JP2907890B2 - 光変調器 - Google Patents
光変調器Info
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、将来の高速光通信システムにおいて重要な
エレメントとなる半導体光変調器、特に材料として化合
物半導体を用いた高効率の光変調器に関する。
エレメントとなる半導体光変調器、特に材料として化合
物半導体を用いた高効率の光変調器に関する。
光変調器は将来の高速光通信システムのキーエレメン
トの１つと考えられ、各所で研究開発が活発化してきて
いる。光変調器としては、LiNbO3等の誘電体を用いたも
のと、GaAsやInPの半導体を用いたものとが考えられて
いるが、小型で高効率動作が可能な半導体光変調器への
期待が近年高まりつつある。このような半導体光変調器
としては、上記適用分野から考えて、高速動作，低消費
電力動作，低電圧動作が要求される。このような高速の
光変調器を実現するための物理効果としては、その動作
が原理的に高速である１次の電気光学効果（ポッケルス
効果）が通常用いられている。この１次の電気光学効果
においては、媒質に電界を印加するとその屈折率が印加
電界に対して線形に増加あるいは減少する。したがっ
て、１次の電気光学効果を有する媒質であるGaAs系やIn
P系の化合物半導体上に３次元光導波路、すなわち、光
の進行方向に垂直な方向に光閉じ込め構造を備えている
光導波路を形成し、その導波層へ有効に電界を印加すれ
ば屈折率変化に伴う位相変化を伝搬光へ与えることがで
きる。よって、光位相変調器、方向性結合器型光変調
器、分岐干渉型光変調器等がこの原理により実現され
る。
トの１つと考えられ、各所で研究開発が活発化してきて
いる。光変調器としては、LiNbO3等の誘電体を用いたも
のと、GaAsやInPの半導体を用いたものとが考えられて
いるが、小型で高効率動作が可能な半導体光変調器への
期待が近年高まりつつある。このような半導体光変調器
としては、上記適用分野から考えて、高速動作，低消費
電力動作，低電圧動作が要求される。このような高速の
光変調器を実現するための物理効果としては、その動作
が原理的に高速である１次の電気光学効果（ポッケルス
効果）が通常用いられている。この１次の電気光学効果
においては、媒質に電界を印加するとその屈折率が印加
電界に対して線形に増加あるいは減少する。したがっ
て、１次の電気光学効果を有する媒質であるGaAs系やIn
P系の化合物半導体上に３次元光導波路、すなわち、光
の進行方向に垂直な方向に光閉じ込め構造を備えている
光導波路を形成し、その導波層へ有効に電界を印加すれ
ば屈折率変化に伴う位相変化を伝搬光へ与えることがで
きる。よって、光位相変調器、方向性結合器型光変調
器、分岐干渉型光変調器等がこの原理により実現され
る。
ところで、これらの光変調器の動作電圧は低ければ低
いほど、高速動作及び低消費電力動作のために望まし
い。また、素子長も短ければ短いほど電極容量が小さく
なるため高速化のために望ましい。このような光変調器
の動作電圧を小さくし、また素子長を短くするためには
屈折率変化量ができるだけ大きいことが必要である。現
在、上述の光変調器用材料としては（100）方位のGaAs
系材料及びInP系材料が検討されているが、この方位に
おける単位電圧・単位長当りの屈折率変化量は（111）
方位のそれよりも小さく、材料の持つ特性を最大限に活
かしているとは言えない。
いほど、高速動作及び低消費電力動作のために望まし
い。また、素子長も短ければ短いほど電極容量が小さく
なるため高速化のために望ましい。このような光変調器
の動作電圧を小さくし、また素子長を短くするためには
屈折率変化量ができるだけ大きいことが必要である。現
在、上述の光変調器用材料としては（100）方位のGaAs
系材料及びInP系材料が検討されているが、この方位に
おける単位電圧・単位長当りの屈折率変化量は（111）
方位のそれよりも小さく、材料の持つ特性を最大限に活
かしているとは言えない。
上述のような問題点を解決するために、本発明におい
ては、（111）半導体基板上に第１の半導体クラッド
層、単一組成の結晶からなる半導体導波層、第２の半導
体クラッド層が少なくとも積層されており、ストライプ
状の光導波路を半導体導波層内に形成する手段と、前記
３次元光導波路部分の該半導体導波層へ電界を印加する
手段とを具備した光変調器の構造、あるいは、（111）
半導体基板上に第１の半導体クラッド層、単一組成の結
