JPH0921985A - Mach-zehunder modulator and its production - Google Patents
Mach-zehunder modulator and its productionInfo
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、光通信システムや
光情報処理システムにおいて重要なエレメント(要素)
となる光変調器に関し、特に消光比、動作電圧等の諸性
能が光ファイバーとの結合ズレに対して安定性を有する
マッハツェンダー(Mach-Zehnder)変調器の構造及び製
造方法に関する。TECHNICAL FIELD The present invention relates to an important element in an optical communication system or an optical information processing system.
In particular, the present invention relates to a structure and manufacturing method of a Mach-Zehnder modulator having various performances such as extinction ratio and operating voltage that are stable against misalignment with an optical fiber.
【0002】[0002]
【従来の技術】半導体レーザ、光変調器などの導波路型
光デバイスは、高速光通信システム、光情報処理システ
ムのキーエレメントの1つと考えられ、各所で研究開発
が活発化してきている。2. Description of the Related Art A waveguide type optical device such as a semiconductor laser and an optical modulator is considered to be one of the key elements of a high speed optical communication system and an optical information processing system, and research and development have been activated in various places.
【0003】近年、光通信システムの高速・長距離化に
伴い、従来の半導体レーザによる直接変調方式の問題点
が顕在化しつつある。すなわち、半導体レーザ直接変調
方式においては変調時に波長チャーピングが生じ、これ
によりファイバー伝送後の波形が劣化するが、この現象
は信号伝送速度が速いほど、また伝送距離が長いほど顕
著になる。特に、既存の1.3μm零分散型ファイバーを用
いたシステムにおいて、この問題は深刻であり、ファイ
バー伝搬損失の小さい波長1.55μm帯の光源を用いて伝
送距離を伸ばそうとしても、チャーピングに起因する分
散制限により伝送距離が制限される。In recent years, as optical communication systems have become faster and longer distances, the problems of the conventional direct modulation system using semiconductor lasers have become apparent. That is, in the semiconductor laser direct modulation method, wavelength chirping occurs during modulation, which deteriorates the waveform after fiber transmission. This phenomenon becomes more remarkable as the signal transmission speed increases and the transmission distance increases. In particular, this problem is serious in the existing system using 1.3 μm zero-dispersion fiber, and even if an attempt is made to extend the transmission distance using a light source in the wavelength 1.55 μm band with a small fiber propagation loss, it is caused by chirping. The dispersion distance limits the transmission distance.
【0004】この問題は、半導体レーザを一定の光出力
で発光させておき、半導体レーザ出射光を半導体レーザ
とは別の光変調器により変調する外部変調方式を採用す
ることにより解決できる。そのため、近年、外部光変調
器の開発が活発化している。This problem can be solved by causing the semiconductor laser to emit light with a constant light output and adopting an external modulation method in which the emitted light of the semiconductor laser is modulated by an optical modulator different from the semiconductor laser. Therefore, in recent years, the development of the external optical modulator has been activated.
【0005】外部光変調器としては、LiNbO3等の誘電体
を用いたものと、InPやGaAsの半導体を用いたものとが
考えられるが、光アンプ等の他の光素子やFET等の電子
回路との集積化が可能で、小型化、低電圧化も容易な半
導体光変調器への期待が近年高まりつつある。As the external optical modulator, one using a dielectric such as LiNbO 3 and one using a semiconductor such as InP or GaAs can be considered, but other optical elements such as an optical amplifier and electronic elements such as FET. In recent years, expectations have been rising for a semiconductor optical modulator that can be integrated with a circuit and can be easily downsized and reduced in voltage.
【0006】半導体光変調器としては、バルク半導体の
フランツ・ケルデッシュ効果(Franz-Keldysh Effect)
や多重量子井戸構造における量子閉じ込めシュタルク効
果のように、電界を印加することにより吸収端が長波側
へシフトする効果を利用した吸収型光変調器と、バルク
半導体の電気光学効果(ポッケルス効果)や多重量子井
戸構造における量子閉じ込めシュタルク効果のように電
界を印加することにより屈折率が変化する効果を利用し
たマッハツェンダー型変調器が代表的なものである。As a semiconductor optical modulator, the Franz-Keldysh Effect of a bulk semiconductor is used.
Absorption type optical modulators that utilize the effect of shifting the absorption edge to the long-wave side by applying an electric field, such as the quantum confined Stark effect in multiple quantum well structures, and the electro-optic effect (Pockels effect) of bulk semiconductors and A typical Mach-Zehnder type modulator uses the effect of changing the refractive index by applying an electric field like the quantum confined Stark effect in a multiple quantum well structure.
【0007】ところで、吸収型変調器は、半導体レーザ
直接変調方式に比べると波長チャーピルははるかに小さ
いが、それでも零ではない。By the way, the absorption modulator has a wavelength chirp that is much smaller than that of the semiconductor laser direct modulation system, but it is still not zero.
【0008】一方、マッハツェンダー変調器は原理的に
チャーピングを零または負にすることができ、将来の超
高速・長距離光通信用変調器として大きな期待がかけら
れている。On the other hand, the Mach-Zehnder modulator can make the chirping zero or negative in principle, and is expected to be a modulator for future ultrahigh-speed long-distance optical communication.
【0009】半導体マッハツェンダー変調器の例として
は、InGaAs/InAlAs多重量子井戸を導波層としたハイメ
サ型マッハツェンダー変調器が、佐野らにより文献(19
93年電子情報通信学会春季大会講演論文集、分冊4,4
−186頁、講演番号C−150)に報告されている。As an example of the semiconductor Mach-Zehnder modulator, a high-mesa-type Mach-Zehnder modulator using an InGaAs / InAlAs multiple quantum well as a waveguiding layer is described by Sano et al.
