JPH01118817A - 光変調器 - Google Patents
光変調器Info
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- JPH01118817A JPH01118817A JP27763787A JP27763787A JPH01118817A JP H01118817 A JPH01118817 A JP H01118817A JP 27763787 A JP27763787 A JP 27763787A JP 27763787 A JP27763787 A JP 27763787A JP H01118817 A JPH01118817 A JP H01118817A
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
本発明は長距離、大容量光通信に必要な高速。
低電圧駆動の光変調器に関する。
従来の技術
光通信の高速化・大容量化に伴ない、現在の半導体レー
ザの直接変調方式では応答速度の限界および変調による
チャーピング等の問題となシ、近年半導体レーザと集積
化が可能な外部光変調器が注目されている。
ザの直接変調方式では応答速度の限界および変調による
チャーピング等の問題となシ、近年半導体レーザと集積
化が可能な外部光変調器が注目されている。
この一つに半導体の電界印加による吸収係数変化（フラ
ンツ−ケルデツシュ効果）を利用した導波路型光変調器
があシ、光源との一体化素子も出現している（例えば第
２３回微少光学研究論文Ｐ６１）。またこの導波路を多
重量子井戸構造（以下ＭＱＷ）にした場合、量子シュタ
ルク効果によシ大きい吸収係数変化が得られ低電圧駆動
、素子の小型化が実現できる（例えば同Ｐ６７）。
ンツ−ケルデツシュ効果）を利用した導波路型光変調器
があシ、光源との一体化素子も出現している（例えば第
２３回微少光学研究論文Ｐ６１）。またこの導波路を多
重量子井戸構造（以下ＭＱＷ）にした場合、量子シュタ
ルク効果によシ大きい吸収係数変化が得られ低電圧駆動
、素子の小型化が実現できる（例えば同Ｐ６７）。
このＭＱＷ導波路型光変調器をχｎＧａＡｇＰ７４ｚｒ
Ｐ系材料を例にして第２図に示す。これはｎ”−ＩｎＰ
基板上にアンドープのＩｎＧａＡｓＰ井戸層１１とＩｎ
Ｐ障壁層１２から成るＭＱＷ光導波層１３を形成し、さ
らにこのＭＱＷ層１層上３上トライプ状のｐ”−１ｎＰ
装荷クラッド層１４およびＡｕ／Ｚｎ電極７、またｎ”
−ＩｎＰ基板の裏面にはＡｕ／Ｓｎ電極８が形成された
構造になっている。この装荷型ＭＱＷ光導波路１３に光
波２０を入射するとともに電極１５．１６間に逆方向電
圧を印加することによシ、アンドープのＭＱＷ光導波層
１３に電界が印加されＩｎＧａＡｓＰ井戸層１１内での
量子シュタルク効果によシ吸収係数の大きい変化が得ら
れ、印加電圧に応じた光の変調を行なうことができる。
Ｐ系材料を例にして第２図に示す。これはｎ”−ＩｎＰ
基板上にアンドープのＩｎＧａＡｓＰ井戸層１１とＩｎ
Ｐ障壁層１２から成るＭＱＷ光導波層１３を形成し、さ
らにこのＭＱＷ層１層上３上トライプ状のｐ”−１ｎＰ
装荷クラッド層１４およびＡｕ／Ｚｎ電極７、またｎ”
−ＩｎＰ基板の裏面にはＡｕ／Ｓｎ電極８が形成された
構造になっている。この装荷型ＭＱＷ光導波路１３に光
波２０を入射するとともに電極１５．１６間に逆方向電
圧を印加することによシ、アンドープのＭＱＷ光導波層
１３に電界が印加されＩｎＧａＡｓＰ井戸層１１内での
量子シュタルク効果によシ吸収係数の大きい変化が得ら
れ、印加電圧に応じた光の変調を行なうことができる。
ところで低電圧で良好な消光比を有する光変調特性を得
るには、この光導波層１３への光の閉じ込め係数を大き
