JPH04184416A - 光変調器およびその製造方法 - 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〕 光通信技術において用いられる、発光素子から発生する
光を高速で変調することが可能な光変調器に関し、 基板の形状をテラス型にすることによって光の経路の両
端に屈折率の異なる領域を形成して、この領域に光を閉
じ込め、光変調の横モード制御を可能にして、光通信用
１．５５μｍ帯エキシトン・ブリーチング型高速変調器
を提供することを目的とし、 テラス型基板上に、多重量子井戸層とクラッド層を有し
、該テラス型基板の上端面および下端面にｎ型領域とｎ
型領域を有し、該ｎ型領域とｎ型領域との間に形成され
るｐｎ接合に逆方向に電圧を印加することにより、該多
重量子井戸のエキシトン吸収に対応する波長の光に対し
て変調を行うように構成した。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、光通信技術において用いられる、発光素子か
ら発生する光を高速で変調することが可能な光変調器に
関する。

近年、光通信の技術分野においては、通信をより大容量
化することが望まれており、そのためには光を高速で変
調することが可能な素子を開発することが不可欠である
。

〔従来の技術］ 従来、変調信号によって変調した光を得る手段として、
半導体レーザが発生する光自体を変調する直接変調法と
、半導体レーザの外部に光変調器を設けてレーザ光を変
調する外部変調法とが知られている。

しかし、直接変調法においては、高速の変調を行うと、
原理上必然的に、レーザの発振波長のゆらぎ（波長チャ
ーピング）の発生を避けることができないという問題点
があった。

そこで、レーザの発振波長のゆらぎを伴うことなく高速
変調を行うためには、外部変調法を採用することが望ま
しく、そのために、高速変調可能な光変調器の開発が必
要となる。

その要望に応え得る吸収型光変調器として、従来、フラ
ンツケルデイツシュ効果を用いたものや、量子閉し込め
シュタルク効果を用いたものがあるが、これらの光変調
器によって高速変調するためには、光変調器の電極間容
量を低減することと、変調回路が追従できる程度に駆動
電圧を低減すること、の２点が要求される。

上記の要求に合致すると期待される光変調器の一つとし
て、従来ビデオディスク（ＶＤ）、ディジタル・オーデ
ィオ・ディスク（ＤＡＤ）等の光学的記録再生装置にお
いて使用され得る短波長用のエキシトン・ブリーチング
型光変調器が挙げられる。

第４図は、従来の短波長用光変調器の構成図である。

この図において、２１は基板、２２は多重量子井戸（Ｍ
ＱＷ）層、２３はクラッド層、２４はＰ型頭域、２５は
ｎ型領域、２６．２７はコンタクト層、２８．２９は電
極である。

この光変調器は、ＡｐＧａＡｓ系の基板２１の上に、光
吸収層として多重量子井戸（ＭＱＷ）層２２を形成し、
さらにその上にクラッド層２３を形成した後に、被変調
光の通路を挾んでｎ型領域２４とｎ型領域２５を形成し
、それぞれの領域にコンタクト層２６．２７と、・変調
信号電圧を印加するための電極２８．２９を設けて構成
されている。

この光変調器は、Ａｊ２ＧａＡｓ系の材料で形成された
ｉ［２１の上に、ＭＱＷ層２２、クラッド層２３を形成
した後に、ｎ型領域およびｎ型領域を不純物を注入ある
いは拡散して製造されるが、前記ｎ型領域およびｎ型領
域を形成する際に、このｎ型領域およびｎ型領域のＭＱ
Ｗ層２２ｐと２２ｎが混晶化して壊れ、被変調光の通路
にあたるＭＱＷ層２２との間に屈折率差が生じる。

そのために、中央の被変調光の通路にあたる領域に光が
閉じ込められて、有効な光変調が可能になる。

〔発明が解決しようとする課題］ この従来のエキシトン・ブリーチング型光変調器は、前
記のように、光学的記録・再生の情報密度を向上するこ
とを目的とする短波長の光を対象としたものであり、そ
の材料としてＡＡＧａＡｓ系半導体が系層導体ていた。

