JP2002148575A - 光変調器および光変調器集積型レーザーダイオード - Google Patents
光変調器および光変調器集積型レーザーダイオードInfo
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- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 本発明は高速光通信への適用に適した光変調
器に関し、入射光の強度増大の要請と、低チャープ化の
要請とを同時に満たすことを目的とする。 【解決手段】 多重量子井戸構造の吸収層１２を備え
る。吸収層１２は、価電子帯と伝導帯との間に第１のバ
ンドギャップを有するウェル層と、価電子帯と伝導帯と
の間に、前記第１のバンドギャップに比して大きく、か
つ、０．９４６ｅＶ以下の第２のバンドギャップを有す
るバリア層とを備える。
器に関し、入射光の強度増大の要請と、低チャープ化の
要請とを同時に満たすことを目的とする。 【解決手段】 多重量子井戸構造の吸収層１２を備え
る。吸収層１２は、価電子帯と伝導帯との間に第１のバ
ンドギャップを有するウェル層と、価電子帯と伝導帯と
の間に、前記第１のバンドギャップに比して大きく、か
つ、０．９４６ｅＶ以下の第２のバンドギャップを有す
るバリア層とを備える。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光変調器および光
変調器集積型レーザーダイオードに係り、特に、高速光
通信への適用に適した光変調器および光変調器集積型レ
ーザーダイオードに関する。
変調器集積型レーザーダイオードに係り、特に、高速光
通信への適用に適した光変調器および光変調器集積型レ
ーザーダイオードに関する。
【０００２】
【従来の技術】光通信の分野では、従来より量子井戸構
造の吸収層を備える光変調器が知られている。このよう
な吸収層は、価電子帯と伝導帯との間のバンドギャップ
が比較的小さなウェル層と、そのバンドギャップが大き
く、ウェル層の両側に形成されるバリア層とで構成され
る。
造の吸収層を備える光変調器が知られている。このよう
な吸収層は、価電子帯と伝導帯との間のバンドギャップ
が比較的小さなウェル層と、そのバンドギャップが大き
く、ウェル層の両側に形成されるバリア層とで構成され
る。
【０００３】図１は、上記のウェル層およびバリア層を
複数備える多重量子井戸構造の吸収層のバンドダイアグ
ラムである。図１において、Egbはバリア層のバンドギ
ャップを示す。また、ΔEcはウェル層内の電子の量子準
位とバリア層の伝導帯との間のバンドオフセットを、Δ
Evはウェル層内の正孔の量子準位とバリア層の価電子帯
との間のバンドオフセットを示す。
複数備える多重量子井戸構造の吸収層のバンドダイアグ
ラムである。図１において、Egbはバリア層のバンドギ
ャップを示す。また、ΔEcはウェル層内の電子の量子準
位とバリア層の伝導帯との間のバンドオフセットを、Δ
Evはウェル層内の正孔の量子準位とバリア層の価電子帯
との間のバンドオフセットを示す。
【０００４】光変調器の性能は、例えば、消光比によっ
て評価することができる。ここで、消光比とは、一定強
度の入射光に対して光変調器から出射される光の強度の
最大値Imaxと最小値Iminの比（Imax/Imin）、或いはそ
の比をデシベルで表したもの（10log（Imax/Imin））で
ある。この消光比は、バリア層のバンドギャップを大き
くすることで大きな値とすることができる。このため、
従来の光変調器において、バリア層のバンドギャップ
は、通常１．０５ｅＶ程度に設定されていた。
て評価することができる。ここで、消光比とは、一定強
度の入射光に対して光変調器から出射される光の強度の
最大値Imaxと最小値Iminの比（Imax/Imin）、或いはそ
の比をデシベルで表したもの（10log（Imax/Imin））で
ある。この消光比は、バリア層のバンドギャップを大き
くすることで大きな値とすることができる。このため、
従来の光変調器において、バリア層のバンドギャップ
は、通常１．０５ｅＶ程度に設定されていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかし、光変調器に
は、バリア層のバンドギャップが大きいほど、大きなチ
ャープが生じ易い。図２は、従来の光変調器のチャープ
に関する特性を説明するためのグラフである。図２にお
いて、横軸は光変調器に印加される変調器バイアス電圧
を示し、縦軸はチャープの程度を表すαパラメータであ
る。更に、図２に中に示す３種類の折れ線は、それぞ
れ、１５mAの光電流を発生させる入射光に対する結果、
１０mAの光電流を発生させる入射光に対する結果、およ
び２mAの光電流を発生させる入射光に対する結果を表し
ている。
は、バリア層のバンドギャップが大きいほど、大きなチ
ャープが生じ易い。図２は、従来の光変調器のチャープ
に関する特性を説明するためのグラフである。図２にお
いて、横軸は光変調器に印加される変調器バイアス電圧
を示し、縦軸はチャープの程度を表すαパラメータであ
る。更に、図２に中に示す３種類の折れ線は、それぞ
れ、１５mAの光電流を発生させる入射光に対する結果、
