JP2000171765A - 半導体位相変調器 - Google Patents
半導体位相変調器Info
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- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 非常に高い感度を有する偏光非感受性の半導
体位相変調器を提供する。 【解決手段】 ＩＩＩ−Ｖ族材料で作られた基板上に連
続的に堆積された、下部クラッド層、活性導波路および
上部クラッド層を含む構造を有する半導体位相変調器で
あって、活性導波路は、第１のフォトルミネッセンス波
長を有する少なくとも１つの第１の活性層と、第２のフ
ォトルミネッセンス波長を有する少なくとも１つの第２
の補償活性層を含む。変調器の動作波長は、第１のフォ
トルミネッセンス波長よりも８０〜２００ｎｍの範囲の
値だけ長く、第２のフォトルミネッセンス波長よりも３
００ｎｍを超える値だけ長い。
体位相変調器を提供する。 【解決手段】 ＩＩＩ−Ｖ族材料で作られた基板上に連
続的に堆積された、下部クラッド層、活性導波路および
上部クラッド層を含む構造を有する半導体位相変調器で
あって、活性導波路は、第１のフォトルミネッセンス波
長を有する少なくとも１つの第１の活性層と、第２のフ
ォトルミネッセンス波長を有する少なくとも１つの第２
の補償活性層を含む。変調器の動作波長は、第１のフォ
トルミネッセンス波長よりも８０〜２００ｎｍの範囲の
値だけ長く、第２のフォトルミネッセンス波長よりも３
００ｎｍを超える値だけ長い。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光伝送または光学
データの処理に使用される半導体光学素子の分野に関す
る。より具体的には、本発明は、位相変化を使用する干
渉計構造を含むあらゆる光学素子に関する。本発明の説
明を単純化するために、以下マッハ−ツェンダー型干渉
計構造に限って述べる。しかしすでに述べたように、本
発明の目的は、その範囲において、位相変調器を含む他
のすべての構造にも及ぶものである。
データの処理に使用される半導体光学素子の分野に関す
る。より具体的には、本発明は、位相変化を使用する干
渉計構造を含むあらゆる光学素子に関する。本発明の説
明を単純化するために、以下マッハ−ツェンダー型干渉
計構造に限って述べる。しかしすでに述べたように、本
発明の目的は、その範囲において、位相変調器を含む他
のすべての構造にも及ぶものである。
【０００２】
【従来の技術】集積された光学系において解決が一般的
に求められる主要課題の１つは、偏光独立デバイス、す
なわち偏光（すなわちＴＥ、ＴＭ偏光）の影響を受けな
いデバイスを作ることである。
に求められる主要課題の１つは、偏光独立デバイス、す
なわち偏光（すなわちＴＥ、ＴＭ偏光）の影響を受けな
いデバイスを作ることである。
【０００３】半導体材料で作られた標準的なマッハ−ツ
ェンダー型変調器は、基板上の積層を含む。この積層
は、下部クラッド層、素子の活性導波路を形成する活性
層、および上部クラッド層を順次堆積して作られる。こ
れら層は標準的なエピタキシー方法によって堆積され
る。従来技術の最初の変調器は、偏光に大きく依存する
材料であるニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）を主成分
とする基板を使用した。ついで、この材料はリン化イン
ジウムＩｎＰに置き換えられた。一般に活性導波路は、
例えばＩｎＧａＡｓＰ型のドープされていないの単一の
四元材料で構成される。
ェンダー型変調器は、基板上の積層を含む。この積層
は、下部クラッド層、素子の活性導波路を形成する活性
層、および上部クラッド層を順次堆積して作られる。こ
れら層は標準的なエピタキシー方法によって堆積され
る。従来技術の最初の変調器は、偏光に大きく依存する
材料であるニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）を主成分
とする基板を使用した。ついで、この材料はリン化イン
ジウムＩｎＰに置き換えられた。一般に活性導波路は、
例えばＩｎＧａＡｓＰ型のドープされていないの単一の
四元材料で構成される。
【０００４】位相変調器中の位相変化Δｊは、活性導波
路中の屈折率の変化Δｎとこの活性ガイドの長さＬの積
