形成する。

【００３５】次に、上述した活性層２６，光導波層（第
２の量子井戸構造）３４までエッチングを行い、ＤＦＢ
レーザ部と光変調部、光制御部を貫くリッジを形成する
（図２参照）。

【００３６】この後、ＤＦＢレーザ部，光制御部に埋め
込み部４４，４７を、光変調部に埋め込み部４６をそれ
ぞれ埋込み、最後に各々の部分に電極４８，５０，４９
をつける（図２参照）。

【００３７】この電極４８，４９，５０をマスクとして
エッチングを施し、各電極間に分離部４０を形成し、光
変調部とＤＦＢレーザ部、光制御部の間の絶縁を強化す
る。また、光制御部の出射端面には無反射コーティング
６４（図３参照）を施し、基板２０の下面にはｎ形電極
６２（図２参照）をつける。このようにして、図８
（Ｆ）に示す構造を得る。この構造は図２および図３に
示す構造に対応する。

【００３８】次に、図２および図３に示す素子構造の具
体的な製造例を説明する。

【００３９】すなわち、ｎ−ＩｎＰ基板２０の表面にＭ
ＯＶＰＥ法によりｎ−ＩｎＧａＡｓＰ層をエッチングス
トップ層２２として設け、その上にｎ−ＩｎＰクラッド
層２４を０．１μｍ、次いで１０ｎｍのＩｎＧａＡｓを
ウェル層（井戸層）２６Ａとし波長１．３μｍ相当のＩ
ｎＧａＡｓＰ１０ｎｍをバリア層（障壁層）２６Ｂとす
る量子井戸構造６層からなる活性層２６、波長１．３μ
ｍ相当のＩｎＧａＡｓＰガイド層を０．１μｍ成長し
た。その上に干渉露光とエッチングによりグレーティン
グ２９を形成し、ｐ−ＩｎＰクラッド層３０を成長した
後、ＳｉＯ₂ 膜５２をスパッタ装置により形成し、これ
にフォトリフォグラフィー技術により所望の部分に穴を
開ける。すなわち、パターン化したフォトレジスト５４
との２層マスクを使用してリソグラフィーを行う。

【００４０】次にこれをマスクとして光変調部１３，光
制御部１４をＭＢＥ法により成長する。光変調部１３は
ｎ−ＩｎＡｌＡｓクラッド層３２を０．３μｍ、厚さ
７．５ｎｍのＩｎＧａＡｓウェル層３４Ａ，５ｎｍのＩ
ｎＡｌＡｓバリア層３４Ｂからなる量子井戸構造３０層
を成長して光導波路３４を形成し、その上にｐ−ＩｎＡ
ｌＡｓクラッド層３６を形成する。クラッド層３６の上
にはｐ−ＩｎＧａＡｓ保護層３１を形成する。レーザ部
１１の上に成長した部分（層３２，３４，３６，３１）
はＳｉＯ₂ 膜５２をサイドからエッチングすることによ
り取り除き、最後にｐ−ＩｎＰクラッド層３８，ｐ−Ｉ
ｎＧａＡｓキャップ層４２をＭＯＶＰＥ法により形成す
る。

【００４１】次に幅１．５−３．０μｍのストライプを
用いて、上述した活性層２６，光導波路３４までエッチ
ングを行い、レーザ部と光変調部、光制御部を貫くリッ
ジを形成する。この後、レーザ部をＩｎＰ層（ｐ−Ｉｎ
Ｐとｎ−ＩｎＰの組み合わせまたは半絶縁性ＩｎＰから
なる）４４で、光変調部、光制御部をポリイミド４６，
４７でそれぞれ埋め込み、最後に各々の部分に電極４
８，５０，４９を付ける。

【００４２】この電極４８，４９，５０をマスクとして
エッチングを施し、各電極間に分離部４０を形成し、光
変調部とレーザ部、光制御部の間の絶縁を強化する。

【００４３】レーザ部、光制御部と光変調部および各部
との間の絶縁部の長さは３００μｍ、１００μｍ、１０
０μｍ、５０μｍとした。光制御部の出射端面には無反
射コーティング（図示しない）を施した。また、基板の
下面にはｎ形電極６２（図２参照）をつける。

【００４４】さらに、図９は本発明の光発生制御素子の
別の実施例を示す模式的断面図である。図８において、
図２および図３において使用されている符号と同じ符号
は同じ部材または部分を示す。ｎ−ＩｎＰ基板２０上に
レーザ部１２と光変調部１３と光制御部１４とを設けて
ある。レーザ部１２にはレーザ活性層２６と光変調部１
３，光制御部１４の導波層のコア３４との２層があり、
光変調部１３，光制御部１４にはコア３４、１層しかな
く、レーザより発光された光がレーザ部においてコア３
４に導波され光変調部、光制御部に導波される構造とな
っている。この実施例の光パルス発生制御素子は図８に
示す方法と同様の方法で先にレーザ部を作製して製造す
ることができる。

