DE69521163T2

DE69521163T2 - Optischer Halbleitermodulator

Info

Publication number: DE69521163T2
Application number: DE69521163T
Authority: DE
Inventors: Tatemi Ido; Hirohisa Sano
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1994-02-18
Filing date: 1995-02-13
Publication date: 2002-02-28
Anticipated expiration: 2015-02-14
Also published as: EP0672932A1; JPH07230066A; US5742423A; DE69521163D1; EP0672932B1

Description

Hintergrund der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft einen optischen Halbleitermodulator, ein optisches Modulatorbauelement mit dem optischen Halbleitermodulator und eine faseroptische Übertragungseinrichtung.
Um die Kapazität einer faseroptischen Übertragungseinrichtung zu erhöhen, ist es erforderlich, eine schnellere Lichtmodulation zu bewerkstelligen. Ein optischer Modulator, bei dem der elektrische Feldeffekt von Halbleitern verwendet wird, kann eine schnelle, hocheffektive Lichtmodulation ausführen. Es wurde daher untersucht, wie die Arbeitsgeschwindigkeit des Modulators zu erhöhen ist und wie der Modulator in ein Bauelement einzubauen ist, um den Modulator bei faseroptischen Übertragungseinrichtungen anwenden zu können.
Die Fig. 1A bis 1C zeigen einen herkömmlichen optischen Elektroabsorpti onsmodulator, der eine Art der optischen Halbleitermodulatoren darstellt. In den Fig. 1A bis 1C bezeichnet das Bezugszeichen 1 einen n-dotierten Halbleiterwafer 2 eine n-dotierte Pufferschicht, 3 eine undotierte Lichtabsorptionsschicht, 4 eine p-dotierte Hüllschicht, 5 eine Kontaktschicht, 6 einen optischen Wellenleiter, 7 einen Isolator, 8 eine p-Elektrode, 9 eine n-Elektrode und 10 eine Antireflexbeschichtung. Bei diesem Modulator tritt das Licht an einer Seitenfläche des Elements in den optischen Wellenleiter ein und pflanzt sich durch den optischen Wellenleiter fort, wonach es dann durch die gegenüberliegende Seitenfläche abgegeben wird. Der optische Wellenleiter umfaßt die Lichtabsorptionsschicht 3, und das Licht wird durch Anlegen eines elektrischen Feldes an die Lichtabsorptionsschicht mittels Elektroden und durch Ändern der Absorptionsintensität moduliert. Durch die Verwendung einer Mehrfach-Quantentopfstruktur in der Lichtabsorptionsschicht 3 zur Ausnutzung des Elektroabsorptionseffektes läßt sich ein optischer Modulator mit hoher Wirksamkeit erhalten.
Die Fig. 2A und 2B zeigen ein optisches Modulatorbauelement mit einem solchen optischen Halbleitermodulator. In den Fig. 2A und 2B bezeichnet das Bezugszeichen 21 ein Bauelementgehäuse, 22 eine Polarisationshaltefaser, 23 einen Träger, 24 eine nichtsphärische Linse, 251 und 252 Mikrostreifenleiter, 26 einen optischen Modulator, 27 einen Anpaßwiderstand, 281 und 282 Drahtanschlüsse, 29 Eingangs/Ausgangsanschlußstifte, 30 eine Stablinse, 31 einen elektronischen Kühler und 32 eine Gehäuseabdeckung. Bei diesem Modulatorbauelement erfolgt die optische Kopplung zwischen der optischen Eingangs/Ausgangsfaser 22 und dem optischen Modulator 26 über die Stablinse 30 und die nichtsphärische Linse 24. Das Element ist am Träger 23 angebracht, der einen Vorsprung mit einer Breite (W) aufweist, die etwa gleich der Modulatorlänge (L) ist, so daß das Licht zwischen dem Modulator 26 und der nichtsphärischen Linse 24 nicht gestreut wird. Über die Mikrostreifenleitung 251 wird ein elektrisches Signal zu dem Modulator geführt, wobei am Ende der Streifenleitung 251 der Anpaßwiderstand 27 zur Vermeidung von Signalreflexionen vorgesehen ist. Diese Art Bauelement ist zum Beispiel im TECHNICAL REPORT OF IEICE, EMD 93-33, CPM 93-46, OQE 93-67 (1993-08), Seiten 55-60 beschrieben.

