JPH11142799A - Optical modulator - Google Patents

Optical modulator

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JPH11142799A
JPH11142799A JP30541297A JP30541297A JPH11142799A JP H11142799 A JPH11142799 A JP H11142799A JP 30541297 A JP30541297 A JP 30541297A JP 30541297 A JP30541297 A JP 30541297A JP H11142799 A JPH11142799 A JP H11142799A
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JP
Japan
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layer
quantum well
light
well layer
well
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JP30541297A
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Japanese (ja)
Inventor
Takayuki Yamanaka
孝之 山中
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To easily obtain the optical modulator employing a quantum well structure having operation characteristics not having much dependency on the polarizing direction of an incident light signal without the need to use very narrow (thin) well width. SOLUTION: Layers 201a and 201b are placed in a state wherein band gap energy less than that of a barrier layer 203 is obtained, and a narrow well layer 202 is placed in a state wherein band gap energy than those of the layers 201a and 201b is obtained, thus constituting a wide well layer 201. Further, the layers 201a and 201b have tension type lattice strain.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は、光導波路を構成
する多重量子井戸構造とした光吸収層の吸収係数を外部
印加電界で制御し、光導波路(光吸収層)を通過する光
の強度を制御する電界吸収型の光変調器に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a light absorption layer having a multiple quantum well structure constituting an optical waveguide, wherein the absorption coefficient of the light absorption layer is controlled by an externally applied electric field to reduce the intensity of light passing through the optical waveguide (light absorption layer). The present invention relates to an electro-absorption optical modulator to be controlled.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、分子線エピタキシー(MBE)や
有機金属化学気相成長法(MOVPE)など、非常に薄
い化合物半導体薄膜を形成する技術の進展によって、半
導体多重量子井戸構造や超格子構造が登場するようにな
っている。そしてそれらの構造により、従来のバルク半
導体に比べて、変調速度の向上など著しいオプトエレク
トロニクス素子の特性改良が可能となっている。このう
ち、多重量子井戸構造を光吸収層に採用し、ここに電界
を印加してその吸収係数あるいは屈折率を変化させる電
界吸収効果は、バルク半導体に比べ特性の向上が非常に
顕著であり、これを用いてより高速で低電圧駆動が可能
な光変調器が実現されている。
2. Description of the Related Art In recent years, with the development of very thin compound semiconductor thin films such as molecular beam epitaxy (MBE) and metal organic chemical vapor deposition (MOVPE), semiconductor multiple quantum well structures and superlattice structures have been developed. It has come to appear. These structures make it possible to remarkably improve the characteristics of optoelectronic elements, such as the modulation speed, as compared with conventional bulk semiconductors. Among these, the multi-quantum well structure is adopted for the light absorption layer, and the electric field absorption effect of changing the absorption coefficient or the refractive index by applying an electric field to the light absorption layer has a remarkable improvement in characteristics as compared with the bulk semiconductor. Using this, an optical modulator capable of driving at a higher speed and at a lower voltage has been realized.

【0003】しかしながら、半導体量子井戸構造は、異
なる半導体薄膜を層状に重ねた構造ゆえに、層厚方向と
層平面方向とで構成材料が異なることになり、素子性能
も、入射される元信号の偏光方向により異なったものと
なる。このことを偏光依存性が存在するという。元信号
の偏光量は光ファイバ伝送中に不規則に回転するため、
光ファイバ伝送後の元信号は互いに偏光方向が垂直な成
分(TE偏光とTM偏光)を同程度有する。光ファイバ
伝送後の元信号を半導体光変調器に通して元信号を変調
して使用する場合、偏光方向の異なる元信号に対して同
等に変調を行うためには、光変調器の消光比など動作特
性が、入射する元信号の偏光方向に対して無依存でなけ
ればならない。
However, since the semiconductor quantum well structure has a structure in which different semiconductor thin films are stacked in layers, the constituent materials are different between the layer thickness direction and the layer plane direction, and the device performance is also affected by the polarization of the incident original signal. It depends on the direction. This is called polarization dependence. Since the polarization of the original signal rotates irregularly during transmission through the optical fiber,
The original signal after transmission through the optical fiber has the same degree of components (TE polarized light and TM polarized light) whose polarization directions are perpendicular to each other. When the original signal after transmission through the optical fiber is passed through a semiconductor optical modulator to modulate the original signal, the extinction ratio of the optical modulator, etc. The operating characteristics must be independent of the polarization direction of the incoming original signal.

