JP5655412B2 - Semiconductor optical modulator, manufacturing method thereof, and optical communication module - Google Patents

Semiconductor optical modulator, manufacturing method thereof, and optical communication module Download PDF

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Description

本発明は、半導体光変調器、その製造方法、および光通信モジュールに関する。   The present invention relates to a semiconductor optical modulator, a manufacturing method thereof, and an optical communication module.

マッハツェンダ(MZ)型の光変調器は、光を一旦2つに分岐させて再び合波させるときの干渉条件によって光のオン・オフ変調を行う光強度変調器で、分岐した2つの光の導波路上に設けた電極に変調用の電圧を印加することで、合波するときの干渉条件を変える。   A Mach-Zehnder (MZ) type optical modulator is an optical intensity modulator that performs on / off modulation of light according to interference conditions when the light is once split into two and then multiplexed again. By applying a modulation voltage to the electrode provided on the waveguide, the interference condition for multiplexing is changed.

図1を参照する。例えば半導体基板表面に、分波部1、合波部2、これらの間を接続する2本の半導体光導波路3a、3bを形成する。光導波路3a、3bの上に電極4a、4bを形成する。分波器1に入力された光入力は、分波器3によって2つに分岐され、第1光導波路3a、第2光導波路3bを伝送し、合波部2に入射する。合波器2は、第1光導波路3aと第2光導波路3bから与えられる光を合わせて、光出力を形成する。   Please refer to FIG. For example, the demultiplexing unit 1, the multiplexing unit 2, and two semiconductor optical waveguides 3 a and 3 b that connect between these are formed on the surface of the semiconductor substrate. Electrodes 4a and 4b are formed on the optical waveguides 3a and 3b. The optical input input to the duplexer 1 is branched into two by the duplexer 3, transmitted through the first optical waveguide 3 a and the second optical waveguide 3 b, and incident on the multiplexing unit 2. The multiplexer 2 combines the light provided from the first optical waveguide 3a and the second optical waveguide 3b to form an optical output.

第1光導波路3aと第2光導波路3bの上には、それぞれ第1変調電極4aと第2変調電極4bが配置され、変調電圧Vr1,Vr2が印加される。半導体MZ変調器の場合、通常i型層によって導波層および下側、上側の光閉じ込め層(まとめてコア層と呼ぶことがある)を形成し、コア層に効率よく電界を印加する為に、コア層の上下を、不純物を高濃度ドーピングしたp型あるいはn型半導体層で挟む構成が用いられる。電界印加時の屈折率変化特性は、半導体結晶材料(混晶組成比)、量子効果の有無等に依存して大きく異なる。pin型積層構造の場合、pin接合が逆バイアスになるように、バイアス電圧Vb1,Vb2が変調電圧Vr1,Vr2に加算される。基板の裏面には共通の電極が形成され、接地される。   A first modulation electrode 4a and a second modulation electrode 4b are disposed on the first optical waveguide 3a and the second optical waveguide 3b, respectively, and modulation voltages Vr1 and Vr2 are applied thereto. In the case of a semiconductor MZ modulator, a waveguide layer and lower and upper optical confinement layers (sometimes collectively referred to as a core layer) are formed by an i-type layer, and an electric field is efficiently applied to the core layer. A structure in which the upper and lower sides of the core layer are sandwiched between p-type or n-type semiconductor layers doped with a high concentration of impurities is used. The refractive index change characteristics when an electric field is applied vary greatly depending on the semiconductor crystal material (mixed crystal composition ratio), the presence or absence of quantum effects, and the like. In the case of the pin type stacked structure, the bias voltages Vb1 and Vb2 are added to the modulation voltages Vr1 and Vr2 so that the pin junction becomes reverse bias. A common electrode is formed on the back surface of the substrate and grounded.

第1光導波路3aと第2光導波路3bに入射された光束は、それぞれ第1変調電極4aと第2変調電極4bに印加される電圧に応じて生ずる導波路の屈折率の変化によって位相変調を受ける。第1光導波路3aと第2光導波路3bから出射される光束は、光合波器5によって合波される。出射光の強度は、第1変調電極4aと第2変調電極4bに印加された変調用の電圧で生じた光束の位相差に応じて変化する。   The light beams incident on the first optical waveguide 3a and the second optical waveguide 3b are phase-modulated by changes in the refractive index of the waveguide that occur in response to the voltages applied to the first modulation electrode 4a and the second modulation electrode 4b, respectively. receive. The light beams emitted from the first optical waveguide 3 a and the second optical waveguide 3 b are combined by the optical multiplexer 5. The intensity of the emitted light changes according to the phase difference between the light beams generated by the modulation voltage applied to the first modulation electrode 4a and the second modulation electrode 4b.

一般的な石英系光ファイバは、近赤外領域の波長1.5μm近傍で、光伝送損失が最小となる。このため、長距離通信には、1.5μm帯の光が多く用いられる。現在幹線系に用いられているシングルモード光ファイバの多くは、1.5μm帯で正の波長分散を有し、周波数変動(チャープ)の小さな光信号の伝送時に波形が劣化する。波形劣化を補償するために、光強度が増加する時に、波長が低周波側に変化し、逆に光強度が減少する時に、波長が高周波側に変化する負のチャープを変調光に与えるプリチャープ伝送が用いられる。   A general silica-based optical fiber has a minimum optical transmission loss near the wavelength of 1.5 μm in the near infrared region. For this reason, 1.5 μm band light is often used for long-distance communication. Many of the single-mode optical fibers currently used in the trunk line system have positive chromatic dispersion in the 1.5 μm band, and the waveform deteriorates when transmitting an optical signal with small frequency fluctuation (chirp). To compensate for waveform degradation, pre-chirp transmission that gives the modulated light a negative chirp whose wavelength changes to the high frequency side when the light intensity increases, and conversely, when the light intensity decreases Is used.

干渉計両光導波路へ与える位相変化量を適宜非対称(異なる値)にすることで、好適な負のチャープを付与することが可能となる。半導体光変調器において、両光導波路の位相変化量に適度な非対称性を導入するには、1)両光導波路上の電極に印加する変調電圧の振幅を異ならせる、2)両光導波路上の電極に印加する直流バイアス電圧を異ならせる、3)両光導波路上の電極長を異ならせる、などの手段が考えられる。2)、3)の手段は単独では自由度が小さい。さらに、3)の手段の場合、単純に電極長を異ならせると、両電極の高周波特性に差異が生じ、変調光波形のアイ開口率が劣化し、伝送特性が劣化する。1)の手段は、単純には高周波減衰器を用いれば実現できるが、装置の大型化、電力消費の増大を招く。   By appropriately making the amount of phase change given to both optical waveguides of the interferometer asymmetric (different values), a suitable negative chirp can be imparted. In a semiconductor optical modulator, in order to introduce an appropriate asymmetry in the phase change amount of both optical waveguides, 1) the amplitude of the modulation voltage applied to the electrodes on both optical waveguides is different. 2) on both optical waveguides. Different means such as making the DC bias voltage applied to the electrodes different and 3) making the electrode lengths on both optical waveguides different are conceivable. The means of 2) and 3) alone have a small degree of freedom. Further, in the case of means 3), if the electrode lengths are simply changed, the high frequency characteristics of both electrodes are different, the eye opening ratio of the modulated light waveform is deteriorated, and the transmission characteristics are deteriorated. The means 1) can be realized simply by using a high-frequency attenuator, but it leads to an increase in the size of the apparatus and an increase in power consumption.