に比例する。事実、次の関係式（１）で支配される。
路中の屈折率の変化Δｎとこの活性ガイドの長さＬの積
に比例する。事実、次の関係式（１）で支配される。
【０００５】 Δｊ＝（２π／λ）×Δｎ×Ｌ （１） ここでλは動作波長を示す。動作波長は、素子の動作を
保証するために使用されるキャリア波の波長として定義
される。屈折率の変化Δｎは、さらに積Ｓ×ΔＥに等し
い。ここに、Ｓは素子の感度、ΔＥはその動作を保証す
るために加えられる電場の変化を表す。ΔＥはまたΔＶ
／ｅと書かれ、ここでΔＶは制御電圧の変化で、ｅは活
性導波路の厚みである。したがって、関係式（１）は次
のように書ける。
保証するために使用されるキャリア波の波長として定義
される。屈折率の変化Δｎは、さらに積Ｓ×ΔＥに等し
い。ここに、Ｓは素子の感度、ΔＥはその動作を保証す
るために加えられる電場の変化を表す。ΔＥはまたΔＶ
／ｅと書かれ、ここでΔＶは制御電圧の変化で、ｅは活
性導波路の厚みである。したがって、関係式（１）は次
のように書ける。
【０００６】 Δｊ＝（２π／λ）×Ｓ×（ΔＶ／ｅ）×Ｌ （２） この関係式から、位相変調器中の制御電圧を低減するた
めには、長さを増す必要があることが推察される。さて
長さは、静電容量Ｃの関数である。勿論長さＬが増す
と、素子の静電容量Ｃは次の関係式（３）で与えられる
ので、 Ｃ＝（εＷＬ）／ｅ （３） Ｃは増加する。ここにＷは活性導波路の長さを示し、ε
は誘電率である。したがって、関係式（２）は関係式
（４）のようになる。
めには、長さを増す必要があることが推察される。さて
長さは、静電容量Ｃの関数である。勿論長さＬが増す
と、素子の静電容量Ｃは次の関係式（３）で与えられる
ので、 Ｃ＝（εＷＬ）／ｅ （３） Ｃは増加する。ここにＷは活性導波路の長さを示し、ε
は誘電率である。したがって、関係式（２）は関係式
（４）のようになる。
【０００７】 Δｊ＝（２π／λ）×（１／（εＷ））×Ｓ×Ｃ×ΔＶ （４） この関係式は、固定した静電容量Ｃ（したがって固定し
た通過帯域）に対して、位相変化は活性層の長さと厚み
に依存しないことを示す。したがって、制御電圧ΔＶを
低減するには、感度Ｓを増加する必要がある。
た通過帯域）に対して、位相変化は活性層の長さと厚み
に依存しないことを示す。したがって、制御電圧ΔＶを
低減するには、感度Ｓを増加する必要がある。
【０００８】したがって、本発明の目的は、位相変調器
が低電圧で制御されうるように、偏光に敏感でなく高い
感度を有する位相変調器を作ることである。
が低電圧で制御されうるように、偏光に敏感でなく高い
感度を有する位相変調器を作ることである。
【０００９】標準的な位相変調器の感度Ｓ（＝Δｎ／Δ
Ｅ）を、動作波長λの関数として示す図１の曲線は、こ
の素子の動作中に現れる主要な現象を示す。
Ｅ）を、動作波長λの関数として示す図１の曲線は、こ
の素子の動作中に現れる主要な現象を示す。
【００１０】現れる第１の現象は、フランツ−ケルディ
シュ効果（Ｆｒａｎｚ−Ｋｅｌｄｙｓｈ ｅｆｆｅｃ
ｔ）に関係する。この現象は、素子に電場が加えられる
時に現れる。これは活性導波路に生じる吸収の変化によ
って表される。この現象は、常に導波路中の屈折率の変
化Δｎを伴う。この現象が、以下の記載を通してＦＫＥ
Ｒと参照されるフランツ−ケルディシュ電気屈折効果と
して知られるのはこのためである。この効果は偏光に依
存する。これは、光の偏光のＴＥおよびＴＭモードに対
し、実線と点線でプロットされる２つの曲線でそれぞれ
説明されている。
シュ効果（Ｆｒａｎｚ−Ｋｅｌｄｙｓｈ ｅｆｆｅｃ
ｔ）に関係する。この現象は、素子に電場が加えられる
時に現れる。これは活性導波路に生じる吸収の変化によ
って表される。この現象は、常に導波路中の屈折率の変
化Δｎを伴う。この現象が、以下の記載を通してＦＫＥ
Ｒと参照されるフランツ−ケルディシュ電気屈折効果と
して知られるのはこのためである。この効果は偏光に依
存する。これは、光の偏光のＴＥおよびＴＭモードに対
し、実線と点線でプロットされる２つの曲線でそれぞれ
説明されている。
【００１１】図１に示した例において、活性導波路を形
成するために用いられた材料のフォトルミネッセンス波
長λｇは、１２５０ｎｍである。これは、この材料が、
このフォトルミネッセンス波長λｇ未満の波長で照射さ
れた場合は、この材料が吸収体になることを示す。対照
的に、λｇより長い波長で照射された場合には、この材
