JP2000089181A - 半導体光変調デバイス - Google Patents
半導体光変調デバイスInfo
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- optical waveguide
- light
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 小形で広い波長帯域において低駆動電圧で動
作する半導体光変調デバイスを提供する。 【解決手段】 入力用光導波路、２本以上の位相変調用
光導波路、前記位相変調用光導波路の少なくとも１本に
電圧を印加するための位相変調用電極、および出力用光
導波路を具備する半導体光変調用デバイスの前記２本以
上の位相変調用光導波路の入射側また出射側連結部分の
少なくとも一方に、光を吸収するための１本もしくは２
本以上の吸収用光導波路が設けられるとともに、前記２
本以上の吸収用光導波路に電圧を印加するための光吸収
用電極を設ける。
作する半導体光変調デバイスを提供する。 【解決手段】 入力用光導波路、２本以上の位相変調用
光導波路、前記位相変調用光導波路の少なくとも１本に
電圧を印加するための位相変調用電極、および出力用光
導波路を具備する半導体光変調用デバイスの前記２本以
上の位相変調用光導波路の入射側また出射側連結部分の
少なくとも一方に、光を吸収するための１本もしくは２
本以上の吸収用光導波路が設けられるとともに、前記２
本以上の吸収用光導波路に電圧を印加するための光吸収
用電極を設ける。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、小形で広い波長帯
域において低駆動電圧で動作する半導体光変調デバイス
に関する。
域において低駆動電圧で動作する半導体光変調デバイス
に関する。
【０００２】
【従来の技術】波長多重（Wavelength Division Multip
lexing：WDM ）方式では、いくつかの波長を用いて光信
号を伝送する。従来の屈折率変調形光変調器の実施例と
してマッハツェンダ形光変調器を例にとり、その斜視図
を図９に示す。ここで、ａは光信号入力部であり、入力
用光導波路Ｉと入力側３ｄＢカプラIIからなる。III は
位相変調部を表わす。ｂは光信号出力部であり、出力側
３ｄＢカプラIVと出力用光導波路Ｖからなる。また、１
はｐ+ −ＩｎＧａＡｓキャップ層、２はｐ−ＩｎＰクラ
ッド層、３はｉ−ＩｎＧａＡｌＡｓ／ＩｎＡｌＡｓ多重
量子井戸（Multiple - quantum well: MQW）コア層、４
はｎ−ＩｎＰバッファ層、５はｎ+ ＩｎＰ基板、６は位
相変調用電極、７は電気的分離溝、８はｎ側電極であ
る。ここで、ｉ−ＩｎＧａＡｌＡｓ／ＩｎＡｌＡｓＭＱ
Ｗの井戸層とバリア層の厚みは各々１３ｎｍと５ｎｍと
する。この場合のエキシトンピーク波長は、例えば、
１．４１μｍとする。
lexing：WDM ）方式では、いくつかの波長を用いて光信
号を伝送する。従来の屈折率変調形光変調器の実施例と
してマッハツェンダ形光変調器を例にとり、その斜視図
を図９に示す。ここで、ａは光信号入力部であり、入力
用光導波路Ｉと入力側３ｄＢカプラIIからなる。III は
位相変調部を表わす。ｂは光信号出力部であり、出力側
３ｄＢカプラIVと出力用光導波路Ｖからなる。また、１
はｐ+ −ＩｎＧａＡｓキャップ層、２はｐ−ＩｎＰクラ
ッド層、３はｉ−ＩｎＧａＡｌＡｓ／ＩｎＡｌＡｓ多重
量子井戸（Multiple - quantum well: MQW）コア層、４
はｎ−ＩｎＰバッファ層、５はｎ+ ＩｎＰ基板、６は位
相変調用電極、７は電気的分離溝、８はｎ側電極であ
る。ここで、ｉ−ＩｎＧａＡｌＡｓ／ＩｎＡｌＡｓＭＱ
Ｗの井戸層とバリア層の厚みは各々１３ｎｍと５ｎｍと
する。この場合のエキシトンピーク波長は、例えば、
１．４１μｍとする。
【０００３】ここで、図９のＡ−Ａ′における断面図を
図１０に示す。光導波路としてはハイメサ光導波路を用
いた。また、図９のＢ−Ｂ′における断面図を図１１に
示す。これらの図からわかるように、ｉ−ＭＱＷコア層
３の厚みは、位相変調用光導波路III 、出力用光導波路
Ｖにおいて同じである。なお、例えば、ハイメサ光導波
路のメサ幅は２μｍ、ｉ−ＭＱＷコア層３の厚みと位相
変調用光導波路III の長さは各々０．４μｍ、１ｍｍと
する。
図１０に示す。光導波路としてはハイメサ光導波路を用
いた。また、図９のＢ−Ｂ′における断面図を図１１に
示す。これらの図からわかるように、ｉ−ＭＱＷコア層
３の厚みは、位相変調用光導波路III 、出力用光導波路
Ｖにおいて同じである。なお、例えば、ハイメサ光導波
路のメサ幅は２μｍ、ｉ−ＭＱＷコア層３の厚みと位相
変調用光導波路III の長さは各々０．４μｍ、１ｍｍと
する。
【０００４】次に、本従来例の動作を説明する。光導波
路端面から入射した信号光は、入力側３ｄＢカプラIIで
２等分され位相変調用光導波路III へ送られる。位相変
調用光導波路III の２本の光導波路の長さが等しい場合
には、電極６へ電圧を印加しなければＯＮとなる。つま
り、電圧を印加しない場合には２分された光は同位相の
状態で出力側３ｄＢカプラIVへ伝搬した後、元のパワー
に合成され、ＯＮ状態として出射される。一方、ＯＦＦ
時には、電極６へ逆バイアスを印加することにより、位
相変調用光導波路III において電極６がある方の光導波
路の位相をπずらす（この時に必要な電圧を半波長電圧
