JP3422279B2 - 光変調器及び光通信用光源並びにそれを用いる光モジュール、光通信システム - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は光変調器及び光通信
用光源並びにそれを用いる光モジュール、光通信システ
ムに関し、特に光通信システムにおいて重要なエレメン
トとなる光変調器及び光通信用光源に関する。

【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。すなわち、半導体レーザ直接変
調方式においては変調時に波長チャーピングが生じ、こ
れによってファイバ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ほど、また伝送距離が長いほど
顕著になる。

【０００３】特に、既存の１．３μｍ零分散ファイバを
用いたシステムにおいて、上記の問題は深刻であり、フ
ァイバ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
する分散制限によって伝送距離が制限される。

【０００４】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って変調する外部変調方式を採用す
ることで改善することができる。

【０００５】そのため、外部光変調器の開発が活発化し
ている。外部光変調器としては、ＬｉＮｂＯ₃ 等の誘電
体を用いたものと、ＩｎＰやＧａＡｓ等の半導体を用い
たものとが考えられるが、半導体レーザや光アンプ等の
他の光素子やＦＥＴ（Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒ
ａｎｓｉｓｔｏｒ）等の電子回路との集積化が可能で、
小型化や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。

【０００６】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ことに
よって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
たマッハツェンダ型変調器がある。

【０００７】マッハツェンダ型変調器は原理的に屈折率
変化によって光波の位相差を生じせしめ、合波時の干渉
効果によって出力光をＯＮ／ＯＦＦしている。実用的な
動作電圧で所定の屈折率変化を得るためには、ＬｉＮｂ
Ｏ₃ 等の誘電体で数ｃｍから１０ｃｍ程度の導波路長が
必要となるものの、進行波型電極を用いることによって
数十ＧＨｚ程度の変調動作が可能となる。

【０００８】この例としては、マダブシ等によって１９
９８年電子情報通信学会総合大会講演論文集、１８４頁
（講演番号Ｃ−３−１８）に報告されたものがある。こ
の例では進行波型電極を用いることによって、４０Ｇｂ
／ｓ程度の変調動作を達成している。

【０００９】一方、集中定数型電極を用いて形成される
半導体電界吸収型変調器は素子長として数百μｍ程度と
小型であるが、高速動作させるためには素子長を短くし
て素子容量を低減させる必要がある。この場合、所定の
動作電圧に対する消光比が劣化するという問題点があ
る。

【００１０】この例としては、ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＧ
ａＡｓ多重量子井戸を吸収層とする変調器が宮崎等によ
って１９９４年電子情報通信学会春季大会講演論文集、
分冊４、２１８頁（講演番号Ｃ−２２１）に報告された
ものがある。この報告例では、２Ｖの印加電圧で１２．
３ｄＢの消光比がえられ、３ｄＢ周波数帯域として６．
６ＧＨｚが得られている。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来の光変調
器では、一般に半導体電界吸収型光変調器の場合、高速
動作させるために素子容量を低減する必要がある。素子
容量は変調器のパッド電極容量や電圧印加される導波路
層部で生じる容量等がある。

【００１２】パッド電極部の容量はポリイミド膜や高抵
抗層の埋め込みによって低減することが可能となるが、
導波路層部で生じる容量は素子長を短くするか、吸収層
を厚くする必要が生じ、設計上の自由度が著しく制限さ
れるとともに、消光比劣化や動作電圧の増加を招くこと
になる。

【００１３】そこで、本発明の目的は上記の問題点を解
消し、消光比劣化や動作電圧の増加を抑制しつつ、高速
動作を可能とすることができる光変調器及びそれを用い
た光通信用光源並びにそれを用いる光モジュール、光通
信システムを提供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明による光変調器
は、半導体基板上に少なくとも半導体バッファ層と半導
体吸収層と半導体クラッド層とコンタクト層とが順次積
層された層構造を有し、前記半導体吸収層の一端から入
射された光波の吸収を当該半導体吸収層に印加した電界
強度を変えることで変化させる導波型かつ電界吸収型の
光変調器であって、前記電界強度を変化させるための電
極及び前記コンタクト層を前記光波の導波方向に不連続
に形成するようにしている。

【００１５】本発明による光通信用光源は、半導体基板
上に少なくとも半導体バッファ層と半導体吸収層と半導
体クラッド層とコンタクト層とが順次積層された層構造
を有し、前記半導体吸収層の一端から入射された光波の
吸収を当該半導体吸収層に印加した電界強度を変えるこ
とで変化させるとともに、前記電界強度を変化させるた
めの電極及び前記コンタクト層を前記光波の導波方向に
不連続に形成するようにした導波型かつ電界吸収型の光
変調器と、前記光変調器に光を入射させるための発光素
子とを同一基板上に備えている。

【００１６】すなわち、本発明の第１の例では、半導体
基板上に少なくとも半導体バッファ層、半導体吸収層、
半導体クラッド層、コンタクト層が順次積層された層構
造を有し、吸収層の一端から入射された光波の吸収を該
吸収層に印加した電界強度を変えることで変化させる導
波型の電界吸収型光変調器において、電界強度を変化さ
せるための電極及び該コンタクト層が該光波の導波方向
に不連続に形成されるようにしている。

【００１７】本発明の第２の例では、半導体基板上に少
なくとも半導体バッファ層、半導体導波路コア層、半導
体クラッド層、コンタクト層が順次積層された層構造を
有し、半導体導波路コア層の一端から入射された光波に
対する屈折率を該半導体導波路コア層に印加した電界強
度を変えることで変化させる導波型の光位相変調器にお
いて、電界強度を変化させるための電極及び該コンタク
ト層が該光波の導波方向に不連続に形成されるようにし
ている。

【００１８】本発明の第３の例では、半導体基板上に少
なくとも半導体バッファ層、半導体吸収層、半導体クラ
ッド層、コンタクト層が順次積層された層構造を有し、
吸収層の一端から入射された光波の吸収を該吸収層に印
加した電界強度を変えることで変化させる導波型の電界
吸収型光変調器において、電界強度を変化させるための
電極及び該コンタクト層の幅が部分的に狭めている。

【００１９】本発明の第４の例では、半導体基板上に少
なくとも半導体バッファ層、半導体吸収層、半導体クラ
ッド層、コンタクト層が順次積層された層構造を有し、
吸収層の一端から入射された光波の吸収を該吸収層に印
加した電界強度を変えることで変化させる導波型の電界
吸収型光変調器において、電界強度を変化させるための
電極及び該コンタクト層が該光波の導波方向に途切れて
形成され、該電極間が導電体で電気的に接続され、該電
極部のキャパシタンスと該導電体のインダクタンスとを
適切に設定することで、該電極部全体によって形成され
る素子容量値Ｃとインピーダンス整合用抵抗値Ｒとから
見積もられる集中定数型の遮断周波数ｆｃ（ｆｃ＝１／
πＲＣ）よりも大きな遮断周波数を有している。

【００２０】本発明の第５の例では、半導体基板上に少
なくとも半導体バッファ層、半導体導波路コア層、半導
体クラッド層、コンタクト層が順次積層された層構造を
有し、半導体導波路コア層の一端から入射された光波に
対する屈折率を該半導体導波路コア層に印加した電界強
度を変えることで変化させる導波型の光位相変調器にお
いて、電界強度を変化させるための電極及び該コンタク
ト層の幅が部分的に狭めている。

【００２１】本発明の第６の例では、半導体基板上に少
なくとも半導体バッファ層、半導体導波路コア層、半導
体クラッド層、コンタクト層が順次積層された層構造を
有し、半導体導波路コア層の一端から入射された光波に
対する屈折率を該半導体導波路コア層に印加した電界強
度を変えることで変化させる導波型の光位相変調器にお
いて、電界強度を変化させるための電極及び該コンタク
ト層が導波方向に途切れて形成され、該電極間が導電体
で電気的に接続され、該電極部のキャパシタンスと該導
電体のインダクタンスとを適切に設定することで、該電
極部全体によって形成される素子容量値Ｃとインピーダ
ンス整合用抵抗値Ｒとから見積もられる集中定数型の遮
断周波数ｆｃ（ｆｃ＝１／πＲＣ）よりも大きな遮断周
波数を有している。

【００２２】本発明の第７の例は、基板上に、入射光を
導波する入射光導波路と導波光を２本の導波路へ分配す
る分岐部と、この分岐部で分岐された２本の導波路のそ
れぞれに設けられた半導体光位相変調器部と、２本の導
波路の出力光を合波する合波部と、合波部からの合波光
を導波する出力光導波路とを形成してなる光変調器器に
おいて、少なくとも一方の該半導体光位相変調器が第１
の例、第５の例、第６の例における光位相変調器である
マッハツェンダ型光変調器からなる。

【００２３】本発明の第８の例は、第１の例から第７の
例までの光変調器に光を入射させるための発光素子が該
光変調器と同一基板上に形成或いは設置される光通信用
光源からなる。

【００２４】本発明の第９の例は、第１の例から第７の
例までの光変調器の入射光導波路部に外部からの入力光
を光学的に結合させるための集光手段と、該光変調器の
出力光導波路からの出力光を外部の光ファイバに光学的
に結合させるための集光手段とを内蔵した光通信用モジ
ュールからなる。

