JPH0973054A - 半導体光変調素子 - Google Patents
半導体光変調素子Info
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- JPH0973054A JPH0973054A JP22779295A JP22779295A JPH0973054A JP H0973054 A JPH0973054 A JP H0973054A JP 22779295 A JP22779295 A JP 22779295A JP 22779295 A JP22779295 A JP 22779295A JP H0973054 A JPH0973054 A JP H0973054A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 電気光学効果及び、電界吸収効果による屈折
率の変化を大きくし、しかも吸収係数の増加による信号
光の損光を最小限に抑えることができる半導体光変調素
子を得る。 【解決手段】 基板と、この基板の上側に光導波路層
と、この光導波路層の上側にクラッド層と、上側及び下
側電極とを有し、この上側及び下側電極に印加する電界
によって、前記光導波路層の屈折率を変化させて入射光
の変調を行う半導体光変調素子において、前記光導波路
層１２を、下側より順次ｎ−ＩｎＧａＡｓＰ（１．３μ
ｍ組成）層１２−１、アンドープ−ＩｎＧａＡｓＰ
（１．４８μｍ組成）層１２−２、ｐ−ＩｎＧａＡｓＰ
（１．３μｍ組成）層１２−３を積層し、信号光の波長
に近いバンドギャップをもつ屈折率変調層を設ける。
率の変化を大きくし、しかも吸収係数の増加による信号
光の損光を最小限に抑えることができる半導体光変調素
子を得る。 【解決手段】 基板と、この基板の上側に光導波路層
と、この光導波路層の上側にクラッド層と、上側及び下
側電極とを有し、この上側及び下側電極に印加する電界
によって、前記光導波路層の屈折率を変化させて入射光
の変調を行う半導体光変調素子において、前記光導波路
層１２を、下側より順次ｎ−ＩｎＧａＡｓＰ（１．３μ
ｍ組成）層１２−１、アンドープ−ＩｎＧａＡｓＰ
（１．４８μｍ組成）層１２−２、ｐ−ＩｎＧａＡｓＰ
（１．３μｍ組成）層１２−３を積層し、信号光の波長
に近いバンドギャップをもつ屈折率変調層を設ける。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光通信システムに
用いる半導体光変調素子に関するものである。
用いる半導体光変調素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、屈折率の変化を利用した、半導体
光変調デバイスには、例えば、本出願人の出願にかかる
特願平６−２５３８０１号に提案されている。この半導
体光変調デバイスでは、屈折率を変調させる部分の材料
に、半導体バリヤ、あるいは多重量子井戸構造等を用い
ていた。
光変調デバイスには、例えば、本出願人の出願にかかる
特願平６−２５３８０１号に提案されている。この半導
体光変調デバイスでは、屈折率を変調させる部分の材料
に、半導体バリヤ、あるいは多重量子井戸構造等を用い
ていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来の半導体光変調素子では、導波する光の吸収によ
る損失を抑えるため、導波光の波長と導波層となる半導
体材料のバンドギャップ波長とを２００〜３００ｎｍ程
度離しているので、電気光学効果及び、電界吸収効果に
よる屈折率の変化は、非常に小さく（０．０１％程
度）、デバイスの駆動電圧が大きくなるという問題があ
った。
た従来の半導体光変調素子では、導波する光の吸収によ
る損失を抑えるため、導波光の波長と導波層となる半導
体材料のバンドギャップ波長とを２００〜３００ｎｍ程
度離しているので、電気光学効果及び、電界吸収効果に
よる屈折率の変化は、非常に小さく（０．０１％程
度）、デバイスの駆動電圧が大きくなるという問題があ
った。