【0004】しかし、通常の量子井戸光変調器において
は、特別な工夫を施さない限り、その動作特性は入射光
信号の偏光方向に依存してしまう。なぜならば、通常の
電界吸収型の光変調器では、印加電圧の変化によって起
こる入射光信号の波長での吸収係数の変化を光強度の変
調動作に利用しているため、光変調器の光吸収層に量子
井戸構造を導入すると、量子効果のために吸収スペクト
ル上に複数の吸収ピークが現れてしまい、各々の吸収ピ
ークが入射光信号の偏光方向によって累なる依存性を示
すからである。
[0004] However, in ordinary quantum well optical modulators, unless special measures are taken, their operation characteristics depend on the polarization direction of the incident optical signal. This is because a normal electro-absorption type optical modulator uses a change in absorption coefficient at a wavelength of an incident optical signal caused by a change in an applied voltage for a light intensity modulation operation. This is because when a quantum well structure is introduced into a layer, a plurality of absorption peaks appear on an absorption spectrum due to a quantum effect, and each absorption peak shows a cumulative dependence on the polarization direction of an incident optical signal.

【0005】この問題を解決するための工夫として、次
に示すような方法が考えられてきた。まず、量子井戸構
造に引張型の格子歪みを導入する方法がある。これによ
り、複数の吸収ピークを一つにしようとする試みであ
る。しかしながら、印加電圧や入射光信号の波長が異な
ると、吸収ピークが重なる条件も異なるため、この方法
では、再び偏光依存性がでるおそれがある。この問題に
対応するために、従来の矩形型のポテンシャルエネルギ
ーを有する量子井戸とは異なる構造が援案されている
(文献1:T.Yamaguchi,T.Morimoto,K.Akeura,and K.Ta
da、IEEE PhotonicsTechnology Letters,6巻、12号、1142-
1444頁、1994年)。
[0005] As a device for solving this problem, the following method has been considered. First, there is a method of introducing a tensile lattice strain into the quantum well structure. This is an attempt to reduce a plurality of absorption peaks to one. However, when the applied voltage and the wavelength of the incident optical signal are different, the conditions under which the absorption peaks overlap also differ, and thus, in this method, the polarization dependency may be obtained again. To cope with this problem, a structure different from a conventional quantum well having a rectangular potential energy has been proposed (Reference 1: T. Yamaguchi, T. Morimoto, K. Akeura, and K. Ta).
da, IEEE Photonics Technology Letters, Vol. 6, No. 12, 1142-
1444, 1994).

【0006】これは、次のような原理に基づくものであ
る。半導体多重量子井戸構造の場合、量子井戸構造の層
方向に垂直に電圧を印加すると、伝導帯および価電子帯
のエネルギー端はその吸収端波長が長波長側にシフトす
るように変化する。これを、量子閉じこめシュタルク効
果(Quantum Confined Stark Effect;QCSE)という。量子
井戸構造の障壁層の電子や正孔の閉じこめが完全である
と仮定し、電子および正孔のバンド構造が放物線近似で
与えられるものとする場合、2次の摂動計算や変分計算
によると、吸収ピークのシフト量(エネルギー換算)Δ
Eと構造パラメータとの関係は「△E∝mL42・・・
(1)」となる。ここで、m,L,および,Fはそれぞ
れ量子井戸層に垂直な方向(量子化軸方向)のキャリア
の有効質量,量子井戸層の厚さ,および,印加した電界
強度を示している。
[0006] This is based on the following principle. In the case of a semiconductor multiple quantum well structure, when a voltage is applied perpendicular to the layer direction of the quantum well structure, the energy edge of the conduction band and the valence band changes so that the absorption edge wavelength shifts to the longer wavelength side. This is called the Quantum Confined Stark Effect (QCSE). Assuming that the confinement of electrons and holes in the barrier layer of the quantum well structure is perfect, and the band structure of electrons and holes is given by parabolic approximation, according to the second-order perturbation calculation and variational calculation, , Absorption peak shift amount (energy conversion) Δ
The relationship between E and the structural parameter is “△ E∝mL 4 F 2 ...
(1) ". Here, m, L, and F represent the effective mass of carriers, the thickness of the quantum well layer, and the applied electric field strength in the direction (quantization axis direction) perpendicular to the quantum well layer, respectively.

