JPH0760227B2 - 光変調器 - Google Patents
光変調器Info
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- JPH0760227B2 JPH0760227B2 JP63200156A JP20015688A JPH0760227B2 JP H0760227 B2 JPH0760227 B2 JP H0760227B2 JP 63200156 A JP63200156 A JP 63200156A JP 20015688 A JP20015688 A JP 20015688A JP H0760227 B2 JPH0760227 B2 JP H0760227B2
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- light
- inp
- cladding layer
- quantum well
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Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、1.3〜1.6μｍの波長領域の光を高速かつ低電
圧で変調する量子井戸構造を有する光変調器に関するも
のである。
圧で変調する量子井戸構造を有する光変調器に関するも
のである。
（従来の技術） 光通信においては、半導体レーザを駆動する注入電流自
身を伝送したい情報の信号により変化させて、その情報
を光の強弱に変える直接変調方式が用いられている。こ
の方式では、数Gb/s以上の高速で長距離にわたり光ファ
イバを通して伝送する場合、レーザ光のスペクトル幅が
広がり、群遅延の広がりはほぼこのスペクトル幅によっ
て決まってしまう。このため、光ファイバの低損失領域
である1.55μｍ帯を用いた光通信など、さらに高速伝送
や無中継長距離伝送、或いは光の性質を利用したコヒー
レンス光通信を実現しようとすると、高性能の外部変調
器が不可欠とされる。
身を伝送したい情報の信号により変化させて、その情報
を光の強弱に変える直接変調方式が用いられている。こ
の方式では、数Gb/s以上の高速で長距離にわたり光ファ
イバを通して伝送する場合、レーザ光のスペクトル幅が
広がり、群遅延の広がりはほぼこのスペクトル幅によっ
て決まってしまう。このため、光ファイバの低損失領域
である1.55μｍ帯を用いた光通信など、さらに高速伝送
や無中継長距離伝送、或いは光の性質を利用したコヒー
レンス光通信を実現しようとすると、高性能の外部変調
器が不可欠とされる。
従来、このような外部変調器として、LiNbO3のバルク結
晶が主として用いられており、これにより20GHzの高周
波変調も実現されている。
晶が主として用いられており、これにより20GHzの高周
波変調も実現されている。
しかし、この変調器は電気光学効果（電界による屈折率
の変化）を利用しており、この電気光学効果では使用波
長に逆比例して変調深さが変化するので、上記長波長帯
で使用する場合に、同一の素子寸法で同一の変調深さを
得るには、高電圧を必要とする。一方、変調深さを劣化
させずに低電圧で駆動するためには、試料を長くしなけ
ればならず、試料容量が増加して高速動作に支障をきた
す問題点があった。さらにまた、この変調器には、時間
的に出力がドリフトするなどの点で安定性に難点があっ
た。
の変化）を利用しており、この電気光学効果では使用波
長に逆比例して変調深さが変化するので、上記長波長帯
で使用する場合に、同一の素子寸法で同一の変調深さを
得るには、高電圧を必要とする。一方、変調深さを劣化
させずに低電圧で駆動するためには、試料を長くしなけ
ればならず、試料容量が増加して高速動作に支障をきた
す問題点があった。さらにまた、この変調器には、時間
的に出力がドリフトするなどの点で安定性に難点があっ
た。
これに対し、GaAsやInPなどの化合物半導体結晶には、
安定性に優れ、しかも他の光デバイスとのモノリシック
集積化を実現できる利点があり、その研究が進められて
いるが、高速変調特性にやや難点があった。この欠点を
克服するために、GaAs/Al GaAs系の量子井戸構造を採用
して、上記バルク結晶よりも効率良く高速に光変調を行
うことが、Appl.Phys.lett.,Vol.44,1984,p.16において
提案され、良好な結果が得られている。しかし、この場
合には光伝送に適した長波長帯1.3〜1.6μｍでは動作で
きないという欠点があった。
安定性に優れ、しかも他の光デバイスとのモノリシック