Proceedings of the 93rd IEICE Spring Conference, Volumes 4, 4
-186, Lecture No. C-150).
【0010】この報告例では、1.55μmの入射光波長に
対し、6.5nmのInGaAsウェルと6.0nmのInAlAsバリアでMQ
W(Multi-Quantum Well;多重量子井戸)を構成し、そ
のバンドギャップ波長1.45μmとしている。In this report example, for an incident light wavelength of 1.55 μm, an MQA of 6.5 nm and an InAlAs barrier of 6.0 nm are used for MQ.
W (Multi-Quantum Well) is configured and its bandgap wavelength is 1.45 μm.
【0011】導波層はこのInGaAs/InAlAs MQW30周期
よりなり、素子長は1.2mm、電界が印加される2つの位
相変調器部は同一の長さ(0.5mm)、同一の構造を有し
ている。The waveguide layer is composed of this InGaAs / InAlAs MQW30 period, the element length is 1.2 mm, and the two phase modulator sections to which an electric field is applied have the same length (0.5 mm) and the same structure. There is.
【0012】なお、この素子では、波長1.55μmの入射
光に対する変調電圧(半波長電圧)は4.2V、その時の消
光比は13dB、ファイバー間挿入損失は12dBである。In this device, the modulation voltage (half-wavelength voltage) for incident light with a wavelength of 1.55 μm is 4.2 V, the extinction ratio at that time is 13 dB, and the interfiber insertion loss is 12 dB.
【0013】このように、半導体材料、特に多重量子井
戸構造を屈折率変化媒体として用いてマッハツェンダー
変調器を構成すると、LiNbO3などの誘電体材料を用いた
場合の大きさ数十mmに比べて大きさが1mmと非常に小型
の変調器が実現できるという利点がある。As described above, when a Mach-Zehnder modulator is constructed by using a semiconductor material, in particular, a multi-quantum well structure as a refractive index changing medium, the size is several tens of mm when a dielectric material such as LiNbO 3 is used. The advantage is that a very small modulator with a size of 1 mm can be realized.
【0014】ところで、これら単体のマッハツェンダー
変調器は、通常光ファイバー間に設置され、その入出力
端で光学的に光ファイバーとの空間結合がなされてい
る。By the way, these single Mach-Zehnder modulators are usually installed between optical fibers, and their input and output ends are optically spatially coupled with the optical fibers.
【0015】しかしながら、この構成は、実装工程上の
外乱その他の要因により光学的結合にズレを生じ易く、
変調器の消光特性を劣化させることが懸念される。However, in this structure, the optical coupling is apt to be displaced due to the disturbance in the mounting process and other factors,
There is concern that the extinction characteristic of the modulator may deteriorate.
【0016】そこで、実際の光通信システムにおいて
は、前記光学的結合ズレに対して耐性を有する変調器の
実現が望まれている。Therefore, in an actual optical communication system, it is desired to realize a modulator having resistance to the optical coupling deviation.
【0017】[0017]
【発明が解決しようとする課題】上述のように、従来の
半導体マッハツェンダー変調器では、光ファイバー間に
変調器を設置し、光ファイバーと変調器間を光学的に空
間結合しているために、ファイバーと変調器入出力導波
路端との位置ズレによる諸特性の劣化が懸念される。As described above, in the conventional semiconductor Mach-Zehnder modulator, the modulator is installed between the optical fibers and the optical fibers are optically spatially coupled to each other. There is concern about the deterioration of various characteristics due to the positional deviation between the modulator and the input / output waveguide end.
【0018】位置ズレの状態で入射された光波は、入力
導波路を蛇行しながら伝搬し、分岐部において非対称な
状態で分岐される。即ち、2つの分岐光は異なる光強度
と初期位相をもつことになる。A light wave incident in a misaligned state propagates while meandering through an input waveguide and is branched in an asymmetrical state at a branching portion. That is, the two branched lights have different light intensities and initial phases.
【0019】この分岐光間の光強度の違いは、干渉効果
を低下させ消光比劣化を引き起こす。The difference in the light intensity between the branched lights reduces the interference effect and causes the extinction ratio to deteriorate.
【0020】また、分岐光間の初期位相差は変調信号に
対する動作点を変移させ、同様に消光特性を劣化させ
る。Further, the initial phase difference between the branched lights shifts the operating point for the modulated signal, and similarly deteriorates the extinction characteristic.
【0021】従って、実際の光通信システムへの適用に
おいては、外乱その他の要因による光学的な結合ズレ
は、そのシステムの信頼性を著しく低下させるという問
題がある。Therefore, in the actual application to the optical communication system, there is a problem that the optical coupling shift due to the disturbance or other factors significantly lowers the reliability of the system.
【0022】本発明は、上記問題を解消するために、光
ファイバーと入力導波路との光学的結合のズレによって
生じた不整合なエバネッセント成分を分岐部前方で除去
し、蛇行する光波を整形すればよいという知見に基づき
なされたものであり、本発明の目的は、光学的結合ズレ
によって生じた光波を分岐部前方で整形するような機能
を付加することにより、前記結合ズレに対して耐性を有
するマッハツェンダー変調器の構造及び製造方法を提供
することにある。According to the present invention, in order to solve the above problem, if the inconsistent evanescent component caused by the deviation of the optical coupling between the optical fiber and the input waveguide is removed in front of the branch portion, the meandering light wave is shaped. The present invention has been made on the basis of the finding that it is good, and an object of the present invention is to have resistance to the coupling deviation by adding a function of shaping the light wave generated by the optical coupling deviation in front of the branching portion. It is to provide a structure and a manufacturing method of a Mach-Zehnder modulator.
