JPH07230066A - 半導体光変調器 - Google Patents
半導体光変調器Info
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- JPH07230066A JPH07230066A JP6020876A JP2087694A JPH07230066A JP H07230066 A JPH07230066 A JP H07230066A JP 6020876 A JP6020876 A JP 6020876A JP 2087694 A JP2087694 A JP 2087694A JP H07230066 A JPH07230066 A JP H07230066A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明の目的は、高速かつモジュール化に適
した半導体光変調器及びそれを用いた光変調器モジュー
ル並びに光伝送装置を提供することにある。 【構成】 導波路型光変調器において、従来の変調領域
Ｌ２の片側または両側に、導波領域（Ｌ１，Ｌ３）を設
ける。 【効果】 本発明による光変調器を使用することによ
り、機械的強度、熱特性、高周波特性、消光特性の優れ
た高速光変調器ジュールを得ることができる。また、該
光変調器モジュールを光伝送装置に適用することによ
り、光伝送装置の高速化が達成できる。
した半導体光変調器及びそれを用いた光変調器モジュー
ル並びに光伝送装置を提供することにある。 【構成】 導波路型光変調器において、従来の変調領域
Ｌ２の片側または両側に、導波領域（Ｌ１，Ｌ３）を設
ける。 【効果】 本発明による光変調器を使用することによ
り、機械的強度、熱特性、高周波特性、消光特性の優れ
た高速光変調器ジュールを得ることができる。また、該
光変調器モジュールを光伝送装置に適用することによ
り、光伝送装置の高速化が達成できる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体光変調器及びそ
れを用いた光変調器モジュール並びに光伝送装置に関す
る。
れを用いた光変調器モジュール並びに光伝送装置に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】光伝送装置の大容量化を図るためには、
より高速な光変調を実現するが必要である。半導体の電
界効果を利用した光変調器は、高速・高効率な光変調が
可能であり、伝送装置への適用を目指して同変調器の高
速化及びモジュール化が検討されている。
より高速な光変調を実現するが必要である。半導体の電
界効果を利用した光変調器は、高速・高効率な光変調が
可能であり、伝送装置への適用を目指して同変調器の高
速化及びモジュール化が検討されている。
【０００３】半導体光変調器の一つである従来の導波路
型電界吸収型光変調器の一例を図１に示す。図におい
て、１はｎドープ半導体基板、２はｎドープバッファ
層、３はアンドープ光吸収層、４はｐドープクラッド
層、５はコンタクト層、６は光導波路、７は絶縁体、８
はｐ電極、９はｎ電極、１０は反射防止膜である。本変
調器においては、光は素子端面から光導波路に入射し、
光導波路を伝搬した後、反対の端面から出射される。光
導波路は光吸収層３を有しており、電極により光吸収層
に電界を印加して吸収強度を変化させることにより光変
調がなされる。光吸収層３に多重量子井戸構造を用い、
その電界吸収効果を利用すれば、更に高効率な光変調器
が得られる。
型電界吸収型光変調器の一例を図１に示す。図におい
て、１はｎドープ半導体基板、２はｎドープバッファ
層、３はアンドープ光吸収層、４はｐドープクラッド
層、５はコンタクト層、６は光導波路、７は絶縁体、８
はｐ電極、９はｎ電極、１０は反射防止膜である。本変
調器においては、光は素子端面から光導波路に入射し、
光導波路を伝搬した後、反対の端面から出射される。光
導波路は光吸収層３を有しており、電極により光吸収層
に電界を印加して吸収強度を変化させることにより光変
調がなされる。光吸収層３に多重量子井戸構造を用い、
その電界吸収効果を利用すれば、更に高効率な光変調器
が得られる。
【０００４】上記半導体光変調器を用いた光変調器モジ
ュールの一例を図２に示す。図において、２１はパッケ
ージ本体、２２は偏波面保持ファイバ、２３はキャリ
ア、２４は非球面レンズ、２５１，２５２はマイクロス
トリップ線路、２６は光変調器、２７は終端抵抗、２８
１，２８２はワイヤボンド、２９は入出力端子ピン、３
０はロッドレンズ、３１は電子冷却素子、３２はパッケ
ージ蓋である。本変調モジュールでは、ロッドレンズ３
０、及び非球面レンズ２４により、入出力光ファイバ２
２と光変調器２５の光結合を行っている。変調器２５と
非球面レンズ２４間で光が散乱を受けないように、素子
は素子長（Ｌ）にほぼ等しい幅（Ｗ）の突起部を有する
