JP7822147B2 - Electroabsorption Modulator - Google Patents
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Description
本発明は、電界吸収型変調器、特に電極の形状に関する。 The present invention relates to electroabsorption modulators, particularly to the shape of electrodes.
光変調技術は、光ファイバ通信、自由空間光通信、光パルスを用いた情報処理など、多くの用途で利用されており、高速応答可能な小型光変調器が求められている。このような光変調器のひとつに、半導体の電界吸収効果を用いた電界吸収型変調器(EA(Electro-Absorption)変調器)がある。EA変調器は多重量子井戸層をi層としたp-i-n構造を有し、p-i-n構造に電圧を印加することで光強度変調を行うことが可能である。EA変調器は例えばInP基板をベースとして、多重量子井戸層をInGaAsP等で構成した構造が知られている。また、Siをベースとしてi層を例えばSiGeとした構造も知られている。また、EA変調器は半導体レーザと一体的に集積された半導体光素子として使用されることが多い。 Optical modulation technology is used in many applications, including optical fiber communications, free-space optical communications, and information processing using optical pulses, creating a demand for compact optical modulators with high-speed response. One such optical modulator is the electro-absorption modulator (EA (Electro-Absorption) modulator), which utilizes the electro-absorption effect of semiconductors. EA modulators have a p-i-n structure with a multi-quantum well layer as the i-layer, and light intensity modulation can be achieved by applying a voltage to the p-i-n structure. EA modulators are known to have a structure based on an InP substrate with a multi-quantum well layer made of InGaAsP or similar. Other known structures use a Si base with an i-layer made of, for example, SiGe. EA modulators are also often used as semiconductor optical devices integrated with semiconductor lasers.
特許文献1に、EA変調器のp側電極が、メサに沿ったメサ上電極と、外部から接続されるワイヤがボンディングされるパッド電極と、パッド電極とメサ上電極との間を接続する引き出し線電極と、で構成された構造が開示されている。特許文献2に、EA変調器が光を吸収することで生じるキャリア(ホトカレント)は、EA変調器のメサに沿った方向に分布を持つことが開示されている。さらに、その際の放熱性を向上させるために引き出し線電極とメサ上電極の接続部を光の入力端側に設けている構造が示されている。 Patent Document 1 discloses a structure in which the p-side electrode of an EA modulator is composed of a mesa-top electrode along the mesa, a pad electrode to which an externally connected wire is bonded, and an extraction electrode that connects the pad electrode and the mesa-top electrode. Patent Document 2 discloses that the carriers (photocurrent) generated when the EA modulator absorbs light are distributed in a direction along the mesa of the EA modulator. Furthermore, a structure is shown in which the connection between the extraction electrode and the mesa-top electrode is located on the light input end side to improve heat dissipation during this process.
非特許文献1には、EA変調器の応答速度の低下は、変調器の静電容量が主要因であると報告されている。さらに、非特許文献1には、変調器長を短くすることで応答速度が改善することが報告されている。一方、変調器長を短くすると光吸収の総量が低下し、消光比が小さくなり、光伝送においては通信誤り率増加の一因となりうる。このため、変調器長が短いEA変調器において高消光比を得るには、単位長さ当たりの光吸収量の増加が必要となる。しかし、光吸収量が増加することは、すなわちEA変調器で発生するキャリア(光励起キャリア)の増加につながる。発生した光励起キャリアが滞りなくEA変調器から引き出されれば問題はないが、十分に引き出されない場合がある。その場合、キャリアはEA変調器内、特に多重量子井戸層内に留まる。その結果、多重量子井戸層のキャリアパイルアップが生じる。キャリアパイルアップは、EA変調器の特性、例えば消光特性、応答速度の低下へとつながる。非特許文献2には、EA変調器への入力光強度や光吸収量によっては消光特性、応答速度が低下することが示されている。 Non-Patent Document 1 reports that the primary cause of the reduced response speed of EA modulators is the modulator's capacitance. Furthermore, Non-Patent Document 1 reports that shortening the modulator length improves response speed. On the other hand, shortening the modulator length reduces the total amount of light absorption, lowering the extinction ratio, which can contribute to an increase in the communication error rate in optical transmission. Therefore, achieving a high extinction ratio in an EA modulator with a short modulator length requires increasing the amount of light absorption per unit length. However, increasing the amount of light absorption leads to an increase in the number of carriers (photoexcited carriers) generated in the EA modulator. While this would not be a problem if the generated photoexcited carriers were smoothly extracted from the EA modulator, there are cases where they are not sufficiently extracted. In such cases, the carriers remain within the EA modulator, particularly in the multiple quantum well layer. This results in carrier pileup in the multiple quantum well layer. Carrier pileup leads to a decrease in the EA modulator's characteristics, such as its extinction characteristics and response speed. Non-patent document 2 shows that the extinction characteristics and response speed decrease depending on the input light intensity and light absorption amount to the EA modulator.
特許文献2に開示されているように、EA変調器の光入力側は光出力側と比較して、ホトカレントが大きい。EA変調器の光軸方向に対して略一定の電圧が印可されていると仮定すると、ホトカレントの分布は光励起キャリアの分布の傾向を示していると言える。つまり、光入力側は光出力側と比較して、多重量子井戸から引き出さなければならないキャリアが多いことを示している。EA変調器に印可される電圧が直流、もしくはkHz未満の低速であればキャリアは滞りなく引き出されたとしても、GHz以上の交流電圧が印可されている場合は、キャリアが引き出されない可能性がある。キャリアが高速に引き出されない場合、消光特性の低下、さらに周波数特性、例えば帯域が低下する。この影響は、単位長さ当たりの光吸収量が大きい場合、例えば短変調器や光吸収が増加する高温において顕著である。 As disclosed in Patent Document 2, the photocurrent is larger on the optical input side of an EA modulator than on the optical output side. Assuming that a substantially constant voltage is applied in the optical axis direction of the EA modulator, the photocurrent distribution can be said to indicate the tendency of the distribution of photoexcited carriers. In other words, this indicates that there are more carriers that must be extracted from the multiple quantum wells on the optical input side than on the optical output side. Even if carriers are extracted smoothly when the voltage applied to the EA modulator is DC or low-speed (less than kHz), carriers may not be extracted when an AC voltage of GHz or higher is applied. If carriers are not extracted quickly, the extinction characteristics deteriorate, and frequency characteristics, such as bandwidth, decrease. This effect is particularly noticeable when the amount of light absorption per unit length is large, such as in short modulators or at high temperatures where light absorption increases.
本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、高速応答性に優れた電界吸収型変調器を提供することにある。 The present invention was made in consideration of these issues, and aims to provide an electroabsorption modulator with excellent high-speed response.
