JPH10293279A - 拡張モード導波型半導体変調器 - Google Patents
拡張モード導波型半導体変調器Info
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- JPH10293279A JPH10293279A JP10099375A JP9937598A JPH10293279A JP H10293279 A JPH10293279 A JP H10293279A JP 10099375 A JP10099375 A JP 10099375A JP 9937598 A JP9937598 A JP 9937598A JP H10293279 A JPH10293279 A JP H10293279A
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- G—PHYSICS
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- 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
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- B82—NANOTECHNOLOGY
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 光学的挿入ロスを最小にするように光学的モ
ードが最適化された電気吸収変調器（ＥＡＭ）を提供す
る。 【解決手段】 光学入力信号のＲＦ変調を行う電気吸収
変調器（ＥＡＭ）は、半導体基体上に半導体導波器とし
て形成され、光学入力ポートと、光学出力ポートと、Ｒ
Ｆ入力に接続するための電気接点とを有する。ＥＡＭの
導波器部分の形状は、ＥＡＭが接続されるべき特定の光
学的デバイス、例えば、光ファイバとのモードマッチン
グを与えるように最適化される。ＥＡＭと、ＥＡＭが接
続される光学的デバイスとの間のモードマッチングを最
適化することにより、光学的挿入ロスが最小にされ、こ
れにより、光学システムの全性能が改善される。このデ
バイスは、増加されたモードフィールド寸法を補償する
ように選択された複数の量子井戸で形成される。
ードが最適化された電気吸収変調器（ＥＡＭ）を提供す
る。 【解決手段】 光学入力信号のＲＦ変調を行う電気吸収
変調器（ＥＡＭ）は、半導体基体上に半導体導波器とし
て形成され、光学入力ポートと、光学出力ポートと、Ｒ
Ｆ入力に接続するための電気接点とを有する。ＥＡＭの
導波器部分の形状は、ＥＡＭが接続されるべき特定の光
学的デバイス、例えば、光ファイバとのモードマッチン
グを与えるように最適化される。ＥＡＭと、ＥＡＭが接
続される光学的デバイスとの間のモードマッチングを最
適化することにより、光学的挿入ロスが最小にされ、こ
れにより、光学システムの全性能が改善される。このデ
バイスは、増加されたモードフィールド寸法を補償する
ように選択された複数の量子井戸で形成される。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電気吸収変調器
（ＥＡＭ）に係り、より詳細には、光学的挿入ロスを最
小にするように光学モードが最適化されたＥＡＭに係
る。
（ＥＡＭ）に係り、より詳細には、光学的挿入ロスを最
小にするように光学モードが最適化されたＥＡＭに係
る。
【０００２】
【従来の技術】電気吸収変調器（ＥＡＭ）は、ＲＦ信号
を変調するのに使用するものとして知られている。ＲＦ
の光学的変調に関連して、周波数が高く、電磁干渉を逃
れ、そして帯域巾が比較的広いことを含む多数の利便さ
が知られている。
を変調するのに使用するものとして知られている。ＲＦ
の光学的変調に関連して、周波数が高く、電磁干渉を逃
れ、そして帯域巾が比較的広いことを含む多数の利便さ
が知られている。
【０００３】このようなＥＡＭは、この分野で比較的良
く知られている。このようなＥＡＭの例が、参考として
ここに取り上げる米国特許第４，５２５，６８７号；第
４，８４７，５７３号；第５，１０７，３０７号；第
５，１１３，２８３号；第５，１６５，１０５号；第
５，４０２，２５９号；及び第５，５２２，００５号に
開示されている。又、このようなＥＡＭは、文献「多数
の量子井戸電気吸収導波型変調器の理論的な設計の最適
化(Theoretical Design Optimization of MultipleQuan
tum Well Electroabsorption Waveguide Modulators)
」、Ｎ．Ｋ．チン及びＷ．Ｓ．Ｃ．チャン著、ＩＥＥ
Ｅジャーナル・オブ・クオンタム・エレクトロニック
ス、第２９巻、第９号、１９９３年９月１９日、第２４
７６−２４８８ページにも説明されている。
く知られている。このようなＥＡＭの例が、参考として
ここに取り上げる米国特許第４，５２５，６８７号；第
４，８４７，５７３号；第５，１０７，３０７号；第
５，１１３，２８３号；第５，１６５，１０５号；第
５，４０２，２５９号；及び第５，５２２，００５号に
開示されている。又、このようなＥＡＭは、文献「多数
の量子井戸電気吸収導波型変調器の理論的な設計の最適
化(Theoretical Design Optimization of MultipleQuan
tum Well Electroabsorption Waveguide Modulators)
」、Ｎ．Ｋ．チン及びＷ．Ｓ．Ｃ．チャン著、ＩＥＥ
