JP3164063B2 - 半導体光変調器及び半導体光素子 - Google Patents
半導体光変調器及び半導体光素子Info
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- JP3164063B2 JP3164063B2 JP14699598A JP14699598A JP3164063B2 JP 3164063 B2 JP3164063 B2 JP 3164063B2 JP 14699598 A JP14699598 A JP 14699598A JP 14699598 A JP14699598 A JP 14699598A JP 3164063 B2 JP3164063 B2 JP 3164063B2
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光通信システムや
光情報処理システムに於いて重要なエレメントとなる光
変調器に関し、特に良好な変調光出力波形を有する電界
吸収型の半導体光変調器及びこれを用いた半導体光素子
に関する。
光情報処理システムに於いて重要なエレメントとなる光
変調器に関し、特に良好な変調光出力波形を有する電界
吸収型の半導体光変調器及びこれを用いた半導体光素子
に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、光通信システムの高速・長距離化
に伴い、従来の半導体レーザによる直接変調方式の問題
点が顕在化しつつある。即ち、半導体レーザ直接変調方
式に於いては変調時に波長チャーピングが生じ、これに
よりファイバー伝送後の波形が劣化するが、この現象は
信号伝送速度が速い程、また伝送距離が長い程顕著にな
る。特に、既存の１．３μｍ零分散ファイバーを用いた
システムに於いてこの問題は深刻であり、ファイバー伝
搬損失の小さい波長１．５５μｍ帯の光源を用いて伝送
距離を伸ばそうとしても、チャーピングに起因する分散
制限により伝送距離が制限される。この問題は、半導体
レーザを一定の光出力で発光させておき、半導体レーザ
出射光を半導体レーザとは別の光変調器により変調する
外部変調方式を採用する事により改善できる。そのた
め、外部光変調器の開発が活発化している。
に伴い、従来の半導体レーザによる直接変調方式の問題
点が顕在化しつつある。即ち、半導体レーザ直接変調方
式に於いては変調時に波長チャーピングが生じ、これに
よりファイバー伝送後の波形が劣化するが、この現象は
信号伝送速度が速い程、また伝送距離が長い程顕著にな
る。特に、既存の１．３μｍ零分散ファイバーを用いた
システムに於いてこの問題は深刻であり、ファイバー伝
搬損失の小さい波長１．５５μｍ帯の光源を用いて伝送
距離を伸ばそうとしても、チャーピングに起因する分散
制限により伝送距離が制限される。この問題は、半導体
レーザを一定の光出力で発光させておき、半導体レーザ
出射光を半導体レーザとは別の光変調器により変調する
外部変調方式を採用する事により改善できる。そのた
め、外部光変調器の開発が活発化している。
【０００３】この種の外部変調器としては、ＬｉＮｂＯ
3 等の誘電体を用いたものと、ＩｎＰやＧａＡｓ等の半
導体を用いたものとが考えられるが、半導体レーザ、光
アンプ等の他の光素子やＦＥＴ等の電子回路との集積化
が可能で、小型化、低電圧化も容易なことから半導体光
変調器への期待が高まりつつある。半導体変調器として
は、バルク半導体のフランツケルディッシュ効果や多重
量子井戸における量子閉じこめシュタルク効果のように
電界を印加する事により吸収端が長波側へシフトする効
果を利用し、光吸収係数を変えて強度変調を行う吸収型
光変調器と、バルク半導体の電気光学効果（ポッケルス
効果）や量子閉じこめシュタルク効果によって生じる屈
折率変化を利用したマッハツェンダー型変調器がある。
マッハツェンダー型変調器は原理的にチャーピングを零
にする事ができるが構造的に干渉型を有し、吸収型変調
器のように単純な直線導波路構造にはならず製造及び駆
動方法が複雑になる。
3 等の誘電体を用いたものと、ＩｎＰやＧａＡｓ等の半
導体を用いたものとが考えられるが、半導体レーザ、光
アンプ等の他の光素子やＦＥＴ等の電子回路との集積化
が可能で、小型化、低電圧化も容易なことから半導体光
変調器への期待が高まりつつある。半導体変調器として
は、バルク半導体のフランツケルディッシュ効果や多重
量子井戸における量子閉じこめシュタルク効果のように
電界を印加する事により吸収端が長波側へシフトする効
果を利用し、光吸収係数を変えて強度変調を行う吸収型
光変調器と、バルク半導体の電気光学効果（ポッケルス
効果）や量子閉じこめシュタルク効果によって生じる屈
折率変化を利用したマッハツェンダー型変調器がある。
マッハツェンダー型変調器は原理的にチャーピングを零
にする事ができるが構造的に干渉型を有し、吸収型変調
器のように単純な直線導波路構造にはならず製造及び駆
動方法が複雑になる。
【０００４】一方、吸収型光変調器は半導体レーザ直接
変調方式に比べると波長チャーピングが遥かに小さい
が、それでも零ではない。しかしながら、最近、電界吸
収型光変調器に一定電圧を印加してその上に信号を重畳
するプリバイアス印加法により、変調器のチャーピング