(1)本開示に係る電界吸収型変調器は、基板と、前記基板の第1の面に設けられた、第1導電型クラッド層、多重量子井戸層、第2導電型クラッド層を含むメサ構造と、前記第1導電型クラッド層に電気的に接続される第1導電型電極と、前記基板の第2の面に設けられた第2導電型電極と、を備え、前記第1導電型電極は、前記メサ構造の延伸する方向に沿って配置されるメサ上電極と、外部からの電気信号が入力されるパッド電極と、前記メサ上電極と前記パッド電極との間を接続する引き出し線電極と、を有し、前記メサ構造は、外部より光が入力される光入力端と、該光入力端の逆側の光出力端と、を備え、前記引き出し線電極の短手方向の中心位置と前記メサ上電極との接続位置は、前記メサ上電極の長手方向において、前記光出力端側に近く、前記接続位置は、前記メサ上電極の長手方向の長さに対して、前記光出力端側から50%未満の位置である、ことを特徴とする。 (1) The electroabsorption modulator according to the present disclosure comprises a substrate, a mesa structure provided on a first surface of the substrate, the mesa structure including a first conductivity type cladding layer, a multiple quantum well layer, and a second conductivity type cladding layer, a first conductivity type electrode electrically connected to the first conductivity type cladding layer, and a second conductivity type electrode provided on a second surface of the substrate, the first conductivity type electrode having a mesa electrode arranged along the extension direction of the mesa structure, a pad electrode to which an external electrical signal is input, and a lead electrode connecting the mesa electrode and the pad electrode, the mesa structure comprising an optical input end to which light is input from the outside and an optical output end opposite the optical input end, the connection position between the center position of the lead electrode in the short direction and the mesa electrode being close to the optical output end in the longitudinal direction of the mesa electrode, and the connection position being less than 50% from the optical output end side with respect to the longitudinal length of the mesa electrode.
本発明により、高速応答性に優れた電界吸収型変調器が提供される。 The present invention provides an electroabsorption modulator with excellent high-speed response.
以下に、図面に基づき、本発明の実施形態を具体的かつ詳細に説明する。なお、実施形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。なお、以下に示す図は、あくまで、実施形態の実施例を説明するものであって、図の大きさと本実施例記載の縮尺は必ずしも一致するものではない。 Embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings. Note that in all figures used to explain the embodiments, components having the same functions will be given the same reference numerals, and repeated explanations will be omitted. Note that the figures shown below are merely for explaining examples of the embodiments, and the size of the figures does not necessarily correspond to the scale described in these examples.
[第1の実施形態]
図1は、本発明の第1の実施形態にかかる電界吸収型変調器集積レーザ1の上面図である。電界吸収型変調器集積レーザ1は、EA変調器2(電界吸収型変調器)、導波路接続部3、半導体レーザ4が共通の基板に集積された半導体集積素子である。電界吸収型変調器集積レーザ1は、半導体レーザ4と、導波路接続部3と、EA変調器2とがこの順で互いに光学的に接続された集積素子である。半導体レーザ4は、連続光を出射し、導波路接続部3は、半導体レーザ4の出射光をEA変調器2に伝達する。EA変調器2は、半導体レーザ4の発振波長に対応した光を吸収する多重量子井戸層10を備えている。導波路接続部3を通過してEA変調器2に入光した連続光は、EA変調器2にて強度変調され、2値や4値等の変調光信号に変換される。EA変調器2から出射された変調光信号は、前方端面101から出射される。前方端面101には、図示しない誘電体無反射膜が形成されている。また、半導体レーザ4の逆側の端面である後方端面102には、図示しない誘電体高反射膜が形成されている。なお、本実施形態では集積型の例を示すが、本発明がEA変調器単体であっても発明の効果は得られる。
[First embodiment]
FIG. 1 is a top view of an electroabsorption modulator-integrated laser 1 according to a first embodiment of the present invention. The electroabsorption modulator-integrated laser 1 is a semiconductor integrated device in which an EA modulator 2 (electroabsorption modulator), a waveguide connection section 3, and a semiconductor laser 4 are integrated on a common substrate. The electroabsorption modulator-integrated laser 1 is an integrated device in which the semiconductor laser 4, the waveguide connection section 3, and the EA modulator 2 are optically connected to each other in this order. The semiconductor laser 4 emits continuous light, and the waveguide connection section 3 transmits the light emitted from the semiconductor laser 4 to the EA modulator 2. The EA modulator 2 includes a multiple quantum well layer 10 that absorbs light corresponding to the oscillation wavelength of the semiconductor laser 4. The continuous light that passes through the waveguide connection section 3 and enters the EA modulator 2 is intensity-modulated by the EA modulator 2 and converted into a modulated optical signal such as a binary or quaternary signal. The modulated optical signal output from the EA modulator 2 is output from a front end face 101. A dielectric non-reflective coating (not shown) is formed on the front end facet 101. A dielectric highly reflective coating (not shown) is formed on the rear end facet 102, which is the end face on the opposite side of the semiconductor laser 4. Note that although an example of an integrated type is shown in this embodiment, the effects of the present invention can be obtained even when the present invention is applied to a single EA modulator.
半導体レーザ4は、例えば、1.3μm帯で発振するDFB(Distributed Feedback)レーザである。なお、発振する波長帯は、1.55μm帯や他の波長帯であっても構わない。さらには半導体レーザ4は、DFBレーザに限らず、FP(Fabry-Perot)レーザ、DBR(Distributed Bragg Reflector)レーザ、DR(Distributed Reflector)レーザであっても構わない。半導体レーザ4は、通電用の半導体レーザ用p側電極5(第1導電型電極)を備えている。半導体レーザ4は、後述するn側電極14(第2導電型電極)と半導体レーザ用p側電極5との間に電流を注入することで連続光を発振する。 The semiconductor laser 4 is, for example, a DFB (Distributed Feedback) laser that oscillates in the 1.3 μm band. The oscillating wavelength band may be the 1.55 μm band or another wavelength band. Furthermore, the semiconductor laser 4 is not limited to a DFB laser; it may also be a FP (Fabry-Perot) laser, DBR (Distributed Bragg Reflector) laser, or DR (Distributed Reflector) laser. The semiconductor laser 4 is equipped with a semiconductor laser p-side electrode 5 (first conductivity type electrode) for conducting current. The semiconductor laser 4 oscillates continuous light by injecting current between the n-side electrode 14 (second conductivity type electrode) (described below) and the semiconductor laser p-side electrode 5.
