KR0145187B1 - 광변조소자 - Google Patents

광변조소자

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KR0145187B1 KR1019890002229A KR890002229A KR0145187B1 KR 0145187 B1 KR0145187 B1 KR 0145187B1 KR 1019890002229 A KR1019890002229 A KR 1019890002229A KR 890002229 A KR890002229 A KR 890002229A KR 0145187 B1 KR0145187 B1 KR 0145187B1
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히데아끼 다나까
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이시이 다가미
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Abstract

내용없음

Description

광변조 소자
제1도는 종래의 전기흡수형 광변조 소자의 단면도.
제2도는 본 발명 제1실시예의 단면도.
제3,4 및 5도는 본 발명과 종래의 광변조 소자의 특성을 비교하기 위한 본 발명에 의한 실험결과의 특성도.
제6도는 본 발명 제2실시예의 단면도.
제7도는 본 발명 제3실시예의 단면도.
제8 및 9도는 본 발명의 원리를 설명한 특성도.
제10도는 본 발명 제4실시예의 단면도.
제11도는 본 발명의 제4실시예의 밴드구조의 도면.
제12,13 및 14도는 본 발명의 제5,6 및 6실시예의 측면도.
제15도는 본 발명의 제8실시예의 개략도.
제16도는 본 발명의 제9실시예의 측면도.
본 발명은 외부로부터의 입사광을 변조하는 광변조 소자에 관한 것이다. 광섬유 통신의 기술은 광섬유의 초저손실 특성과 광의 초광대역 특성의 본질을 이용하여 발전하여 왔고, 이제 전송의 장거리화와 대용량화에 대한 연구가 세계적으로 행해지고 있다. 광섬유에 의한 전송손실이 이론적 한계에 도달하였으므로 고속화, 대용향화에 대한 연구는 특히 중요하다.
광신호를 고속으로 온.오프하기 위하여 현재에는 일반적으로 반도체 레이저를 직접 변조하는 방식이 사용된다. 그러나 직접 변조 방식에서는 발진소자인 반도체 레이저의 전류가 고속으로 변화하기 때문에 발진파장이 시간에 따라 크게 변동하여 결과적으로 발진스펙트럼의 폭이 변조대역의 스펙트럼 폭과 비교하여 비정상적으로 커지게 된다. 따라서 장거리 혹은 고속전송에서 광펄스는 광섬유에 의한 파장분산의 영향을 받아 왜곡된 광펄스가 얻어지므로 결코 우수한 전송특성을 얻을 수 없게 된다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여 최근에는 반도체 레이저의 출력을 일정하게 유지하고 그 출력을 외부 광변조 소자에 의해 고속으로 변조하는 방법이 연구되어 오고 있다.
광변조 소자로서는 LiNbO3등의 강유전체를 사용하는 광변조 소자와 DFB레이저와 같은 단일파장 반도체 레이저와 모놀리식으로 집적 가능한 반도체 광변조 소자가 제안되어 왔다. 종래의 소자중에서 변조도파로에 전계를 인가하고 전기흡수에 의해 강도변조를 수행하는 후자의 전기흡수형 광변조 소자가 가장 유망시되고 있다.
상술한 바처럼 종래의 전기흡수형 광변조 소자는 저전압변조, 고속 동작 및 좁은 스펙트럼 동작을 할 수 있으나 입사광 강도가 수mW의 실용레벨로 상승되면 이러한 특성들이 현저히 열화되는 결점이 있다.
그러므로 본 발명의 목적은 입사광의 강도가 예를들어 0.1mW 이상이라고 할지라도 저전압에서 고속변조를 할 수 있는 광변조 소자를 제공하고자 하는데 있다.
본 발명의 제1의 특징은 입사광의 광자에너지와 광도파로층의 밴드 갭에너지 차가 50meW 이상으로 설정되는 것에 의하여 입사광 강도의 증가로 인해 야기된 변조전압과 변조대역폭의 열화를 억제시키고, 광변조 소자가 예정된 길이로 형성되는 것에 의하여 변조전압을 감소시킨다는 점에 있다.
본 발명의 제2의 특징은 광변조 소자의 광도파로층의 밴드갭 에너지는 광도파로층의 전계강도 분포가 보상되도록 그 두께 방향으로 연속 또는 불연속적으로 변화되어 광도파로층 두께 방향의 흡수계수를 일정하게 제공하고 그것에 의해 광분포와 흡수계수의 중첩이 증가되어 변조전압을 저하시키고 소자길이의 감축에 의한 변조대역을 확장시킨다. 동시에 고강도의 광입사시에 문제로 되는 국부과잉 캐리어에 의한 공간전하 효과는 광도파로층 전체를 통하여 흡수계수를 일정하게하여 억제되고, 고속변조를 실행할 수 있게 된다.
본 발명의 제3의 특징은 광도파로층의 조성, 두께 및 스트라이프 폭이 광도파로층의 흡수계수가 광도파로층의 입사단면으로부터 광출사단면으로 증가하도록 변화되는 것에 의하여 단위길이당 흡수된 캐리어수를 광진행 방향에서 대체로 일정하게 한다는 점에 있다.
본 발명의 제4의 특징은 광도파로층의 밴드갭 에너지가 두께 방향으로 연속 또는 불연속적으로 변화한다는 점이다.
본 발명의 제5의 특징은 광도파로층의 밴드갭 에너지가 입사광의 광자 에너지보다 50meW 이상 크다는 점이다.
이하에서는 본 발명을 첨부도면을 참고로하여 종래의 기술과 비교하여 상세히 설명할 것이다.
종래의 기술과 본 발명의 차이점을 명확하게 하기 위하여 먼저 선행기술의 예를 설명한다.
제1도는 종래의 전기흡수형 광변조 소자의 사시도이다.
n형 기판(1) 상에는 n - InGaAsP 변조도파로층(2), 메사상(mesa-shaped)의 P형 InP 클래드층(3) 및 P형 InGaAsP 캡층(4)이 적층되어 있고, P형 전극(5) 및 n 형 전극(6)은 각각 P형 InGaAsP 층(4) 및 n형 InP 기판(1)과 접촉되어 형성되어 있다. 이 광변조 소자에서 InGaAsP 변조 도파로층(2)에 광이 입사되면 P 형 전극(5)에 인가되는 마이너스 전압과 n형 전극(6)에 인가되는 플러스 전압이 변화되어 InGaAsP 변조도파로층(2)의 흡수계수가 변화되고 그것에 의해 출사광의 강도가 변조될 수 있다. 전기흡수형 광변조 소자가 저전압 변조와 고속변조를 수행할 수 있고 고속변조를 하는 동안 스펙트럼의 확장을 억제할 수 있다는 것은 중요하다. 현재까지 입사광의 광자에너지(hv)가 InGaAsP 변조도파로층(2)의 밴드갭 에너지(Eg)에 근접할수록 그 층(2)의 흡수계수는 저전압에서 크게 변화될 수 있고 소자길이(L)(InGaAsP 변조도파로층(2)의 광의 입사단면으로부터 출사단면의 길이)는 더 감축될 수 있어, 고속변조를 가능하게 하고 스펙트럼의 확장을 억제할 수 있다는 것이 고려되어 왔다. 따라서 선행기술은 단지 두 에너지의차( Eg=Eg-hv)에 착안하여 에너지차( Eg)를 30-40meV로 설정함으로써 고성능의 광변조 소자를 실현할 수 있다는 것이 고려되어 있다. 그러나 종래의 광변조 소자는 입사광 강도가 100μW 이하일 때 변조전압, 변조대역폭 및 스펙트럼 폭에는 우수한 특성이 있으나 입사광 강도가 0.1mW를 초과하면 변조전압이 현저히 상승하고 대역폭 또한 줄어든다는 사실이 발견되었다.
