(57)【要約】【課題】波長チャープの発生を抑えることが可能な光変調器を実現する。【解決手段】入射される光信号を変調する光変調器において、半導体基板と、この半導体基板上に形成された第１のコンタクト層と、この第１のコンタクト層上に形成されたクラッド層と、このクラッド層上であって光信号が一方から入射され途中で２つに分岐して出射される光導波路が形成された光導波路層と、この光導波路層上の一部に形成された第２のコンタクト層と、光導波路層上に形成された絶縁膜と、第２のコンタクト層上であって光導波路の分岐部分に形成される第１の電極と、第１のコンタクト層上であって第１の電極に並行して形成される第２の電極とを備え、第１及び第２の電極間に変調電圧信号が印加することにより光信号を変調して出射させる。【選択図】                    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射される光信号を変調する光変調器において、
半導体基板と、
この半導体基板上に形成された第１のコンタクト層と、
この第１のコンタクト層上に形成されたクラッド層と、
このクラッド層上であって前記光信号が一方から入射され途中で２つに分岐して出射される光導波路が形成された光導波路層と、
この光導波路層上の一部に形成された第２のコンタクト層と、
前記光導波路層上に形成された絶縁膜と、
前記第２のコンタクト層上であって前記光導波路の分岐部分に形成される第１の電極と、
前記第１のコンタクト層上であって前記第１の電極に並行して形成される第２の電極とを備え、
前記第１及び第２の電極間に変調電圧信号が印加することにより前記光信号を変調して出射させることを特徴とする光変調器。
【請求項２】
前記第１の電極の下以外であって前記光導波路層から前記クラッド層に至るまでの領域に高抵抗領域を形成したことを特徴とする
請求項１記載の光変調器。
【請求項３】
前記光導波路層が、
２本の直線の光導波路が交差した光導波路を有することを特徴とする
請求項１若しくは請求項２記載の光変調器。
【請求項４】
前記光導波路層が、
１本の直線の光導波路の途中から異なる角度で分岐する光導波路を有することを特徴とする
請求項１若しくは請求項２記載の光変調器。
【請求項５】
ＧａＡｓ系の半導体材料で形成されたことを特徴とする
請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の光変調器。
【請求項６】
ＩｎＰ系の半導体材料で形成されたことを特徴とする
請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の光変調器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、入射される光信号を変調する光変調器に関し、特にキャリア注入による屈折率変化により光信号の伝送経路を切り換えることにより波長チャープの発生を抑えることが可能な光変調器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の入射される光信号を変調する光変調器及びキャリア注入による屈折率変化により光信号の伝送経路を切り換える光スイッチに関連する先行技術文献としては次のようなものがある。
【０００３】
【特許文献１】
特開平４−３２０２１９号公報
【特許文献２】
特開平９−０６１７６６号公報
【特許文献３】
特開平１０−０４８５８３号公報
【特許文献４】
特開２０００−１８０８０４号公報
【０００４】
従来の光変調器の主な具体例としては強誘電体のニオブ酸リチウム（ＫｉＮｂＯ３  ：以下、単にＬＮと呼ぶ。）の電気光学効果を利用したＬＮ変調器や電界吸収効果（Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ：以下、単にＥＡと呼ぶ。）を利用したＥＡ変調器と言った光変調器が存在する。
【０００５】
図４はこのような従来のＬＮ変更器の一例を示す平面図である。図４において１は強誘電体のニオブ酸リチウム（ＫｉＮｂＯ３  ）の基板、２は光導波路、３、４及び５は電極である。
【０００６】
基板１上には入力端から入射した光信号が分岐点で２つの光導波路に分岐され、合成点で再び合成されて出力端から出射される形状の光導波路２が形成される。
【０００７】