１０mAの光電流を発生させる入射光に対する結果、およ
び２mAの光電流を発生させる入射光に対する結果を表し
ている。
【０００６】図２に示すように、光変調器のαパラメー
タは、発生する光電流の量が増すほど、すなわち、光変
調器に入射する光の強度が増すほど大きな値となる。よ
り具体的には、変調器バイアス電圧が０Ｖである場合
に、光電流が２mAである場合はαパラメータが１より小
さな値となるが、光電流が１０mAの場合にはその値が約
２となり、更に、光電流が１５mAである場合はその値が
約３となる。
タは、発生する光電流の量が増すほど、すなわち、光変
調器に入射する光の強度が増すほど大きな値となる。よ
り具体的には、変調器バイアス電圧が０Ｖである場合
に、光電流が２mAである場合はαパラメータが１より小
さな値となるが、光電流が１０mAの場合にはその値が約
２となり、更に、光電流が１５mAである場合はその値が
約３となる。
【０００７】光変調器を光通信システムの光源として用
いる場合、一般にそのαパラメータは１．５より小さな
値であることが要求される。図２に示す結果は、従来の
光変調器が、入射光の強度が高い領域では、光通信シス
テムの光源としての性能を満たさないことを示してい
る。このように、従来の光変調器は、入射光の強度増大
の要請と、低チャープ化の要請とを同時に満足できない
という問題を有するものであった。
いる場合、一般にそのαパラメータは１．５より小さな
値であることが要求される。図２に示す結果は、従来の
光変調器が、入射光の強度が高い領域では、光通信シス
テムの光源としての性能を満たさないことを示してい
る。このように、従来の光変調器は、入射光の強度増大
の要請と、低チャープ化の要請とを同時に満足できない
という問題を有するものであった。
【０００８】本発明は、上記のような課題を解決するた
めになされたもので、入射光の強度増大の要請と、低チ
ャープ化の要請とを同時に満たすことのできる光変調器
を提供することを第１の目的とする。また、本発明は、
上記の光変調器とレーザーダイオードとを一体に備える
光変調器集積型ダイオードを提供することを第２の目的
とする。
めになされたもので、入射光の強度増大の要請と、低チ
ャープ化の要請とを同時に満たすことのできる光変調器
を提供することを第１の目的とする。また、本発明は、
上記の光変調器とレーザーダイオードとを一体に備える
光変調器集積型ダイオードを提供することを第２の目的
とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
量子井戸構造の吸収層を備える光変調器であって、前記
吸収層は、価電子帯と伝導帯との間に第１のバンドギャ
ップを有するウェル層と、価電子帯と伝導帯との間に、
前記第１のバンドギャップに比して大きく、かつ、０．
９４６ｅＶ以下の第２のバンドギャップを有するバリア
層とを備えることを特徴とするものである。
量子井戸構造の吸収層を備える光変調器であって、前記
吸収層は、価電子帯と伝導帯との間に第１のバンドギャ
ップを有するウェル層と、価電子帯と伝導帯との間に、
前記第１のバンドギャップに比して大きく、かつ、０．
９４６ｅＶ以下の第２のバンドギャップを有するバリア
層とを備えることを特徴とするものである。
【００１０】請求項２記載の発明は、請求項１記載の光
変調器であって、前記第２のバンドギャップは、０．９
３９ｅＶ以下であることを特徴とするものである。
変調器であって、前記第２のバンドギャップは、０．９
３９ｅＶ以下であることを特徴とするものである。
【００１１】請求項３記載の発明は、請求項１または２
記載の光変調器であって、前記ウェル層は、InGaAsP層
またはInGaAs層を有し、前記バリア層は、InGaAsP層、I
nAlAs層、またはInGaAlAs層を有することを特徴とする
ものである。
記載の光変調器であって、前記ウェル層は、InGaAsP層
またはInGaAs層を有し、前記バリア層は、InGaAsP層、I
nAlAs層、またはInGaAlAs層を有することを特徴とする
ものである。
【００１２】請求項４記載の発明は、請求項１乃至３の
何れか１項記載の光変調器であって、前記バリア層は、
０．５％以上の伸張歪みを有することを特徴とするもの
である。
何れか１項記載の光変調器であって、前記バリア層は、
０．５％以上の伸張歪みを有することを特徴とするもの
である。
【００１３】請求項５記載の発明は、請求項４記載の光
変調器であって、前記バリア層は、０．６％以上の伸張
歪みを有することを特徴とするものである。
変調器であって、前記バリア層は、０．６％以上の伸張
歪みを有することを特徴とするものである。
【００１４】請求項６記載の発明は、光変調器集積型レ
ーザーダイオードであって、請求項１乃至５の何れか１
項記載の光変調器と、前記光変調器の吸収層に所定波長
のレーザー光を入射するレーザーダイオードと、を備え
ることを特徴とするものである。
ーザーダイオードであって、請求項１乃至５の何れか１
項記載の光変調器と、前記光変調器の吸収層に所定波長
のレーザー光を入射するレーザーダイオードと、を備え