【００４５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によればＭ
ＱＷ−ＤＦＢレーザとＭＱＷ光変調部、ＭＱＷ光制御部
が結合効率よく集積化された光源を作製でき、また、Ｍ
ＱＷ−ＤＦＢレーザとＭＱＷ光変調部、ＭＱＷ光制御部
の各々の性能を最適化できるため、狭線幅で高繰り返し
周波数の光パルスを容易にデコーディングできる。ま
た、ＭＱＷ光変調部、ＭＱＷ光制御部の２素子のみでも
動作させることもできる。

【００４６】以上、光パルス発生制御素子について光パ
ルス発生部を構成する半導体レーザおよびレーザ部と光
変調部の結合形態を分布帰還型半導体レーザおよびバッ
トジョイントと呼ばれる構造を用いて説明したが、光パ
ルス発生部を構成する半導体レーザを分布ブラッグ反射
型半導体レーザとしても同様な特性が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（Ａ）は本発明の光パルス発生制御素子の要部
の概略を示す模式的上面図、（Ｂ），（Ｃ）は光パルス
の波形図である。

【図２】本発明を適用したＭＱＷ−ＤＦＢレーザとＭＱ
Ｗ光変調部、ＭＱＷ光制御部の集積化光源による光パル
ス発生制御素子の構造の概略構成を示す斜視図である。

【図３】図２のＭＱＷ−ＤＦＢレーザとＭＱＷ光変調
部、ＭＱＷ光制御部の接合界面のII−II線に沿う拡大断
面図である。

【図４】本発明の光パルス発生制御素子の光制御部を動
作させない場合の特性を示す特性図である。

【図５】（Ａ）は従来の光パルス発生素子の電圧印加時
の波長シフトを示す特性図、（Ｂ）はその吸収係数変化
を示す線図、（Ｃ）は本発明の光パルス発生制御素子の
光制御部を動作させた場合の特性を示す線図、（Ｄ）は
その吸収係数変化を示す線図である。

【図６】本発明の光発生制御素子の特性を示す線図であ
り、（Ａ）は光信号強度を示し、（Ｂ）は自己相関強度
を示す。

【図７】本発明を適用した場合の光パルス発生制御素子
の光制御部の動作原理を示す図である。

【図８】本発明を適用したＭＱＷ−ＤＦＢレーザとＭＱ
Ｗ光変調部、ＭＱＷ光制御部の集積化光源による光パル
ス発生制御素子の製造工程を示す概略断面図である。

【図９】本発明の光パルス発生制御素子の他の実施例を
示す模式的断面図である。

【図１０】従来の光パルス発生素子の動作原理を示す図
である。

【符号の説明】

１０（ＭＱＷ−ＤＦＢ）レーザ素子１１光導波路１２（分布帰還型半導体）レーザ部１３光変調部１４光制御部１５第１の半導体部分１５Ａ対向端部１６第２の半導体部分１６Ａ対向端部１７光結合領域１８界面（斜めエッチング面）２０基板２２エッチングストップ層２４第１の下クラッド層２６活性層（第１の多重量子井戸構造）２６Ａウェル層２６Ｂバリア層２８ガイド層２９回折格子（グレーティング）３０第１の上のクラッド層３１保護層３２第２の下クラッド層３４第２の多重量子井戸構造３４Ａウェル層３４Ｂバリア層３６第２の上のクラッド層３８第３のクラッド層３８Ａ肉薄部３８Ｂ，３８Ｃクラッドの部分４０分離部４２キャップ層４４，４６，４７埋め込み部４８レーザ部の電極４９光変調部の電極５０光制御部の電極５２ＳｉＯ₂ 膜５４パターン化レジスト５６ひさし５８，５９，６０ｐ型電極６２ｎ型電極６４反射防止膜７１，７２，７３，７４吸収端

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体基板上に、レーザ光源と、光変調
部と、光制御部とを光導波路を介して一体的に配置した
光パルス発生制御素子であって、レーザ光源からの出射
光を光変調部で強度変調して光パルス列を発生させたの
ち、前記光パルス列を光制御部により所定の光パルスの
みを吸収あるいは透過してコーディングする機能を有す
ることを特徴とする光パルス発生制御素子。
【請求項２】前記光変調部、前記光制御部および前記
光導波路が半導体多重量子井戸構造で形成されているこ
とを特徴とする請求項１記載の光パルス発生制御素子。
【請求項３】前記レーザ光源の光導波路中に回折格子
を有することを特徴とする請求項１記載の光パルス発生
制御素子。