JPH0244311A - 光変調素子 - Google Patents
光変調素子Info
- Publication number
- JPH0244311A JPH0244311A JP63195840A JP19584088A JPH0244311A JP H0244311 A JPH0244311 A JP H0244311A JP 63195840 A JP63195840 A JP 63195840A JP 19584088 A JP19584088 A JP 19584088A JP H0244311 A JPH0244311 A JP H0244311A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- light
- impurity concentration
- cladding layer
- optical waveguide
- layer
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 title claims abstract description 50
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 claims abstract description 23
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims abstract description 19
- 230000005684 electric field Effects 0.000 claims abstract description 7
- 238000005253 cladding Methods 0.000 claims description 20
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 9
- 238000009826 distribution Methods 0.000 claims description 2
- 239000000284 extract Substances 0.000 claims 1
- 239000000969 carrier Substances 0.000 abstract description 20
- 230000007423 decrease Effects 0.000 abstract description 7
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 7
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 abstract description 6
- 238000000034 method Methods 0.000 description 5
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 description 5
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 4
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 4
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 3
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 2
- 229910000530 Gallium indium arsenide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 230000005685 electric field effect Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000009828 non-uniform distribution Methods 0.000 description 1
- 238000007790 scraping Methods 0.000 description 1
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 description 1
- 230000003313 weakening effect Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
- G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour
- G02F1/015—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour based on semiconductor elements having potential barriers, e.g. having a PN or PIN junction