Zusammenfassung der Erfindung

Die Modulationsgeschwindigkeit des beschriebenen optischen Modulators wird durch die Element-Kapazität begrenzt. Um einen schnelleren optischen Modulator zu erhalten, ist es daher erforderlich, die Element-Kapazität durch Verkleinern der Modulator länge (L) zu verringern.
Wenn die Bauteillänge (L) des herkömmlichen optischen Modulators und des optischen Modulatorbauelements zur Erhöhung der Arbeitsgeschwindigkeit herabgesetzt wird, ist es jedoch auch erforderlich, die Breite (W) des Trägervorsprungs zu verringern, um eine Streuung des Lichts zu vermeiden. Wenn die Breite (W) des Trägervorsprungs verringert wird, ergibt sich jedoch ein Problem, da die mechanische Festigkeit des Vorsprungs und das Wärmeleitvermögen abnimmt. Darüberhinaus ist es erforderlich, die Abmessungen der Mikrostreifenleitung 251 und des Anpaßwiderstands 27, die sich auf dem gleichen Vorsprung befinden, zu verkleinern, wovon die Hochhequenzeigenschaften der Streifenleitung und die Durchbruchspannung des Anpaßwiderstands negativ beeinflußt werden. Wenn das Element eine Länge von 300 um oder weniger aufweist, breitet sich das an der Eingangsfläche des Modulators nicht in den optischen Wellenleiter eingekoppelte Licht durch den Teil des Elements über dem optischen Modulator oder im Wafer des optischen Modulators aus und tritt in die optische Faser an der Ausgangsseite ein. Das nicht eingekoppelte Licht verschlechtert die Löscheigenschaften des Bauelements und erschwert die Einstellung des optischen Systems.
Die US-Patentschrift US-A 05 359 679 behandelt das Problem des Ansteigens der Grenzfrequenz eines optischen Modulators. Es ist darin eine Modulatorvorrichtung beschrieben, die an einer der beiden Seiten des Modulationsbereiches einen Wellenleiterbereich aufweist, um die Kapazität der Vorrichtung zu verringern und um zu verhindern, daß der pn-Übergang der Luft ausgesetzt ist. Die p-Seiten-Elektrode und die p-Typ-Hüllschicht sind nur im Modulationsbereich aufgebracht, und die hinsichtlich der Kapazität effektive Länge der Vorrichtung ist auf den Modulationsbereich begrenzt, so daß die Kapazität der Vorrichtung durch beliebiges Wählen der Länge des Modulationsbereichs verringert werden kann. Es läßt sich so ein Modulator mit einer hohen Grenzfrequenz erhalten. Im Gegensatz zu dem bekannten Aufbau eines optischen Modulators nach der US-A 05 359 679 weist der optische Modulator der vorliegenden Erfindung als Kernschichten für den passiven und den Modulationsbereich keine durchgehende einfache Schicht auf, sondern die Kernschichten der passiven Bereiche stehen nicht mit der Kernschicht des Modulationsbereichs in Verbindung. Die Bandlückenenergie der Kernschicht ist im passiven Bereich größer als die der Kernschicht im Modulationsbereich. Bei dem vorliegenden Bauelement ermöglichen es daher die passiven Bereiche, daß das einfallende Licht mitgeringen Verlusten durchläuft, wodurch sich ein effizienterer optischer Modulator ergibt.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen schnellen optischen Halbleitermodulator für ein Bauelement, ein optisches Modulatorbauelement mit dem optischen Modulator und eine faseroptische Übertragungseinrichtung zu schaffen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die optische Modulationsvorrichtung, die im Patentanspruch 1 angegeben ist.