特開2009−86111号は、第1の導波路で第1の変調信号の電界が印加されるコア層(下側光閉じ込め層+多重量子井戸層+上側光閉じ込め層)の厚さと、第2の導波路で第2の変調信号の電界が印加されるコア層(下側光閉じ込め層+多重量子井戸層+上側光閉じ込め層)の厚さを、異なる厚さに設定することにより、負チャープ特性を与えることを提案する。コア層の厚さを異ならせることにより、同一振幅の変調電圧を印加しても、導波路内の電界強度を異ならせることができる。   Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2009-86111 discloses a thickness of a core layer (lower optical confinement layer + multiple quantum well layer + upper optical confinement layer) to which an electric field of a first modulation signal is applied in a first waveguide, Negative chirp by setting the thickness of the core layer (lower optical confinement layer + multiple quantum well layer + upper optical confinement layer) to which the electric field of the second modulation signal is applied in the waveguide is set to a different thickness. Propose to give properties. By varying the thickness of the core layer, the electric field strength in the waveguide can be varied even when a modulation voltage having the same amplitude is applied.

特開2009−86111号公報JP 2009-86111 A

実施例の1つの目的は、プリチャープを付与することのできる、新規な構成の半導体光変調器を提供することである。   One object of the embodiment is to provide a semiconductor optical modulator having a novel configuration capable of providing a pre-chirp.

実施例の1観点によれば、
半導体基板上に形成され、入力光を2つに分岐できる分波部と、分波部から発する2つの光を伝送する第1光導波路および第2光導波路と、前記第1光導波路、前記第2光導波路を伝播した光を受け、合波した出力光を発する合波部とを有するマッハツェンダ型の光導波構造と;
前記第1光導波路、前記第2光導波路上方にそれぞれ形成され、第1変調信号、第2変調信号を印加する、第1変調電極および第2変調電極と;
を有し、
前記第1光導波路は、第1導波層を含む第1i型半導体層と、前記第1i型半導体層の上側および下側に配置され、不純物を高濃度にドープした第1対のドープト半導体層とを有し、
前記第2光導波路は、第2導波層を含む第2i型半導体層と、前記第2i型半導体層の上側および下側に配置され、不純物を高濃度にドープした第2対のドープト半導体層とを有し、
前記第1i型半導体層と前記第2i型半導体層とは、高周波特性的に厚さが等しく、
前記第1変調電極、前記第2変調電極は、高周波特性的に等しい長さを有し、
前記第1変調電極、前記第2変調電極下方の第1光導波路、第2光導波路の一方は、延在方向の途中で構造の異なる導波層が突き合い接合するバットジョイントを有し、他方はバットジョイントを有さない、
ことを特徴とする半導体光変調器
が提供される。
According to one aspect of the embodiment,
A demultiplexing unit formed on a semiconductor substrate and capable of branching input light into two, a first optical waveguide and a second optical waveguide transmitting two lights emitted from the demultiplexing unit, the first optical waveguide, the first optical waveguide, A Mach-Zehnder type optical waveguide structure having a multiplexing portion that receives light propagating through two optical waveguides and emits combined output light;
A first modulation electrode and a second modulation electrode, which are respectively formed above the first optical waveguide and the second optical waveguide and apply a first modulation signal and a second modulation signal;
Have
The first optical waveguide includes a first i-type semiconductor layer including a first waveguide layer, and a first pair of doped semiconductor layers that are disposed above and below the first i-type semiconductor layer and doped with impurities at a high concentration. And
The second optical waveguide includes a second i-type semiconductor layer including a second waveguide layer, and a second pair of doped semiconductor layers disposed on the upper and lower sides of the second i-type semiconductor layer and doped with impurities at a high concentration. And
The first i-type semiconductor layer and the second i-type semiconductor layer are equal in thickness in terms of high frequency characteristics,
The first modulation electrode and the second modulation electrode have equal lengths in terms of high frequency characteristics,
Said first modulation electrode, a first optical waveguide of said second modulation electrode downward, one of the second optical waveguide, has a butt joint joining mutually butting in the middle in the extending direction different waveguide layers of structures, while Does not have a butt joint,
A semiconductor optical modulator is provided.

両光導波路を伝送する変調光に、適当な、異なる位相変化量を与えることが可能である。   Appropriate and different phase change amounts can be given to the modulated light transmitted through both optical waveguides.

両光導波路の表面高さを異ならせる必要がなく、導波路形成後の製造プロセスを安定化できる。   It is not necessary to make the surface height of both optical waveguides different, and the manufacturing process after the waveguide formation can be stabilized.

高周波減衰器を用いる必要はない。   There is no need to use a high frequency attenuator.

半導体マッハツェンダ変調器の構成を概略的に示す平面図である。It is a top view which shows roughly the structure of a semiconductor Mach-Zehnder modulator. と、When, 図2A〜2Gは、第1の導波路はバットジョイントを有さず、第2の導波路はバットジョイントを有する第1の実施例による半導体光変調器の構成を概略的に示す平面図、断面図である。2A to 2G are plan views and cross sections schematically showing the configuration of the semiconductor optical modulator according to the first embodiment in which the first waveguide does not have a butt joint and the second waveguide has a butt joint. FIG. 図3A,3Bは、集中定数型電極、進行波型電極を概略的に示す平面図である。3A and 3B are plan views schematically showing a lumped constant electrode and a traveling wave electrode. 図4A、4Bは、第1、第2の導波路が共にバットジョイントを有する第2の実施例による半導体光変調器の構成を概略的に示す平面図である。4A and 4B are plan views schematically showing a configuration of a semiconductor optical modulator according to a second embodiment in which both the first and second waveguides have butt joints. と、When, と、When, と、When, と、When, 図5A〜5Sは第1の実施例の1形態を例に取り、半導体光変調器の製造方法の主要工程を説明する平面図、断面図である。FIGS. 5A to 5S are plan views and cross-sectional views for explaining main processes of a method for manufacturing a semiconductor optical modulator, taking one mode of the first embodiment as an example. 図6A〜6Hは、第1の実施例、第2の実施例の種々の形態を示す平面図である。6A to 6H are plan views showing various forms of the first embodiment and the second embodiment.

図2Aは、第1の実施例による半導体変調器を概略的に示す平面図である。分波部1、合波部2は、図1に示した半導体変調器と同様の構成を有する。変調電極4a、4bも平行に、横方向位置を揃えて横方向に延在する。変調電極4a、4b下方の第1の光導波路3aと第2の光導波路3bが、異なる構成を有する。第1の光導波路3aはバットジョイントを有さず、第2の導波路3bはバットジョイントを有する。以下、光導波路の構成について説明する。まず、バットジョイントを有さない第1の光導波路3aの構成について説明する。   FIG. 2A is a plan view schematically showing the semiconductor modulator according to the first embodiment. The demultiplexing unit 1 and the multiplexing unit 2 have the same configuration as the semiconductor modulator shown in FIG. The modulation electrodes 4a and 4b also extend in the horizontal direction with the horizontal position aligned in parallel. The first optical waveguide 3a and the second optical waveguide 3b below the modulation electrodes 4a and 4b have different configurations. The first optical waveguide 3a does not have a butt joint, and the second waveguide 3b has a butt joint. Hereinafter, the configuration of the optical waveguide will be described. First, the configuration of the first optical waveguide 3a having no butt joint will be described.

図2Bは、n型領域31、p型領域32の間に挟まれたi型層が、導波層33、その下側、上側に配置された光閉じ込め層34,35を有するバルク型導波路36で構成される場合を示す。導波層33、光閉じ込め層34,35は、構成材料のバルク状態の物性を有するので、この構成をバルク型と呼ぶことにする。導波層33の材料により導波路の基本的性質が定まる。光閉じ込め層34,35は、光閉じ込め効果を有するように、導波層33よりバンドギャップの大きい、屈折率の小さい材料から選択する。導波層、光閉じ込め層の材料を選択することにより、導波路の特性を種々に変更することができる。   FIG. 2B shows a bulk waveguide in which an i-type layer sandwiched between an n-type region 31 and a p-type region 32 has a waveguide layer 33 and optical confinement layers 34 and 35 disposed on the lower and upper sides thereof. A case of 36 is shown. Since the waveguide layer 33 and the optical confinement layers 34 and 35 have physical properties in the bulk state of the constituent materials, this configuration is referred to as a bulk type. The basic properties of the waveguide are determined by the material of the waveguide layer 33. The optical confinement layers 34 and 35 are selected from materials having a smaller band gap and a lower refractive index than the waveguide layer 33 so as to have an optical confinement effect. By selecting materials for the waveguide layer and the optical confinement layer, the characteristics of the waveguide can be variously changed.