集積化を実現できる利点があり、その研究が進められて
いるが、高速変調特性にやや難点があった。この欠点を
克服するために、GaAs/Al GaAs系の量子井戸構造を採用
して、上記バルク結晶よりも効率良く高速に光変調を行
うことが、Appl.Phys.lett.,Vol.44,1984,p.16において
提案され、良好な結果が得られている。しかし、この場
合には光伝送に適した長波長帯1.3〜1.6μｍでは動作で
きないという欠点があった。
この問題を解決するために、出願人は先に、第２図に示
すような、 In1-x1-y1Gax1Aly1As／In1-x2-y2Gax2Aly2As （ただし、０≦y1＜y2,0≦x2） 系の量子井戸構造を採用した光変調器を提案した（特開
昭62−191822号公報参照）。
すような、 In1-x1-y1Gax1Aly1As／In1-x2-y2Gax2Aly2As （ただし、０≦y1＜y2,0≦x2） 系の量子井戸構造を採用した光変調器を提案した（特開
昭62−191822号公報参照）。
第２図における光変調器は、ｎ型InP結晶基板１と、基
板１上に配置した ｎ型In1-x3-y3Gax3Aly3As （ただし、０≦x3,y3≦y2） よりなる第１のクラッド層２と、第１のクラッド層２上
に配置した アンドープIn1-x1-y1Gax1Aly1As （ただし、０≦y1） よりなる量子井戸層3aと、 アンドープIn1-x2-y2Gax2Aly2As （ただし、y1＜y2,0≦x2） よりなり、量子井戸層3Qに比し広い禁制帯幅を有する障
壁層3bとを順次かつ交互に積層した多重量子井戸構造の
活性層３と、活性層３上に所望の導波路パターン、例え
ばストライプパターン状に形成した Ｐ型In1-x3-y3Gax3Aly3As （ただし、０≦x3,y3≦y2） よりなる第２のクラッド層４と、第２のクラッド層４上
に第２のクラッド層４と同一パターンで配置した In1-x4Gax4As（ただし、０≦x4） よりなるキャップ５層と、基板１の下面に配置したｎ型
電極６と、キャップ５層上にこのキャップ層５と同一パ
ターンで配置したＰ型電極７と、電極6,7に接続された
電源８とから構成されていた。
板１上に配置した ｎ型In1-x3-y3Gax3Aly3As （ただし、０≦x3,y3≦y2） よりなる第１のクラッド層２と、第１のクラッド層２上
に配置した アンドープIn1-x1-y1Gax1Aly1As （ただし、０≦y1） よりなる量子井戸層3aと、 アンドープIn1-x2-y2Gax2Aly2As （ただし、y1＜y2,0≦x2） よりなり、量子井戸層3Qに比し広い禁制帯幅を有する障
壁層3bとを順次かつ交互に積層した多重量子井戸構造の
活性層３と、活性層３上に所望の導波路パターン、例え
ばストライプパターン状に形成した Ｐ型In1-x3-y3Gax3Aly3As （ただし、０≦x3,y3≦y2） よりなる第２のクラッド層４と、第２のクラッド層４上
に第２のクラッド層４と同一パターンで配置した In1-x4Gax4As（ただし、０≦x4） よりなるキャップ５層と、基板１の下面に配置したｎ型
電極６と、キャップ５層上にこのキャップ層５と同一パ
ターンで配置したＰ型電極７と、電極6,7に接続された
電源８とから構成されていた。
このような構成を有する光変調器では、ｎ型電極６をプ
ラス、Ｐ型電極７をマイナスとして電源８により電圧を
印加し、この印加電圧に応じて、活性層３に入射する光
の吸収状態を変化させていた。
ラス、Ｐ型電極７をマイナスとして電源８により電圧を
印加し、この印加電圧に応じて、活性層３に入射する光
の吸収状態を変化させていた。
また、第３図は、第２図に示す光変調器の光吸収電流の
入射光波長依存性を印加電圧をパラメータとして測定し
た結果を示すグラフである。縦軸は吸収電流値、横軸は
入射光の波長を表しており、光源であるハロゲンランプ
による光を分光器で分光し、試料の壁開面に垂直に光を
入射して測定した。第３図から、零バイアス下で波長1.
43μｍ及び1.49μｍ付近に励起子吸収のピーク（図中、
実線矢印）が不明瞭ながら観測され、それらが逆方向電
圧印加に伴い、長波長側にシフトすることがわかる。従
って、波長1.55μｍ付近の光を入射すると、印加電圧に
応じて吸収は増加し、光の変調が可能となる。
入射光波長依存性を印加電圧をパラメータとして測定し
た結果を示すグラフである。縦軸は吸収電流値、横軸は
入射光の波長を表しており、光源であるハロゲンランプ
による光を分光器で分光し、試料の壁開面に垂直に光を
入射して測定した。第３図から、零バイアス下で波長1.