EA変調器2は、EA変調器用p側電極105を備えている。図2は、EA変調器2の光軸に垂直なA-A断面の模式図である。n型のn-InP基板9上にメサ構造が設けられ、メサ構造の両側には半絶縁性のInP埋め込み層12が配置されている。メサ構造は、下側からn-InP基板9の一部、i型の多重量子井戸層10、p型InPクラッド層11の順で積層された構造を備えている。これらの層でp-i-n構造が構成される。なお、図示はしないが多重量子井戸層10とn-InP基板9との間にn型光閉じ込め層を配置しても良い。同様に、多重量子井戸層10の上側とp型InPクラッド層11との間にp型光閉じ込め層を配置してもよい。また、図示はしないがp型InPクラッド層11の上にはp型コンタクト層が配置されている。埋め込み層12の上面にはパッシベーション膜13が配置されている。またEA変調器用p側電極105が図示しないp型コンタクト層と接しており、p-i-n構造に対して通電することが可能である。n-InP基板9のメサ構造が形成されている面の逆面にはn側電極14が配置されている。なお、n側電極14はGND電位に接続される。図1に示すように、EA変調器用p側電極105は、メサ構造に沿って設けられたメサ上電極6と、外部からの通電手段(例えばワイヤ)が接続されるパッド電極8と、メサ上電極6とパッド電極8との間を接続する引き出し線電極7と、で構成される。外部からの電気信号はパッド電極8に入力され、電気信号は引き出し線電極7を介しメサ上電極6に入力される。なお、EA変調器用p側電極105を構成する各電極は、一体的に設けられたものであり、すべて同じ構成を有している。EA変調器用p側電極105は、p型コンタクト層側からTi/Pt/Auの3層で構成されている。ここで引き出し線電極7は、メサ上電極6の光出力端側の先端に接続されている。 The EA modulator 2 includes a p-side electrode 105 for the EA modulator. Figure 2 is a schematic diagram of the EA modulator 2 taken along the A-A cross section perpendicular to the optical axis. A mesa structure is provided on an n-type n-InP substrate 9, with semi-insulating InP burying layers 12 disposed on both sides of the mesa structure. The mesa structure is formed by stacking, from the bottom, a portion of the n-InP substrate 9, an i-type multiple quantum well layer 10, and a p-type InP cladding layer 11. These layers form a p-i-n structure. Although not shown, an n-type optical confinement layer may be disposed between the multiple quantum well layer 10 and the n-InP substrate 9. Similarly, a p-type optical confinement layer may be disposed between the upper side of the multiple quantum well layer 10 and the p-type InP cladding layer 11. Although not shown, a p-type contact layer is disposed on the p-type InP cladding layer 11. A passivation film 13 is disposed on the top surface of the burying layer 12. The p-side electrode 105 for the EA modulator is in contact with a p-type contact layer (not shown), allowing current to flow through the p-i-n structure. An n-side electrode 14 is disposed on the surface of the n-InP substrate 9 opposite the surface on which the mesa structure is formed. The n-side electrode 14 is connected to GND potential. As shown in FIG. 1 , the p-side electrode 105 for the EA modulator is composed of a mesa-top electrode 6 disposed along the mesa structure, a pad electrode 8 to which an external current-carrying means (e.g., a wire) is connected, and an extraction electrode 7 connecting the mesa-top electrode 6 and the pad electrode 8. An external electrical signal is input to the pad electrode 8, and the electrical signal is input to the mesa-top electrode 6 via the extraction electrode 7. The individual electrodes constituting the p-side electrode 105 for the EA modulator are integrally formed and all have the same configuration. The p-side electrode 105 for the EA modulator is composed of three layers: Ti/Pt/Au, from the p-type contact layer side. Here, the extraction electrode 7 is connected to the tip of the mesa electrode 6 on the light output end side.
多重量子井戸層10は、メサ上電極6の光出力端側の端部までの領域に設けられ、当該端部から前方端面101までの間には図示しないメサ構造を有する導波路が設けられる。なお、メサ構造を有する導波路ではなく、メサ構造を有しない窓構造が設けられても構わない。 The multiple quantum well layer 10 is provided in the region extending to the end of the mesa-top electrode 6 on the light output end side, and a waveguide with a mesa structure (not shown) is provided between this end and the front end face 101. Note that instead of a waveguide with a mesa structure, a window structure without a mesa structure may also be provided.
図3にEA変調器2が光吸収をした際に発生するホトカレントの光軸方向の分布を示す。ホトカレントとは半導体レーザ4の出力光がEA変調器2に伝達されている状態で、EA変調器2に逆バイアスを印可した際に流れる電流を示している。ホトカレントの大きさは、EA変調器2における光吸収量に概ね比例する。つまり、図3の左側が半導体レーザ4側で、右側は前方端面101側を示す。ホトカレントは、位置B、すなわち半導体レーザ4側で大きい。これは、光の入力端側で光励起キャリアが多く発生していることを間接的に示している。ホトカレントは、光入力端から光出力端に向かって減少している。つまりEA変調器2において、ホトカレント分布は光軸方向で一定ではない。ホトカレントは、入力光の強度だけでなく、EA変調器2に印可される電圧の大きさにも比例する。EA変調器2に印可する電圧が大きいほど、ホトカレントは増加する。EA変調器2に印加された電圧は、外部からの通電手段を介してパッド電極8に印可される。パッド電極8に印可された電圧は、引き出し線電極7を介してメサ上電極6に伝わる。そして、当該電圧は、メサ上電極6からp型コンタクト層、p型InPクラッド層11へと伝わり多重量子井戸層10に印可される。 Figure 3 shows the distribution of photocurrent along the optical axis when the EA modulator 2 absorbs light. Photocurrent refers to the current that flows when a reverse bias is applied to the EA modulator 2 while the output light from the semiconductor laser 4 is being transmitted to the EA modulator 2. The magnitude of the photocurrent is roughly proportional to the amount of light absorbed by the EA modulator 2. In other words, the left side of Figure 3 represents the semiconductor laser 4 side, and the right side represents the front facet 101 side. The photocurrent is larger at position B, i.e., the semiconductor laser 4 side. This indirectly indicates that a large number of photoexcited carriers are generated at the light input end. The photocurrent decreases from the light input end to the light output end. In other words, in the EA modulator 2, the photocurrent distribution is not constant along the optical axis. The photocurrent is proportional not only to the intensity of the input light but also to the magnitude of the voltage applied to the EA modulator 2. The higher the voltage applied to the EA modulator 2, the greater the photocurrent. The voltage applied to the EA modulator 2 is applied to the pad electrode 8 via an external current-carrying means. The voltage applied to the pad electrode 8 is transmitted to the mesa electrode 6 via the lead electrode 7. The voltage is then transmitted from the mesa electrode 6 to the p-type contact layer and p-type InP cladding layer 11, and is applied to the multiple quantum well layer 10.
