JPH0320723A - 半導体光変調素子 - Google Patents
半導体光変調素子Info
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- JPH0320723A JPH0320723A JP23726089A JP23726089A JPH0320723A JP H0320723 A JPH0320723 A JP H0320723A JP 23726089 A JP23726089 A JP 23726089A JP 23726089 A JP23726089 A JP 23726089A JP H0320723 A JPH0320723 A JP H0320723A
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- JP
- Japan
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- refractive index
- optical
- light
- layer
- optical waveguide
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
（技術分野）
本発明は光変調素子に係り、特には消光比が充分に取れ
る製作が容易な半導体光変調素子に関するものである。
る製作が容易な半導体光変調素子に関するものである。
（以下余白）
（背景技術）
光ファイバ通信の発光源として半導体レーザが実用化さ
れつつある。半導体レーザの利点としては、小型、高信
頼度などの特徴とともに、直接変調が可能であることが
あげられる。すなわち、注入電流を変調すればそれに応
じた光出力が直接得られる。ところが、この直接変調に
は１つの本質的な欠点がある。すなわち、光を発生する
領域の電子、あるいは正孔といったキャリアが変動する
ため、プラズマ振動効果によシ凪折率も変動し、ひいて
は、発振する光の波長水大きく変動する。
れつつある。半導体レーザの利点としては、小型、高信
頼度などの特徴とともに、直接変調が可能であることが
あげられる。すなわち、注入電流を変調すればそれに応
じた光出力が直接得られる。ところが、この直接変調に
は１つの本質的な欠点がある。すなわち、光を発生する
領域の電子、あるいは正孔といったキャリアが変動する
ため、プラズマ振動効果によシ凪折率も変動し、ひいて
は、発振する光の波長水大きく変動する。
従って、直接変調された半導体レーザのスペクトル幅は
、変調信号の帯域に比べて異常に大きなものとなる。こ
のように過剰なスペクトル幅は光ファイバ伝送にかいて
信号劣化の要因となｂ１性能を著しく低下させる。従っ
て、このような不都合を解消するには、半導体レーザの
出力は一定でかつスペクトル幅を非常に狭く保って変調
すを必１があυ、そのためには別の光変調素子を用いて
行う必要がある。
、変調信号の帯域に比べて異常に大きなものとなる。こ
のように過剰なスペクトル幅は光ファイバ伝送にかいて
信号劣化の要因となｂ１性能を著しく低下させる。従っ
て、このような不都合を解消するには、半導体レーザの
出力は一定でかつスペクトル幅を非常に狭く保って変調
すを必１があυ、そのためには別の光変調素子を用いて
行う必要がある。
従来の代表的な光変ｐ！素子としては、第１図の方向性
結合形、第２図のマクハツエンダー干渉計形などがある
。第１図と第２図はいずれも平面図を示しておシ、１か
よび２の光導波路をＬｉＮｂＯ，等の結晶上に製作し、
電極３，４を設け、変調信号玩で入力光を制御して出力
光を得るものでアル−。
結合形、第２図のマクハツエンダー干渉計形などがある
。第１図と第２図はいずれも平面図を示しておシ、１か
よび２の光導波路をＬｉＮｂＯ，等の結晶上に製作し、
電極３，４を設け、変調信号玩で入力光を制御して出力
光を得るものでアル−。
これらの光変調器の改良形やその他の例もいくつかある
が、ほとんどが電気光学効果すなわち、制御電界による
Ｌｉ ＃６ ０３結晶又は光導波路２の屈折率の微小変
化を利用して、伝搬する光の位Ｓあるいは２つの導波路
間の光結合などを制御している。
が、ほとんどが電気光学効果すなわち、制御電界による
Ｌｉ ＃６ ０３結晶又は光導波路２の屈折率の微小変
化を利用して、伝搬する光の位Ｓあるいは２つの導波路
間の光結合などを制御している。
しかし、電気光学効果による屈折率の変化は非常に小さ
いため、このようなタイプの光変調素子は素子長が轄一
