DE10139804B4

DE10139804B4 - Optischer Modulator und mit einem optischen Modulator integrierte Laserdiode

Info

Publication number: DE10139804B4
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: 2007-11-22
Anticipated expiration: 2021-08-15
Also published as: US6574027B2; US20020057483A1; DE10139804A1; JP2002148575A

Abstract

Optischer Modulator, der eine Absorptionsschicht (12) einer Quantenmuldenstruktur aufweist, wobei die Absorptionsschicht (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 aufweist, wobei die zweite Bandlücke (Egb) 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 integrierte Laserdiode und insbesondere einen optischen Modulator und eine mit einem optischen Modulator integrierte Laserdiode, die zum Anwenden bei schnellen optischen Übermittlungen geeignet sind.
Auf dem Gebiet der optischen Übermittlungen ist bisher ein optischer Modulator bekannt, der eine Absorptionsschicht einer Quantenmuldenstruktur aufweist.
Die Absorptionsschicht weist eine Muldenschicht, die eine verhältnismäßig schmale Bandlücke zwischen dem Valenzband und dem Leitungsband einbringt, und eine Sperrschicht auf, welche eine große Bandlücke einbringt und auf jeder Seite der Muldenschicht ausgebildet ist.
1 zeigt ein Banddiagramm, das eine Absorptionsschicht einer Mehrfachquantenmuldenstruktur darstellt, die eine Mehrzahl von Muldenschichten und Sperrschichten aufweist.
In 1 bezeichnet Egb eine Bandlücke der Sperrschicht, 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 ausgewertet werden. Hierbei ist das Extinktionsverhältnis das Verhältnis der maximalen Intensität Imax zu der minimalen Intensität Imin (Imax/Imin) von Licht, das von einem optischen Modulator abgegeben wird, wenn Licht einer bestimmten Intensität den optischen Modulator erreicht. Alternativ kann das Extinktionsverhältnis in Dezibel [10log (Imax/Imin)] ausgedrückt werden. Das Extinktionsverhältnis nimmt einen größeren Wert an, wenn sich die Bandlücke der Sperrschicht erhöht. Aus diesem Grund wird die Bandlücke der Sperrschicht in einem optischen Modulator 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. 2 zeigt einen Graph zum Beschreiben einer sich auf einen Chirp beziehenden Charakteristik des optischen Modulators des verwandten Standes der Technik. wie es in 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 2 gezeigt sind, stellen den α-Parameter, der als ein Ergebnis von einfallendem Licht erzielt wird, welches einen optischen Strom von 15 mA induziert, den α-Parameter, der als ein Ergebnis von einfallendem 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 2 gezeigt ist, erhöht sich der α-Parameter des optischen Modulators, wenn sich der Wert eines sich ergebenden optischen Stroms erhöht, das heißt wenn sich die Intensität von Licht, die den optischen Modulator erreicht, erhöht. Genauer gesagt nimmt der α-Parameter, 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.
Die US 5784188 A beschreibt einen optischen Elektroabsorptionsmodulator, der eine Absorptionsschicht einer Quantenmuldenstruktur mit einander abwechselnden Quantenmuldenschichten und Sperrschichten aufweist. Die Wellenlänge der Bandlücke der Sperrschichten beträgt λ_g = 1,05 μm, und die Wellenlänge der Muldenschichten beträgt λ_g = 1,45 μm. Die entsprechende Bandlücke der Sperrschichten beträgt näherungsweise 1,18 eV.
In T. Ido, H. Sano, S. Tanaka, D. Moss, H. Inoue: "Performance of Strained InGaAs/InAlAs Multiple-Quantum-Well Electroabsorption Modulators", J. Lightw. Techn. Vol. 14, No. 10 (1996), pp. 2324-2331, sind Elektroabsorptionsmodulatoren beschrieben, deren InGaAs/InAlAs-Mehrfachquantenmulden einer Spannung unterzogen werden. Die Aufgabe, die diesem Dokument zu Grunde liegt, besteht darin, die Ansteuerspannung zu verringern sowie die Bandlücke und die Muldenbreite zu optimieren. Dieses wird dadurch erzielt, dass eine Extensionsspannung in die InGaAs-Mulden eingebracht wird, was zum Beispiel bewirkt, dass sich die Ansteuerspannung verringert. Außerdem werden die InAlAs-Sperrschichten einer Kompressionsspannung unterzogen.