【0007】従来の量子井戸光変調器において、複数の
吸収ピークが現れるのは、異なるキャリア(重い正孔、
軽い正孔)の有効質量mHH、mLHが存在することによ
る。そこで、これら2種類のキャリアに対して、有効質
量mHH,mLHが異なるにも関わらず、吸収ピークのエネ
ルギーシフトが印加電圧や波長によらずに同じになる条
件として、式(1)から「mLH/mHH=(LHH/LLH
4 ・・・(2)」という条件が必要となる。これは、異
なる有効質量を持つキャリアに対して,井戸幅の異なる
量子井戸構造を用いるべきであることを示している。
In a conventional quantum well optical modulator, a plurality of absorption peaks appear due to different carriers (heavy holes, heavy holes,
Due to the presence of effective masses m HH , m LH of light holes). Therefore, for these two types of carriers, the condition that the energy shift of the absorption peak is the same regardless of the applied voltage and the wavelength, although the effective masses m HH and m LH are different, is obtained from the equation (1). "M LH / m HH = (L HH / L LH )
4 ... (2) "is required. This indicates that quantum well structures having different well widths should be used for carriers having different effective masses.

【0008】この原理に基づき、図6のようなバンド端
ポテンシャルエネルギー分布で表される量子井戸構造
が,上述の「T.Yamaguchi」らによって提案された。こ
の量子井戸構造の特徴は、幅LLHの広い量子井戸の中
に、幅LHHの狭い量子井戸が重ね合わされたような構造
となっている点である。そして、その狭い量子井戸を形
作っているのが、障壁層と同じポテンシャルエネルギー
を持つ二つの層B1,B2である。この構造によって、
良好な偏光無依存特性が報告されている。ここで、一般
に、重い正孔の有効質量mHHは、軽い正孔の有効質量m
LHよりも重い。従って、重い正孔は図6の薄い層(図中
B1,B2)で囲まれた狭い量子井戸に開じこめられ、
軽い正孔は広い量子井戸に閉じこめられる。
Based on this principle, a quantum well structure represented by a band edge potential energy distribution as shown in FIG. 6 has been proposed by T. Yamaguchi and others. The feature of this quantum well structure is that a quantum well with a narrow width L HH is superimposed on a quantum well with a wide width L LH . The two layers B1 and B2 having the same potential energy as the barrier layer form the narrow quantum well. With this structure,
Good polarization independent properties have been reported. Here, in general, the effective mass m HH of a heavy hole is the effective mass m of a light hole.
Heavier than LH . Accordingly, heavy holes are introduced into the narrow quantum well surrounded by the thin layers (B1, B2 in the figure) of FIG.
Light holes are confined in a wide quantum well.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、その構
造が、非常に製造し難いという問題を有していた。これ
は、その構造を構成させるためには、狭い井戸幅を持つ
量子井戸を作っている二つの層B1,B2の層厚が、2
〜3原子層、言い換えると1nm以下でなければならな
いからである。そして、MOVPEなどの実用的な半導
体薄膜作成技術においては、1nm程度の膜厚を制御す
ることは非常に難しいのが現状である。
However, there is a problem that the structure is very difficult to manufacture. This means that the thickness of the two layers B1 and B2 forming the quantum well having a narrow well width must be 2 to form the structure.
This is because the thickness must be 33 atomic layers, in other words, 1 nm or less. At present, it is very difficult to control a film thickness of about 1 nm in a practical semiconductor thin film forming technique such as MOVPE.

