JPH09311304A - 半導体光変調器及びその製造方法 - Google Patents
半導体光変調器及びその製造方法Info
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- JPH09311304A JPH09311304A JP8127497A JP12749796A JPH09311304A JP H09311304 A JPH09311304 A JP H09311304A JP 8127497 A JP8127497 A JP 8127497A JP 12749796 A JP12749796 A JP 12749796A JP H09311304 A JPH09311304 A JP H09311304A
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- G02F2203/25—Frequency chirping of an optical modulator; Arrangements or methods for the pre-set or tuning thereof
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- G02F2203/25—Frequency chirping of an optical modulator; Arrangements or methods for the pre-set or tuning thereof
- G02F2203/255—Negative chirp
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- Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 高速長距離光通信システムにおいて分散制限
伝送距離を効果的に伸ばすことができる構造の半導体光
変調器を実現することである。 【解決手段】 ｎ−ＩｎＰ基板１０１上にｎ−ＩｎＰバ
ッファ層１０２、ｎ−ＩｎＰクラッド層２０２、ＩｎＰ
系多重量子井戸光吸収層２０３、ｐ−ＩｎＰクラッド層
２０４を順次積層したスラブ構造がｐ−ＩｎＰ埋め込み
クラッド層２０７で覆われた埋め込み型光導波路構造を
有し、ｐ−ＩｎＰ埋め込みクラッド層２０７の上面にｐ
−ＩｎＧａＡｓキャップ層２０８、Ｃｒ／Ａｕ電極４０
１が順次積層され、更に素子裏面にはＣｒ／Ａｕ電極４
０２が形成されている。ＩｎＰ系多重量子井戸光吸収層
２０３は、吸収端波長の異なる２つの領域から形成され
ている。また、ｐ側パッド電極下部には高速動作に対応
するために素子容量低減を目的としてポリイミド膜３０
１が埋め込まれている。
伝送距離を効果的に伸ばすことができる構造の半導体光
変調器を実現することである。 【解決手段】 ｎ−ＩｎＰ基板１０１上にｎ−ＩｎＰバ
ッファ層１０２、ｎ−ＩｎＰクラッド層２０２、ＩｎＰ
系多重量子井戸光吸収層２０３、ｐ−ＩｎＰクラッド層
２０４を順次積層したスラブ構造がｐ−ＩｎＰ埋め込み
クラッド層２０７で覆われた埋め込み型光導波路構造を
有し、ｐ−ＩｎＰ埋め込みクラッド層２０７の上面にｐ
−ＩｎＧａＡｓキャップ層２０８、Ｃｒ／Ａｕ電極４０
１が順次積層され、更に素子裏面にはＣｒ／Ａｕ電極４
０２が形成されている。ＩｎＰ系多重量子井戸光吸収層
２０３は、吸収端波長の異なる２つの領域から形成され
ている。また、ｐ側パッド電極下部には高速動作に対応
するために素子容量低減を目的としてポリイミド膜３０
１が埋め込まれている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光通信システムや
光情報処理システムにおいて重要なエレメントとなる光
変調器に関し、特に低電圧で動作すると同時に良好な消
光特性を有する半導体光変調器に関するものである。
光情報処理システムにおいて重要なエレメントとなる光
変調器に関し、特に低電圧で動作すると同時に良好な消
光特性を有する半導体光変調器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、光通信システムの高速・長距離化
に伴い、従来の半導体レーザによる直接変調方式の問題
点が顕在化しつつある。即ち、半導体レーザ直接変調方
式に於いては変調時に波長チャーピングが生じ、これに
よりファイバー伝送後の波形が劣化するが、この現象は
信号伝送速度が速い程、また伝送距離が長い程顕著にな
る。特に、既存の１．３μｍ零分散ファイバーを用いた
システムに於いてこの問題は深刻であり、ファイバー伝
搬損失の小さい波長１．５５μｍ帯の光源を用いて伝送
距離を伸ばそうとしても、チャーピングに起因する分散
制限により伝送距離が制限される。
に伴い、従来の半導体レーザによる直接変調方式の問題
点が顕在化しつつある。即ち、半導体レーザ直接変調方
式に於いては変調時に波長チャーピングが生じ、これに
よりファイバー伝送後の波形が劣化するが、この現象は
信号伝送速度が速い程、また伝送距離が長い程顕著にな
る。特に、既存の１．３μｍ零分散ファイバーを用いた
システムに於いてこの問題は深刻であり、ファイバー伝
搬損失の小さい波長１．５５μｍ帯の光源を用いて伝送
距離を伸ばそうとしても、チャーピングに起因する分散
制限により伝送距離が制限される。
【０００３】この問題は、半導体レーザを一定の光出力
で発光させておき、半導体レーザ出射光を半導体レーザ
とは別の光変調器により変調する外部変調方式を採用す
ることにより改善できる。そのため、外部光変調器の開
発が活発化している。外部変調器としては、ＬｉＮｂＯ
3 等の誘電体を用いたものと、ＩｎＰやＧａＡｓ等の半
導体を用いたものとが考えられるが、半導体レーザ、光
アンプ等の他の光素子やＦＥＴ等の電子回路との集積化
が可能で、小型化、低電圧化も容易なことから半導体光
変調器への期待が高まりつつある。
で発光させておき、半導体レーザ出射光を半導体レーザ
とは別の光変調器により変調する外部変調方式を採用す
ることにより改善できる。そのため、外部光変調器の開
発が活発化している。外部変調器としては、ＬｉＮｂＯ
3 等の誘電体を用いたものと、ＩｎＰやＧａＡｓ等の半
導体を用いたものとが考えられるが、半導体レーザ、光
アンプ等の他の光素子やＦＥＴ等の電子回路との集積化
が可能で、小型化、低電圧化も容易なことから半導体光
変調器への期待が高まりつつある。
【０００４】半導体変調器としては、バルク半導体のフ
ランツケルディッシュ効果や多重量子井戸における量子
閉じこめシュタルク効果のように電界を印加することに
より吸収端が長波端へシフトする効果を利用し、光吸収
係数を変えて強度変調を行う吸収型光変調器と、バルク
半導体の電気光学効果（ポッケルス効果）や量子閉じこ
めシュタルク効果によって生じる屈折率変化を利用した
マッハツェンダー型変調器がある。
ランツケルディッシュ効果や多重量子井戸における量子
閉じこめシュタルク効果のように電界を印加することに
より吸収端が長波端へシフトする効果を利用し、光吸収
係数を変えて強度変調を行う吸収型光変調器と、バルク
半導体の電気光学効果（ポッケルス効果）や量子閉じこ
めシュタルク効果によって生じる屈折率変化を利用した
マッハツェンダー型変調器がある。
【０００５】マッハツェンダー型変調器は原理的にチャ
ーピングを零にすることができるが構造的に干渉型を有
し、吸収型変調器のように単純な直線導波路構造にはな