また、基板１上の分岐点と合成点との間であって分岐された２つの光導波路に挟まれる部分に電極３が形成され、当該電極３に並行して分岐された２つの光導波路の反対側の基板１上には電極４及び電極５がそれぞれ形成される。
【０００８】
ここで、図４に示す従来例（ＬＮ変調器）の動作を説明する。図４中”ＰＩ０１”に示す入力端から入射された光信号は図４中”ＴＰ０１”に示す分岐点で２つに分岐され、図４中”ＰＴ０１”及び”ＰＴ０２”に示す光導波路を伝播する。
【０００９】
そして、図４中”ＣＭ０１”に示す合成点で図４中”ＰＴ０１”及び”ＰＴ０２”を伝播してきた光信号は再び合成されて、図４中”ＰＯ０１”に示す出力端から出射される。
【００１０】
この時、電極３と電極４との間、及び、電極３と電極５との間にそれぞれ電圧を印加すると、図４中”ＰＴ０１”及び”ＰＴ０２”に示す２つの光導波路にはそれぞれ電界が印加されることになる。
【００１１】
強誘電体のニオブ酸リチウム（ＫｉＮｂＯ３  ）は電界を印加されると屈折率が変化、所謂、電気光学効果が顕著に現れる物質であり、このため、図４中”ＰＴ０１”及び”ＰＴ０２”に示す２つの光導波路の屈折率がそれぞれ変化する。
【００１２】
このため、このような屈折率の変化によって図４中”ＰＴ０１”及び”ＰＴ０２”に示す２つの光導波路を伝播する光信号の位相がそれぞれ変動する。
【００１３】
そして、電極３と電極４との間、及び、電極３と電極５との間にそれぞれ印加する電圧（図４中”ＰＴ０１”及び”ＰＴ０２”に示す２つの光導波路にそれぞれ印加される電界）を調整して図４中”ＰＴ０１”及び”ＰＴ０２”に示す２つの光導波路を伝播する光信号の位相差を”０度”にすれば、図４中”ＣＭ０１”に示す合成点では光信号が再び合成されて、図４中”ＰＯ０１”に示す出力端から出射される。
【００１４】
一方、電極３と電極４との間、及び、電極３と電極５との間にそれぞれ印加する電圧（図４中”ＰＴ０１”及び”ＰＴ０２”に示す２つの光導波路にそれぞれ印加される電界）を調整して図４中”ＰＴ０１”及び”ＰＴ０２”に示す２つの光導波路を伝播する光信号の位相差を”１８０度”にすれば、図４中”ＣＭ０１”に示す合成点では光信号は互いに打ち消し（消光）あって、図４中”ＰＯ０１”に示す出力端から出射される光はなくなる。
【００１５】
従って、電極３と電極４との間、及び、電極３と電極５との間にそれぞれ印加する電圧として、変調信号に基づき分岐された２つの光信号の位相差を”０度”と”１８０度”との間で切り替える電圧信号を供給することにより、図４中”ＰＩ０１”に示す入力端から入射された光信号は当該変調信号に基づき変調されて図４中”ＰＯ０１”に示す出力端から出射されることになる。
【００１６】
また、図５は従来のＥＡ変更器の一例を示す平面図である。図５において６は基板、７はＩｎＰ等の電界吸収効果（後述）を有する半導体で形成される光導波路、８は電極である。
【００１７】
基板６上には入力端から入射した光信号がそのまま出力端から出射される形状の光導波路７が形成され、光導波路７の中央部分の上（図面表面）側部分には電極８（図面裏面側の電極は図示せず。）が形成される
【００１８】
ここで、図５に示す従来例（ＥＡ変調器）の動作を説明する。図５中”ＰＩ１１”に示す入力端から入射された光信号は図５中”ＰＯ１１”に示す出力端から出射される。
【００１９】
この時、電極８と図示しない裏面側の電極との間に電圧を印加すると、図５中”ＰＡ１１”に示す光吸収部に形成された光導波路には電界が印加されることになる。
【００２０】
図５中”ＰＡ１１”に示す光吸収部では印加された電界によって半導体のバンド構造をが変化して光の吸収量が変化する、所謂、電界吸収効果が発生して、図５中”ＰＡ１１”に示す光吸収部における光導波路における光の吸収量が変化する。
【００２１】
例えば、逆バイアス電圧を印加すると光の吸収量が増加し、光信号は透過しなくなるので、当該電圧を印加しない場合は光信号が透過（オン状態）し、当該電圧を印加した場合は光信号が遮蔽（オフ状態）されことになる。
【００２２】
従って、電極８と図示しない裏面側の電極との間に、変調信号に基づき逆バイアス電圧を印加し、若しくは、印加しないことにより、図５中”ＰＩ１１”に示す入力端から入射された光信号は当該変調信号に基づき変調されて図５中”ＰＯ１１”に示す出力端から出射されることになる。