Die US 5882951 A beschreibt eine InP-basierte optoelektronische integrierte Schaltung mit einer aktiven Schicht, die eine oder mehrere Quantenmulden einschließlich einander abwechselnder Quantenmuldenschichten und Sperrschichten enthält. Außerdem ist eine Diffusionssperrschicht vorgesehen, die die Diffusion von Teilchen (species) von dem Substrat in die Quantenmulde verhindert und dadurch die darauf ausgebildeten Quantenmulden und Spenschichten schützt. Außerdem wird in die Quantenmuldenschicht eine Expansionsspannung von etwa –0,3% eingebracht. Die Sperrschichten weisen eine Wellenlänge von λ_g = 1,2 μm auf, was einer Bandlücke von 1,03 eV entspricht. Nur die Diffusionsspenschicht wird leicht einer Spannung unterzogen, so dass sie eine Bandlückenwellenlänge von λ_g = 1,3 μm aufweist, was einer Bandlücke von 0,952 eV entspricht.
Die US 6100543 A beschreibt einen optischen Halbleitermodulator vom Elektro-Absorptions-Typ, der eine Mehrfachquantenmuldenstruktur aufweist. Die Bandlücke der Sperrschicht wird auf λ_g = 1,20 μm oder λ_g = 1,13 μm gehalten, wobei nur die Muldenschicht einer Spannung unterzogen wird.
Die US 5991322 A beschreibt einen optischen Halbleiterlaser mit einem Beugungsgitter. Es ist nur erwähnt, dass die Sperrschicht eine Bandlückenenergie aufweist, die größer als diejenige der Muldenschicht ist, aber weitere Werte der Bandlücke der Sperrschicht sind nicht erwähnt.
Wenn ein optischer Modulator als die Lichtquelle eines 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 2 gezeigt sind, zeigen, daß der optische Modulator des verwandten Standes der Technik versagt, das Leistungsvermögen der Lichtquelle des optischen Übermittlungssystems in einem Bereich von einfallendem Licht einer 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 einfallendem 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 optischen Modulator zu schaffen, der imstande ist, gleichzeitig 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 Laserdiode integriert aufweist.
Diese Aufgabe wird mit den in Anspruch 1 bzw. Anspruch 6 angegebenen Maßnahmen gelöst.
Genauer gesagt schafft die vorliegende Erfindung einen optischen Modulator, der eine Absorptionsschicht einer Quantenmuldenstruktur aufweist. Die Absorptionsschicht beinhaltet eine Muldenschicht, die eine erste Bandlücke zwischen einem Valenzband und einem Leitungsband aufweist. Die Absorptionsschicht beinhaltet weiterhin 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 einem optischen Modulator integrierte Laserdiode. Die integrierte Laserdiode beinhaltet sowohl den zuvor beschriebenen optischen Modulator als auch eine Laserdiode zum Bewirken, daß ein Laserstrahl einer vorbestimmten Wellenlänge eine Absorptionsschicht des optischen Modulators erreicht.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die vorliegende Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung erläutert.
Es zeigt:
1 ein Banddiagramm einer Absorptionsschicht einer Mehrfachquantenmuldenstruktur;
2 einen Graph zum Beschreiben einer sich auf einen Chirp beziehenden Charakteristik eines optischen Modulators eines verwandten Standes der Technik;
3 eine perspektivische Ansicht eines optischen Modulators gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
4 eine Tabelle zum Vergleichen von charakteristischen Werten einer Mehrfachquantenmulden-Absorptionsschicht des optischen Modulators des verwandten Standes der Technik, von charakteristischen Werten einer Mehrfachquantenmulden-Absorptionsschicht gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung und von charakteristischen Werten einer Mehrfachquantenmulden-Absorptionsschicht gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
5 einen Graph zum Beschreiben von sich auf einen Chirp beziehenden Charakteristiken des optischen Modulators gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
6 einen Graph einer Korrelation zwischen einem Chirp eines optischen Modulators und einer Bandlücke Egb einer Sperrschicht;
7 eine perspektivische Ansicht einer mit dem optischen Modulator gemäß dem ersten oder zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung versehenen und mit einem optischen Modulator integrierten Laserdiode;
8A und 8B Darstellungen zum Beschreiben einer in einem Halbleiterkristall entstehenden Extensionsverformung;
9A und 9B Darstellungen zum Beschreiben einer in einem Halbleiterkristall entstehenden Kontraktionsverformung;
10 einen Graph einer Korrelation zwischen einer Extensionsverforrmung in einer Sperrschicht und einem Extinktionsverhältnis eines optischen Modulators; und
11 einen Graph einer sich auf einen Chirp beziehenden Charakteristik des optischen Modulators gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Durchgängig durch die Zeichnung bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente und eine Wiederholung ihrer Erläuterungen ist weggelassen.