43μｍ及び1.49μｍ付近に励起子吸収のピーク（図中、
実線矢印）が不明瞭ながら観測され、それらが逆方向電
圧印加に伴い、長波長側にシフトすることがわかる。従
って、波長1.55μｍ付近の光を入射すると、印加電圧に
応じて吸収は増加し、光の変調が可能となる。
（発明が解決しようとする課題） しかしながら、上記変調器によれば、高純度の活性層３
を高不純物濃度のｎ型の第１のクラッド層２とＰ型の第
２のクラッド層４で挟んだ構造であるために、結晶成長
中、或いは素子作製工程中に両側の第１及び第２のクラ
ッド層2,4から不純物が活性層３に拡散したり、活性層
３と第１及び第２のクラッド層2,4との界面の凹凸がそ
のまま活性層３内の電界強度分布に反映して、不均一な
電界がかかる不具合を生じていた。これでは、活性層３
内の各量子井戸層3a中に存在する励起子の感ずる電界強
度が異なり、一方、吸収ピークシフトは電界強度の２乗
に比例するので、活性層３全体での吸収はこれらシフト
量の少しずつ異なる吸収ピークの重ね合わせとして観測
されることになる。このため、第３図に示すように、励
起子そのものの吸収広がりよりもはるかに幅広い吸収ス
ペクトルが出現してしまい、零バイアス下での光の吸収
が大きくなって、挿入損失の増加をもたらす等の問題点
があった。
を高不純物濃度のｎ型の第１のクラッド層２とＰ型の第
２のクラッド層４で挟んだ構造であるために、結晶成長
中、或いは素子作製工程中に両側の第１及び第２のクラ
ッド層2,4から不純物が活性層３に拡散したり、活性層
３と第１及び第２のクラッド層2,4との界面の凹凸がそ
のまま活性層３内の電界強度分布に反映して、不均一な
電界がかかる不具合を生じていた。これでは、活性層３
内の各量子井戸層3a中に存在する励起子の感ずる電界強
度が異なり、一方、吸収ピークシフトは電界強度の２乗
に比例するので、活性層３全体での吸収はこれらシフト
量の少しずつ異なる吸収ピークの重ね合わせとして観測
されることになる。このため、第３図に示すように、励
起子そのものの吸収広がりよりもはるかに幅広い吸収ス
ペクトルが出現してしまい、零バイアス下での光の吸収
が大きくなって、挿入損失の増加をもたらす等の問題点
があった。
また、光変調器の応答特性を改良し高速動作を可能とす
るには、PN接合面積を小さくすることが必要不可欠であ
るが、上記従来の光変調器では、そのPN接合面積を小さ
するためには、第４図に示すように、活性層３の下の第
１のクラッド層２までエッチングを施した、いわゆるハ
イメサ構造とするしかなく、これでは光導波特性上、様
々な欠点を持ってしまう。即ち、ハイメサ構造にする
と、光が導波される活性層３と空気との屈折率差が大き
すぎ、光の導波モードを単一化するには、その横幅を１
μｍ以下としなければならず、加工が困難となる。ま
た、メサ側壁の凹凸が導波光の散乱源となり、伝播損失
が非常に大きくなってしまうという問題点がある。
るには、PN接合面積を小さくすることが必要不可欠であ
るが、上記従来の光変調器では、そのPN接合面積を小さ
するためには、第４図に示すように、活性層３の下の第
１のクラッド層２までエッチングを施した、いわゆるハ
イメサ構造とするしかなく、これでは光導波特性上、様
々な欠点を持ってしまう。即ち、ハイメサ構造にする
と、光が導波される活性層３と空気との屈折率差が大き
すぎ、光の導波モードを単一化するには、その横幅を１
μｍ以下としなければならず、加工が困難となる。ま
た、メサ側壁の凹凸が導波光の散乱源となり、伝播損失
が非常に大きくなってしまうという問題点がある。
本発明の目的は、上記問題点に鑑み、PN接合面積をInAl
Asによるクラッド層に形成して活性層を均一な電界を
印加でき、高効率な変調を行なうことができると共に、
PN接合部の接合容量を減少でき、変調速度の高速化を図
れる光変調器を提供することにある。
Asによるクラッド層に形成して活性層を均一な電界を
印加でき、高効率な変調を行なうことができると共に、
PN接合部の接合容量を減少でき、変調速度の高速化を図
れる光変調器を提供することにある。
（課題を解決するための手段） 本発明では上記目的を達成するため、InP基板と、InPと
格子整合したIn1-x1-y1Gax1Aly1As（ただし、０≦y1）
よりなる量子井戸層と、InPと格子整合したIn1-x2-y2Ga
x2Aly2As（ただし、y1＜y2,0≦x2）よりなり前記量子井
戸層に比し広い禁制帯幅を有する障壁層とを順次にかつ
交互に積層してなる多重量子井戸構造の活性層と、一面
側が前記InP基板に接し他面側が前記活性層の一面側に
接するように配置された第１の導電型を有しInPと格子
整合したInAlAsよりなる第１のクラッド層と、一面側が
前記活性層の他面上に配置された第１の導電型を有しIn
Pと格子整合したInAlAsよりなる第２のクラッド層と、
一面側が前記第２のクラッド層の他面上に配置された第
１の導電型とは逆の第２の導電型を有しInPと格子整合
したInAlAsよりなる第３のクラッド層と、前記第３のク
ラッド層の他面上に配置された第２の導電型を有しInP
と格子整合したInGaAsよりなるキャップ層とを備え、前
記第２のクラッド層の他面側の一部と前記第３のクラッ
ド層と前記キャップ層とからメサ部を形成し、かつ、前