キャリア２３の上に載せられている。電気信号はマイク
ロストリップ線路２５１を介して変調器に与えられてお
り、また、ストリップライン２５１の終端には信号の反
射を避けるための終端抵抗２７が設けられている。
ュールの一例を図２に示す。図において、２１はパッケ
ージ本体、２２は偏波面保持ファイバ、２３はキャリ
ア、２４は非球面レンズ、２５１，２５２はマイクロス
トリップ線路、２６は光変調器、２７は終端抵抗、２８
１，２８２はワイヤボンド、２９は入出力端子ピン、３
０はロッドレンズ、３１は電子冷却素子、３２はパッケ
ージ蓋である。本変調モジュールでは、ロッドレンズ３
０、及び非球面レンズ２４により、入出力光ファイバ２
２と光変調器２５の光結合を行っている。変調器２５と
非球面レンズ２４間で光が散乱を受けないように、素子
は素子長（Ｌ）にほぼ等しい幅（Ｗ）の突起部を有する
キャリア２３の上に載せられている。電気信号はマイク
ロストリップ線路２５１を介して変調器に与えられてお
り、また、ストリップライン２５１の終端には信号の反
射を避けるための終端抵抗２７が設けられている。
【０００５】上記、光変調器の変調速度は素子容量によ
って制限されている。従って、より高速な光変調器を得
るためには、素子長（Ｌ）を短くして素子容量を低減す
る必要がある。
って制限されている。従って、より高速な光変調器を得
るためには、素子長（Ｌ）を短くして素子容量を低減す
る必要がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
光変調器、及び光変調器モジュールにおいて、高速化を
図るために光変調器の素子長（Ｌ）を短くした場合に
は、光の散乱を避けるためにキャリアの突起部の幅
（Ｗ）も同時に小さくしなければならない。キャリア突
起部の幅（Ｗ）を減少させると、突起部の機械的強度が
減少したり、熱伝導が悪くなるという問題がある。ま
た、同じ突起上に設けられるマイクロストリップ線路２
５１及び終端抵抗２７の大きさも小さくする必要があ
り、ストリップ線路の高周波特性、終端抵抗の耐圧等が
悪化するという問題がある。さらに、素子長がおよそ３
００μｍ以下の素子の場合には、変調器入射端面で光導
波路と結合しなかった光が、光変調器の上部や光変調器
の基板内を伝搬し、出力側の光ファイバと結合する。こ
の迷光はモジュールの消光特性を悪化させたり、光学系
の調整を困難にするという問題がある。
光変調器、及び光変調器モジュールにおいて、高速化を
図るために光変調器の素子長（Ｌ）を短くした場合に
は、光の散乱を避けるためにキャリアの突起部の幅
（Ｗ）も同時に小さくしなければならない。キャリア突
起部の幅（Ｗ）を減少させると、突起部の機械的強度が
減少したり、熱伝導が悪くなるという問題がある。ま
た、同じ突起上に設けられるマイクロストリップ線路２
５１及び終端抵抗２７の大きさも小さくする必要があ
り、ストリップ線路の高周波特性、終端抵抗の耐圧等が
悪化するという問題がある。さらに、素子長がおよそ３
００μｍ以下の素子の場合には、変調器入射端面で光導
波路と結合しなかった光が、光変調器の上部や光変調器
の基板内を伝搬し、出力側の光ファイバと結合する。こ
の迷光はモジュールの消光特性を悪化させたり、光学系
の調整を困難にするという問題がある。
【０００７】本発明の目的は、高速かつモジュール化に
適した半導体光変調器及びそれを用いた光変調器モジュ
ール並びに光伝送装置を提供することにある。
適した半導体光変調器及びそれを用いた光変調器モジュ
ール並びに光伝送装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記目的は、導波路型半
導体変調器において、光変調を行う変調領域の片側もし
くは両側に導波領域を設け、上記導波領域のクラッド層
の少なくとも一部をアンドープまたは半絶縁性半導体か
ら構成する、もしくは、導波領域と導波領域のクラッド
層の間を電気的に分離することによって達成される。
導体変調器において、光変調を行う変調領域の片側もし
くは両側に導波領域を設け、上記導波領域のクラッド層
の少なくとも一部をアンドープまたは半絶縁性半導体か
ら構成する、もしくは、導波領域と導波領域のクラッド
層の間を電気的に分離することによって達成される。
【０００９】
【作用】図３を用いて本発明による光変調器の作用を説
明する。図において、４１はｎ−ＩｎＰ基板、４２はｎ
−ＩｎＡｌＡｓバッファ層、４３はアンドープＩｎＧａ
Ａｓ／ＩｎＡｌＡｓ歪多重量子井戸層、４４はｐ−上側
ＩｎＡｌＡｓクラッド層、４５はｐ＋−ＩｎＧａＡｓコ
ンタクト層、４６はＳｉＯ2マスク、４７はアンドープ
ＩｎＰバッファ層、４８はアンドープＩｎＧａＡｓＰコ
ア層、４９はアンドープＩｎＰクラッド層、５０は光導
波路、５１はポリイミド、５２はＣｒ／Ａｕ ｐ電極、
５３はＡｕＧｅＮｉ ｎ電極、５４はＳｉＮｘ反射防止
膜である。本変調器においては、光導波路構造が、光変