ることを特徴とするものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照してこの発明の
実施の形態について説明する。尚、各図において共通す
る要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略す
る。
実施の形態について説明する。尚、各図において共通す
る要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略す
る。
【００１６】実施の形態１．図３は、本発明の実施の形
態１の光変調器１０の斜視図を示す。本実施形態の光変
調器１０は、１５５０nm帯の光通信に用いられる装置で
ある。図３に示すように、光変調器１０は、多重量子井
戸吸収層１２を備えている。多重量子井戸吸収層１２
は、図３における上下方向に交互に積層された複数のウ
ェル層と複数のバリア層を備えている。ウェル層は、例
えば、InGaAsP層またはInGaAs層で構成することができ
る。一方、バリア層は、InGaAsP層、InAlAs層、またはI
nGaAlAs層で構成することができる。本実施形態におい
て、多重量子井戸吸収層１２は、InGaAsP層のウェル層
とInGaAsP層のバリア層との積層膜で、或いは、InGaAs
層のウェル層とInAlAs層のバリア層との積層膜で構成さ
れている。
態１の光変調器１０の斜視図を示す。本実施形態の光変
調器１０は、１５５０nm帯の光通信に用いられる装置で
ある。図３に示すように、光変調器１０は、多重量子井
戸吸収層１２を備えている。多重量子井戸吸収層１２
は、図３における上下方向に交互に積層された複数のウ
ェル層と複数のバリア層を備えている。ウェル層は、例
えば、InGaAsP層またはInGaAs層で構成することができ
る。一方、バリア層は、InGaAsP層、InAlAs層、またはI
nGaAlAs層で構成することができる。本実施形態におい
て、多重量子井戸吸収層１２は、InGaAsP層のウェル層
とInGaAsP層のバリア層との積層膜で、或いは、InGaAs
層のウェル層とInAlAs層のバリア層との積層膜で構成さ
れている。
【００１７】多重量子井戸吸収層１２の上にはＰ型半導
体に調整されたp-InPクラッド層１４が形成されてい
る。p-Inクラッド層１４の上には、更に、Ｐ型半導体に
調整されたp-InGaAsコンタクト層１６が形成されてい
る。また、多重量子井戸吸収層１２の下にはＮ型半導体
に調整されたn-InP基板１８が形成されている。p-Inク
ラッド層１４とn-InP基板１８との間には、多重量子井
戸吸収層１２の側面が覆われるように、半絶縁性InP電
流ブロック層２０、Ｎ型半導体に調整されたn-InP電流
ブロック層、および半絶縁性電流ブロック層２４が形成
されている。
体に調整されたp-InPクラッド層１４が形成されてい
る。p-Inクラッド層１４の上には、更に、Ｐ型半導体に
調整されたp-InGaAsコンタクト層１６が形成されてい
る。また、多重量子井戸吸収層１２の下にはＮ型半導体
に調整されたn-InP基板１８が形成されている。p-Inク
ラッド層１４とn-InP基板１８との間には、多重量子井
戸吸収層１２の側面が覆われるように、半絶縁性InP電
流ブロック層２０、Ｎ型半導体に調整されたn-InP電流
ブロック層、および半絶縁性電流ブロック層２４が形成
されている。
【００１８】図３に示すように、光変調器１０には、多
重量子井戸吸収層１２の一端から光が入射される。入射
された光は、主として多重量子井戸吸収層１２の内部を
透過してその他端から出射される。多重量子井戸吸収層
１２の表面に位置するp-InPクラッド層１４にマイナス
の電圧を印加し、かつ、多重量子井戸吸収層１２の裏面
に位置するn-InP基板１８にプラスの電圧を印加する
と、多重量子井戸吸収層１２に加わる電界強度が強めら
れる。その結果、量子閉じこめシュタルク効果(Quantum
-confined Stark Effect)により多重量子井戸のバンド
ギャップが小さくなり、多重量子井戸吸収層１２の、入
射光波長に対する吸収係数が増大する。従って、光変調
器１０によれば、多重量子井戸吸収層１２に適当な電圧
を印加することにより、入射光を透過させる状態と、入
射光を遮断する状態とを任意に実現することができる。
重量子井戸吸収層１２の一端から光が入射される。入射
された光は、主として多重量子井戸吸収層１２の内部を
透過してその他端から出射される。多重量子井戸吸収層
１２の表面に位置するp-InPクラッド層１４にマイナス
の電圧を印加し、かつ、多重量子井戸吸収層１２の裏面
に位置するn-InP基板１８にプラスの電圧を印加する
と、多重量子井戸吸収層１２に加わる電界強度が強めら
れる。その結果、量子閉じこめシュタルク効果(Quantum
-confined Stark Effect)により多重量子井戸のバンド
ギャップが小さくなり、多重量子井戸吸収層１２の、入
射光波長に対する吸収係数が増大する。従って、光変調
器１０によれば、多重量子井戸吸収層１２に適当な電圧
を印加することにより、入射光を透過させる状態と、入
射光を遮断する状態とを任意に実現することができる。
【００１９】多重量子井戸吸収層１２のエネルギーバン
