JPS6017717A - 半導体光変調素子 - Google Patents

半導体光変調素子

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JPS6017717A
JPS6017717A JP58125471A JP12547183A JPS6017717A JP S6017717 A JPS6017717 A JP S6017717A JP 58125471 A JP58125471 A JP 58125471A JP 12547183 A JP12547183 A JP 12547183A JP S6017717 A JPS6017717 A JP S6017717A
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重幸 秋葉
Katsuyuki Uko
宇高 勝之
Kazuo Sakai
堺 和夫
Yuichi Matsushima
松島 裕一
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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。

Description

【発明の詳細な説明】 (技術分野) 本発明は光変調素子に係シ、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。
(背景技術) 光フア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屈折率も変動し、ひいて
は、発振する光の波長が大きく変動する。
従って、直接変調された半導体レーザのスペクトル幅は
1、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アイバ伝送におい
て信号劣化の要因となシ、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
調する必要があシ、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調素子としては、第1図の方向性結
合形、第2図のマツハツエンダ−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り、1およ
び2の光導波路をZ、isb o 3等の結晶上に製作
し、電極3,4を設け、変調信号5で入力光を制御して
出力光を得るものである。
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、はとんどが電気光学効果すなわち、制御電界による
rAybo、結晶又は光導波路2の屈折率の微小変化を
利用して、伝搬する光の位相あるいは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数n
unから数mと長くなる欠点がある。また、第1図およ
び第2図に見られるように、2つの導波路]、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、かつ導波路の断面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の詳細な
説明する。
(発明の構成および作用) 第3図(α)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図を示している。
以下の説明においては、InP基板とほぼこれに格子整
合の取れたJnl−、GCLOcAs、、Pl−、C以
後、X。
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、すなわち光導波領域のX軸
方向(半導体の長手方向)に入射される。
6はn形InP基板、7はI<(LA8P 光導波路層
、8はP形1nl)、9はn形Ink(LAMP キャ
ップ層、10及び11は電極、12は亜鉛拡散領域をそ
れぞれ示す。InG(LA8P光導波路層7は6及び8
のInP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に閉じ込め
る機能を有しているが、X軸(横)方向では同図(b)
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、X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、キャリアがIfLG(LA8P光導波路層7に閉じ
込められてプラズマ振動効果により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まで導
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InGcLA8P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、出力端にお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(α)は第3図(α)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。
すなわち、第3図(α)の電極を10.10’。
10“03つに分割し、電極10と10′とを共通にす
る。まず、電極10”に電流I、を流し、他の電極io
、io’には電流I2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シ屈折率分布が第4図(
b)の実線のように小さくなり、入力光は非常に短かい
距離で周囲に放射されてしまう。すなわち、入力光はX
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、I、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り、
入力光に対して導波機能を有し、はとんど減衰を受ける
ことなく出力端に出力光として取り出すことができる。
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9、まだは入力光とほぼ同じ大きさの出力
光も取り出すことが可能となる。
第5図(a)は第4図(a)と同等の効果を得るだめに
、I−naaAsp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(b)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13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り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シ出すこと
ができる。
以上の説明からも明らかなように、本発明の基本的なt
lす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
行う点であシ、従来のような電気光学効果を用いること
なく、また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、変調電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図は変調光を用いて導波機能を変化させ変調する本
発明の他の実施例であり、電極10をマスクとして変調
用光14を照射すると、光導波領域の周辺部のキャリア
を励起し、第3図(G)と同等の効果が得られる。ただ
し、光照射によって変調を行う場合には、照射される光
のエネルギーhνがInG(LASP光導波路層7の禁
制帯幅E(7よ)も大きいかまたは小さいかで動作原理
が異ってくる。
もし、光のエネルギーh、νがJnG(LASP光導波
路層7の禁制帯幅E、よシも大きい場合は、前述のよう
に光導波路層7内にキャリアを励起するために、電流底
入と同じく、プラズマ振動効果により変調用光が照射さ
れた部分の屈折率が下がり、屈折率分布は中央部が高く
周辺が低い導波機能を持っだものになる。
逆に、光のエネルギーAνが光導波路層7の禁制帯幅E
gよシも小さい場合には、キャリアは励起されずに非線
形効果に基づいた動作となる。すなわち、物質の屈折率
が照射された光によって僅かに異ってくる効果でちり、
この効果は通常極めて小さく、非線形効果を増大させる
には変調光の強度も大きくする必要がある。
第7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ある。本
図で、15はInPとInG(LASPとの非常に薄い
層から成る多層量子井戸層、16はn形InP、17は
InG(LASPから成る発光層である。
そこで、電流13を注入するとInGCLASP層17
 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は大きな屈折率変化を生
じる。ここで、多層量子井戸層15の物質によって定ま
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。
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。
また、今までInP基板とほぼ格子整合のとれたIn、
1−z)Ga、A、8.Pl、から成る光導波領域の例
を用いて説明してきたが、InP基板とほぼ格子整合の
とれたIn (1−x y ) A l x Ga Y
ASまたはGαAS基板とほぼ格子整合のとれたAXl
−エGa工As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シ、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
モノリシック集積化も容易になシ、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、
高性能光フア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。
【図面の簡単な説明】
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−干渉計形光変調器、第3、図((L)
及び(b)は本発明の基本的な動作を説明するだめの、
電流注入により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(CL)及び(b
)及び第5図(α)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図及び第7図は本発明の光照射によ)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・・・光導波路、3,4・・・電極、5・・・変
調信号、 6・・・n形1nP基板、7・・・InGc
LASP光導波路層、8−P形I′rLP層、9−−−
 n形1nGCLA8Fキャップ層、10 、10’、
 10’、 11・・・電極、12・・・亜鉛拡散領域
、13・・・変調電流、14・・・変調用光、15・・
・多層量子井戸構造、16・・・n形1.nP層、17
−1nGaASP層。 特許出願人 国際電信電話株式会社 特許出願代理人 弁理士 山 本 恵 − 第 1 図 112図 111i3 図 (a) (b) 第4図 (a) (b) 第5図 (a) (b)

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)半導体基板上に光導波領域をもうけ、該光導波領
    域の導波機能を外部から注入される変調エネルギーによ
    シ制御することによシ、光導波領域に導入される入力光
    を変調して出力することを特徴とする半導体光変調素子
  2. (2)前記変調エネルギーが光導波領域又はその近傍に
    注入される変調電流であることを特徴とする特許請求の
    範囲第1項記載の半導体光変調素子。
  3. (3)前記変調エネルギーが光導波領域又はその近傍に
    照射される変調光であることを特徴とする特許請求の範
    囲第1項記載の半導体光変調素子。
JP58125471A 1983-07-12 1983-07-12 半導体光変調素子 Granted JPS6017717A (ja)

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JP58125471A JPS6017717A (ja) 1983-07-12 1983-07-12 半導体光変調素子

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JPS6017717A true JPS6017717A (ja) 1985-01-29
JPH0437405B2 JPH0437405B2 (ja) 1992-06-19

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