JP2001183612A - Optical modulation element - Google Patents

Optical modulation element

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JP2001183612A
JP2001183612A JP36924899A JP36924899A JP2001183612A JP 2001183612 A JP2001183612 A JP 2001183612A JP 36924899 A JP36924899 A JP 36924899A JP 36924899 A JP36924899 A JP 36924899A JP 2001183612 A JP2001183612 A JP 2001183612A
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upper electrode
light
layer
electrode layer
passive waveguide
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Japanese (ja)
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Takeshi Ito
伊藤  猛
Satoshi Kodama
聡 児玉
Hiroshi Ito
弘 伊藤
Tadao Ishibashi
忠夫 石橋
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
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  • Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a high-speed optical modulation element of which the overall length is made longer to reduce the production cost by facilitating handling, working, and a production process and of which the length of an element active part is made shorter to improve the frequency band. SOLUTION: A waveguide structure 20 is provided with an active part 10 and passive waveguide parts 11a and 11b provided on both sides (or one side) in the light propagation direction of the active part, and an upper electrode layer 6 of the active part 10 and upper electrode layers 6 of passive waveguide parts 11a and 11b are separated from each other with separation grooves 13a and 13b between them, and upper electrodes 7, 12a, and 12b which are provided so as to be brought into contact with the upper electrode layer 6 of the active part 6 and upper electrode layers 6 of passive waveguide parts 11a and 11b are separated from each other with separation grooves 13a and 13b between them, and upper electrodes 12a and 12b of passive waveguide parts 11a and 11b and lower electrodes 8a and 8b are short-circuited by wiring 14a and 14b respectively.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、導波路型の光変調
素子に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a waveguide type light modulation device.

【0002】[0002]

【従来の技術】光通信技術において、高速な光信号を生
成するために光源と光変調素子の組み合わせが多く用い
られている。光変調素子の一例として、量子閉じ込めシ
ュタルク効果を利用した電界吸収型光変調素子(光変調
器)がある。
2. Description of the Related Art In optical communication technology, a combination of a light source and a light modulation element is often used to generate a high-speed optical signal. As an example of the light modulation element, there is an electroabsorption-type light modulation element (light modulator) using the quantum confined Stark effect.

【0003】図3は従来の集中定数型の電界吸収型光変
調素子の一例の斜視図である。
FIG. 3 is a perspective view of an example of a conventional lumped-constant type electro-absorption type light modulation device.

【0004】光変調素子は、n型半導体基板23上に形
成された、n型半導体層24、光変調層である多重量子
井戸層25、p型半導体層26で構成され、n型半導体
基板23とオーミック接触している下部電極27、およ
びp型半導体層26とオーミック接触している上部電極
28が形成されている。
The light modulating element comprises an n-type semiconductor layer 24, a multiple quantum well layer 25 serving as a light modulating layer, and a p-type semiconductor layer 26 formed on an n-type semiconductor substrate 23. A lower electrode 27 that is in ohmic contact with the upper electrode 27 and an upper electrode 28 that is in ohmic contact with the p-type semiconductor layer 26 are formed.

【0005】また、光が入射する光入射面21aおよび
光が出射する光出射面21bを構成する各端面は、通常
劈開で作製されている。29は、電界が印可され、光の
変調を行う活性部の長さ(活性部長)である。
[0005] Each end face constituting the light incident surface 21a on which light enters and the light exit surface 21b from which light exits is usually formed by cleavage. Reference numeral 29 denotes the length of an active portion (active portion length) to which an electric field is applied and which modulates light.

【0006】図4は、図3に示した電界吸収型光変調素
子の光透過特性の一例を示すグラフである。
FIG. 4 is a graph showing an example of the light transmission characteristics of the electro-absorption type light modulation device shown in FIG.

【0007】横軸には、逆バイアス電圧(V)が取って
あり、縦軸には、光変調素子に入射する光がどれだけ透
過するかを示す光透過率(%)が取ってある。
The horizontal axis represents the reverse bias voltage (V), and the vertical axis represents the light transmittance (%) indicating how much light incident on the light modulation element is transmitted.

【0008】図4に示すように、逆バイアス電圧が増大
すると、光透過率はほぼ100%からほぼ0%へと変化
する。このような特性を用い、逆バイアス電圧を時間的
に高速に変化させることで、入射光の強度を変調し、高
速に変化する光信号を生成することができる。
As shown in FIG. 4, when the reverse bias voltage increases, the light transmittance changes from almost 100% to almost 0%. By using such characteristics and changing the reverse bias voltage at high speed with time, the intensity of the incident light can be modulated, and an optical signal that changes at high speed can be generated.