ドは、従来の光変調器が備える多重量子井戸吸収層の場
合と同様に、図１に示すように表すことができる。以
下、図３と共に、図１を参照して本実施形態の光変調器
１０の構成および動作を説明する。
ドは、従来の光変調器が備える多重量子井戸吸収層の場
合と同様に、図１に示すように表すことができる。以
下、図３と共に、図１を参照して本実施形態の光変調器
１０の構成および動作を説明する。
【００２０】図４は、従来の一般的な光変調器が備える
多重量子井戸吸収層の特性値と、実施の形態１における
多重量子井戸吸収層の特性値と、後述する実施の形態２
における多重量子井戸吸収層の特性値とを対比して表し
た図表である。図４に示すEgb、ΔEcおよびΔEvは、そ
れぞれ図１に示すバリア層のバンドギャップ、伝導帯の
バンドオフセット、および価電子帯のバンドオフセット
である。尚、図４に示すバリア歪みについては、後にそ
の内容を説明する。
多重量子井戸吸収層の特性値と、実施の形態１における
多重量子井戸吸収層の特性値と、後述する実施の形態２
における多重量子井戸吸収層の特性値とを対比して表し
た図表である。図４に示すEgb、ΔEcおよびΔEvは、そ
れぞれ図１に示すバリア層のバンドギャップ、伝導帯の
バンドオフセット、および価電子帯のバンドオフセット
である。尚、図４に示すバリア歪みについては、後にそ
の内容を説明する。
【００２１】図４に示す例において、従来の多重量子井
戸吸収層は、バリア層に１．０５１eVのバンドギャップ
Egbを有している。この値に対応して、従来の多重量子
井戸吸収層において、伝導帯のバンドオフセットΔEcお
よび価電子帯のバンドオフセットは、それぞれ９６meV
および１２９meVとなっている。
戸吸収層は、バリア層に１．０５１eVのバンドギャップ
Egbを有している。この値に対応して、従来の多重量子
井戸吸収層において、伝導帯のバンドオフセットΔEcお
よび価電子帯のバンドオフセットは、それぞれ９６meV
および１２９meVとなっている。
【００２２】これに対して、実施の形態１では、バリア
層のバンドギャップEgbを０．９３９eVまで低下させて
いる。その結果、実施の形態１では、伝導帯のバンドオ
フセットΔEcおよび価電子帯のバンドオフセットΔEv
が、それぞれ５２meVおよび７２mVに低減されている。
層のバンドギャップEgbを０．９３９eVまで低下させて
いる。その結果、実施の形態１では、伝導帯のバンドオ
フセットΔEcおよび価電子帯のバンドオフセットΔEv
が、それぞれ５２meVおよび７２mVに低減されている。
【００２３】光変調器において、ウェル層が光を吸収す
る際には電子−正孔対が発生し、その対のうち正孔は価
電子帯側に残る。この正孔がウェル層に蓄積されると、
多重量子井戸吸収層１２の屈折率に変化が生じ、光変調
器のチャープが増大する。実施の形態１の多重量子井戸
吸収層１２では、上記の如く、価電子帯のバンドオフセ
ットΔEvが従来値に比して小さく抑制されている。ウェ
ル層の価電子帯に残る正孔は、そのバンドオフセットΔ
Evが小さいほど、ウェル層から掃き出され易く、ウェル
層の内部に蓄積され難い。このため、実施の形態１の光
変調器によれば、従来の光変調器に比して、正孔の蓄積
に起因する多重量子井戸吸収層の屈折率変化を抑制する
ことができ、その結果、チャープを低減することができ
る。
る際には電子−正孔対が発生し、その対のうち正孔は価
電子帯側に残る。この正孔がウェル層に蓄積されると、
多重量子井戸吸収層１２の屈折率に変化が生じ、光変調
器のチャープが増大する。実施の形態１の多重量子井戸
吸収層１２では、上記の如く、価電子帯のバンドオフセ
ットΔEvが従来値に比して小さく抑制されている。ウェ
ル層の価電子帯に残る正孔は、そのバンドオフセットΔ
Evが小さいほど、ウェル層から掃き出され易く、ウェル
層の内部に蓄積され難い。このため、実施の形態１の光
変調器によれば、従来の光変調器に比して、正孔の蓄積
に起因する多重量子井戸吸収層の屈折率変化を抑制する
ことができ、その結果、チャープを低減することができ
る。
【００２４】図５は、実施の形態１の光変調器のチャー
プに関する特性を説明するためのグラフである。図５に
おいて、横軸は光変調器に印加される変調器バイアス電
圧を示し、縦軸はチャープの程度を表すαパラメータで
ある。更に、図５に中に示す３種類の折れ線は、それぞ
れ、１８mAの光電流を発生させる入射光に対する結果、
１３mAの光電流を発生させる入射光に対する結果、およ
び８mAの光電流を発生させる入射光に対する結果を表し
ている。尚、光電流の値は、光変調器１０に入射される
光の強度と、多重量子井戸吸収層１２において吸収され
るフォトンの数とに比例する。
プに関する特性を説明するためのグラフである。図５に
おいて、横軸は光変調器に印加される変調器バイアス電
圧を示し、縦軸はチャープの程度を表すαパラメータで
ある。更に、図５に中に示す３種類の折れ線は、それぞ
れ、１８mAの光電流を発生させる入射光に対する結果、
１３mAの光電流を発生させる入射光に対する結果、およ
び８mAの光電流を発生させる入射光に対する結果を表し
ている。尚、光電流の値は、光変調器１０に入射される
光の強度と、多重量子井戸吸収層１２において吸収され
