DE10139804A1

DE10139804A1 - Optischer Modulator und mit einem optischen Modulator integrierte Laserdiode

Info

Publication number: DE10139804A1
Application number: DE10139804A
Authority: DE
Inventors: Yasunori Miyazaki
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2000-11-15
Filing date: 2001-08-14
Publication date: 2002-06-06
Anticipated expiration: 2021-08-15
Also published as: US20020057483A1; DE10139804B4; JP2002148575A; US6574027B2

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen optischen Modulator, welcher zur Verwendung bei optischen Übermittlungen einer hohen Geschwindigkeit geeignet ist und gleichzeitig eine Forderung nach einem einfallenden Licht einer hohen Intensität und eine Forderung nach einem niedrigeren Chirp erfüllt. Eine Absorptionsschicht einer Mehrfachquantenmuldenstruktur ist vorgesehen. Die Absorptionsschicht beinhaltet eine Muldenschicht, die eine erste Bandlücke zwischen dem Valenzband und dem Leitungsband aufweist, und eine Sperrschicht, die eine zweite Bandlücke zwischen dem Valenzband und dem Leitungsband aufweist, wobei die zweite Bandlücke größer als die erste Bandlücke ist und gleich oder kleiner als 0,946 eV ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen optischen Modulator und eine mit einem optischen Modulator inte grierte Laserdiode und insbesondere einen optischen Modu lator und eine mit einem optischen Modulator integrierte Laserdiode, die zum Anwenden bei schnellen optischen Übermittlungen geeignet sind.

Auf dem Gebiet der optischen Übermittlungen ist bis her ein optischer Modulator bekannt, der eine Absorp tionsschicht einer Quantenmuldenstruktur aufweist.

Die Absorptionsschicht weist eine Muldenschicht, die eine verhältnismäßig schmale Bandlücke zwischen dem Va lenzband und dem Leitungsband einbringt, und eine Sperr schicht auf, welche eine große Bandlücke einbringt und auf jeder Seite der Muldenschicht ausgebildet ist.

Fig. 1 zeigt ein Banddiagramm, das eine Absorptions schicht einer Mehrfachquantenmuldenstruktur darstellt, die eine Mehrzahl von Muldenschichten und Sperrschichten aufweist.

In Fig. 1 bezeichnet Egb eine Bandlücke der Sperr schicht, bezeichnet ΔEc einen Bandversatz zwischen dem Quantenpegel der Elektronen innerhalb der Muldenschicht und dem Leitungsband der Sperrschicht und bezeichnet ΔEv einen Bandversatz zwischen dem Quantenpegel von positiven Löchern innerhalb der Muldenschicht und dem Valenzband der Sperrschicht.

Das Leistungsvermögen eines optischen Modulators kann zum Beispiel mittels eines Extinktionsverhältnisses aus gewertet werden. Hierbei ist das Extinktionsverhältnis das Verhältnis der maximalen Intensität Imax zu der mini malen Intensität Imin (Imax/Imin) von Licht, das von ei nem optischen Modulator abgegeben wird, wenn Licht einer bestimmten Intensität den optischen Modulator erreicht. Alternativ kann das Extinktionsverhältnis in Dezibel [10 log (Imax/Imin)] ausgedrückt werden. Das Extinktions verhältnis nimmt einen größeren Wert an, wenn sich die Bandlücke der Sperrschicht erhöht. Aus diesem Grund wird die Bandlücke der Sperrschicht in einem optischen Modula tor eines verwandten Standes der Technik im allgemeinen auf 1,05 eV oder ungefähr dort in der Nähe eingestellt.

Je größer die Bandlücke der Sperrschicht ist, desto größer ist der Chirp, der wahrscheinlich in dem optischen Modulator ensteht. Fig. 2 zeigt einen Graph zum Beschrei ben einer sich auf einen Chirp beziehenden Charakteristik des optischen Modulators des verwandten Standes der Tech nik. Wie es in Fig. 2 gezeigt ist, stellt die horizontale Achse eine Modulatorvorspannung dar, die an den optischen Modulator angelegt wird, und stellt die vertikale Achse einen α-Parameter dar, der den Chirppegel ausdrückt. Drei Arten von Linien, die in Fig. 2 gezeigt sind, stellen den α-Parameter, der als ein Ergebnis von einfallendem Licht erzielt wird, welches einen optischen Strom von 15 mA in duziert, den α-Parameter, der als ein Ergebnis von ein fallendem Licht erzielt wird, welches einen optischen Strom von 10 mA induziert, bzw. den α-Parameter dar, der als ein Ergebnis von einfallendem Licht erzielt wird, welches einen optischen Strom von 2 mA induziert.

