JP5458964B2 - Semiconductor Mach-Zehnder optical modulator, optical transmission device, method for manufacturing semiconductor Mach-Zehnder optical modulator, and method for driving semiconductor Mach-Zehnder optical modulator - Google Patents

Semiconductor Mach-Zehnder optical modulator, optical transmission device, method for manufacturing semiconductor Mach-Zehnder optical modulator, and method for driving semiconductor Mach-Zehnder optical modulator Download PDF

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本発明は、半導体マッハツェンダ型光変調器と、半導体マッハツェンダ型光変調器を備えた光伝送装置と、半導体マッハツェンダ型光変調器の製造方法と、半導体マッハツェンダ型光変調器の駆動方法とに、関する。   The present invention relates to a semiconductor Mach-Zehnder type optical modulator, an optical transmission device including the semiconductor Mach-Zehnder type optical modulator, a method for manufacturing the semiconductor Mach-Zehnder type optical modulator, and a method for driving the semiconductor Mach-Zehnder type optical modulator. .

現存する,大部分の光伝送装置(光送信機、光中継器)は、光変調器として、ニオブ酸リチウム(LiNbO:以下、LNと表記する)を用いたマッハツェンダ(Mach-Zehnder)型光変調器を備えたものとなっている。 Most existing optical transmission devices (optical transmitters and optical repeaters) use Mach-Zehnder type light that uses lithium niobate (LiNbO 3 : hereinafter referred to as LN) as an optical modulator. It has a modulator.

ここで、マッハツェンダ型光変調器(以下、MZ光変調器と表記する)とは、図8に示したように、2本のアーム(分岐導波路)と、入力光を各アームへの2波に分ける光分配器と、各アームからの光を干渉・合波させる光結合器と、各アームに電圧を印加するための電極とを備えた光デバイスのことである。また、LNを用いたMZ光変調器(以下、LN−MZ光変調器と表記する)とは、LN基板を用いて製造される,各アームの屈折率が,誘電体であるLNの電気光学効果により変化するMZ光変調器のことである。なお、図8に示したMZ光変調器は、光分配器/光結合器としてY分岐導波路が使用されたものであるが、光分配器/光結合器として方向性結合器やMMI(Multi-Mode Interference:マルチモード干渉) カプラが使用されたMZ光変調器も知られている。   Here, as shown in FIG. 8, the Mach-Zehnder type optical modulator (hereinafter referred to as an MZ optical modulator) includes two arms (branch waveguides) and two waves of input light to each arm. An optical device including an optical distributor that divides the light into two, an optical coupler that interferes and multiplexes light from each arm, and an electrode that applies a voltage to each arm. An MZ optical modulator using LN (hereinafter referred to as an LN-MZ optical modulator) is an LN electro-optical device manufactured using an LN substrate and having a refractive index of each arm as a dielectric. It is an MZ optical modulator that changes depending on the effect. The MZ optical modulator shown in FIG. 8 uses a Y-branch waveguide as an optical distributor / optical coupler, but a directional coupler or an MMI (Multiplexer) is used as the optical distributor / optical coupler. -Mode Interference: An MZ optical modulator using a coupler is also known.

そして、一般的な光伝送装置は、LN−MZ光変調器用の駆動回路として、LN−MZ光変調器の各アーム(電極)に、VからV+ΔVまで変化する変調電圧Vと、V−ΔVからVまで、dV/dt=−dV/dtが成立するように変化する変調電圧Vとを印加する回路を備えたものとなっている。 The general optical transmission apparatus, as a drive circuit of the LN-MZ light modulator, each arm of the LN-MZ modulator (electrode), and the modulation voltages V 1 changes from V M to V M + [Delta] V, from V M - [Delta] V to V M, which is assumed having a circuit for applying a modulation voltage V 2 dV 2 / dt = -dV 1 / dt is changed to stand.

LN−MZ光変調器に対して上記のような変調電圧の印加(以下、プッシュ・プル駆動と表記する)が行われているのは、プッシュ・プル駆動を行えば、LN−MZ光変調器を、光周波数変動(チャープ)の小さな変調器として機能させることが出来るためである。   The modulation voltage is applied to the LN-MZ optical modulator (hereinafter referred to as push-pull drive) when the push-pull drive is performed. Is capable of functioning as a modulator with small optical frequency fluctuation (chirp).

具体的には、LN−MZ光変調器は、出力光の電界強度Eと、入力光の電界強度Eとの間に、以下の関係がほぼ成立する光デバイスとなっている。 Specifically, the LN-MZ optical modulator is an optical device in which the following relationship is substantially established between the electric field intensity E O of the output light and the electric field intensity E i of the input light.

Figure 0005458964
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なお、この(1)式及び以下の各式において、κは、両アームを伝搬する光の強度比であり、φ、φは、各アームにおける光の位相変化量である。 In the equation (1) and the following equations, κ is an intensity ratio of light propagating through both arms, and φ 1 and φ 2 are light phase change amounts in the arms.

従って、LN−MZ光変調器から出力される光は、以下の(2)、(3)式で示される強度I、位相φの光であることになる。   Therefore, the light output from the LN-MZ optical modulator is light of intensity I and phase φ expressed by the following equations (2) and (3).

Figure 0005458964
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これらの式から、LN−MZ光変調器のαパラメータ(チャープ量の指標)が、φ′(=dφ/dt)、φ′(=dφ/dt)等によって以下のように表せることになる。 From these equations, the α parameter (chirp amount index) of the LN-MZ optical modulator can be expressed as follows by φ 1 ′ (= dφ 1 / dt), φ 2 ′ (= dφ 2 / dt), and the like. It will be.

Figure 0005458964
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この(4)式は、φ′=−φ′である場合、以下のように変形できるものである。 This equation (4) can be modified as follows when φ 1 ′ = −φ 2 ′.

Figure 0005458964
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従って、κ=1となっている(光の両アームへの分岐比が1:1となっている)LN−MZ光変調器の各アームに、φ′=−φ′となるように電圧を印加すれば、チャープを理想的に抑制できる(α=0とすることができる)ことになる。 Accordingly, in each arm of the LN-MZ optical modulator where κ = 1 (the light splitting ratio to both arms is 1: 1), φ 1 ′ = −φ 2 ′. If a voltage is applied, chirp can be suppressed ideally (α = 0).

そして、図9(a)、(b)に示してあるように、LN−MZ光変調器の各アームの屈折率は、各アームへの印加電圧に対してほぼ線形に変化するため、LN−MZ光変調器の各アームにおける位相変化量も、各アームへの印加電圧に対してほぼ線形に変化する。   As shown in FIGS. 9A and 9B, since the refractive index of each arm of the LN-MZ optical modulator changes substantially linearly with respect to the voltage applied to each arm, LN− The amount of phase change in each arm of the MZ optical modulator also changes substantially linearly with respect to the voltage applied to each arm.

従って、図9(b)、(c)に示してあるように、dV/dt=−dV/dtが成立する、VからV(=V+ΔV)まで変化する変調電圧V及びV(=V−ΔV)からVまで変化する変調電圧Vを、LN−MZ光変調器の各アームに印加してやれば、LN−MZ光変調器を、チャープの小さな変調器(変調時における出力光位相が一定となる変調器)として機能させられることになる。 Therefore, as shown in FIGS. 9B and 9C, the modulation voltage V 1 that changes from V M to V H (= V M + ΔV) where dV 2 / dt = −dV 1 / dt is established. and V L modulated voltage V 2 changes from (= V M - [Delta] V) to V M, do it is applied to each arm of the LN-MZ modulator, the LN-MZ modulator, small modulator chirp ( It is made to function as a modulator whose output optical phase is constant during modulation.

このように、LN−MZ光変調器は、チャープを抑制できるものとはなっている。ただし、LN−MZ光変調器は、誘電体の電気光学効果を利用するもの(電圧印加時における各アームの屈折率変化量が比較的に小さいもの)であるが故に、モジュールサイズを小さくできないものとなっている。   Thus, the LN-MZ optical modulator can suppress chirp. However, the LN-MZ optical modulator uses a dielectric electro-optic effect (the amount of change in the refractive index of each arm when a voltage is applied is relatively small), so the module size cannot be reduced. It has become.

そして、電圧印加時の屈折率変化量がより大きい半導体を用いれば、より小型かつ消費
電力の小さなMZ光変調器を実現できる。そのため、半導体を用いたMZ光変調器(以下、半導体MZ光変調器と表記する)の開発が進められているのであるが、半導体MZ光変調器は、上記内容のプッシュ・プル駆動では、チャープを充分に小さくできないものとなっている。
If a semiconductor having a larger amount of change in the refractive index when a voltage is applied is used, a smaller MZ optical modulator with lower power consumption can be realized. Therefore, MZ optical modulators using semiconductors (hereinafter referred to as semiconductor MZ optical modulators) are being developed. Semiconductor MZ optical modulators are chirped by the above-described push-pull drive. Cannot be made sufficiently small.

具体的には、電界印加時における半導体の屈折率変化に寄与する効果としては、Pockels効果・Franz-Keldysh効果(以下、FK効果と表記する)・Stark効果等が、知られている。Pockels効果は、等方性結晶への電場印加で生じる,複屈折性による屈折率変化現象(効果)である。また、FK効果は、電子・正孔の波動関数が禁止帯へ浸み出すことによる基礎吸収端の変化によって屈折率変化を生じる現象である。Stark効果は、励起子と電界の相互
作用による励起子吸収波長の変化によって屈折率変化を生じる現象である。特に量子井戸構造中では励起子の解離が妨げられることにより、Stark効果が増強され、支配的な屈折
率変化機構となる(非特許文献1参照)。
Specifically, Pockels effect, Franz-Keldysh effect (hereinafter referred to as FK effect), Stark effect, and the like are known as effects contributing to a change in the refractive index of a semiconductor when an electric field is applied. The Pockels effect is a refractive index change phenomenon (effect) caused by birefringence that occurs when an electric field is applied to an isotropic crystal. The FK effect is a phenomenon in which a refractive index change is caused by a change in the fundamental absorption edge due to the penetration of the wave function of electrons and holes into the forbidden band. The Stark effect is a phenomenon in which a change in refractive index is caused by a change in exciton absorption wavelength due to interaction between excitons and an electric field. In particular, in the quantum well structure, the dissociation of excitons is hindered, thereby enhancing the Stark effect and providing a dominant refractive index change mechanism (see Non-Patent Document 1).

そして、半導体MZ光変調器としては、上記量子閉じ込めStark効果(Quantum Confined Stark Effect: 以下、QCSEと表記する)を利用したものを中心に検討されているの
であるが、そのような半導体MZ光変調器におけるアームの屈折率変化Δnは、以下の(6)式で表せることが知られている(非特許文献1、2参照)。なお、この(6)式及び
以下の各式において、nは、電界(電圧)印加がない状態での屈折率であり、Eは、量子井戸に印加されている電界の電界強度である。また、sは、半導体材料によって定まる係数(定数)である。
As semiconductor MZ optical modulators, those using the quantum confined Stark effect (hereinafter referred to as QCSE) are being studied. However, such semiconductor MZ optical modulation is being studied. It is known that the refractive index change Δn of the arm in the container can be expressed by the following equation (6) (see Non-Patent Documents 1 and 2). In this equation (6) and the following equations, n 0 is the refractive index in the absence of electric field (voltage) application, and E is the electric field strength of the electric field applied to the quantum well. Further, s is a coefficient (constant) determined by the semiconductor material.

Figure 0005458964
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量子井戸に印加される電界の電界強度Eは、半導体内のキャリア拡散に伴うビルトインポテンシャルEと、外部からの電圧印加により生ずる電界の電界強度Eとの和となる。また、外部からの電圧印加により生ずる電界の電界強度Eは、印加電圧Vを、活性層厚dで割った値となる。 Field intensity E of the electric field applied to the quantum well, and the built-in potential E B due to carrier diffusion in the semiconductor, the sum of the field strength E D of the electric field caused by the voltage application from the outside. Further, the electric field strength E D of the electric field caused by the voltage application from the outside, the applied voltage V, the value obtained by dividing the active layer thickness d.

従って、(6)式、E=E+E、及び、E=V/dから、電圧Vの印加により生ずる屈折率変化量Δn′(=電圧V印加時の屈折率−電圧未印加時の屈折率)は、以下の(7)式で表せることになる。 Thus, (6), E = E B + E D , and, from E D = V / d, the refractive index variation caused by application of the voltage V [Delta] n '(= voltage V applied during the refractive index - Voltage Not applied during (Refractive index) can be expressed by the following equation (7).

Figure 0005458964
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そして、各アームにおける位相変化量は、屈折率変化量Δn′に、電極長と、活性層への光閉じ込め係数Γとを乗ずれば得られる値(つまり、Δn′と比例する値)である。従って、半導体MZ光変調器では、各アームにおける光の位相変化量φ、φが、以下の(8)、(9)式に示すように、V、Vに対して非線形に変化することになる。なお、これらの式における“r”とは、“2sE”のこと((7)式参照)である。 The phase change amount in each arm is a value obtained by multiplying the refractive index change amount Δn ′ by the electrode length and the optical confinement coefficient Γ in the active layer (that is, a value proportional to Δn ′). . Therefore, in the semiconductor MZ optical modulator, the light phase change amounts φ 1 and φ 2 in each arm change nonlinearly with respect to V 1 and V 2 as shown in the following equations (8) and (9). Will do. Note that “r” in these equations is “2sE B ” (see equation (7)).

Figure 0005458964
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このように、半導体MZ光変調器は、各アームにおける光の位相変化量φ、φが、V、Vに対して非線形に変化するものとなっている。そして、φ、φが、V、Vに対して非線形に変化する場合、図10(a)、(b)に模式的に示したように、dV/dt=−dV/dtが成立するV、Vを各アームに印加しても、φ′=−φ′とすることが出来ない。そのため、上記プッシュ・プル駆動では、半導体MZ光変調器のチャープを充分に小さくできないのである。 As described above, in the semiconductor MZ optical modulator, the light phase change amounts φ 1 and φ 2 in each arm change nonlinearly with respect to V 1 and V 2 . When φ 1 and φ 2 change nonlinearly with respect to V 1 and V 2 , as schematically shown in FIGS. 10A and 10B, dV 2 / dt = −dV 1 / Even if V 1 and V 2 satisfying dt are applied to each arm, φ 1 ′ cannot be set to −φ 2 ′. Therefore, the chirp of the semiconductor MZ optical modulator cannot be made sufficiently small by the push-pull drive.

さらに、半導体MZ光変調器の,半導体のバンド間遷移波長近傍の波長(つまり、QCSEによる屈折率変化を有効に利用できる波長)の光に対する吸光係数の変化量Δαに、以下の(10)式で近似される電圧依存性があることが知られている(非特許文献3参照)。なお、この(10)式におけるK、Rは、半導体材料と量子井戸構造によって定まる定数である。   Further, in the semiconductor MZ optical modulator, the change amount Δα of the extinction coefficient with respect to light having a wavelength in the vicinity of the interband transition wavelength of the semiconductor (that is, the wavelength at which the refractive index change due to QCSE can be effectively used) is expressed by the following equation (10): It is known that there is a voltage dependence approximated by (see Non-Patent Document 3). In this equation (10), K and R are constants determined by the semiconductor material and the quantum well structure.

Figure 0005458964
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すなわち、図11に示したように、LN−MZ光変調器が各アームの損失(伝搬損失)が印加電圧によって殆ど変わらないものであるのに対し、半導体MZ光変調器は、各アームの損失が印加電圧によって比較的に大きく変化するものとなっている。   That is, as shown in FIG. 11, the loss (propagation loss) of each arm in the LN-MZ optical modulator hardly changes depending on the applied voltage, whereas the semiconductor MZ optical modulator has a loss in each arm. Is relatively large depending on the applied voltage.

そのため、半導体MZ光変調器のチャープ抑制時には、この損失の変化に起因する消光比の劣化も抑制できることが望まれる。ただし、半導体MZ光変調器によって、消光比が高く、かつ、チャープが少ない形で光を変調できる技術は、未だ、開発されていないのが現状である。   For this reason, when chirp suppression of the semiconductor MZ optical modulator is desired, it is desired that deterioration of the extinction ratio due to this change in loss can also be suppressed. However, at present, a technology capable of modulating light with a semiconductor MZ optical modulator having a high extinction ratio and a small amount of chirp has not been developed yet.

特開2006−309124号公報JP 2006-309124 A 特開平7−191290号公報JP 7-191290 A 特開平8−146365号公報JP-A-8-146365 特開平9−49935号公報JP-A-9-49935

J. S. Weiner, et al, Appl. Phys. Lett., vol.50, pp.842-844 (1987)J. S. Weiner, et al, Appl. Phys. Lett., Vol.50, pp.842-844 (1987) M. Glick, et al, Appl.Phys.Lett.,vol.48, pp.989-991 (1986)M. Glick, et al, Appl. Phys. Lett., Vol. 48, pp. 989-991 (1986) Nishimura, et al, IEEE Photon. Technol. Lett., vol.4, pp.1123-1126 (1992)Nishimura, et al, IEEE Photon. Technol. Lett., Vol.4, pp.1123-1126 (1992) L. B. Soldano, et al, J. Lightwave Technol., vol.13, pp.615-627 (1995)L. B. Soldano, et al, J. Lightwave Technol., Vol.13, pp.615-627 (1995)

そこで、開示の技術の課題は、消光比が高く、かつ、チャープが少ない形で光を変調できる光伝送装置、そのような光伝送装置を実現できる半導体MZ光変調器、そのような半導体MZ光変調器を製造できる“半導体MZ光変調器の製造方法”を、提供することにある。   Accordingly, the problem of the disclosed technology is that an optical transmission device capable of modulating light with a high extinction ratio and low chirp, a semiconductor MZ optical modulator capable of realizing such an optical transmission device, and such a semiconductor MZ light The object is to provide a “method of manufacturing a semiconductor MZ optical modulator” capable of manufacturing a modulator.

また、開示の技術の他の課題は、半導体MZ光変調器をチャープが少ない形で駆動できる“半導体MZ光変調器の駆動方法”を、提供することにある。   Another object of the disclosed technique is to provide a “semiconductor MZ optical modulator driving method” that can drive the semiconductor MZ optical modulator with less chirp.

上記課題を解決するために、開示の技術の一態様の半導体マッハツェンダ光変調器は、マッハツェンダ干渉計を成す、半導体量子井戸構造を有する第1及び第2の光導波路と、前記第1の光導波路に電圧を印加するための第1電極と、前記第2の光導波路に電圧を印加するための第2電極とを備えた構成であって、前記第1の光導波路及び前記第2の光導波路の少なくとも一方の光導波路の一部に、その光吸収係数が当該光導波路の他の部分に比べて大きな損失調整部であって、出力光の強度が最小となる電圧を前記第1電極及び前記第2電極に印加した場合における前記第1の光導波路の伝搬損失と前記第2の光導波路の伝搬損失とが一致するように、その形状が定められた損失調整部が、設けられている構成を有する。   In order to solve the above problems, a semiconductor Mach-Zehnder optical modulator according to an aspect of the disclosed technology includes a first and second optical waveguides having a semiconductor quantum well structure, which form a Mach-Zehnder interferometer, and the first optical waveguide. And a first electrode for applying a voltage to the second optical waveguide, and a second electrode for applying a voltage to the second optical waveguide, the first optical waveguide and the second optical waveguide. A voltage that minimizes the intensity of output light is applied to the first electrode and the voltage at a part of at least one of the optical waveguides, the loss adjusting unit having a light absorption coefficient larger than that of the other parts of the optical waveguide. A configuration in which a loss adjusting portion whose shape is determined so that the propagation loss of the first optical waveguide and the propagation loss of the second optical waveguide coincide with each other when applied to the second electrode is provided Have

また、開示の技術の一態様の光伝送装置は、上記のような構成を有する半導体マッハツェンダ光変調器と、当該半導体マッハツェンダ型光変調器の前記第1電極と前記第2電極とに、同時刻における時間変化率の正負が逆の,振幅が等しい変調電圧を印加することによって、前記半導体マッハツェンダ型光変調器を駆動する駆動回路と、を備える。   Further, an optical transmission device according to an aspect of the disclosed technology provides a semiconductor Mach-Zehnder optical modulator having the above-described configuration, and the first electrode and the second electrode of the semiconductor Mach-Zehnder optical modulator at the same time. And a drive circuit for driving the semiconductor Mach-Zehnder type optical modulator by applying a modulation voltage having opposite amplitudes and equal amplitudes.

また、開示の技術の一態様の半導体マッハツェンダ型光変調器の製造方法は、半導体基板上に、マッハツェンダ干渉計を成す、半導体量子井戸構造を有する第1及び第2の光導波路を形成する光導波路形成工程と、前記第1の光導波路及び前記第2の光導波路の少なくとも一方の光導波路の一部に、その光吸収係数が当該光導波路の他の部分に比べて大きな損失調整部であって、出力光の強度が最小となる電圧を前記第1電極及び前記第2電極に印加した場合における前記第1の光導波路の伝搬損失と前記第2の光導波路の伝搬損失とが一致するように、その形状が定められた損失調整部を形成する損失調整部形成工程とを含む。   Also, a method of manufacturing a semiconductor Mach-Zehnder optical modulator according to an aspect of the disclosed technology is an optical waveguide in which first and second optical waveguides having a semiconductor quantum well structure, which form a Mach-Zehnder interferometer, are formed on a semiconductor substrate. A part of at least one of the first optical waveguide and the second optical waveguide, wherein the light absorption coefficient is larger than that of the other part of the optical waveguide. The propagation loss of the first optical waveguide and the propagation loss of the second optical waveguide when the voltage that minimizes the intensity of the output light is applied to the first electrode and the second electrode are matched. And a loss adjusting portion forming step of forming a loss adjusting portion whose shape is determined.

また、開示の技術の一態様の半導体マッハツェンダ型光変調器の駆動方法では、半導体マッハツェンダ型光変調器を駆動するために、前記半導体マッハツェンダ型光変調器の,マッハツェンダ干渉計を成している2つの光導波路に、同時刻における時間変化率の正負が逆の,振幅が等しい変調電圧を印加する。   Further, in the driving method of the semiconductor Mach-Zehnder type optical modulator according to one aspect of the disclosed technology, the semiconductor Mach-Zehnder type optical modulator is configured to constitute a Mach-Zehnder interferometer 2 in order to drive the semiconductor Mach-Zehnder type optical modulator. Two optical waveguides are applied with modulated voltages having the same amplitude but with opposite signs of time change rate at the same time.

上記構成を採用しておけば、消光比が高く、かつ、チャープが少ない形で光を変調できる光伝送装置を得ることができる。また、上記構成を有する半導体マッハツェンダ型光変調器を用いておけば、消光比が高く、かつ、チャープが少ない形で光を変調できる光伝送装置を実現でき、上記製造方法によれば、そのような半導体マッハツェンダ型光変調器を製造できる。そして、上記駆動方法によれば、半導体マッハツェンダ型光変調器をチャー
プが少ない形で駆動できる。
If the said structure is employ | adopted, the optical transmission apparatus which can modulate light in a form with a high extinction ratio and few chirps can be obtained. In addition, if a semiconductor Mach-Zehnder type optical modulator having the above-described configuration is used, an optical transmission device that can modulate light with a high extinction ratio and a small amount of chirp can be realized. A semiconductor Mach-Zehnder type optical modulator can be manufactured. According to the above driving method, the semiconductor Mach-Zehnder optical modulator can be driven with less chirp.

実施形態に係る光伝送装置の概略構成図。1 is a schematic configuration diagram of an optical transmission apparatus according to an embodiment. 実施形態に係る光伝送装置における半導体MZ光変調器の駆動原理の説明図。Explanatory drawing of the drive principle of the semiconductor MZ optical modulator in the optical transmission apparatus which concerns on embodiment. 既存構成の半導体MZ光変調器を用いた場合に生ずる不具合を説明するための図。The figure for demonstrating the malfunction which arises when the semiconductor MZ light modulator of the existing structure is used. 実施形態に係る半導体MZ光変調器の、変調時における両アームの損失量の説明図。Explanatory drawing of the loss amount of both arms at the time of the modulation | alteration of the semiconductor MZ optical modulator which concerns on embodiment. 実施形態に係る半導体MZ光変調器の製造手順を説明するための断面図。Sectional drawing for demonstrating the manufacturing procedure of the semiconductor MZ optical modulator which concerns on embodiment. 実施形態に係る半導体MZ光変調器の製造手順を説明するための断面図。Sectional drawing for demonstrating the manufacturing procedure of the semiconductor MZ optical modulator which concerns on embodiment. 実施形態に係る半導体MZ光変調器の製造手順を説明するための、図5Bの断面図に対応する平面図。The top view corresponding to the sectional view of Drawing 5B for explaining the manufacture procedure of the semiconductor MZ light modulator concerning an embodiment. 実施形態に係る半導体MZ光変調器の製造手順を説明するための断面図。Sectional drawing for demonstrating the manufacturing procedure of the semiconductor MZ optical modulator which concerns on embodiment. 実施形態に係る半導体MZ光変調器の製造手順を説明するための断面図。Sectional drawing for demonstrating the manufacturing procedure of the semiconductor MZ optical modulator which concerns on embodiment. 実施形態に係る半導体MZ光変調器の製造手順を説明するための断面図。Sectional drawing for demonstrating the manufacturing procedure of the semiconductor MZ optical modulator which concerns on embodiment. 実施形態に係る半導体MZ光変調器の製造手順を説明するための断面図。Sectional drawing for demonstrating the manufacturing procedure of the semiconductor MZ optical modulator which concerns on embodiment. 実施形態に係る半導体MZ光変調器の製造手順を説明するための、図5Fの断面図に対応する平面図。The top view corresponding to the sectional view of Drawing 5F for explaining the manufacture procedure of the semiconductor MZ light modulator concerning an embodiment. 実施形態に係る半導体MZ光変調器の製造手順を説明するための断面図。Sectional drawing for demonstrating the manufacturing procedure of the semiconductor MZ optical modulator which concerns on embodiment. 実施形態に係る半導体MZ光変調器の製造手順を説明するための断面図。Sectional drawing for demonstrating the manufacturing procedure of the semiconductor MZ optical modulator which concerns on embodiment. 実施形態に係る半導体MZ光変調器の製造手順を説明するための平面図。The top view for demonstrating the manufacturing procedure of the semiconductor MZ optical modulator which concerns on embodiment. 実施形態に係る半導体MZ光変調器の製造手順を説明するための断面図。Sectional drawing for demonstrating the manufacturing procedure of the semiconductor MZ optical modulator which concerns on embodiment. 実施形態に係る半導体MZ光変調器の製造手順を説明するための、図5Lの断面図に対応する平面図。FIG. 5B is a plan view corresponding to the cross-sectional view of FIG. 5L for explaining the manufacturing procedure of the semiconductor MZ optical modulator according to the embodiment. 実施形態に係る半導体MZ光変調器の製造手順を説明するための断面図。Sectional drawing for demonstrating the manufacturing procedure of the semiconductor MZ optical modulator which concerns on embodiment. 実施形態に係る半導体MZ光変調器の製造手順を説明するための断面図。Sectional drawing for demonstrating the manufacturing procedure of the semiconductor MZ optical modulator which concerns on embodiment. 実施形態に係る半導体MZ光変調器の製造手順を説明するための、図5Oの断面図に対応する平面図。The top view corresponding to the sectional view of Drawing 5O for explaining the manufacture procedure of the semiconductor MZ light modulator concerning an embodiment. 実施形態に係る半導体MZ光変調器の製造手順を説明するための断面図。Sectional drawing for demonstrating the manufacturing procedure of the semiconductor MZ optical modulator which concerns on embodiment. 実施形態に係る半導体MZ光変調器の製造手順を説明するための平面図。The top view for demonstrating the manufacturing procedure of the semiconductor MZ optical modulator which concerns on embodiment. 実施形態に係る半導体MZ光変調器の製造手順を説明するための断面図。Sectional drawing for demonstrating the manufacturing procedure of the semiconductor MZ optical modulator which concerns on embodiment. 実施形態に係る半導体MZ光変調器の変形形態の説明図。Explanatory drawing of the deformation | transformation form of the semiconductor MZ optical modulator which concerns on embodiment. 実施形態に係る半導体MZ光変調器の他の変形形態の説明図。Explanatory drawing of the other deformation | transformation form of the semiconductor MZ optical modulator which concerns on embodiment. マッハツェンダ型光変調器の構成図。The block diagram of a Mach-Zehnder type optical modulator. LN−MZ光変調器のプッシュ・プル駆動時の動作内容を説明するための図。The figure for demonstrating the operation | movement content at the time of the push pull drive of an LN-MZ optical modulator. 半導体MZ光変調器の駆動時に生ずる問題の説明図。Explanatory drawing of the problem which arises at the time of the drive of a semiconductor MZ light modulator. LN−MZ光変調器と半導体MZ光変調器とについての損失の印加電圧依存性の説明図。Explanatory drawing of the applied voltage dependence of the loss about a LN-MZ optical modulator and a semiconductor MZ optical modulator.

以下、発明者が開発した光伝送装置の一例(以下、実施形態に係る光伝送装置と表記する。)を、図面を参照して詳細に説明する。   Hereinafter, an example of an optical transmission device developed by the inventors (hereinafter referred to as an optical transmission device according to an embodiment) will be described in detail with reference to the drawings.

まず、図1を用いて、実施形態に係る光伝送装置の構成を、説明する。   First, the configuration of the optical transmission apparatus according to the embodiment will be described with reference to FIG.

実施形態に係る光伝送装置は、半導体MZ光変調器10、光源17、駆動回路18を主要構成要素として備えた光送信機である。   The optical transmission apparatus according to the embodiment is an optical transmitter including the semiconductor MZ optical modulator 10, the light source 17, and the drive circuit 18 as main components.

この光伝送装置が備える光源17は、レーザー光を出力する半導体レーザー(ダイオードレーザー)である。半導体MZ光変調器10は、光源17からのレーザー光を変調する(パルス化する)ための光変調器(詳細は後述)である。   The light source 17 provided in this optical transmission device is a semiconductor laser (diode laser) that outputs laser light. The semiconductor MZ light modulator 10 is an optical modulator (details will be described later) for modulating (pulsing) the laser light from the light source 17.

駆動回路18は、外部から与えられるデータに基づき、そのデータに応じた内容の光信号が半導体MZ光変調器10から出力されるように、半導体MZ光変調器10の各アーム11(X=1,2)上の電極15に変調電圧を印加する回路である。この駆動回路18は、各アーム11(電極15)に、各時刻における時間変化率の正負が逆の,振幅(電圧の変化範囲)が等しい変調電圧を印加する回路となっている。また、駆動回路18は、各アーム11を伝搬する光におよそ−π/4ラジアン〜+π/4ラジアンの位相変化が生じることになる変調電圧を各アーム11に印加する回路ともなっている。 The drive circuit 18 is based on data given from the outside, and outputs each of the arms 11 X (X = X =) of the semiconductor MZ optical modulator 10 so that an optical signal having contents corresponding to the data is output from the semiconductor MZ optical modulator 10. 1, 2) A circuit for applying a modulation voltage to the electrode 15 on the top. This drive circuit 18 is a circuit that applies to each arm 11 X (electrode 15) a modulation voltage having the same amplitude (voltage change range) with the time change rate being reversed at each time. The driving circuit 18, has also become circuit for applying a modulation voltage to be a phase change of approximately - [pi] / 4 radians ~ + [pi / 4 radians light propagating through each arm 11 X occurs in each arm 11 X.

半導体MZ光変調器10は、2本のアーム11及び11と、光分配器12と、光結合器13と、2つの電極15とを、備えた光変調器である。 The semiconductor MZ optical modulator 10 is an optical modulator that includes two arms 11 1 and 11 2 , an optical distributor 12, an optical coupler 13, and two electrodes 15.

光分配器12は、光源17からのレーザー光(以下、入力光と表記する)を、各アーム11への2波に分けるためのデバイスである。この光分配器12は、入力光を、強度が等しい2波に分けて、各アーム11(X=1,2)に供給するもの(本実施形態では、MMIカプラ)となっている。 Optical distributor 12, the laser beam from the light source 17 (hereinafter referred to as input light), and a device for separating the two waves to each arm 11 X. The light distributor 12 is a device that divides input light into two waves having equal intensities and supplies them to each arm 11 X (X = 1, 2) (in this embodiment, an MMI coupler).

アーム11、アーム11は、いずれも、半導体量子井戸構造を有する光導波路である。図示してあるように、半導体MZ光変調器10が備えるアーム11は、その一部に、損失調整部14(詳細は後述)を備えたものとなっている。なお、半導体MZ光変調器10が備える各光導波路(アーム11、アーム11以外の各光導波路)は、変調光波長において導波モードが単一となる幅を有するものである。 Each of the arms 11 1 and 11 2 is an optical waveguide having a semiconductor quantum well structure. As is shown, the arm 11 1 provided in the semiconductor MZ optical modulator 10 has, on its part, the loss adjuster 14 (described in detail later) has a those with. In addition, each optical waveguide (each optical waveguide other than the arm 11 X and the arm 11 X ) provided in the semiconductor MZ optical modulator 10 has a width in which the waveguide mode is single at the modulated light wavelength.

光結合器13は、アーム11からの光とアーム11からの光とを干渉・合波させ、合波結果を図1における上側の光導波路に出力するデバイスである。半導体MZ光変調器10は、この光結合器13としても、MMIカプラが採用されたものとなっている。 The optical coupler 13 is a device that causes the light from the arm 11 1 and the light from the arm 11 2 to interfere and multiplex, and outputs the multiplex result to the upper optical waveguide in FIG. The semiconductor MZ optical modulator 10 employs an MMI coupler as the optical coupler 13.

電極15は、アーム11の一部の領域に電圧を印加するための電極である。図示してあるように、半導体MZ光変調器10の各電極15は、アーム11の一部の領域を覆う矩形電極に、駆動回路18からの信号線を接続するためのパッド15aを接続した形状のものとなっている。 Electrode 15 is an electrode for applying a voltage to a portion of the region of the arm 11 X. As is shown, each electrode 15 of the semiconductor MZ optical modulator 10, the rectangular electrode covering a portion of the region of the arm 11 X, was connected to pads 15a for connecting the signal line from the drive circuit 18 It has a shape.

損失調整部14は、他の部分(アーム11の損失調整部14以外の部分)よりも、量子井戸の層厚が厚くなるように形成した部分である。量子井戸の層厚を厚くすると、励起子吸収光波長が長波化し、その結果として、光吸収係数が大きくなる。従って、この損失調整部14は、他の部分よりも、光吸収係数が大きな部分となっていることになる。 Loss adjusting unit 14, than the other portion (portion other than the loss adjuster 14 of the arm 11 1), which is formed by the portion as the layer thickness of the quantum well is increased. When the layer thickness of the quantum well is increased, the exciton absorption light wavelength becomes longer, and as a result, the light absorption coefficient increases. Therefore, the loss adjusting unit 14 has a larger light absorption coefficient than the other parts.

半導体MZ光変調器10は、この損失調整部14の形状(主としてアーム11の長さ方向の長さ)を、オフ状態におけるアーム11(損失調整部14を含むアーム11全体)の損失(伝搬損失)とアーム11の損失とが一致するように定めたものとなっている。なお、オフ状態とは、出力光の強度が最小となる電圧が各アーム11(電極15)に印加されている状態のことである。 The semiconductor MZ optical modulator 10 is configured such that the loss adjustment unit 14 has a shape (mainly the length in the length direction of the arm 11 1 ) of the arm 11 1 (the entire arm 11 1 including the loss adjustment unit 14) in the off state. It has become one (propagation loss) and the loss of the arm 11 2 is determined to match. The OFF state is a state in which a voltage that minimizes the intensity of output light is applied to each arm 11 X (electrode 15).

また、半導体MZ光変調器10は、電圧が印加されていない状態にあるアーム11及び11から出力される光の位相差(以下、初期位相差と表記する)が、“π/2+2nπ”ラジアン(nは、整数)となるように設計・製造されたものともなっている。 The semiconductor MZ optical modulator 10, the phase difference of light to which the voltage is outputted from the arm 11 1 and 11 2 in a state not applied (hereinafter, referred to as the initial phase difference), "π / 2 + 2nπ" It is also designed and manufactured to be radians (n is an integer).

次に、実施形態に係る光伝送装置に、上記構成を採用している理由を説明する。   Next, the reason why the above configuration is adopted in the optical transmission apparatus according to the embodiment will be described.

上記したように、実施形態に係る光伝送装置は、半導体MZ光変調器10の各アーム11に、各時刻における時間変化率の正負が逆の,振幅が等しい変調電圧を印加する駆動回路18を備えている。 As described above, in the optical transmission device according to the embodiment, the drive circuit 18 that applies the modulation voltage having the same amplitude and the opposite polarity of the time change rate at each time to each arm 11 X of the semiconductor MZ optical modulator 10. It has.

光伝送装置に、そのような駆動回路18を採用しているのは、各時刻における時間変化率の正負が逆の,振幅が等しい変調電圧を各アーム11に印加すれば、半導体MZ光変調器10をチャープが少ない光変調器として機能させることが出来るためである。 Such a drive circuit 18 is employed in the optical transmission device because semiconductor MZ optical modulation is performed by applying to each arm 11 X a modulation voltage having the same time amplitude of each time and opposite amplitude and equal amplitude. This is because the device 10 can function as an optical modulator with little chirp.

すなわち、半導体MZ変調器10の各アーム11に、上記のように変化する変調電圧を印加した場合、図2に示してあるように、各アーム11における最大位相変化量Δφ、Δφの絶対値が一致することになる。なお、最大位相変化量とは、出力光強度が最大となる電圧(図2における矢印の先端側の電圧)の印加によりアーム11を伝搬する光に生ずる,出力光強度が最小となる電圧(図2における矢印の根本側の電圧)印加時の位相を基準とした位相変化量のことである。 That is, when the modulation voltage changing as described above is applied to each arm 11 X of the semiconductor MZ modulator 10, the maximum phase change amounts Δφ 1 and Δφ 2 in each arm 11 X as shown in FIG. The absolute values of match. The maximum phase variation and is caused to light propagating through the arm 11 X by applying a voltage of the output light intensity becomes maximum (voltage on the tip side of the arrow in FIG. 2), the voltage output light intensity becomes minimum ( The voltage at the base side of the arrow in FIG.

従って、各時刻における時間変化率の正負が逆の,振幅が等しい変調電圧を各アーム11に印加すれば(上記駆動回路18を採用しておけば)、半導体MZ光変調器10をチャープが少ない光変調器として機能させることが出来ることになる。 Thus, the positive and negative reverse time rate of change at each time, by applying an amplitude equal modulation voltages to the respective arm 11 X (if adopted the drive circuit 18), the chirp semiconductor MZ optical modulator 10 It can function as a small number of optical modulators.

ただし、既に説明したように、半導体MZ変調器は、各アームの損失が印加電圧によって比較的に大きく変化するもの(図11参照)となっている。そのため、上記内容の制御を既存構成の半導体MZ変調器に対して行った場合には、図3に示してあるように、オフ状態における各アームの損失α、αが大きく異なってしまい、その結果として、オフ状態における出力光の強度がさほど小さくならないことになる。 However, as already described, the semiconductor MZ modulator is such that the loss of each arm changes relatively greatly depending on the applied voltage (see FIG. 11). Therefore, when the above-described control is performed on the semiconductor MZ modulator having the existing configuration, as shown in FIG. 3, the losses α 1 and α 2 of each arm in the off state are greatly different. As a result, the intensity of the output light in the off state does not decrease so much.

半導体MZ変調器10のアーム11に、損失調整部14を設けているのは、この不具合が発生しないようにするためである。 The arm 11 1 of the semiconductor MZ modulator 10, what is provided with the loss adjuster 14, is so that this problem does not occur.

すなわち、アーム11に、“光吸収係数が他の部分よりも大きな、オフ状態におけるアーム11の損失とアーム11の損失とが一致するように、その形状を定めた損失調整部14”を設けておけば、図4に模式的に示したように、オフ状態における各アーム11(図では、アームX)の損失α、αを一致させることが出来る。 That is, the arm 11 1 has a “loss adjusting unit 14 whose shape is determined so that the loss of the arm 11 1 in the off state and the loss of the arm 11 2 in the off state coincide with each other”. 4, as schematically shown in FIG. 4, the losses α 1 and α 2 of the arms 11 X (arm X in the figure) in the off state can be matched.

従って、損失調整部14がアーム11に設けられている半導体MZ光変調器10は、上記不具合が生じない光変調器(換言すれば、消光比が高い光変調器)として機能することになる。 Thus, the semiconductor MZ optical modulator 10 the loss adjusting portion 14 is provided on the arm 11 1, (in other words, the extinction ratio is high optical modulator) optical modulator which the problem does not occur will function as .

また、損失調整部14を量子井戸の層厚調整により形成しているのは、そのようにしておけば、損失調整部14を簡単に実現(製造)できることになることに加え、両アーム間に、光波長に依存する損失差を付けることが可能になるからである。   In addition, the loss adjusting part 14 is formed by adjusting the layer thickness of the quantum well. In that case, the loss adjusting part 14 can be easily realized (manufactured), and between the arms. This is because it becomes possible to add a loss difference depending on the optical wavelength.

具体的には、量子井戸の層厚調整以外の方法、例えば、両アームの形状を非対称にする(例えば、導波路幅を両アーム間で変える)といった方法や、バンドギャップ波長が長波になるように組成を変化させるといった方法によっても、半導体MZ光変調器の両アーム間に損失差をつけることができる。ただし、前者の方法により所望の損失差を有する2アームを製造するためには、導波路幅等を極めて高精度に制御しなければならない。そのため、両アームの形状を非対称にすることによって半導体MZ光変調器の両アーム間に損失
差を付けることは、非現実的である。
Specifically, a method other than adjusting the layer thickness of the quantum well, for example, a method of making the shapes of both arms asymmetric (for example, changing the waveguide width between both arms), or a band gap wavelength becomes a long wave. A loss difference can be provided between both arms of the semiconductor MZ optical modulator also by a method of changing the composition. However, in order to manufacture two arms having a desired loss difference by the former method, the waveguide width and the like must be controlled with extremely high accuracy. Therefore, it is unrealistic to provide a loss difference between both arms of the semiconductor MZ optical modulator by making the shapes of both arms asymmetric.

また、半導体MZ光変調器では、屈折率変化と吸収変化の関係自体に波長依存性がある。従って、半導体MZ光変調器を広い波長範囲に渡って使用する場合には、両アーム間の損失差についても波長依存性を持たせておかないと、波長毎にオフ状態の損失差を零とすることが出来ない。しかしながら、前者の方法は、両アーム間に、光波長に依存する損失差を付けることができないという欠点を有するものともなっている。   Further, in the semiconductor MZ optical modulator, the relationship between the refractive index change and the absorption change itself has wavelength dependency. Therefore, when the semiconductor MZ optical modulator is used over a wide wavelength range, the loss difference in the OFF state is set to zero for each wavelength unless the loss difference between the arms is also wavelength-dependent. I can't do it. However, the former method has a drawback that a loss difference depending on the optical wavelength cannot be provided between the arms.

一方、後者の方法によれば、両アーム間に光波長に依存する損失差を付けることができる。ただし、この方法を採用した場合、製造手順が複雑にならざるを得ないが、損失調整部14を量子井戸の層厚調整により形成するようにしておけば、マスクを用いた選択成長(詳細は後述)により、損失調整部14を簡単に実現できる。しかも、量子井戸の層厚調整によれば、両アーム間に、光波長に依存する損失差を付けることも可能である。そのため、損失調整部14を量子井戸の層厚調整により形成しているのである。   On the other hand, according to the latter method, it is possible to add a loss difference depending on the optical wavelength between the arms. However, when this method is adopted, the manufacturing procedure must be complicated. However, if the loss adjusting unit 14 is formed by adjusting the layer thickness of the quantum well, selective growth using a mask (for details, see FIG. As will be described later, the loss adjusting unit 14 can be easily realized. In addition, by adjusting the layer thickness of the quantum well, it is possible to add a loss difference depending on the optical wavelength between both arms. Therefore, the loss adjusting part 14 is formed by adjusting the layer thickness of the quantum well.

さらに、アーム11及び11間の初期位相差を“π/2+2nπ”ラジアン(nは、整数)としておけば、図2に示したように、各アーム11xへの変調電圧の最大値と最
小値を揃えた駆動が出来るため、チャープ量を最小にすることが出来る。そのため、半導体MZ光変調器10を、アーム11及び11間の初期位相差が“π/2+2nπ”ラジアンであるものとした上で、駆動回路18として、各アーム11を伝搬する光に、−π/4ラジアン〜+π/4ラジアンの位相変化を生じさせる変調電圧を出力するものを採用しているのである。
Further, if the initial phase difference between the arms 11 1 and 11 2 is set to “π / 2 + 2nπ” radians (n is an integer), as shown in FIG. 2, the maximum value and the minimum value of the modulation voltage applied to each arm 11x. Since driving with uniform values can be performed, the amount of chirp can be minimized. Therefore, the semiconductor MZ optical modulator 10 is assumed to have an initial phase difference between the arms 11 1 and 11 2 of “π / 2 + 2nπ” radians, and the drive circuit 18 uses the light propagating through each arm 11 X. , Which outputs a modulation voltage that causes a phase change of −π / 4 radians to + π / 4 radians is employed.

次に、本実施形態に係る半導体MZ変調器10の製造手順の一例を説明する。   Next, an example of a manufacturing procedure of the semiconductor MZ modulator 10 according to the present embodiment will be described.

上記した半導体MZ変調器10は、例えば、図5A〜図5Sに示した手順で製造できるものである。   The semiconductor MZ modulator 10 described above can be manufactured, for example, according to the procedure shown in FIGS. 5A to 5S.

すなわち、この手順による半導体MZ変調器10の製造時には、まず(図5A参照)、n−InP基板21上に、CVD(Chemical Vapor Deposition:化学気相成長)法によ
りSiO膜22が形成される。次いで、『SiO膜22上へフォトレジストを塗布し、塗布したフォトレジストを露光し、露光したフォトレジストを現像する』といった手順で、SiO膜22上に所定形状(詳細は後述)のレジストパターン40が形成される。
That is, when the semiconductor MZ modulator 10 is manufactured by this procedure (see FIG. 5A), first, the SiO 2 film 22 is formed on the n-InP substrate 21 by the CVD (Chemical Vapor Deposition) method. . Next, a resist having a predetermined shape (details will be described later) is formed on the SiO 2 film 22 by a procedure such as “applying a photoresist on the SiO 2 film 22, exposing the applied photoresist, and developing the exposed photoresist”. A pattern 40 is formed.

そして、レジストパターン40をマスクとしてSiO膜22がBHF(Buffered HF
)等によりウェットエッチングされる。その後、レジストパターン40が除去されることにより、n−InP基板21上に、図5B、図5Cに示したような形状の2つの選択成長マスク領域23(SiO膜22の一部)が設けられている構造が製造される。
Then, the SiO 2 film 22 is formed with BHF (Buffered HF) using the resist pattern 40 as a mask.
) Or the like. Thereafter, by removing the resist pattern 40, two selective growth mask regions 23 (a part of the SiO 2 film 22) having the shapes as shown in FIGS. 5B and 5C are provided on the n-InP substrate 21. The structure is manufactured.

なお、各選択成長マスク領域23(以下、マスク領域23とも表記する)の形状及び位置(レジストパターン40の形状)は、さまざまなことを考慮して決定しておく。   The shape and position of each selective growth mask region 23 (hereinafter also referred to as mask region 23) (the shape of the resist pattern 40) are determined in consideration of various things.

具体的には、各マスク領域23の幅Wm、マスク領域23間の間隙幅Wgは、2つのマスク領域23に挟まれた領域(以下、“高成長速度領域”と表記する)内の活性層成長速度(平均的なもの:以下、同様)の,他領域における活性層成長速度に対する比が、所望の値(例えば、1.2)となるように決定しておく。また、各マスク領域23の長さLmは、その後に形成されるアーム11の損失と、アーム11の損失とが、オフ状態において一致する長さ(例えば500μm)となるように、活性層組成、井戸層厚、駆動条件等から決定しておく。 Specifically, the width Wm of each mask region 23 and the gap width Wg between the mask regions 23 are active layers in a region sandwiched between two mask regions 23 (hereinafter referred to as “high growth rate region”). The ratio of the growth rate (average: the same applies hereinafter) to the active layer growth rate in other regions is determined to be a desired value (for example, 1.2). The length Lm is in each mask area 23, so that the loss of the arm 11 1 is subsequently formed, and the loss of the arm 11 2 becomes the length to match in the off state (e.g. 500 [mu] m), the active layer It is determined from the composition, well layer thickness, driving conditions, and the like.

マスク領域23の形成後には、n−InP基板21のマスク領域23が形成されている側の面上に、MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition:有機金属気相成
長法)により、100nm程度の厚さの,n型のInPバッファ層24が積層される(図5D)。次いで、そのInPバッファ層24上に、InGaAsP−井戸とInP−障壁から成るMQW(Multi-Quantum Wells:多重量子井戸)層25が形成される。
After the mask region 23 is formed, the thickness of the n-InP substrate 21 on the side where the mask region 23 is formed is about 100 nm thick by MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor Deposition). The n-type InP buffer layer 24 is stacked (FIG. 5D). Next, an MQW (Multi-Quantum Wells) layer 25 composed of InGaAsP-wells and InP-barriers is formed on the InP buffer layer 24.

なお、QCSEによって実用上十分な大きさの屈折率変化を得るには、MQW層25のバンド端遷移波長と入力光波長とが近いことが望ましい。ただし、入力光波長がバンド端遷移波長に近すぎると吸収の影響も大きくなる。そのため、入力光波長を1.55μm付近とする場合には、バンド端遷移波長が1.4μm程度となるように、MQW層25の組
成(例えば、In(0.6)Ga(0.4)As(0.85)P(0.15))と層厚(例えば10nm)とを決定しておくことが望ましい。この時、上記高成長速度領域では、成長速度比に応じてMQW層厚が大きく(ここでは12nmに)なる。
In order to obtain a practically sufficient refractive index change by QCSE, it is desirable that the band edge transition wavelength of the MQW layer 25 is close to the input light wavelength. However, if the input light wavelength is too close to the band edge transition wavelength, the influence of absorption increases. Therefore, when the input light wavelength is around 1.55 μm, the composition of the MQW layer 25 (for example, In (0.6) Ga (0.4) is set so that the band edge transition wavelength is about 1.4 μm. As (0.85) P (0.15)) and the layer thickness (for example, 10 nm) are desirably determined in advance. At this time, in the high growth rate region, the MQW layer thickness increases (here, 12 nm) in accordance with the growth rate ratio.

MQW層25の形成後には、マスク領域23が、BHF等によりウェットエッチングされる。その後、MOCVD法により、p型のInPクラッド層26と、p型のInGaAsコンタクト層27とが、形成される(図5E)。   After the formation of the MQW layer 25, the mask region 23 is wet-etched with BHF or the like. Thereafter, a p-type InP cladding layer 26 and a p-type InGaAs contact layer 27 are formed by MOCVD (FIG. 5E).

次いで、マスク領域23形成時と同様の手順で、導波路形成用の,Si0からなるマスクパターン41が形成される(図5F)。そして、形成したマスクパターン41をマスクとした、RIE(Reactive Ion Etching)によるドライエッチングが行われることにより、n−InP基板21上にメサストライプが形成される(図5G)。 Then, the same procedure as when the mask area 23 formed, for forming a waveguide, the mask pattern 41 is formed consisting of Si0 2 (Fig. 5F). Then, dry etching by RIE (Reactive Ion Etching) is performed using the formed mask pattern 41 as a mask, thereby forming a mesa stripe on the n-InP substrate 21 (FIG. 5G).

なお、上記工程中で形成されるマスクパターン41は、図5Hに示したような形状を有するものである。ただし、上記工程中で実際に形成されるマスクパターン41は、それをマスクとしたドライエッチングによって、図1を用いて既に説明した機能・構成を有する光分配器12、アーム11等が得られるように、その形状が設計されたものである。 Note that the mask pattern 41 formed in the above process has a shape as shown in FIG. 5H. However, the mask pattern 41 actually formed in the above process can be obtained by the dry etching using the mask pattern 41 as a mask, the optical distributor 12, the arm 11X, etc. having the functions and configurations already described with reference to FIG. As such, the shape is designed.

メサストライプの形成が完了した場合には、MOCVD法によって、メサストライプ周囲に、SI(Semi-Insulated:高抵抗)−InP層31(図5I)を成長させてから、マスクパターン41が除去される(図5J)。そして、『InGaAsコンタクト層27上へのレジストマスクの形成工程』等を含む一連の工程により、InGaAsコンタクト層27の,Au/Zn/Au電極33′を形成する部分以外の部分がウェットエッチングされる(図5K)。なお、Au/Zn/Au電極33′とは、各アーム11(InPバッファ層24、MQW層25等が積層されたストライプ状部分)の電圧を印加する部分上に形成される,電極15の一部を成す電極(図5O参照)のことである。 When the formation of the mesa stripe is completed, the mask pattern 41 is removed after the SI (Semi-Insulated: high resistance) -InP layer 31 (FIG. 5I) is grown around the mesa stripe by MOCVD. (FIG. 5J). Then, through a series of steps including “a step of forming a resist mask on the InGaAs contact layer 27” and the like, the portion of the InGaAs contact layer 27 other than the portion where the Au / Zn / Au electrode 33 ′ is formed is wet etched. (FIG. 5K). The Au / Zn / Au electrode 33 ′ is formed on a portion to which the voltage of each arm 11 X (stripe-like portion where the InP buffer layer 24, MQW layer 25, etc. are stacked) is applied. This is a part of the electrode (see FIG. 5O).

InGaAsコンタクト層27のパターニング後には、一連の工程を経たn−InP基板21の,SI−InP層31が形成されている側の全面に、CVD法によりSiO膜32(図5L参照)が形成される。 After patterning the InGaAs contact layer 27, a SiO 2 film 32 (see FIG. 5L) is formed by CVD on the entire surface of the n-InP substrate 21 on which the SI-InP layer 31 is formed after a series of steps. Is done.

次いで、Au/Zn/Au電極33′を形成する部分が開口部42aとなっているレジストマスク42(図5M参照)が、SiO膜32上に形成される。 Next, a resist mask 42 (see FIG. 5M) in which a portion where the Au / Zn / Au electrode 33 ′ is to be formed is an opening 42 a is formed on the SiO 2 film 32.

レジストマスク42の形成後には、そのレジストマスク42をマスクとしたエッチングにより、SiO膜32の,Au/Zn/Au電極33′を形成する部分上の部分が除去される(図5L、図5M)。その後、真空蒸着法により、Au/Zn/Au膜33が形成される(図5N)。そして、レジストマスク42を、その上に形成されているAu/Zn/Au膜33と共に除去することにより、各アーム11X上に、Au/Zn/Au電極33′が存在する構造(図5O、図5P)が製造される。 After the formation of the resist mask 42, the portion of the SiO 2 film 32 on the portion where the Au / Zn / Au electrode 33 ′ is formed is removed by etching using the resist mask 42 as a mask (FIGS. 5L and 5M). ). Thereafter, an Au / Zn / Au film 33 is formed by vacuum evaporation (FIG. 5N). Then, by removing the resist mask 42 together with the Au / Zn / Au film 33 formed thereon, a structure in which an Au / Zn / Au electrode 33 'exists on each arm 11X (FIG. 5O, FIG. 5P) is manufactured.

その後、図5Rに示してあるような形状のAu電極34を形成するためのレジストマスク44が形成される(図5Q)。そして、メッキにより、Au電極34が形成されてから(Au電極34とAu/Zn/Au電極33′とからなる電極15(図1参照)が形成されてから)、レジストマスク44が除去される(図5R)。   Thereafter, a resist mask 44 for forming the Au electrode 34 having a shape as shown in FIG. 5R is formed (FIG. 5Q). Then, after the Au electrode 34 is formed by plating (after the electrode 15 (see FIG. 1) including the Au electrode 34 and the Au / Zn / Au electrode 33 ′ is formed), the resist mask 44 is removed. (FIG. 5R).

レジストマスク44の除去後には、裏面電極37が形成される(図5S)。この裏面電極37は、通常、AuGe/Au膜35を蒸着してから、Auメッキ層36を形成するといった手順で形成される。   After removing the resist mask 44, the back electrode 37 is formed (FIG. 5S). The back electrode 37 is usually formed by a procedure in which an AuGe / Au film 35 is deposited and then an Au plating layer 36 is formed.

このような手順を採用しておけば、変調電圧の中心バイアスが−3V程度、変調振幅(全幅)が2V程度の変調電圧により駆動できる、オフ状態における両アーム11、11間のQCSEによる過剰損失差(図3におけるα−α)が、例えば、0.5dBである半導体MZ光変調器10であって、それと同じ伝搬損失が発生する損失調整部14を備えているが故に、消光比が高い半導体MZ光変調器10を、容易且つ確実に製造できることになる。 If such a procedure is employed, the QCSE between the arms 11 1 and 11 2 in the off state can be driven by the modulation voltage having a modulation voltage center bias of about −3 V and a modulation amplitude (full width) of about 2 V. Since the excess loss difference (α 2 −α 1 in FIG. 3) is, for example, the semiconductor MZ optical modulator 10 having 0.5 dB, the loss adjustment unit 14 that generates the same propagation loss is provided. The semiconductor MZ light modulator 10 having a high extinction ratio can be manufactured easily and reliably.

《変形形態》
上記した光伝送装置は、各種の変形を行うことが出来るものである。例えば、光伝送装置を、図6に示した構成を有する半導体MZ光変調器10を備えた装置、すなわち、光分配器12及び光結合器13として、MMIカプラではなく、Y分岐導波路が使用されている半導体MZ光変調器10を備えた装置に変形することが出来る。また、光伝送装置を、光分配器12及び光結合器13として、方向性結合器が使用されている半導体MZ光変調器10を備えた装置に変形することも出来る。
<Deformation>
The optical transmission apparatus described above can be variously modified. For example, the optical transmission device is a device including the semiconductor MZ optical modulator 10 having the configuration shown in FIG. 6, that is, the optical splitter 12 and the optical coupler 13 are not MMI couplers but Y-branch waveguides. The semiconductor MZ optical modulator 10 can be modified into a device. Further, the optical transmission device can be modified as a device including the semiconductor MZ optical modulator 10 in which a directional coupler is used as the optical distributor 12 and the optical coupler 13.

また、初期位相差が“π/2+2nπ”ラジアン(nは、整数)となるように、アーム11及びアーム11を設計するのではなく、アーム11及び/又はアーム11に、初期位相差を調整(制御)するための位相調整機構を設けておくことも出来る。そのような位相調整機構としては、電圧印加による屈折率変化を利用して位相を調整する機構、電流注入による自由キャリア密度の変化に伴う屈折率変化を利用して位相を調整する機構、温度変化に伴う屈折率変化を利用して位相を調整する機構が考えられる。ただし、電圧/電流を利用する機構は、屈折率変化に伴い吸収の変化が起こるため、制御が難しいものとなる。従って、半導体MZ光変調器10に位相調整機構を実装する場合には、図7に示したように、半導体MZ光変調器10のアーム11上(又は、アーム11上)にヒータ電極19を設けておくことが好ましい。 In addition, the arm 11 1 and the arm 11 2 are not designed so that the initial phase difference is “π / 2 + 2nπ” radians (n is an integer), but the initial position is set in the arm 11 2 and / or the arm 11 1. A phase adjustment mechanism for adjusting (controlling) the phase difference can also be provided. Such a phase adjustment mechanism includes a mechanism that adjusts the phase by using a change in refractive index due to voltage application, a mechanism that adjusts the phase by using a change in refractive index due to a change in free carrier density due to current injection, and a temperature change. A mechanism for adjusting the phase by using a change in refractive index accompanying the above can be considered. However, the mechanism using the voltage / current is difficult to control because a change in absorption occurs with a change in refractive index. Therefore, a semiconductor when implementing the phase adjustment mechanism to the MZ optical modulator 10, as shown in FIG. 7, the arm 11 2 above (or, the arm 11 1 above) of the semiconductor MZ optical modulator 10 the heater electrode 19 to Is preferably provided.

また、損失調整部14は、“光吸収係数が他の部分よりも大きな、オフ状態におけるアーム11の損失とアーム11の損失とが一致するように、その形状を定めた”ものでありさえすれば良い。従って、形成後の損失調整部14(半導体MZ光変調器10が備える損失調整部14)が、実際に、オフ状態におけるアーム11の損失とアーム11の損失とを完全に一致させるものとなっている必要はない。 Further, the loss adjusting unit 14 is “the shape of which is determined so that the loss of the arm 11 1 in the off state and the loss of the arm 112 2 match each other when the light absorption coefficient is larger than the other parts”. All you have to do is Therefore, the loss adjuster 14 after the formation (loss adjusting unit 14 is a semiconductor MZ optical modulator 10 provided) is, in fact, as to match the losses of the arm 11 1 loss and the arm 11 2 in the off state completely It does not have to be.

また、損失調整部14を、電極15下に設けておくことも出来る。ただし、そのような構成を採用した場合、損失調整部14のサイズを決定するのが困難になる。そのため、損失調整部14は、上記した半導体MZ光変調器10のように、電極15下ではない部分に設けておくことが望ましい。   Further, the loss adjusting unit 14 can be provided under the electrode 15. However, when such a configuration is adopted, it is difficult to determine the size of the loss adjustment unit 14. Therefore, it is desirable to provide the loss adjusting unit 14 in a portion that is not under the electrode 15 like the semiconductor MZ optical modulator 10 described above.

半導体MZ光変調器10を、InGaAsP/InP量子井戸以外の活性層を備えたもの(例えば、Zn,Cd,Hg,Al,N,Sb,S,Te等のII,III,V,VI族元
素からなる混晶を活性層としたもの)に変形することも出来る。また、半導体MZ光変調
器10を、双方のアーム11及び11に、それぞれ、損失調整部14相当のものが設けられているもの(オフ状態における両アーム11及び11間の損失が一致するように、各アーム11で損失が調整される構成を有するもの)に変形することも出来る。
Semiconductor MZ optical modulator 10 having an active layer other than InGaAsP / InP quantum well (for example, II, III, V, VI group elements such as Zn, Cd, Hg, Al, N, Sb, S, Te, etc.) It is also possible to transform the mixed crystal consisting of In addition, the semiconductor MZ optical modulator 10 is provided with both of the arms 11 1 and 11 2 that are equivalent to the loss adjusting unit 14 (the loss between the arms 11 1 and 11 2 in the off state is reduced). as matching, it can also be transformed into one) having the structure loss in each arm 11 X is adjusted.

半導体MZ光変調器10を、上記構造(SI−BH構造)とは異なる構造の導波路(例えば、PNPN型の埋め込み導波路や、半導体での埋め込みを行わないハイメサ型導波路)を備えたものに変形することも出来る。さらに、半導体MZ光変調器10の光結合器13を、合波した光の何%かを図1における下側の光導波路に出力するものとしておいても良いことや、光伝送装置を、光中継器に変形しても良いことなどは、当然のことである。   The semiconductor MZ optical modulator 10 includes a waveguide having a structure different from the above structure (SI-BH structure) (for example, a PNPN-type embedded waveguide or a high-mesa waveguide that is not embedded with a semiconductor). It can also be transformed into Further, the optical coupler 13 of the semiconductor MZ optical modulator 10 may output some% of the combined light to the lower optical waveguide in FIG. Of course, it may be transformed into a repeater.

以上、開示した技術に関し、更に以下の付記を開示する。   As described above, the following additional notes are disclosed with respect to the disclosed technology.

(付記1) マッハツェンダ干渉計を成す,半導体量子井戸構造を有する第1及び第2の光導波路と、
前記第1の光導波路に電圧を印加するための第1電極と、
前記第2の光導波路に電圧を印加するための第2電極と、
を備え、
前記第1の光導波路及び前記第2の光導波路の少なくとも一方の光導波路の一部に、その光吸収係数が当該光導波路の他の部分に比べて大きな損失調整部であって、出力光の強度が最小となる電圧を前記第1電極及び前記第2電極に印加した場合における前記第1の光導波路の伝搬損失と前記第2の光導波路の伝搬損失とが一致するように、その形状が定められた損失調整部が、設けられている
ことを特徴とする半導体マッハツェンダ型光変調器。
(Additional remark 1) The 1st and 2nd optical waveguide which has a semiconductor quantum well structure which comprises a Mach-Zehnder interferometer,
A first electrode for applying a voltage to the first optical waveguide;
A second electrode for applying a voltage to the second optical waveguide;
With
A part of at least one of the first optical waveguide and the second optical waveguide is a loss adjustment unit having a light absorption coefficient larger than that of the other part of the optical waveguide, The shape is such that the propagation loss of the first optical waveguide coincides with the propagation loss of the second optical waveguide when a voltage having a minimum intensity is applied to the first electrode and the second electrode. A semiconductor Mach-Zehnder type optical modulator, characterized in that a predetermined loss adjusting unit is provided.

(付記2) 前記損失調整部が、
前記光導波路の前記他の部分の量子井戸よりも層厚が厚い量子井戸である
ことを特徴とする付記1に記載の半導体マッハツェンダ型光変調器。
(Supplementary Note 2) The loss adjustment unit is
The semiconductor Mach-Zehnder optical modulator according to appendix 1, wherein the quantum well has a layer thickness larger than that of the quantum well of the other portion of the optical waveguide.

(付記3) 前記第1の光導波路及び前記第2の光導波路の少なくとも一方が、
前記損失調整部として機能する部分を含む、光伝播方向に沿って連続的に厚みの変化する量子井戸構造を有する光導波路である
ことを特徴とする付記1に記載の半導体マッハツェンダ型光変調器。
(Appendix 3) At least one of the first optical waveguide and the second optical waveguide is
The semiconductor Mach-Zehnder optical modulator according to appendix 1, wherein the semiconductor Mach-Zehnder type optical modulator includes a quantum well structure including a portion that functions as the loss adjustment unit, the thickness of which varies continuously along the light propagation direction.

(付記4) 前記第1の光導波路と前記第2の光導波路との間の初期位相差が、π/2+2nπ(nは、整数)ラジアンである
ことを特徴とする付記1乃至付記3のいずれか一項に記載の半導体マッハツェンダ型光変調器。
(Supplementary note 4) Any of Supplementary notes 1 to 3, wherein an initial phase difference between the first optical waveguide and the second optical waveguide is π / 2 + 2nπ (n is an integer) radians. A semiconductor Mach-Zehnder optical modulator according to claim 1.

(付記5) 第1の光導波路と前記第2の光導波路との間の初期位相差を調整するための位相調整機構を、さらに、備える
ことを特徴とする付記1乃至付記3のいずれか一項に記載の半導体マッハツェンダ型光変調器。
(Supplementary Note 5) Any one of Supplementary Notes 1 to 3, further comprising a phase adjustment mechanism for adjusting an initial phase difference between the first optical waveguide and the second optical waveguide. The semiconductor Mach-Zehnder optical modulator according to the item.

(付記6) 前記損失調整部が、
前記第1の光伝送路の前記第1電極により覆われていない部分、又は、前記第2の光伝送路の前記第2電極により覆われていない部分に設けられている
ことを特徴とする付記1乃至付記5のいずれか一項に記載の半導体マッハツェンダ型光変調器。
(Additional remark 6) The said loss adjustment part is
Note that the first optical transmission line is provided in a portion that is not covered by the first electrode, or a portion that is not covered by the second electrode in the second optical transmission line. The semiconductor Mach-Zehnder optical modulator according to any one of 1 to Appendix 5.

(付記7) 付記1乃至付記6のいずれか一項に記載の半導体マッハツェンダ型光変調
器と、
前記半導体マッハツェンダ型光変調器の前記第1電極と前記第2電極とに、同時刻における時間変化率の正負が逆の,振幅が等しい変調電圧を印加することによって、前記半導体マッハツェンダ型光変調器を駆動する駆動回路と、
を備えることを特徴とする光伝送装置。
(Supplementary note 7) The semiconductor Mach-Zehnder optical modulator according to any one of supplementary notes 1 to 6,
The semiconductor Mach-Zehnder optical modulator is applied with a modulation voltage having the same amplitude but opposite amplitude of the time change rate at the same time, to the first electrode and the second electrode of the semiconductor Mach-Zehnder optical modulator. A drive circuit for driving
An optical transmission device comprising:

(付記8) 半導体基板上に、マッハツェンダ干渉計を成す,半導体量子井戸構造を有する第1及び第2の光導波路を形成する光導波路形成工程と、
前記第1の光導波路及び前記第2の光導波路の少なくとも一方の光導波路の一部に、その光吸収係数が当該光導波路の他の部分に比べて大きな損失調整部であって、出力光の強度が最小となる電圧を前記第1電極及び前記第2電極に印加した場合における前記第1の光導波路の伝搬損失と前記第2の光導波路の伝搬損失とが一致するように、その形状が定められた損失調整部を形成する損失調整部形成工程と、
を含むことを特徴とする半導体マッハツェンダ型光変調器の製造方法。
(Additional remark 8) The optical waveguide formation process which forms the 1st and 2nd optical waveguide which has a semiconductor quantum well structure which comprises a Mach-Zehnder interferometer on a semiconductor substrate,
A part of at least one of the first optical waveguide and the second optical waveguide is a loss adjustment unit having a light absorption coefficient larger than that of the other part of the optical waveguide, The shape is such that the propagation loss of the first optical waveguide coincides with the propagation loss of the second optical waveguide when a voltage having a minimum intensity is applied to the first electrode and the second electrode. A loss adjusting part forming step for forming a defined loss adjusting part;
A method of manufacturing a semiconductor Mach-Zehnder type optical modulator.

(付記9) 前記半導体基板の前記損失調整部を形成すべき部分の近傍に,前記第1及び前記第2の光導波路の量子井戸の構成材料がその上に積層されないマスクを形成する工程を、さらに、含み、
前記光導波路形成工程及び前記損失調整部形成工程として、
前記量子井戸の構成材料を堆積させることにより、前記マスクが形成された前記半導体基板上に、少なくとも一方の光導波路の一部に、前記損失調整部として機能する,他の部分の量子井戸よりも層厚が厚い部分が存在する、マッハツェンダ干渉計を成す,半導体量子井戸構造を有する第1及び第2の光導波路を形成する工程が行われる
ことを特徴とする付記8に記載の半導体マッハツェンダ型光変調器の製造方法。
(Additional remark 9) The process of forming the mask in which the constituent material of the quantum well of the said 1st and 2nd optical waveguide is not laminated | stacked on the vicinity of the part which should form the said loss adjustment part of the said semiconductor substrate, In addition,
As the optical waveguide forming step and the loss adjusting portion forming step,
By depositing the constituent material of the quantum well, on the semiconductor substrate on which the mask is formed, a part of at least one of the optical waveguides functions as the loss adjusting unit, as compared to the other part of the quantum well. 9. The semiconductor Mach-Zehnder type light according to appendix 8, wherein a step of forming first and second optical waveguides having a semiconductor quantum well structure, which forms a Mach-Zehnder interferometer, in which a thick layer portion exists is performed. Modulator manufacturing method.

(付記10) 半導体マッハツェンダ型光変調器の駆動方法であって、
前記半導体マッハツェンダ型光変調器の,マッハツェンダ干渉計を成している2本の光導波路に、同時刻における時間変化率の正負が逆の,振幅が等しい変調電圧を印加することによって、前記半導体マッハツェンダ型光変調器を駆動する
ことを特徴とする半導体マッハツェンダ型光変調器の駆動方法。
(Supplementary Note 10) A method of driving a semiconductor Mach-Zehnder optical modulator,
The semiconductor Mach-Zehnder optical modulator is configured to apply a modulation voltage having the same amplitude and opposite amplitudes to the two optical waveguides constituting the Mach-Zehnder interferometer at the same time. A method for driving a semiconductor Mach-Zehnder optical modulator, comprising: driving a type optical modulator.

(付記11) 前記半導体マッハツェンダ型光変調器が、
出力光の強度が最小となる電圧を各光導波路に印加した場合における両光導波路の伝搬損失が等しい変調器である
ことを特徴とする付記10に記載の半導体マッハツェンダ型光変調器の駆動方法。
(Supplementary Note 11) The semiconductor Mach-Zehnder optical modulator includes:
11. The method of driving a semiconductor Mach-Zehnder optical modulator according to appendix 10, wherein the modulator has equal propagation loss in both optical waveguides when a voltage that minimizes the intensity of the output light is applied to each optical waveguide.

10 半導体MZ光変調器
11,11 アーム
12 光分配器
13 光結合器
14 損失調整部
15 電極
15a パッド
17 光源
18 駆動回路
19 ヒータ電極
21 n−InP基板
22,32 SiO
23 選択成長マスク領域
24 InPバッファ層
25 MQW層
26 InPクラッド層
27 InGaAsコンタクト層
31 SI−InP層
33 Au/Zn/Au電極
34 Au電極
35 AuGe/Au膜
36 Auメッキ層
37 裏面電極
40 レジストパターン
41 マスクパターン
42,44 レジストマスク
42a 開口部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Semiconductor MZ light modulator 11 1 , 11 2 arm 12 Optical distributor 13 Optical coupler 14 Loss adjustment part 15 Electrode 15a Pad 17 Light source 18 Drive circuit 19 Heater electrode 21 n-InP substrate 22, 32 SiO 2 film 23 Selective growth Mask region 24 InP buffer layer 25 MQW layer 26 InP cladding layer 27 InGaAs contact layer 31 SI-InP layer 33 Au / Zn / Au electrode 34 Au electrode 35 AuGe / Au film 36 Au plating layer 37 Back electrode 40 Resist pattern 41 Mask pattern 42,44 resist mask 42a opening

Claims (8)

マッハツェンダ干渉計を成す、半導体量子井戸構造を有する第1及び第2の光導波路と、
前記第1の光導波路に電圧を印加するための第1電極と、
前記第2の光導波路に電圧を印加するための第2電極と、
を備え、
前記第1の光導波路及び前記第2の光導波路の少なくとも一方の光導波路の一部に、その光吸収係数が当該光導波路の他の部分に比べて大きな損失調整部であって、出力光の強度が最小となる電圧を前記第1電極及び前記第2電極に印加した場合における前記第1の光導波路の伝搬損失と前記第2の光導波路の伝搬損失とが一致するように、その形状が定められた損失調整部が、設けられている
ことを特徴とする半導体マッハツェンダ型光変調器。
First and second optical waveguides having a semiconductor quantum well structure forming a Mach-Zehnder interferometer;
A first electrode for applying a voltage to the first optical waveguide;
A second electrode for applying a voltage to the second optical waveguide;
With
A part of at least one of the first optical waveguide and the second optical waveguide is a loss adjustment unit having a light absorption coefficient larger than that of the other part of the optical waveguide, The shape is such that the propagation loss of the first optical waveguide coincides with the propagation loss of the second optical waveguide when a voltage having a minimum intensity is applied to the first electrode and the second electrode. A semiconductor Mach-Zehnder type optical modulator, characterized in that a predetermined loss adjusting unit is provided.
前記損失調整部が、
前記光導波路の前記他の部分の量子井戸よりも層厚が厚い量子井戸である
ことを特徴とする請求項1記載の半導体マッハツェンダ型光変調器。
The loss adjusting unit is
2. The semiconductor Mach-Zehnder optical modulator according to claim 1, wherein the semiconductor Mach-Zehnder optical modulator has a layer thickness larger than that of the quantum well of the other portion of the optical waveguide.
前記第1の光導波路及び前記第2の光導波路の少なくとも一方が、
前記損失調整部として機能する部分を含む、光伝播方向に沿って連続的に厚みの変化する量子井戸構造を有する光導波路である
ことを特徴とする請求項1記載の半導体マッハツェンダ型光変調器。
At least one of the first optical waveguide and the second optical waveguide is
2. The semiconductor Mach-Zehnder optical modulator according to claim 1, wherein the semiconductor Mach-Zehnder optical modulator includes a quantum well structure including a portion functioning as the loss adjusting unit and having a thickness that continuously changes along a light propagation direction.
前記第1の光導波路と前記第2の光導波路との間の初期位相差が、π/2+2nπ(nは、整数)ラジアンである
ことを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか一項に記載の半導体マッハツェンダ型光変調器。
4. The initial phase difference between the first optical waveguide and the second optical waveguide is π / 2 + 2nπ (where n is an integer) radians. 5. The semiconductor Mach-Zehnder optical modulator according to the item.
請求項1乃至請求項4のいずれか一項に記載の半導体マッハツェンダ型光変調器と、
前記半導体マッハツェンダ型光変調器の前記第1電極と前記第2電極とに、同時刻における時間変化率の正負が逆の,振幅が等しい変調電圧を印加することによって、前記半導
体マッハツェンダ型光変調器を駆動する駆動回路と、
を備えることを特徴とする光伝送装置。
A semiconductor Mach-Zehnder optical modulator according to any one of claims 1 to 4,
The semiconductor Mach-Zehnder optical modulator is applied with a modulation voltage having the same amplitude but opposite amplitude of the time change rate at the same time, to the first electrode and the second electrode of the semiconductor Mach-Zehnder optical modulator. A drive circuit for driving
An optical transmission device comprising:
半導体基板上に、マッハツェンダ干渉計を成す、半導体量子井戸構造を有する第1及び第2の光導波路を形成する光導波路形成工程と、
前記第1の光導波路及び前記第2の光導波路の少なくとも一方の光導波路の一部に、その光吸収係数が当該光導波路の他の部分に比べて大きな損失調整部であって、出力光の強度が最小となる電圧を前記第1電極及び前記第2電極に印加した場合における前記第1の光導波路の伝搬損失と前記第2の光導波路の伝搬損失とが一致するように、その形状が定められた損失調整部を形成する損失調整部形成工程と、
を含むことを特徴とする半導体マッハツェンダ型光変調器の製造方法。
An optical waveguide forming step of forming first and second optical waveguides having a semiconductor quantum well structure, which forms a Mach-Zehnder interferometer on a semiconductor substrate;
A part of at least one of the first optical waveguide and the second optical waveguide is a loss adjustment unit having a light absorption coefficient larger than that of the other part of the optical waveguide, The shape is such that the propagation loss of the first optical waveguide coincides with the propagation loss of the second optical waveguide when a voltage having a minimum intensity is applied to the first electrode and the second electrode. A loss adjusting part forming step for forming a defined loss adjusting part;
A method of manufacturing a semiconductor Mach-Zehnder type optical modulator.
半導体基板の前記損失調整部を形成すべき部分の近傍に量子井戸の構成材料がその上に積層されないマスクを設け、その後、前記半導体基板上に量子井戸の構成材料を堆積することにより、前記他の部分の量子井戸よりも層厚が厚くなるように形成する工程を含む
ことを特徴とする請求項7に記載の半導体マッハツェンダ型光変調器の製造方法。
Providing a mask in which the constituent material of the quantum well is not stacked thereon in the vicinity of the portion where the loss adjusting portion of the semiconductor substrate is to be formed, and then depositing the constituent material of the quantum well on the semiconductor substrate, The method of manufacturing a semiconductor Mach-Zehnder type optical modulator according to claim 7, further comprising a step of forming the layer so that the layer thickness is larger than that of the quantum well in the portion.
マッハツェンダ干渉計を成す、半導体量子井戸構造を有する第1及び第2の光導波路と、
前記第1の光導波路に電圧を印加するための第1電極と、
前記第2の光導波路に電圧を印加するための第2電極と、
を備え、
前記第1の光導波路及び前記第2の光導波路の少なくとも一方の光導波路の一部に、その光吸収係数が当該光導波路の他の部分に比べて大きな損失調整部であって、出力光の強度が最小となる電圧を前記第1電極及び前記第2電極に印加した場合における前記第1の光導波路の伝搬損失と前記第2の光導波路の伝搬損失とが一致するように、その形状が定められた損失調整部が、設けられている
ことを特徴とする半導体マッハツェンダ型光変調器の駆動方法であって、
前記半導体マッハツェンダ型光変調器の,マッハツェンダ干渉計を成している前記第1及び第2の2つの光導波路に、同時刻における時間変化率の正負が逆の,振幅が等しい変調電圧を印加することによって、前記半導体マッハツェンダ型光変調器を駆動する
ことを特徴とする半導体マッハツェンダ型光変調器の駆動方法。
First and second optical waveguides having a semiconductor quantum well structure forming a Mach-Zehnder interferometer;
A first electrode for applying a voltage to the first optical waveguide;
A second electrode for applying a voltage to the second optical waveguide;
With
A part of at least one of the first optical waveguide and the second optical waveguide is a loss adjustment unit having a light absorption coefficient larger than that of the other part of the optical waveguide, The shape is such that the propagation loss of the first optical waveguide coincides with the propagation loss of the second optical waveguide when a voltage having a minimum intensity is applied to the first electrode and the second electrode. A specified loss adjustment section is provided.
A method of driving a semiconductor Mach-Zehnder type optical modulator, characterized in that
A modulation voltage having the same amplitude and opposite amplitude of the time change rate at the same time is applied to the first and second optical waveguides constituting the Mach-Zehnder interferometer of the semiconductor Mach-Zehnder type optical modulator. Thus, the semiconductor Mach-Zehnder optical modulator is driven. A method for driving a semiconductor Mach-Zehnder optical modulator.
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