【００２３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、図４に示す従来例（ＬＮ変調器）では、被変調光である光信号が屈折率変化する物質内を伝播し、或いは、図５に示す従来例（ＥＡ変調器）では、被変調光である光信号が光吸収量が変化する物質内を伝播するが、これらの屈折率変化、或いは、光の吸収量変化に伴う屈折率変化は瞬間に切り替わるものではなく、必ず、過渡的な状況が生じる。
【００２４】
このため、過渡状態での屈折率変化、或いは、光の吸収量変化によって光信号の波長が変化させられてしまい、光パルスの立ち上がり、或いは、立ち下がりで波長変動が発生、所謂、波長チャープが生じてしまうと言った問題点があった。
【００２５】
特に、波長チャープのある光パルスは、光ファイバの波長分散（波長毎の光信号の伝播速度に差が生じること）のため長距離伝送の際に波形が歪を生じて情報伝達が困難になってしまうことになる。
従って本発明が解決しようとする課題は、波長チャープの発生を抑えることが可能な光変調器を実現することにある。
【００２６】
【課題を解決するための手段】
このような課題を達成するために、本発明のうち請求項１記載の発明は、
入射される光信号を変調する光変調器において、
半導体基板と、この半導体基板上に形成された第１のコンタクト層と、この第１のコンタクト層上に形成されたクラッド層と、このクラッド層上であって前記光信号が一方から入射され途中で２つに分岐して出射される光導波路が形成された光導波路層と、この光導波路層上の一部に形成された第２のコンタクト層と、前記光導波路層上に形成された絶縁膜と、前記第２のコンタクト層上であって前記光導波路の分岐部分に形成される第１の電極と、前記第１のコンタクト層上であって前記第１の電極に並行して形成される第２の電極とを備え、前記第１及び第２の電極間に変調電圧信号が印加することにより前記光信号を変調して出射させることにより、波長チャープの発生を抑えることが可能になる。
【００２７】
請求項２記載の発明は、
請求項１記載の発明である光変調器において、
前記第１の電極の下以外であって前記光導波路層から前記クラッド層に至るまでの領域に高抵抗領域を形成したことにより、波長チャープの発生を抑えることが可能になる。また、電流狭窄構造を構成することにより光変調動作を効率良く行ったり、モードを制御することが可能になる。
【００２８】
請求項３記載の発明は、
請求項１若しくは請求項２記載の発明である光変調器において、
前記光導波路層が、
２本の直線の光導波路が交差した光導波路を有することにより、波長チャープの発生を抑えることが可能になる。また、電流狭窄構造を構成することにより光変調動作を効率良く行ったり、モードを制御することが可能になる。
【００２９】
請求項４記載の発明は、
請求項１若しくは請求項２記載の発明である光変調器において、
前記光導波路層が、
１本の直線の光導波路の途中から異なる角度で分岐する光導波路を有することにより、波長チャープの発生を抑えることが可能になる。また、電流狭窄構造を構成することにより光変調動作を効率良く行ったり、モードを制御することが可能になる。
【００３０】
請求項５記載の発明は、
請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の発明である光変調器において、
ＧａＡｓ系の半導体材料で形成されたことにより、波長チャープの発生を抑えることが可能になる。また、電流狭窄構造を構成することにより光変調動作を効率良く行ったり、モードを制御することが可能になる。
【００３１】
請求項６記載の発明は、
請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の発明である光変調器において、
ＩｎＰ系の半導体材料で形成されたことにより、波長チャープの発生を抑えることが可能になる。また、電流狭窄構造を構成することにより光変調動作を効率良く行ったり、モードを制御することが可能になる。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下本発明を図面を用いて詳細に説明する。図１及び図２は本発明に係る光変調器の一実施例を示す平面図及び断面図である。
【００３３】
図１において９はＧａＡｓ系やＩｎＰ系等の半導体の基板、１０はＧａＡｓやＩｎＧａＡｓＰ等で形成された光導波路層、１１及び１２は電極である。
【００３４】
基板９上には”Ｘ字状”、言い換えれば、２本の直線の光導波路が交差した形状の光導波路を有する光導波路層１０が形成され、”Ｘ字状”の光導波路の交差部分の上には電極１１が形成され、また、電極１１の近傍には電極１１に並行して電極１２が形成される。