らず製造及び駆動方法が複雑になる。一方、吸収型変調
器は半導体レーザ直接変調方式に比べると波長チャーピ
ングが遥かに小さいが、それでも零ではない。電界吸収
型光変調器は電気信号に相当する電界が光吸収層に印加
されると、変調器の光吸収層の吸収端波長よりも長い波
長λopをもつ入射光（波長λop）に対して吸収係数が増
大し入射光が消光する。図１５は、吸収係数の離長Δλ
（吸収層の吸収端波長と入射光の波長差）及び添加電界
依存性を示しており、離長を適当に設定することにより
効果的な消光特性を得ることができる。これにより、外
部電気信号を光のＯＮ／ＯＦＦに変換する。この時、入
射光に対する光吸収層の屈折率も図１６に示す様に変化
する。即ち、電界強度を零からある値に変化させて吸収
変調を行うと光吸収層の屈折率も変化する。光ＯＮ／Ｏ
ＦＦ時のチャーピングの大きさは、吸収変化Δαに対す
る屈折率変化Δｎの比Δｎ／Δαに比例する。従って、
通常ではΔｎ≧０かつΔα≧０であるから正のチャーピ
ングが生じることになる。ところが、入射光波長λopに
対する吸収層の吸収端波長λg の差（離長）Δλop＝λ
op−λg を小さくすると、Δｎ≦０でかつΔα≧０を満
たし負チャープ動作が可能となる。しかしながら、吸収
係数が増大し光ＯＮ状態での十分な光出力が得られな
い。最近、電界吸収型光変調器に一定電界を印加した状
態で電気信号に対応する信号電界を畳重することにより
チャーピングを低減できることが実験的に確かめられ、
将来の超高速・長距離光通信用変調器として大きな期待
がかけられている。
ーピングを零にすることができるが構造的に干渉型を有
し、吸収型変調器のように単純な直線導波路構造にはな
らず製造及び駆動方法が複雑になる。一方、吸収型変調
器は半導体レーザ直接変調方式に比べると波長チャーピ
ングが遥かに小さいが、それでも零ではない。電界吸収
型光変調器は電気信号に相当する電界が光吸収層に印加
されると、変調器の光吸収層の吸収端波長よりも長い波
長λopをもつ入射光（波長λop）に対して吸収係数が増
大し入射光が消光する。図１５は、吸収係数の離長Δλ
（吸収層の吸収端波長と入射光の波長差）及び添加電界
依存性を示しており、離長を適当に設定することにより
効果的な消光特性を得ることができる。これにより、外
部電気信号を光のＯＮ／ＯＦＦに変換する。この時、入
射光に対する光吸収層の屈折率も図１６に示す様に変化
する。即ち、電界強度を零からある値に変化させて吸収
変調を行うと光吸収層の屈折率も変化する。光ＯＮ／Ｏ
ＦＦ時のチャーピングの大きさは、吸収変化Δαに対す
る屈折率変化Δｎの比Δｎ／Δαに比例する。従って、
通常ではΔｎ≧０かつΔα≧０であるから正のチャーピ
ングが生じることになる。ところが、入射光波長λopに
対する吸収層の吸収端波長λg の差（離長）Δλop＝λ
op−λg を小さくすると、Δｎ≦０でかつΔα≧０を満
たし負チャープ動作が可能となる。しかしながら、吸収
係数が増大し光ＯＮ状態での十分な光出力が得られな
い。最近、電界吸収型光変調器に一定電界を印加した状
態で電気信号に対応する信号電界を畳重することにより
チャーピングを低減できることが実験的に確かめられ、
将来の超高速・長距離光通信用変調器として大きな期待
がかけられている。
【０００６】この例としては、山田らにより１９９５年
電子情報通信学会総合大会講演論文集、分冊１、３４９
頁（講演番号Ｃ−３４９）に報告されたものがある。こ
の報告では、変調器に予め一定バイアスを印加したのち
に電気信号を畳重することにより１０Ｇｂ／ｓ伝送にお
いて、１．５５μｍに対するファイバー分散の耐性を高
め伝送距離の分散制限を克服できることが述べられてい
る。また、多重量子井戸構造を有する電界吸収型光変調
器の例として、ＤＦＢレーザと集積化した素子が森戸ら
により１９９５年電子情報通信学会エレクトロニクスソ
サイエティ大会講演論文集、分冊１、３０１頁（講演番
号Ｃ−３０１）に報告されている。この報告では、変調
器側に予め一定バイアス１．１Ｖを印加することによ
り、分散耐性を向上させ１０Ｇｂ／ｓ−１００ｋｍ伝送
に成功している。
電子情報通信学会総合大会講演論文集、分冊１、３４９
頁（講演番号Ｃ−３４９）に報告されたものがある。こ
の報告では、変調器に予め一定バイアスを印加したのち
に電気信号を畳重することにより１０Ｇｂ／ｓ伝送にお
いて、１．５５μｍに対するファイバー分散の耐性を高
め伝送距離の分散制限を克服できることが述べられてい
る。また、多重量子井戸構造を有する電界吸収型光変調
器の例として、ＤＦＢレーザと集積化した素子が森戸ら
により１９９５年電子情報通信学会エレクトロニクスソ
サイエティ大会講演論文集、分冊１、３０１頁（講演番
号Ｃ−３０１）に報告されている。この報告では、変調
器側に予め一定バイアス１．１Ｖを印加することによ
り、分散耐性を向上させ１０Ｇｂ／ｓ−１００ｋｍ伝送
に成功している。
【０００７】このように、電界吸収型光変調器は予め一
定バイアスを印加するプリバイアス印加法は、チャーピ
ングを低減し分散による伝送距離制限を克服できるとい
う利点がある。しかしながら、プリバイアスを印加する
と光ＯＮ時での出射パワーが減少しかつ消光比が劣化す
るという問題が生じる。更に、図１７に示す様に外部電
気信号に一定バイアスを印加する駆動回路（バイアスＴ
回路）が必要となる。
定バイアスを印加するプリバイアス印加法は、チャーピ
ングを低減し分散による伝送距離制限を克服できるとい
う利点がある。しかしながら、プリバイアスを印加する
と光ＯＮ時での出射パワーが減少しかつ消光比が劣化す
るという問題が生じる。更に、図１７に示す様に外部電
気信号に一定バイアスを印加する駆動回路（バイアスＴ
回路）が必要となる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】上述のように、電界吸
収型光変調器に予め一定バイアスを印加するプリバイア
ス印加法では、光ＯＮ時での出射パワーの減少及び消光
比の劣化が生じ、駆動回路系が複雑になるという問題点
があった。
収型光変調器に予め一定バイアスを印加するプリバイア
ス印加法では、光ＯＮ時での出射パワーの減少及び消光
比の劣化が生じ、駆動回路系が複雑になるという問題点
があった。
【０００９】本発明の課題は、予め一定バイアスを印加
することなく変調時のチャーピングを負にし、かつ、光
ＯＮ時での出射パワー及び消光比の劣化を抑制できる半
導体電界吸収型光変調器の構造及びその製造方法を提供
することである。
することなく変調時のチャーピングを負にし、かつ、光
ＯＮ時での出射パワー及び消光比の劣化を抑制できる半
導体電界吸収型光変調器の構造及びその製造方法を提供
することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、半導体
基板上に少なくとも半導体バッファ層、半導体光吸収
層、半導体クラッド層が順次積層された層構造を有し、
前記半導体光吸収層の一端より入射された光波の吸収を
該半導体光吸収層に印加した電界強度を変えることによ
り変化させる電界吸収型光変調器であって、前記半導体
光吸収層に外部電気信号に対応する電界強度を増加させ
た時に入射光に対する前記半導体光吸収層の屈折率が減
少しかつ吸収係数が増加するように、前記半導体光吸収
層の一部の吸収端波長を他の吸収端波長に比べて短く設
定し、異なる吸収端波長を有する前記半導体光吸収層の