Wie es in Fig. 2 gezeigt ist, erhöht sich der α-Para meter des optischen Modulators, wenn sich der Wert eines sich ergebenden optischen Stroms erhöht, das heißt wenn sich die Intensität von Licht, die den optischen Modula tor erreicht, erhöht. Genauer gesagt nimmt der α-Parame ter, wenn die Modulatorvorspannung 0 V beträgt und der optische Strom 2 mA beträgt, einen Wert von kleiner als 1 an. Wenn der optische Strom 10 mA beträgt, nimmt der α- Parameter einen Wert von ungefähr 2 an. Weiterhin nimmt der α-Parameter, wenn der optische Strom 15 mA beträgt, einen Wert von ungefähr 3 an.

Wenn ein optischer Modulator als die Lichtquelle ei nes optischen Übermittlungssystems verwendet wird, ist es im allgemeinen erforderlich, daß der α-Parameter einen Wert von kleiner als 1,5 annimmt. Die Ergebnisse, die in Fig. 2 gezeigt sind, zeigen, daß der optische Modulator des verwandten Standes der Technik versagt, das Lei stungsvermögen der Lichtquelle des optischen Übermitt lungssystems in einem Bereich von einfallendem Licht ei ner hohen Intensität zu erfüllen. Wie es zuvor erwähnt worden ist, bringt der optische Modulator des verwandten Standes der Technik ein Problem mit sich, daß er nicht imstande ist, gleichzeitig eine Forderung nach einfallen dem Licht einer erhöhten Intensität und eine Forderung nach einem verringerten Chirp zu erfüllen.

Die vorliegende Erfindung ist geschaffen worden, um einen derartigen Nachteil zu lösen, und die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht primär darin, einen opti schen Modulator zu schaffen, der imstande ist, gleichzei tig eine Forderung nach einfallenden Licht einer erhöhten Intensität und eine Forderung nach einem verringerten Chirp zu erfüllen.

Die vorliegende Erfindung ist ebenso dazu gedacht, eine mit einem optischen Modulator integrierte Laserdiode zu schaffen, die den optischen Modulator und eine Laser diode integriert aufweist.

Diese Aufgabe wird mit den in Anspruch 1 bzw. An spruch 6 angegebenen Maßnahmen gelöst.

Genauer gesagt schafft die vorliegende Erfindung ei nen optischen Modulator, der eine Absorptionsschicht ei ner Quantenmuldenstruktur aufweist. Die Absorptions schicht beinhaltet eine Muldenschicht, die eine erste Bandlücke zwischen einem Valenzband und einem Leitungs band aufweist. Die Absorptionsschicht beinhaltet weiter hin eine Sperrschicht, die eine zweite Bandlücke zwischen einem Valenzband und einem Leitungsband aufweist. Die zweite Bandlücke ist derart eingestellt, daß sie größer als die erste Bandlücke ist und gleich oder kleiner als 0,946 eV ist.

Ferner schafft die vorliegende Erfindung eine mit ei nem optischen Modulator integrierte Laserdiode. Die in tegrierte Laserdiode beinhaltet sowohl den zuvor be schriebenen optischen Modulator als auch eine Laserdiode zum Bewirken, daß ein Laserstrahl einer vorbestimmten Wellenlänge eine Absorptionsschicht des optischen Modula tors erreicht.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

Die vorliegende Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beilie gende Zeichnung erläutert.

Es zeigt:

Fig. 1 ein Banddiagramm einer Absorptionsschicht einer Mehrfachquantenmuldenstruktur;

Fig. 2 einen Graph zum Beschreiben einer sich auf einen Chirp beziehenden Charakteri stik eines optischen Modulators eines verwandten Standes der Technik;

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht eines opti schen Modulators gemäß einem ersten Aus führungsbeispiel der vorliegenden Erfin dung;

Fig. 4 eine Tabelle zum Vergleichen von charak teristischen Werten einer Mehrfachquan tenmulden-Absorptionsschicht des opti schen Modulators des verwandten Standes der Technik, von charakteristischen Wer ten einer Mehrfachquantenmulden-Absorp tionsschicht gemäß dem ersten Ausfüh rungsbeispiel der vorliegenden Erfindung und von charakteristischen Werten einer Mehrfachquantenmulden-Absorptionsschicht gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;