Ｅジャーナル・オブ・クオンタム・エレクトロニック
ス、第２９巻、第９号、１９９３年９月１９日、第２４
７６−２４８８ページにも説明されている。
【０００４】このようなＥＡＭは、通常は、基体上の半
導体導波器として形成される。例えば、本発明と同じ譲
受人に譲渡された米国特許第５，４０２，２５９号に開
示されたように、電気吸収変調器は、ＧａＡｓ基体上に
形成された半導体導波器を備えている。この導波器は、
２つのＡｌＧａＡｓ導波層の間にサンドイッチされた１
つ以上のＧａＡｓ量子井戸で構成される。このデバイス
にＲＦ信号及びＤＣバイアス信号を接続できるようにす
るために、デバイスにオーミック接点が形成される。米
国特許第５，４０２，２５９号に開示されたように、Ｄ
Ｃバイアス信号は、ＥＡＭ２４をその直線的範囲内で動
作させるために使用される。良く知られたように、電界
は、デバイスの光吸収性を変化させ、これにより、光の
輝度を変調させる。デバイスにＲＦ信号を付与すること
により、入力光信号の輝度変調がＲＦ信号の変化に基づ
いて変化する。
導体導波器として形成される。例えば、本発明と同じ譲
受人に譲渡された米国特許第５，４０２，２５９号に開
示されたように、電気吸収変調器は、ＧａＡｓ基体上に
形成された半導体導波器を備えている。この導波器は、
２つのＡｌＧａＡｓ導波層の間にサンドイッチされた１
つ以上のＧａＡｓ量子井戸で構成される。このデバイス
にＲＦ信号及びＤＣバイアス信号を接続できるようにす
るために、デバイスにオーミック接点が形成される。米
国特許第５，４０２，２５９号に開示されたように、Ｄ
Ｃバイアス信号は、ＥＡＭ２４をその直線的範囲内で動
作させるために使用される。良く知られたように、電界
は、デバイスの光吸収性を変化させ、これにより、光の
輝度を変調させる。デバイスにＲＦ信号を付与すること
により、入力光信号の輝度変調がＲＦ信号の変化に基づ
いて変化する。
【０００５】ＥＡＭを組み込んだ光学変調システムが図
１に参照番号２０で一般的に示されている。例えば、レ
ーザ送信器２２からの光学キャリアは、ＥＡＭ２４の入
力ポートに向けられる。ＥＡＭ２４の光学出力ポート
は、光ファイバ２８によりホトダイオード受信器２６に
向けられる。ＲＦ入力信号及びＤＣバイアスは、ＥＡＭ
の電気的入力に付与される。上記のように、ＥＡＭ２４
は、光学キャリアをＲＦ入力信号の関数として変調す
る。ホトダイオード受信器２６は、光学信号を復調し、
ＲＦ出力信号を発生する。ＤＣバイアス信号は、ホトダ
イオード２６をバイアスするのに使用される。
１に参照番号２０で一般的に示されている。例えば、レ
ーザ送信器２２からの光学キャリアは、ＥＡＭ２４の入
力ポートに向けられる。ＥＡＭ２４の光学出力ポート
は、光ファイバ２８によりホトダイオード受信器２６に
向けられる。ＲＦ入力信号及びＤＣバイアスは、ＥＡＭ
の電気的入力に付与される。上記のように、ＥＡＭ２４
は、光学キャリアをＲＦ入力信号の関数として変調す
る。ホトダイオード受信器２６は、光学信号を復調し、
ＲＦ出力信号を発生する。ＤＣバイアス信号は、ホトダ
イオード２６をバイアスするのに使用される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】光学変調システム２０
の性能は、例えば、レーザ送信器２２からの光学キャリ
アの光学パワーに対する、ホトダイオード受信器２６に
向けられる変調された光信号の光学パワーに依存する。
このシステムのＲＦ利得は、ホトダイオード受信器２６
に向けられる光学パワーの平方の関数として増加する。
それ故、光学変調システム２０の性能を改善するには、
システムの光学的挿入ロスを最小にすることが必要であ
る。特に、レーザ送信器２２と出力光ファイバ２８との
間の光学的挿入ロスを最小にすることが必要である。不
都合なことに、多くの既知のＥＡＭでは、光ファイバ２
８とＥＡＭ２４との間に光学モードのミスマッチが存在
し、その結果、著しい光学的挿入ロスを生じ、全光学変
調システム２０の性能を低下させる。より詳細には、既
知の単一モードの半導体導波器は、横方向（エピタキシ
ャル層に平行な）に数ミクロンのモードフィールド寸法
を有すると共に、横断方向（エピタキシャル層に垂直
な）に著しく小さい寸法を有する。しかし、従来の単一
モード光ファイバは、モードフィールド直径がほぼ１０
ミクロンである。モードフィールド寸法のこのようなミ
スマッチにより、比較的大きな光学的挿入ロスが生じ、
光学変調システム２０の全性能を低下させる。
の性能は、例えば、レーザ送信器２２からの光学キャリ
アの光学パワーに対する、ホトダイオード受信器２６に
向けられる変調された光信号の光学パワーに依存する。
このシステムのＲＦ利得は、ホトダイオード受信器２６
に向けられる光学パワーの平方の関数として増加する。
それ故、光学変調システム２０の性能を改善するには、
システムの光学的挿入ロスを最小にすることが必要であ
る。特に、レーザ送信器２２と出力光ファイバ２８との
間の光学的挿入ロスを最小にすることが必要である。不
都合なことに、多くの既知のＥＡＭでは、光ファイバ２
８とＥＡＭ２４との間に光学モードのミスマッチが存在
し、その結果、著しい光学的挿入ロスを生じ、全光学変
調システム２０の性能を低下させる。より詳細には、既
知の単一モードの半導体導波器は、横方向（エピタキシ
ャル層に平行な）に数ミクロンのモードフィールド寸法
を有すると共に、横断方向（エピタキシャル層に垂直
な）に著しく小さい寸法を有する。しかし、従来の単一
モード光ファイバは、モードフィールド直径がほぼ１０