るフォトンの数とに比例する。
【００２５】図５に示すように、実施の形態１の光変調
器のαパラメータは、光電流の値に大きな影響を受け
ず、変調器バイアス電圧が０Ｖである場合に、１８mV以
下の全ての光電流に対して１より小さな値となる。この
ため、本実施形態の光変調器１０によれば、従来の光変
調器と異なり、入射光の強度増大の要請と、低チャープ
化の要請とを同時に満足することができる。
器のαパラメータは、光電流の値に大きな影響を受け
ず、変調器バイアス電圧が０Ｖである場合に、１８mV以
下の全ての光電流に対して１より小さな値となる。この
ため、本実施形態の光変調器１０によれば、従来の光変
調器と異なり、入射光の強度増大の要請と、低チャープ
化の要請とを同時に満足することができる。
【００２６】図６は、光変調器のチャープとバリア層の
バンドギャップEgbとの相関をより明確に表したグラフ
である。図６において、縦軸は変調器バイアス電圧が０
Vである場合におけるαパラメータの値であり、横軸は
光変調器に生ずる光電流の値である。また、図６中に○
で示す結果はEgbが１．０５１eVである場合の結果（従
来の光変調器の結果）を、●で示す結果はEgbが０．９
３９eVである場合の結果（実施の形態１の光変調器の結
果）を、更に、□で示す結果はEgbが０．９９２eVであ
る場合の結果（参考結果）を表している。これらの結果
は、バリア層のバンドギャップが小さいほどαパラメー
タが低減されることを明確に示している。
バンドギャップEgbとの相関をより明確に表したグラフ
である。図６において、縦軸は変調器バイアス電圧が０
Vである場合におけるαパラメータの値であり、横軸は
光変調器に生ずる光電流の値である。また、図６中に○
で示す結果はEgbが１．０５１eVである場合の結果（従
来の光変調器の結果）を、●で示す結果はEgbが０．９
３９eVである場合の結果（実施の形態１の光変調器の結
果）を、更に、□で示す結果はEgbが０．９９２eVであ
る場合の結果（参考結果）を表している。これらの結果
は、バリア層のバンドギャップが小さいほどαパラメー
タが低減されることを明確に示している。
【００２７】ところで、上述した実施の形態１では、光
通信システムの光源に要求される性能を光変調器１０に
与えるべく、バリア層のバンドギャップEgbを０．９３
９eVに設定しているが、Egbの値はこれに限定されるも
のではない。すなわち、光通信システムの光源としての
性能は、バリア層のバンドギャップEgbを、ウェル層の
バンドギャップに比して十分に大きく、かつ、０．９４
６eV以下の値とすることで満たすことができる。
通信システムの光源に要求される性能を光変調器１０に
与えるべく、バリア層のバンドギャップEgbを０．９３
９eVに設定しているが、Egbの値はこれに限定されるも
のではない。すなわち、光通信システムの光源としての
性能は、バリア層のバンドギャップEgbを、ウェル層の
バンドギャップに比して十分に大きく、かつ、０．９４
６eV以下の値とすることで満たすことができる。
【００２８】図７は、実施の形態１の光変調器１０とレ
ーザーダイオード３０を一体に備える光変調器集積型レ
ーザーダイオード３１の斜視図を示す。レーザーダイオ
ードは、変調器１０の多重量子井戸吸収層１２に入射光
としてレーザー光を供給すべく、活性層３２や回折格子
３４を備えている。図７に示す光変調器集積型レーザー
ダイオード３１によれば、レーザーダイオード３０で生
成した高強度のレーザー光をチャープの少ない光変調器
１０で精度良く変調し、高強度かつ高精度の光通信信号
を生成することができる。
ーザーダイオード３０を一体に備える光変調器集積型レ
ーザーダイオード３１の斜視図を示す。レーザーダイオ
ードは、変調器１０の多重量子井戸吸収層１２に入射光
としてレーザー光を供給すべく、活性層３２や回折格子
３４を備えている。図７に示す光変調器集積型レーザー
ダイオード３１によれば、レーザーダイオード３０で生
成した高強度のレーザー光をチャープの少ない光変調器
１０で精度良く変調し、高強度かつ高精度の光通信信号
を生成することができる。
【００２９】実施の形態２．次に、図８〜図１１を更に
参照して本発明の実施の形態２について説明する。本実
施形態の光変調器は、多重量子井戸吸収層１２の特性値
が異なる点を除き、実施の形態１の場合と同様の構成を
有している。すなわち、本実施形態において、多重量子
井戸吸収層１２は、図４中、実施の形態２の欄に記載さ
れた特性値を有している。
参照して本発明の実施の形態２について説明する。本実
施形態の光変調器は、多重量子井戸吸収層１２の特性値
が異なる点を除き、実施の形態１の場合と同様の構成を
有している。すなわち、本実施形態において、多重量子
井戸吸収層１２は、図４中、実施の形態２の欄に記載さ
れた特性値を有している。
【００３０】光デバイスを構成する半導体結晶は、それ
ぞれの材料や組成に応じた結晶の大きさ、すなわち格子
定数を有している。これらの結晶は、自由空間に存在す
る場合は各辺の長さが格子定数に等しい立方体となる。
しかしながら、それらの結晶が基板上にエピタキシャル
成長する場合は、成長する結晶の格子定数と基板の格子