【0010】図7に、MOVPEで作成した量子井戸薄
膜の膜厚とフォトルミネッセンスの半値幅との典型的な
関係を示す。図7に示す特性において、半値幅が大きい
ことは、薄膜の品質が悪い状態であることを意味する。
つまり、現状で実用的な薄膜形成技術により形成した量
子井戸薄膜は、その膜厚が3〜4nm以下では、品質か
大きく劣化してしまう。従って、狭い井戸幅を持つ量子
井戸構造により、良好な偏光無依存特性が期待できる
が、従来では、その狭い井戸幅を持つ量子井戸構造を形
成することが、非常に困難であった。すなわち、従来で
は、量子井戸構造を光吸収層に用いた光変調器の動作特
性を、入射光信号の偏光方向に依存しないようにするこ
とが困難であった。
FIG. 7 shows a typical relationship between the thickness of a quantum well thin film formed by MOVPE and the half-value width of photoluminescence. In the characteristics shown in FIG. 7, a large half width means that the quality of the thin film is poor.
In other words, the quality of the quantum well thin film formed by the currently practical thin film forming technology is significantly deteriorated when the film thickness is 3 to 4 nm or less. Therefore, good polarization-independent characteristics can be expected from a quantum well structure having a narrow well width, but it has been extremely difficult to form a quantum well structure having a narrow well width in the past. That is, in the related art, it has been difficult to make the operating characteristics of the optical modulator using the quantum well structure as the light absorption layer independent of the polarization direction of the incident optical signal.

【0011】この発明は、以上のような問題点を解消す
るためになされたものであり、従来のように非常に狭い
(薄い)井戸幅を用いるなどのことを必要とせず、入射
光信号の偏光方向にあまり依存しない動作特性とした量
子井戸構造を採用した光変調器が容易に得られるように
することを目的とする。
The present invention has been made to solve the above problems, and does not require the use of a very narrow (thin) well width as in the prior art. It is an object of the present invention to easily obtain an optical modulator adopting a quantum well structure having operating characteristics that do not depend much on the polarization direction.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】この発明の光変調器は、
量子井戸層および障壁層を交互に積み重ねた多重量子井
戸構造を光吸収層とし、その光吸収層を構成する量子井
戸層が、障壁層のバンドギャップエネルギーよりも小さ
いバンドギャップエネルギーを有して障壁層に接して形
成された第1の井戸層と、第1の井戸層のバンドギャッ
プエネルギーよりも小さいバンドギャップエネルギーを
有して第1の井戸層にはさまれて形成された第2の井戸
層とから構成されるようにした。このように量子井戸層
を構成するようにしたので、重い正孔は第2の井戸層に
閉じ込めることができ、軽い正孔は、第2の井戸層に隣
接する外側の第1の井戸層を含めた量子井戸層に閉じ込
めることができる。
An optical modulator according to the present invention comprises:
A light absorption layer is a multiple quantum well structure in which a quantum well layer and a barrier layer are alternately stacked, and the quantum well layer constituting the light absorption layer has a band gap energy smaller than the band gap energy of the barrier layer. A first well layer formed in contact with the layer, and a second well formed between the first well layer and having a bandgap energy smaller than the bandgap energy of the first well layer. And layers. Since the quantum well layer is configured in this manner, heavy holes can be confined in the second well layer, and light holes can be formed in the outer first well layer adjacent to the second well layer. It can be confined in the included quantum well layer.

【0013】[0013]

【発明の実施の形態】以下この発明の実施の形態を図を
参照して説明する。図1は、この発明の実施の形態にお
ける光変調器の構成である。この光変調器の構成に関し
て説明すると、まず、n−InPからなる基板101上
に、n−InPからなる下部クラッド層102が形成さ
れている。また、その下部クラッド層102上には、ノ
ンドープのInGaAsP/InGaAsPからなる多
重量子井戸構造からなる光吸収層103が形成されてい
る。そして、光吸収層103上に、p−InPからなる
上部クラッド層104、及びp−InGaAsからなる
バッファ層105が順次積層されている。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows a configuration of an optical modulator according to an embodiment of the present invention. Describing the configuration of this optical modulator, first, a lower cladding layer 102 made of n-InP is formed on a substrate 101 made of n-InP. On the lower cladding layer 102, a light absorption layer 103 having a multiple quantum well structure made of non-doped InGaAsP / InGaAsP is formed. On the light absorption layer 103, an upper cladding layer 104 made of p-InP and a buffer layer 105 made of p-InGaAs are sequentially laminated.