- G02F1/025—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour based on semiconductor elements having potential barriers, e.g. having a PN or PIN junction in an optical waveguide structure
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
- G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour
- G02F1/015—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour based on semiconductor elements having potential barriers, e.g. having a PN or PIN junction
- G02F1/0155—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour based on semiconductor elements having potential barriers, e.g. having a PN or PIN junction modulating the optical absorption
- G02F1/0157—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour based on semiconductor elements having potential barriers, e.g. having a PN or PIN junction modulating the optical absorption using electro-absorption effects, e.g. Franz-Keldysh [FK] effect or quantum confined stark effect [QCSE]
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Nonlinear Science (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Optical Integrated Circuits (AREA)
- Amplitude Modulation (AREA)
- Photo Coupler, Interrupter, Optical-To-Optical Conversion Devices (AREA)
- Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)
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】
（発明の技術分野）
本発明は外部から入射される光を変調する光変調素子に
関するものである。
関するものである。
（従来技術とその問題点）
光フアイバ通信技術は光ファイバの超低損失性と光が本
質的に有する超広帯域性を利用して進展し、伝送のます
ますの長距離化と大容量化の研究が世界的に進められて
いる。光ファイバの損失が理論的な限界にまで達した今
日では、特に伝送の高速化、大容量化の研究が重要にな
ってきている。
質的に有する超広帯域性を利用して進展し、伝送のます
ますの長距離化と大容量化の研究が世界的に進められて
いる。光ファイバの損失が理論的な限界にまで達した今
日では、特に伝送の高速化、大容量化の研究が重要にな
ってきている。
光信号を高速にオン・オフする技術としては、現在では
一般に半導体レーザを直接変調する方法がとられている
。しかし、直接変調方式では、発振素子である半導体レ
ーザの電流を高速に変化させるため、発振波長が時間的
に大きく変動し、結果的に発振スペクトル幅が変調帯域
のスペクトル幅に比べて異常に大きく広がってしまうこ
とになる。従って、長距離あるいは高速の伝送では、光
ファイバの波長分散の影響を大きく受け、受信される光
パルスが歪んでしまうため、良好な伝送特性が得られな
い。そこで、このような問題を避けるため、半導体レー
ザの出力は一定に保持し、外部の光変調素子で高速な変
調を行う方法が近年検討されている。
一般に半導体レーザを直接変調する方法がとられている
。しかし、直接変調方式では、発振素子である半導体レ
ーザの電流を高速に変化させるため、発振波長が時間的
に大きく変動し、結果的に発振スペクトル幅が変調帯域
のスペクトル幅に比べて異常に大きく広がってしまうこ
とになる。従って、長距離あるいは高速の伝送では、光
ファイバの波長分散の影響を大きく受け、受信される光
パルスが歪んでしまうため、良好な伝送特性が得られな
い。そこで、このような問題を避けるため、半導体レー
ザの出力は一定に保持し、外部の光変調素子で高速な変
調を行う方法が近年検討されている。
光変調素子としては、ＬｉＮｂ０．等の強誘電体を用い
た光変調素子や、叶Ｂレーザ等の単一波長半導体レーザ
とモノシリツクに集積可能な光変調素子などが提案され
ているが、中でも後者の変調導波路層に電界を印加して