Fig. 5 einen Graph zum Beschreiben von sich auf einen Chirp beziehenden Charakteristiken des optischen Modulators gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Er findung;

Fig. 6 einen Graph einer Korrelation zwischen einem Chirp eines optischen Modulators und einer Bandlücke Egb einer Sperr schicht;

Fig. 7 eine perspektivische Ansicht einer mit dem optischen Modulator gemäß dem ersten oder zweiten Ausführungsbeispiel der vor liegenden Erfindung versehenen und mit einem optischen Modulator integrierten Laserdiode;

Fig. 8A und 8B Darstellungen zum Beschreiben einer in einem Halbleiterkristall entstehenden Ex tensionsverformung;

Fig. 9A und 9B Darstellungen zum Beschreiben einer in einem Halbleiterkristall entstehenden Kontraktionsverformung;

Fig. 10 einen Graph einer Korrelation zwischen einer Extensionsverformung in einer Sperrschicht und einem Extinktionsver hältnis eines optischen Modulators; und

Fig. 11 einen Graph einer sich auf einen Chirp beziehenden Charakteristik des optischen Modulators gemäß dem zweiten Ausführungs beispiel der vorliegenden Erfindung.

Durchgängig durch die Zeichnung bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente und eine Wiederholung ih rer Erläuterungen ist weggelassen.

Nachstehend erfolgt die Beschreibung eines ersten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.

Fig. 3 zeigt eine perspektivische Ansicht, die einen optischen Modulator 10 gemäß dem ersten Ausführungsbei spiel der vorliegenden Erfindung darstellt. Der optische Modulator 10 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung, die für op tische Übermittlungen in einem 1550-nm-Band verwendet wird. Wie es in Fig. 3 gezeigt ist, weist der optische Modulator eine Mehrfachquantenmulden-Absorptionsschicht 12 auf. Die Mehrfachquantenmulden-Absorptionsschicht 12 weist eine Mehrzahl von Mulden- und Sperrschichten auf, welche abwechselnd in der Vertikalrichtung in Fig. 3 ge stapelt sind. Die Muldenschicht kann zum Beispiel aus ei ner InGaAsP-Schicht oder einer InGaAs-Schicht ausgebildet sein. Die Sperrschicht kann zum Beispiel aus einer InGaAsP-Schicht, einer InAlAs-Schicht oder einer InGaAlAs-Schicht ausgebildet sein. In dem ersten Ausfüh rungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist die Mehr fachquantenmulden-Absorptionsschicht 12 ein Mehrschicht film, der aus einer Muldenschicht, die eine InGaAsP- Schicht aufweist, und einer Sperrschicht besteht, die eine InGaAsP-Schicht aufweist, oder ein Mehrschichtfilm, der aus einer Muldenschicht, die eine InGaAs-Schicht auf weist, und einer Sperrschicht besteht, die eine InAlAs- Schicht aufweist.

Eine p-InP-Beschichtungslage 14, welche derart ge steuert worden ist, daß sie ein Halbleiter eines p-Typs wird, ist auf der Mehrfachquantenmulden-Absorptions schicht 12 ausgebildet. Eine p-InGaAs-Kontaktschicht 16 eines Halbleiters des p-Typs ist auf der p-InP-Beschich tungslage 14 ausgebildet. Weiterhin ist ein n-InP- Substrat 18 eines Halbleiters eines n-Typs unter der Mehrfachquantenmulden-Absorptionsschicht ausgebildet. Zwischen der p-InP-Beschichtungslage 14 und dem n-InP- Substrat 18 sind eine halbisolierende InP-Stromsperr schicht 20, eine n-InP-Stromsperrschicht 22 eines Halb leiters des n-Typs und eine halbisolierende Stromsperr schicht 24 derart ausgebildet, daß sie die Seite der Mehrfachquantenmulden-Absorptionsschicht 12 bedecken.