晶からなる半導体導波層、第２の半導体クラッド層が少
なくとも積層されており、２本の近接したストライプ状
光導波路を半導体導波層内に形成する手段と、前記２本
のストライプ状光導波路の各々へ電界を独立に印加する
手段とを具備したことを特徴とする方向性結合器型光変
調器の構造、および、（111）半導体基板上に第１の半
導体クラッド層、単一組成の結晶からなる半導体導波
層、第２の半導体クラッド層が少なくとも積層されてお
り、該半導体基板上に、３次元光導波路構造の3dB光分
岐器、２つの位相変調器、光合流器を形成する手段と、
前記２つの光位相変調器の各々へ電界を独立に印加する
手段とを具備していることを特徴とする分岐干渉型光変
調器の構造を採用した。
ては、（111）半導体基板上に第１の半導体クラッド
層、単一組成の結晶からなる半導体導波層、第２の半導
体クラッド層が少なくとも積層されており、ストライプ
状の光導波路を半導体導波層内に形成する手段と、前記
３次元光導波路部分の該半導体導波層へ電界を印加する
手段とを具備した光変調器の構造、あるいは、（111）
半導体基板上に第１の半導体クラッド層、単一組成の結
晶からなる半導体導波層、第２の半導体クラッド層が少
なくとも積層されており、２本の近接したストライプ状
光導波路を半導体導波層内に形成する手段と、前記２本
のストライプ状光導波路の各々へ電界を独立に印加する
手段とを具備したことを特徴とする方向性結合器型光変
調器の構造、および、（111）半導体基板上に第１の半
導体クラッド層、単一組成の結晶からなる半導体導波
層、第２の半導体クラッド層が少なくとも積層されてお
り、該半導体基板上に、３次元光導波路構造の3dB光分
岐器、２つの位相変調器、光合流器を形成する手段と、
前記２つの光位相変調器の各々へ電界を独立に印加する
手段とを具備していることを特徴とする分岐干渉型光変
調器の構造を採用した。
本発明においては、結晶としては（111）方位を用
い、入射光の偏光状態としてはTMモードを用いるので、
単位電圧・単位長さ当りの屈折率変化量が（100）方位
を用い入射光としてTEモードを用いる場合に比べて大き
くなる。具体的には、GaAsやInPのような閃亜鉛鉱型結
晶においては、（100）方位の結晶を用い、入射光の偏
光状態がTEモードであるときの屈折率変化量Δｎの絶対
値は、n0を導波路実効屈折率、r41を電気光学係数、Ｅ
を電界強度としたとき、 と表されるのに対して、（111）方位を用い、入射光の
偏光状態としてTMモードを用いた場合には、 と表されるので、（111）方位TMモードを用いた方が屈
折率変化量が 倍大きくなる。従って（100）基板を用いた場合に比べ
て動作電圧が 倍に低減される、あるいは同一の動作電圧に対して素子
長が 倍に低減されるので素子容量が 倍となり光変調器の遮断周波数が 倍になるという効果がある。なお、（100）方位の結晶
を用い入射光の偏光状態がTMモードであると屈折率変化
は全く生じない。また、（111）方位TEモードの場合に
は、屈折率変化量Δｎの絶対値は、 であり、（100）方位TEモードの場合よりも小さくな
る。
い、入射光の偏光状態としてはTMモードを用いるので、
単位電圧・単位長さ当りの屈折率変化量が（100）方位
を用い入射光としてTEモードを用いる場合に比べて大き
くなる。具体的には、GaAsやInPのような閃亜鉛鉱型結
晶においては、（100）方位の結晶を用い、入射光の偏
光状態がTEモードであるときの屈折率変化量Δｎの絶対
値は、n0を導波路実効屈折率、r41を電気光学係数、Ｅ
を電界強度としたとき、 と表されるのに対して、（111）方位を用い、入射光の
偏光状態としてTMモードを用いた場合には、 と表されるので、（111）方位TMモードを用いた方が屈
折率変化量が 倍大きくなる。従って（100）基板を用いた場合に比べ
て動作電圧が 倍に低減される、あるいは同一の動作電圧に対して素子
長が 倍に低減されるので素子容量が 倍となり光変調器の遮断周波数が 倍になるという効果がある。なお、（100）方位の結晶
を用い入射光の偏光状態がTMモードであると屈折率変化
は全く生じない。また、（111）方位TEモードの場合に
は、屈折率変化量Δｎの絶対値は、 であり、（100）方位TEモードの場合よりも小さくな
る。
以下図面を参照して本発明を詳細に説明する。
第１図は本発明によるGaAs/AlGaAs光位相変調器の実
施例を示す斜視図である。図においては、（111）n+−G