이하에서는 첨부도면에 따라 본 발명의 제1특징과 관련하여 상세히 설명한다.
[제1실시예]
제2도는 본 발명의 광변조 소자의 제1실시예를 도시한 단면도이다.
본 실시예와 종래구조의 차이는 에너지 차이(ΔEg=Eg-hv)를 n-(InGaAs)광도파로층의 밴드갭 에너지가 입사광의 광자에너지(hv)보다 50meV 이상이 되도록 설정하고, 광변조 소자의 길이(Lo)를 10meV/mm≤g/Lo≤250meV/mm의 조건을 만족시키는 값으로 설정하는데 있다.
우선 에너지차(ΔEg)로부터 발생하는 문제점을 본 발명의 실험결과를 도시한 제3,4도를 사용하여 설명하고, 소자의 길이(Lo)는 제5도에 의하여 설명한다. 본 발명과 선행기술 사이의 차이점을 도시하기 위하여 에너지차(ΔEg)55meV 와 50meV를 가지는 본 발명 소자의 특성곡선이 각각 ①및②로 기입되어 있으며, 에너지 차(ΔEg) 40meV 와 30meV를 가지는 종래구성의 특성곡선이 각각 ③및④로 기입되어 있다.
먼저 에너지차(ΔEg)로부터 발생하는 문제점을 상세히 설명한다.
본 발명자들은 입사광 강도가 증가되는 경우에 광변조 소자의 특성이 입사광의 광자에너지(hv)와 변조도파로층의 밴드갭 에너지(Eg)사이의 에너지차(ΔEg=Eg-hv)에 의하여 어떻게 영향을 받는가를 검토하고, 종래의 광변조 소자(제1도)와 본 발명의 광변조 소자(제2도)의 사용을 검토하였다. 그들의 연구결과ΔEg= 30내지 40meV인 경우에 입사광 강도가 약 0.1meV 이하이면 변조전압과 변조대역폭은 우수한 특성을 갖게 되나 입사광 강도가 수 mW로 증가하면 변조전압은 약 2배로 높아지고 변조대역폭은 선행기술의 예에서 상술한 바처럼 현저히 열화된다.
제3도는 본 발명의 실험결과도로, 20dB의 소광비(消光比)를 제공하는 전압치의 입사광강도 의존성을 나타내는 광소자길이 520μm의 입사광 강도-20dB 소광비 전압특성을 도시한다. 제3도에서 파라미터 ΔEg(곡선①내지④는 InGaAsP 변조도파로층(10 및 2)의 밴드갭 에너지(Eg)와 입사광의 광자에너지(hv)의 에너지 차( ΔEg=Eg-hv)이다.
ΔEg=30meV(곡선④),40meV(곡선③)의 종래 구성의 경우에는 20dB 소광비 전압은 입사광 강도의 증가와 더불어 증가하고, 입사광 강도가 3-4mW에 도달한 후 변조전압은 더 이상 증가하지 않는다. 반면에 ΔEg=50meV(곡선②),55meV(곡선①)의 경우에 변조 전압은 대략 직선적으로 증가한다. 변조전압의 직선증가는 광변조 소자에 인가되는 전압이 광발생 전류에 의한 오옴 저항 등의 양단의 전압강하 때문에 실효적으로 감소한다는 사실에 기인한다. 이것이 전기흡수형 광변조 소자의 본질적인 특징이다. 그에대해 30-40meV의 에너지차를 가지는 종래 소자에서 관측된 변조전압의 급격한 증가는 대역 구조가 과도하게 흡수된 캐리어에 의해 왜곡되어 광도파로에 인가된 실효전계 강도가 약화되는 현상에서 기인하는 것으로 여겨진다.
제4도는 본 발명의 원리를 설명한 것으로 고주파에서 주파수특성 열화의 입사광 강도 의존성을 나타내는 입사광 강도 대역열화 특성을 도시한 것으로 파라미터로서 에너지차(ΔEg)를 사용한 것이다. 에너지차 ΔEg=30-40meV를 가지는 종래구조의 경우에는 입사광 강도가 증가함에 따라2-3dB의 열화가 관측되는 반면 에너지차(Eg)가 50meV 이상인 본 발명의 소자의 경우에는 열화도가 1dB 이하이다. 1dB 이하의 열화는 상술한 바처럼 광발생 전류에 의해 야기되는 오옴 저항 또는 종단저항 양단의 전압강하에 기인하며 이것은 또한 전기 흡수형 광변조 소자의 본질적 특성으로 고려된다. ΔEg=30-40meV에 의한 열화는 도파로에 인가되는 전계가 과잉흡수되는 캐리어에 의해 방해를 받고 공간저하 효과 등에 기인하여 외부인가 전압을 충실히 트레이스(trace)할 수 없는 현상에 기여한다.
변조전압 2V 정도, 주파수 대역폭을 예를들어 5GHz 이상으로 하고 실제로 스펙트럼의 확장이 없는 광변조 소자를 설계하는 경우에는 에너지차 ΔEg=30-40meV 와 소자길이 0.5mm 정도가 가장 적당한 것으로 고려되어 왔으며, 이러한 광변조 소자가 제조되어 왔다. 그러나 상기 사실로부터 분명해지는 바와같이 제3도 및 4도는 에너지차 ΔEg=30-40meV 인 때의 변조전압과 변조대역폭은 입사광 강도의 증가에 따라 상당히 열화될 것이라는 중대한 문제에 직면할 것을 분명히 나타내고 있다.
다음에는 변조전압 및 주파수 대역폭과 소자길이(Lo)의 관계를 설명한다. 제5도는 입사광 강도가 5mW 인 경우에 변조전압(광강도를 90%에서 10%로 감소시키는데 필요한 전압)의 소자길이 의존성을 설명하기 위한 본발명의 실험결과를 도시한다. 현재의 기술로 변조전압을 4V 정도로 설정하는 것은 가능하다. 제5도는 에너지차 ΔEg=50meV(곡선⑩) 및 55meV(곡선⑨)인 경우에 소자길이(Lo)를 각각 0.2mm 및 0.5mm 이상 선택함으로써 양호한 결과가 얻어질 수 있다는 것을 나타내고 있다.
따라서 그 시간에서의 ΔEg/L 가 250meV/mm 및 10meV/mm이 되고, ΔEg/L 의 상한이 250meV/mm 이면 변조전압은 약 4V 로 설정될 수 있음이 분명하다.
