JP2000089180A - 量子井戸光変調器とそれを用いた光通信用モジュールおよび光通信システム - Google Patents
量子井戸光変調器とそれを用いた光通信用モジュールおよび光通信システムInfo
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 従来のIII-V族のみで構成した量子井戸で
は、励起子の振動子強度が十分でないため井戸幅を広げ
た場合消光比が劣化してしまう。 【解決手段】 井戸層１１に誘電率の大きな材質（III-
Ｖ族化合物）を用い、また、障壁層１２にＺeＳe等の誘
電率の小さな材質（II-ＶI族化合物)を用いて量子井戸
構造を形成し、井戸層１１と障壁層１２の誘電率の比を
１．５より大きくして、量子井戸での電子と正孔のクー
ロン相互作用を増強させ、励起子の結合エネルギと振動
子強度を増大させる。そして、励起子の結合エネルギを
一定に保った場合の量子井戸幅を従来の材料系に較べて
大きくして動作電圧を低くする。
は、励起子の振動子強度が十分でないため井戸幅を広げ
た場合消光比が劣化してしまう。 【解決手段】 井戸層１１に誘電率の大きな材質（III-
Ｖ族化合物）を用い、また、障壁層１２にＺeＳe等の誘
電率の小さな材質（II-ＶI族化合物)を用いて量子井戸
構造を形成し、井戸層１１と障壁層１２の誘電率の比を
１．５より大きくして、量子井戸での電子と正孔のクー
ロン相互作用を増強させ、励起子の結合エネルギと振動
子強度を増大させる。そして、励起子の結合エネルギを
一定に保った場合の量子井戸幅を従来の材料系に較べて
大きくして動作電圧を低くする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、屈折率制御型およ
び電界吸収型の量子井戸光変調器に係り、特に、低消費
電力で高速応答を行うのに好適な量子井戸光変調器とそ
れを用いた光通信用モジュールおよび光通信システムに
関するものである。
び電界吸収型の量子井戸光変調器に係り、特に、低消費
電力で高速応答を行うのに好適な量子井戸光変調器とそ
れを用いた光通信用モジュールおよび光通信システムに
関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、光伝送技術は目覚ましい発展をと
げ、現在までに１０Gbps（１０ギガビット／秒）の光伝
送システムが実用化されており、今後も一層の大容量化
が進むものと予想される。この１０Gbpsの光伝送システ
ムでは、半導体レーザの駆動電流を変化させ、出力光の
強度変調を直接行う直接変調技術に代わって、低チャー
ピングで高速動作が可能な外部変調技術（発光素子から
の出力光を、外部に設けた変調器（外部変調器）により
強度変調する）に移行されている。
げ、現在までに１０Gbps（１０ギガビット／秒）の光伝
送システムが実用化されており、今後も一層の大容量化
が進むものと予想される。この１０Gbpsの光伝送システ
ムでは、半導体レーザの駆動電流を変化させ、出力光の
強度変調を直接行う直接変調技術に代わって、低チャー
ピングで高速動作が可能な外部変調技術（発光素子から
の出力光を、外部に設けた変調器（外部変調器）により
強度変調する）に移行されている。
【０００３】この外部変調技術において、光伝送システ
ムの一層の大容量化のためには、より高性能な外部光変
調器の開発が重要となってきている。外部変調に用いら
れる光変調器の材料としてはＬiＮbＯ3等の誘電体を用
いたものと、ＩnＰやＧaＡs等の半導体を用いたものが
ある。この半導体を用いた光変調器は、半導体レーザ
等、他の光素子や電子回路との集積化が可能であり、小
型化および低電圧化も容易な半導体光変調器への期待が
高まりつつある。
ムの一層の大容量化のためには、より高性能な外部光変
調器の開発が重要となってきている。外部変調に用いら
れる光変調器の材料としてはＬiＮbＯ3等の誘電体を用
いたものと、ＩnＰやＧaＡs等の半導体を用いたものが
ある。この半導体を用いた光変調器は、半導体レーザ
等、他の光素子や電子回路との集積化が可能であり、小
型化および低電圧化も容易な半導体光変調器への期待が
高まりつつある。
【０００４】この半導体光変調器として代表的なものに
は、電界吸収型光変調器とマッハツェンダー型光変調器
が挙げられる。電界吸収型光変調器では、バルク半導体
のフランツケルディッシュ効果や、量子井戸構造で見ら
れる量子閉じこめシュタルク効果（ＱＣＳＥ)のよう
に、電界が印加されると基礎吸収端が長波長側にシフト
する現象を利用して光吸収の程度を制御することで光の
変調を行う。また、マッハツェンダー型変調器では、バ
ルク半導体のポッケルス効果やＱＣＳＥによって生じる
屈折率変化を利用し、印加する電界で屈折率を制御する
ことで光の変調を行う。
は、電界吸収型光変調器とマッハツェンダー型光変調器
が挙げられる。電界吸収型光変調器では、バルク半導体
のフランツケルディッシュ効果や、量子井戸構造で見ら
れる量子閉じこめシュタルク効果（ＱＣＳＥ)のよう
に、電界が印加されると基礎吸収端が長波長側にシフト