を低減して１．５５μｍに対するファイバー分散耐性を
高め伝送距離の分散制限を克服する事が出来る事が確か
められている。この例として、ＤＦＢレーザと集積化し
た素子が森戸らにより1995年電子情報通信学会エレクト
ロニクスソサイエティ大会講演論文集、分冊１、３０１
頁（講演番号C-301)に報告されている。この報告では、
変調器側に予め一定のプリバイアス１．１Ｖを印加する
事により、分散耐性を向上させ１０Ｇｂ／ｓ−１００ｋ
ｍの伝送に成功している。
変調方式に比べると波長チャーピングが遥かに小さい
が、それでも零ではない。しかしながら、最近、電界吸
収型光変調器に一定電圧を印加してその上に信号を重畳
するプリバイアス印加法により、変調器のチャーピング
を低減して１．５５μｍに対するファイバー分散耐性を
高め伝送距離の分散制限を克服する事が出来る事が確か
められている。この例として、ＤＦＢレーザと集積化し
た素子が森戸らにより1995年電子情報通信学会エレクト
ロニクスソサイエティ大会講演論文集、分冊１、３０１
頁（講演番号C-301)に報告されている。この報告では、
変調器側に予め一定のプリバイアス１．１Ｖを印加する
事により、分散耐性を向上させ１０Ｇｂ／ｓ−１００ｋ
ｍの伝送に成功している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】この様に、電界吸収型
光変調器は構造的に単純な直線導波路構造でありなが
ら、チャーピングに対しても他の変調器を凌駕する性能
を有している。しかしながら、図７（ａ）に示すよう
に、電界吸収型光変調器の光吸収は印加電圧に対して非
線型的に変化する。即ち、光吸収は、はじめの比較的小
さな電圧で急激に増加し、やがて飽和する様に緩やかな
曲線を描く。この非線型的な消光特性により図７（ｂ）
に示すように、光出力アイパターンのクロスポイントが
中心から下方光ＯＦＦ側へずれる事になる。このクロス
ポイントのずれによりシステム上要求されるアイマスク
規格を満たさないと言う問題点があった。この問題を解
決する為には、電界吸収型光変調器の駆動方法を工夫し
て非線型消光特性を見かけ上線形的な消光特性に変える
ことが考えられる。しかしながら、この手法では駆動を
行うための回路構成が複雑化され、かつ駆動のための制
御が難しくなる。
光変調器は構造的に単純な直線導波路構造でありなが
ら、チャーピングに対しても他の変調器を凌駕する性能
を有している。しかしながら、図７（ａ）に示すよう
に、電界吸収型光変調器の光吸収は印加電圧に対して非
線型的に変化する。即ち、光吸収は、はじめの比較的小
さな電圧で急激に増加し、やがて飽和する様に緩やかな
曲線を描く。この非線型的な消光特性により図７（ｂ）
に示すように、光出力アイパターンのクロスポイントが
中心から下方光ＯＦＦ側へずれる事になる。このクロス
ポイントのずれによりシステム上要求されるアイマスク
規格を満たさないと言う問題点があった。この問題を解
決する為には、電界吸収型光変調器の駆動方法を工夫し
て非線型消光特性を見かけ上線形的な消光特性に変える
ことが考えられる。しかしながら、この手法では駆動を
行うための回路構成が複雑化され、かつ駆動のための制
御が難しくなる。
【０００６】本発明の目的は、電界吸収型光変調器の構
造を工夫して非線型的な消光特性を線形的な特性に変
え、これによりクロスポイントのずれを補正し、良好な
光変調波形を得ることを可能にした半導体光変調器を提
供することにある。
造を工夫して非線型的な消光特性を線形的な特性に変
え、これによりクロスポイントのずれを補正し、良好な
光変調波形を得ることを可能にした半導体光変調器を提
供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体光変調器
は、半導体基板上に少なくとも第一導電型半導体バッフ
ァ層、半導体光吸収層、第二導電型半導体クラッド層が
順次積層された層構造を有し、前記光吸収層の一端より
入射された光波の吸収を前記第一導電型半導体バッファ
層と前記第二導電型半導体クラッド層の間に印加される
外部電圧を変える事により変化させる電界吸収型光変調
器であって、前記外部印加電圧の変化に対して前記光吸
収層に印加される電圧を非線形に変化せしめて、前記光
吸収層の印加電圧に対する非線形的な吸収変化を補正す
るように前記光吸収層と前記第二導電型クラッド層との
間に介在された第一導電型電界緩和層、又は前記光吸収
層と前記第一導電型半導体バッファ層との間に介在され
た第二導電型電界緩和層を備えることを特徴とする。例
えば、半導体基板上に少なくともｎ型半導体バッファ
層、半導体光吸収層、ｎ型電界緩和層、ｐ型半導体クラ
ッド層が順次積層されたｐｎｉｎ型層構造として構成さ
れる。あるいは、半導体基板上に少なくともｎ型半導体
バッファ層、ｎ型半導体吸収層、ｎ型電界緩和層、ｐ型
半導体クラッド層が順次積層され、前記ｎ型半導体吸収
層の濃度が前記ｎ型電界緩和層の濃度よりも低濃度とさ
れたｐｎｎ− ｎ型層構造として構成される。
は、半導体基板上に少なくとも第一導電型半導体バッフ
ァ層、半導体光吸収層、第二導電型半導体クラッド層が
順次積層された層構造を有し、前記光吸収層の一端より
入射された光波の吸収を前記第一導電型半導体バッファ