Nachstehend erfolgt die Beschreibung eines ersten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.
3 zeigt eine perspektivische Ansicht, die einen optischen Modulator 10 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt. Der optische Modulator 10 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung, die für optische Übermittlungen in einem 1550-nm-Band verwendet wird. Wie es in 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 3 gestapelt sind. Die Muldenschicht kann zum Beispiel aus einer 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 Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist die Mehrfachquantenmulden-Absorptionsschicht 12 ein Mehrschichtfilm, 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 aufweist, und einer Sperrschicht besteht, die eine InAlAs-Schicht aufweist.
Eine p-InP-Beschichtungslage 14, welche derart gesteuert worden ist, daß sie ein Halbleiter eines p-Typs wird, ist auf der Mehrfachquantenmulden-Absorptionsschicht 12 ausgebildet. Eine p-InGaAs-Kontaktschicht 16 eines Halbleiters des p-Typs ist auf der p-InP-Beschichtungslage 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-Stromsperrschicht 20, eine n-InP-Stromsperrschicht 22 eines Halbleiters des n-Typs und eine halbisolierende Stromsperrschicht 24 derart ausgebildet, daß sie die Seite der Mehrfachquantenmulden-Absorptionsschicht 12 bedecken.
Wie es in 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-Beschichtungslage 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-Absorptionsschicht 12 vorgesehen ist. Folglich wird die Bandlücke der Mehrfachquantenmulde mittels des quanteneinschließenden Starkeffekts klein gemacht. Als Ergebnis erhöht sich der Absorptionskoeffizient der Mehrfachquantenmulden-Absorptionsschicht 12 bezüglich der Wellenlänge von einfallendem Licht. Demgemäß kann mittels eines Anlegens einer zweckmäßigen Spannung an die Mehrfachquantenmulden-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-Absorptionsschicht 12 kann, wie es in 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 1 in Verbindung mit 3 beschrieben.
4 zeigt eine Tabelle, die zum Vergleich charakteristische werte der Mehrfachquantenmulden-Absorptionsschicht des optischen Modulators des verwandten Standes der Technik, charakteristische Werte der Mehrfachquantenmulden-Absorptionsschicht gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung und charakteristische werte einer Mehrfachquantenmulden-Absorptionsschicht gemäß einem später beschriebenen zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt. Die in 4 gezeigten Egb, ΔEc und ΔEv bezeichnen eine Bandlücke der Sperrschicht, einen Bandversatz eines Leitungsbands bzw. einen Bandversatz eines Valenzbands, die in 1 gezeigt sind. Details einer Sperrverformunng, die in 4 gezeigt ist, werden später beschrieben.
In dem in 4 gezeigten Beispiel weist die Sperrschicht 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 verwandten Standes der Technik der Bandversatz ΔEc des Leitungsbands und der Bandversatz ΔEv des Valenzbands werte von 96 meV bzw. 129 meV an.
Im Gegensatz dazu ist in dem ersten Ausführungsbeispiel 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 Valenzbands auf einen wert von 72 mV verringert.
In dem optischen Modulator werden, wenn die Muldenschicht 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 Brechungsindexes 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-Absorptionsschicht 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 unwahrscheinlicher, daß die Löcher in der Muldenschicht gesammelt werden. Im Gegensatz zu dem optischen Modulator des verwandten Standes der Technik kann der optische Modulator gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung Änderungen des Brechungsindexes der Mehrfachquantenmulden-Absorptionsschicht unterdrücken, die von einem Sammeln der Löcher stammen. Folglich kann ein Chirp vermindert werden.
5 zeigt einen Graph zum Beschreiben von sich auf einen Chirp beziehenden Charakteristiken des optischen Modulators gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. In 5 stellt die horizontale Achse eine Modulatorvorspannung dar, die an einen optischen Modulator anzulegen ist, und stellt die vertikale Achse einen α-Parameter dar, der den Chirppegel darstellt. Drei Arten von Linien, die in 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 einen optischen Strom von 13 mA induziert, bzw. den α-Parameter dar, der als ein Ergebnis von einfallendem Licht erzielt wird, welches einen optischen Strom von 8 mA induziert. Der wert des optischen Stroms ist proportional zu der Intensität des einfallenden Lichts, das den optischen Modulator 10 erreicht, und der Anzahl von Photonen, die von der Mehrfachquantenmulden-Absorptionsschicht 12 absorbiert werden.