Wie es in Fig. 3 gezeigt ist, erreicht Licht ein Ende der Mehrfachquantenmulden-Absorptionsschicht 12 des opti schen Modulators 10. Der Großteil des derart eingegebenen Lichts geht durch das Innere der Mehrfachquantenmulden- Absorptionsschicht 12 und wird aus ihrem anderen Ende ausgegeben. Eine negative Spannung wird an die p-InP-Be schichtungslage 14 angelegt, die auf die Oberfläche der Mehrfachquantenmulden-Absorptionsschicht 12 gelegt ist, und eine positive Spannung wird an das n-InP-Substrat 18 angelegt, das unterhalb der Mehrfachquantenmulden-Absorp tionsschicht 12 vorgesehen ist. Folglich wird die Band lücke der Mehrfachquantenmulde mittels des quantenein schließenden Starkeffekts klein gemacht. Als Ergebnis er höht sich der Absorptionskoeffizient der Mehrfachquanten mulden-Absorptionsschicht 12 bezüglich der Wellenlänge von einfallendem Licht. Demgemäß kann mittels eines Anle gens einer zweckmäßigen Spannung an die Mehrfachquanten mulden-Absorptionsschicht 12 der optische Modulator 10 beliebig einen Zustand, in welchem ein Durchlassen von einfallendem Licht zugelassen wird, oder einen Zustand annehmen, in welchem einfallendes Licht unterbrochen wird.

Das Energieband der Mehrfachquantenmulden-Absorp tionsschicht 12 kann, wie es in Fig. 1 gezeigt ist, wie in dem Fall der Mehrfachquantenmulden-Absorptionsschicht 12 dargestellt werden, die in dem optischen Modulator des verwandten Standes der Technik vorgesehen ist. Der Aufbau und der Betrieb des optischen Modulators 10 werden unter Bezugnahme auf Fig. 1 in Verbindung mit Fig. 3 beschrie ben.

Fig. 4 zeigt eine Tabelle, die zum Vergleich charak teristische Werte der Mehrfachquantenmulden-Absorptions schicht des optischen Modulators des verwandten Standes der Technik, charakteristische Werte der Mehrfachquanten mulden-Absorptionsschicht gemäß dem ersten Ausführungs beispiel der vorliegenden Erfindung und charakteristische Werte einer Mehrfachquantenmulden-Absorptionsschicht ge mäß einem später beschriebenen zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt. Die in Fig. 4 gezeigten Egb, ΔEc und ΔEv bezeichnen eine Bandlücke der Sperrschicht, einen Bandversatz eines Lei tungsbands bzw. einen Bandversatz eines Valenzbands, die in Fig. 1 gezeigt sind. Details einer Sperrverformung, die in Fig. 4 gezeigt ist, werden später beschrieben.

In dem in Fig. 4 gezeigten Beispiel weist die Sperr schicht der Mehrfachquantenmulden-Absorptionsschicht des verwandten Standes der Technik eine Bandlücke von 1,051 eV auf. In Übereinstimmung mit dem Wert von Egb nehmen in der Mehrfachquantenmulden-Absorptionsschicht des verwand ten Standes der Technik der Bandversatz ΔEc des Leitungs bands und der Bandversatz ΔEv des Valenzbands Werte von 96 meV bzw. 129 meV an.

Im Gegensatz dazu ist in dem ersten Ausführungsbei spiel der vorliegenden Erfindung die Bandlücke Egb der Sperrschicht auf 0,939 eV verringert. Folglich ist der Bandversatz ΔEc des Leitungsbands auf einen Wert von 52 meV verringert und ist der Bandversatz ΔEv des Valenz bands auf einen Wert von 72 mV verringert.

In dem optischen Modulator werden, wenn die Mulden schicht Licht absorbiert, Elektronen/Löcherpaare erzeugt. Von den Elektronen/Löcherpaaren werden die Löcher in dem Valenzband belassen. Wenn die Löcher in der Muldenschicht angehäuft werden, entsteht eine Änderung des Brechungsin dexes der Mehrfachquantenmulden-Absorptionsschicht 12, wodurch ein Chirp des optischen Modulators erhöht wird. Wie es zuvor erwähnt worden ist, wird der Bandversatz ΔEv des Valenzbands auf einen Wert gedrückt, der kleiner als der des Valenzbands in der Mehrfachquantenmulden-Absorp tionsschicht des verwandten Standes der Technik ist. Je kleiner der Bandversatz ΔEv ist, desto mehr neigen die Löcher, die in dem Valenzband der Muldenschicht bleiben, dazu, aus der Muldenschicht zu verschwinden. Deshalb wird es, je kleiner die Bandlücke ΔEv ist, umso unwahrschein licher, daß die Löcher in der Muldenschicht gesammelt werden. Im Gegensatz zu dem optischen Modulator des ver wandten Standes der Technik kann der optische Modulator gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Er findung Änderungen des Brechungsindexes der Mehrfachquan tenmulden-Absorptionsschicht unterdrücken, die von einem Sammeln der Löcher stammen. Folglich kann ein Chirp ver mindert werden.