ミクロンである。モードフィールド寸法のこのようなミ
スマッチにより、比較的大きな光学的挿入ロスが生じ、
光学変調システム２０の全性能を低下させる。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明の目的は、公知技
術の種々の問題を解消することである。本発明の別の目
的は、光学的挿入ロスを減少するように構成された電気
吸収変調器（ＥＡＭ）を提供することである。本発明の
更に別の目的は、ＥＡＭが接続される光学デバイスに対
して最小の光学的挿入ロスを与えるように最適化された
ＥＡＭを提供することである。本発明の更に別の目的
は、ＥＡＭと、ＥＡＭを接続すべき光学デバイスとの間
のモードマッチングを最適化するよう構成されたＥＡＭ
を提供することである。
術の種々の問題を解消することである。本発明の別の目
的は、光学的挿入ロスを減少するように構成された電気
吸収変調器（ＥＡＭ）を提供することである。本発明の
更に別の目的は、ＥＡＭが接続される光学デバイスに対
して最小の光学的挿入ロスを与えるように最適化された
ＥＡＭを提供することである。本発明の更に別の目的
は、ＥＡＭと、ＥＡＭを接続すべき光学デバイスとの間
のモードマッチングを最適化するよう構成されたＥＡＭ
を提供することである。
【０００８】簡単に述べると、本発明は、ＲＦ入力信号
の光学的変調を与える電気吸収変調器（ＥＡＭ）に係
る。ＥＡＭは、半導体基体上の半導体導波器として形成
され、光学入力ポート、光学出力ポート、及びＲＦ入力
に接続するための電気入力接点を含む。ＥＡＭの導波器
部分の構成は、ＥＡＭが接続されるべき特定の光学デバ
イス、例えば、光ファイバとのモードマッチングを与え
るように最適化される。ＥＡＭと、ＥＡＭが接続される
光学デバイスとの間のモードマッチングを最適化するこ
とにより、光学的挿入ロスが最小にされ、これにより、
光学システムの全性能が改善される。デバイスの導波器
部分は、増加されるモードフィールド寸法を補償するよ
うに選択された複数の量子井戸により形成される。
の光学的変調を与える電気吸収変調器（ＥＡＭ）に係
る。ＥＡＭは、半導体基体上の半導体導波器として形成
され、光学入力ポート、光学出力ポート、及びＲＦ入力
に接続するための電気入力接点を含む。ＥＡＭの導波器
部分の構成は、ＥＡＭが接続されるべき特定の光学デバ
イス、例えば、光ファイバとのモードマッチングを与え
るように最適化される。ＥＡＭと、ＥＡＭが接続される
光学デバイスとの間のモードマッチングを最適化するこ
とにより、光学的挿入ロスが最小にされ、これにより、
光学システムの全性能が改善される。デバイスの導波器
部分は、増加されるモードフィールド寸法を補償するよ
うに選択された複数の量子井戸により形成される。
【０００９】
【発明の実施の形態】本発明のこれら及び他の目的は、
添付図面を参照した以下の詳細な説明より容易に明らか
となろう。本発明は、接続されるデバイスとのモードミ
スマッチを最小にするような最適な構成にされた電気吸
収変調器（ＥＡＭ）に係る。ＥＡＭと、ＥＡＭが接続さ
れるデバイスとの間のモードミスマッチを最小にするこ
とにより、光学的挿入ロスが最小にされ、光学変調シス
テムの全性能が改善される。ＥＡＭは、ＥＡＭが光ファ
イバに接続された図１に示すシステムにおいて光学的挿
入ロスを最小にすることについて以下に説明する。しか
しながら、本発明の原理は、ＥＡＭが光ファイバ以外の
光学デバイス、例えば別のＥＡＭ又は光学増幅器に接続
されるような他のシステムにも適用できる。
添付図面を参照した以下の詳細な説明より容易に明らか
となろう。本発明は、接続されるデバイスとのモードミ
スマッチを最小にするような最適な構成にされた電気吸
収変調器（ＥＡＭ）に係る。ＥＡＭと、ＥＡＭが接続さ
れるデバイスとの間のモードミスマッチを最小にするこ
とにより、光学的挿入ロスが最小にされ、光学変調シス
テムの全性能が改善される。ＥＡＭは、ＥＡＭが光ファ
イバに接続された図１に示すシステムにおいて光学的挿
入ロスを最小にすることについて以下に説明する。しか
しながら、本発明の原理は、ＥＡＭが光ファイバ以外の
光学デバイス、例えば別のＥＡＭ又は光学増幅器に接続
されるような他のシステムにも適用できる。
【００１０】光学的挿入ロスを減少することにより、例
えば、図１に示すような全変調システムの光学パワーが
著しく改善される。特に、図１に示す光学変調システム
においては、システム性能は、高速ホトダイオード２６
に接続される光学的パワーの量に依存する。このような
システムでは、システムのＲＦ利得は、ホトダイオード
２６に送られる光学的パワーの平方として増加する。更
に、サブオクターブリンクにおけるスプリアス信号のな
いダイナミックレンジ（三次相互変調積により制限され
る）は、熱的ノイズで制限されるシステムの光学利得の
約２／３においてショットノイズで制限されるシステム
の光学利得の１ｄＢ増加ごとに約１／３ｄＢだけ増加す
る。従って、本発明によるＥＡＭは、光学的挿入ロスを
減少し、これにより、ホトダイオード２６に送られる光
学的パワーを増加させ、光学変調システムの全システム
性能を改善する。
えば、図１に示すような全変調システムの光学パワーが
著しく改善される。特に、図１に示す光学変調システム
においては、システム性能は、高速ホトダイオード２６
に接続される光学的パワーの量に依存する。このような
システムでは、システムのＲＦ利得は、ホトダイオード
２６に送られる光学的パワーの平方として増加する。更
に、サブオクターブリンクにおけるスプリアス信号のな