Ｖπと呼ぶ）。つまり、光の出力側３ｄＢカプラIVに入
射する直前における２本の光導波路を伝搬する光の位相
は互いにπずれた状態となる。そのため、出力側３ｄＢ
カプラIVで合波した結果、出射光はＯＦＦ状態となる。
路端面から入射した信号光は、入力側３ｄＢカプラIIで
２等分され位相変調用光導波路III へ送られる。位相変
調用光導波路III の２本の光導波路の長さが等しい場合
には、電極６へ電圧を印加しなければＯＮとなる。つま
り、電圧を印加しない場合には２分された光は同位相の
状態で出力側３ｄＢカプラIVへ伝搬した後、元のパワー
に合成され、ＯＮ状態として出射される。一方、ＯＦＦ
時には、電極６へ逆バイアスを印加することにより、位
相変調用光導波路III において電極６がある方の光導波
路の位相をπずらす（この時に必要な電圧を半波長電圧
Ｖπと呼ぶ）。つまり、光の出力側３ｄＢカプラIVに入
射する直前における２本の光導波路を伝搬する光の位相
は互いにπずれた状態となる。そのため、出力側３ｄＢ
カプラIVで合波した結果、出射光はＯＦＦ状態となる。
【０００５】印加逆バイアス電圧に対する光出力特性の
変化を図１２に示す。図中、動作波長をパラメータとし
１．５３μｍ、１．５４μｍ、１．５５μｍ、１．５６
μｍとした。前述のように、マッハツェンダ形光変調器
の場合には２本の光導波路を伝搬する光の位相が互いに
πずれると光出力が最小となり、その時の印加電圧を半
波長電圧（Ｖπ）と呼ぶ。
変化を図１２に示す。図中、動作波長をパラメータとし
１．５３μｍ、１．５４μｍ、１．５５μｍ、１．５６
μｍとした。前述のように、マッハツェンダ形光変調器
の場合には２本の光導波路を伝搬する光の位相が互いに
πずれると光出力が最小となり、その時の印加電圧を半
波長電圧（Ｖπ）と呼ぶ。
【０００６】また、この他の方法として、後述の実施形
態例１において詳細に説明するように、導波路に電圧を
印加することにより光吸収係数を増大させ（図３，
４）、消光を行う方法もある。
態例１において詳細に説明するように、導波路に電圧を
印加することにより光吸収係数を増大させ（図３，
４）、消光を行う方法もある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】図１２からわかるよう
に、半波長電圧Ｖπは、各動作波長において異なってい
るとともに、光出力は印加逆バイアスの周期関数となっ
ている。従って、例えば、−４Ｖの電圧を印加した場合
には、１．５５μｍにおいて光出力が最小となるが、
１．５３μｍ、１．５４μｍあるいは１．５６μｍ等の
他の波長においては、光出力が生じてしまい、光信号が
ＯＦＦとならない。その結果、広い波長帯域において同
じ動作電圧が要求されるＷＤＭ光伝送方式にマッハツェ
ンダ形光変調器を適用することは困難であり、その解決
が望まれていた。なお、実際の動作時には、電圧を印加
した光導波路において若干の吸収が生じるため、２本の
光導波路において光強度分布がアンバランスとなり、そ
の結果、ＯＦＦ時においても完全には消光せず、図１２
に示すように、若干の漏れ光が生じる。なお、位相変調
を利用して光信号をＯＦＦにするその他の光変調器であ
る方向性結合器形光変調器もマッハツェンダ形光変調器
と同じ問題点を有している。
に、半波長電圧Ｖπは、各動作波長において異なってい
るとともに、光出力は印加逆バイアスの周期関数となっ
ている。従って、例えば、−４Ｖの電圧を印加した場合
には、１．５５μｍにおいて光出力が最小となるが、
１．５３μｍ、１．５４μｍあるいは１．５６μｍ等の
他の波長においては、光出力が生じてしまい、光信号が
ＯＦＦとならない。その結果、広い波長帯域において同
じ動作電圧が要求されるＷＤＭ光伝送方式にマッハツェ
ンダ形光変調器を適用することは困難であり、その解決
が望まれていた。なお、実際の動作時には、電圧を印加
した光導波路において若干の吸収が生じるため、２本の
光導波路において光強度分布がアンバランスとなり、そ
の結果、ＯＦＦ時においても完全には消光せず、図１２
に示すように、若干の漏れ光が生じる。なお、位相変調
を利用して光信号をＯＦＦにするその他の光変調器であ
る方向性結合器形光変調器もマッハツェンダ形光変調器
と同じ問題点を有している。
【０００８】また、全て光吸収で消光させる方法は、チ
ャーピングによる波形伝送特性の劣化が問題となる。
ャーピングによる波形伝送特性の劣化が問題となる。
【０００９】
【課題を解決するための手段】これを解決するため、請
求項１の発明は、入力用光導波路、２本以上の位相変調
用光導波路、該位相変調用光導波路の少なくとも１本に
電圧を印加するための位相変調用電極、および出力用光
導波路を具備し、前記位相変調用電極に電圧を印加し、
前記位相変調用光導波路の屈折率を変化させることによ
り前記２本以上の位相変調用光導波路を伝搬する光信号
の位相差を互いに異ならしめ、前記光信号のＯＮ，ＯＦ
Ｆの切り替えを行う半導体光変調デバイスにおいて、前
記２本以上の位相変調用光導波路の入力側または出力側
連結部分の少なくとも一方に、光を吸収するための１本
もしくは２本以上の吸収用光導波路が設けられるととも
に、該２本以上の吸収用光導波路に電圧を印加するため
の光吸収用電極が設けられ、前記光信号のＯＦＦ時には
前記位相変調用電極と前記光吸収用電極の両方に電圧が
印加されることにより、前記光信号の一部を前記吸収用
光導波路において吸収させ、位相変調と吸収により前記
光信号を消光させることを特徴とし、請求項２の発明
