JPH09318918A - 半導体光変調器 - Google Patents
半導体光変調器Info
- Publication number
- JPH09318918A JPH09318918A JP8134704A JP13470496A JPH09318918A JP H09318918 A JPH09318918 A JP H09318918A JP 8134704 A JP8134704 A JP 8134704A JP 13470496 A JP13470496 A JP 13470496A JP H09318918 A JPH09318918 A JP H09318918A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- optical modulator
- well
- semiconductor optical
- quantum well
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 title claims description 38
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims description 31
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 claims abstract description 29
- 230000005684 electric field Effects 0.000 claims abstract description 29
- 230000007423 decrease Effects 0.000 claims abstract description 12
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 claims description 17
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 claims description 8
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 7
- 230000005428 wave function Effects 0.000 claims description 7
- 230000007704 transition Effects 0.000 claims description 3
- 230000008033 biological extinction Effects 0.000 abstract description 9
- 239000004020 conductor Substances 0.000 abstract description 2
- 230000005701 quantum confined stark effect Effects 0.000 description 12
- 238000000034 method Methods 0.000 description 10
- 238000000862 absorption spectrum Methods 0.000 description 9
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 7
- 230000008859 change Effects 0.000 description 7
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 7
- 229910000530 Gallium indium arsenide Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 5
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 4
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 4
- 238000005424 photoluminescence Methods 0.000 description 4
- 230000008569 process Effects 0.000 description 4
- HQWPLXHWEZZGKY-UHFFFAOYSA-N diethylzinc Chemical compound CC[Zn]CC HQWPLXHWEZZGKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 2
- 239000007888 film coating Substances 0.000 description 2
- 238000009501 film coating Methods 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 description 2
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 2
- 238000000059 patterning Methods 0.000 description 2
- RGGPNXQUMRMPRA-UHFFFAOYSA-N triethylgallium Chemical compound CC[Ga](CC)CC RGGPNXQUMRMPRA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- IBEFSUTVZWZJEL-UHFFFAOYSA-N trimethylindium Chemical compound C[In](C)C IBEFSUTVZWZJEL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000000927 vapour-phase epitaxy Methods 0.000 description 2
- XYFCBTPGUUZFHI-UHFFFAOYSA-N Phosphine Chemical compound P XYFCBTPGUUZFHI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000005699 Stark effect Effects 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- RBFQJDQYXXHULB-UHFFFAOYSA-N arsane Chemical compound [AsH3] RBFQJDQYXXHULB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000001505 atmospheric-pressure chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 238000005253 cladding Methods 0.000 description 1
- 230000006837 decompression Effects 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 1
- PZPGRFITIJYNEJ-UHFFFAOYSA-N disilane Chemical compound [SiH3][SiH3] PZPGRFITIJYNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 238000000407 epitaxy Methods 0.000 description 1
- KTWOOEGAPBSYNW-UHFFFAOYSA-N ferrocene Chemical compound [Fe+2].C=1C=C[CH-]C=1.C=1C=C[CH-]C=1 KTWOOEGAPBSYNW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 239000012808 vapor phase Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
- G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour
- G02F1/015—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour based on semiconductor elements having potential barriers, e.g. having a PN or PIN junction