調を行う変調領域（長さＬ2）と、変調領域と素子端面
を結合する２つの導波領域（長さＬ1、Ｌ3）からなる。
導波領域の光導波路を構成する半導体のバンドギャップ
エネルギーは、光のエネルギーに比べて十分大きく、こ
れらの領域において、光は低損失で伝搬する。端面から
入射した光は導波領域を伝搬し、変調領域で変調された
後、再度、導波領域を伝搬し出射される。導波領域のク
ラッド層４９は、アンドープもしくは半絶縁性半導体に
より構成されているので、導波領域を設けても素子容量
は増加しない。従って、本光変調器においては、全素子
長（Ｌ＝Ｌ1＋Ｌ2＋Ｌ3）が大きくても、変調領域長
（Ｌ2）を小さくすることによって容易に高速化が達成
できる。また、本変調器使用した光変調モジュールで
は、素子の高速化を図った場合でも、キャリア突起部幅
（Ｗ）を全素子長（Ｌ）程度に大きくとることができ
る。従って、本光変調器を使用することにより、機械的
強度、熱特性、高周波特性、消光特性の優れた高速光変
調器モジュールを提供できる。
明する。図において、４１はｎ−ＩｎＰ基板、４２はｎ
−ＩｎＡｌＡｓバッファ層、４３はアンドープＩｎＧａ
Ａｓ／ＩｎＡｌＡｓ歪多重量子井戸層、４４はｐ−上側
ＩｎＡｌＡｓクラッド層、４５はｐ＋−ＩｎＧａＡｓコ
ンタクト層、４６はＳｉＯ2マスク、４７はアンドープ
ＩｎＰバッファ層、４８はアンドープＩｎＧａＡｓＰコ
ア層、４９はアンドープＩｎＰクラッド層、５０は光導
波路、５１はポリイミド、５２はＣｒ／Ａｕ ｐ電極、
５３はＡｕＧｅＮｉ ｎ電極、５４はＳｉＮｘ反射防止
膜である。本変調器においては、光導波路構造が、光変
調を行う変調領域（長さＬ2）と、変調領域と素子端面
を結合する２つの導波領域（長さＬ1、Ｌ3）からなる。
導波領域の光導波路を構成する半導体のバンドギャップ
エネルギーは、光のエネルギーに比べて十分大きく、こ
れらの領域において、光は低損失で伝搬する。端面から
入射した光は導波領域を伝搬し、変調領域で変調された
後、再度、導波領域を伝搬し出射される。導波領域のク
ラッド層４９は、アンドープもしくは半絶縁性半導体に
より構成されているので、導波領域を設けても素子容量
は増加しない。従って、本光変調器においては、全素子
長（Ｌ＝Ｌ1＋Ｌ2＋Ｌ3）が大きくても、変調領域長
（Ｌ2）を小さくすることによって容易に高速化が達成
できる。また、本変調器使用した光変調モジュールで
は、素子の高速化を図った場合でも、キャリア突起部幅
（Ｗ）を全素子長（Ｌ）程度に大きくとることができ
る。従って、本光変調器を使用することにより、機械的
強度、熱特性、高周波特性、消光特性の優れた高速光変
調器モジュールを提供できる。
【００１０】ここでは、変調領域の両側に光導波路領域
を設ける場合について説明したが、片側にのみ光導波路
を設けても同様な効果が期待できることは言うまでもな
い。また、ここでは導波領域のクラッド層全体を絶縁化
する方法についてのべたが、導波領域クラッド層４９が
導電性の場合でも、導波領域と変調領域の間に高抵抗領
域を設ければ全く同様の効果が期待できる。
を設ける場合について説明したが、片側にのみ光導波路
を設けても同様な効果が期待できることは言うまでもな
い。また、ここでは導波領域のクラッド層全体を絶縁化
する方法についてのべたが、導波領域クラッド層４９が
導電性の場合でも、導波領域と変調領域の間に高抵抗領
域を設ければ全く同様の効果が期待できる。
【００１１】
【実施例】次に本発明の実施例を図面を用いて説明す
る。
る。
【００１２】（実施例１）図３（ａ）は、本実施例１に
おける光変調器の平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ´断
面図、（ｃ）は（ａ）のＣ−Ｃ´断面図である。（ａ）
のＢ−Ｂ´断面は図１（ｃ）と同様である。また、
（ａ）の４６は、エッチング及び２回目の結晶成長の際
に用いたＳｉＯ2マスクを示している。
おける光変調器の平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ´断
面図、（ｃ）は（ａ）のＣ−Ｃ´断面図である。（ａ）
のＢ−Ｂ´断面は図１（ｃ）と同様である。また、
（ａ）の４６は、エッチング及び２回目の結晶成長の際
に用いたＳｉＯ2マスクを示している。
【００１３】ｎ−ＩｎＰ基板４１上に、ｎ−Ｉｎ0.53Ａ
ｌ0.47Ａｓバッファー層４２（０．２μｍ）、アンドー
プＩｎ0.48Ｇａ0.52Ａｓ／Ｉｎ0.60Ａｌ0.40Ａｓ歪多重
量子井戸層４３（井戸層 ７ｎｍ 、バリア層５ｎｍ、
井戸数１０、バンドギャップ波長１．４９μｍ）、ｐ−
Ｉｎ0.53Ａｌ0.47Ａｓクラッド層４４（２．０μｍ）、
ｐ＋−Ｉｎ0.53Ｇａ0.47Ａｓコンタクト層４５（０．２
μｍ）をＭＢＥ（分子線成長法）により順次成長する。
次に、ＳｉＯ2マスク４６を用いた選択ウエットエッチ