【0009】このような集中定数型の電界吸収型光変調
素子の動作速度は、負荷抵抗と電界吸収型光変調素子の
接合容量との積によって決まる時定数(CR時定数)に
よって制限される。負荷抵抗の値は通常、伝送線路のイ
ンピーダンス(一般には50Ωが多く用いられる)で決
まり、一定であるため、電界吸収型光変調素子の周波数
帯域を向上(周波数帯域幅を拡大)させるためには、活
性部長29を短くし、素子面積を低減させることが重要
である。しかし、素子長を短くした場合、チップ寸法
が、ハンドリングの限界以下になってしまうという問題
や、劈開面相互間の間隔が狭すぎるため、半導体基板の
劈開加工そのものが困難になるという問題があった。
The operating speed of such a lumped-constant type electro-absorption type optical modulator is limited by a time constant (CR time constant) determined by a product of a load resistance and a junction capacitance of the electro-absorption type optical modulator. The value of the load resistance is usually determined by the impedance of the transmission line (in general, 50Ω is often used) and is constant. Therefore, in order to improve the frequency band of the electroabsorption type optical modulation element (enlarge the frequency bandwidth), It is important to shorten the active portion length 29 and reduce the element area. However, when the element length is shortened, there is a problem that the chip size becomes smaller than the limit of handling, and a problem that the cleavage processing of the semiconductor substrate itself becomes difficult because the interval between cleavage planes is too small. Was.

【0010】図5は従来の別の構成例の電界吸収型光変
調素子を示す図で、(a)は上面図、(b)は(a)の
H−H切断線における断面図、(c)は(a)のI−I
切断線における断面図である。
FIGS. 5A and 5B are views showing another conventional electroabsorption type light modulation device, in which FIG. 5A is a top view, FIG. 5B is a sectional view taken along the line H--H in FIG. ) Is II of (a).
It is sectional drawing in a cutting line.

【0011】すなわち、上記問題を回避するため、図5
に示す光変調素子のように、活性部長29を短くし、そ
の光伝搬方向(光軸方向)の両端に、高抵抗の半導体導
波路(パッシブ導波路部)30a、30bを再成長させ
ることによって、全体の素子長を長くする構造も用いら
れていた。
That is, in order to avoid the above problem, FIG.
As shown in the optical modulator shown in FIG. 1, the active portion length 29 is shortened, and high-resistance semiconductor waveguides (passive waveguide portions) 30a and 30b are regrown at both ends in the light propagation direction (optical axis direction). Also, a structure for increasing the overall element length has been used.

【0012】なお、図5において、図3と同一の符号の
ものは同様のものを示す。302a、302bはコア
層、301a、303a、301b、303bはそれぞ
れコア層302a、302bのクラッド層(すなわち、
コア層302a、302bより屈折率が低い光閉じ込め
層およびコア層302a、302bの保護層として機能
する)である。
In FIG. 5, the same reference numerals as those in FIG. 3 denote the same components. 302a and 302b are core layers, and 301a, 303a, 301b and 303b are cladding layers of core layers 302a and 302b, respectively (that is,
(Which functions as a light confinement layer having a lower refractive index than the core layers 302a and 302b and a protective layer for the core layers 302a and 302b).

【0013】[0013]

【発明が解決しようとする課題】しかし、図5に示した
ような構造では、再成長が必要なため、製造プロセスが
複雑になり、製造コストの上昇を招くという問題があっ
た。
However, the structure as shown in FIG. 5 has a problem that the regrowth is necessary, which complicates the manufacturing process and raises the manufacturing cost.

【0014】本発明は、上述した従来技術の課題を解決
するものであって、ハンドリング、加工、製造プロセス
を容易にし、製造コストを低減するために、全素子長を
長くすることができ、また、周波数帯域を向上させるた
めに、素子活性部の長さを短くすることができる高速な
光変調素子を提供することにある。
The present invention solves the above-mentioned problems of the prior art, and makes it possible to increase the total element length in order to facilitate handling, processing, and manufacturing processes and reduce manufacturing costs. Another object of the present invention is to provide a high-speed light modulation device capable of shortening the length of an element active portion in order to improve a frequency band.

【0015】[0015]

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明の光変調素子は、下部電極層、光変調層、上
部電極層を含む半導体多層膜により構成される導波路構
造と、前記下部電極層に接して設けた下部電極と、前記
上部電極層に接して設けた上部電極と、前記導波路構造
の光伝搬方向の両側に設けた光入射面と光出射面とを有
する光変調素子において、前記導波路構造が、活性部
と、前記活性部の前記光伝搬方向の両側または片側に設
けたパッシブ導波路部とを有し、前記活性部の前記上部
電極層と、前記パッシブ導波路部の前記上部電極層とが
溝を隔てて互いに分離され、前記活性部の前記上部電極
層と、前記パッシブ導波路部の前記上部電極層とにそれ
ぞれ接して設けた前記上部電極が溝を隔てて互いに分離
され、前記パッシブ導波路部の前記上部電極と、前記下
部電極とを短絡したことを特徴とする。
In order to achieve the above object, the present invention provides a light modulation device comprising a waveguide structure including a semiconductor multilayer film including a lower electrode layer, a light modulation layer, and an upper electrode layer; Light having a lower electrode provided in contact with the lower electrode layer, an upper electrode provided in contact with the upper electrode layer, and a light incident surface and a light output surface provided on both sides in the light propagation direction of the waveguide structure. In the modulation element, the waveguide structure includes an active portion, and a passive waveguide portion provided on both sides or one side of the active portion in the light propagation direction, wherein the upper electrode layer of the active portion, the passive portion, The upper electrode layer of the waveguide portion is separated from each other by a groove, and the upper electrodes provided in contact with the upper electrode layer of the active portion and the upper electrode layer of the passive waveguide portion respectively have grooves. Separated from each other by the passive And the upper electrode of the waveguide section, characterized in that short-circuited and the lower electrode.