いダイナミックレンジ（三次相互変調積により制限され
る）は、熱的ノイズで制限されるシステムの光学利得の
約２／３においてショットノイズで制限されるシステム
の光学利得の１ｄＢ増加ごとに約１／３ｄＢだけ増加す
る。従って、本発明によるＥＡＭは、光学的挿入ロスを
減少し、これにより、ホトダイオード２６に送られる光
学的パワーを増加させ、光学変調システムの全システム
性能を改善する。
【００１１】本発明によるＥＡＭは、図２に参照番号４
０で一般的に示されている。上記のように、ＥＡＭ４０
は、光ファイバケーブルとのモードミスマッチを最小に
するように構成される。既知の電気吸収変調器では、モ
ードフィールドの寸法が横方向にしばしば数ミクロンで
あり、そして横断方向には著しく小さい。しかしなが
ら、単一モードの光ファイバは、モードフィールドの直
径が約１０ミクロンである。光ファイバと既知のＥＡＭ
との間のこのようなモードミスマッチは、光ファイバと
ＥＡＭの間に著しい光学的挿入ロスを生じ、システムの
光学的パワー及び出力ＲＦパワーを著しく低減させる。
０で一般的に示されている。上記のように、ＥＡＭ４０
は、光ファイバケーブルとのモードミスマッチを最小に
するように構成される。既知の電気吸収変調器では、モ
ードフィールドの寸法が横方向にしばしば数ミクロンで
あり、そして横断方向には著しく小さい。しかしなが
ら、単一モードの光ファイバは、モードフィールドの直
径が約１０ミクロンである。光ファイバと既知のＥＡＭ
との間のこのようなモードミスマッチは、光ファイバと
ＥＡＭの間に著しい光学的挿入ロスを生じ、システムの
光学的パワー及び出力ＲＦパワーを著しく低減させる。
【００１２】出力モードがキャビティのサイズにより決
定されるレーザとは異なり、ＥＡＭ４０の２ポート特性
は、キャビティ自身が多数のモードをサポートする場合
でもその光学的出力を単一モードに対して構成できるよ
うにする。その理由は、主として、ＥＡＭ４０への入力
モードが単一のローブを有し、そして適切に整列したと
きには、導波器の中心に最小値をもつか又は多数のロー
ブを有する他のキャビティモードとあまり重畳しなくな
るからである。しかし、所与の光学的入力パワーに対
し、ピークフィールド振幅は、モードサイズが増加する
につれて減少し、伝播するフィールドと、吸収する量子
井戸との間の重畳を減少させ、その結果、ＥＡＭの変調
効率を低下させる。この作用を補償するために、量子井
戸の数を増加して、減少したピークフィールド振幅を補
償する。
定されるレーザとは異なり、ＥＡＭ４０の２ポート特性
は、キャビティ自身が多数のモードをサポートする場合
でもその光学的出力を単一モードに対して構成できるよ
うにする。その理由は、主として、ＥＡＭ４０への入力
モードが単一のローブを有し、そして適切に整列したと
きには、導波器の中心に最小値をもつか又は多数のロー
ブを有する他のキャビティモードとあまり重畳しなくな
るからである。しかし、所与の光学的入力パワーに対
し、ピークフィールド振幅は、モードサイズが増加する
につれて減少し、伝播するフィールドと、吸収する量子
井戸との間の重畳を減少させ、その結果、ＥＡＭの変調
効率を低下させる。この作用を補償するために、量子井
戸の数を増加して、減少したピークフィールド振幅を補
償する。
【００１３】本発明のモードマッチングは、ＥＡＭが接
続されるデバイスのモードに一致するようにデバイスの
導波器部分の種々の層を寸法的及び形状的にマッチング
することにより達成される。光ファイバケーブルの場合
には、光ファイバケーブルのモードに厳密にマッチング
するためにＥＡＭ４０のモードサイズが増加されるの
で、その増加されたモードフィールド寸法を補償して単
位付与電界当たり同等量の吸収変化（変調効率）を得る
ために量子井戸の数が増加される。さもなくば、ＥＡＭ
のモードサイズを単に増加するだけでは、変調効率が低
下し、従って、同等量の出力ＲＦパワーを得るために入
力ＲＦパワーの量を増加しなければならない。一般的
に、デバイスのモードサイズを２倍にすると、変調効率
が約半分になる。モードサイズが２倍にされた状況で
は、量子井戸の数を２倍にすると、同等の変調効率が与
えられる。ＥＡＭに接続された光ファイバケーブルの場
合には、例えば、参考としてここに取り上げる本発明と
同じ譲受人に譲渡された米国特許第５，４０２，２５９
号に開示されたように、モードサイズが非常に小さいＥ
ＡＭに対して同等量の吸収を与えるために量子井戸の数
が１２に選択される。
続されるデバイスのモードに一致するようにデバイスの
導波器部分の種々の層を寸法的及び形状的にマッチング
することにより達成される。光ファイバケーブルの場合
には、光ファイバケーブルのモードに厳密にマッチング
するためにＥＡＭ４０のモードサイズが増加されるの
で、その増加されたモードフィールド寸法を補償して単
位付与電界当たり同等量の吸収変化（変調効率）を得る
ために量子井戸の数が増加される。さもなくば、ＥＡＭ
のモードサイズを単に増加するだけでは、変調効率が低
下し、従って、同等量の出力ＲＦパワーを得るために入
力ＲＦパワーの量を増加しなければならない。一般的
に、デバイスのモードサイズを２倍にすると、変調効率
が約半分になる。モードサイズが２倍にされた状況で
は、量子井戸の数を２倍にすると、同等の変調効率が与
えられる。ＥＡＭに接続された光ファイバケーブルの場
合には、例えば、参考としてここに取り上げる本発明と
同じ譲受人に譲渡された米国特許第５，４０２，２５９
号に開示されたように、モードサイズが非常に小さいＥ