【0023】[0023]
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明は、基板上に、入射光を導波させる入射光導
波路と導波光を2本の導波路へ分配する分岐部と、この
分岐部より分岐された2本の導波路の各々に接続された
位相変調器部及び2つの位相変調器の出力を合波させる
合波部と合波光を出力させる出力光導波路が形成されて
なる導波型マッハツェンダー変調器であって、前記分岐
部前方で不完全導波成分を除去し、導波光の波形整形を
行うために入射光導波路と分岐部との間に光フィルター
部を有することを特徴とするマッハツェンダー変調器を
提供する。In order to achieve the above object, the present invention provides, on a substrate, an incident optical waveguide for guiding incident light and a branching portion for distributing the guided light into two waveguides. A phase modulator section connected to each of the two waveguides branched from the branch section, a multiplexer section for combining the outputs of the two phase modulators, and an output optical waveguide for outputting the combined light are formed. A waveguide type Mach-Zehnder modulator, which has an optical filter section between the incident optical waveguide and the branch section in order to remove the incomplete waveguide component in front of the branch section and shape the waveform of the guided light. A Mach-Zehnder modulator is provided.
【0024】また、本発明は、基板上に、入射光を導波
させる入射光導波路と導波光を2本の導波路へ分配する
分岐部と、この分岐部より分岐された2本の導波路の各
々に接続された位相変調器部及び2つの位相変調器の出
力を合波させる合波部と合波光を出力させる出力光導波
路が形成されてなる導波型マッハツェンダー変調器であ
って、入射光導波路と分岐部との間に入射光導波路と光
導波路の幅が異なる光導波路が挿入されていることを特
徴とするマッハツェンダー変調器を提供する。Further, according to the present invention, an incident optical waveguide for guiding incident light, a branch portion for distributing the guided light into two waveguides, and two waveguides branched from the branch portion are provided on the substrate. A waveguide type Mach-Zehnder modulator comprising a phase modulator section connected to each of the two and a combiner section for combining the outputs of two phase modulators and an output optical waveguide for outputting the combined light, Provided is a Mach-Zehnder modulator in which an optical waveguide having a width different from that of the optical waveguide is inserted between the optical waveguide and the branch portion.
【0025】さらに、本発明は、基板上に、入射光を導
波させる入射光導波路と導波光を2本の導波路へ分配す
る分岐部と、この分岐部より分岐された2本の導波路の
各々に接続された位相変調器部及び2つの位相変調器の
出力を合波させる合波部と合波光を出力させる出力光導
波路が形成されてなる導波型マッハツェンダー変調器で
あって、入射光導波路と分岐部前方との間に入射光導波
路の幅よりも狭い幅を有する光導波路が挿入されている
ことを特徴とするマッハツェンダー変調器を提供する。Further, according to the present invention, an incident optical waveguide for guiding incident light, a branch portion for distributing the guided light into two waveguides, and two waveguides branched from the branch portion are provided on the substrate. A waveguide type Mach-Zehnder modulator comprising a phase modulator section connected to each of the two and a combiner section for combining the outputs of two phase modulators and an output optical waveguide for outputting the combined light, Provided is a Mach-Zehnder modulator characterized in that an optical waveguide having a width narrower than the width of the incident optical waveguide is inserted between the incident optical waveguide and the front of the branch portion.
【0026】本発明においては、好ましくは、基板とし
てニオブ酸リチウムを用いることを特徴とする。The present invention is preferably characterized in that lithium niobate is used as the substrate.
【0027】また、本発明においては、好ましくは、基
板として半導体材料を用いることを特徴とする。Further, in the present invention, preferably, a semiconductor material is used as the substrate.
【0028】そして、本発明は、半導体基板上に半導体
バッファ層、半導体導波層、半導体クラッド層を順次積
層した後に、前記半導体クラッド層上部に選択成長用の
誘電体マスクを形成し、次に、該誘電体マスクを用いて
形成された空隙部に半導体クラッド層及び半導体キャッ
プ層を選択的に形成し、該半導体キャップ層上にマッハ
ツェンダー変調器の位相変調器部の半導体導波層に電界
を印加するための電極を設ける、各工程を含み、前記選
択成長用の誘電体マスクには、マッハツェンダー変調器
の入射光導波路と分岐部との間の光導波路として前記入
射光導波路と幅が異なる光導波路が形成されるようにパ
ターン形成されたことを特徴とするマッハツェンダー変
調器の製造方法を提供する。According to the present invention, a semiconductor buffer layer, a semiconductor waveguiding layer and a semiconductor clad layer are sequentially laminated on a semiconductor substrate, and then a dielectric mask for selective growth is formed on the semiconductor clad layer. , A semiconductor clad layer and a semiconductor cap layer are selectively formed in the void formed by using the dielectric mask, and an electric field is applied to the semiconductor waveguide layer of the phase modulator section of the Mach-Zehnder modulator on the semiconductor cap layer. An electrode for applying is included, including each step, in the dielectric mask for selective growth, the incident optical waveguide and the width as an optical waveguide between the incident optical waveguide and the branch portion of the Mach-Zehnder modulator. Provided is a method for manufacturing a Mach-Zehnder modulator, which is characterized in that patterns are formed so that different optical waveguides are formed.