【0016】このような構成とすることにより、簡易な
構成で、活性部長が短く、全素子長が長い光変調素子を
実現できるので、従来の技術よりも、素子作製にかかる
時間を大幅に短縮でき、かつ、低コストで光素子を実現
できる。
With such a configuration, an optical modulator having a short active portion length and a long overall element length can be realized with a simple configuration, so that the time required for device fabrication can be greatly reduced as compared with the prior art. An optical element can be realized at low cost.

【0017】[0017]

【発明の実施の形態】以下、図面を用いて本発明の実施
の形態について詳細に説明する。なお、以下で説明する
図面で、同一機能を有するものは同一符号を付け、その
繰り返しの説明は省略する。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. In the drawings described below, those having the same functions are denoted by the same reference numerals, and the repeated description thereof will be omitted.

【0018】以下では、1.55μm帯の光通信に用い
る電界吸収型光変調素子を例に、本発明の実施の形態を
示す。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described by taking an electro-absorption type optical modulation element used for optical communication in the 1.55 μm band as an example.

【0019】実施の形態1 図1は本発明の第1の実施の形態の光変調素子を示す図
で、(a)は上面図、(b)は一部の上層を透視した上
面図、(c)は(a)のA−A切断線における断面図、
(d)は(a)のB−B切断線(あるいはC−C切断
線)における断面図である。
Embodiment 1 FIGS. 1A and 1B show a light modulation device according to a first embodiment of the present invention, wherein FIG. 1A is a top view, FIG. c) is a sectional view taken along the line AA of (a),
(D) is a sectional view taken along the line BB (or the line CC) of (a).

【0020】本実施の形態の光変調素子では、半絶縁性
InP基板1上に、下部電極層であるn型のInAlA
s層2(膜厚0.5μm、ドーピング濃度1×1019
−3)、アンドープ(すなわち、i型)のInAlA
s層(膜厚0.005μm)とアンドープのInGaA
s層(膜厚0.0075μm)の積層繰り返し12回の
構造で構成される光変調層である多重量子井戸層3、ア
ンドープのInAlAs層4(膜厚0.15μm)、p
型のInAlAs層5(膜厚1μm、ドーピング濃度5
×1017cm-3)、上部電極層であるp型のInGa
As層6(膜厚0.5μm、ドーピング濃度2×1019
cm-3)がこの順に形成されている。(c)において、
20は導波路構造、21a、21bは導波路構造20の
光伝搬方向の両側にそれぞれ設けた光入射面、光出射面
である。
In the light modulation device of this embodiment, an n-type InAlA as a lower electrode layer is formed on a semi-insulating InP substrate 1.
s layer 2 (film thickness 0.5 μm, doping concentration 1 × 10 19 c
m −3 ), undoped (ie, i-type) InAlA
s layer (thickness 0.005 μm) and undoped InGaAs
The multiple quantum well layer 3, which is a light modulation layer having a structure in which s layers (thickness: 0.0075 μm) are laminated 12 times, an undoped InAlAs layer 4 (thickness: 0.15 μm), p
InAlAs layer 5 (film thickness 1 μm, doping concentration 5
× 10 17 cm −3 ), p-type InGa as the upper electrode layer
As layer 6 (film thickness 0.5 μm, doping concentration 2 × 10 19
cm -3 ) are formed in this order. In (c),
Reference numeral 20 denotes a waveguide structure, and reference numerals 21a and 21b denote light incidence surfaces and light emission surfaces provided on both sides of the waveguide structure 20 in the light propagation direction.

【0021】図1(c)に示すように、上部電極層であ
るp型InGaAs層6に接して、オーミック上部電極
7、図1(d)に示すように、下部電極層であるn型I
nAlAs層2に接して、オーミック下部電極8aおよ
び8bが形成され、その上に公知のパッシベーション用
の絶縁膜9が形成されている。
As shown in FIG. 1C, an ohmic upper electrode 7 is in contact with a p-type InGaAs layer 6 as an upper electrode layer, and as shown in FIG.
Ohmic lower electrodes 8a and 8b are formed in contact with the nAlAs layer 2, and a known insulating film 9 for passivation is formed thereon.