なお、p型領域32の表面にp側電極41が形成され、n型領域31の下面にn側電極42が形成される。分波部1、合波部2は、マルチモード干渉(MMI)カプラで構成する場合を示す。図では、横方向長さが短く示されているが、MMIカプラの幅(例えば10μm程度)、長さ(例えば400μm程度)を選択し、分岐比が1:1になるようにする。   A p-side electrode 41 is formed on the surface of the p-type region 32, and an n-side electrode 42 is formed on the lower surface of the n-type region 31. A case where the demultiplexing unit 1 and the multiplexing unit 2 are configured by multimode interference (MMI) couplers is shown. In the figure, the horizontal length is shown short, but the width (for example, about 10 μm) and the length (for example, about 400 μm) of the MMI coupler are selected so that the branching ratio is 1: 1.

図2Cは、n型領域31、p型領域32の間に挟まれたi型層が、光閉じ込め層34,35と、その間に挟まれた多重量子井戸(MQW)層37で構成されるMQW型導波路38を示す。多重量子井戸層37は、障壁層Bと井戸層Wが交互に積層され、各井戸層Wを障壁層Bが挟む構成であり、n層の井戸層と(n+1)層の障壁層の積層構造である。多重量子井戸層においては、井戸層、障壁層が量子効果を生じさせる寸法で形成され、バルクの物性とは異なる性質を示す。井戸層、障壁層の材料、厚さを選択することにより、多重量子井戸の特性を種々に変更することができる。   2C shows an MQW in which an i-type layer sandwiched between an n-type region 31 and a p-type region 32 is composed of optical confinement layers 34 and 35 and a multiple quantum well (MQW) layer 37 sandwiched therebetween. A mold waveguide 38 is shown. The multi-quantum well layer 37 has a configuration in which barrier layers B and well layers W are alternately stacked, and each well layer W is sandwiched between barrier layers B, and a stacked structure of n well layers and (n + 1) barrier layers. It is. In a multiple quantum well layer, a well layer and a barrier layer are formed with dimensions that produce a quantum effect, and exhibit properties different from bulk physical properties. By selecting the material and thickness of the well layer and barrier layer, the characteristics of the multiple quantum well can be variously changed.

光閉じ込め層層34,35が光閉じ込め効果を有する点は、図2Bの構成同様である。なお。バルク型導波路の導波層、MQW型導波路の多重量子井戸層をまとめて導波層と呼ぶことがある。次に、バットジョイントを有する第2の光導波路3bの構成を説明する。   The point that the light confinement layer layers 34 and 35 have a light confinement effect is the same as the configuration of FIG. 2B. Note that. The waveguide layer of the bulk waveguide and the multiple quantum well layer of the MQW waveguide may be collectively referred to as a waveguide layer. Next, the configuration of the second optical waveguide 3b having a butt joint will be described.

図2Dは、構成の異なる導波層が突き合わせ結合(バットジョイント)するバットジョイントを有する第2の光導波路3bの構成を示す。構成の不連続な変化であるバットジョイントを有する光導波路をバットジョイント型光導波路と呼ぶことがある。例として、バルク型導波路36とMQW型導波路38がバットジョイントする場合を示す。バルク型導波路36、MQW型導波路38は、基本的には図2B,2Cに示したものと同様である。導波路全体の特性は組み合わせにより種々に変更される。   FIG. 2D shows a configuration of the second optical waveguide 3b having a butt joint in which waveguide layers having different configurations are butt-coupled (butt joint). An optical waveguide having a butt joint that is a discontinuous change in configuration may be referred to as a butt joint type optical waveguide. As an example, a case where the bulk waveguide 36 and the MQW waveguide 38 are butt-jointed is shown. The bulk type waveguide 36 and the MQW type waveguide 38 are basically the same as those shown in FIGS. 2B and 2C. The characteristics of the entire waveguide are variously changed depending on the combination.

なお、バルク型導波路36の導波層33とMQW型導波路38のMQW層37とが同じ厚さを有する場合を示すが、同じ厚さでなくともよい。   In addition, although the case where the waveguide layer 33 of the bulk type waveguide 36 and the MQW layer 37 of the MQW type waveguide 38 have the same thickness is shown, the thickness may not be the same.

図2Eは、第2光導波路3b内で導波層の厚さが変化する例を示す。バットジョイント型導波路3bにおいて、MQW層38の厚さは導波層33の厚さより大きく設定されている。但し、光閉じ込め層35が導波層33の上で厚く、MQW37の上で薄く調整され、i型層全体の厚さは等しくされている。   FIG. 2E shows an example in which the thickness of the waveguide layer changes in the second optical waveguide 3b. In the butt joint type waveguide 3 b, the thickness of the MQW layer 38 is set to be larger than the thickness of the waveguide layer 33. However, the optical confinement layer 35 is adjusted to be thick on the waveguide layer 33 and thin on the MQW 37, and the thickness of the entire i-type layer is made equal.

図2Fは、第2光導波路3b内でバルク型導波層同士でバットジョイントを形成する例を示す。図中左側の導波層33xと右側の導波層33yは組成が異なり、バットジョイントを構成する。光閉じ込め層34,35は同一組成でも、異なる組成でもよい。   FIG. 2F shows an example in which a butt joint is formed between bulk-type waveguide layers in the second optical waveguide 3b. In the drawing, the left waveguide layer 33x and the right waveguide layer 33y have different compositions and constitute a butt joint. The optical confinement layers 34 and 35 may have the same composition or different compositions.

図2Gは、MQW層同士でバットジョイントを形成する例を示す。図中左側のMQW層37xの井戸層と障壁層の組み合わせと、右側のMQW層37yの井戸層と障壁層の組み合わせは組成、厚さの少なくとも1方が異なり、バットジョイントを構成する。光閉じ込め層34,35は同一組成でも、異なる組成でもよい。   FIG. 2G shows an example in which a butt joint is formed between MQW layers. The combination of the well layer and barrier layer of the left MQW layer 37x in the drawing and the combination of the well layer and barrier layer of the right MQW layer 37y differ in at least one of composition and thickness, and constitute a butt joint. The optical confinement layers 34 and 35 may have the same composition or different compositions.

第1の導波路3aがバットジョイントを有さず、第2の導波路3bがバットジョイントを有する場合を説明したが、逆の関係にしてもよい。   Although the case where the first waveguide 3a has no butt joint and the second waveguide 3b has a butt joint has been described, the reverse relationship may be used.

バットジョイントを形成する2つの導波層は、例えばバンド間遷移波長が異なる材料から選ぶ。バンド間遷移波長が1300nmとなる組成と、バンド間遷移波長が1400nmとなる組成を選択すると、一般的にはレーザ発振波長1550nmに対して離調の少ない組成材料ほど、電界印加時の位相変化が相対的に大きくなる。2つの導波路上方の電極長が等しく、印加電圧の振幅が等しくても、非対称な位相変化が得られ、負チャープ動作が得られる。   The two waveguide layers forming the butt joint are selected from materials having different interband transition wavelengths, for example. When a composition with an interband transition wavelength of 1300 nm and a composition with an interband transition wavelength of 1400 nm are selected, the composition material that is generally less detuned with respect to the laser oscillation wavelength of 1550 nm has a phase change when an electric field is applied. It becomes relatively large. Even if the electrode lengths above the two waveguides are equal and the amplitude of the applied voltage is equal, an asymmetric phase change is obtained and a negative chirp operation is obtained.