- G02F1/017—Structures with periodic or quasi periodic potential variation, e.g. superlattices, quantum wells
- G02F1/01725—Non-rectangular quantum well structures, e.g. graded or stepped quantum wells
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y20/00—Nanooptics, e.g. quantum optics or photonic crystals
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
- G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour
- G02F1/015—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour based on semiconductor elements having potential barriers, e.g. having a PN or PIN junction
- G02F1/0155—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour based on semiconductor elements having potential barriers, e.g. having a PN or PIN junction modulating the optical absorption
- G02F1/0157—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour based on semiconductor elements having potential barriers, e.g. having a PN or PIN junction modulating the optical absorption using electro-absorption effects, e.g. Franz-Keldysh [FK] effect or quantum confined stark effect [QCSE]
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
- G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour
- G02F1/015—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour based on semiconductor elements having potential barriers, e.g. having a PN or PIN junction
- G02F1/017—Structures with periodic or quasi periodic potential variation, e.g. superlattices, quantum wells
- G02F1/01708—Structures with periodic or quasi periodic potential variation, e.g. superlattices, quantum wells in an optical wavequide structure
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
- G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour
- G02F1/015—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour based on semiconductor elements having potential barriers, e.g. having a PN or PIN junction
- G02F1/017—Structures with periodic or quasi periodic potential variation, e.g. superlattices, quantum wells
- G02F1/01725—Non-rectangular quantum well structures, e.g. graded or stepped quantum wells
- G02F1/0175—Non-rectangular quantum well structures, e.g. graded or stepped quantum wells with a spatially varied well profile, e.g. graded or stepped quantum wells
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
- G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour
- G02F1/015—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour based on semiconductor elements having potential barriers, e.g. having a PN or PIN junction
- G02F1/017—Structures with periodic or quasi periodic potential variation, e.g. superlattices, quantum wells
- G02F1/01766—Strained superlattice devices; Strained quantum well devices
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Nonlinear Science (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Biophysics (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)
- Optical Integrated Circuits (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 光吸収層が量子井戸構造である電界吸収型光
変調器において、低駆動電圧化および、オン／オフ比
（消光比）の拡大を図る。 【構成】 光吸収層に量子井戸構造を導入した、電界吸
収型光変調器において、１つの量子井戸内において、電
子親和力と価電子帯上端のエネルギーが、積層方向で、
一方が増加し他方が減少する様なポテンシャル構造と
し、ビルトイン電界を打ち消す構造を提供するものであ
るため、無バイアス時の吸収ピークが狭くなり低駆動電
圧化と消光比の拡大を実現する。
変調器において、低駆動電圧化および、オン／オフ比
（消光比）の拡大を図る。 【構成】 光吸収層に量子井戸構造を導入した、電界吸
収型光変調器において、１つの量子井戸内において、電
子親和力と価電子帯上端のエネルギーが、積層方向で、
一方が増加し他方が減少する様なポテンシャル構造と
し、ビルトイン電界を打ち消す構造を提供するものであ
るため、無バイアス時の吸収ピークが狭くなり低駆動電
圧化と消光比の拡大を実現する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体光変調器に関
する。
する。
【０００２】
【従来の技術】電界吸収型（ＥＡ：Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ａ
ｂｓｏｒｐｔｉｏｎ）光変調器を用いた、外部変調方式
は、レーザの直接変調方式に比べ、変調動作時の波長変
動（波長チャーピング）が非常に小さいため、２．５〜
１０ギガビット毎秒（Ｇｂ／ｓ）以上の高速で、数十〜
数百ｋｍ以上の長距離光ファイバー通信を行うために極
めて有効な手段である。図１に示すように、ＥＡ変調器
は、変調器に逆バイアスを印加した時、吸収スペクトル
が長波長側へシフトし、動作波長における吸収係数が変
化する事を利用してオン・オフ動作を行うものである。