電気吸収効果により強度変調する電気吸収型光変調素子
が最も有望視されている。
た光変調素子や、叶Ｂレーザ等の単一波長半導体レーザ
とモノシリツクに集積可能な光変調素子などが提案され
ているが、中でも後者の変調導波路層に電界を印加して
電気吸収効果により強度変調する電気吸収型光変調素子
が最も有望視されている。
第１図は、従来の電気吸収型光変調素子の斜視図である
。ｎ型ＩｎＰ基１ｔの上に、ｎ −−１ｎＧａＡｓＰ変
調導波路層２、メサ状のｐ型ＩｎＰクラッド層３及びｐ
型１ｎＧａＡｓＰコンタクト層４が積層されており、さ
らに、ｐ側電極５及びｎ側電極６がそれぞれｐ型１ｎＧ
δ八ｓＰコンタクトＮ４とｎ型ｒｎＰ基板１に接するよ
うに形成されている。この光変調素子では、ＩｎＧａＡ
ｓＰ変調導波路層２に光を入射してｐ側電極５に印加す
るマイナスの電圧と、ｎ側電極６に印加するプラスの電
圧を変化させ、ＩｎＧａＡｓＰ変調導波路層２の吸収係
数を変化させることによって、出射光の強度を変調する
ことができる。電気吸収型変調素子においては、低電圧
で変調できること、高速変調可能なこと及び高速変調時
のスペクトル広がりが小さいことが重要である。今まで
、ＩｎＧａＡｓＰ変調導波路層２の禁制帯エネルギーＥ
ｇが入射光フォトエネルギーｈνに近いほど低電圧で吸
収係数の変化が大きくとれ、かつ、素子長Ｌ （ｆｎ
ＧａＡｓＰ変調導波路層２０入射端面がら出射端面まで
の長さ）を短くできるため、高速変調が可能でありスペ
クトル広がりも抑制できるとされていた。従って、従来
では両者のエネルギー差へＥｇ（Ｅｇ−ｈν）だけに着
目し、エネルギー差ΔＥｇを３０〜４０ｍｅＶに設定す
れば、高性能の光変調素子が実現されると考えられてい
た。しかし、従来の光変調素子では、入射光強度が約百
μｄ以下の場合には変調電圧、変調帯域幅及びスペクト
ル幅ともに良好な特性を示すものの、入射光の強度が０
．１ｍ−以上となるに従い、変調電圧が著しく増加し、
又帯域幅も減少するということが明らかになった。
。ｎ型ＩｎＰ基１ｔの上に、ｎ −−１ｎＧａＡｓＰ変
調導波路層２、メサ状のｐ型ＩｎＰクラッド層３及びｐ
型１ｎＧａＡｓＰコンタクト層４が積層されており、さ
らに、ｐ側電極５及びｎ側電極６がそれぞれｐ型１ｎＧ
δ八ｓＰコンタクトＮ４とｎ型ｒｎＰ基板１に接するよ
うに形成されている。この光変調素子では、ＩｎＧａＡ
ｓＰ変調導波路層２に光を入射してｐ側電極５に印加す
るマイナスの電圧と、ｎ側電極６に印加するプラスの電
圧を変化させ、ＩｎＧａＡｓＰ変調導波路層２の吸収係
数を変化させることによって、出射光の強度を変調する
ことができる。電気吸収型変調素子においては、低電圧
で変調できること、高速変調可能なこと及び高速変調時
のスペクトル広がりが小さいことが重要である。今まで
、ＩｎＧａＡｓＰ変調導波路層２の禁制帯エネルギーＥ
ｇが入射光フォトエネルギーｈνに近いほど低電圧で吸
収係数の変化が大きくとれ、かつ、素子長Ｌ （ｆｎ
ＧａＡｓＰ変調導波路層２０入射端面がら出射端面まで
の長さ）を短くできるため、高速変調が可能でありスペ
クトル広がりも抑制できるとされていた。従って、従来
では両者のエネルギー差へＥｇ（Ｅｇ−ｈν）だけに着
目し、エネルギー差ΔＥｇを３０〜４０ｍｅＶに設定す
れば、高性能の光変調素子が実現されると考えられてい
た。しかし、従来の光変調素子では、入射光強度が約百
μｄ以下の場合には変調電圧、変調帯域幅及びスペクト
ル幅ともに良好な特性を示すものの、入射光の強度が０
．１ｍ−以上となるに従い、変調電圧が著しく増加し、
又帯域幅も減少するということが明らかになった。
以上述べたように、従来の電気吸収型光変調素子では、
入射光強度が小さい場合には低電圧変調。
入射光強度が小さい場合には低電圧変調。
高速動作及び狭スペクトル動作が可能なものの、実用レ
ベルの数ｍＷまで入射光強度を増大させた場合には、こ
れらの特性が著しく劣化するという欠点があった。
ベルの数ｍＷまで入射光強度を増大させた場合には、こ
れらの特性が著しく劣化するという欠点があった。
（発明の目的）
本発明は、上述した従来技術の問題点を解決するために
なされたもので、入射光強度が増大しでも低電圧で高速
の変調が可能な光変調素子を実現することを目的とする
。
なされたもので、入射光強度が増大しでも低電圧で高速
の変調が可能な光変調素子を実現することを目的とする
。
（発明の構成）
本発明の特徴は、光導波路層の上部又は下部クラッド層
を複数の低不純物濃度領域と複数の高不純物濃度領域で
構成し、光進行方向に対して複数の高不純物濃度領域の
それぞれの長さを順次大きくし、導波路内電界強度を大
きくし、単位長当たりの吸収キャリア数の変化を小さく
するように構成した点にある。
を複数の低不純物濃度領域と複数の高不純物濃度領域で
構成し、光進行方向に対して複数の高不純物濃度領域の
それぞれの長さを順次大きくし、導波路内電界強度を大
きくし、単位長当たりの吸収キャリア数の変化を小さく
するように構成した点にある。
（発明の原理）
入射光強度が増大した場合に現れる変調電圧の増大及び
帯域劣化の現象などの特性劣化を詳細に検討した結果に
よれば、光導波路層の禁制帯幅Ｅｇと入射光フォトンエ
ネルギｈνのエネルギー差（ΔＥｇ＝Ｅｇ−ｈν）に強
く依存し、エネルギー差ΔＥｇが５０ｍｅＶ以下では特