は、請求項１に記載の半導体光変調デバイスにおいて、
前記位相変調用電極と前記光吸収用電極が電気的に連結
されていることを特徴とし、請求項３の発明は、請求項
１または請求項２に記載の半導体光変調デバイスにおい
て、２本以上の前記光吸収用電極が電気的に互いに連結
されていることを特徴とし、請求項４の発明は、請求項
１ないし３のいずれかに記載の半導体光変調デバイスに
おいて、電界印加時に前記吸収用光導波路のコア内の電
界強度が前記位相変調用光導波路のコア内の電界強度よ
りも大きくなるように、前記吸収用光導波路のコアの厚
みを前記位相変調用光導波路のコアの厚みよりも薄くし
たことを特徴とし、請求項５の発明は、請求項１ないし
４のいずれかに記載の半導体光変調デバイスにおいて、
少なくとも１個の３ｄＢカプラを具備するとともに、前
記３ｄＢカプラの少なくとも一部に前記光吸収用電極を
具備したことを特徴とし、請求項６の発明は、請求項１
ないし５のいずれかに記載の半導体光変調デバイスにお
いて、光吸収のみを用いて前記光信号のＯＮ，ＯＦＦの
切り替えを行う場合よりも、前記光信号のチャーピング
による波形伝送特性の劣化が小さくなるように、前記位
相変調と前記光吸収により前記光信号のＯＮ，ＯＦＦの
切り替えを行うことを特徴とし、請求項７の発明は、請
求項１ないし６のいずれかに記載の半導体光変調デバイ
スにおいて、前記吸収用光導波路のコアのバンドギャッ
プ波長が前記位相変調用光導波路のコアのバンドギャッ
プ波長よりも長いことを特徴とする。
求項１の発明は、入力用光導波路、２本以上の位相変調
用光導波路、該位相変調用光導波路の少なくとも１本に
電圧を印加するための位相変調用電極、および出力用光
導波路を具備し、前記位相変調用電極に電圧を印加し、
前記位相変調用光導波路の屈折率を変化させることによ
り前記２本以上の位相変調用光導波路を伝搬する光信号
の位相差を互いに異ならしめ、前記光信号のＯＮ，ＯＦ
Ｆの切り替えを行う半導体光変調デバイスにおいて、前
記２本以上の位相変調用光導波路の入力側または出力側
連結部分の少なくとも一方に、光を吸収するための１本
もしくは２本以上の吸収用光導波路が設けられるととも
に、該２本以上の吸収用光導波路に電圧を印加するため
の光吸収用電極が設けられ、前記光信号のＯＦＦ時には
前記位相変調用電極と前記光吸収用電極の両方に電圧が
印加されることにより、前記光信号の一部を前記吸収用
光導波路において吸収させ、位相変調と吸収により前記
光信号を消光させることを特徴とし、請求項２の発明
は、請求項１に記載の半導体光変調デバイスにおいて、
前記位相変調用電極と前記光吸収用電極が電気的に連結
されていることを特徴とし、請求項３の発明は、請求項
１または請求項２に記載の半導体光変調デバイスにおい
て、２本以上の前記光吸収用電極が電気的に互いに連結
されていることを特徴とし、請求項４の発明は、請求項
１ないし３のいずれかに記載の半導体光変調デバイスに
おいて、電界印加時に前記吸収用光導波路のコア内の電
界強度が前記位相変調用光導波路のコア内の電界強度よ
りも大きくなるように、前記吸収用光導波路のコアの厚
みを前記位相変調用光導波路のコアの厚みよりも薄くし
たことを特徴とし、請求項５の発明は、請求項１ないし
４のいずれかに記載の半導体光変調デバイスにおいて、
少なくとも１個の３ｄＢカプラを具備するとともに、前
記３ｄＢカプラの少なくとも一部に前記光吸収用電極を
具備したことを特徴とし、請求項６の発明は、請求項１
ないし５のいずれかに記載の半導体光変調デバイスにお
いて、光吸収のみを用いて前記光信号のＯＮ，ＯＦＦの
切り替えを行う場合よりも、前記光信号のチャーピング
による波形伝送特性の劣化が小さくなるように、前記位
相変調と前記光吸収により前記光信号のＯＮ，ＯＦＦの
切り替えを行うことを特徴とし、請求項７の発明は、請
求項１ないし６のいずれかに記載の半導体光変調デバイ
スにおいて、前記吸収用光導波路のコアのバンドギャッ
プ波長が前記位相変調用光導波路のコアのバンドギャッ
プ波長よりも長いことを特徴とする。
【００１０】
【作用】これにより、マッハツェンダ形光変調器や方向
性結合器光変調器等のように、複数の光導波路を伝搬す
る光の位相差を利用して光信号を制御する半導体光変調
デバイスにおいて、各位相変調用光導波路と連結する部
分において光吸収も利用するため、光出力の印加電圧に
対する周期性をなくすことができる。従って、本発明を
適用することにより、波長多重伝送方式用の光変調器と
して極めて有用な、広い波長帯域において光信号をＯ
Ｎ，ＯＦＦできる光変調器を提供できる。また、従来構
造のマッハツェンダ形光変調器や方向性結合器では得る
ことができなかった大きな消光比を実現することができ
るし、さらに光吸収のみを利用して光信号を制御する場
合よりもチャーピングによる波形伝送特性劣化を大幅に
改善できる利点もある。
性結合器光変調器等のように、複数の光導波路を伝搬す
る光の位相差を利用して光信号を制御する半導体光変調
デバイスにおいて、各位相変調用光導波路と連結する部
分において光吸収も利用するため、光出力の印加電圧に
対する周期性をなくすことができる。従って、本発明を
適用することにより、波長多重伝送方式用の光変調器と
して極めて有用な、広い波長帯域において光信号をＯ
Ｎ，ＯＦＦできる光変調器を提供できる。また、従来構
造のマッハツェンダ形光変調器や方向性結合器では得る
ことができなかった大きな消光比を実現することができ
