JPH0553246B2 - - Google Patents
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- JPH0553246B2 JPH0553246B2 JP23726089A JP23726089A JPH0553246B2 JP H0553246 B2 JPH0553246 B2 JP H0553246B2 JP 23726089 A JP23726089 A JP 23726089A JP 23726089 A JP23726089 A JP 23726089A JP H0553246 B2 JPH0553246 B2 JP H0553246B2
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Description
【発明の詳細な説明】
（技術分野）
本発明は光変調素子に係り、特には消光比が充
分に取れる製作が容易な半導体光変調素子に関す
るものである。
分に取れる製作が容易な半導体光変調素子に関す
るものである。
（背景技術）
光フアイバ通信の発光源として半導体レーザが
実用化されつつある。半導体レーザの利点として
は、小型、高信頼度などの特徴とともに、直接変
調が可能であることがあげられる。すなわち、注
入電流を変調すればそれに応じた光出力が直接得
られる。ところが、この直接変調には１つの本質
的な欠点がある。すなわち、光を発生する領域の
電子、あるいは正孔といつたキヤリアが変動する
ため、プラズマ振動効果により屈折率も変動し、
ひいては、発振する光の波長が大きく変動する。
従つて、直接変調された半導体レーザのスペクト
ル幅は、変調信号の帯域に比べて異常に大きなも
のとなる。このように過剰なスペクトル幅は光フ
アイバ伝送において信号劣化の要因となり、性能
を著しく低下させる。従つて、このような不都合
を解消するには、半導体レーザの出力は一定でか
つスペクトル幅を非常に狭く保つて変調する必要
があり、そのためには別の光変調素子を用いて行
う必要がある。
実用化されつつある。半導体レーザの利点として
は、小型、高信頼度などの特徴とともに、直接変
調が可能であることがあげられる。すなわち、注
入電流を変調すればそれに応じた光出力が直接得
られる。ところが、この直接変調には１つの本質
的な欠点がある。すなわち、光を発生する領域の
電子、あるいは正孔といつたキヤリアが変動する
ため、プラズマ振動効果により屈折率も変動し、
ひいては、発振する光の波長が大きく変動する。
従つて、直接変調された半導体レーザのスペクト
ル幅は、変調信号の帯域に比べて異常に大きなも
のとなる。このように過剰なスペクトル幅は光フ
アイバ伝送において信号劣化の要因となり、性能
を著しく低下させる。従つて、このような不都合
を解消するには、半導体レーザの出力は一定でか
つスペクトル幅を非常に狭く保つて変調する必要
があり、そのためには別の光変調素子を用いて行
う必要がある。
従来の代表的な光変調素子としては、第１図の
方向性結合形、第２図のマツハツエンダー干渉計
形などがある。第１図と第２図はいずれも平面図
を示しており、１および２の光導波路をLiNbO3
等の結晶上に製作し、電極３，４を設け、変調信
号５で入力光を制御して出力光を得るものであ
る。これらの光変調器の改良形やその他の例もい
くつかあるが、ほとんどが電気光学効果すなわ
ち、制御電解によるLiNbO3結晶又は光導波路２
の屈折率の微小変化を利用して、伝搬する光の位
相あるいは２つの導波路間の光結合などを制御し
ている。しかし、電気光学効果による屈折率の変
化は非常に小さいため、このようなタイプの光変
調素子は素子長が数mmから数cmと長くなる欠点が
ある。また、第１図および第２図に見られるよう
に、２つの導波路１，２を用いるタイプでは、２
つの導波路がほぼ完全に同一であることが要求さ
れ、かつ導波路の断面と長さとの関係が厳しく制
限されるため、製作が非常に困難であつた。
方向性結合形、第２図のマツハツエンダー干渉計
形などがある。第１図と第２図はいずれも平面図
を示しており、１および２の光導波路をLiNbO3
等の結晶上に製作し、電極３，４を設け、変調信
号５で入力光を制御して出力光を得るものであ
る。これらの光変調器の改良形やその他の例もい
くつかあるが、ほとんどが電気光学効果すなわ
ち、制御電解によるLiNbO3結晶又は光導波路２
の屈折率の微小変化を利用して、伝搬する光の位