Wie es in 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 Modulatorvorspannung 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 optische 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.
6 zeigt einen Graph, der eine Korrelation zwischen dem Chirp des optischen Modulators und der Bandlücke Egb der Sperrschicht darstellt. In 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 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 Bandlücke Egb einen wert von 0,939 eV (das Ergebnis des optischen Modulators gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung) annimmt. Eine Linie mit leeren Rechtecken stellt den Wert des α-Parameters dar, der erzielt wird, wenn die Bandlücke Egb einen Wert von 0,992 eV (das heißt ein Referenzergebnis) annimmt. Diese Ergebnisse 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 Leistungsvermögen 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 Lichtquelle des optischen Übermittlungssstems kann mittels eines 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.
7 zeigt eine perspektivische Ansicht, die eine mit einem optischen Modulator integrierte Laserdiode 31 darstellt, die integriert den optischen Modulator 10 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung und eine Laserdiode 30 aufweist. Die Laserdiode 31 ist mit einer aktiven Schicht 32 und einem Beugungsgitter 34 zum Zuführen eines Laserstrahls als einfallendes Licht zu der Mehrfachquantenmulden-Absorptionsschicht 12 des Modulators 10 ausgestattet. Die mit einem optischen Modulator integrierte Laserdiode 31, die in 7 gezeigt ist, läßt ein genaues Modulieren eines Laserlichts mit einer hohen Intensität, das von der Laserdiode 30 erzeugt wird, durch Verwendung des optischen Modulators 10 zu, der einen weniger schlimmen Chirp einbringt, um dadurch ein Erzeugen eines optischen Übermittlungssignals einer hohen Intensität und Genauigkeit zuzulassen.
Nachstehend erfolgt die Beschreibung eines zweiten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.
Das zweite Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die 8 bis 11 beschrieben.
Ein optischer Modulator gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist ausgenommen dessen identisch zu dem Aufbau, der in Verbindung mit dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben worden ist, daß die Mehrfachquantenmulden-Absorptionsschicht 12 charakteristische Werte annimmt, die sich von denen der Mehrfachquantenmulden-Absorptionsschicht 12 in dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unterscheiden. In dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung weist die Mehrfachquantenmulden-Absorptionsschicht 12 die charakteristischen werte auf, die in der Reihe für das zweite Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, die in 4 gezeigt ist, beschrieben sind.
Ein Halbleiterkristall, der eine optische Vorrichtung bildet, weist eine Kristallabmessung, das heißt eine Gitterkonstante, auf, welche dem Material und der Zusammensetzung 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 epitaktisch auf ein Substrat aufgewachsen wird, in Übereinstimmung mit der Beziehung zwischen der Gitterkonstante eines aufwachsenden Kristalls und der Gitterkonstante des Substrats eine Extensions- oder Kontraktionsverformung in dem Kristall.
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 epitaktischen Aufwachsens auf dem Substrat ausgebildet wird, eine Extensionsverformung in der Kristallschicht entwikkelt, wie es in 8B gezeigt ist. Es ist anzumerken, daß, wenn die Verformung, die in dem Kristall entsteht, zum Beispiel ungefähr 5% beträgt, die Extensionsverformung üblicherweise als "Verformung von +5%" unter Verwendung eines Pluszeichens ausgedrückt wird.
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 epitaktischen Aufwachsens auf dem Substrat ausgebildet wird, eine Kontraktionsverformung in der Kristallschicht entwickelt, wie es in 9B gezeigt ist. Es ist anzumerken, daß, wenn die Verformung, die in dem Kristall entsteht, zum Beispiel ungefähr 5% beträgt, die Kontraktionsverformung üblicherweise als "Verformung von –5%" unter Verwendung eines Minuszeichens ausgedrückt wird.
wie es in 4 gezeigt ist, sind die Mehrfachquantenmulden-Absorptionsschicht des verwandten Standes der Technik und die Mehrfachquantenmulden-Absorptionsschicht gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung 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 Erfindung derart ausgebildet, daß eine Sperrschicht eine Extensionsverformung von 0,6% annimmt.