このような材料を採用すると、上記のように製造過程で
ＭＱＷが混晶化して屈折率の差を生じ、光の閉し込めが
可能になる。

しかし、光通信に用いられる光ファイバにおける光の伝
送損失が少ない１．５５μｍ帯で使用できる光変調器を
実現するためには、その波長に適した４元系材料（Ｉｎ
ＧａＡｓＰ等）を用いる必要があり、この材料を用いて
、前記従来例の構造を採ると、その製造過程において、
ｎ型領域、ｎ型領域を形成する際に、ＭＱＷ層が混晶化
しないでそのまま残り、被変調光の通路との間に屈折率
の差が生じないため、光変調の横モード制御が難しくな
るという問題が生じた。

そこで、本発明は、ｐ壁領域とｎ型領域を形成する際に
、ＭＱＷ層が混晶化して屈折率の差が生じることを待つ
ことなく、基板の形状をテラス型にすることによって光
の通路の両端に屈折率の異なる領域を形成し、この領域
に光を閉し込め、光変調の横モード制御を可能にして、
光通信用１゜５５μｍ帯エキシトン・ブリーチング型高
速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〕

本発明にかかる光変調器においては、テラス型基板上に
多重量子井戸層とクラッド層を形成し、この基板のテラ
ス型基板の上端面および下端面にｐ壁領域とｎ型領域を
形成し、ｐ壁領域とｎ型領域との間に形成されるｐｎ接
合に逆方向電圧を印加することにより、多重量子井戸の
エキシトン吸収に対応する波長の光に対して変調を行う
構成を採用した。

〔作用〕

上記のように、テラス型基板上に、多重量子井戸（ＭＱ
Ｗ）層とクラッド層を形成し、基板のテラスの上端面お
よび下端面にＰ壁領域とｎ型領域を形成すると、テラス
型基板の傾斜面に形成される被変調光の通路となるＭＱ
Ｗ層がテラス型基板の上端部と下端部の境界で屈曲し、
この部分で傾斜面の方向における屈折率差が生じるから
、被変調光がこのテラスの傾斜部に閉し込められ横モー
ド制御が可能になる。

また、ｐ壁領域およびｎ型領域を、被変調光の通路を挟
んでＭＱＷ層に対して横方向に形成すると、ＭＱＷ層に
対して平行に変調信号電圧がかかり、この電圧によって
エキシトンを形成する電子・正孔対が壊れるから、被変
調光の波長をエキシトンビーク波長に合わせておけば、
電圧印加時には被変調光が透過し、電圧無印加時には被
変調光が吸収されることになって、光の強度変調が可能
となる。

そしてまた、平板状の基板の一部をフォトレジスト膜で
覆った状態でエツチングすることによって容易にテラス
型基板を形成することができ、その後のクラッド層、Ｍ
ＱＷ層、コンタクト層、電極の形成にも特に困難な工程
を要しない。

〔実施例〕

以下、本発明にかかる光変調器およびその製造方法の実
施例を図面に基づいて説明する。

（１）第１実施例（光変調器） 第１図は、本発明の光変調器の一実施例の構成図である
。

この図において、１はテラス型基板、３はクラッド層、
４は多重量子井戸層、５はクラッド層、７はｐ壁領域、
９はｎ型領域、１０．１３はコンタクト層、１１．１４
は電極である。

第１図に示されているように、本実施例の光変調器は、
半絶縁性のＩｎＰのテラス型基板１の上に、ＩｎＰクラ
ッド層３、ＩｎＧａＡｓＰ層とＩｎＰ層の１０〜２０周
期からなるＭＱＷ層４、■ｎＰクラッド層５の順に堆積
し、テラスの中央部の両わきの、テラスの上端部および
下端部をｎ型領域９、および、ｐ型領域７とし、これら
の領域７．９の上にコンタクト層１０．１３と電極１１
．１４を形成した構造を有している。