性劣化が生しることが判明した。又、素子長依存性につ
いては、０．３鵬から２．５ｍｍまで素子長を変えても
、ΔＥｇが３０４０ｍｅＶの場合には、殆ど変化が見ら
れず特性劣化していることが、確認された。
帯域劣化の現象などの特性劣化を詳細に検討した結果に
よれば、光導波路層の禁制帯幅Ｅｇと入射光フォトンエ
ネルギｈνのエネルギー差（ΔＥｇ＝Ｅｇ−ｈν）に強
く依存し、エネルギー差ΔＥｇが５０ｍｅＶ以下では特
性劣化が生しることが判明した。又、素子長依存性につ
いては、０．３鵬から２．５ｍｍまで素子長を変えても
、ΔＥｇが３０４０ｍｅＶの場合には、殆ど変化が見ら
れず特性劣化していることが、確認された。
以上の実験結果は、入射光強度が大きい場合に、入射端
近傍の非常に光強度が強いわずかな領域でのみ、過剰キ
ャリアによる空間電界効果が生じ、電界強度を弱め、又
変調速度を遅くしていることを示している。
近傍の非常に光強度が強いわずかな領域でのみ、過剰キ
ャリアによる空間電界効果が生じ、電界強度を弱め、又
変調速度を遅くしていることを示している。
本発明の原理について、以下に説明する。
光変調器への入射光強度を■、。３．吸収係数をα、光
導波路層の光閉じ込め係数を「とすると、入射端面から
距離Ｘの点での光強度Ｔ （Ｘｌは、■、。＝ ■。ｅ
−α「Ｘ と表わすことができ、単位長当りの吸収量は、αχ となる。式（２）は、単位長当りに吸収されるキャリア
数に比例する。すなわち、従来の光変調素子では、α及
び「は一定であるため、単位長当りの吸収キャリアは、
はぼＩ （Ｘ）に比例し、入射端近傍では吸収キャリア
数が、出射端近傍の吸収キャリア数に比べて異常に大き
くなっている。入射光強度が小さい場合には、吸収キャ
リア分布が場所的に不均一であっても、バンド構造に影
響を与えないので問題とはならないが、入射光強度が大
きくなると、入射端近傍で吸収された過剰な吸収キャリ
アが、印加電界を打ち消し、変調電圧や変調速度に影響
を与える。
導波路層の光閉じ込め係数を「とすると、入射端面から
距離Ｘの点での光強度Ｔ （Ｘｌは、■、。＝ ■。ｅ
−α「Ｘ と表わすことができ、単位長当りの吸収量は、αχ となる。式（２）は、単位長当りに吸収されるキャリア
数に比例する。すなわち、従来の光変調素子では、α及
び「は一定であるため、単位長当りの吸収キャリアは、
はぼＩ （Ｘ）に比例し、入射端近傍では吸収キャリア
数が、出射端近傍の吸収キャリア数に比べて異常に大き
くなっている。入射光強度が小さい場合には、吸収キャ
リア分布が場所的に不均一であっても、バンド構造に影
響を与えないので問題とはならないが、入射光強度が大
きくなると、入射端近傍で吸収された過剰な吸収キャリ
アが、印加電界を打ち消し、変調電圧や変調速度に影響
を与える。
そこで、本願発明者らは、式（２）のα「ｒ 、Ｘ、が
ほぼ一定となるようにし、光導波路層の入射端から出射
端で吸収される吸収キャリア数をほぼ同じにすれば、局
部的に不均一な分布をする過剰キャリアを発生せずに効
率的な光変調が可能となると考えた。すなわち、光量が
多い所では、吸収係数αを小さくし、光量が少ない所で
は、吸収係数αを大きくすれば、高強度光入射時にも帯
域劣化や変調電圧の増加がない高性能光変調素子が実現
される。
ほぼ一定となるようにし、光導波路層の入射端から出射
端で吸収される吸収キャリア数をほぼ同じにすれば、局
部的に不均一な分布をする過剰キャリアを発生せずに効
率的な光変調が可能となると考えた。すなわち、光量が
多い所では、吸収係数αを小さくし、光量が少ない所で
は、吸収係数αを大きくすれば、高強度光入射時にも帯
域劣化や変調電圧の増加がない高性能光変調素子が実現
される。
以下に図面を用いて本発明の実施例を詳細に説明する。
（実施例１）
第２図は、本発明による第１の実施例であり、光変調素
子の模式図である。不純物濃度が約５×１０”ｃｌ”の
ｎ ” −ＩｎＰ基板１上に、凹凸７を形成し、その上
に、不純物濃度Ｉ Ｘｌ０１５ｃ１３前後のｎＩｎＰ層
（下部クラッド層）８．厚さ約０．２５ｐｍのｎ−Ｉｎ
ＧａＡｓＰ （発光波長：約１ 、４５ ｉｒｍ ）光
導波路層２゜Ｐ”−１ｎＰクラッド層（上部クラシト層
）３及びｐ゛−ＩｎＧａＡｓＰコンタクトＮ４が積層さ
れており、更に、ｐ側電極５及びｎ （！ＩＪ電掻電炉
６れぞれｐ型ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層４とｎ型１ｎ
Ｐ基板１に接するように配置されている。なお、凹凸７
のうちの複数の凸部上のｎ−−１ｎＰ層８の厚さは約０
．０８ｕｙａ、全素子長は３６０μｍである。
子の模式図である。不純物濃度が約５×１０”ｃｌ”の
ｎ ” −ＩｎＰ基板１上に、凹凸７を形成し、その上
に、不純物濃度Ｉ Ｘｌ０１５ｃ１３前後のｎＩｎＰ層
（下部クラッド層）８．厚さ約０．２５ｐｍのｎ−Ｉｎ
ＧａＡｓＰ （発光波長：約１ 、４５ ｉｒｍ ）光
導波路層２゜Ｐ”−１ｎＰクラッド層（上部クラシト層
）３及びｐ゛−ＩｎＧａＡｓＰコンタクトＮ４が積層さ
れており、更に、ｐ側電極５及びｎ （！ＩＪ電掻電炉
６れぞれｐ型ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層４とｎ型１ｎ