ング法により、マスク以外の領域のＭＢＥ成長層を除去
する。次に、アンドープＩｎＰバッファ層４７（０．１
５μｍ）、アンドープＩｎ0.82Ｇａ0.18Ａｓ0.40Ｐ0.60
コア層４８（０．２μｍ）、アンドープＩｎＰクラッド
層４９（１．５μｍ）をＳｉＯ2マスク４６以外の領域
にＭＯＣＶＤ（有機金属気相成長法）により成長する。
ＳｉＯ2マスクを除去後、ドライエッチングによりＩｎ
Ｐ基板までメサエッチングを行い光導波路５０（導波路
幅３μｍ）を形成する。ポリイミド５１により素子表面
を平坦化した後、Ｃｒ／Ａｕ ｐ−電極５２を設けた。
ＡｕＧｅＮｉ ｎ電極５３を蒸着した後、素子をへき開
し、両端面にＳｉＮｘ反射防止膜５４を施した。全素子
長は１０００μｍ、変調領域長（Ｌ1）は１００μｍ、
素子容量は０．３ｐＦであった。
ｌ0.47Ａｓバッファー層４２（０．２μｍ）、アンドー
プＩｎ0.48Ｇａ0.52Ａｓ／Ｉｎ0.60Ａｌ0.40Ａｓ歪多重
量子井戸層４３（井戸層 ７ｎｍ 、バリア層５ｎｍ、
井戸数１０、バンドギャップ波長１．４９μｍ）、ｐ−
Ｉｎ0.53Ａｌ0.47Ａｓクラッド層４４（２．０μｍ）、
ｐ＋−Ｉｎ0.53Ｇａ0.47Ａｓコンタクト層４５（０．２
μｍ）をＭＢＥ（分子線成長法）により順次成長する。
次に、ＳｉＯ2マスク４６を用いた選択ウエットエッチ
ング法により、マスク以外の領域のＭＢＥ成長層を除去
する。次に、アンドープＩｎＰバッファ層４７（０．１
５μｍ）、アンドープＩｎ0.82Ｇａ0.18Ａｓ0.40Ｐ0.60
コア層４８（０．２μｍ）、アンドープＩｎＰクラッド
層４９（１．５μｍ）をＳｉＯ2マスク４６以外の領域
にＭＯＣＶＤ（有機金属気相成長法）により成長する。
ＳｉＯ2マスクを除去後、ドライエッチングによりＩｎ
Ｐ基板までメサエッチングを行い光導波路５０（導波路
幅３μｍ）を形成する。ポリイミド５１により素子表面
を平坦化した後、Ｃｒ／Ａｕ ｐ−電極５２を設けた。
ＡｕＧｅＮｉ ｎ電極５３を蒸着した後、素子をへき開
し、両端面にＳｉＮｘ反射防止膜５４を施した。全素子
長は１０００μｍ、変調領域長（Ｌ1）は１００μｍ、
素子容量は０．３ｐＦであった。
【００１４】得られた変調器を用いて従来と同様な図２
に示すような光変調器モジュールを作製した。本変調器
モジュールではキャリア突起部の幅（Ｗ）を１０００μ
ｍとした。得られた光変調器モジュールに１．５５μｍ
の半導体レーザ光を入射し、変調特性を測定した。この
時、変調器内における光がＴＥモードになるように、入
射偏波を調整した。変調器に電圧を印加しない状態（光
出力ＯＮ）での挿入損失は９ｄＢ、１５ｄＢ消光に必要
な電圧は１．５Ｖであった。また本光変調器モジュール
の変調帯域（ｆ3dB）は２０ＧＨｚであった。
に示すような光変調器モジュールを作製した。本変調器
モジュールではキャリア突起部の幅（Ｗ）を１０００μ
ｍとした。得られた光変調器モジュールに１．５５μｍ
の半導体レーザ光を入射し、変調特性を測定した。この
時、変調器内における光がＴＥモードになるように、入
射偏波を調整した。変調器に電圧を印加しない状態（光
出力ＯＮ）での挿入損失は９ｄＢ、１５ｄＢ消光に必要
な電圧は１．５Ｖであった。また本光変調器モジュール
の変調帯域（ｆ3dB）は２０ＧＨｚであった。
【００１５】得られた光変調器モジュールを用いて図６
に示すような光伝送装置（伝送速度１０Ｇｂｉｔ／ｓ）
を作製した。図において、９０は１.５５μｍＤＦＢレ
ーザ、９１は光変調器駆動回路、９２は光変調器モジュ
ール、９３はファイバ型光アンプ、９４は分散シフト光
ファイバである。発振波長１．５５μｍのＤＦＢ（分布
帰還型）レーザ９０から出力される光を、上記、光変調
器モジュール９２で変調し、ファイバ型光アンプ９３を
用いて増幅した後、分散シフト光ファイバ９４（１００
ｋｍ）を伝送し、受信機にて受信した。本伝送装置の符
号誤り率を測定したところ１０-12以下の良好な値が得
られた。
に示すような光伝送装置（伝送速度１０Ｇｂｉｔ／ｓ）
を作製した。図において、９０は１.５５μｍＤＦＢレ
ーザ、９１は光変調器駆動回路、９２は光変調器モジュ
ール、９３はファイバ型光アンプ、９４は分散シフト光
ファイバである。発振波長１．５５μｍのＤＦＢ（分布
帰還型）レーザ９０から出力される光を、上記、光変調
器モジュール９２で変調し、ファイバ型光アンプ９３を
用いて増幅した後、分散シフト光ファイバ９４（１００
ｋｍ）を伝送し、受信機にて受信した。本伝送装置の符
号誤り率を測定したところ１０-12以下の良好な値が得
られた。
【００１６】（実施例２）図４（ａ）は、本実施例１に
おける光変調器の平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ´断
面図である。また、（ａ）の破線４６は、エッチング及
び２回目の結晶成長の際に用いたＳｉＯ2マスクを示し
ている。図において６１はｎ−ＩｎＰバッファ層、６２