定数との大小関係により、その結晶に伸張歪または圧縮
歪が生ずる。
ぞれの材料や組成に応じた結晶の大きさ、すなわち格子
定数を有している。これらの結晶は、自由空間に存在す
る場合は各辺の長さが格子定数に等しい立方体となる。
しかしながら、それらの結晶が基板上にエピタキシャル
成長する場合は、成長する結晶の格子定数と基板の格子
定数との大小関係により、その結晶に伸張歪または圧縮
歪が生ずる。
【００３１】図８（Ａ）は、エピタキシャル成長する結
晶の格子定数が基板の格子定数に比して小さい状態を示
す。この場合、その結晶の層がエピタキシャル成長の手
法で基板上に形成されると、その結晶の層には、図８
（Ｂ）に示すように伸張歪が生ずる。この際、その結晶
に生じた歪みが例えば５％であれば、慣用上、その伸張
歪は負の符号を用いて「−５％の歪み」と表現される。
晶の格子定数が基板の格子定数に比して小さい状態を示
す。この場合、その結晶の層がエピタキシャル成長の手
法で基板上に形成されると、その結晶の層には、図８
（Ｂ）に示すように伸張歪が生ずる。この際、その結晶
に生じた歪みが例えば５％であれば、慣用上、その伸張
歪は負の符号を用いて「−５％の歪み」と表現される。
【００３２】図９（Ａ）は、エピタキシャル成長する結
晶の格子定数が基板の格子定数に比して大きい状態を示
す。この場合、その結晶の層がエピタキシャル成長の手
法で基板上に形成されると、その結晶の層には、図９
（Ｂ）に示すように圧縮歪が生ずる。この際、その結晶
に生じた歪みが例えば５％であれば、慣用上、その伸張
歪は正の符号を用いて「＋５％の歪み」と表現される。
晶の格子定数が基板の格子定数に比して大きい状態を示
す。この場合、その結晶の層がエピタキシャル成長の手
法で基板上に形成されると、その結晶の層には、図９
（Ｂ）に示すように圧縮歪が生ずる。この際、その結晶
に生じた歪みが例えば５％であれば、慣用上、その伸張
歪は正の符号を用いて「＋５％の歪み」と表現される。
【００３３】図４に示すように、従来の多重量子井戸吸
収層、および実施の形態１の多重量子井戸吸収層は、バ
リア層の歪みが０．３％の伸張歪となるように形成され
ている。これに対して、実施の形態２では、多重量子井
戸吸収層１２が、バリア層に０．６％の伸張歪みが生ず
るように形成されている。
収層、および実施の形態１の多重量子井戸吸収層は、バ
リア層の歪みが０．３％の伸張歪となるように形成され
ている。これに対して、実施の形態２では、多重量子井
戸吸収層１２が、バリア層に０．６％の伸張歪みが生ず
るように形成されている。
【００３４】多重量子井戸吸収層１２のバリア層に、上
記の如く０．６％の伸張歪を与えた結果、実施の形態２
では、伝導帯のバンドオフセットΔEcが６０meVとな
り、価電子帯のバンドオフセットΔEvが６３meVとなっ
ている。つまり、実施の形態２では、価電子帯のバンド
オフセットΔEvの値が実施の形態１の場合に比して更に
小さくなり、かつ、その値ΔEvが、導電帯のバンドオフ
セットΔEcとほぼ同じ値となっている。上記の特性値を
有する多重量子井戸吸収層１２によれば、図１０および
図１１に示すように、実施の形態１の場合と同様にチャ
ープを小さく抑制しつつ、実施の形態１の場合に比して
高い消光比を実現することができる。
記の如く０．６％の伸張歪を与えた結果、実施の形態２
では、伝導帯のバンドオフセットΔEcが６０meVとな
り、価電子帯のバンドオフセットΔEvが６３meVとなっ
ている。つまり、実施の形態２では、価電子帯のバンド
オフセットΔEvの値が実施の形態１の場合に比して更に
小さくなり、かつ、その値ΔEvが、導電帯のバンドオフ
セットΔEcとほぼ同じ値となっている。上記の特性値を
有する多重量子井戸吸収層１２によれば、図１０および
図１１に示すように、実施の形態１の場合と同様にチャ
ープを小さく抑制しつつ、実施の形態１の場合に比して
高い消光比を実現することができる。
【００３５】図１０は、実施の形態１の光変調器が示す
消光特性（図中に示す細線）と、実施の形態２の消光特
性（図中に示す太線）とを対比して表した図を示す。図
１０に示すように、変調器バイアス電圧を０Ｖと２Ｖと
の間で変化させた場合に得られる消光比は、実施の形態
１の場合が１５dBであるのに対して、実施の形態２で
は、その値が２０dBに改善されている。
消光特性（図中に示す細線）と、実施の形態２の消光特
性（図中に示す太線）とを対比して表した図を示す。図
１０に示すように、変調器バイアス電圧を０Ｖと２Ｖと
の間で変化させた場合に得られる消光比は、実施の形態
１の場合が１５dBであるのに対して、実施の形態２で
は、その値が２０dBに改善されている。
【００３６】図１１は、実施の形態２の光変調器のチャ
ープに関する特性を説明するためのグラフである。図１
１において、横軸は光変調器に印加される変調器バイア
ス電圧を示し、縦軸はチャープの程度を表すαパラメー
タである。更に、図１１に中に示す３種類の折れ線は、
それぞれ、１８mAの光電流を発生させる入射光に対する
結果、８mAの光電流を発生させる入射光に対する結果、
および３mAの光電流を発生させる入射光に対する結果を
表している。
ープに関する特性を説明するためのグラフである。図１