【0022】図1(c)において、10で示す導波路構
造の部分が変調素子として動作する活性部、11aおよ
び11bで示す導波路構造の部分が活性部として働かな
い光導波路部、すなわち、パッシブ導波路部である。
In FIG. 1C, the portion of the waveguide structure denoted by reference numeral 10 is an active portion that operates as a modulation element, and the portion of the waveguide structure denoted by reference numerals 11a and 11b is an optical waveguide portion that does not function as an active portion, that is, a passive portion. This is a waveguide section.

【0023】(c)、(d)に示すように、パッシブ導
波路部11aおよび11bには、活性部10と同様に、
上部電極層であるp型InGaAs層6に接してオーミ
ック上部電極12aおよび12bがそれぞれ形成されて
いる。
As shown in (c) and (d), passive waveguide portions 11a and 11b have
Ohmic upper electrodes 12a and 12b are formed in contact with p-type InGaAs layer 6, which is an upper electrode layer, respectively.

【0024】また、活性部10とパッシブ導波路部11
aおよび11bとの間には、それぞれ上部電極7、12
a、12bおよび上部電極層のp型InGaAs層6
を、公知のリソグラフィーを用いたエッチングにより除
去して形成した分離溝13aおよび13bが形成されて
いる。
The active portion 10 and the passive waveguide portion 11
a and 11b, respectively, between the upper electrodes 7, 12
a, 12b and p-type InGaAs layer 6 of upper electrode layer
Are removed by etching using known lithography to form separation grooves 13a and 13b.

【0025】なお、分離溝13aおよび13bは、パッ
シベーション用の絶縁膜9で埋め込まれている。
The separation grooves 13a and 13b are filled with a passivation insulating film 9.

【0026】図1(d)、(c)、(a)に示すよう
に、下部電極8aおよび8bと、パッシブ導波路部11
a、11bの上部電極12aまたは12bとをそれぞれ
接続(短絡)する配線14aおよび14bが形成されて
いる。
As shown in FIGS. 1D, 1C and 1A, the lower electrodes 8a and 8b and the passive waveguide 11
Wirings 14a and 14b are formed to connect (short-circuit) the upper electrodes 12a and 12b with the upper electrodes 12a and 12b.

【0027】オーミック上部電極7の接触抵抗を下げる
ため、それと接するp型InGaAs層6は、導電性不
純物が高濃度にドープされて低抵抗となっているが、分
離溝13aおよび13bが形成されて互いに分離されて
いることにより、上部電極7と上部電極12aおよび1
2bとの間は高抵抗に保たれている。
In order to reduce the contact resistance of the ohmic upper electrode 7, the p-type InGaAs layer 6 in contact therewith is doped with conductive impurities at a high concentration and has a low resistance. However, the separation grooves 13a and 13b are formed. By being separated from each other, the upper electrode 7 and the upper electrodes 12a and 1a
2b is kept at a high resistance.

【0028】すなわち、本光変調素子は、下部電極層
2、光変調層3、上部電極層6を含む半導体多層膜によ
り構成される導波路構造20と、下部電極層2に接して
設けた下部電極8a、8bと、上部電極層6に接して設
けた上部電極7と、導波路構造20の光伝搬方向の両側
に設けた光入射面21aと光出射面21bとを有する光
変調素子において、導波路構造20が、活性部10と、
活性部10の光伝搬方向の両側(または片側)に設けた
パッシブ導波路部11a、11bとを有し、活性部10
の上部電極層6と、パッシブ導波路部11a、11bの
上部電極層6とが分離溝13a、13bを隔てて互いに
分離され、活性部10の上部電極層6と、パッシブ導波
路部11a、11bの上部電極層6とにそれぞれ接して
設けた上部電極7、12a、12bが分離溝13a、1
3bを隔てて互いに分離され、パッシブ導波路部11
a、11bの上部電極12a、12bと、下部電極8
a、8bとが配線14a、14bによりそれぞれ短絡し
ている構造となっている。
That is, the present light modulation element comprises a waveguide structure 20 composed of a semiconductor multilayer film including a lower electrode layer 2, a light modulation layer 3, and an upper electrode layer 6, and a lower part provided in contact with the lower electrode layer 2. In the light modulation element having the electrodes 8a and 8b, the upper electrode 7 provided in contact with the upper electrode layer 6, and the light incident surface 21a and the light emission surface 21b provided on both sides of the waveguide structure 20 in the light propagation direction, The waveguide structure 20 includes the active portion 10,
And passive waveguide portions 11a and 11b provided on both sides (or one side) of the active portion 10 in the light propagation direction.
The upper electrode layer 6 of the active portion 10 and the upper electrode layer 6 of the passive waveguide portions 11a and 11b are separated from each other by separation grooves 13a and 13b, and the upper electrode layer 6 of the active portion 10 and the passive waveguide portions 11a and 11b. The upper electrodes 7, 12a, 12b provided in contact with the upper electrode layer 6 of the
3b are separated from each other by a passive waveguide portion 11
a, 11b upper electrode 12a, 12b and lower electrode 8
a and 8b are short-circuited by the wirings 14a and 14b, respectively.

