JPH0886988A - 光半導体素子 - Google Patents
光半導体素子Info
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- JPH0886988A JPH0886988A JP24845394A JP24845394A JPH0886988A JP H0886988 A JPH0886988 A JP H0886988A JP 24845394 A JP24845394 A JP 24845394A JP 24845394 A JP24845394 A JP 24845394A JP H0886988 A JPH0886988 A JP H0886988A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 高速変調時にも波長チャープが小さく、長距
離伝送可能な電界吸収型半導体光変調器を提供するこ
と。 【構成】 ｎ型ＩｎＰ基板１上に量子井戸構造の半導体
導波層２，ｐ型ＩｎＰクラッド層３，ｐ型ＩｎＧａＡｓ
コンタクト層４及びｐ型オーミック電極が形成され、基
板１の下面にｎ型オーミック電極が形成され、半導体導
波層２に電圧信号を印加することにより光の変調を行う
電界吸収型半導体光変調器において、半導体導波層２
を、層厚の異なる第１及び第２のＩｎＧａＡｓ量子井戸
層２１，２２とＩｎＧａＡｓＰバリア層２３を交互に積
層した多重量子井戸構造と、これを挟むように積層され
たＩｎＧａＡｓＰ層２４，２５で形成し、量子井戸層２
１，２２におけるαパラメータの電界依存性が異なるよ
うにしたことを特徴とする。
離伝送可能な電界吸収型半導体光変調器を提供するこ
と。 【構成】 ｎ型ＩｎＰ基板１上に量子井戸構造の半導体
導波層２，ｐ型ＩｎＰクラッド層３，ｐ型ＩｎＧａＡｓ
コンタクト層４及びｐ型オーミック電極が形成され、基
板１の下面にｎ型オーミック電極が形成され、半導体導
波層２に電圧信号を印加することにより光の変調を行う
電界吸収型半導体光変調器において、半導体導波層２
を、層厚の異なる第１及び第２のＩｎＧａＡｓ量子井戸
層２１，２２とＩｎＧａＡｓＰバリア層２３を交互に積
層した多重量子井戸構造と、これを挟むように積層され
たＩｎＧａＡｓＰ層２４，２５で形成し、量子井戸層２
１，２２におけるαパラメータの電界依存性が異なるよ
うにしたことを特徴とする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は光半導体素子に係わり、
特に電気信号を入力することにより光出力を制御可能と
した光半導体素子に関する。
特に電気信号を入力することにより光出力を制御可能と
した光半導体素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、幹線系光通信システムの大容量化
・長距離化の研究開発が盛んに展開されている。電気信
号を入力することにより光出力を制御する電界吸収型半
導体光変調器は、光源となる半導体レーザとのモノリシ
ック集積化が可能であり、将来の幹線系光通信システム
を担うデバイスとして期待されている。長距離光伝送を
実現するためには、変調時の波長チャープが小さく、光
ファイバ伝送中に波形歪みを生じないことが要求され
る。特に、光ファイバ増幅器の出現により伝送距離に対
する光ファイバの損失制限が除去された現状では、半導
体光変調器の低チャープ化が望まれている。
・長距離化の研究開発が盛んに展開されている。電気信
号を入力することにより光出力を制御する電界吸収型半
導体光変調器は、光源となる半導体レーザとのモノリシ
ック集積化が可能であり、将来の幹線系光通信システム
を担うデバイスとして期待されている。長距離光伝送を
実現するためには、変調時の波長チャープが小さく、光
ファイバ伝送中に波形歪みを生じないことが要求され
る。特に、光ファイバ増幅器の出現により伝送距離に対
する光ファイバの損失制限が除去された現状では、半導
体光変調器の低チャープ化が望まれている。
【０００３】ここで、波長チャープ特性の指針となるも
のにαパラメータがある。αパラメータは、吸収係数変
化に対する屈折率変化の比、即ち（屈折率変化／吸収係
数変化）として定義され、αパラメータの絶対値が小さ
いほど波長チャープも小さくなる。電界吸収型半導体光
変調器のαパラメータは、信号光波長及び印加電圧に依
存して変化し、信号光波長や印加電圧を適切に設定する
ことにより極めて小さいαパラメータ値を得ることが可
能である。
のにαパラメータがある。αパラメータは、吸収係数変
化に対する屈折率変化の比、即ち（屈折率変化／吸収係
数変化）として定義され、αパラメータの絶対値が小さ
いほど波長チャープも小さくなる。電界吸収型半導体光
変調器のαパラメータは、信号光波長及び印加電圧に依
存して変化し、信号光波長や印加電圧を適切に設定する
ことにより極めて小さいαパラメータ値を得ることが可
能である。
【０００４】しかしながら、要求される消光比を得るた
めには大振幅電圧信号により変調する必要があり、ＯＮ
状態とＯＦＦ状態の間で常に小さいαパラメータ値を得
ることは困難である。このため、電界吸収型半導体光変
調器では、高速変調時に波長チャープが大きくなり、こ
れが伝送容量・中継距離の制限要因となるという問題点
があった。例えば、従来の量子井戸構造半導体光変調器
の場合、１０Ｇｂ／ｓ変調時の伝送距離としては５０ｋ
ｍ程度に限られていた。
めには大振幅電圧信号により変調する必要があり、ＯＮ
状態とＯＦＦ状態の間で常に小さいαパラメータ値を得
ることは困難である。このため、電界吸収型半導体光変
調器では、高速変調時に波長チャープが大きくなり、こ
れが伝送容量・中継距離の制限要因となるという問題点
があった。例えば、従来の量子井戸構造半導体光変調器
の場合、１０Ｇｂ／ｓ変調時の伝送距離としては５０ｋ
ｍ程度に限られていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】このように、従来の電
界吸収型半導体光変調器では、高速変調時に波長チャー
プが大きくなり、長距離伝送が困難であるという問題点
があたった。
界吸収型半導体光変調器では、高速変調時に波長チャー
プが大きくなり、長距離伝送が困難であるという問題点
があたった。
【０００６】本発明は、上記事情を考慮してなされたも
ので、その目的とするところは、高速変調時にも波長チ
ャープが小さく、長距離伝送可能な光半導体素子を提供
することにある。
ので、その目的とするところは、高速変調時にも波長チ
ャープが小さく、長距離伝送可能な光半導体素子を提供
することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明の骨子は、信号光
波長に対して異なる吸収特性・波長チャープ特性を有す
る構造を１つの素子中に作り込むことにより、高速変調
時にも波長チャープを小さく抑えることにある。
波長に対して異なる吸収特性・波長チャープ特性を有す
る構造を１つの素子中に作り込むことにより、高速変調
時にも波長チャープを小さく抑えることにある。
【０００８】即ち、本発明は、光半導体素子量子井戸構
造からなる半導体光導波路と、この半導体光導波路に電
気信号を入力する手段とを備えた光半導体素子であっ
て、量子井戸構造は少なくとも２種類の量子井戸層から
なり、第１の量子井戸層の励起子波長と第２の量子井戸
層の励起子波長とが異なるように形成してなることを特
徴とする。
造からなる半導体光導波路と、この半導体光導波路に電
気信号を入力する手段とを備えた光半導体素子であっ
て、量子井戸構造は少なくとも２種類の量子井戸層から
なり、第１の量子井戸層の励起子波長と第２の量子井戸
層の励起子波長とが異なるように形成してなることを特
徴とする。
【０００９】ここで、本発明の望ましい実施態様として
は、次のものがあげられる。 (1) 光導波路としての（屈折率変化／吸収係数変化）の
電界依存性、即ちαパラメータの電界依存性が、第１及
び第２の量子井戸層のそれぞれにおけるαパラメータの
電界依存性よりも小さくなるように形成したこと。 (2) 第１及び第２の量子井戸層を積層方向に集積して形
成すること。より具体的には、第１及び第２の量子井戸
層とバリア層を交互に積層して多重量子井戸構造を形成
し、バリア層の膜厚を第１及び第２の井戸層が結合しな
いように十分に厚く（例えば１０ｎｍ以上）形成するこ
と。第１及び第２の井戸層の励起子波長が異なるように
するために、第１及び第２の井戸層の膜厚，組成，歪み
量の少なくとも一つを異ならせること。 (3) 第１及び第２の量子井戸層を導波方向に集積して形
成すること。第１及び第２の井戸層の励起子波長が異な
るようにするために、第１及び第２の井戸層の膜厚，組
成，歪み量、及びバリア層膜厚の少なくとも一つを異な
らせること。
は、次のものがあげられる。 (1) 光導波路としての（屈折率変化／吸収係数変化）の
電界依存性、即ちαパラメータの電界依存性が、第１及
び第２の量子井戸層のそれぞれにおけるαパラメータの
電界依存性よりも小さくなるように形成したこと。 (2) 第１及び第２の量子井戸層を積層方向に集積して形
成すること。より具体的には、第１及び第２の量子井戸
層とバリア層を交互に積層して多重量子井戸構造を形成
し、バリア層の膜厚を第１及び第２の井戸層が結合しな
いように十分に厚く（例えば１０ｎｍ以上）形成するこ
と。第１及び第２の井戸層の励起子波長が異なるように
するために、第１及び第２の井戸層の膜厚，組成，歪み
量の少なくとも一つを異ならせること。 (3) 第１及び第２の量子井戸層を導波方向に集積して形
成すること。第１及び第２の井戸層の励起子波長が異な
るようにするために、第１及び第２の井戸層の膜厚，組
成，歪み量、及びバリア層膜厚の少なくとも一つを異な
らせること。
【００１０】また本発明は、量子井戸構造からなる半導
体光導波路と、この半導体光導波路に電気信号を入力す
る手段とを備えた光半導体素子であって、電気信号を入
力する手段として、半導体光導波路の導波方向に分割し
た第１の電極と第２の電極の少なくとも２つの電極を設
け、かつ第１の電極と第２の電極に異なるバイアス電圧
及び同期した変調電圧を印加することを特徴とする。
体光導波路と、この半導体光導波路に電気信号を入力す
る手段とを備えた光半導体素子であって、電気信号を入
力する手段として、半導体光導波路の導波方向に分割し
た第１の電極と第２の電極の少なくとも２つの電極を設
け、かつ第１の電極と第２の電極に異なるバイアス電圧
及び同期した変調電圧を印加することを特徴とする。
【００１１】ここで、同期した変調電圧とは、同じタイ
ミングで電圧が変化する信号であればよく、各々の振幅
は異なっていてもよい。
ミングで電圧が変化する信号であればよく、各々の振幅
は異なっていてもよい。
【００１２】
【作用】本発明（請求項１〜３）によれば、励起子波長
が異なる第１の量子井戸層と第２の量子井戸層の少なく
とも２種類の量子井戸層から半導体光導波路を形成して
いる。従って、同じ電気信号を入力しても、信号光波長
に対して第１の量子井戸層と第２の量子井戸層とで異な
る吸収特性・波長チャープ特性が得られる。ここで、第
１の量子井戸層と第２の量子井戸層とで吸収特性を補い
合い、かつＯＮ状態とＯＦＦ状態との間で第１の量子井
戸層と第２の量子井戸層のいずれかが低チャープ特性を
有するように励起子波長を設定することにより、素子全
体として消光比を損なうことなく低チャープ化をはかる
ことができる。
が異なる第１の量子井戸層と第２の量子井戸層の少なく
とも２種類の量子井戸層から半導体光導波路を形成して
いる。従って、同じ電気信号を入力しても、信号光波長
に対して第１の量子井戸層と第２の量子井戸層とで異な
る吸収特性・波長チャープ特性が得られる。ここで、第
１の量子井戸層と第２の量子井戸層とで吸収特性を補い
合い、かつＯＮ状態とＯＦＦ状態との間で第１の量子井
戸層と第２の量子井戸層のいずれかが低チャープ特性を
有するように励起子波長を設定することにより、素子全
体として消光比を損なうことなく低チャープ化をはかる
ことができる。
【００１３】また、本発明（請求項４）によれば、導波
方向に分割した第１の電極と第２の電極の少なくとも２
つの電極を有し、第１の電極と第２の電極には異なるバ
イアス電圧を印加する。従って、第１の電極と第２の電
極に同じ変調電圧を入力しても、信号光波長に対して第
１の電極領域と第２の電極領域とで異なる吸収特性，波
長チャープ特性が得られる。ここで、第１の電極領域と
第２の電極領域とで吸収特性を補い合い、かつＯＮ状態
とＯＦＦ状態との間で常に第１の電極領域と第２の電極
領域のいずれかが低チャープ特性を有するようにバイア
ス電圧を設定することにより、素子全体として消光比を
損なうことなく低チャープ化をはかることができる。
方向に分割した第１の電極と第２の電極の少なくとも２
つの電極を有し、第１の電極と第２の電極には異なるバ
イアス電圧を印加する。従って、第１の電極と第２の電
極に同じ変調電圧を入力しても、信号光波長に対して第
１の電極領域と第２の電極領域とで異なる吸収特性，波
長チャープ特性が得られる。ここで、第１の電極領域と
第２の電極領域とで吸収特性を補い合い、かつＯＮ状態
とＯＦＦ状態との間で常に第１の電極領域と第２の電極
領域のいずれかが低チャープ特性を有するようにバイア
ス電圧を設定することにより、素子全体として消光比を
損なうことなく低チャープ化をはかることができる。
【００１４】さらに、上記の作用から、高速変調時にも
波長チャープを小さく抑えることが可能である。
波長チャープを小さく抑えることが可能である。
【００１５】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。 （実施例１）図１は、本発明の第１の実施例に係わる光
半導体素子の導波方向に沿った断面図であり、量子井戸
構造の電界吸収型半導体光変調器からなる。図中１はｎ
型ＩｎＰ基板であり、このＩｎＰ基板１上には半導体導
波層２，ｐ型ＩｎＰクラッド層３，ｐ型ＩｎＧａＡｓコ
ンタクト層４及びｐ型オーミック電極５が形成されてい
る。また、ｎ型ＩｎＰ基板１の下面にはｎ型オーミック
電極６が形成されている。
する。 （実施例１）図１は、本発明の第１の実施例に係わる光
半導体素子の導波方向に沿った断面図であり、量子井戸
構造の電界吸収型半導体光変調器からなる。図中１はｎ
型ＩｎＰ基板であり、このＩｎＰ基板１上には半導体導
波層２，ｐ型ＩｎＰクラッド層３，ｐ型ＩｎＧａＡｓコ
ンタクト層４及びｐ型オーミック電極５が形成されてい
る。また、ｎ型ＩｎＰ基板１の下面にはｎ型オーミック
電極６が形成されている。
【００１６】素子はＡｕＳｎハンダにより接地電極とな
るヒートシンク上に固定され、ｐ型オーミック電極５は
セラミック基板上に形成された給電線とボンディングに
より接続されており、半導体導波層２に電圧信号を印加
することができるようになっている。また、素子の劈開
端面には、ＳｉＮx からなる反射率１％以下の低反射膜
７がコーディングされている。
るヒートシンク上に固定され、ｐ型オーミック電極５は
セラミック基板上に形成された給電線とボンディングに
より接続されており、半導体導波層２に電圧信号を印加
することができるようになっている。また、素子の劈開
端面には、ＳｉＮx からなる反射率１％以下の低反射膜
７がコーディングされている。
【００１７】半導体導波層２は、図２に示すように、層
厚の異なる第１のＩｎ0.53Ｇａ0.47Ａｓ量子井戸層２１
及び第２のＩｎ0.53Ｇａ0.47Ａｓ量子井戸層２２と、Ｉ
ｎ0.72Ｇａ0.28Ａｓ0.6 Ｐ0.4 からなるバリア層２３を
交互に積層した多重量子井戸構造と、これを挟むように
積層されたＩｎ0.77Ｇａ0.23Ａｓ0.49Ｐ0.51層２４，２
５からなる。また、ＩｎＧａＡｓＰバリア層２３の膜厚
は十分に大きく（１０ｎｍ以上）、ＩｎＧａＡｓ井戸層
２１とＩｎＧａＡｓ井戸層２２とは互いに結合していな
い。
厚の異なる第１のＩｎ0.53Ｇａ0.47Ａｓ量子井戸層２１
及び第２のＩｎ0.53Ｇａ0.47Ａｓ量子井戸層２２と、Ｉ
ｎ0.72Ｇａ0.28Ａｓ0.6 Ｐ0.4 からなるバリア層２３を
交互に積層した多重量子井戸構造と、これを挟むように
積層されたＩｎ0.77Ｇａ0.23Ａｓ0.49Ｐ0.51層２４，２
５からなる。また、ＩｎＧａＡｓＰバリア層２３の膜厚
は十分に大きく（１０ｎｍ以上）、ＩｎＧａＡｓ井戸層
２１とＩｎＧａＡｓ井戸層２２とは互いに結合していな
い。
【００１８】ＩｎＧａＡｓ井戸層２１，２２は各々の井
戸層厚が異なるため、無電界時の励起子波長はそれぞれ
１．５１μｍ、１．４９μｍと異なっている。従って、
図３（ａ）（ｂ）に示すように、信号光波長１．５５μ
ｍにおける吸収係数及びαパラメータの電界依存性も異
なる特性を有している。
戸層厚が異なるため、無電界時の励起子波長はそれぞれ
１．５１μｍ、１．４９μｍと異なっている。従って、
図３（ａ）（ｂ）に示すように、信号光波長１．５５μ
ｍにおける吸収係数及びαパラメータの電界依存性も異
なる特性を有している。
【００１９】図３（ａ）は吸収係数の電界依存性を示し
ており、第１の量子井戸層２１はＯＮ状態で吸収係数の
変化が大きく、ＯＦＦ状態で吸収係数の変化が小さい。
逆に、第２の量子井戸層２２はＯＮ状態で吸収係数の変
化が小さく、ＯＦＦ状態で吸収係数の変化が大きい。図
３（ｂ）はαパラメータの電界依存性を示しており、第
１の量子井戸層２１はＯＮ状態でαパラメータが小さ
く、ＯＦＦ状態でαパラメータが大きい。逆に、第２の
量子井戸層２２はＯＮ状態でαパラメータが大きく、Ｏ
ＦＦ状態でαパラメータが小さい。
ており、第１の量子井戸層２１はＯＮ状態で吸収係数の
変化が大きく、ＯＦＦ状態で吸収係数の変化が小さい。
逆に、第２の量子井戸層２２はＯＮ状態で吸収係数の変
化が小さく、ＯＦＦ状態で吸収係数の変化が大きい。図
３（ｂ）はαパラメータの電界依存性を示しており、第
１の量子井戸層２１はＯＮ状態でαパラメータが小さ
く、ＯＦＦ状態でαパラメータが大きい。逆に、第２の
量子井戸層２２はＯＮ状態でαパラメータが大きく、Ｏ
ＦＦ状態でαパラメータが小さい。
【００２０】ここで、ＩｎＧａＡｓ量子井戸層２１，２
２共に吸収係数の変化が大きい電界近傍でαパラメータ
の絶対値は小さい値を取っており、またＯＮ状態とＯＦ
Ｆ状態の間で常にＩｎＧａＡｓ量子井戸層２１，２２の
いずれかは小さいαパラメータ値を示している。
２共に吸収係数の変化が大きい電界近傍でαパラメータ
の絶対値は小さい値を取っており、またＯＮ状態とＯＦ
Ｆ状態の間で常にＩｎＧａＡｓ量子井戸層２１，２２の
いずれかは小さいαパラメータ値を示している。
【００２１】素子全体としてのαパラメータは、ＩｎＧ
ａＡｓ井戸層２１とＩｎＧａＡｓ井戸層２２とで吸収係
数変化の大きい方の量子井戸層により支配されるため、
ＯＮ状態とＯＦＦ状態の間で常に小さいαパラメータ値
を得ることができている。さらに、吸収係数について
は、ＩｎＧａＡｓ井戸層２１，２２で補い合っているた
め、素子全体としての消光比を損なうこともない。
ａＡｓ井戸層２１とＩｎＧａＡｓ井戸層２２とで吸収係
数変化の大きい方の量子井戸層により支配されるため、
ＯＮ状態とＯＦＦ状態の間で常に小さいαパラメータ値
を得ることができている。さらに、吸収係数について
は、ＩｎＧａＡｓ井戸層２１，２２で補い合っているた
め、素子全体としての消光比を損なうこともない。
【００２２】このように本実施例によれば、消光比を損
なうことなく、ＯＮ状態とＯＦＦ状態の間で常に小さい
αパラメータ値を得ることができるため、高速変調時に
も波長チャープが小さく抑えられ、長距離伝送可能な光
半導体素子を実現することができる。
なうことなく、ＯＮ状態とＯＦＦ状態の間で常に小さい
αパラメータ値を得ることができるため、高速変調時に
も波長チャープが小さく抑えられ、長距離伝送可能な光
半導体素子を実現することができる。
【００２３】この実施例では、励起子波長が異なる量子
井戸層として、井戸層厚の異なる構造を説明したが、他
に組成の異なるもの、歪量の異なるものや、これらを組
み合わせた量子井戸構造を用いてもよい。また、第１の
量子井戸層と第２の量子井戸層の井戸層数が同じ構造に
限るものではなく、第１の量子井戸層と第２の量子井戸
層が交互に積層されていなくてもよい。 （実施例２）次に、本発明の第２の実施例を図４を参照
して説明する。図４は、本発明の第２の実施例に係わる
光半導体素子の導波方向に沿った断面図であり、量子井
戸構造の電界吸収型半導体光変調器からなる。
井戸層として、井戸層厚の異なる構造を説明したが、他
に組成の異なるもの、歪量の異なるものや、これらを組
み合わせた量子井戸構造を用いてもよい。また、第１の
量子井戸層と第２の量子井戸層の井戸層数が同じ構造に
限るものではなく、第１の量子井戸層と第２の量子井戸
層が交互に積層されていなくてもよい。 （実施例２）次に、本発明の第２の実施例を図４を参照
して説明する。図４は、本発明の第２の実施例に係わる
光半導体素子の導波方向に沿った断面図であり、量子井
戸構造の電界吸収型半導体光変調器からなる。
【００２４】図中１はｎ型ＩｎＰ基板であり、このＩｎ
Ｐ基板１上には半導体導波層２1 ，２2 が導波方向に集
積されている。半導体導波層２1 ，２2 上には、ｐ型Ｉ
ｎＰクラッド層３，ｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層４及
びｐ型オーミック電極５が形成されている。また、ｎ型
ＩｎＰ基板１の下面にはｎ型オーミック電極６が形成さ
れている。
Ｐ基板１上には半導体導波層２1 ，２2 が導波方向に集
積されている。半導体導波層２1 ，２2 上には、ｐ型Ｉ
ｎＰクラッド層３，ｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層４及
びｐ型オーミック電極５が形成されている。また、ｎ型
ＩｎＰ基板１の下面にはｎ型オーミック電極６が形成さ
れている。
【００２５】素子はＡｕＳｎハンダにより接地電極とな
るヒートシンク上に固定され、ｐ型オーミック電極５は
セラミック基板上に形成された給電線とボンディングに
より接続されており、半導体導波層２1 ，２2 に電圧信
号を印加することができるようになっている。また、素
子の両劈開端面には、ＳｉＮｘから成る反射率１％以下
の低反射膜７がコーティングされている。
るヒートシンク上に固定され、ｐ型オーミック電極５は
セラミック基板上に形成された給電線とボンディングに
より接続されており、半導体導波層２1 ，２2 に電圧信
号を印加することができるようになっている。また、素
子の両劈開端面には、ＳｉＮｘから成る反射率１％以下
の低反射膜７がコーティングされている。
【００２６】半導体導波層２1 ，２2 は、図５に示すよ
うに、ＩｎＧａＡｓ量子井戸層２６と、ＩｎＧａＡｓＰ
バリア層２３を交互に積層した多重量子井戸構造と、こ
れを挟むように積層されたＩｎＧａＡｓＰ層２４，２５
から成る。ここで、多重量子井戸構造から成る半導体導
波層２1 ，２2 はＩｎＧａＡｓＰ量子井戸層２６の組成
が異なるように形成されており、例えば半導体導波層２
1 では量子井戸層２６の組成をＩｎ0.56Ｇａ0.44Ａｓ
0.94Ｐ0.06とし、半導体導波層２2 では量子井戸層２６
の組成をＩｎ0.57Ｇａ0.43Ａｓ0.92Ｐ0.08とした。そし
て、それぞれの励起子波長はそれぞれ１．５１μｍ、
１．４９μｍと異なっているため、信号光波長１．５５
μｍにおける吸収係数及びαパラメータの電界依存性も
異なる特性を有している。
うに、ＩｎＧａＡｓ量子井戸層２６と、ＩｎＧａＡｓＰ
バリア層２３を交互に積層した多重量子井戸構造と、こ
れを挟むように積層されたＩｎＧａＡｓＰ層２４，２５
から成る。ここで、多重量子井戸構造から成る半導体導
波層２1 ，２2 はＩｎＧａＡｓＰ量子井戸層２６の組成
が異なるように形成されており、例えば半導体導波層２
1 では量子井戸層２６の組成をＩｎ0.56Ｇａ0.44Ａｓ
0.94Ｐ0.06とし、半導体導波層２2 では量子井戸層２６
の組成をＩｎ0.57Ｇａ0.43Ａｓ0.92Ｐ0.08とした。そし
て、それぞれの励起子波長はそれぞれ１．５１μｍ、
１．４９μｍと異なっているため、信号光波長１．５５
μｍにおける吸収係数及びαパラメータの電界依存性も
異なる特性を有している。
【００２７】従って、第１の実施例と同様に、素子全体
としてのαパラメータはＯＮ状態とＯＦＦ状態の間で常
に小さい値を取っており、かつ吸収係数についても半導
体導波層２1 ，２2 で補い合うことにより素子全体とし
ての消光比も損なわれていない。
としてのαパラメータはＯＮ状態とＯＦＦ状態の間で常
に小さい値を取っており、かつ吸収係数についても半導
体導波層２1 ，２2 で補い合うことにより素子全体とし
ての消光比も損なわれていない。
【００２８】この実施例では、励起子波長が異なる量子
井戸層として、井戸層組成の異なる構造を説明したが、
他に井戸層厚の異なるもの、井戸層歪量の異なるもの、
バリア層組成の異なるものや、これらを組み合わせた量
子井戸構造を用いてもよい。また、第１の量子井戸層と
第２の量子井戸層の井戸層数が同じ構造に限るものでは
なく、第１の量子井戸層領域と第２の量子井戸層の導波
方向での領域長を同じにする必要もない。さらに、多重
量子井戸層の励起子波長は、例えば選択成長法によって
導波方向に徐々に変化するように形成されてもよい。 （実施例３）次に、本発明の第３の実施例を図６を参照
して説明する。図６は、本発明の第３の実施例に係わる
光半導体素子の導波方向に沿った断面図であり、電界吸
収型半導体光変調器からなる。
井戸層として、井戸層組成の異なる構造を説明したが、
他に井戸層厚の異なるもの、井戸層歪量の異なるもの、
バリア層組成の異なるものや、これらを組み合わせた量
子井戸構造を用いてもよい。また、第１の量子井戸層と
第２の量子井戸層の井戸層数が同じ構造に限るものでは
なく、第１の量子井戸層領域と第２の量子井戸層の導波
方向での領域長を同じにする必要もない。さらに、多重
量子井戸層の励起子波長は、例えば選択成長法によって
導波方向に徐々に変化するように形成されてもよい。 （実施例３）次に、本発明の第３の実施例を図６を参照
して説明する。図６は、本発明の第３の実施例に係わる
光半導体素子の導波方向に沿った断面図であり、電界吸
収型半導体光変調器からなる。
【００２９】図中１はｎ型ＩｎＰ基板であり、このＩｎ
Ｐ基板１上には、半導体導波層２，ｐ型ＩｎＰクラッド
層３が形成されている。ｐ型ＩｎＰクラッド層３上に
は、ｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層４1 ，４2 及びｐ型
オーミック電極５1 ，５2 が導波方向に分離されて形成
されている。また、ｎ型ＩｎＰ基板１の下面にはｎ型オ
ーミック電極６が形成されている。
Ｐ基板１上には、半導体導波層２，ｐ型ＩｎＰクラッド
層３が形成されている。ｐ型ＩｎＰクラッド層３上に
は、ｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層４1 ，４2 及びｐ型
オーミック電極５1 ，５2 が導波方向に分離されて形成
されている。また、ｎ型ＩｎＰ基板１の下面にはｎ型オ
ーミック電極６が形成されている。
【００３０】素子はＡｕＳｎハンダにより接地電極とな
るヒートシンク上に固定され、ｐ型オーミック電極
５1 ，５2 はそれぞれセラミック基板上に形成された給
電線とボンディングにより接続されており、各電極領域
毎に独立に電圧信号を印加することができるようになっ
ている。また、素子の両劈開端面には、ＳｉＮx からな
る反射率１％以下の低反射膜７がコーティングされてい
る。
るヒートシンク上に固定され、ｐ型オーミック電極
５1 ，５2 はそれぞれセラミック基板上に形成された給
電線とボンディングにより接続されており、各電極領域
毎に独立に電圧信号を印加することができるようになっ
ている。また、素子の両劈開端面には、ＳｉＮx からな
る反射率１％以下の低反射膜７がコーティングされてい
る。
【００３１】図７（ａ）（ｂ）には、半導体導波層２に
おける吸収係数及びαパラメータの電圧依存性を示す。
本実施例では、導波方向に分割された第１及び第２の電
極を有しており、それぞれに異なる電圧信号を印加する
ことが可能である。ここで、第１の電極５1 に印加する
ＯＮ電圧を０Ｖ、ＯＦＦ電圧を−２Ｖとし、第２の電極
５2 に印加するＯＮ電圧を−１Ｖ、ＯＦＦ電圧を−３Ｖ
に設定した。
おける吸収係数及びαパラメータの電圧依存性を示す。
本実施例では、導波方向に分割された第１及び第２の電
極を有しており、それぞれに異なる電圧信号を印加する
ことが可能である。ここで、第１の電極５1 に印加する
ＯＮ電圧を０Ｖ、ＯＦＦ電圧を−２Ｖとし、第２の電極
５2 に印加するＯＮ電圧を−１Ｖ、ＯＦＦ電圧を−３Ｖ
に設定した。
【００３２】これにより、第１の電極領域と第２の電極
領域とでは、図８（ａ）（ｂ）に示すように、ＯＮ状態
とＯＦＦ状態の間において異なる吸収特性・波長チャー
プ特性が得られる。ここで、第１の電極領域，第２の電
極領域共に吸収係数変化の大きい電圧近傍でαパラメー
タの絶対値は小さい値を取っており、またＯＮ状態とＯ
ＦＦ状態の間で常に第１の電極領域と第２の電極領域の
いずれかは小さいαパラメータ値を示している。
領域とでは、図８（ａ）（ｂ）に示すように、ＯＮ状態
とＯＦＦ状態の間において異なる吸収特性・波長チャー
プ特性が得られる。ここで、第１の電極領域，第２の電
極領域共に吸収係数変化の大きい電圧近傍でαパラメー
タの絶対値は小さい値を取っており、またＯＮ状態とＯ
ＦＦ状態の間で常に第１の電極領域と第２の電極領域の
いずれかは小さいαパラメータ値を示している。
【００３３】素子全体としてのαパラメータは、第１の
電極領域と第２の電極領域とで吸収係数変化の大きい方
の電極領域に支配されるため、ＯＮ状態とＯＦＦ状態の
間で常に小さいαパラメータ値を得ることができてい
る。さらに、吸収係数についても、第１の電極領域と第
２の電極領域で補い合うことにより、素子全体としての
消光比は損なわれていない。従って、先の実施例と同様
に、高速変調時にも波長チャープが小さく抑えられ、長
距離伝送可能な光半導体素子を実現することができる。
電極領域と第２の電極領域とで吸収係数変化の大きい方
の電極領域に支配されるため、ＯＮ状態とＯＦＦ状態の
間で常に小さいαパラメータ値を得ることができてい
る。さらに、吸収係数についても、第１の電極領域と第
２の電極領域で補い合うことにより、素子全体としての
消光比は損なわれていない。従って、先の実施例と同様
に、高速変調時にも波長チャープが小さく抑えられ、長
距離伝送可能な光半導体素子を実現することができる。
【００３４】この実施例では、第１の電極領域と第２の
電極領域に印加する変調電圧振幅を２Ｖで同じとした
が、異なる電圧振幅で変調してもよい。また、第１の電
極と第２の電極の導波方向での領域長が同じである必要
もない。
電極領域に印加する変調電圧振幅を２Ｖで同じとした
が、異なる電圧振幅で変調してもよい。また、第１の電
極と第２の電極の導波方向での領域長が同じである必要
もない。
【００３５】なお、本発明は上述した各実施例に限定さ
れるものではない。実施例では、ＩｎＧａＡｓＰ系の光
半導体素子について説明したが、ＡｌＧａＩｎＰ系，Ｉ
ｎＧａＡｓＳｂ系，ＺｎＣｄＳＳｅ系など、様々な材料
系について本発明を適用することができる。また実施例
では、単体の半導体光変調器素子構造について説明した
が、これを半導体レーザ，光導波路，光増幅器等と集積
化した素子構造においても、本発明は有効である。
れるものではない。実施例では、ＩｎＧａＡｓＰ系の光
半導体素子について説明したが、ＡｌＧａＩｎＰ系，Ｉ
ｎＧａＡｓＳｂ系，ＺｎＣｄＳＳｅ系など、様々な材料
系について本発明を適用することができる。また実施例
では、単体の半導体光変調器素子構造について説明した
が、これを半導体レーザ，光導波路，光増幅器等と集積
化した素子構造においても、本発明は有効である。
【００３６】また、実施例では励起子波長の異なる量子
井戸層を積層方向に集積した構造、導波方向に積層した
構造について説明したが、これらを組み合わせた構造を
取ってもよい。さらには、励起子波長の異なる量子井戸
層を集積し、かつ導波方向に分割した電極を設けてもよ
い。また、本発明によれば、ＯＮ状態とＯＦＦ状態の間
で常に小さいαパラメータ値を得ることができるばかり
でなく、吸収係数やαパラメータの電圧依存性を制御す
ることも可能である。例えば、光ファイバ中での波長分
散特性等を考慮した上で、伝送に適した波長チャープ特
性を得ることもできる。
井戸層を積層方向に集積した構造、導波方向に積層した
構造について説明したが、これらを組み合わせた構造を
取ってもよい。さらには、励起子波長の異なる量子井戸
層を集積し、かつ導波方向に分割した電極を設けてもよ
い。また、本発明によれば、ＯＮ状態とＯＦＦ状態の間
で常に小さいαパラメータ値を得ることができるばかり
でなく、吸収係数やαパラメータの電圧依存性を制御す
ることも可能である。例えば、光ファイバ中での波長分
散特性等を考慮した上で、伝送に適した波長チャープ特
性を得ることもできる。
【００３７】その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲
で、種々変形して実施することができる。
で、種々変形して実施することができる。
【００３８】
【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、吸
収特性・波長チャープ特性の異なる構造を１つの素子中
に作り込んだ構成を有しており、吸収特性を補い合い、
かつＯＮ状態とＯＦＦ状態の間で常にいずれかの構造が
低チャープ特性を有するように構成されているので、素
子全体として消光比を損なうことなく低チャープ特性を
実現することができる。
収特性・波長チャープ特性の異なる構造を１つの素子中
に作り込んだ構成を有しており、吸収特性を補い合い、
かつＯＮ状態とＯＦＦ状態の間で常にいずれかの構造が
低チャープ特性を有するように構成されているので、素
子全体として消光比を損なうことなく低チャープ特性を
実現することができる。
【図１】第１の実施例に係わる光半導体素子の導波方向
に沿った断面図。
に沿った断面図。
【図２】第１の実施例に係わる光半導体素子の導波層構
造を具体的に示す断面図。
造を具体的に示す断面図。
【図３】第１の実施例に係わる光半導体素子の吸収係数
及びαパラメータの電界依存性を示す図。
及びαパラメータの電界依存性を示す図。
【図４】第２の実施例に係わる光半導体素子の導波方向
に沿った断面図。
に沿った断面図。
【図５】第２の実施例に係わる光半導体素子の導波層構
造を具体的に示す断面図。
造を具体的に示す断面図。
【図６】第３の実施例に係わる光半導体素子の導波方向
に沿った断面図。
に沿った断面図。
【図７】第３の実施例に係わる光半導体素子の吸収係数
及びαパラメータの電界依存性を示す図。
及びαパラメータの電界依存性を示す図。
【図８】第３の実施例に係わる光半導体素子の、ＯＮ状
態とＯＦＦ状態の間における吸収係数及びαパラメータ
を示す図。
態とＯＦＦ状態の間における吸収係数及びαパラメータ
を示す図。
１…ｎ型ＩｎＰ基板 ２…半導体導波層 ３…ｐ型ＩｎＰクラッド層 ４，４1 ，４2 …ｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層 ５，５1 ，５2 …ｐ型オーミック電極 ６…ｎ型オーミック電極 ７…低反射率コーティング膜 ２１，２２…ＩｎＧａＡｓ量子井戸層 ２３…ＩｎＧａＡｓＰバリア層 ２４，２５…ＩｎＧａＡｓＰ層 ２６…ＩｎＧａＡｓＰ量子井戸層
Claims (4)
- 【請求項１】量子井戸構造からなる半導体光導波路と、
この半導体光導波路に電気信号を入力する手段とを備え
た光半導体素子であって、 前記量子井戸構造は少なくとも２種類の量子井戸層から
なり、第１の量子井戸層の励起子波長と第２の量子井戸
層の励起子波長とが異なるように形成し、前記光導波路
としての（屈折率変化／吸収係数変化）の電界依存性
が、第１及び第２の量子井戸層のそれぞれにおける（屈
折率変化／吸収係数変化）の電界依存性よりも小さくな
るようにしたことを特徴とする光半導体素子。 - 【請求項２】前記量子井戸構造は半導体基板上に複数の
半導体層を積層して構成され、第１の量子井戸層と第２
の量子井戸層が、積層方向に集積されてなることを特徴
とする請求項１記載の光半導体素子。 - 【請求項３】第１の量子井戸層と第２の量子井戸層が、
導波方向に集積されてなることを特徴とする請求項１記
載の光半導体素子。 - 【請求項４】量子井戸構造からなる半導体光導波路と、
この半導体光導波路に電気信号を入力する手段とを備え
た光半導体素子であって、 前記電気信号を入力する手段として、前記半導体光導波
路の導波方向に分割した第１の電極と第２の電極の少な
くとも２つの電極を設け、かつ第１の電極と第２の電極
に異なるバイアス電圧及び同期した変調電圧を印加する
ことを特徴とする光半導体素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24845394A JPH0886988A (ja) | 1994-09-17 | 1994-09-17 | 光半導体素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24845394A JPH0886988A (ja) | 1994-09-17 | 1994-09-17 | 光半導体素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0886988A true JPH0886988A (ja) | 1996-04-02 |
Family
ID=17178365
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24845394A Pending JPH0886988A (ja) | 1994-09-17 | 1994-09-17 | 光半導体素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0886988A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH11266200A (ja) * | 1998-03-18 | 1999-09-28 | Fujitsu Ltd | 光ファイバ通信のための方法並びに該方法の実施に使用される装置及びシステム |
| JP2001281609A (ja) * | 2000-03-30 | 2001-10-10 | Mitsubishi Electric Corp | 光変調器及び光変調器付半導体レーザ装置、並びに光通信装置 |
-
1994
- 1994-09-17 JP JP24845394A patent/JPH0886988A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH11266200A (ja) * | 1998-03-18 | 1999-09-28 | Fujitsu Ltd | 光ファイバ通信のための方法並びに該方法の実施に使用される装置及びシステム |
| JP2001281609A (ja) * | 2000-03-30 | 2001-10-10 | Mitsubishi Electric Corp | 光変調器及び光変調器付半導体レーザ装置、並びに光通信装置 |
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