電圧印可時におけるメサ構造の光軸に沿った方向の電界強度は、印加される電圧がDC電圧である場合は一定である。しかし、高速の交流信号が印加される場合は、メサ構造の光軸に沿った方向の電界強度が一定とならないことを我々は見出した。図4は、電磁界解析で得られた本構造のB-B’断面における多重量子井戸層10の電界強度分布のシミュレーションの結果を示す図である。シミュレーションの条件として、メサ上電極6の長さを150μmとし、引き出し線電極7の光軸に沿った方向の幅(狭いほうの幅)を10μmとした。この時、引き出し線電極7の中心の位置は、メサ上電極6全体からみると長さ方向において光出力端側(B’側)から3%の位置にあることになる。比較例として、引き出し線電極7の中心位置がメサ上電極6の中心位置と一致している構造についてもシミュレーションを行った。中心位置が一致している構造の場合、引き出し線電極7の中心位置は、メサ上電極6全体から見ると、長手方向の光出力端側(B’側)から50%の位置にある。以下、引き出し線電極7の接続位置を、光出力端側から引き出し線電極7の中心までの位置までの割合を用いて、3%の位置や50%の位置等と表記する。図4は、パッド電極8に40GHzの高周波電気信号を印可した場合のシミュレーション結果である。ここでメサ上電極6の長さと多重量子井戸層10の長さは同一としている。実線が本実施形態(3%の位置)の電界強度分布であり、点線が比較例(50%の位置)の電界強度分布である。図4に示すように、比較例の場合はおおむねどの位置でも電界強度は一定であるのに対して、本実施形態におけるEA変調器2の電界強度は位置により値が異なることがわかる。具体的には、光入力端側(B側)では比較例の電界強度より大きく、光出力端側(B’側)では比較例の電界強度より小さくなっている。電界強度に発生する分布は、引き出し線電極7とメサ上電極6との接続位置が、光出力端側(B’側)であることに起因している。パッド電極8に印可された高周波電気信号は、引き出し線電極7を伝わりメサ上電極6へと伝達される。メサ上電極6に印可された電気信号は、メサ上電極6に伝達されるとともに、p型コンタクト層を介して多重量子井戸層10に伝達される。この時、メサ上電極6と引き出し線電極7との接点から見て、メサ上電極6は電気的にはオープンスタブとして動作していると考えられる。その結果、メサ上電極6上で電界強度に分布が生じると推測される。この時、ホトカレント(つまり光励起キャリア)が大きい光入力端側に強い電界を掛けることが可能となっている。また電界強度は光入力端側から光出力端側に向かって徐々に減少している。しかし、光励起キャリアの量(ホトカレントの量)も同様に減少している。引き出すべきキャリアが少ないために、電界強度が小さくなったとしても十分にキャリアを引き出すことが可能であり、キャリアパイルアップは起こりづらい。結果として、EA変調器2全体でキャリアパイルアップを抑制することが可能となる。光励起キャリアは印可される電圧が大きいほど、多重量子井戸層10から引き出すことが可能となり、本実施形態に係るEA変調器2はキャリアの引き出し性に優れた構造となっている。キャリアの引き出し性に優れているため、キャリアパイルアップを抑制し、消光特性および高周波特性に優れたEA変調器2を提供することができる。 When a voltage is applied, the electric field strength along the optical axis of the mesa structure is constant when the applied voltage is a DC voltage. However, we found that the electric field strength along the optical axis of the mesa structure is not constant when a high-speed AC signal is applied. Figure 4 shows the results of a simulation of the electric field strength distribution in the multiple quantum well layer 10 at the B-B' cross section of this structure, obtained through electromagnetic field analysis. The simulation conditions were a length of 150 μm and a width (narrower width) of the lead electrode 7 along the optical axis of 10 μm. In this case, the center of the lead electrode 7 is located 3% of the length of the entire mesa electrode 6 from the optical output end (B' side). As a comparative example, we also performed a simulation of a structure in which the center of the lead electrode 7 coincides with the center of the mesa electrode 6. In this structure, the center of the lead electrode 7 is located 50% of the length of the entire mesa electrode 6 from the optical output end (B' side). Hereinafter, the connection position of the lead electrode 7 will be referred to as the 3% position, the 50% position, etc., based on the ratio of the distance from the optical output end to the center of the lead electrode 7. Figure 4 shows simulation results when a 40 GHz high-frequency electrical signal is applied to the pad electrode 8. The lengths of the mesa electrode 6 and the multiple quantum well layer 10 are assumed to be the same. The solid line represents the electric field intensity distribution of this embodiment (3% position), and the dotted line represents the electric field intensity distribution of the comparative example (50% position). As shown in Figure 4 , the electric field intensity of the comparative example is generally constant at any position, whereas the electric field intensity of the EA modulator 2 of this embodiment varies depending on the position. Specifically, the electric field intensity at the optical input end (side B) is higher than that of the comparative example, and the electric field intensity at the optical output end (side B') is lower than that of the comparative example. The distribution in electric field intensity is due to the fact that the connection position between the lead electrode 7 and the mesa electrode 6 is on the optical output end (side B'). A high-frequency electrical signal applied to the pad electrode 8 is transmitted through the lead electrode 7 to the mesa electrode 6. The electrical signal applied to the mesa electrode 6 is transmitted to the mesa electrode 6 and also to the multiple quantum well layer 10 via the p-type contact layer. At this time, the mesa electrode 6 is considered to function electrically as an open stub from the point of contact between the mesa electrode 6 and the lead electrode 7. As a result, a distribution of electric field strength is presumed to occur on the mesa electrode 6. At this time, a strong electric field can be applied to the optical input end, where the photocurrent (i.e., photoexcited carriers) is large. Furthermore, the electric field strength gradually decreases from the optical input end to the optical output end. However, the amount of photoexcited carriers (amount of photocurrent) also decreases. Because there are few carriers to be extracted, carriers can be extracted sufficiently even when the electric field strength decreases, making carrier pileup unlikely to occur. As a result, carrier pileup can be suppressed throughout the EA modulator 2. The greater the applied voltage, the more photoexcited carriers can be extracted from the multiple quantum well layer 10, and the EA modulator 2 according to this embodiment has a structure with excellent carrier extraction capabilities. Because of its excellent carrier extraction capabilities, it is possible to suppress carrier pile-up and provide an EA modulator 2 with excellent extinction characteristics and high-frequency characteristics.
図5は、パッド電極8に10GHzから60GHzまでの各高周波電気信号を印可した場合における、EA変調器2の電界強度のシミュレーション結果である。なお、電界強度の絶対値は周波数により変わるため、それぞれB’の位置を基準に規格化している。10GHzにおいては、光入力端側Bと光出力端側B’の位置で電界強度はそれほど変わらない。しかし、周波数が大きくなるにつれて光出力端側B’に対して、光入力端側Bの電界強度が大きくなっている。つまり、ホトカレントが大きい光入力端側Bにより強い電界を印可することで得られる効果は、周波数が高くなるほど大きいことが分かる。駆動周波数が高いほうがパイルアップしやすい傾向にあり、本発明は特に駆動周波数が高い場合にパイルアップの抑制効果を得ることが可能で、56Gbpsに対応したEA変調器などに有効である。 Figure 5 shows the simulation results of the electric field strength of the EA modulator 2 when high-frequency electrical signals ranging from 10 GHz to 60 GHz are applied to the pad electrode 8. Note that because the absolute value of the electric field strength varies with frequency, it is normalized based on the position B'. At 10 GHz, the electric field strength does not vary significantly between the optical input terminal side B and the optical output terminal side B'. However, as the frequency increases, the electric field strength at the optical input terminal side B increases relative to the optical output terminal side B'. In other words, the effect of applying a stronger electric field to the optical input terminal side B, which has a larger photocurrent, increases with increasing frequency. Higher drive frequencies tend to make pileup more likely, and the present invention can suppress pileup, particularly at high drive frequencies, making it effective for EA modulators compatible with 56 Gbps.