１において、横軸は光変調器に印加される変調器バイア
ス電圧を示し、縦軸はチャープの程度を表すαパラメー
タである。更に、図１１に中に示す３種類の折れ線は、
それぞれ、１８mAの光電流を発生させる入射光に対する
結果、８mAの光電流を発生させる入射光に対する結果、
および３mAの光電流を発生させる入射光に対する結果を
表している。
【００３７】図１１に示すように、実施の形態２の光変
調器のαパラメータは、光電流の値に大きな影響を受け
ず、実施の形態１の場合と同様に、変調器バイアス電圧
が０Ｖである場合に、１８mV以下の全ての光電流に対し
て１より小さな値となる。このように、実施の形態２の
光変調器１０によれば、実施の形態１の光変調器と同様
の優れたチャープ特性を確保しつつ、より優れた消光比
特性を実現することができる。
調器のαパラメータは、光電流の値に大きな影響を受け
ず、実施の形態１の場合と同様に、変調器バイアス電圧
が０Ｖである場合に、１８mV以下の全ての光電流に対し
て１より小さな値となる。このように、実施の形態２の
光変調器１０によれば、実施の形態１の光変調器と同様
の優れたチャープ特性を確保しつつ、より優れた消光比
特性を実現することができる。
【００３８】ところで、上述した実施の形態２では、消
光比特性を改善するためバリア層に０．６％の伸張歪を
与えているが、バリア層に与える伸張歪の大きさはこれ
に限定されるものではない。すなわち、光変調器の消光
比特性は、バリア層に０．５％以上の伸張歪を与えるこ
とで実用上有用なレベルに改善することができる。尚、
本実施形態の光変調器１０は、レーザーダイオード３０
と組み合わせることにより、図７に示す光変調器集積型
レーザーダイオード３１を実現し得る点において、実施
の形態１の場合と同様である。
光比特性を改善するためバリア層に０．６％の伸張歪を
与えているが、バリア層に与える伸張歪の大きさはこれ
に限定されるものではない。すなわち、光変調器の消光
比特性は、バリア層に０．５％以上の伸張歪を与えるこ
とで実用上有用なレベルに改善することができる。尚、
本実施形態の光変調器１０は、レーザーダイオード３０
と組み合わせることにより、図７に示す光変調器集積型
レーザーダイオード３１を実現し得る点において、実施
の形態１の場合と同様である。
【００３９】
【発明の効果】この発明は以上説明したように構成され
ているので、以下に示すような効果を奏する。請求項１
または２記載の発明によれば、多重量子井戸吸収層のバ
リア層のバンドギャップを適切なレベルに設定すること
により、ウェル層の両側に適切なエネルギー障壁を確保
しつつ、価電子帯におけるバンドオフセットを小さな値
とすることができる。このため、本発明によれば、大強
度の入射光に対して低いチャープを示す光変調器を実現
することができる。
ているので、以下に示すような効果を奏する。請求項１
または２記載の発明によれば、多重量子井戸吸収層のバ
リア層のバンドギャップを適切なレベルに設定すること
により、ウェル層の両側に適切なエネルギー障壁を確保
しつつ、価電子帯におけるバンドオフセットを小さな値
とすることができる。このため、本発明によれば、大強
度の入射光に対して低いチャープを示す光変調器を実現
することができる。
【００４０】請求項３記載の発明によれば、多重量子井
戸吸収層のウェル層およびバリア層を適切な材質で構成
することにより、光通信の光源として用いる上で好適な
光変調器を実現することができる。
戸吸収層のウェル層およびバリア層を適切な材質で構成
することにより、光通信の光源として用いる上で好適な
光変調器を実現することができる。
【００４１】請求項４および５記載の発明によれば、バ
リア層に適切な伸張歪を与えることにより、チャープを
低く抑制しつつ高い消光比を示す光変調器を実現するこ
とができる。
リア層に適切な伸張歪を与えることにより、チャープを
低く抑制しつつ高い消光比を示す光変調器を実現するこ
とができる。
【００４２】請求項６記載の発明によれば、光強度の入
射光に対してチャープを低く抑制し得る光変調器とレー
ザーダイオードとを組み合わせることにより、高出力か
つ高精度な光通信信号を生成する光変調器集積型レーザ
ーダイオードを実現することができる。
射光に対してチャープを低く抑制し得る光変調器とレー
ザーダイオードとを組み合わせることにより、高出力か
つ高精度な光通信信号を生成する光変調器集積型レーザ
ーダイオードを実現することができる。
【図１】 多重量子井戸吸収層のバンドダイアグラムで
ある。
ある。
【図２】 従来の光変調器のチャープ特性を表す図であ
る。
る。
【図３】 本発明の実施の形態１の光変調器の斜視図で
ある。
ある。
【図４】 従来の多重量子井戸吸収層の特性値と、実施
の形態１における多重量子井戸吸収層の特性値と、実施
の形態２における多重量子井戸吸収層の特性値とを示す
図である。
の形態１における多重量子井戸吸収層の特性値と、実施
の形態２における多重量子井戸吸収層の特性値とを示す
図である。
【図５】 実施の形態１の光変調器のチャープ特性を表
す図である。
す図である。
【図６】 バリア層のバンドギャップと光変調器のチャ
ープとの相関を表す図である。
ープとの相関を表す図である。