【0029】さらに、本発明は、(a)半導体基板上に半
導体バッファ層、半導体導波層、半導体クラッド層を順
次積層する工程と、(b)前記クラッド層上部に選択成長
用の誘電体マスクを形成する工程と、(c)該誘電体マス
クにより形成された空隙部に半導体クラッド層及び半導
体キャップ層を選択的に形成する工程と、(d)基板の上
面全体に所定の誘電体保護膜を形成する工程と、(e)マ
ッハツェンダー変調器の位相変調器部に相当する部位の
前記誘電体保護膜を除去する工程と、(f)前記誘電体保
護膜を除去して露出された前記半導体キャップ層の上に
前記位相変調器部の半導体導波層に電界を印加するため
の電極を形成する工程と、(g)前記電極下部以外の前記
誘電体保護膜を除去する工程と、を含み、前記誘電体マ
スクにおいて、半導体マッハツェンダー変調器の入射光
導波路と分岐部との間に入射光導波路と光導波路の幅が
異なる光導波路が形成されるように、前記誘電体マスク
の空隙部の幅が異ならしめられていることを特徴とする
マッハツェンダー変調器の製造方法を提供する。Further, the present invention comprises (a) a step of sequentially laminating a semiconductor buffer layer, a semiconductor waveguide layer and a semiconductor clad layer on a semiconductor substrate, and (b) a dielectric mask for selective growth on the clad layer. A step of (c) selectively forming a semiconductor clad layer and a semiconductor cap layer in the void formed by the dielectric mask, and (d) a predetermined dielectric protective film on the entire upper surface of the substrate. And (e) a step of removing the dielectric protective film in a portion corresponding to the phase modulator part of the Mach-Zehnder modulator, and (f) the exposed dielectric protective film being removed. A step of forming an electrode for applying an electric field to the semiconductor waveguide layer of the phase modulator portion on the semiconductor cap layer, and (g) a step of removing the dielectric protective film other than the electrode lower portion, In the dielectric mask, the semiconductor Mach The width of the void portion of the dielectric mask is made different so that an optical waveguide having a different width between the incident optical waveguide and the optical waveguide is formed between the incident optical waveguide and the branch portion of the Der modulator. A method for manufacturing a characteristic Mach-Zehnder modulator is provided.
【0030】[0030]
【作用】以下に、図5、図6、図7、図8を用いて本発
明の半導体マッハツェンダー変調器の原理・作用を説明
する。The principle and operation of the semiconductor Mach-Zehnder modulator of the present invention will be described below with reference to FIGS. 5, 6, 7 and 8.
【0031】図5及び図6は、それぞれ従来のマッハツ
ェンダー変調器と、フィルター機能を付加した本発明の
マッハツェンダー変調器において、光学的結合ズレを有
する光波の伝搬の様子を示している。FIGS. 5 and 6 show how a light wave having an optical coupling shift propagates in the conventional Mach-Zehnder modulator and the Mach-Zehnder modulator of the present invention to which a filter function is added, respectively.
【0032】また、図7及び図8は、それぞれ従来のマ
ッハツェンダー変調器と、フィルター機能を付加した本
発明のマッハツェンダー変調器に対応する2つの分岐光
の光強度比と初期位相差を示している。なお、図7の光
強度比(パワー分岐比)は、図9に示すように分岐部
(Y-Splitter)にて分岐された2つの分岐光のパワーを
それぞれP1、P2とした際に10log(P1/P
2)で与えられる。また、図8の初期位相差は、図9の
2つの分岐光の位相をそれぞれφ1、φ2とした際に|
φ1−φ2|で与えられる。7 and 8 show the light intensity ratio and the initial phase difference of two branched lights corresponding to the conventional Mach-Zehnder modulator and the Mach-Zehnder modulator of the present invention to which a filter function is added, respectively. ing. The light intensity ratio (power splitting ratio) of FIG. 7 is 10 log (s) when the powers of the two split lights split by the splitting unit (Y-Splitter) are P1 and P2, respectively, as shown in FIG. P1 / P
Given in 2). Further, the initial phase difference in FIG. 8 is | when the phases of the two branched lights in FIG. 9 are φ1 and φ2, respectively.
It is given by φ1-φ2 |.
【0033】本発明のマッハツェンダー変調器では、分
岐部前段に設けられたフィルター部で不整合なエバネッ
セント成分が放射されることにより、導波光は波形整形
され、分岐部で生じた2つの光波間での強度比及び初期
位相差の差異が小さく、分岐光の対称性が保たれる。In the Mach-Zehnder modulator of the present invention, the guided light is waveform-shaped by irradiating the mismatched evanescent component in the filter portion provided in the preceding stage of the branching portion, and the two light waves generated in the branching portion. The difference between the intensity ratio and the initial phase difference is small, and the symmetry of the branched light is maintained.
【0034】これに対して、従来のマッハツェンダー変
調器では、導波光の蛇行により2つの分岐光間で強度比
及び初期位相差の差異が大きくなり、分岐光間に非対称
が生じる。On the other hand, in the conventional Mach-Zehnder modulator, the meandering of the guided light causes a large difference in the intensity ratio and the initial phase difference between the two branched lights, resulting in asymmetry between the branched lights.
【0035】このように、本発明のマッハツェンダー変
調器は、分岐部前方に不整合光波成分を除去するような
フィルター機能を有しており、光学的結合ズレにより生
じた蛇行する不完全な導波光を波形整形した後に、分岐
部に送波するしくみとなっている。As described above, the Mach-Zehnder modulator according to the present invention has a filter function for removing a mismatched light wave component in front of the branching portion, and the meandering incomplete guiding caused by the optical coupling deviation. After the wave light is shaped, it is sent to the branch.
【0036】これにより、本発明のマッハツェンダー変
調器では、2つの分岐光間に生じる光強度差及び初期位
相差を抑制し、前記結合ズレによって生じる消光特性の
劣化を防ぐことができる構造となっている。As a result, the Mach-Zehnder modulator of the present invention has a structure capable of suppressing the light intensity difference and the initial phase difference generated between the two branched lights and preventing the deterioration of the extinction characteristic caused by the coupling shift. ing.
【0037】[0037]
【発明の実施の形態】図面を参照して、本発明の実施の
形態を以下に詳細に説明する。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings.
【0038】図1は、本発明の一実施形態に係るマッハ
ツェンダー変調器として、InP系多重量子井戸をガイド
層とする半導体マッハツェンダー変調器の構成を説明す
るための斜視図である。FIG. 1 is a perspective view for explaining the structure of a semiconductor Mach-Zehnder modulator having an InP multiple quantum well as a guide layer as a Mach-Zehnder modulator according to an embodiment of the present invention.
【0039】まず図1に示した半導体マッハツェンダー
変調器の製造方法について図2及び図3を用いて説明す
る。なお、図2(A)から図3(F)は、図1に示した
A−A′線の断面を製造工程順に模式的に示している。First, a method of manufacturing the semiconductor Mach-Zehnder modulator shown in FIG. 1 will be described with reference to FIGS. 2A to 3F schematically show cross-sections along the line AA ′ shown in FIG. 1 in the order of manufacturing steps.
【0040】まず、(100)面方位のn-InP基板10
1上全面に、n-Inpバッファー層102(膜厚0.5μm、
キャリアー濃度5×1017cm-3)、i-InGaAs PMQW導波層
(ガイド層)103(InGaAsP(10nm)/InP(5nm)20周
期:膜厚0.3μm、キャリアー濃度5×1015cm-3)、i-InP
クラッド層104(層厚0.05μm、キャリアー濃度5×10
15cm-3)を順次積層する(図2(A)参照)。First, the (100) plane oriented n-InP substrate 10
N-Inp buffer layer 102 (film thickness 0.5 μm,
Carrier concentration 5 × 10 17 cm -3 ), i-InGaAs PMQW waveguide layer (guide layer) 103 (InGaAsP (10 nm) / InP (5 nm) 20 periods: film thickness 0.3 μm, carrier concentration 5 × 10 15 cm -3 ), I-InP
Clad layer 104 (layer thickness 0.05 μm, carrier concentration 5 × 10
15 cm −3 ) are sequentially laminated (see FIG. 2 (A)).
【0041】次に、i-InPクラッド層104全面に、選
択成長用の誘電体マスクとなる膜厚1200オングストロー
ム(120nm)のSiO2膜を形成する。続いて、通常のフォ
トリソグラフィー技術を用いて上記SiO2膜をパターニン
グし、選択成長用SiO2マスク201を形成する(図2
(B)参照)。Next, a SiO 2 film having a film thickness of 1200 Å (120 nm) to be a dielectric mask for selective growth is formed on the entire surface of the i-InP clad layer 104. Then, the SiO 2 film is patterned by using a normal photolithography technique to form a SiO 2 mask 201 for selective growth (FIG. 2).
(B)).
【0042】図4に、選択成長用SiO2マスク201のウ
ェハー上面から見たパターンを示す。FIG. 4 shows a pattern of the selective growth SiO 2 mask 201 seen from the upper surface of the wafer.
【0043】分岐部113の前方に導波路幅の狭いフィ
ルター部112を形成する(図1参照)ために、図4に
示すように、選択成長用SiO2マスク201の形状におい
ても対応する位置のマスク開口部を狭くしている。In order to form the filter portion 112 having a narrow waveguide width in front of the branch portion 113 (see FIG. 1), as shown in FIG. 4, the shape of the SiO 2 mask 201 for selective growth has a corresponding position. The mask opening is narrowed.
【0044】次に、該SiO2膜をマスクとしてその空隙部
に選択MOVPE成長を用いてp-InPクラッド層10
5、p-InGaAsキャップ層106を順次積層する(図2
(C)参照)。Next, using the SiO 2 film as a mask, p-InP cladding layer 10 is formed in the voids by selective MOVPE growth.
5, p-InGaAs cap layer 106 is sequentially laminated (see FIG. 2).
(C)).
【0045】続いて、ウェハー全面にポリイミド膜を塗
布し、p-InGaAsキャップ層106が露出するまで該ポリ
イミド膜を一様に除去する(図2(D)参照)。Subsequently, a polyimide film is applied to the entire surface of the wafer, and the polyimide film is uniformly removed until the p-InGaAs cap layer 106 is exposed (see FIG. 2D).
【0046】露出したp-InGaAsキャップ層106上部に
Cr/Auからなるp側電極109を形成し、p側電極10
9下部以外のポリイミド膜を除去する(図3(E))。
p側電極109下部以外のポリイミド膜を除去すること
により、後の素子のへき開工程を容易化する。On the exposed p-InGaAs cap layer 106,
The p-side electrode 109 made of Cr / Au is formed, and the p-side electrode 10 is formed.
9. The polyimide film except the lower part is removed (FIG. 3 (E)).
By removing the polyimide film other than the lower part of the p-side electrode 109, the subsequent cleaving process of the element is facilitated.
【0047】次に、n-InP基板101の裏面にCr/Auか
らなるn側電極108を形成する(図3(F)参照)。Next, the n-side electrode 108 made of Cr / Au is formed on the back surface of the n-InP substrate 101 (see FIG. 3F).
【0048】最後に素子をへき開し、へき開端面に無反
射コーティングを施して素子製作を終了する。Finally, the device is cleaved, and the cleaved end face is coated with a non-reflective coating to complete the device fabrication.
【0049】以上の製造方法により製作された図1に示
した半導体マッハツェンダー変調器に対して、入射導波
路端に光波の基本モードをずらして入射した時の光導波
路の計算結果を図5に示す。FIG. 5 shows the calculation result of the optical waveguide when the fundamental mode of the light wave is shifted and incident on the end of the incident waveguide in the semiconductor Mach-Zehnder modulator shown in FIG. 1 manufactured by the above manufacturing method. Show.
【0050】また、図6にフィルター構造を導入しない
場合の光波伝搬の様子を示す。FIG. 6 shows how light waves propagate when no filter structure is introduced.
【0051】図5と図6の比較から、フィルター構造を
導入した本実施形態によれば、分岐部前方で光波の蛇行
が抑制され、分岐後の2つの導波光強度の非対称性が改
善されている。From the comparison between FIG. 5 and FIG. 6, according to the present embodiment in which the filter structure is introduced, the meandering of the light wave is suppressed in the front of the branching portion, and the asymmetry of the two guided light intensities after the branching is improved. There is.
【0052】さらに、図7及び図8は、それぞれ分岐部
直後2つの導波光間の強度比及び位相差の計算結果を示
したものである。Further, FIGS. 7 and 8 show the calculation results of the intensity ratio and the phase difference between the two guided lights immediately after the branching portion, respectively.
【0053】フィルター機能を有する本実施形態の構造
においては、フィルター機能を導入しない場合に比べて
光強度比及び位相差の両方においてその差異が低減さ
れ、対称性が保たれている。In the structure of this embodiment having the filter function, the difference in both the light intensity ratio and the phase difference is reduced as compared with the case where the filter function is not introduced, and the symmetry is maintained.
【0054】このように、分岐部の前方(前段側)にお
ける導波路の幅の一部を狭くしたようなフィルター構造
を有する本実施形態のマッハツェンダー変調器は、光フ
ァイバーとの光学的な結合ズレに対して耐性を有し、光
通信システムの構築に際し、信頼性を確保することが可
能となる。As described above, the Mach-Zehnder modulator of the present embodiment having the filter structure in which a part of the width of the waveguide in the front part (front side) of the branching part is narrowed is the optical coupling deviation with the optical fiber. It is possible to secure reliability when constructing an optical communication system.
【0055】また、本実施形態の半導体マッハツェンダ
ー変調器の製造方法では、選択MOVPE成長法を用い
ることによりフィルター部を含めたリッジ導波路を一括
形成しており、エッチング工程が不要(すなわちクラッ
ド層105、キャップ層106等は選択成長で形成され
エッチング工程は不要)であることから、同一ウェハー
上で均一にかつ再現性良く、本実施形態のマッハツェン
ダー変調器を実現することができる。Further, in the method of manufacturing the semiconductor Mach-Zehnder modulator of the present embodiment, the ridge waveguide including the filter portion is collectively formed by using the selective MOVPE growth method, and the etching step is unnecessary (that is, the cladding layer). Since 105, the cap layer 106 and the like are formed by selective growth and an etching process is not necessary), the Mach-Zehnder modulator of this embodiment can be realized uniformly and with good reproducibility on the same wafer.
【0056】なお、図1に示しマッハツェンダー変調器
においては、電極容量の低減化を図るためにパット電極
下部にポリイミド膜601を厚く積層しているので、高
速変調が可能な構造となっている。In the Mach-Zehnder modulator shown in FIG. 1, since the polyimide film 601 is thickly laminated under the pad electrode in order to reduce the electrode capacitance, it has a structure capable of high speed modulation. .
【0057】本発明は、上記の実施形態に限定されるも
のではない。上記実施形態としては、InP系の多重量子
井戸構造のマッハツェンダー変調器を例に説明したが、
本発明は、これに限るものではなく、Al系のInGaAs/In
AlAs多重量子井戸に対しても適用できる。また、本発明
は、多重量子井戸型導波路構造のみならずバルク型導波
路構造のマッハツェンダー変調器に対しても同様に適用
可能である。さらに、本発明は、上記実施形態で示した
素子形状、即ち各層の厚さや各層の組成及び導波路寸法
等に限定されるものではないことは勿論である。The present invention is not limited to the above embodiment. In the above embodiment, the Mach-Zehnder modulator having an InP-based multiple quantum well structure has been described as an example.
The present invention is not limited to this, but Al-based InGaAs / In
It can also be applied to AlAs multiple quantum wells. Further, the present invention can be similarly applied to a Mach-Zehnder modulator having a bulk type waveguide structure as well as a multiple quantum well type waveguide structure. Further, it is needless to say that the present invention is not limited to the element shape shown in the above-described embodiment, that is, the thickness of each layer, the composition of each layer, the waveguide size, and the like.
【0058】[0058]
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
光ファイバーとの光学的な結合ズレに対して消光特性の
劣化を抑制し、信頼性の高い変調動作を有するマッハツ
ェンダー変調器を実現することができるという効果を有
する。As described above, according to the present invention,
There is an effect that it is possible to realize a Mach-Zehnder modulator having a highly reliable modulation operation by suppressing the deterioration of the extinction characteristic due to the optical coupling deviation with the optical fiber.
【0059】特に、半導体マッハツェンダー変調器の製
作において、本発明では、半導体エッチング工程を用い
ずに、選択成長の差異のマスクとなる薄い誘電体膜(例
えばSiO2)をエッチングによりパターニングし、選択的
な結晶成長により導波路構造を形成する。このため、薄
い誘電体膜を広い面積に渡って、再現性よく、微細にパ
ターニングすることは、半導体をμmオーダの深さにエ
ッチングする場合に比べるとはるかに容易である。従っ
て、本発明の製造方法によれば、光学的結合ズレに対し
て消光特性の劣化耐性を有するマッハツェンダー変調器
を再現性よく、ウェハー上の広い面積に渡って製造する
ことができる。In particular, in the manufacture of a semiconductor Mach-Zehnder modulator, the present invention does not use a semiconductor etching process, but patterns a thin dielectric film (for example, SiO 2 ) serving as a mask for the difference in selective growth by etching and selects it. A waveguide structure is formed by dynamic crystal growth. Therefore, fine patterning of a thin dielectric film over a large area with good reproducibility is much easier than etching a semiconductor to a depth of the order of μm. Therefore, according to the manufacturing method of the present invention, a Mach-Zehnder modulator having resistance to deterioration of extinction characteristics against optical coupling deviation can be manufactured with good reproducibility and over a wide area on a wafer.