주파수 대역폭은 우선적으로 변조도파로폭에 의존한다. 변조도파로폭이 1um인 경우에 5GHz 이상의 대역폭은 실현하는 길이의 상한이 대략 5mm 이다. 따라서 고속광변조를 얻기 위하여 ΔEg/L≥10meV/mm의 조건이 필요하지 않으면 안된다. 말하자면 변조도파로폭이 증가함에 따라 ΔEg/L 또한 증가하며, 변조도파로 폭이 5um이면 ΔEg/L 은 30meV/mm 이 된다.
상술한 바처럼 변조전압 4V 이하 대역폭 5GHz 이상을 갖는 광변조 소자를 얻기 위하여 ΔEg≥50meV 및 10meV/mm ≤ ΔEg/Lo ≤ 250meV/mm 의 조건이 필수적이다. 따라서, 본 발명은 ΔEg와 ΔEg/Lo 의 조건을 만족시키는 광변조 소자를 구성한다.
[실시예2]
제6도는 본 발명의 광변조 소자의 제2실시예의 단면도이다.
제2실시예와 제1실시예의 차이점은 내장전계에 의한 흡수손실을 줄이기 위하여 n- InGaAsP 도파로층(10)과 p- Inp 층(3)사이에 n -InGaAsP 도파로층(10)과 동일한 전도형을 갖는 두께 약 0.2um의 n- InP 층(11)이 끼워진다는 점에 있다. 소자길이를 1mm 도파로폭을 5um로하여 2V 이하의 동작전압에서 10dB의 소광비가 얻어질 수 있고, 약 5GHz의 약 3dB 대역폭이 성취된다. 또 본 발명의 광변조소자는 ΔEg≥50meV 및 ΔEg/L=50meV/mm로 설계되므로 입사광 강도의 증가가 실제로 변조전압을 증가시키거나 변조대역폭을 감소시키지는 못할 것이다.
상술한 본 발명이 비록 InGAAsP/InP 계의 재료를 사용하는 경우와 관련하여 설명되었지만, 또 AlGaAs/GaAs 및 AllnGaAs/InP 계와 같은 다른 재료들에도 응용할 수 있다. 더욱이 이러한 재료로 구성되는 다중양자정층(多重量子井層)을 사용하는 것이 또한 가능하며, 이 경우에 상술한 에너지갭은 양자정 준위에 의해 결정된 실효적 에너지 갭이다. 횡모드 안정화를 위한 상기 스트라이프 구조는 스트립이 적층된 플레이너 도파로 타입의 구조를 설명하였으나 매립 스트라이프구조, 리지도파로 구조나 이와 유사한 구조로도 적용이 가능하다.
상술한 바처럼 본 발명의 제1 특징에 따라 에너지차가 50meV, ΔEg/Lo 가 10-250meV/mm가 되도록 광변조 소자가 설계되므로, 입사광 강도가 0.1mW로부터 수 nw의 실용레벨로 증가하더라도 변조 전압의 증가와 변조대역폭의 감소가 실제로 저전압, 고속변조를 실현시키지는 못한다. 게다가 내장전계에 의한 흡수손실은InGa AsP 도파로층(10)과 p-InP 층(3)사이에 InP 층(11)을 삽입함으로써 감소될 수 있다. 따라서 본 발명의 광변조 소자는 초고속 광섬유 통신 등에 응용할 수 있고 이용을 극대화할 수 있다.
이하에서는 첨부도면에 따라 본 발명을 제2특징과 관련하여 상세히 설명한다.
[제3실시예]
제7도는 본 발명의 광변조 소자의 제3실시예의 단면도이다. 도시된 구조와 종래 구조와의 차이점은 InGaAsP 광도파로층(2)이 밴드갭 에너지가 다른 세 개의 층(7,8 및 9)으로 구성되어 있다는 점이다.
선행기술에서 n- InGaAsP 광도파로층의 캐리어 농도는 5×1015cm-3이다. 이것은 의도적으로 불순물을 도핑하지 않고 현재의 결정성장법으로 얻을 수 있는 사실상 최저의 캐리어 농도이다. 이러한 저 캐리어 농도는 0.3um 두께의 도파로의 두께의 도파로의 두께방향의 양단 사이에서 약 20KV/cm 의 전계강도차를 발생시킨다. 전계강도의 이 차이는 도파로층 양단 사이의 흡수계수를 큰 차이가 나게 만들기 때문에 광은 거의 P 형 클래드층 만의 부근에서 대부분 흡수된다. 이것은 도파로내의 광분포와 흡수계수의 중복을 적게하여 변조저압이나 소자길이의 증가를 초래할 뿐 아니라, 입사광 강도가 증가하는 경우에는 국부적으로 과잉 캐리어를 발생하게하여 도파로내의 전계강도를 약화시키고, 공간저하 효과에 의한 변조속도를 저하시키는 것으로 본 발명자들은 생각하였다. 이상의 관점에서 광도파로층(7,8 및 9)의 두께가 각각 0.2um 크기로 형성되고, 그 에너지 갭은 1.55um입사광의 광자에너지 hv 보다 각각 50.55 및 60meV 크게 선택된다. 또한 광도파로층(20이 항상 3층 구조일 필요는 없다. 층의 밴드갭 에너지가 단계적으로 변화하는 경우에 사용되는 층의 수는 2층 이상이 사용되는 한은 문제가 되지 않는다. 밴드갭 에너지가 연속적으로 변화하는 경우에는 단층으로도 족하다.
제8도에는 광도파로층의 캐리어 농도가 5×1015cm-3이고 4V의 전압이 인가되는 경우의 광도파로층 내의 전계강도 분포가 ⑫로 표시되어 있다. 제8도는 4V의 전압이 광변조 소자에 인가되면 광도파로층(7,8 및 9)의 평균 전계강도가 각각 72KV/cm ,84KV/cm,100KV/cm 인 것을 나타내고 있다.
광도파로층의 조성이 종래의 구조와 같은 경우에는 광도파로층의 전계강도가 65KV 에서 110KV 정도로 변화하기 때문에 광은 p-InP 층(3)측의 광도파로층 부근에서 대부분 흡수되고, 상술한 바처럼 흡수계수와 광분포와의 중복이 적어져 결과적으로 변조전압이 증가하고 입사과 강도가 증가하면 특성열화를 초래한다.
그에대하여 본 발명에 따르는 광도파로내의 전계강도 변화에 의해 야기되는 광도파로의 변화하는 흡수계수를 보정하기 위하여 다른 에너지 갭들을 가지는 강도파로층(7,8 및 9)으로 구성되는 다층구조에 의해 형성된다. 제9도는 1.55um 입사광에 대한 InGaAsP 광도파로층의 흡수계수의 전계강도 의존성을 도시한다. 곡선 ⑬,⑭및 ⑮ 는 에너지갭(Eg)이 입사광의 광자에너지(hv)보다 각각 40,50 및 60meV 큰 형태로 된 조성물의 InGaAsP 도파로층의 흡수계수를 표시한다. 제9도로부터 광변조 소자에 4V 인가시의 평균 전계강도에서의 각 층의 흡수계수는 대체로 150cm-1에서 일정하게 유지되고, 과의 국부흡수가 일어나지 않게 된다는 것이 명료해진다. 따라서 광도파로층을 통하여 안내되는 광은 일정흡수게수를 기초로하여 흡수된다. 바꿔말하면 효율적인 과의 흡수가 성취될 수 있다는 것이다. 또 과잉캐리어가 국부적으로 발생하지 않기 때문에 입사광 강도의 증가가 변조전압 증가와 변조대역폭의 감소를 초래하지 않는다.