Die Funktionen des erfindungsgemäßen optischen Modulators werden im fol genden anhand der Fig. 3A bis 3C beschrieben. In den Fig. 3A bis 3C bezeichnet das Be zugszeichen 41 einen n-InP-Wafer, 42 eine n-InAlAs-Pufferschicht, 43 eine undotierte gespannte InGaAs/InAlAs-Mehrfach-Quantentopfschicht, 44 eine p-InAlAs-Hüllschicht, 45 eine p+-InGaAs-Kontaktschicht, 46 eine SiO&sub2;-Maske, 47 eine undotierte InP-Pufferschicht, 48 eine undotierte InGaAsP-Kernschicht, 49 eine undotierte InP-Hüllschicht, 50 einen optischen Wellenleiter, 51 ein Polyimid, 52 eine Cr/Au p-Elektrode, 53 eine AuGeNi n-Elektrode und 54 eine SiNx-Antireflexschicht. Bei diesem Modulator umfaßt die optische Wellenleiterstruktur einen Modulationsbereich (mit der Länge L&sub2;) zum Modulieren von Licht und zwei passive Bereiche (mit den Längen L&sub1; und L&sub3;) zum Verbinden des Modulationsbereichs mit dem Seitenflächen des Elements. Die Bandlückenenergie des Halbleiters, der den optischen Wellenleiter im passiven Bereich bildet, ist ausreichend größer als die Lichtenergie, so daß sich das Licht in diesen Bereichen mit geringen Verlusten fortpflanzt. Das Licht, das durch eine Seitenfläche eintritt, läuft durch einen passiven Bereich, wird im Modulationsbereich moduliert, läuft erneut durch einen passiven Bereich und wird dann wieder nach außen abgegeben. Da die Hüllschicht 49 im passiven Bereich von einem undotierten oder halbisolierenden Halbleiter gebildet wird, steigt die Element- Kapazität durch das Vorhandensein der passiven Bereiche nicht an. Mit diesem optischen Modulator ist daher möglich, dadurch leicht eine sehr schnelle Vorrichtung zu schaffen, daß die Länge des Modulationsbereiches (L2) verringert wird, wobei die Gesamtlänge der Vorrichtung (L = L&sub1; + L&sub2; + L&sub3;) groß sein kann. Darüberhinaus ist es bei einem optischen Modulatorbauelement mit diesem sehr schnellen Modulator möglich, die Breite (W) des Trägervorsprungs bis fast auf die Gesamtlänge (L) des Elements zu vergrößern. Mit diesem Modulator ist es daher möglich, ein sehr schnelles optisches Modulatorbauelement zu schaffen, dessen mechanische Festigkeit, thermische Eigenschaften, Hochfrequenzeigenschaften und Löscheigenschaften hervorragend sind.
Es ist oben eine Vorrichtung beschrieben, bei der an beiden Seiten eines Modulationsbereichs optische Wellenleiter vorgesehen sind. Es ist jedoch anzumerken, daß der gleiche Effekt auch dann erwartet werden kann, wenn nur an einer Seite des Modulationsbereichs ein optischer Wellenleiter ausgebildet wird. Darüberhinaus ist, auch wenn oben ein Verfahren zum Isolieren der gesamten Hüllschicht 49 im passiven Bereich angegeben ist, ganz der gleiche Effekt auch dann zu erwarten, wenn zwischen den passiven Bereichen und dem Modulationsbereich Bereiche mit einem hohen Widerstand ausgebildet werden, um die Hüllschichten in den beiden Bereichen auch dann voneinander elektrisch zu isolie ren, wenn die Hüllschichten in den passiven Bereichen elektrisch leitend sind.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Fig. 1A ist eine Aufsicht auf einen herkömmlichen optischen Halbleitermodu lator, Fig. 1B eine Schnittansicht längs der Linie A-A' in der Fig. 1A, und Fig. 1C eine Schnittansicht längs der Line B-B' in der Fig. 1A.
Fig. 2A ist eine Aufsicht auf ein herkömmliches optisches Halbleitermodulatorbauelement (mit entfernter Gehäuseabdeckung) und Fig. 2B eine Schnittansicht längs der Linie A-A' in der Fig. 2A (wobei auch die Lichtausbreitung dargestellt ist).
Fig. 3A ist eine Aufsicht auf eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen optischen Modulators, Fig. 3B eine Schnittansicht längs der Linie A-A' in der Fig. 3A, und Fig. 3C eine Schnittansicht längs der Line C-C' in der Fig. 3A.