るし、さらに光吸収のみを利用して光信号を制御する場
合よりもチャーピングによる波形伝送特性劣化を大幅に
改善できる利点もある。
【００１１】
【発明の実施の形態】（実施の形態１）図１に、本発明
を１．５５μｍ帯でのマッハツェンダ形光変調器に適用
した実施形態例の斜視図を示す。ここで、ａは光信号入
力部であり、入力用光導波路Ｉと入力側３ｄＢカプラII
からなる。III は位相変調用光導波路を表わす。ｂは光
信号出力部であり、出力側３ｄＢカプラIVと出力用光導
波路Ｖからなる。さらに、本実施例は位相変調用光導波
路III が構成要素となっている両方の光導波路に光吸収
部VIを有している。
を１．５５μｍ帯でのマッハツェンダ形光変調器に適用
した実施形態例の斜視図を示す。ここで、ａは光信号入
力部であり、入力用光導波路Ｉと入力側３ｄＢカプラII
からなる。III は位相変調用光導波路を表わす。ｂは光
信号出力部であり、出力側３ｄＢカプラIVと出力用光導
波路Ｖからなる。さらに、本実施例は位相変調用光導波
路III が構成要素となっている両方の光導波路に光吸収
部VIを有している。
【００１２】従来の実施例と同様に、１はｐ+ −ＩｎＧ
ａＡｓキャップ層、２はｐ−ＩｎＰクラッド層、３はｉ
−ＩｎＧａＡｌＡｓ／ＩｎＡｌＡｓ多重量子井戸（Mult
iple- quantum well: MQW）コア層であり、ｉ−ＩｎＧ
ａＡｌＡｓ／ＩｎＡｌＡｓＭＱＷの井戸層とバリア層の
厚みは各々１３ｎｍと５ｎｍ、この場合のエキシトンピ
ーク波長は１．４１μｍとする。４はｎ−ＩｎＰバッフ
ァ層、５はｎ+ −ＩｎＰ基板、７は電気的分離溝、８は
ｎ側電極である。また、９はｐ側電極であるが、従来の
実施例とは異なり、従来の実施例での位相変調用電極６
と同じ役目の他に、光吸収部VIにも電圧を印加する役目
も有している。また、両方の光導波路に設けた光吸収部
VIは電気的に連結されている。
ａＡｓキャップ層、２はｐ−ＩｎＰクラッド層、３はｉ
−ＩｎＧａＡｌＡｓ／ＩｎＡｌＡｓ多重量子井戸（Mult
iple- quantum well: MQW）コア層であり、ｉ−ＩｎＧ
ａＡｌＡｓ／ＩｎＡｌＡｓＭＱＷの井戸層とバリア層の
厚みは各々１３ｎｍと５ｎｍ、この場合のエキシトンピ
ーク波長は１．４１μｍとする。４はｎ−ＩｎＰバッフ
ァ層、５はｎ+ −ＩｎＰ基板、７は電気的分離溝、８は
ｎ側電極である。また、９はｐ側電極であるが、従来の
実施例とは異なり、従来の実施例での位相変調用電極６
と同じ役目の他に、光吸収部VIにも電圧を印加する役目
も有している。また、両方の光導波路に設けた光吸収部
VIは電気的に連結されている。
【００１３】さて、ここで、図１のＢ−Ｂ′における断
面図を図２に示す。本実施例の図２と従来の実施例の図
１０との比較からわかるように、本実施例はｉ−ＭＱＷ
コア層３の厚みが位相変調用光導波路III と比較して薄
い光吸収部VIを有している。なお、例えば、ハイメサ光
導波路のメサ幅は２μｍ、位相変調用光導波路III のｉ
−ＭＱＷコア３の厚みと長さは各々０．４μｍ、１ｍｍ
とする。長さ５００μｍ程度の光吸収部VIのｉ−ＭＱＷ
コア３の厚みは０．２μｍとする。
面図を図２に示す。本実施例の図２と従来の実施例の図
１０との比較からわかるように、本実施例はｉ−ＭＱＷ
コア層３の厚みが位相変調用光導波路III と比較して薄
い光吸収部VIを有している。なお、例えば、ハイメサ光
導波路のメサ幅は２μｍ、位相変調用光導波路III のｉ
−ＭＱＷコア３の厚みと長さは各々０．４μｍ、１ｍｍ
とする。長さ５００μｍ程度の光吸収部VIのｉ−ＭＱＷ
コア３の厚みは０．２μｍとする。
【００１４】さて、図１や図２からわかるように、光吸
収部VIではｉ−ＭＱＷコア層３の厚みを位相変調用光導
波路III においてよりも薄くしている（ここでは半分と
した）。従って、次式からわかるように、光吸収部VIに
おけるｉ−ＭＱＷコア層３内の内部電界強度は、位相変
調用光導波路III でのｉ−ＭＱＷコア層３内の内部電界
強度の約２倍となる。
収部VIではｉ−ＭＱＷコア層３の厚みを位相変調用光導
波路III においてよりも薄くしている（ここでは半分と
した）。従って、次式からわかるように、光吸収部VIに
おけるｉ−ＭＱＷコア層３内の内部電界強度は、位相変
調用光導波路III でのｉ−ＭＱＷコア層３内の内部電界
強度の約２倍となる。
【００１５】 Ｅ＝Ｖ／Ｄ （１） ここで、Ｅはｉ−ＭＱＷコア層３内の内部電界強度、Ｖ
は印加逆バイアス電圧、Ｄはノンドープ層であるｉ−Ｍ
ＱＷコア層３の厚みである。
は印加逆バイアス電圧、Ｄはノンドープ層であるｉ−Ｍ
ＱＷコア層３の厚みである。
【００１６】図３には内部電界強度をパラメータとした
場合の光吸収スペクトルを示す。図３に示すように、ｉ
−ＭＱＷコア３では電圧を印加すると、各印加逆バイア
ス電圧に対してｐ1 ，ｐ2 ，ｐ3 として示したエキシト
ンピークを含む吸収スペクトル全体が長波長側にシフト
するために、光変調器を使用する波長（ここでは、１．
５５μｍとした）における光の吸収係数を大きくするこ
とができる。また、図４には、使用波長１．５５μｍに
おける内部電界強度に対する光導波路の吸収損失の増加
量を示す。前述のように、ＯＦＦ状態とするため、Ｖπ
（ここでは、−４Ｖ）を印加すると、位相変調用光導波
路III のＭＱＷコア層３の厚みは０．４μｍであるか
ら、その内部電界強度は１０ＫＶ／ｍとなり（図３中の
Ｅ3 ）図３や図４からわかるように、位相変調用光導波