Fig. 5 zeigt einen Graph zum Beschreiben von sich auf einen Chirp beziehenden Charakteristiken des optischen Modulators gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vor liegenden Erfindung. In Fig. 5 stellt die horizontale Achse eine Modulatorvorspannung dar, die an einen opti schen Modulator anzulegen ist, und stellt die vertikale Achse einen α-Parameter dar, der den Chirppegel dar stellt. Drei Arten von Linien, die in Fig. 5 gezeigt sind, stellen den α-Parameter, der als ein Ergebnis von einfallendem Licht erzielt wird, welches einen optischen Strom von 18 mA induziert, den α-Parameter, der als ein Ergebnis von einfallendem Licht erzielt wird, welches ei nen optischen Strom von 13 mA induziert, bzw. den α-Pa rameter dar, der als ein Ergebnis von einfallendem Licht erzielt wird, welches einen optischen Strom von 8 mA in duziert. Der Wert des optischen Stroms ist proportional zu der Intensität des einfallenden Lichts, das den opti schen Modulator 10 erreicht, und der Anzahl von Photonen, die von der Mehrfachquantenmulden-Absorptionsschicht 12 absorbiert werden.

Wie es in Fig. 5 gezeigt ist, wird der α-Parameter des optischen Modulators gemäß dem ersten Ausführungsbei spiel der vorliegenden Erfindung nicht stark durch den Wert des optischen Stroms beeinflußt. Wenn die Modulator vorspannung 0 beträgt, nimmt der α-Parameter einen Wert von kleiner als 1 für alle optischen Ströme von gleich oder kleiner als 18 mA an. Aus diesem Grund kann der op tische Modulator 10 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung im Gegensatz zu dem optischen Modulator des verwandten Standes der Technik gleichzeitig sowohl eine Forderung nach einer erhöhten Intensität von einfallendem Licht als auch eine Forderung nach einem verringerten Chirp erfüllen.

Fig. 6 zeigt einen Graph, der eine Korrelation zwi schen dem Chirp des optischen Modulators und der Band lücke Egb der Sperrschicht darstellt. In Fig. 6 stellt die vertikale Achse den Wert eines α-Parameters dar, wenn die Modulatorvorspannung einen Wert von 0 annimmt, und stellt die horizontale Achse den Wert eines optischen Stroms dar, der in dem optischen Modulator entwickelt wird. In Fig. 6 stellt eine Linie mit leeren Kreisen den Wert des α-Parameters dar, der erzielt wird, wenn die Bandlücke Egb einen Wert von 1,051 eV (das Ergebnis des optischen Modulators des verwandten Standes der Technik) annimmt. Eine Linie mit vollen Kreisen stellt einen Wert des α-Parameters dar, der erzielt wird, wenn die Band lücke Egb einen Wert von 0,939 eV (das Ergebnis des opti schen Modulators gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung) annimmt. Eine Linie mit leeren Rechtecken stellt den Wert des α-Parameters dar, der er zielt wird, wenn die Bandlücke Egb einen Wert von 0,992 eV das heißt ein Referenzergebnis) annimmt. Diese Ergeb nisse zeigen eindeutig, daß, je kleiner die Bandlücke der Sperrschicht wird, desto größer die Verringerung des α- Parameters wird.

In dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird, um dem optischen Modulator 10 das Lei stungsvermögen zu verleihen, das für die Lichtquelle des optischen Übermittlungssystems erforderlich ist, die Bandlücke Egb der Sperrschicht auf einen Wert von 0,939 eV eingestellt. Jedoch ist die Bandlücke Egb nicht auf diesen Wert beschränkt. Das Leistungsvermögen der Licht quelle des optischen Übermittlungssystems kann mittels ei nes Einstellens der Bandlücke Egb der Sperrschicht auf einen Wert, der gleich oder kleiner als 0,946 eV, aber ausreichend größer als die Bandlücke der Sperrschicht ist, erfüllt werden.

