(57)【要約】      （修正有）【課題】VCSELの動作速度が速くなり、かつ、変調信号範囲が拡大して、変調信号をより広範囲のものとすることができると共に、大信号デジタル変調方式を含む変調方式が可能になるデバイスを提供する。【解決手段】マッハツェンダー変調器（MZM）１０は、VCSEL２に水平方向に集積される。水平方向に集積されたMZMは、MZMの２つのアームに変調された電界を加えることによりそれらのアームによって生成された位相シフトの差を用いて集積ないし組み込まれたVCSELから出力された連続波(CW)光を変調する。【選択図】図１Ａ
2016015480.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光電子デバイスであって、
基板と、
前記基板上に配置された第１の垂直共振器面発光レーザー（第１のVCSEL）と、
前記第１のVCSELの近くにおいて前記光電子デバイスに水平方向に集積されたマッハツェンダー変調器（MZM）
を備え、
前記第１のVCSELは、前記基板の上に配置された第１の分布ブラッグ反射器（第１のDBR）と、該第１のDBRの上に配置された第１の量子井戸（QW）領域と、該第１のQW領域の上に配置された第２の分布ブラッグ反射器（第２のDBR）と、該第２のDBRの上に前記基板に対向して配置された第１の反射器とを備え、該第１の反射器は、前記第１のVCSELによって生成された光を反射して前記光電子デバイス中へと戻し、
前記MZMは、前記第１のVCSELによって生成された光を受け取り、該受け取った光を変調して変調された光信号を生成し、
前記MZMは、前記第１のVCSELから受け取った前記光が該MZMの上面を通過するのを阻止する第２の反射器を該MZM内または該MZM上に有することからなる、光電子デバイス。
【請求項２】
前記第１の反射器と前記第２の反射器は別個の反射器である、請求項１の光電子デバイス。
【請求項３】
前記第１の反射器と前記第２の反射器は、単一の反射器の互いに異なる部分である、請求項１の光電子デバイス。
【請求項４】
VCSELの構造を有する出力空胴をさらに備え、
前記出力空胴は、前記MZMの近くにおいて前記第１のVCSELに対向して、前記光電子デバイスに水平方向に集積され、
前記出力空胴は、第３のDBR、該第３のDBRの上に配置された第２のQW領域、及び、該第２のQW領域の上に配置された第４のDBRを備え、
前記出力空胴は、前記MZMから出て行く前記変調された光信号を受け取って、該光信号を、前記光電子デバイスの外部へと該出力空胴の光軸に平行な方向に送ることからなる、請求項１の光電子デバイス。
【請求項５】
前記MZMは、入力光Ｙ接合部、第１の光閉じ込めアーム、第２の光閉じ込めアーム、及び出力光Ｙ接合部を少なくとも備え、
前記入力光Y接合部は、前記第１のVCSELによって生成された光を受け取るために該第１のVCSELに結合する第１の分岐を有し、
前記入力光Y接合部は、前記第１の光閉じ込めアームの第１の端部に結合する第２の分岐と、前記第２の光閉じ込めアームの第１の端部に結合する第３の分岐を有し、
前記出力光Ｙ接合部は、前記第１の光閉じ込め分岐の第２の端部に結合する第４の分岐と、前記第２の光閉じ込め分岐の第２の端部に結合する第５の分岐を有して、前記第１の光閉じ込めアームの前記第２の端部及び前記第２の光閉じ込めアームの前記第２の端部から出て行く光を受け取り、該受け取った光を結合して前記変調された光信号を生成し、
前記出力光Ｙ接合部は、前記変調された光信号を前記出力空胴に結合するために前記出力空胴に結合する端部を有する第６の分岐を備えることからなる、請求項４の光電子デバイス。
【請求項６】
前記MZMは、前記MZMに電界を印加して前記第１及び第２の光閉じ込めアームの一方または両方に加えられる電圧差を生じさせるための第１の電極及び第２の電極を少なくとも備える、請求項５の光電子デバイス。
【請求項７】
前記MZMへの電界の印加によって、前記第１の光閉じ込めアームに電圧差を生じさせ、
前記第１の光閉じ込めアームに加えられる前記電圧差によって、前記第１の光閉じ込めアームを伝搬する光に位相変化を生じさせ、これによって、前記第１の光閉じ込めアーム及び前記第２の光閉じ込めアーム内を伝搬する光間に位相差が生じるようにし、
前記位相差によって、前記光が前記出力光Ｙ接合部内へと伝搬するときに前記光の干渉及び変調が生じることからなる、請求項６の光電子デバイス。
【請求項８】
前記第１のアームの長さと前記第２のアームの長さは等しい、請求項７の光電子デバイス。
【請求項９】
前記第１のアームの長さと前記第２のアームの長さは等しくない、請求項７の光電子デバイス。
【請求項１０】
前記MZMは、第１の電極、第２の電極、及び第３の電極を少なくとも備え、前記第１及び第２の電極には第１の電圧差が加えられ、及び、前記第２及び第３の電極には第２の電圧差が加えられ、
前記第１の電圧差は、前記第１の光閉じ込めアームに印加され、前記第２の電圧差は、前記第２の光閉じ込めアームに印加される、請求項５の光電子デバイス。
【請求項１１】
前記第１の電圧差及び前記第２の電圧差は、互いに１８０°位相がずれている交流（ＡＣ）電圧差である、請求項１０の光電子デバイス。
【請求項１２】
前記第１の光閉じ込めアームに対する前記第１の電圧差の印加によって前記第１のアーム中を伝搬する光に第１の位相変化を生じさせ、前記第２の光閉じ込めアームに対する前記第２の電圧差の印加によって前記第２のアーム中を伝搬する光に第２の位相変化を生じさせ、これによって、前記第１のアームと前記第２のアーム中を伝搬する光間に位相差が生じるようにし、
前記位相差によって、前記光が前記出力光Ｙ接合部内へと伝搬するときに前記光の干渉及び変調が生じ、
前記光の干渉及び変調によって前記変調された光信号が生成されることからなる、請求項１１の光電子デバイス。
【請求項１３】
前記第１の反射器は、前記第１のVCSELによって生成された光を、前記第１の反射器の下面に対する垂線に対して非ゼロの小さな角度で反射し、前記角度は０°と約２０°の間であり、
前記角度で反射された前記光は、前記MZMの上部DBR及び下部DBRによって前記小さな角度で反射されながら前記MZM中を伝搬し、
前記第２の反射器は、前記MZMの前記上部DBRを通過する光が、前記MZMの上面を通って該MZMから出て行くのを阻止することからなる、請求項４の光電子デバイス。
【請求項１４】
前記出力空胴は、前記変調された光信号を前記光電子デバイスの外へ送る前に、該変調された光信号を増幅する第２のVCSELである、請求項１３の光電子デバイス。
【請求項１５】
前記出力空胴は、前記変調された光信号を増幅することなく前記光電子デバイスの外へ送る、請求項１３の光電子デバイス。
【請求項１６】
前記第１のVCSEL、前記出力空胴、及び前記MZMは、同じエピタキシャル構造を共有する、請求項１３の光電子デバイス。
【請求項１７】
光電子デバイスであって、
基板と、
前記基板上に配置された第１の垂直共振器面発光レーザー（第１のVCSEL）と、
前記第１のVCSELの近くにおいて前記光電子デバイスに水平方向に集積されたマッハツェンダー変調器（MZM）と、
前記MZMの近くにおいて前記第１のVCSELに対向して、前記光電子デバイスに水平方向に集積された出力空胴
を備え、