【0014】また、基板101の裏面にはn側電極10
6が形成され、バッファ層105上には、p側電極10
7が形成されている。そして、p側電極107上には、
変調信号に対応する電圧を印加するための電圧印加手段
(図示せず)に接続するためのリード線108が接続さ
れている。そして、図示していない光源(レーザなど)
からの入射光109は、光吸収層103を通過し、変調
光110として出射される。
On the back surface of the substrate 101, an n-side electrode 10 is provided.
6 is formed, and a p-side electrode 10
7 are formed. Then, on the p-side electrode 107,
A lead wire 108 for connecting to voltage applying means (not shown) for applying a voltage corresponding to the modulation signal is connected. And a light source (not shown) such as a laser
Incident light 109 passes through the light absorption layer 103 and is emitted as modulated light 110.

【0015】次に、より詳細に説明すると、光吸収層1
03は、組成の異なるInGaAsPをそれぞれ量子井
戸層と障壁層とにした多重量子井戸構造である。そし
て、1組の障壁層と量子井戸層とは、図2に示すような
バンド構造を有した層構成となっている。すなわち、広
い井戸層(量子井戸層)201が、層(第1の井戸層)
201a,201b、および,狭い井戸層(第2の井戸
層)202から構成されている。
Next, the light absorbing layer 1 will be described in more detail.
Reference numeral 03 denotes a multiple quantum well structure in which InGaAsP having different compositions is used as a quantum well layer and a barrier layer, respectively. The pair of barrier layers and quantum well layers have a layer configuration having a band structure as shown in FIG. That is, a wide well layer (quantum well layer) 201 is formed of a layer (first well layer).
It comprises 201 a and 201 b and a narrow well layer (second well layer) 202.

【0016】また、その層201a,201bは、層厚
4nmで波長1.4μm組成、また、狭い井戸層202
は層厚9nmで1.6μm組成である。また、広い井戸
層201をはさんで形成されている障壁層203は、層
厚5nmで波長1.1μm組成である。つまり、層20
1a,201bを障壁層203より小さいバンドギャッ
プエネルギーを有する状態とし、狭い井戸層202をそ
の層201a,201bよりも小さいバンドギャップエ
ネルギーを有する状態として広い井戸層201を構成す
るようにした。また、この実施の形態の場合、層201
a,201bには引張り型の格子ひずみを有する状態と
している。
The layers 201a and 201b have a thickness of 4 nm, a wavelength of 1.4 μm, and a narrow well layer 202.
Has a composition of 1.6 μm with a layer thickness of 9 nm. The barrier layer 203 formed with the wide well layer 201 interposed therebetween has a layer thickness of 5 nm and a wavelength of 1.1 μm. That is, layer 20
The wide well layer 201 is configured such that 1a and 201b have a band gap energy smaller than that of the barrier layer 203, and the narrow well layer 202 has a band gap energy smaller than that of the layers 201a and 201b. In the case of this embodiment, the layer 201
Each of a and 201b has a tensile lattice strain.

【0017】このように光吸収層103を構成すること
で、式(2)で表される状態と実質的に同じ条件の構造
が実現できる。つまり、この実施の形態では、図6に示
した薄い層(B1,B2)による完全なキャリア閉じこ
めに起因する量子力学的トンネル効果を、ポテンジャル
エネルギーが低い層への波動関数の広がりの効果で代用
するようにしたものである。そして、この光吸収層10
3の構造は、図6に示した構造のように極端に薄い層
(B1,B2)を形成する必要が無く、それぞれの層厚
をMOVPEなどの実用的な薄膜作成技術によって形成
可能な厚さとできる。
By configuring the light absorbing layer 103 in this manner, a structure substantially identical to the state represented by the equation (2) can be realized. That is, in this embodiment, the quantum mechanical tunnel effect caused by complete carrier confinement by the thin layers (B1, B2) shown in FIG. 6 is compensated for by the effect of the spread of the wave function to the layer with low potential energy. It is a substitute. Then, the light absorbing layer 10
The structure 3 does not require the formation of extremely thin layers (B1, B2) as in the structure shown in FIG. 6, and each layer has a thickness that can be formed by a practical thin film forming technique such as MOVPE. it can.