から数のと長くなる欠点がある。１た、第１図および第
２図に見られるように、２つの導波路１，２を用いるタ
イプでは、２つの導波路がほぼ完全に同一であることが
要求され、かつ導波路のＷｌｒ囲と長さとの関係が厳し
く制限されるため、製作が非常に困難であった。
いため、このようなタイプの光変調素子は素子長が轄一
から数のと長くなる欠点がある。１た、第１図および第
２図に見られるように、２つの導波路１，２を用いるタ
イプでは、２つの導波路がほぼ完全に同一であることが
要求され、かつ導波路のＷｌｒ囲と長さとの関係が厳し
く制限されるため、製作が非常に困難であった。
（発明の課題）
本発明はこのような従来の光変調素子の欠点を解決する
ために、変調率や消光比が充分に取れ、製作上の制約も
少なく小型化が可能な光変調素子を提供することを目的
とするものである。以下に図面を用いて本発明を詳細に
説明する。
ために、変調率や消光比が充分に取れ、製作上の制約も
少なく小型化が可能な光変調素子を提供することを目的
とするものである。以下に図面を用いて本発明を詳細に
説明する。
（発明の構成および作用）
第３図（ａ）は本発明の一実施例を示すもので、半導体
光変調素子を正面から見た場合の断面ａ−ｔ−示してい
る。
光変調素子を正面から見た場合の断面ａ−ｔ−示してい
る。
以下の説明においては、Ｉ，Ｐ基板とほｔヨこれに格子
整合の取れた１１’Ｌ＠４ＧＬ１２：％’！ｌＰＬ−５
（以後、２，ｙを省略する）化合物半導体から成る光
導波領域を用いた例について説明する。
整合の取れた１１’Ｌ＠４ＧＬ１２：％’！ｌＰＬ−５
（以後、２，ｙを省略する）化合物半導体から成る光
導波領域を用いた例について説明する。
入力光は破線で囲んだ領域、すなわち先導波領域のＺ軸
方向（半導体の長手力向）に入射される。
方向（半導体の長手力向）に入射される。
６は九形１，Ｐ基板、７はＩ，Ｇ，Ａ，Ｐ光導波路層、
８はＰ形Ｉ．Ｐ，９はｎ形ムＧ，．Ａ，Ｐ キャクブ層
、１０及び１１は電極、１２は亜鉛拡散領域をそれぞれ
示す。Ｉ．Ｇ，Ａ，Ｐ光導波路層７は６及び８のＩ７Ｆ
に比べて屈折率が高いためにＹ軸（縦）方向では導波機
能、すなわち入力光を光導波路層７に一．閉じ込める機
能を有しているが、Ｘ軸（横）方向では同図（６）の屈
折率分布の実線で示すように一定の屈折率であるため導
波機能を有していない。従って、入力光は徐々に周囲に
放射され、Ｚ軸方向のもう一方の出力端においては出力
光が極めて小さくなる。
８はＰ形Ｉ．Ｐ，９はｎ形ムＧ，．Ａ，Ｐ キャクブ層
、１０及び１１は電極、１２は亜鉛拡散領域をそれぞれ
示す。Ｉ．Ｇ，Ａ，Ｐ光導波路層７は６及び８のＩ７Ｆ
に比べて屈折率が高いためにＹ軸（縦）方向では導波機
能、すなわち入力光を光導波路層７に一．閉じ込める機
能を有しているが、Ｘ軸（横）方向では同図（６）の屈
折率分布の実線で示すように一定の屈折率であるため導
波機能を有していない。従って、入力光は徐々に周囲に
放射され、Ｚ軸方向のもう一方の出力端においては出力
光が極めて小さくなる。
しかし、ここで破線の矢印１３のような変調電流を流す
と、キャリアμＩ．ＧαＡ〆Ｐ光導波路層７に閉じ込め
られてプラズマ振動効果によシ電流が注入された部分の
屈折率が下がシ、屈折率分布が破線のように中央部が高
く周辺が低い導波機能を持ったものとなる。従って、入
力光は減衰をほとんど受けることなく出力端はで導波す
ることができる。
と、キャリアμＩ．ＧαＡ〆Ｐ光導波路層７に閉じ込め
られてプラズマ振動効果によシ電流が注入された部分の
屈折率が下がシ、屈折率分布が破線のように中央部が高
く周辺が低い導波機能を持ったものとなる。従って、入
力光は減衰をほとんど受けることなく出力端はで導波す
ることができる。
このように本実施例は一定値の電力を有する入力光に対
し、亜鉛拡散領域１２を流れる変調電流の有無あるいは
大小でＩ７ＬＧ，ＡオＰ光導波路層７のＸ軸方向の屈折
率が変わることを利用し、半導体の導波機能を変化させ
ることによって、出力端にシける出力光の大きさを変化
させることを特徴とする光変調素子である。
し、亜鉛拡散領域１２を流れる変調電流の有無あるいは
大小でＩ７ＬＧ，ＡオＰ光導波路層７のＸ軸方向の屈折
率が変わることを利用し、半導体の導波機能を変化させ
ることによって、出力端にシける出力光の大きさを変化
させることを特徴とする光変調素子である。
第４図（Ｇ）は第３図（ａ）において電流注入を行わな
い場合の入力光の放射効果をさらに上げることによって
変調率や消光比の改善を行った本発明の実施例である。
い場合の入力光の放射効果をさらに上げることによって
変調率や消光比の改善を行った本発明の実施例である。
すなわち、第３図（α）の電極を１０．１０’，１０′
の３つに分割し、電極１０と１０’とを共通にする。ま
ず、電極４０′に電流ｌ１を流し、飽の電極１０．１０
’には電流Ｉ，を流さない場合を考えると、第３図で説
明したように電流が流れた光導波路層７部分はキャリア
のプラズマ振動効果によう屈折率分布が第４図（６）の
実線のように小さくなう１人力光は非常に短かい距離で
周囲に放射されてし１う。すなわち、入力光はＺ軸方向
の出力端にはほとんど出力光が現われなくなる。逆にＩ
，二〇とし、ｈの電流を流した場合は、第４図（ｂ）の
破線のように屈折率分布は中央部が高くなシ、入力光に
対して導波機能を有し、ほとんど減衰を受けることなく
出力端に出力光として取シ出すことができる。
の３つに分割し、電極１０と１０’とを共通にする。ま
ず、電極４０′に電流ｌ１を流し、飽の電極１０．１０
’には電流Ｉ，を流さない場合を考えると、第３図で説
明したように電流が流れた光導波路層７部分はキャリア
のプラズマ振動効果によう屈折率分布が第４図（６）の
実線のように小さくなう１人力光は非常に短かい距離で
周囲に放射されてし１う。すなわち、入力光はＺ軸方向
の出力端にはほとんど出力光が現われなくなる。逆にＩ
，二〇とし、ｈの電流を流した場合は、第４図（ｂ）の
破線のように屈折率分布は中央部が高くなシ、入力光に
対して導波機能を有し、ほとんど減衰を受けることなく
出力端に出力光として取シ出すことができる。
このように３つに分割された電極に流す電流の有無によ
って導波機能を変化させ出力端に現われる出力光をまっ
たく無くしたシ、１たは入力光とほぼ同じ大きさの出力
光も取ｂ出すとと亦可能と女る。
って導波機能を変化させ出力端に現われる出力光をまっ
たく無くしたシ、１たは入力光とほぼ同じ大きさの出力
光も取ｂ出すとと亦可能と女る。
第５図←）は第４図（α）と同等の効果を得るために、
１７ＬＧ，Ａ，Ｐ導波路層７の中央部の厚さを僅かに薄
くしたものである。すなわち、変調電流１３が無いかあ
るいは小さい状態では、第５図ｅ〕の実線のように屈折
率分布が中央部で小さくなり、導波機能を有さないので
入力光は放射され出力端には現われない。また、逆に変
調電流ｌ３がある大きさ以上になると、破線のように屈
折率分布が中央部よう周辺部が小さくなシ、導波機能を
有し、入力光は出力端に出力光として取ｂ出すことがで
きる。
１７ＬＧ，Ａ，Ｐ導波路層７の中央部の厚さを僅かに薄
くしたものである。すなわち、変調電流１３が無いかあ
るいは小さい状態では、第５図ｅ〕の実線のように屈折
率分布が中央部で小さくなり、導波機能を有さないので
入力光は放射され出力端には現われない。また、逆に変
調電流ｌ３がある大きさ以上になると、破線のように屈
折率分布が中央部よう周辺部が小さくなシ、導波機能を
有し、入力光は出力端に出力光として取ｂ出すことがで
きる。
以上の説ｌ３１４刀１らも明らかなように、本発明の基
本的な％徴は変調電流の有無あるいは大小によって、光
が導波されるか否かという光の導波機能を変化させて変
調を行う点であう、従来のような電気光学効果を用いる
ことな＜、１た２つの導波路も用いることなく変調でき
る光変調素子を提供するものである。
本的な％徴は変調電流の有無あるいは大小によって、光
が導波されるか否かという光の導波機能を変化させて変
調を行う点であう、従来のような電気光学効果を用いる
ことな＜、１た２つの導波路も用いることなく変調でき
る光変調素子を提供するものである。
また、以上の説明は光導波領域あるいはその近傍に変調
電流を注入して光の導波機能を変化させて変調を行う実
施例について説明したが、変ｖ！４ｌｒＩｌ流の代わり
に変調光を用いても同様の効果が得られる。
電流を注入して光の導波機能を変化させて変調を行う実
施例について説明したが、変ｖ！４ｌｒＩｌ流の代わり
に変調光を用いても同様の効果が得られる。
第６図は多層量子井戸構造を用いることによって、非線
形効果を著しく増大させ得る本発明の実施例でちる。本
図で、１５はＩ７ＬＰとＩｙｚ Ｇａ−Ａタｐとの非常
に薄い層から或る多層量子井戸層、１６は外形Ｉ７ＬＰ
， １７はＩ’ｎ Ｇ’ｇ Ａｇ Ｆから成る発光層で
ある。
形効果を著しく増大させ得る本発明の実施例でちる。本
図で、１５はＩ７ＬＰとＩｙｚ Ｇａ−Ａタｐとの非常
に薄い層から或る多層量子井戸層、１６は外形Ｉ７ＬＰ
， １７はＩ’ｎ Ｇ’ｇ Ａｇ Ｆから成る発光層で
ある。
そこで、電流１３を注入するとＩ，ｔＧａ ＡｇＰ層１
７が発光し、その光１４が多層量子井戸層１５に照射さ
れるために多層量子井戸層１５ぱ大きな凪折率変化を生
じる。ここで、多層量子井戸層１５の物質によって定遣
る非線形効果を表わす定数が正の符号にすれば、電流注
入によって多層量子井戸層１５に導波機能が生じ、同じ
く変調が可能となる。
７が発光し、その光１４が多層量子井戸層１５に照射さ
れるために多層量子井戸層１５ぱ大きな凪折率変化を生
じる。ここで、多層量子井戸層１５の物質によって定遣
る非線形効果を表わす定数が正の符号にすれば、電流注
入によって多層量子井戸層１５に導波機能が生じ、同じ
く変調が可能となる。
（以″Ｆ余白〕
このように本実施例は変調用光を用いても導波機能を変
化させ、出力端に現われる出力光も変える変調が可能で
ある。
化させ、出力端に現われる出力光も変える変調が可能で
ある。
また、今１でＩカＰ基板とほぼ格子整合のとれた” ｏ
−”） ” ｚ Ａｓ’ｙＦ ，−ッから成る光導波領
域の例を用いて説明してきたが、Ｉ．Ｐ基板とほぼ格子
整合のとれたＩ１（ｔ−ｚ−ｙ＞ＡｌｚＧｏｙＡｓ ”
＆たはＧ．Ａ，基板とほぼ格子整合のとれたＡｔ１−エ
ＧａエＡ．Ｓ−化合物半導体でも全く同様の光変調素子
ができることは言うまでもない。
−”） ” ｚ Ａｓ’ｙＦ ，−ッから成る光導波領
域の例を用いて説明してきたが、Ｉ．Ｐ基板とほぼ格子
整合のとれたＩ１（ｔ−ｚ−ｙ＞ＡｌｚＧｏｙＡｓ ”
＆たはＧ．Ａ，基板とほぼ格子整合のとれたＡｔ１−エ
ＧａエＡ．Ｓ−化合物半導体でも全く同様の光変調素子
ができることは言うまでもない。
（発明の効果）
以上説明したように、本発明は電流注入や変調用光を用
いて導波機能を変化させることによって、変調を行う半
導体光変調素子を提供するものであｂ１過剰なスペクト
ル幅を含まない変調出力を得られることはもちろんのこ
と、従来のものに比べて変調率や消光比も充分大きく取
れ、かつ素子長も大幅に短かく、製作が容易な光変調素
子である。
いて導波機能を変化させることによって、変調を行う半
導体光変調素子を提供するものであｂ１過剰なスペクト
ル幅を含まない変調出力を得られることはもちろんのこ
と、従来のものに比べて変調率や消光比も充分大きく取
れ、かつ素子長も大幅に短かく、製作が容易な光変調素
子である。
従って、半導体レーザと本発明の半導体光変調素子との
モノリシ１ク集積化も容易になＤ１かつ変調素子として
重要な要素である消光比も充分大きく取れることから、
高性能光ファイバ通信等への応用ができ、その効果は極
めて大きいものである。
モノリシ１ク集積化も容易になＤ１かつ変調素子として
重要な要素である消光比も充分大きく取れることから、
高性能光ファイバ通信等への応用ができ、その効果は極
めて大きいものである。
第１図は従来の方向性結合形光変調器、第２図は従来の
マツハツエンダー干渉計形光変調器、第３図Ｏ）及び（
ｂ）は本発明の基本的セー動作を説明するための、電流
注入《よシ光導波機能を変化させて変調する半導体光変
調素子の実施例を示す図、第４図（５）及び（６）及び
第５図Ｏ〉及び（ｂ）は第３図の変調率や消光比を改善
した半導体光変調素子の本発明の実施例を示す図、第６
図妻Ｕは本発明の光照射によう導波機能を変化させて変
調する他の実施例を示す図である。 １．２・・・先導波路、 ３，４・・・電極、５一変
調信号、 ６・−・負形１ｈ−Ｐ基板、？−１ｈ
．Ｇ．ＡｓＰ光導波路層、８−Ｐ形Ｉ，２Ｐ層、９ −
＝ ％形１．ＧａＡ．Ｐキ＋ｙブ層、１０．１０’，１
０’，１１・一電極、１２・一亜鉛拡散領域、ｌ３・・
・変調電流、 １４−・変調用光、１５・−・多層
量子井戸構造、１６・−・外形１，Ｐ層、１７・・・Ｉ
，Ｇ．Ａ９Ｐ層。
マツハツエンダー干渉計形光変調器、第３図Ｏ）及び（
ｂ）は本発明の基本的セー動作を説明するための、電流
注入《よシ光導波機能を変化させて変調する半導体光変
調素子の実施例を示す図、第４図（５）及び（６）及び
第５図Ｏ〉及び（ｂ）は第３図の変調率や消光比を改善
した半導体光変調素子の本発明の実施例を示す図、第６
図妻Ｕは本発明の光照射によう導波機能を変化させて変
調する他の実施例を示す図である。 １．２・・・先導波路、 ３，４・・・電極、５一変
調信号、 ６・−・負形１ｈ−Ｐ基板、？−１ｈ
．Ｇ．ＡｓＰ光導波路層、８−Ｐ形Ｉ，２Ｐ層、９ −
＝ ％形１．ＧａＡ．Ｐキ＋ｙブ層、１０．１０’，１
０’，１１・一電極、１２・一亜鉛拡散領域、ｌ３・・
・変調電流、 １４−・変調用光、１５・−・多層
量子井戸構造、１６・−・外形１，Ｐ層、１７・・・Ｉ
，Ｇ．Ａ９Ｐ層。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 半導体基板上に該基板の屈折率よりも大なる屈折率を有
する光導波路層と電極とを備え、該光導波路層の導波機
能を変化させて入射光を変調する半導体光変調素子にお
いて、 前記光導波路層に直接キャリアを注入するかもしくは光
を注入して間接的にキャリアを生成する注入手段と、 該注入手段を介して予め定められた幅に電流または光が
注入されるエネルギー注入領域と、互いに屈折率の異な
る薄膜の半導体層を交互に複数回積層した多層量子井戸
構造の光導波路層とを有し、 前記エネルギー注入領域にエネルギーを注入した時にエ
ネルギーが注入された部分の該光導波路層が非線形効果
により屈折率が高くなって導波機能を有するように構成
されたことを特徴とする半導体光変調素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23726089A JPH0320723A (ja) | 1989-09-14 | 1989-09-14 | 半導体光変調素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23726089A JPH0320723A (ja) | 1989-09-14 | 1989-09-14 | 半導体光変調素子 |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58125471A Division JPS6017717A (ja) | 1983-07-12 | 1983-07-12 | 半導体光変調素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0320723A true JPH0320723A (ja) | 1991-01-29 |
| JPH0553246B2 JPH0553246B2 (ja) | 1993-08-09 |
Family
ID=17012771
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23726089A Granted JPH0320723A (ja) | 1989-09-14 | 1989-09-14 | 半導体光変調素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0320723A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5184269A (en) * | 1990-04-06 | 1993-02-02 | Hitachi, Ltd. | Overload protective device |
| US5613020A (en) * | 1993-03-15 | 1997-03-18 | Canon Kabushiki Kaisha | Optical devices having a periodical current restraint layer and optical communication systems using the optical device |
-
1989
- 1989-09-14 JP JP23726089A patent/JPH0320723A/ja active Granted
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5184269A (en) * | 1990-04-06 | 1993-02-02 | Hitachi, Ltd. | Overload protective device |
| US5613020A (en) * | 1993-03-15 | 1997-03-18 | Canon Kabushiki Kaisha | Optical devices having a periodical current restraint layer and optical communication systems using the optical device |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0553246B2 (ja) | 1993-08-09 |
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