はアンドープＩｎＧａＡｓＰ吸収層、６３はｐ−ＩｎＰ
クラッド層、６４はＦｅドープ半絶縁性ＩｎＰ上側クラ
ッド層、６５１，６５２はｎ−ＩｎＰキャップ層、６６
はＦｅドープ半絶縁性ＩｎＰ埋込層である。
おける光変調器の平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ´断
面図である。また、（ａ）の破線４６は、エッチング及
び２回目の結晶成長の際に用いたＳｉＯ2マスクを示し
ている。図において６１はｎ−ＩｎＰバッファ層、６２
はアンドープＩｎＧａＡｓＰ吸収層、６３はｐ−ＩｎＰ
クラッド層、６４はＦｅドープ半絶縁性ＩｎＰ上側クラ
ッド層、６５１，６５２はｎ−ＩｎＰキャップ層、６６
はＦｅドープ半絶縁性ＩｎＰ埋込層である。
【００１７】ｎ−ＩｎＰ基板上４１に、ｎ−ＩｎＰバッ
ファー層６１（０．２μｍ）、アンドープＩｎ0.63Ｇａ
0.37Ａｓ0.82Ｐ0.18吸収層６２（０．２μｍ、バンドギ
ャップ波長１．４７μｍ）、ｐ−ＩｎＰクラッド層６３
（２．０μｍ）、ｐ＋−Ｉｎ0.53Ｇａ0.47Ａｓコンタク
ト層４５（０．２μｍ）をＭＯＣＶＤ法により順次成長
する。次に、ＳｉＯ2マスク４６を用いた選択ウエット
エッチング法により、マスク以外のコンタクト層４５、
クラッド層６３、吸収層６２を除去する。次に、アンド
ープＩｎ0.82Ｇａ0.18Ａｓ0.40Ｐ0.60コア層４８（０．
２μｍ）、Ｆｅドープ半絶縁性ＩｎＰクラッド層６４
（２．０μｍ）、ｎ−ＩｎＰキャップ層６５１をＳｉＯ
2マスク４６以外の領域にＭＯＣＶＤ（有機金属気相成
長法）により成長する。ＳｉＯ２マスク４６を除去した
後、ウエットエッチングによりＩｎＰ基板４１までメサ
エッチングを行って光導波路５０（導波路幅２μｍ）を
形成し、光導波路周囲をＦｅドープＩｎＰ６５２、及
び、ｎ−ＩｎＰ６５２で埋め込んだ。Ｃｒ／Ａｕ ｐ−
電極５２を設け、電極以外の領域のｎ−ＩｎＰキャップ
層を除去した。ＡｕＧｅＮｉ ｎ電極５３を蒸着した
後、素子をへき開し、両端面にＳｉＮｘ反射防止膜５４
を施した。全素子長は１０００μｍ、変調領域長は１５
０μｍ、素子容量は０．４ｐＦであった。
ファー層６１（０．２μｍ）、アンドープＩｎ0.63Ｇａ
0.37Ａｓ0.82Ｐ0.18吸収層６２（０．２μｍ、バンドギ
ャップ波長１．４７μｍ）、ｐ−ＩｎＰクラッド層６３
（２．０μｍ）、ｐ＋−Ｉｎ0.53Ｇａ0.47Ａｓコンタク
ト層４５（０．２μｍ）をＭＯＣＶＤ法により順次成長
する。次に、ＳｉＯ2マスク４６を用いた選択ウエット
エッチング法により、マスク以外のコンタクト層４５、
クラッド層６３、吸収層６２を除去する。次に、アンド
ープＩｎ0.82Ｇａ0.18Ａｓ0.40Ｐ0.60コア層４８（０．
２μｍ）、Ｆｅドープ半絶縁性ＩｎＰクラッド層６４
（２．０μｍ）、ｎ−ＩｎＰキャップ層６５１をＳｉＯ
2マスク４６以外の領域にＭＯＣＶＤ（有機金属気相成
長法）により成長する。ＳｉＯ２マスク４６を除去した
後、ウエットエッチングによりＩｎＰ基板４１までメサ
エッチングを行って光導波路５０（導波路幅２μｍ）を
形成し、光導波路周囲をＦｅドープＩｎＰ６５２、及
び、ｎ−ＩｎＰ６５２で埋め込んだ。Ｃｒ／Ａｕ ｐ−
電極５２を設け、電極以外の領域のｎ−ＩｎＰキャップ
層を除去した。ＡｕＧｅＮｉ ｎ電極５３を蒸着した
後、素子をへき開し、両端面にＳｉＮｘ反射防止膜５４
を施した。全素子長は１０００μｍ、変調領域長は１５
０μｍ、素子容量は０．４ｐＦであった。
【００１８】上記光変調器を用いて実施例１と同様に光
変調器モジュールを作製した。実施例１と同様にキャリ
ア突起部の幅（Ｗ）は１０００μｍとした。得られた変
調器の挿入損失は６ｄＢ、変調帯域は１５ＧＨｚ、１５
ｄＢ消光に必要な電圧は３．０Ｖであった。
変調器モジュールを作製した。実施例１と同様にキャリ
ア突起部の幅（Ｗ）は１０００μｍとした。得られた変
調器の挿入損失は６ｄＢ、変調帯域は１５ＧＨｚ、１５
ｄＢ消光に必要な電圧は３．０Ｖであった。
【００１９】光変調器を用いて実施例１と同様の光伝送
装置を作製したところ、符号誤り率１０-12以下の良好
な伝送装置が得られた。
装置を作製したところ、符号誤り率１０-12以下の良好
な伝送装置が得られた。
【００２０】（実施例３）図５（ａ）は、本実施例３に
おける光変調器の平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ´断
面図である。また、（ａ）の破線は、結晶成長の際に使
用したＳｉＯ2マスク８０１、８０２を示している。ま
た（ｂ）において、８１はｎ−ＩｎＧａＡｓＰ下ガイド
層、８２はＩｎＧａＡｓ／ＩｎＧａＡｓＰ多重量子井戸
層、８３はｐ−ＩｎＧａＡｓＰ上ガイド層、８４はｐ−
ＩｎＰクラッド層、８５はプロトン打ち込みである。
おける光変調器の平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ´断