【００２５】本発明の第１０の例は、第８の例における
光通信用光源の出力光導波路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ための集光手段を内蔵した
光通信用モジュールからなる。

【００２６】本発明の第１１の例は、第１の例から第７
の例までの光変調器または第８の例の光通信用光源を搭
載した光通信用モジュールを有する送信手段と、この送
信手段からの出力光を外部に導波するための導波手段
と、この導波手段からの出力光を受信するための受信手
段とを有する光通信システムからなる。

【００２７】本発明における半導体電界吸収型光変調器
では、外部入射光が吸収層をコア層とする光導波路を伝
播する際に、吸収層への電圧印加によって吸収層のバン
ドギャップ波長を長波側へシフトさせて外部入射光に対
する吸収係数を変化させ、外部電圧信号を光信号に変換
している。

【００２８】高消光比の光出力信号を得るために、外部
入射光波長と吸収層との相互作用長、すなわち導波路長
は十分な長さに設定されている。また、外部電圧を印加
する部位の電極が複数の分離された状態で形成されてお
り、それぞれの電極はワイヤ等の導電体で電気的に接続
されることで分布定数型の電極構造となっている。

【００２９】さらに、各電極部位で生じる容量及びワイ
ヤ等の導電体のインダクタンスを適切に設定することに
よって、前述の分布定数型電極の特性インピーダンスが
変調周波数帯域よりも十分に広い周波数帯にわたって、
外部駆動系の特性インピーダンスと整合した状態が実現
される。これによって、同一素子長で単一の電極構造の
電界吸収型変調器よりも大きな変調周波数帯域を有する
構造となっている。

【００３０】上記のように、本発明では消光比劣化の要
因となる素子長を短尺化せずに、周波数帯域を拡大する
ことが可能であることから、高消光比で高速動作が可能
な電界吸収型変調器が実現可能となる。また、同様な作
用によって変調特性に優れた高速動作可能な位相変調器
及びそれを用いたマッハツェンダ変調器が実現可能とな
る。

【００３１】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施例について図
面を参照して説明する。図１は本発明の第１の実施例に
よる光変調器の斜視図である。図１においては本発明の
第１の実施例による光変調器として、ＩｎＰ系多重量子
井戸（ＭＱＷ：Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｗ
ｅｌｌ）電界吸収型光変調器を用いた場合の構成を示し
ている。

【００３２】このＩｎＰ系多重量子井戸電界吸収型光変
調器では、（１００）面方位のｎ−ＩｎＰ基板１００上
にｎ−ＩｎＰバッファ層（キャリア濃度２×１０¹⁷ｃｍ
^-3）１１０を積層し、その上部に選択バンドギャップ制
御ＭＯＶＰＥ（Ｍｅｔａｌ−ｏｒｇａｎｉｃｓ Ｖａｐ
ｏｒ Ｐｈａｓｅ Ｅｐｉｔａｘｙ）結晶成長法を用い
て選択的に、ｎ−ＩｎＰクラッド層１２０（キャリア濃
度５×１０¹⁷ｃｍ^-3）、ＭＱＷ光吸収層１３０（吸収端
波長１．４８０μｍ）、ｐ−ＩｎＰクラッド層１４０
（キャリア濃度５×１０¹⁷ｃｍ^-3）が順次積層されてい
る。

【００３３】さらにこれらの層を取り囲むようにｐ−Ｉ
ｎＰ埋め込み層１５０（キャリア濃度５×１０¹⁷ｃ
ｍ^-3）が選択ＭＯＶＰＥ結晶成長によって選択的に形成
された構造となっている。

【００３４】また、上記のｐ−ＩｎＰ埋め込み層１５０
の上面には、ｐ−ＩｎＧａＡｓコンタクト層７０２が積
層されており、その上部には電圧印加のためのｐ側Ｔｉ
／Ａｕ電極６３１，６３２が形成されている。

【００３５】ｐ側電極６３１，６３２の間は通常のエッ
チング技術によって除去されており、上記のｐ−ＩｎＧ
ａＡｓコンタクト層７０２もその部分で取り除かれてお
り、電気的に分離された領域８０１が形成された構造と
なっている。

【００３６】ｐ側電極６３１，６３２には引出しパッド
電極５３１，５３２が接続されており、その下部には素
子容量を低減して高速動作を実現するためのポリイミド
膜４１０が埋め込まれている。

【００３７】また、素子裏面にはｎ側Ｔｉ／Ａｕ電極５
１２が形成されている。さらに、ｐ側電極６３１，６３
２は０．６ｎＨのインダクタンスを有するＴｉ／Ａｕ電
極５２２によって接続されている。接続電極５２２がな
い場合のｐ側電極６３１とｎ側電極５１２との間で生じ
る素子容量は０．５ｐＦで、ｐ側電極６３２とｎ側電極
５１２との間で生じる素子容量は０．５ｐＦとなるよう
に導波路層の長さ及び幅が設定されている。

【００３８】パッド電極５３２はインダクタンス０．４
ｎＨのボンディングワイヤを介して外部信号源と電気的
に接続されており、パッド電極５３１はインダクタンス
０．４ｎＨのボンディングワイヤを介して外部のインピ
ーダンス整合用素子抵抗（５０Ω）と電気的に接続され
ている。

【００３９】図２は図１に示す光変調器の等価回路モデ
ルを示す図である。これら図１及び図２を参照して、本
発明の第１の実施例による光変調器である電界吸収型光
変調器の周波数特性について説明する。

【００４０】外部信号源出力ポート８１からの信号電圧
はインダクタンス０．４ｎＨのボンディングワイヤ８２
を介してｐ側電極６３２の素子容量に相当するキャパシ
タンス０．５ｐＦのコンデンサ８８に印加されるととも
に、接続電極５２２に相当するインダクタンス０．６ｎ
Ｈのコイル８３を介してｐ側電極６３１に相当するキャ
パシタンス０．５ｐＦのコンデンサ８９に印加される。

【００４１】さらに、上記の信号電圧はインダクタンス
０．４ｎＨのボンディングワイヤ８４を介して抵抗値５
０Ωのインピーダンス整合用の素子抵抗９０に印加され
る構成となっている。また、コンデンサ８８，８９に印
加される端子間信号電圧はプローブ８６によって測定さ
れ、外部信号源入力ポート８７に伝達される。

【００４２】図３は図２に示す等価回路モデルの透過周
波数特性のシミュレーション結果を示す図である。図３
においてはポート８１とポート８７との間における透過
周波数特性のシミュレーション結果を示しており、３ｄ
Ｂ帯域として１６ＧＨｚが実現できることを示してい
る。

【００４３】図４は図２に示す等価回路モデルの反射周
波数特性のシミュレーション結果を示す図である。図４
においては−１０ｄＢ帯域として４ＧＨｚ以上が実現で
きることを示している。

【００４４】図５は従来の単一電極電界吸収型変調器の
等価回路モデルを示す図である。図５において、従来の
単一電極電界吸収型変調器の等価回路モデルは変調器の
素子容量として１ｐＦのコンデンサ９１のみが端子間に
挿入された構成となっている。

【００４５】図６は図５に示す等価回路モデルの透過周
波数特性のシミュレーション結果を示す図であり、図７
は図５に示す等価回路モデルの反射周波数特性のシミュ
レーション結果を示す図である。これら図６及び図７に
おいては３ｄＢ透過周波数帯域として６ＧＨｚ、−１０
ｄＢ反射周波数帯域として２ＧＨｚ程度であることが示
されている。

【００４６】この３ｄＢ透過周波数帯域の値は集中定数
型の遮断周波数帯域ｆｃ＝１／πＲＣ（Ｒはインピーダ
ンス整合用抵抗値５０Ω、Ｃは素子容量値１ｐＦを表し
ている）に概ね相当している。

【００４７】上述したように、本実施例における電界吸
収型変調器の構成では従来の電界吸収型光変調器に比べ
て、全体の素子容量を減らすことなく、周波数帯域を拡
大することが可能である。すなわち、素子長を短尺化す
ることなく、周波数帯域を向上させることができるの
で、高消光比で高速動作可能な電界吸収型光変調器を実
現することができる。

【００４８】尚、本発明は上記の実施例に限定されるも
のではない。本実施例では光吸収層として多重量子井戸
構造を取り上げたが、これに限るものではなく、バルク
半導体を光吸収層とする光変調器においても有効であ
り、本実施例で示した素子形状や各導波層の吸収端波
長、ドーピング濃度等に限定されるものではないことは
いうまでもない。

【００４９】図８は本発明の第２の実施例による光通信
用光源の斜視図である。図８においては本発明の第２の
実施例による光通信用光源として、本発明の第１の実施
例による光変調器にＤＦＢ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ
Ｆｅｅｄ−ｂａｃｋ：分布帰還型）レーザをモノリシッ
クに集積した光通信用光源を示している。