Fig. 4A ist eine Aufsicht auf eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen optischen Modulators, Fig. 4B eine Schnittansicht längs der Linie A-A' in der Fig. 4A, und Fig. 4C eine Schnittansicht längs der Line B-B' in der Fig. 4A.
Fig. 5A ist eine Aufsicht auf eine dritte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen optischen Modulators, und Fig. 5B eine Schnittansicht längs der Linie A-A' in der Fig. 5A.
Fig. 6 ist eine Darstellung des erfindungsgemäßen optischen Modulators und einer faseroptischen Übertragungseinrichtung mit dem optischen Modulator.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Die Fig. 3A ist eine Aufsicht auf die erste Ausführungsform des optischen Modulators, die Fig. 3B eine Schnittansicht längs der Linie A-A' in der Fig. 3A, und die Fig. 3C eine Schnittansicht längs der Line C-C' in der Fig. 3A. Der Querschnitt B-B' in der Fig. 3A ist der gleiche wie in der Fig. 1C. Das Bezugszeichen 46 in der Fig. 3A bezeichnet eine SiO&sub2;-Maske, die zum Ätzen und für das zweite Kristallwachstum verwendet wird.
Die n-In0,53Al0,47As-Pufferschicht 42 (0,2 um), die undotierte gespannte In0,48Ga0,52As/In0,60Al0,40As-Mehrfach-Quantentopfschicht 43 (Quantentopfschicht: 7 nm, Barrierenschicht: 5 nm, Anzahl Quantentöpfe: 10, Bandlückenwellenlänge: 1,49 um), die p-In0,53Al0,47As-Hüllschicht 44 (2,0 um) und die p+-In0,53Ga0,47As-Kontaktschicht 45 (0,2 um) wurden in dieser Reihenfolge auf dem n-InP-Wafer 41 mit einer MBE-Technik (Molekularstrahlepitaxie) aufgebracht. Dann wurde die bei der Molekularstrahlepitaxie aufgewachsene Schicht in den Bereichen außerhalb der SiO&sub2;-Maske 46 mittels selektivem See Naßätzen unter Verwendung der SiO&sub2;-Maske 46 entfernt. Dann wurde die undotierte InP Pufferschicht 47 (0,15um), die undotierte In0,82Ga0,18As P -Kernschicht 48 (0,2 um) und die undotierte InP-Hüllschicht 49 (1,5 um) im Bereich außerhalb der SiO&sub2;-Maske 46 durch MOCVD (chemische metallorganische Abscheidung aus der Gasphase) aufgebracht. Nach dem Entfernen der SiO&sub2;-Maske erfolgte durch Trockenätzen ein Mesaätzen bis zum InP-Wafer, um den optischen Wellenleiter 50 (Wellenleiterbreite 3 um) auszubilden. Nach dem Verebnen der Elementoberfläche mit dem Polyimid 51 wurde die Cr/Au p-Elektrode 52 ausgebildet. Nach dem Aufbringen der AuGeNi n-Elektrode 53 durch Vakuumverdampfen wurde das Element gespalten und auf den beiden Seitenflächen die SiNx-Antireflexschicht 54 aufgebracht. Das Element hatte eine Länge von 1000 um, der Modulationsbereich eine Länge (L&sub1;) von 100 um und das Element eine Kapazität von 0,3 pF.
Mit dem so erhaltenen Modulator wurde der in den Fig. 2A und 2B gezeigte optische Modulatorbaustein hergestellt, der dem herkömmlichen Baustein ähnlich ist. Bei diesem Modulatorbaustein betrug die Breite (W) des Trägervorsprungs 1000 um. Zum Messen der Modulationseigenschaften wurde der Strahl eines 1,55 um-Halbleiterlasers auf diesen optischen Modulatorbaustein gerichtet. Bei dieser Messung wurde die einfallende Polarisation so eingestellt, daß sich das Licht im Modulator im TE-Modus fortpflanzte. Der Einführverlust betrug ohne eine an den Modulator angelegte Spannung (Lichtausgang auf EIN) 9 dB und die für eine 15-dB-Schwächung erforderliche Spannung 1,5 V. Die Modulationsbandbreite (f3db) des optischen Modulatorbausteins betrug 20 GHz.