面図である。また、（ａ）の破線は、結晶成長の際に使
用したＳｉＯ2マスク８０１、８０２を示している。ま
た（ｂ）において、８１はｎ−ＩｎＧａＡｓＰ下ガイド
層、８２はＩｎＧａＡｓ／ＩｎＧａＡｓＰ多重量子井戸
層、８３はｐ−ＩｎＧａＡｓＰ上ガイド層、８４はｐ−
ＩｎＰクラッド層、８５はプロトン打ち込みである。
【００２１】ｎ−ＩｎＰ基板上に、ＳｉＯ2マスク８０
１、８０２を設け、ｎ−Ｉｎ0.82Ｇａ0.18Ａｓ0.40Ｐ
0.60下ガイド層８１（０．１５μｍ）、アンドープＩｎ
0.53Ｇａ0.47Ａｓ／Ｉｎ0.82Ｇａ0.18Ａｓ0.40Ｐ0.60多
重量子井戸層８２（井戸層 ４ｎｍ 、バリア層７ｎ
ｍ、井戸数１０、バンドギャップ波長１．４５μｍ）、
ｐ−Ｉｎ0.82Ｇａ0.18Ａｓ0.40Ｐ0.60上ガイド層８３
（０．１５μｍ）をＭＯＣＶ法によりＳｉＯ2マスク外
の領域に選択的に成長する。この時、ＳｉＯ2マスク８
０１、８０２で挟まれた変調領域では、マスク上から流
れ込む原料のために成長レート、混晶組成が変化し、多
重量子井戸のバンドギャップ波長が導波領域よりも大き
くなる。ここでは、変調領域の多重量子井戸バンドギャ
ップ波長が１．５０μｍとなるように、ＳｉＯ2マスク
の開口幅を調整した。ＳｉＯ2マスク８０１、８０２を
除去後、ｐ−ＩｎＰクラッド層４９（２．０μｍ）、ｐ
＋−Ｉｎ0.53Ｇａ0.47Ａｓコンタクト層４５（０．２μ
ｍ）をＭＯＣＶＤ法により基板全面に成長した。光変調
領域にレジストマスクを設けて、光変調領域以外のコン
タクト層を除去した。次に変調領域と導波領域の間にプ
ロトン打ち込みを行い、導波領域クラッド層と変調領域
クラッド層間を絶縁化する。ドライエッチングによりＩ
ｎＰ基板４１までメサエッチングを行って光導波路５０
（導波路幅３μｍ）を形成した後、ポリイミド５１によ
り平坦化を行い、Ｃｒ／Ａｕ ｐ電極５２を設けた。Ａ
ｕＧｅＮｉ ｎ電極５３を作製した後、素子をへき開
し、両端面にＳｉＮｘ反射防止膜５４を施した。全素子
長は８００μｍ、変調領域長は１００μｍである。得ら
れた素子の容量は０．３ｐＦである。
１、８０２を設け、ｎ−Ｉｎ0.82Ｇａ0.18Ａｓ0.40Ｐ
0.60下ガイド層８１（０．１５μｍ）、アンドープＩｎ
0.53Ｇａ0.47Ａｓ／Ｉｎ0.82Ｇａ0.18Ａｓ0.40Ｐ0.60多
重量子井戸層８２（井戸層 ４ｎｍ 、バリア層７ｎ
ｍ、井戸数１０、バンドギャップ波長１．４５μｍ）、
ｐ−Ｉｎ0.82Ｇａ0.18Ａｓ0.40Ｐ0.60上ガイド層８３
（０．１５μｍ）をＭＯＣＶ法によりＳｉＯ2マスク外
の領域に選択的に成長する。この時、ＳｉＯ2マスク８
０１、８０２で挟まれた変調領域では、マスク上から流
れ込む原料のために成長レート、混晶組成が変化し、多
重量子井戸のバンドギャップ波長が導波領域よりも大き
くなる。ここでは、変調領域の多重量子井戸バンドギャ
ップ波長が１．５０μｍとなるように、ＳｉＯ2マスク
の開口幅を調整した。ＳｉＯ2マスク８０１、８０２を
除去後、ｐ−ＩｎＰクラッド層４９（２．０μｍ）、ｐ
＋−Ｉｎ0.53Ｇａ0.47Ａｓコンタクト層４５（０．２μ
ｍ）をＭＯＣＶＤ法により基板全面に成長した。光変調
領域にレジストマスクを設けて、光変調領域以外のコン
タクト層を除去した。次に変調領域と導波領域の間にプ
ロトン打ち込みを行い、導波領域クラッド層と変調領域
クラッド層間を絶縁化する。ドライエッチングによりＩ
ｎＰ基板４１までメサエッチングを行って光導波路５０
（導波路幅３μｍ）を形成した後、ポリイミド５１によ
り平坦化を行い、Ｃｒ／Ａｕ ｐ電極５２を設けた。Ａ
ｕＧｅＮｉ ｎ電極５３を作製した後、素子をへき開
し、両端面にＳｉＮｘ反射防止膜５４を施した。全素子
長は８００μｍ、変調領域長は１００μｍである。得ら
れた素子の容量は０．３ｐＦである。
【００２２】上記光変調器を用いて実施例１と同様に光
変調器モジュールを作製した。キャリアの幅（Ｗ）は８
００μｍとした。得られた変調器の挿入損失は６ｄＢ、
変調帯域は１８ＧＨｚ、１５ｄＢ消光に必要な電圧は
２．０Ｖであった。
変調器モジュールを作製した。キャリアの幅（Ｗ）は８
００μｍとした。得られた変調器の挿入損失は６ｄＢ、
変調帯域は１８ＧＨｚ、１５ｄＢ消光に必要な電圧は
２．０Ｖであった。
【００２３】光変調器を用いて実施例１と同様の光伝送
装置を作製したところ、符号誤り率１０-12以下の良好
な伝送装置が得られた。
装置を作製したところ、符号誤り率１０-12以下の良好
な伝送装置が得られた。
【００２４】ここでは、電界吸収型強度変調器に限って
特に実施したが、本発明は導波路型光変調器一般（例え
ば位相変調器など）についても適用可能であることは言
うまでもない。
特に実施したが、本発明は導波路型光変調器一般（例え
ば位相変調器など）についても適用可能であることは言
