JPS61212823A - 光変調器 - Google Patents

光変調器

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JPS61212823A
JPS61212823A JP5368685A JP5368685A JPS61212823A JP S61212823 A JPS61212823 A JP S61212823A JP 5368685 A JP5368685 A JP 5368685A JP 5368685 A JP5368685 A JP 5368685A JP S61212823 A JPS61212823 A JP S61212823A
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JP
Japan
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absorption
layer
semiconductor
semiconductors
electric field
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JP5368685A
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English (en)
Inventor
Tomoo Yanase
柳瀬 知夫
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NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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Publication date
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Publication of JPS61212823A publication Critical patent/JPS61212823A/ja
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は光通信及び元情報処理の分野で用込られる光変
調器に関するものである。
(従来技術) 光通信の分野や光情報処理の分野では、より高速の信号
全制御する技術が必要となりつつあり、光通信の分野で
は現在2Gb/sの伝送が実現されでいる。従来、この
工うな旨速の信号を通信する場合、光臨には直接変調さ
れた半導体レーザ、伝送路には単一モード光ファイバ、
光検知器にはアバランシェ・フォトダイオードが用いら
れて来た。
しかし、従来用いられた直接変調方式では、半導体レー
ザを高速で変調すると発振波長の幅が拡がり、光ファイ
バの分散によって分散限界となり2Gb/sを超える高
速信号を伝送することば非常に困難である。
このような技術的問題点を克服する試みとして、半導体
レーザでは変調しないで、この半導体レーザの外に付加
した光変調器で変調を行なう外部変調力式がある。この
方式によると信号光の波長の幅の拡がりは大幅に低減さ
れ、高速伝送が可能となると考えられている。
光情報処理の分野でも、光通信と同様に高速処理の必要
性が高くなりつつあり、この工うな昼速の光信号をオン
・オフするスイッチとして光変調器による光ゲートスイ
ッチが考えられる。
これらの目的で用いられる光変調器には種々の原理に基
づくものがある。Cれらの中で将来性の   +@ ’
yh方式として、材料として半導体レーザと同じG a
 A sやInPもしくはこれらの結晶に格子定数が等
しいI−V族混晶半導体全バルクの状態で用い、電界を
これらの半導体に印加して吸収波長を移動するものが考
えられている。この光変調器は、電界全半導体に加える
ことVCよって、半導体の吸収波長端が長波長側に移動
するフランツ・ケルディシュ効果を利用している。
この光変調器の動作原理を第3図fatを用いて説明す
る。横軸は波長で、縦軸は吸収損失を示す。
半導体に電界全印加すると、印加されていない時の吸収
波長端21から長波長の吸収波長端25に特性が移動す
るが、この効果はフランツ・ケルティシュ効果といわれ
ている。このような半導体を用いて、電圧が印加されて
bない時の吸収波長端21より僅かに長波長側の波長λ
8Vc被変調光を合わせると、電界が印加されていな−
ときにぽ吸収損失がα。N23 と小さいのに、電界が
印カ■されると吸収損失ば α。PF24 と大きくな
り変調が可能となる。
この方式では、半導体レーザと光変調器とを同一基板上
に構成する事が可能で、結合損失を小さくする事が容易