する現象を利用して光吸収の程度を制御することで光の
変調を行う。また、マッハツェンダー型変調器では、バ
ルク半導体のポッケルス効果やＱＣＳＥによって生じる
屈折率変化を利用し、印加する電界で屈折率を制御する
ことで光の変調を行う。
【０００５】量子井戸構造を採用してＱＣＳＥを利用し
た光変調器は、電界吸収型および屈折率制御型のいずれ
においても、バルク半導体の変調器よりも遙かに高効率
であるため、超高速光通信用の変調器として盛んに研究
されている。しかしながら、ＱＣＳＥを利用したこれら
の光変調器でも、４０Gbps以上の超高速動作のもとでの
動作電圧は数Ｖであり、光通信システムの信頼性および
コストの観点から、この動作電圧の大幅な低減が望まれ
ている。
た光変調器は、電界吸収型および屈折率制御型のいずれ
においても、バルク半導体の変調器よりも遙かに高効率
であるため、超高速光通信用の変調器として盛んに研究
されている。しかしながら、ＱＣＳＥを利用したこれら
の光変調器でも、４０Gbps以上の超高速動作のもとでの
動作電圧は数Ｖであり、光通信システムの信頼性および
コストの観点から、この動作電圧の大幅な低減が望まれ
ている。
【０００６】ＱＣＳＥの効果は近似的に井戸幅の４乗に
比例するので、量子井戸幅を広げることで変調動作の電
界に対する高効率化を図る、すなわち、動作電圧を下げ
ることができる。しかし、その反面、量子井戸幅が広い
と、電子とホールの波動関数の重なりが小さくなり、励
起子（電子・正孔対）の振動子強度が小さくなり、その
結果、消光強度も減少するという問題がある。
比例するので、量子井戸幅を広げることで変調動作の電
界に対する高効率化を図る、すなわち、動作電圧を下げ
ることができる。しかし、その反面、量子井戸幅が広い
と、電子とホールの波動関数の重なりが小さくなり、励
起子（電子・正孔対）の振動子強度が小さくなり、その
結果、消光強度も減少するという問題がある。
【０００７】尚、従来技術として、電界吸収型光変調器
に関しては、ＩnＧaＡsＰ/ＩnＧaＡs多重量子井戸を吸
収層とする変調器が、宮崎らにより、「1994年電子情報
通信学会春季大会講演論文集分冊４、4-218頁」に報告
されている。また、ＩnＧaＡs/ＩnＡlＡs多重量子井戸
を吸収層とする変調器が、井戸らにより、同「1994年電
子情報通信学会春季大会講演論文集分冊４、4-221頁」
に報告されている。また、マッハツェンダー光変調器の
例としては、ＩnＧaＡs/ＩnＡlＡs多重量子井戸を導波
層とした変調器が、佐野らにより、「1993年電子情報通
信学会春季大会講演論文集分冊４、4-186頁」に報告さ
れている。
に関しては、ＩnＧaＡsＰ/ＩnＧaＡs多重量子井戸を吸
収層とする変調器が、宮崎らにより、「1994年電子情報
通信学会春季大会講演論文集分冊４、4-218頁」に報告
されている。また、ＩnＧaＡs/ＩnＡlＡs多重量子井戸
を吸収層とする変調器が、井戸らにより、同「1994年電
子情報通信学会春季大会講演論文集分冊４、4-221頁」
に報告されている。また、マッハツェンダー光変調器の
例としては、ＩnＧaＡs/ＩnＡlＡs多重量子井戸を導波
層とした変調器が、佐野らにより、「1993年電子情報通
信学会春季大会講演論文集分冊４、4-186頁」に報告さ
れている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】解決しようとする問題
点は、従来の技術では、量子井戸構造を採用してＱＣＳ
Ｅを利用した電界吸収型および屈折率制御型の光変調器
（量子井戸光変調器）において、量子井戸幅を広げる
と、動作電圧を下げることができる反面、電子とホール
の波動関数の重なりが小さくなり、励起子の振動子強度
が小さくなり、消光強度も減少してしまう点である。本
発明の目的は、これら従来技術の課題を解決し、消光強
度を落とさずに、量子井戸幅を広げて基礎吸収端シフト
を大きくし、低電圧動作が可能な量子井戸光変調器とそ
れを用いた光通信用モジュールおよび光通信システムを
提供することである。
点は、従来の技術では、量子井戸構造を採用してＱＣＳ
Ｅを利用した電界吸収型および屈折率制御型の光変調器
（量子井戸光変調器）において、量子井戸幅を広げる
と、動作電圧を下げることができる反面、電子とホール
の波動関数の重なりが小さくなり、励起子の振動子強度
が小さくなり、消光強度も減少してしまう点である。本
発明の目的は、これら従来技術の課題を解決し、消光強
度を落とさずに、量子井戸幅を広げて基礎吸収端シフト
を大きくし、低電圧動作が可能な量子井戸光変調器とそ
れを用いた光通信用モジュールおよび光通信システムを
提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の量子井戸光変調器は、井戸層に誘電率の大
きな材質（III-Ｖ族化合物、例えばＩnＧaＡsＰ）を用
い、また、障壁層にＺeＳe等の誘電率の小さな材質（II
-ＶI族化合物)を用いて量子井戸構造を形成し、井戸層
と障壁層の誘電率の比を１．５より大きくして、量子井
戸での電子と正孔のクーロン相互作用を増強させ、励起