二二でいうテラス型基板とは、一つの平面と、これとあ
る角度をもつ平面が連続している形状の表面をもつ基板
を指している。

なお、本発明においては、ＭＱＷ層を構成する量子井戸
間の相互作用を利用するものではないから、隣接する量
子井戸間の影響を低減するために障壁層は１００λ程度
に厚く形成されている。

本実施例の光変調器においては、基板として半絶縁性テ
ラス型基板を使用し、テラスの上端部と下端部にｐ壁領
域とｎ型領域を形成し、その上に電極を形成しており、
その形状から被変調光の通路の屈折率をその延長線上の
領域との間に屈折率の差を持たせることができ、また、
半絶縁性基板を用いることから電極間容量を低減するこ
とができる。

なお、この実施例においては、基板上にまず■ｎＰクラ
ッド層３を形成しているが、基板がＩｎＰであって屈折
率の関係が確保できる場合は、このクラッド層は必須で
はない。

また、この実施例においては、テラスの上端部にｎ型領
域を、下端部にｐ型領域を形成したが、その逆でも同様
の効果を奏することはいうまでもない。

現在、高速変調を可能とするためには、二の電極間に印
加する変調信号電圧を変調回路が追従できる２ｖ以下に
することが要求されているから、その電圧で有効な光変
調を行うためにはストライブ幅（後に説明する第３図中
のＷ）を２μｍ程度以下とすることが必要となる。

（２）第２実施例（製造方法） つぎに、本発明の光変調器の製造方法を図面に基づいて
説明する。

第２図（ａ）〜（ｆ）は、本発明の光変調器の製造方法
の実施例の工程図である。

この図中の符号は、２．６．８．１２がフォトレジスト
膜である他は第１実施例において同符号を付して説明し
たものと同じである。

本発明の製造方法をこの工程図に沿って説明する。

第１工程（第２図（ａ）参照） ＩｎＰ半絶縁性基板１の上にフォトレジストを塗布し、
フォトリソグラフィー技術によって選択的にフォトレジ
スト膜の一部２を残して固め、このフォトレジスト膜２
をマスクにして半絶縁性基板１をエツチングして、テラ
ス型乙こ形成する。

第２工程（第２図（ｂ）参照） フォトレジスト膜２を除去した後、テラス型基板１の上
にクラッド層３を液相エピタキシャル法（ＬＰＥ）等に
よって成長し、その上に、ＭＱＷ層４を有機金属熱分解
法（ＭＯＣＶＤ）　、有機金属気相エピタキシー法（Ｍ
ＯＶＰＥ）などの成長法を用いて成長させる。

さらにその上に、クラッド層５をＬＰＥ等の成長法を用
いて成長する。

第３工程（第２図（Ｃ）参照） 次に、テラス型基板の下端面を残してフォトレジスト膜
６を形成し、Ｚｎ等のｎ型ドーパントを打ち込むなどし
てｐ型領域７を形成する。

第４工程（第２図（ｄ）参照） このフォトレジスト膜６を除去し、テラス型基板の上端
面を残してフォトレジスト膜８を形成し、このフォトレ
ジスト膜８をマスクとしてＳｉ、Ｓｎ等のｎ型ドーパン
トを打ち込んでｎ型領域９を形成する。

第５工程（第２図（ｅ）参照） その後、テラス型基板の上端面にＩ　ｎＣｙａＡｓ等の
コンタクト層１０を成長し、その上にＡｕ−Ｇｅ層を蒸
着してｎ型電極１１を形成する。

第６エ程（第２図（ｆ）参照） テラス型基板の下端面を残してフォトレジスト膜１２を
形成し、このフォトレジスト膜１２をマスクとしてＩｎ
ＧａＡｓ等のコンタクト層１３を成長し、その上にＴ　
ｉ　／　Ｐ　を層を蒸着してｐ型電極１４を形成する。