【００５０】すなわち、本発明の第２の実施例による光
通信用光源は本発明の第１の実施例による光変調器の構
成に加えて、ＤＦＢレーザ部６２５が選択バンドギャッ
プ制御ＭＯＶＰＥ結晶成長法によって選択的に形成され
た構造となっている。

【００５１】図９は図８におけるＢ−Ｂ’面での断面構
造を示す図である。図９において、光通信用光源ではｎ
型基板１００上のＤＦＢレーザ部６２５領域のみに部分
的にグレーティング領域１１３が形成されており、その
上にｎ層１１０が積層されている。

【００５２】さらに、光通信用光源ではその上部に選択
的にｎ型ＩｎＰ層３１３（ドーピング濃度５×１０¹⁷ｃ
ｍ^-3）、活性層３１４（バンドギャップ波長１．５４８
ｎｍ）、ｐ型ＩｎＰクラッド層３１５（ドーピング濃度
５×１０¹⁷ｃｍ^-3）が順次積層されおり、これらの層を
取り囲むようにｐ型ＩｎＰ埋め込み層３１６が形成さ
れ、その上にｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層３１８（ド
ーピング濃度１×１０¹⁸ｃｍ^-3）、ｐ型Ｔｉ／Ａｕ電極
７２２が積層された構造となっている。

【００５３】本実施例ではＤＦＢレーザが本発明の第１
の実施例による光変調器と選択バンドギャップ制御ＭＯ
ＶＰＥ結晶成長法によってモノリシックに集積されてお
り、小型で低コストの光通信用光源を実現することがで
きる。

【００５４】図１０は本発明の第３の実施例による光変
調器の斜視図である。図１０においては本発明の第３の
実施例による光変調器として、ＩｎＰ系多重量子井戸
（ＭＱＷ）構造を用いた半導体マッハツェンダ変調器の
構成を示している。

【００５５】この半導体マッハツェンダ変調器では、
（１００）面方位のｎ−ＩｎＰ基板１００上にｎ−Ｉｎ
Ｐバッファ層（キャリア濃度２×１０¹⁷ｃｍ^-3）１１０
を積層し、その上部に選択バンドギャップ制御ＭＯＶＰ
Ｅ結晶成長法を用いて選択的に、入射光導波路部６０
０、分岐部５００、第一位相変調器部４００、第二位相
変調器部６１０、合波部３００、出力光導波路部２００
がそれぞれ形成されている。

【００５６】該ｎ−ＩｎＰバッファ層１１０上の位相変
調器部を除く領域ではｎ−ＩｎＰクラッド層１２０（キ
ャリア濃度５×１０¹⁷ｃｍ^-3）、光導波路ＭＱＷコア層
１３０（吸収端波長１．３５０μｍ）、ｐ−ＩｎＰクラ
ッド層１４０が選択ＭＯＶＰＥ成長によって選択的に積
層されており、さらにこれらの層を取り囲むようにｐ−
ＩｎＰ埋め込み層１５０が選択ＭＯＶＰＥ成長によって
選択的に形成された構造となっている。

【００５７】図１１は図１０におけるＡ―Ａ’面での断
面構造を示す図である。図１１において、半導体マッハ
ツェンダ変調器では、ｎ−ＩｎＰバッファ層１１０上に
選択的にｎ−ＩｎＰ層７１０，７２０、光導波路コア層
７２１，７１１、ｐ−ＩｎＰ層７２２，７１２をそれぞ
れ順次積層する。この時、選択バンドギャップ制御ＭＯ
ＶＰＥ結晶成長法を用いることによって、光導波路コア
層７２１，７１１の光吸収端波長は１．４６５μｍとな
るように設定されている。

【００５８】また、半導体マッハツェンダ変調器では、
これらの層を囲むようにｐ−Ｉｎｐ埋め込み層７０３を
形成し、その上部にｐ−ＩｎＧａＡｓコンタクト層７０
２（キャリア濃度１×１０¹⁹ｃｍ^-3）、Ｔｉ／Ａｕ電極
（ｐ側電極）７０１が順次積層され、また、素子裏面に
はＴｉ／Ａｕ電極（ｎ側電極）５１２が形成された構造
となっている。

【００５９】さらに、パッド電極下部には素子容量を低
減して高速動作を実現するためにポリイミド膜４１０が
埋め込まれている。さらにまた、第一位相変調器部４０
０上のコンタクト層７０２及びＴｉ／Ａｕ電極７０１の
一部が通常のエッチング技術によって除去されて分離領
域８０２が形成されており、電極間は接続電極５２２に
よって電気的に接続されている。

【００６０】この時、分離領域８０２によって分離され
た２つの位相変調器部の素子容量はそれぞれ０．５ｐＦ
であり、かつ接続電極のインダクタンスは０．６ｎＨに
なるように設定されている。

【００６１】第一位相変調器部４００には本発明の第１
の実施例による光変調器と同様な方法で高周波信号電圧
が印加される。一方、第二位相変調器部６１０上にはコ
ンタクト層７０２及びＴｉ／Ａｕ電極７０１が一様に形
成されており、直流電圧が印加され、位相調整端子とし
て用いられる。

【００６２】本実施例では本発明の第１の実施例による
光変調器と同様の原理によって、従来の単一電極構造の
場合よりも高速で、高消光比動作可能なマッハツェンダ
変調器を実現することができる。

【００６３】図１２は本発明の第４の実施例による光通
信モジュールの構成を示す図である。図１２において、
本発明の第４の実施例による光通信モジュールは本発明
の第１の実施例による光変調器を内蔵している。

【００６４】すなわち、本発明の第４の実施例による光
通信モジュールはサブマウント１７上に本発明の第１の
実施例による光変調器１９と、その光軸上に非球面レン
ズ１２を介して光ファイバ１３を固定した光通信用変調
器モジュール１８とからなっている。この光通信モジュ
ールを用いれば、高消光比で高速の光変調信号を容易に
作り出すことができる。

【００６５】図１３は本発明の第５の実施例による光通
信システムの構成を示す図である。図１３において、本
発明の第５の実施例による光通信システムは上記の光通
信用変調器モジュール１８を用いた幹線系光通信システ
ムを示している。

【００６６】送信装置２０は光通信用変調器モジュール
１８に光を入力するための光源２１と、この光通信用変
調器モジュール１８及び光源２１を駆動するための駆動
系２２とを備えている。

【００６７】光源２１からの光は光通信用変調器モジュ
ール１８で光信号に変換され、光ファイバ２３を通って
受信装置２４内の受光部２５で検出される。本実施例に
よる光通信システムによれば受信感度に優れた高速の光
伝送を容易に実現することができる。これは本実施例に
よる光通信システムに使用されている光変調器が高速で
動作し、かつ高消光比を得ることができることに基づい
ている。

【００６８】以上述べたように、本発明による光変調器
は高消光比で高速動作させることができる。また、本発
明による光変調器を用いることで高速光伝送に適した光
通信モジュール及びそれを用いた光通信システムを構築
することができる。

【００６９】尚、請求項の記載に関連して本発明はさら
に次の態様をとりうる。

【００７０】（１）半導体基板上に少なくとも半導体バ
ッファ層と半導体吸収層と半導体クラッド層とコンタク
ト層とが順次積層された層構造を有し、前記半導体吸収
層の一端から入射された光波の吸収を当該半導体吸収層
に印加した電界強度を変えるとともに、前記電界強度を
変化させるための電極及び前記コンタクト層を前記光波
の導波方向に不連続に形成するようにした導波型かつ電
界吸収型の光変調器の入射光導波路部に外部からの入力
光を光学的に結合させるための集光手段と、前記光変調
器の出力光導波路からの出力光を外部に設けた光ファイ
バに光学的に結合させるための集光手段とを有すること
を特徴とする光通信用モジュール。

【００７１】（２）半導体基板上に少なくとも半導体バ
ッファ層と半導体導波路コア層と半導体クラッド層とコ
ンタクト層とが順次積層された層構造を有し、前記半導
体導波路コア層の一端から入射された光波に対する屈折
率を当該半導体導波路コア層に印加した電界強度を変え
ることで変化させるとともに、前記電界強度を変化させ
るための電極及び前記コンタクト層を前記光波の導波方
向に不連続に形成するようにした導波型の光変調器の入
射光導波路部に外部からの入力光を光学的に結合させる
ための集光手段と、前記光変調器の出力光導波路からの
出力光を外部に設けた光ファイバに光学的に結合させる
ための集光手段とを有することを特徴とする光通信用モ
ジュール。

【００７２】（３）半導体基板上に少なくとも半導体バ
ッファ層と半導体吸収層と半導体クラッド層とコンタク
ト層とが順次積層された層構造を有し、前記半導体吸収
層の一端から入射された光波の吸収を当該半導体吸収層
に印加した電界強度を変えることで変化させるととも
に、電界強度を変化させるための電極及び前記コンタク
ト層の幅を部分的に狭めるようにした導波型かつ電界吸
収型の光変調器の入射光導波路部に外部からの入力光を
光学的に結合させるための集光手段と、前記光変調器の
出力光導波路からの出力光を外部に設けた光ファイバに
光学的に結合させるための集光手段とを有することを特
徴とする光通信用モジュール。