そのため、小さな印加電圧で大きな吸収係数変化を得る
ことが重要であり、変調速度を高くするほど、駆動回路
からの制限で、動作電圧を下げる必要がある。近年は、
電界印加時の吸収係数変化が大きい、量子閉じこめシュ
タルク効果（ＱＣＳＥ：Ｑｕａｎｔｕｍ Ｃｏｎｆｉｎ
ｅｄ Ｓｔａｒｋ Ｅｆｆｅｃｔ）を利用できる、多重
量子井戸構造（ＭＱＷ：Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｑｕａｎｔ
ｕｍ Ｗｅｌｌ）を吸収層に導入したＥＡ変調器の研究
開発が盛んである。
ｂｓｏｒｐｔｉｏｎ）光変調器を用いた、外部変調方式
は、レーザの直接変調方式に比べ、変調動作時の波長変
動（波長チャーピング）が非常に小さいため、２．５〜
１０ギガビット毎秒（Ｇｂ／ｓ）以上の高速で、数十〜
数百ｋｍ以上の長距離光ファイバー通信を行うために極
めて有効な手段である。図１に示すように、ＥＡ変調器
は、変調器に逆バイアスを印加した時、吸収スペクトル
が長波長側へシフトし、動作波長における吸収係数が変
化する事を利用してオン・オフ動作を行うものである。
そのため、小さな印加電圧で大きな吸収係数変化を得る
ことが重要であり、変調速度を高くするほど、駆動回路
からの制限で、動作電圧を下げる必要がある。近年は、
電界印加時の吸収係数変化が大きい、量子閉じこめシュ
タルク効果（ＱＣＳＥ：Ｑｕａｎｔｕｍ Ｃｏｎｆｉｎ
ｅｄ Ｓｔａｒｋ Ｅｆｆｅｃｔ）を利用できる、多重
量子井戸構造（ＭＱＷ：Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｑｕａｎｔ
ｕｍ Ｗｅｌｌ）を吸収層に導入したＥＡ変調器の研究
開発が盛んである。
【０００３】例えば井元らによって、ＭＱＷ−ＥＡ変調
器が、１９９５年電子情報通信学会総合大会で報告され
ている（電子情報通信学会１９９５年総合大会講演論文
集、エレクトロニクス１、Ｃ−３４７）〔第１の従来
例〕。第１の従来例では、ＱＣＳＥによるエネルギーシ
フト（以後ＱＣＳＥシフトと記す）を大きくして、低電
圧駆動を実現するために、ＭＱＷの井戸層幅を大きくし
た構造が用いられている。
器が、１９９５年電子情報通信学会総合大会で報告され
ている（電子情報通信学会１９９５年総合大会講演論文
集、エレクトロニクス１、Ｃ−３４７）〔第１の従来
例〕。第１の従来例では、ＱＣＳＥによるエネルギーシ
フト（以後ＱＣＳＥシフトと記す）を大きくして、低電
圧駆動を実現するために、ＭＱＷの井戸層幅を大きくし
た構造が用いられている。
【０００４】また、脇田らによってもＭＱＷ−ＥＡ変調
器が、特開平５−３３５５５１号公報によって提案され
ている〔第２の従来例〕。第２の従来例では、ＱＣＳＥ
シフトを大きくして、低電圧駆動を実現するために、Ｍ
ＱＷの井戸層に圧縮歪みを導入して正孔の有効質量を大
きくした構造が提案されている。
器が、特開平５−３３５５５１号公報によって提案され
ている〔第２の従来例〕。第２の従来例では、ＱＣＳＥ
シフトを大きくして、低電圧駆動を実現するために、Ｍ
ＱＷの井戸層に圧縮歪みを導入して正孔の有効質量を大
きくした構造が提案されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ＱＣＳＥシフト量は、
ＭＱＷ構造における井戸幅の４乗に比例し、また電子、
正孔の有効質量に比例して大きくなるため（Ｇ．Ｂａｓ
ｔａｒｄ，ｅｔ ａｌ．，“Ｖａｒｉａｔｉｏｎａｌ
ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｏｎ ａ ｑｕａｎｔｕｍ
ｗｅｌｌ ｉｎ ａｎ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｆｉｅｌ
ｄ”，Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｒｅｖｉｅｗ Ｂ，３２４１
（１９８３））、第１、第２の従来例の様なＭＱＷ構造
は、低駆動電圧化に非常に有効である。しかしながら、
ＥＡ変調器の吸収層はｐ−ｉ−ｎ構造のｉ層部に位置さ
せるため、無バイアス時においても、ビルトイン電圧に
よる、逆バイアス電界が印加されている。したがって、
ＱＣＳＥシフトを大きくできる構造であればあるほど、
ビルトイン電界で生ずるＱＣＳＥシフト量も大きくなっ
てしまう。ビルトイン電界で生ずるＱＣＳＥシフトは変
調動作には寄与しない無駄なシフトであるため、低駆動
電圧化のための効果が十分に機能しないという問題があ
る。
ＭＱＷ構造における井戸幅の４乗に比例し、また電子、
正孔の有効質量に比例して大きくなるため（Ｇ．Ｂａｓ
ｔａｒｄ，ｅｔ ａｌ．，“Ｖａｒｉａｔｉｏｎａｌ
ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｏｎ ａ ｑｕａｎｔｕｍ
ｗｅｌｌ ｉｎ ａｎ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｆｉｅｌ
ｄ”，Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｒｅｖｉｅｗ Ｂ，３２４１
（１９８３））、第１、第２の従来例の様なＭＱＷ構造
は、低駆動電圧化に非常に有効である。しかしながら、
ＥＡ変調器の吸収層はｐ−ｉ−ｎ構造のｉ層部に位置さ
せるため、無バイアス時においても、ビルトイン電圧に
よる、逆バイアス電界が印加されている。したがって、
ＱＣＳＥシフトを大きくできる構造であればあるほど、
ビルトイン電界で生ずるＱＣＳＥシフト量も大きくなっ
てしまう。ビルトイン電界で生ずるＱＣＳＥシフトは変
調動作には寄与しない無駄なシフトであるため、低駆動
電圧化のための効果が十分に機能しないという問題があ
る。
【０００６】本発明の目的は、ビルトイン電界で生ずる
無駄なＱＣＳＥシフトを無くし、それにより、低駆動電
圧化を図るとともに、大きな消光比を実現することであ
る。
無駄なＱＣＳＥシフトを無くし、それにより、低駆動電
圧化を図るとともに、大きな消光比を実現することであ
る。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明によれば、量子井戸構造を有する光吸収層が
ｐｉｎ層構造のｉ層部に位置する電界吸収型半導体光変
調器において、１つの井戸層中の電子親和力がｐ側に向
かって増加するとともに価電子帯上端のエネルギーがｐ
側に向かって減少することを特徴とする半導体光変調器
が提供される。
に、本発明によれば、量子井戸構造を有する光吸収層が
ｐｉｎ層構造のｉ層部に位置する電界吸収型半導体光変
調器において、１つの井戸層中の電子親和力がｐ側に向
かって増加するとともに価電子帯上端のエネルギーがｐ
側に向かって減少することを特徴とする半導体光変調器
が提供される。
【０００８】また、上記の電界吸収型半導体光変調器に
おいて、１つの井戸層中の電子親和力がｐ側に向かって
増加するとともに価電子帯上端のエネルギーがｐ側に向
かって減少し、前記井戸層内のビルトイン電界を打ち消
すことを特徴とする半導体光変調器が提供される。
おいて、１つの井戸層中の電子親和力がｐ側に向かって
増加するとともに価電子帯上端のエネルギーがｐ側に向
かって減少し、前記井戸層内のビルトイン電界を打ち消
すことを特徴とする半導体光変調器が提供される。
【０００９】また、量子井戸構造を有する光吸収層がｐ
ｉｎ層構造のｉ層部に位置する電界吸収型半導体光変調
器において、１つの井戸層中の電子親和力がｐ側に向か
って増加するとともに価電子帯上端のエネルギーがｐ側
に向かって減少し、且つ、前記井戸層を構成する半導体
材料の格子定数が前記井戸層中でｐ側に向かって増加す
ることを特徴とする半導体光変調器が提供される。
ｉｎ層構造のｉ層部に位置する電界吸収型半導体光変調
器において、１つの井戸層中の電子親和力がｐ側に向か
って増加するとともに価電子帯上端のエネルギーがｐ側
に向かって減少し、且つ、前記井戸層を構成する半導体
材料の格子定数が前記井戸層中でｐ側に向かって増加す
ることを特徴とする半導体光変調器が提供される。
【００１０】また、量子井戸構造を有する光吸収層がｐ
ｉｎ層構造のｉ層部に位置する電界吸収型半導体光変調
器において、１つの井戸層中の電子親和力がｐ側に向か
って階段状に増加するとともに価電子帯上端のエネルギ
ーがｐ側に向かって階段状に減少することを特徴とする
半導体光変調器が提供される。
ｉｎ層構造のｉ層部に位置する電界吸収型半導体光変調
器において、１つの井戸層中の電子親和力がｐ側に向か
って階段状に増加するとともに価電子帯上端のエネルギ
ーがｐ側に向かって階段状に減少することを特徴とする
半導体光変調器が提供される。
【００１１】また、ｐｉｎ構造を有する電界吸収型光変
調器であって、光吸収層がｉ層部に位置し、前記光吸収