【0018】その結果、この実施の形態では、重い正孔
は狭い層厚を有する狭い井戸層202(図2)に閉じ込
めることができる。また、軽い正孔は、隣接する外側の
層201a,201bを含めた広い層厚を有する広い井
戸層201に閉じ込めることができる。そして、この実
施の形態では、広い井戸層201を構成する層201
a,層201b(図2)に、前述したように引張りひず
みを有する材料を用いるようにしたので、軽い正孔のエ
ネルギー準位を、重い正孔のエネルギー準位に近接させ
ることができる。これは、重い正孔のエネルギー準位は
狭い量子井戸層202に、一方、軽い正孔のエネルギー
準位は広い量子井戸層201に作られるためである。
As a result, in this embodiment, heavy holes can be confined in the narrow well layer 202 (FIG. 2) having a narrow layer thickness. Further, light holes can be confined in the wide well layer 201 having a wide layer thickness including the adjacent outer layers 201a and 201b. In this embodiment, the layer 201 forming the wide well layer 201 is formed.
Since the material having tensile strain is used for the layer a and the layer 201b (FIG. 2) as described above, the energy level of light holes can be made closer to the energy level of heavy holes. This is because the energy level of heavy holes is created in the narrow quantum well layer 202, and the energy level of light holes is created in the wide quantum well layer 201.

【0019】以上のことをまとめると、この実施の形態
では、まず、光吸収層103を、図2に示すように、狭
い井戸層202とこれに層201aおよび層201bを
加えた広い井戸層203とを備えるようにして、量子井
戸構造を構成するようにした。このため、前述したよう
に、重い正孔と軽い正孔とをそれぞれ閉じ込めることが
できるようになる。すなわち、この実施の形態によれ
ば、図2に示した構成とすることにより、重い正孔と軽
い正孔とをそれぞれ個別に制御できるようにした。この
結果、上述したように、層201aと層201bとに引
っ張りひずみを有する材料を用いるようにして、重い正
孔のエネルギー準位に軽い正孔のエネルギー準位を近設
させることが可能となる。
Summarizing the above, in this embodiment, first, as shown in FIG. 2, the light absorption layer 103 is formed of a narrow well layer 202 and a wide well layer 203 obtained by adding the layers 201a and 201b. To form a quantum well structure. Therefore, as described above, heavy holes and light holes can be confined, respectively. That is, according to this embodiment, heavy holes and light holes can be individually controlled by employing the configuration shown in FIG. As a result, as described above, by using a material having tensile strain for the layers 201a and 201b, the energy level of a light hole can be made closer to the energy level of a heavy hole. .

【0020】そして、このように、両者のエネルギー準
位を近設させることで、以下に示すことにより、偏光依
存性を抑制することが可能となる。すなわち、図1に示
すような構成の光変調器の光吸収層において、電子と正
孔との間における光遷移により入射光の吸収が起こる。
そして、TM偏光の吸収は電子と軽い正孔との光遷移に
対して敏感であり、TE偏光の吸収は電子と重い正孔の
光遷移に対して敏感である。従って、重い正孔と軽い正
孔とのエネルギー準位が大きく異なっていると、その光
吸収においては、TE偏光とTM偏光との光吸収に差が
発生することになる。
By making the energy levels closer to each other, it is possible to suppress the polarization dependence as described below. That is, in the light absorption layer of the optical modulator having the configuration as shown in FIG. 1, absorption of incident light occurs due to light transition between electrons and holes.
The absorption of TM polarized light is sensitive to the light transition between electrons and light holes, and the absorption of TE polarized light is sensitive to the light transition between electrons and heavy holes. Therefore, if the energy levels of heavy holes and light holes are significantly different, a difference occurs in the light absorption between TE polarized light and TM polarized light in light absorption.

【0021】従って、前述したように、光吸収層103
を構成する多重量子井戸構造の井戸層において、重い正
孔のエネルギー準位に軽い正孔のエネルギー準位を近設
させれば、その光変調器は入射光信号の偏光方向に依存
し難くなる。そして、上述した光吸収層103の構造
は、式(2)が要請する条件を実質的に満足するから、
図3に示すように、電圧が印加されて量子井戸のポテン
シャルエネルギーが傾いた状態であっても、重い正孔と
軽い正孔のエネルギー準位は常に近接した状態を保ちつ
つ、それぞれの波動関数はその分布がほぼ重なった状態
でそれぞれの井戸層に閉じこめられることになる。
Therefore, as described above, the light absorbing layer 103
If the energy level of a light hole is made closer to the energy level of a heavy hole in the well layer of the multiple quantum well structure that constitutes the above, the optical modulator becomes less dependent on the polarization direction of the incident optical signal. . The structure of the light absorption layer 103 substantially satisfies the condition required by the expression (2).
As shown in FIG. 3, even when the potential energy of the quantum well is inclined due to the applied voltage, the energy levels of the heavy holes and the light holes are always kept close to each other, and the respective wave functions are maintained. Will be confined in each well layer with their distributions almost overlapping.