【００７３】（４）半導体基板上に少なくとも半導体バ
ッファ層と半導体吸収層と半導体クラッド層とコンタク
ト層とが順次積層された層構造を有し、前記半導体吸収
層の一端から入射された光波の吸収を当該半導体吸収層
に印加した電界強度を変えることで変化させるととも
に、前記電界強度を変化させるための電極及び前記コン
タクト層を前記光波の導波方向に途切れさせて形成し、
当該電極間を導電体で電気的に接続するとともに、当該
電極のキャパシタンスと当該導電体のインダクタンスと
を適切に設定することで当該電極全体によって形成され
る素子容量値Ｃとインピーダンス整合用抵抗値Ｒとから
見積もられる集中定数型の遮断周波数ｆｃ（ｆｃ＝１／
πＲＣ）よりも大きな遮断周波数を得るようにした導波
型かつ電界吸収型の光変調器の入射光導波路部に外部か
らの入力光を光学的に結合させるための集光手段と、前
記光変調器の出力光導波路からの出力光を外部に設けた
光ファイバに光学的に結合させるための集光手段とを有
することを特徴とする光通信用モジュール。

【００７４】（５）半導体基板上に少なくとも半導体バ
ッファ層と半導体導波路コア層と半導体クラッド層とコ
ンタクト層とが順次積層された層構造を有し、前記半導
体導波路コア層の一端から入射された光波に対する屈折
率を当該半導体導波路コア層に印加した電界強度を変え
ることで変化させるとともに、前記電界強度を変化させ
るための電極及び前記コンタクト層の幅を部分的に狭め
るようにした導波型の光変調器の入射光導波路部に外部
からの入力光を光学的に結合させるための集光手段と、
前記光変調器の出力光導波路からの出力光を外部に設け
た光ファイバに光学的に結合させるための集光手段とを
有することを特徴とする光通信用モジュール。

【００７５】（６）半導体基板上に少なくとも半導体バ
ッファ層と半導体導波路コア層と半導体クラッド層とコ
ンタクト層とが順次積層された層構造を有し、前記半導
体導波路コア層の一端から入射された光波に対する屈折
率を当該半導体導波路コア層に印加した電界強度を変え
るとともに、前記電界強度を変化させるための電極及び
前記コンタクト層を前記光波の導波方向に途切れて形成
し、当該電極間を導電体で電気的に接続するとともに、
当該電極のキャパシタンスと当該導電体のインダクタン
スとを適切に設定することで当該電極全体によって形成
される素子容量値Ｃとインピーダンス整合用抵抗値Ｒと
から見積もられる集中定数型の遮断周波数ｆｃ（ｆｃ＝
１／πＲＣ）よりも大きな遮断周波数を得るようにした
導波型の光変調器の入射光導波路部に外部からの入力光
を光学的に結合させるための集光手段と、前記光変調器
の出力光導波路からの出力光を外部に設けた光ファイバ
に光学的に結合させるための集光手段とを有することを
特徴とする光通信用モジュール。

【００７６】（７）基板上に、入射光を導波する入射光
導波路と、導波光を２本の導波路へ分配する分岐部と、
前記分岐部で分岐された前記２本の導波路のそれぞれに
設けられた半導体光位相変調器部と、前記２本の導波路
の出力光を合波する合波部と、前記合波部からの合波光
を導波する出力光導波路とを形成してなり、前記半導体
光位相変調器の少なくとも一方が、半導体基板上に少な
くとも半導体バッファ層と半導体導波路コア層と半導体
クラッド層とコンタクト層とが順次積層された層構造を
有し、前記半導体導波路コア層の一端から入射された光
波に対する屈折率を当該半導体導波路コア層に印加した
電界強度を変えることで変化させるとともに、前記電界
強度を変化させるための電極及び前記コンタクト層を前
記光波の導波方向に不連続に形成するようにしたことを
特徴とするマッハツェンダ型の光変調器の入射光導波路
部に外部からの入力光を光学的に結合させるための集光
手段と、前記光変調器の出力光導波路からの出力光を外
部に設けた光ファイバに光学的に結合させるための集光
手段とを有することを特徴とする光通信用モジュール。

【００７７】（８）基板上に、入射光を導波する入射光
導波路と、導波光を２本の導波路へ分配する分岐部と、
前記分岐部で分岐された前記２本の導波路のそれぞれに
設けられた半導体光位相変調器部と、前記２本の導波路
の出力光を合波する合波部と、前記合波部からの合波光
を導波する出力光導波路とを形成してなり、前記半導体
光位相変調器の少なくとも一方が、半導体基板上に少な
くとも半導体バッファ層と半導体導波路コア層と半導体
クラッド層とコンタクト層とが順次積層された層構造を
有し、前記半導体導波路コア層の一端から入射された光
波に対する屈折率を当該半導体導波路コア層に印加した
電界強度を変えることで変化させるとともに、前記電界
強度を変化させるための電極及び前記コンタクト層の幅
を部分的に狭めるようにしたマッハツェンダ型の光変調
器の入射光導波路部に外部からの入力光を光学的に結合
させるための集光手段と、前記光変調器の出力光導波路
からの出力光を外部に設けた光ファイバに光学的に結合
させるための集光手段とを有することを特徴とする光通
信用モジュール。

【００７８】（９）基板上に、入射光を導波する入射光
導波路と、導波光を２本の導波路へ分配する分岐部と、
前記分岐部で分岐された前記２本の導波路のそれぞれに
設けられた半導体光位相変調器部と、前記２本の導波路
の出力光を合波する合波部と、前記合波部からの合波光
を導波する出力光導波路とを形成してなり、前記半導体
光位相変調器の少なくとも一方が、半導体基板上に少な
くとも半導体バッファ層と半導体導波路コア層と半導体
クラッド層とコンタクト層とが順次積層された層構造を
有し、前記半導体導波路コア層の一端から入射された光
波に対する屈折率を当該半導体導波路コア層に印加した
電界強度を変えることで変化させるとともに、前記電界
強度を変化させるための電極及び前記コンタクト層を前
記光波の導波方向に途切れて形成し、当該電極間を導電
体で電気的に接続するとともに、当該電極のキャパシタ
ンスと当該導電体のインダクタンスとを適切に設定する
ことで当該電極全体によって形成される素子容量値Ｃと
インピーダンス整合用抵抗値Ｒとから見積もられる集中
定数型の遮断周波数ｆｃ（ｆｃ＝１／πＲＣ）よりも大
きな遮断周波数を得るようにしたマッハツェンダ型の光
変調器の入射光導波路部に外部からの入力光を光学的に
結合させるための集光手段と、前記光変調器の出力光導
波路からの出力光を外部に設けた光ファイバに光学的に
結合させるための集光手段とを有することを特徴とする
光通信用モジュール。

【００７９】（１０）半導体基板上に少なくとも半導体
バッファ層と半導体吸収層と半導体クラッド層とコンタ
クト層とが順次積層された層構造を有し、前記半導体吸
収層の一端から入射された光波の吸収を当該半導体吸収
層に印加した電界強度を変えることで変化させるととも
に、前記電界強度を変化させるための電極及び前記コン
タクト層を前記光波の導波方向に不連続に形成するよう
にした導波型かつ電界吸収型の光変調器と、前記光変調
器に光を入射させるための発光素子とを同一基板上に含
む光通信用光源の出力光導波路からの出力光を外部に設
けた光ファイバに光学的に結合させるための集光手段を
有することを特徴とする光通信用モジュール。

【００８０】（１１）半導体基板上に少なくとも半導体
バッファ層と半導体導波路コア層と半導体クラッド層と
コンタクト層とが順次積層された層構造を有し、前記半
導体導波路コア層の一端から入射された光波に対する屈
折率を当該半導体導波路コア層に印加した電界強度を変
えることで変化させるとともに、前記電界強度を変化さ
せるための電極及び前記コンタクト層を前記光波の導波
方向に不連続に形成するようにした導波型の光変調器
と、前記光変調器に光を入射させるための発光素子とを
同一基板上に含む光通信用光源の出力光導波路からの出
力光を外部に設けた光ファイバに光学的に結合させるた
めの集光手段を有することを特徴とする光通信用モジュ
ール。

【００８１】（１２）半導体基板上に少なくとも半導体
バッファ層と半導体吸収層と半導体クラッド層とコンタ
クト層とが順次積層された層構造を有し、前記半導体吸
収層の一端から入射された光波の吸収を当該半導体吸収
層に印加した電界強度を変えることで変化させるととも
に、電界強度を変化させるための電極及び前記コンタク
ト層の幅を部分的に狭めるようにした導波型かつ電界吸
収型の光変調器と、前記光変調器に光を入射させるため
の発光素子とを同一基板上に含む光通信用光源の出力光
導波路からの出力光を外部に設けた光ファイバに光学的
に結合させるための集光手段を有することを特徴とする
光通信用モジュール。