【0029】本実施の形態の構造では、導波路の幅Wを
2μm、分離溝13aおよび13bの長さ(光軸方向)
Lを5μmとしているので、上部電極7と12a、12
b間の抵抗は10kΩ以上と高くなっている。これは、
分離溝13aおよび13bが形成されていない場合に比
べ、約25倍の値となっている。なお、導波路幅W、分
離溝長L等は設計事項であり、適宜設定できる。
In the structure of the present embodiment, the width W of the waveguide is 2 μm, and the lengths of the separation grooves 13a and 13b (in the optical axis direction).
Since L is 5 μm, the upper electrodes 7 and 12a, 12a
The resistance between b is as high as 10 kΩ or more. this is,
The value is about 25 times that of the case where the separation grooves 13a and 13b are not formed. Note that the waveguide width W, the separation groove length L, and the like are design items and can be set as appropriate.

【0030】次に、図1に示した電界吸収型光変調素子
の動作について説明する。
Next, the operation of the electro-absorption type light modulation device shown in FIG. 1 will be described.

【0031】この光変調素子を動作させるためには、例
えば、上部電極7と下部電極8aおよび8bとの間に、
一定もしくは時間的に変化する逆バイアス電圧をかけ
る。これにより、量子閉じ込めシュタルク効果が生じ、
従来技術のところで説明した図4に示す特性に従い、活
性部10の光透過率の変化が生じ、光変調動作が行われ
る。
In order to operate this light modulating element, for example, between the upper electrode 7 and the lower electrodes 8a and 8b,
A constant or time-varying reverse bias voltage is applied. This produces the quantum confined Stark effect,
According to the characteristics shown in FIG. 4 described in the related art, the light transmittance of the active portion 10 changes, and the light modulation operation is performed.

【0032】一方、パッシブ導波路部11a、11bの
上部電極12aまたは12bと、下部電極8a、8bと
は、配線14aまたは14bによりそれぞれ接続(短
絡)されているので、上部電極12a、12bと下部電
極8a、8bは同電位である。したがって、バッシプ導
波路部11aおよび11bには、逆バイアス電圧が印可
されず、量子閉じ込めシュタルク効果は生じないので、
100%に近い光透過率を示す。
On the other hand, since the upper electrodes 12a or 12b of the passive waveguide portions 11a and 11b and the lower electrodes 8a and 8b are connected (short-circuited) by the wirings 14a or 14b, respectively, the upper electrodes 12a and 12b and the lower electrodes 12a and 12b are connected to each other. The electrodes 8a and 8b have the same potential. Therefore, no reverse bias voltage is applied to the backspacing waveguide portions 11a and 11b, and the quantum confined Stark effect does not occur.
It shows a light transmittance close to 100%.

【0033】なお、上部電極7と上部電極12a、12
bとの間には、上部電極7と下部電極8a、8bとの間
に印可される逆バイアス電圧がそのまま印可されるが、
前述のように、上部電極7と上部電極12aまたは12
bとの間は分離溝13a、13bで分離され、高抵抗に
保たれているので、流れる電流は十分小さい(電気的に
分離されている)。
The upper electrode 7 and the upper electrodes 12a, 12a
b, the reverse bias voltage applied between the upper electrode 7 and the lower electrodes 8a and 8b is applied as it is,
As described above, the upper electrode 7 and the upper electrode 12a or 12a
b is separated by the separation grooves 13a and 13b and kept at a high resistance, so that the flowing current is sufficiently small (electrically separated).

【0034】そして、このパッシブ導波路部11a、1
1bの長さを必要な長さに適宜設定することにより、活
性部10の長さを極端に短くした場合においても、光変
調素子全体の長さをハンドリングやチップ化実現に十分
な長さに保つことができる。
The passive waveguide sections 11a, 11a, 1
By appropriately setting the length of 1b to the required length, even when the length of the active portion 10 is extremely shortened, the entire length of the light modulation element is set to a length sufficient for handling and realizing a chip. Can be kept.

【0035】このような本発明による活性部10および
パッシブ導波路部11a、11bにおける、上部電極7
と12aおよび12b、ならびに上部電極層6の分離溝
構造は、光変調素子の作製において、エッチング工程を
1つ追加するだけで簡単に形成することができ、図5に
示した従来の再成長を用いる方法と比べ、光変調素子の
作製にかかるコストを低減できる効果がある。
The upper electrode 7 in the active portion 10 and the passive waveguide portions 11a and 11b according to the present invention.
, 12a and 12b, and the separation groove structure of the upper electrode layer 6 can be easily formed by adding only one etching step in the production of the light modulation element, and the conventional regrowth shown in FIG. Compared with the method used, there is an effect that the cost for manufacturing the light modulation element can be reduced.