引き出し線電極7の接続位置の違いによる電界強度分布について検証した。本実施形態の接続位置を3%(最先端)、10%、20%及び33%(第4の実施形態及び図11参照)の位置とし、比較例を50%の位置(中央)として、上記と同様のシミュレーションを行った。その他の条件は、上記と同一である。図6Aに10GHz、図6Bに20GHz、図6Cに40GHz、そして図6Dに60GHzの結果を示す。各図の横軸は光軸方向の位置を示す。Iphとしてプロットされている線はDC電圧を印可した際のホトカレントを示し、右側の軸に対応する。他のプロットは、接続位置が50%の位置である場合における電界強度を基準として、上述した接続位置ごとの規格化した電界強度比であり、左側の軸に対応する。 The electric field strength distribution due to differences in the connection position of the lead electrode 7 was examined. The connection positions for this embodiment were set at 3% (the forefront), 10%, 20%, and 33% (see the fourth embodiment and Figure 11), and for the comparative example, at the 50% position (center), and a similar simulation was performed. Other conditions were the same as above. Figure 6A shows the results for 10 GHz, Figure 6B for 20 GHz, Figure 6C for 40 GHz, and Figure 6D for 60 GHz. The horizontal axis in each figure indicates the position in the optical axis direction. The line plotted as Iph indicates the photocurrent when a DC voltage is applied, and corresponds to the right-hand axis. The other plots correspond to the normalized electric field strength ratio for each of the above-mentioned connection positions, with the electric field strength when the connection position is at 50% as the reference, and correspond to the left-hand axis.
図6Aに示す10GHzの電気信号の場合、電界強度は接続位置に関わらず概ね同等の傾向にあり、光軸方向のどの位置でも50%の位置の場合と比べて概ね同等である。また、接続位置による電界強度の差はほとんどみられない。図6Bに示す20GHzの電気信号の場合、光入力端側B側の方が電界強度比は大きくなり、光出力端側B’では電界強度比が小さくなる傾向が見られる。この傾向は、40GHzの図6Cや60GHzの図6Dより明らかなように、周波数が高いほど顕著にみられる。また接続位置による違いとして、接続位置が光出力端側B’に近い3%、10%、20%の位置の電界強度比は概ね同等であるが、33%の位置の電界強度比は、周波数による増加率が小さくなっている。この結果より、引き出し線電極7とメサ上電極6との接続位置を、メサ上電極6の中央部より光出力端側B’に近くすることで、光入力端側Bの電界強度比を大きくすることが可能となることが分かる。特に、33%以下の位置に寄せることで、効果は顕著である。また、製造ばらつきを考慮して安定した効果を得るためには、電界強度比が概ね同等となる20%以下とすることがより好ましい。 For the 10 GHz electrical signal shown in Figure 6A, the electric field strength tends to be roughly equivalent regardless of the connection position, being roughly equivalent at any position along the optical axis compared to the 50% position. Furthermore, there is little difference in electric field strength due to the connection position. For the 20 GHz electrical signal shown in Figure 6B, the electric field strength ratio tends to be larger at the optical input end side B and smaller at the optical output end side B'. This tendency is more pronounced at higher frequencies, as is clear from Figure 6C for 40 GHz and Figure 6D for 60 GHz. Furthermore, as for differences depending on the connection position, the electric field strength ratios at the 3%, 10%, and 20% positions, which are closer to the optical output end side B', are roughly equivalent, but the rate of increase with frequency at the 33% position is smaller. These results demonstrate that by positioning the connection between the lead electrode 7 and the mesa electrode 6 closer to the optical output end side B' than to the center of the mesa electrode 6, it is possible to increase the electric field strength ratio at the optical input end side B. The effect is particularly pronounced when the ratio is set to 33% or less. Furthermore, in order to obtain a stable effect taking into account manufacturing variations, it is more preferable to set the ratio to 20% or less, at which point the electric field strength ratio becomes roughly the same.
接続位置に関わらず、光軸方向の中心位置より若干光出力端側B’側の位置で、電界強度比は1より小さくなっている。電界強度比が1より小さくなっている領域は、従来の50%と比較して電界強度が小さくなっており、光励起キャリアの引き出し性が低下していることを示している。例えば図6Dに示すように、電界強度比はある位置を境に1より小さくなっている。電界強度比が1より小さいということは、従来の接続位置が50%の構造と比較して、電界強度が小さくなっていることを示している。電界強度が小さいことは、光励起キャリアの引き出し性が低下することを示す。従って、電界強度比が1より小さい領域においては、従来構造と比較して高周波特性が低下する可能性があると言える。しかし、図6Dで示すようにホトカレント量は光入力端側Bから光出力端側B’との間で一定ではなく、光出力端側B’に向かって減少する分布を持つ。電界強度比が1以上の領域のホトカレントの総量は、全ホトカレント量の95%を占めている。逆に言えば、電界強度比が1より小さい領域のホトカレントの総量は、全ホトカレント量の5%に過ぎない。この全ホトカレント量の5%が分布する領域の電界強度が従来構造と比較して小さくなったとしても、ホトカレントの吐き出し性に対する影響は小さい。むしろ、全ホトカレント量の95%が分布する領域の電界強度を大きくすることによるホトカレント(光励起キャリアに比例)の引き出し性の向上効果が大きく、トータルとして消光特性の向上、高周波特性の向上が得られる。つまり、本発明の特徴は引き出し線電極7の接続位置をメサ上電極6の中心部(50%)から光出力端側B’にずらすことで、メサ構造の光軸に沿った方向の電界強度の分布を変えたことにある。従来構造においては、メサ構造の光軸に沿った方向の電界強度は略一定であったところを、本発明では、ホトカレントが少ない光出力端側B’の電界強度を減少させる代わりに、ホトカレントが多い光入力端側Bの電界強度を増加させた。その結果、高速応答性に優れたEA変調器を提供できる。 Regardless of the connection position, the electric field intensity ratio is less than 1 at a position slightly closer to the optical output end B' than the center position in the optical axis direction. Areas where the electric field intensity ratio is less than 1 indicate a lower electric field intensity compared to the conventional 50% connection, resulting in a decrease in the extraction efficiency of photoexcited carriers. For example, as shown in Figure 6D, the electric field intensity ratio becomes less than 1 at a certain point. A field intensity ratio less than 1 indicates a lower electric field intensity compared to the conventional structure with a 50% connection position. A lower electric field intensity indicates a decrease in the extraction efficiency of photoexcited carriers. Therefore, it can be said that areas where the electric field intensity ratio is less than 1 may exhibit a decrease in high-frequency characteristics compared to the conventional structure. However, as shown in Figure 6D, the photocurrent amount is not constant between the optical input end B and the optical output end B', but rather exhibits a decreasing distribution toward the optical output end B'. The total photocurrent amount in areas where the electric field intensity ratio is greater than 1 accounts for 95% of the total photocurrent amount. Conversely, the total photocurrent amount in areas where the electric field intensity ratio is less than 1 accounts for only 5% of the total photocurrent amount. Even if the electric field strength in the region where 5% of the total photocurrent is distributed is smaller than in the conventional structure, the effect on photocurrent discharge is small. In fact, increasing the electric field strength in the region where 95% of the total photocurrent is distributed significantly improves the extraction of photocurrent (proportional to photoexcited carriers), resulting in overall improvements in extinction characteristics and high-frequency characteristics. In other words, a feature of the present invention is that by shifting the connection position of the extraction electrode 7 from the center (50%) of the mesa electrode 6 to the optical output end side B', the distribution of the electric field strength along the optical axis of the mesa structure is changed. While the electric field strength along the optical axis of the mesa structure in the conventional structure is approximately constant, in the present invention, the electric field strength at the optical output end side B', where the photocurrent is small, is reduced, and instead the electric field strength at the optical input end side B, where the photocurrent is large, is increased. As a result, an EA modulator with excellent high-speed response can be provided.