Fig. 7 zeigt eine perspektivische Ansicht, die eine mit einem optischen Modulator integrierte Laserdiode 31 darstellt, die integriert den optischen Modulator 10 ge mäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Er findung und eine Laserdiode 30 aufweist. Die Laserdiode 31 ist mit einer aktiven Schicht 32 und einem Beugungs gitter 34 zum Zuführen eines Laserstrahls als einfallen des Licht zu der Mehrfachquantenmulden-Absorptionsschicht 12 des Modulators 10 ausgestattet. Die mit einem opti schen Modulator integrierte Laserdiode 31, die in Fig. 7 gezeigt ist, läßt ein genaues Modulieren eines Laser lichts mit einer hohen Intensität, das von der Laserdiode 30 erzeugt wird, durch Verwendung des optischen Modula tors 10 zu, der einen weniger schlimmen Chirp einbringt, um dadurch ein Erzeugen eines optischen Übermittlungs signals einer hohen Intensität und Genauigkeit zuzulas sen.

Nachstehend erfolgt die Beschreibung eines zweiten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.

Das zweite Ausführungsbeispiel der vorliegenden Er findung wird nun unter Bezugnahme auf die Fig. 8 bis 11 beschrieben.

Ein optischer Modulator gemäß dem zweiten Ausfüh rungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist ausgenommen dessen identisch zu dem Aufbau, der in Verbindung mit dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung be schrieben worden ist, daß die Mehrfachquantenmulden-Ab sorptionsschicht 12 charakteristische Werte annimmt, die sich von denen der Mehrfachquantenmulden-Absorptions schicht 12 in dem ersten Ausführungsbeispiel der vorlie genden Erfindung unterscheiden. In dem zweiten Ausfüh rungsbeispiel der vorliegenden Erfindung weist die Mehr fachquantenmulden-Absorptionsschicht 12 die charakteri stischen Werte auf, die in der Reihe für das zweite Aus führungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, die in Fig. 4 gezeigt ist, beschrieben sind.

Ein Halbleiterkristall, der eine optische Vorrichtung bildet, weist eine Kristallabmessung, das heißt eine Git terkonstante, auf, welche dem Material und der Zusammen setzung von diesem entspricht. Ein derartiger Kristall nimmt eine kubische Form an, deren Länge von jeder Seite gleich einer Gitterkonstante ist, wenn er in einem freien Raum vorliegt. Jedoch entsteht, wenn der Kristall epitak tisch auf ein Substrat aufgewachsen wird, in Übereinstim mung mit der Beziehung zwischen der Gitterkonstante eines aufwachsenden Kristalls und der Gitterkonstante des Substrats eine Extensions- oder Kontraktionsverformung in dem Kristall.

Fig. 8A zeigt einen Fall, in dem die Gitterkonstante des epitaktisch aufwachsenden Kristalls kleiner als die Gitterkonstante des Substrats ist. In diesem Fall wird, wenn eine Schicht dieses Kristalls mittels eines epitak tischen Aufwachsens auf dem Substrat ausgebildet wird, eine Extensionsverformung in der Kristallschicht entwic kelt, wie es in Fig. 8B gezeigt ist. Es ist anzumerken, daß, wenn die Verformung, die in dem Kristall entsteht, zum Beispiel ungefähr 5% beträgt, die Extensionsverfor mung üblicherweise als "Verformung von +5%" unter Verwen dung eines Pluszeichens ausgedrückt wird.

Fig. 9A zeigt einen Fall, in dem die Gitterkonstante des epitaktisch aufwachsenden Kristalls größer als die Gitterkonstante des Substrats ist. In diesem Fall wird, wenn eine Schicht dieses Kristalls mittels eines epitak tischen Aufwachsens auf dem Substrat ausgebildet wird, eine Kontraktionsverformung in der Kristallschicht ent wickelt, wie es in Fig. 9B gezeigt ist. Es ist anzumer ken, daß, wenn die Verformung, die in dem Kristall ent steht, zum Beispiel ungefähr 5% beträgt, die Kontrak tionsverformung üblicherweise als "Verformung von -5%" unter Verwendung eines Minuszeichens ausgedrückt wird.

Wie es in Fig. 4 gezeigt ist, sind die Mehrfachquan tenmulden-Absorptionsschicht des verwandten Standes der Technik und die Mehrfachquantenmulden-Absorptionsschicht gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Er findung derart ausgebildet, daß eine Sperrschicht eine Extensionsverformung von 0,3% annimmt. Im Gegensatz dazu ist die Mehrfachquantenmulden-Absorptionsschicht 12 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfin dung derart ausgebildet, daß eine Sperrschicht eine Ex tensionsverformung von 0,6% annimmt.