相あるいは２つの導波路間の光結合などを制御し
ている。しかし、電気光学効果による屈折率の変
化は非常に小さいため、このようなタイプの光変
調素子は素子長が数mmから数cmと長くなる欠点が
ある。また、第１図および第２図に見られるよう
に、２つの導波路１，２を用いるタイプでは、２
つの導波路がほぼ完全に同一であることが要求さ
れ、かつ導波路の断面と長さとの関係が厳しく制
限されるため、製作が非常に困難であつた。
（発明の課題）
本発明はこのような従来の光変調素子の欠点を
解決するために、変調率や消光比が充分に取れ、
製作上の制約も少なく小型化が可能な光変調素子
を提供することを目的とするものである。以下に
図面を用いて本発明を詳細に説明する。
解決するために、変調率や消光比が充分に取れ、
製作上の制約も少なく小型化が可能な光変調素子
を提供することを目的とするものである。以下に
図面を用いて本発明を詳細に説明する。
（発明の構成および作用）
第３図ａは本発明の一実施例を示すもので、半
導体光変調素子を正面から見た場合の断面図を示
している。
導体光変調素子を正面から見た場合の断面図を示
している。
以下の説明においては、IoＰ基板とほぼこれに
格子整合の取れたIo1-xGaxAsyP1-y（以後、ｘ、ｙ
を省略する）化合物半導体から成る光導波領域を
用いた例について説明する。
格子整合の取れたIo1-xGaxAsyP1-y（以後、ｘ、ｙ
を省略する）化合物半導体から成る光導波領域を
用いた例について説明する。
入力光は破線で囲んだ領域、すなわち光導波領
域のＺ軸方向（半導体の長手方向）に入射され
る。６はｎ形IoＰ基板、７はIoGaAsＰ光導波路
層、８はＰ形IoＰ、９はｎ形IoGaAsＰキヤツプ
層、１０及び１１は電極、１２は亜鉛拡散領域を
それぞれ示す。IoGaAsＰ光導波路層７は６及び
８のIoＰに比べて屈折率が高いためにＹ軸（縦）
方向では導波機能、すなわち入力光を光導波路層
７に閉じ込める機能を有しているが、Ｘ軸（横）
方向では同図ｂの屈折率分布の実線で示すように
一定の屈折率であるため導波機能を有していな
い。従つて、入力光は徐々に周囲に放射され、Ｚ
軸方向のもう一方の出力端においては出力光が極
めて小さくなる。
域のＺ軸方向（半導体の長手方向）に入射され
る。６はｎ形IoＰ基板、７はIoGaAsＰ光導波路
層、８はＰ形IoＰ、９はｎ形IoGaAsＰキヤツプ
層、１０及び１１は電極、１２は亜鉛拡散領域を
それぞれ示す。IoGaAsＰ光導波路層７は６及び
８のIoＰに比べて屈折率が高いためにＹ軸（縦）
方向では導波機能、すなわち入力光を光導波路層
７に閉じ込める機能を有しているが、Ｘ軸（横）
方向では同図ｂの屈折率分布の実線で示すように
一定の屈折率であるため導波機能を有していな
い。従つて、入力光は徐々に周囲に放射され、Ｚ
軸方向のもう一方の出力端においては出力光が極
めて小さくなる。
しかし、ここで破線の矢印１３のような変調電
流を流すと、キヤリアがIoGaAsＰ光導波路層７
に閉じ込められてプラズマ振動効果により電流が
注入された部分の屈折率が下がり、屈折率分布が
破線のように中央部が高く周辺が低い導波機能を
持つたものとなる。従つて、入力光は減衰をほと
んど受けることなく出力端まで導波することがで
きる。
流を流すと、キヤリアがIoGaAsＰ光導波路層７
に閉じ込められてプラズマ振動効果により電流が
注入された部分の屈折率が下がり、屈折率分布が
破線のように中央部が高く周辺が低い導波機能を
持つたものとなる。従つて、入力光は減衰をほと
んど受けることなく出力端まで導波することがで
きる。
このように本実施例は一定値の電力を有する入
力光に対し、亜鉛拡散領域１２を流れる変調電流
の有無あるいは大小でIoGaAsＰ光導波路層７の
Ｘ軸方向の屈折率が変わることを利用し、半導体
の導波機能を変化させることによつて、出力端に
おける出力光の大きさを変化させることを特徴と
する光変調素子である。
力光に対し、亜鉛拡散領域１２を流れる変調電流
の有無あるいは大小でIoGaAsＰ光導波路層７の
Ｘ軸方向の屈折率が変わることを利用し、半導体
の導波機能を変化させることによつて、出力端に
おける出力光の大きさを変化させることを特徴と
する光変調素子である。
第４図ａは第３図ａにおいて電流注入を行わな
い場合の入力光の放射効果をさらに上げることに
よつて変調率や消光比の改善を行つた本発明の実
施例である。すなわち、第３図ａの電極を１０，