子の結合エネルギと振動子強度を増大させる。その結
果、励起子の結合エネルギを一定に保った場合の量子井
戸幅を従来の材料系に較べて大きくして動作電圧を低く
することができるので、ＱＣＳＥも大きな効果が得られ
る。
め、本発明の量子井戸光変調器は、井戸層に誘電率の大
きな材質（III-Ｖ族化合物、例えばＩnＧaＡsＰ）を用
い、また、障壁層にＺeＳe等の誘電率の小さな材質（II
-ＶI族化合物)を用いて量子井戸構造を形成し、井戸層
と障壁層の誘電率の比を１．５より大きくして、量子井
戸での電子と正孔のクーロン相互作用を増強させ、励起
子の結合エネルギと振動子強度を増大させる。その結
果、励起子の結合エネルギを一定に保った場合の量子井
戸幅を従来の材料系に較べて大きくして動作電圧を低く
することができるので、ＱＣＳＥも大きな効果が得られ
る。
【００１０】また、基板にＩnＰを用いた場合、障壁層
に、ＺnＣdＳeＴeやＺnＭgＳＳeを用い、また、基板に
ＧaＡsを用いた場合には、障壁層に、ＺnＣdＳＳeやＺn
ＭgＳＳeを用いることでも良い。また、井戸層に誘電率
が大きいＧaＩnＮＡsを用いることにより、励起子の振
動子強度増強の効果は一層大きくなり、さらに高感度の
光変調器が得られる。
に、ＺnＣdＳeＴeやＺnＭgＳＳeを用い、また、基板に
ＧaＡsを用いた場合には、障壁層に、ＺnＣdＳＳeやＺn
ＭgＳＳeを用いることでも良い。また、井戸層に誘電率
が大きいＧaＩnＮＡsを用いることにより、励起子の振
動子強度増強の効果は一層大きくなり、さらに高感度の
光変調器が得られる。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を、図面に
より詳細に説明する。図１は、本発明の量子井戸光変調
器の本発明に係る構成の一実施例を示す斜視図である。
本図は、電界吸収型の量子井戸光変調器の例を示してお
り、図１（ａ）において、１はｎ-ＩnＰ(１００)基板、
２はｎ-ＩnＰクラッド層、３はＩnＧaＡsＰ/ＺnＣdＳＳ
e多重量子井戸光吸収層（以下、「ＭＱＷ光吸収層」と
記載）、４はｐ-ＩnＰクラッド層、５はｐ+-ＩnＧaＡs
層、６はｎ電極、７はｐ電極をそれぞれ示す。また、８
はＳiＯ2層を、９はポリイミドを示す。また、１０は両
端面に塗布された反射防止膜である。
より詳細に説明する。図１は、本発明の量子井戸光変調
器の本発明に係る構成の一実施例を示す斜視図である。
本図は、電界吸収型の量子井戸光変調器の例を示してお
り、図１（ａ）において、１はｎ-ＩnＰ(１００)基板、
２はｎ-ＩnＰクラッド層、３はＩnＧaＡsＰ/ＺnＣdＳＳ
e多重量子井戸光吸収層（以下、「ＭＱＷ光吸収層」と
記載）、４はｐ-ＩnＰクラッド層、５はｐ+-ＩnＧaＡs
層、６はｎ電極、７はｐ電極をそれぞれ示す。また、８
はＳiＯ2層を、９はポリイミドを示す。また、１０は両
端面に塗布された反射防止膜である。
【００１２】ＭＱＷ光吸収層３は、図１（ｂ）に拡大し
て示すように、ＩnＧaＡsＰ井戸層１１とＺnＣdＳＳe障
壁層１２からなる。本例においては、ＩnＧaＡsＰ井戸
層１１の井戸幅は１４nm、ＺnＣdＳＳe障壁層１２の障
壁幅は５nmとしている。本例で特徴的なことは、ＩnＧa
ＡsＰ井戸層１１を１４nmの井戸幅としたことであり、
量子井戸光変調器自体の作製方法、および各部の働きに
関しては、従来技術のものと同じであり、その詳細につ
いてはここでは説明しない。
て示すように、ＩnＧaＡsＰ井戸層１１とＺnＣdＳＳe障
壁層１２からなる。本例においては、ＩnＧaＡsＰ井戸
層１１の井戸幅は１４nm、ＺnＣdＳＳe障壁層１２の障
壁幅は５nmとしている。本例で特徴的なことは、ＩnＧa
ＡsＰ井戸層１１を１４nmの井戸幅としたことであり、
量子井戸光変調器自体の作製方法、および各部の働きに
関しては、従来技術のものと同じであり、その詳細につ
いてはここでは説明しない。
【００１３】すなわち、図２にその構成例を示すよう
に、従来の量子井戸光変調器におけるＭＱＷ光吸収層は
ＩnＧaＡs/ＩnＡlＡsからなり、このＩnＧaＡs/ＩnＡl
Ａs多重量子井戸光吸収層１３のＩnＧaＡs井戸層は９n
m、ＩnＡlＡs障壁層は５nmの幅で構成されている。この
ように、従来のＩnＧaＡs/ＩnＡlＡsからなるＭＱＷ光
吸収層の場合、ＩnＧaＡs井戸層は９nm、ＩnＡlＡs障壁
層は５nmの幅で構成されるが、本例では、ＩnＧaＡs井
戸層１１の井戸幅は１４nmと、広くしている。これによ
り、変調動作の動作電圧を低減することができる。
に、従来の量子井戸光変調器におけるＭＱＷ光吸収層は
ＩnＧaＡs/ＩnＡlＡsからなり、このＩnＧaＡs/ＩnＡl
Ａs多重量子井戸光吸収層１３のＩnＧaＡs井戸層は９n
m、ＩnＡlＡs障壁層は５nmの幅で構成されている。この
ように、従来のＩnＧaＡs/ＩnＡlＡsからなるＭＱＷ光
吸収層の場合、ＩnＧaＡs井戸層は９nm、ＩnＡlＡs障壁
層は５nmの幅で構成されるが、本例では、ＩnＧaＡs井
戸層１１の井戸幅は１４nmと、広くしている。これによ
り、変調動作の動作電圧を低減することができる。
