JP5017300B2 - 吸収型半導体光変調器 - Google Patents
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Description
光を吸収する機能を有する、いわゆる吸収型半導体光変調器の第1の従来技術として、非特許文献1に示すハイメサ型光変調器の概略斜視図を図9に示す。
P=P0exp(−αz) (1)
のように、指数関数の式に従ってi−MQWコア層3により吸収される。ここで、P0は光入射端面における入射光のパワー、αは吸収係数、zは光入射端面からの距離である。指数関数は変数に対して急速に減衰する関数であるから、光は光入射端面から短い距離の間に急速に吸収され、電流Ip(これを光電流と呼ぶ)に変換される。
この光電流による熱破壊は図12にその概略斜視図を示す第2の従来技術の構造を採用することにより回避できる。ここで、1はn+−InP基板、11はn−InP下部クラッド層(あるいは簡単に、n−InPクラッド層)、12はi−MQWコア層、13はp−InP上部クラッド層(あるいは簡単に、p−InPクラッド層)、14はp+−InGaAsコンタクト層、15はi−InP埋め込み層、16は電気信号を印加するためのp電極、7はn電極である。
図12に示した広い面積のp−InPクラッド層13、i−InP埋め込み層15、n+−InP基板1により形成されるp−i−n接合の電気的キャパシタンスCを低減するために、非特許文献2に報告されている図15に示すような第3の従来技術が広く用いられている。
第3の従来技術のような高額な設備投資を必要とするとともに結晶の再成長条件を見出すことが難しいFe−InP埋め込み層を用いず、第2の従来技術のように結晶再成長が比較的簡単なi−InP埋め込み層を用い、かつ第2の従来技術で問題であったp−i−n接合による電気的キャパシタンスを低減するために特許文献1に開示された構造の概略斜視図を図16に示す。なお、その上面図を図17に示す。
本発明の第1の実施形態における吸収型半導体光変調器についてその概略斜視図を図1に示す。ここで、30はn−InP下部クラッド層(あるいは簡単に、n−InPクラッド層)、31はi−MQWコア層、32はp−InP上部クラッド層(あるいは簡単に、p−InPクラッド層)、33はp+−InGaAsコンタクト層、34は電気信号を印加するためのp電極である。35はボンディングパッド部である。
ψ=c0φ0+c1φ1+・・・+cn−1φn−1+cnφn (2)
のように、展開できる。ここで、c0、c1、・・・cn−1、cnは展開係数である。
本発明における熱伝導用半導体部の幅について、指数関数やべき乗関数の場合ほど効果的ではないが、熱伝導用半導体部の幅を指数関数やべき乗関数以外の曲線やあるいは直線の形状で光の伝搬方向に沿って幅を狭くしても良い。例として、図1に示した本発明における第1の実施形態について熱伝導用半導体部のテーパ部の曲線形状を直線形状とした場合を本発明における第2の実施形態の吸収型半導体光変調器としてその概略斜視図を図5に、上面図を図6に示す。図中、図1に示す第1の実施形態の吸収型半導体光変調器と同一部分には同一符号を付して、重複する部分の詳細説明を省略した。
図7は本発明における第3の実施形態における吸収型半導体光変調器の上面図である。図7からわかるように本実施形態では光が入射側するマルチモード領域の形状を矩形としている。テーパ形状の場合と比較して矩形とすると挿入損失がやや増えるものの本発明としての効果に問題はない。
図8は本発明における第4の実施形態における吸収型半導体光変調器の概略斜視図である。ここで、42はn−InP下部クラッド層(あるいは簡単に、n−InPクラッド層)、43はi−MQWコア層、44はp−InP上部クラッド層(あるいは簡単に、p−InPクラッド層)、45はp+−InGaAsコンタクト層、46はi−InP埋め込み層、47電気信号を印加するためのp電極である。48はボンディングパッド部である。
基板についてはn+−InP材料を想定したが、p+−InP基板や半絶縁性InP基板など、基板の種類によらないことはもちろんであるし、光吸収部の材料としてi−InGaAsP−InGaAsP MQWを想定したが、i−InGaAs/InGaAsP MQW、i−InGaAs/InP MQW層、i−InGaAlAs/InAlAs MQWなど、その他の多重量子井戸でもよいし、i−InGaAsPやi−InGaAlAsなどバルク材料でも良い。
2、11、17、30、36、42:n−InP下部クラッド層
3、12、18、31、37、43:i−MQWコア層
4、13、23、25、32、38、44:p−InP上部クラッド層
5、14、26、33、39、45:p+−InGaAsコンタクト層
6、16、28、34、47:p電極
7:n電極
8:ポリイミド
9:ボンディングワイヤ
10、29、35、48:ボンディングパッド
15、27、46:i−InP埋め込み層
19、21:マスク
20、22:フォトレジスト
24:Fe−InP埋め込み層
40、41:光のモード(あるいは光の界分布)
Claims (4)
- 半導体基板上に、少なくとも光を吸収する機能を有するコア層を含む光導波路を形成し、該光導波路は光入射端面と光出射端面とを有しており、前記光入射端面から入射される光が前記光導波路を伝搬する過程で前記コア層に吸収されることにより光電流が生成される吸収型半導体光変調器において、
前記コア層は、前記生成された光電流に起因するジュール熱による熱破壊を避けるために、前記ジュール熱を前記半導体基板に逃がすように、前記光入射端面側の幅が前記光出射端面側の幅よりも広く形成されているとともに前記光の伝搬方向に向かって狭くなって形成され、
また、前記光入射端面側の前記光導波路は、その幅が前記コア層と同じく前記光出射端面側の幅よりも広く形成されているとともにマルチモード光導波路で構成され、前記光入射端面から入射される光の界分布の形を保ったまま前記光出射端面まで前記光導波路を伝搬することを特徴とする吸収型半導体光変調器。 - 前記コア層の幅を曲線形状、直線形状、および階段形状の少なくとも一つの形状に従って狭くしていくことを特徴とする請求項1に記載の吸収型半導体光変調器。
- 前記光導波路がハイメサ型光導波路であることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の吸収型半導体光変調器。
- 前記光導波路が埋め込み型光導波路であることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の吸収型半導体光変調器。
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