層は複数の井戸層と複数のバリア層とからなる多重量子
井戸構造を有し、前記多重量子井戸構造中のｐ側に近い
井戸層ほど電子親和力が大きく価電子帯上端のエネルギ
ーが小さいことを特徴とする半導体光変調器が提供され
る。
調器であって、光吸収層がｉ層部に位置し、前記光吸収
層は複数の井戸層と複数のバリア層とからなる多重量子
井戸構造を有し、前記多重量子井戸構造中のｐ側に近い
井戸層ほど電子親和力が大きく価電子帯上端のエネルギ
ーが小さいことを特徴とする半導体光変調器が提供され
る。
【００１２】更に、量子井戸構造を有する光吸収層がｐ
ｉｎ層構造のｉ層部に位置する電界吸収型半導体光変調
器において、井戸層中の電子の波動関数と正孔の波動関
数間の遷移確率がビルトイン電界が印加された状態にお
いて最大となるように前記井戸層を構成する半導体材料
の組成が前記井戸層中で変化していることを特徴とする
半導体光変調器が提供される。
ｉｎ層構造のｉ層部に位置する電界吸収型半導体光変調
器において、井戸層中の電子の波動関数と正孔の波動関
数間の遷移確率がビルトイン電界が印加された状態にお
いて最大となるように前記井戸層を構成する半導体材料
の組成が前記井戸層中で変化していることを特徴とする
半導体光変調器が提供される。
【００１３】
【作用】本発明の、半導体変調器について、図面を用い
て説明する。
て説明する。
【００１４】図２は、従来のＭＱＷ−ＥＡ変調器に用い
られている量子井戸構造（図２ａ）および、本発明のＭ
ＱＷ−ＥＡ変調器に用いる量子井戸構造（図２ｂ）のポ
テンシャル構造及び波動関数分布を示したものである。
各々、無電界状態とビルトイン電界が印加されている状
態を表している。この図から分かるように、通常の量子
井戸構造では、ビルトイン電界によって既に、ポテンシ
ャルの傾きが生じ、それに伴い電子と正孔の波動関数に
分極が発生する。一方、本発明の量子井戸構造では、無
電界状態で量子井戸にポテンシャルに傾きをもたせるこ
とにより、ビルトイン電界が加わった状態でポテンシャ
ルが平坦になる。したがって、電子と正孔の波動関数が
ともに量子井戸の中央に分布し、両者の重なり積分量で
決まる吸収係数即ち、光学遷移確率は大きくなるととも
に、励起子吸収スペクトルが急峻になる。
られている量子井戸構造（図２ａ）および、本発明のＭ
ＱＷ−ＥＡ変調器に用いる量子井戸構造（図２ｂ）のポ
テンシャル構造及び波動関数分布を示したものである。
各々、無電界状態とビルトイン電界が印加されている状
態を表している。この図から分かるように、通常の量子
井戸構造では、ビルトイン電界によって既に、ポテンシ
ャルの傾きが生じ、それに伴い電子と正孔の波動関数に
分極が発生する。一方、本発明の量子井戸構造では、無
電界状態で量子井戸にポテンシャルに傾きをもたせるこ
とにより、ビルトイン電界が加わった状態でポテンシャ
ルが平坦になる。したがって、電子と正孔の波動関数が
ともに量子井戸の中央に分布し、両者の重なり積分量で
決まる吸収係数即ち、光学遷移確率は大きくなるととも
に、励起子吸収スペクトルが急峻になる。
【００１５】図３にＭＱＷ−ＥＡ変調器に用いられてい
る量子井戸構造（図３ａ）および、本発明のＭＱＷ−Ｅ
Ａ変調器に用いる量子井戸構造（図３ｂ）に外部電界を
印加した場合の、吸収スペクトルの変化を表している。
ＥＡ変調器の動作は、変調器に印加する外部電界（逆バ
イアス方向）を変調することで、動作波長での吸収係数
を変化させて、オン−オフ動作させる。したがって、動
作波長での吸収係数変化が大きいほどオン／オフ比（消
光比）が大きくなる。
る量子井戸構造（図３ａ）および、本発明のＭＱＷ−Ｅ
Ａ変調器に用いる量子井戸構造（図３ｂ）に外部電界を
印加した場合の、吸収スペクトルの変化を表している。
ＥＡ変調器の動作は、変調器に印加する外部電界（逆バ
イアス方向）を変調することで、動作波長での吸収係数
を変化させて、オン−オフ動作させる。したがって、動
作波長での吸収係数変化が大きいほどオン／オフ比（消
光比）が大きくなる。
【００１６】従来の量子井戸構造では、外部印加電界が
ゼロの場合でも、ビルトイン電界により生ずるＱＣＳＥ
により、吸収スペクトルのシフトならびに、吸収スペク
トルのブロードニングが生じる。したがって、外部印加
電界を加えない状態（オン状態）で、動作波長に対して
十分吸収損失を低く抑えるために、動作波長とＥＡ変調
器の量子井戸構造のバンドギャップエネルギー差を３０
〜４０ｍｅＶ（動作波長を１．５５μｍとすると、バン
ドギャップ波長差で６０〜７０ｎｍ）までとる必要があ
る（従来例１及び従来例２）。
ゼロの場合でも、ビルトイン電界により生ずるＱＣＳＥ
により、吸収スペクトルのシフトならびに、吸収スペク
トルのブロードニングが生じる。したがって、外部印加
電界を加えない状態（オン状態）で、動作波長に対して
十分吸収損失を低く抑えるために、動作波長とＥＡ変調
器の量子井戸構造のバンドギャップエネルギー差を３０
〜４０ｍｅＶ（動作波長を１．５５μｍとすると、バン
ドギャップ波長差で６０〜７０ｎｍ）までとる必要があ
る（従来例１及び従来例２）。
【００１７】一方、本発明の量子井戸構造では、外部印
加電界がゼロの場合、ビルトイン電界により生ずるＱＣ
ＳＥが生じないため、吸収スペクトルのシフトは生じ
ず、吸収スペクトルは急峻な状態を保っている。したが
って、外部印加電界を加えない状態（オン状態）で、動
作波長に対して十分吸収損失を低く抑えるために、動作
波長とＥＡ変調器の量子井戸構造のバンドギャップエネ
ルギー差は２０ｍｅＶ（動作波長を１．５５μｍとする
と、バンドギャップ波長差で４０ｎｍ）程度でよい。し
たがって、少ないＱＣＳＥシフト量でも、大きな吸収係
数の変化を得ることが可能となり、低駆動電圧化と消光
比の拡大を同時に図ることができる。
加電界がゼロの場合、ビルトイン電界により生ずるＱＣ
ＳＥが生じないため、吸収スペクトルのシフトは生じ
ず、吸収スペクトルは急峻な状態を保っている。したが
って、外部印加電界を加えない状態（オン状態）で、動
作波長に対して十分吸収損失を低く抑えるために、動作
波長とＥＡ変調器の量子井戸構造のバンドギャップエネ
ルギー差は２０ｍｅＶ（動作波長を１．５５μｍとする
と、バンドギャップ波長差で４０ｎｍ）程度でよい。し
たがって、少ないＱＣＳＥシフト量でも、大きな吸収係
数の変化を得ることが可能となり、低駆動電圧化と消光
比の拡大を同時に図ることができる。
【００１８】次に、本発明のＥＡ変調器に用いるポテン
シャル構造を有する量子井戸構造の実現方法について述
べる。量子井戸構造の井戸層のバンド構造が、ビルトイ
ン電界を打ち消す方向へ、即ち電子親和力と価電子帯上
端のエネルギーが一方は低下し、他方は上昇する必要が
ある。このような構造を実現するには、例えば、ＩｎＧ
ａＡｓＰ系半導体であれば、井戸層に引っ張り歪みを加
え、その歪み量を井戸層内部で、単調に変化させる方法
がある。
シャル構造を有する量子井戸構造の実現方法について述
べる。量子井戸構造の井戸層のバンド構造が、ビルトイ
ン電界を打ち消す方向へ、即ち電子親和力と価電子帯上
端のエネルギーが一方は低下し、他方は上昇する必要が
ある。このような構造を実現するには、例えば、ＩｎＧ
ａＡｓＰ系半導体であれば、井戸層に引っ張り歪みを加
え、その歪み量を井戸層内部で、単調に変化させる方法
がある。
【００１９】図４には、その一例として、Ｉｎ.810Ｇａ
.190Ａｓ.405Ｐ.595（無歪み、バンドギャップ波長λｇ
＝１．１３μｍ）を障壁層とし、井戸層をＩｎ.539Ｇａ
.461Ａｓ.981Ｐ.019（歪み量：ε＝０．０％）からＩｎ
.395Ｇａ.605Ａｓ.981Ｐ.019（歪み量：ε＝−１．０
％）まで変化させた場合の、電子、重い正孔（ヘビーホ
ール）、軽い正孔（ライトホール）について障壁層との
間のバンド不連続量を計算した結果である。この図か
ら、電子と、ライトホールで量子井戸構造を形成すれ
ば、歪み量を−１．０％から−０．５％程度まで変化さ
せることで、電子のバンド不連続量が４３ｍｅＶ増加す
る一方、ライトホールのバンド不連続量は、２１ｍｅＶ
減少する事が分かる。
.190Ａｓ.405Ｐ.595（無歪み、バンドギャップ波長λｇ
＝１．１３μｍ）を障壁層とし、井戸層をＩｎ.539Ｇａ
.461Ａｓ.981Ｐ.019（歪み量：ε＝０．０％）からＩｎ
.395Ｇａ.605Ａｓ.981Ｐ.019（歪み量：ε＝−１．０
％）まで変化させた場合の、電子、重い正孔（ヘビーホ
ール）、軽い正孔（ライトホール）について障壁層との
間のバンド不連続量を計算した結果である。この図か
ら、電子と、ライトホールで量子井戸構造を形成すれ
ば、歪み量を−１．０％から−０．５％程度まで変化さ
せることで、電子のバンド不連続量が４３ｍｅＶ増加す
る一方、ライトホールのバンド不連続量は、２１ｍｅＶ