層と前記第二導電型半導体クラッド層の間に印加される
外部電圧を変える事により変化させる電界吸収型光変調
器であって、前記外部印加電圧の変化に対して前記光吸
収層に印加される電圧を非線形に変化せしめて、前記光
吸収層の印加電圧に対する非線形的な吸収変化を補正す
るように前記光吸収層と前記第二導電型クラッド層との
間に介在された第一導電型電界緩和層、又は前記光吸収
層と前記第一導電型半導体バッファ層との間に介在され
た第二導電型電界緩和層を備えることを特徴とする。例
えば、半導体基板上に少なくともｎ型半導体バッファ
層、半導体光吸収層、ｎ型電界緩和層、ｐ型半導体クラ
ッド層が順次積層されたｐｎｉｎ型層構造として構成さ
れる。あるいは、半導体基板上に少なくともｎ型半導体
バッファ層、ｎ型半導体吸収層、ｎ型電界緩和層、ｐ型
半導体クラッド層が順次積層され、前記ｎ型半導体吸収
層の濃度が前記ｎ型電界緩和層の濃度よりも低濃度とさ
れたｐｎｎ− ｎ型層構造として構成される。
【０００８】また、本発明の半導体光素子は、同一の半
導体基板に前記本発明の電界吸収型光変調器と、ＤＦＢ
レーザ又はＤＢＲレーザが集積化されていることを特徴
とする。そして、前記レーザで発光されたレーザ光が前
記電界吸収型光変調器において光変調されて出力される
ように構成される。
導体基板に前記本発明の電界吸収型光変調器と、ＤＦＢ
レーザ又はＤＢＲレーザが集積化されていることを特徴
とする。そして、前記レーザで発光されたレーザ光が前
記電界吸収型光変調器において光変調されて出力される
ように構成される。
【０００９】本発明に於いては、例えば、光吸収層とｐ
型クラッド層との間にｎ型の電界緩和層が挿入されてお
りｐｎｉｎ構造となっている。この構造では、ｎ型電界
緩和層のｎ型濃度及び厚さを調整する事により、外部電
圧に対する光吸収層内の電界強度変化を自由に制御する
事が可能となる。図８（ａ），（ｂ）は低電圧印加時の
従来のｐｉｎ構造と本発明によるｐｎｉｎ層構造との電
界強度分布の違いを示す模式図である。本発明の構造で
は、低電圧印加時に、ｎ型電界緩和層に於いて外部電圧
を吸収する事により、光吸収層に電界が印加されるのが
抑制され、更に外部電圧が増加するに従い、電界緩和層
に吸収しきれない電界が光吸収層に印加されることにな
る。これにより、光吸収層に印加される電界強度は外部
電圧に対して、非線型的な振る舞いをする様になる。こ
の非線型的な電界強度変化は、光吸収層の印加電界に対
する非線型的な吸収変化を補正するので、光出力アイパ
ターンのクロスポイント低下が抑制され、良好な変調光
出力波形が得られる様になる。
型クラッド層との間にｎ型の電界緩和層が挿入されてお
りｐｎｉｎ構造となっている。この構造では、ｎ型電界
緩和層のｎ型濃度及び厚さを調整する事により、外部電
圧に対する光吸収層内の電界強度変化を自由に制御する
事が可能となる。図８（ａ），（ｂ）は低電圧印加時の
従来のｐｉｎ構造と本発明によるｐｎｉｎ層構造との電
界強度分布の違いを示す模式図である。本発明の構造で
は、低電圧印加時に、ｎ型電界緩和層に於いて外部電圧
を吸収する事により、光吸収層に電界が印加されるのが
抑制され、更に外部電圧が増加するに従い、電界緩和層
に吸収しきれない電界が光吸収層に印加されることにな
る。これにより、光吸収層に印加される電界強度は外部
電圧に対して、非線型的な振る舞いをする様になる。こ
の非線型的な電界強度変化は、光吸収層の印加電界に対
する非線型的な吸収変化を補正するので、光出力アイパ
ターンのクロスポイント低下が抑制され、良好な変調光
出力波形が得られる様になる。
【００１０】
【発明の実施の形態】（第１の実施形態）次に、本発明
の実施形態を図面を参照して説明する。図１（ａ），
（ｂ）は本発明による電界吸収型光変調器１００の第１
の実施形態の構造を示す斜視図と断面図である。（１０
０）面方位のｎ−ＩｎＰ基板１０１上の全面にｎ−Ｉｎ
Ｐバッファ層１０２（膜厚０．８μｍ、キャリア濃度２
×１０17ｃｍ-3 )が、また、その上部にＭＱＷ（多重量
子井戸）光吸収層１０３（ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＧａＡ
ｓＰ，８周期：吸収端波長λｇ＝１．４８μｍ，キャリ
ア濃度５×１０15ｃｍ-3）、ｎ−ＩｎＰ電界緩和層１０
４（膜厚：２００Å，キャリア濃度５×１０17ｃｍ-3）
が、また前記ｎ−ＩｎＰ電界緩和層１０４の上面に、入
射光を水平方向に閉じ込めるためのリブ構造のｐ−Ｉｎ
Ｐクラッド層１０５（膜厚：１．５μｍ，キャリア濃度
５×１０17ｃｍ-3）が順次積層されている。更にその上
部にｐ−ＩｎＧａＡｓキャップ層１０６（膜厚：０．２
μｍ，キャリア濃度１×１０19ｃｍ-3）が形成されてい
る。更に、前記ｐ−ＩｎＧａＡｓキャップ層１０６の上
部にはＣｒ／Ａｕよりなるｐ側パッド電極１０７が、素
子裏面にはＣｒ／Ａｕよりなるｎ側電極１０８が形成さ
れている。なお、前記ｐ側パッド電極１０７の下部に
は、ポリイミド膜１０９が埋め込まれており、更に、前
記基板及び各層における素子劈開端面には、図には現れ
ない無反射コーティング膜が施されている。
の実施形態を図面を参照して説明する。図１（ａ），
（ｂ）は本発明による電界吸収型光変調器１００の第１