【０００４】駆動電圧を低減するためには、素子長を長
くして同じ屈折率変化に対して、導波光の位相変化量を
大きくするという方法があるが、素子容量が増加するの
で、特性的に満足できるものではなかった。本発明は、
上記問題点を除去して、屈折率変調を行う光導波路層に
おいて、信号光の材料による吸収の影響が大きくない程
度の膜厚を制御した、信号光の波長に近いバンドギャッ
プをもつ屈折率変調層を設けることにより、電気光学効
果及び、電界吸収効果による屈折率の変化を大きくし、
しかも吸収係数の増加による信号光の損光を最小限に抑
えることができる半導体光変調素子を提供することを目
的とする。
くして同じ屈折率変化に対して、導波光の位相変化量を
大きくするという方法があるが、素子容量が増加するの
で、特性的に満足できるものではなかった。本発明は、
上記問題点を除去して、屈折率変調を行う光導波路層に
おいて、信号光の材料による吸収の影響が大きくない程
度の膜厚を制御した、信号光の波長に近いバンドギャッ
プをもつ屈折率変調層を設けることにより、電気光学効
果及び、電界吸収効果による屈折率の変化を大きくし、
しかも吸収係数の増加による信号光の損光を最小限に抑
えることができる半導体光変調素子を提供することを目
的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、基板と、この基板の上側に光導波路層
と、この光導波路層の上側にクラッド層と、上側及び下
側電極とを有し、この上側及び下側電極に印加する電界
によって、前記光導波路層の屈折率を変化させて入射光
の変調を行う半導体光変調素子において、前記光導波路
層を、下側より順次第１導電型のＩｎＧａＡｓＰ（１．
３μｍ組成）層、アンドープト−ＩｎＧａＡｓＰ（１．
４８μｍ組成）層、第２導電型のＩｎＧａＡｓＰ（１．
３μｍ組成）層を積層し、信号光の波長に近いバンドギ
ャップをもつ屈折率変調層を設けるようにしたものであ
る。
成するために、基板と、この基板の上側に光導波路層
と、この光導波路層の上側にクラッド層と、上側及び下
側電極とを有し、この上側及び下側電極に印加する電界
によって、前記光導波路層の屈折率を変化させて入射光
の変調を行う半導体光変調素子において、前記光導波路
層を、下側より順次第１導電型のＩｎＧａＡｓＰ（１．
３μｍ組成）層、アンドープト−ＩｎＧａＡｓＰ（１．
４８μｍ組成）層、第２導電型のＩｎＧａＡｓＰ（１．
３μｍ組成）層を積層し、信号光の波長に近いバンドギ
ャップをもつ屈折率変調層を設けるようにしたものであ
る。
【０００６】したがって、電気光学効果及び、電界吸収
効果による屈折率の変化を大きくし、しかも吸収係数の
増加による信号光の損光を最小限に抑えることができ
る。
効果による屈折率の変化を大きくし、しかも吸収係数の
増加による信号光の損光を最小限に抑えることができ
る。
【０００７】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例について図
面を参照しながら詳細に説明する。図１は本発明の実施
例を示す半導体光変調素子の構成図である。ここでは、
１．５５μｍ帯用の半導体光位相変調器について説明す
る。図１において、ｎ（第１導電型）−ＩｎＰ基板１１
上に、ｎ（第１導電型）−ＩｎＧａＡｓＰ（１．３μｍ
組成）層１２−１、アンドープト−ＩｎＧａＡｓＰ
（１．４８μｍ組成）層１２−２、ｐ（第２導電型）−
ＩｎＧａＡｓＰ（１．３μｍ組成）層１２−３からなる
光導波路層１２、及びｐ−ＩｎＰクラッド層１３、ｐ−
ＩｎＧａＡｓコンタクト層１４を順次成長し、ドライエ
ッチング装置（例えばＲＩＥ装置）を用いて、ｐ−Ｉｎ
Ｐクラッド層１３をストライプ状に加工し、さらにＳｉ
Ｏ2 絶縁膜１５、Ｐ側電極（上側電極）１６、ｎ側電極
（下側電極）１７を形成することにより、半導体光位相
変調器を作製する。
面を参照しながら詳細に説明する。図１は本発明の実施
例を示す半導体光変調素子の構成図である。ここでは、
１．５５μｍ帯用の半導体光位相変調器について説明す
る。図１において、ｎ（第１導電型）−ＩｎＰ基板１１