Als Ergebnis einer Extensionsverformung von 0,6%, die auf die Sperrschicht der Mehrfachquantenmulden-Absorp tionsschicht 12 auf die zuvor beschriebene Weise ausgeübt wird, nimmt der Bandversatz ΔEc des Leitungsbands gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfin dung einen Wert von 60 meV an. Weiterhin nimmt der Band versatz ΔEv des Valenzbands einen Wert von 63 meV an. Kurz gesagt ist der Bandversatz ΔEv des Valenzbands klei ner als der, der in dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung erzielt wird. Weiterhin ist der Bandversatz ΔEv des Valenzbands im wesentlichen der glei che wie der Bandversatz ΔEc des Leitungsbands. Die Mehr fachquantenmulden-Absorptionsschicht 12, die die vorher gehenden charakteristischen Werte aufweist, läßt ein Ex tinktionsverhältnis zu, das höher als das ist, das in dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung be schrieben ist, während der Chirp wie in dem ersten Aus führungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unterdrückt wird, wie es in den Fig. 10 und 11 gezeigt ist.

Fig. 10 zeigt zum Vergleich eine Extinktionscharakte ristik des optischen Modulators gemäß dem ersten Ausfüh rungsbeispiel der vorliegenden Erfindung (durch schmale Linien in der Darstellung gezeigt) und eine Extinktions charakteristik des optischen Modulators gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung (durch durchgezogene Linien in der Darstellung gezeigt). Wie es in Fig. 10 gezeigt ist, nimmt, wenn die Modulatorvorspan nung von 0 V zu 2 V erhöht wird, das sich ergebende Ex tinktionsverhältnis in dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung einen Wert von 15 dB an, und wird das Extinktionsverhältnis, das in dem zweiten Ausfüh rungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zu erzielen ist, um 20 dE verbessert.

Fig. 11 zeigt einen Graph zum Beschreiben der sich auf einen Chirp beziehenden Charakteristiken des opti schen Modulators gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. In Fig. 11 stellt die hori zontale Achse eine Modulatorvorspannung dar, die an einen optischen Modulator anzulegen ist, und stellt die verti kale Achse einen α-Parameter dar, der den Chirppegel dar stellt. Drei Arten von Linien, die in Fig. 11 gezeigt sind, stellen den α-Parameter, der als ein Ergebnis von einfallendem Licht erzielt wird, welches einen optischen Strom von 18 mA induziert, den α-Parameter, der als ein Ergebnis von einfallendem Licht erzielt wird, welches ei nen optischen Strom von 8 mA induziert, bzw. den α-Pa rameter dar, der als ein Ergebnis von einfallendem Licht erzielt wird, welches einen optischen Strom von 3 mA er zielt.

Wie es in Fig. 11 gezeigt ist, wird der α-Parameter des optischen Modulators gemäß dem zweiten Ausführungs beispiel der vorliegenden Erfindung nicht stark von dem Wert des optischen Stroms beeinflußt. Wenn die Modulator vorspannung 0 beträgt, nimmt der α-Parameter einen Wert von kleiner als 1 für alle optischen Ströme von 18 mA oder kleiner wie in dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung an. Wie es zuvor erwähnt worden ist, stellt der optische Modulator 10 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung die glei chen hervorragenden Chirpcharakteristiken wie diejenigen des optischen Modulators gemäß dem ersten Ausführungsbei spiel der vorliegenden Erfindung sicher, wodurch eine hervorragende Extinktionsverhältnischarakteristik erzielt wird.

In dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird der Sperrschicht eine Extensionsverformung von 0,6% zum Verbessern der Extinktionsverhältnischarak teristik verliehen. Jedoch ist die der Sperrschicht zu verleihende Extensionsverformung nicht auf einen derarti gen Wert beschränkt. Mittels eines Verleihens einer Ex tensionsverformung von 0,5% oder größer der Sperrschicht kann die Extinktionsverhältnischarakteristik des opti schen Modulators auf einen praktisch vernünftigen Pegel verbessert werden. Wie in dem Fall des ersten Ausfüh rungsbeispiels der vorliegenden Erfindung wird, wenn der optische Modulator 10 gemäß dem zweiten Ausführungsbei spiel der vorliegenden Erfindung in Verbindung mit der Laserdiode 30 verwendet wird, die mit einem optischen Mo dulator integrierte Laserdiode 31 geschaffen, die in Fig. 7 gezeigt ist.