の実施形態の構造を示す斜視図と断面図である。（１０
０）面方位のｎ−ＩｎＰ基板１０１上の全面にｎ−Ｉｎ
Ｐバッファ層１０２（膜厚０．８μｍ、キャリア濃度２
×１０17ｃｍ-3 )が、また、その上部にＭＱＷ（多重量
子井戸）光吸収層１０３（ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＧａＡ
ｓＰ，８周期：吸収端波長λｇ＝１．４８μｍ，キャリ
ア濃度５×１０15ｃｍ-3）、ｎ−ＩｎＰ電界緩和層１０
４（膜厚：２００Å，キャリア濃度５×１０17ｃｍ-3）
が、また前記ｎ−ＩｎＰ電界緩和層１０４の上面に、入
射光を水平方向に閉じ込めるためのリブ構造のｐ−Ｉｎ
Ｐクラッド層１０５（膜厚：１．５μｍ，キャリア濃度
５×１０17ｃｍ-3）が順次積層されている。更にその上
部にｐ−ＩｎＧａＡｓキャップ層１０６（膜厚：０．２
μｍ，キャリア濃度１×１０19ｃｍ-3）が形成されてい
る。更に、前記ｐ−ＩｎＧａＡｓキャップ層１０６の上
部にはＣｒ／Ａｕよりなるｐ側パッド電極１０７が、素
子裏面にはＣｒ／Ａｕよりなるｎ側電極１０８が形成さ
れている。なお、前記ｐ側パッド電極１０７の下部に
は、ポリイミド膜１０９が埋め込まれており、更に、前
記基板及び各層における素子劈開端面には、図には現れ
ない無反射コーティング膜が施されている。
【００１１】この電界吸収型光変調器１００では、ｐ及
びｎ側電極１０７，１０８間に印加された電圧により、
半導体光変調器内部のＭＱＷ光吸収層１０３に内部電界
が生じる。印加電圧に対するＭＱＷ光吸収層１０３内部
の電界強度を図２（ａ）に示す。印加電圧が低い０．５
Ｖ程度までは、ＭＱＷ光吸収層１０３上部のｎ型電界緩
和層１０４とｐ型クラッド層１０５間のＰＮ接合に印加
電圧による電界が集中するために、ＭＱＷ光吸収層１０
３には殆ど内部電界が生じない。しかしながら、印加電
圧を増加させるとｎ型電界緩和層１０４で緩和しきれな
い電界がＭＱＷ光吸収層１０３に印加され、ＭＱＷ光吸
収層１０３の内部の電界強度が外部電圧と共に増加する
事になる。この場合、印加電圧に対する変調器内部の吸
収損失は図２（ｂ）の様に変化し、印加電圧が１Ｖを超
えたところから急激に損失が増加する様になる。この例
の場合、印加電圧１Ｖに対して吸収損失は−３ｄＢであ
り、光出力強度は約１／２に減少するので、印加電圧１
Ｖを中心に２Ｖの振幅で変調した場合には、光出力のア
イパターンのクロスポイントはほぼ中心に位置する様に
なり、図３に示す様にアイマスク規格等を満足する良好
な光出力アイパターンが得られる。
びｎ側電極１０７，１０８間に印加された電圧により、
半導体光変調器内部のＭＱＷ光吸収層１０３に内部電界
が生じる。印加電圧に対するＭＱＷ光吸収層１０３内部
の電界強度を図２（ａ）に示す。印加電圧が低い０．５
Ｖ程度までは、ＭＱＷ光吸収層１０３上部のｎ型電界緩
和層１０４とｐ型クラッド層１０５間のＰＮ接合に印加
電圧による電界が集中するために、ＭＱＷ光吸収層１０
３には殆ど内部電界が生じない。しかしながら、印加電
圧を増加させるとｎ型電界緩和層１０４で緩和しきれな
い電界がＭＱＷ光吸収層１０３に印加され、ＭＱＷ光吸
収層１０３の内部の電界強度が外部電圧と共に増加する
事になる。この場合、印加電圧に対する変調器内部の吸
収損失は図２（ｂ）の様に変化し、印加電圧が１Ｖを超
えたところから急激に損失が増加する様になる。この例
の場合、印加電圧１Ｖに対して吸収損失は−３ｄＢであ
り、光出力強度は約１／２に減少するので、印加電圧１
Ｖを中心に２Ｖの振幅で変調した場合には、光出力のア
イパターンのクロスポイントはほぼ中心に位置する様に
なり、図３に示す様にアイマスク規格等を満足する良好
な光出力アイパターンが得られる。
【００１２】図４は、サブマウント２０１上に前記第１
の実施形態の電界吸収型光変調器１００を搭載し、さら
にその両側位置の光軸上にそれぞれ非球面レンズ２０
２，２０３を介して光ファイバ２０４，２０５を固定
し、電界吸収型光変調器１００と光ファイバ２０４，２
０５とを非球面レンズ２０２，２０３を介して光学的に
結合する。また、前記電界吸収型光変調器１００の近傍
に信号電圧波形変換器２０６を配設し、これらをケース
２０７内に一体的に組み込んで光通信用変調器モジュー
ル２００を構成したものである。したがって、一方の光
ファイバ２０４からの光信号を非球面レンズ２０２によ
り集光して電界吸収型光変調器１００に入射し、ここで
信号電圧波形変換器２０６の信号電圧を電界吸収型光変
調器１００に印加することで、他方の非球面レンズ２０
３を介して光ファイバ２０５から変調された光信号を出
力することができる。これにより、本モジュール２００
を用いれば良好な光出力アイパターンを容易に作り出す
事ができる。
の実施形態の電界吸収型光変調器１００を搭載し、さら
にその両側位置の光軸上にそれぞれ非球面レンズ２０
２，２０３を介して光ファイバ２０４，２０５を固定
し、電界吸収型光変調器１００と光ファイバ２０４，２
０５とを非球面レンズ２０２，２０３を介して光学的に
結合する。また、前記電界吸収型光変調器１００の近傍
に信号電圧波形変換器２０６を配設し、これらをケース
２０７内に一体的に組み込んで光通信用変調器モジュー
ル２００を構成したものである。したがって、一方の光