Ｐ基板１に接するように配置されている。なお、凹凸７
のうちの複数の凸部上のｎ−−１ｎＰ層８の厚さは約０
．０８ｕｙａ、全素子長は３６０μｍである。
ｎ型ＴｎＰ基板１上の複数の凹部のそれぞれの長さ（光
の進行方向の幅）は約３−で、深さが０．３μｍであり
、複数の凸部の長さは約２０μｍ間隔毎に２．３５ｐ■
（４回）、３ｎ（３回）＋ ４．５μｍ（３回）、 ６
．１ｐｍ（２回）、７．７１（２回）、９−（２回）及
び２０ｙ＋ｎ（１回）とし、それ以降は、凸部の長さが
２２０ｐとしている。
の進行方向の幅）は約３−で、深さが０．３μｍであり
、複数の凸部の長さは約２０μｍ間隔毎に２．３５ｐ■
（４回）、３ｎ（３回）＋ ４．５μｍ（３回）、 ６
．１ｐｍ（２回）、７．７１（２回）、９−（２回）及
び２０ｙ＋ｎ（１回）とし、それ以降は、凸部の長さが
２２０ｐとしている。
すなわち、凹凸７の周期は入射端面から出射端面へ行く
にしたがって段階的に密から疎となるように構成すれば
良い。
にしたがって段階的に密から疎となるように構成すれば
良い。
この構造では実効的な空乏層幅が光進行方向に向かって
小さくなっており、電界強度は大きくなる。２ｖ印加時
の光導波路Ｎ２内の平均電界強度は入射端から出射端に
向けて４０ＫＶから６０にνに変化しており、それに伴
い、１．５５−の入射光に対する吸収係数は、ｃｒ＝５
０ｃｍ−’から、１６０ｃ１１−’と、光進行方向に向
かって大きくなっている。又、この構造では光強度が２
０ｕ間隔で１０％ずつ減少し吸収係数が１０％ずつ大き
くなっているため、光強度１００％から３０％の点まで
は、単位長当たりの吸収キャリア数は等しくなっている
。光強度が３０％まで低下した点からは、２２０ｎの長
さにより光強度が、１／１００に低下する。３ｄＢ帯域
幅は１ＯＧＨｚ以上である。
小さくなっており、電界強度は大きくなる。２ｖ印加時
の光導波路Ｎ２内の平均電界強度は入射端から出射端に
向けて４０ＫＶから６０にνに変化しており、それに伴
い、１．５５−の入射光に対する吸収係数は、ｃｒ＝５
０ｃｍ−’から、１６０ｃ１１−’と、光進行方向に向
かって大きくなっている。又、この構造では光強度が２
０ｕ間隔で１０％ずつ減少し吸収係数が１０％ずつ大き
くなっているため、光強度１００％から３０％の点まで
は、単位長当たりの吸収キャリア数は等しくなっている
。光強度が３０％まで低下した点からは、２２０ｎの長
さにより光強度が、１／１００に低下する。３ｄＢ帯域
幅は１ＯＧＨｚ以上である。
本発明によれば、光入射端から、光強度が約３０％に減
少するまでのほとんどすべての点で、吸収キャリア数が
等しくなっており、吸収キャリア数の均一化が図られて
いる。従って、従来例のように光強度の大きい入射端近
傍で局部的に過剰な吸収キャリアを発生し、空間電荷効
果を誘発することはない。このため、従って高強度光入
射時にも特性劣化のない高性能゛光変調素子が実現され
る。
少するまでのほとんどすべての点で、吸収キャリア数が
等しくなっており、吸収キャリア数の均一化が図られて
いる。従って、従来例のように光強度の大きい入射端近
傍で局部的に過剰な吸収キャリアを発生し、空間電荷効
果を誘発することはない。このため、従って高強度光入
射時にも特性劣化のない高性能゛光変調素子が実現され
る。
以上の説明では、光進行方向に対して、不純物濃度の異
なるｎ−１ｎＰ凹部とｎ”−１ｎＰ凸部のうち、凸部の
長さを、２０ＪＩｍ間隔毎に変化させているが、連続的
に変化させても良い。又、実施例１では、光強度が３０
％に減少する場所までの吸収キャリア数を均一化してい
るが、全ての領域で均一化しても良い。
なるｎ−１ｎＰ凹部とｎ”−１ｎＰ凸部のうち、凸部の
長さを、２０ＪＩｍ間隔毎に変化させているが、連続的
に変化させても良い。又、実施例１では、光強度が３０
％に減少する場所までの吸収キャリア数を均一化してい
るが、全ての領域で均一化しても良い。
（実施例２）
第３図は、本発明による第２の実施例であり、光変調素
子の模式図である。
子の模式図である。
従来例と異なる点は、光進行方向に、吸収係数を変化さ
せるために、ｐ”−１ｎＰ上部クラッドｒＭ３と光導波
路層２との間に厚さ０ 、３ ｔｙｒｅ 、長さ３ｔｔ
ｍのｎ −−１ｎＧａＡｓＰ （発光波長１．２−）層
９と、厚さ０．３μｍで長さが異なるｐ ” −ＩｎＧ
ａＡｓＰ層１０とが光進行方向に交互に配置されている
点にある。
せるために、ｐ”−１ｎＰ上部クラッドｒＭ３と光導波
路層２との間に厚さ０ 、３ ｔｙｒｅ 、長さ３ｔｔ
ｍのｎ −−１ｎＧａＡｓＰ （発光波長１．２−）層
９と、厚さ０．３μｍで長さが異なるｐ ” −ＩｎＧ
ａＡｓＰ層１０とが光進行方向に交互に配置されている
点にある。
ｐ ” −１ｎＧａＡｓＰ層１０の長さは、実施例１の
ｎ＋ＩｎＰ凸部の長さと同様に出射端側へ行くにしたが
って長くしである。
ｎ＋ＩｎＰ凸部の長さと同様に出射端側へ行くにしたが
って長くしである。
以上の説明では、ｎ −−１ｎＧａＡｓＰ Ｊｉ１９の
長さ（光進行方向の幅）を一定としｐ“−１ｎＧａＡｓ
Ｐ層１０の長さを変化させているが、逆に、ｎ −−ｒ
ｎＧａＡｓＰ層９の長さを入射端では大きくし、出射端
で小さくする構造にしても良い。
長さ（光進行方向の幅）を一定としｐ“−１ｎＧａＡｓ
