[发明专利]光调制器件和光半导体装置

说明书

技术领域

本发明涉及对输入光的强度进行调制的光调制器件，特别涉及能够控制输出光的啁啾(chirp)特性的光调制器件。

背景技术

作为能够实现10G bit/s以上的高速光调制的光调制器，(1)使用铌酸锂(LiNbO₃)的马赫-曾德尔(Mach-Zehnder)型光调制器、(2)使用半导体的马赫-曾德尔型光调制器、(3)电场吸收型光调制器这三种已被实用化。特别是，因为(1)的光调制器的性能对温度、波长的依赖性较小，啁啾特性稳定，所以作为光转换装置用的调制光源被最广泛地应用。

在(1)的光调制器中，利用光分路器将入射光两等分并使其分别通过波导。向这些波导施加相互逆相/等振幅的调制信号，使折射率变化，从而使波导光产生±90°的相位变化。利用光合路器将这些波导光合路，将相位调制转换成强度调制并输出。

(1)的光调制器的典型的波导长度为30～50mm左右，具有其的光半导体装置的长度达到50mm～100mm。在现有的光转换器(5英寸×7英寸、4.5英寸×3.5英寸)中，虽然具有收纳这种尺寸的光半导体装置的容积，但是随着光通信装置的小型化，近年使用的XFP(10G bitform-factor pluggable(可插拔模块))光收发器没有这样的容积。不能缩小(1)的光调制器的尺寸的原因是，因为向LiNbO₃施加电压时的折射率变化由材料常数决定，其较小，所以为了在波导上施加90°的相位变化需要上述的数十mm等级的长度。

另一方面，(2)的光调制器通过将半导体光波导的带隙(bandgap)波长设定为比入射光波长短100nm左右，即使在数mm左右的短波导中也能够获得±90°的相位变化，能够确认作为马赫-曾德尔型光调制器工作的情况。因此，(2)的光调制器能够实现小型化，适合于XFP光收发器。此外，通过使用用于光通信用激光器的材料(例如InP基板上的InGaAsP)形成该调制器，能够与光通信用激光器单片整体地形成，通过光学系统的简单化而降低成本。此外，虽然性能的温度、波长依赖性比(1)的光调制器的大，但是比(3)的光调制器的小，因此，在下一代的小型波长可变调制光源中，最有希望作为与波长可变激光器组合使用的光调制器。

但是，(2)的光调制器的调制器长度为数mm左右，与化合物半导体晶片(在为I nP晶片的情况下，直径为2～3英寸)相比，大到不能忽视的程度，能够从一个晶片获得的数量有限，制造成本大。与此相对，(3)的光调制器以0.2mm左右的调制器长度能够获得10dB左右的消光比。并且，因为能够容易地实现与半导体激光器的单片集成，所以经常用于固定波长的XFP收发器等中。

非专利文献1：Makino et al.，Proceedings of the Optical FiberCommunication Conference(OFC2007)，No.OMS1

非专利文献2：Koyama et al.，J.Lightwave Technol.，Vol.6，no.1，pp.87-93，1998

非专利文献3：Leuthold et al.，J OURNAL OF LIGHTWAVE TECHNOLOGY，VOL.19，No.5，pp.700-707，MAY 2001

半导体光波导的光损失包括：波导侧面的凹凸等不依赖于波长的成分，和带间吸收、自由载流子吸收等依赖于波长的成分。为了较大地获得施加电压时的折射率变化，将半导体光波导的带隙波长比较近地设定在距离入射光波长100nm左右。因此，半导体光波导的光损失和有效折射率容易受到例如因半导体晶片面内的组成的偏差而引起的带间吸收量的偏差等的影响。因此，在使用半导体光波导的光调制器中，由于难以严密地控制上下两个半导体光波导的光损失和有效折射率，所以存在输出光的啁啾特性发生较大的偏差的问题。

此外，在半导体马赫-曾德尔型光调制器和电场吸收型光调制器中，非常要求温度不依赖性。因为当温度变化时半导体的带隙也变化，所以在这些调制器中发生特性的变化。因此，这些调制器多与用于将温度保持为一定的珀尔帖(Peltier)元件一起使用。但是，珀尔帖元件的消耗功率较大。