[제4실시예]
제10도는 본 발명의 광변조 소자의 제4실시예를 도시한 단면도이다.
도시된 광변조 소자는 n- InAlAs 클래드층(20), n- InAiAs/n -InAiAs 다중양자정(MQW)광도파로층(21), p- InAlAs 클래드층(22) 및 p-InGaAs 갭층(23)이 n- InP 기판(1) 상에 적층되어 잇는 구조로 되어있다. 제11도는 MQW 광도파로층(21)의 밴드구조를 상세히 도시하고 있다. MQW 광도파로층(21)은 두께가 다른 3개의 InGaAs/InAlAs MQW 층(24,25,26)과 이것들을 분리하기 위한 n- InAlAs 층(27)으로 구성되어 있다.
각 MQW 층(24,25,26)은 InGaAs 정층을 15개 포함하고 그 두께는 각각 70Å ,75Å 및 80Å 이며, InAlAs 장벽층(27)의 두께는 가각 20Å 이다. 양자준위에 의해 결정되는 이러한 MQW 층의 에너지갭은 1.55um 입사광의 에너지보다 각각 60,55 및 50meV 크다. MQW 층(24,25,26)의 저자파동 함수의 중첩을 막기 위하여 두께 150Å의 n - InAlAs 층(27)이 MQW 층(24)와 (25) 사이에 그리고 (25)와 (26)사이에 각각 삽입된다.
실시예3의 경우에서처럼 본 실시예 또는 도파로내에서 변화하는 전계강도에 의해 야기되는 흡수계수의 장소적 불균일이 없으므로 광분포와 흡수계수의 중복이 커지고 변조전압이 저하될 수 있다. 또 고강도광 입사시 문제를 일으키는 국부과잉 캐리어의 발생이 또한 억제될 수 있어 입사광 강도에 상관없이 고속동작을 실행할 수 있다.
상술한 MQW 광도파로층의 다른 정두께를 가지는 세 개의 MQW에 의해 형성되는 반면, 두 개 이상의 MQW층도 광도파로층을 만족시킬 수 있을 것이다.
더욱이 MQW 층으로 구성되는 광도파로층의 실효 에너지 갭은 각 정층의 두께를 변화시켜 연속적으로 변화가능하다.
또 광도파로층이 n-층인 것이 상술되었으나, p-층의 경우도 p형 클래드층으로부터 p형 클래드층으로 에너지갭이 점차 증가하는 다층 광도파로 구조를 사용하여 상술한 바와같은 효과를 얻을 수 있다.
상술한 바처럼 본 발명에 의한 광도파로층의 에너지 갭은 도파로층의 두께 방향으로 그 흡수계수가 대체로 일정하게 되도록 연속 또는 불연속적으로 변화하는 것에 의해 비록 입사광 강도가 증가하는 경우에도 저전압 고속변조를 실행한다.
상술한 본 발명에서는 비록 InGaAsP/InP 및 InGaAs/InAlAs 계의 재료를 사용하는 경우와 관련하여 설명하였으나, 본 발명은 또한 AlGaAs/GaAs 계와 같은 다른 재료에도 응용할 수 있다. 또 횡모드를 안정화하기 위한 스트라이프 구조를 스트립 로우디드 플레이너 도파로에 적용하였으나 매립스트라이프구조, 리지도파로 및 이와 유사한 종래의 구조도 모두 응용가능하다.
상술한 바처럼 본 발명의 제2특징에 의하면 광변조 소자는 광도파로층의 밴드 갭 에너지가 광도파로내의 전계강도의 불균일에 의해 야기되는 광변조 소자의 흡수계수의 불균일을 보정하기 위하여 광도파로층의 두께방향으로 변화하는 구조를 가진다. 따라서 흡수계수와 광분포의 중복은 커지고 변조전압은 낮아진다. 또 고강도광이 입사되더라도 과잉캐리어가 국부적으로 발생할 염려가 없으므로 광변조 소자의 특성이 열화되지는 않을 것이다.
다수의 다른 밴드 갭 에너지를 갖는 층들로 광도로파로층을 형성하면 광변조 소자의 제조가 용이해진다. 다수의 다중양자정층을 가지는 광도파로층을 형성시키면 도파로 손실을 감소시킬 수 있다.
또 광도파로층의 조성을 밴드 갭 에너지가 연속적으로 변화하도록 바꾸어 광도파로층의 흡수계수를 그 두께방향으로 대체로 일정하게 제어할 수 있다.
정의 두께가 1정씩 바뀌는 다중앙자정층을 구비하는 광도파로층을 형성하면 도파로 손실을 감소시킬 수 있고 광도파로층의 흡입계수를 그 두께방향으로 대체로 일정하게 제어할 수 있다.
따라서 저전압, 고속동작이 가능한 광변조소자가 실현될 수 있어 초고속 광섬유통신 등에 응용가능하므로 널리 이용될 수 있다.
이하에서는 본 발명은 제3,4 및 5의 특징과 관련하여 상세히 설명한다.
변조전압의 증가와 변조대역폭의 감축과 같은 입사광 강도가 증가하는 경우에 관측되는 현상에 관한 면밀한 조사결과, 이상의 현상은 광도파로층의 밴드 갭 에너지(Eg)와 입사광의 광자에너지 hv 사이의 에너지차(ΔEg=Eg-hv)에 크게 의존하며 에너지차(ΔEg)가 50meV 이하일 때 일어난다는 것을 알았다. 소자길이의 의존특성에 관해서는 소자길이가 0.3-2.5mm 의 범위에서 변화하더라도 에너지차(ΔEg)가 30-40meV 의 범위에 있으면 그 특성은 열화된다는 것이 제2도 내지 제6도를 참고하여 상술되어 있다.
상술한 실험결과는 입사광 강도가 높으면 공간저하 효과는 입사광이 대단히 높은 소자의 광입사단 부근의 대단히 좁은 영역의 과잉 캐리어만에 의해 발생되며, 그것에 의해 전계강도가 저하하고 변조율이 감소한다는 것을 나타낸다. 과잉 캐리어에 의한 공간저하 효과를 억제하기 위해 가능한 수단으로서, 광도파로츠의 밴드갭 에너지가 광도파로층의 두께방향(전압이 인가되는 방향)의 균일한 전계분포에 의해 야기되는 흡수계수의 변화를 보상하기 위하여 광도파로층의 두께방향으로 연속 또는 불연속적으로 변화되는 구조가 제7도 내지 11도를 참고로하여 상술되어 있다. 다음은 저전압, 고속변조를 실현하기 위하여 공간저하 효과를 억제하는 다른 수단을 설명한다.
광변조 소자에 입사되는 광의 강도를 I(o), 흡수계수를 α, 광도파로의 광제한계수를 r 라 놓으면 광입사단면으로부터 거리×점에서의 광강도 I(x)는 다으모가 같이 표현된다.