離調の減少は、一般的に光吸収損失の増大、オンレベル出力の減少をもたらす。この観点からは、変調を生じさせる導波路部分に離調の小さい組成を用いた時、変調を生じさせる領域以外の導波領域(電極外の導波路領域、分波部、合波部)では離調の小さい材料は使用しないことが好ましい。   A decrease in detuning generally results in an increase in light absorption loss and a decrease in on-level output. From this point of view, when a composition with small detuning is used for the waveguide portion that generates the modulation, in the waveguide region other than the region that generates the modulation (the waveguide region outside the electrode, the demultiplexing unit, the multiplexing unit) It is preferable not to use a material with small detuning.

図3A,3Bは、変調電極と変調回路の形態を示す概略平面図である。図3Aは、集中定数型電極を示す。電極4a、4bは、集中定数型として設計され、変調回路からの配線は電極の1箇所に接続される。変調回路は高周波変調電圧源Vrとバイアス電圧源Vbを含む。図3Bは、進行波型電極を示す。電極4a、4bの1端に変調回路からの配線が接続され、他端が負荷を介して接地されている。高周波信号が電極4a、4b中を進行する形態である。なお、バイアス電圧源Vbは終端側に接続してもよい。   3A and 3B are schematic plan views showing forms of the modulation electrode and the modulation circuit. FIG. 3A shows a lumped constant electrode. The electrodes 4a and 4b are designed as a lumped constant type, and the wiring from the modulation circuit is connected to one place of the electrode. The modulation circuit includes a high frequency modulation voltage source Vr and a bias voltage source Vb. FIG. 3B shows a traveling wave electrode. A wire from the modulation circuit is connected to one end of the electrodes 4a and 4b, and the other end is grounded via a load. In this mode, the high-frequency signal travels through the electrodes 4a and 4b. The bias voltage source Vb may be connected to the termination side.

i型層の全層厚は、高周波特性の観点から同一と見なせるように設定されている。電極の高周波特性は、電極下方のi型層の厚さ、および面積でほぼ決定され、i型層の組成にはよらない。従って、両導波路においてi型層の厚さを等しくすれば、電極の高周波特性を制御しやすい。i型層の厚さを等しくするのは、この観点からであり、必ずしも物理的に厳密な同一の厚さは要求しない。これを、高周波特性的に同じ乃至は等しい厚さと呼ぶ。変調回路から同一振幅の高周波変調信号をプッシュプル印加すると、2つの導波路のi層は等しい厚さを有するので、等しい電界強度が発生する。2つの導波路は構成が異なり、同一の電界に対しても2つの導波路上方の電極の長さは、好ましくは高周波特性の観点から同一と見なせるように設定する。高周波特性的に等しい長さと見なせればよく、物理的に厳密な同一長は要求しない。図2A〜2Gにおいては、2つの光導波路上方の電極は等価ないし対称な位置に配置されている。光変調の観点からは、2つの光導波路上方の変調電極は、必ずしも等価な位置に配置されなくてもよい。第1の実施例においては、一方の光導波路はバットジョイントを有さず、他方の光導波路はバットジョイントを有している。   The total thickness of the i-type layer is set so as to be considered the same from the viewpoint of high-frequency characteristics. The high frequency characteristics of the electrode are substantially determined by the thickness and area of the i-type layer below the electrode, and do not depend on the composition of the i-type layer. Therefore, if the thickness of the i-type layer is made equal in both waveguides, the high frequency characteristics of the electrode can be easily controlled. It is from this point of view that the thicknesses of the i-type layers are equal, and the physically exact same thickness is not necessarily required. This is called the same or equal thickness in terms of high frequency characteristics. When a high-frequency modulation signal having the same amplitude is applied by push-pull from the modulation circuit, the i layers of the two waveguides have the same thickness, so that the same electric field strength is generated. The two waveguides have different configurations, and the lengths of the electrodes above the two waveguides are preferably set to be the same from the viewpoint of high frequency characteristics even for the same electric field. The lengths may be regarded as equal in terms of high frequency characteristics, and physically identical lengths are not required. 2A to 2G, the electrodes above the two optical waveguides are arranged at equivalent or symmetrical positions. From the viewpoint of light modulation, the modulation electrodes above the two optical waveguides do not necessarily have to be arranged at equivalent positions. In the first embodiment, one optical waveguide does not have a butt joint, and the other optical waveguide has a butt joint.

図4A、4Bは、両方の光導波路がバットジョイントを有する第2の実施例による半導体光変調器を示す。負のチャープを実現するために、変調電極下方には異なる構成のバットジョイント型光導波路を形成する。始点、終点が等価な位置にあり、平行に延在する2本の光導波路3a、3bを前提とする。   4A and 4B show a semiconductor optical modulator according to a second embodiment in which both optical waveguides have butt joints. In order to realize negative chirp, a butt joint type optical waveguide having a different configuration is formed below the modulation electrode. It is assumed that two optical waveguides 3a and 3b extending in parallel with the start point and the end point being in equivalent positions.

図4Aにおいては、光導波路3a、3bの上方に変調電極4a、4bが延在方向の位置を揃えて配置される。光導波路3a、3bは、断面構造の等しい第1光導波路部3−1a、3−1bと、断面構造の等しい第2の光導波路部3−2a、3−2bを含む。光導波路3aにおいては、第1の光導波路部3−1aと第2の光導波路部3−2aが、変調電極4a下方の右側領域で、バットジョイントを形成する。光導波路3bにおいては、第1の光導波路部3−1bと第2の光導波路部3−2bが、変調電極4b下方の左側領域で、バットジョイントを形成する。2つの変調電極下方の異なる位置にバットジョイントが形成され、プリチャープを可能とする。   In FIG. 4A, the modulation electrodes 4a and 4b are arranged above the optical waveguides 3a and 3b so that the positions in the extending direction are aligned. The optical waveguides 3a and 3b include first optical waveguide portions 3-1a and 3-1b having the same cross-sectional structure, and second optical waveguide portions 3-2a and 3-2b having the same cross-sectional structure. In the optical waveguide 3a, the first optical waveguide portion 3-1a and the second optical waveguide portion 3-2a form a butt joint in the right region below the modulation electrode 4a. In the optical waveguide 3b, the first optical waveguide portion 3-1b and the second optical waveguide portion 3-2b form a butt joint in the left region below the modulation electrode 4b. Butt joints are formed at different positions below the two modulation electrodes to enable pre-chirping.

図4Bにおいては、バットジョイントの横方向位置を揃え、変調電極4a、4bの横方向位置を異ならせることにより、図4A同様、変調電極4a、4b下方の異なる位置にバットジョイントを形成している。半導体基板レベルでのバットジョイントの横方向位置が揃えられるので、製造プロセスにおいてエッチング工程、その後の結晶成長工程を簡単化、安定化できる。   In FIG. 4B, the butt joints are formed at different positions below the modulation electrodes 4a and 4b as in FIG. 4A by aligning the lateral positions of the butt joints and making the horizontal positions of the modulation electrodes 4a and 4b different. . Since the lateral position of the butt joint at the semiconductor substrate level is aligned, the etching process and the subsequent crystal growth process in the manufacturing process can be simplified and stabilized.

なお、図4A,4Bにおいて、バットジョイントを形成する2つの導波層は、バルク導波層同士でも、MQW導波層同士でも、バルク導波層−MQW導波層でもよい。以下、図4Bの構成において第1の光導波路部3−1がバルク型導波路であり、第2の光導波路部3−2がMQW型導波路である場合を例に取って、製造プロセスを説明する。   In FIGS. 4A and 4B, the two waveguide layers forming the butt joint may be bulk waveguide layers, MQW waveguide layers, or a bulk waveguide layer-MQW waveguide layer. Hereinafter, in the configuration of FIG. 4B, taking the case where the first optical waveguide unit 3-1 is a bulk type waveguide and the second optical waveguide unit 3-2 is an MQW type waveguide as an example, the manufacturing process will be described. explain.

図5A〜5Sは、図4Bに示す形態を例にとって、半導体光変調器の製造プロセスを説明する平面図、断面図である。   5A to 5S are plan views and cross-sectional views illustrating a manufacturing process of the semiconductor optical modulator, taking the form shown in FIG. 4B as an example.