【0036】また、このような構造を形成する際に、異
なる半導体層を利用した選択エッチングを用いて分離溝
13aおよび13bのエッチング深さを正確に制御する
手法を用いることももちろん有効である。
When such a structure is formed, it is of course effective to use a method of precisely controlling the etching depth of the isolation trenches 13a and 13b by using selective etching using different semiconductor layers.

【0037】本光変調素子では、該素子の活性部10の
長さを短くできるので、CR時定数による素子の動作速
度の制限要因を回避することができ、高速な光変調素子
を実現できる。すなわち、簡易な構成で、活性部10の
長さが短く、全素子長が長い光変調素子を実現できるの
で、従来の技術よりも、素子作製にかかる時間を大幅に
短縮でき、かつ、低コストで光変調素子を実現できる。
In the present light modulating element, the length of the active portion 10 of the element can be shortened, so that the limiting factor of the operation speed of the element due to the CR time constant can be avoided, and a high-speed light modulating element can be realized. In other words, a light modulator having a short active section 10 and a long total element length can be realized with a simple configuration, so that the time required for device fabrication can be greatly reduced as compared with the conventional technique, and the cost can be reduced. Thus, a light modulation element can be realized.

【0038】実施の形態2 図2は本発明の第2の実施の形態を示す図で、(a)は
上面図、(b)はD−D切断線における断面図、(c)
は(a)のE−E切断線における断面図、(d)は
(a)のF−F切断線における断面図、(e)は(a)
のG−G切断線における断面図である。
Embodiment 2 FIGS. 2A and 2B show a second embodiment of the present invention, wherein FIG. 2A is a top view, FIG. 2B is a cross-sectional view taken along the line DD, and FIG.
(A) is a cross-sectional view taken along the line EE, (d) is a cross-sectional view taken along the line FF in (a), and (e) is (a).
It is sectional drawing in the GG cutting line.

【0039】本実施の形態の光変調素子の構造は図1に
示したものと同様であるが、上部電極の構造のみが異な
っている。
The structure of the light modulation element of this embodiment is the same as that shown in FIG. 1, except for the structure of the upper electrode.

【0040】図2で、17a、17b、70は進行波電
極であり、18a、18bは接地線である。進行波電極
17a、17b、70はここでは同じ材料で形成されて
いるが、違う材料で形成してもよい。接地線18aおよ
び18bは、オーミック下部電極8aとパッシブ導波路
部11aのオーミック上部電極12a、およびオーミッ
ク電極8bとパッシブ導波路部11bオーミック電極1
2bとそれぞれ接続されている。すなわち、図1の実施
の形態1では、図1(d)に示すように、パッシブ導波
路部11a、11bの上部電極12a、12bのそれぞ
れと、下部電極8a、8bの両方を短絡したが、本実施
の形態では、パッシブ導波路部11a、11bの上部電
極12a、12bのそれぞれと、下部電極8a、8bの
それぞれ一方を短絡している。
In FIG. 2, 17a, 17b and 70 are traveling wave electrodes, and 18a and 18b are ground lines. The traveling wave electrodes 17a, 17b, 70 are formed of the same material here, but may be formed of different materials. The ground lines 18a and 18b are connected to the ohmic lower electrode 8a and the ohmic upper electrode 12a of the passive waveguide portion 11a, and the ohmic electrode 8b and the passive waveguide portion 11b of the ohmic electrode 1b.
2b. That is, in the first embodiment of FIG. 1, as shown in FIG. 1D, both the upper electrodes 12a and 12b of the passive waveguide portions 11a and 11b and the lower electrodes 8a and 8b are short-circuited. In the present embodiment, each of the upper electrodes 12a and 12b of the passive waveguide portions 11a and 11b and one of the lower electrodes 8a and 8b are short-circuited.

【0041】なお、パッシブ導波路部11a、11bの
上部電極12a、12bのそれぞれと、下部電極8a、
8bの両方を短絡してもよい。
The upper electrodes 12a and 12b of the passive waveguide portions 11a and 11b and the lower electrodes 8a and
8b may be short-circuited.