前記第１のVCSELは、前記基板の上に配置された第１の分布ブラッグ反射器（第１のDBR）と、該第１のDBRの上に配置された第１の量子井戸（第１のQW）領域と、該第１のQW領域の上に配置された第２の分布ブラッグ反射器（第２のDBR）と、該第２のDBRの上に前記基板に対向して配置された第１の反射器とを備え、該第１の反射器は、前記第１のVCSELによって生成された光を反射して前記光電子デバイス中へと戻し、
前記MZMは、前記第１のVCSELによって生成された光を受け取り、該受け取った光を変調して変調された光信号を生成し、
前記MZMは、前記第１のVCSELから受け取った前記光が該MZMの上面を通過するのを阻止する第２の反射器を該MZM内または該MZM上に有し、
前記出力空胴は、前記MZMから出て行く前記変調された光信号を受け取って、該光信号を、前記光電子デバイスの外部へと該出力空胴の光軸に平行な方向に送ることからなる、光電子デバイス。
【請求項１８】
前記第１の反射器と前記第２の反射器は別個の反射器である、請求項１７の光電子デバイス。
【請求項１９】
前記第１の反射器と前記第２の反射器は、単一の反射器の互いに異なる部分である、請求項１７の光電子デバイス。
【請求項２０】
前記出力空胴はVCSELの構造を有し、及び、前記出力空胴は、前記基板の上に配置された第３のDBR、該第３のDBRの上に配置された第２のQW領域、及び、該第２のQW領域の上に配置された第４のDBRを備える、請求項１７の光電子デバイス。
【請求項２１】
前記第１の反射器は、前記第１のVCSELによって生成された光を、該第１の反射器の下面に対する垂線に対して非ゼロの小さな角度で反射し、該角度は０°と約２０°の間であり、
前記角度で反射された前記光は、前記MZMの上部DBR及び下部DBRによって前記小さな角度で反射されながら前記MZM中を伝搬することからなる、請求項１７の光電子デバイス。
【請求項２２】
前記MZMは、入力光Ｙ接合部、第１の光閉じ込めアーム、第２の光閉じ込めアーム、及び出力光Ｙ接合部を少なくとも備え、
前記入力光Y接合部は、前記第１のVCSELによって生成された光を受け取るために該第１のVCSELに結合する第１の分岐を有し、
前記入力光Y接合部は、前記第１の光閉じ込めアームの第１の端部に結合する第２の分岐と、前記第２の光閉じ込めアームの第１の端部に結合する第３の分岐を有し、
前記出力光Ｙ接合部は、前記第１の光閉じ込め分岐の第２の端部に結合する第４の分岐と、前記第２の光閉じ込め分岐の第２の端部に結合する第５の分岐を有して、前記第１の光閉じ込めアームの前記第２の端部及び前記第２の光閉じ込めアームの前記第２の端部から出て行く光を受け取り、該受け取った光を結合して前記変調された光信号を生成し、
前記出力光Ｙ接合部は、前記変調された光信号を前記出力空胴に結合するために前記出力空胴に結合する端部を有する第６の分岐を備えることからなる、請求項２１の光電子デバイス。
【請求項２３】
前記MZMは、前記MZMに電界を印加して前記第１及び第２の光閉じ込めアームの一方または両方に加えられる電圧差を生じさせるための第１の電極及び第２の電極を少なくとも備える、請求項２２の光電子デバイス。
【請求項２４】
前記MZMへの電界の印加によって、前記第１の光閉じ込めアームに加えられる電圧差を生じさせ、
前記第１の光閉じ込めアームに加えられる前記電圧差によって、前記第１の光閉じ込めアーム内を伝搬する光に位相変化を生じさせ、これによって、前記第１の光閉じ込めアーム及び前記第２の光閉じ込めアーム内を伝搬する光間に位相差が生じるようにし、
前記位相差によって、前記光が前記出力光Ｙ接合部内へと伝搬するときに前記光の干渉及び変調が生じることからなる、請求項２３の光電子デバイス。
【請求項２５】
前記第１のアームの長さと前記第２のアームの長さは等しい、請求項２４の光電子デバイス。
【請求項２６】
前記第１のアームの長さと前記第２のアームの長さは等しくない、請求項２４の光電子デバイス。
【請求項２７】
前記MZMは、第１の電極、第２の電極、及び第３の電極を少なくとも備え、前記第１及び第２の電極には第１の電圧差が加えられ、及び、前記第２及び第３の電極には第２の電圧差が加えられ、
前記第１の電圧差は、前記第１の光閉じ込めアームに印加され、前記第２の電圧差は、前記第２の光閉じ込めアームに印加される、請求項２２の光電子デバイス。
【請求項２８】
前記第１の電圧差及び前記第２の電圧差は、互いに１８０°位相がずれている交流（ＡＣ）電圧差である、請求項２７の光電子デバイス。
【請求項２９】
前記第１の光閉じ込めアームに対する前記第１の電圧差の印加によって前記第１のアーム中を伝搬する光に第１の位相変化を生じさせ、前記第２の光閉じ込めアームに対する前記第２の電圧差の印加によって前記第２のアーム中を伝搬する光に第２の位相変化を生じさせ、これによって、前記第１のアームと前記第２のアーム中を伝搬する光間に位相差が生じるようにし、
前記位相差によって、前記光が前記出力光Ｙ接合部内へと伝搬するときに前記光の干渉及び変調が生じ、
前記光の干渉及び変調によって前記変調された光信号が生成されることからなる、請求項２８の光電子デバイス。
【請求項３０】
光電子デバイスであって、
基板と、
前記基板上に配置された第１の垂直共振器面発光レーザー（第１のVCSEL）と、
前記第１のVCSELの近くにおいて前記光電子デバイスに水平方向に集積されたマッハツェンダー変調器（MZM）と、
前記MZMの近くにおいて前記第１のVCSELに対向して、前記光電子デバイスに水平方向に集積された出力空胴
を備え、
前記第１のVCSELは、前記基板の上に配置された第１の分布ブラッグ反射器（第１のDBR）と、該第１のDBRの上に配置された第１の量子井戸（第１のQW）領域と、該第１のQW領域の上に配置された第２の分布ブラッグ反射器（第２のDBR）と、該第２のDBRの上に前記基板に対向して配置された第１の反射器とを備え、
前記第１の反射器は、前記第１のVCSELによって生成された光を反射して前記光電子デバイス中へと戻し、
前記第１の反射器は、前記第１のVCSELによって生成された光を、該第１の反射器の下面に対する垂線に対して非ゼロの小さな角度で反射し、該角度は０°〜約２０°の間であり、
前記MZMは、前記第１のVCSELによって生成された光を受け取り、
前記非ゼロの小さな角度で反射した前記光は、前記MZMの上部DBR及び下部DBRによって前記小さな角度で反射されながら前記MZM中を伝搬し、
前記MZMは、前記受け取った光を変調して変調された光信号を生成し、
前記MZMは、前記第１のVCSELから受け取った前記光が該MZMの上面を通過するのを阻止する第２の反射器を該MZM内または該MZM上に有し、
前記出力空胴は、前記MZMの近くにおいて前記第１のVCSELに対向して、前記光電子デバイスに水平方向に集積され、前記出力空胴は、前記MZMから出て行く前記変調された光信号を受け取って、該光信号を、前記光電子デバイスの外部へと該出力空胴の光軸に平行な方向に送ることからなる、光電子デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、垂直共振器面発光レーザー（VCSEL）に関連する。より具体的には、本発明は、集積回路（IC）に共に集積化されたVCSEL及びマッハツェンダー変調器に関連する。
【背景技術】
【０００２】