路III における吸収は少ない。ところが、光吸収部VIで
はＭＱＷコア層３の厚みが半分、つまり０．２μｍであ
るため、内部電界強度は２倍の２０ＫＶ／ｍとなり（図
３中のＥ2 ）大きな吸収を得ることができる。さらに、
両方の光導波路に設けた光吸収部VIは電気的に互いに連
結されているので、ｐ側電極に逆バイアス電圧を印加す
ると、光信号が出力側３ｄＢカプラIVに入射する前に、
両方の光導波路に設けた光吸収部VIにおいてかなり吸収
される。さらに２本の光導波路を伝搬する光信号は位相
変調用光導波路III において、位相がπずれているた
め、出力側３ｄＢカプラIVにおいて合波することにより
ＯＦＦにできる。
場合の光吸収スペクトルを示す。図３に示すように、ｉ
−ＭＱＷコア３では電圧を印加すると、各印加逆バイア
ス電圧に対してｐ1 ，ｐ2 ，ｐ3 として示したエキシト
ンピークを含む吸収スペクトル全体が長波長側にシフト
するために、光変調器を使用する波長（ここでは、１．
５５μｍとした）における光の吸収係数を大きくするこ
とができる。また、図４には、使用波長１．５５μｍに
おける内部電界強度に対する光導波路の吸収損失の増加
量を示す。前述のように、ＯＦＦ状態とするため、Ｖπ
（ここでは、−４Ｖ）を印加すると、位相変調用光導波
路III のＭＱＷコア層３の厚みは０．４μｍであるか
ら、その内部電界強度は１０ＫＶ／ｍとなり（図３中の
Ｅ3 ）図３や図４からわかるように、位相変調用光導波
路III における吸収は少ない。ところが、光吸収部VIで
はＭＱＷコア層３の厚みが半分、つまり０．２μｍであ
るため、内部電界強度は２倍の２０ＫＶ／ｍとなり（図
３中のＥ2 ）大きな吸収を得ることができる。さらに、
両方の光導波路に設けた光吸収部VIは電気的に互いに連
結されているので、ｐ側電極に逆バイアス電圧を印加す
ると、光信号が出力側３ｄＢカプラIVに入射する前に、
両方の光導波路に設けた光吸収部VIにおいてかなり吸収
される。さらに２本の光導波路を伝搬する光信号は位相
変調用光導波路III において、位相がπずれているた
め、出力側３ｄＢカプラIVにおいて合波することにより
ＯＦＦにできる。
【００１７】図５には、動作波長が１．５３μｍ，１．
５４μｍ，１．５５μｍ，１．５６μｍの場合における
逆バイアス印加時の本実施例の動作を示す。図５からわ
かるように、各波長に対して光信号はほぼ完全に吸収さ
れるのでほぼ完全にＯＦＦ状態となり、４０ｄＢから５
０ｄＢ以上の消光比を容易に得ることが可能となる。例
えば−５Ｖ程度の逆バイアス電圧を加えれば、１．５３
μｍ，１．５４μｍ，１．５５μｍ，１．５６μｍの全
ての波長において、光信号をＯＦＦにできることにな
り、１つの動作電圧で全ての波長の光信号を制御でき
る。
５４μｍ，１．５５μｍ，１．５６μｍの場合における
逆バイアス印加時の本実施例の動作を示す。図５からわ
かるように、各波長に対して光信号はほぼ完全に吸収さ
れるのでほぼ完全にＯＦＦ状態となり、４０ｄＢから５
０ｄＢ以上の消光比を容易に得ることが可能となる。例
えば−５Ｖ程度の逆バイアス電圧を加えれば、１．５３
μｍ，１．５４μｍ，１．５５μｍ，１．５６μｍの全
ての波長において、光信号をＯＦＦにできることにな
り、１つの動作電圧で全ての波長の光信号を制御でき
る。
【００１８】なお、図１から分かるように、２つの光吸
収部VI上の電極は電気的に連結されている。これらを電
気的に切り離しても上記で説明した動作は可能ではある
が、電気ドライバが２個必要になり、効率が悪くなる。
従って、実際のデバイスでは、電気的に連結しておくこ
とが望ましい。
収部VI上の電極は電気的に連結されている。これらを電
気的に切り離しても上記で説明した動作は可能ではある
が、電気ドライバが２個必要になり、効率が悪くなる。
従って、実際のデバイスでは、電気的に連結しておくこ
とが望ましい。
【００１９】（実施の形態２）図６には、第２の実施形
態例の上面図を示す。この実施形態例はマッハツェンダ
構成ではあるが、光出力部Ｖに出力用光導波路が２本あ
る構造に本発明を適用している。その他の各部の構成は
図１の場合と同じである。
態例の上面図を示す。この実施形態例はマッハツェンダ
構成ではあるが、光出力部Ｖに出力用光導波路が２本あ
る構造に本発明を適用している。その他の各部の構成は
図１の場合と同じである。
【００２０】（実施の形態３）図７には、図６に示した
第２の実施形態例において、位相変調用光導波路IIIと
光吸収部VIに各々位相変調用電極６と光吸収用電極１０
を形成した第３の実施形態例の上面図を示す。但し、こ
の実施形態例では、位相変調用電極６と光吸収用電極１
０に各々逆バイアスを印加する必要があり、２個の電気
ドライバが必要となる。
第２の実施形態例において、位相変調用光導波路IIIと
光吸収部VIに各々位相変調用電極６と光吸収用電極１０
を形成した第３の実施形態例の上面図を示す。但し、こ
の実施形態例では、位相変調用電極６と光吸収用電極１
０に各々逆バイアスを印加する必要があり、２個の電気
ドライバが必要となる。
【００２１】なお、位相変調用電極６と光吸収部VIのｉ
−ＭＱＷコア層の厚みが同じ場合には本実施例の構成を
用い、かつ光吸収用電極１０に位相変調用電極６よりも
大きな逆バイアス電圧を印加すれば良い。また、本実施
例は図１の第１の実施形態例に示した光出力部Ｖの出力
光導波路が１本の場合にも適用できる。
−ＭＱＷコア層の厚みが同じ場合には本実施例の構成を
用い、かつ光吸収用電極１０に位相変調用電極６よりも