【００１４】従来技術のまま、すなわち、ＩnＡlＡs障
壁層のまま、ＩnＧaＡs井戸層１１の井戸幅を９nmから
１４nmとした場合、井戸層における電子とホールの波動
関数の重なりが小さくなり、励起子の振動子強度が小さ
くなり、消光強度が減少してしまうが、本例において
は、光吸収層の量子井戸の障壁層にII-ＶI化合物である
ＺnＣdＳＳeを用いることにより、この不具合を回避し
ている。以下、ＺnＣdＳＳe障壁層１２を用いることに
ついて説明する。
壁層のまま、ＩnＧaＡs井戸層１１の井戸幅を９nmから
１４nmとした場合、井戸層における電子とホールの波動
関数の重なりが小さくなり、励起子の振動子強度が小さ
くなり、消光強度が減少してしまうが、本例において
は、光吸収層の量子井戸の障壁層にII-ＶI化合物である
ＺnＣdＳＳeを用いることにより、この不具合を回避し
ている。以下、ＺnＣdＳＳe障壁層１２を用いることに
ついて説明する。
【００１５】Keldyshにより、「JETP letters vol.29 6
58頁（1979年）」において、小さな誘電率の物質に挟ま
れた大きな誘電率の薄膜中ではクーロン相互作用が増強
されるため、障壁層に誘電率の小さな材料を、また、井
戸層に誘電率の大きな材料を用いた量子井戸では、電子
と正孔のクーロン相互作用が増強され、励起子の結合エ
ネルギと振動子強度が増大することが記載されている。
58頁（1979年）」において、小さな誘電率の物質に挟ま
れた大きな誘電率の薄膜中ではクーロン相互作用が増強
されるため、障壁層に誘電率の小さな材料を、また、井
戸層に誘電率の大きな材料を用いた量子井戸では、電子
と正孔のクーロン相互作用が増強され、励起子の結合エ
ネルギと振動子強度が増大することが記載されている。
【００１６】井戸層と障壁層の双方にIII-Ｖ族化合物を
用いる従来の材料系の量子井戸では、障壁層と井戸層の
誘電率はいずれも「１１」から「１４」程度と、その比
が小さく増強の効果はほとんどみられない。これに対
し、II-ＶI族化合物は、例えば、ＺeＳeが「７．６」で
あるように一般に誘電率が小さい。そこで障壁層にII-
ＶI族化合物を用いると、井戸層と障壁層の誘電率の比
が大きくなり、励起子の結合エネルギは増強される。逆
に、励起子の結合エネルギを一定に保った場合、量子井
戸幅は、従来の材料系に較べ大きくできるので、ＱＣＳ
Ｅも大きな効果が得られる。
用いる従来の材料系の量子井戸では、障壁層と井戸層の
誘電率はいずれも「１１」から「１４」程度と、その比
が小さく増強の効果はほとんどみられない。これに対
し、II-ＶI族化合物は、例えば、ＺeＳeが「７．６」で
あるように一般に誘電率が小さい。そこで障壁層にII-
ＶI族化合物を用いると、井戸層と障壁層の誘電率の比
が大きくなり、励起子の結合エネルギは増強される。逆
に、励起子の結合エネルギを一定に保った場合、量子井
戸幅は、従来の材料系に較べ大きくできるので、ＱＣＳ
Ｅも大きな効果が得られる。
【００１７】本例では、光変調器の量子井戸において、
障壁層にII-ＶI族化合物半導体であるＺnＣdＳＳeを用
いることにより、井戸層の誘電率εwと障壁層の誘電率
εbの比が１．５より大きく、すなわち、（εw/εb）＞
１．５となるようにしている。
障壁層にII-ＶI族化合物半導体であるＺnＣdＳＳeを用
いることにより、井戸層の誘電率εwと障壁層の誘電率
εbの比が１．５より大きく、すなわち、（εw/εb）＞
１．５となるようにしている。
【００１８】図３は、井戸層の誘電率と障壁層の誘電率
との励起子の結合エネルギに係わる関連を示す説明図で
ある。本図は、井戸層の誘電率εwを「１０」に固定
し、障壁層の誘電率εbのみを変化（「１，２，５，１
０」）させた場合の励起子の結合エネルギの井戸幅依存
性を示している。障壁層の誘電率εbを小さくして（１
０→５→２→１）、井戸層の誘電率εwと障壁層の誘電
率εbとの比を大きくとることにより、励起子の結合エ
ネルギが大きくなることが示されている。
との励起子の結合エネルギに係わる関連を示す説明図で
ある。本図は、井戸層の誘電率εwを「１０」に固定
し、障壁層の誘電率εbのみを変化（「１，２，５，１
０」）させた場合の励起子の結合エネルギの井戸幅依存
性を示している。障壁層の誘電率εbを小さくして（１
０→５→２→１）、井戸層の誘電率εwと障壁層の誘電
率εbとの比を大きくとることにより、励起子の結合エ
ネルギが大きくなることが示されている。
【００１９】図４は、図１における量子井戸光変調器に
用いた材料と従来技術で用いた材料との結合エネルギの
比較例を示す説明図である。本例は、図１における量子
井戸光変調器に用いたＩnＧaＡsＰ/ＺnＣdＳＳe系量子
井戸と、従来の量子井戸光変調器に用いられているＩn
ＧaＡs/ＩnＡlＡs系量子井戸との、井戸幅と励起子の結
合エネルギとの関係を、具体的に示したものである。
用いた材料と従来技術で用いた材料との結合エネルギの
比較例を示す説明図である。本例は、図１における量子
井戸光変調器に用いたＩnＧaＡsＰ/ＺnＣdＳＳe系量子
井戸と、従来の量子井戸光変調器に用いられているＩn