記第２のクラッド層と前記第３のクラッド層との接する
部位を前記メサ部内に設けた光変調器を提案する。
格子整合したIn1-x1-y1Gax1Aly1As（ただし、０≦y1）
よりなる量子井戸層と、InPと格子整合したIn1-x2-y2Ga
x2Aly2As（ただし、y1＜y2,0≦x2）よりなり前記量子井
戸層に比し広い禁制帯幅を有する障壁層とを順次にかつ
交互に積層してなる多重量子井戸構造の活性層と、一面
側が前記InP基板に接し他面側が前記活性層の一面側に
接するように配置された第１の導電型を有しInPと格子
整合したInAlAsよりなる第１のクラッド層と、一面側が
前記活性層の他面上に配置された第１の導電型を有しIn
Pと格子整合したInAlAsよりなる第２のクラッド層と、
一面側が前記第２のクラッド層の他面上に配置された第
１の導電型とは逆の第２の導電型を有しInPと格子整合
したInAlAsよりなる第３のクラッド層と、前記第３のク
ラッド層の他面上に配置された第２の導電型を有しInP
と格子整合したInGaAsよりなるキャップ層とを備え、前
記第２のクラッド層の他面側の一部と前記第３のクラッ
ド層と前記キャップ層とからメサ部を形成し、かつ、前
記第２のクラッド層と前記第３のクラッド層との接する
部位を前記メサ部内に設けた光変調器を提案する。
（作用） 本発明によれば、第１の導電型を有する第２のクラッド
層と第１の導電型とは逆の第２の導電型を有する第３の
クラッド層とで、いわゆるPN接合が形成されている。こ
こで、InP基板とキャップ層間に逆方向電圧が印加され
ると、空乏層は第２のクラッド層から活性層中まで延
び、電界は活性層に均一に印加される。これにより、励
起子吸収ピーク波長は長波長側にシフトし、この吸収ピ
ーク波長よりも長波長の光が入射されていると、この光
は吸収されて透過されない。このような光変調は、印加
電圧の値を変化させ、励起子の光吸収係数を変化させて
行なわれる。また、第２のクラッド層の一部と第３のク
ラッド層とキャップ層とからメサ部を形成し、第２のク
ラッド層と第３のクラッド層との接する部位、即ちPN接
合部を該メサ部に設けたことにより、その接合容量が減
少され、外部印加電圧に対する応答が早くなる。
層と第１の導電型とは逆の第２の導電型を有する第３の
クラッド層とで、いわゆるPN接合が形成されている。こ
こで、InP基板とキャップ層間に逆方向電圧が印加され
ると、空乏層は第２のクラッド層から活性層中まで延
び、電界は活性層に均一に印加される。これにより、励
起子吸収ピーク波長は長波長側にシフトし、この吸収ピ
ーク波長よりも長波長の光が入射されていると、この光
は吸収されて透過されない。このような光変調は、印加
電圧の値を変化させ、励起子の光吸収係数を変化させて
行なわれる。また、第２のクラッド層の一部と第３のク
ラッド層とキャップ層とからメサ部を形成し、第２のク
ラッド層と第３のクラッド層との接する部位、即ちPN接
合部を該メサ部に設けたことにより、その接合容量が減
少され、外部印加電圧に対する応答が早くなる。
（実施例） 第１図は、本発明による光変調器の第１の実施例を示す
斜視図である。11はInP結晶基板、12は基板11上に配置
された第１の導電型、例えば高ドープのｎ型InAl Asよ
りなる第１のクラッド層である。13aは厚さ70ÅのIn
0.55Ga0.45Asよりなる量子井戸層で、その吸収端を1.5
μｍに保持する。13bは厚さ50ÅのInAl Asよりなる障壁
層で、量子井戸層13aと障壁層13bとを交互に40周期積層
して厚さ0.4μｍの多重量子井戸構造の活性層13を構成
し、この活性層13は第１のクラッド層12上に配置されて
いる。
斜視図である。11はInP結晶基板、12は基板11上に配置
された第１の導電型、例えば高ドープのｎ型InAl Asよ
りなる第１のクラッド層である。13aは厚さ70ÅのIn
0.55Ga0.45Asよりなる量子井戸層で、その吸収端を1.5
μｍに保持する。13bは厚さ50ÅのInAl Asよりなる障壁
層で、量子井戸層13aと障壁層13bとを交互に40周期積層
して厚さ0.4μｍの多重量子井戸構造の活性層13を構成
し、この活性層13は第１のクラッド層12上に配置されて
いる。
14は活性層３上に配置された厚さ0.4μｍのｎ型InAl As
よりなる第２のクラッド層、15は第２のクラッド層14上
に配置された第１の導電型とは逆の第２の導電型、即ち
Ｐ型InAl Asよりなる第３のクラッド層で、0.4μｍ厚
で、さらに高さ１μｍ、幅６μｍのストライプを形成し
て第２のクラッド層14と共に装荷クラッドとしてある。
16は第３のクラッド層15上に配置された厚さ0.15μｍの
Ｐ型InAl Asよりなるキャップ層であり、このように、
第２及び第３のクラッド層14,15並びにキャップ層16と
からメサ部を形成し、かつ、第２のクラッド層14と第３
のクラッド層15の接合部、即ちPN接合部は、そのメサ部
内に設けられている。また、17は基板11の下面に配置さ
れた電極、18はキャップ層16上に配置された電極、19は
プラス側が電極17に、マイナス側が電極18に接続された
電源である。
よりなる第２のクラッド層、15は第２のクラッド層14上
に配置された第１の導電型とは逆の第２の導電型、即ち