全域に対して外部電気信号に相当する電圧を同時に印加
することを特徴とする半導体光変調器が得られる。
基板上に少なくとも半導体バッファ層、半導体光吸収
層、半導体クラッド層が順次積層された層構造を有し、
前記半導体光吸収層の一端より入射された光波の吸収を
該半導体光吸収層に印加した電界強度を変えることによ
り変化させる電界吸収型光変調器であって、前記半導体
光吸収層に外部電気信号に対応する電界強度を増加させ
た時に入射光に対する前記半導体光吸収層の屈折率が減
少しかつ吸収係数が増加するように、前記半導体光吸収
層の一部の吸収端波長を他の吸収端波長に比べて短く設
定し、異なる吸収端波長を有する前記半導体光吸収層の
全域に対して外部電気信号に相当する電圧を同時に印加
することを特徴とする半導体光変調器が得られる。
【００１１】又、本発明によれば、半導体基板上に少な
くとも半導体バッファ層、半導体光吸収層、半導体クラ
ッド層が順次積層された層構造を有し、前記半導体光吸
収層の一端より入射された光波の吸収を該半導体光吸収
層に印加した電界強度を変えることにより変化させる電
界吸収型光変調器であって、前記半導体光吸収層に外部
電気信号に対応する電界強度を増加させた時に入射光に
対する前記半導体光吸収層の屈折率が減少しかつ吸収係
数が増加するように、前記半導体光吸収層の吸収端波長
を入射光の導波方向に沿って、短波長から長波側へある
いは長波側から短波側へ連続的に変化させたことを特徴
とする半導体光変調器が得られる。
くとも半導体バッファ層、半導体光吸収層、半導体クラ
ッド層が順次積層された層構造を有し、前記半導体光吸
収層の一端より入射された光波の吸収を該半導体光吸収
層に印加した電界強度を変えることにより変化させる電
界吸収型光変調器であって、前記半導体光吸収層に外部
電気信号に対応する電界強度を増加させた時に入射光に
対する前記半導体光吸収層の屈折率が減少しかつ吸収係
数が増加するように、前記半導体光吸収層の吸収端波長
を入射光の導波方向に沿って、短波長から長波側へある
いは長波側から短波側へ連続的に変化させたことを特徴
とする半導体光変調器が得られる。
【００１２】又、本発明によれば、半導体基板上に少な
くとも半導体バッファ層、半導体光吸収層、半導体クラ
ッド層が順次積層された層構造を有し、前記半導体光吸
収層の一端より入射された光波の吸収を該半導体光吸収
層に印加した電界強度を変えることにより変化させる電
界吸収型光変調器であって、前記半導体光吸収層に外部
電気信号に対応する電界強度を増加させた時に入射光に
対する前記半導体光吸収層の屈折率が減少しかつ吸収係
数が増加するように、前記半導体光吸収層の吸収端波長
を入射光の導波方向に沿って、階段状に変化させたこと
を特徴とする半導体光変調器が得られる。
くとも半導体バッファ層、半導体光吸収層、半導体クラ
ッド層が順次積層された層構造を有し、前記半導体光吸
収層の一端より入射された光波の吸収を該半導体光吸収
層に印加した電界強度を変えることにより変化させる電
界吸収型光変調器であって、前記半導体光吸収層に外部
電気信号に対応する電界強度を増加させた時に入射光に
対する前記半導体光吸収層の屈折率が減少しかつ吸収係
数が増加するように、前記半導体光吸収層の吸収端波長
を入射光の導波方向に沿って、階段状に変化させたこと
を特徴とする半導体光変調器が得られる。
【００１３】さらに、本発明によれば、前記半導体光吸
収層が多重量子井戸構造からなることを特徴とする半導
体光変調器が得られる。
収層が多重量子井戸構造からなることを特徴とする半導
体光変調器が得られる。
【００１４】又、本発明によれば、半導体基板上に第１
の半導体バッファ層を積層する工程と、該半導体バッフ
ァ層上面に空隙部の両側の誘電体マスク幅が部分的に異
なる第１の選択成長用の誘電体マスクパターンを形成す
る工程と、該マスク空隙部に第２の半導体バッファ層、
半導体光吸収層、半導体クラッド層を順次積層する工程
と、前記工程後に、空隙部の幅が第一の選択成長用誘電
体マスクよりも広い第２の選択成長用誘電体マスクを形
成する工程と、該第２の選択成長用誘電体マスクにより
形成された空隙部に半導体クラッド層、半導体キャップ
層を順次積層する工程と、基板の上面全体に第１の誘電
体保護膜を形成する工程と、該誘電体保護膜上に第２の
誘電体保護膜を形成する工程と、前記半導体キャップ層
が露出するまで前記第１の誘電体保護膜及び前記第２の
誘電体保護膜を除去する工程と、前記半導体キャップ層
上に半導体光吸収層に電界を印加するための電極を形成
する工程と電極下部以外の前記第２の誘電体保護膜を除
去する工程を含み、全半導体光吸収層上に外部信号に相
当する電圧が一様に印加されるように前記半導体キャッ
プ層上の電極が途切れることなく形成されることを特徴
とする半導体光変調器の製造方法が得られる。
の半導体バッファ層を積層する工程と、該半導体バッフ
ァ層上面に空隙部の両側の誘電体マスク幅が部分的に異
なる第１の選択成長用の誘電体マスクパターンを形成す
る工程と、該マスク空隙部に第２の半導体バッファ層、
半導体光吸収層、半導体クラッド層を順次積層する工程
と、前記工程後に、空隙部の幅が第一の選択成長用誘電
体マスクよりも広い第２の選択成長用誘電体マスクを形
成する工程と、該第２の選択成長用誘電体マスクにより
形成された空隙部に半導体クラッド層、半導体キャップ
層を順次積層する工程と、基板の上面全体に第１の誘電
体保護膜を形成する工程と、該誘電体保護膜上に第２の
誘電体保護膜を形成する工程と、前記半導体キャップ層
が露出するまで前記第１の誘電体保護膜及び前記第２の
誘電体保護膜を除去する工程と、前記半導体キャップ層
上に半導体光吸収層に電界を印加するための電極を形成
する工程と電極下部以外の前記第２の誘電体保護膜を除
去する工程を含み、全半導体光吸収層上に外部信号に相
当する電圧が一様に印加されるように前記半導体キャッ
プ層上の電極が途切れることなく形成されることを特徴
とする半導体光変調器の製造方法が得られる。
【００１５】さらに、本発明によれば、前記半導体光吸
収層が多重量子井戸構造からなることを特徴とする半導
体光変調器の製造方法が得られる。
収層が多重量子井戸構造からなることを特徴とする半導
体光変調器の製造方法が得られる。
【００１６】又、本発明によれば、前記半導体光変調器
と、該半導体光変調器の前記半導体光吸収層に入力光を
光学的に結合させるための第１の集光手段と、前記半導
体光吸収層からの出力光を外部の光ファイバーに光学的
に結合させるための第２の集光手段を内蔵して構成され
ることを特徴とする光通信用モジュールが得られる。
と、該半導体光変調器の前記半導体光吸収層に入力光を
光学的に結合させるための第１の集光手段と、前記半導
体光吸収層からの出力光を外部の光ファイバーに光学的
に結合させるための第２の集光手段を内蔵して構成され
ることを特徴とする光通信用モジュールが得られる。
【００１７】又、本発明によれば、前記半導体光変調器
を有する送信手段と、この送信手段からの出力光を外部
に導波するための導波手段と、この導波手段からの出力
光を受信するための受信手段を有して構成されることを
特徴とする光通信システムが得られる。
を有する送信手段と、この送信手段からの出力光を外部
に導波するための導波手段と、この導波手段からの出力
光を受信するための受信手段を有して構成されることを
特徴とする光通信システムが得られる。
【００１８】
【作用】本発明においては、半導体電界吸収型光変調器