大きな逆バイアス電圧を印加すれば良い。また、本実施
例は図１の第１の実施形態例に示した光出力部Ｖの出力
光導波路が１本の場合にも適用できる。
【００２２】以上の発明はマッハツェンダ形の構造のみ
ならず、位相変調を利用して光信号をＯＦＦにするその
他の光変調器構造、例えば、方向性結合器形後続にも適
用可能であることは言うまでもない。
ならず、位相変調を利用して光信号をＯＦＦにするその
他の光変調器構造、例えば、方向性結合器形後続にも適
用可能であることは言うまでもない。
【００２３】（実施の形態４）図８には本発明の第４の
実施形態例を示す。本実施形態例では、２本の光導波路
では位相変調のみを行い、出力用３ｄＢカプラIVの一部
において光吸収を行っている。すなわち、この出力用３
ｄＢカプラIVの一部が本発明の構成要素である吸収用光
導波路となっている。なお、第１〜第３の実施形態例に
おいて本実施形態例と同様に、出力用３ｄＢカプラIVに
も光吸収機能を付与させても良いことは言うまでもな
い。また、第３の実施形態例のように、位相変調用光導
波路III と光吸収の機能を持つ出力用３ｄＢカプラＶと
を電気的分離溝により電気的に分離し、各々に逆バイア
スを印加しても良い。
実施形態例を示す。本実施形態例では、２本の光導波路
では位相変調のみを行い、出力用３ｄＢカプラIVの一部
において光吸収を行っている。すなわち、この出力用３
ｄＢカプラIVの一部が本発明の構成要素である吸収用光
導波路となっている。なお、第１〜第３の実施形態例に
おいて本実施形態例と同様に、出力用３ｄＢカプラIVに
も光吸収機能を付与させても良いことは言うまでもな
い。また、第３の実施形態例のように、位相変調用光導
波路III と光吸収の機能を持つ出力用３ｄＢカプラＶと
を電気的分離溝により電気的に分離し、各々に逆バイア
スを印加しても良い。
【００２４】これまで、位相変調用光導波路III の長さ
は１ｍｍ、光吸収部VIの長さは５００μｍとして説明し
たが、各々例えば５００μｍ、３００μｍのようにもっ
と短くしても良く、この場合にはキャパシタンスが減る
ので高速光変調が可能となる。なお、エキシトンピーク
波長を１．４４μｍや１．４５μｍのように使用波長
１．５５μｍにもっと近くなるように設定することによ
り、駆動電圧の増加を抑えることが可能である。また、
光吸収部VIを位相変調用光導波路III よりも長くしても
良い。
は１ｍｍ、光吸収部VIの長さは５００μｍとして説明し
たが、各々例えば５００μｍ、３００μｍのようにもっ
と短くしても良く、この場合にはキャパシタンスが減る
ので高速光変調が可能となる。なお、エキシトンピーク
波長を１．４４μｍや１．４５μｍのように使用波長
１．５５μｍにもっと近くなるように設定することによ
り、駆動電圧の増加を抑えることが可能である。また、
光吸収部VIを位相変調用光導波路III よりも長くしても
良い。
【００２５】さらに、第１の実施形態例から第４の実施
形態例において、入力側３ｄＢカプラて分岐された２本
の光導波路両方に位相変調用電極を形成し、プッシュプ
ル動作により２本の光導波路を伝搬する光信号の位相を
πずらしても良い。
形態例において、入力側３ｄＢカプラて分岐された２本
の光導波路両方に位相変調用電極を形成し、プッシュプ
ル動作により２本の光導波路を伝搬する光信号の位相を
πずらしても良い。
【００２６】また、以上の説明では、光信号の進行方向
に対して光吸収部を位相変調用光導波路の後ろに形成し
たが、逆に、光信号の進行方向に対して位相変調用光導
波路の前もしくは前後両方に形成しても同じ効果を得ら
れることは言うまでもない。
に対して光吸収部を位相変調用光導波路の後ろに形成し
たが、逆に、光信号の進行方向に対して位相変調用光導
波路の前もしくは前後両方に形成しても同じ効果を得ら
れることは言うまでもない。
【００２７】さらに、本発明はＩｎＧａＡｌＡｓ／Ｉｎ
ＡｌＡｓ系のＭＱＷのみでなくＩｎＰ系のＭＱＷにも適
用可能であるし、ＭＱＷコアではなく、ＩｎＧａＡｓＰ
等パルク材料のコアにも適用可能であるし、方向性結合
器型光導波路構造にも適用できる。
ＡｌＡｓ系のＭＱＷのみでなくＩｎＰ系のＭＱＷにも適
用可能であるし、ＭＱＷコアではなく、ＩｎＧａＡｓＰ
等パルク材料のコアにも適用可能であるし、方向性結合
器型光導波路構造にも適用できる。
【００２８】なお、本発明で光信号をＯＦＦにする場合
は、光信号のかなりの部分を位相変調動作を用いて消光
させるので、全て光吸収で消光させる場合と比較してチ
ャーピングによる波形伝送特性の劣化を大幅に改善でき
る特徴を有する。
は、光信号のかなりの部分を位相変調動作を用いて消光
させるので、全て光吸収で消光させる場合と比較してチ
ャーピングによる波形伝送特性の劣化を大幅に改善でき
る特徴を有する。
【００２９】また、以上に説明した本発明の実施例にお
いて、例えば領域選択成長技術などを用いて光吸収部の
コアのバンドギャップ波長を位相変調部のバンドギャッ
プ波長よりも長くすることにより、低い逆バイアス電圧
から光吸収を生じさせることができる。従って、この場
合には位相変調と光吸収による光信号をＯＦＦにするた
めの印加電圧を小さくすることが可能である。
いて、例えば領域選択成長技術などを用いて光吸収部の
コアのバンドギャップ波長を位相変調部のバンドギャッ
プ波長よりも長くすることにより、低い逆バイアス電圧
から光吸収を生じさせることができる。従って、この場
合には位相変調と光吸収による光信号をＯＦＦにするた