【0042】図3に示したような従来の電界吸収型光変
調素子において、進行波電極を配置する場合、活性部端
から光軸とは直角方向へ電極を引き出すため、光導波路
に対して電極を90度程度に大きく曲げなければならな
かったが、本構造の進行波型電界吸収型光変調素子で
は、パッシブ導波路11aおよび11bを設けることに
より、図2(a)に示すごとく、進行波電極を90度程
度に大きく曲げなくても配置することができる。したが
って、進行波電極の曲げ部において、電極構造が信号の
伝搬方向に連続に変化していないために生じる伝送特性
の劣化、例えば進行波電極を伝搬する電気信号の周波数
分散や伝搬損、反射等を低減でき、動作速度の制限要因
を回避できるという効果を持つ。
In the conventional electro-absorption type optical modulator as shown in FIG. 3, when a traveling-wave electrode is arranged, the electrode is drawn out from the end of the active portion in a direction perpendicular to the optical axis. Must be largely bent to about 90 degrees. However, in the traveling wave type electro-absorption type optical modulation element of this structure, by providing the passive waveguides 11a and 11b, as shown in FIG. The electrodes can be arranged without bending the electrodes to about 90 degrees. Therefore, at the bent portion of the traveling wave electrode, deterioration of transmission characteristics caused by the electrode structure not being continuously changed in the signal propagation direction, such as frequency dispersion, propagation loss, reflection, etc. of an electric signal propagating through the traveling wave electrode And the effect of limiting the operating speed can be avoided.

【0043】以上本発明を実施の形態に基づいて具体的
に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるも
のではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変
更可能であることは勿論である。
Although the present invention has been specifically described based on the embodiments, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and it is needless to say that various changes can be made without departing from the gist of the present invention. It is.

【0044】例えば、上記実施の形態1および2の素子
構成においては、活性部10の両端にパッシブ導波路1
1a、11bを形成したが、活性部10の片方の端部に
のみ形成した場合であっても同様な効果が得られる。
For example, in the device configurations of the first and second embodiments, the passive waveguide 1
Although 1a and 11b are formed, a similar effect can be obtained even when formed only on one end of the active portion 10.

【0045】また、上記実施の形態においては、光変調
素子として、量子閉じ込めシュタルク効果を用いた電界
吸収型光変調素子の場合について述べたが、他の原理を
用いる光変調素子、例えばマッハツェンダ型光変調素子
などに適用することもできる。
Further, in the above embodiment, the case where the electro-absorption type optical modulator using the quantum confined Stark effect is described as the optical modulator, but the optical modulator using other principles, for example, the Mach-Zehnder type optical modulator is used. It can also be applied to a modulation element and the like.

【0046】[0046]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
活性部長を短くし、CR時定数によるデバイスの速度制
限要因や電極形状の制限要因を回避して、非常に高速な
素子を実現する場合において、簡易な構成で活性部長が
短く、全素子長が長い光変調素子を実現できるので、従
来の技術より、素子作製にかかる時間を大幅に短縮で
き、かつ、低コストで光変調素子を実現できるという効
果がある。
As described above, according to the present invention,
When realizing a very high-speed element by shortening the active part length and avoiding the device speed limiting factor and the electrode shape limiting factor due to the CR time constant, the active part length is short with a simple configuration, and the total element length is reduced. Since a long light modulation element can be realized, there is an effect that the time required for manufacturing the element can be significantly reduced and the light modulation element can be realized at low cost as compared with the conventional technique.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の第1の実施の形態の光変調素子を示す
図で、(a)は上面図、(b)は一部の上層を透視した
上面図、(c)は(a)のA−A切断線における断面
図、(d)は(a)のB−B切断線(あるいはC−C切
断線)における断面図である。
FIGS. 1A and 1B are diagrams showing a light modulation element according to a first embodiment of the present invention, wherein FIG. 1A is a top view, FIG. 1B is a top view showing a partial upper layer, and FIG. 3D is a cross-sectional view taken along a line AA, and FIG. 4D is a cross-sectional view taken along a line BB (or a CC line) in FIG.

【図2】本発明の第2の実施の形態を示す図で、(a)
は上面図、(b)はD−D切断線における断面図、
(c)は(a)のE−E切断線における断面図、(d)
は(a)のF−F切断線における断面図、(e)は
(a)のG−G切断線における断面図である。
FIGS. 2A and 2B are diagrams showing a second embodiment of the present invention, wherein FIG.
Is a top view, (b) is a sectional view taken along the line D-D,
(C) is a sectional view taken along the line EE in (a), (d)
3A is a cross-sectional view taken along the line FF in FIG. 3A, and FIG. 3E is a cross-sectional view taken along the line GG in FIG.

【図3】従来の集中定数型の電界吸収型光変調素子の一
例の斜視図である。
FIG. 3 is a perspective view of an example of a conventional lumped-constant type electro-absorption light modulation element.

【図4】図3の電界吸収型光変調素子の光透過特性の一
例を示すグラフである。
FIG. 4 is a graph showing an example of light transmission characteristics of the electro-absorption light modulation device of FIG.

【図5】従来の別の構成例の電界吸収型光変調素子を示
す図で、(a)は上面図、(b)は(a)のH−H切断
線における断面図、(c)は(a)のI−I切断線にお
ける断面図である。
5A and 5B are diagrams showing an electroabsorption type light modulation element of another conventional configuration example, where FIG. 5A is a top view, FIG. 5B is a cross-sectional view taken along the line HH in FIG. 5A, and FIG. It is sectional drawing in the II cutting line of (a).