【図1】本発明の一実施形態であるInGaAsP/InP多重量
子井戸マッハツェンダー変調器の構造を示す斜視図であ
る。FIG. 1 is a perspective view showing the structure of an InGaAsP / InP multiple quantum well Mach-Zehnder modulator which is an embodiment of the present invention.
【図2】本発明の一実施形態に係るInGaAsP/InP多重量
子井戸マッハツェンダー変調器の製造方法を製造工程順
に説明するための図である。FIG. 2 is a diagram for explaining the manufacturing method of the InGaAsP / InP multiple quantum well Mach-Zehnder modulator according to the embodiment of the present invention in the order of manufacturing steps.
【図3】本発明の一実施形態に係るInGaAsP/InP多重量
子井戸マッハツェンダー変調器の製造方法を製造工程順
に説明するための図である。FIG. 3 is a diagram for explaining the manufacturing method of the InGaAsP / InP multiple quantum well Mach-Zehnder modulator according to the embodiment of the present invention in the order of manufacturing steps.
【図4】本発明の一実施形態に係るInGaAsP/InP多重量
子井戸マッハツェンダー変調器を製造する際の選択成長
用マスクパターンの例を示す平面図である。FIG. 4 is a plan view showing an example of a mask pattern for selective growth when manufacturing an InGaAsP / InP multiple quantum well Mach-Zehnder modulator according to an embodiment of the present invention.
【図5】フィルター構造を有する本発明の一実施形態の
マッハツェンダー変調器における光波伝搬の様子を示す
計算結果の斜視図である。FIG. 5 is a perspective view of a calculation result showing a state of light wave propagation in the Mach-Zehnder modulator of one embodiment of the present invention having a filter structure.
【図6】従来のマッハツェンダー変調器における光波伝
搬の様子を示す計算結果の斜視図である。FIG. 6 is a perspective view of a calculation result showing a state of light wave propagation in a conventional Mach-Zehnder modulator.
【図7】本発明の一実施形態に係るマッハツェンダー変
調器及び従来のマッハツェンダー変調器における分岐部
直後の分岐光間の光強度比の計算結果を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing a calculation result of a light intensity ratio between split lights immediately after a split portion in a Mach-Zehnder modulator according to an embodiment of the present invention and a conventional Mach-Zehnder modulator.
【図8】本発明の一実施形態に係るマッハツェンダー変
調器及び従来のマッハツェンダー変調器における分岐部
直後の分岐光間の位相差の計算結果を示す図である。FIG. 8 is a diagram showing a calculation result of a phase difference between branched lights immediately after a branching portion in a Mach-Zehnder modulator according to an embodiment of the present invention and a conventional Mach-Zehnder modulator.
【図9】分岐部(Y-Splitter)直後の分岐光間のパワー
と位相差の関係を模式的に説明するための図である。FIG. 9 is a diagram for schematically explaining the relationship between the power and the phase difference between the split lights immediately after the split unit (Y-Splitter).
101 n-InP基板 102 n-InPバッファ層 103 i-InGaAsP/InP MQWガイド層 104 i-InPクラッド層 105 p-InPクラッド層 106 p-InGaAsキャップ層 108 n側電極 109 p側電極 601 ポリイミド膜 111 入射光導波路 112 フィルター部 113 分岐部 114 位相変調器部 115 合波部 116 出力光導波路部 201 選択成長用SiO2マスク101 n-InP substrate 102 n-InP buffer layer 103 i-InGaAsP / InP MQW guide layer 104 i-InP clad layer 105 p-InP clad layer 106 p-InGaAs cap layer 108 n-side electrode 109 p-side electrode 601 polyimide film 111 Incident optical waveguide 112 Filter section 113 Branching section 114 Phase modulator section 115 Multiplexing section 116 Output optical waveguide section 201 SiO 2 mask for selective growth
Claims (8)
路と、導波光を2本の導波路へ分配する分岐部と、該分
岐部より分岐された2本の導波路にそれぞれ接続された
位相変調器部と、該2つの位相変調器の出力を合波させ
る合波部と、合波光を出力させる出力光導波路と、が形
成されてなる導波型マッハツェンダー変調器であって、 前記入射光導波路と前記分岐部との間に、前記分岐部前
方にて不完全導波成分を除去し導波光の波形整形を行う
光フィルター部を有することを特徴とするマッハツェン
ダー変調器。1. An incident optical waveguide for guiding incident light on a substrate, a branch portion for distributing the guided light into two waveguides, and two waveguides branched from the branch portion, respectively. A waveguide-type Mach-Zehnder modulator including: a phase modulator section, a multiplexing section for combining outputs of the two phase modulators, and an output optical waveguide for outputting combined light. A Mach-Zehnder modulator having, between the incident optical waveguide and the branching section, an optical filter section for removing an incomplete guided wave component in front of the branching section and shaping the waveform of the guided light.
路と、導波光を2本の導波路へ分配する分岐部と、該分
岐部より分岐された2本の導波路にそれぞれ接続された
位相変調器部と、該2つの位相変調器の出力を合波させ
る合波部と、合波光を出力させる出力光導波路と、が形
成されてなる導波型マッハツェンダー変調器であって、 前記入射光導波路と前記分岐部との間に前記入射光導波
路と光導波路の幅が異なる光導波路が挿入されているこ
とを特徴とするマッハツェンダー変調器。2. An incident optical waveguide for guiding incident light, a branching portion for distributing the guided light into two waveguides, and two waveguides branched from the branching portion are respectively connected on a substrate. A waveguide-type Mach-Zehnder modulator including: a phase modulator section, a multiplexing section for combining outputs of the two phase modulators, and an output optical waveguide for outputting combined light. A Mach-Zehnder modulator, wherein an optical waveguide having a different width between the incident optical waveguide and the optical waveguide is inserted between the incident optical waveguide and the branch portion.