Ｐ型InAl Asよりなる第３のクラッド層で、0.4μｍ厚
で、さらに高さ１μｍ、幅６μｍのストライプを形成し
て第２のクラッド層14と共に装荷クラッドとしてある。
16は第３のクラッド層15上に配置された厚さ0.15μｍの
Ｐ型InAl Asよりなるキャップ層であり、このように、
第２及び第３のクラッド層14,15並びにキャップ層16と
からメサ部を形成し、かつ、第２のクラッド層14と第３
のクラッド層15の接合部、即ちPN接合部は、そのメサ部
内に設けられている。また、17は基板11の下面に配置さ
れた電極、18はキャップ層16上に配置された電極、19は
プラス側が電極17に、マイナス側が電極18に接続された
電源である。
このような構成を有する光変調器は、多重量子井戸（MQ
W）構造の活性層13に光を平行に入射して、光の吸収長
を長くとれるようにすると共に、Ｐ型である第３のクラ
ッド層15の下に高純度のｎ型の第２のクラッド層14及び
高ドープのｎ型の第１のクラッド層で挟まれた活性層13
に電界を印加して光の吸収係数を変え、光変調を行なう
ようになっている。
W）構造の活性層13に光を平行に入射して、光の吸収長
を長くとれるようにすると共に、Ｐ型である第３のクラ
ッド層15の下に高純度のｎ型の第２のクラッド層14及び
高ドープのｎ型の第１のクラッド層で挟まれた活性層13
に電界を印加して光の吸収係数を変え、光変調を行なう
ようになっている。
即ち、電源19により電極17,18間に逆方向電圧を印加す
ると第２のクラッド層14と第３のクラッド層15によるPN
接合部に逆方向電圧が加わる。これにより、キャリアの
涸渇領域は下方に広がり、In0.55Ga0.45As/InAl As、量
子井戸層13a/障壁層13bよりなる活性層13にまで延び、
電界が均一にかかるようになる。このため、励起子吸収
ピーク波長は長波長側にシフトし、この吸収ピーク波長
よりも長波長の光、例えば波長1.55μｍの光が入射され
ていると、この光を吸収して光は透過しなくなり、結果
として、光の透過強度が外部電圧によって変調を受ける
ことになる。
ると第２のクラッド層14と第３のクラッド層15によるPN
接合部に逆方向電圧が加わる。これにより、キャリアの
涸渇領域は下方に広がり、In0.55Ga0.45As/InAl As、量
子井戸層13a/障壁層13bよりなる活性層13にまで延び、
電界が均一にかかるようになる。このため、励起子吸収
ピーク波長は長波長側にシフトし、この吸収ピーク波長
よりも長波長の光、例えば波長1.55μｍの光が入射され
ていると、この光を吸収して光は透過しなくなり、結果
として、光の透過強度が外部電圧によって変調を受ける
ことになる。
第５図は、上記光変調器の電源19からの印加電圧に対す
る消光比（変調深さ）の電圧依存性を示すグラフであ
り、縦軸は消光比、横軸は印加電圧を表している。第５
図から、本第１の実施例による光変調器は、低電圧で良
好に光変調を行なえることがわかる。
る消光比（変調深さ）の電圧依存性を示すグラフであ
り、縦軸は消光比、横軸は印加電圧を表している。第５
図から、本第１の実施例による光変調器は、低電圧で良
好に光変調を行なえることがわかる。
また、第６図は、第１の実施例による光変調器の光吸収
電流の入射光波長依存性を、印加電圧をパラメータとし
て測定した結果を示すグラフである。縦軸は吸収電流
値、横軸は入射光の波長を表しており、前述した第３図
と、同様の条件で測定した結果である。
電流の入射光波長依存性を、印加電圧をパラメータとし
て測定した結果を示すグラフである。縦軸は吸収電流
値、横軸は入射光の波長を表しており、前述した第３図
と、同様の条件で測定した結果である。
第６図中、，，，はそれぞれ−5V,−6V,−7V,
−8Vの逆方向電圧を印加した時の測定結果を示してい
る。この第６図と前述の第３図とを比較すればわかるよ
うに、励起子吸収の中心波長は印加電圧の増加と共に長
波長側にシフトすることが明瞭に観測され、かつ、吸収
ピークの半値幅の広がりも少ない。これにより、活性層
３に均一に電界が印加されており、挿入損失の増加が防
止されていることがわかる。
−8Vの逆方向電圧を印加した時の測定結果を示してい
る。この第６図と前述の第３図とを比較すればわかるよ
うに、励起子吸収の中心波長は印加電圧の増加と共に長
波長側にシフトすることが明瞭に観測され、かつ、吸収
ピークの半値幅の広がりも少ない。これにより、活性層
３に均一に電界が印加されており、挿入損失の増加が防
止されていることがわかる。
また、多重量子井戸層、即ち活性層３の厚さは0.4μｍ
となるが、残留不純物量を1016cm-3以下と低くすること
ができるので、零バイアスでも充分に空乏層を生じさせ
ることができる。
となるが、残留不純物量を1016cm-3以下と低くすること
ができるので、零バイアスでも充分に空乏層を生じさせ
ることができる。
さらに、第７図は本第１の実施例による光変調器並びに
従来の光変調器の周波数応答特性図で、縦軸は相対出
力、横軸は周波数を表している。第７図からわかるよう
に、本第１の実施例による光変調器は、従来品に比べ
て、PN接合面積（接合容量）を低減してあるため、高速
化されていることが明瞭に観測される。
従来の光変調器の周波数応答特性図で、縦軸は相対出
力、横軸は周波数を表している。第７図からわかるよう
に、本第１の実施例による光変調器は、従来品に比べ
て、PN接合面積（接合容量）を低減してあるため、高速
化されていることが明瞭に観測される。
以上のように、本第１の実施例によれば、光はメサ部分
である装荷クラッドの下方に位置する活性層３を導波す
るので、屈折率差がそれ程大きくなく、導波モードを単
一化するために、ハイメサ構造のように１μｍ以下と横
幅を極端に小さくする必要がなく、かつ散乱損失が軽減
される。また、第２のクラッド層14と第３のクラッド層
15との接合部であるPN接合部そのものは小さな幅（２μ
ｍ〜６μｍ）にできるため、通常、接合容量の大きさで
決定される応答速度の高速化を図れ、かつ、装荷クラッ
ドの幅を２μｍ〜６μｍとしても十分に横モード単一化
が可能である。
である装荷クラッドの下方に位置する活性層３を導波す
るので、屈折率差がそれ程大きくなく、導波モードを単
一化するために、ハイメサ構造のように１μｍ以下と横
幅を極端に小さくする必要がなく、かつ散乱損失が軽減
される。また、第２のクラッド層14と第３のクラッド層
15との接合部であるPN接合部そのものは小さな幅（２μ
ｍ〜６μｍ）にできるため、通常、接合容量の大きさで
決定される応答速度の高速化を図れ、かつ、装荷クラッ
ドの幅を２μｍ〜６μｍとしても十分に横モード単一化
が可能である。
第８図は、本発明による光変調器の第２の実施例を示す
斜視図である。本第２の実施例は本発明を光方向性結合
器へ応用した例であり、第１図と同様の箇所には同一符
号を付してある。本第２の実施例においては、InAl As
よりなる第２のクラッド層14上に、それぞれ、第３のク
ラッド層15、キャップ層16及び電極18より成る２本の互
いに平行なストリップ状の第１及び第２の装荷部分21及
び22を配設している。ここで、第１の装荷部分に逆方向
電圧を印加することによって、第１の装荷部分21の下に
形成された量子井戸構造部分、即ち活性層13に入射され
た光を第２の装荷部分22に結合させ、移動することが可
能である。
斜視図である。本第２の実施例は本発明を光方向性結合
器へ応用した例であり、第１図と同様の箇所には同一符
号を付してある。本第２の実施例においては、InAl As
よりなる第２のクラッド層14上に、それぞれ、第３のク
ラッド層15、キャップ層16及び電極18より成る２本の互
いに平行なストリップ状の第１及び第２の装荷部分21及
び22を配設している。ここで、第１の装荷部分に逆方向
電圧を印加することによって、第１の装荷部分21の下に
形成された量子井戸構造部分、即ち活性層13に入射され
た光を第２の装荷部分22に結合させ、移動することが可
能である。
第８図に示す構造は、外部より電圧を印加する点は第１
の実施例の構造と同様であるが、第１及び第２の装荷部
分21と22とにおいて各構成量子井戸の屈折率の電界によ
る相対的変化を利用する点が異なる。一般に物質に電界
を加えると電気光学効果によって屈折率は変化するが、
量子井戸構造ではバルク結晶に比べてかかる変化が大き
いことが予想されている（例えばElectronics Lettere
Vol.21 No.13 pp.579-580,H.Yamamoto等）。
の実施例の構造と同様であるが、第１及び第２の装荷部
分21と22とにおいて各構成量子井戸の屈折率の電界によ
る相対的変化を利用する点が異なる。一般に物質に電界
を加えると電気光学効果によって屈折率は変化するが、
量子井戸構造ではバルク結晶に比べてかかる変化が大き
いことが予想されている（例えばElectronics Lettere
Vol.21 No.13 pp.579-580,H.Yamamoto等）。
第１及び第２の装荷部分21と22の間隔Ｓを導波光の波長
オーダにまで近接して形成し、第１の装荷部分21の下方
に形成される導波路にのみ電圧を印加した場合、電界に
よる屈折率の変化に伴ってそれぞれの導波路の伝播定数
に差が生じ、両導波路間においてパワー結合量が変化す
る。これは電気光学効果によって電圧を印加された導波
路の伝播定数が変化するためである。この原理を利用し
て一方の導波路の出力光の強度を電圧で制御することが
可能となり、電圧の印加条件によって、第２の装荷部分
22側に入射させた光が第１の装荷部分21の側から出射す
るようにすることが可能となる。即ち、光の透過する位
置を変えることができる。
オーダにまで近接して形成し、第１の装荷部分21の下方
に形成される導波路にのみ電圧を印加した場合、電界に
よる屈折率の変化に伴ってそれぞれの導波路の伝播定数
に差が生じ、両導波路間においてパワー結合量が変化す
る。これは電気光学効果によって電圧を印加された導波
路の伝播定数が変化するためである。この原理を利用し
て一方の導波路の出力光の強度を電圧で制御することが
可能となり、電圧の印加条件によって、第２の装荷部分
22側に入射させた光が第１の装荷部分21の側から出射す
るようにすることが可能となる。即ち、光の透過する位
置を変えることができる。
電界印加により吸収端波長シフトはクラーマスクローニ
ッヒの関係から屈折率変化と結びついている。従って、
電界による大きな屈折率変化が得られるため、高速，高
効率な光方向性結合器が作製できる。