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…半絶縁性InP基板、2…n型InAlAs層(下
部電極層)、3…多重量子井戸層(光変調層)、4…ア
ンドープInAlAs層、5…p型InAlAs層、6
…p型InGaAs層(上部電極層)、7…上部電極、
8a、8b…下部電極、9…絶縁膜、10…活性部、1
1a、11b…パッシブ導波路部、12a、12b…上
部電極、13a、13b…分離溝、14a、14b…配
線、20…導波路構造、21a…光入射面、21b…光
出射面、17a、17b、70…進行波電極、18a、
18b…接地線、23…n型半導体基板、24…n型半
導体層、25…多重量子井戸層(光変調層)、26…p
型半導体層、27…下部電極、28…上部電極、29…
活性部長、302a、302b…コア層、301a、3
03a、301b、303b…クラッド層。
REFERENCE SIGNS LIST 1 semi-insulating InP substrate, 2 n-type InAlAs layer (lower electrode layer), 3 multiple quantum well layer (light modulation layer), 4 undoped InAlAs layer, 5 p-type InAlAs layer, 6
... p-type InGaAs layer (upper electrode layer), 7 ... upper electrode,
8a, 8b: lower electrode, 9: insulating film, 10: active part, 1
1a, 11b: passive waveguide portion, 12a, 12b: upper electrode, 13a, 13b: separation groove, 14a, 14b: wiring, 20: waveguide structure, 21a: light incident surface, 21b: light emission surface, 17a, 17b , 70 ... traveling wave electrode, 18a,
18b: ground line, 23: n-type semiconductor substrate, 24: n-type semiconductor layer, 25: multiple quantum well layer (light modulation layer), 26: p
Type semiconductor layer, 27 ... lower electrode, 28 ... upper electrode, 29 ...
Active part length, 302a, 302b ... core layer, 301a, 3
03a, 301b, 303b ... clad layers.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 伊藤 弘 東京都千代田区大手町二丁目3番1号 日 本電信電話株式会社内 (72)発明者 石橋 忠夫 東京都千代田区大手町二丁目3番1号 日 本電信電話株式会社内 Fターム(参考) 2H079 AA02 AA13 BA01 DA16 EA03 HA04 HA15  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Hiroshi Ito 2-3-1 Otemachi, Chiyoda-ku, Tokyo Nippon Telegraph and Telephone Corporation (72) Inventor Tadao Ishibashi 2-3-3, Otemachi, Chiyoda-ku, Tokyo No. 1 Nippon Telegraph and Telephone Corporation F term (reference) 2H079 AA02 AA13 BA01 DA16 EA03 HA04 HA15

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】下部電極層、光変調層、上部電極層を含む
半導体多層膜により構成される導波路構造と、 前記下部電極層に接して設けた下部電極と、 前記上部電極層に接して設けた上部電極と、 前記導波路構造の光伝搬方向の両側に設けた光入射面と
光出射面とを有する光変調素子において、 前記導波路構造が、活性部と、前記活性部の前記光伝搬
方向の両側または片側に設けたパッシブ導波路部とを有
し、 前記活性部の前記上部電極層と、前記パッシブ導波路部
の前記上部電極層とが溝を隔てて互いに分離され、 前記活性部の前記上部電極層と、前記パッシブ導波路部
の前記上部電極層とにそれぞれ接して設けた前記上部電
極が溝を隔てて互いに分離され、 前記パッシブ導波路部の前記上部電極と、前記下部電極
とを短絡したことを特徴とする光変調素子。
1. A waveguide structure comprising a semiconductor multilayer film including a lower electrode layer, a light modulation layer, and an upper electrode layer; a lower electrode provided in contact with the lower electrode layer; An upper electrode provided, and a light modulation element having a light incident surface and a light emission surface provided on both sides of the waveguide structure in the light propagation direction, wherein the waveguide structure has an active portion and the light of the active portion. A passive waveguide portion provided on both sides or one side in the propagation direction, wherein the upper electrode layer of the active portion and the upper electrode layer of the passive waveguide portion are separated from each other by a groove, The upper electrode provided in contact with the upper electrode layer of the portion and the upper electrode provided in contact with the upper electrode layer of the passive waveguide portion are separated from each other by a groove, and the upper electrode of the passive waveguide portion and the lower portion are provided. Characterized by short circuit with the electrode An optical modulation element.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010150515A (en) * 2008-11-28 2010-07-08 Nippon Synthetic Chem Ind Co Ltd:The Exfoliation-type aqueous adhesive composition, exfoliation-type aqueous adhesive, and exfoliation-type aqueous adhesive member obtained by using the adhesive

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