Figure kpo00001
그리고 단위길이당 흡수된 광량은 다음과 같다.
Figure kpo00002
식(2)는 단위길이당 흡수된 캐리어의 수에 비례한다. 즉 종래의 광변조 소자에서, α 및 Γ 가 상수이기 때문에 단위길이당 흡수된 캐리어수는 대체로 I(x)에 비례하며, 입사단 근처에서 흡수된 캐리어 수는 출사단 근처에 흡수된 캐리어수와 비교하여 비정상적으로 크다. 입사광 강도가 낮은 경우에 흡수된 캐리어수의 국부적인 변화는 밴드구조에 영향을 미치지 않으므로 문제가 되지 않는다. 그러나 입사광 강도가 높으면 입사단 부근에서 흡수된 과잉캐리어는 인가된 전계를 상쇄하여 변조전압과 변조율에 영향을 미친다.
이상의 관점에서 본 발명자들은 국부적으로 과잉캐리어를 발생시키지 않고도 식(2)의 αΓ(x)가 대체로 일정하고 광도파로층의 과입사단으로부터 광출사단까지의 어느 장소에서도 대체로 같은 수의 캐리어가 흡수되는 구조에 의해 효율적인 광변조를 성취할 수 있다는 것을 생각하였다. 바꿔말해 광량이 많은 곳에서는 흡수계수 α나 광제한계수 Γ를 작게 선택하고 광량이 적은 곳에서는 흡수계수 α나 광제한계수 Γ를 크게 선택하여 변조밴드의 열화와 변조전압 증가의 염려가 없는 고성능 광변조소자를 실현할 수 있다.
[실시예5]
제12도는 본 발명의 광변조소자의 제5실시예의 측면도이다. 종래의 구조와 본 광변조소자의 차이점은 광도파로층이 균일한 영역에 있는 것이 아니라, 도파로층의 밴드갭 에너지가 광입사단으로부터 광출사단으로 줄어드는 새개의 n-InGaAsP 광도파로층(37,38,39)으로 분할되는데 있다. 광도파로층의 두께는 0.45um이고, 길이는 200um 로 되어 있다. 광입사단측에서 광도 파로층(37)의 밴드갭 에너지는 1.55um 입사광의 광자 에너지보다 50meV 크게 선택되고, 광도파로층(38,39)의 밴드 갭 에너지는 각각 55 및 50meV 크게 선택된다. 스트라이프 폭이 3um 이면 광제한 계수 Γ가 약 0.77이고 2V의 전압이 인가되는 경우에 도파로내의 평균 전계강도는 72KV/cm 이고, 광도파로층(37,38,39)의 흡수계수α는 각각 50,100,150cm-1이다. 광입사단측에서 광도파로층(37)의 흡수계수가 작기 때문에 과입사단 부근의 국부적 과잉캐리어의 발생과 공간 저하효과 발생의 가능성은 전혀 없다. 또 광도파로(38,39)에 광이 입사되면 광의 강도는 각각 46% 및 10%로 감소되므로 이 층들의 흡수계수가 크더라도 도파로내에 흡수되는 캐리어의 수는 증가하지 않을 것이다.
본 발명의 상술한 구조에 따라 변조전압이 2V이면, 출사단에서의 소광비는 20dB이상이 되고 변조대역폭은 약10GHz가 되어, 입사광 강도가 높을 때 특성열화의 염려가 없는 고성능 광변조 소자를 실현한다.
[실시예6]
제13도는 본 발명의 광변조 소자의 제6실시예의 측면도이다. 제5실시예에서 광도파로층의 조성은 그 광입사단으로부터 출사단으로 변화하며 그것에 의해 흡수계수가 증가하는 반면 본 실시예에서는 도파로내의 전계강도가 변화하도록 광도파로층의 두께가 변화되는 것에 의하여 흡수계수를 증가시킨다. n -InGaAsP 광도파로층(40,41,42)의 밴드 갭 에너지는 1.55um 입사광의 광자에너지보다 각각 55meV 크게 선택된다. 실시예5처럼 스트라이프 폭은 3m 이고 도파로층(40,41,42)의 각 길이는 200um이다. 광도파로층(40,41,42)의 두께는 각각 0.7,0.45,0.4um이고, 2V가 인가되었을 때의 전계강도는 각각 45,72 및 80KV/cm이며, 흡수계수는 각각 50,100 및 150cm-1이다. 광도파로층(40,41,42)내의 변화하는 광제한계수Γ=0.89, 0.77 및 0.73을 고려하면, 광도파로층(41,42)에 대한 입사광 강도는 각각 44 및 9%가 되며 변조전압이 2V일 때 광출사단에서의 소광비는 약 20dB이다. 또한 본 실시예의 구조에서 흡수계수는 광량이 많은 광입사단에서 작다. 광량은 흡수계수가 큰 광출사단 부근에서는 적으므로 국부적으로 과잉캐리어가 발생하지 않으며 고강도 광이 인가되면 실시예5에서 처럼 광변조소자 특성이 열화되지 않는다.
[실시예7]
제14도는 본 발명의 광변조소자의 제7실시예의 측면도이다. 실시예6의 경우에서처럼 본 실시예 또한 전계강도를 변화시켜 흡수계수를 변화시킨다. 본 실시예와 실시예 6의 차이점은n--InGaAsP 광도파로층(53)의 전체길이를 따라 두께가 0.4m이며 두께가 다른 n--InP 층(54,55)이 InGaAsP 광도파로층(53)과 InP 기판(1)사이에 삽입되어 도파로내의 전계강도를 변화시킨다. n-InP 층(54,55)의 두께를 각각 0.3um와 0.05um로 형성시키면 실시예6에서 얻을 수 있는 것과 같은 효과를 얻을 수 있고, 입사광 강도가 높을 때 특성열화의 염려가 없는 광변조소자를 실현할 수 있다.
[실시예8]
제15도는 본 발명의 광변조 소자의 제8실시예의 개략도이다.
n--InGaAsP광도파로층(63)의 에너지갭과 두께는 실시예7과 같다. 본 실시예는 광제한 계수가 변화하도록 스트라이프 폭을 변화시켜 광입사단으로부터 광출사단으로 흡수계수를 변화시킨다.
스트라이프 폭은 광입사단으로부터 광출사단 방향으로 한정된 3영역에서 각각 1,2 및 4um로 선택되어 광제한 계수를 Γ=0.48,0.73 및 0.84로 변화시킨다. 2V전압 인가시에 실효흡수계수는 스트라이프 폭이 1,2 및 4um인 영역에서 각각 48,73 및 86cm-1이다. 이 영역들의 길이가 150,200 및 250um인 경우에 스트라이프 폭이 2 및 4um인 영역의 입사광 강도는 광입사단에서 광강도의 48 및 11%이다. 실시예7에서의 경우에서처럼 고강도 광이 거기에 입사되는 경우일지라도 그 특성의 열화의 염려가 없는 고성능광변조 소자를 얻을 수 있다.