Mit diesem optischen Modulatorbaustein wurde die in der Fig. 6 gezeigte faseroptische Übertragungseinrichtung (Übertragungsrate 10 GBit/s) aufgebaut. In der Fig. 6 bezeichnet das Bezugszeichen 90 einen 1,55-um-DFB-Laser, 91 eine Ansteuerschaltung für den optischen Modulator, 92 einen optischen Modulatorbaustein, 93 einen faseroptischen Verstärker und 94 eine dispersionsoptimierte optische Faser. Das vom DFB-Laser 90 mit einer Oszillationswellenlänge von 1,55 um emittierte Licht wurde vom optischen Modulatorbaustein 92 moduliert, vom faseroptischen Verstärker 93 verstärkt, über die dispersionsoptimierte optische Faser 94 (100 km) übertragen und von einem Empfänger aufgenommen. Die Fehlerrate der faseroptischen Übertragungseinrichtung wurde gemessen und ein guter Wert von 10&supmin;¹² oder weniger erhalten.
Die Fig. 4A ist eine Aufsicht auf eine zweite Ausführungsform des optischen Modulators und die Fig. 4B eine Schnittansicht längs der Linie A-A' in der Fig. 4A. Die gestrichelte Linie 46 in der Fig. 4A zeigt eine SiO&sub2;-Maske, die zum Ätzen und zum zwei ten Kristallwachstum verwendet wurde. In den Fig. 4A und 4B bezeichnet das Bezugszei chen 61 eine n-InP-Pufferschicht, 62 eine undotierte InGaAsP-Absorptionsschicht, 63 eine p-InP-Hüllschicht, 64 eine Fe-dotierte halbisolierende obere InP-Hüllschicht, 651 und 652, bezeichnen n-InP-Abdeckschichten, und 66 bezeichnet eine vergrabene Fe-dotierte halb isolierende InP-Schicht.
Die n-InP-Pufferschicht 61 (0,2 um), die undotierte In0,63Ga0,37As0,82P0,18- Absorptionsschicht 62 (0,2 um, Bandlückenwellenlänge: 1,47 um), die p-InP-Hüllschicht 63 (2,0 um) und die p+-In0,53Ga0,47As-Kontaktschicht 45 (0,2 um) wurden in dieser Reihenfolge auf dem n-InP-Wafer 41 mittels MOCVD aufgebracht. Dann wurde die Kontaktschicht 45, die Hüllschicht 63 und die Absorptionsschicht außerhalb der SiO&sub2;-Maske 46 durch selektives Naßätzen unter Verwendung der SiO&sub2;-Maske 46 entfernt. Dann wurde die undotierte In0,82Ga0,18As0,40P0,60-Kernschicht 48 (0,2 um), die Fe-dotierte halbisolierende InP-Hüllschicht 64 (2,0 um) und die n-InP-Abdeckschicht 651 im Bereich außerhalb der SiO&sub2;-Maske 46 durch MOCVD (chemische metallorganische Abscheidung aus der Gasphase) aufgebracht. Nach dem Entfernen der SiO&sub2;-Maske 46 erfolgte durch Naßätzen ein Ätzen bis zum InP-Wafer 41, um den optischen Wellenleiter 50 (Wellenleiterbreite 2 um) auszubilden, der in die Fe-dotierte InP-Schicht 652 und die n-InP-Schicht 652 eingebettet wurde. Mit teilweiser Entfernung der n-InP-Abdeckschicht im Bereich außerhalb der Elektrode wurde die Cr/Au p-Elektrode 52 ausgebildet. Nach dem Aufbringen der AuGeNi n- Elektrode 53 durch Vakuumverdampfen wurde das Element gespalten und auf den beiden Seitenflächen die SiNx-Antireflexschicht 54 aufgebracht. Das Element hatte eine Länge von 1000 um, der Modulationsbereich eine Länge von 150 um und das Element eine Kapazität von 0,4 pF.
Wie bei der ersten Ausführungsform wurde mit diesem optischen Modulator ein optisches Modulatorbauelement hergestellt. Die Breite (W) des Trägervorsprungs betrug wie bei der ersten Ausführungsform 1000 um. Der Einführverlust des so erhaltenen Modulators betrug 6 dB, das Modulationsband 15 GHz und die für eine 15-dB- Schwächung erforderliche Spannung 3,0 V.
Mit dem optischen Modulator wurde wie bei der ersten Ausführungsform eine faseroptische Übertragungseinrichtung aufgebaut, sie erwies sich als gute Übertragungseinrichtung mit einer Fehlerrate von 10&supmin;¹² oder weniger.
Die Fig. 5A ist eine Aufsicht auf eine dritte Ausführungsform des optischen Modulators und die Fig. 5B eine Schnittansicht längs der Linie A-A' in der Fig. 5A. Die gestrichelten Linien in der Fig. 5A zeigen SiO&sub2;-Masken 801 und 802, die zum Kristall wachstum verwendet wurden. In der Fig. 5B bezeichnet das Bezugszeichen 81 eine untere n-InGaAsP-Führungsschicht, 82 eine InGaAs/InGaAsP-Mehrfach-Quantentopfschicht, 83, eine obere p-InGaAsP-Führungsschicht, 84 eine p-InP-Hüllschichfund 85 implantierte Protonen.
Die SiO&sub2;-Masken 801 und 802 wurden auf einem n-InP-Wafer ausgebildet, und in den Bereichen außerhalb der SiO&sub2;-Masken wurden mit MOCVD selektiv die untere n- In0,82Ga0,18As0,40P0,60-Führungsschicht 81 (0,15 um), die undotierte In0,53Ga0,47As/In0,82Ga0,18As0,40P0,60-Mehrfach-Quantentopfschicht 82 (Quantentopfschicht: 4 nm, Barrierenschicht: 7 nm, Anzahl Quantentöpfe: 10, Bandlückenwellenlänge: 1,45 um) und die obere p-In0,82Ga0,18As0,40P0,60-Führungsschicht 83 (0,15 um) aufgebracht. Es wurde dabei im Modulationsbereich zwischen den SiO&sub2;-Masken 801 und 802 die Wachstumsrate und die Mischkristallzusammensetzung aufgrund des von der Oberseite der Masken fließenden Materials geändert, und die Bandlückenwellenlänge des Mehrfach-Quantentopfes wurde größer als die in den passiven Bereichen. Im obigen Fall wurde jedoch die Öffnungsweite der SiO&sub2;-Masken so eingestellt, daß die Bandlückenwellenlänge des Mehrfach-Quantentopfes im Modulationsbereich 1,50 um betrug. Nach dem Entfernen der SiO&sub2;-Masken 801 und 802 wurden auf der ganzen Oberfläche des Wafers durch MOCVD die p-InP- Hüllschicht 84 (2,0 um) und die p+-In0,53Ga0,47As-Kontaktschicht 45 (0,2 um) ausgebildet. Auf dem Lichtmodulationsbereich wurde eine Schutzlackmaske aufgebracht, um teilweise außerhalb des Lichtmodulationsbereichs die Kontaktschicht zu entfernen. Dann wurden in den Abschnitt zwischen dem Modulationsbereich und dem passiven Bereich Protonen implantiert, um die Hüllschicht im passiven Bereich von der Hüllschicht im Modulationsbereich zu isolieren. Durch Trockenätzen erfolgte dann ein Mesaätzen bis zum InP-Wafer 41, um den optischen Wellenleiter 50 (Wellenleiterbreite 3 um) auszubilden. Nach dem Verebnen mit Polyimid 51 wurde die Cr/Au p-Elektrode 52 ausgebildet. Nach dem Aufbringen der AuGeNi n-Elektrode 53 wurde das Element gespalten und auf den beiden Seitenflächen die SiNx-Antireflexschicht 54 aufgebracht. Das Element hatte eine Länge von 800 um, der Modulationsbereich eine Länge von 100 um und das Element eine Kapazität von 0,3 pF.
Wie bei der ersten Ausführungsform wurde mit diesem optischen Modulator ein optisches Modulatorbauelement hergestellt. Die Trägerbreite (W) betrug 800 um. Der Einfillirverlust des so erhaltenen Modulators betrug 6 dB, das Modulationsband 18 GHz und die für eine 15-dB-Schwächung erforderliche Spannung 2,0 V.
Mit dem optischen Modulator wurde wie bei der ersten Ausführungsform eine, faseroptische Übertragungseinrichtung aufgebaut, sie erwies sich als gute faseroptische Übertragungseinrichtung mit einer Fehlerrate von 10&supmin;¹² oder weniger.
Auch wenn die Erfindung nur bei Intensitätsmodulatoren des Elektroabsorpti onstyps angewendet wurde, ist offensichtlich, daß die vorliegende Erfindung allgemein auf optische Modulatoren des Wellenleitertyps (z. B. Phasenmodulatoren) anwendbar ist.
Mit dem erfindungsgemäßen optischen Modulator ist es möglich, die Arbeits geschwindigkeit eines optischen Modulatorbausteins zu erhöhen, ohne die thermischen Eigenschaften, die Hochfrequenzeigenschaften und die Löscheigenschaften zu verschlech tern. Durch die Verwendung des erfindungsgemäßen optischen Modulators und des optischen Modulatorbauelements bei einer faseroptischen Übertragungseinrichtung läßt sich daher die Geschwindigkeit der faseroptischen Übertragungseinrichtung erhöhen.