ファイバ２０４からの光信号を非球面レンズ２０２によ
り集光して電界吸収型光変調器１００に入射し、ここで
信号電圧波形変換器２０６の信号電圧を電界吸収型光変
調器１００に印加することで、他方の非球面レンズ２０
３を介して光ファイバ２０５から変調された光信号を出
力することができる。これにより、本モジュール２００
を用いれば良好な光出力アイパターンを容易に作り出す
事ができる。
【００１３】また、図５は、前記光通信用変調器モジュ
ール２００を用いた光通信システム３００である。送信
装置３０１は変調器モジュール２００に光を入力するた
めの光源３０２と、前記変調器モジュール２００及び光
源３０２に電力を供給してこれらを駆動する為の駆動系
３０３とを有する。また、受信装置３０４には受光部３
０５が配置される。そして、前記送信装置３０１と受信
装置３０４、すなわち前記変調器モジュール２００と受
光部３０５とが光伝送路としての光ファイバ３０６で光
学的に接続される。この光通信システム３００では、光
源３０２からの光は変調器モジュール２００で変調され
て光信号に変換され、光ファイバ３０６を通って受信装
置３０４内の受光部３０５で検出される。受光された光
信号は図外の復調部において復調されるが、ここではそ
の説明は省略する。
ール２００を用いた光通信システム３００である。送信
装置３０１は変調器モジュール２００に光を入力するた
めの光源３０２と、前記変調器モジュール２００及び光
源３０２に電力を供給してこれらを駆動する為の駆動系
３０３とを有する。また、受信装置３０４には受光部３
０５が配置される。そして、前記送信装置３０１と受信
装置３０４、すなわち前記変調器モジュール２００と受
光部３０５とが光伝送路としての光ファイバ３０６で光
学的に接続される。この光通信システム３００では、光
源３０２からの光は変調器モジュール２００で変調され
て光信号に変換され、光ファイバ３０６を通って受信装
置３０４内の受光部３０５で検出される。受光された光
信号は図外の復調部において復調されるが、ここではそ
の説明は省略する。
【００１４】（第２の実施形態） 図６は本発明による電界吸収型光変調器４０１とＤＦＢ
レーザ４０２を同一の基板上に形成して光変調器集積化
光源素子４００を構成した例を示しており、その要部の
断面図を併せて示している。（１００）面方位のｎ−Ｉ
ｎＰ基板４１１上に電界吸収型光変調器部４０１と、Ｄ
ＦＢレーザ部４０２とが一体に形成されている。すなわ
ち、前記ｎ−ＩｎＰ基板４１１のＤＦＢレーザ部４０２
の表面に回折格子４１２が形成されており、その表面上
に、ｎ−ＩｎＰバッファ層４１３（膜厚０．８μｍ、キ
ャリア濃度１×１０17ｃｍ-3 )が形成される。そして、
前記ＤＦＢレーザ部４０２においては、前記ｎバッファ
層４１３の上部にｎ−ＩｎＰクラッド層４１４（膜厚７
００Å、キャリア濃度１×１０17ｃｍ-3）、ＭＱＷ光吸
収層４１５（ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＧａＡｓＰ ８周
期）、ｎ−ＩｎＰ電界緩和層４１６（膜厚：２００Å、
キャリア濃度５×１０ 17 ｃｍ -3 ）、ｐ−ＩｎＰクラッド
層４１７（膜厚：１６００Å、キャリア濃度５×１０17
ｃｍ-3）が順次積層されており、メサ型に形成されてい
る。そして、前記ｎクラッド層４１４、ＭＱＷ光吸収層
４１５、ｎ電界緩和層４１６、ｐクラッド層４１７がｐ
クラッド層４１８（膜厚１．６μｍ、キャリア濃度５×
１０17ｃｍ-3）により埋め込まれている。また、前記ｐ
クラッド層４１８の上部にｐ−ＩｎＧａＡｓキャップ層
４１９（膜厚：０．２５μｍ、キャリア濃度１×１０19
ｃｍ-3）が形成されている。
レーザ４０２を同一の基板上に形成して光変調器集積化
光源素子４００を構成した例を示しており、その要部の
断面図を併せて示している。（１００）面方位のｎ−Ｉ
ｎＰ基板４１１上に電界吸収型光変調器部４０１と、Ｄ
ＦＢレーザ部４０２とが一体に形成されている。すなわ
ち、前記ｎ−ＩｎＰ基板４１１のＤＦＢレーザ部４０２
の表面に回折格子４１２が形成されており、その表面上
に、ｎ−ＩｎＰバッファ層４１３（膜厚０．８μｍ、キ
ャリア濃度１×１０17ｃｍ-3 )が形成される。そして、
前記ＤＦＢレーザ部４０２においては、前記ｎバッファ
層４１３の上部にｎ−ＩｎＰクラッド層４１４（膜厚７
００Å、キャリア濃度１×１０17ｃｍ-3）、ＭＱＷ光吸
収層４１５（ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＧａＡｓＰ ８周
期）、ｎ−ＩｎＰ電界緩和層４１６（膜厚：２００Å、
キャリア濃度５×１０ 17 ｃｍ -3 ）、ｐ−ＩｎＰクラッド
層４１７（膜厚：１６００Å、キャリア濃度５×１０17
ｃｍ-3）が順次積層されており、メサ型に形成されてい
る。そして、前記ｎクラッド層４１４、ＭＱＷ光吸収層
４１５、ｎ電界緩和層４１６、ｐクラッド層４１７がｐ
クラッド層４１８（膜厚１．６μｍ、キャリア濃度５×
１０17ｃｍ-3）により埋め込まれている。また、前記ｐ
クラッド層４１８の上部にｐ−ＩｎＧａＡｓキャップ層
４１９（膜厚：０．２５μｍ、キャリア濃度１×１０19
ｃｍ-3）が形成されている。
【００１５】また、前記電界吸収型光変調器部４０１は
図１に示した構造と同様に形成されており、前記各層と
共通する部分は一体的に形成されている。ただし、前記
ＭＱＷ光吸収層４１５は、選択ＭＯＶＰＥバンドギャッ
プ制御技術により、ＤＦＢレーザ部４０２が形成される
回折格子４１２上部では波長組成１．５５μｍに、ま
た、電界吸収型光変調器部４０１が形成される回折格子
４１２以外の領域では波長組成１．４９μｍに設定され
ている。そして、前記ｐ−ＩｎＧａＡｓキャップ層４１
９の上部にはＣｒ／ＡｕよりなるＤＦＢレーザのｐ側電
極４２０が形成され、素子裏面にはＣｒ／Ａｕよりなる
ｎ側電極４２１が形成されている。なお、素子へき開端
面には図には現れない無反射コーティング膜が施されて
いることは第１の実施形態と同様である。
図１に示した構造と同様に形成されており、前記各層と
共通する部分は一体的に形成されている。ただし、前記
ＭＱＷ光吸収層４１５は、選択ＭＯＶＰＥバンドギャッ
プ制御技術により、ＤＦＢレーザ部４０２が形成される
回折格子４１２上部では波長組成１．５５μｍに、ま
た、電界吸収型光変調器部４０１が形成される回折格子
４１２以外の領域では波長組成１．４９μｍに設定され
ている。そして、前記ｐ−ＩｎＧａＡｓキャップ層４１
９の上部にはＣｒ／ＡｕよりなるＤＦＢレーザのｐ側電
極４２０が形成され、素子裏面にはＣｒ／Ａｕよりなる
ｎ側電極４２１が形成されている。なお、素子へき開端
面には図には現れない無反射コーティング膜が施されて
いることは第１の実施形態と同様である。
【００１６】この光変調器集積化光源素子４００を駆動
する際には、光変調器集積化光源素子４００のＤＦＢレ
ーザ４０２部のｐ側電極４１９とｎ側電極４２０との間
に直流電圧を印加する事によりレーザ光が連続発振され
る。このレーザ光は隣接する電界吸収型光変調器部４０
１に入力される。また、電界吸収型光変調器部４０１の
ｐ側パッド電極１０７及びｎ側電極１０８に、第１の実
施形態で説明したと同様に外部電圧信号を印加すること
により、光ＯＮ／ＯＦＦの変調された信号が作成され
る。この実施形態においても、電界吸収型光変調器部４
０１においては、外部電圧印加による変調器内部の電界
は、低電圧印加時にはｎ型電界緩和層で緩和されるの
で、第１の実施形態と同様に光出力アイパターンのクロ
スポイントのずれが抑制され、良好な光出力アイパター
ンが得られる。
する際には、光変調器集積化光源素子４００のＤＦＢレ
ーザ４０２部のｐ側電極４１９とｎ側電極４２０との間
に直流電圧を印加する事によりレーザ光が連続発振され
る。このレーザ光は隣接する電界吸収型光変調器部４０
１に入力される。また、電界吸収型光変調器部４０１の
ｐ側パッド電極１０７及びｎ側電極１０８に、第１の実
施形態で説明したと同様に外部電圧信号を印加すること
により、光ＯＮ／ＯＦＦの変調された信号が作成され
る。この実施形態においても、電界吸収型光変調器部４
０１においては、外部電圧印加による変調器内部の電界
は、低電圧印加時にはｎ型電界緩和層で緩和されるの
で、第１の実施形態と同様に光出力アイパターンのクロ
スポイントのずれが抑制され、良好な光出力アイパター
ンが得られる。
【００１７】この光変調器集積化光源素子は、図５に示
した光通信システムに適用でき、この場合には光源が不
要であることは言うまでもない。
した光通信システムに適用でき、この場合には光源が不
要であることは言うまでもない。
【００１８】ここで、前記した第１の実施形態では、光
吸収層がｉ型として構成されている例を示しているが、
電界緩和層の不純物濃度が光吸収層の濃度よりも高い構
成であれば、光吸収層は電界緩和層と同じ導電型として
構成されていてもよい。例えば、前記実施形態の場合に
は、光吸収層が低濃度のｎ型として構成されていてもよ
い。また、前記電界緩和層は、前記第１実施形態のよう
に光吸収層とその上層のクラッド層との間ではなく、光
吸収層とその下層のバッファ層との間に介在されていて
もよい。この場合には、前記電界緩和層はｐ型の導電型
として構成されることになる。
吸収層がｉ型として構成されている例を示しているが、
電界緩和層の不純物濃度が光吸収層の濃度よりも高い構
成であれば、光吸収層は電界緩和層と同じ導電型として
構成されていてもよい。例えば、前記実施形態の場合に
は、光吸収層が低濃度のｎ型として構成されていてもよ
い。また、前記電界緩和層は、前記第１実施形態のよう
に光吸収層とその上層のクラッド層との間ではなく、光
吸収層とその下層のバッファ層との間に介在されていて
もよい。この場合には、前記電界緩和層はｐ型の導電型
として構成されることになる。
【００１９】なお、前記第２の実施形態において、電界
吸収型光変調器と一体に形成するレーザとしてＤＦＢレ
ーザの場合を示したが、ＤＢＲレーザを用いてもよい。
吸収型光変調器と一体に形成するレーザとしてＤＦＢレ
ーザの場合を示したが、ＤＢＲレーザを用いてもよい。
【００２０】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、外
部印加電圧の変化に対して光吸収層に印加される電圧を
非線形に変化せしめて、前記光吸収層の印加電圧に対す
る非線形的な吸収変化を補正するように光吸収層と前記
第二導電型クラッド層との間に第一導電型電界緩和層が