Ｐ層１０の長さを変化させているが、逆に、ｎ −−ｒ
ｎＧａＡｓＰ層９の長さを入射端では大きくし、出射端
で小さくする構造にしても良い。
本実施例でも、実施例１と同様に光強度が１００％から
３０％まで減少するほとんど全ての場所で、吸収キャリ
ア数が一定であり、従来例のように、入射端近傍で局部
的に過剰な吸収キャリアを発生し空間電荷効果を誘発す
ることはない。従って、高強度光入射時にも特性劣化の
ない高性能光変調素子が実現できる。
３０％まで減少するほとんど全ての場所で、吸収キャリ
ア数が一定であり、従来例のように、入射端近傍で局部
的に過剰な吸収キャリアを発生し空間電荷効果を誘発す
ることはない。従って、高強度光入射時にも特性劣化の
ない高性能光変調素子が実現できる。
なお、同一出願人により同一目的の光変調素子が３件（
特願昭６３−４２１９８〜６３−４２２００号）出願さ
れているが、本発明はこれら先に出願の光変調素子より
も、製造し易い構造を提供するものである。
特願昭６３−４２１９８〜６３−４２２００号）出願さ
れているが、本発明はこれら先に出願の光変調素子より
も、製造し易い構造を提供するものである。
光導波路層の伝導性はｐ−型でも良い。又、材料系とし
ては、ＩｎＧａＡｓＰ ／ ＩｎＰ系を例にとり説明し
たが、Ａ Ｉ ＧａＡｓ ／ ＧａＡｓ系や、Ａ ｆｆ
ｉ、ＧａＡｓ／ ＩｎＰ系などの他の材料にも同様に適
用できる。更に、それらの他の材料で構成される多重量
子井戸層を用いることもでき、その場合説明で用いた禁
制帯幅は、量子準位で定まる実効的な禁制帯幅となる。
ては、ＩｎＧａＡｓＰ ／ ＩｎＰ系を例にとり説明し
たが、Ａ Ｉ ＧａＡｓ ／ ＧａＡｓ系や、Ａ ｆｆ
ｉ、ＧａＡｓ／ ＩｎＰ系などの他の材料にも同様に適
用できる。更に、それらの他の材料で構成される多重量
子井戸層を用いることもでき、その場合説明で用いた禁
制帯幅は、量子準位で定まる実効的な禁制帯幅となる。
又、横モード安定化のためのストライブ構造については
ストリップ装荷型を例にとり説明したが、埋め込みスト
ライブ構造や、リッジ導波路ストライブ構造等の従来の
技術がすべて適用可能である。
ストリップ装荷型を例にとり説明したが、埋め込みスト
ライブ構造や、リッジ導波路ストライブ構造等の従来の
技術がすべて適用可能である。
（発明の効果）
以上述べたように、本発明では光強度の大きい入射端側
では吸収係数が小さく、出射端側では吸収係数を大きく
なるよう構成し、単位長当りの吸収キャリア数が均一化
されるように光変調素子を構成しているため、光強度を
増大しても局部的な過剰キャリアを発生し、空間電荷効
果により変調電圧の増加や帯域幅の減少をもたらすこと
がなく、低電圧で高速の光変調が可能な高性能光変調素
子を実現することができる。
では吸収係数が小さく、出射端側では吸収係数を大きく
なるよう構成し、単位長当りの吸収キャリア数が均一化
されるように光変調素子を構成しているため、光強度を
増大しても局部的な過剰キャリアを発生し、空間電荷効
果により変調電圧の増加や帯域幅の減少をもたらすこと
がなく、低電圧で高速の光変調が可能な高性能光変調素
子を実現することができる。
ｎ ” −１ｎＰ基板を凸凹に加工し、その上にｎＩｎ
Ｐ層、 ｎ −−１ｎＧａＡｓＰ層等を形成する方法は
、成長回数が一回で済む利点を有し、簡単に高強度入射
時に高性能な特性を維持し得る光変調素子が実現できる
利点を有する。
Ｐ層、 ｎ −−１ｎＧａＡｓＰ層等を形成する方法は
、成長回数が一回で済む利点を有し、簡単に高強度入射
時に高性能な特性を維持し得る光変調素子が実現できる
利点を有する。
又、ｎ −−ＩｎＧａＡｓＰ導波路層２上に伝導性の異
なるＩｎＧａＡｓＰ層を凹凸状に形成する構造は、熱拡
散により凹凸を形成できることから、結晶性が優れてお
り、高性能光変調素子が実現できる。
なるＩｎＧａＡｓＰ層を凹凸状に形成する構造は、熱拡
散により凹凸を形成できることから、結晶性が優れてお
り、高性能光変調素子が実現できる。
本発明による光変調素子は、光の導波機構は従来例と同
一に保ちつつ、電気的性質（伝導性）のみを制御して、
吸収係数を光進行方向に対して大きくしているため、モ
ード変換等の光学的損失を付加することなく、高強度入
射時にも特性劣化を生じない。
一に保ちつつ、電気的性質（伝導性）のみを制御して、
吸収係数を光進行方向に対して大きくしているため、モ
ード変換等の光学的損失を付加することなく、高強度入
射時にも特性劣化を生じない。
この変調素子は、ギガビット帯の超高速、長距離光フア
イバ通信等に応用することができ、その効果は極めて大
である。
イバ通信等に応用することができ、その効果は極めて大
である。
第１図は従来の電気吸収型光変調素子の模式図、第２図
及び第３図は本発明による第１及び第２の実施例として
の光変調素子の構造を示す模式図である。 １−ｎ”−１ｎＰ基板、 ２ ＝−ｎ −−ＩｎＧａＡ
ｓＰ光導波路層、 ３・・・ｐ”−１ｎＰクラッド層（
上部クラッド層）、 ４・・・ｐ ”−ＩｎＧａＡｓ
Ｐコンタクト層、 ５・・・ｐ側電極、６・・・ｎ側電
極、 ７・・・ｎ゛ＩｎＰＩｎＰ基板 ８・・・ｎ −
−ＴｎＰ層（下部クラッド層）、 ９ ”・ｎ −−Ｉ
ｎＧａＡｓＰ層、１０・・・ｐ ” −ＩｎＧａＡｓＰ
層。