VCSELデバイスは、光信号を生成するために種々の用途で使用される半導体レーザーデバイスである。たとえば、光通信ネットワークでは、VCSELデバイスはしばしば、該ネットワークの光ファイバーを介して伝送される光情報信号を生成するために使用される。VCSELの最も一般的な構成は、導電性ｎ型基板、該基板の上面に配置されたｎ型分布ブラッグ反射器（DBR：distributedBragg reflector）（下部DBR）、典型的には該ｎ型DBRの上に配置された複数の量子井戸（QW：quantum well）層から構成される活性領域、該QW層の上に配置されたｐ型DBR（上部DBR）、オームｎ接触、及びオームｐ接触を備える構成である。オームｎ接触子及びオームｐ接触子は、VCSELの端子に対応する。
【０００３】
電位（または電圧）がそれらの端子間に印加されると、QW層に隣接するｎ型層からの電子とQW層に隣接するｐ型層からのホールが活性領域に注入されて、それらの電子及びホールが該活性領域で結合して光子を生じる。活性領域でホールと電子が結合して光子を生じるこの現象は、自発放出として知られている。それらの光子は、活性領域を出ると、上部DBRと下部DBRによって活性領域内へと繰り返し反射され、その結果、活性領域において電子とホールのより多くの再結合が生じる。これは、誘導放出として知られている現象である。それらのDBRによる活性領域内への光子のかかる多重反射は、レイジングを引き起こす「ポンピング」作用をもたらす。
【０００４】
VCSELを駆動すなわち変調することができる速さは、最終的には、VCSELの動作に固有の緩和振動の発生によって制限される。緩和振動は、レーザーが定常状態条件から乱されているときの全光子と全キャリアとの間で交換されるエネルギーの現れである。このエネルギー交換によって、緩和振動周波数における光出力パワーの振動が減衰する。緩和振動周波数は、レーザーのバイアス電流の平方根の関数である。一般に、所与のバイアス電流の場合の緩和振動周波数fRは、性能指数f3dBにより画定される最大変調周波数帯域幅（この帯域幅において半導体レーザーを駆動することができる）に、f3dB〜１．５５×fRという表現によって関連付けられる。したがって、半導体レーザーの３デシベル（ｄＢ）変調帯域は、緩和振動周波数の約１．５５倍の値までに制限される。
【０００５】
直接変調VCSELでは、主にデバイスの信頼性要件及び材料の微分利得の飽和のために課される光子密度に対する制限に起因して、fRは３０ギガヘルツ（GHz）未満に制限される。さらに、fRはVCSELのバイアス電流と共に変化するので、非ゼロ復帰（NRZ：non-return-to-zero）やパルス振幅変調（PAM）４変調方式などの大信号デジタル変調方式に対してデータレートを拡張するための等化方式を使用するのは難しい。
【０００６】
間接変調型のVCSELは、fRに対する上記の制限はないが、他の問題が生じる。たとえば、垂直方向に集積された電界吸収型（EA：electro-absorption）変調器は、有効な消光比（ER）を生成するには薄すぎる。垂直方向に集積された電気光学（EO：electro-optical）変調器は、下にあるVCSELの動作を妨害する傾向があり、そのため、変調の範囲が非常に限られている。
【０００７】
水平方向に集積されたEA変調器（水平方向集積型EA変調器）は、垂直方向に集積されたEA及びEO変調器に関連する問題を解決するが、ERの波長依存性、及び、この特性と挿入損失との間のトレードオフ（これは、EA変調器を、マルチレベル信号符号化を伴う大信号変調方式での使用により適さないものにする）の点で、EA変調器の固有の制限を除去するものではない。
【０００８】
水平方向集積型EA変調器の上記の問題を克服し、さらに、垂直方向に集積されたEA及びEO変調器に関連するER及び変調範囲の問題を克服するという点で水平方向集積EA変調器の利点を有する、水平方向集積型変調器を有するVCSELを提供することが望まれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】（補充可能性あり）
【００１０】
本発明は、１つのＩＣ内に集積ないし組み込まれたVCSEL及びマッハツェンダー変調器を備える集積光電子デバイスを提供する。１実施形態によれば、光電子デバイスは、基板、第１のVCSEL、及びマッハツェンダー変調器（MZM）を備える。該第１のVCSELは該基板上に配置される。該第１のVCSELは、該基板の上に配置された第１のDBR、該第１のDBRの上に配置された第１のQW領域、該第１のQW領域の上に配置された第２のDBR、及び、該第２のDBRの上に該基板に対向して（すなわち該第２のDBRを間にして該基板の反対側に）配置された第１の反射器を有する。該第１の反射器は、該第１のVCSELによって生成された光を光電子デバイス中に戻すように反射する。該MZMは、該第１のVCSELの近くにおいて（たとえば該第１のVCSELに隣接して）、光電子デバイスに水平方向（横方向）に集積ないし組み込まれている。該MZMは、該第１のVCSELによって生成された光を受けて、受けた該光を変調して変調された光信号を生成する。該MZMは、該第１のVCSELから受け取った光が該MZMの上面を通過するのを阻止する第２の反射器を該MZM内または該MZM上に有する（または、該MZM内または該MZM上には、該第１のVCSELから受け取った光が該MZMの上面を通過するのを阻止する第２の反射器が配置されている）。
【００１１】
別の実施形態によれば、光電子デバイスは、基板、第１のVCSEL、MZM、及び出力空胴（出力キャビティ）を備える。該第１のVCSELは該基板上に配置される。該第１のVCSELは、該基板の上に配置された第１のDBR、該第１のDBRの上に配置された第１のQW領域、該第１のQW領域の上に配置された第２のDBR、及び、該第２のDBR及び該MZMの上に該基板に対向して（すなわち該第２のDBR及び該MZMを間にして該基板の反対側に）配置された第１の反射器を有する。該第１の反射器は、該第１のVCSELによって生成された光を反射して光電子デバイス中に戻す。該MZMは、該第１のVCSELの近くにおいて（たとえば該第１のVCSELに隣接して）、光電子デバイス中に水平方向（横方向）に集積ないし組み込まれている。該MZMは、該第１のVCSELによって生成された光を受け取って、該受け取った光を変調して変調された光信号を生成する。該MZMは、該第１のVCSELから受け取った光が該MZMの上面を通過するのを阻止する第２の反射器を、該MZM内にまたは該MZM上に有する（または、該MZM内または該MZM上には、該第１のVCSELから受け取った光が該MZMの上面を通過するのを阻止する第２の反射器が配置されている）。該出力空胴は、該MZMの近くにおいて（たとえば該MZMに隣接して）該第１のVCSELに対向して（すなわち該MZMを間にして該第１のVCSELの反対側に）、光電子デバイスに水平方向（横方向）に集積ないし組み込まれている。該出力空胴は、該MZMから出て行く該変調された光信号を受け取って、該光信号を、光電子デバイスの外部へと該出力空胴の光軸に平行な方向に送る。
【００１２】
別の実施形態によれば、光電子デバイスは、基板、第１のVCSEL、MZM、及び出力空胴を備える。該第１のVCSELは該基板上に配置される。該第１のVCSELは、該基板の上に配置された第１のDBR、該第１のDBRの上に配置された第１のQW領域、該第１のQW領域の上に配置された第２のDBR、及び、該第２のDBRの上に該基板に対向して（すなわち、該第２のDBRを間にして該基板の反対側に）配置された第１の反射器を有する。該第１の反射器は、該第１のVCSELによって生成された光を、該第１の反射器の下面に対する垂線に対して非ゼロの小さな角度で反射する。該MZMは、該第１のVCSELの近くにおいて（たとえば該第１のVCSELに隣接して）、光電子デバイス中に水平方向（横方向）に集積ないし組み込まれている。該MZMは、該非ゼロの小さな角度で反射された光を受け取る。該光は、該MZMの上部DBR及び下部DBRによって該小さな角度で反射されつつ該MZM中を伝搬する。該MZMは、該受け取った光を変調して変調された光信号を生成する。該MZMは、該第１のVCSELから受け取った光が該MZMの上面を通過するのを阻止する第２の反射器を該MZM内にまたは該MZM上に有する（または、該MZM内または該MZM上には、該第１のVCSELから受け取った光が該MZMの上面を通過するのを阻止する第２の反射器が配置されている）。該出力空胴は、該MZMの近くにおいて（たとえば該MZMに隣接して）該第１のVCSELに対向して（すなわち、該MZMを間にして該第１のVCSELの反対側に）、光電子デバイスに水平方向（横方向）に集積ないし組み込まれている。該出力空胴は、該MZMから出て行く該変調された光信号を受け取って、該光信号を、光電子デバイスの外部へと該出力空胴の光軸に平行な方向に送る。
【００１３】
本発明のこれらの及びその他の特徴及び利点は、以下の説明、図面、及び特許請求の範囲から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１Ａ】例示的な１実施形態にしたがう、VCSEL及び水平方向集積型MZMを備える集積光電子デバイスの上面図である。
【図１Ｂ】図１Ａに示されている集積光電子デバイス１の側面図である。
【図２】図１Ａ及び図１Ｂに示されているMZM内の光子エネルギーの関数として光吸収の変化を、電界が存在しない場合と電界が存在する場合のそれぞれについて示す第１の曲線と第２の曲線を有するグラフである。
【図３】図１Ａ及び図１Ｂに示されているMZM内の光子エネルギーの関数として屈折率の変化を、電界が存在しない場合と電界が存在する場合のそれぞれについて示す第１の曲線と第２の曲線を有するグラフである。
【図４】図１Ａ及び図１Ｂに示されている集積光電子デバイスの上面図であり、プッシュプルバイアスを実現するためにMZMの電極が第１及び第２のＡＣ電力源に取り付けられている。
【図５】図１Ａ及び図１Ｂに示されている集積光電子デバイスの上面図であり、MZMのアームのうちの１つを非対称にバイアスするために、図１Ａ及び図１Ｂに示されているMZMの電極が、図４に示されている第１のＡＣ電力源に取り付けられている。
【図６】１実施形態にしたがう方法を表すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
例示的な実施形態によれば、光電子デバイス（光電子装置ともいう。以下同じ）は、VCSELと共に水平方向（横方向）に集積ないし組み込まれたマッハツェンダー変調器（MZM）を備える。該水平方向に集積されたMZMは、該MZMの２つのアームに変調された電界を加えることによりそれらのアームによって生成された位相シフト間の差を用いて、該集積ないし組み込まれたVCSELから出力された連続波（CW）光を変調する。このように、位相差を用いて集積されたVCSELから出力された連続波（CW）光を変調することによって、水平方向に集積されたMZMは、水平方向集積型EA変調器の上記の波長依存性の問題を克服し、さらにまた、垂直方向集積型のEA及びEO変調器に関連するER及び変調範囲の問題を克服する点で水平方向集積型EA変調器と同じ利点を有する。既存の集積変調器に関連するこれらの問題の全てを克服することによって、VCSELの動作速度が向上し、かつ、VCSELの変調信号範囲が拡張されて、より広範囲の変調信号、及び大信号デジタル変調方式を含む変調方式が可能になる。
【００１６】
以下、図１〜図６を参照して、水平方向集積型MZMを有するVCSELの例示的な１実施形態を説明する。尚、これらの図において、同じ参照番号は、同様の素子、特徴、及び構成要素を表している。図中の特徴、素子、及び構成要素は、必ずしも一定の縮尺で描かれているわけではないことに留意されたい。
【００１７】
図１Ａは、例示的な１実施形態による、VCSEL、及び、水平方向に集積ないし組み込まれたMZM（以下、水平方向集積化MZMともいう）を備える集積光電子デバイス１の上面図である。図１Ｂは、図１Ａに示されている集積光電子デバイス１の側面図である。集積光電子デバイス１の動作原理を説明する前に、例示的な１実施形態によるデバイス１の構造を、図１Ａ及び図１Ｂを参照して説明する。
【００１８】
図１Ａ及び図１Ｂにおいてデバイス１を横断して描かれている垂直の破線は、デバイス１を異なるいくつかの領域に水平方向（横方向）に分割している。領域Iは、当業界では周知のタイプであるシングルモードまたはマルチモードVCSEL２を含んでいる。VCSEL２は、高屈折率材料と低屈折率材料の交互層からなる複数の層から形成された上部DBR３を有している。VCSEL２は、高屈折材料と低屈折材料の交互層からなる複数の層から構成された下部DBR４を有している。VCSEL２は、上部DBR３と下部DBR４の間に挟まれた量子井戸（QW）領域５を有している。VCSEL２の上面は、光がVCSEL２の上側から放射されるのを防止する金属などの高反射性材料の層６で覆われている。VCSEL２は、破線によって画定されている領域Ｉ内において、光の放射を横方向に制限する電流閉じ込め構造及び光閉じ込め構造を有する。明瞭化のために、電流閉じ込め構造及び光閉じ込め構造は図示していない。VCSEL２の光閉じ込め構造は、VCSEL２内のレイジング光の一部が領域IIに漏れ出ることができるように、領域Iと領域IIの交差部で中断している。
【００１９】
VCSEL２のレイジングモードは、ほぼ垂直方向（縦方向）に横断するので、領域IIに漏れ出た光は、層６の面に対する垂線（法線）に対して非常に小さな角度で伝搬する。反射角度は０°〜約２０°であり、典型的には約１２°以下である。この小さな反射角度の利点については、デバイス１の動作原理に関して詳しく後述する。ｐドープもしくはｎドープ半導体または誘電体材料を含む材料の多くの異なる組み合わせを、上部DBR３及び下部DBR４に使用することができる。同様に、多くの可能性のある材料の組み合わせを、QW領域５を構成する層に使用することができる。VCSEL２をバイアスするために、（明瞭化のために図示されていない）多くの可能性のある電極の配列ないし構成を使用することができる。さらに、VCSEL２の電流及び光閉じ込め領域を実現するための多くの手段がある。
【００２０】
DBR３及び４並びにQW領域５を構成する層は、典型的には、既知のエピタキシャルプロセスを用いて成長させられる。本明細書では、これらの層の組み合わせを、エピタキシャル構造またはエピ構造と呼ぶ。該エピ構造は、ｎ型材料もしくはｐ型材料もしくは半絶縁性材料から作ることができる基板８の上面に成長させられる。VCSEL２は少なくとも１つの開口を有するが、VCSEL２から領域IIに最終的に送られる光の光パワーを大きくするために複数の開口を有することができる。領域IIは、VCSEL−MZM結合部９を含んでいる。VCSEL−MZM結合部９は、同じ製造行程（この製造行程によってVCSEL２の横方向の光閉じ込め領域が形成される）で形成することができる横方向の光閉じ込め分岐（すなわち屈折率分岐路）９ａ及び９ｂを有する標準的なマッハツェンダー干渉計の入力Ｙ接合部である。領域IIは典型的には、領域IIを領域Ｉから電気的に絶縁するためにイオン注入行程を受ける。VCSEL２をＹ接合部の分岐９ａ及び９ｂに結合する単一の光結合部９ｃが示されているが、VCSEL２が複数の開口を有する場合には、開口と同じ数の光結合部によって、VCSEL２はＹ接合部の分岐９ａ及び９ｂに結合される。VCSEL−MZM結合部９及びVCSEL２は同じエピ構造を共有することができる。
【００２１】
領域IIIはMZM１０を含んでいる。（デバイス１の動作原理に関連して後述するように）この領域中の分割されたボックス１１ａ〜１１ｃは、MZM１０に（該MZMを横断して）電位を与えるために使用される電極を表している。当業者には理解されるように、電極１１ａ〜１１ｃを、たとえば、対称、非対称、シングルエンデッド、プッシュプルなどのさまざまな異なる配列をなすように配置することができる。MZM１０は、光導波路であるマッハツェンダー光閉じ込めアーム１０ａ及び１０ｂを備えている。アーム１０ａ及び１０ｂはそれぞれ、光閉じ込め分岐９ａ及び９ｂに領域IIとIIIの境界において結合する第１の端部を有している。MZM１０とVCSEL２は同じエピ構造を共有することができ、該エピ構造は、VCSEL−MZM結合部９によっても共有されることができる。代替的には、MZM１０は、別個の選択的に成長させたエピ構造を含むことができる。VCSEL−MZM結合部９、アーム１０ａ及び１０ｂ、電極１１ａ〜１１ｃ、及びMZM−出力胴結合部１２の上の表面を含むMZM１０の上面のほとんどもしくは全ては、レーザー光がそれらの領域内のデバイス１の上面を通って伝搬するのを阻止するために高反射性材料７の層で覆われている。
【００２２】
層７が金属層として実施されている場合には、層７を、電極１１ａ及び１１ｂに接続してもしなくてもよく、または、電極１１ｂ及び１１ｃに接続してもしなくてもよい。層７が電極１１ａ〜１１ｃのうちの１以上に接続されない場合には、層７をVCSEL２の上に延在させ、これによって、反射層６を不要にすることができる。したがって、層６と層７は別個の層として図示されているが、いくつかの場合には、それらの層を、同じ（１または複数の）層の異なる部分とすることができる。
【００２３】
領域IVは、VCSEL−MZM結合部９と同じものとすることができるMZM−出力胴結合部１２である。MZM−出力胴結合部１２は、同じ製造行程（この製造行程によってVCSEL２の横方向の光閉じ込め領域及びVCSEL−MZM結合部９の分岐９ａ及び９ｂが形成される）で形成することができる横方向の光閉じ込め分岐（すなわち屈折率分岐路）１２ａ及び１２ｂを有する標準的なマッハツェンダー干渉計の出力Ｙ接合部である。分岐１２ａ、１２ｂのそれぞれの第１の端部は、アーム１０ａ、１０ｂのそれぞれの第２の端部にそれぞれ結合され、分岐１２ａ、１２ｂのそれぞれの第２の端部（他方の端部）は、領域IVと領域Vの境界において出力光結合部１２ｃに結合される。
【００２４】
領域Vは、光が出力空胴１５に入るときに該光が単一の方向に伝搬することを促進するために、出力空胴１５が、VCSEL２の横方向の光閉じ込め領域とは大きさ及び／または形状が異なる横方向の光閉じ込め領域を有しうる点を除いて、VCSEL２のエピ構造と同じエピ構造を有することができる出力空胴１５を含んでいる。出力空胴１５をバイアスしなくてもよく、その場合には、出力空胴１５は、光を受動的に矢印１６の方向の垂直放射にする。代替的には、出力空胴１５がMZM１０から受けた光を増幅するように、出力空胴１５を正にバイアスすることができる。出力空胴１５がバイアスされる場合には、出力空胴１５は出力空胴１５に電位を与えるための電極（明瞭化のために図示していない）を有するだろう。VCSEL２の電極と同様に、出力空胴１５の電極を、さまざまな配列をなすように配置することができる。出力空胴１５の上面１７は、光の垂直方向への放射を可能にするために覆われていない。
【００２５】
図２は、MZM１０内の光子エネルギーの関数として光吸収の変化を、電界が存在しない場合と電界が存在する場合のそれぞれについて示す第１の曲線２５と第２の曲線２７を含むグラフである。光子エネルギーの関数としてのかかる光吸収の変化は、量子閉じ込めシュタルク効果（QCSE）として知られている現象である。図３は、MZM１０内の光子エネルギーの関数として屈折率の変化を、電界が存在しない場合と電界が存在する場合のそれぞれについて示す第１の曲線３１と第２の曲線３３を含むグラフである。電界が加えられているときに生じるかかる屈折率の変化は、クラマース−クローニッヒの関係式（Kramers-Kronig relation）として知られている関係である。
【００２６】
以下、図１Ａ〜図３を参照して、集積光電子デバイス１の動作原理を説明する。VCSEL２中の光ビームは、高反射（性）層６に対してほぼ垂直であり、層６に対する垂線からほんの小さな角度αだけそれている。上記したように、この角度は０°と約２０°の間にあって、典型的には約１２°未満もしくは約１２°である。図１Ｂの矢印２１は、上部DBR３及び下部DBR４が、最終的にはレイジングを引き起こすポンピング作用を実行するときのそれらのDBR３及び４による光の反射を表している。矢印２２は、最終的にはVCSEL−MZM結合部９の単一の光結合部９ｃへと角度αで反射されて、デバイス１中のジグザグ経路を進行し続ける光を表している。VCSEL２を作製するときには、開口またはギャップ（空隙）が、矢印２２によって表されている光を横方向に閉じ込めて、入力Ｙ接合部９の光結合部９ｃに送ることができるようにする、VCSEL２の通常は途切れることなく連続する光閉じ込め領域内に作製される。
【００２７】
VCSEL２からの閉じ込められた光は、VCSEL光モードの本質的な「垂直放射」特性を維持するので、該光は、比較的長いジグザグ経路を通ってデバイス１中を横方向に伝搬する。この長いジグザグ経路を通る該光の横方向伝搬によって、該光の横方向の実効的な群速度は遅くなる。この「遅い光」は、デバイス１の短い物理的長さ内に長い光路長を実現することを可能にする。デバイス１のこの短い物理的長さは、小さなキャパシタンスを生ずることになるが、これは結果的に、デバイス１の大きな変調帯域をもたらす。
【００２８】
MZM１０のQW領域は、アーム１０ａ及び１０ｂに（それらを横断して）電界を加えることによってシフトされた光吸限界波長を有する。上記したように、電界の印加によって引き起こされる光吸収限界波長のかかるシフトはQCSE現象である。図２を再び参照すると、曲線２７は、曲線２５をシフトしたバージョンであって、QCSEの発生を示している。図２に示されている曲線２５のシフトは、QW領域における光吸収限界波長のシフトに対応しており、該シフトは、電界が電極１１ａ〜１１ｃに加えられているときにMZM１０のQW領域で生じる。
【００２９】
図３を再び参照すると、曲線３３は曲線３１をシフトしたバージョンである。該デバイスが動作する光子エネルギーは、曲線３１と３３とで同じであるが、該デバイスの動作点における屈折率は曲線３１と３３では異なっている。これは、電界が加えられているときに、クラマース−クローニッヒの関係式にしたがってMZM１０内で生じる屈折率変化Δｎを示している
【００３０】
屈折率の変化は、バイアス電圧がMZM１０のアーム１０ａと１０ｂの一方または両方に印加されているか否かに依存して、アーム１０ａと１０ｂの一方または両方を伝送する光の位相変化を引き起こす。この位相変化は、MZM１０の２つのアーム１０ａと１０ｂ間に位相変化の違い（位相変化の差）をもたらす。この位相変化の違いは、２つのアーム１０ａ及び１０ｂからの光が合流するＹ接合部１２の出力光結合部１２ｃ内に干渉及び強度変調をもたらす。電界の印加によって引き起こされる屈折率の変化に起因して累積する２つのアーム１０ａと１０ｂ間の位相変化の違いをいくつかのやり方で実現することができる。たとえば、該位相変化の違いを、図４及び図５を参照して後述するように、電極１１ａ〜１１ｃの種々の配列を用いて、及び／または、電極１１ａ〜１１ｃの種々のバイアス方式を用いて、及び／または、アーム１０ａと１０ｂの長さの差を利用して実現することができる。
【００３１】
図４は、図１Ａ及び図１Ｂに示されている集積光電子デバイス１の上面図であり、MZM１０の電極１１ａ〜１１ｃが第１及び第２の交流（ＡＣ）電力源４１及び４２に取り付けられている。ＡＣ電力源４１は、第１の導体４３及び第２の導体４４によって電極１１ａ、１１ｂにそれぞれ接続されている。ＡＣ電力源４２は、第１の導体４５及び第２の導体４６によって電極１１ｂ、１１ｃにそれぞれ接続されている。電力源４１は、アーム１０ａに加えられる（たとえばアーム１０ａの対向する側に横断的に加えられる）第１の極性を有する電圧差（電圧の差）を生じさせるＡＣバイアス電圧を電極１１ａ及び１１ｂに印加する。電力源４２は、アーム１０ｂに加えられる（たとえばアーム１０ｂの対向する側に横断的に加えられる）、該第１の極性とは１８０°位相がずれた第２の極性を有する電圧差（電圧の差）を生じさせるＡＣバイアス電圧を、電極１１ｂ及び１１ｃに印加する。以下、電力源４１、４２及び電極１１ａ〜１１ｃのこの構成を、プッシュプルバイアス構成と呼ぶ。この例示的な実施形態によれば、アーム１０ａの長さと１０ｂの長さは同じである。以下、アーム１０ａの長さと１０ｂの長さが同じである場合には、MZM１０は対称であるという。
【００３２】
プッシュプルバイアス構成は、アーム１０ａと１０ｂとの位相シフトの差（違い）を最大にするので、アーム１０ａ及び１０ｂを有するMZM１０において所望の量の光変調を実現することができる（それらのアームの長さは、それら２つのアーム１０ａ及び１０ｂの一方だけが電極１１ａ、１１ｂ及び／または１１ｃに加えられる電気変調信号によって駆動される場合の長さよりも短い）。図１Ｂの参照番号２２が付された矢印によって示されている光の長いジグザク光路も、MZM１０における光吸収を高め、最終的には、アーム１０ａ及び１０ｂ内を伝搬する光のより大きな位相変化をもたらす。これらの要因の全ての組み合わせは、光がＹ接合部１２の出力光結合器１２ｃに入るときに該光の大きな（もしくは大量の）干渉及び変調が存在することを確実にする。
【００３３】
図１Ａ及び図１Ｂを再び参照すると、出力Ｙ接合部１２を出て出力空胴１５に入る変調された光は、出力空胴１５の上面１７に対する垂線に対して非常に小さな角度でジグザグ経路に沿って伝搬しているので、該光は、出力空胴１５の垂直放射モードに効率的に結合する。出力空胴１５をバイアスしなくてもよく、その場合には、出力空胴１５は、受動的に光を垂直放射（すなわち、図１Ｂの矢印１６の方向への放射）にする。代替的には、出力空胴１５は、正のバイアスを有することができ、その場合は、出力空胴１５は、光が矢印１６の方向に出力空胴１５の上面１７を通って出力空胴１５から放射される前に、該光を増幅する光増幅器として作用する。
【００３４】
図５は、図１Ａ及び図１Ｂに示されている集積光電子デバイス１の上面図であり、MZM１０の電極１１ａ及び１１ｂが、アーム１０ａをバイアスするために導体４３及び４４によって第１のＡＣ電力源４１に取り付けられている。この例示的な実施形態によれば、アーム１０ａの長さとアーム１０ｂの長さは異なり、したがって、MZM１０は非対称構成を有する。アーム１０ａと１０ｂの長さを異ならせることによって、２つのアーム１０ａ及び１０ｂによって生成される位相差をプリバイアス（事前バイアス）することができる。このプリバイアスを用いて、所定の処理オフセット（process offset）を補償することができ、または、電界の印加によって、必要とされるかもしくは望まれる完全な１８０°の位相差が生じない場合に追加の位相差を生成することができる。このようなアーム長を異ならせることの欠点は、それによってより強い波長依存性が生じることである。このため、図４のプッシュプルバイアス構成を用いるときには、アーム長の少しの違いさえも回避するための努力が一般になされる。
【００３５】
電力源４１は、アーム１０ａに加えられる電圧差（アーム１０ａを横断して（たとえばアーム１０ａの対向する側間に）ある電圧差を有する電圧が加えられる）を生成するＡＣバイアス電圧を電極１１ａ及び１１ｂに加える。この非対称バイアス構成は、QCSEによるMZM１０内の光吸収の変化を大きくするが、これは、クラマース−クローニッヒの関係式にしたがうMZM１０における屈折率変化として現れる。上記したように、この屈折率変化は、アーム１０ａ内を伝送する光の大きな位相変化として累積する。この位相変化は、アーム長の違いによって引き起こされる位相変化と組み合わさって、光がアーム１０ａ及び１０ｂから出力Ｙ接合部１２内に入るときに、該光の位相を理想的には１８０°ずらすことになる。この大きな位相差は、光が出力Ｙ接合部１２の出力光結合器１２ｃに入るときに該光に大きな（もしくは大量の）干渉及び強度変調が存在することを確実にする。
【００３６】
変調された光は、出力Ｙ接合部１２を出て出力空胴１５に入る。この場合も、出力空胴１５に入る該変調された光は、ジグザグ経路に沿って、出力空胴１５の上面１７に対する垂線に対して非常に小さな角度で伝搬するので、該光は、出力空胴１５の垂直放射モードに効率的に結合する。図４に関連して述べたように、光を受動的に通過させるために出力空胴１５をバイアスしなくてもよく、または、光を増幅するために出力空胴１５０を正にバイアスしてもよい。
【００３７】
図６は、１実施形態にしたがう方法を表すフローチャートであり、以下、該方法について説明する。ブロック５１で示されているように、集積光電子デバイスにおいて、第１のVCSELによって生成された光は、MZMの第１及び第２のマッハツェンダー（M-Z）光閉じ込めアームのそれぞれの第１の端部に光学的に結合される。ブロック５２で示されているように、それらのアーム中を伝送する光間に位相差が生じるようにそれらのアームの一方または両方に電界が印加される。次に、ブロック５３で示されているように、第１及び第２のアーム中を伝搬する光は、該第１及び第２のアームのそれぞれの第２の端部から出るときに光学的に結合して、変調された光ビームを生じる。ブロック５４で示されているように、次に、VCSELのエピ構造を有する光電子デバイスの出力空胴が、該集積光電子デバイスから出る該変調された光ビームを所定の方向に光学的に結合する。
【００３８】
本発明の原理及び概念を説明するために、いくつかの例示的な実施形態を参照して本発明を説明したことに留意されたい。しかしながら、本明細書における開示に照らして当業者には理解されるように、本発明は、それらの実施形態には限定されない。本明細書で説明した実施形態に対して多くの変更を加えることができ、そのような変更はすべて本発明の範囲内にある。
【００３９】
以下に、本発明の種々の構成要件の組み合わせからなる例示的な実施態様を示す。
１．光電子デバイスであって、
基板と、
前記基板上に配置された第１の垂直共振器面発光レーザー（第１のVCSEL）と、
前記第１のVCSELの近くにおいて（または該第１のVCSELに隣接して）前記光電子デバイスに水平方向に集積されたマッハツェンダー変調器（MZM）
を備え、
前記第１のVCSELは、前記基板の上に配置された第１の分布ブラッグ反射器（第１のDBR）と、該第１のDBRの上に配置された第１の量子井戸（QW）領域と、該第１のQW領域の上に配置された第２の分布ブラッグ反射器（第２のDBR）と、該第２のDBRの上に前記基板に対向して配置された第１の反射器とを備え、該第１の反射器は、前記第１のVCSELによって生成された光を反射して前記光電子デバイス中へと戻し、
前記MZMは、前記第１のVCSELによって生成された光を受け取り、該受け取った光を変調して変調された光信号を生成し、
前記MZMは、前記第１のVCSELから受け取った前記光が該MZMの上面を通過するのを阻止する第２の反射器を該MZM内または該MZM上に有することからなる、光電子デバイス。
２．前記第１の反射器と前記第２の反射器は別個の反射器である、上項１の光電子デバイス。
３．前記第１の反射器と前記第２の反射器は、単一の反射器の互いに異なる部分である、上項１の光電子デバイス。
４．VCSELの構造を有する出力空胴をさらに備え、
前記出力空胴は、前記MZMの近くにおいて（または該MZMに隣接して）前記第１のVCSELに対向して、前記光電子デバイスに水平方向に集積され、
前記出力空胴は、第３のDBR、該第３のDBRの上に配置された第２のQW領域、及び、該第２のQW領域の上に配置された第４のDBRを備え、
前記出力空胴は、前記MZMから出て行く前記変調された光信号を受け取って、該光信号を、前記光電子デバイスの外部へと該出力空胴の光軸に平行な方向に送ることからなる、上項１の光電子デバイス。
５．前記MZMは、入力光Ｙ接合部、第１の光閉じ込めアーム、第２の光閉じ込めアーム、及び出力光Ｙ接合部を少なくとも備え、
前記入力光Y接合部は、前記第１のVCSELによって生成された光を受け取るために該第１のVCSELに結合する第１の分岐を有し、
前記入力光Y接合部は、前記第１の光閉じ込めアームの第１の端部に結合する第２の分岐と、前記第２の光閉じ込めアームの第１の端部に結合する第３の分岐を有し、
前記出力光Ｙ接合部は、前記第１の光閉じ込め分岐の第２の端部に結合する第４の分岐と、前記第２の光閉じ込め分岐の第２の端部に結合する第５の分岐を有して、前記第１の光閉じ込めアームの前記第２の端部及び前記第２の光閉じ込めアームの前記第２の端部から出て行く光を受け取り、該受け取った光を結合して前記変調された光信号を生成し、
前記出力光Ｙ接合部は、前記変調された光信号を前記出力空胴に結合するために前記出力空胴に結合する端部を有する第６の分岐を備えることからなる、上項４の光電子デバイス。
６．前記MZMは、前記MZMに電界を印加して前記第１及び第２の光閉じ込めアームの一方または両方に加えられる電圧差を生じさせるための第１の電極及び第２の電極を少なくとも備える、上項５の光電子デバイス。
７．前記MZMへの電界の印加によって、前記第１の光閉じ込めアームに電圧差を生じさせ、
前記第１の光閉じ込めアームに加えられる前記電圧差によって、前記第１の光閉じ込めアームを伝搬する光に位相変化を生じさせ、これによって、前記第１の光閉じ込めアーム及び前記第２の光閉じ込めアーム内を伝搬する光間に位相差が生じるようにし、
前記位相差によって、前記光が前記出力光Ｙ接合部内へと伝搬するときに前記光の干渉及び変調が生じることからなる、上項６の光電子デバイス。
８．前記第１のアームの長さと前記第２のアームの長さは等しい、上項７の光電子デバイス。
９．前記第１のアームの長さと前記第２のアームの長さは等しくない、上項７の光電子デバイス。
１０．前記MZMは、第１の電極、第２の電極、及び第３の電極を少なくとも備え、前記第１及び第２の電極には第１の電圧差が加えられ、及び、前記第２及び第３の電極には第２の電圧差が加えられ、
前記第１の電圧差は、前記第１の光閉じ込めアームに印加され、前記第２の電圧差は、前記第２の光閉じ込めアームに印加される、上項５の光電子デバイス。
１１．  前記第１の電圧差及び前記第２の電圧差は、互いに１８０°位相がずれている交流（ＡＣ）電圧差である、上項１０の光電子デバイス。
１２．前記第１の光閉じ込めアームに対する前記第１の電圧差の印加によって前記第１のアーム中を伝搬する光に第１の位相変化を生じさせ、前記第２の光閉じ込めアームに対する前記第２の電圧差の印加によって前記第２のアーム中を伝搬する光に第２の位相変化を生じさせ、これによって、前記第１のアームと前記第２のアーム中を伝搬する光間に位相差が生じるようにし、
前記位相差によって、前記光が前記出力光Ｙ接合部内へと伝搬するときに前記光の干渉及び変調が生じ、
前記光の干渉及び変調によって前記変調された光信号が生成されることからなる、上項１１の光電子デバイス。
１３．前記第１の反射器は、前記第１のVCSELによって生成された光を、前記第１の反射器の下面に対する垂線に対して非ゼロの小さな角度で反射し、前記角度は０°と約２０°の間であり、
前記角度で反射された前記光は、前記MZMの上部DBR及び下部DBRによって前記小さな角度で反射されながら前記MZM中を伝搬し、
前記第２の反射器は、前記MZMの前記上部DBRを通過する光が、前記MZMの上面を通って該MZMから出て行くのを阻止することからなる、上項４の光電子デバイス。
１４．前記出力空胴は、前記変調された光信号を前記光電子デバイスの外へ送る前に、該変調された光信号を増幅する第２のVCSELである、上項１３の光電子デバイス。
１５．前記出力空胴は、前記変調された光信号を増幅することなく前記光電子デバイスの外へ送る、上項１３の光電子デバイス。
１６．前記第１のVCSEL、前記出力空胴、及び前記MZMは、同じエピタキシャル構造を共有する、上項１３の光電子デバイス。
１７．光電子デバイスであって、
基板と、
前記基板上に配置された第１の垂直共振器面発光レーザー（第１のVCSEL）と、
前記第１のVCSELの近くにおいて（または該第１のVCSELに隣接して）前記光電子デバイスに水平方向に集積されたマッハツェンダー変調器（MZM）と、
前記MZMの近くにおいて（または該MZMに隣接して）前記第１のVCSELに対向して、前記光電子デバイスに水平方向に集積された出力空胴
を備え、
前記第１のVCSELは、前記基板の上に配置された第１の分布ブラッグ反射器（第１のDBR）と、該第１のDBRの上に配置された第１の量子井戸（第１のQW）領域と、該第１のQW領域の上に配置された第２の分布ブラッグ反射器（第２のDBR）と、該第２のDBRの上に前記基板に対向して配置された第１の反射器とを備え、該第１の反射器は、前記第１のVCSELによって生成された光を反射して前記光電子デバイス中へと戻し、
前記MZMは、前記第１のVCSELによって生成された光を受け取り、該受け取った光を変調して変調された光信号を生成し、
前記MZMは、前記第１のVCSELから受け取った前記光が該MZMの上面を通過するのを阻止する第２の反射器を該MZM内または該MZM上に有し、
前記出力空胴は、前記MZMから出て行く前記変調された光信号を受け取って、該光信号を、前記光電子デバイスの外部へと該出力空胴の光軸に平行な方向に送ることからなる、光電子デバイス。
１８．前記第１の反射器と前記第２の反射器は別個の反射器である、上項１７の光電子デバイス。
１９．前記第１の反射器と前記第２の反射器は、単一の反射器の互いに異なる部分である、上項１７の光電子デバイス。
２０．前記出力空胴はVCSELの構造を有し、及び、前記出力空胴は、前記基板の上に配置された第３のDBR、該第３のDBRの上に配置された第２のQW領域、及び、該第２のQW領域の上に配置された第４のDBRを備える、上項１７の光電子デバイス。
２１．前記第１の反射器は、前記第１のVCSELによって生成された光を、該第１の反射器の下面に対する垂線に対して非ゼロの小さな角度で反射し、該角度は０°と約２０°の間であり、
前記角度で反射された前記光は、前記MZMの上部DBR及び下部DBRによって前記小さな角度で反射されながら前記MZM中を伝搬することからなる、上項１７の光電子デバイス。
２２．前記MZMは、入力光Ｙ接合部、第１の光閉じ込めアーム、第２の光閉じ込めアーム、及び出力光Ｙ接合部を少なくとも備え、
前記入力光Y接合部は、前記第１のVCSELによって生成された光を受け取るために該第１のVCSELに結合する第１の分岐を有し、
前記入力光Y接合部は、前記第１の光閉じ込めアームの第１の端部に結合する第２の分岐と、前記第２の光閉じ込めアームの第１の端部に結合する第３の分岐を有し、
前記出力光Ｙ接合部は、前記第１の光閉じ込め分岐の第２の端部に結合する第４の分岐と、前記第２の光閉じ込め分岐の第２の端部に結合する第５の分岐を有して、前記第１の光閉じ込めアームの前記第２の端部及び前記第２の光閉じ込めアームの前記第２の端部から出て行く光を受け取り、該受け取った光を結合して前記変調された光信号を生成し、
前記出力光Ｙ接合部は、前記変調された光信号を前記出力空胴に結合するために前記出力空胴に結合する端部を有する第６の分岐を備えることからなる、上項２１の光電子デバイス。
２３．前記MZMは、前記MZMに電界を印加して前記第１及び第２の光閉じ込めアームの一方または両方に加えられる電圧差を生じさせるための第１の電極及び第２の電極を少なくとも備える、上項２２の光電子デバイス。
２４．前記MZMへの電界の印加によって、前記第１の光閉じ込めアームに加えられる電圧差を生じさせ、
前記第１の光閉じ込めアームに加えられる前記電圧差によって、前記第１の光閉じ込めアーム内を伝搬する光に位相変化を生じさせ、これによって、前記第１の光閉じ込めアーム及び前記第２の光閉じ込めアーム内を伝搬する光間に位相差が生じるようにし、
前記位相差によって、前記光が前記出力光Ｙ接合部内へと伝搬するときに前記光の干渉及び変調が生じることからなる、上項２３の光電子デバイス。
２５．前記第１のアームの長さと前記第２のアームの長さは等しい、上項２４の光電子デバイス。
２６．前記第１のアームの長さと前記第２のアームの長さは等しくない、上項２４の光電子デバイス。
２７．前記MZMは、第１の電極、第２の電極、及び第３の電極を少なくとも備え、前記第１及び第２の電極には第１の電圧差が加えられ、及び、前記第２及び第３の電極には第２の電圧差が加えられ、
前記第１の電圧差は、前記第１の光閉じ込めアームに印加され、前記第２の電圧差は、前記第２の光閉じ込めアームに印加される、上項２２の光電子デバイス。
２８．前記第１の電圧差及び前記第２の電圧差は、互いに１８０°位相がずれている交流（ＡＣ）電圧差である、上項２７の光電子デバイス。
２９．前記第１の光閉じ込めアームに対する前記第１の電圧差の印加によって前記第１のアーム中を伝搬する光に第１の位相変化を生じさせ、前記第２の光閉じ込めアームに対する前記第２の電圧差の印加によって前記第２のアーム中を伝搬する光に第２の位相変化を生じさせ、これによって、前記第１のアームと前記第２のアーム中を伝搬する光間に位相差が生じるようにし、
前記位相差によって、前記光が前記出力光Ｙ接合部内へと伝搬するときに前記光の干渉及び変調が生じ、
前記光の干渉及び変調によって前記変調された光信号が生成されることからなる、上項２８の光電子デバイス。
３０．光電子デバイスであって、
基板と、
前記基板上に配置された第１の垂直共振器面発光レーザー（第１のVCSEL）と、
前記第１のVCSELの近くにおいて（または該第１のVCSELに隣接して）前記光電子デバイスに水平方向に集積されたマッハツェンダー変調器（MZM）と、
前記MZMの近くにおいて（または該MZMに隣接して）前記第１のVCSELに対向して、前記光電子デバイスに水平方向に集積された出力空胴
を備え、
前記第１のVCSELは、前記基板の上に配置された第１の分布ブラッグ反射器（第１のDBR）と、該第１のDBRの上に配置された第１の量子井戸（第１のQW）領域と、該第１のQW領域の上に配置された第２の分布ブラッグ反射器（第２のDBR）と、該第２のDBRの上に前記基板に対向して配置された第１の反射器とを備え、
前記第１の反射器は、前記第１のVCSELによって生成された光を反射して前記光電子デバイス中へと戻し、
前記第１の反射器は、前記第１のVCSELによって生成された光を、該第１の反射器の下面に対する垂線に対して非ゼロの小さな角度で反射し、該角度は０°〜約２０°の間であり、
前記MZMは、前記第１のVCSELによって生成された光を受け取り、
前記非ゼロの小さな角度で反射した前記光は、前記MZMの上部DBR及び下部DBRによって前記小さな角度で反射されながら前記MZM中を伝搬し、
前記MZMは、前記受け取った光を変調して変調された光信号を生成し、
前記MZMは、前記第１のVCSELから受け取った前記光が該MZMの上面を通過するのを阻止する第２の反射器を該MZM内または該MZM上に有し、
前記出力空胴は、前記MZMの近くにおいて（または該MZMに隣接して）前記第１のVCSELに対向して、前記光電子デバイスに水平方向に集積され、前記出力空胴は、前記MZMから出て行く前記変調された光信号を受け取って、該光信号を、前記光電子デバイスの外部へと該出力空胴の光軸に平行な方向に送ることからなる、光電子デバイス。
【図１Ａ】
2016015480.tif 000003
【図１Ｂ】
2016015480.tif 000004
【図２】
2016015480.tif 000005
【図３】
2016015480.tif 000006
【図４】
2016015480.tif 000007
【図５】
2016015480.tif 000008
【図６】
2016015480.tif 000009
【外国語明細書】
2016015480000001.pdf