上に、ｎ（第１導電型）−ＩｎＧａＡｓＰ（１．３μｍ
組成）層１２−１、アンドープト−ＩｎＧａＡｓＰ
（１．４８μｍ組成）層１２−２、ｐ（第２導電型）−
ＩｎＧａＡｓＰ（１．３μｍ組成）層１２−３からなる
光導波路層１２、及びｐ−ＩｎＰクラッド層１３、ｐ−
ＩｎＧａＡｓコンタクト層１４を順次成長し、ドライエ
ッチング装置（例えばＲＩＥ装置）を用いて、ｐ−Ｉｎ
Ｐクラッド層１３をストライプ状に加工し、さらにＳｉ
Ｏ2 絶縁膜１５、Ｐ側電極（上側電極）１６、ｎ側電極
（下側電極）１７を形成することにより、半導体光位相
変調器を作製する。
【０００８】ここで、結晶成長は、有機金属気相成長法
（ＭＯＶＰＥ）を用いて行う。図１の位相変調器におい
て、光（１．５５μｍのレーザ光）は光導波路層１２に
入射し、光導波路層１２を伝搬している間に、ｐ側電極
１６、ｎ側電極１７を通して、光導波路層１２のアンド
ープト−ＩｎＧａＡｓＰ（１．４８μｍ組成）層１２−
２に逆バイアス電圧を印加することにより、この領域の
屈折率を変化させ、導波光の位相を変調するものであ
る。
（ＭＯＶＰＥ）を用いて行う。図１の位相変調器におい
て、光（１．５５μｍのレーザ光）は光導波路層１２に
入射し、光導波路層１２を伝搬している間に、ｐ側電極
１６、ｎ側電極１７を通して、光導波路層１２のアンド
ープト−ＩｎＧａＡｓＰ（１．４８μｍ組成）層１２−
２に逆バイアス電圧を印加することにより、この領域の
屈折率を変化させ、導波光の位相を変調するものであ
る。
【０００９】以下、この半導体光位相変調器の動作につ
いて説明する。図１において、ｐ側電極１６を接地しｎ
側電極１７にバイアスをかけると、光導波路層１２のＩ
ｎＧａＡｓＰ（１．４８μｍ組成）層１２−２に電界が
印加される。この状態をＯＮとし、電界が印加されてい
ない状態をＯＦＦ状態とする。そこで、光導波路層１２
を伝搬中の光は、ＯＦＦ状態のときには、変調を受けず
に通過する。しかし、ＯＮ状態のときに伝搬している光
は、ＩｎＧａＡｓＰ（１．４８μｍ組成）層１２−２の
屈折率が、電界吸収効果及び電気光学効果によって変化
するので、それに見合う位相変調を受ける。
いて説明する。図１において、ｐ側電極１６を接地しｎ
側電極１７にバイアスをかけると、光導波路層１２のＩ
ｎＧａＡｓＰ（１．４８μｍ組成）層１２−２に電界が
印加される。この状態をＯＮとし、電界が印加されてい
ない状態をＯＦＦ状態とする。そこで、光導波路層１２
を伝搬中の光は、ＯＦＦ状態のときには、変調を受けず
に通過する。しかし、ＯＮ状態のときに伝搬している光
は、ＩｎＧａＡｓＰ（１．４８μｍ組成）層１２−２の
屈折率が、電界吸収効果及び電気光学効果によって変化
するので、それに見合う位相変調を受ける。
【００１０】すなわち、本発明によれば、ｐ側電極１６
を接地し、ｎ側電極１７にバイアスをかけると、それに
よる電界は、光導波路層１２全体にではなく、中心領域
の薄いＩｎＧａＡｓＰ（１．４８μｍ組成）層１２−２
に印加されるが、ＩｎＧａＡｓＰ（１．４８μｍ組成）
層１２−２は、信号光の波長１．５５に非常に近いバン
ドギャップをもっているので、電界吸収効果によって大
きな屈折率の変化を得ることができる。
を接地し、ｎ側電極１７にバイアスをかけると、それに
よる電界は、光導波路層１２全体にではなく、中心領域
の薄いＩｎＧａＡｓＰ（１．４８μｍ組成）層１２−２
に印加されるが、ＩｎＧａＡｓＰ（１．４８μｍ組成）
層１２−２は、信号光の波長１．５５に非常に近いバン
ドギャップをもっているので、電界吸収効果によって大
きな屈折率の変化を得ることができる。
【００１１】その量は０．１％程度であり、バンドギャ
ップの離れた１．３μｍ組成ＩｎＧａＡｓＰ層１２−
１，１２−３の０．０１％に比べ１桁大きい。なお、電
界吸収効果による屈折率変化の大きい波長範囲では、吸
収係数の変化も大きく、そのため、信号光の吸収が無視
できなくなってくる。この問題を取り除くため、本発明
では、前述のようにＩｎＧａＡｓＰ層１２−２を１．４
８μｍと薄くしている。しかしながら、薄くし過ぎる