비록 본 발명의 광도파로층의 흡수계수가 광입사단으로부터 광출사단쪽으로 3단계 단계적으로 크게 증가되는 경우와 관련하여 상술되었지만 또한 흡수계수가 2단계 또는 연속적으로 변화하는 구조에도 적용가능하며 상술한 실시예5 내지 8의 광변조 소자를 두 개 이상 결합할 수도 있다.
다음으로 전술한 광변조 소자의 제1,2 특징과 관련하여 제안된 것들과 본 발명의 광변조 소자의 조합은 본 발명의 다른 실시예로서 설명할 것이다.
이렇게 조합된 것의 구체적예를 설명하기 전에 제1,2 특징에 설명된 광변조 소자의 개요를 설명한다.
제1특징은 갖는 광변조 소자의 개요는 광도파로층의 밴드 갭 에너지(Eg)와 입사광의 광자에너지 hv 사이의 에너지차(ΔEg=Eg-hv)가 50meV 이상이고, 광변조 소자가 예정된 길이로 형성된다는 것이다. 이 광변조 소자와 본 발명을 조합하는 경우에는 밴드 갭 에너지가 광도파로층의 두께방향으로 변화하거나 또는 본 발명에서 과입사단면으로부터 광출사단면의 방향으로 변화하기 때문에 광입사단면측과 광출사단면측 사이의 에너지차가 다르나 평균 에너지차(ΔEg)가 50meV이상이 되는 조건이면 적합하다.
제2특징을 갖는 광변조 소자의 개요는 광도파로층의 두께 방향의 전계강도의 불균일에 의해 야기된 흡수계수의 변화가 일정하게 되도록 보상하기 위하여 광도파로층의 밴드 갭 에너지가 그 두께방향으로 연속 또는 불연속적으로 변화되는 것에 의하여 광분포와 흡수계수의 중복이 증가되어 변조전압을 저하시키고 광변조 소자 길이의 감축에 의한 변조대역폭을 확장시키는 동시에, 균일한 흡수계수는 고강도광이 광변조 소자에 입사될 때 문제로 되는 국부적 과잉 캐리어에 의해 야기되는 공간저하 효과를 억제한다는 것이다.
따라서 본 발명을 제3특징의 광변조 소자라 칭하면, 제1, 제2특징의 조합, 제1, 제3특징의 조합, 제2, 제3특징의 조합 및 제1, 제2 제3특징의 조합, 즉 4종류의 조합이 성취될 수 있다.
이하에서는 제1,제2 및 제3 광변조 소자의 조합을 설명한다.
[실시예9]
제16도는 본 발명의 제9실시예의 측면도이다.
p -InP 기판(76)상에는 밴드 갭 에너지가 입사광의 에너지보다 60meV큰 n- InGaAsP 광도파로층(0.2um두께)(77)을 길이 200um의 영역에 형성시키고, 에너지차 ΔEg=55meV 인 밴드 갭 에너지를 가지는 n 0 InGaAsP 광도파로층(0.2um두께)(78)을 길이 400um의 영역에 형성시킨다. 또 에너지차 ΔEg=50mV 인 밴드 갭 에너지를 갖는 n - InGaAsP 광도파로층(79)이 길이 600um의 영역에 형성되며 마지막으로 n-InP 클래드층(80)이 이상의 광도파로층 위에 적층된다. 즉 본 실시예는 제1, 제2 특징을 갖는 광변조 소자와 제3특징을 갖는 광변조 소자를 조합한 것이다. 본 실시예의 광변조 소자는 광도파로의 일정한 흡수계수를 제공하도록 보정되는 광도파로의 두께 방향(즉 소자에 인가되는 전압방향)내의 전계강도를 변화시켜 광도파로의 흡수를 변화시키는 구조를 가지며, 광도파로의 두께(따라서 전계강도)와 조성은 도파로의 흡수계수가 과입사단으로부터 광출사단으로 증가하도록 변화하여 도파로의 길이방향내의 광의 흡수를 균일하게 실행하고, 광도파로층(77,78,79)의 에너지 갭은 입사광의 광자에너지(hv)보다 모두 50meV크다. 따라서 본 실시예의 광변조 소자는 광도파로의 흡수영역 거의 전부를 통하여 과의 흡수를 균일하게 하는데 적합하여 입사광 강도가 높아지는 경우에도 고속, 저전압 변조를 실행할 수 있다.
한편 실시예9는 제1, 제2 및 제3 광변조 소자의 조합으로서 설명되고, 다른 세종류 결합들이 또한 성취될 수 있다.
광도파로층의 전도형은 또한 p-- 형일수도 있다. 비록 본 발명이 InGaAsP/InP 계의 재료를 사용하는 경우와 관련하여 설명되었지만 또한 AlGaAs/GaAs 와 AlGaAs/InP 계와 같은 다른 재료에도 응용가능하다. 또 상술한 에너지 갭이 양자준위에 의해 결정되는 실효에너지 갭이 되는 경우에 이러한 재료의 다중 양자정층을 사용하는 것이 가능하다. 더욱이 횡모드를 안정화시키기 위한 스트라이프 구조는 스트립로드 플레이너 도파로형이 설명되었으나 매립 스트라이프구조, 리지도파로 스트라이프 구조 및 이와 유사한 종래의 구조 모두가 응용 가능하다.
상술한 바처럼 본 발명의 제3 내지 제5특징에 따라 광량이 큰 광입사단 측에서의 흡수계수는 작으나 광출사단에서의 흡수계수는 크므로 단위길이당 흡수된 캐리어수는 일정하다. 따라서 입사과 강도의 증가는 변조전압의 증가와 변조밴드폭의 증가를 야기시키는 국부과잉 농도를 발생시키지는 않을 것이다. 그러므로 저전압, 고속변조가 가능한 고성능 광변조소자가 실현될 수 있다. 광도파로층의 두께 방향내의 일정흡수계수를 제공하기 위하여 그 두께방향으로 연속 또는 불연속적으로 광도파로의 에너지 갭을 변화시키고, 광입사단면으로부터 광출사단면 쪽으로 흡수계수를 증가시켜 광변조소자가 저전압 고속변조를 실행할 수 있다. 또 광도파로층의 밴드갭 에너지를 입사광의 광자에너지보다 평균 50meV 이상 크게하고, 과입사단면으로부터 광출사단면으로 향하는 흡수계수를 증가시키고 광도파로층의 두께 방향에서의 광도파로층의 밴드 갭 에너지를 변화시키면, 저전압에서의 고속변조 실행이 가능하다.
게다가 광입사단면으로부터 광출사단면으로 향하면서 흡수계수를 증가시키기 위하여 하는 광도파로층의 밴드 갭 에너지를 감소시키는 방법은 흡수계수의 정밀하고 정화한 제어효과를 발생시키고, 광도파로층의 두께를 점차 줄이고 그 스트라이프폭을 점차로 증가시키는 방법은 광변조 소자를 용이하게 제조하는 장점을 갖는다. 이 광변조 소자는 초고속, 광섬유통신 등에 응용되므로 대단히 유용하다.