次に、多重量子井戸層10の長さ、つまり変調器長Lmodと本発明の効果の関係について検討した。25Gbaud以上の高速駆動に対応するためには、変調器長を短くし寄生容量を低減することが有効である。ここでは56Gbaud以上の駆動に対応することも考慮して、変調器長が上記の150μmである場合に加えて、100μm及び125μmである場合について、シミュレーションを行った。また、図6Aから図6Dと同様に、引き出し線電極7とメサ上電極6の接続位置ごとにシミュレーションを行った。なお、引き出し線電極7の幅は変更していない。 Next, we investigated the relationship between the length of the multiple quantum well layer 10, i.e., the modulator length Lmod, and the effects of the present invention. To support high-speed driving of 25 Gbaud or more, it is effective to shorten the modulator length and reduce parasitic capacitance. Taking into consideration the need to support driving of 56 Gbaud or more, simulations were performed for modulator lengths of 100 μm and 125 μm in addition to the above-mentioned 150 μm. Furthermore, as with Figures 6A to 6D, simulations were performed for each connection position between the lead electrode 7 and the mesa electrode 6. The width of the lead electrode 7 was not changed.
図7にシミュレーション結果を示す。ここでは60GHzの電気信号印可時の結果を示している。横軸は引き出し線電極7の接続位置を示している。縦軸は、図6Aから図6Dと同様に、接続位置が50%の位置である場合における電界強度を基準として、規格化した電界強度比である。さらに、図6A乃至図6Dから明らかなように電界強度比は光軸方向の位置において分布を持っている。そのため、図7では、メサ上電極6の光入力端側B側の領域であって、全ホトカレント量の95%が分布する領域の電界強度比の平均を縦軸としている。図7に示すように、どの変調器長であっても、電界強度の向上効果が得られることがわかる。またその効果は、変調器長が長いほうが大きい。さらに、変調器長と平均電界強度比の向上効果は概ね比例していることが読み取れ、少なくとも変調器長が100μm以上150μm以下の範囲においては、引き出し線電極7の接続位置を光出力端側B’側に寄せることで上記効果が得られることが分かる。ただし、引き出し線電極7の接続位置が33%で、変調器長が100μmの場合は平均電界強度比の向上効果は小さい。変調器長に依らず平均電界強度比の向上効果を得るためには、引き出し線電極7の接続位置が20%以下であることが好ましい。さらに10%以下になると、より平均電界強度比の向上効果はピークとなるため、この位置に接続することも好ましい。 Figure 7 shows the simulation results. This figure shows the results when a 60 GHz electrical signal was applied. The horizontal axis indicates the connection position of the lead electrode 7. As with Figures 6A to 6D, the vertical axis indicates the electric field strength ratio normalized with respect to the electric field strength when the connection position is at 50%. Furthermore, as is clear from Figures 6A to 6D, the electric field strength ratio varies with position in the optical axis direction. Therefore, in Figure 7, the vertical axis represents the average electric field strength ratio in the region on the optical input end side B of the mesa electrode 6, where 95% of the total photocurrent is distributed. As shown in Figure 7, an improvement in electric field strength can be achieved regardless of the modulator length. Furthermore, the improvement in the average electric field strength ratio is generally proportional to the modulator length. At least for modulator lengths in the range of 100 μm to 150 μm, the above effect can be achieved by shifting the connection position of the lead electrode 7 closer to the optical output end side B'. However, when the connection position of the lead electrode 7 is 33% and the modulator length is 100 μm, the improvement effect on the average electric field strength ratio is small. In order to obtain an improvement effect on the average electric field strength ratio regardless of the modulator length, it is preferable that the connection position of the lead electrode 7 be 20% or less. Furthermore, when it is 10% or less, the improvement effect on the average electric field strength ratio reaches its peak, so it is also preferable to connect it to this position.
なお、本実施形態においては多重量子井戸層10とメサ上電極6の長さを同じとして計算したが、実際は製造ばらつきを考慮して多重量子井戸層10の方が若干長い場合がある。その場合であっても、本発明の効果が十分に得られる。 In this embodiment, calculations were performed assuming that the lengths of the multiple quantum well layer 10 and the mesa electrode 6 were the same, but in reality, the multiple quantum well layer 10 may be slightly longer due to manufacturing variations. Even in this case, the effects of the present invention can be fully obtained.
[第2の実施形態]
図8は、本発明の第2の実施形態にかかる電界吸収型変調器集積レーザ201の上面図である。第1の実施形態に示した電界吸収型変調器集積レーザ1との違いは、EA変調器202の構造のみである。光軸方向において、パッド電極8の中心位置は、メサ上電極6の中心位置と一致している。引き出し線電極7は、光軸に対して45度傾いている。メサ上電極6は長方形であり、メサ上電極6の右上(前方端面101側かつメサ上電極6のパッド電極8側)の頂点と、引き出し線電極7の上側の頂点が一致した位置で、メサ上電極6と引き出し線電極7は接続する。メサ上電極6の長さは150μmであり、引き出し線電極7の狭いほうの幅は10μmである。そのため、引き出し線電極7の中心位置は、メサ上電極6の光出力端側から見て約5%の位置に接続されている。メサ上電極6と前方端面101の間は窓構造となっている。本構造においても第1の実施形態と同様の効果が得られることは言うまでもない。さらに、第1の実施形態で示した電界吸収型変調器集積レーザ1と比較して、パッド電極8をより素子の内側(図8の下側)に配置することができるために、電界吸収型変調器集積レーザ全体の長さを短くすることができる。なお、ここでは引き出し線電極7は光軸に対して45度傾けたが、これに限定されず傾ける角度は任意である。また引き出し線電極7は、直線に限定されず曲線であっても構わない(第4の実施形態参照)。ただし、引き出し線電極7は寄生容量を発生させる要因となるため、出来るだけ面積は小さいほうが好ましい。
Second Embodiment
FIG. 8 is a top view of an electroabsorption modulator integrated laser 201 according to a second embodiment of the present invention. The only difference from the electroabsorption modulator integrated laser 1 shown in the first embodiment is the structure of the EA modulator 202. In the optical axis direction, the center of the pad electrode 8 coincides with the center of the mesa electrode 6. The lead electrode 7 is tilted at 45 degrees with respect to the optical axis. The mesa electrode 6 is rectangular, and the mesa electrode 6 and the lead electrode 7 are connected at a position where the top right vertex of the mesa electrode 6 (the front end face 101 side and the pad electrode 8 side of the mesa electrode 6) coincides with the top vertex of the lead electrode 7. The length of the mesa electrode 6 is 150 μm, and the narrower width of the lead electrode 7 is 10 μm. Therefore, the center of the lead electrode 7 is connected to a position approximately 5% of the distance from the optical output end of the mesa electrode 6. A window structure is formed between the mesa electrode 6 and the front end face 101. It goes without saying that this structure also achieves the same effects as the first embodiment. Furthermore, compared to the electroabsorption modulator integrated laser 1 shown in the first embodiment, the pad electrode 8 can be positioned closer to the inside of the element (lower side in FIG. 8), thereby shortening the overall length of the electroabsorption modulator integrated laser. Here, the lead-out electrode 7 is inclined at 45 degrees with respect to the optical axis, but this is not a limitation and the angle of inclination is arbitrary. The lead-out electrode 7 is also not limited to a straight line and may be curved (see the fourth embodiment). However, because the lead-out electrode 7 can cause parasitic capacitance, it is preferable that its area be as small as possible.