ＡＭに対して同等量の吸収を与えるために量子井戸の数
が１２に選択される。
【００１４】ＥＡＭ４０は、１つ以上の量子井戸を含む
真性領域４２を備えた半導体光学的導波器として形成さ
れる。良く知られたように、量子井戸型の変調器は、輝
度型の変調器として使用できる。より詳細には、光学的
導波器部分は、以下に述べるように、入力光学ポート
と、出力光学ポートと画成する。例えば、レーザ２２か
らの光学的キャリアが入力光学ポートに付与される。一
般的に垂直な電界（即ちエピタキシャル層に垂直の）
は、デバイスの光学的吸収性を変化させ、これは、次い
で、光学出力ポートから導き出される光学的キャリアの
輝度変調を与える。エピタキシャル層の平面に一般的に
垂直な方向に電界のＲＦ変調を付与することにより、Ｅ
ＡＭ４０は、ＲＦ入力信号の特性に基づいて変化する輝
度変調された出力光学ビームを発生する。参考としてこ
こに取り上げる本発明と同じ譲受人に譲渡された米国特
許第５，４０２，２５９号に詳細に述べられたように、
ＤＣバイアスをＲＦ入力信号に付与して、変調器４０が
その直線範囲内で動作するようにする。
真性領域４２を備えた半導体光学的導波器として形成さ
れる。良く知られたように、量子井戸型の変調器は、輝
度型の変調器として使用できる。より詳細には、光学的
導波器部分は、以下に述べるように、入力光学ポート
と、出力光学ポートと画成する。例えば、レーザ２２か
らの光学的キャリアが入力光学ポートに付与される。一
般的に垂直な電界（即ちエピタキシャル層に垂直の）
は、デバイスの光学的吸収性を変化させ、これは、次い
で、光学出力ポートから導き出される光学的キャリアの
輝度変調を与える。エピタキシャル層の平面に一般的に
垂直な方向に電界のＲＦ変調を付与することにより、Ｅ
ＡＭ４０は、ＲＦ入力信号の特性に基づいて変化する輝
度変調された出力光学ビームを発生する。参考としてこ
こに取り上げる本発明と同じ譲受人に譲渡された米国特
許第５，４０２，２５９号に詳細に述べられたように、
ＤＣバイアスをＲＦ入力信号に付与して、変調器４０が
その直線範囲内で動作するようにする。
【００１５】図２を参照して、本発明によるＥＡＭ４０
を説明する。ＥＡＭ４０は、半絶縁基体４４を含む。こ
の半絶縁基体は、ＧａＡｓ、ＩｎＰ：Ｆｅ又は他の材料
で形成される。半絶縁基体層４４の上にｎ＋ＧａＡｓ層
４６が形成される。或いは、このｎ＋層は、ＩｎＰ又は
ＩｎＧａＡｓで形成されてもよい。ｎ＋層４６は、接点
層として使用される。接点層４６の上にはメサ４９が形
成される。層４２、５８及び６０を含む光学的半導体導
波器４８が一対のクラッド層５０と５２との間にサンド
イッチされる。クラッド層５０は、Ａｌ0.4 Ｇａ0.6 Ａ
ｓから１μｍ厚みのｎ型層として形成され、一方、クラ
ッド層５２は、本質的に同じ形式の材料で形成される
が、ｐ型ドーピング材料がドープされて、ｐ＋層を形成
する。この緩衝層５２の上にｐ＋接点層５４が形成され
る。接点層４６及び５４の上にオーミック接点が形成さ
れ、ＲＦ入力のための電気入力ポートを形成する。
を説明する。ＥＡＭ４０は、半絶縁基体４４を含む。こ
の半絶縁基体は、ＧａＡｓ、ＩｎＰ：Ｆｅ又は他の材料
で形成される。半絶縁基体層４４の上にｎ＋ＧａＡｓ層
４６が形成される。或いは、このｎ＋層は、ＩｎＰ又は
ＩｎＧａＡｓで形成されてもよい。ｎ＋層４６は、接点
層として使用される。接点層４６の上にはメサ４９が形
成される。層４２、５８及び６０を含む光学的半導体導
波器４８が一対のクラッド層５０と５２との間にサンド
イッチされる。クラッド層５０は、Ａｌ0.4 Ｇａ0.6 Ａ
ｓから１μｍ厚みのｎ型層として形成され、一方、クラ
ッド層５２は、本質的に同じ形式の材料で形成される
が、ｐ型ドーピング材料がドープされて、ｐ＋層を形成
する。この緩衝層５２の上にｐ＋接点層５４が形成され
る。接点層４６及び５４の上にオーミック接点が形成さ
れ、ＲＦ入力のための電気入力ポートを形成する。
【００１６】光学的導波器４８は、ｐｉｎ構造体４８と
して形成され、これは、エピタキシャル層の平面の方向
に一般的に垂直に電界を付与することができる。特に、
複数のドープされた層４６、５０、５８と、５２、５
４、６０との間に真性層４２がサンドイッチされる。層
５８及び６０は、光学的接合を最適化するための光学的
導波層として働き、Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ａｓから約０．８
μｍの厚みに形成されそして図２に示すようにｎ型材料
又はｐ型材料のいずれかがドープされる。活性層４２に
は、光ファイバとのモードマッチングの結果として増加
されたモードフィールド寸法を補償するように選択され
た複数の量子井戸が形成される。光ファイバとのモード
マッチングのためにデバイスのモード寸法が増加される
ために、活性層４２には、交互の井戸層６０及びバリア
層６２より成る１２個の量子井戸が形成される。交互の
井戸層６０及びバリア層６２は、一対の外側のバリア層
６４と６６との間にサンドイッチされる。井戸層６０
は、ＧａＡｓにより各々約１００Åの厚みに形成され、
一方、バリア層６２は、Ａｌ0.3 Ｇａ0.7 Ａｓにより約
１２５Åの厚みに形成される。外側の各バリア層６４及
び６６は、Ａｌ0.2 Ｇａ 0.8 Ａｓにより約２００Åの厚
みに形成される。
して形成され、これは、エピタキシャル層の平面の方向
に一般的に垂直に電界を付与することができる。特に、
複数のドープされた層４６、５０、５８と、５２、５