その後、レジスト膜１２を除去し、最終的には第１図の
ような構造の光変調器が形成される。

なお、この実施例において示した材料は一例であって、
本発明がこの材料系に限定されるものではない。

（発明の効果） 第３図は、本発明の光変調器の作用説明図である。

この図中の符号は第１図において同符号を付して説明し
たものと同しである。

本発明の光変調器の実施例は第１図に基づいて説明した
とおりであるが、その要部は第３図に表されているよう
に、クラッド層３とＭＱＷ層４とクラッド層５からなる
多重層が、第３図では中央に水平に描かれたテラス型基
板の傾斜部（幅Ｗの領域）と、その左右に傾斜して描か
れたテラス型基板の上端部と下端部の上に屈曲して形成
された構成になっている。

この第３図に１点鎖線で示した被変調光の通路となる平
面についてみると、その左方向の延長線上は空気であり
、右方向の延長線上はＩｎＰ基板であるから、上記の構
成と対応して図示されているように、この被変調光の通
路とその左右の領域との間に屈折率差があるため、被変
調光がこの領域に閉し込められ、有効な横モード制御が
可能となる。

さらに、ＭＱＷ層に対して横方向に形成されたＰ型頭域
とｎ型領域の電極を介してＭＱＷ層に平行に変調信号電
圧がかかり、エキシトンを形成する電子・正孔対に影響
を与えることによって光の強度変調が可能となる。

また、基板として半絶縁性材料を用いるため、変調信号
を印加する電極間の容量が低減され、高速の光変調が可
能になる。

そしてまた、本発明にかかる製造方法を用いることによ
って、テラス型基板を容易に形成でき、その後のクラッ
ド層、ＭＱＷ層、コンタクト層、電極を形成するに際し
て特に困難な工程を必要としない。

したがって、本発明によると、１．５５μｍ帯の光通信
技術に適した高速光変調器を容易に提供することができ
、この種の技術分野に寄与するところが大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の光変調器の一実施例の構成図、第２
図（ａ）〜（ｆ）は、本発明の光変調器の製造方法の実
施例の工程図、第３図は、本発明の光変調器の作用説明
図、第４図は、従来の短波長用光変調器の構成図である
。 １−テラス型基板、３−クラッド層、４−量子井戸層、
５−クラッド層、７、−、　ｎ型領域、９−ｎ型領域、
１０．１３−コンタクト層、１１．１４−電極、２．６
．８．１２−フォトレジスト膜特許出願人　　　富士通
株式会社 代理人弁理士　　相　谷　昭　司 代理人弁理士　　渡　邊　弘　− １０コンタクト層 本発明の光変調器の作用説明図 第３図 第４図 （ａ） （ｂ） 本発明の光変調器の製造方法の実施例の］−程図第２図
　（その１）

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）、テラス型基板上に、多重量子井戸層とクラッド
   層を有し、該テラス型基板の上端面および下端面にｐ型
   領域とｎ型領域を有し、該ｐ型領域とｎ型領域との間に
   形成されるｐｎ接合に逆方向に電圧を印加することによ
   り、該多重量子井戸のエキシトン吸収に対応する波長の
   光に対して変調を行うことを特徴とする光変調器。
2. （２）、テラス型基板として半絶縁性基板を使用するこ
   とを特徴とする請求項１記載の光変調器。
3. （３）、ｐ型領域とｎ型領域の間のｉ層変調部の長さが
   ２μｍ以下であることを特徴とする請求項１記載の光変
   調器。
4. （４）、テラス型基板を形成する工程と、該テラス型基
   板上に多重量子井戸層を形成する工程と、さらにその上
   にクラッド層を形成する工程と、該テラス型基板の上端
   面および下端面にｐ型領域とｎ型領域を形成する工程と
   、該ｐ型領域、ｎ型領域の上に電極を形成する工程を含
   むことを特徴とする光変調器の製造方法。