[第3の実施形態]
図9は、本発明の第3の実施形態にかかる電界吸収型変調器集積レーザ301の上面図である。図10は、EA変調器302の光軸に垂直なC-C断面の模式図である。第1の実施形態に示した電界吸収型変調器集積レーザ1との違いは、EA変調器302の構造のみで半導体レーザ4は同一構造である。EA変調器302の表面側の電極であるEA変調器用n型電極305のうち、メサ上電極6はメサ構造の上部に配置されている。またパッド電極8は、形状が長方形となっている。引き出し線電極7は、メサ上電極6とパッド電極8との間を接続しており、略L字形状となっている。また図10に示すように、引き出し線電極7はメサ構造の側面を伝わってメサ上電極6に接続されている。この時、メサ構造の側部と引き出し線電極7との間には図示しない絶縁膜が配置されている。
[Third embodiment]
FIG. 9 is a top view of an electroabsorption modulator integrated laser 301 according to a third embodiment of the present invention. FIG. 10 is a schematic diagram of a CC cross section perpendicular to the optical axis of the EA modulator 302. The only difference from the electroabsorption modulator integrated laser 1 shown in the first embodiment is the structure of the EA modulator 302; the semiconductor laser 4 has the same structure. Of the n-type electrodes 305 for the EA modulator, which are electrodes on the front side of the EA modulator 302, the mesa-top electrode 6 is located on top of the mesa structure. The pad electrode 8 is rectangular. The lead electrode 7 connects the mesa-top electrode 6 and the pad electrode 8 and is approximately L-shaped. As shown in FIG. 10, the lead electrode 7 is connected to the mesa-top electrode 6 along the side of the mesa structure. An insulating film (not shown) is located between the side of the mesa structure and the lead electrode 7.
図10に示すように、多層構造は、p-InP基板109(p型基板)、多重量子井戸層10、n-InPクラッド層110(n型クラッド層)で構成されている。メサ構造が形成されていない裏面側にはp側電極314が形成されている。ここでp-InP基板109は、p型のクラッド層としても機能する。またn-InPクラッド層110は、コンタクト層としても機能する。メサ構造は、p-InP基板109の一部と、多重量子井戸層10と、n-InPクラッド層110とで構成されている。第1の実施形態に示したEA変調器2と異なり、メサ構造の側部には埋め込み層12は配置されていない。ここでは最小構成を示しているが、必要に応じて適宜光閉じ込め層や抵抗を下げるためにメサ構造の最上層にコンタクト層、そして半導体層を保護するためのパッシベーション膜が配置されても良い。 As shown in Figure 10, the multilayer structure is composed of a p-InP substrate 109 (p-type substrate), a multiple quantum well layer 10, and an n-InP cladding layer 110 (n-type cladding layer). A p-side electrode 314 is formed on the back side where the mesa structure is not formed. Here, the p-InP substrate 109 also functions as a p-type cladding layer. The n-InP cladding layer 110 also functions as a contact layer. The mesa structure is composed of a portion of the p-InP substrate 109, the multiple quantum well layer 10, and the n-InP cladding layer 110. Unlike the EA modulator 2 shown in the first embodiment, no buried layer 12 is disposed on the sides of the mesa structure. While the minimum configuration is shown here, a contact layer may be disposed on the top layer of the mesa structure to reduce optical confinement or resistance, and a passivation film to protect the semiconductor layer may also be disposed as needed.
本実施形態においても、引き出し線電極7は、メサ上電極6に対して中心よりも光出力端側B’側に接続されている。本構成であっても第1の実施形態で示した光入力端側Bの電界強度を大きくするという効果を得ることができる。つまり、p-i-n構造を備えたEA変調器において、p側、n側のいずれかの半導体に接続されるEA変調器用電極が次の構成を備えていれば発明の効果を得ることができる。すなわち、EA変調器用電極はメサ構造の上に配置されるメサ上電極と引き出し線電極を備え、引き出し線電極はメサ上電極の光出力端側に接続されている。また、引き出し線電極7が略L字形状であるため、フォトリソグラフィによる製造が容易である。 In this embodiment, too, the lead electrode 7 is connected to the mesa-top electrode 6 closer to the optical output end side B' than the center. Even with this configuration, the effect of increasing the electric field strength at the optical input end side B shown in the first embodiment can be achieved. In other words, in an EA modulator with a p-i-n structure, the effect of the invention can be achieved if the EA modulator electrode connected to either the p-side or n-side semiconductor has the following configuration. That is, the EA modulator electrode includes a mesa-top electrode and a lead electrode arranged on the mesa structure, and the lead electrode is connected to the optical output end side of the mesa-top electrode. Furthermore, because the lead electrode 7 is approximately L-shaped, it can be easily manufactured using photolithography.
[第4の実施形態]
図11は、本発明の第4の実施形態にかかる電界吸収型変調器集積レーザ401の上面図である。第1の実施形態に示した電界吸収型変調器集積レーザ1との違いは、EA変調器402の構造のみである。EA変調器用p側電極405の引き出し線電極7は、光入力端側に向かって湾曲する形状である。引き出し線電極7の接続位置は、光出力端側から33%の位置である。EA変調器用p側電極405のメサ上電極6の長さは150μmであり、引き出し線電極7の狭いほうの幅は10μmである。メサ上電極6と前方端面101の間は窓構造となっている。図6C及び図6Dに示すように、接続位置が33%である本構造においても第1の実施形態と同様の効果が得られることは言うまでもない。さらに、第1の実施形態で示した電界吸収型変調器集積レーザ1と比較して、パッド電極8をより素子の内側(図11の下側)に配置することができるために、電界吸収型変調器集積レーザ全体の長さを短くすることができる。ただし、引き出し線電極7は寄生容量を発生させる要因となるため、出来るだけ面積は小さいほうが好ましい。
[Fourth embodiment]
FIG. 11 is a top view of an electroabsorption modulator-integrated laser 401 according to a fourth embodiment of the present invention. The only difference from the electroabsorption modulator-integrated laser 1 shown in the first embodiment is the structure of the EA modulator 402. The lead electrode 7 of the p-side electrode 405 for the EA modulator is curved toward the optical input end. The lead electrode 7 is connected 33% of the way from the optical output end. The mesa electrode 6 of the p-side electrode 405 for the EA modulator is 150 μm long, and the narrower width of the lead electrode 7 is 10 μm. A window structure is formed between the mesa electrode 6 and the front end facet 101. As shown in FIGS. 6C and 6D , this structure with a 33% connection point can, of course, achieve the same effects as the first embodiment. Furthermore, compared to the electroabsorption modulator-integrated laser 1 shown in the first embodiment, the pad electrode 8 can be positioned closer to the inside of the device (the lower side in FIG. 11 ), thereby shortening the overall length of the electroabsorption modulator-integrated laser. However, since the lead electrode 7 is a factor that generates parasitic capacitance, it is preferable that the area thereof be as small as possible.