４、６０との間に真性層４２がサンドイッチされる。層
５８及び６０は、光学的接合を最適化するための光学的
導波層として働き、Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ａｓから約０．８
μｍの厚みに形成されそして図２に示すようにｎ型材料
又はｐ型材料のいずれかがドープされる。活性層４２に
は、光ファイバとのモードマッチングの結果として増加
されたモードフィールド寸法を補償するように選択され
た複数の量子井戸が形成される。光ファイバとのモード
マッチングのためにデバイスのモード寸法が増加される
ために、活性層４２には、交互の井戸層６０及びバリア
層６２より成る１２個の量子井戸が形成される。交互の
井戸層６０及びバリア層６２は、一対の外側のバリア層
６４と６６との間にサンドイッチされる。井戸層６０
は、ＧａＡｓにより各々約１００Åの厚みに形成され、
一方、バリア層６２は、Ａｌ0.3 Ｇａ0.7 Ａｓにより約
１２５Åの厚みに形成される。外側の各バリア層６４及
び６６は、Ａｌ0.2 Ｇａ 0.8 Ａｓにより約２００Åの厚
みに形成される。
【００１７】本発明によるＥＡＭの別の重要な特徴は、
寄生容量を減少すると共に帯域巾を改善するために真性
領域５６の厚みがたとえ増加されたとしても受け入れら
れる帯域巾及び変調効率を与えるようにデバイスの形状
が最適化されることである。特に、量子井戸型の変調器
は、並列プレートキャパシタとして働く。従って、真性
領域５６の厚みが増加すると、キャパシタンスが減少
し、これにより、全デバイスの帯域巾が増加する。キャ
パシタンスを最小にし、ひいては、デバイスの帯域巾を
増加するために、真性領域５６の厚みが増加される。こ
こで使用する真性領域５６とは、デバイスの非ドープ領
域を指す。図８には、図２に示すＥＡＭの別の実施形態
が参照番号４０’で一般的に示されている。この実施形
態では、真性即ち非ドープ領域５６’は、活性層（即ち
量子井戸層４２’）及び他の非ドープ層を包囲する。
寄生容量を減少すると共に帯域巾を改善するために真性
領域５６の厚みがたとえ増加されたとしても受け入れら
れる帯域巾及び変調効率を与えるようにデバイスの形状
が最適化されることである。特に、量子井戸型の変調器
は、並列プレートキャパシタとして働く。従って、真性
領域５６の厚みが増加すると、キャパシタンスが減少
し、これにより、全デバイスの帯域巾が増加する。キャ
パシタンスを最小にし、ひいては、デバイスの帯域巾を
増加するために、真性領域５６の厚みが増加される。こ
こで使用する真性領域５６とは、デバイスの非ドープ領
域を指す。図８には、図２に示すＥＡＭの別の実施形態
が参照番号４０’で一般的に示されている。この実施形
態では、真性即ち非ドープ領域５６’は、活性層（即ち
量子井戸層４２’）及び他の非ドープ層を包囲する。
【００１８】図３及び４は、ＲＦ出力パワー（ｄＢｍ）
を、異なるバイアス電圧に対しＲＦ入力パワー（ｄＢ
ｍ）の関数として示す。２つのバイアス電圧におけるダ
イナミックレンジの相違は、本発明と同じ譲受人に譲渡
された米国特許第５，４０２，２５９号に開示されたよ
うに、最適にリンクされたダイナミックレンジに対して
バイアス電圧をいかに調整できるかを示す。曲線７０及
び７２は、信号曲線を示し、一方、曲線７４及び７６
は、歪を示す。ノイズフロアは、水平線７８及び８０に
より示されている。従って、ダイナミックレンジは、曲
線７０、７２、７４及び７６とノイズフロア７８及び８
０との交点８２、８４、８６及び８８により決定され
る。
を、異なるバイアス電圧に対しＲＦ入力パワー（ｄＢ
ｍ）の関数として示す。２つのバイアス電圧におけるダ
イナミックレンジの相違は、本発明と同じ譲受人に譲渡
された米国特許第５，４０２，２５９号に開示されたよ
うに、最適にリンクされたダイナミックレンジに対して
バイアス電圧をいかに調整できるかを示す。曲線７０及
び７２は、信号曲線を示し、一方、曲線７４及び７６
は、歪を示す。ノイズフロアは、水平線７８及び８０に
より示されている。従って、ダイナミックレンジは、曲
線７０、７２、７４及び７６とノイズフロア７８及び８
０との交点８２、８４、８６及び８８により決定され
る。
【００１９】図５及び６は、異なる光学入力パワーレベ
ルに対しバイアス電圧の関数としてデバイスの送信及び
出力光学パワーを示すグラフである。図示されたよう
に、本発明によるＥＡＭの光学送信及び光学出力パワー
は、本発明と同じ譲受人に譲渡された米国特許第５，４
０２，２５９号に開示されたＥＡＭのような既知のＥＡ
Ｍに比して著しく高い。
ルに対しバイアス電圧の関数としてデバイスの送信及び
出力光学パワーを示すグラフである。図示されたよう
に、本発明によるＥＡＭの光学送信及び光学出力パワー
は、本発明と同じ譲受人に譲渡された米国特許第５，４
０２，２５９号に開示されたＥＡＭのような既知のＥＡ
Ｍに比して著しく高い。
【００２０】本発明の別の実施形態が図８に示されてい
る。この実施形態では、図２に示す実施形態と同様に、
ＥＡＭ８０と、ＥＡＭ８０が接続されるデバイスとの間
のモードミスマッチを最小にするように光学的導波器の
形状が最適化される。この実施形態においては、光学的
導波器は、ＩｎＰ：Ｆｅ半導体基体８２の上に形成され
る。基体層８２の上には接点層８４が形成される。接点
層８４は、ＩｎＧａＡｓによりｎ＋層として形成され
る。参照番号８６で一般的に示された光学的導波器は、
ｐ型導波層９０とｎ型導波層９２との間にサンドイッチ
された活性層８８を形成する複数の、例えば、１２個の