１０′，１０″の３つに分割し、電極１０と１０′
とを共通にする。まず、電極１０″に電流I1を流
し、他の電極１０，１０′には電流I2を流さない
場合を考えると、第３図で説明したように電流が
流れた光導波路層７部分はキヤリアのプラズマ振
動効果により屈折率分布が第４図ｂの実線のよう
に小さくなり、入力光は非常に短かい距離で周囲
に放射されてしまう。すなわち、入力光はＺ軸方
向の出力端にはほとんど出力光が現われなくな
る。逆にI1＝０とし、I2の電流を流した場合は、
第４図ｂの破いのように屈折率分布は中央部が高
くなり、入力光に対して導波機能を有し、ほとん
ど減衰を受けることなく出力端に出力光として取
り出すことができる。
い場合の入力光の放射効果をさらに上げることに
よつて変調率や消光比の改善を行つた本発明の実
施例である。すなわち、第３図ａの電極を１０，
１０′，１０″の３つに分割し、電極１０と１０′
とを共通にする。まず、電極１０″に電流I1を流
し、他の電極１０，１０′には電流I2を流さない
場合を考えると、第３図で説明したように電流が
流れた光導波路層７部分はキヤリアのプラズマ振
動効果により屈折率分布が第４図ｂの実線のよう
に小さくなり、入力光は非常に短かい距離で周囲
に放射されてしまう。すなわち、入力光はＺ軸方
向の出力端にはほとんど出力光が現われなくな
る。逆にI1＝０とし、I2の電流を流した場合は、
第４図ｂの破いのように屈折率分布は中央部が高
くなり、入力光に対して導波機能を有し、ほとん
ど減衰を受けることなく出力端に出力光として取
り出すことができる。
このように３つに分解された電極に流す電流の
有無によつて導波機能を変化させ出力端に現われ
る出力光をまつたく無くしたり、または入力光と
ほぼ同じ大きさの出力光も取り出すことが可能と
なる。
有無によつて導波機能を変化させ出力端に現われ
る出力光をまつたく無くしたり、または入力光と
ほぼ同じ大きさの出力光も取り出すことが可能と
なる。
第５図ａは第４図ａと同等の効果を得るため
に、IoGaAsＰ導波路層７の中央部の厚さを僅か
に薄くしたものである。すなわち、変調電流１３
が無いかあるいは小さい状態では、第５図ｂの実
線のように屈折率分布が中央部で小さくなり、導
波機能を有さないので入力光は放射され出力端に
は現われない。また、逆に変調電流１３がある大
きさ以上になると、破線のように屈折率分布が中
央部より周辺部が小さくなり、導波機能を有し、
入力光は出力端に出力光として取り出すことがで
きる。
に、IoGaAsＰ導波路層７の中央部の厚さを僅か
に薄くしたものである。すなわち、変調電流１３
が無いかあるいは小さい状態では、第５図ｂの実
線のように屈折率分布が中央部で小さくなり、導
波機能を有さないので入力光は放射され出力端に
は現われない。また、逆に変調電流１３がある大
きさ以上になると、破線のように屈折率分布が中
央部より周辺部が小さくなり、導波機能を有し、
入力光は出力端に出力光として取り出すことがで
きる。
以上の説明からも明らかなように、本発明の基
本的な特徴は変調電流の有無あるいは大小によつ
て、光が導波されるか否かという光の導波機能を
変化させて変調を行う点であり、従来のような電
気光学的効果を用いることなく、また２つの導波
路も用いることなく変調できる光変調素子を提供
するものである。
本的な特徴は変調電流の有無あるいは大小によつ
て、光が導波されるか否かという光の導波機能を
変化させて変調を行う点であり、従来のような電
気光学的効果を用いることなく、また２つの導波
路も用いることなく変調できる光変調素子を提供
するものである。
また、以上の説明は光導波領域あるいはその近
傍に変調電流を注入して光の導波機能を変化させ
て変調を行う実施例について説明したが、変調電
流の代わりに変調光を用いても同様の効果が得ら
れる。
傍に変調電流を注入して光の導波機能を変化させ
て変調を行う実施例について説明したが、変調電
流の代わりに変調光を用いても同様の効果が得ら
れる。
第６図は多層量子井戸構造を用いることによつ
て、非線形効果を著しく増大させ得る本発明の実
施例である。本図で、１５はIoＰとIoGaAsＰとの
非常に薄い層から成る多層量子井戸層、１６はｎ
形IoＰ、１７はIoGaAsＰから成る発光層である。
そこで、電流１３を注入するとIoGaAsＰ層１７
が発光し、その光１４が多層量子井戸層１５に照
射されるために多層量子井戸層１５は大きな屈折
率変化を生じる。そこで、多層量子井戸層１５の