【0022】図4は、この実施の形態における光変調器
の、動作波長1.55μmでの印加電圧に対する消光比
(吸収係数の変化に相当)の電圧依存性を示したもので
ある。図4において、実線がTE偏光に対する特性を示
し、点線がTM偏光に対する特性を示している。この図
4から明らかなように、異なる偏光を持つ入射光に対し
て、ほぼ完全な偏光無依存特性が実現されている。
FIG. 4 shows the voltage dependence of the extinction ratio (corresponding to a change in the absorption coefficient) with respect to the applied voltage at the operating wavelength of 1.55 μm in the optical modulator according to this embodiment. In FIG. 4, the solid line shows the characteristic for TE polarized light, and the dotted line shows the characteristic for TM polarized light. As is apparent from FIG. 4, almost completely polarization-independent characteristics are realized for incident lights having different polarizations.

【0023】また、図5は、一定の印加電圧の下で、異
なる動作波長での、消光比の偏光間差を示したものであ
る。この偏光間差は、TE偏光に対する消光比とTM偏
光に対する消光比の差の絶対値を、dB(デシベル)単
位で表したものである。図5において、実線はこの実施
の形態における光変調器の特性である。また、点線は、
従来の単純な矩形型のポテンシャルエネルギー分布を有
する量子井戸構造による変調器の特性である。図5から
明らかなように、この実施の形態の光変調器では、広い
動作波長にわたって偏光間差1dBの偏光無依存が実現
されている。これに対して、従来の光変調器では、その
偏光無依存性の得られる領域が、導波波長幅約15nm
程度に限られている。
FIG. 5 shows the polarization difference of the extinction ratio at different operating wavelengths under a constant applied voltage. The polarization difference is the absolute value of the difference between the extinction ratio for TE polarized light and the extinction ratio for TM polarized light in dB (decibel) units. In FIG. 5, the solid line shows the characteristics of the optical modulator according to this embodiment. Also, the dotted line is
9 shows characteristics of a conventional modulator having a quantum well structure having a simple rectangular potential energy distribution. As is clear from FIG. 5, in the optical modulator according to this embodiment, polarization independence with a polarization difference of 1 dB is realized over a wide operating wavelength. On the other hand, in the conventional optical modulator, the region where the polarization independence is obtained is a waveguide wavelength width of about 15 nm.
Limited to a degree.

【0024】[0024]

【発明の効果】以上説明したように、この発明では、量
子井戸層を、障壁層のバンドギャップエネルギーよりも
小さいバンドギャップエネルギーを有して障壁層に接し
て形成された第1の井戸層と、第1の井戸層のバンドギ
ャップエネルギーよりも小さいバンドギャップエネルギ
ーを有して第1の井戸層にはさまれて形成された第2の
井戸層とから構成するようにした。このように量子井戸
層を構成するようにしたので、重い正孔は第2の井戸層
に閉じ込めることができ、軽い正孔は、第2の井戸層に
隣接する外側の第1の井戸層を含めた量子井戸層に閉じ
込めることができる。すなわち、重い正孔と軽い正孔と
をそれぞれ制御できるようにしたので、第1の井戸層に
引張り型の格子ひずみを有するようにすることで、重い
正孔と軽い正孔のエネルギー準位を近設させることが可
能となり、結果として、この構成の光吸収層を入射光信
号の偏光方向の依存性を抑制することができるようにな
る。
As described above, according to the present invention, the quantum well layer has the bandgap energy smaller than the bandgap energy of the barrier layer and the first well layer formed in contact with the barrier layer. And a second well layer formed between the first well layers and having a band gap energy smaller than that of the first well layers. Since the quantum well layer is configured in this manner, heavy holes can be confined in the second well layer, and light holes can be formed in the outer first well layer adjacent to the second well layer. It can be confined in the included quantum well layer. That is, since the heavy holes and the light holes can be respectively controlled, the energy levels of the heavy holes and the light holes can be reduced by providing the first well layer with a tensile lattice strain. As a result, it is possible to reduce the dependence of the light absorption layer having this configuration on the polarization direction of the incident optical signal.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 この発明の実施の形態における光変調器の構
成である。
FIG. 1 is a configuration of an optical modulator according to an embodiment of the present invention.