で、かつ組み立てが簡易Vこなる長所がある。しかし、
この効果fInGaA’sP  ’fr:用−た半導体
[実際に適用して消光比20dB  ’に得るためには
場合、  1mm の素子長で印加電圧として約5Vi
必要とする。一つの素子長が1mmにもなると、集積化
することば非常に困難になり、かつ5■の変調ηL圧で
は高速の変調電圧制御回路の形成が非常に難しくなる。
このような問題点を解決する試みとして、多重量子井戸
を光変調器の導波路に使用する試みがイー・イー・メン
ブーツ等に、【って提案された(フィジカル・レビュー
B、1982年12月15日号、26巻、7101〜7
104頁)。この多重量子井戸は、禁制帯幅の小さい層
が一献子サイズ効果を起す程度1で薄く形成された量子
井戸層と、量子井戸層より禁制帯幅の犬き1障壁層とが
交互に積層された多層構造である。このような構造の半
導体に電圧全印加したときの吸収損失の変化を、第3図
fb)に示1−0この構造の半導体では、エキシトンに
よる吸収26が顕著になるために、吸収端での吸収損失
の波長依存性が、バルクの場合に比べて急峻になる。こ
のため電圧を印加していないときの吸収損失αoN28
 がバルクの時よりは小さくなり、小さい動作電圧で大
きな消光比が得られることが期待された。しかじ、実際
に電界を加えると、吸収端は移動するが、吸収損失α。
、、27が本来期待されている値に比べてきわめて小さ
くなり、バルクのときに比べてほとんど消光比の改善が
見られなかった。
(発明の目的) 本発明の目的は、以上述べた問題点全解決し、短い素子
長でかつ小さな印加電圧で十分な消光比が得られる半導
体からなるプロ変調器を提供する事にある。
(問題点を解決するだめの手段) 本発明の構成は、光吸収部に電界を印加する事によって
半導体の吸収波長端全長波長側に移動させて吸収損失全
制御する光変調器にお込て、前記光吸収部が、それぞれ
500オングストローム2.i:り薄い半導体層で一方
の半導体層の禁制帯幅が他方より大きい禁制帯幅を有す
る半導体層を父互に積層しこれら各層のヘテロ界面が光
の伝播方向と平行となった多層構造と、前記光の伝播方
向と垂直な断面で前記多層構造の平均屈折率より低い屈
折率の半導体でこの多層構造を上下左右から囲んだ半導
体構造とからなり、前記多層構造を左右から囲んだ半纏
体が夫々p形お工びn形q)半導体であり、前記多層構
造全上下から囲んだ半導体が高抵抗半纏体であることを
特徴とする。
 6一 (発明の原理・作用) 本発明の構成を取る@により、従来技術の問題点が解決
される。
本発明では、光吸収部が、量子サイズ効果を示すよ′)
vc厚みが500オングストローム以下の禁制帯幅の小
さい量子井戸層と禁制帯幅の大きい障壁層とが交互に積
層された多層構造、すなわち多重量子井戸構造となって
いる。この点では、イー・イー・メンテーラ等の実験(
前述)と同様、第3図(C)で示す工すに、吸収端29
の波長依存性がエキシトンの影響によって非常に急峻に
なる。したがって、被変調光の波長λSを吸収端29に
近接して使用することが出来る。また、多層構造の界面
が光の伝播方向と平行であり、かつp形とn形半導体が
多層構造の左右から囲凌しているため、多層構造に印加
される電界は多層構造の界面と平行になる。このため多
層構造に印加される電界は界面に対し平行になり、イー
・イー・メンブーツ等が行なった垂直電界の時に起こる
電子の波動関数とホールの波動関数が印加された電界で
分離する現象は起きなくなる。従って電界印刀口時の吸
収損失30が、電圧が印加されていないときの吸収損失
29Vc比べて減少する現象が起こらなくなる。
址た、多層構造の平均屈折率より低い屈折率の半導体が
該ストライブ形状をした多層構造を上下左右から囲維し
ているため、屈折率導波構造が形成され、導波損失が低
減さFLるという副次的効果も得られる。
(実施例) 以下本発明について図面全参照して詳、IIBに説明す
る。
第1図は本発明の一実施例を説明する斜視図である。本
実施例は、半絶縁性1型InP半導体基板11上に、i
型InPバッファ層12と、多重量子井戸層13と、i
型 InPクラッド層14とが積層されている。この多
重量子井戸層13は、εし2図の拡大図に示すように、
InGaAsP  t!子井戸層40と InPl滝壁
層41が12周期積層された構造をMしている。この積
層体にメサストライプ状fCメサ中吊2ミクロンになる
よう1テ、メサの両側がエツチングで削られ、メサの左
側にはp形InPクラッド層15、メサの右側に一1′
l:n形InPクラッド層16で埋めこ唸れて−る。そ
してこのように形成された埋込み形多重量子井戸構造光
変調器に、p形InP層15にぼ負電極17がn形In
P 層16には正電極18がオーミック接触で形成され