Claims (22)

  1. 기판상에 광도파로층, 굴절율이 광도파로층의 굴절율보다 작은p형 및n형 클래드층, 및 전극을 가지고, 전극을 가로질러 광도파로층에 인가되는 전계를 이용하여 광도파로층의 광입사단면에 입사하는 일정강도의 입사광에 대해 흡수계수를 변화시켜 변조를 행하고, 이 변조된 변조광이 광도 파로층의 출사단면으로부터 나오는 광변조소자에 있어서, 광도파로층에 대한 입사광강도가 0.1mW이상이면 광도파로층의 밴드갭 에너지는 입사광의 광자에너지 보다 50meV이상 크고, 밴드갭 에너지와 광자에너지 간의 에너지차 대(對), 광도파로층의 광입사단면으로부터 광출사단면 까지의 길이에 의해 결정되는 광변조소자의 길이 사이의 비가 10meV/mm 보다 크지만 250meV/mm 보다 작은 것을 특징으로 하는 광변조소자.
  2. 기판에서 광도파로층, 굴절율이 광도파로층의 굴절율보다 작은p형 및 n형 클래드층, 및 전극을 가지고, 전극을 가로질러 광도파로층에 인가되는 전계를 이용하여 광도파로층의 광입사단면에 입사하는 일정강도의 입사광에 대해 흡수계수를 변화시켜 변조를 행하고, 이 변조된 변조광이 광도파로층의 출사단면으로부터 나오는 광변조소자에 있어서, 광도파로층에 대한 입사광강도가 0.1mW 이상이면 광도파로층의 밴드갭 에너지는 입사광의 광자에너지 보다 50meV 이상 크고, 밴드갭 에너지와 광자에너지 간의 에너지차 대, 광도파로층의 광입사단면으로부터 광출사단면까지의 길이에 의해 결정되는 광변조소자의 길이 사이의 비가 10meV/mm 보다 크지만 250meV/mm 보다 작으며, 광도파로층과 같은 전도형의 반도체층이 광도파로층과 p형 클래드 층 사이에 삽입되며, 이 반도체층의 밴드갭 에너지가 광도파로층의 밴드갭 에너지 보다는 크나 각 클래드층의 밴드갭 에너지 보다 작거나 동등한 것을 특징으로 하는 광변조소자.
  3. 기판상에 광도파로층, 굴절율이 광도파로층의 굴절율보다 작은p형 및n형 클래드층, 및 전극을 가지고, 전극을 가로질러 두께방향으로 광도파로층에 인가되는 전계를 이용하여 광도파로층의 광입사단면에 입사하는 일정강도의 입사광에 대해 흡수계수를 변화시켜 변조를 행하고, 이 변조된 변조광이 광도파로층의 출사단면으로부터 나오는 광변조소자에 있어서, 광도파로층의 두께방향의 밴드갭 에너지는 광도파로층의 흡수계수가 그 두께방향에서 대략 일정하도록 연속 또는 불연속으로 변화되는 것을 특징으로 하는 광변조소자.
  4. 제3항에 있어서, 광도파로층은 다른 에너지 갭을 가지는 다수의 층에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 광변조소자.
  5. 제3항에 있어서, 광도파로층은 다수의 다중양자정층에 의해 형성되며, 상기 각 다중양자정층 중 정층들의 두께는 불연속적으로 변화하는 것을 특징으로 하는 광변조소자.
  6. 제3항에 있어서, 광도파로층의 두께방향의 조성은 그 밴드갭 에너지가 연속적으로 변화하도록 변화하는 것을 특징으로 하는 광변조소자.
  7. 제3항에 있어서, 광도파로층은 다른 두께를 가지는 정층으로 구성되는 다중양자정층에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 광변조소자.
  8. 기판상에 제1전도형의 저불순물 농도 광도파로층, 이 광도파로층보다 굴절율이 작고 각각 제1, 제2 전도형을 가지는 클래드층들, 및 전극을 가지며, 전극을 가로질러 광도파로층에 인가되는 전계를 이용하여 광도파로층의 입사단면에 입사하는 일정강도의 입사광에 대해 흡수계수를 변화시켜 강도변조를 행하고, 이 변조된 변조광이 광도파로층의 광출사단면으로부터 나오는 광변조소자에 있어서, 광도파로층은 입사광에 대한 도파로츠의 흡수계수가 광입사단면으로부터 광출사단면으로 진행하면서 연속 또는 불연속적으로 증가하여 과입사단면과 광출사단면 사이의 어느 장소에서도 실질적으로 같은 수의 광흡수 캐리어가 광도파로층에 생성되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 광변조소자.
  9. 기판상에 제1전도형의 저불순물 농도 광도파로층, 이 광도파로층보다 굴절율이 작고 각각 제1, 제2 전도형을 가지는 클래드층들, 및 전극을 가지며, 전극을 가로질러 광도파로층에 인가되는 전계를 이용하여 광도파로층의 입사단면에 입사하는 일정강도의 입사광에 대해 흡수계수를 변화시켜 강도변조를 행하고, 이 변조된 변조광이 광도파로층의 광출사단면으로부터 나오는 광변조소자에 있어서, 광도파로층은 입사광에 대한 도파로층의 흡수계수가 광입사단면으로부터 광출사단면으로 진행하면서 연속 또는 불연속적으로 증가하여 광입사단면과 광출사단면 사이의 어느 장소에서도 실질적으로 같은 수의 광흡수 캐리어가 흡수되며, 그 결과 광도파로층의 밴드 갭 에너지가 그 두께방향으로 연속 또는 불연속으로 변화하여 이 두께 방향에서의 흡수계수가 대략 일정하게 되는 것을 특징으로 하는 광변조소자.
  10. 기판상에 제1전도형의 저불순물 농도 광도파로층, 이 광도파로층보다 굴절율이 작고 각각 제1, 제2 전도형을 가지는 클래드층들, 및 전극을 가지며, 전극을 가로질러 광도파로층에 인가되는 전계를 이용하여 광도파로층의 입사단면에 입사하는 일정강도의 입사광에 대해 흡수계수를 변화시켜 강도변조를 행하고, 이 변조된 변조광이 광도파로층의 광출사단면으로부터 나오는 광변조소자에 있어서, 광도파로층은 입사광에 대한 도파로층의 흡수계수가 광입사단면으로부터 광출사단면으로 진행하면서 연속 또는 불연속적으로 증가하여 광입사단면과 광출사단면 사이의 어느 장소에서도 실질적으로 같은 수의 광흡수 캐리어가 생성되며, 그 결과 광도파로층의 밴드 갭 에너지가 그 두께방향으로 연속 또는 불연속으로 변화하여 이 두께 방향에서의 흡수계수가 대략 일정하게 되고, 광도파로층의 밴드 갭 에너지가 입사광의 광자에너지보다 50meV이상 큰 것을 특징으로 하는 광변조소자.
  11. 제8항에 잇어서, 광도파로층의 밴드갭 에너지가 광입사단면으로부터 광출사단면으로 진행하면서 연속 또는 불연속적으로 줄어들어 광입사단면과 광출사단면 사이의 어느 장소에서도 대략 같은 수의 광흡수 캐리어가 광도파로층에 생성되도록 한 것을 특징으로 하는 광변조소자.
  12. 제8항에 있어서, 광도파로층의 두께가 광입사단면으로부터 광출사단면으로 진행하면서 연속 또는 불연속적으로 줄어들어 광입사단면과 광출사단면 사이의 어느 장소에서도 대략 같은 수의 광흡수 캐리어가 광도파로층에 흡수되도록 한 것을 특징으로 하는 광변조소자.