めの印加電圧を小さくすることが可能である。
【００３０】
【発明の効果】以上述べたように、本発明では、マッハ
ツェンダ形光変調器や方向性結合器光変調器等のよう
に、複数の光導波路を伝搬する光の位相差を利用して光
信号を制御する半導体光変調デバイスにおいて、各位相
変調光導波路と連結する部分において光吸収も利用する
ため、光出力の印加電圧に対する周期性をなくすことが
できる。従って、本発明を適用することにより、波長多
重伝送方式用の光変調器として極めて有用な、広い波長
帯域において光信号をＯＮ，ＯＦＦできる光変調器を提
供できる。また、従来構造のマッハツェンダ形光変調器
や方向性結合器では得ることができなかった大きな消光
比を実現することができるし、さらに光吸収のみを利用
して光信号を制御する場合よりもチャーピングによる波
形伝送特性劣化を大幅に改善でき、駆動電圧を低くでき
る等の利点もある。また、光吸収部のコアのバンドギャ
ップ波長が位相変調用光導波路のバンドギャップ波長よ
りも長い場合には、低い逆バイアス電圧から光吸収を生
じさせることができるので、位相変調と光吸収による光
信号のＯＦＦのための印加電圧の値を小さくすることが
可能である。
ツェンダ形光変調器や方向性結合器光変調器等のよう
に、複数の光導波路を伝搬する光の位相差を利用して光
信号を制御する半導体光変調デバイスにおいて、各位相
変調光導波路と連結する部分において光吸収も利用する
ため、光出力の印加電圧に対する周期性をなくすことが
できる。従って、本発明を適用することにより、波長多
重伝送方式用の光変調器として極めて有用な、広い波長
帯域において光信号をＯＮ，ＯＦＦできる光変調器を提
供できる。また、従来構造のマッハツェンダ形光変調器
や方向性結合器では得ることができなかった大きな消光
比を実現することができるし、さらに光吸収のみを利用
して光信号を制御する場合よりもチャーピングによる波
形伝送特性劣化を大幅に改善でき、駆動電圧を低くでき
る等の利点もある。また、光吸収部のコアのバンドギャ
ップ波長が位相変調用光導波路のバンドギャップ波長よ
りも長い場合には、低い逆バイアス電圧から光吸収を生
じさせることができるので、位相変調と光吸収による光
信号のＯＦＦのための印加電圧の値を小さくすることが
可能である。
【図１】本発明の実施形態例の斜視図である。
【図２】図１のＢ−Ｂ′における断面図である。
【図３】本発明の動作原理を説明する図である。
【図４】本発明の動作原理を説明する図である。
【図５】第１の実施形態例の特性を説明する図である。
【図６】第２の実施例の上面図である。
【図７】本発明の第３の実施形態例を示す図である。
【図８】本発明の第４の実施形態例を示す図である。
【図９】従来の実施例の斜視図である。
【図１０】図９のＡ−Ａ′における断面図である。
【図１１】図９のＢ−Ｂ′における断面図である。
【図１２】従来の実施例の特性を説明する図である。
１ ｐ+ −ＩｎＧａＡｓキャップ層 ２ ｐ−ＩｎＰクラッド層 ３ ｉ−ＩｎＧａＡｌＡｓ／ＩｎＡｌＡｓ多重量子井戸
（Multiple - quantumwell: MQW）コア層 ４ ｎ−ＩｎＰバッファ層 ５ ｎ+ −ＩｎＰ基板 ６ 位相変調用電極 ７ 電気的分離溝 ８ ｎ側電極 ９ ｐ側電極 １０ 光吸収用電極 ａ 光信号入力部 ｂ 光信号出力部 Ｉ 入力用光導波路 ＩＩ 入力側３ｄＢカプラ ＩＩＩ 位相変調用光導波路 ＩＶ 出力側３ｄＢカプラ（吸収用光導波路） Ｖ 出力用光導波路 ＶＩ 光吸収部（吸収用光導波路）
（Multiple - quantumwell: MQW）コア層 ４ ｎ−ＩｎＰバッファ層 ５ ｎ+ −ＩｎＰ基板 ６ 位相変調用電極 ７ 電気的分離溝 ８ ｎ側電極 ９ ｐ側電極 １０ 光吸収用電極 ａ 光信号入力部 ｂ 光信号出力部 Ｉ 入力用光導波路 ＩＩ 入力側３ｄＢカプラ ＩＩＩ 位相変調用光導波路 ＩＶ 出力側３ｄＢカプラ（吸収用光導波路） Ｖ 出力用光導波路 ＶＩ 光吸収部（吸収用光導波路）
Claims (7)
- 【請求項１】 入力用光導波路、２本以上の位相変調用
光導波路、出力用光導波路、および前記位相変調用光導
波路の少なくとも１本に電圧を印加するための位相変調
用電極を具備し、前記位相変調用電極に電圧を印加し、
前記位相変調用電極を有する位相変調用光導波路の屈折
率を変化させることにより前記２本以上の位相変調用光
導波路を伝搬する光信号の位相差を互いに異ならしめ、
前記光信号のＯＮ，ＯＦＦの切り替えを行う半導体光変
調デバイスにおいて、 前記２本以上の位相変調用光導波路の入力側または出力
側連結部分の少なくとも一方に、光を吸収するための１
本もしくは２本以上の吸収用光導波路が設けられるとと
もに、該２本以上の吸収用光導波路に電圧を印加するた
めの光吸収用電極が設けられ、前記光信号のＯＦＦ時に
は前記位相変調用電極と前記光吸収用電極の両方に電圧
が印加されることにより、前記光信号の一部を前記吸収
用光導波路において吸収させ、位相変調と光吸収により
前記光信号を消光させることを特徴とする半導体光変調
デバイス。 - 【請求項２】 前記位相変調用電極と前記光吸収用電極
とが電気的に連結されていることを特徴とする請求項１
に記載の半導体光変調デバイス。 - 【請求項３】 ２本以上の前記光吸収用電極が電気的に
互いに連結されていることを特徴とする請求項１または
２に記載の半導体光変調デバイス。 - 【請求項４】 電界印加時に前記吸収用光導波路のコア