量子井戸層を含む。拡散によるドープ剤が真性領域８７
へ入るのを防止するために、ｐ型導波器９０と真性領域
８８との間に拡散バリア９４が形成される。ｎ型導波層
９２は、ＡｌＧａＩｎＡｓにより０．８μｍの厚みに形
成され、１．１５μｍのバンドギャップを有する。ｐ型
導波層９０は、ＡｌＧａＩｎＡｓにより０．８μｍの厚
みに形成され、１．１５μｍのバンドギャップを有す
る。拡散バリア層９４は、ＡｌＧａＩｎＡｓにより０．
０５μｍの厚みに形成され、１．０５μｍのバンドギャ
ップを有する。真性層８８は、１２個の交互の量子井戸
９６及びバリア層９８で形成される。各量子井戸層は、
ＡｌＧａＩｎＡｓにより形成され、０．０１μｍの厚み
を有し、そのバンドギャップは、１．２５μｍの光学放
射に対応する。各バリア層９８は、ＡｌＧａＩｎＡｓに
より形成され、０．０１μｍの厚みを有し、そのバンド
ギャップは１．０５μｍの光学放射に対応する。クラッ
ド層１００は、ｐ型導波層９０の上に形成される。クラ
ッド層１００は、ＩｎＰから形成されてドープされ、ド
ープ密度３ｘ１０17までのｐ型層を形成する。クラッド
層１００は１．０μｍの厚みに形成される。クラッド層
１００の上には接点層１０２が形成される。接点層１０
２は、ＩｎＧａＡｓで形成されそして１ｘ１０19の密度
でドープされ、例えば０．２μｍ厚みのｐ＋層が形成さ
れる。接点層の上にはｎ型のクラッド層１０４が形成さ
れる。
る。この実施形態では、図２に示す実施形態と同様に、
ＥＡＭ８０と、ＥＡＭ８０が接続されるデバイスとの間
のモードミスマッチを最小にするように光学的導波器の
形状が最適化される。この実施形態においては、光学的
導波器は、ＩｎＰ：Ｆｅ半導体基体８２の上に形成され
る。基体層８２の上には接点層８４が形成される。接点
層８４は、ＩｎＧａＡｓによりｎ＋層として形成され
る。参照番号８６で一般的に示された光学的導波器は、
ｐ型導波層９０とｎ型導波層９２との間にサンドイッチ
された活性層８８を形成する複数の、例えば、１２個の
量子井戸層を含む。拡散によるドープ剤が真性領域８７
へ入るのを防止するために、ｐ型導波器９０と真性領域
８８との間に拡散バリア９４が形成される。ｎ型導波層
９２は、ＡｌＧａＩｎＡｓにより０．８μｍの厚みに形
成され、１．１５μｍのバンドギャップを有する。ｐ型
導波層９０は、ＡｌＧａＩｎＡｓにより０．８μｍの厚
みに形成され、１．１５μｍのバンドギャップを有す
る。拡散バリア層９４は、ＡｌＧａＩｎＡｓにより０．
０５μｍの厚みに形成され、１．０５μｍのバンドギャ
ップを有する。真性層８８は、１２個の交互の量子井戸
９６及びバリア層９８で形成される。各量子井戸層は、
ＡｌＧａＩｎＡｓにより形成され、０．０１μｍの厚み
を有し、そのバンドギャップは、１．２５μｍの光学放
射に対応する。各バリア層９８は、ＡｌＧａＩｎＡｓに
より形成され、０．０１μｍの厚みを有し、そのバンド
ギャップは１．０５μｍの光学放射に対応する。クラッ
ド層１００は、ｐ型導波層９０の上に形成される。クラ
ッド層１００は、ＩｎＰから形成されてドープされ、ド
ープ密度３ｘ１０17までのｐ型層を形成する。クラッド
層１００は１．０μｍの厚みに形成される。クラッド層
１００の上には接点層１０２が形成される。接点層１０
２は、ＩｎＧａＡｓで形成されそして１ｘ１０19の密度
でドープされ、例えば０．２μｍ厚みのｐ＋層が形成さ
れる。接点層の上にはｎ型のクラッド層１０４が形成さ
れる。
【００２１】ＥＡＭ４０、４０’及び８０は、金属有機
化学蒸着（ＭＯＣＶＤ）、分子ビームエピタキシー（Ｍ
ＢＥ）、化学ビームエピタキシー（ＣＢＥ）又は他の技
術により各基体の上に形成される。各接点層に形成され
る接点は、金属付着及びホトリソグラフィック技術によ
り形成される。ＥＡＭ４０、４０’及び８０のメサの形
状は、既知のエッチング及びホトリソグラフィック技術
により形成される。
化学蒸着（ＭＯＣＶＤ）、分子ビームエピタキシー（Ｍ
ＢＥ）、化学ビームエピタキシー（ＣＢＥ）又は他の技
術により各基体の上に形成される。各接点層に形成され
る接点は、金属付着及びホトリソグラフィック技術によ
り形成される。ＥＡＭ４０、４０’及び８０のメサの形
状は、既知のエッチング及びホトリソグラフィック技術
により形成される。
【００２２】又、本発明の原理は、図９に示すような半
導体マッハ−ツェンダ変調器１００のような他の電気−
光学デバイスにも適用される。特に、変調器１００は、
上記のように光学入力及び出力ポートをもつように構成
されるが、これらポートは、図示されたようにＹブラン
チのための単一モード構造へとテーパ付けされそして電
界が付与される。デバイスのテーパ付けは、金属有機蒸
着（ＭＯＣＶＤ）における選択的領域エピタキシーによ
り達成される。さもなくば、必要な屈曲部が著しいモー
ド結合を導入して、マルチモード出力を生じると共に、
光ファイバへの結合を比較的不充分なものにする。
導体マッハ−ツェンダ変調器１００のような他の電気−
光学デバイスにも適用される。特に、変調器１００は、
上記のように光学入力及び出力ポートをもつように構成
されるが、これらポートは、図示されたようにＹブラン
チのための単一モード構造へとテーパ付けされそして電
界が付与される。デバイスのテーパ付けは、金属有機蒸
着（ＭＯＣＶＤ）における選択的領域エピタキシーによ
り達成される。さもなくば、必要な屈曲部が著しいモー
ド結合を導入して、マルチモード出力を生じると共に、
光ファイバへの結合を比較的不充分なものにする。