【００８２】（１３）半導体基板上に少なくとも半導体
バッファ層と半導体吸収層と半導体クラッド層とコンタ
クト層とが順次積層された層構造を有し、前記半導体吸
収層の一端から入射された光波の吸収を当該半導体吸収
層に印加した電界強度を変えることで変化させるととも
に、前記電界強度を変化させるための電極及び前記コン
タクト層を前記光波の導波方向に途切れさせて形成し、
当該電極間を導電体で電気的に接続するとともに、当該
電極のキャパシタンスと当該導電体のインダクタンスと
を適切に設定することで当該電極全体によって形成され
る素子容量値Ｃとインピーダンス整合用抵抗値Ｒとから
見積もられる集中定数型の遮断周波数ｆｃ（ｆｃ＝１／
πＲＣ）よりも大きな遮断周波数を得るようにした導波
型かつ電界吸収型の光変調器と、前記光変調器に光を入
射させるための発光素子とを同一基板上に含む光通信用
光源の出力光導波路からの出力光を外部に設けた光ファ
イバに光学的に結合させるための集光手段を有すること
を特徴とする光通信用モジュール。

【００８３】（１４）半導体基板上に少なくとも半導体
バッファ層と半導体導波路コア層と半導体クラッド層と
コンタクト層とが順次積層された層構造を有し、前記半
導体導波路コア層の一端から入射された光波に対する屈
折率を当該半導体導波路コア層に印加した電界強度を変
えることで変化させるとともに、前記電界強度を変化さ
せるための電極及び前記コンタクト層の幅を部分的に狭
めるようにした導波型の光変調器と、前記光変調器に光
を入射させるための発光素子とを同一基板上に含む光通
信用光源の出力光導波路からの出力光を外部に設けた光
ファイバに光学的に結合させるための集光手段を有する
ことを特徴とする光通信用モジュール。

【００８４】（１５）半導体基板上に少なくとも半導体
バッファ層と半導体導波路コア層と半導体クラッド層と
コンタクト層とが順次積層された層構造を有し、前記半
導体導波路コア層の一端から入射された光波に対する屈
折率を当該半導体導波路コア層に印加した電界強度を変
えることで変化させるとともに、前記電界強度を変化さ
せるための電極及び前記コンタクト層を前記光波の導波
方向に途切れて形成し、当該電極間を導電体で電気的に
接続するとともに、当該電極のキャパシタンスと当該導
電体のインダクタンスとを適切に設定することで当該電
極全体によって形成される素子容量値Ｃとインピーダン
ス整合用抵抗値Ｒとから見積もられる集中定数型の遮断
周波数ｆｃ（ｆｃ＝１／πＲＣ）よりも大きな遮断周波
数を得るようにした導波型の光変調器と、前記光変調器
に光を入射させるための発光素子とを同一基板上に含む
光通信用光源の出力光導波路からの出力光を外部に設け
た光ファイバに光学的に結合させるための集光手段を有
することを特徴とする光通信用モジュール。

【００８５】（１６）基板上に、入射光を導波する入射
光導波路と、導波光を２本の導波路へ分配する分岐部
と、前記分岐部で分岐された前記２本の導波路のそれぞ
れに設けられた半導体光位相変調器部と、前記２本の導
波路の出力光を合波する合波部と、前記合波部からの合
波光を導波する出力光導波路とを形成してなり、前記半
導体光位相変調器の少なくとも一方が、半導体基板上に
少なくとも半導体バッファ層と半導体導波路コア層と半
導体クラッド層とコンタクト層とが順次積層された層構
造を有し、前記半導体導波路コア層の一端から入射され
た光波に対する屈折率を当該半導体導波路コア層に印加
した電界強度を変えることで変化させるとともに、前記
電界強度を変化させるための電極及び前記コンタクト層
を前記光波の導波方向に不連続に形成するようにしたマ
ッハツェンダ型の光変調器と、前記光変調器に光を入射
させるための発光素子とを同一基板上に含む光通信用光
源の出力光導波路からの出力光を外部に設けた光ファイ
バに光学的に結合させるための集光手段を有することを
特徴とする光通信用モジュール。

【００８６】（１７）基板上に、入射光を導波する入射
光導波路と、導波光を２本の導波路へ分配する分岐部
と、前記分岐部で分岐された前記２本の導波路のそれぞ
れに設けられた半導体光位相変調器部と、前記２本の導
波路の出力光を合波する合波部と、前記合波部からの合
波光を導波する出力光導波路とを形成してなり、前記半
導体光位相変調器の少なくとも一方が、半導体基板上に
少なくとも半導体バッファ層と半導体導波路コア層と半
導体クラッド層とコンタクト層とが順次積層された層構
造を有し、前記半導体導波路コア層の一端から入射され
た光波に対する屈折率を当該半導体導波路コア層に印加
した電界強度を変えることで変化させるとともに、前記
電界強度を変化させるための電極及び前記コンタクト層
の幅を部分的に狭めるようにしたマッハツェンダ型の光
変調器と、前記光変調器に光を入射させるための発光素
子とを同一基板上に含む光通信用光源の出力光導波路か
らの出力光を外部に設けた光ファイバに光学的に結合さ
せるための集光手段を有することを特徴とする光通信用
モジュール。

【００８７】（１８）基板上に、入射光を導波する入射
光導波路と、導波光を２本の導波路へ分配する分岐部
と、前記分岐部で分岐された前記２本の導波路のそれぞ
れに設けられた半導体光位相変調器部と、前記２本の導
波路の出力光を合波する合波部と、前記合波部からの合
波光を導波する出力光導波路とを形成してなり、前記半
導体光位相変調器の少なくとも一方が、半導体基板上に
少なくとも半導体バッファ層と半導体導波路コア層と半
導体クラッド層とコンタクト層とが順次積層された層構
造を有し、前記半導体導波路コア層の一端から入射され
た光波に対する屈折率を当該半導体導波路コア層に印加
した電界強度を変えることで変化させるとともに、前記
電界強度を変化させるための電極及び前記コンタクト層
を前記光波の導波方向に途切れて形成し、当該電極間を
導電体で電気的に接続するとともに、当該電極のキャパ
シタンスと当該導電体のインダクタンスとを適切に設定
することで当該電極全体によって形成される素子容量値
Ｃとインピーダンス整合用抵抗値Ｒとから見積もられる
集中定数型の遮断周波数ｆｃ（ｆｃ＝１／πＲＣ）より
も大きな遮断周波数を得るようにしたマッハツェンダ型
の光変調器と、前記光変調器に光を入射させるための発
光素子とを同一基板上に含む光通信用光源の出力光導波
路からの出力光を外部に設けた光ファイバに光学的に結
合させるための集光手段を有することを特徴とする光通
信用モジュール。

【００８８】（１９）半導体基板上に少なくとも半導体
バッファ層と半導体吸収層と半導体クラッド層とコンタ
クト層とが順次積層された層構造を有し、前記半導体吸
収層の一端から入射された光波の吸収を当該半導体吸収
層に印加した電界強度を変えるとともに、前記電界強度
を変化させるための電極及び前記コンタクト層を前記光
波の導波方向に不連続に形成するようにした導波型かつ
電界吸収型の光変調器と、前記光変調器に光を入射させ
るための発光素子と前記光変調器とを同一基板上に含む
光通信用光源とのうち一方を搭載した光通信用モジュー
ルを備えた送信手段と、前記送信手段からの出力光を外
部に導波するための導波手段と、前記導波手段からの出
力光を受信するための受信手段とを有することを特徴と
する光通信システム。

【００８９】（２０）半導体基板上に少なくとも半導体
バッファ層と半導体導波路コア層と半導体クラッド層と
コンタクト層とが順次積層された層構造を有し、前記半
導体導波路コア層の一端から入射された光波に対する屈
折率を当該半導体導波路コア層に印加した電界強度を変
えることで変化させるとともに、前記電界強度を変化さ
せるための電極及び前記コンタクト層を前記光波の導波
方向に不連続に形成するようにした導波型の光変調器
と、前記光変調器に光を入射させるための発光素子と前
記光変調器とを同一基板上に含む光通信用光源とのうち
一方を搭載した光通信用モジュールを備えた送信手段
と、前記送信手段からの出力光を外部に導波するための
導波手段と、前記導波手段からの出力光を受信するため
の受信手段とを有することを特徴とする光通信システ
ム。

【００９０】（２１）半導体基板上に少なくとも半導体
バッファ層と半導体吸収層と半導体クラッド層とコンタ
クト層とが順次積層された層構造を有し、前記半導体吸
収層の一端から入射された光波の吸収を当該半導体吸収
層に印加した電界強度を変えることで変化させるととも
に、電界強度を変化させるための電極及び前記コンタク
ト層の幅を部分的に狭めるようにした導波型かつ電界吸
収型の光変調器と、前記光変調器に光を入射させるため
の発光素子と前記光変調器とを同一基板上に含む光通信
用光源とのうち一方を搭載した光通信用モジュールを備
えた送信手段と、前記送信手段からの出力光を外部に導
波するための導波手段と、前記導波手段からの出力光を
受信するための受信手段とを有することを特徴とする光
通信システム。