路と、導波光を2本の導波路へ分配する分岐部と、該分
岐部より分岐された2本の導波路にそれぞれ接続された
位相変調器部と、該2つの位相変調器の出力を合波させ
る合波部と、合波光を出力させる出力光導波路と、が形
成されてなる導波型マッハツェンダー変調器であって、 前記入射光導波路と前記分岐部前方との間に前記入射光
導波路の幅よりも狭い幅を有する光導波路が挿入されて
いることを特徴とするマッハツェンダー変調器。3. An incident optical waveguide for guiding incident light, a branch portion for distributing the guided light into two waveguides, and two waveguides branched from the branch portion are respectively connected on a substrate. A waveguide-type Mach-Zehnder modulator including: a phase modulator section, a multiplexing section for combining outputs of the two phase modulators, and an output optical waveguide for outputting combined light. A Mach-Zehnder modulator characterized in that an optical waveguide having a width narrower than that of the incident optical waveguide is inserted between the incident optical waveguide and the front of the branch portion.
を特徴とする請求項1から3のいずれか一に記載のマッ
ハツェンダー変調器。4. The Mach-Zehnder modulator according to claim 1, wherein the substrate is made of lithium niobate.
とする請求項1から3のいずれか一に記載のマッハツェ
ンダー変調器。5. The Mach-Zehnder modulator according to claim 1, wherein the substrate is made of a semiconductor material.
導波層、半導体クラッド層を順次積層した後に、 前記半導体クラッド層上部に選択成長用の誘電体マスク
を形成し、 次に、該誘電体マスクを用いて形成された空隙部に第2
の半導体クラッド層及び半導体キャップ層を選択的に形
成し、 該半導体キャップ層上にマッハツェンダー変調器の位相
変調器部の半導体導波層に電界を印加するための電極を
設ける、各工程を含み、 前記選択成長用の誘電体マスクには、前記マッハツェン
ダー変調器の入射光導波路と分岐部との間の光導波路と
して前記入射光導波路と幅が異なる光導波路が形成され
るようにパターン形成されたことを特徴とするマッハツ
ェンダー変調器の製造方法。6. A semiconductor buffer layer, a semiconductor waveguide layer, and a semiconductor clad layer are sequentially stacked on a semiconductor substrate, and a dielectric mask for selective growth is formed on the semiconductor clad layer. Second in the void formed using the mask
Selectively forming a semiconductor clad layer and a semiconductor cap layer, and providing an electrode for applying an electric field to the semiconductor waveguide layer of the phase modulator section of the Mach-Zehnder modulator on the semiconductor cap layer. The dielectric mask for selective growth is patterned so that an optical waveguide having a width different from that of the incident optical waveguide is formed as an optical waveguide between the incident optical waveguide and the branch portion of the Mach-Zehnder modulator. A method of manufacturing a Mach-Zehnder modulator characterized by the above.
導体導波層、半導体クラッド層を順次積層する工程と、 (b)前記クラッド層上部に選択成長用の誘電体マスクを
形成する工程と、 (c)該誘電体マスクにより形成された空隙部に半導体ク
ラッド層及び半導体キャップ層を選択的に形成する工程
と、 (d)基板の上面全体に所定の誘電体保護膜を形成する工
程と、 (e)マッハツェンダー変調器の位相変調器部に相当する
部位の前記誘電体保護膜を除去する工程と、 (f)前記誘電体保護膜を除去して露出された前記半導体
キャップ層の上に前記位相変調器部の半導体導波層に電
界を印加するための電極を形成する工程と、 (g)前記電極下部以外の前記誘電体保護膜を除去する工
程と、 を含み、 前記誘電体マスクにおいて、半導体マッハツェンダー変
調器の入射光導波路と分岐部との間に入射光導波路と光
導波路の幅が異なる光導波路が形成されるように、前記
誘電体マスクの空隙部の幅が異ならしめられていること
を特徴とするマッハツェンダー変調器の製造方法。7. A step of sequentially laminating a semiconductor buffer layer, a semiconductor waveguide layer, and a semiconductor clad layer on a semiconductor substrate, and a step of forming a dielectric mask for selective growth on the clad layer. (C) a step of selectively forming a semiconductor clad layer and a semiconductor cap layer in the void formed by the dielectric mask, and (d) a step of forming a predetermined dielectric protective film on the entire upper surface of the substrate. And (e) a step of removing the dielectric protective film in a portion corresponding to the phase modulator portion of the Mach-Zehnder modulator, and (f) removing the dielectric protective film and exposing the exposed semiconductor cap layer. The step of forming an electrode for applying an electric field to the semiconductor waveguiding layer of the phase modulator section above, and (g) the step of removing the dielectric protective film other than the lower part of the electrode, wherein: In the body mask, semiconductor Mach-Zehnder modulator The Mach is characterized in that the widths of the void portions of the dielectric mask are made different so that optical waveguides having different widths are formed between the incident optical waveguide and the branch portion. Manufacturing method of Zender modulator.
が少なくともポリイミド膜を含み、 前記工程(g)において、前記電極下部以外の前記ポリ
イミド膜を除去することを特徴とする請求項7記載のマ
ッハツェンダー変調器の製造方法。8. The predetermined dielectric protective film in the step (d) includes at least a polyimide film, and in the step (g), the polyimide film other than the lower portion of the electrode is removed. 7. A method for manufacturing a Mach-Zehnder modulator according to 7.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP7196087A JPH0921985A (en) | 1995-07-07 | 1995-07-07 | Mach-zehunder modulator and its production |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (1)
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JPH0921985A true JPH0921985A (en) | 1997-01-21 |
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JP (1) | JPH0921985A (en) |
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- 1995-07-07 JP JP7196087A patent/JPH0921985A/en active Pending
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