くする必要があり、このためにはこの層の厚みはＯ，Ｓ
μｍ以上は必要となる。また量子シュタルク効果を得る
にはＩｎＧａＡｓＰ井戸層１１の厚みは２００Å以下の
超薄膜である必要があ。井戸層の厚みを２０ｏ人、Ｉｎ
Ｐ障壁層１２の厚みを２００人で２０対のＭＱＷ層を形
成した場合、０．４ｖの逆バイアス印加で各井戸層にか
かる電界は５ Ｘ １０３ｖｏｌｔ／ｃＲで、この時井
戸層での光の吸収係数増加量は、光の波長を１．３μｍ
井戸層のバンドギャップ波長を１．２９μｍとした場合
で３ｏＯｃ！ＩＬ である。余光導波路の長さを１００
μｍ。
るには、この光導波層１３への光の閉じ込め係数を大き
くする必要があり、このためにはこの層の厚みはＯ，Ｓ
μｍ以上は必要となる。また量子シュタルク効果を得る
にはＩｎＧａＡｓＰ井戸層１１の厚みは２００Å以下の
超薄膜である必要があ。井戸層の厚みを２０ｏ人、Ｉｎ
Ｐ障壁層１２の厚みを２００人で２０対のＭＱＷ層を形
成した場合、０．４ｖの逆バイアス印加で各井戸層にか
かる電界は５ Ｘ １０３ｖｏｌｔ／ｃＲで、この時井
戸層での光の吸収係数増加量は、光の波長を１．３μｍ
井戸層のバンドギャップ波長を１．２９μｍとした場合
で３ｏＯｃ！ＩＬ である。余光導波路の長さを１００
μｍ。
井戸層の光の閉じ込め係数を０．５とした時、０．４ｖ
印加時の光の消光比は６．５ｄＢ程度と、大きい消光比
は得られない。
印加時の光の消光比は６．５ｄＢ程度と、大きい消光比
は得られない。
発明が解決しようとする問題点 −
以上従来のＭＱＷ導波路型光変調器においては、井戸層
数が増えると電界が分散され、低電圧駆動化、素子の小
型化が難しいという問題点があった。
数が増えると電界が分散され、低電圧駆動化、素子の小
型化が難しいという問題点があった。
問題点を解決するための手段
本発明は上述の問題点を解決すべく、半絶縁性基板上に
、第１の導電型の障壁層、アンドープの井戸層および第
２の導電型の障壁層が交互に積層された多重量子井戸層
がストライプ状に形成された光導波路と、前記光導波路
の両側に第１の導電型と第２の導電型の再成長層がそれ
ぞれ前記多重量子井戸層の各層に接続して形成された第
１および第２の領域で構成された構造の光変調器である
。
、第１の導電型の障壁層、アンドープの井戸層および第
２の導電型の障壁層が交互に積層された多重量子井戸層
がストライプ状に形成された光導波路と、前記光導波路
の両側に第１の導電型と第２の導電型の再成長層がそれ
ぞれ前記多重量子井戸層の各層に接続して形成された第
１および第２の領域で構成された構造の光変調器である
。
作 用
上述の手段によシ、多重量子井戸層内の各井戸層に有効
に電界が印加され、超小型・低電圧駆動の光変調特性を
実現できるものである。
に電界が印加され、超小型・低電圧駆動の光変調特性を
実現できるものである。
実施例
以下本発明の実施例を、従来例と同じくＩｎＧａＡｓＰ
／ＩｎＰ系材料を例に説明する。第１図に、本発明の光
変調器の構造を示す。ここでは半絶縁性ＩｎＰ基板（Ｆ
ｅドープ）１上にアンドープＩｎＧａＡｇＰ井戸層３を
挾んでｎ”−ＩｎＰ障壁層２と＝ ｐ−ＩｎＰ障壁層４が交互に積層されたｎ１ｐｉ型の変
調ドープＭＱＷ構造が幅５μｍのストライプ状に形成さ
れ、このストライプの両側に、ＭＱＷ層ｔＤ 各層Ｋ
接続Ｌ テｐ”−Ｉ ｎ Ｐ層（ｐ＝Ｉ５Ｘ１０”ｃｍ
−’）６とｎ”−ＩｎＰ層（ｎ＝ｌＸ１０１８ｃｍ−３
）６がそれぞれ形成され、さらにｐ”−ＩｎＰ層６上に
Ａ ｕ／Ｚ ｎ電極７、ｎ”−４ｎＰ層ｅ上にはＡ ｕ
／Ｓ ｎ電極８が形成されている。ストライプ状のＭＱ
Ｗ層は埋込み型の三次元光導波路を形成している。電極
７−８間に逆バイアスを印加するとＭＱＷ層における各
ｐｉｎ層（２ｐ ３ ｓ ４ ）に並列に印加電圧に相