ＧaＡs/ＩnＡlＡs系量子井戸との、井戸幅と励起子の結
合エネルギとの関係を、具体的に示したものである。
【００２０】図中の井戸幅９nm付近で比較すると、図１
における量子井戸光変調器に用いたＩnＧaＡsＰ/ＺnＣd
ＳＳe系量子井戸の励起子の結合エネルギは、従来の量
子井戸光変調器に用いられていたＩnＧaＡs/ＩnＡlＡs
系量子井戸の励起子の結合エネルギに較べて、２０％程
度増加している。逆に、井戸幅９nmのＩnＧaＡs/ＩnＡl
Ａs系量子井戸と同じ励起子の結合エネルギの、ＩnＧa
ＡsＰ/ＺnＣdＳＳe系量子井戸の井戸幅は１４nmであ
る。ＱＣＳＥの効果は、励起子の結合エネルギが同一の
場合、近似的に井戸幅の４乗で効くので、本例の材料系
を用いた場合、「（１４／９)4=５．９」と、約６倍の
感度が得られることがわかる。
における量子井戸光変調器に用いたＩnＧaＡsＰ/ＺnＣd
ＳＳe系量子井戸の励起子の結合エネルギは、従来の量
子井戸光変調器に用いられていたＩnＧaＡs/ＩnＡlＡs
系量子井戸の励起子の結合エネルギに較べて、２０％程
度増加している。逆に、井戸幅９nmのＩnＧaＡs/ＩnＡl
Ａs系量子井戸と同じ励起子の結合エネルギの、ＩnＧa
ＡsＰ/ＺnＣdＳＳe系量子井戸の井戸幅は１４nmであ
る。ＱＣＳＥの効果は、励起子の結合エネルギが同一の
場合、近似的に井戸幅の４乗で効くので、本例の材料系
を用いた場合、「（１４／９)4=５．９」と、約６倍の
感度が得られることがわかる。
【００２１】次に、このような量子井戸光変調器を利用
した光変調用通信モジュールの例を説明する。図５は、
図１における量子井戸光変調器を用いた光変調用通信モ
ジュールの一構成例を示すブロック図である。本例の光
通信用の変調器モジュール１０５は、サブマウント１０
１上に、図１における電界吸収型の量子井戸光変調器１
０２と、その量子井戸光変調器１０２の光軸上に、光フ
ァイバ１０３ａ，１０３ｂとレンズ１０４ａ，１０４ｂ
を固定してなる。
した光変調用通信モジュールの例を説明する。図５は、
図１における量子井戸光変調器を用いた光変調用通信モ
ジュールの一構成例を示すブロック図である。本例の光
通信用の変調器モジュール１０５は、サブマウント１０
１上に、図１における電界吸収型の量子井戸光変調器１
０２と、その量子井戸光変調器１０２の光軸上に、光フ
ァイバ１０３ａ，１０３ｂとレンズ１０４ａ，１０４ｂ
を固定してなる。
【００２２】光ファイバ１０３ａからの光は、レンズ１
０４ａにより、量子井戸光変調器１０２の光吸収層に集
光され、量子井戸光変調器１０２において光変調され
る。量子井戸光変調器１０２で変調されて出力さた光
は、レンズ１０４ｂにより、光ファイバ１０３ｂのコア
に送り出され、光ファイバ１０３ｂで伝送される。次
に、このような量子井戸光変調器１０２を用いた光通信
用変調器モジュール１０５を利用した通信システムにつ
いて説明する。
０４ａにより、量子井戸光変調器１０２の光吸収層に集
光され、量子井戸光変調器１０２において光変調され
る。量子井戸光変調器１０２で変調されて出力さた光
は、レンズ１０４ｂにより、光ファイバ１０３ｂのコア
に送り出され、光ファイバ１０３ｂで伝送される。次
に、このような量子井戸光変調器１０２を用いた光通信
用変調器モジュール１０５を利用した通信システムにつ
いて説明する。
【００２３】図６は、図５における光通信用の変調器モ
ジュールを用いた幹線系光通信システムの一構成例を示
すブロック図である。本例の送信装置１０６は、変調器
モジュール１０５に光を入力するための半導体レーザ１
０７と、変調器モジュール１０５を駆動するための駆動
制御部１０８とを具備する。半導体レーザ１０７からの
光は、変調器モジュール１０５で光信号に変換され、光
ファイバ１０９を通って受信装置１１１内の受光部１１
０で検出される。
ジュールを用いた幹線系光通信システムの一構成例を示
すブロック図である。本例の送信装置１０６は、変調器
モジュール１０５に光を入力するための半導体レーザ１
０７と、変調器モジュール１０５を駆動するための駆動
制御部１０８とを具備する。半導体レーザ１０７からの
光は、変調器モジュール１０５で光信号に変換され、光
ファイバ１０９を通って受信装置１１１内の受光部１１
０で検出される。
【００２４】以上、図１〜図６を用いて説明したよう
に、本例の量子井戸光変調器では、井戸層に誘電率の大
きな材質（ＩnＧaＡs）を、また、障壁層には誘電率の
小さな材質（ＺnＣdＳＳe）を用いて、井戸層の誘電率
と障壁層の誘電率の比を１．５より大きくすることによ
り、量子井戸における励起子の結合エネルギを高めるこ
とができる。このことにより、励起子の結合エネルギを
一定に保った場合には、量子井戸幅を従来に比べて広げ
ることができ、低い電圧での動作が可能となる。
に、本例の量子井戸光変調器では、井戸層に誘電率の大
きな材質（ＩnＧaＡs）を、また、障壁層には誘電率の
小さな材質（ＺnＣdＳＳe）を用いて、井戸層の誘電率
と障壁層の誘電率の比を１．５より大きくすることによ
り、量子井戸における励起子の結合エネルギを高めるこ
とができる。このことにより、励起子の結合エネルギを
一定に保った場合には、量子井戸幅を従来に比べて広げ
ることができ、低い電圧での動作が可能となる。
【００２５】そして、このように、低電圧で動作させる
ことができるので、小型で集積化可能な超高速通信に適
した光変調器となり、この量子井戸光変調器を用いるこ
とにより、安価で信頼性の高い長距離光通信モジュール
の作成と光通信システムの構築が可能となる。
ことができるので、小型で集積化可能な超高速通信に適
した光変調器となり、この量子井戸光変調器を用いるこ
とにより、安価で信頼性の高い長距離光通信モジュール
の作成と光通信システムの構築が可能となる。
【００２６】尚、本発明は、図１〜図６を用いて説明し
た例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない
範囲において種々変更可能である。例えば、本例におい
ては、障壁層にＺnＣdＳＳeを用いたが、ＺnＣdＳeＴe
や、ＺnＭgＳＳeもＩnＰに格子整合する系であり、か
つ、誘電率は小さいので、ＺnＣdＳeＴeやＺnＭgＳＳe
を障壁層に用いることによっても同様の効果が得られる
ことは言うまでもない。また、ＺnＣdＳＳeおよびＺnＭ
gＳＳeは、基板にＧaＡsを用いた場合にも用いることが
できる。
た例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない
範囲において種々変更可能である。例えば、本例におい
ては、障壁層にＺnＣdＳＳeを用いたが、ＺnＣdＳeＴe
や、ＺnＭgＳＳeもＩnＰに格子整合する系であり、か
つ、誘電率は小さいので、ＺnＣdＳeＴeやＺnＭgＳＳe
を障壁層に用いることによっても同様の効果が得られる
ことは言うまでもない。また、ＺnＣdＳＳeおよびＺnＭ
gＳＳeは、基板にＧaＡsを用いた場合にも用いることが
できる。
【００２７】また、井戸層に誘電率が大きいＧaＩnＮＡ
sを用いると、励起子の振動子強度増強の効果は一層大
きくなり、さらに高感度の光変調器が得られる。また、
本例では、電界吸収型光変調器について説明したが、マ
ッハツェンダー型変調器に応用しても同様の効果を得ら
れるのは言うまでもない。
sを用いると、励起子の振動子強度増強の効果は一層大
きくなり、さらに高感度の光変調器が得られる。また、
本例では、電界吸収型光変調器について説明したが、マ
ッハツェンダー型変調器に応用しても同様の効果を得ら
れるのは言うまでもない。
【００２８】
【発明の効果】本発明によれば、量子井戸構造を採用し
てＱＣＳＥを利用した電界吸収型および屈折率制御型の
光変調器（量子井戸光変調器）において、消光強度を落
とさずに量子井戸幅を広げて動作電圧を下げることがで
き、量子井戸光変調器とそれを用いた光通信用モジュー
ルおよび光通信システムの信頼性の向上と低コスト化を
図ることが可能である。
てＱＣＳＥを利用した電界吸収型および屈折率制御型の
光変調器（量子井戸光変調器）において、消光強度を落
とさずに量子井戸幅を広げて動作電圧を下げることがで
き、量子井戸光変調器とそれを用いた光通信用モジュー
ルおよび光通信システムの信頼性の向上と低コスト化を
図ることが可能である。
【図１】本発明の量子井戸光変調器の本発明に係る構成
の一実施例を示す斜視図である。
の一実施例を示す斜視図である。
【図２】従来の量子井戸光変調器における多重量子光吸
収層の構成例を示す説明図である。
収層の構成例を示す説明図である。
【図３】井戸層の誘電率と障壁層の誘電率との励起子の
結合エネルギに係わる関連を示す説明図である。
結合エネルギに係わる関連を示す説明図である。
【図４】図１における量子井戸光変調器に用いた材料と
従来技術で用いた材料との結合エネルギの比較例を示す
説明図である。
従来技術で用いた材料との結合エネルギの比較例を示す
説明図である。
【図５】図１における量子井戸光変調器を用いた光変調
用通信モジュールの一構成例を示すブロック図である。
用通信モジュールの一構成例を示すブロック図である。
【図６】図５における光通信用の変調器モジュールを用
いた幹線系光通信システムの一構成例を示すブロック図
である。
いた幹線系光通信システムの一構成例を示すブロック図
である。
１：n-ＩnＰ(１００)基板、２：n-ＩnＰクラッド層、
３：ＩnＧaＡsＰ/ＺnＣdＳＳe多重量子井戸光吸収層、
４：p-ＩnＰクラッド層、５：p+-ＩnＧaＡs層、６：ｎ
電極、７：ｐ電極、８：ＳiＯ2膜、９：ポリイミド、１
０：反射防止膜、１１：ＩnＧaＡsＰ井戸層、１２：Ｚn
ＣdＳＳe障壁層、１３：ＩnＧaＡs/ＩnＡlＡs多重量子
井戸光吸収層、１４：ＩnＧaＡs井戸層、１５：ＩnＡl
Ａs障壁層、１０１：サブマウント、１０２：電界吸収
型光変調器、１０３ａ，１０３ｂ：光ファイバ、１０４
ａ，１０４ｂ：レンズ、１０５：変調器モジュール、１
０６：送信装置、１０７：半導体レーザ、１０８：駆動
制御部、１０９：光ファイバ、１１０：受光器、１１
１：受信装置。
３：ＩnＧaＡsＰ/ＺnＣdＳＳe多重量子井戸光吸収層、
４：p-ＩnＰクラッド層、５：p+-ＩnＧaＡs層、６：ｎ