Die vorliegende Erfindung wird auf die zuvor erwähnte Weise verwirklicht und weist daher die folgenden Vorteile auf.

Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung kann durch Einstellen der Bandlücke der Sperrschicht der Mehrfachquantenmulden-Absorptionsschicht auf einen zweck mäßigen Pegel der Bandversatz des Valenzbandes auf einen niedrigeren Wert verringert werden, während eine zweckmä ßige Energiesperrwand auf jeder Seite der Sperrschicht sichergestellt wird. Daher läßt die vorliegende Erfindung ein Bilden eines optischen Modulators zu, welcher als Re aktion auf einfallendes Licht einer hohen Intensität ei nen niedrigeren Chirp hervorbringt.

Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung kann mittels eines Ausbildens der Muldenschicht und der Sperrschicht der Mehrfachquantenmulden-Absorptionsschicht aus einem zweckmäßigen Material ein optischer Modulator geschaffen werden, der zur Verwendung als eine Licht quelle einer optischen Übermittlung geeignet ist.

Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung kann mittels eines Verleihens einer zweckmäßigen Exten sionsverformung der Sperrschicht ein optischer Modulator geschaffen werden, der ein hohes Extinktionsverhältnis aufweist, während ein Chirp zu einem niedrigen Pegel ge drückt wird.

Gemäß einem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung kann mittels eines Kombinierens eines optischen Modula tors, der für einfallendes Licht einer hohen Intensität imstande ist, einen Chirp auf einen niedrigeren Pegel zu unterdrücken, und einer Laserdiode eine mit einem opti schen Modulator integrierte Laserdiode geschaffen werden, welche zu einem optischen Übermittlungssignal einer hohen Leistung und einer hohen Genauigkeit führt.

Wie es zuvor beschrieben worden ist, offenbart die vorliegende Erfindung einen optischen Modulator, welcher zur Verwendung bei optischen Übermittlungen einer hohen Geschwindigkeit geeignet ist und gleichzeitig eine Forde rung nach einem einfallenden Licht einer hohen Intensität und eine Forderung nach einem niedrigeren Chirp erfüllt. Eine Absorptionsschicht einer Mehrfachquantenmuldenstruk tur ist vorgesehen. Die Absorptionsschicht beinhaltet eine Muldenschicht, die eine erste Bandlücke zwischen dem Valenzband und dem Leitungsband aufweist, und eine Sperr schicht, die eine zweite Bandlücke zwischen dem Valenz band und dem Leitungsband aufweist, wobei die zweite Bandlücke größer als die erste Bandlücke ist und gleich oder kleiner als 0,946 eV ist.

Claims

1. Optischer Modulator, der eine Absorptionsschicht (12) einer Quantenmuldenstruktur aufweist, wobei die Ab sorptionsschicht (12) aufweist:
eine Muldenschicht, die eine erste Bandlücke zwischen einem Valenzband und einem Leitungsband aufweist; und
eine Sperrschicht, die eine zweite Bandlücke (Egb) zwischen einem Valenzband und einem Leitungsband auf weist, wobei die zweite Bandlücke (Egb) größer als die erste Bandlücke ist und gleich oder kleiner als 0,946 eV ist.

2. Optischer Modulator nach Anspruch 1, wobei die zweite Bandlücke (Egb) einen Wert von 0,939 eV oder klei ner annimmt.

3. Optischer Modulator nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Muldenschicht eine InGaAsP-Schicht oder eine InGaAs- Schicht aufweist und die Sperrschicht eine InGaAsP- Schicht, eine InAlAs-Schicht oder eine InGaAlAs-Schicht aufweist.

4. Optischer Modulator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Sperrschicht eine Extensionsverfor mung von 0,5% oder größer aufweist.

5. Optischer Modulator nach Anspruch 4, wobei die Sperrschicht eine Extensionsverformung von 0,6% oder grö ßer aufweist.

6. Mit einem optischen Modulator integrierte Laser diode, die aufweist:
den optischen Modulator (10) gemäß einem der vorher gehenden Ansprüche; und
eine Laserdiode (30) zum Bewirken, daß ein Laser strahl einer vorbestimmten Wellenlänge eine Absorptions schicht (12) des optischen Modulators (10) erreicht.