物質によつて定まる非線形効果を表わす定数が正
の符号にすれば、電流注入によつて多層量子井戸
層１５に導波機能が生じ、同じく変調が可能とな
る。
て、非線形効果を著しく増大させ得る本発明の実
施例である。本図で、１５はIoＰとIoGaAsＰとの
非常に薄い層から成る多層量子井戸層、１６はｎ
形IoＰ、１７はIoGaAsＰから成る発光層である。
そこで、電流１３を注入するとIoGaAsＰ層１７
が発光し、その光１４が多層量子井戸層１５に照
射されるために多層量子井戸層１５は大きな屈折
率変化を生じる。そこで、多層量子井戸層１５の
物質によつて定まる非線形効果を表わす定数が正
の符号にすれば、電流注入によつて多層量子井戸
層１５に導波機能が生じ、同じく変調が可能とな
る。
このように本実施例は変調用光を用いても導波
機能を変化させ、出力端に現われる出力光も変え
る変調が可能である。
機能を変化させ、出力端に現われる出力光も変え
る変調が可能である。
また、今までIoＰ基板とほぼ格子整合のとれた
Io(1-x)GaxAsyP1-yから成る光導波領域の例を用い
て説明してきたが、IoＰ基板とほぼ格子整合のと
れたIo(1-x-y)AlxGayAsまたはGaAs基板とほぼ格子
整合のとれたAl1-xGaxAs化合物半導体でも全く
同様の光変調素子ができることは言うまでもな
い。
Io(1-x)GaxAsyP1-yから成る光導波領域の例を用い
て説明してきたが、IoＰ基板とほぼ格子整合のと
れたIo(1-x-y)AlxGayAsまたはGaAs基板とほぼ格子
整合のとれたAl1-xGaxAs化合物半導体でも全く
同様の光変調素子ができることは言うまでもな
い。
（発明の効果）
以上説明したように、本発明によれば、発光層
からの発光を制御光として多層量子井戸構造の光
導波路層の入力光を通過する部分に上面から照射
して照射部分の屈折率を上げる導波機能が働き変
調動作が得られ、よつて発光層からの発光によつ
て光導波路層の屈折率を変化させて光照射の制御
性を向上させることにより、過剰なスペクトル幅
を含まない変調出力を得られることはもちろんの
こと、従来のものに比べて変調率や消光比も充分
大きく取れ、かつ素子長も大幅に短かく、製作が
容易な光変調素子である。
からの発光を制御光として多層量子井戸構造の光
導波路層の入力光を通過する部分に上面から照射
して照射部分の屈折率を上げる導波機能が働き変
調動作が得られ、よつて発光層からの発光によつ
て光導波路層の屈折率を変化させて光照射の制御
性を向上させることにより、過剰なスペクトル幅
を含まない変調出力を得られることはもちろんの
こと、従来のものに比べて変調率や消光比も充分
大きく取れ、かつ素子長も大幅に短かく、製作が
容易な光変調素子である。
従つて、半導体レーザと本発明の半導体光変調
素子とのモノリシツク集積化も容易になり、かつ
変調素子として重要な要素である消光比も充分大
きく取れることから、高性能光フアイバ通信等へ
の応用ができ、その効果は極めて大きいものであ
る。また本発明は電気信号を半導体デバイスに加
えて内部において光信号に変換されその光信号が
光導波路の屈折を変化させることにより、外部に
光源を置く装置で必要となる光学系部品のアライ
メントが不要となり、よつて装置構成が簡単かつ
安定となり、制御精度も高くなる。
素子とのモノリシツク集積化も容易になり、かつ
変調素子として重要な要素である消光比も充分大
きく取れることから、高性能光フアイバ通信等へ
の応用ができ、その効果は極めて大きいものであ
る。また本発明は電気信号を半導体デバイスに加
えて内部において光信号に変換されその光信号が
光導波路の屈折を変化させることにより、外部に
光源を置く装置で必要となる光学系部品のアライ
メントが不要となり、よつて装置構成が簡単かつ
安定となり、制御精度も高くなる。
第１図は従来の方向性結合形光変調器、第２図
は従来のマツハツエンダー干渉計形光変調器、第
３図ａ及びｂは本発明の基本的な動作を説明する
ための、電流注入により光導波機能を変化させて
変調する半導体光変調素子の実施例を示す図、第
４図ａ及びｂ及び第５図ａ及びｂは第３図の変調
率や消光比を改善した半導体光変調素子の本発明
の実施例を示す図、第６図は本発明の光照射によ
り導波機能を変化させて変調する他の実施例を示
す図である。 １，２……光導波路、３，４……電極、５……
変調信号、６……ｎ形IoＰ基板、７……IoGaAsＰ
光導波路層、８……Ｐ形IoＰ層、９……ｎ形IoGa