本発明は上記実施例に限定されるものではなくEA変調器全般に適用可能であり、引き出し線電極がメサ上電極の中心ではなく光出力端側にずれて接続されていれば、電界強度分布が変化し帯域改善効果が得られるものである。すなわち、パッド電極の形状、引き出し線電極の形状には寄らず、メサ上電極への接続位置によって特性を改善する発明である。またp型、n型は逆であっても構わない。さらに、上記では、接続位置が光出力端側から3%の位置となるときに、接続位置がメサ上電極の光出力端側の端部となる場合について説明した。しかしながら、当該割合は引き出し線電極7の幅とメサ上電極6の長さに応じて決定されるため、引き出し線電極7の端部とメサ上電極6の光出力端側の端部とが一致していれば、当該割合は3%に限らない。 The present invention is not limited to the above examples and is applicable to EA modulators in general. If the lead electrode is connected to the mesa electrode not in the center but offset toward the optical output end, the electric field intensity distribution changes, resulting in a bandwidth improvement effect. In other words, this invention improves characteristics by the connection position to the mesa electrode, regardless of the shape of the pad electrode or the lead electrode. The p-type and n-type may also be reversed. Furthermore, the above describes a case where the connection position is 3% from the optical output end, and is the end of the mesa electrode on the optical output end side. However, since this ratio is determined by the width of the lead electrode 7 and the length of the mesa electrode 6, the ratio is not limited to 3% as long as the end of the lead electrode 7 and the end of the mesa electrode 6 on the optical output end side are aligned.
1,201,301,401 電界吸収型変調器集積レーザ、2,202,302,402 EA変調器、3 導波路接続部、4 半導体レーザ、5 半導体レーザ用p側電極、6 メサ上電極、7 引き出し線電極、8 パッド電極、9 n-InP基板、10 多重量子井戸層、11 p型InPクラッド層、12 埋め込み層、13 パッシベーション膜、14 n側電極、101 前方端面、102 後方端面、105,205,405 EA変調器用p側電極、109 p-InP基板、110 n-InPクラッド層、305 EA変調器用n側電極、314 p側電極。 1,201,301,401 Electroabsorption modulator integrated laser, 2,202,302,402 EA modulator, 3 Waveguide connection portion, 4 Semiconductor laser, 5 P-side electrode for semiconductor laser, 6 Mesa electrode, 7 Lead electrode, 8 Pad electrode, 9 n-InP substrate, 10 Multiple quantum well layer, 11 p-type InP cladding layer, 12 Buried layer, 13 Passivation film, 14 N-side electrode, 101 Front end facet, 102 Rear end facet, 105,205,405 P-side electrode for EA modulator, 109 p-InP substrate, 110 n-InP cladding layer, 305 N-side electrode for EA modulator, 314 P-side electrode.
Claims (5)
前記基板の第1の面に設けられた、第1導電型クラッド層、多重量子井戸層、第2導電型クラッド層を含むメサ構造と、
前記第1導電型クラッド層に電気的に接続される第1導電型電極と、
前記基板の第2の面に設けられた第2導電型電極と、を備え、
前記第1導電型電極は、前記メサ構造の延伸する方向に沿って配置されるメサ上電極と、外部からの電気信号が入力されるパッド電極と、前記メサ上電極と前記パッド電極との間を接続する引き出し線電極と、を有し、
前記メサ構造は、外部より光が入力される光入力端と、該光入力端の逆側の光出力端と、を備え、
前記メサ上電極は、光出力端よりも光入力端に近い第1端と、光入力端よりも光出力端に近い第2端とを有し、
前記引き出し線電極と前記メサ上電極との接続位置は、前記メサ上電極の前記光出力端側の端部であり、
前記メサ上電極の前記第1端における電界強度は、前記第2端における電界強度よりも大きく、
前記パッド電極の一部は、前記メサ上電極の前記第2端と前記光出力端との間に配置され、
前記引き出し線電極は、前記メサ上電極の長手方向に対して垂直な方向に延び、前記パッド電極に接続され、
前記メサ上電極の長手方向における前記引き出し線電極の幅は、前記パッド電極の幅よりも狭い、
電界吸収型変調器。 A substrate;
a mesa structure provided on a first surface of the substrate, the mesa structure including a first conductivity type cladding layer, a multiple quantum well layer, and a second conductivity type cladding layer;
a first conductivity type electrode electrically connected to the first conductivity type clad layer;
a second conductivity type electrode provided on a second surface of the substrate,
the first conductivity type electrode includes a mesa electrode disposed along an extension direction of the mesa structure, a pad electrode to which an external electric signal is input, and a lead electrode connecting the mesa electrode and the pad electrode;
the mesa structure includes an optical input end to which light is input from the outside, and an optical output end on the opposite side of the optical input end;
the mesa-top electrode has a first end closer to the optical input end than to the optical output end, and a second end closer to the optical output end than to the optical input end;
a connection position between the lead electrode and the mesa-up electrode is an end of the mesa-up electrode on the light output end side;
the electric field strength at the first end of the mesa electrode is greater than the electric field strength at the second end;
a portion of the pad electrode is disposed between the second end of the mesa electrode and the light output end;
the lead-out electrode extends in a direction perpendicular to a longitudinal direction of the mesa electrode and is connected to the pad electrode;
a width of the lead-out electrode in the longitudinal direction of the mesa electrode is narrower than a width of the pad electrode;
Electroabsorption modulator.
前記多重量子井戸層の前記長手方向の長さは、100μm以上150μm以下である、
電界吸収型変調器。 2. The electro-absorption modulator according to claim 1,
the length of the multiple quantum well layer in the longitudinal direction is 100 μm or more and 150 μm or less;
Electroabsorption modulator.
前記メサ構造を挟むように埋め込み層をさらに備える、
電界吸収型変調器。 3. The electro-absorption modulator according to claim 1,
Further, buried layers are provided so as to sandwich the mesa structure.
Electroabsorption modulator.
前記メサ構造は、前記第1導電型クラッド層の上にコンタクト層をさらに備える、
電界吸収型変調器。 2. The electro-absorption modulator according to claim 1,
the mesa structure further comprises a contact layer on the first conductivity type cladding layer.
Electroabsorption modulator.
外部からの前記電気信号は、20GHz以上の電気信号を含む、
電界吸収型変調器。 2. The electro-absorption modulator according to claim 1,
The external electrical signal includes an electrical signal of 20 GHz or higher.
Electroabsorption modulator.
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Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| RAMDANE et al.,Monolithic Integration of Multiple-Quantum-Well Lasers and Modulators for High-Speed Transmission,IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics,米国,IEEE,1996年06月,Vol.2, No.2,p.326 - p.335 |
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