減少する事が分かる。
【００２０】図４の例は、Ｖ族組成（Ａｓ／Ｐ比）は一
定のまま、III 族組成（Ｇａ／Ｉｎ）比のみを変化させ
ているため、バンド不連続量の変化量が、電子とホール
で異なっており、その結果バンドギャップ自体も変化し
ている。バンドギャップは量子井戸内では一定であるの
が好ましいので、III 族、Ｖ族ともに変化させた構造を
検討した結果が図５に示されている。バリア層として、
Ｉｎ.760Ｇａ.240Ａｓ.511Ｐ.489（無歪み、バンドギャ
ップ波長λｇ＝１．２０μｍ）を用い、ウエル層として
は、Ｉｎ.380Ｇａ.620Ａｓ（歪み量：ε＝−１．０％）
から、Ｉｎ.490Ｇａ.510Ａｓ.962Ｐ.038（歪み量：ε＝
−０．４％）までを、III 族、Ｖ族ともに線形に変化さ
せた場合のバンド図である。この構造では、電子のバン
ド不連続量の増加は４５ｍｅＶ、一方ホールのバンド不
連続量の減少は、４１ｍｅＶとほぼ等しくできる。換言
すると、一つの量子井戸内で、バンドギャップを変える
ことなく、伝導帯（電子）、価電子帯（ホール）のバン
ド不連続量を線形に変化させることができる。
定のまま、III 族組成（Ｇａ／Ｉｎ）比のみを変化させ
ているため、バンド不連続量の変化量が、電子とホール
で異なっており、その結果バンドギャップ自体も変化し
ている。バンドギャップは量子井戸内では一定であるの
が好ましいので、III 族、Ｖ族ともに変化させた構造を
検討した結果が図５に示されている。バリア層として、
Ｉｎ.760Ｇａ.240Ａｓ.511Ｐ.489（無歪み、バンドギャ
ップ波長λｇ＝１．２０μｍ）を用い、ウエル層として
は、Ｉｎ.380Ｇａ.620Ａｓ（歪み量：ε＝−１．０％）
から、Ｉｎ.490Ｇａ.510Ａｓ.962Ｐ.038（歪み量：ε＝
−０．４％）までを、III 族、Ｖ族ともに線形に変化さ
せた場合のバンド図である。この構造では、電子のバン
ド不連続量の増加は４５ｍｅＶ、一方ホールのバンド不
連続量の減少は、４１ｍｅＶとほぼ等しくできる。換言
すると、一つの量子井戸内で、バンドギャップを変える
ことなく、伝導帯（電子）、価電子帯（ホール）のバン
ド不連続量を線形に変化させることができる。
【００２１】実際のビルトイン電界は、ビルトイン電圧
を０．６５Ｖ、ＭＱＷ吸収層を含むｉ層厚を０．１８μ
ｍ、井戸層幅を１２ｎｍとすると、１つの量子井戸内で
変化するビルトインポテンシャルは、４３ｍｅＶである
から、上述した構造で、ビルトイン電界を打ち消すこと
ができる。
を０．６５Ｖ、ＭＱＷ吸収層を含むｉ層厚を０．１８μ
ｍ、井戸層幅を１２ｎｍとすると、１つの量子井戸内で
変化するビルトインポテンシャルは、４３ｍｅＶである
から、上述した構造で、ビルトイン電界を打ち消すこと
ができる。
【００２２】
【実施例】次に本発明について図面を参照して説明す
る。
る。
【００２３】〔第１の実施例〕図５、図６、図７を参照
して本発明の第１の実施例について説明する。
して本発明の第１の実施例について説明する。
【００２４】図７は第１の実施例を説明するための工程
断面図であり、図５はＭＱＷ吸収層のバンド構造図、図
６は第１の実施例によって作製された、ＭＱＷ−ＥＡ変
調器の斜視図である。
断面図であり、図５はＭＱＷ吸収層のバンド構造図、図
６は第１の実施例によって作製された、ＭＱＷ−ＥＡ変
調器の斜視図である。
【００２５】まず、図７（ａ）に示すように、ｎ−Ｉｎ
ｐ基板１上に、常圧ＣＶＤ法により、ＳｉＯ2 を１００
ｎｍ堆積し、これをｎ−ＩｎＰ基板の［０１１］方向へ
ストライプが向くようにパターニングして、ＳｉＯ2 マ
スク２を形成する。ここで、マスク間隔幅は、１．５μ
ｍであり、マスク幅は、１０μｍに形成されている。こ
の１．５μｍ開口部へ、減圧ＭＯＶＰＥ（Ｍｅｔａｌｏ
ｒｇａｎｉｃ ｖａｐｏｒ ｐｈａｓｅ ｅｐｉｔａｘ
ｙ：有機金属気相成長法）を用いて、ＭＱＷ光吸収層を
含む光導波路構造３の選択成長を行った。成長圧力は１
００ｈＰａ、成長温度は６２５℃とした。用いた原料
は、トリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）、トリエチルガ
リウム（ＴＥＧａ）、ジエチルジンク（ＤＥＺｎ）、ア
ルシン（ＡｓＨ3 ）、ホスフィン（ＰＨ3 ）、ジシラン
（Ｓｉ2 Ｈ6 ) 、ビスシクロペンタジエニル鉄（フェロ
セン）である。
ｐ基板１上に、常圧ＣＶＤ法により、ＳｉＯ2 を１００
ｎｍ堆積し、これをｎ−ＩｎＰ基板の［０１１］方向へ
ストライプが向くようにパターニングして、ＳｉＯ2 マ
スク２を形成する。ここで、マスク間隔幅は、１．５μ
ｍであり、マスク幅は、１０μｍに形成されている。こ
の１．５μｍ開口部へ、減圧ＭＯＶＰＥ（Ｍｅｔａｌｏ
ｒｇａｎｉｃ ｖａｐｏｒ ｐｈａｓｅ ｅｐｉｔａｘ
ｙ：有機金属気相成長法）を用いて、ＭＱＷ光吸収層を
含む光導波路構造３の選択成長を行った。成長圧力は１
００ｈＰａ、成長温度は６２５℃とした。用いた原料
は、トリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）、トリエチルガ
リウム（ＴＥＧａ）、ジエチルジンク（ＤＥＺｎ）、ア
ルシン（ＡｓＨ3 ）、ホスフィン（ＰＨ3 ）、ジシラン
（Ｓｉ2 Ｈ6 ) 、ビスシクロペンタジエニル鉄（フェロ
セン）である。
【００２６】光導波路構造３はｎ−ＩｎＰクラッド層
（０．１μｍ厚）、ＭＱＷ光吸収層、ｐ−ＩｎＰクラッ
ド層（０．１μｍ厚）からなる。ＭＱＷ光吸収層は、ｎ
側光閉じ込め層（ＳＣＨ層）として、ノンドープＩｎ
.760Ｇａ.240Ａｓ.511Ｐ.489（無歪み、バンドギャップ
波長λｇ＝１．２０μｍ、１５ｎｍ厚）、バリア層とし
て、ノンドープＩｎ.760Ｇａ.240Ａｓ.511Ｐ.489（６ｎ
ｍ厚）、ウエル層として、１２ｎｍ厚のＩｎＧａＡｓ
（Ｐ）層を用い、その組成を図５に示したように、ｎ基
板側の、Ｉｎ.380Ｇａ.620Ａｓ（歪み量：ε＝−１．０
％）から、Ｐ側Ｉｎ.490Ｇａ.510Ａｓ.962Ｐ.038（歪み
量：ε＝−０．４％）へ単一の井戸層内でIII族、Ｖ族
ともに線形に変化させた。また、量子井戸総数は８層と
した。ｐ側ＳＣＨ構造は、ノンドープＩｎ.760Ｇａ.240
Ａｓ.511Ｐ.489( １５ｎｍ厚）とノンドープＩｎ.875Ｇ
ａ.125Ａｓ.265Ｐ.735（１７ｎｍ厚）の２段階構造とし
た。顕微フォトルミネッセンス（ＰＬ）によりバンドギ
ャップ波長を推定したところ、１．５１０μｍであっ
た。
（０．１μｍ厚）、ＭＱＷ光吸収層、ｐ−ＩｎＰクラッ
ド層（０．１μｍ厚）からなる。ＭＱＷ光吸収層は、ｎ
側光閉じ込め層（ＳＣＨ層）として、ノンドープＩｎ
.760Ｇａ.240Ａｓ.511Ｐ.489（無歪み、バンドギャップ
波長λｇ＝１．２０μｍ、１５ｎｍ厚）、バリア層とし
て、ノンドープＩｎ.760Ｇａ.240Ａｓ.511Ｐ.489（６ｎ
ｍ厚）、ウエル層として、１２ｎｍ厚のＩｎＧａＡｓ
（Ｐ）層を用い、その組成を図５に示したように、ｎ基
板側の、Ｉｎ.380Ｇａ.620Ａｓ（歪み量：ε＝−１．０
％）から、Ｐ側Ｉｎ.490Ｇａ.510Ａｓ.962Ｐ.038（歪み
量：ε＝−０．４％）へ単一の井戸層内でIII族、Ｖ族
ともに線形に変化させた。また、量子井戸総数は８層と
した。ｐ側ＳＣＨ構造は、ノンドープＩｎ.760Ｇａ.240
Ａｓ.511Ｐ.489( １５ｎｍ厚）とノンドープＩｎ.875Ｇ
ａ.125Ａｓ.265Ｐ.735（１７ｎｍ厚）の２段階構造とし
た。顕微フォトルミネッセンス（ＰＬ）によりバンドギ
ャップ波長を推定したところ、１．５１０μｍであっ
た。
【００２７】次に、図７（ｂ）の様に、光導波路構造３
の上部および、光導波路の底部から３μｍ離れた脇にＳ
ｉＯ2 マスク４をパターニングし、図７（ｃ）の様に、
光導波路構造の両脇をｎ−ＩｎＰ層５（キャリア濃度５
×１０17ｃｍ-3、厚さ０．２μｍ）、Ｆｅドープ高抵抗
ＩｎＰ層６（厚さ１．０μｍ）、ｎ−ＩｎＰ層７（キャ
リア濃度５×１０17ｃｍ-3、厚さ０．２μｍ）で埋め込
み選択成長を行った。
の上部および、光導波路の底部から３μｍ離れた脇にＳ
ｉＯ2 マスク４をパターニングし、図７（ｃ）の様に、
光導波路構造の両脇をｎ−ＩｎＰ層５（キャリア濃度５
×１０17ｃｍ-3、厚さ０．２μｍ）、Ｆｅドープ高抵抗
ＩｎＰ層６（厚さ１．０μｍ）、ｎ−ＩｎＰ層７（キャ
リア濃度５×１０17ｃｍ-3、厚さ０．２μｍ）で埋め込
み選択成長を行った。
【００２８】次に、光導波路構造３の上部のＳｉＯ2 マ
スク４のみを除去した後、ｐ−ＩｎＰクラッド層８（キ
ャリア濃度１×１０18ｃｍ-3、厚さ１．５μｍ）、ｐ+
−ＩｎＧａＡｓキャップ層９（キャリア濃度６×１０18
ｃｍ-3、厚さ０．３μｍ）で埋め込んだ。パッド電極が
形成される領域の、ｐ+ −ＩｎＧａＡｓキャップ層９、