当する電界が印加され、低電圧印加において各ＩｎＧａ
ＡｓＰ井戸層３に最大限の電界が印加されることになる
。
／ＩｎＰ系材料を例に説明する。第１図に、本発明の光
変調器の構造を示す。ここでは半絶縁性ＩｎＰ基板（Ｆ
ｅドープ）１上にアンドープＩｎＧａＡｇＰ井戸層３を
挾んでｎ”−ＩｎＰ障壁層２と＝ ｐ−ＩｎＰ障壁層４が交互に積層されたｎ１ｐｉ型の変
調ドープＭＱＷ構造が幅５μｍのストライプ状に形成さ
れ、このストライプの両側に、ＭＱＷ層ｔＤ 各層Ｋ
接続Ｌ テｐ”−Ｉ ｎ Ｐ層（ｐ＝Ｉ５Ｘ１０”ｃｍ
−’）６とｎ”−ＩｎＰ層（ｎ＝ｌＸ１０１８ｃｍ−３
）６がそれぞれ形成され、さらにｐ”−ＩｎＰ層６上に
Ａ ｕ／Ｚ ｎ電極７、ｎ”−４ｎＰ層ｅ上にはＡ ｕ
／Ｓ ｎ電極８が形成されている。ストライプ状のＭＱ
Ｗ層は埋込み型の三次元光導波路を形成している。電極
７−８間に逆バイアスを印加するとＭＱＷ層における各
ｐｉｎ層（２ｐ ３ ｓ ４ ）に並列に印加電圧に相
当する電界が印加され、低電圧印加において各ＩｎＧａ
ＡｓＰ井戸層３に最大限の電界が印加されることになる
。
この埋込み型先導波路にＩｎＧａＡｓＰ井戸層３のバン
ドギャップ波長より若干長い波長の光２ｏを入射した状
態で、電極７−８間に逆バイアスを印加によシ光変調を
行なうことができる。ＩｎＧａＡｓＰ井戸層３の厚みを
２００Ａ 、ＩｎＰ障壁層２，４の厚みを２００人、２
０対の井戸層と障壁層を形成した場合、０．４ Ｖの逆
バイアス印加で各井戸層に２ Ｘ １０５ＶＯ１ｔ／ｃ
ｍの電界が付加的に印加される。
ドギャップ波長より若干長い波長の光２ｏを入射した状
態で、電極７−８間に逆バイアスを印加によシ光変調を
行なうことができる。ＩｎＧａＡｓＰ井戸層３の厚みを
２００Ａ 、ＩｎＰ障壁層２，４の厚みを２００人、２
０対の井戸層と障壁層を形成した場合、０．４ Ｖの逆
バイアス印加で各井戸層に２ Ｘ １０５ＶＯ１ｔ／ｃ
ｍの電界が付加的に印加される。
この電界印加時の井戸層３における吸収係数の増加量は
、入射光波長を１．３μｍ井戸層のバンドギャップ波長
を１．２９μｍをした場合２×１ｏｃ１ｒＬ の値が得
られる。光導波路の素子長を２０μｍ、光の井戸層への
閉じ込め係数を０．６とすると０．４ｖ印加で光の０Ｎ
１０ＦＦの消光比は１７ｄＢ得られ、超小型・低電圧駆
動の光変調特性を得ることができる。逆バイアス印加時
のブレークダウン電圧はストライプ側面のｐ＋ｎ＋接合
によって決まるが本素子の場合３ｖ以上得られ、この範
囲内で有効に井戸層に電界が印加される。
、入射光波長を１．３μｍ井戸層のバンドギャップ波長
を１．２９μｍをした場合２×１ｏｃ１ｒＬ の値が得
られる。光導波路の素子長を２０μｍ、光の井戸層への
閉じ込め係数を０．６とすると０．４ｖ印加で光の０Ｎ
１０ＦＦの消光比は１７ｄＢ得られ、超小型・低電圧駆
動の光変調特性を得ることができる。逆バイアス印加時
のブレークダウン電圧はストライプ側面のｐ＋ｎ＋接合
によって決まるが本素子の場合３ｖ以上得られ、この範
囲内で有効に井戸層に電界が印加される。
第１図の構造を得るためにはＦｅドープ半絶縁性ＩｎＰ
基板１上にＴｅドープｎ”−ＩｎＰ障壁層２、アンドー
プＩ ｎＧａＡｓ Ｐ井戸層３、Ｚｎドープｐ”−Ｉｎ
Ｐ障壁層から成る２０対のＭＱＷ層を液相エピタキシャ
ル成長法（Ｉ、ＰＥ法）もしくは気相成長法（ＶＰＥ法
）で形成したのち、Ｓｉｏ２膜マスクを用いて所望の領
域のＭＱＷ層をＢｒ−メタノール溶液でエツチングした
のちＬＰＥ法もしくはＶＰＥ法でｐ”−ＩｎＰ層６を再
成長する。さらに５１０２マスクとエツチング、エピタ
キシャル成長によｌｎ”−ＩｎＰ層６を形成した後、ｐ
”−ＩｎＰ層６およびｎ”−ＩｎＰ層ｅ上にそれぞれＡ
ｕ／Ｚ ｎ電極７、Ａｕ／Ｓｎ電極８を形成すること
により作製できる。
基板１上にＴｅドープｎ”−ＩｎＰ障壁層２、アンドー
プＩ ｎＧａＡｓ Ｐ井戸層３、Ｚｎドープｐ”−Ｉｎ
Ｐ障壁層から成る２０対のＭＱＷ層を液相エピタキシャ
ル成長法（Ｉ、ＰＥ法）もしくは気相成長法（ＶＰＥ法
）で形成したのち、Ｓｉｏ２膜マスクを用いて所望の領
域のＭＱＷ層をＢｒ−メタノール溶液でエツチングした
のちＬＰＥ法もしくはＶＰＥ法でｐ”−ＩｎＰ層６を再
成長する。さらに５１０２マスクとエツチング、エピタ
キシャル成長によｌｎ”−ＩｎＰ層６を形成した後、ｐ
”−ＩｎＰ層６およびｎ”−ＩｎＰ層ｅ上にそれぞれＡ
ｕ／Ｚ ｎ電極７、Ａｕ／Ｓｎ電極８を形成すること
により作製できる。
実際、成長プロセス中において井戸層中にはｐ±障壁層
中のＺｎのオートドープが生じるが、井戸層が多少ドー
ピングされても、素子特性の劣化は小さい。
中のＺｎのオートドープが生じるが、井戸層が多少ドー
ピングされても、素子特性の劣化は小さい。
尚、本発明においてはＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ系へテロ
構造を用いた場合を示したが、ＡＩＧａＡａ／ＧａＡ３
系やＩｎＧａＡｓ／ＡＪＧａＡｓ系においても適用でき
るもので、その製造法もこれに限定されるものではない
。
構造を用いた場合を示したが、ＡＩＧａＡａ／ＧａＡ３
系やＩｎＧａＡｓ／ＡＪＧａＡｓ系においても適用でき
るもので、その製造法もこれに限定されるものではない
。
発明の効果
以上、本発明は半絶縁性基板上に、第１の導電型の障壁
層とアンドープの井戸層および第２の導電型の障壁層で
構成される多重量子井戸層がストライプ状に形成された
光導波路と、この先導波路の両側に第１の導電型と第２
の導電型の成長層がそれぞれ前記多重量子井戸層を構成
する各層に接続して形成された第１と第２の領域を有す
る構造の光変調器で、この光導波路に光を入射した状態
で第１と第２の領域間で逆方向電圧を印加することによ
シ、超小型で低電圧駆動の光変調特性を得ることができ
その実用的価値は大きいものである。
層とアンドープの井戸層および第２の導電型の障壁層で
構成される多重量子井戸層がストライプ状に形成された
光導波路と、この先導波路の両側に第１の導電型と第２
の導電型の成長層がそれぞれ前記多重量子井戸層を構成
する各層に接続して形成された第１と第２の領域を有す
る構造の光変調器で、この光導波路に光を入射した状態
で第１と第２の領域間で逆方向電圧を印加することによ
シ、超小型で低電圧駆動の光変調特性を得ることができ
その実用的価値は大きいものである。
第１図は本発明による光変調器の斜視図、第２図は従来
例における光変調器の斜視図である。 １・・・・・・半絶縁性１ｎＰ基板、２・・・・・・ｎ
”−ＩｎＰ障壁層、３・・・・・・アンドープＩｎＧａ
ＡｓＰ井戸層、４・・・・・・ｐ”−ＩｎＰ障壁層、５
・・・・・・ｐ”−４ｎＰ層、６・・・・・・ｎ −Ｉ
ｎＰ層。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか１名ｌ−
−羊塘識姓ＩｎＰ茶狽 ２０− 入射光 第 １ 図 ２θ
例における光変調器の斜視図である。 １・・・・・・半絶縁性１ｎＰ基板、２・・・・・・ｎ
”−ＩｎＰ障壁層、３・・・・・・アンドープＩｎＧａ
ＡｓＰ井戸層、４・・・・・・ｐ”−ＩｎＰ障壁層、５
・・・・・・ｐ”−４ｎＰ層、６・・・・・・ｎ −Ｉ
ｎＰ層。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか１名ｌ−
−羊塘識姓ＩｎＰ茶狽 ２０− 入射光 第 １ 図 ２θ
Claims (1)
- 半絶縁性基板上に、井戸層が第１の導電型の障壁層と第
２の導電型の障壁層で交互に挾み込まれた構成の多重量
子井戸層が光の入射方向に沿ったストライプ状に形成さ
れた光導波路領域と、前記光導波路の両側に第１の導電
型と第２の導電型の成長層がそれぞれ前記多重量子井戸
層の各層に接続して形成された第１および第２の領域か
ら成る光変調器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27763787A JPH0652341B2 (ja) | 1987-11-02 | 1987-11-02 | 光変調器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27763787A JPH0652341B2 (ja) | 1987-11-02 | 1987-11-02 | 光変調器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01118817A true JPH01118817A (ja) | 1989-05-11 |
| JPH0652341B2 JPH0652341B2 (ja) | 1994-07-06 |
Family
ID=17586204
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP27763787A Expired - Fee Related JPH0652341B2 (ja) | 1987-11-02 | 1987-11-02 | 光変調器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0652341B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1995015022A1 (fr) * | 1993-11-24 | 1995-06-01 | The Furukawa Electric Co., Ltd. | Element optique a semi-conducteur |
| JP2019191308A (ja) * | 2018-04-23 | 2019-10-31 | 日本電信電話株式会社 | 半導体光素子 |
-
1987
- 1987-11-02 JP JP27763787A patent/JPH0652341B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1995015022A1 (fr) * | 1993-11-24 | 1995-06-01 | The Furukawa Electric Co., Ltd. | Element optique a semi-conducteur |
| US5739543A (en) * | 1993-11-24 | 1998-04-14 | The Furukawa Electric Co., Ltd. | Optical semiconductive device with inplanar compressive strain |
| JP2019191308A (ja) * | 2018-04-23 | 2019-10-31 | 日本電信電話株式会社 | 半導体光素子 |
| WO2019208269A1 (ja) * | 2018-04-23 | 2019-10-31 | 日本電信電話株式会社 | 半導体光素子 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0652341B2 (ja) | 1994-07-06 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |