JPH0355514A - 光変調器 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔概要〕 光変調器に係り、特に超高速光通信用に用いられる電界
吸収型光強度変調器に関し、 吸収層の一部だけが早期に劣化を生じることのないよう
にして、寿命が長く、長時間の動作に耐える高信頼性の
光変調器を提供することを目的とし、 吸収層に電界を印加することによって前記吸収層を通る
光強度の変調を行なう光変調器において、前記吸収層の
各領域における光吸収率を光の進行方向に対して増加さ
せることにより、前記吸収層の各領域において吸収され
る光のパワーをほぼ一様にするように構成する． ［産業上の利用分野］ 本発明は光変調器に係り、特に超高速光通信用に用いら
れる電界吸収型光強度変調器に関する．［従来の技術コ 超高速光通信においては、半導体レーザを直接変調する
場合よりも高周波数で大容量の情報を送るために、例え
ば半導体レーザと組み合わせて高速変調を行なう光変調
器が用いられる．例えば電界吸収型光強度変調器は、半
導体の光の吸収の性質を利用し、半導体−からなる吸収
層に印加する電界を制御することにより、吸収層を通る
光強度の変調を行なうものである． いま、電界吸収型光強度変調器に入射される入射光及び
出射光のパワーを、それぞれＰｌｎ，Ｐｏｕｔとすると
、その関係は Ｐｏｕ　ｔ／Ｐ　ｉ　ｎ＝ｅ”−” で表される．ここで、αは電界吸収型光強度変調器にお
ける吸収層の吸収係数であり、しは電界吸収型光強度変
調器の長さ方向、即ち光の進行方向における吸収層の長
さである． そして従来の電界吸収型光強度変調器は、光の進行方向
における吸収層の組成が一様であり、吸収層における光
吸収率が吸収層の全領域で同じである．従って、入射端
面に近い吸啄層においては、入射されたばかりの光でパ
ワーが大きいため大きいパワーの光を吸収する一方、入
射端面から遠くなるにしたがって入射光のパワーは小さ
くなり、出射端面に近い吸収層においては、同じ吸収率
であっても、吸収される光のパワーは小さなものとなる
． そして吸収層に光が吸収されると、この光吸収によって
生成された電子と正孔とが非発光再結合する際に結晶格
子にエネルギーを与えて熱を生じる．従って、吸収する
光のパワーが大きいと結晶の温度が上昇して結晶の溶解
を引き起こし、吸収層の劣化を生じる． ［発明が解決しようとする課題］ このように、従来の電界吸収型光強度変調器は、入射端
面に近い吸収層において、常に出射端面に近い吸収層よ
りも大きいパワーの光を吸収することになり、その分だ
けより早く劣化を生じて電界吸収型光強度変調器の寿命
を縮める原因となっていた．従って、長時間の動作に耐
えるものでなくてはならない通信用デバイスとしては、
信頼性に欠けるという問題を有していた． そこで本発明は、吸収層の一部だけが早期に劣化を生じ
ることのないようにして、寿命が長く、長時間の動作に
耐える高信頼性の光変調器を提供することを目的とする
． ［課題を解決するための手段コ 上記課題は、吸収層に電界を印加することによって前記
吸収層を通る光強度の変調を行なう光変調器において、
前記吸収層における光吸収率を光の進行方向に対して増
加させることにより、前記吸収層の各領域において吸収
される光のパワーをほぼ一様にすることを特徴とする光
変ｙｆＪ器によって達成される． また上記課題は、上記光変調器において、前記吸収層の
バンドギャップの幅を光の進行方向に対して変化させる
ことにより、前記吸収層における光吸収率を光の進行方
向に対して増加させたことを特徴とする光変調器によっ
て達成される．また上記課題は、上記光変調器において
、前記吸収層の厚さを光の進行方向に対して変化させる
ことにより、前記吸収層における光吸収率を光の進行方
向に対して増加させたことを特徴とする光変調器によっ
て達成される． また上記課題は、上記光変調器において、前記吸収層の
フォトルミネセンスピーク波長を光の進行方向に対して
変化させることにより、前記吸収層における光吸収率を
光の進行方向に対して増加させたことを特徴とする光変
調器によって達成される． また上記課題は、上記光変調器において、前記吸収層に
電界を印加する電極を光の進行方向に対して複数に分割
し、入射端面に近い電極により大きな電圧を印加するこ
とにより、前記吸収層における光吸収率を光の進行方向
に対して増加させたことを特徴とする光変調器によって
達成される．［作　用］ すなわち本発明は、吸収層のバンドギャップの幅が光の
進行方向に対して次第に小さくなっていることにより、
或いは吸収層の厚さが光の進行方向に対して次第に厚く
なっていることにより、或いは吸収層のフォトルミネセ
ンスピーク波長が光の進行方向に対して次第に入射光の
波長に近くなっていることにより、或いは吸収層に電界
を印加する電極が光の進行方向に゛対して複数に分割さ
れ、人、射端面に近いｔ′！ｆ１により大きな電圧が印
加されることにより、吸収層における光吸収率が光の進
行方向に対して次第に大きくなる。

このため、光変調器に入射した光は吸収層中を進行する
に連れて光のパワーは弱まっていくが、吸収層の各領域
において吸収される光のパワーをほぼ一様に保つことが
できる．すなわち、吸収層の入射端面に近い領域が、出
射端面に近い領域よりも常に大きいパワーの光を吸収す
ることもなく、従って一部の領域だけが早期に劣化する
こともない． ［実施例コ 以下、本発明を図示する実施例に基づいて具体的に説明
する． 第１図（ａ）は本発明の第１の実施例による電界吸収型
光強度変調器を示す断面図、第１図（ｂ）（ｃ）はそれ
ぞれ第１図（ａ）の電界吸収型光強度変調器のＡＡ線断
面及びＢＢ線断面における吸収層のエネルギーバンドを
示す図である．第１図（ａ）において、ｎ−ＧａＡｓ基
板２上に、厚さ１，ｕｍのｎ−ＡＪ　Ｏ．４　Ｇａｏ．
ｍ　Ａｓ下部クラッド層４を介して、例えばＡｊＧａＡ
ｓとＧａＡｓとを積層したＭＱＷ　（Ｍｕｌｔｉ−Ｑｕ
ａｎｔｕｎ　Ｗｅｌｌ　；多重量子井戸）構造を有する
厚さ０．１μｍの吸収層６が形成されている． また、この吸収層６上に、ｐ−　　ＡｊＯ．４　Ｇａｏ
ｓＡｓ上部クラッド層８及びｐ−ＧａＡｓコンタクト層
１０が順に形成されている．さらに、このｐ−ＧａＡｓ
コンタクト層１０上及びｎ−ＧａＡＳ基板２裏面上には
、それぞれｐｆｌｌ電極１２及びｎｉｌ！Ｉｔ極１４が
形成されている．そして吸収層６にはＧａが打ち込まれ
ており、その打ち込み量は電界吸収型光強度変調器の長
さ方向即ち光の進行方向に変化しており、パワーＰ１ｎ
の光が入射される入射端面に近くなるにしたがって多く
なっている．従って、バワーＰｏｕｔの光が出射される
出射端面に近いＡＡ線断面におけるエネルギーバンドと
入射端面に近いＢＢ線断面におけるエネルギーバンドと
は、それぞれ第１図（ｂ）．（ｃ）に示されるようにな
る．出射端面に近いＭＱＷ構造の吸収層６のＡＡ線断面
においては、Ｇａが殆ど打ち込まれておらず、第１図（
ｂ）に示されるように、ＡｊＧａＡｓバリア層１６とＧ
ａＡｓウエル層１８とが交互に形成されている通常のＭ
ＱＷ構造を形或しており、従ってこの領域での吸収層６
のバンドギャップはＧａＡｓウェル領域層１８のバンド
ギャップＥｇ１とほぼ等しい． 入射端面に近い吸収層６のＢＢ線断面においては、Ｇａ
が十分に打ち込まれているため、ＡｊＧａＡｓバリア層
とＧａＡｓウェル層とが無秩序化されて混晶状態となっ
ている。従ってこの混晶化された領域２０での吸収層６
のバンドギャップＥｇ２は、第１図（ｃ）に示されるよ
うに、ＧａＡＳウェル領域１１８のバンドギャップＥｇ
ｌよりも大きくなっている．そしてＧａの打ち込み量が
多くなるに連れて混晶化は進み、吸収層６のバンドギャ
ップも次第に大きくなる． このため、電界吸収型光強度変調器にパヮーＰ１ｎの入
射光が入射され、パワーＰｏｕｔの出射光が出射される
際の光吸収率は、入射端面に近い領域の吸収層６におい
て相対的に小さく、出射端面に近い領域の吸収層６にお
いて相対的に大きくなっている．すなわち、光吸収率は
、光の進行方向に対し、Ｇａの打ち込み量に反比例して
次第に大きくなる． 従って、電界吸収型光強度変調器に入射した光のパワー
は吸収層６中を進行するに連れて弱まっていくが、吸収
層６の各領域において吸収される光のパワーはほぼ一様
に保たれる． このように第１の実施例によれば、吸収層６の全領域に
おいてほぼ均等に光のパワーを吸収することにより、入
射端面に近い領域だけが出射端面に近い領域よりも常に
大きいパワーの光を吸収して早期に劣化することはない
．従って寿命を長くして、長時間の動作に耐える高信頼
性を実現することができる． 次に、第２図を用いて、本発明の第２の実施例による電
界吸収型光強度変調器を説明する．第１図と同様の構造
で、ｎ−ＧａＡｓ基板２上に、ｎ　　Ａ　ｊ　０．　４
　Ｇ　ａ　ｏ．　ａ　Ａ　Ｓ下部クラッド層４、吸収層
２２、ρ−Ａ　ｊ　０．　４　Ｇ　ａ　ｏ６Ａ　Ｓ上部
クラッド層８、及びｐ−ＧａＡｓコンタクト層１０が順
に形成され、またｐ１！Ｉｔ極１２及びｎ　０１　ｔ　
［ｉ　１４が設けられている． 但し、この第２の実施例における吸収層２２はＧａＡｓ
等の均一な材質から形成され、第２図に示されるように
、厚さの異なる２つの吸収層２２ａ，２２ｂに分割され
ている．すなわち、バワーＰｏｕｔの光が出射される出
射端面に近い吸収層２２ａの厚さｔ１が、パフーＰｉｎ
の光が入射される入射端面に近い吸収層２２ｂの厚さｔ
２よりも厚くなっている． 一般に、吸収層の層厚が薄ければ薄い程、通過する光が
吸収層から浸み出す割合も大きくなり、従って光の吸収
率は低下する．このため、吸収層２２における光吸収率
は、出射端面に近い吸収層２２ａにおいて相対的に大き
く、入射端面に近い吸収層２２ｂにおいて相対的に小さ
くなる．すなわち、吸収層２２の光吸収率は光の進行方
向に対して大きくなる． 従って、電界吸収型光強度変調器に入射した光のパワー
は、吸収層２２中を進行するに連れて弱まっていくが、
吸収層２２の各領域において吸収される光のパワーはほ
ぼ一様に保たれる。

このように第２の実施例によっても、上記第１の実施例
と同様の効果を奏することができる．なお、第２の実施
例において、厚さの興なる２つの吸収層２２ａ．２２ｂ
に分割されている吸収層２２は、次のような方法によっ
て容易に製造することができる． すなわち、ｎ−Ａｊ　Ｏ．４　Ｇａｏ．ｓ　Ａｓ下部ク
ラッド層４上に、厚さｔ１のＧａＡｓ層からなる吸収層
を成長させる．次いで、所定のマスクを用いて、層厚が
ｔ２になるまで選択的にエッチングする．こうして層厚
ｔｌ，ｔ２の吸収層２２ａ，２２ｂをそれぞれ形成する
。

また、第２の実施例における吸収層２２は厚さの異なる
２つの吸収層２２ａ，２２ｂに分割されているが、この
吸収層２２を層厚の異なるさらに多くの領域に分割し、
各領域の層厚が光の進行方向に次第に厚くなるように変
化させてもよい．上記効果はより一層大きなものとなる
。

次に、第３図を用いて、本発明の第３の実施例による電
界吸収型光強度変調器を説明する．第１図とほぼ同様の
構造で、ｎ−ＧａＡｓ基板２上に、ｎ　　Ａｊ　Ｏ．４
　Ｇａｏ．＊　Ａｓ下部クラッド層４、吸収層２４、ｐ
　　ＡＪ　０．　４　０　＆　０．　４　Ａ　Ｓ上部ク
ラッド層８、及びｐ−ＧａＡｓコンタクト層１０が順に
形成され、またｐｉ１１１電極１２及びｎｒｒａ電＠１
４が設けられている． 但し、第３の実施例における吸収層２４はＩｎＧａＡｓ
Ｐ等の混晶から形威され、第２図に示されるように、組
成を変えることによってフォトルミネセンスピーク波長
が興なっている２つの吸収層２４ａ．２４ｂに分割され
ている．そして例えば入射光の波長が１．５５μｍの場
合、パワーＰｏｕｔの光が出射される出射端面に近い吸
収層２４ａのフォトルミネセンスピーク波長Ｐ．．１が
１．４μｍであるのに対して、バワーＰｉｎの光が入射
される入射端面に近い吸収層２４ｂのフォトルミネセン
スピーク波長ＰＬ２が１．３μｍであるように、吸収層
２４のフォトルミネセンスピーク波長は出射端面に近い
程、入射光の波長に近くなっている． 一ｍに、吸収層のフォトルミネセンスピーク波長が通過
する光の波長に近ければ近い程、光の吸収率は増大する
．このため、吸収層２４における光吸収率は、出射端面
に近い吸収層２４ａにおいて相対的に大きく、入射端面
に近い吸収層２４ｂにおいて相対的に小さくなる．すな
わち、吸収層２４における光吸収率は光の進行方向に対
して大きくなる． 従って、電界吸収型光強度変調器に入射した光のパワー
は、吸収層２４中を進行するに連れて弱よっていくが、
吸収層２４の各領域において吸収される光のパワーはほ
ぼ一様に保たれる。

このように第３の実施例によっても、上記第１及び第２
の実施例と同様の効果を奏することができる． なお、この第３の実施例において組威が異なることによ
ってフォトルミネセンスピーク波長ＰＬが異なる２つの
吸収層２４ａ，２４ｂに分割されている吸収層２４は、
次のような方法によって容易に製造することができる． すなわち、ｎ　　Ａ　ｊ　ｏ．Ｇ　ａ　ｏ．　＊　Ａ　
Ｓ下部クラッド層４上に、フォトルミネセンスピーク波
長１．４μｍとなる組成のＩｎＧａＡｓＰ混晶を成長さ
せる．次いで、所定の透電体をマスクとして用い、選択
的にエッチング除去する．続いて、露出させたｎ　　Ａ
ｊＯ．４　Ｇａｏ．６Ａｓ下部クラッド層４上に、今度
はフォトルミネセンスピーク波長１．３μｍとなる組成
のＩｎＧａＡｓＰ混晶を、フオトルミネセンスビーク波
長１．４μｍの組成のＩｎＧａＡｓＰ混晶と同じ厚さに
なるまで選択的に成長させる．こうして、フオトルミ木
センスビーク波長ＰＬが１．４μｍと１．３μｍと異な
る吸収層２２ａ，２２ｂを、それぞれ出射端面側及び入
射端面測に形成する． また、この第３の実施例における吸収層２４はフォトル
ミネセンスピーク波長が興なる２つの吸収層２４ａ，２
４ｂに分割されているが、この吸収層２４を組成の異な
るさらに多くの領域に分割し、各領域のフォトルミネセ
ンスピーク波長が光の進行方向に進に連れて次第に入射
光の波長に近付くように変化させてもよい．上′記効果
はより一層大きなものとなる． 次に、第４図を用いて、本発明の第４の実施例による電
界吸収型光強度変調器を説明する．第１図とほぼ同様の
楕造で、ｎ−ＧａＡｓ基板２上に、ｎ　　Ａｊ　Ｏ．４
　Ｇａｏ．ｉ　Ａｓ下部クラッド層４、ＡｊＧａＡｓと
ＧａＡｓとが積層された厚さ０．１μｍの吸収層２６、
ｐ　　Ａｊｌ＞．　４　Ｇ　ａ　ｏ．６ＡＳ上部クラッ
ド層８、及びｐ−ＧａＡｓコンタクト層１０が順に形成
され、またＰ関電極２８及びｎｐｌ電極１４が設けられ
ている．但し、第４の実施例におけるｐ＠電極２８は、
第４図に示されるように、電界吸収型光強度変調器の長
さ方向即ち光の進行方向に分割されてｐ測電極２８ａ，
２８ｂとなっている．そしてバワーＰｏｕｔの光が出射
される出射端面に近いＰ側電極２８ａに相対的に大きい
電圧を印加し、バワーＰｉｎの光が入射される入射端面
に近いｐｆ！１！ｌｔ極２８ｂに相対的に小さい電圧を
印加するようになっている． 一般に、ｐ側電極の印加電圧を大きくすると、吸収層に
おけるバンドギャップＥｇが実効的に小さくなり、その
分だけ光が吸収されやすくなる．このため、吸収層２６
における光吸収率は、ｐｌｍ！＠２８ａが設けられた出
射端面に近い吸収層２６において相対的に大きく、Ｐ側
電極２８ｂが設けられた入射端面に近い吸収層２６にお
いて相対的に小さくなる．すなわち、光吸収率は光の進
行方向に対して大きくなる． 従って、光強度変調器に入射した光のパワーは、吸収層
２６中を進行するに連れて弱まっていくが、吸収層２６
の各領域において吸収される光のパワーはほぼ一様に保
たれる． このように第４の実施例によっても、上記第１乃至第３
の実施例と同様の効果を奏することができる． なお、この第３の実施例におけるｐｆｍｔ極２８は、２