ｐ−ＩｎＰ層８、ｎ−ＩｎＰ層７を除去した後、電極形
成工程を経て、図６の様なＭＱＷ−ＥＡ変調器構造とし
た。
スク４のみを除去した後、ｐ−ＩｎＰクラッド層８（キ
ャリア濃度１×１０18ｃｍ-3、厚さ１．５μｍ）、ｐ+
−ＩｎＧａＡｓキャップ層９（キャリア濃度６×１０18
ｃｍ-3、厚さ０．３μｍ）で埋め込んだ。パッド電極が
形成される領域の、ｐ+ −ＩｎＧａＡｓキャップ層９、
ｐ−ＩｎＰ層８、ｎ−ＩｎＰ層７を除去した後、電極形
成工程を経て、図６の様なＭＱＷ−ＥＡ変調器構造とし
た。
【００２９】本実施例により作製した変調器を、２００
μｍ長に切り出し、両端面に反対率０．１％の低反射膜
コーティングを施し特性評価を行った。発振波長１．５
５０μｍのＤＦＢレーザから光を入力して消光特性を測
定したところ、変調器への印加電圧が１Ｖの時、２５ｄ
Ｂ、印加電圧２Ｖの時、４０ｄＢと大きな消光比が得ら
れた、印加電圧ゼロＶのときの、吸収損失は３ｄＢと十
分小さな値が得られており、＋１０ｄＢｍのＤＦＢレー
ザ光を入射したとき、変調器からの出力として＋４ｄＢ
ｍが得られた。また３ｄＢ変調帯城幅は２０ＧＨZ であ
った。
μｍ長に切り出し、両端面に反対率０．１％の低反射膜
コーティングを施し特性評価を行った。発振波長１．５
５０μｍのＤＦＢレーザから光を入力して消光特性を測
定したところ、変調器への印加電圧が１Ｖの時、２５ｄ
Ｂ、印加電圧２Ｖの時、４０ｄＢと大きな消光比が得ら
れた、印加電圧ゼロＶのときの、吸収損失は３ｄＢと十
分小さな値が得られており、＋１０ｄＢｍのＤＦＢレー
ザ光を入射したとき、変調器からの出力として＋４ｄＢ
ｍが得られた。また３ｄＢ変調帯城幅は２０ＧＨZ であ
った。
【００３０】２．５Ｇｂ／ｓ変調を駆動電圧１Ｖで行
い、３００ｋｍノーマルファイバ伝送を行った後のパワ
ーペナルティーは０．５ｄＢ以下、また、１０Ｇｂ／ｓ
変調を駆動電圧１Ｖで行い、１００ｋｍノーマルファイ
バ伝送を行った後のパワーペナルティーは０．５ｄＢ以
下であった。
い、３００ｋｍノーマルファイバ伝送を行った後のパワ
ーペナルティーは０．５ｄＢ以下、また、１０Ｇｂ／ｓ
変調を駆動電圧１Ｖで行い、１００ｋｍノーマルファイ
バ伝送を行った後のパワーペナルティーは０．５ｄＢ以
下であった。
【００３１】〔第２の実施例〕図６、図７、図８を参照
して本発明の第２の実施例について説明する。
して本発明の第２の実施例について説明する。
【００３２】図７は第２の実施例を説明するための工程
断面図であり、図８はＭＱＷ吸収層のバンド構造図、図
６は第２の実施例によって作製された、ＭＱＷ−ＥＡ変
調器の斜視図である。
断面図であり、図８はＭＱＷ吸収層のバンド構造図、図
６は第２の実施例によって作製された、ＭＱＷ−ＥＡ変
調器の斜視図である。
【００３３】素子作製工程は、第１の実施例と同じであ
るが、ＭＱＷ光吸収層の構造が異なる実施例である。Ｍ
ＱＷ光吸収層は図８に示す様に、ｎ側光閉じこめ層（Ｓ
ＣＨ層）にノンドープＩｎ.760Ｇａ.240Ａｓ.511Ｐ.489
（無歪み、バンドギャップ波長λｇ＝１．２０μｍ、１
５ｎｍ厚）、バリア層として、ノンドープＩｎ.760Ｇａ
.240Ａｓ.511Ｐ.489（６ｎｍ厚）、ウエル層として、ｎ
基板側から順に、４ｎｍ厚のＩｎ.380Ｇａ.620Ａｓ（歪
み量：ε＝−１．０％）、４ｎｍ厚のＩｎ.435Ｇａ.565
Ａｓ.981Ｐ.019（歪み量：ε＝−０．７％）および、４
ｎｍ厚のＩｎ.490Ｇａ.510Ａｓ.962Ｐ.038（歪み量：ε
＝−０．４％）からなる３層で１つの井戸層を形成し
た。また、量子井戸層数は８層とした。ｐ側ＳＣＨ構造
は、ノンドープＩｎ.760Ｇａ.240Ａｓ.511Ｐ.489（１５
ｎｍ厚）とノンドープＩｎ.875Ｇａ.125Ａｓ.265Ｐ.735
（１７ｎｍ厚）の２段構造とした。顕微フォトルミネッ
センス（ＰＬ）によりバンドギャップ波長を推定したと
ころ、、１．５１０μｍであった。
るが、ＭＱＷ光吸収層の構造が異なる実施例である。Ｍ
ＱＷ光吸収層は図８に示す様に、ｎ側光閉じこめ層（Ｓ
ＣＨ層）にノンドープＩｎ.760Ｇａ.240Ａｓ.511Ｐ.489
（無歪み、バンドギャップ波長λｇ＝１．２０μｍ、１
５ｎｍ厚）、バリア層として、ノンドープＩｎ.760Ｇａ
.240Ａｓ.511Ｐ.489（６ｎｍ厚）、ウエル層として、ｎ
基板側から順に、４ｎｍ厚のＩｎ.380Ｇａ.620Ａｓ（歪
み量：ε＝−１．０％）、４ｎｍ厚のＩｎ.435Ｇａ.565
Ａｓ.981Ｐ.019（歪み量：ε＝−０．７％）および、４
ｎｍ厚のＩｎ.490Ｇａ.510Ａｓ.962Ｐ.038（歪み量：ε
＝−０．４％）からなる３層で１つの井戸層を形成し
た。また、量子井戸層数は８層とした。ｐ側ＳＣＨ構造
は、ノンドープＩｎ.760Ｇａ.240Ａｓ.511Ｐ.489（１５
ｎｍ厚）とノンドープＩｎ.875Ｇａ.125Ａｓ.265Ｐ.735
（１７ｎｍ厚）の２段構造とした。顕微フォトルミネッ
センス（ＰＬ）によりバンドギャップ波長を推定したと
ころ、、１．５１０μｍであった。
【００３４】埋め込み工程も第１の実施例と同じであ
り、電極形成工程を経て、図６の様なＭＱＷ−ＥＡ変調
器構造とした。
り、電極形成工程を経て、図６の様なＭＱＷ−ＥＡ変調
器構造とした。
【００３５】本実施例により作製した変調器を、２００
μｍ長に切り出し、両端面に反射率０．１％の低反射膜
コーティングを施し特性評価を行った。発振波長１．５
５０μｍのＤＦＢレーザから光を入力して消光特性を測
定したところ、変調器への印加電圧が１Ｖの時、２３ｄ
Ｂ、印加電圧２Ｖの時、３８ｄＢと大きな消光比が得ら
れた、印加電圧ゼロＶのときの、吸収損失は３ｄＢと十
分小さな値が得られており、＋１０ｄＢｍのＤＦＢレー
ザ光を入射したとき、変調器からの出力として＋４ｄＢ
ｍが得られた。また３ｄＢ変調帯城幅は２０ＧＨZ であ
った。
μｍ長に切り出し、両端面に反射率０．１％の低反射膜
コーティングを施し特性評価を行った。発振波長１．５
５０μｍのＤＦＢレーザから光を入力して消光特性を測
定したところ、変調器への印加電圧が１Ｖの時、２３ｄ
Ｂ、印加電圧２Ｖの時、３８ｄＢと大きな消光比が得ら
れた、印加電圧ゼロＶのときの、吸収損失は３ｄＢと十
分小さな値が得られており、＋１０ｄＢｍのＤＦＢレー
ザ光を入射したとき、変調器からの出力として＋４ｄＢ
ｍが得られた。また３ｄＢ変調帯城幅は２０ＧＨZ であ
った。
【００３６】２．５Ｇｂ／ｓ変調を駆動電圧１Ｖで行
い、３００ｋｍノーマルファイバ伝送を行った後のパワ
ーペナルティーは０．５ｄＢ以下、また、１０Ｇｂ／ｓ
変調を駆動電圧１Ｖで行い、１００ｋｍノーマルファイ
バ伝送を行った後のパワーペナルティーは０．５ｄＢ以
下であった。
い、３００ｋｍノーマルファイバ伝送を行った後のパワ
ーペナルティーは０．５ｄＢ以下、また、１０Ｇｂ／ｓ
変調を駆動電圧１Ｖで行い、１００ｋｍノーマルファイ
バ伝送を行った後のパワーペナルティーは０．５ｄＢ以
下であった。
【００３７】以上の実施例では、単体のＭＱＷ−ＥＡ変
調器についてのみ示したが、第１の実施例と同様、ＭＯ
ＶＰＥ選択成長によりＭＱＷ構造を形成しているため、
分布帰還型（ＤＦＢ：Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ ｆｅｅ
ｄｂａｃｋ）レーザとの集積化を容易に行うことができ
る。
調器についてのみ示したが、第１の実施例と同様、ＭＯ
ＶＰＥ選択成長によりＭＱＷ構造を形成しているため、
分布帰還型（ＤＦＢ：Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ ｆｅｅ
ｄｂａｃｋ）レーザとの集積化を容易に行うことができ
る。
【００３８】また、以上の実施例では、ＭＯＶＰＥ選択
成長を用いた埋め込み構造の場合のみを示したが、本発
明の趣旨はＭＱＷ吸収層の構造にあるため、製造方法は
これに限るものではなく、全面成長を行ったあと、メサ
エッチングと選択埋め込み再成長による方法、あるい
は、ＭＯＶＰＥ選択成長とメサエッチングの組み合わ
せ、もしくは、分子線エピタキシャル成長（ＭＢＥ：Ｍ
ｏｌｅｃｕｌａｒ Ｂｅａｍ Ｅｐｉｔａｘｙ）等によ
ってもよい。
成長を用いた埋め込み構造の場合のみを示したが、本発
明の趣旨はＭＱＷ吸収層の構造にあるため、製造方法は
これに限るものではなく、全面成長を行ったあと、メサ
エッチングと選択埋め込み再成長による方法、あるい
は、ＭＯＶＰＥ選択成長とメサエッチングの組み合わ
せ、もしくは、分子線エピタキシャル成長（ＭＢＥ：Ｍ
ｏｌｅｃｕｌａｒ Ｂｅａｍ Ｅｐｉｔａｘｙ）等によ
ってもよい。
【００３９】また、実施例では、量子井戸の組成を、連
続的に変化させた場合（第１の実施例）と、３段階に変
化させた場合（第２の実施例）のみについて述べたが、