aAs基板101上に形成されたリブ型のGaAs/AlGaAs光位相
変調器が示されている。
施例を示す斜視図である。図においては、（111）n+−G
aAs基板101上に形成されたリブ型のGaAs/AlGaAs光位相
変調器が示されている。
まず第１図に示したGaAs/AlGaAs光位相変調器の製造
方法について簡単に説明する。（111）方位のn+−GaAs
基板101上にｎ−AlGaAs（Alの組成比ｘ＝0.5）クラッド
層102を1.5μｍ程度、p-−GaAs導波層103を0.3μｍ、p-
−AlGaAs（Alの組成比ｘ＝0.5）クラッド層104を0.1μ
m,p−AlGaAs（Alの組成比ｘ＝0.5）クラッド層108を1.0
μｍ、p+−GaAsキャップ層105を0.2μｍ、MBE（Molecul
ar Beam Epitaxy）法を用いて順次積層する。その後、
ｐ側電極106となるTi/Au膜を基板全面に蒸着した後、通
常のフォトリソグラフィ法によりこのTi/Au膜をストラ
イプ形状に加工する。さらにこのストライプ形状に加工
されたTi/Au膜およびTi/Au膜上に残されたフォトレジス
トをマスクとしてRIBE（Reactive IonBeam Etching）法
によりストライプ部以外の部分をｐ−AlGaAsクラッド層
108とp-−AlGaAsクラッド層104の界面に達するまでエッ
チングにより除去し、第１図に示すようなリブ型光導波
路を形成する。その後（111）n+−GaAs基板100の研磨、
ｎ側電極107となるAuGeNi/AuNiの蒸着、および電極アロ
イを行った後、素子を2mmの長さにへき開して光変調器
の製作を終了する。ここで、リブ型光導波路の幅は２〜
５μｍである。
方法について簡単に説明する。（111）方位のn+−GaAs
基板101上にｎ−AlGaAs（Alの組成比ｘ＝0.5）クラッド
層102を1.5μｍ程度、p-−GaAs導波層103を0.3μｍ、p-
−AlGaAs（Alの組成比ｘ＝0.5）クラッド層104を0.1μ
m,p−AlGaAs（Alの組成比ｘ＝0.5）クラッド層108を1.0
μｍ、p+−GaAsキャップ層105を0.2μｍ、MBE（Molecul
ar Beam Epitaxy）法を用いて順次積層する。その後、
ｐ側電極106となるTi/Au膜を基板全面に蒸着した後、通
常のフォトリソグラフィ法によりこのTi/Au膜をストラ
イプ形状に加工する。さらにこのストライプ形状に加工
されたTi/Au膜およびTi/Au膜上に残されたフォトレジス
トをマスクとしてRIBE（Reactive IonBeam Etching）法
によりストライプ部以外の部分をｐ−AlGaAsクラッド層
108とp-−AlGaAsクラッド層104の界面に達するまでエッ
チングにより除去し、第１図に示すようなリブ型光導波
路を形成する。その後（111）n+−GaAs基板100の研磨、
ｎ側電極107となるAuGeNi/AuNiの蒸着、および電極アロ
イを行った後、素子を2mmの長さにへき開して光変調器
の製作を終了する。ここで、リブ型光導波路の幅は２〜
５μｍである。
次に第１図に示したGaAs/AlGaAs光位相変調器の動作
原理について説明する。第１図に示した構造の光位相変
調器においては、リブ直下のp-−GaAs導波層103へ光は
３次元的、すなわち、光の進行方向に垂直な方向は閉じ
込められ、ストライプ状のリブ部に沿って光は伝搬す
る。このとき、ｐ側およびｎ側電極間へ逆バイアス電圧
を印加すると、１次の電気光学効果によりp-−GaAs導波
層103とp-−AsGaAsクラッド層104の屈折率が変化し、p-
−GaAs導波層103中およびp-−AlGaAsクラッド層104中へ
閉じ込められた光が位相変化を受ける。本発明において
は、結晶方位として（111）を、入射光偏光状態としてT
Mモードを用いるので、単位長当りの位相変化量Δβと
屈折率変化量Δｎの間には、 の関係があり、位相をπだけ変化させるのに必要な電
圧、すなわち半波長電圧は、 と表される。上式に波長λ＝1.3μｍ、p-層厚さｈ＝0.4
μｍ、光閉じ込め係数Γ＝0.8、実効屈折率n0＝3.22、
電気光学係数r41＝1.6×10-12（m/V）、素子長Ｌ＝2mm
を代入すると、半波長電圧として5.3Vを得る。この半波
長電圧の値は、（100）方位TEモードを用いた同一構造
の位相変調器の半波長電圧に比べて約15％低減される。
なお、この光位相変調器の素子容量は空乏層容量から1.
1pFと見積られ、変調周波数帯域として約6GHzが期待さ
れる。
原理について説明する。第１図に示した構造の光位相変
調器においては、リブ直下のp-−GaAs導波層103へ光は
３次元的、すなわち、光の進行方向に垂直な方向は閉じ
込められ、ストライプ状のリブ部に沿って光は伝搬す
る。このとき、ｐ側およびｎ側電極間へ逆バイアス電圧
を印加すると、１次の電気光学効果によりp-−GaAs導波
層103とp-−AsGaAsクラッド層104の屈折率が変化し、p-
−GaAs導波層103中およびp-−AlGaAsクラッド層104中へ
閉じ込められた光が位相変化を受ける。本発明において
は、結晶方位として（111）を、入射光偏光状態としてT
Mモードを用いるので、単位長当りの位相変化量Δβと
屈折率変化量Δｎの間には、 の関係があり、位相をπだけ変化させるのに必要な電
圧、すなわち半波長電圧は、 と表される。上式に波長λ＝1.3μｍ、p-層厚さｈ＝0.4
μｍ、光閉じ込め係数Γ＝0.8、実効屈折率n0＝3.22、
電気光学係数r41＝1.6×10-12（m/V）、素子長Ｌ＝2mm
を代入すると、半波長電圧として5.3Vを得る。この半波
長電圧の値は、（100）方位TEモードを用いた同一構造
の位相変調器の半波長電圧に比べて約15％低減される。
なお、この光位相変調器の素子容量は空乏層容量から1.
1pFと見積られ、変調周波数帯域として約6GHzが期待さ
れる。
第２図は本発明によるGaAs/AlGaAs方向性結合器型光
変調器の実施例を示す斜視図である。図においては、
（111）n+−GaAs基板101上に形成されたリブ型のGaAsAl
GaAs方向性結合器型光変調器が示されている。
変調器の実施例を示す斜視図である。図においては、
（111）n+−GaAs基板101上に形成されたリブ型のGaAsAl
GaAs方向性結合器型光変調器が示されている。
まず第２図に示したGaAs/AlGaAs方向性結合器型光変
調器の製造方法について簡単に説明する。（111）方位
のn+−GaAs基板101上にｎ−AlGaAs（Alの組成比ｘ＝0.
5）クラッド層102を1.5μｍ程度、p-−GaAs導波層103を
0.3μｍ、p-−AlGaAs（Alの組成比ｘ＝0.5）クラッド層
104を0.1μｍ、ｐ−AlGaAs（Alの組成比ｘ＝0.5）クラ
ッド層108を1.0μｍ、p+−GaAsキャップ層105を0.2μ
ｍ、MBE（Molecular Beam Epitaxy）法を用いて順次積
層する。その後、ｐ側電極106a,106bなるTi/Au膜を基板
全面に蒸着した後、通常のフォトリソグラフィ法により
このTi/Au膜を２本のストライプ形状に加工する。さら
にこのストライプ形状に加工されたTi/Au膜およびTi/Au
膜上に残されたフォトレジストをマスクとしてRIBE（Re
active IonBeam Etching）法によりストライプ部以外の
部分をｐ−AlGaAsクラッド層108とp-−AlGaAsクラッド
層104の界面に達するまでエッチングにより除去し、第
１図に示すようなリブ型光導波路を２本、近接して形成
する。その後（111）n+−GaAs基板100の研磨、ｎ側電極
107となるAuGeNi/AuNiの蒸着、および電極アロイを行っ
た後、素子を2mmの長さにへき開して素子製作を終了す
る。ここで、リブ型光導波路の幅は2.5μｍ、導波路間
隔は2.5μｍである。
調器の製造方法について簡単に説明する。（111）方位
のn+−GaAs基板101上にｎ−AlGaAs（Alの組成比ｘ＝0.
5）クラッド層102を1.5μｍ程度、p-−GaAs導波層103を
0.3μｍ、p-−AlGaAs（Alの組成比ｘ＝0.5）クラッド層
104を0.1μｍ、ｐ−AlGaAs（Alの組成比ｘ＝0.5）クラ
ッド層108を1.0μｍ、p+−GaAsキャップ層105を0.2μ
ｍ、MBE（Molecular Beam Epitaxy）法を用いて順次積
層する。その後、ｐ側電極106a,106bなるTi/Au膜を基板
全面に蒸着した後、通常のフォトリソグラフィ法により
このTi/Au膜を２本のストライプ形状に加工する。さら
にこのストライプ形状に加工されたTi/Au膜およびTi/Au
膜上に残されたフォトレジストをマスクとしてRIBE（Re
active IonBeam Etching）法によりストライプ部以外の
部分をｐ−AlGaAsクラッド層108とp-−AlGaAsクラッド
層104の界面に達するまでエッチングにより除去し、第
１図に示すようなリブ型光導波路を２本、近接して形成
する。その後（111）n+−GaAs基板100の研磨、ｎ側電極
107となるAuGeNi/AuNiの蒸着、および電極アロイを行っ
た後、素子を2mmの長さにへき開して素子製作を終了す
る。ここで、リブ型光導波路の幅は2.5μｍ、導波路間
隔は2.5μｍである。
次に第２図に示したGaAs/AlGaAs方向性結合器型光変
調器の動作原理について説明する。第２図に示した構造
の方向性結合器型光変調器においは、入射されたTM光は
リブ直下のp-−GaAs導波層103へ３次元的に閉じ込めら
れ、ストライプ状のリブ部に沿って光は伝搬するが、２
本の光導波路の間隔が小さいため、２本の導波路間に結
合が生じる。したがって一方の光導波路へ入射された光
はある一定の長さを伝搬したところで他方の光導波路へ
と完全に結合する。この長さは完全結合長と呼ばれる。
ここでは、素子長（2mm）をこの完全結合長に選んでい
る。したがって、逆バイアス電圧が印加されていないと
きには、一方の光導波路へ入力された光は他方の光導波
路より出射する。これに対して、２本の光導波路のうち
一本のみへ逆バイアス電圧を印加すると、電気光学効果
によりその光導波路の屈折率が変化し、２本の光導波路
間の位相整合条件が崩れる。２本の光導波路間の位相差
が となったとき、２本の光導波路間に結合はもはや生じな
くなり一方の光導波路から入射された光は同じ光導波路
から出射し光のスイッチングが生じる。ここで、100％
変調に必要な電圧Vsは の位相変化を与えるための電圧であるから、第１の実施
例と同様の計算により、波長1.3μｍにおいてはVS＝9.2
Vとなる。この場合も、（100）方位TEモードを用いた場
合に比べて変調に必要な電圧は約15％低減される。な
お、この方向性結合器型変調器の素子容量も前述の第１
の実施例同様空乏層容量から1.1pFと見積られ、変調周
波数帯域として約6GHzが期待される。
調器の動作原理について説明する。第２図に示した構造
の方向性結合器型光変調器においは、入射されたTM光は
リブ直下のp-−GaAs導波層103へ３次元的に閉じ込めら
れ、ストライプ状のリブ部に沿って光は伝搬するが、２
本の光導波路の間隔が小さいため、２本の導波路間に結
合が生じる。したがって一方の光導波路へ入射された光
はある一定の長さを伝搬したところで他方の光導波路へ
と完全に結合する。この長さは完全結合長と呼ばれる。
ここでは、素子長（2mm）をこの完全結合長に選んでい
る。したがって、逆バイアス電圧が印加されていないと
きには、一方の光導波路へ入力された光は他方の光導波
路より出射する。これに対して、２本の光導波路のうち
一本のみへ逆バイアス電圧を印加すると、電気光学効果
によりその光導波路の屈折率が変化し、２本の光導波路
間の位相整合条件が崩れる。２本の光導波路間の位相差
が となったとき、２本の光導波路間に結合はもはや生じな
くなり一方の光導波路から入射された光は同じ光導波路
から出射し光のスイッチングが生じる。ここで、100％
変調に必要な電圧Vsは の位相変化を与えるための電圧であるから、第１の実施
例と同様の計算により、波長1.3μｍにおいてはVS＝9.2
Vとなる。この場合も、（100）方位TEモードを用いた場
合に比べて変調に必要な電圧は約15％低減される。な
お、この方向性結合器型変調器の素子容量も前述の第１
の実施例同様空乏層容量から1.1pFと見積られ、変調周
波数帯域として約6GHzが期待される。
第３図は本発明によるGaAs/AlGaAs分岐干渉型光変調
器の実施例を示す斜視図である。図においては、（11
1）n+−GaAs基板101上に形成されたリブ型のGaAs/AlGaA
s分岐干渉型光変調器が示されている。
器の実施例を示す斜視図である。図においては、（11
1）n+−GaAs基板101上に形成されたリブ型のGaAs/AlGaA
s分岐干渉型光変調器が示されている。
第３図に示したGaAs/AlGaAs分岐干渉型光変調器の層
構造は第１の実施例に示した光位相変調器の層構造と同
一であり、製造方法も光導波路の形状を除いては同一で
ある。なお本実施例においては、第３図に示すように、
２つの位相変調器302a,302bへ独立に電界を印加するた
めに、位相変調器と3dB分岐部301の境界及び位相変調器
と合流部303の境界にそれぞれスリット304を設けてい
る。ここで、光導波路幅は、２〜５μｍ、２本の直線位
相変調器の長さは2mmである。
構造は第１の実施例に示した光位相変調器の層構造と同
一であり、製造方法も光導波路の形状を除いては同一で
ある。なお本実施例においては、第３図に示すように、
２つの位相変調器302a,302bへ独立に電界を印加するた
めに、位相変調器と3dB分岐部301の境界及び位相変調器
と合流部303の境界にそれぞれスリット304を設けてい
る。ここで、光導波路幅は、２〜５μｍ、２本の直線位
相変調器の長さは2mmである。
第３図においては、入射側の光導波路に入射されたTM
モード光は3dB分岐部301において２本の光導波路（位相
変調器部302a,b）へ1:1に分岐される。２つの位相変調
器302a,302bのいずれへも逆バイアス電圧が印加されな
いときには、２本の光導波路へ分岐された光は合流部30
3において同相で合流されるのでそのまま出射側光導波
路から出射される。２つの位相変調器のうちの一方へ逆
バイアス電圧を印加すると、電気光学効果により逆バイ
アス電圧が印加された方の光導波路を伝搬する光の位相
が変化するが、この位相変化量がπであれば合流部303
において逆相となった光が合流されるので、このときは
基板中へ導波光は放射され、出射側光導波路からは光は
出射されない。したがって、電圧によるON/OFFが可能な
光変調器として動作する。この分岐干渉型光変調器の場
合、100％変調に要する電圧は第１の実施例で示した光
位相変調器の半波長電圧と同じであるので、波長1.3μ
ｍにおいて5.3Vであり、（100）方位TEモードを用いた
場合に比べて約15％低減化される。また、素子容量も第
１の実施例に示した位相変調器と同一であり、空乏層容
量から1.1pFと見積られ、変調周波数帯域として約6GHz
が期待される。
モード光は3dB分岐部301において２本の光導波路（位相
変調器部302a,b）へ1:1に分岐される。２つの位相変調
器302a,302bのいずれへも逆バイアス電圧が印加されな
いときには、２本の光導波路へ分岐された光は合流部30
3において同相で合流されるのでそのまま出射側光導波
路から出射される。２つの位相変調器のうちの一方へ逆
バイアス電圧を印加すると、電気光学効果により逆バイ
アス電圧が印加された方の光導波路を伝搬する光の位相
が変化するが、この位相変化量がπであれば合流部303
において逆相となった光が合流されるので、このときは
基板中へ導波光は放射され、出射側光導波路からは光は
出射されない。したがって、電圧によるON/OFFが可能な
光変調器として動作する。この分岐干渉型光変調器の場
合、100％変調に要する電圧は第１の実施例で示した光
位相変調器の半波長電圧と同じであるので、波長1.3μ
ｍにおいて5.3Vであり、（100）方位TEモードを用いた
場合に比べて約15％低減化される。また、素子容量も第
１の実施例に示した位相変調器と同一であり、空乏層容
量から1.1pFと見積られ、変調周波数帯域として約6GHz
が期待される。
以上述べたように、本発明によれば、通常の（100）
方位TEモードを用いる場合に比べて単位電圧・単位長当
りの屈折率変化を大きくすることができる。したがっ
て、本発明によれば、（100）方位の光変調器に比べて
同じ素子長の光変調器では動作電圧を低くすることが可
能であり、また同一の動作電圧が許容される場合にはよ
り素子長を短くできるので素子容量を低減することがで
きる。よって、より高速、低消費電力動作に向いた光変
調器を提供することができ、高速光通信の分野において
寄与するところ大である。
方位TEモードを用いる場合に比べて単位電圧・単位長当
りの屈折率変化を大きくすることができる。したがっ
て、本発明によれば、（100）方位の光変調器に比べて
同じ素子長の光変調器では動作電圧を低くすることが可
能であり、また同一の動作電圧が許容される場合にはよ
り素子長を短くできるので素子容量を低減することがで
きる。よって、より高速、低消費電力動作に向いた光変
調器を提供することができ、高速光通信の分野において
寄与するところ大である。
なお、本発明は上記の実施例に限定されるものではな
い。実施例としては、GaAs系の光変調器を取り上げた
が、これに限るものではなく、InP系などの他の材料を
用いた光変調器に対しても本発明は適用可能である。ま
た、変調器を実現するための光導波路構造として実施例
においてはリブ型光導波路を例にあげたが、これに限る
ものではなく、埋め込み型等、他の構造でもよい。また
本発明が実施例で示した素子形状、すなわち各層の厚さ
や各層の組成及び導波路寸法等、に限定されるものでは
ないことは言うまでもない。
い。実施例としては、GaAs系の光変調器を取り上げた
が、これに限るものではなく、InP系などの他の材料を
用いた光変調器に対しても本発明は適用可能である。ま
た、変調器を実現するための光導波路構造として実施例
においてはリブ型光導波路を例にあげたが、これに限る
ものではなく、埋め込み型等、他の構造でもよい。また
本発明が実施例で示した素子形状、すなわち各層の厚さ
や各層の組成及び導波路寸法等、に限定されるものでは
ないことは言うまでもない。
第１図は本発明の第１の実施例であるGaAs/AlGaAs光位
相変調器の構造を示す斜視図、第２図は本発明の第２の
実施例であるGaAs/AlGaAs方向性結合器型光変調器の構
造を示す図、第３図は本発明の第３の実施例であるGaAs
/AlGaAs分岐干渉型光変調器の構造を示す図である。 101……（111）n+−GaAs基板、102……ｎ−AlGaAsクラ
ッド層、103……p-GaAs導波層、104……p-−AlGaAsクラ
ッド層、105……p+−GaAsキャップ層、106a,106b……ｐ
側電極、107……ｎ側電極、108……ｐ−AlGaAsクラッド
層、301……3dB分岐部、302a,302b……位相変調器部、3
03……合流部、304……スリット。
相変調器の構造を示す斜視図、第２図は本発明の第２の
実施例であるGaAs/AlGaAs方向性結合器型光変調器の構
造を示す図、第３図は本発明の第３の実施例であるGaAs
/AlGaAs分岐干渉型光変調器の構造を示す図である。 101……（111）n+−GaAs基板、102……ｎ−AlGaAsクラ
ッド層、103……p-GaAs導波層、104……p-−AlGaAsクラ
ッド層、105……p+−GaAsキャップ層、106a,106b……ｐ
側電極、107……ｎ側電極、108……ｐ−AlGaAsクラッド
層、301……3dB分岐部、302a,302b……位相変調器部、3
03……合流部、304……スリット。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平２−226232（ＪＰ，Ａ) 1989年秋季第50回応用物理学会学術講 演会予稿集第３分冊ｐ．901 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｏｐｔｉｃａ ｌ Ｓｏｃｉｅｔｙ ｏｆ Ａｍｅｒｉ ｃａ，Ｖｏｌ．51 Ｎｏ．２ ｐ．76− ｐ．79
Claims (3)
- 【請求項１】（111）半導体基板上に第１の半導体クラ
ッド層、単一組成からなる半導体導波層、第２の半導体
クラッド層が少なくとも積層されており、ストライプ状
の光導波路を前記半導体導波層内に形成する手段と、前
記ストライプ状の光導波路部分の前記半導体導波層へ電
界を印加する手段とを具備し、前記半導体導波層にTM偏
光の光を入射することを特徴とする光変調器。 - 【請求項２】（111）半導体基板上に第１の半導体クラ
ッド層、単一組成からなる半導体導波層、第２の半導体
クラッド層が少なくとも積層されており、２本の近接し
たストライプ状の光導波路を前記半導体層内に形成する
手段と、前記２本の近接したストライプ状光導波路部分
の各々へ電界を独立に印加する手段とを具備し、前記半
導体導波層にTM偏光の光を入射することを特徴とする光
変調器。 - 【請求項３】（111）半導体基板上に第１の半導体クラ
ッド層、単一組成からなる半導体導波層、第２の半導体
クラッド層が少なくとも積層されており、前記半導体基
板上に、光の進行方向に垂直な方向に対して光閉じ込め
作用を有する光導波路構造で成る、3dB光分岐器、２つ
の位相変調器、光合流器を形成する手段と、 前記２つの位相変調器の各々へ電界を独立に印加する手
段とを具備し、前記半導体導波層にTM偏光の光を入射す
ることを特徴とする光変調器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1259124A JP2907890B2 (ja) | 1989-10-03 | 1989-10-03 | 光変調器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1259124A JP2907890B2 (ja) | 1989-10-03 | 1989-10-03 | 光変調器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03119311A JPH03119311A (ja) | 1991-05-21 |
| JP2907890B2 true JP2907890B2 (ja) | 1999-06-21 |
Family
ID=17329653
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1259124A Expired - Fee Related JP2907890B2 (ja) | 1989-10-03 | 1989-10-03 | 光変調器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2907890B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2754957B2 (ja) * | 1991-07-10 | 1998-05-20 | 日本電気株式会社 | 半導体光制御素子およびその製造方法 |
| JP5189956B2 (ja) * | 2008-11-05 | 2013-04-24 | 日本電信電話株式会社 | 光信号処理装置 |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5245296A (en) * | 1975-10-07 | 1977-04-09 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Semiconductive phototransmission pass and semiconductor emission devic e used it |
| JPS62164019A (ja) * | 1986-01-16 | 1987-07-20 | Nec Corp | 光方向性結合素子 |
| JP2670051B2 (ja) * | 1987-07-31 | 1997-10-29 | 日本電信電話株式会社 | 量子井戸型光変調器 |
| JPH01178917A (ja) * | 1987-12-29 | 1989-07-17 | Nec Corp | 光制御回路およびその製造方法 |
| JP2789644B2 (ja) * | 1989-02-21 | 1998-08-20 | 日本電気株式会社 | 光変調器 |
| JPH0353225A (ja) * | 1989-07-21 | 1991-03-07 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 半導体光変調器 |
| JP2806469B2 (ja) * | 1993-09-16 | 1998-09-30 | 矢崎総業株式会社 | 太陽電池吸収層の製造方法 |
-
1989
- 1989-10-03 JP JP1259124A patent/JP2907890B2/ja not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| １９８９年秋季第５０回応用物理学会学術講演会予稿集第３分冊ｐ．９０１ |
| Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｓｏｃｉｅｔｙ ｏｆ Ａｍｅｒｉｃａ，Ｖｏｌ．５１ Ｎｏ．２ ｐ．７６−ｐ．７９ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03119311A (ja) | 1991-05-21 |
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