【００３５】
一方、図２は図１中”Ａ−Ａ’”における断面図であり、９，１０，１１及び１２は図１と同一符号を付してあり、１３はＧａＡｓやＩｎＰ等で形成されたｐ型のコンタクト層、１４はＡｌＧａＡｓやＩｎＰ等で形成されたクラッド層、１５はＧａＡｓやＩｎＧａＡｓ等で形成されたｎ型のコンタクト層、１６はＳｉＯ２  等の絶縁膜である。
【００３６】
基板９上にはコンタクト層１３が形成され、コンタクト層１３上の一部にはクラッド層１４及び光導波路層１０が順次形成され、光導波路層１０上の一部には拡散若しくはイオン注入によってコンタクト層１５が形成される。
【００３７】
そして、コンタクト層１５上及びクラッド層１４が形成されていないコンタクト層１３上の一部以外の全面に絶縁膜１６を形成し、コンタクト層１５上に電極１１を、絶縁膜１６が形成されていないコンタクト層１３上に電極１２をそれぞれ形成する。
【００３８】
ここで、図１及び図２に示す実施例の動作を説明する。電極１１及び電極１２には図示しない変調電圧信号発生回路からの変調電圧信号が印加されており、例えば、変調電圧信号がローレベル（ＯＦＦ状態）の場合、電極１１及び電極１２には電圧が印加されない。
【００３９】
このため、”Ｘ字状”の光導波路の交差部分の屈折率の変化は生じないため、例えば、図１中”ＰＩ２１”に示す入力端から入射した光信号は交差部分を直進して図１中”ＰＯ２１”に示す出力端から出射される。
【００４０】
一方、例えば、変調電圧信号がハイレベル（ＯＮ状態）の場合、電極１１及び電極１２に電圧が印加され前記交差部分にキャリア（電子、正孔）が注入される。
【００４１】
このため、プラズマ効果によって”Ｘ字状”の光導波路の交差部分の屈折率が低くなるように変化するため、例えば、図１中”ＰＩ２１”に示す入力端から入射した光信号は交差部分に生じた低屈折率部分で全反射されて図１中”ＰＯ２２”に示す出力端から出射される。
【００４２】
すなわち、図１中”ＰＯ２１”、若しくは、図１中”ＰＯ２２”に示す出力端のどちらか一方に着目すれば、出力端から出射される光信号は変調電圧信号に基づき”ＯＮ／ＯＦＦ”されていることになる。
【００４３】
言い換えれば、図１中”ＰＩ２１”に示す入力端に入射された光信号は変調電圧信号に基づき変調されて図１中”ＰＯ２１”、若しくは、図１中”ＰＯ２２”に示す出力端から出射されることになる。
【００４４】
また、被変調光である光信号は図４及び図５に示す従来例のように屈折率変化する物質内、或いは、光吸収量が変化する物質内をそれぞれ伝播することなく、低屈折率部分における全反射により光変調を受けるため、過渡状態での屈折率変化、或いは、光の吸収量変化に起因する光信号の波長が変化が生じない。
【００４５】
この結果、キャリア注入による屈折率変化により光信号の伝送経路を切り換えて光信号を光変調することにより、過渡状態での屈折率変化、或いは、光の吸収量変化に起因する光信号の波長の変化、所謂、波長チャープの発生を抑えることが可能になる。
【００４６】
また、図３は本発明に係る光変調器の他の実施例を示す断面図である。図３は図１中”Ａ−Ａ’”における断面図であり、９，１０，１１及び１２は図１と同一符号を付してあり、１３，１４，１５及び１６は図２と同一符号を付してある。
【００４７】
但し、図３に示す他の実施例の平面図は図１と同一であるので平面図の記載は省略する。
【００４８】
構成に関しては図２に示す断面図とほぼ同一であり異なる点は、コンタクト層１５の下以外の光導波路層１０からクラッド層１４に至るまでの領域にプロトンを注入する。例えば、図３中”ＰＲ４１”及び”ＰＲ４２”に示す領域にプロトンを注入する。そして、このようなプロトンの注入がなされた領域は高抵抗領域となる点である。
【００４９】
ここで、図３に示す実施例の動作を説明する。電極１１及び電極１２には図示しない変調電圧信号発生回路からの変調電圧信号が印加されており、例えば、変調電圧信号がローレベル（ＯＦＦ状態）の場合、電極１１及び電極１２には電圧が印加されない。
【００５０】
このため、”Ｘ字状”の光導波路の交差部分の屈折率の変化は生じないため、例えば、図１中”ＰＩ２１”に示す入力端から入射した光信号は交差部分を直進して図１中”ＰＯ２１”に示す出力端から出射される。
【００５１】
一方、例えば、変調電圧信号がハイレベル（ＯＮ状態）の場合、電極１１及び電極１２に電圧が印加され前記交差部分にキャリア（電子、正孔）が注入される。