Claims

1. Optischer Halbleitermodulator, mit

einem Halbleiterwafer (41),

einem optischen Wellenleiter (50), der auf dem Halbleiterwafer ausgebildet ist und der einen Modulationsbereich zur Modulation von Licht und einen passiven Bereich zum Weiterleiten von Licht auf einer oder beiden Seiten des Modulationsbereichs beinhaltet, und mit

einer Einrichtung (52, 53) zum Anlegen eines elektrischen Felds an den Modulationsbereich,

dadurch gekennzeichnet, daß

der Modulationsbereich eine Kernschicht (43, 62) sowie eine Hüllschicht (44, 63) und der passive Bereich eine Kernschicht (48) mit größerer Bandlückenenergie als die Kernschicht (43, 62) des Modulationsbereichs aufweist, und daß

die Kernschicht (48) im passiven Bereich zur Kernschicht (43, 62) im Modula tionsbereich diskontinuierlich ist.

2. Modulator nach Anspruch 1, wobei der Modulationsbereich des optischen Wellenleiters eine Länge L&sub2; von weniger als 300 um und der optische Wellenleiter eine Gesamtlänge von 300 um oder mehr aufweist.

3. Modulator nach Anspruch 1 oder 2, wobei mindestens ein Teil einer Hüllschicht (49) im passiven Bereich aus einem undotierten Halbleiter oder einem halbisolierenden Halbleiter hergestellt ist.

4. Modulator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Hüllschicht (49) im passiven Bereich von der Hüllschicht im Modulationsbereich elektrisch isoliert ist.

5. Modulator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei Licht mittels des elektrischen Absorptionseffekts eines Halbleiters moduliert wird.

6. Modulator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mindestens ein Teil des optischen Wellenleiters eine Mehrfach-Quantentopfstruktur (82) aufweist.

7. Modulator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei wenigstens ein Teil des optischen Wellenleiters eine gespannte Mehrfach-Quantentopfstruktur (82) aufweist.

8. Modulator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein mit Fe dotierter Halbleiter oder ein Halbleiter verwendet wird, in den Protonen implantiert sind.

9. Optisches Modulatorbauelement unter Verwendung eines optischen Halbleitermodulators nach einem der vorhergehenden Anspruche.

10. Modulatorbauelement nach Anspruch 9, wobei ein Vorsprung auf einem Träger, auf dem der Modulator angebracht ist, eine Breite von 300 um oder mehr aufweist.

11. Faseroptische Übertragungseinrichtung unter Verwendung eines optischen Modulatorbauelements nach Anspruch 9 oder 10.

12. Verfahren zur Herstellung eines Modulators nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Mehrschichtstruktur, die im Modulationsbereich als optischer Wellenleiter dient, auf der gesamten Oberfläche des Wafers vorgesehen wird, wobei im passiven Bereich wenigstens ein Teil der Mehrschichtstruktur entfernt wird und dann im passiven Bereich erneut eine Mehrschichtstruktur aufgebracht wird, die wenigstens einen Teil des optischen Wellenleiters im passiven Bereich bildet.

13. Verfahren zur Herstellung des Modulators nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei wenigstens ein Teil von Mehrschicht-Strukturen, die im Modulationsbereich und im passiven Bereich die optischen Wellenleiter bilden, gleichzeitig durch selektives Aufwachsenlassen auf bestimmte Flächen mittels einer auf dem Halbleiter angeordneten isolierenden Maske ausgebildet werden.