Als Ergebnis einer Extensionsverformung von 0,6%, die auf die Sperrschicht der Mehrfachquantenmulden-Absorptionsschicht 12 auf die zuvor beschriebene Weise ausgeübt wird, nimmt der Bandversatz ΔEc des Leitungsbands gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung einen Wert von 60 meV an. Weiterhin nimmt der Bandversatz 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 gleiche wie der Bandversatz ΔEc des Leitungsbands. Die Mehrfachquantenmulden-Absorptionsschicht 12, die die vorhergehenden charakteristischen Werte aufweist, läßt ein Extinktionsverhältnis zu, das höher als das ist, das in dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben ist, während der Chirp wie in dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unterdrückt wird, wie es in den 10 und 11 gezeigt ist.
10 zeigt zum Vergleich eine Extinktionscharakteristik des optischen Modulators gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung (durch schmale Linien in der Darstellung gezeigt) und eine Extinktionscharakteristik des optischen Modulators gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung (durch durchgezogene Linien in der Darstellung gezeigt). wie es in 10 gezeigt ist, nimmt, wenn die Modulatorvorspannung von 0 V zu 2 V erhöht wird, das sich ergebende Extinktionsverhältnis in dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung einen Wert von 15 dB an, und wird das Extinktionsverhältnis, das in dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zu erzielen ist, um 20 dB verbessert.
11 zeigt einen Graph zum Beschreiben der sich auf einen Chirp beziehenden Charakteristiken des optischen Modulators gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. In 11 stellt die horizontale Achse eine Modulatorvorspannung dar, die an einen optischen Modulator anzulegen ist, und stellt die vertikale Achse einen α-Parameter dar, der den Chirppegel darstellt. Drei Arten von Linien, die in 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 einen optischen Strom von 8 mA induziert, bzw. den α-Parameter dar, der als ein Ergebnis von einfallendem Licht erzielt wird, welches einen optischen Strom von 3 mA erzielt.
Wie es in 11 gezeigt ist, wird der α-Parameter des optischen Modulators gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung nicht stark von dem wert des optischen Stroms beeinflußt. Wenn die Modulatorvorspannung 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 gleichen hervorragenden Chirpcharakteristiken wie diejenigen des optischen Modulators gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel 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 Extinktionsverhältnischarakteristik verliehen. Jedoch ist die der Sperrschicht zu verleihende Extensionsverformung nicht auf einen derartigen Wert beschränkt. Mittels eines Verleihens einer Extensionsverformung von 0,5% oder größer der Sperrschicht kann die Extinktionsverhältnischarakteristik des optischen Modulators auf einen praktisch vernünftigen Pegel verbessert werden. Wie in dem Fall des ersten Ausführungsbeispiels 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 Modulator integrierte Laserdiode 31 geschaffen, die in 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 zweckmäßigen Pegel der Bandversatz des Valenzbandes auf einen niedrigeren wert verringert werden, während eine zweckmäßige Energiesperrwand auf jeder Seite der Sperrschicht sichergestellt wird. Daher läßt die vorliegende Erfindung ein Bilden eines optischen Modulators zu, welcher als Reaktion auf einfallendes Licht einer hohen Intensität einen 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 Lichtquelle einer optischen Übermittlung geeignet ist.
Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung kann mittels eines Verleihens einer zweckmäßigen Extensionsverformung der Sperrschicht ein optischer Modulator geschaffen werden, der ein hohes Extinktionsverhältnis aufweist, während ein Chirp zu einem niedrigen Pegel gedrückt 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 optischen 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 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.

Claims

Optischer Modulator, der eine Absorptionsschicht (12) einer Quantenmuldenstruktur aufweist, wobei die Absorptionsschicht (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 aufweist, wobei die zweite Bandlücke (Egb) größer als die erste Bandlücke ist und gleich oder kleiner als 0,946 eV ist.
Optischer Modulator nach Anspruch 1, wobei die zweite Bandlücke (Egb) einen Wert von 0,939 eV oder kleiner annimmt.
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.
Optischer Modulator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Sperrschicht eine Extensionsverformung von 0,5% oder größer aufweist.
Optischer Modulator nach Anspruch 4, wobei die Sperrschicht eine Extensionsverformung von 0,6% oder größer aufweist.
Mit einem optischen Modulator integrierte Laserdiode, die aufweist: den optischen Modulator (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche; und eine Laserdiode (30) zum Bewirken, daß ein Laserstrahl einer vorbestimmten Wellenlänge eine Absorptionsschicht (12) des optischen Modulators (10) erreicht.