【００２３】上記技術に鑑み、本発明の多数の変更及び
修正がなされ得ることが明らかである。従って、本発明
は、請求の範囲内で、上記とは異なる仕方でも実施でき
ることを理解されたい。
修正がなされ得ることが明らかである。従って、本発明
は、請求の範囲内で、上記とは異なる仕方でも実施でき
ることを理解されたい。
【図１】光学変調システムの回路図である。
【図２】本発明による電気吸収変調器の断面図で、真性
層の組成を拡大して示す図である。
層の組成を拡大して示す図である。
【図３】ＲＦ出力パワーをＲＦ入力パワーの関数として
示すグラフで、第１のバイアス電圧における変調器のダ
イナミックレンジを示す図である。
示すグラフで、第１のバイアス電圧における変調器のダ
イナミックレンジを示す図である。
【図４】図３と同様であるが、異なるバイアス電圧につ
いて示したグラフである。
いて示したグラフである。
【図５】光学送信を異なる入力光学パワーレベルに対し
てＤＣバイアス電圧の関数として示すグラフである。
てＤＣバイアス電圧の関数として示すグラフである。
【図６】出力光学パワーを異なる入力光学パワーレベル
に対してＤＣバイアス電圧の関数として示すグラフであ
る。
に対してＤＣバイアス電圧の関数として示すグラフであ
る。
【図７】図２に示すＥＡＭの別の実施形態を示す図であ
る。
る。
【図８】図２に示すＥＡＭの更に別の実施形態を示す図
である。
である。
【図９】本発明によるマッハ−ツェンダ変調器を示す図
である。
である。
２０ 光学的変調システム ２２ レーザ送信器 ２４ 電気吸収変調器（ＥＡＭ） ２６ ホトダイオード受信器 ２８ 光ファイバ ４２ 真性層 ４４ 半絶縁基体 ４６、５４ 接点層 ４８ 光学的半導体導波器 ５０、５２ クラッド層 ６４、６６ バリア層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｈ０４Ｂ 10/06 (72)発明者 ドイル ティー ニコルス アメリカ合衆国 カリフォルニア州 90278 レドンド ビーチ スプレッケル ス レーン 2710
Claims (17)
- 【請求項１】 所定の単一モードの光学デバイスに光学
的に接続される電気吸収変調器（ＥＡＭ）において、 基体と、 上記基体上に形成された光学的導波器とを備え、この光
学的導波器は、活性層及び導波層で形成され、上記活性
層は、所定数の量子井戸を有し、そして上記導波層は、
上記ＥＡＭと上記所定の光学デバイスとの間のモードミ
スマッチを最小にするように構成されたことを特徴とす
るＥＡＭ。 - 【請求項２】 量子井戸の上記所定数は、増加したモー
ド寸法を補償するために所定の変調効率を与えるように
選択される請求項１に記載のＥＡＭ。 - 【請求項３】 上記所定の光学デバイスは光ファイバで
ある請求項１に記載のＥＡＭ。 - 【請求項４】 量子井戸の上記所定数は、１２である請
求項３に記載のＥＡＭ。 - 【請求項５】 上記活性層は非ドープであり、そして一
対の逆にドープされた導波層の間にサンドイッチされた
所定数の量子井戸を含む請求項２に記載のＥＡＭ。 - 【請求項６】 更に、真性領域を含むと共に、この真性
領域と上記ドープされた領域の１つ及び上記導波層の１
つとの間に配置された拡散層を含む請求項５に記載のＥ
ＡＭ。 - 【請求項７】 上記光学的導波器は、更に、クラッド層
を含み、そして上記光学的導波器は、これらクラッド層
の間にサンドイッチされる請求項１に記載のＥＡＭ。 - 【請求項８】 上記活性領域に隣接して配置された真性
領域を更に含む請求項１に記載のＥＡＭ。 - 【請求項９】 上記クラッド層の一方に隣接して配置さ
れた第１の接点層を更に含む請求項１に記載のＥＡＭ。 - 【請求項１０】 上記クラッド層の他方に隣接して配置
された第２の接点層を更に含む請求項９に記載のＥＡ
Ｍ。 - 【請求項１１】 上記基体は、ＧａＡｓである請求項１
に記載のＥＡＭ。 - 【請求項１２】 上記基体は、ＩｎＰである請求項１に
記載のＥＡＭ。 - 【請求項１３】 光学的な挿入ロスを減少した電気吸収
変調器（ＥＡＭ）を形成するための方法において、 （ａ）基体を用意し、そして（ｂ）上記基体上に光学的
導波器を形成するという段階を含み、この光学的導波器
は、ＥＡＭが接続されるべき光学的モードをマッチング
するように構成されたことを特徴とする方法。 - 【請求項１４】 上記光学的導波器は、所定数の量子井
戸で形成される請求項１３に記載の方法。 - 【請求項１５】 量子井戸の数は、所定の変調効率を得
るように選択される請求項１４に記載の方法。 - 【請求項１６】 所定の単一モードデバイスに光学的に
接続される電気−光学デバイスにおいて、 上記所定の光学デバイスとのモードミスマッチを最小に
するように構成された半導体電気−光学デバイスを備え
たことを特徴とする電気−光学デバイス。 - 【請求項１７】 上記半導体電気−光学デバイスは、マ
ッハ−ツェンダ変調器である請求項１６に記載の電気−
光学デバイス。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US08/826989 | 1997-04-11 | ||
| US08/826,989 US6088500A (en) | 1997-04-11 | 1997-04-11 | Expanded mode wave guide semiconductor modulation |
Publications (1)
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