及び第３図は本発明による第１及び第２の実施例として
の光変調素子の構造を示す模式図である。 １−ｎ”−１ｎＰ基板、 ２ ＝−ｎ −−ＩｎＧａＡ
ｓＰ光導波路層、 ３・・・ｐ”−１ｎＰクラッド層（
上部クラッド層）、 ４・・・ｐ ”−ＩｎＧａＡｓ
Ｐコンタクト層、 ５・・・ｐ側電極、６・・・ｎ側電
極、 ７・・・ｎ゛ＩｎＰＩｎＰ基板 ８・・・ｎ −
−ＴｎＰ層（下部クラッド層）、 ９ ”・ｎ −−Ｉ
ｎＧａＡｓＰ層、１０・・・ｐ ” −ＩｎＧａＡｓＰ
層。
Claims (3)
- （１）基板上に、直接もしくは下部クラッド層を介して
低不純物濃度の光導波路層と、該光導波路層よりも屈折
率の小なる上部クラッド層と、電極とを有し、該電極か
ら前記光導波路層へ印加する電界によって前記光導波路
層の入射端面に入射する一定強度の入射光に対する吸収
係数を変化させることにより光強度変調を行って前記光
導波路層の出射端面から変調光を取り出す光変調素子に
おいて、 前記下部クラッド層と前記上部クラッド層のうち少なく
とも一方のクラッド層の前記光導波路層に接する部分で
複数の低不純物濃度領域と複数の高不純物濃度領域とが
光の進行方向に対して交互に配置され、該複数の高不純
物濃度領域の分布密度が光の進行方向に向かって増大す
るように構成されたことを特徴とする光変調素子。 - （２）前記下部クラッド層が複数の凸凹のある高不純物
濃度の基板と該凹部を埋込み平坦化した低不純物濃度の
クラッド層により構成され、かつ、該凹凸内の各凸部の
長さが前記光導波路層の前記入射端面から前記出射端面
に向かって連続的、もしくは段続的に大きくなるように
構成されたことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
の光変調素子。 - （３）前記上部クラッド層が低不純物濃度の複数のクラ
ッド層領域と第２の伝導型の高不純物濃度の複数のクラ
ッド層領域が交互に配置するように構成され、かつ該高
不純物濃度の複数のクラッド層領域の長さが、前記光導
波路層の前記入射端面から前記出射端面に向かって連続
的、もしくは段続的に大きくなるように構成されたこと
を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の項変調素子。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19584088A JPH0816743B2 (ja) | 1988-08-05 | 1988-08-05 | 光変調素子 |
| US07/387,511 US4946243A (en) | 1988-08-05 | 1989-07-28 | Optical modulation element |
| EP89307959A EP0354058B1 (en) | 1988-08-05 | 1989-08-04 | Optical modulation element |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19584088A JPH0816743B2 (ja) | 1988-08-05 | 1988-08-05 | 光変調素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0244311A true JPH0244311A (ja) | 1990-02-14 |
| JPH0816743B2 JPH0816743B2 (ja) | 1996-02-21 |
Family
ID=16347881
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19584088A Expired - Fee Related JPH0816743B2 (ja) | 1988-08-05 | 1988-08-05 | 光変調素子 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4946243A (ja) |
| EP (1) | EP0354058B1 (ja) |
| JP (1) | JPH0816743B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2014191085A (ja) * | 2013-03-26 | 2014-10-06 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 光変調器 |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4913506A (en) * | 1988-02-26 | 1990-04-03 | Kokusai Denshin Denwa Kabushiki Kaisha | Optical modulation device |
| JPH0816744B2 (ja) * | 1988-12-01 | 1996-02-21 | 国際電信電話株式会社 | 光変調素子 |
| FI84869C (fi) * | 1990-06-11 | 1992-01-27 | Planar Int Oy | Matrisfilmstruktur i synnerhet foer elektroluminecens displayenhet. |