において、光吸収層の吸収端波長が光伝搬方向で異なる
複数の領域よりなり、通常よりも吸収端波長が長波側に
設定された領域を有する。これにより、複数の領域に同
一の電界を印加しても、変調器全体として屈折率が負方
向に変化しかつ吸収係数が増加する様に設定されてい
る。また、無バイアス時の全光吸収層の吸収係数が十分
に小さくなるように短波側及び長波側の吸収層の長さの
比が適当に設定されている。これにより、プリバイアス
印加を行わずに変調時のチャーピングが負になり、か
つ、光ＯＮ時の出射パワー及び消光比の劣化を抑制する
ことができる構造となっている。
において、光吸収層の吸収端波長が光伝搬方向で異なる
複数の領域よりなり、通常よりも吸収端波長が長波側に
設定された領域を有する。これにより、複数の領域に同
一の電界を印加しても、変調器全体として屈折率が負方
向に変化しかつ吸収係数が増加する様に設定されてい
る。また、無バイアス時の全光吸収層の吸収係数が十分
に小さくなるように短波側及び長波側の吸収層の長さの
比が適当に設定されている。これにより、プリバイアス
印加を行わずに変調時のチャーピングが負になり、か
つ、光ＯＮ時の出射パワー及び消光比の劣化を抑制する
ことができる構造となっている。
【００１９】この構造を実現するために、本発明では選
択ＭＯＶＰＥ（Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｖａｐｏ
ｒ Ｐｈａｓｅ Ｅｐｉｔａｘｙ）結晶成長法によるバ
ンドギャップ制御法を用いている。これは、光吸収層が
形成される半導体基板上の空隙部の両側の誘電体マスク
の幅が部分的に変化していると、それに従って吸収端波
長が変化することを利用したものである。この結晶成長
法を用いると部分的に吸収端波長の異なる光吸収層を一
回の成長で形成することが可能となり、エッチングと結
晶成長を分割して繰り返す必要がない。このため、均一
性・再現性・制御性よく前述の半導体電界吸収型光変調
器を形成することができる。
択ＭＯＶＰＥ（Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｖａｐｏ
ｒ Ｐｈａｓｅ Ｅｐｉｔａｘｙ）結晶成長法によるバ
ンドギャップ制御法を用いている。これは、光吸収層が
形成される半導体基板上の空隙部の両側の誘電体マスク
の幅が部分的に変化していると、それに従って吸収端波
長が変化することを利用したものである。この結晶成長
法を用いると部分的に吸収端波長の異なる光吸収層を一
回の成長で形成することが可能となり、エッチングと結
晶成長を分割して繰り返す必要がない。このため、均一
性・再現性・制御性よく前述の半導体電界吸収型光変調
器を形成することができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】以下に図面を参照して本発明の第
１の実施の形態を詳細に説明する。図１は本発明による
電界吸収型光変調器の一例としてＩｎＰ系多重量子井戸
（ＭＱＷ）電界吸収型光変調器の実施例を示す斜視図で
ある。まず図１に示したＩｎＰ系ＭＱＷ電界吸収型光変
調器の変調器製造方法について、図２の製作工程図を用
いて説明する。尚、図２に於いては、図１に示したＡ−
Ａ′断面を示している。
１の実施の形態を詳細に説明する。図１は本発明による
電界吸収型光変調器の一例としてＩｎＰ系多重量子井戸
（ＭＱＷ）電界吸収型光変調器の実施例を示す斜視図で
ある。まず図１に示したＩｎＰ系ＭＱＷ電界吸収型光変
調器の変調器製造方法について、図２の製作工程図を用
いて説明する。尚、図２に於いては、図１に示したＡ−
Ａ′断面を示している。
【００２１】まず、（１００）面方位のｎ−ＩｎＰ基板
１０１上全面にｎ−ＩｎＰバッファ層１０２（膜厚０．
８μｍ、キャリアー濃度１×１０17ｃｍ-3）を積層する
（図２（ａ））。つづいて、選択成長用誘電体マスクと
なる膜厚１０００Ａ（オングストローム）のＳｉＯ2 膜
を形成し、通常のフォトリソグラフィー技術を用いて上
記ＳｉＯ2 膜をパターニングすることにより第１の選択
成長用ＳｉＯ2 マスク２０１を形成する（図２
（ｂ））。図３に第１の選択成長用ＳｉＯ2 マスク２０
１のウェハー上面から見たパターンを示す。二つのマス
クに挟まれた領域３０１に電界吸収型光変調器の吸収層
が形成される。領域３０１において両側のマスク幅の狭
い領域には長波側の吸収端波長の吸収層が、また、マス
ク幅の広い領域には短波側の吸収端波長の吸収層が形成
される。次に該ＳｉＯ2 膜をマスクとして選択ＭＯＶＰ
Ｅ結晶成長法を用いて、ｎ−ＩｎＰクラッド層２０２
（膜厚７００Ａ、キャリアー濃度１×１０17ｃｍ-3）Ｍ
ＱＷ光吸収層２０３（ＩｎＧａＡｓＰ（６ｎｍ）／Ｉｎ
ＧａＡｓＰ（５．８ｎｍ）１８周期：膜厚２１２４Ａ、
キャリアー濃度５×１０15ｃｍ-3）、ｐ−ＩｎＰクラッ
ド層２０４（膜厚：１６００Ａ、キャリアー濃度５×１
０17ｃｍ-3）を順次積層する（図２（ｃ））。続いて、
ウェハー全面にＳｉＯ2 膜を積層し、該光吸収層埋め込
み成長用の第２の選択成長用ＳｉＯ2 マスク２０５をフ
ォトリソグラフィー工程により形成する（図２
（ｄ））。図４に第２の選択成長用ＳｉＯ2 マスク２０
５のウェハー上面から見たパターンを示す。第２の選択
成長用ＳｉＯ2 マスク２０５の空隙部２０９の幅は第１
の選択成長用ＳｉＯ2 マスク２０１の幅に比べて広くな
っている。第２の選択成長用ＳｉＯ2 マスク２０５を用
いて選択ＭＯＶＰＥ結晶成長によりｐ−埋め込みクラッ
ド層２０７（膜厚１．６μｍ、キャリアー濃度５×１０
17ｃｍ-3）、ｐ−ＩｎＧａＡｓキャップ層２０８（膜厚
０．２５μｍ、キャリアー濃度１×１０19ｃｍ-3）が順
次形成される（図２（ｅ））。続いて、ウェハー全面に
膜厚１０００ＡのＳｉＯ2 保護膜３００を形成した後
に、膜厚３μｍのポリイミド膜３０１を塗布する（図２
（ｆ））。次にｐ−ＩｎＧａＡｓキャップ層２０８が露
出するまでポリイミド膜３０１及びＳｉＯ2 保護膜３０
０を一様に除去し、Ｃｒ／Ａｕよりなるｐ側電極４０１
を形成する（図２（ｇ））。次に、ｐ側電極下部以外の
ポリイミド膜を除去し、Ｃｒ／Ａｕよりなるｎ側電極４
０２を形成する（図２（ｈ））。最後に、素子を劈開
し、入出射端面に無反射コーティングを施して素子制作
を終了する。製作された素子の図１に於けるＢ−Ｂ′に
於ける断面を図７に示す。領域１に於ける吸収端波長λ
g1は領域２に於ける吸収端波長λg2よりも長く設定され
ている。
１０１上全面にｎ−ＩｎＰバッファ層１０２（膜厚０．
８μｍ、キャリアー濃度１×１０17ｃｍ-3）を積層する
（図２（ａ））。つづいて、選択成長用誘電体マスクと
なる膜厚１０００Ａ（オングストローム）のＳｉＯ2 膜
を形成し、通常のフォトリソグラフィー技術を用いて上
記ＳｉＯ2 膜をパターニングすることにより第１の選択
成長用ＳｉＯ2 マスク２０１を形成する（図２
（ｂ））。図３に第１の選択成長用ＳｉＯ2 マスク２０
１のウェハー上面から見たパターンを示す。二つのマス
クに挟まれた領域３０１に電界吸収型光変調器の吸収層
が形成される。領域３０１において両側のマスク幅の狭
い領域には長波側の吸収端波長の吸収層が、また、マス
ク幅の広い領域には短波側の吸収端波長の吸収層が形成
される。次に該ＳｉＯ2 膜をマスクとして選択ＭＯＶＰ
Ｅ結晶成長法を用いて、ｎ−ＩｎＰクラッド層２０２
（膜厚７００Ａ、キャリアー濃度１×１０17ｃｍ-3）Ｍ