電極、７：ｐ電極、８：ＳiＯ2膜、９：ポリイミド、１
０：反射防止膜、１１：ＩnＧaＡsＰ井戸層、１２：Ｚn
ＣdＳＳe障壁層、１３：ＩnＧaＡs/ＩnＡlＡs多重量子
井戸光吸収層、１４：ＩnＧaＡs井戸層、１５：ＩnＡl
Ａs障壁層、１０１：サブマウント、１０２：電界吸収
型光変調器、１０３ａ，１０３ｂ：光ファイバ、１０４
ａ，１０４ｂ：レンズ、１０５：変調器モジュール、１
０６：送信装置、１０７：半導体レーザ、１０８：駆動
制御部、１０９：光ファイバ、１１０：受光器、１１
１：受信装置。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 勝山 俊夫 東京都国分寺市東恋ケ窪一丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 Ｆターム(参考） 2H079 AA02 AA12 AA13 BA01 BA03 CA05 DA16 EA03 EA07 EA08 EB05 HA12 HA13 KA01 KA11
Claims (9)
- 【請求項１】 井戸層と障壁層からなる量子井戸吸収層
を有し、該量子井戸吸収層に印加する電界を変えること
により上記量子井戸吸収層に入射された光の吸収程度を
変化させて光変調を行う電界吸収型の量子井戸光変調器
において、上記井戸層と上記障壁層のそれぞれを、上記
井戸層の誘電率εwと上記障壁層の誘電率εbとの比（ε
w/εb）が１．５より大きくなる材料の組み合わせで形
成したことを特徴とする量子井戸光変調器。 - 【請求項２】 井戸層と障壁層からなる量子井戸導波層
を有し、該量子井戸導波層に印加する電界を変えること
により上記量子井戸導波層に入射された光の屈折率を変
化させて光変調を行う屈折率制御型の量子井戸光変調器
において、上記井戸層と上記障壁層のそれぞれを、上記
井戸層の誘電率εwと上記障壁層の誘電率εbとの比（ε
w/εb）が１．５より大きくなる材料の組み合わせで形
成したことを特徴とする量子井戸光変調器。 - 【請求項３】 井戸層と障壁層からなる量子井戸導波層
を有し、該量子井戸導波層に印加する電界を変えること
により上記量子井戸導波層に入射された光の屈折率を変
化させて該屈折率の変化によって生じる位相変化を利用
して光変調を行うマッハツェンダー型の量子井戸光変調
器において、上記井戸層と上記障壁層のそれぞれを、上
記井戸層の誘電率εwと上記障壁層の誘電率εbとの比
（εw/εb）が１．５より大きくなる材料の組み合わせ
で形成したことを特徴とする量子井戸光変調器。 - 【請求項４】 請求項１から請求項３のいずれかに記載
の量子井戸光変調器において、上記井戸層をIII-Ｖ族化
合物で形成し、上記障壁層をII-ＶI族化合物で形成し、
上記井戸層の誘電率εwと上記障壁層の誘電率εbとの比
（εw/εb）を１．５より大きくすることを特徴とする
量子井戸光変調器。 - 【請求項５】 請求項１から請求項４のいずれかに記載
の量子井戸光変調器において、上記障壁層はＺnＳe，Ｃ
dＳe，ＣdＴe，ＺnＴe，ＣdＳ，ＺnＳ，ＭgＳe，ＭgＳ
のいずれか、もしくは、これらの混晶からなることを特
徴とする量子井戸光変調器。 - 【請求項６】 請求項１から請求項５のいずれかに記載
の量子井戸光変調器において、上記井戸層はＧaＩnＮＡ
sからなることを特徴とする量子井戸光変調器。 - 【請求項７】 請求項１から請求項５のいずれかに記載
の量子井戸光変調器において、上記井戸層はＩnＧaＡs
Ｐからなることを特徴とする量子井戸光変調器。 - 【請求項８】 請求項１から請求項７のいずれかに記載
の量子井戸光変調器と、該量子井戸光変調器に入力光を
光学的に結合させる手段と、上記量子井戸光変調器から
の出力光を外部の光ファイバに光学的に結合させる手段
とを有することを特徴とする光通信用モジュール。 - 【請求項９】 請求項１から請求項７のいずれかに記載
の量子井戸光変調器を具備して該量子井戸光変調器で変
調した光信号を送出する送信手段と、該送信手段から送
出された光信号を導波する導波手段と、該導波手段で導
波されてきた光信号を受信する受信手段とを有すること
を特徴とする光通信システム。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25274298A JP2938445B1 (ja) | 1998-09-07 | 1998-09-07 | 量子井戸光変調器とそれを用いた光通信用モジュールおよび光通信システム |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25274298A JP2938445B1 (ja) | 1998-09-07 | 1998-09-07 | 量子井戸光変調器とそれを用いた光通信用モジュールおよび光通信システム |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2938445B1 JP2938445B1 (ja) | 1999-08-23 |
| JP2000089180A true JP2000089180A (ja) | 2000-03-31 |