と、単位逆バイアス電圧に対する電界強度が大きくなっ
たにも関わらず、屈折率変化を受ける光の強度が小さく
なるため、位相変化量は逆に小さくなる。したがって、
ＩｎＧａＡｓＰ（１．４８μｍ組成）層１２−２の膜厚
は、吸収係数の増加による信号光の損光を最小限に抑え
つつ、屈折率変化による位相変化量を増加できるように
考慮する必要がある。
ップの離れた１．３μｍ組成ＩｎＧａＡｓＰ層１２−
１，１２−３の０．０１％に比べ１桁大きい。なお、電
界吸収効果による屈折率変化の大きい波長範囲では、吸
収係数の変化も大きく、そのため、信号光の吸収が無視
できなくなってくる。この問題を取り除くため、本発明
では、前述のようにＩｎＧａＡｓＰ層１２−２を１．４
８μｍと薄くしている。しかしながら、薄くし過ぎる
と、単位逆バイアス電圧に対する電界強度が大きくなっ
たにも関わらず、屈折率変化を受ける光の強度が小さく
なるため、位相変化量は逆に小さくなる。したがって、
ＩｎＧａＡｓＰ（１．４８μｍ組成）層１２−２の膜厚
は、吸収係数の増加による信号光の損光を最小限に抑え
つつ、屈折率変化による位相変化量を増加できるように
考慮する必要がある。
【００１２】また、上記実施例では、位相変調器に適用
した例を説明したが、本発明の利用形態としては、同様
の原理を用いて、方向性結合器や、マッハツェンダー干
渉形などに応用することも可能である。なお、本発明は
上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に
基づいて種々の変形が可能であり、これらを本発明の範
囲から排除するものではない。
した例を説明したが、本発明の利用形態としては、同様
の原理を用いて、方向性結合器や、マッハツェンダー干
渉形などに応用することも可能である。なお、本発明は
上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に
基づいて種々の変形が可能であり、これらを本発明の範
囲から排除するものではない。
【００１３】
【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明に
よれば、半導体光変調素子において、光導波路層を、下
側より順次第１導電型のＩｎＧａＡｓＰ（１．３μｍ組
成）層、アンドープ−ＩｎＧａＡｓＰ（１．４８μｍ組
成）層、第２導電型のＩｎＧａＡｓＰ（１．３μｍ組
成）層を積層し、信号光の波長に近いバンドギャップを
もつ屈折率変調層を設けるようにしたので、印加される
電界は、光導波路層全体にではなく、中心領域の薄い
１．４８μｍ組成ＩｎＧａＡｓＰ層に印加されることに
なり、１．４８μｍ組成ＩｎＧａＡｓＰ層は、信号光の
波長１．５５に非常に近い、バンドギャップをもってい
るので電界吸収効果によって、大きな屈折率の変化を得
ることができる。
よれば、半導体光変調素子において、光導波路層を、下
側より順次第１導電型のＩｎＧａＡｓＰ（１．３μｍ組
成）層、アンドープ−ＩｎＧａＡｓＰ（１．４８μｍ組
成）層、第２導電型のＩｎＧａＡｓＰ（１．３μｍ組
成）層を積層し、信号光の波長に近いバンドギャップを
もつ屈折率変調層を設けるようにしたので、印加される
電界は、光導波路層全体にではなく、中心領域の薄い
１．４８μｍ組成ＩｎＧａＡｓＰ層に印加されることに
なり、１．４８μｍ組成ＩｎＧａＡｓＰ層は、信号光の
波長１．５５に非常に近い、バンドギャップをもってい
るので電界吸収効果によって、大きな屈折率の変化を得
ることができる。
【００１４】ただし、電界吸収効果による屈折率変化の
大きい波長範囲では、吸収係数の変化も大きく、そのた
め、信号光の吸収が無視できなくなってくる。この問題
を取り除くため、本発明では、ＩｎＧａＡｓＰ層を１．
４８μｍと薄くするようにした。しかしながら、薄くし
過ぎると、単位逆バイアス電圧に対する電界強度が大き
くなったにも関わらず、屈折率変化を受ける光の強度が
小さくなるため、位相変化量は逆に小さくなるので、こ
の点にも留意して、１．４８μｍ組成ＩｎＧａＡｓＰ層