ッヒの関係から屈折率変化と結びついている。従って、
電界による大きな屈折率変化が得られるため、高速，高
効率な光方向性結合器が作製できる。
尚、上記各実施例の光変調器における各層の組成は、量
子井戸層13aが In1-x1-y1Gax1Aly1As、 障壁層13bが In1-x2-y2Gax2Aly2As、 第１及び第２のクラッド層12,14が In1-x3-y3Gax3Aly3As、 第３のクラッド層15が In1-x4-y4Gax4Aly4As、 キャップ層16が In1-x5Gax5Asで表わされ、それぞれ、 ０≦y1＜1,0＜x1＋y1≦１ ０≦y2＜1,0＜x2＋y2≦1,y1＜y2 ０≦y3＜1,0＜x3＋y3≦１ ０≦y4＜1,0＜x4＋y4≦１ ０≦x5＜１ の範囲を満足するものである。また電極18に窓を設け、
光を活性層13と直角方向から入射することも可能であ
る。
子井戸層13aが In1-x1-y1Gax1Aly1As、 障壁層13bが In1-x2-y2Gax2Aly2As、 第１及び第２のクラッド層12,14が In1-x3-y3Gax3Aly3As、 第３のクラッド層15が In1-x4-y4Gax4Aly4As、 キャップ層16が In1-x5Gax5Asで表わされ、それぞれ、 ０≦y1＜1,0＜x1＋y1≦１ ０≦y2＜1,0＜x2＋y2≦1,y1＜y2 ０≦y3＜1,0＜x3＋y3≦１ ０≦y4＜1,0＜x4＋y4≦１ ０≦x5＜１ の範囲を満足するものである。また電極18に窓を設け、
光を活性層13と直角方向から入射することも可能であ
る。
また、本実施例では、一方の導波出力光の強度を電圧で
制御することが可能となるので、光変調、光スイッチ等
の機能素子として動作させることが可能である。その場
合の印加電圧も数ボルトでよく、容易に入手可能な高速
パルス発生器で使用できる。
制御することが可能となるので、光変調、光スイッチ等
の機能素子として動作させることが可能である。その場
合の印加電圧も数ボルトでよく、容易に入手可能な高速
パルス発生器で使用できる。
（発明の効果） 以上説明したように本発明によれば、PN接合と分離され
た量子井戸層、即ち活性層を用いて、光伝送上有効な波
長域で、電界効果の大きな、高効率、かつ低駆動電力で
高速動作の可能な光変調器を実現できる。その場合、印
加電圧も数ボルトで良く、容易に入手可能な高速パルス
発生器で使用できる。また、光を量子井戸構造に平行に
入射して光の吸収長を垂直入射に比べて長くとれるた
め、光変調、光スイッチを高速かつ効率良く行うことが
できる。
た量子井戸層、即ち活性層を用いて、光伝送上有効な波
長域で、電界効果の大きな、高効率、かつ低駆動電力で
高速動作の可能な光変調器を実現できる。その場合、印
加電圧も数ボルトで良く、容易に入手可能な高速パルス
発生器で使用できる。また、光を量子井戸構造に平行に
入射して光の吸収長を垂直入射に比べて長くとれるた
め、光変調、光スイッチを高速かつ効率良く行うことが
できる。
また、低電圧でかつ高速で光の変調を行うことができる
ため、超大容量（1Gb/s以上）でかつ長距離の光ファイ
バ伝送における外部変調器として利用したり、高速光ス
イッチとして用いたり、或いは短い素子長で低電圧で駆
動する方向性結合器としての利用、光マトリックスとし
ての利用等、光情報処理への応用が可能である。また、
PN接合部の接合容量が少なく、外部印加電圧に対する応
答が早いので、的確でかつ高速な光変調が可能である。
ため、超大容量（1Gb/s以上）でかつ長距離の光ファイ
バ伝送における外部変調器として利用したり、高速光ス
イッチとして用いたり、或いは短い素子長で低電圧で駆
動する方向性結合器としての利用、光マトリックスとし
ての利用等、光情報処理への応用が可能である。また、
PN接合部の接合容量が少なく、外部印加電圧に対する応
答が早いので、的確でかつ高速な光変調が可能である。
【図面の簡単な説明】 第１図は本発明による光変調器の第１の実施例を示す斜
視図、第２図は従来の光変調器の斜視図、第３図は従来
の光変調器の光吸収電流の入射光波長依存性を示すグラ
フ、第４図はハイメサ構造を有する従来の光変調器の斜
視図、第５図は本発明による光変調器の消光比の電圧依
存性を示すグラフ、第６図は本発明による光変調器の光
吸収電流の入射光波長依存性を示すグラフ、第７図は本
発明による光変調器と従来の光変調器の周波数応答特性
図、第８図は本発明による光変調器の第２の実施例を示
す斜視図である。 図中、11…InP結晶基板、12…第１のクラッド層、13…
活性層、13a…量子井戸層、13b…障壁層、14…第２のク
ラッド層、15…第３のクラッド層、16…キャップ層。1
7,18…電極、19…電源。
視図、第２図は従来の光変調器の斜視図、第３図は従来
の光変調器の光吸収電流の入射光波長依存性を示すグラ
フ、第４図はハイメサ構造を有する従来の光変調器の斜
視図、第５図は本発明による光変調器の消光比の電圧依
存性を示すグラフ、第６図は本発明による光変調器の光
吸収電流の入射光波長依存性を示すグラフ、第７図は本
発明による光変調器と従来の光変調器の周波数応答特性
図、第８図は本発明による光変調器の第２の実施例を示
す斜視図である。 図中、11…InP結晶基板、12…第１のクラッド層、13…