この２通りに限定されるものではなく、２段階以上であ
れば何段階に変化させてもよい。
続的に変化させた場合（第１の実施例）と、３段階に変
化させた場合（第２の実施例）のみについて述べたが、
この２通りに限定されるものではなく、２段階以上であ
れば何段階に変化させてもよい。
【００４０】実施例で用いた材料はＩｎＧａＡｓ（Ｐ）
系のみであったが、材料はこれに限るものではなく、量
子井戸構造において、伝導体と価電子帯のバンド不連続
量を同時に、逆方向へ変化させることができる半導体材
料系であれば何でもよい。
系のみであったが、材料はこれに限るものではなく、量
子井戸構造において、伝導体と価電子帯のバンド不連続
量を同時に、逆方向へ変化させることができる半導体材
料系であれば何でもよい。
【００４１】また、各量子井戸は、複数の井戸層とバリ
ア層からなる短周期（歪）超格子によって構成しても良
い。
ア層からなる短周期（歪）超格子によって構成しても良
い。
【００４２】
【発明の効果】以上説明したように、本発明は、光吸収
層に量子井戸構造を導入した、電界吸収型光変調器にお
いて、量子井戸のポテンシャル構造がビルトイン電界を
打ち消す様な構造を提供するものであるため、以下の効
果を奏することができる。 大きな消光比を（オン／オフ比）を得ることができ
る。 駆動電圧を低くすることができる。 これにより、１０Ｇｂ／ｓ以上の高速変調動作を容易
にする。 という利点を有する。
層に量子井戸構造を導入した、電界吸収型光変調器にお
いて、量子井戸のポテンシャル構造がビルトイン電界を
打ち消す様な構造を提供するものであるため、以下の効
果を奏することができる。 大きな消光比を（オン／オフ比）を得ることができ
る。 駆動電圧を低くすることができる。 これにより、１０Ｇｂ／ｓ以上の高速変調動作を容易
にする。 という利点を有する。
【図１】ＥＡ変調器の動作原理を説明するための光吸収
スペクトルである。
スペクトルである。
【図２】作用を説明するための、１つの量子井戸のバン
ド構造図である。
ド構造図である。
【図３】作用を説明するための、光吸収スペクトルであ
る。
る。
【図４】作用を説明するための、バンド曲線図である。
【図５】作用および、第１の実施例を説明するための、
バンド曲線図である。
バンド曲線図である。
【図６】本発明の実施例を説明するための素子構造図で
ある。
ある。
【図７】本発明の実施例を説明するための工程断面図で
ある。
ある。
【図８】本発明の第２の実施例を説明するためのバンド
構造図である。
構造図である。
【符号の説明】 １ ｎ−ＩｎＰ基板 ２ ＳｉＯ2 マスク ３ 光導波路 ４ ＳｉＯ2 マスク ５ ｎ−ＩｎＰ層 ６ Ｆｅドープ高抵抗ＩｎＰ層 ７ ｎ−ＩｎＰ層 ８ ｐ−ＩｎＰクラッド層 ９ ｐ−ＩｎＧａＡｓキャップ層 １０ ＳｉＯ2 絶縁膜 １１ ｐ側電極 １２ ｎ側電極
Claims (6)
- 【請求項１】 量子井戸構造を有する光吸収層がｐｉｎ
層構造のｉ層部に位置する電界吸収型半導体光変調器に
おいて、１つの井戸層中の電子親和力がｐ側に向かって
増加するとともに価電子帯上端のエネルギーがｐ側に向
かって減少することを特徴とする半導体光変調器。 - 【請求項２】 量子井戸構造を有する光吸収層がｐｉｎ
層構造のｉ層部に位置する電界吸収型半導体光変調器に
おいて、１つの井戸層中の電子親和力がｐ側に向かって
増加するとともに価電子帯上端のエネルギーがｐ側に向
かって減少し、前記井戸層内のビルトイン電界を打ち消
すことを特徴とする半導体光変調器。 - 【請求項３】 量子井戸構造を有する光吸収層がｐｉｎ
層構造のｉ層部に位置する電界吸収型半導体光変調器に
おいて、１つの井戸層中の電子親和力がｐ側に向かって
増加するとともに価電子帯上端のエネルギーがｐ側に向
かって減少し、且つ前記井戸層を構成する半導体材料の
格子定数が前記井戸層中でｐ側に向かって増加すること
を特徴とする半導体光変調器。 - 【請求項４】 量子井戸構造を有する光吸収層がｐｉｎ
層構造のｉ層部に位置する電界吸収型半導体光変調器に
おいて、１つの井戸層中の電子親和力がｐ側に向かって
階段状に増加するとともに価電子帯上端のエネルギーが
ｐ側に向かって階段状に減少することを特徴とする半導
体光変調器。 - 【請求項５】 ｐｉｎ構造を有する電界吸収型光変調器
であって、光吸収層がｉ層部に位置し、前記光吸収層は
複数の井戸層と複数のバリア層とからなる多重量子井戸
構造を有し、前記多重量子井戸構造中のｐ側に近い井戸
層ほど電子親和力が大きく価電子帯上端のエネルギーが
小さいことを特徴とする半導体光変調器。 - 【請求項６】 量子井戸構造を有する光吸収層がｐｉｎ
層構造のｉ層部に位置する電界吸収型半導体光変調器に
おいて、井戸層中の電子の波動関数と正孔の波動関数間
の遷移確率がビルトイン電界が印加された状態において
最大となるように前記井戸層を構成する半導体材料の組
成が前記井戸層中で変化していることを特徴とする半導
体光変調器。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8134704A JPH09318918A (ja) | 1996-05-29 | 1996-05-29 | 半導体光変調器 |
| EP97108638A EP0810462A3 (en) | 1996-05-29 | 1997-05-28 | Electro-absorption type semiconductor optical modulator having a quantum well structure |
| US08/865,808 US6100543A (en) | 1996-05-29 | 1997-05-30 | Electro-absorption type semiconductor optical modulator having a quantum well structure |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8134704A JPH09318918A (ja) | 1996-05-29 | 1996-05-29 | 半導体光変調器 |
| US08/865,808 US6100543A (en) | 1996-05-29 | 1997-05-30 | Electro-absorption type semiconductor optical modulator having a quantum well structure |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09318918A true JPH09318918A (ja) | 1997-12-12 |
Family
ID=26468735
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8134704A Pending JPH09318918A (ja) | 1996-05-29 | 1996-05-29 | 半導体光変調器 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6100543A (ja) |
| EP (1) | EP0810462A3 (ja) |
| JP (1) | JPH09318918A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2016200800A (ja) * | 2015-04-09 | 2016-12-01 | 三菱電機株式会社 | 半導体光変調器及び光モジュール |
Families Citing this family (19)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6922426B2 (en) * | 2001-12-20 | 2005-07-26 | Finisar Corporation | Vertical cavity surface emitting laser including indium in the active region |
| JP2001013472A (ja) * | 1999-06-28 | 2001-01-19 | Nec Corp | 光半導体素子および光通信装置 |
| JP4690515B2 (ja) * | 2000-02-22 | 2011-06-01 | 古河電気工業株式会社 | 光変調器、半導体光素子、及びそれらの作製方法 |
| JP3484394B2 (ja) * | 2000-04-12 | 2004-01-06 | Ｎｅｃエレクトロニクス株式会社 | 光半導体装置およびその製造方法 |