つのＰ側電極２８ａ，２８ｂに分割されているが、この
ｐｌｌｌｔ極２８をさらに多くの電極に分割し、各電極
の印加電圧が光の進行方向に進むに連れて次第に大きく
なるようにしてもよい。上記効果はより一層大きなもの
となる。

［発明の効果］ 以上のように本発明によれば、吸収層に電界を印加す−
ることによって前記吸収層を通る光強度の変調を行なう
光変調器において、吸収層のバンドギャップの幅が光の
進行方向に対して次第に小さくなっていることにより、
或いは吸収層の厚さが光の進行方向に対して次第に厚く
なっていることにより、或いは吸収層のフォトルミネセ
ンスピーク波長が光の進行方向に対して次第に入射光の
波長に近くなっていることにより、或いは吸収層に電界
を印加するＴ４Ｉ＃ｌが光の進行方向に対して複数に分
割され、入射端面に近い電極により大きな電圧が印加さ
れることにより、吸収層における光吸収率が光の進行方
向に対して次第に大きくなるようにし、吸収層の各領域
において吸収される光のパワーをほぼ一様にすることが
できる．これにより、吸収層の一部だけが早期に劣化を
生じることのないようにして、寿命が長く、長時間の動
作に耐える高信頼性の光変調器を実現することができる
，

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例による電界吸収型光強度
変調器を示す図、 第２図は本発明の第２の実施例による電界吸収型光強度
変調器を示す断面図、 第３図は本発明の第３の実施例による電界吸収型光強度
変調器を示す断面図、 第４図は本発明の第４の実施例による電界吸収型光強度
変調器を示す断面図である． 図において、 ２・・・・・・ｎ−ＧａＡｓ基板、 ４・・・・・・ｎ−Ａｊ。．　４　Ｇ　ａ　ｏ．ｂ　Ａ
　Ｓ下部クラツド層、 ６　　２２．２２ａ，２２ｂ，２４．２４ａ，２４ｂ，
２６・・・・・・吸収層、 ８＋＋＋＋＋Ｐ　　Ａｊ　Ｏ．４　Ｇａｏ６Ａｓ上部ク
ラツド層、 １０・・・・・・ｐ　−　Ｇ　ａ　Ａ　ｓコンタクト層
、１　２，２８．２８ａ，２８ｂ・・・・・・ｐｆｍｔ
極、１４・・・・・・ｎ開電極、 １６・・・・・・ＡＪＧａＡｓバリア層、１８・・・・
・・ＧａＡｓウエル層、 ２０・・・・・・混晶化された領域、 Ｐｉｎ・・・・・・入射光のパワー Ｐｏｕｔ・・・・・・出射光のバワ− Ｅｇｌ， Ｅｇ２・・・・・・バンドギャップ、 ｔ ｌ ｔ ２・・・・・・吸収層の層厚。 八マり幻ミ亡Σ　■ 長

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、吸収層に電界を印加することによって前記吸収層を
   通る光強度の変調を行なう光変調器において、 前記吸収層における光吸収率を光の進行方向に対して増
   加させることにより、前記吸収層の各領域において吸収
   される光のパワーをほぼ一様にする ことを特徴とする光変調器。 ２、請求項１記載の光変調器において、前記吸収層のバ
   ンドギャップの幅を光の進行方向に対して変化させるこ
   とにより、前記吸収層における光吸収率を光の進行方向
   に対して増加させたことを特徴とする光変調器。 ３、請求項１記載の光変調器において、前記吸収層の厚
   さを光の進行方向に対して変化させることにより、前記
   吸収層における光吸収率を光の進行方向に対して増加さ
   せたことを特徴とする光変調器。 ４、請求項１記載の光変調器において、前記吸収層のフ
   ォトルミネセンスピーク波長を光の進行方向に対して変
   化させることにより、前記吸収層における光吸収率を光
   の進行方向に対して増加させたことを特徴とする光変調
   器。 ５、請求項１記載の光変調器において、前記吸収層に電
   界を印加する電極を光の進行方向に対して複数に分割し
   、入射端面に近い電極により大きな電圧を印加すること
   により、前記吸収層における光吸収率を光の進行方向に
   対して増加させたことを特徴とする光変調器。