【００９１】（２２）半導体基板上に少なくとも半導体
バッファ層と半導体吸収層と半導体クラッド層とコンタ
クト層とが順次積層された層構造を有し、前記半導体吸
収層の一端から入射された光波の吸収を当該半導体吸収
層に印加した電界強度を変えることで変化させるととも
に、前記電界強度を変化させるための電極及び前記コン
タクト層を前記光波の導波方向に途切れさせて形成し、
当該電極間を導電体で電気的に接続するとともに、当該
電極のキャパシタンスと当該導電体のインダクタンスと
を適切に設定することで当該電極全体によって形成され
る素子容量値Ｃとインピーダンス整合用抵抗値Ｒとから
見積もられる集中定数型の遮断周波数ｆｃ（ｆｃ＝１／
πＲＣ）よりも大きな遮断周波数を得るようにした導波
型かつ電界吸収型の光変調器と、前記光変調器に光を入
射させるための発光素子と前記光変調器とを同一基板上
に含む光通信用光源とのうち一方を搭載した光通信用モ
ジュールを備えた送信手段と、前記送信手段からの出力
光を外部に導波するための導波手段と、前記導波手段か
らの出力光を受信するための受信手段とを有することを
特徴とする光通信システム。

【００９２】（２３）半導体基板上に少なくとも半導体
バッファ層と半導体導波路コア層と半導体クラッド層と
コンタクト層とが順次積層された層構造を有し、前記半
導体導波路コア層の一端から入射された光波に対する屈
折率を当該半導体導波路コア層に印加した電界強度を変
えることで変化させるとともに、前記電界強度を変化さ
せるための電極及び前記コンタクト層の幅を部分的に狭
めるようにした導波型の光変調器と、前記光変調器に光
を入射させるための発光素子と前記光変調器とを同一基
板上に含む光通信用光源とのうち一方を搭載した光通信
用モジュールを備えた送信手段と、前記送信手段からの
出力光を外部に導波するための導波手段と、前記導波手
段からの出力光を受信するための受信手段とを有するこ
とを特徴とする光通信システム。

【００９３】（２４）半導体基板上に少なくとも半導体
バッファ層と半導体導波路コア層と半導体クラッド層と
コンタクト層とが順次積層された層構造を有し、前記半
導体導波路コア層の一端から入射された光波に対する屈
折率を当該半導体導波路コア層に印加した電界強度を変
えることで変化させるとともに、前記電界強度を変化さ
せるための電極及び前記コンタクト層を前記光波の導波
方向に途切れて形成し、当該電極間を導電体で電気的に
接続するとともに、当該電極のキャパシタンスと当該導
電体のインダクタンスとを適切に設定することで当該電
極全体によって形成される素子容量値Ｃとインピーダン
ス整合用抵抗値Ｒとから見積もられる集中定数型の遮断
周波数ｆｃ（ｆｃ＝１／πＲＣ）よりも大きな遮断周波
数を得るようにした導波型の光変調器と、前記光変調器
に光を入射させるための発光素子と前記光変調器とを同
一基板上に含む光通信用光源とのうち一方を搭載した光
通信用モジュールを備えた送信手段と、前記送信手段か
らの出力光を外部に導波するための導波手段と、前記導
波手段からの出力光を受信するための受信手段とを有す
ることを特徴とする光通信システム。

【００９４】（２５）基板上に、入射光を導波する入射
光導波路と、導波光を２本の導波路へ分配する分岐部
と、前記分岐部で分岐された前記２本の導波路のそれぞ
れに設けられた半導体光位相変調器部と、前記２本の導
波路の出力光を合波する合波部と、前記合波部からの合
波光を導波する出力光導波路とを形成してなり、前記半
導体光位相変調器の少なくとも一方が、半導体基板上に
少なくとも半導体バッファ層と半導体導波路コア層と半
導体クラッド層とコンタクト層とが順次積層された層構
造を有し、前記半導体導波路コア層の一端から入射され
た光波に対する屈折率を当該半導体導波路コア層に印加
した電界強度を変えることで変化させるとともに、前記
電界強度を変化させるための電極及び前記コンタクト層
を前記光波の導波方向に不連続に形成するようにしたマ
ッハツェンダ型の光変調器と、前記光変調器に光を入射
させるための発光素子と前記光変調器とを同一基板上に
含む光通信用光源とのうち一方を搭載した光通信用モジ
ュールを備えた送信手段と、前記送信手段からの出力光
を外部に導波するための導波手段と、前記導波手段から
の出力光を受信するための受信手段とを有することを特
徴とする光通信システム。

【００９５】（２６）基板上に、入射光を導波する入射
光導波路と、導波光を２本の導波路へ分配する分岐部
と、前記分岐部で分岐された前記２本の導波路のそれぞ
れに設けられた半導体光位相変調器部と、前記２本の導
波路の出力光を合波する合波部と、前記合波部からの合
波光を導波する出力光導波路とを形成してなり、前記半
導体光位相変調器の少なくとも一方が、半導体基板上に
少なくとも半導体バッファ層と半導体導波路コア層と半
導体クラッド層とコンタクト層とが順次積層された層構
造を有し、前記半導体導波路コア層の一端から入射され
た光波に対する屈折率を当該半導体導波路コア層に印加
した電界強度を変えることで変化させるとともに、前記
電界強度を変化させるための電極及び前記コンタクト層
の幅を部分的に狭めるようにしたマッハツェンダ型の光
変調器と、前記光変調器に光を入射させるための発光素
子と前記光変調器とを同一基板上に含む光通信用光源と
のうち一方を搭載した光通信用モジュールを備えた送信
手段と、前記送信手段からの出力光を外部に導波するた
めの導波手段と、前記導波手段からの出力光を受信する
ための受信手段とを有することを特徴とする光通信シス
テム。

【００９６】（２７）基板上に、入射光を導波する入射
光導波路と、導波光を２本の導波路へ分配する分岐部
と、前記分岐部で分岐された前記２本の導波路のそれぞ
れに設けられた半導体光位相変調器部と、前記２本の導
波路の出力光を合波する合波部と、前記合波部からの合
波光を導波する出力光導波路とを形成してなり、前記半
導体光位相変調器の少なくとも一方が、半導体基板上に
少なくとも半導体バッファ層と半導体導波路コア層と半
導体クラッド層とコンタクト層とが順次積層された層構
造を有し、前記半導体導波路コア層の一端から入射され
た光波に対する屈折率を当該半導体導波路コア層に印加
した電界強度を変えることで変化させるとともに、前記
電界強度を変化させるための電極及び前記コンタクト層
を前記光波の導波方向に途切れて形成し、当該電極間を
導電体で電気的に接続するとともに、当該電極のキャパ
シタンスと当該導電体のインダクタンスとを適切に設定
することで当該電極全体によって形成される素子容量値
Ｃとインピーダンス整合用抵抗値Ｒとから見積もられる
集中定数型の遮断周波数ｆｃ（ｆｃ＝１／πＲＣ）より
も大きな遮断周波数を得るようにしたマッハツェンダ型
の光変調器と、前記光変調器に光を入射させるための発
光素子と前記光変調器とを同一基板上に含む光通信用光
源とのうち一方を搭載した光通信用モジュールを備えた
送信手段と、前記送信手段からの出力光を外部に導波す
るための導波手段と、前記導波手段からの出力光を受信
するための受信手段とを有することを特徴とする光通信
システム。

【００９７】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、半
導体基板上に少なくとも半導体バッファ層と半導体吸収
層と半導体クラッド層とコンタクト層とが順次積層され
た層構造を有し、半導体吸収層の一端から入射された光
波の吸収を当該半導体吸収層に印加した電界強度を変え
ることで変化させる導波型かつ電界吸収型の光変調器に
おいて、電界強度を変化させるための電極及びコンタク
ト層を光波の導波方向に不連続に形成することによっ
て、消光比劣化や動作電圧の増加を抑制しつつ、高速動
作を可能とすることができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例による光変調器の斜視図
である。