【００５２】
このため、プラズマ効果によって”Ｘ字状”の光導波路の交差部分の屈折率が低くなるように変化するため、例えば、図１中”ＰＩ２１”に示す入力端から入射した光信号は交差部分に生じた低屈折率部分で全反射されて図１中”ＰＯ２２”に示す出力端から出射される。
【００５３】
このとき、流れる電流は図３中”ＰＲ４１”及び”ＰＲ４２”に示す領域が高抵抗の領域となっているため、図３中”ＣＣ４１”に示す部分に集中、言い換えれば、電流が閉じ込められることになる。すなわち、図３中”ＣＣ４１”、”ＰＲ４１”及び”ＰＲ４２”に示す領域は電流狭窄構造となっている。
【００５４】
このような、電流狭窄構造を構成することにより光変調動作を効率良く行ったり、モードを制御することが可能になる。
【００５５】
そして、図１中”ＰＯ２１”、若しくは、図１中”ＰＯ２２”に示す出力端のどちらか一方に着目すれば、出力端から出射される光信号は変調電圧信号に基づき”ＯＮ／ＯＦＦ”されていることになる。
【００５６】
言い換えれば、図１中”ＰＩ２１”に示す入力端に入射された光信号は変調電圧信号に基づき変調されて図１中”ＰＯ２１”、若しくは、図１中”ＰＯ２２”に示す出力端から出射されることになる。
【００５７】
また、被変調光である光信号は図４及び図５に示す従来例のように屈折率変化する物質内、或いは、光吸収量が変化する物質内をそれぞれ伝播することなく、低屈折率部分における全反射により光変調を受けるため、過渡状態での屈折率変化、或いは、光の吸収量変化に起因する光信号の波長が変化が生じない。
【００５８】
この結果、キャリア注入による屈折率変化により光信号の伝送経路を切り換えて光信号を光変調することにより、過渡状態での屈折率変化、或いは、光の吸収量変化に起因する光信号の波長の変化、所謂、波長チャープの発生を抑えることが可能になる。また、電流狭窄構造を構成することにより光変調動作を効率良く行ったり、モードを制御することが可能になる。
【００５９】
なお、図１に示す実施例では基板９上に形成された”Ｘ字状”の光導波路を有する光導波路層１０を例示しているが、勿論、出射用の光導波路を２つ有する光導波路でれば”ｙ字状”であっても、その他の形状であっても構わない。
【００６０】
ここで、”ｙ字状”の光導波路とは、１本の直線の光導波路の途中から異なる角度で分岐する形状である。さらに、具体的に言えば、図１中”ＰＴ２１”に示す部分を除去した形状の光導波路である。
【００６１】
また、図２及び図３に示す実施例の断面構造では、伝播する光信号を閉じ込めるためコンタクト層１３、クラッド層１４や光導波路層１０を台形状に形成しているが、必須の構成ではない。
【００６２】
また、光変調器を形成する半導体材料としてはＧａＡｓ系、若しくは、ＩｎＰ系の半導体材料を用いることが可能である。
【００６３】
【発明の効果】
以上説明したことから明らかなように、本発明によれば次のような効果がある。
請求項１，２，３，４，５及び請求項６の発明によれば、キャリア注入による屈折率変化により光信号の伝送経路を切り換えて光信号を光変調することにより、過渡状態での屈折率変化、或いは、光の吸収量変化に起因する光信号の波長の変化、所謂、波長チャープの発生を抑えることが可能になる。また、電流狭窄構造を構成することにより光変調動作を効率良く行ったり、モードを制御することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る光変調器の一実施例を示す平面図である。
【図２】本発明に係る光変調器の一実施例を示す断面図である。
【図３】本発明に係る光変調器の他の実施例を示す断面図である。
【図４】従来のＬＮ変更器の一例を示す平面図である。
【図５】従来のＥＡ変更器の一例を示す平面図である。
【符号の説明】
１，６，９  基板
２，７  光導波路
３，４，５，８，１１，１２  電極
１０  光導波路層
１３，１５  コンタクト層
１４  クラッド層
１６  絶縁膜
【図１】
2004246219.tif 000003
【図２】
2004246219.tif 000004
【図３】
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【図４】
2004246219.tif 000006
【図５】
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