Family
ID=17241652
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP25274298A Expired - Fee Related JP2938445B1 (ja) | 1998-09-07 | 1998-09-07 | 量子井戸光変調器とそれを用いた光通信用モジュールおよび光通信システム |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2938445B1 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004341092A (ja) * | 2003-05-14 | 2004-12-02 | Furukawa Electric Co Ltd:The | 電界吸収型光変調器、電界吸収型光変調器付き半導体集積素子、それらを用いたモジュール及び電界吸収型光変調器付き半導体集積素子の製造方法 |
| JP2005259815A (ja) * | 2004-03-09 | 2005-09-22 | Japan Science & Technology Agency | 酸化物量子井戸構造及びそれを用いた光デバイス |
| WO2006007032A1 (en) * | 2004-06-18 | 2006-01-19 | 3M Innovative Properties Company | Ii-vi/iii-v layered construction on inp substrate |
| US7119377B2 (en) | 2004-06-18 | 2006-10-10 | 3M Innovative Properties Company | II-VI/III-V layered construction on InP substrate |
-
1998
- 1998-09-07 JP JP25274298A patent/JP2938445B1/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004341092A (ja) * | 2003-05-14 | 2004-12-02 | Furukawa Electric Co Ltd:The | 電界吸収型光変調器、電界吸収型光変調器付き半導体集積素子、それらを用いたモジュール及び電界吸収型光変調器付き半導体集積素子の製造方法 |
| JP4550371B2 (ja) * | 2003-05-14 | 2010-09-22 | 古河電気工業株式会社 | 電界吸収型光変調器、電界吸収型光変調器付き半導体集積素子、それらを用いたモジュール及び電界吸収型光変調器付き半導体集積素子の製造方法 |
| JP2005259815A (ja) * | 2004-03-09 | 2005-09-22 | Japan Science & Technology Agency | 酸化物量子井戸構造及びそれを用いた光デバイス |
| JP4543148B2 (ja) * | 2004-03-09 | 2010-09-15 | 独立行政法人科学技術振興機構 | 酸化物量子井戸構造及びそれを用いた光デバイス |
| WO2006007032A1 (en) * | 2004-06-18 | 2006-01-19 | 3M Innovative Properties Company | Ii-vi/iii-v layered construction on inp substrate |
| US7119377B2 (en) | 2004-06-18 | 2006-10-10 | 3M Innovative Properties Company | II-VI/III-V layered construction on InP substrate |
| US7126160B2 (en) | 2004-06-18 | 2006-10-24 | 3M Innovative Properties Company | II-VI/III-V layered construction on InP substrate |
| GB2430552A (en) * | 2004-06-18 | 2007-03-28 | 3M Innovative Properties Co | II-VI/III-V layered construction on INP substrate |
| GB2430552B (en) * | 2004-06-18 | 2009-05-20 | 3M Innovative Properties Co | II-VI/III-V layered construction on InP substrate |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2938445B1 (ja) | 1999-08-23 |
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