活性層、13a…量子井戸層、13b…障壁層、14…第２のク
ラッド層、15…第３のクラッド層、16…キャップ層。1
7,18…電極、19…電源。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 三上 修 東京都千代田区内幸町１丁目１番６号 日 本電信電話株式会社内 (56)参考文献 特開 昭63−147139（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−19823（ＪＰ，Ａ)
Claims (1)
- 【請求項１】InP基板と、 InPと格子整合したIn1-x1-y1Gax1Aly1As（ただし、０≦
y1）よりなる量子井戸層と、InPと格子整合したIn
1-x2-y2Gax2Aly2As（ただし、y1＜y2,0≦x2）よりなり
前記量子井戸層に比し広い禁制帯幅を有する障壁層とを
順次にかつ交互に積層してなる多重量子井戸構造の形態
の活性層と、 一面側が前記InP基板に接し他面側が前記活性層の一面
側に接するように配置された第１の導電型を有しInPと
格子整合したInAlAsよりなる第１のクラッド層と、 一面側が前記活性層の他面上に配置された第１の導電型
を有しInPと格子整合したInAlAsよりなる第２のクラッ
ド層と、 一面側が前記第２のクラッド層の他面上に配置された第
１の導電型とは逆の第２の導電型を有しInPと格子整合
したInAlAsよりなる第３のクラッド層と、 前記第３のクラッド層の他面上に配置された第２の導電
型を有しInPと格子整合したInGaAsよりなるキャップ層
とを備え、 前記第２のクラッド層の他面側の一部と前記第３のクラ
ッド層と前記キャップ層とからメサ部を形成し、かつ、
前記第２のクラッド層と前記第３のクラッド層との接す
る部位を前記メサ部内に設けた ことを特徴とする光変調器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63200156A JPH0760227B2 (ja) | 1988-08-12 | 1988-08-12 | 光変調器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63200156A JPH0760227B2 (ja) | 1988-08-12 | 1988-08-12 | 光変調器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0250124A JPH0250124A (ja) | 1990-02-20 |
| JPH0760227B2 true JPH0760227B2 (ja) | 1995-06-28 |
Family
ID=16419722
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63200156A Expired - Lifetime JPH0760227B2 (ja) | 1988-08-12 | 1988-08-12 | 光変調器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0760227B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP6021679B2 (ja) * | 2012-05-28 | 2016-11-09 | 三菱電機株式会社 | 半導体光変調器 |
| JP2013246343A (ja) * | 2012-05-28 | 2013-12-09 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体光変調器 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63147139A (ja) * | 1986-12-11 | 1988-06-20 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 光方向性結合器およびその製造方法 |
| JPH0219823A (ja) * | 1988-07-07 | 1990-01-23 | Fujitsu Ltd | 超格子光半導体装置 |
-
1988
- 1988-08-12 JP JP63200156A patent/JPH0760227B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0250124A (ja) | 1990-02-20 |
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090628 Year of fee payment: 14 |
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| EXPY | Cancellation because of completion of term | ||
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
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