うまでもない。
【００２５】
【発明の効果】本発明による光変調器を使用することに
より、熱特性、高周波特性、消光特性を劣化させること
なく光変調器ジュールの高速化ができる。従って、本発
明による光変調器、及び、その光変調器モジュールを光
伝送装置に適用することにより、光伝送装置の高速化が
達成される。
より、熱特性、高周波特性、消光特性を劣化させること
なく光変調器ジュールの高速化ができる。従って、本発
明による光変調器、及び、その光変調器モジュールを光
伝送装置に適用することにより、光伝送装置の高速化が
達成される。
【図１】（ａ）は従来の半導体光変調器の平面図、
（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ´断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ
−Ｂ´断面図。
（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ´断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ
−Ｂ´断面図。
【図２】（ａ）は従来の半導体光変調器モジュールの平
面図（但しパッケージの蓋を外した状態）、（ｂ）は
（ａ）のＡ−Ａ′断面図（光の伝搬の様子も示してあ
る）。
面図（但しパッケージの蓋を外した状態）、（ｂ）は
（ａ）のＡ−Ａ′断面図（光の伝搬の様子も示してあ
る）。
【図３】（ａ）は本発明による光変調器の実施例１の平
面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ´断面図、（ｃ）は
（ａ）のＣ−Ｃ´断面図。
面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ´断面図、（ｃ）は
（ａ）のＣ−Ｃ´断面図。
【図４】（ａ）は本発明による光変調器の実施例２の平
面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ´断面図、（ｃ）は
（ａ）のＢ−Ｂ´断面図。
面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ´断面図、（ｃ）は
（ａ）のＢ−Ｂ´断面図。
【図５】（ａ）は本発明による光変調器の実施例３の平
面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ´断面図。
面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ´断面図。
【図６】本発明による光変調器、及び、光変調器モジュ
ールを使用した光伝送装置の一例を示す図。
ールを使用した光伝送装置の一例を示す図。
【符号の説明】 １…ｎドープ半導体基板、２…ｎドープバッファ層、３
…アンドープ光吸収層、４…ｐドープクラッド層、５…
コンタクト層、６…光導波路、７…絶縁体、８…ｐ電
極、９…ｎ電極、１０…反射防止膜、２１…パッケージ
本体、２２…偏波面保持ファイバ、２３…キャリア、２
４…非球面レンズ、２５１，２５２…マイクロストリッ
プ線路、２６…光変調器、２７…終端抵抗、２８１，２
８２…ワイヤボンド、２９…入出力端子ピン、３０…ロ
ッドレンズ、３１…電子冷却素子、３２…パッケージ
蓋、４１…ｎ−ＩｎＰ基板、４２…ｎ−ＩｎＡｌＡｓバ
ッファ層、４３…アンドープＩｎＧａＡｓ／ＩｎＡｌＡ
ｓ歪多重量子井戸層、４４…ｐ−上側ＩｎＡｌＡｓクラ
ッド層、４５…ｐ＋−ＩｎＧａＡｓコンタクト層、４６
…ＳｉＯ2マスク、４７…アンドープＩｎＰバッファ
層、４８…アンドープＩｎＧａＡｓＰコア層、４９…ア
ンドープＩｎＰクラッド層、５０…光導波路、５１…ポ
リイミド、５２…Ｃｒ／Ａｕ ｐ電極、５３…ＡｕＧｅ
Ｎｉ ｎ電極、５４…ＳｉＮｘ反射防止膜、６１…ｎ−
ＩｎＰバッファ層、６２…アンドープＩｎＧａＡｓＰ吸
収層、６３…ｐ−ＩｎＰクラッド層、６４…Ｆｅドープ
半絶縁性ＩｎＰ上側クラッド層、６５１，６５２…ｎ−
ＩｎＰキャップ層、６６…Ｆｅドープ半絶縁性ＩｎＰ埋
込層、８０１，８０２…ＳｉＯ2マスク、８１…ｎ−Ｉ
ｎＧａＡｓＰ下ガイド層、８２…ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＧ
ａＡｓＰ多重量子井戸層、８３…ｐ−ＩｎＧａＡｓＰ上
ガイド層、８４…ｐ−ＩｎＰクラッド層、８５…プロト
ン打ち込み、９０…１．５５μｍＤＦＢレーザ、９１…
光変調器駆動回路、９２…光変調器モジュール、９３…
ファイバ型光アンプ、９４…分散シフト光ファイバ。
…アンドープ光吸収層、４…ｐドープクラッド層、５…
コンタクト層、６…光導波路、７…絶縁体、８…ｐ電
極、９…ｎ電極、１０…反射防止膜、２１…パッケージ
本体、２２…偏波面保持ファイバ、２３…キャリア、２
４…非球面レンズ、２５１，２５２…マイクロストリッ