| JP3652977B2 (ja) * | 2000-06-06 | 2005-05-25 | ユーディナデバイス株式会社 | 半導体受光装置およびその製造方法 |
| JP2002148575A (ja) * | 2000-11-15 | 2002-05-22 | Mitsubishi Electric Corp | 光変調器および光変調器集積型レーザーダイオード |
| US6804421B2 (en) * | 2002-01-25 | 2004-10-12 | T-Networks, Inc. | Monolithic expanded beam mode electroabsorption modulator |
| US7121474B2 (en) * | 2002-06-18 | 2006-10-17 | Intel Corporation | Electro-optical nanocrystal memory device |
| KR100928963B1 (ko) * | 2003-01-10 | 2009-11-26 | 삼성전자주식회사 | 양자우물을 가지는 광소자 |
| EP1494063B1 (en) * | 2003-06-16 | 2005-08-10 | Alcatel | Electro-optical absorption modulator comprising a limiter for the driving signal |
| US6771410B1 (en) | 2003-06-18 | 2004-08-03 | Intel Corporation | Nanocrystal based high-speed electro-optic modulator |
| JP4663712B2 (ja) * | 2005-03-08 | 2011-04-06 | 日本電信電話株式会社 | 半導体光変調器 |
| US7638761B2 (en) * | 2007-08-13 | 2009-12-29 | Baker Hughes Incorporated | High temperature downhole tool |
| CN100589012C (zh) * | 2007-10-17 | 2010-02-10 | 中国科学院半导体研究所 | 量子点光调制器有源区结构 |
| WO2009134506A2 (en) * | 2008-02-07 | 2009-11-05 | University Of Washington | Enhanced silicon all-optical modulator |
| US9128309B1 (en) * | 2010-09-29 | 2015-09-08 | Lockheed Martin Corporation | Plural EAM device with optimized waveguide profile |
| KR101902928B1 (ko) | 2013-01-04 | 2018-10-02 | 삼성전자주식회사 | 3중 연결 양자우물 구조를 포함하는 광학 소자 |
| KR102113256B1 (ko) | 2013-11-07 | 2020-05-20 | 삼성전자주식회사 | 다준위 에너지를 갖는 3중 연결 양자우물 구조를 포함하는 광학 소자 |
| KR102213661B1 (ko) | 2014-04-04 | 2021-02-08 | 삼성전자주식회사 | 3중 연결 양자우물 구조를 포함하는 광학 소자 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0682852A (ja) * | 1992-08-31 | 1994-03-25 | Fujitsu Ltd | 半導体装置 |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6285227A (ja) * | 1985-10-09 | 1987-04-18 | Tokyo Inst Of Technol | 光回路機能素子 |
| JPH05335551A (ja) * | 1992-05-27 | 1993-12-17 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 光半導体装置 |
| JP3227661B2 (ja) * | 1993-09-28 | 2001-11-12 | キヤノン株式会社 | 歪量子井戸構造素子及びそれを有する光デバイス |
| JP2591445B2 (ja) * | 1993-10-15 | 1997-03-19 | 日本電気株式会社 | 光変調素子 |
-
1996
- 1996-05-29 JP JP8134704A patent/JPH09318918A/ja active Pending
-
1997
- 1997-05-28 EP EP97108638A patent/EP0810462A3/en not_active Withdrawn
- 1997-05-30 US US08/865,808 patent/US6100543A/en not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0682852A (ja) * | 1992-08-31 | 1994-03-25 | Fujitsu Ltd | 半導体装置 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2016200800A (ja) * | 2015-04-09 | 2016-12-01 | 三菱電機株式会社 | 半導体光変調器及び光モジュール |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0810462A3 (en) | 1998-09-09 |
| US6100543A (en) | 2000-08-08 |
| EP0810462A2 (en) | 1997-12-03 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JPH09318918A (ja) | 半導体光変調器 | |
| US5548128A (en) | Direct-gap germanium-tin multiple-quantum-well electro-optical devices on silicon or germanium substrates | |
| JP2842292B2 (ja) | 半導体光集積装置および製造方法 | |
| JP2004179274A (ja) | 光半導体装置 | |
| EP0661783B1 (en) | Method for fabricating semiconductor light integrated circuit | |
| JP2937751B2 (ja) | 光半導体装置の製造方法 | |
| JPH0715093A (ja) | 光半導体素子 | |
| JP3567997B2 (ja) | 電子吸収光学変調器 | |
| EP0614253B1 (en) | Multi-quantum well (MQW) structure laser diode/modulator integrated light source | |
| JP4690515B2 (ja) | 光変調器、半導体光素子、及びそれらの作製方法 | |
| JP2003114407A (ja) | 電界吸収型光変調器 | |
| JP2900824B2 (ja) | 光半導体装置の製造方法 | |
| JP3288283B2 (ja) | 多重量子井戸構造とこれを有する光変調器 | |
| JP2001013472A (ja) | 光半導体素子および光通信装置 | |
| JPH0358490A (ja) | 量子井戸レーザ | |
| JP3146821B2 (ja) | 半導体光集積素子の製造方法 | |
| JPH05150198A (ja) | 半導体量子井戸光変調器 | |
| WO2022215105A1 (ja) | 光変調器 | |
| JP4103490B2 (ja) | 光変調器 | |
| JPH05335551A (ja) | 光半導体装置 | |
| JP3273494B2 (ja) | 導波形多重量子井戸光変調器 | |
| JPH0682852A (ja) | 半導体装置 | |
| JPS63152194A (ja) | 半導体レ−ザ | |
| JP2022015037A (ja) | 半導体光素子 | |
| JP5575939B2 (ja) | 光半導体装置の制御方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 19980721 |