内の電界強度が前記位相変調用光導波路のコア内の電界
強度よりも大きくなるように、前記吸収用光導波路のコ
アの厚みを前記位相変調用光導波路のコアの厚みよりも
薄くしたことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか
に記載の半導体光変調デバイス。 - 【請求項５】 さらに、少なくとも１個の３ｄＢカプラ
を具備するとともに、該３ｄＢカプラの少なくとも一部
に前記光吸収用電極を設けたことを特徴とする請求項１
ないし４のいずれかに記載の半導体光変調デバイス。 - 【請求項６】 前記光信号のＯＮ，ＯＦＦの切り替えを
光吸収のみを用いて行なう場合に比べてチャーピングに
よる波形伝送特性の劣化が小さくなるように、前記位相
変調と前記光吸収とにより前記光信号のＯＮ，ＯＦＦが
行なわれることを特徴とする請求項１ないし５のいずれ
かに記載の半導体光変調デバイス。 - 【請求項７】 前記吸収用光導波路のコアのバンドギャ
ップ波長が前記位相変調用光導波路のコアのバンドギャ
ップ波長よりも長いことを特徴とする請求項１ないし６
のいずれかに記載の半導体光変調デバイス。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26059398A JP2000089181A (ja) | 1998-09-14 | 1998-09-14 | 半導体光変調デバイス |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26059398A JP2000089181A (ja) | 1998-09-14 | 1998-09-14 | 半導体光変調デバイス |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000089181A true JP2000089181A (ja) | 2000-03-31 |
Family
ID=17350115
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP26059398A Pending JP2000089181A (ja) | 1998-09-14 | 1998-09-14 | 半導体光変調デバイス |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000089181A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005223043A (ja) * | 2004-02-04 | 2005-08-18 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 光集積デバイス |
| JP2011186057A (ja) * | 2010-03-05 | 2011-09-22 | Fujitsu Ltd | 半導体マッハツェンダ型光変調器、光伝送装置、半導体マッハツェンダ型光変調器の製造方法及び半導体マッハツェンダ型光変調器の駆動方法 |
| JP2012098533A (ja) * | 2010-11-02 | 2012-05-24 | Fujitsu Optical Components Ltd | 光送信器及び光伝送装置 |
| JP2012119482A (ja) * | 2010-11-30 | 2012-06-21 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 波長可変レーザ装置およびその制御方法 |
-
1998
- 1998-09-14 JP JP26059398A patent/JP2000089181A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005223043A (ja) * | 2004-02-04 | 2005-08-18 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 光集積デバイス |
| JP4629346B2 (ja) * | 2004-02-04 | 2011-02-09 | 日本電信電話株式会社 | 光集積デバイス |
| JP2011186057A (ja) * | 2010-03-05 | 2011-09-22 | Fujitsu Ltd | 半導体マッハツェンダ型光変調器、光伝送装置、半導体マッハツェンダ型光変調器の製造方法及び半導体マッハツェンダ型光変調器の駆動方法 |
| JP2012098533A (ja) * | 2010-11-02 | 2012-05-24 | Fujitsu Optical Components Ltd | 光送信器及び光伝送装置 |
| US8843001B2 (en) | 2010-11-02 | 2014-09-23 | Fujitsu Optical Components Limited | Optical transmitter and optical transmission apparatus |
| JP2012119482A (ja) * | 2010-11-30 | 2012-06-21 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 波長可変レーザ装置およびその制御方法 |
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