ている。
このような構造の多重量子井戸層13vc波長1300
nmの被変調光を横断面と垂直に入射し、光変調器の電
極[2Vの電圧を印加したときと、印加しないときの吸
収特性の波長依存性は、第3図(c)VC示される。こ
の図から分かるように、被変調波長λ5は、電圧が印加
されていないときの吸収端29工り 2Qnm 長波長
側に選ぶと、素子長200ミクロンで変調器に電圧2V
’(r印加しただけで、消光比20dBと良好な特性を
得る事が出来た。
本実施例では、i形半導体基板11としてクロム(Cr
)ドープInP基板、i形バッファ層12として3ミク
ロンのノンドープInP層、多重量子井戸層13として
ノンドーグの層厚200オン=9− ゲストロームのInGaAsP  量子井戸層40とノ
ンドープの層厚200オングストロームのノンドープI
nP障壁層41が12周期交互に積層された多層構造、
1形りラッド層として厚み1ミクロンのノンドーフ゛I
nP層14、メサの左側のp形りラッド層には亜鉛(Z
n)ドープInP l曽15、メサの右側のn形りラッ
ド層vCfJ、硫黄(S)ドープInP層16全それぞ
れ用い、筐た負電極19には金−亜鉛、正電極20には
金−錫を用いた。
この実施例では、基板vC1型InP i用いたが、i
 mGaAsf用いてもよく、その場合はInF3代わ
りにAIGaAsPrD代わりにGaAs−′PAIG
aA−sが用いられる。この場合、被変調波長が0.7
0μmから0.85μmで効率よい変調が得られる。ま
た、その他の混晶系でも同様な構造が実現可能なことは
明らかである。さらに本実施例における各層厚、メサ幅
、各層のドーパントの種類に限定されないことは明らか
である。
(発明の効果) 以上詳細に述べて来たように、本′#、明Vc工れば、
従来のバルク形の光変調器の欠点である吸収端の吸収特
性の急峻性の悪さから来る消光比の低さ及び印加電圧の
高さ、素子長の長さ、多重量子井戸を用いた時の欠点で
ある電界印加時の吸収係数の低減現象を解決し、低い駆
動電圧で、良好な消光比の素子長の短め光変調器を得る
事が出来た。また屈折率導波構造を導入する事により導
波路損失を低減することが出来た。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例の斜視図、第2図は第1図の
多重量子井戸部分の拡大断面図、第3図(a)、 (b
L (C)は従来のバルク形光変調器、従来の多重量子
井戸形変調器および本実施例の多重量子井戸形変調器の
波長に対する吸収特性を示す特性図である。図において
、 11・・・・・・i形InP基板、12・・・・・・i
形InPバッファ層、13・・・・・・多重量子井戸層
、14・・・・・・i形InPクラッド層、15・・・
・・・p形InPクラッド層、16・・・・・n形In
Pクラッド層、17・・・・・・負電極、18・・・・
正電極、21・・・・・・電界を印加していないときの
吸収端、23・・・・・・′電界全印加していないとき
の吸収損失、24・・・・電圧全印加したときの吸収損
失、25・・・・電界を印加したときの吸収端、26・
・・・・エキシトンの吸収波長、27・・・・・・電圧
を印カロしたときの吸収損失、28・・・・・・電界全
印加していないときの吸収損失、29・・・・・エキシ
トンの吸収波長、30・・・・・・電圧を印加し罠とき
の吸収損失、31・・・・・・電界を印加していないと
きの吸収損失、40・・・・・・InGaA、sP量子
井戸層、41・・・・・InP障壁層、をそれぞれ示す
。 ゛)fj1図 粥Z図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 光吸収部に電界を印加する事によって半導体の吸収波長
    端を長波長側に移動させて吸収損失を制御する光変調器
    において、前記光吸収部が、それぞれ500オングスト
    ロームより薄い半導体層で一方の半導体層の禁制帯幅が
    他方より大きい禁制帯幅を有する半導体層を交互に積層
    し、これら各層のヘテロ界面が光の伝播方向と平行とな
    った多層構造と、前記光の伝播方向と垂直な断面で前記
    多層構造の平均屈折率より低い屈折率の半導体でこの多
    層構造を上下左右から囲んだ半導体構造とからなり、前
    記多層構造を左右から囲んだ半導体が夫々p形およびn
    形の半導体であり、前記多層構造を上下から囲んだ半導
    体が高抵抗半導体であることを特徴とする光変調器。
JP5368685A 1985-03-18 1985-03-18 光変調器 Pending JPS61212823A (ja)

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