【図２】図１に示す光変調器の等価回路モデルを示す図
である。

【図３】図２に示す等価回路モデルの透過周波数特性の
シミュレーション結果を示す図である。

【図４】図２に示す等価回路モデルの反射周波数特性の
シミュレーション結果を示す図である。

【図５】従来の単一電極電界吸収型変調器の等価回路モ
デルを示す図である。

【図６】図５に示す等価回路モデルの透過周波数特性の
シミュレーション結果を示す図である。

【図７】図５に示す等価回路モデルの反射周波数特性の
シミュレーション結果を示す図である。

【図８】本発明の第２の実施例による光通信用光源の斜
視図である。

【図９】図８におけるＢ−Ｂ’面での断面構造を示す図
である。

【図１０】本発明の第３の実施例による光変調器の斜視
図である。

【図１１】図１０におけるＡ―Ａ’面での断面構造を示
す図である。

【図１２】本発明の第４の実施例による光通信モジュー
ルの構成を示す図である。

【図１３】本発明の第５の実施例による光通信システム
の構成を示す図である。

【符号の説明】

１２ 非球面レンズ １３，２３ 光ファイバ １７ サブマウント １８ 光通信用モジュール １９ 光変調器 ２０ 送信装置 ２１ 光源 ２２ 駆動回路 ２４ 受信装置 ２５ 受光器 ８１ 外部信号源出力ポート ８２ インダクタンス０．４ｎＨのボンディングワイヤ ８３ インダクタンス０．６ｎＨの接続電極 ８４ インダクタンス０．４ｎＨのボンディングワイヤ ８６ 電圧プローブ ８７ 外部信号源入力ポート ８８ キャパシタンス０．５ｐＦのコンデンサ ８９ キャパシタンス０．５ｐＦのコンデンサ ９０ ５０Ωのインピーダンス整合用素子抵抗 ９１ キャパシタンス１ｐＦのコンデンサ １００ ｎ―ＩｎＰ基板 １１０ ｎ−ＩｎＰバッファ層 １１３ グレーティング領域 １２０，３１３ ｎ−ＩｎＰクラッド層 １３０ ＭＱＷ光吸収層 １４０，３１５ ｐ−ＩｎＰクラッド層 １５０，３１６ ｐ−ＩｎＰ埋め込み層 ２００ 出力光導波路部 ３００ 合波部 ３１４ ＭＱＷ活性層 ３１８ ｐ−ＩｎＧａＡｓコンタクト層 ４００ 第一位相変調器部 ４１０ ポリイミド膜 ５００ 分岐部 ５１１，５３１， ５３２，７２３ 引き出しパッド電極 ５１２ ｎ側Ｔｉ／Ａｕ電極 ５２２ 接続電極 ６００ 入力光導波路 ６１０ 第二位相変調器部 ６３１，６３２， ７０１，７２２ ｐ側Ｔｉ／Ａｕ電極 ６２５ ＤＦＢレーザ部 ７０２ ｐ−ＩｎＧａＡｓコンタクト層 ７０３ 位相変調器部のｐ−ＩｎＰ埋め込み層 ７１０ 第二位相変調器部のｎ−ＩｎＰクラッド層 ７１１ 第二位相変調器部の多重量子井戸吸収層 ７１２ 第二位相変調器部のｐ−ＩｎＰクラッド層 ７２０ 第一位相変調器部のｎ−ＩｎＰクラッド層 ７２１ 第一位相変調器部の多重量子井戸吸収層 ７４２ 第一位相変調器部のｐ−ＩｎＰクラッド層 ８０１ 分離領域