介在され、又は光吸収層と前記第一導電型半導体バッフ
ァ層との間に第二導電型電界緩和層が介在され、この構
成により、例えば、ｐｎｉｎ層構造、或いはｐｎｎ−
ｎ層構造とされるので、低電圧印加時には、ｎ型電界緩
和層に於いて外部電圧が緩和される事により、光吸収層
に印加される電界強度は外部電圧に対して、非線型的な
振る舞いをする様になる。この非線型的な電界強度変化
は、光吸収層の印加電界に対する非線型的な吸収変化を
補正するので、光出力アイパターンのクロスポイント低
下が抑制され、良好な変調光出力波形が得られる様にな
る。また、この光変調器と一体にレーザを集積化するこ
とで、小型な変調信号光を出力することが可能な半導体
光素子が構築できる。
部印加電圧の変化に対して光吸収層に印加される電圧を
非線形に変化せしめて、前記光吸収層の印加電圧に対す
る非線形的な吸収変化を補正するように光吸収層と前記
第二導電型クラッド層との間に第一導電型電界緩和層が
介在され、又は光吸収層と前記第一導電型半導体バッフ
ァ層との間に第二導電型電界緩和層が介在され、この構
成により、例えば、ｐｎｉｎ層構造、或いはｐｎｎ−
ｎ層構造とされるので、低電圧印加時には、ｎ型電界緩
和層に於いて外部電圧が緩和される事により、光吸収層
に印加される電界強度は外部電圧に対して、非線型的な
振る舞いをする様になる。この非線型的な電界強度変化
は、光吸収層の印加電界に対する非線型的な吸収変化を
補正するので、光出力アイパターンのクロスポイント低
下が抑制され、良好な変調光出力波形が得られる様にな
る。また、この光変調器と一体にレーザを集積化するこ
とで、小型な変調信号光を出力することが可能な半導体
光素子が構築できる。
【図１】本発明の第１の実施形態の電界吸収型光変調器
の外観斜視図と要部の断面図である。
の外観斜視図と要部の断面図である。
【図２】図１の電界吸収型光変調器の外部印加電圧に対
する光吸収層内部の電界強度、及び外部電圧印加に対す
る光吸収層の吸収損失を示す図である。
する光吸収層内部の電界強度、及び外部電圧印加に対す
る光吸収層の吸収損失を示す図である。
【図３】本発明による電界吸収型光変調器の光出力アイ
パターンを示す図である。
パターンを示す図である。
【図４】本発明による電界吸収型光変調器を搭載した光
通信モジュールの模式図である。
通信モジュールの模式図である。
【図５】本発明による電界吸収型光変調器を搭載した光
通信モジュールを用いた光通信システムを示す模式図で
ある。
通信モジュールを用いた光通信システムを示す模式図で
ある。
【図６】本発明の光変調器を備えた変調器集積化素子の
斜視図と要部の断面図である。
斜視図と要部の断面図である。
【図７】従来の電界吸収型光変調器の電圧−光吸収特
性、及びその光出力アイパターンを示す図である。
性、及びその光出力アイパターンを示す図である。
【図８】本発明の光変調器と従来の光変調器の動作原理
を比較して示す模式図である。
を比較して示す模式図である。
【符号の説明】 １００ 電界吸収型光変調器 １０１ ｎ−ＩｎＰ基板 １０２ ｎ−ＩｎＰバッファ層 １０３ ＭＱＷ光吸収層 １０４ ｎ−ＩｎＰ電界緩和層 １０５ ｐ−ＩｎＰクラッド層 １０６ ｐ−ＩｎＧａＡｓキャップ層 １０７ ｐ側電極 １０８ ｎ側電極 ４００ 光変調器集積化電源素子 ４０１ 光変調部 ４０２ ＤＦＢレーザ ４１１ ｎ−ＩｎＰ基板 ４１２ 回折格子 ４１３ ｎ−Ｉｎバッファ層 ４１４ ｎ−ＩｎＰクラッド層 ４１５ ＭＱＷ光吸収層 ４１６ ｎ−ＩｎＰ電界緩和層 ４１７ ｐ−ＩｎＰクラッド層 ４１８ ｐクラッド層 ４１９ ｐ−ＩｎＧａＡｓキャップ層 ４２０ ｐ側電極 ４２１ ｎ側電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−270726（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−47620（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−27279（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−202316（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−222588（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−327957（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−333388（ＪＰ，Ａ) 米国特許4904859（ＵＳ，Ａ) 1994年（平成６年）春季第41回応用物 理学会関係連合講演会予稿集，第３分 冊，（３月．1994）清水淳一，ｅｔ．ａ ｌ．，「29ａ−Ｇ−１ ＩｎＰ／ＩｎＡ ｌＡｓタイプ▲ＩＩ▼ＭＱＷ光導波路の 電界による屈折率吸収変化と屈折率変化 の測定」ｐｐ．1002 (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G02F 1/025 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)