図5Aは、半導体光変調器の構成を概略的に示す平面図である。レーザダイオード活性層領域100は、電極102から供給される順方向電流で駆動され、1.55μm帯のレーザ光を出射する。レーザダイオード活性層領域100に連続するInGaAsP導波層領域110は、分波部を構成し、レーザダイオード活性層領域100から出射されたレーザ光を2つの光に分波し、導波路WG1,WG2に供給する。MQW導波層領域120は、バットジョイントを介してInGaAsP導波層領域110に連続し、導波路WG1、WG2を形成する。導波路WG1の上方には、バットジョイントを含む領域上に電極130が配置され、変調回路135からの変調信号を印加する。導波路WG2の上方には、バットジョイントを含まないMQW導波路領域120上方に電極140が配置され、変調回路145からの変調信号を印加する。導波路WG1,WG2を伝播した光信号はInGaAs導波層領域110で形成される合波部で合波され、出力される。   FIG. 5A is a plan view schematically showing the configuration of the semiconductor optical modulator. The laser diode active layer region 100 is driven by a forward current supplied from the electrode 102 and emits a 1.55 μm band laser beam. The InGaAsP waveguide layer region 110 continuing to the laser diode active layer region 100 constitutes a demultiplexing unit, demultiplexes the laser light emitted from the laser diode active layer region 100 into two lights, and guides the waveguides WG1, WG2. To supply. The MQW waveguide layer region 120 is continuous with the InGaAsP waveguide layer region 110 via a butt joint, and forms waveguides WG1 and WG2. Above the waveguide WG1, an electrode 130 is disposed on a region including the butt joint, and a modulation signal from the modulation circuit 135 is applied. Above the waveguide WG2, an electrode 140 is disposed above the MQW waveguide region 120 that does not include a butt joint, and a modulation signal from the modulation circuit 145 is applied. The optical signals propagated through the waveguides WG1 and WG2 are multiplexed at the multiplexing section formed by the InGaAs waveguide layer region 110 and output.

導波路WG1,WG2のバットジョイントは横方向位置を揃えて配置され、電極130,140は横方向位置をずらして(非対称に)配置されている。以下、図5Aに示す構成の製造プロセスについて説明する。   The butt joints of the waveguides WG1 and WG2 are arranged with their lateral positions aligned, and the electrodes 130 and 140 are arranged with their lateral positions shifted (asymmetrically). Hereinafter, a manufacturing process having the configuration shown in FIG. 5A will be described.

図5Bに示すように、n型InP基板11上に、有機金属気相成長法(MOCVD)により、n型InGaAsP層12を厚さ50nm成長する。図5Cに示すように、電子線レジストパターンを用いたドライエッチングによりInGaAsP層12に、波長1550nmのレーザ発振を得るのに好適な回折格子Gをパターニングする。   As shown in FIG. 5B, an n-type InGaAsP layer 12 is grown to a thickness of 50 nm on an n-type InP substrate 11 by metal organic chemical vapor deposition (MOCVD). As shown in FIG. 5C, a diffraction grating G suitable for obtaining laser oscillation with a wavelength of 1550 nm is patterned on the InGaAsP layer 12 by dry etching using an electron beam resist pattern.

図5Dに示すように、回折格子Gを埋め込んで、レーザ活性層を形成する。まず、n型InPクラッド層13を平坦部上で厚さ80nm、MOCVDで成長して回折格子を埋め込み、その上に厚さ100nmのi型InP下側光閉じ込め層14、多重量子井戸層MQW1,厚さ100nmのi型InP上側光閉じ込め層17を含むi型層をMOCVDで成長する。多重量子井戸層MQWは、厚さ10nmのInGaAsP障壁層と厚さ5nmのInGaAsP井戸層の繰り返しで形成され、障壁層7層、井戸層6層を含み、合計100nmの厚さを有する。i型層の合計厚さは、300nmとなる。井戸層、障壁層のバンド間遷移波長は、それぞれ1550nm、1200nmとなるように、InGaAsP混晶の組成を選択する。i型InP上側光閉じ込め層17の上に、p型InPクラッド層18を厚さ150nm、MOCVDで成長する。   As shown in FIG. 5D, the diffraction grating G is embedded to form a laser active layer. First, an n-type InP cladding layer 13 is grown on a flat portion by 80 nm in thickness by MOCVD to embed a diffraction grating, and an i-type InP lower optical confinement layer 14 having a thickness of 100 nm, multiple quantum well layers MQW1, An i-type layer including an i-type InP upper optical confinement layer 17 having a thickness of 100 nm is grown by MOCVD. The multiple quantum well layer MQW is formed by repeating an InGaAsP barrier layer having a thickness of 10 nm and an InGaAsP well layer having a thickness of 5 nm, includes 7 barrier layers and 6 well layers, and has a total thickness of 100 nm. The total thickness of the i-type layer is 300 nm. The composition of the InGaAsP mixed crystal is selected so that the interband transition wavelengths of the well layer and the barrier layer are 1550 nm and 1200 nm, respectively. On the i-type InP upper optical confinement layer 17, a p-type InP cladding layer 18 is grown by MOCVD with a thickness of 150 nm.

図5Eに示すように、p型InPクラッド層18の上に二酸化珪素(SiO)層19をCVDで成膜し、レーザ活性層を覆うマスクをパターニングする。SiO層19をマスクとしてウェットエッチングを行い、n型InP層13上面までの半導体層を除去し、レーザとする領域のみ活性層を残す。 As shown in FIG. 5E, a silicon dioxide (SiO 2 ) layer 19 is formed on the p-type InP cladding layer 18 by CVD, and a mask covering the laser active layer is patterned. Wet etching is performed using the SiO 2 layer 19 as a mask to remove the semiconductor layer up to the upper surface of the n-type InP layer 13 and leave the active layer only in the region to be the laser.

図5Fに示すように、SiOマスク19を残したまま、バルク導波路層の成長を行なう。厚さ80nmのi型InP光閉じ込め層21、厚さ150nmのInGaAsP導波層22、厚さ120nmのi型InP光閉じ込め層23を含む総厚350nmのi型層をMOCVDで成長する。InGaAsP導波層22のバンド間遷移波長は1300nmとする。i型層の上に厚さ100nmのp型InPクラッド層24をMOCVDで成長する。 As shown in FIG. 5F, the bulk waveguide layer is grown with the SiO 2 mask 19 left. An i-type layer having a total thickness of 350 nm including an i-type InP light confinement layer 21 having a thickness of 80 nm, an InGaAsP waveguide layer 22 having a thickness of 150 nm, and an i-type InP light confinement layer 23 having a thickness of 120 nm is grown by MOCVD. The interband transition wavelength of the InGaAsP waveguide layer 22 is 1300 nm. A p-type InP cladding layer 24 having a thickness of 100 nm is grown on the i-type layer by MOCVD.

SiOマスク19上には結晶成長は生じない。p型InPクラッド層18の上面とp型InPクラッド層24上面は面一となり、後の工程を容易にする。i型層21,22,23の導波路上面とi型層14、MQW1,17の導波路上面とは一致している必要はない。その後、SiOマスク19をウェットエッチングで除去する。 Crystal growth does not occur on the SiO 2 mask 19. The upper surface of the p-type InP cladding layer 18 and the upper surface of the p-type InP cladding layer 24 are flush with each other, facilitating subsequent processes. The waveguide upper surfaces of the i-type layers 21, 22, and 23 need not coincide with the waveguide upper surfaces of the i-type layers 14 and MQWs 1, 17. Thereafter, the SiO 2 mask 19 is removed by wet etching.

図5Gに示すように、新たなSiO層20をCVDで成膜し、パターニングして、レーザ部、分波部、バルク導波路部、合波部を覆うSiOマスク20を形成する。SiOマスク20をエッチングマスクとして、n型InP層13上面までの半導体導波路層のウェットエッチングを行なう。 As shown in FIG. 5G, a new SiO 2 layer 20 is formed by CVD and patterned to form a SiO 2 mask 20 that covers the laser part, the demultiplexing part, the bulk waveguide part, and the multiplexing part. Using the SiO 2 mask 20 as an etching mask, wet etching of the semiconductor waveguide layer up to the upper surface of the n-type InP layer 13 is performed.