AsＰキヤツプ層、１０，１０′，１０″，１１…
…電極、１２……亜鉛拡散領域、１３……変調電
流、１４……変調用光、１５……多層量子井戸構
造、１６……ｎ形IoＰ層、１７……IoGaAsＰ層。
は従来のマツハツエンダー干渉計形光変調器、第
３図ａ及びｂは本発明の基本的な動作を説明する
ための、電流注入により光導波機能を変化させて
変調する半導体光変調素子の実施例を示す図、第
４図ａ及びｂ及び第５図ａ及びｂは第３図の変調
率や消光比を改善した半導体光変調素子の本発明
の実施例を示す図、第６図は本発明の光照射によ
り導波機能を変化させて変調する他の実施例を示
す図である。 １，２……光導波路、３，４……電極、５……
変調信号、６……ｎ形IoＰ基板、７……IoGaAsＰ
光導波路層、８……Ｐ形IoＰ層、９……ｎ形IoGa
AsＰキヤツプ層、１０，１０′，１０″，１１…
…電極、１２……亜鉛拡散領域、１３……変調電
流、１４……変調用光、１５……多層量子井戸構
造、１６……ｎ形IoＰ層、１７……IoGaAsＰ層。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 半導体基板と、 電流注入によつて発光する発光層と、 該発光層から光が照射される、互いにエネルギ
ー禁制帯幅の異なる薄膜の半導体層を交互に複数
回積層した多層量子井戸構造からなる光導波路層
と、 予め定められた幅に電流を注入する電流注入領
域とを少なくとも有し、 前記電流注入領域から電流が注入されると前記
発光層が発光し、入力光が入射される部分の前記
光導波路層に前記発光層からの発光が照射され、
前記光導波路層の照射された部分が非線形効果に
より屈折率が高くなつて導波機能を有することを
特徴とする半導体光変調素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23726089A JPH0320723A (ja) | 1989-09-14 | 1989-09-14 | 半導体光変調素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23726089A JPH0320723A (ja) | 1989-09-14 | 1989-09-14 | 半導体光変調素子 |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58125471A Division JPS6017717A (ja) | 1983-07-12 | 1983-07-12 | 半導体光変調素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0320723A JPH0320723A (ja) | 1991-01-29 |
| JPH0553246B2 true JPH0553246B2 (ja) | 1993-08-09 |
Family
ID=17012771
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23726089A Granted JPH0320723A (ja) | 1989-09-14 | 1989-09-14 | 半導体光変調素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0320723A (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR940002671B1 (ko) * | 1990-04-06 | 1994-03-28 | 가부시끼가이샤 히다찌세이사꾸쇼 | 과부하 보호장치 |
| EP0620475B1 (en) * | 1993-03-15 | 1998-12-30 | Canon Kabushiki Kaisha | Optical devices and optical communication systems using the optical device |
-
1989
- 1989-09-14 JP JP23726089A patent/JPH0320723A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0320723A (ja) | 1991-01-29 |
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