Claims (6)
- 【請求項１】 半導体基板上に少なくとも第一導電型半
導体バッファ層、半導体光吸収層、第二導電型半導体ク
ラッド層が順次積層された層構造を有し、前記光吸収層
の一端より入射された光波の吸収を前記第一導電型半導
体バッファ層と前記第二導電型半導体クラッド層の間に
印加される外部電圧を変える事により変化させる電界吸
収型光変調器であって、前記外部印加電圧の変化に対し
て前記光吸収層に印加される電圧を非線形に変化せしめ
て、前記光吸収層の印加電圧に対する非線形的な吸収変
化を補正するように前記光吸収層と前記第二導電型クラ
ッド層との間に介在された第一導電型電界緩和層、又は
前記光吸収層と前記第一導電型半導体バッファ層との間
に介在された第二導電型電界緩和層を備えることを特徴
とする電界吸収型光変調器。 - 【請求項２】 半導体基板上に少なくともｎ型半導体バ
ッファ層、半導体光吸収層、ｎ型電界緩和層、ｐ型半導
体クラッド層が順次積層されたｐｎｉｎ型層構造を有
し、前記光吸収層の一端より入射された光波の吸収を該
光吸収層に印加した電圧を変える事により変化させるこ
とを特徴とする電界吸収型光変調器。 - 【請求項３】 半導体基板上に少なくともｎ型半導体バ
ッファ層、ｎ型半導体吸収層、ｎ型電界緩和層、ｐ型半
導体クラッド層が順次積層され、前記ｎ型半導体吸収層
のｎ型濃度が前記ｎ型電界緩和層のｎ型濃度よりも低濃
度とされたｐｎｎ- ｎ型層構造を有し、前記光吸収層の
一端より入射された光波の吸収を該光吸収層に印加した
電圧を変える事により変化させることを特徴とする電界
吸収型光変調器。 - 【請求項４】 前記光吸収層に多重量子井戸構造を採用
した事を特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載
の電界吸収型光変調器。 - 【請求項５】 同一の半導体基板に請求項１ないし４の
いずれかの電界吸収型光変調器と、ＤＦＢレーザ又はＤ
ＢＲレーザが集積化されていることを特徴とする半導体
光素子。 - 【請求項６】 前記レーザで発光されたレーザ光が前記
電界吸収型光変調器において光変調されて出力される請
求項５に記載の半導体光素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14699598A JP3164063B2 (ja) | 1998-05-28 | 1998-05-28 | 半導体光変調器及び半導体光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14699598A JP3164063B2 (ja) | 1998-05-28 | 1998-05-28 | 半導体光変調器及び半導体光素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11337890A JPH11337890A (ja) | 1999-12-10 |
| JP3164063B2 true JP3164063B2 (ja) | 2001-05-08 |
Family
ID=15420227
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14699598A Expired - Fee Related JP3164063B2 (ja) | 1998-05-28 | 1998-05-28 | 半導体光変調器及び半導体光素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3164063B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5880145B2 (ja) * | 2012-03-02 | 2016-03-08 | 住友電気工業株式会社 | 半導体光変調器 |
| JP6021679B2 (ja) * | 2012-05-28 | 2016-11-09 | 三菱電機株式会社 | 半導体光変調器 |
| JP2013246343A (ja) * | 2012-05-28 | 2013-12-09 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体光変調器 |
-
1998
- 1998-05-28 JP JP14699598A patent/JP3164063B2/ja not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| １９９４年（平成６年）春季第４１回応用物理学会関係連合講演会予稿集，第３分冊，（３月．１９９４）清水淳一，ｅｔ．ａｌ．，「２９ａ−Ｇ−１ ＩｎＰ／ＩｎＡｌＡｓタイプ▲ＩＩ▼ＭＱＷ光導波路の電界による屈折率吸収変化と屈折率変化の測定」ｐｐ．１００２ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH11337890A (ja) | 1999-12-10 |
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Legal Events
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