図5Hは、SiOマスク20の平面形状を示す。破線は図5Gの断面位置を示す。左右に積層構造が残されている。 FIG. 5H shows the planar shape of the SiO 2 mask 20. A broken line shows the cross-sectional position of FIG. 5G. A laminated structure is left and right.

図5Iに示すように、SiOマスク20で覆われていない領域のn型InP層13上に、MOCVDで、厚さ50nmのi型InP光閉じ込め層25、多重量子井戸層MQW2,厚さ100nmのi型InP光閉じ込め層26を成長する。多重量子井戸層MQW2は、厚さ5nmのInP障壁層と厚さ10nmのInGaAsP量子井戸層の繰り返しで形成され、障壁層14層、量子井戸層13層を含み、厚さ200nmとなる。InGaAsP量子井戸層のバンド間遷移波長が1400nmになるように、混晶組成を選定する。i型層の合計層厚は、350nmとなり、これ以前の工程で成長した領域のi型層厚と一致する。量子井戸層の遷移波長が1400nmと、レーザ発振波長1550nmからの離調が小さく、量子閉じ込めシュタルク効果(QCSE)によって屈折率変化が増強される為、電界印加時に、InGaAsP導波層の屈折率変化より大きな屈折率変化を生じる。 As shown in FIG. 5I, an i-type InP optical confinement layer 25 having a thickness of 50 nm, a multiple quantum well layer MQW2, and a thickness of 100 nm are formed on the n-type InP layer 13 in a region not covered with the SiO 2 mask 20 by MOCVD. The i-type InP optical confinement layer 26 is grown. The multiple quantum well layer MQW2 is formed by repeating an InP barrier layer having a thickness of 5 nm and an InGaAsP quantum well layer having a thickness of 10 nm, and includes a barrier layer 14 and a quantum well layer 13 and has a thickness of 200 nm. The mixed crystal composition is selected so that the interband transition wavelength of the InGaAsP quantum well layer is 1400 nm. The total thickness of the i-type layer is 350 nm, which matches the i-type layer thickness of the region grown in the previous process. The transition wavelength of the quantum well layer is 1400 nm, the detuning from the laser oscillation wavelength of 1550 nm is small, and the refractive index change is enhanced by the quantum confined Stark effect (QCSE), so that the refractive index change of the InGaAsP waveguide layer when an electric field is applied A larger index change occurs.

さらに、i型InP光閉じ込め層26の上に、厚さ100nmのp型InPクラッド層27をMOCVDで成長する。その後、SiOマスク20は除去する。 Further, a p-type InP cladding layer 27 having a thickness of 100 nm is grown on the i-type InP optical confinement layer 26 by MOCVD. Thereafter, the SiO 2 mask 20 is removed.

図5Jに示すように、p型InPクラッド層18,24,27の上に、MOCVDでp型InPクラッド層28を厚さ1500nm、p型InGaAsコンタクト層29を厚さ150nm成長する。導波路構造エッチングのため、p型InGaAsコンタクト層29の上にSiO層30をCVDで成膜する。 As shown in FIG. 5J, a p-type InP clad layer 28 is grown on the p-type InP clad layers 18, 24, 27 by MOCVD to a thickness of 1500 nm and a p-type InGaAs contact layer 29 is grown to a thickness of 150 nm. For the waveguide structure etching, a SiO 2 layer 30 is formed on the p-type InGaAs contact layer 29 by CVD.

図5Kに示すように、SiO層30を導波路形状にウェットエッチングしてハードマスクを形成する。分波部150、合波部160としては、MMIカプラを形成するように、例えば水平方向長さ400μm程度、縦方向幅10μm程度のパターンとする。導波路部170としては、単一導波モードとするように、幅1μm〜2μm、例えば幅1.5μm程度、のパターンとする。 As shown in FIG. 5K, the SiO 2 layer 30 is wet etched into a waveguide shape to form a hard mask. The demultiplexing unit 150 and the multiplexing unit 160 are, for example, patterns having a horizontal length of about 400 μm and a vertical width of about 10 μm so as to form an MMI coupler. The waveguide section 170 has a pattern with a width of 1 μm to 2 μm, for example, a width of about 1.5 μm so as to have a single waveguide mode.

図5Lに示すように、SiOハードマスク30から露出した半導体積層をInP基板11に届くまでリアクティブイオンエッチング(RIE)して導波路メサを形成する。図は、図5Kに破線で示す導波路が平行する部分の断面を示す。 As shown in FIG. 5L, the semiconductor layer exposed from the SiO 2 hard mask 30 is subjected to reactive ion etching (RIE) until reaching the InP substrate 11 to form a waveguide mesa. The figure shows a cross section of a portion where the waveguides indicated by broken lines in FIG. 5K are parallel to each other.

図5Mに示すように、SiOマスク30を成長マスクとして、半絶縁性(SI)InP層51をMOCVDで成長し、メサストライプを埋め込む。SiOマスク30をウェットエッチングで除去する。レジストマスクを用いて電極形成領域以外のコンタクト層29をエッチングにより除去する。その後、表面保護用に新たなSiO膜をCVDで成膜する。 As shown in FIG. 5M, a semi-insulating (SI) InP layer 51 is grown by MOCVD using the SiO 2 mask 30 as a growth mask, and a mesa stripe is embedded. The SiO 2 mask 30 is removed by wet etching. The contact layer 29 other than the electrode formation region is removed by etching using a resist mask. Thereafter, a new SiO 2 film is formed by CVD for surface protection.

図5Nに示すように、SiO膜52上に、ホトレジストパターン53を形成し、電極コンタクト用の開口に露出したSiO膜52をエッチングして除去する。Au/Zn/Au膜54を真空蒸着する。 As shown in FIG. 5N, on the SiO 2 film 52, a photoresist pattern 53, the SiO 2 film 52 exposed in the opening for the electrode contact is removed by etching. An Au / Zn / Au film 54 is vacuum deposited.

図5Oに示すように、ホトレジストパターン53を除去することにより、ホトレジストパターン53上のAu/Zn/Au膜54をリフトオフする。   As shown in FIG. 5O, by removing the photoresist pattern 53, the Au / Zn / Au film 54 on the photoresist pattern 53 is lifted off.

図5Pは、表面上のAu/Zn/Au膜54のパターンを示す平面図である。Au/Zn/Au膜54以外の領域はSiO膜52で覆われている。 FIG. 5P is a plan view showing a pattern of the Au / Zn / Au film 54 on the surface. The region other than the Au / Zn / Au film 54 is covered with the SiO 2 film 52.

図5Qに示すように、ホトレジストパターン55を形成し、Au/Zn/Au膜54上方に電極形成用開口を形成する。Auメッキを行い、ホトレジストパターン55の開口部にAu電極56を形成する。その後、ホトレジストパターン55は除去する。   As shown in FIG. 5Q, a photoresist pattern 55 is formed, and an electrode forming opening is formed above the Au / Zn / Au film 54. Au plating is performed to form an Au electrode 56 in the opening of the photoresist pattern 55. Thereafter, the photoresist pattern 55 is removed.

図5Rは上面図を示す。Au電極56が、レーザ部、第1、第2導波路上に配置されている。第1、第2導波路上の電極56は図の水平方向に関して非対称に、ずれた位置に配置されている。   FIG. 5R shows a top view. An Au electrode 56 is disposed on the laser part and the first and second waveguides. The electrodes 56 on the first and second waveguides are arranged at positions shifted asymmetrically with respect to the horizontal direction in the figure.

図5Sは、図5Rの破線の位置の断面を示す。2つの導波路において、メサ内の積層構造は、コンタクト層29以外は対称的(同一構成)である。右側に示す第2導波路上にはAu電極が配置され、左側に示す第1導波路上にはAu電極は配置されていない。図5Aに示したように、第1導波路WG1の電極130は、その領域下にバットジョイントを有し、第2導波路WG2の電極140は、その領域下にバットジョイントを有さず、MQW導波路上に配置されている。電極130,140の寸法は、導波路上で長さ1.5mm程度、幅5μm程度である。   FIG. 5S shows a cross-section at the position of the broken line in FIG. 5R. In the two waveguides, the laminated structure in the mesa is symmetrical (same configuration) except for the contact layer 29. An Au electrode is arranged on the second waveguide shown on the right side, and no Au electrode is arranged on the first waveguide shown on the left side. As shown in FIG. 5A, the electrode 130 of the first waveguide WG1 has a butt joint under the region, and the electrode 140 of the second waveguide WG2 does not have a butt joint under the region. It is arranged on the waveguide. The dimensions of the electrodes 130 and 140 are about 1.5 mm in length and about 5 μm in width on the waveguide.

以上、2つの導波路の内、一方の電極下にはバットジョイントを有し、他方の電極下にはバットジョイントを有さない1形態を例にとり、製造プロセスを説明したが、他の形態の製造プロセスも自明であろう。なお、導波路の構成は種々変形可能である。   In the above, the manufacturing process has been described by taking as an example one form that has a butt joint under one of the two waveguides and no butt joint under the other electrode. The manufacturing process will be self-evident. The configuration of the waveguide can be variously modified.

図6A,6B,6C,6Dは、一方の電極下にはバットジョイントを有し、他方の電極下にはバットジョイントを有さない形態例を示す平面図である。   FIGS. 6A, 6B, 6C, and 6D are plan views showing a form example having a butt joint under one electrode and not having a butt joint under the other electrode.

図6Aにおいては、第1の導波路WG1はバットジョイントを有さず、分波部、合波部と同じ第1の半導体導波層SWG1で形成されている。第2の導波路WG2の一部は異なる構成の第2の半導体導波層SWG2で形成されている。別の見方をすれば、周囲と異なる導波路構造SWG2が第2の導波路WG2の一部に形成され、その1つのバットジョイントを覆うように電極140が配置されている。   In FIG. 6A, the first waveguide WG1 does not have a butt joint, and is formed of the same first semiconductor waveguide layer SWG1 as the demultiplexing unit and the multiplexing unit. A part of the second waveguide WG2 is formed of a second semiconductor waveguide layer SWG2 having a different configuration. From another viewpoint, a waveguide structure SWG2 different from the surrounding is formed in a part of the second waveguide WG2, and the electrode 140 is disposed so as to cover one butt joint.

図6Bにおいては、分波部・合波部は半導体導波層SWG1で形成され、第1・第2導波路は分波部・合波部に続く半導体導波層SWG1と、これと異なる半導体導波層SWG2とで形成され、両導波路共にバットジョイントを有する。第1導波路WG1上方の電極130は1つのバットジョイントを覆って配置され、第2導波路WG2上方の電極140は第2の半導体導波層SWG2の上方のみに配置されている。   In FIG. 6B, the demultiplexing part / multiplexing part is formed by the semiconductor waveguide layer SWG1, and the first and second waveguides are the semiconductor waveguide layer SWG1 following the demultiplexing part / multiplexing part, and a different semiconductor. The waveguide layer SWG2 and both waveguides have butt joints. The electrode 130 above the first waveguide WG1 is disposed so as to cover one butt joint, and the electrode 140 above the second waveguide WG2 is disposed only above the second semiconductor waveguide layer SWG2.

図6Cは、図5Aに示した構成である。   FIG. 6C shows the configuration shown in FIG. 5A.

図6Dは、図6B同様の電極配置であるが、図面中で電極130,140の右側(合波部に続く領域)においては、第2の半導体導波層SWG2に続いて、第3の半導体導波層SWG3が配置されている。半導体導波層の構成が3種類となっている。   FIG. 6D shows an electrode arrangement similar to FIG. 6B, but on the right side of the electrodes 130 and 140 (region following the multiplexing portion) in the drawing, the second semiconductor waveguide layer SWG2 is followed by the third semiconductor. A waveguide layer SWG3 is disposed. There are three types of semiconductor waveguide layer configurations.

図6E〜6Hは、第1導波路上の電極130、第2導波路上の電極140が共にバットジョイントを覆う構成である。   6E to 6H show a configuration in which the electrode 130 on the first waveguide and the electrode 140 on the second waveguide both cover the butt joint.

図6Eにおいては第1、第2導波路において、第2の半導体導波層SWG2が非対称な配置で形成され、残りの部分は第1の半導体導波層SWG1で形成される。電極130,140は対称に配置され、その下方のバットジョイントは非対称の位置に形成されている。   In FIG. 6E, in the first and second waveguides, the second semiconductor waveguide layer SWG2 is formed in an asymmetric arrangement, and the remaining portion is formed by the first semiconductor waveguide layer SWG1. The electrodes 130 and 140 are disposed symmetrically, and the butt joint below the electrodes 130 and 140 is formed in an asymmetric position.

図6Fにおいては、第1の半導体導波層SWG1が分波部と第1、第2の導波路途中の非対称な位置までを形成し、この位置から合波部に至る第1、第2の導波路と合波部とが第2の半導体導波層SWG2で形成されている。バットジョイントの位置が非対称であり、電極130,140は対称に配置されている。   In FIG. 6F, the first semiconductor waveguide layer SWG1 forms the demultiplexing portion and the asymmetric position in the middle of the first and second waveguides, and the first and second portions from this position to the multiplexing portion are formed. The waveguide and the multiplexing part are formed by the second semiconductor waveguide layer SWG2. The position of the butt joint is asymmetric, and the electrodes 130 and 140 are arranged symmetrically.

図6Gにおいては、分波部および第1、第2の導波路の途中まで第1の半導体導波層SWG1で両導波路とも対称的に形成され、第1、第2の導波路の残りの部分および合波部が第2の半導体導波層で形成されている。バットジョイントの位置は対称である。電極130,140は非対称に配置され、電極下のバットジョイントの配置は非対称となる。   In FIG. 6G, both the waveguides are symmetrically formed in the first semiconductor waveguide layer SWG1 up to the middle of the demultiplexing portion and the first and second waveguides, and the remaining portions of the first and second waveguides are formed. The portion and the combining portion are formed by the second semiconductor waveguide layer. The position of the butt joint is symmetric. The electrodes 130 and 140 are asymmetrically arranged, and the arrangement of the butt joint under the electrodes is asymmetrical.

図6Hにおいては、第1導波路、第2導波路の対称な位置に、第2の半導体導波層が配置され、残りの部分は第1の半導体導波層で形成されている。電極130,140が非対称に配置されている。電極130下にはバットジョイントが1箇所、電極140下にはバットジョイントが2箇所形成されている。   In FIG. 6H, the second semiconductor waveguide layer is disposed at a symmetrical position between the first waveguide and the second waveguide, and the remaining portion is formed of the first semiconductor waveguide layer. The electrodes 130 and 140 are arranged asymmetrically. One butt joint is formed under the electrode 130, and two butt joints are formed under the electrode 140.

以上、実施例に沿って本発明を説明したが、これらの構成は何ら制限的意味を有さない。種々の変更、置換、組み合わせ、改良等が可能であろう。   As mentioned above, although this invention was demonstrated along the Example, these structures do not have a restrictive meaning at all. Various changes, substitutions, combinations, improvements and the like may be possible.