| US5054871A (en) * | 1990-07-02 | 1991-10-08 | Bell Communications Research, Inc. | Semiconductor waveguide and impedance-matched detector |
| JP2820138B2 (ja) * | 1996-11-26 | 1998-11-05 | 日本電気株式会社 | 光変調装置 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60107019A (ja) * | 1983-11-16 | 1985-06-12 | Hitachi Ltd | 導波形光変調器 |
| JPH0690369B2 (ja) * | 1986-02-21 | 1994-11-14 | 国際電信電話株式会社 | 半導体光変調器 |
| US4772854A (en) * | 1986-12-24 | 1988-09-20 | Bell Communications Research, Inc. | All optical repeater |
-
1988
- 1988-08-05 JP JP19584088A patent/JPH0816743B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1989
- 1989-07-28 US US07/387,511 patent/US4946243A/en not_active Expired - Lifetime
- 1989-08-04 EP EP89307959A patent/EP0354058B1/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2014191085A (ja) * | 2013-03-26 | 2014-10-06 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 光変調器 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0816743B2 (ja) | 1996-02-21 |
| EP0354058A3 (en) | 1990-08-01 |
| EP0354058A2 (en) | 1990-02-07 |
| US4946243A (en) | 1990-08-07 |
| EP0354058B1 (en) | 1994-01-26 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5801872A (en) | Semiconductor optical modulation device | |
| JPH0715000A (ja) | 複量子井戸構造を有する集積モノリシックレーザ−モデュレーター構成 | |
| JP6996183B2 (ja) | 半導体光素子 | |
| JP6939411B2 (ja) | 半導体光素子 | |
| US4913506A (en) | Optical modulation device | |
| JP2019008179A (ja) | 半導体光素子 | |
| JPH0732279B2 (ja) | 半導体発光素子 | |
| JPH0244311A (ja) | 光変調素子 | |
| JPH02149818A (ja) | 光変調素子 | |
| JP2891741B2 (ja) | 半導体集積化光源 | |
| JPH0451997B2 (ja) | ||
| JPS58202581A (ja) | レ−ザダイオ−ド光制御装置 | |
| EP1065765A2 (en) | Optical semiconductor device and optical communication system | |
| JPH01217418A (ja) | 光変調素子 | |
| CN115280609A (zh) | 光学器件 | |
| JPH06181366A (ja) | 光半導体装置 | |
| US6661557B2 (en) | Optical modulator | |
| JPS63186210A (ja) | 半導体集積光変調素子 | |
| JPH02212804A (ja) | 光半導体素子及びその製造方法 | |
| EP1059554B1 (en) | Operating method for a semiconductor optical device | |
| JP2001024211A (ja) | 半導体受光素子 | |
| JPS621277B2 (ja) | ||
| JPH03291617A (ja) | 集積型光変調器 | |
| JP2023010119A (ja) | 光変調器および光変調方法 | |
| JP2917787B2 (ja) | 埋め込み構造半導体光導波路素子およびその製造方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |