JPH0921985A - マッハツェンダー変調器及びその製造方法 - Google Patents
マッハツェンダー変調器及びその製造方法Info
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- JPH0921985A JPH0921985A JP7196087A JP19608795A JPH0921985A JP H0921985 A JPH0921985 A JP H0921985A JP 7196087 A JP7196087 A JP 7196087A JP 19608795 A JP19608795 A JP 19608795A JP H0921985 A JPH0921985 A JP H0921985A
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Landscapes
- Optical Integrated Circuits (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【課題】光ファイバーとの光学的結合ズレに対する耐性
を有し、安定な消光特性を示すマッハツェンダー変調器
を提供する。 【解決手段】分岐部１１３前方の入射光導波路１１１の
一部に入射導波光を波形整形するためのフィルター構造
１１２を設け、光ファイバーとの光学的結合ズレにより
生じた不完全な導波光を分岐部に到達する前に波形整形
する。これにより、２つの分岐光間の光強度、初期位相
等の差異が低減され、消光特性の劣化が抑制される。本
発明の構造を採用することにより実装工程上の許容公差
を高め、歩留まりを改善することができる。
を有し、安定な消光特性を示すマッハツェンダー変調器
を提供する。 【解決手段】分岐部１１３前方の入射光導波路１１１の
一部に入射導波光を波形整形するためのフィルター構造
１１２を設け、光ファイバーとの光学的結合ズレにより
生じた不完全な導波光を分岐部に到達する前に波形整形
する。これにより、２つの分岐光間の光強度、初期位相
等の差異が低減され、消光特性の劣化が抑制される。本
発明の構造を採用することにより実装工程上の許容公差
を高め、歩留まりを改善することができる。
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（要素）
となる光変調器に関し、特に消光比、動作電圧等の諸性
能が光ファイバーとの結合ズレに対して安定性を有する
マッハツェンダー（Mach-Zehnder）変調器の構造及び製
造方法に関する。
光情報処理システムにおいて重要なエレメント（要素）
となる光変調器に関し、特に消光比、動作電圧等の諸性
能が光ファイバーとの結合ズレに対して安定性を有する
マッハツェンダー（Mach-Zehnder）変調器の構造及び製
造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体レーザ、光変調器などの導波路型
光デバイスは、高速光通信システム、光情報処理システ
ムのキーエレメントの１つと考えられ、各所で研究開発
が活発化してきている。
光デバイスは、高速光通信システム、光情報処理システ
ムのキーエレメントの１つと考えられ、各所で研究開発
が活発化してきている。
【０００３】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。すなわち、半導体レーザ直接変調
方式にお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ほど、また伝送距離が長いほど顕
著になる。特に、既存の1.3μm零分散型ファイバーを用
いたシステムにおいて、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。
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。すなわち、半導体レーザ直接変調
方式にお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ほど、また伝送距離が長いほど顕
著になる。特に、既存の1.3μm零分散型ファイバーを用
いたシステムにおいて、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。
【０００４】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
ることにより解決できる。そのため、近年、外部光変調
器の開発が活発化している。
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
ることにより解決できる。そのため、近年、外部光変調
器の開発が活発化している。
【０００５】外部光変調器としては、LiNbO3等の誘電体
を用いたものと、InPやGaAsの半導体を用いたものとが
考えられるが、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、低電圧化も容易な半
導体光変調器への期待が近年高まりつつある。
を用いたものと、InPやGaAsの半導体を用いたものとが
考えられるが、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、低電圧化も容易な半
導体光変調器への期待が近年高まりつつある。
【０００６】半導体光変調器としては、バルク半導体の
フランツ・ケルデッシュ効果（Franz-Keldysh Effect）
や多重量子井戸構造における量子閉じ込めシュタルク効
果のように、電界を印加することにより吸収端が長波側
へシフトする効果を利用した吸収型光変調器と、バルク
半導体の電気光学効果（ポッケルス効果）や多重量子井
戸構造における量子閉じ込めシュタルク効果のように電
界を印加することにより屈折率が変化する効果を利用し
たマッハツェンダー型変調器が代表的なものである。
フランツ・ケルデッシュ効果（Franz-Keldysh Effect）
や多重量子井戸構造における量子閉じ込めシュタルク効
果のように、電界を印加することにより吸収端が長波側
へシフトする効果を利用した吸収型光変調器と、バルク
半導体の電気光学効果（ポッケルス効果）や多重量子井
戸構造における量子閉じ込めシュタルク効果のように電
界を印加することにより屈折率が変化する効果を利用し
たマッハツェンダー型変調器が代表的なものである。
【０００７】ところで、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ルははるかに小さ
いが、それでも零ではない。
直接変調方式に比べると波長チャーピルははるかに小さ
いが、それでも零ではない。
【０００８】一方、マッハツェンダー変調器は原理的に
チャーピングを零または負にすることができ、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。
チャーピングを零または負にすることができ、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。
【０００９】半導体マッハツェンダー変調器の例として
は、InGaAs／InAlAs多重量子井戸を導波層としたハイメ
サ型マッハツェンダー変調器が、佐野らにより文献（19
93年電子情報通信学会春季大会講演論文集、分冊４，４
−１８６頁、講演番号Ｃ−１５０）に報告されている。
は、InGaAs／InAlAs多重量子井戸を導波層としたハイメ
サ型マッハツェンダー変調器が、佐野らにより文献（19
93年電子情報通信学会春季大会講演論文集、分冊４，４
−１８６頁、講演番号Ｃ−１５０）に報告されている。
【００１０】この報告例では、1.55μmの入射光波長に
対し、6.5nmのInGaAsウェルと6.0nmのInAlAsバリアでMQ
W（Multi-Quantum Well；多重量子井戸）を構成し、そ
のバンドギャップ波長1.45μmとしている。
対し、6.5nmのInGaAsウェルと6.0nmのInAlAsバリアでMQ
W（Multi-Quantum Well；多重量子井戸）を構成し、そ
のバンドギャップ波長1.45μmとしている。
【００１１】導波層はこのInGaAs／InAlAs MQW30周期
よりなり、素子長は1.2mm、電界が印加される２つの位
相変調器部は同一の長さ（0.5mm）、同一の構造を有し
ている。
よりなり、素子長は1.2mm、電界が印加される２つの位
相変調器部は同一の長さ（0.5mm）、同一の構造を有し
ている。
【００１２】なお、この素子では、波長1.55μmの入射
光に対する変調電圧（半波長電圧）は4.2V、その時の消
光比は13dB、ファイバー間挿入損失は12dBである。
光に対する変調電圧（半波長電圧）は4.2V、その時の消
光比は13dB、ファイバー間挿入損失は12dBである。
【００１３】このように、半導体材料、特に多重量子井
戸構造を屈折率変化媒体として用いてマッハツェンダー
変調器を構成すると、LiNbO3などの誘電体材料を用いた
場合の大きさ数十mmに比べて大きさが1mmと非常に小型
の変調器が実現できるという利点がある。
戸構造を屈折率変化媒体として用いてマッハツェンダー
変調器を構成すると、LiNbO3などの誘電体材料を用いた
場合の大きさ数十mmに比べて大きさが1mmと非常に小型
の変調器が実現できるという利点がある。
【００１４】ところで、これら単体のマッハツェンダー
変調器は、通常光ファイバー間に設置され、その入出力
端で光学的に光ファイバーとの空間結合がなされてい
る。
変調器は、通常光ファイバー間に設置され、その入出力
端で光学的に光ファイバーとの空間結合がなされてい
る。
【００１５】しかしながら、この構成は、実装工程上の
外乱その他の要因により光学的結合にズレを生じ易く、
変調器の消光特性を劣化させることが懸念される。
外乱その他の要因により光学的結合にズレを生じ易く、
変調器の消光特性を劣化させることが懸念される。
【００１６】そこで、実際の光通信システムにおいて
は、前記光学的結合ズレに対して耐性を有する変調器の
実現が望まれている。
は、前記光学的結合ズレに対して耐性を有する変調器の
実現が望まれている。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】上述のように、従来の
半導体マッハツェンダー変調器では、光ファイバー間に
変調器を設置し、光ファイバーと変調器間を光学的に空
間結合しているために、ファイバーと変調器入出力導波
路端との位置ズレによる諸特性の劣化が懸念される。
半導体マッハツェンダー変調器では、光ファイバー間に
変調器を設置し、光ファイバーと変調器間を光学的に空
間結合しているために、ファイバーと変調器入出力導波
路端との位置ズレによる諸特性の劣化が懸念される。
【００１８】位置ズレの状態で入射された光波は、入力
導波路を蛇行しながら伝搬し、分岐部において非対称な
状態で分岐される。即ち、２つの分岐光は異なる光強度
と初期位相をもつことになる。
導波路を蛇行しながら伝搬し、分岐部において非対称な
状態で分岐される。即ち、２つの分岐光は異なる光強度
と初期位相をもつことになる。
【００１９】この分岐光間の光強度の違いは、干渉効果
を低下させ消光比劣化を引き起こす。
を低下させ消光比劣化を引き起こす。
【００２０】また、分岐光間の初期位相差は変調信号に
対する動作点を変移させ、同様に消光特性を劣化させ
る。
対する動作点を変移させ、同様に消光特性を劣化させ
る。
【００２１】従って、実際の光通信システムへの適用に
おいては、外乱その他の要因による光学的な結合ズレ
は、そのシステムの信頼性を著しく低下させるという問
題がある。
おいては、外乱その他の要因による光学的な結合ズレ
は、そのシステムの信頼性を著しく低下させるという問
題がある。
【００２２】本発明は、上記問題を解消するために、光
ファイバーと入力導波路との光学的結合のズレによって
生じた不整合なエバネッセント成分を分岐部前方で除去
し、蛇行する光波を整形すればよいという知見に基づき
なされたものであり、本発明の目的は、光学的結合ズレ
によって生じた光波を分岐部前方で整形するような機能
を付加することにより、前記結合ズレに対して耐性を有
するマッハツェンダー変調器の構造及び製造方法を提供
することにある。
ファイバーと入力導波路との光学的結合のズレによって
生じた不整合なエバネッセント成分を分岐部前方で除去
し、蛇行する光波を整形すればよいという知見に基づき
なされたものであり、本発明の目的は、光学的結合ズレ
によって生じた光波を分岐部前方で整形するような機能
を付加することにより、前記結合ズレに対して耐性を有
するマッハツェンダー変調器の構造及び製造方法を提供
することにある。
【００２３】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明は、基板上に、入射光を導波させる入射光導
波路と導波光を２本の導波路へ分配する分岐部と、この
分岐部より分岐された２本の導波路の各々に接続された
位相変調器部及び２つの位相変調器の出力を合波させる
合波部と合波光を出力させる出力光導波路が形成されて
なる導波型マッハツェンダー変調器であって、前記分岐
部前方で不完全導波成分を除去し、導波光の波形整形を
行うために入射光導波路と分岐部との間に光フィルター
部を有することを特徴とするマッハツェンダー変調器を
提供する。
め、本発明は、基板上に、入射光を導波させる入射光導
波路と導波光を２本の導波路へ分配する分岐部と、この
分岐部より分岐された２本の導波路の各々に接続された
位相変調器部及び２つの位相変調器の出力を合波させる
合波部と合波光を出力させる出力光導波路が形成されて
なる導波型マッハツェンダー変調器であって、前記分岐
部前方で不完全導波成分を除去し、導波光の波形整形を
行うために入射光導波路と分岐部との間に光フィルター
部を有することを特徴とするマッハツェンダー変調器を
提供する。
【００２４】また、本発明は、基板上に、入射光を導波
させる入射光導波路と導波光を２本の導波路へ分配する
分岐部と、この分岐部より分岐された２本の導波路の各
々に接続された位相変調器部及び２つの位相変調器の出
力を合波させる合波部と合波光を出力させる出力光導波
路が形成されてなる導波型マッハツェンダー変調器であ
って、入射光導波路と分岐部との間に入射光導波路と光
導波路の幅が異なる光導波路が挿入されていることを特
徴とするマッハツェンダー変調器を提供する。
させる入射光導波路と導波光を２本の導波路へ分配する
分岐部と、この分岐部より分岐された２本の導波路の各
々に接続された位相変調器部及び２つの位相変調器の出
力を合波させる合波部と合波光を出力させる出力光導波
路が形成されてなる導波型マッハツェンダー変調器であ
って、入射光導波路と分岐部との間に入射光導波路と光
導波路の幅が異なる光導波路が挿入されていることを特
徴とするマッハツェンダー変調器を提供する。
【００２５】さらに、本発明は、基板上に、入射光を導
波させる入射光導波路と導波光を２本の導波路へ分配す
る分岐部と、この分岐部より分岐された２本の導波路の
各々に接続された位相変調器部及び２つの位相変調器の
出力を合波させる合波部と合波光を出力させる出力光導
波路が形成されてなる導波型マッハツェンダー変調器で
あって、入射光導波路と分岐部前方との間に入射光導波
路の幅よりも狭い幅を有する光導波路が挿入されている
ことを特徴とするマッハツェンダー変調器を提供する。
波させる入射光導波路と導波光を２本の導波路へ分配す
る分岐部と、この分岐部より分岐された２本の導波路の
各々に接続された位相変調器部及び２つの位相変調器の
出力を合波させる合波部と合波光を出力させる出力光導
波路が形成されてなる導波型マッハツェンダー変調器で
あって、入射光導波路と分岐部前方との間に入射光導波
路の幅よりも狭い幅を有する光導波路が挿入されている
ことを特徴とするマッハツェンダー変調器を提供する。
【００２６】本発明においては、好ましくは、基板とし
てニオブ酸リチウムを用いることを特徴とする。
てニオブ酸リチウムを用いることを特徴とする。
【００２７】また、本発明においては、好ましくは、基
板として半導体材料を用いることを特徴とする。
板として半導体材料を用いることを特徴とする。
【００２８】そして、本発明は、半導体基板上に半導体
バッファ層、半導体導波層、半導体クラッド層を順次積
層した後に、前記半導体クラッド層上部に選択成長用の
誘電体マスクを形成し、次に、該誘電体マスクを用いて
形成された空隙部に半導体クラッド層及び半導体キャッ
プ層を選択的に形成し、該半導体キャップ層上にマッハ
ツェンダー変調器の位相変調器部の半導体導波層に電界
を印加するための電極を設ける、各工程を含み、前記選
択成長用の誘電体マスクには、マッハツェンダー変調器
の入射光導波路と分岐部との間の光導波路として前記入
射光導波路と幅が異なる光導波路が形成されるようにパ
ターン形成されたことを特徴とするマッハツェンダー変
調器の製造方法を提供する。
バッファ層、半導体導波層、半導体クラッド層を順次積
層した後に、前記半導体クラッド層上部に選択成長用の
誘電体マスクを形成し、次に、該誘電体マスクを用いて
形成された空隙部に半導体クラッド層及び半導体キャッ
プ層を選択的に形成し、該半導体キャップ層上にマッハ
ツェンダー変調器の位相変調器部の半導体導波層に電界
を印加するための電極を設ける、各工程を含み、前記選
択成長用の誘電体マスクには、マッハツェンダー変調器
の入射光導波路と分岐部との間の光導波路として前記入
射光導波路と幅が異なる光導波路が形成されるようにパ
ターン形成されたことを特徴とするマッハツェンダー変
調器の製造方法を提供する。
【００２９】さらに、本発明は、(a)半導体基板上に半
導体バッファ層、半導体導波層、半導体クラッド層を順
次積層する工程と、(b)前記クラッド層上部に選択成長
用の誘電体マスクを形成する工程と、(c)該誘電体マス
クにより形成された空隙部に半導体クラッド層及び半導
体キャップ層を選択的に形成する工程と、(d)基板の上
面全体に所定の誘電体保護膜を形成する工程と、(e)マ
ッハツェンダー変調器の位相変調器部に相当する部位の
前記誘電体保護膜を除去する工程と、(f)前記誘電体保
護膜を除去して露出された前記半導体キャップ層の上に
前記位相変調器部の半導体導波層に電界を印加するため
の電極を形成する工程と、(g)前記電極下部以外の前記
誘電体保護膜を除去する工程と、を含み、前記誘電体マ
スクにおいて、半導体マッハツェンダー変調器の入射光
導波路と分岐部との間に入射光導波路と光導波路の幅が
異なる光導波路が形成されるように、前記誘電体マスク
の空隙部の幅が異ならしめられていることを特徴とする
マッハツェンダー変調器の製造方法を提供する。
導体バッファ層、半導体導波層、半導体クラッド層を順
次積層する工程と、(b)前記クラッド層上部に選択成長
用の誘電体マスクを形成する工程と、(c)該誘電体マス
クにより形成された空隙部に半導体クラッド層及び半導
体キャップ層を選択的に形成する工程と、(d)基板の上
面全体に所定の誘電体保護膜を形成する工程と、(e)マ
ッハツェンダー変調器の位相変調器部に相当する部位の
前記誘電体保護膜を除去する工程と、(f)前記誘電体保
護膜を除去して露出された前記半導体キャップ層の上に
前記位相変調器部の半導体導波層に電界を印加するため
の電極を形成する工程と、(g)前記電極下部以外の前記
誘電体保護膜を除去する工程と、を含み、前記誘電体マ
スクにおいて、半導体マッハツェンダー変調器の入射光
導波路と分岐部との間に入射光導波路と光導波路の幅が
異なる光導波路が形成されるように、前記誘電体マスク
の空隙部の幅が異ならしめられていることを特徴とする
マッハツェンダー変調器の製造方法を提供する。
【００３０】
【作用】以下に、図５、図６、図７、図８を用いて本発
明の半導体マッハツェンダー変調器の原理・作用を説明
する。
明の半導体マッハツェンダー変調器の原理・作用を説明
する。
【００３１】図５及び図６は、それぞれ従来のマッハツ
ェンダー変調器と、フィルター機能を付加した本発明の
マッハツェンダー変調器において、光学的結合ズレを有
する光波の伝搬の様子を示している。
ェンダー変調器と、フィルター機能を付加した本発明の
マッハツェンダー変調器において、光学的結合ズレを有
する光波の伝搬の様子を示している。
【００３２】また、図７及び図８は、それぞれ従来のマ
ッハツェンダー変調器と、フィルター機能を付加した本
発明のマッハツェンダー変調器に対応する２つの分岐光
の光強度比と初期位相差を示している。なお、図７の光
強度比（パワー分岐比）は、図９に示すように分岐部
（Y-Splitter）にて分岐された２つの分岐光のパワーを
それぞれＰ１、Ｐ２とした際に１０ｌｏｇ（Ｐ１／Ｐ
２）で与えられる。また、図８の初期位相差は、図９の
２つの分岐光の位相をそれぞれφ１、φ２とした際に｜
φ１−φ２｜で与えられる。
ッハツェンダー変調器と、フィルター機能を付加した本
発明のマッハツェンダー変調器に対応する２つの分岐光
の光強度比と初期位相差を示している。なお、図７の光
強度比（パワー分岐比）は、図９に示すように分岐部
（Y-Splitter）にて分岐された２つの分岐光のパワーを
それぞれＰ１、Ｐ２とした際に１０ｌｏｇ（Ｐ１／Ｐ
２）で与えられる。また、図８の初期位相差は、図９の
２つの分岐光の位相をそれぞれφ１、φ２とした際に｜
φ１−φ２｜で与えられる。
【００３３】本発明のマッハツェンダー変調器では、分
岐部前段に設けられたフィルター部で不整合なエバネッ
セント成分が放射されることにより、導波光は波形整形
され、分岐部で生じた２つの光波間での強度比及び初期
位相差の差異が小さく、分岐光の対称性が保たれる。
岐部前段に設けられたフィルター部で不整合なエバネッ
セント成分が放射されることにより、導波光は波形整形
され、分岐部で生じた２つの光波間での強度比及び初期
位相差の差異が小さく、分岐光の対称性が保たれる。
【００３４】これに対して、従来のマッハツェンダー変
調器では、導波光の蛇行により２つの分岐光間で強度比
及び初期位相差の差異が大きくなり、分岐光間に非対称
が生じる。
調器では、導波光の蛇行により２つの分岐光間で強度比
及び初期位相差の差異が大きくなり、分岐光間に非対称
が生じる。
【００３５】このように、本発明のマッハツェンダー変
調器は、分岐部前方に不整合光波成分を除去するような
フィルター機能を有しており、光学的結合ズレにより生
じた蛇行する不完全な導波光を波形整形した後に、分岐
部に送波するしくみとなっている。
調器は、分岐部前方に不整合光波成分を除去するような
フィルター機能を有しており、光学的結合ズレにより生
じた蛇行する不完全な導波光を波形整形した後に、分岐
部に送波するしくみとなっている。
【００３６】これにより、本発明のマッハツェンダー変
調器では、２つの分岐光間に生じる光強度差及び初期位
相差を抑制し、前記結合ズレによって生じる消光特性の
劣化を防ぐことができる構造となっている。
調器では、２つの分岐光間に生じる光強度差及び初期位
相差を抑制し、前記結合ズレによって生じる消光特性の
劣化を防ぐことができる構造となっている。
【００３７】
【発明の実施の形態】図面を参照して、本発明の実施の
形態を以下に詳細に説明する。
形態を以下に詳細に説明する。
【００３８】図１は、本発明の一実施形態に係るマッハ
ツェンダー変調器として、InP系多重量子井戸をガイド
層とする半導体マッハツェンダー変調器の構成を説明す
るための斜視図である。
ツェンダー変調器として、InP系多重量子井戸をガイド
層とする半導体マッハツェンダー変調器の構成を説明す
るための斜視図である。
【００３９】まず図１に示した半導体マッハツェンダー
変調器の製造方法について図２及び図３を用いて説明す
る。なお、図２（Ａ）から図３（Ｆ）は、図１に示した
Ａ−Ａ′線の断面を製造工程順に模式的に示している。
変調器の製造方法について図２及び図３を用いて説明す
る。なお、図２（Ａ）から図３（Ｆ）は、図１に示した
Ａ−Ａ′線の断面を製造工程順に模式的に示している。
【００４０】まず、（１００）面方位のn-InP基板１０
１上全面に、n-Inpバッファー層１０２（膜厚0.5μm、
キャリアー濃度5×1017cm-3）、i-InGaAs PMQW導波層
（ガイド層）１０３（InGaAsP(10nm)／InP(5nm)20周
期：膜厚0.3μm、キャリアー濃度5×1015cm-3）、i-InP
クラッド層１０４（層厚0.05μm、キャリアー濃度5×10
15cm-3）を順次積層する（図２（Ａ）参照）。
１上全面に、n-Inpバッファー層１０２（膜厚0.5μm、
キャリアー濃度5×1017cm-3）、i-InGaAs PMQW導波層
（ガイド層）１０３（InGaAsP(10nm)／InP(5nm)20周
期：膜厚0.3μm、キャリアー濃度5×1015cm-3）、i-InP
クラッド層１０４（層厚0.05μm、キャリアー濃度5×10
15cm-3）を順次積層する（図２（Ａ）参照）。
【００４１】次に、i-InPクラッド層１０４全面に、選
択成長用の誘電体マスクとなる膜厚1200オングストロー
ム（120nm）のSiO2膜を形成する。続いて、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
グし、選択成長用SiO2マスク２０１を形成する（図２
（Ｂ）参照）。
択成長用の誘電体マスクとなる膜厚1200オングストロー
ム（120nm）のSiO2膜を形成する。続いて、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
グし、選択成長用SiO2マスク２０１を形成する（図２
（Ｂ）参照）。
【００４２】図４に、選択成長用SiO2マスク２０１のウ
ェハー上面から見たパターンを示す。
ェハー上面から見たパターンを示す。
【００４３】分岐部１１３の前方に導波路幅の狭いフィ
ルター部１１２を形成する（図１参照）ために、図４に
示すように、選択成長用SiO2マスク２０１の形状におい
ても対応する位置のマスク開口部を狭くしている。
ルター部１１２を形成する（図１参照）ために、図４に
示すように、選択成長用SiO2マスク２０１の形状におい
ても対応する位置のマスク開口部を狭くしている。
【００４４】次に、該SiO2膜をマスクとしてその空隙部
に選択ＭＯＶＰＥ成長を用いてp-InPクラッド層１０
５、p-InGaAsキャップ層１０６を順次積層する（図２
（Ｃ）参照）。
に選択ＭＯＶＰＥ成長を用いてp-InPクラッド層１０
５、p-InGaAsキャップ層１０６を順次積層する（図２
（Ｃ）参照）。
【００４５】続いて、ウェハー全面にポリイミド膜を塗
布し、p-InGaAsキャップ層１０６が露出するまで該ポリ
イミド膜を一様に除去する（図２（Ｄ）参照）。
布し、p-InGaAsキャップ層１０６が露出するまで該ポリ
イミド膜を一様に除去する（図２（Ｄ）参照）。
【００４６】露出したp-InGaAsキャップ層１０６上部に
Cr／Auからなるｐ側電極１０９を形成し、ｐ側電極１０
９下部以外のポリイミド膜を除去する（図３（Ｅ））。
ｐ側電極１０９下部以外のポリイミド膜を除去すること
により、後の素子のへき開工程を容易化する。
Cr／Auからなるｐ側電極１０９を形成し、ｐ側電極１０
９下部以外のポリイミド膜を除去する（図３（Ｅ））。
ｐ側電極１０９下部以外のポリイミド膜を除去すること
により、後の素子のへき開工程を容易化する。
【００４７】次に、n-InP基板１０１の裏面にCr／Auか
らなるｎ側電極１０８を形成する（図３（Ｆ）参照）。
らなるｎ側電極１０８を形成する（図３（Ｆ）参照）。
【００４８】最後に素子をへき開し、へき開端面に無反
射コーティングを施して素子製作を終了する。
射コーティングを施して素子製作を終了する。
【００４９】以上の製造方法により製作された図１に示
した半導体マッハツェンダー変調器に対して、入射導波
路端に光波の基本モードをずらして入射した時の光導波
路の計算結果を図５に示す。
した半導体マッハツェンダー変調器に対して、入射導波
路端に光波の基本モードをずらして入射した時の光導波
路の計算結果を図５に示す。
【００５０】また、図６にフィルター構造を導入しない
場合の光波伝搬の様子を示す。
場合の光波伝搬の様子を示す。
【００５１】図５と図６の比較から、フィルター構造を
導入した本実施形態によれば、分岐部前方で光波の蛇行
が抑制され、分岐後の２つの導波光強度の非対称性が改
善されている。
導入した本実施形態によれば、分岐部前方で光波の蛇行
が抑制され、分岐後の２つの導波光強度の非対称性が改
善されている。
【００５２】さらに、図７及び図８は、それぞれ分岐部
直後２つの導波光間の強度比及び位相差の計算結果を示
したものである。
直後２つの導波光間の強度比及び位相差の計算結果を示
したものである。
【００５３】フィルター機能を有する本実施形態の構造
においては、フィルター機能を導入しない場合に比べて
光強度比及び位相差の両方においてその差異が低減さ
れ、対称性が保たれている。
においては、フィルター機能を導入しない場合に比べて
光強度比及び位相差の両方においてその差異が低減さ
れ、対称性が保たれている。
【００５４】このように、分岐部の前方（前段側）にお
ける導波路の幅の一部を狭くしたようなフィルター構造
を有する本実施形態のマッハツェンダー変調器は、光フ
ァイバーとの光学的な結合ズレに対して耐性を有し、光
通信システムの構築に際し、信頼性を確保することが可
能となる。
ける導波路の幅の一部を狭くしたようなフィルター構造
を有する本実施形態のマッハツェンダー変調器は、光フ
ァイバーとの光学的な結合ズレに対して耐性を有し、光
通信システムの構築に際し、信頼性を確保することが可
能となる。
【００５５】また、本実施形態の半導体マッハツェンダ
ー変調器の製造方法では、選択ＭＯＶＰＥ成長法を用い
ることによりフィルター部を含めたリッジ導波路を一括
形成しており、エッチング工程が不要（すなわちクラッ
ド層１０５、キャップ層１０６等は選択成長で形成され
エッチング工程は不要）であることから、同一ウェハー
上で均一にかつ再現性良く、本実施形態のマッハツェン
ダー変調器を実現することができる。
ー変調器の製造方法では、選択ＭＯＶＰＥ成長法を用い
ることによりフィルター部を含めたリッジ導波路を一括
形成しており、エッチング工程が不要（すなわちクラッ
ド層１０５、キャップ層１０６等は選択成長で形成され
エッチング工程は不要）であることから、同一ウェハー
上で均一にかつ再現性良く、本実施形態のマッハツェン
ダー変調器を実現することができる。
【００５６】なお、図１に示しマッハツェンダー変調器
においては、電極容量の低減化を図るためにパット電極
下部にポリイミド膜６０１を厚く積層しているので、高
速変調が可能な構造となっている。
においては、電極容量の低減化を図るためにパット電極
下部にポリイミド膜６０１を厚く積層しているので、高
速変調が可能な構造となっている。
【００５７】本発明は、上記の実施形態に限定されるも
のではない。上記実施形態としては、InP系の多重量子
井戸構造のマッハツェンダー変調器を例に説明したが、
本発明は、これに限るものではなく、Al系のInGaAs／In
AlAs多重量子井戸に対しても適用できる。また、本発明
は、多重量子井戸型導波路構造のみならずバルク型導波
路構造のマッハツェンダー変調器に対しても同様に適用
可能である。さらに、本発明は、上記実施形態で示した
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勿論である。
のではない。上記実施形態としては、InP系の多重量子
井戸構造のマッハツェンダー変調器を例に説明したが、
本発明は、これに限るものではなく、Al系のInGaAs／In
AlAs多重量子井戸に対しても適用できる。また、本発明
は、多重量子井戸型導波路構造のみならずバルク型導波
路構造のマッハツェンダー変調器に対しても同様に適用
可能である。さらに、本発明は、上記実施形態で示した
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勿論である。
【００５８】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
光ファイバーとの光学的な結合ズレに対して消光特性の
劣化を抑制し、信頼性の高い変調動作を有するマッハツ
ェンダー変調器を実現することができるという効果を有
する。
光ファイバーとの光学的な結合ズレに対して消光特性の
劣化を抑制し、信頼性の高い変調動作を有するマッハツ
ェンダー変調器を実現することができるという効果を有
する。
【００５９】特に、半導体マッハツェンダー変調器の製
作において、本発明では、半導体エッチング工程を用い
ずに、選択成長の差異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
な結晶成長により導波路構造を形成する。このため、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はるかに容易である。従っ
て、本発明の製造方法によれば、光学的結合ズレに対し
て消光特性の劣化耐性を有するマッハツェンダー変調器
を再現性よく、ウェハー上の広い面積に渡って製造する
ことができる。
作において、本発明では、半導体エッチング工程を用い
ずに、選択成長の差異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
な結晶成長により導波路構造を形成する。このため、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はるかに容易である。従っ
て、本発明の製造方法によれば、光学的結合ズレに対し
て消光特性の劣化耐性を有するマッハツェンダー変調器
を再現性よく、ウェハー上の広い面積に渡って製造する
ことができる。
【図１】本発明の一実施形態であるInGaAsP／InP多重量
子井戸マッハツェンダー変調器の構造を示す斜視図であ
る。
子井戸マッハツェンダー変調器の構造を示す斜視図であ
る。
【図２】本発明の一実施形態に係るInGaAsP／InP多重量
子井戸マッハツェンダー変調器の製造方法を製造工程順
に説明するための図である。
子井戸マッハツェンダー変調器の製造方法を製造工程順
に説明するための図である。
【図３】本発明の一実施形態に係るInGaAsP／InP多重量
子井戸マッハツェンダー変調器の製造方法を製造工程順
に説明するための図である。
子井戸マッハツェンダー変調器の製造方法を製造工程順
に説明するための図である。
【図４】本発明の一実施形態に係るInGaAsP／InP多重量
子井戸マッハツェンダー変調器を製造する際の選択成長
用マスクパターンの例を示す平面図である。
子井戸マッハツェンダー変調器を製造する際の選択成長
用マスクパターンの例を示す平面図である。
【図５】フィルター構造を有する本発明の一実施形態の
マッハツェンダー変調器における光波伝搬の様子を示す
計算結果の斜視図である。
マッハツェンダー変調器における光波伝搬の様子を示す
計算結果の斜視図である。
【図６】従来のマッハツェンダー変調器における光波伝
搬の様子を示す計算結果の斜視図である。
搬の様子を示す計算結果の斜視図である。
【図７】本発明の一実施形態に係るマッハツェンダー変
調器及び従来のマッハツェンダー変調器における分岐部
直後の分岐光間の光強度比の計算結果を示す図である。
調器及び従来のマッハツェンダー変調器における分岐部
直後の分岐光間の光強度比の計算結果を示す図である。
【図８】本発明の一実施形態に係るマッハツェンダー変
調器及び従来のマッハツェンダー変調器における分岐部
直後の分岐光間の位相差の計算結果を示す図である。
調器及び従来のマッハツェンダー変調器における分岐部
直後の分岐光間の位相差の計算結果を示す図である。
【図９】分岐部（Y-Splitter）直後の分岐光間のパワー
と位相差の関係を模式的に説明するための図である。
と位相差の関係を模式的に説明するための図である。
１０１ n-InP基板 １０２ n-InPバッファ層 １０３ i-InGaAsP/InP MQWガイド層 １０４ i-InPクラッド層 １０５ p-InPクラッド層 １０６ p-InGaAsキャップ層 １０８ ｎ側電極 １０９ ｐ側電極 ６０１ ポリイミド膜 １１１ 入射光導波路 １１２ フィルター部 １１３ 分岐部 １１４ 位相変調器部 １１５ 合波部 １１６ 出力光導波路部 ２０１ 選択成長用SiO2マスク
Claims (8)
- 【請求項１】基板上に、入射光を導波させる入射光導波
路と、導波光を２本の導波路へ分配する分岐部と、該分
岐部より分岐された２本の導波路にそれぞれ接続された
位相変調器部と、該２つの位相変調器の出力を合波させ
る合波部と、合波光を出力させる出力光導波路と、が形
成されてなる導波型マッハツェンダー変調器であって、 前記入射光導波路と前記分岐部との間に、前記分岐部前
方にて不完全導波成分を除去し導波光の波形整形を行う
光フィルター部を有することを特徴とするマッハツェン
ダー変調器。 - 【請求項２】基板上に、入射光を導波させる入射光導波
路と、導波光を２本の導波路へ分配する分岐部と、該分
岐部より分岐された２本の導波路にそれぞれ接続された
位相変調器部と、該２つの位相変調器の出力を合波させ
る合波部と、合波光を出力させる出力光導波路と、が形
成されてなる導波型マッハツェンダー変調器であって、 前記入射光導波路と前記分岐部との間に前記入射光導波
路と光導波路の幅が異なる光導波路が挿入されているこ
とを特徴とするマッハツェンダー変調器。 - 【請求項３】基板上に、入射光を導波させる入射光導波
路と、導波光を２本の導波路へ分配する分岐部と、該分
岐部より分岐された２本の導波路にそれぞれ接続された
位相変調器部と、該２つの位相変調器の出力を合波させ
る合波部と、合波光を出力させる出力光導波路と、が形
成されてなる導波型マッハツェンダー変調器であって、 前記入射光導波路と前記分岐部前方との間に前記入射光
導波路の幅よりも狭い幅を有する光導波路が挿入されて
いることを特徴とするマッハツェンダー変調器。 - 【請求項４】前記基板がニオブ酸リチウムからなること
を特徴とする請求項１から３のいずれか一に記載のマッ
ハツェンダー変調器。 - 【請求項５】前記基板が半導体材料からなることを特徴
とする請求項１から３のいずれか一に記載のマッハツェ
ンダー変調器。 - 【請求項６】半導体基板上に半導体バッファ層、半導体
導波層、半導体クラッド層を順次積層した後に、 前記半導体クラッド層上部に選択成長用の誘電体マスク
を形成し、 次に、該誘電体マスクを用いて形成された空隙部に第２
の半導体クラッド層及び半導体キャップ層を選択的に形
成し、 該半導体キャップ層上にマッハツェンダー変調器の位相
変調器部の半導体導波層に電界を印加するための電極を
設ける、各工程を含み、 前記選択成長用の誘電体マスクには、前記マッハツェン
ダー変調器の入射光導波路と分岐部との間の光導波路と
して前記入射光導波路と幅が異なる光導波路が形成され
るようにパターン形成されたことを特徴とするマッハツ
ェンダー変調器の製造方法。 - 【請求項７】(a)半導体基板上に半導体バッファ層、半
導体導波層、半導体クラッド層を順次積層する工程と、 (b)前記クラッド層上部に選択成長用の誘電体マスクを
形成する工程と、 (c)該誘電体マスクにより形成された空隙部に半導体ク
ラッド層及び半導体キャップ層を選択的に形成する工程
と、 (d)基板の上面全体に所定の誘電体保護膜を形成する工
程と、 (e)マッハツェンダー変調器の位相変調器部に相当する
部位の前記誘電体保護膜を除去する工程と、 (f)前記誘電体保護膜を除去して露出された前記半導体
キャップ層の上に前記位相変調器部の半導体導波層に電
界を印加するための電極を形成する工程と、 (g)前記電極下部以外の前記誘電体保護膜を除去する工
程と、 を含み、 前記誘電体マスクにおいて、半導体マッハツェンダー変
調器の入射光導波路と分岐部との間に入射光導波路と光
導波路の幅が異なる光導波路が形成されるように、前記
誘電体マスクの空隙部の幅が異ならしめられていること
を特徴とするマッハツェンダー変調器の製造方法。 - 【請求項８】前記工程（d）の前記所定の誘電体保護膜
が少なくともポリイミド膜を含み、 前記工程（g）において、前記電極下部以外の前記ポリ
イミド膜を除去することを特徴とする請求項７記載のマ
ッハツェンダー変調器の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7196087A JPH0921985A (ja) | 1995-07-07 | 1995-07-07 | マッハツェンダー変調器及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7196087A JPH0921985A (ja) | 1995-07-07 | 1995-07-07 | マッハツェンダー変調器及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0921985A true JPH0921985A (ja) | 1997-01-21 |
Family
ID=16351999
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7196087A Pending JPH0921985A (ja) | 1995-07-07 | 1995-07-07 | マッハツェンダー変調器及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0921985A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107026391A (zh) * | 2017-04-27 | 2017-08-08 | 中国科学院半导体研究所 | 多波长混合集成光发射阵列 |
| EP4067982A1 (en) * | 2021-03-31 | 2022-10-05 | IMEC USA NANOELECTRONICS DESIGN CENTER, Inc. | Electro-optic modulators that include caps for optical confinement |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02136822A (ja) * | 1988-11-18 | 1990-05-25 | Nec Corp | 光変調器 |
| JPH0521904A (ja) * | 1991-07-10 | 1993-01-29 | Nec Corp | 半導体光制御素子およびその製造方法 |
| JPH06172330A (ja) * | 1991-08-13 | 1994-06-21 | Fuji Photo Film Co Ltd | 抗癌性組成物 |
| JPH06268316A (ja) * | 1993-03-12 | 1994-09-22 | Hitachi Ltd | 半導体光素子 |
| JPH07142699A (ja) * | 1993-11-19 | 1995-06-02 | Hitachi Ltd | 半導体光集積素子及びその製造方法 |
-
1995
- 1995-07-07 JP JP7196087A patent/JPH0921985A/ja active Pending
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| EP4067982A1 (en) * | 2021-03-31 | 2022-10-05 | IMEC USA NANOELECTRONICS DESIGN CENTER, Inc. | Electro-optic modulators that include caps for optical confinement |
| US11841563B2 (en) | 2021-03-31 | 2023-12-12 | IMEC USA NANOELECTRONICS DESIGN CENTER, Inc. | Electro-optic modulators that include caps for optical confinement |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 19980120 |