の膜厚にすることが望ましい。
大きい波長範囲では、吸収係数の変化も大きく、そのた
め、信号光の吸収が無視できなくなってくる。この問題
を取り除くため、本発明では、ＩｎＧａＡｓＰ層を１．
４８μｍと薄くするようにした。しかしながら、薄くし
過ぎると、単位逆バイアス電圧に対する電界強度が大き
くなったにも関わらず、屈折率変化を受ける光の強度が
小さくなるため、位相変化量は逆に小さくなるので、こ
の点にも留意して、１．４８μｍ組成ＩｎＧａＡｓＰ層
の膜厚にすることが望ましい。
【図１】本発明の実施例を示す半導体光変調素子の構成
図である。
図である。
１１ ｎ（第１導電型）−ＩｎＰ基板 １２−１ ｎ（第１導電型）−ＩｎＧａＡｓＰ（１．
３μｍ組成）層 １２−２ アンドープ−ＩｎＧａＡｓＰ（１．４８μ
ｍ組成）層 １２−３ ｐ（第２導電型）−ＩｎＧａＡｓＰ（１．
３μｍ組成）層 １２ 光導波路層 １３ ｐ−ＩｎＰクラッド層 １４ ｐ−ＩｎＧａＡｓコンタクト層 １５ ＳｉＯ2 絶縁膜 １６ ｐ側電極（上側電極） １７ ｎ側電極（下側電極）
３μｍ組成）層 １２−２ アンドープ−ＩｎＧａＡｓＰ（１．４８μ
ｍ組成）層 １２−３ ｐ（第２導電型）−ＩｎＧａＡｓＰ（１．
３μｍ組成）層 １２ 光導波路層 １３ ｐ−ＩｎＰクラッド層 １４ ｐ−ＩｎＧａＡｓコンタクト層 １５ ＳｉＯ2 絶縁膜 １６ ｐ側電極（上側電極） １７ ｎ側電極（下側電極）
Claims (1)
- 【請求項１】 基板と、該基板の上側に光導波路層と、
該光導波路層の上側にクラッド層と、上側及び下側電極
とを有し、該上側及び下側電極に印加する電界によっ
て、前記光導波路層の屈折率を変化させて入射光の変調
を行う半導体光変調素子において、 前記光導波路層を、下側より順次第１導電型のＩｎＧａ
ＡｓＰ（１．３μｍ組成）層、アンドープ−ＩｎＧａＡ
ｓＰ（１．４８μｍ組成）層、第２導電型のＩｎＧａＡ
ｓＰ（１．３μｍ組成）層を積層し、信号光の波長に近
いバンドギャップをもつ屈折率変調層を具備することを
特徴とする半導体光変調素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22779295A JPH0973054A (ja) | 1995-09-05 | 1995-09-05 | 半導体光変調素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22779295A JPH0973054A (ja) | 1995-09-05 | 1995-09-05 | 半導体光変調素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0973054A true JPH0973054A (ja) | 1997-03-18 |
Family
ID=16866466
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22779295A Pending JPH0973054A (ja) | 1995-09-05 | 1995-09-05 | 半導体光変調素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0973054A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103777377A (zh) * | 2012-10-23 | 2014-05-07 | 三菱电机株式会社 | 半导体光调制器 |
-
1995
- 1995-09-05 JP JP22779295A patent/JPH0973054A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103777377A (zh) * | 2012-10-23 | 2014-05-07 | 三菱电机株式会社 | 半导体光调制器 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20011106 |