プ線路、２６…光変調器、２７…終端抵抗、２８１，２
８２…ワイヤボンド、２９…入出力端子ピン、３０…ロ
ッドレンズ、３１…電子冷却素子、３２…パッケージ
蓋、４１…ｎ−ＩｎＰ基板、４２…ｎ−ＩｎＡｌＡｓバ
ッファ層、４３…アンドープＩｎＧａＡｓ／ＩｎＡｌＡ
ｓ歪多重量子井戸層、４４…ｐ−上側ＩｎＡｌＡｓクラ
ッド層、４５…ｐ＋−ＩｎＧａＡｓコンタクト層、４６
…ＳｉＯ2マスク、４７…アンドープＩｎＰバッファ
層、４８…アンドープＩｎＧａＡｓＰコア層、４９…ア
ンドープＩｎＰクラッド層、５０…光導波路、５１…ポ
リイミド、５２…Ｃｒ／Ａｕ ｐ電極、５３…ＡｕＧｅ
Ｎｉ ｎ電極、５４…ＳｉＮｘ反射防止膜、６１…ｎ−
ＩｎＰバッファ層、６２…アンドープＩｎＧａＡｓＰ吸
収層、６３…ｐ−ＩｎＰクラッド層、６４…Ｆｅドープ
半絶縁性ＩｎＰ上側クラッド層、６５１，６５２…ｎ−
ＩｎＰキャップ層、６６…Ｆｅドープ半絶縁性ＩｎＰ埋
込層、８０１，８０２…ＳｉＯ2マスク、８１…ｎ−Ｉ
ｎＧａＡｓＰ下ガイド層、８２…ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＧ
ａＡｓＰ多重量子井戸層、８３…ｐ−ＩｎＧａＡｓＰ上
ガイド層、８４…ｐ−ＩｎＰクラッド層、８５…プロト
ン打ち込み、９０…１．５５μｍＤＦＢレーザ、９１…
光変調器駆動回路、９２…光変調器モジュール、９３…
ファイバ型光アンプ、９４…分散シフト光ファイバ。
Claims (13)
- 【請求項１】光が変調器端面から半導体光導波路に入射
し、該光導波路を伝搬した後、反対側の変調器端面から
出射することを特徴とする半導体光変調器において、該
光導波路が、光を変調する変調領域に加えて、該変調領
域の片側もしくは両側に素子端面と変調領域を結合する
導波領域を有することを特徴とする半導体光変調器。 - 【請求項２】上記半導体光変調器の変調領域長が３００
μｍ未満であり、光導波路全長が３００μｍ以上である
ことを特徴とする請求項１記載の半導体光変調器。 - 【請求項３】上記半導体光変調器の導波領域のクラッド
層の少なくとも一部がアンドープ半導体もしくは半絶縁
性半導体からなることを特徴とする請求項１または２の
いずれかに記載の半導体光変調器。 - 【請求項４】上記半導体光変調器の導波領域と変調領域
のクラッド層の間が電気的に分離されていることを特徴
とする請求項１または２のいずれかに記載の半導体光変
調器。 - 【請求項５】上記半導体光変調器において、半導体の電
界吸収効果により光変調を行うことを特徴とする請求項
１ないし４のいずれかに記載の半導体光変調器。 - 【請求項６】上記半導体光変調器において、光導波路の
すくなくとも一部が多重量子井戸層によって構成されて
いることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記
載の半導体光変調器。 - 【請求項７】上記半導体光変調器において、光導波路の
すくなくとも一部が歪多重量子井戸であることを特徴と
する請求項１ないし５のいずれかに記載の半導体変調
器。 - 【請求項８】上記半導体光変調器において、吸収領域の
光導波路となる多層構造を基板全面に成長し、導波領域
の該多層構造の少なくとも一部を除去し、再度導波領域
に導波領域の光導波路の少なくと一部を形成する多層構
造を再度成長することにより作製することを特徴とする
請求項１ないし７のいずれかに記載の半導体光変調器。 - 【請求項９】上記半導体光変調器において、半導体上に
絶縁体マスクを設けて領域選択成長を行なうことによ
り、吸収領域と導波領域の光導波路を形成する多層構造
の少なくとも一部を同時に成長することを特徴とする請
求項１ないし７のいずれかに記載の半導体光変調器。 - 【請求項１０】上記半導体光変調器において、Ｆｅをド
ープした半導体もしくはイオン注入した半導体を使用し
たこと特徴とする請求項１ないし８のいずれかに記載の
半導体光変調器。 - 【請求項１１】請求項１ないし９のいずれかに記載の半
導体光変調器を用いた光変調器モジュール。 - 【請求項１２】上記半導体光変調器モジュールにおい
て、変調器を搭載するキャリア突起部の幅が３００μｍ
以上であることを特徴とする請求項１０記載の光変調器
モジュール。 - 【請求項１３】請求項１０または１１のいずれかに記載
の光変調器モジュールを使用したことを特徴とする光伝
送装置。
Priority Applications (4)
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|---|---|---|---|
| JP6020876A JPH07230066A (ja) | 1994-02-18 | 1994-02-18 | 半導体光変調器 |
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