【図2】 図1の光変調器の光吸収層103の一部のバ
ンド構造を示す説明図である。
FIG. 2 is an explanatory diagram showing a band structure of a part of a light absorption layer 103 of the optical modulator of FIG.

【図3】 図1の光変調器の光吸収層103の一部の電
圧が印加された場合のバンド構造を示す説明図である。
FIG. 3 is an explanatory diagram showing a band structure when a voltage is applied to a part of a light absorption layer 103 of the optical modulator of FIG. 1;

【図4】 この発明の実施の形態における光変調器の、
動作波長1.55μmでの印加電圧に対する消光比の電
圧依存性を示した特性図である。
FIG. 4 shows an optical modulator according to an embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a characteristic diagram showing the voltage dependence of the extinction ratio with respect to an applied voltage at an operating wavelength of 1.55 μm.

【図5】 一定の印加電圧の下で、異なる動作波長で
の、消光比の偏光間差を示した相関図である。
FIG. 5 is a correlation diagram showing the polarization difference of the extinction ratio at different operating wavelengths under a constant applied voltage.

【図6】 従来よりある光変調器の光吸収層の一部のバ
ンド構造を示す説明図である。
FIG. 6 is an explanatory view showing a band structure of a part of a light absorption layer of a conventional optical modulator.

【図7】 MOVPEで作成した量子井戸薄膜の膜厚と
フォトルミネッセンスの半値幅との典型的な関係を示す
相関図である。
FIG. 7 is a correlation diagram showing a typical relationship between the thickness of a quantum well thin film formed by MOVPE and the half-width of photoluminescence.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

101…基板、102…下部クラッド層、103…光吸
収層、104…上部クラッド層、105…バッファ層、
106…n側電極、107…p側電極、108…リード
線、109…入射光、110…変調光、201…広い井
戸層(量子井戸層)、201a,201b…層(第1の
井戸層)、202…狭い井戸層(第2の井戸層)、20
3…障壁層。
101: substrate, 102: lower cladding layer, 103: light absorbing layer, 104: upper cladding layer, 105: buffer layer,
106 n-side electrode, 107 p-side electrode, 108 lead wire, 109 incident light, 110 modulated light, 201 wide well layer (quantum well layer), 201a, 201b layer (first well layer) , 202 ... narrow well layer (second well layer), 20
3 ... Barrier layer.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 量子井戸層および障壁層を交互に積み重
ねた多重量子井戸構造を光吸収層とする光変調器におい
て、 前記量子井戸層が、 前記障壁層のバンドギャップエネルギーよりも小さいバ
ンドギャップエネルギーを有し、前記障壁層に接して形
成された第1の井戸層と、 前記第1の井戸層のバンドギャップエネルギーよりも小
さいバンドギャップエネルギーを有し、前記第1の井戸
層にはさまれて形成された第2の井戸層とから構成され
ていることを特徴とする光変調器。
1. An optical modulator using a multiple quantum well structure in which a quantum well layer and a barrier layer are alternately stacked as a light absorption layer, wherein the quantum well layer has a band gap energy smaller than a band gap energy of the barrier layer. A first well layer formed in contact with the barrier layer; and a band gap energy smaller than a band gap energy of the first well layer, the first well layer being sandwiched between the first well layers. An optical modulator, comprising: a second well layer formed by forming a second well layer.
【請求項2】 請求項1記載の光変調器において、 前記第1の井戸層は、引張り型の格子ひずみを有するこ
とを特徴とする光変調器。
2. The optical modulator according to claim 1, wherein the first well layer has a tensile lattice strain.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100500097B1 (en) * 2002-03-01 2005-07-11 미쓰비시덴키 가부시키가이샤 Optical modulator
JP2006343752A (en) * 2005-06-08 2006-12-21 Avago Technologies Fiber Ip (Singapore) Pte Ltd Deep quantum well electro-absorption modulator

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