【図７】 実施の形態１または２の光変調器を備える光
変調器集積型レーザーダイオードの斜視図である。
変調器集積型レーザーダイオードの斜視図である。
【図８】 半導体結晶の伸張歪を説明するための図であ
る。
る。
【図９】 半導体結晶の圧縮歪を説明するための図であ
る。
る。
【図１０】 バリア層の伸張歪の大きさと光変調器の消
光比との関係を表す図である。
光比との関係を表す図である。
【図１１】実施の形態２の光変調器のチャープ特性を表
す図である。
す図である。
１０ 光変調器、 １２ 多重量子井戸吸収層、
１４ p-InPクラッド層、 １６ p-InGaAsコンタク
ト層、 １８ n-InP基板、 ２０ 半絶縁性InP電
流ブロック層、 ２２ n-InP電流ブロック層、
２４ 半絶縁性電流ブロック層、 ３０ レーザーダ
イオード、 ３１ 光変調器集積型レーザーダイオー
ド、 ３２ 活性層、 ３４ 回折格子。
１４ p-InPクラッド層、 １６ p-InGaAsコンタク
ト層、 １８ n-InP基板、 ２０ 半絶縁性InP電
流ブロック層、 ２２ n-InP電流ブロック層、
２４ 半絶縁性電流ブロック層、 ３０ レーザーダ
イオード、 ３１ 光変調器集積型レーザーダイオー
ド、 ３２ 活性層、 ３４ 回折格子。
Claims (6)
- 【請求項１】 量子井戸構造の吸収層を備える光変調器
であって、 前記吸収層は、価電子帯と伝導帯との間に第１のバンド
ギャップを有するウェル層と、 価電子帯と伝導帯との間に、前記第１のバンドギャップ
に比して大きく、かつ、０．９４６ｅＶ以下の第２のバ
ンドギャップを有するバリア層とを備えることを特徴と
する光変調器。 - 【請求項２】 前記第２のバンドギャップは、０．９３
９ｅＶ以下であることを特徴とする請求項１記載の光変
調器。 - 【請求項３】 前記ウェル層は、InGaAsP層またはInGaA
s層を有し、前記バリア層は、InGaAsP層、InAlAs層、ま
たはInGaAlAs層を有することを特徴とする請求項１また
は２記載の光変調器。 - 【請求項４】 前記バリア層は、０．５％以上の伸張歪
みを有することを特徴とする請求項１乃至３の何れか１
項記載の光変調器。 - 【請求項５】 前記バリア層は、０．６％以上の伸張歪
みを有することを特徴とする請求項４記載の光変調器。 - 【請求項６】 請求項１乃至５の何れか１項記載の光変
調器と、前記光変調器の吸収層に所定波長のレーザー光
を入射するレーザーダイオードと、 を備えることを特徴とする光変調器集積型レーザーダイ
オード。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000347483A JP2002148575A (ja) | 2000-11-15 | 2000-11-15 | 光変調器および光変調器集積型レーザーダイオード |
| US09/852,626 US6574027B2 (en) | 2000-11-15 | 2001-05-11 | Optical modulator, and optical-modulator-intergrated laser diode |
| DE10139804A DE10139804B4 (de) | 2000-11-15 | 2001-08-14 | Optischer Modulator und mit einem optischen Modulator integrierte Laserdiode |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000347483A JP2002148575A (ja) | 2000-11-15 | 2000-11-15 | 光変調器および光変調器集積型レーザーダイオード |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002148575A true JP2002148575A (ja) | 2002-05-22 |
Family
ID=18821202
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000347483A Pending JP2002148575A (ja) | 2000-11-15 | 2000-11-15 | 光変調器および光変調器集積型レーザーダイオード |
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| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6574027B2 (ja) |
| JP (1) | JP2002148575A (ja) |
| DE (1) | DE10139804B4 (ja) |
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| JPH06152050A (ja) | 1992-11-09 | 1994-05-31 | Hitachi Ltd | 量子井戸光素子 |
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