[发明专利]半导体光调制器

说明书

技术领域

本发明涉及半导体光调制器，更详细地说，涉及用于光通信系统和光信息处理系统领域的半导体光调制器。

背景技术

由于近年来的高度信息化，人们期望因特网等网络传送的信息大容量化，光通信系统和光信息处理系统作为能够高速传送大容量信息的通信系统而受到关注。

近年来的光通信系统和光信息处理系统正在进一步推进大容量化以回应上述期望。在这种光通信系统和光信息处理系统中，为了使高速传送的距离变长，为了不易受到作为波形劣化原因的光纤色散的影响，需要使用波长啁啾(チヤ一ピング)少的光信号。为此，目前，在光信号的产生中，使DC动作的光源和外部调制器组合的形式占主流。

那么，波导型光控制器件是高速光通信系统、光处理系统的关键要素之一。在波导型光控制器件中，光调制器是用于将声音和图像等电信号转换成光的强弱必不可少的器件。光调制器大致分为使用LiNbO₃(LN)等介质的光调制器、和使用InP或GaAs半导体的光调制器。

作为外部调制器(光调制器)的代表，目前正在广泛使用采用LiNbO₃(LN)等介质的LN调制器。这是一种采用通过施加与直流、或光频率相比足够低频率的电场而使媒质的折射率变化的电光效应来进行动作的光调制器。

这种使用了电光效应的光调制器，有通过使具有电光效应的介质折射率变化来对光的相位进行调制的相位调制器、和将此相位调制器与马赫-策德尔干涉系统组合的光强调制器。马赫-策德尔型光调制器是一种在原理上能够使波长啁啾为零，适于超高速、长距离传送的调制器。

但是，由于现有的LN调制器的元件长度比较长，因而光发送器模块变大了，此外，驱动电压也需要3～5V左右的高电压。而且，由于驱动条件因DC偏差(直流电压偏差)或温度偏差而变化，所以为了稳定动作，必须要另外的控制电路。即，存在因上述驱动条件的变化而必须要驱动条件的控制机构这样的课题。

另一方面，以下2种是采用了半导体的光调制器的代表。一种是利用了如体半导体的弗朗兹-凯尔迪什效应(Franz-Keldysh效应)或多量子阱结构中的量子限制斯塔克效应(Quantum Confined Stark Effect：QCSE)等通过施加电场使吸收端向长波长侧偏移效果的电场吸收型光调制器(EA调制器)。另一种是利用了通过施加电场使折射率变化的电光效应(普克耳斯效应)的电光调制器(EO调制器)。

电场吸收型光调制器(EA调制器)由于小型、耗电少、还不会产生LiNbO₃调制器中所见的由直流电压引起的偏差，因而被寄予希望。但是，在电场吸收型光调制器(EA调制器)中，成为问题的是，调制时产生波长啁啾，由于啁啾的原因在光纤传送后会产生波形劣化。即，由于波长啁啾，调制后的光信号频谱比调制前宽。当通过光纤传送该频谱宽的光信号时，将产生由光纤媒质的分散效应引起的波形劣化，而且还对传送特性造成不良影响。比特率越高、传送距离越长，该波形劣化的现象越明显。

另一方面，关于电光调制器(EO调制器)，通过改变折射率来对光的相位进行调制的相位调制器、和通过与相位调制器组合以构成马赫-策德尔干涉计来进行光强度调制的马赫-策德尔调制器正在被实用。由于现在的光通信按照光强度的强、弱来发送信号，所以主要采用进行强度调制的马赫-策德尔调制器。该马赫-策德尔调制器原理上能够使波长啁啾为零，作为超高速、长距离通信用的调制器被寄予厚望。作为半导体马赫-策德尔调制器的例子，在非专利文献1中公开了具有p-i-n结构的集总常数型的调制器。在非专利文献1记载的光调制器中，由于具有p-i-n结构，因而漏泄电流小，从而可以高效地对芯层施加电场。

此外，在非专利文献2中公开了使用肖特基电极的调制器。在非专利文献2记载的调制器中，通过使用行波电极结构作为电极结构来实现宽带化。此外，在专利文献1中还探讨研究了以比它们更低电压化、小型化、高速化为目的的n-i-n结构半导体马赫-策德尔调制器。

专利文献1：国际公开第2004/081638号小册子

非专利文献1：C.Rolland et al.，“10Gbit/s，1.56μm multiquantun well InP/InGaAsP Mach-Zehnder optical modulator，”Electron，Lett.，vol.29，no.5，pp.471-472，1993