  13. 제8항에 있어서, 광도파로층의 스트라이프 폭이 광입사단면으로부터 광출사단면으로 진행하면서 연속 또는 불연속적으로 줄어들어 광입사단면과 광출사단면 사이의 어느 장소에서도 대략 같은 수의 광흡수 캐리어가 광도파로층에 생성되도록 한 것을 특징으로 하는 광변조소자.
  14. 제8항에 있어서, 클래드층들 중 하나가 저불순물농도로 형성되고, 이 저불순물 농도 클래드층의 두께가 광입사단면으로부터 광출사단면으로 진행하면서 연속 또는 불연속적으로 줄어들어 광입사단면과 광출사단면 사이의 어느 장소에서도 대략 같은 수의 광흡수 캐리어가 광도파로층에 생성되도록 한 것을 특징으로 하는 광변조소자.
  15. 제9항에 있어서, 광도파로층의 밴드갭 에너지가 광입사단면으로부터 광출사단면으로 진행하면서 연속 또는 불연속적으로 줄어들어 광입사단면과 광출사단면 사이의 어느 장소에서도 대략 같은 수의 광흡수 캐리어가 광도파로층에 생성되도록 한 것을 특징으로 하는 광변조소자.
  16. 제9항에 있어서, 광도파로층의 두께가 광입사단면으로부터 광출사단면으로 진행하면서 연속 또는 불연속적으로 줄어들어 광입사단면과 광출사단면 사이의 어느 장소에서도 대략 같은 수의 광흡수 캐리어가 광도파로층에 흡수되도록 한 것을 특징으로 하는 광변조소자.
  17. 제9항에 있어서, 광도파로층의 스트라이프 폭이 광입사단면으로부터 광출사단면으로 진행하면서 연속 또는 불연속적으로 줄어들어 광입사단면과 광출사단면 사이의 어느 장소에서도 대략 같은 수의 광흡수 캐리어가 광도파로층에 생성되도록 한 것을 특징으로 하는 광변조소자.
  18. 제9항에 있어서, 클래드층들 중 하나가 저불순물농도로 형성되고, 이 저불순물 농도 클래드층의 두께가 광입사단면으로부터 광출사단면으로 진행하면서 연속 또는 불연속적으로 줄어들어 광입사단면과 광출사단면 사이의 어느 장소에서도 대략 같은 수의 광흡수 캐리어가 광도파로층에 생성되도록 한 것을 특징으로 하는 광변조소자.
  19. 제10항에 있어서, 광도파로층의 밴드갭 에너지가 광입사단면으로부터 광출사단면으로 진행하면서 연속 또는 불연속적으로 줄어들어 광입사단면과 광출사단면 사이의 어느 장소에서도 대략 같은 수의 광흡수 캐리어가 광도파로층에 생성되도록 한 것을 특징으로 하는 광변조소자.
  20. 제10항에 있어서, 광도파로층의 두께가 광입사단면으로부터 광출사단면으로 진행하면서 연속 또는 불연속적으로 줄어들어 광입사단면과 광출사단면 사이의 어느 장소에서도 대략 같은 수의 광흡수 캐리어가 광도파로층에 흡수되도록 한 것을 특징으로 하는 광변조소자.
  21. 제10항에 있어서, 광도파로층의 스트라이프 폭이 광입사단면으로부터 광출사단면으로 진행하면서 연속 또는 불연속적으로 줄어들어 광입사단면과 광출사단면 사이의 어느 장소에서도 대략 같은 수의 광흡수 캐리어가 광도파로층에 생성되도록 한 것을 특징으로 하는 광변조소자.
  22. 제10항에 있어서, 클래드층들 중 하나가 저불순물농도로 형성되고, 이 저불순물 농도 클래드층의 두께가 광입사단면으로부터 광출사단면으로 진행하면서 연속 또는 불연속적으로 줄어들어 광입사단면과 광출사단면 사이의 어느 장소에서도 대략 같은 수의 광흡수 캐리어가 광도파로층에 생성되도록 한 것을 특징으로 하는 광변조소자.
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Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4913506A (en) * 1988-02-26 1990-04-03 Kokusai Denshin Denwa Kabushiki Kaisha Optical modulation device
JPH02136821A (ja) * 1988-11-18 1990-05-25 Fujitsu Ltd 半導体光変調器
JPH0816744B2 (ja) * 1988-12-01 1996-02-21 国際電信電話株式会社 光変調素子
JP2917333B2 (ja) * 1989-11-30 1999-07-12 日本電気株式会社 光送信方法及び光送信装置
JP2739666B2 (ja) * 1992-06-11 1998-04-15 国際電信電話株式会社 光変調素子
JPH07234389A (ja) * 1994-02-22 1995-09-05 Hitachi Ltd 半導体光素子
CA2187619A1 (en) * 1994-04-26 1995-11-02 Magnus Jandel Super lattice optical absorber
JP2921397B2 (ja) * 1994-06-14 1999-07-19 日本電気株式会社 非線形光学素子
FR2730821B1 (fr) * 1995-02-22 1997-04-30 Alcatel Optronics Guide optique segmente pouvant notamment etre inclus dans un dispositif semiconducteur
JP3004902B2 (ja) * 1995-03-24 2000-01-31 松下電器産業株式会社 電界吸収型半導体光変調器
SE522417C2 (sv) * 1998-10-15 2004-02-10 Ericsson Telefon Ab L M Elektro-absorptionsmodulator (EAM) samt förfarande för tillverkning av sådan modulator
US6881983B2 (en) * 2002-02-25 2005-04-19 Kopin Corporation Efficient light emitting diodes and lasers
EP2420882A1 (en) * 2010-08-16 2012-02-22 Alcatel Lucent Active photonic device with flattened photo-generated carrier distribution

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3695745A (en) * 1970-01-18 1972-10-03 Nippon Electric Co Light wave guide circuit
US3868589A (en) * 1972-10-10 1975-02-25 Univ California Thin film devices and lasers
US3923374A (en) * 1974-07-22 1975-12-02 Us Navy High speed electro-optic waveguide modulator
JPS59181317A (ja) * 1983-03-31 1984-10-15 Sumitomo Electric Ind Ltd 光変調素子
JPS62260120A (ja) * 1986-05-07 1987-11-12 Kokusai Denshin Denwa Co Ltd <Kdd> 半導体外部光変調器
US4767169A (en) * 1987-02-26 1988-08-30 Hoechst Celanese Corporation Thin film waveguide electrooptic modulator
US4913506A (en) * 1988-02-26 1990-04-03 Kokusai Denshin Denwa Kabushiki Kaisha Optical modulation device
JPH0816743B2 (ja) * 1988-08-05 1996-02-21 国際電信電話株式会社 光変調素子

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GB2229287B (en) 1994-03-02
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GB2266969A (en) 1993-11-17
US4913506A (en) 1990-04-03
GB2266968A (en) 1993-11-17
GB9314799D0 (en) 1993-08-25
GB8905098D0 (en) 1989-04-19

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