Claims (22)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体基板上に少なくとも半導体バッフ
   ァ層と半導体吸収層と半導体クラッド層とコンタクト層
   とが順次積層された層構造を有し、前記半導体吸収層の
   一端から入射された光波の吸収を当該半導体吸収層に印
   加した電界強度を変えることで変化させる導波型かつ電
   界吸収型の光変調器であって、前記電界強度を変化させ
   るための電極及び前記コンタクト層を前記光波の導波方
   向に不連続に形成するようにしたことを特徴とする光変
   調器。
2. 【請求項２】 半導体基板上に少なくとも半導体バッフ
   ァ層と半導体導波路コア層と半導体クラッド層とコンタ
   クト層とが順次積層された層構造を有し、前記半導体導
   波路コア層の一端から入射された光波に対する屈折率を
   当該半導体導波路コア層に印加した電界強度を変えるこ
   とで変化させる導波型の光変調器であって、前記電界強
   度を変化させるための電極及び前記コンタクト層を前記
   光波の導波方向に不連続に形成するようにしたことを特
   徴とする光変調器。
3. 【請求項３】 半導体基板上に少なくとも半導体バッフ
   ァ層と半導体吸収層と半導体クラッド層とコンタクト層
   とが順次積層された層構造を有し、前記半導体吸収層の
   一端から入射された光波の吸収を当該半導体吸収層に印
   加した電界強度を変えることで変化させる導波型かつ電
   界吸収型の光変調器であって、電界強度を変化させるた
   めの電極及び前記コンタクト層の幅を部分的に狭めるよ
   うにしたことを特徴とする光変調器。
4. 【請求項４】 半導体基板上に少なくとも半導体バッフ
   ァ層と半導体吸収層と半導体クラッド層とコンタクト層
   とが順次積層された層構造を有し、前記半導体吸収層の
   一端から入射された光波の吸収を当該半導体吸収層に印
   加した電界強度を変えることで変化させる導波型かつ電
   界吸収型の光変調器であって、前記電界強度を変化させ
   るための電極及び前記コンタクト層を前記光波の導波方
   向に途切れさせて形成し、当該電極間を導電体で電気的
   に接続するとともに、当該電極のキャパシタンスと当該
   導電体のインダクタンスとを適切に設定することで当該
   電極全体によって形成される素子容量値Ｃとインピーダ
   ンス整合用抵抗値Ｒとから見積もられる集中定数型の遮
   断周波数ｆｃ（ｆｃ＝１／πＲＣ）よりも大きな遮断周
   波数を得るようにしたことを特徴とする光変調器。
5. 【請求項５】 半導体基板上に少なくとも半導体バッフ
   ァ層と半導体導波路コア層と半導体クラッド層とコンタ
   クト層とが順次積層された層構造を有し、前記半導体導
   波路コア層の一端から入射された光波に対する屈折率を
   当該半導体導波路コア層に印加した電界強度を変えるこ
   とで変化させる導波型の光変調器であって、前記電界強
   度を変化させるための電極及び前記コンタクト層の幅を
   部分的に狭めるようにしたことを特徴とする光変調器。
6. 【請求項６】 半導体基板上に少なくとも半導体バッフ
   ァ層と半導体導波路コア層と半導体クラッド層とコンタ
   クト層とが順次積層された層構造を有し、前記半導体導
   波路コア層の一端から入射された光波に対する屈折率を
   当該半導体導波路コア層に印加した電界強度を変えるこ
   とで変化させる導波型の光変調器であって、前記電界強
   度を変化させるための電極及び前記コンタクト層を前記
   光波の導波方向に途切れて形成し、当該電極間を導電体
   で電気的に接続するとともに、当該電極のキャパシタン
   スと当該導電体のインダクタンスとを適切に設定するこ
   とで当該電極全体によって形成される素子容量値Ｃとイ
   ンピーダンス整合用抵抗値Ｒとから見積もられる集中定
   数型の遮断周波数ｆｃ（ｆｃ＝１／πＲＣ）よりも大き
   な遮断周波数を得るようにしたことを特徴とする光変調
   器。
7. 【請求項７】 基板上に、入射光を導波する入射光導波
   路と、導波光を２本の導波路へ分配する分岐部と、前記
   分岐部で分岐された前記２本の導波路のそれぞれに設け
   られた半導体光位相変調器部と、前記２本の導波路の出
   力光を合波する合波部と、前記合波部からの合波光を導
   波する出力光導波路とを形成してなるマッハツェンダ型
   の光変調器であって、前記半導体光位相変調器の少なく
   とも一方が、半導体基板上に少なくとも半導体バッファ
   層と半導体導波路コア層と半導体クラッド層とコンタク
   ト層とが順次積層された層構造を有し、前記半導体導波
   路コア層の一端から入射された光波に対する屈折率を当
   該半導体導波路コア層に印加した電界強度を変えること
   で変化させるとともに、前記電界強度を変化させるため
   の電極及び前記コンタクト層を前記光波の導波方向に不
   連続に形成するようにしたことを特徴とする光変調器。
8. 【請求項８】 基板上に、入射光を導波する入射光導波
   路と、導波光を２本の導波路へ分配する分岐部と、前記
   分岐部で分岐された前記２本の導波路のそれぞれに設け
   られた半導体光位相変調器部と、前記２本の導波路の出
   力光を合波する合波部と、前記合波部からの合波光を導
   波する出力光導波路とを形成してなるマッハツェンダ型
   の光変調器であって、前記半導体光位相変調器の少なく
   とも一方が、半導体基板上に少なくとも半導体バッファ
   層と半導体導波路コア層と半導体クラッド層とコンタク
   ト層とが順次積層された層構造を有し、前記半導体導波
   路コア層の一端から入射された光波に対する屈折率を当
   該半導体導波路コア層に印加した電界強度を変えること
   で変化させるとともに、前記電界強度を変化させるため
   の電極及び前記コンタクト層の幅を部分的に狭めるよう
   にしたことを特徴とする光変調器。
9. 【請求項９】 基板上に、入射光を導波する入射光導波
   路と、導波光を２本の導波路へ分配する分岐部と、前記
   分岐部で分岐された前記２本の導波路のそれぞれに設け
   られた半導体光位相変調器部と、前記２本の導波路の出
   力光を合波する合波部と、前記合波部からの合波光を導
   波する出力光導波路とを形成してなるマッハツェンダ型
   の光変調器であって、前記半導体光位相変調器の少なく
   とも一方が、半導体基板上に少なくとも半導体バッファ
   層と半導体導波路コア層と半導体クラッド層とコンタク
   ト層とが順次積層された層構造を有し、前記半導体導波
   路コア層の一端から入射された光波に対する屈折率を当
   該半導体導波路コア層に印加した電界強度を変えること
   で変化させるとともに、前記電界強度を変化させるため
   の電極及び前記コンタクト層を前記光波の導波方向に途
   切れて形成し、当該電極間を導電体で電気的に接続する
   とともに、当該電極のキャパシタンスと当該導電体のイ
   ンダクタンスとを適切に設定することで当該電極全体に
   よって形成される素子容量値Ｃとインピーダンス整合用
   抵抗値Ｒとから見積もられる集中定数型の遮断周波数ｆ
   ｃ（ｆｃ＝１／πＲＣ）よりも大きな遮断周波数を得る
   ようにしたことを特徴とする光変調器。
10. 【請求項１０】 半導体基板上に少なくとも半導体バッ
    ファ層と半導体吸収層と半導体クラッド層とコンタクト
    層とが順次積層された層構造を有し、前記半導体吸収層
    の一端から入射された光波の吸収を当該半導体吸収層に
    印加した電界強度を変えることで変化させるとともに、
    前記電界強度を変化させるための電極及び前記コンタク
    ト層を前記光波の導波方向に不連続に形成するようにし
    た導波型かつ電界吸収型の光変調器と、前記光変調器に
    光を入射させるための発光素子とを同一基板上に有する
    ことを特徴とする光通信用光源。
11. 【請求項１１】 半導体基板上に少なくとも半導体バッ
    ファ層と半導体導波路コア層と半導体クラッド層とコン
    タクト層とが順次積層された層構造を有し、前記半導体
    導波路コア層の一端から入射された光波に対する屈折率
    を当該半導体導波路コア層に印加した電界強度を変える
    ことで変化させるとともに、前記電界強度を変化させる
    ための電極及び前記コンタクト層を前記光波の導波方向
    に不連続に形成するようにした導波型の光変調器と、前
    記光変調器に光を入射させるための発光素子とを同一基
    板上に有することを特徴とする光通信用光源。
12. 【請求項１２】 半導体基板上に少なくとも半導体バッ
    ファ層と半導体吸収層と半導体クラッド層とコンタクト
    層とが順次積層された層構造を有し、前記半導体吸収層
    の一端から入射された光波の吸収を当該半導体吸収層に
    印加した電界強度を変えることで変化させるとともに、
    電界強度を変化させるための電極及び前記コンタクト層
    の幅を部分的に狭めるようにした導波型かつ電界吸収型
    の光変調器と、前記光変調器に光を入射させるための発
    光素子とを同一基板上に有することを特徴とする光通信
    用光源。
13. 【請求項１３】 半導体基板上に少なくとも半導体バッ
    ファ層と半導体吸収層と半導体クラッド層とコンタクト
    層とが順次積層された層構造を有し、前記半導体吸収層
    の一端から入射された光波の吸収を当該半導体吸収層に
    印加した電界強度を変えることで変化させるとともに、
    前記電界強度を変化させるための電極及び前記コンタク
    ト層を前記光波の導波方向に途切れさせて形成し、当該
    電極間を導電体で電気的に接続するとともに、当該電極
    のキャパシタンスと当該導電体のインダクタンスとを適
    切に設定することで当該電極全体によって形成される素
    子容量値Ｃとインピーダンス整合用抵抗値Ｒとから見積
    もられる集中定数型の遮断周波数ｆｃ（ｆｃ＝１／πＲ
    Ｃ）よりも大きな遮断周波数を得るようにした導波型か
    つ電界吸収型の光変調器と、前記光変調器に光を入射さ
    せるための発光素子とを同一基板上に有することを特徴
    とする光通信用光源。
14. 【請求項１４】 半導体基板上に少なくとも半導体バッ
    ファ層と半導体導波路コア層と半導体クラッド層とコン
    タクト層とが順次積層された層構造を有し、前記半導体
    導波路コア層の一端から入射された光波に対する屈折率
    を当該半導体導波路コア層に印加した電界強度を変える
    ことで変化させるとともに、前記電界強度を変化させる
    ための電極及び前記コンタクト層の幅を部分的に狭める
    ようにした導波型の光変調器と、前記光変調器に光を入
    射させるための発光素子とを同一基板上に有することを
    特徴とする光通信用光源。
15. 【請求項１５】 半導体基板上に少なくとも半導体バッ
    ファ層と半導体導波路コア層と半導体クラッド層とコン
    タクト層とが順次積層された層構造を有し、前記半導体
    導波路コア層の一端から入射された光波に対する屈折率
    を当該半導体導波路コア層に印加した電界強度を変える
    ことで変化させるとともに、前記電界強度を変化させる
    ための電極及び前記コンタクト層を前記光波の導波方向
    に途切れて形成し、当該電極間を導電体で電気的に接続
    するとともに、当該電極のキャパシタンスと当該導電体
    のインダクタンスとを適切に設定することで当該電極全
    体によって形成される素子容量値Ｃとインピーダンス整
    合用抵抗値Ｒとから見積もられる集中定数型の遮断周波
    数ｆｃ（ｆｃ＝１／πＲＣ）よりも大きな遮断周波数を
    得るようにした導波型の光変調器と、前記光変調器に光
    を入射させるための発光素子とを同一基板上に有するこ
    とを特徴とする光通信用光源。
16. 【請求項１６】 基板上に、入射光を導波する入射光導
    波路と、導波光を２本の導波路へ分配する分岐部と、前
    記分岐部で分岐された前記２本の導波路のそれぞれに設
    けられた半導体光位相変調器部と、前記２本の導波路の
    出力光を合波する合波部と、前記合波部からの合波光を
    導波する出力光導波路とを形成してなり、前記半導体光
    位相変調器の少なくとも一方が、半導体基板上に少なく
    とも半導体バッファ層と半導体導波路コア層と半導体ク
    ラッド層とコンタクト層とが順次積層された層構造を有
    し、前記半導体導波路コア層の一端から入射された光波
    に対する屈折率を当該半導体導波路コア層に印加した電
    界強度を変えることで変化させるとともに、前記電界強
    度を変化させるための電極及び前記コンタクト層を前記
    光波の導波方向に不連続に形成するようにしたマッハツ
    ェンダ型の光変調器と、前記光変調器に光を入射させる
    ための発光素子とを同一基板上に有することを特徴とす
    る光通信用光源。
17. 【請求項１７】 基板上に、入射光を導波する入射光導
    波路と、導波光を２本の導波路へ分配する分岐部と、前
    記分岐部で分岐された前記２本の導波路のそれぞれに設
    けられた半導体光位相変調器部と、前記２本の導波路の
    出力光を合波する合波部と、前記合波部からの合波光を
    導波する出力光導波路とを形成してなり、前記半導体光
    位相変調器の少なくとも一方が、半導体基板上に少なく
    とも半導体バッファ層と半導体導波路コア層と半導体ク
    ラッド層とコンタクト層とが順次積層された層構造を有
    し、前記半導体導波路コア層の一端から入射された光波
    に対する屈折率を当該半導体導波路コア層に印加した電
    界強度を変えることで変化させるとともに、前記電界強
    度を変化させるための電極及び前記コンタクト層の幅を
    部分的に狭めるようにしたマッハツェンダ型の光変調器
    と、前記光変調器に光を入射させるための発光素子とを
    同一基板上に有することを特徴とする光通信用光源。
18. 【請求項１８】 基板上に、入射光を導波する入射光導
    波路と、導波光を２本の導波路へ分配する分岐部と、前
    記分岐部で分岐された前記２本の導波路のそれぞれに設
    けられた半導体光位相変調器部と、前記２本の導波路の
    出力光を合波する合波部と、前記合波部からの合波光を
    導波する出力光導波路とを形成してなり、前記半導体光
    位相変調器の少なくとも一方が、半導体基板上に少なく
    とも半導体バッファ層と半導体導波路コア層と半導体ク
    ラッド層とコンタクト層とが順次積層された層構造を有
    し、前記半導体導波路コア層の一端から入射された光波
    に対する屈折率を当該半導体導波路コア層に印加した電
    界強度を変えることで変化させるとともに、前記電界強
    度を変化させるための電極及び前記コンタクト層を前記
    光波の導波方向に途切れて形成し、当該電極間を導電体
    で電気的に接続するとともに、当該電極のキャパシタン
    スと当該導電体のインダクタンスとを適切に設定するこ
    とで当該電極全体によって形成される素子容量値Ｃとイ
    ンピーダンス整合用抵抗値Ｒとから見積もられる集中定
    数型の遮断周波数ｆｃ（ｆｃ＝１／πＲＣ）よりも大き
    な遮断周波数を得るようにしたマッハツェンダ型の光変
    調器と、前記光変調器に光を入射させるための発光素子
    とを同一基板上に有することを特徴とする光通信用光
    源。
19. 【請求項１９】 上記の請求項１から請求項９記載の光
    変調器を用いることを特徴とする光モジュール。
20. 【請求項２０】 上記の請求項１０から請求項１８記載
    の光通信用光源を用いることを特徴とする光モジュー
    ル。
21. 【請求項２１】 上記の請求項１から請求項９記載の光
    変調器を用いることを特徴とする光通信システム。
22. 【請求項２２】 上記の請求項１０から請求項１８記載
    の光通信用光源を用いることを特徴とする光通信システ
    ム。