ＱＷ光吸収層２０３（ＩｎＧａＡｓＰ（６ｎｍ）／Ｉｎ
ＧａＡｓＰ（５．８ｎｍ）１８周期：膜厚２１２４Ａ、
キャリアー濃度５×１０15ｃｍ-3）、ｐ−ＩｎＰクラッ
ド層２０４（膜厚：１６００Ａ、キャリアー濃度５×１
０17ｃｍ-3）を順次積層する（図２（ｃ））。続いて、
ウェハー全面にＳｉＯ2 膜を積層し、該光吸収層埋め込
み成長用の第２の選択成長用ＳｉＯ2 マスク２０５をフ
ォトリソグラフィー工程により形成する（図２
（ｄ））。図４に第２の選択成長用ＳｉＯ2 マスク２０
５のウェハー上面から見たパターンを示す。第２の選択
成長用ＳｉＯ2 マスク２０５の空隙部２０９の幅は第１
の選択成長用ＳｉＯ2 マスク２０１の幅に比べて広くな
っている。第２の選択成長用ＳｉＯ2 マスク２０５を用
いて選択ＭＯＶＰＥ結晶成長によりｐ−埋め込みクラッ
ド層２０７（膜厚１．６μｍ、キャリアー濃度５×１０
17ｃｍ-3）、ｐ−ＩｎＧａＡｓキャップ層２０８（膜厚
０．２５μｍ、キャリアー濃度１×１０19ｃｍ-3）が順
次形成される（図２（ｅ））。続いて、ウェハー全面に
膜厚１０００ＡのＳｉＯ2 保護膜３００を形成した後
に、膜厚３μｍのポリイミド膜３０１を塗布する（図２
（ｆ））。次にｐ−ＩｎＧａＡｓキャップ層２０８が露
出するまでポリイミド膜３０１及びＳｉＯ2 保護膜３０
０を一様に除去し、Ｃｒ／Ａｕよりなるｐ側電極４０１
を形成する（図２（ｇ））。次に、ｐ側電極下部以外の
ポリイミド膜を除去し、Ｃｒ／Ａｕよりなるｎ側電極４
０２を形成する（図２（ｈ））。最後に、素子を劈開
し、入出射端面に無反射コーティングを施して素子制作
を終了する。製作された素子の図１に於けるＢ−Ｂ′に
於ける断面を図７に示す。領域１に於ける吸収端波長λ
g1は領域２に於ける吸収端波長λg2よりも長く設定され
ている。
【００２２】以上の製造方法により制作されたＩｎＰ系
多重量子井戸電界吸収型光変調器の動作について説明す
る。図１に示したＩｎＰ系多重量子井戸電界吸収型光変
調器に入射された波長１．５５μｍの光波は、該変調器
に印加される外部バイアスが０Ｖの時は、ほとんど吸収
されずに出射し（光信号ＯＮ状態）、また、外部バイア
スが２Ｖ印加されたときは、吸収されて消光状態になる
（光ＯＦＦ状態）。このときの該電界吸収型光変調器の
短波側及び長波側の光吸収層における吸収係数及び屈折
率の変化が図５、図６に示されている。印加されれる信
号バイアス０Ｖ〜２Ｖに対する電界強度は０ｋＶ／ｃｍ
〜９０ｋＶ／ｃｍに対応し、この時、短波側の離長（入
射光波長と光吸収層の吸収端波長の差）Δλ1 ＝４０ｎ
ｍにおいては、屈折率変化はΔｎ1 ＝−０．０１３であ
り、これに対して、長波側の離長Δλ2 ＝７０ｎｍでは
Δｎ2 ＝０．００２５である。短波側の光吸収層の導波
路長はＬ1 ＝３０μｍ、長波側の光吸収の導波路長はＬ
2 ＝１５０μｍであるから、ＯＦＦからＯＮ状態への信
号バイアスの変化によって生じる入射光の位相変化Δφ
は、以下の数１に示すとおりとなる。
多重量子井戸電界吸収型光変調器の動作について説明す
る。図１に示したＩｎＰ系多重量子井戸電界吸収型光変
調器に入射された波長１．５５μｍの光波は、該変調器
に印加される外部バイアスが０Ｖの時は、ほとんど吸収
されずに出射し（光信号ＯＮ状態）、また、外部バイア
スが２Ｖ印加されたときは、吸収されて消光状態になる
（光ＯＦＦ状態）。このときの該電界吸収型光変調器の
短波側及び長波側の光吸収層における吸収係数及び屈折
率の変化が図５、図６に示されている。印加されれる信
号バイアス０Ｖ〜２Ｖに対する電界強度は０ｋＶ／ｃｍ
〜９０ｋＶ／ｃｍに対応し、この時、短波側の離長（入
射光波長と光吸収層の吸収端波長の差）Δλ1 ＝４０ｎ
ｍにおいては、屈折率変化はΔｎ1 ＝−０．０１３であ
り、これに対して、長波側の離長Δλ2 ＝７０ｎｍでは
Δｎ2 ＝０．００２５である。短波側の光吸収層の導波
路長はＬ1 ＝３０μｍ、長波側の光吸収の導波路長はＬ
2 ＝１５０μｍであるから、ＯＦＦからＯＮ状態への信
号バイアスの変化によって生じる入射光の位相変化Δφ
は、以下の数１に示すとおりとなる。
【００２３】
【数１】 となり、チャーピングを表すαパラメータは、入射光強
度をＩ、その変化をΔＩとすると、以下に示す数２とな
り、
度をＩ、その変化をΔＩとすると、以下に示す数２とな
り、
【００２４】
【数２】 前記電界吸収型光変調器はα＜０の特性を示すことにな
る。
る。
【００２５】また、ＯＮ状態（信号印加バイアス０Ｖ）
での吸収係数は、離長が短波側になるほど増大するが前
記電界吸収型光変調器に於いては、短波側の離長を有す
る光吸収層の導波路長はＬ1 ＝４０μｍと十分に小さ
く、ＯＮ状態での吸収損失にはほとんど寄与しない。
での吸収係数は、離長が短波側になるほど増大するが前
記電界吸収型光変調器に於いては、短波側の離長を有す
る光吸収層の導波路長はＬ1 ＝４０μｍと十分に小さ
く、ＯＮ状態での吸収損失にはほとんど寄与しない。
【００２６】以上により本発明によれば、予めＤＣバイ
アスを印加せずに、かつ、吸収損失を増大させずに負チ
ャープ変調動作を実現することができる。
アスを印加せずに、かつ、吸収損失を増大させずに負チ
ャープ変調動作を実現することができる。
【００２７】尚、図１に示した電界吸収型光変調器に於
いては、パッド部下部にポリイミド膜３０１が厚く埋め
込まれており、パッド容量の低減が図られている。この
ように、電極容量低減化の手法を用いることにより、本
発明による電界吸収型光変調器は１０Ｇｂ／ｓオーダの
高速変調も可能である。
いては、パッド部下部にポリイミド膜３０１が厚く埋め
込まれており、パッド容量の低減が図られている。この
ように、電極容量低減化の手法を用いることにより、本
発明による電界吸収型光変調器は１０Ｇｂ／ｓオーダの
高速変調も可能である。
【００２８】本発明は上記の実施例に限定されるもので
はない。実施例としては、ＩｎＰ系の多重量子井戸構造
の電界吸収型光変調器を取り上げたが、これに限るもの
ではなく、同じくＩｎＰ系のＩｎＧａＡｓ／ＩｎＰ多重
量子井戸やＡｌ系多重量子井戸に対しても本発明は適用
できる。また、ＩｎＰ系バルク導波路構造の電界吸収型
光変調器に対しても本発明は同様に適用可能である。ま
た、本発明は、実施例で示した素子形状、即ち各層の厚
さや各層の組成及び導波路寸法等に限定されるものでは
ないことは言うまでもない。
はない。実施例としては、ＩｎＰ系の多重量子井戸構造
の電界吸収型光変調器を取り上げたが、これに限るもの
ではなく、同じくＩｎＰ系のＩｎＧａＡｓ／ＩｎＰ多重
量子井戸やＡｌ系多重量子井戸に対しても本発明は適用
できる。また、ＩｎＰ系バルク導波路構造の電界吸収型
光変調器に対しても本発明は同様に適用可能である。ま
た、本発明は、実施例で示した素子形状、即ち各層の厚
さや各層の組成及び導波路寸法等に限定されるものでは
ないことは言うまでもない。
【００２９】次に図面を参照して本発明の第２の実施の
形態を詳細に説明する。図８は本発明による電界吸収型
光変調器の一例としてＩｎＰ系多重量子井戸（ＭＱＷ）
電界吸収型光変調器の実施例を示す斜視図である。まず
図８に示したＩｎＰ系ＭＱＷ電界吸収型光変調器の製造
方法について、図９の製作工程図を用いて説明する。
尚、図９に於いては、図８に示したＡ−Ａ′断面を示し
ている。
形態を詳細に説明する。図８は本発明による電界吸収型
光変調器の一例としてＩｎＰ系多重量子井戸（ＭＱＷ）
電界吸収型光変調器の実施例を示す斜視図である。まず
図８に示したＩｎＰ系ＭＱＷ電界吸収型光変調器の製造
方法について、図９の製作工程図を用いて説明する。
尚、図９に於いては、図８に示したＡ−Ａ′断面を示し
ている。
【００３０】まず、（１００）面方位のｎ−ＩｎＰ基板
１０１上全面にｎ−ＩｎＰバッファ層１０２（膜厚０．
８μｍ、キャリアー濃度１×１０17ｃｍ-3）を積層する
（図９（ａ））。つづいて、選択成長用誘電体マスクと
なる膜厚１０００Ａ（オングストローム）のＳｉＯ2 膜
を形成し、通常のフォトリソグラフィー技術を用いて上
記ＳｉＯ2 膜をパターニングすることにより第１の選択
成長用ＳｉＯ2 マスク５０１を形成する（図９
（ｂ））。図１０に第１の選択成長用ＳｉＯ2 マスク５
０１のウェハー上面から見たパターンを示す。二つのマ
スクに挟まれた領域（第１の選択成長用ＳｉＯ2 マスク
５０１の空隙部）５０２に電界吸収型光変調器の吸収層
が形成される。領域５０２において両側のマスク幅は導
波方向に沿って少しずつ狭くなっており、マスク幅の狭
い領域には長波側の吸収端波長の吸収層が、また、マス
ク幅の広い領域には短波側の吸収端波長の吸収層が形成
される。次に該ＳｉＯ2 膜をマスクとして選択ＭＯＶＰ
Ｅ結晶成長法を用いて、ｎ−ＩｎＰクラッド層２０２
（膜厚７００Ａ、キャリアー濃度１×１０17ｃｍ-3）Ｍ
ＱＷ光吸収層２０３（ＩｎＧａＡｓＰ（６ｎｍ）／Ｉｎ
ＧａＡｓＰ（５．８ｎｍ）１８周期：膜厚２１２４Ａ、
キャリアー濃度５×１０15ｃｍ-3）、ｐ−ＩｎＰクラッ
ド層２０４（膜厚：１６００Ａ、キャリアー濃度５×１
０17ｃｍ-3）を順次積層する（図９（ｃ））。続いて、
ウェハー全面にＳｉＯ2 膜を積層し、該光吸収層埋め込
み成長用の第２の選択成長用ＳｉＯ2 マスク５０５をフ
ォトリソグラフィー工程により形成する（図９
（ｄ））。図１１に第２の選択成長用ＳｉＯ2 マスク５
０５のウェハー上面から見たパターンを示す。第２の選
択成長用ＳｉＯ2 マスク５０５の空隙部５０９の幅は第
１の選択成長用ＳｉＯ2 マスク５０１の幅に比べて広く
なっている。第２の選択成長用ＳｉＯ2 マスク５０５を
用いて選択ＭＯＶＰＥ結晶成長によりｐ−埋め込みクラ
ッド層２０７（膜厚１．６μｍ、キャリアー濃度５×１
０17ｃｍ-3）、ｐ−ＩｎＧａＡｓキャップ層２０８（膜
厚０．２５μｍ、キャリアー濃度１×１０19ｃｍ-3）が
順次形成される（図９（ｅ））。続いて、ウェハー全面
に膜厚１０００ＡのＳｉＯ2 保護膜３００を形成した後
に、膜厚３μｍのポリイミド膜３０１を塗布する（図９
（ｆ））。次にｐ−ＩｎＧａＡｓキャップ層２０８が露
出するまでポリイミド膜３０１及びＳｉＯ2 保護膜３０
０を一様に除去し、Ｃｒ／Ａｕよりなるｐ側電極４０１
を形成する（図９（ｇ））。次に、ｐ側電極下部以外の
ポリイミド膜を除去し、Ｃｒ／Ａｕよりなるｎ側電極４
０２を形成する（図９（ｈ））。最後に、素子を劈開
し、入出射端面に無反射コーティングを施して素子制作
を終了する。製作された素子の図８に於けるＢ−Ｂ′に
於ける断面を図１２に示す。光吸収層の吸収端波長λｇ
は光の導波方向に沿って長波側から短波側へ緩やかに変
化する様に設定されている。これにより、光吸収層の吸
収端波長の急峻な変化を緩和し、光吸収層内部での光波
の反射或いはモード不整合による放射損失を低減するこ
とができると同時に、プリバイアスを印加することなし
に負チャープ動作を実現することができる。
１０１上全面にｎ−ＩｎＰバッファ層１０２（膜厚０．
８μｍ、キャリアー濃度１×１０17ｃｍ-3）を積層する
（図９（ａ））。つづいて、選択成長用誘電体マスクと
なる膜厚１０００Ａ（オングストローム）のＳｉＯ2 膜
を形成し、通常のフォトリソグラフィー技術を用いて上
記ＳｉＯ2 膜をパターニングすることにより第１の選択
成長用ＳｉＯ2 マスク５０１を形成する（図９
（ｂ））。図１０に第１の選択成長用ＳｉＯ2 マスク５
０１のウェハー上面から見たパターンを示す。二つのマ
スクに挟まれた領域（第１の選択成長用ＳｉＯ2 マスク
５０１の空隙部）５０２に電界吸収型光変調器の吸収層
が形成される。領域５０２において両側のマスク幅は導
波方向に沿って少しずつ狭くなっており、マスク幅の狭
い領域には長波側の吸収端波長の吸収層が、また、マス
ク幅の広い領域には短波側の吸収端波長の吸収層が形成
される。次に該ＳｉＯ2 膜をマスクとして選択ＭＯＶＰ
Ｅ結晶成長法を用いて、ｎ−ＩｎＰクラッド層２０２
（膜厚７００Ａ、キャリアー濃度１×１０17ｃｍ-3）Ｍ
ＱＷ光吸収層２０３（ＩｎＧａＡｓＰ（６ｎｍ）／Ｉｎ
ＧａＡｓＰ（５．８ｎｍ）１８周期：膜厚２１２４Ａ、
キャリアー濃度５×１０15ｃｍ-3）、ｐ−ＩｎＰクラッ
ド層２０４（膜厚：１６００Ａ、キャリアー濃度５×１
０17ｃｍ-3）を順次積層する（図９（ｃ））。続いて、
ウェハー全面にＳｉＯ2 膜を積層し、該光吸収層埋め込
み成長用の第２の選択成長用ＳｉＯ2 マスク５０５をフ
ォトリソグラフィー工程により形成する（図９
（ｄ））。図１１に第２の選択成長用ＳｉＯ2 マスク５
０５のウェハー上面から見たパターンを示す。第２の選
択成長用ＳｉＯ2 マスク５０５の空隙部５０９の幅は第
１の選択成長用ＳｉＯ2 マスク５０１の幅に比べて広く
なっている。第２の選択成長用ＳｉＯ2 マスク５０５を
用いて選択ＭＯＶＰＥ結晶成長によりｐ−埋め込みクラ
ッド層２０７（膜厚１．６μｍ、キャリアー濃度５×１
０17ｃｍ-3）、ｐ−ＩｎＧａＡｓキャップ層２０８（膜
厚０．２５μｍ、キャリアー濃度１×１０19ｃｍ-3）が
順次形成される（図９（ｅ））。続いて、ウェハー全面
に膜厚１０００ＡのＳｉＯ2 保護膜３００を形成した後
に、膜厚３μｍのポリイミド膜３０１を塗布する（図９
（ｆ））。次にｐ−ＩｎＧａＡｓキャップ層２０８が露
出するまでポリイミド膜３０１及びＳｉＯ2 保護膜３０
０を一様に除去し、Ｃｒ／Ａｕよりなるｐ側電極４０１
を形成する（図９（ｇ））。次に、ｐ側電極下部以外の
ポリイミド膜を除去し、Ｃｒ／Ａｕよりなるｎ側電極４
０２を形成する（図９（ｈ））。最後に、素子を劈開
し、入出射端面に無反射コーティングを施して素子制作
を終了する。製作された素子の図８に於けるＢ−Ｂ′に
於ける断面を図１２に示す。光吸収層の吸収端波長λｇ
は光の導波方向に沿って長波側から短波側へ緩やかに変
化する様に設定されている。これにより、光吸収層の吸
収端波長の急峻な変化を緩和し、光吸収層内部での光波
の反射或いはモード不整合による放射損失を低減するこ
とができると同時に、プリバイアスを印加することなし
に負チャープ動作を実現することができる。
【００３１】次に図面を参照して本発明の第３の実施の
形態を詳細に説明する。図１３は、サブマウント６１７
上に上記した第１の実施の形態または第２の実施の形態
における半導体電界吸収型光変調器６１９とその光軸上
に非球面レンズ６１２を介して光ファイバー６１３を固
定した光通信用変調器モジュール６１８である。本モジ
ュールを用いれば低挿入損失、低チャーピングの高速送
信光信号を容易に作り出すことができる。
形態を詳細に説明する。図１３は、サブマウント６１７
上に上記した第１の実施の形態または第２の実施の形態
における半導体電界吸収型光変調器６１９とその光軸上
に非球面レンズ６１２を介して光ファイバー６１３を固
定した光通信用変調器モジュール６１８である。本モジ
ュールを用いれば低挿入損失、低チャーピングの高速送
信光信号を容易に作り出すことができる。
【００３２】次に図面を参照して本発明の第４の実施の
形態を詳細に説明する。図１４は、上記した第３の実施
の形態における光通信用変調器モジュール６１８を用い
た幹線系光通信システムである。送信装置６２０は光通
信用変調器モジュール６１８に光を入力するための光源
６２１とこの変調器モジュール及び光源を駆動するため
の駆動系６２２とを有する。光源６２１からの光は光通
信用変調器モジュール６１８で光信号に変換され、光フ
ァイバー６２３を通って受信装置６２４内の受光部６２
５で検出される。本実施例に係る光通信システムによれ
ば１００ｋｍ以上の無中継光伝送が容易に実現できる。
これは、負方向のチャーピングが生じるために、光ファ
イバー６２３の分散による信号劣化が著しく低減される
ことに基づく。
形態を詳細に説明する。図１４は、上記した第３の実施
の形態における光通信用変調器モジュール６１８を用い
た幹線系光通信システムである。送信装置６２０は光通
信用変調器モジュール６１８に光を入力するための光源
６２１とこの変調器モジュール及び光源を駆動するため
の駆動系６２２とを有する。光源６２１からの光は光通
信用変調器モジュール６１８で光信号に変換され、光フ
ァイバー６２３を通って受信装置６２４内の受光部６２
５で検出される。本実施例に係る光通信システムによれ
ば１００ｋｍ以上の無中継光伝送が容易に実現できる。
これは、負方向のチャーピングが生じるために、光ファ
イバー６２３の分散による信号劣化が著しく低減される
ことに基づく。
【００３３】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば予め
一定バイアスを印加せずに、かつ、光ＯＮ状態の吸収損
失を増加させずに負チャープ変調が可能な電界吸収型光
変調器を複雑な製造プロセスなしに簡便な方法で歩留ま
りよく実現できる。本発明においては、電界吸収型光変
調器の光吸収導波路を制作する際に半導体のエッチング
工程は用いずに、選択成長の際のマスクとなる薄い誘電
体膜（例えばＳｉＯ2 ）をエッチングによりパターニン
グし、選択的な結晶成長により形成する。
一定バイアスを印加せずに、かつ、光ＯＮ状態の吸収損
失を増加させずに負チャープ変調が可能な電界吸収型光
変調器を複雑な製造プロセスなしに簡便な方法で歩留ま
りよく実現できる。本発明においては、電界吸収型光変
調器の光吸収導波路を制作する際に半導体のエッチング
工程は用いずに、選択成長の際のマスクとなる薄い誘電
体膜（例えばＳｉＯ2 ）をエッチングによりパターニン
グし、選択的な結晶成長により形成する。
【００３４】しかも、特定領域の光吸収層の吸収端波長
を変えるのにもその領域を適当な幅のＳｉＯ2 マスクで
挟むだけでよい。薄い誘電体膜を広い面積に渡って、再
現性よく、微細にパターニングすることは半導体をμｍ
オーダの深さにエッチングする場合に比べると遥かに容
易である。したがって、本製造方法によれば、部分的に
吸収端波長の異なる電界吸収型光変調器を再現性よく、
広い面積に渡って製造することができる。
を変えるのにもその領域を適当な幅のＳｉＯ2 マスクで
挟むだけでよい。薄い誘電体膜を広い面積に渡って、再
現性よく、微細にパターニングすることは半導体をμｍ
オーダの深さにエッチングする場合に比べると遥かに容
易である。したがって、本製造方法によれば、部分的に
吸収端波長の異なる電界吸収型光変調器を再現性よく、
広い面積に渡って製造することができる。
【図１】本発明の第１の実施の形態であるＩｎＰ系多重
量子井戸電界吸収型光変調器の構造を示す斜視図であ
る。
量子井戸電界吸収型光変調器の構造を示す斜視図であ
る。
【図２】図１のＩｎＰ系多重量子井戸電界吸収型光変調
器の製造工程を示す断面図である。
器の製造工程を示す断面図である。
【図３】図１のＩｎＰ系多重量子井戸電界吸収型光変調
器を製造する際の選択成長用第一マスクパターンの例を
示す平面図である。
器を製造する際の選択成長用第一マスクパターンの例を
示す平面図である。
【図４】図１のＩｎＰ系多重量子井戸電界吸収型光変調
器を製造する際の選択成長用第二マスクパターンの例を
示す平面図である。
器を製造する際の選択成長用第二マスクパターンの例を
示す平面図である。
【図５】図１のＩｎＰ系多重量子井戸電界吸収型光変調
器の光吸収層に於ける吸収係数の印加電界及び離長依存
性を示す図である。
器の光吸収層に於ける吸収係数の印加電界及び離長依存
性を示す図である。
【図６】図１のＩｎＰ系多重量子井戸電界吸収型光変調
器の光吸収層に於ける屈折率変化の印加電界及び離長依
存性を示す図である。
器の光吸収層に於ける屈折率変化の印加電界及び離長依
存性を示す図である。
【図７】図１のＩｎＰ系多重量子井戸電界吸収型光変調
器の光吸収層を含むＢ−Ｂ′線断面図である。
器の光吸収層を含むＢ−Ｂ′線断面図である。
【図８】本発明の第２の実施の形態であるＩｎＰ系多重
量子井戸電界吸収型光変調器の構造を示す斜視図であ
る。
量子井戸電界吸収型光変調器の構造を示す斜視図であ
る。
【図９】図８のＩｎＰ系多重量子井戸電界吸収型光変調
器の製造工程を示す断面図である。
器の製造工程を示す断面図である。
【図１０】図８のＩｎＰ系多重量子井戸電界吸収型光変
調器を製造する際の選択成長用第一マスクパターンの例
を示す平面図である。
調器を製造する際の選択成長用第一マスクパターンの例
を示す平面図である。
【図１１】図８のＩｎＰ系多重量子井戸電界吸収型光変
調器を製造する際の選択成長用第二マスクパターンの例
を示す平面図である。
調器を製造する際の選択成長用第二マスクパターンの例
を示す平面図である。
【図１２】図８のＩｎＰ系多重量子井戸電界吸収型光変
調器の光吸収層を含むＢ−Ｂ′線断面図である。
調器の光吸収層を含むＢ−Ｂ′線断面図である。
【図１３】本発明の第３の実施の形態である電界吸収型
光変調器を内蔵した光通信モジュールを示す模式図であ
る。
光変調器を内蔵した光通信モジュールを示す模式図であ
る。
【図１４】本発明の第４の実施の形態である電界吸収型
光変調器を内蔵した光通信モジュールを用いた光通信シ
ステムを示す模式図である。
光変調器を内蔵した光通信モジュールを用いた光通信シ
ステムを示す模式図である。
【図１５】従来の電界吸収型光変調器の光吸収層に於け
る吸収係数の印加電界及び離長依存性を示す図である。
る吸収係数の印加電界及び離長依存性を示す図である。
【図１６】従来の電界吸収型光変調器の光吸収層に於け
る屈折率変化の印加電界及び離長依存性を示す図であ
る。
る屈折率変化の印加電界及び離長依存性を示す図であ
る。
【図１７】従来の電界吸収型光変調器の駆動方法を示す
模式図である。
模式図である。
１０１ ｎ−ＩｎＰ基板 １０２ ｎ−ｉｎＰバッファ層 ２０１ 第１の選択成長用ＳｉＯ2 マスク ３０１ 第１の選択成長用ＳｉＯ2 マスクの空隙部 ２０２ ｎ−ＩｎＰクラッド層 ２０３ ＭＱＷ光吸収層 ２０４ ｐ−ＩｎＰクラッド ２０５ 第２の選択成長用ＳｉＯ2 マスク ２０９ 第２の選択成長用ＳｉＯ2 マスクの空隙部 ２０７ ｐ−埋め込みクラッド層 ２０８ ｐ−ＩｎＧａＡｓキャップ層 ３００ ＳｉＯ2 保護膜 ３０１ ポリイミド膜 ４０１ ｐ側電極 ４０２ ｎ側電極 ５０１ 第１の選択成長用ＳｉＯ2 マスク ５０２ 第１の選択成長用ＳｉＯ2 マスクの空隙部 ５０５ 第２の選択成長用ＳｉＯ2 マスク ５０９ 第２の選択成長用ＳｉＯ2 マスクの空隙部 ６１２ 非球面レンズ ６１３ 光ファイバー ６１７ サブマウント ６１８ 光通信用変調器モジュール ６１９ 半導体電界吸収型光変調器 ６２０ 送信装置 ６２１ 光源 ６２２ 駆動回路 ６２３ 光ファイバー ６２４ 受信装置 ６２５ 受光器 ７０１ 受信器 ７０２ 変調器 ７０３ 光源 ７０４ 信号源 ７０５ バイアスＴ回路
Claims (8)
- 【請求項１】 半導体基板上に少なくとも半導体バッフ
ァ層、半導体光吸収層、半導体クラッド層が順次積層さ
れた層構造を有し、前記半導体光吸収層の一端より入射
された光波の吸収を該半導体光吸収層に印加した電界強
度を変えることにより変化させる電界吸収型光変調器で
あって、前記半導体光吸収層に外部電気信号に対応する
電界強度を増加させた時に入射光に対する前記半導体光
吸収層の屈折率が減少しかつ吸収係数が増加するよう
に、前記半導体光吸収層の一部の吸収端波長を他の吸収
端波長に比べて短く設定し、異なる吸収端波長を有する
前記半導体光吸収層の全域に対して外部電気信号に相当
する電圧を同時に印加することを特徴とする半導体光変
調器。 - 【請求項２】 半導体基板上に少なくとも半導体バッフ
ァ層、半導体光吸収層、半導体クラッド層が順次積層さ
れた層構造を有し、前記半導体光吸収層の一端より入射
された光波の吸収を該半導体光吸収層に印加した電界強
度を変えることにより変化させる電界吸収型光変調器で
あって、前記半導体光吸収層に外部電気信号に対応する
電界強度を増加させた時に入射光に対する前記半導体光
吸収層の屈折率が減少しかつ吸収係数が増加するよう
に、前記半導体光吸収層の吸収端波長を入射光の導波方
向に沿って、短波長から長波側へあるいは長波側から短
波側へ連続的に変化させたことを特徴とする半導体光変
調器。 - 【請求項３】 半導体基板上に少なくとも半導体バッフ
ァ層、半導体光吸収層、半導体クラッド層が順次積層さ
れた層構造を有し、前記半導体光吸収層の一端より入射
された光波の吸収を該半導体光吸収層に印加した電界強
度を変えることにより変化させる電界吸収型光変調器で
あって、前記半導体光吸収層に外部電気信号に対応する
電界強度を増加させた時に入射光に対する前記半導体光
吸収層の屈折率が減少しかつ吸収係数が増加するよう
に、前記半導体光吸収層の吸収端波長を入射光の導波方
向に沿って、階段状に変化させたことを特徴とする半導
体光変調器。 - 【請求項４】 前記半導体光吸収層が多重量子井戸構造
からなることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一
つに記載の半導体光変調器。 - 【請求項５】 半導体基板上に第１の半導体バッファ層
を積層する工程と、該半導体バッファ層上面に空隙部の
両側の誘電体マスク幅が部分的に異なる第１の選択成長
用の誘電体マスクパターンを形成する工程と、該マスク
空隙部に第２の半導体バッファ層、半導体光吸収層、半
導体クラッド層を順次積層する工程と、前記工程後に、
空隙部の幅が第一の選択成長用誘電体マスクよりも広い
第２の選択成長用誘電体マスクを形成する工程と、該第
２の選択成長用誘電体マスクにより形成された空隙部に
半導体クラッド層、半導体キャップ層を順次積層する工
程と、基板の上面全体に第１の誘電体保護膜を形成する
工程と、該誘電体保護膜上に第２の誘電体保護膜を形成
する工程と、前記半導体キャップ層が露出するまで前記
第１の誘電体保護膜及び前記第２の誘電体保護膜を除去
する工程と、前記半導体キャップ層上に半導体光吸収層
に電界を印加するための電極を形成する工程と電極下部
以外の前記第２の誘電体保護膜を除去する工程を含み、
全半導体光吸収層上に外部信号に相当する電圧が一様に
印加されるように前記半導体キャップ層上の電極が途切
れることなく形成されることを特徴とする半導体光変調
器の製造方法。 - 【請求項６】 前記半導体光吸収層が多重量子井戸構造
からなることを特徴とする請求項５記載の半導体光変調
器の製造方法。 - 【請求項７】 請求項１乃至４のいずれか一つに記載の
半導体光変調器と、該半導体光変調器の前記半導体光吸
収層に入力光を光学的に結合させるための第１の集光手
段と、前記半導体光吸収層からの出力光を外部の光ファ
イバーに光学的に結合させるための第２の集光手段を内
蔵して構成されることを特徴とする光通信用モジュー
ル。 - 【請求項８】 請求項１乃至４記載のいずれか一つに記
載の半導体光変調器を有する送信手段と、この送信手段
からの出力光を外部に導波するための導波手段と、この
導波手段からの出力光を受信するための受信手段を有し
て構成されることを特徴とする光通信システム。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8127497A JP2955986B2 (ja) | 1996-05-22 | 1996-05-22 | 半導体光変調器及びその製造方法 |
| US08/859,896 US6150667A (en) | 1996-05-22 | 1997-05-21 | Semiconductor optical modulator |
| DE69709436T DE69709436T2 (de) | 1996-05-22 | 1997-05-22 | Optischer Halbleitermodulator und sein Herstellunsgverfahren |
| EP97108311A EP0809129B1 (en) | 1996-05-22 | 1997-05-22 | Semiconductor optical modulator and method for making the same |
| US09/643,158 US6426236B1 (en) | 1996-05-22 | 2000-08-21 | Method for making semiconductor optical modulator |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8127497A JP2955986B2 (ja) | 1996-05-22 | 1996-05-22 | 半導体光変調器及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09311304A true JPH09311304A (ja) | 1997-12-02 |
| JP2955986B2 JP2955986B2 (ja) | 1999-10-04 |
Family
ID=14961439
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8127497A Expired - Fee Related JP2955986B2 (ja) | 1996-05-22 | 1996-05-22 | 半導体光変調器及びその製造方法 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (2) | US6150667A (ja) |
| EP (1) | EP0809129B1 (ja) |
| JP (1) | JP2955986B2 (ja) |
| DE (1) | DE69709436T2 (ja) |
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