1 分波部、
2 合波部、
3 導波路、
4 変調電極、
11 n型InP基板、
12 n型InGaAsP層、
13 n型InPクラッド層、
14、17 i型InP光閉じ込め層、
18 p型InPクラッド層、
21、23 i型InP光閉じ込め層、
22 i型InGaAsP導波層、
24 p型InPクラッド層、
25、26 i型InP光閉じ込め層、
27、28 p型InPクラッド層、
29 p型InGaAsコンタクト層、
31 n型領域、
32 p型領域、
33 導波層、
34,35 光閉じ込め層、
36 バルク型導波路
37 多重量子井戸層、
38 MQW導波路、
41,42 電極、
54 Au/Zn/Au層、
56 Au層、
100 LD活性層、
110 InGaAsP導波層、
120 MQW導波層、
130 (第1)変調電極、
140 (第2)変調電極、
1 demultiplexer,
2 multiplexing section,
3 waveguide,
4 modulation electrodes,
11 n-type InP substrate,
12 n-type InGaAsP layer,
13 n-type InP cladding layer,
14, 17 i-type InP optical confinement layer,
18 p-type InP cladding layer,
21, 23 i-type InP optical confinement layer,
22 i-type InGaAsP waveguide layer,
24 p-type InP cladding layer,
25, 26 i-type InP optical confinement layer,
27, 28 p-type InP cladding layer,
29 p-type InGaAs contact layer,
31 n-type region,
32 p-type region,
33 Waveguide layer,
34, 35 optical confinement layer,
36 Bulk waveguide
37 multiple quantum well layers,
38 MQW waveguide,
41, 42 electrodes,
54 Au / Zn / Au layer,
56 Au layer,
100 LD active layer,
110 InGaAsP waveguide layer,
120 MQW waveguide layer,
130 (first) modulation electrode,
140 (second) modulation electrode,

Claims (4)

半導体基板上に形成され、入力光を2つに分岐できる分波部と、分岐部から発する2つの光を伝送する第1光導波路および第2光導波路と、前記第1光導波路、前記第2光導波路を伝播した光を受け、合波した出力光を発する合波部とを有するマッハツェンダ型の光導波構造と;
前記第1光導波路、前記第2光導波路上方にそれぞれ形成され、第1変調信号、第2変調信号を印加する、第1変調電極および第2変調電極と;
を有し、
前記第1光導波路は、第1導波層を含む第1i型半導体層と、前記第1i型半導体層の上側および下側に配置され、不純物を高濃度にドープした第1対のドープト半導体層とを有し、
前記第2光導波路は、第2導波層を含む第2i型半導体層と、前記第2i型半導体層の上側および下側に配置され、不純物を高濃度にドープした第2対のドープト半導体層とを有し、
前記第1i型半導体層と前記第2i型半導体層とは、高周波特性的に厚さが等しく、
前記第1変調電極、前記第2変調電極は、高周波特性的に等しい長さを有し、
前記第1変調電極、前記第2変調電極下方の第1光導波路、第2光導波路の一方は、延在方向の途中で構造の異なる導波層が突き合い接合するバットジョイントを有し、他方はバットジョイントを有さない、
ことを特徴とする半導体光変調器。
A demultiplexing unit formed on a semiconductor substrate and capable of branching input light into two, a first optical waveguide and a second optical waveguide transmitting two lights emitted from the branching unit, the first optical waveguide, and the second optical waveguide A Mach-Zehnder type optical waveguide structure having a multiplexing section that receives light propagating through the optical waveguide and emits combined output light;
A first modulation electrode and a second modulation electrode, which are respectively formed above the first optical waveguide and the second optical waveguide and apply a first modulation signal and a second modulation signal;
Have
The first optical waveguide includes a first i-type semiconductor layer including a first waveguide layer, and a first pair of doped semiconductor layers that are disposed above and below the first i-type semiconductor layer and doped with impurities at a high concentration. And
The second optical waveguide includes a second i-type semiconductor layer including a second waveguide layer, and a second pair of doped semiconductor layers disposed on the upper and lower sides of the second i-type semiconductor layer and doped with impurities at a high concentration. And
The first i-type semiconductor layer and the second i-type semiconductor layer are equal in thickness in terms of high frequency characteristics,
The first modulation electrode and the second modulation electrode have equal lengths in terms of high frequency characteristics,
Said first modulation electrode, a first optical waveguide of said second modulation electrode downward, one of the second optical waveguide, has a butt joint joining mutually butting in the middle in the extending direction different waveguide layers of structures, while Does not have a butt joint,
A semiconductor optical modulator.
前記バットジョイントを有する前記第1導波層あるいは前記第2導波層のバンド間遷移波長よりも、前記バットジョイントを有ない前記第1導波層あるいは前記第2導波層のバンド間遷移波長の方が短いことを特徴とする請求項1記載の半導体光変調器。 Interband transition of the than interband transition wavelength of the first waveguide layer or said second waveguide layer having a butt joint, wherein the first waveguide layer without being perforated with the butt joint or said second waveguide layer 2. The semiconductor optical modulator according to claim 1, wherein the wavelength is shorter. さらに、further,
前記第1変調電極、前記第2変調電極にそれぞれ接続された、第1変調電源、第2変調電源及び第1負荷、第2負荷を有する請求項1または2に記載の半導体光変調器。  3. The semiconductor optical modulator according to claim 1, further comprising: a first modulation power source, a second modulation power source, a first load, and a second load connected to the first modulation electrode and the second modulation electrode, respectively.
半導体基板上に形成され、半導体レーザ部と、前記半導体レーザ部から発する入力光を2つに分岐できる分波部と、分波部から発する2つの光を伝送する第1光導波路および第2光導波路と、前記第1光導波路、前記第2光導波路を伝播した光を受け、合波した出力光を発する合波部とを有する半導体積層構造と;
前記第1光導波路、前記第2光導波路上方にそれぞれ形成され、第1変調信号、第2変調信号を印加する、第1変調電極および第2変調電極と;
前記第1変調電極、前記第2変調電極にプッシュプル型の変調信号を供給する変調回路と;
を有し、
前記第1光導波路は、第1導波層を含む第1i型半導体層と、前記第1i型半導体層の上側および下側に配置され、不純物を高濃度にドープした第1対のドープト半導体層とを有し、
前記第2光導波路は、第2導波層を含む第2i型半導体層と、前記第2i型半導体層の上側および下側に配置され、不純物を高濃度にドープした第2対のドープト半導体層とを有し、
前記第1i型半導体層と前記第2i型半導体層とは、高周波特性的に厚さが等しく、
前記第1変調電極、前記第2変調電極は、高周波特性的に等しい長さを有し、
前記第1変調電極、前記第2変調電極下方の第1光導波路、第2光導波路の一方は、延在方向の途中で構造の異なる導波層が突き合い接合するバットジョイントを有し、他方はバットジョイントを有さない、
ことを特徴とする光通信モジュール。
A semiconductor laser unit formed on a semiconductor substrate, a demultiplexing unit capable of branching input light emitted from the semiconductor laser unit into two, and a first optical waveguide and a second optical waveguide that transmit two lights emitted from the demultiplexing unit A semiconductor laminated structure having a waveguide, and a multiplexing unit that receives light propagated through the first optical waveguide and the second optical waveguide and emits combined output light;
A first modulation electrode and a second modulation electrode, which are respectively formed above the first optical waveguide and the second optical waveguide and apply a first modulation signal and a second modulation signal;
A modulation circuit for supplying a push-pull modulation signal to the first modulation electrode and the second modulation electrode;
Have
The first optical waveguide includes a first i-type semiconductor layer including a first waveguide layer, and a first pair of doped semiconductor layers that are disposed above and below the first i-type semiconductor layer and doped with impurities at a high concentration. And
The second optical waveguide includes a second i-type semiconductor layer including a second waveguide layer, and a second pair of doped semiconductor layers disposed on the upper and lower sides of the second i-type semiconductor layer and doped with impurities at a high concentration. And
The first i-type semiconductor layer and the second i-type semiconductor layer are equal in thickness in terms of high frequency characteristics,
The first modulation electrode and the second modulation electrode have equal lengths in terms of high frequency characteristics,
Said first modulation electrode, a first optical waveguide of said second modulation electrode downward, one of the second optical waveguide, has a butt joint joining mutually butting in the middle in the extending direction different waveguide layers of structures, while Does not have a butt joint,
An optical communication module.
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