料は透過体になる。したがって、素子を動作させるため
使用できる範囲の波長は、活性ガイドを構成する材料の
フォトルミネッセンス波長λｇより長くなければならな
い。
成するために用いられた材料のフォトルミネッセンス波
長λｇは、１２５０ｎｍである。これは、この材料が、
このフォトルミネッセンス波長λｇ未満の波長で照射さ
れた場合は、この材料が吸収体になることを示す。対照
的に、λｇより長い波長で照射された場合には、この材
料は透過体になる。したがって、素子を動作させるため
使用できる範囲の波長は、活性ガイドを構成する材料の
フォトルミネッセンス波長λｇより長くなければならな
い。
【００１２】ＦＫＥＲ効果に対して、動作波長λの関数
としての素子の感度Ｓの曲線は、動作波長が、その材料
のフォトルミネッセンス波長λｇに近ければ近い程、感
度Ｓの増加は大きく、ＦＫＥＲ効果のＴＥおよびＴＭ偏
光への依存性が高いことを示す（感度ＳＦＫ／ＴＭは感
度ＳＦＫ／ＴＥより大きい）。
としての素子の感度Ｓの曲線は、動作波長が、その材料
のフォトルミネッセンス波長λｇに近ければ近い程、感
度Ｓの増加は大きく、ＦＫＥＲ効果のＴＥおよびＴＭ偏
光への依存性が高いことを示す（感度ＳＦＫ／ＴＭは感
度ＳＦＫ／ＴＥより大きい）。
【００１３】この構造で現れる第２の効果は、ポッケル
ス効果（Ｐｏｃｋｅｌｓ ｅｆｆｅｃｔ）に関係する。
この効果は、電場が加えられた時に、活性導波路を構成
する材料の屈折率の変化Δｎで表される。この現象は、
この構造の動作に通常使用される波長の範囲の動作波長
λに影響を受けない。さらに、一般に使用される断面に
対して、このポッケルス効果はＴＭ偏光に対して常にゼ
ロである。
ス効果（Ｐｏｃｋｅｌｓ ｅｆｆｅｃｔ）に関係する。
この効果は、電場が加えられた時に、活性導波路を構成
する材料の屈折率の変化Δｎで表される。この現象は、
この構造の動作に通常使用される波長の範囲の動作波長
λに影響を受けない。さらに、一般に使用される断面に
対して、このポッケルス効果はＴＭ偏光に対して常にゼ
ロである。
【００１４】対照的に、ＴＥ偏光に対して、この現象は
基板の向きに対する導波路の向きに大きく依存する。勿
論、ガイドが基板の結晶方位に対して角度α＝０°を形
成する向きに従って作られる場合は、ＴＥに関連する正
のポッケルス効果が現れ、上述の第１のＦＫＥＲ効果に
加わる。対照的にこの角度αが９０°である場合は、Ｔ
Ｅに関連するポッケルス効果は負で、第１のＦＫＥＲ効
果から差し引かれる。この角度αが４５°である場合
は、ポッケルス効果は相殺される。
基板の向きに対する導波路の向きに大きく依存する。勿
論、ガイドが基板の結晶方位に対して角度α＝０°を形
成する向きに従って作られる場合は、ＴＥに関連する正
のポッケルス効果が現れ、上述の第１のＦＫＥＲ効果に
加わる。対照的にこの角度αが９０°である場合は、Ｔ
Ｅに関連するポッケルス効果は負で、第１のＦＫＥＲ効
果から差し引かれる。この角度αが４５°である場合
は、ポッケルス効果は相殺される。
【００１５】標準的なマッハ−ツェンダー素子の感度Ｓ
が増加した時に、ＦＫＥＲ効果が偏光に敏感になるとす
ると、知られている方法は、偏光のＴＥおよびＴＭモー
ドの間に現れる異方性を補償するためにポッケルス効果
を使用することからなる。
が増加した時に、ＦＫＥＲ効果が偏光に敏感になるとす
ると、知られている方法は、偏光のＴＥおよびＴＭモー
ドの間に現れる異方性を補償するためにポッケルス効果
を使用することからなる。
【００１６】したがって、ＴＥモードに対するＦＫＥＲ
効果が、偏光のＴＭモードに対するＦＫＥＲ効果よりも
小さいとすれば（図１の曲線参照）、この差を補償する
ためには、ＴＥに関連するポッケルス効果による屈折率
の変化Δｎを加える必要がある。したがって、導波路が
基板の結晶方向に対して０°から４５°の角度を形成す
るような方向に向くように、導波路を作成することが必
要である。
効果が、偏光のＴＭモードに対するＦＫＥＲ効果よりも
小さいとすれば（図１の曲線参照）、この差を補償する
ためには、ＴＥに関連するポッケルス効果による屈折率
の変化Δｎを加える必要がある。したがって、導波路が
基板の結晶方向に対して０°から４５°の角度を形成す
るような方向に向くように、導波路を作成することが必
要である。
【００１７】図２は、この種のマッハ−ツェンダー型構
造を有する従来の技術によるこの種の位相変調器５０を
説明する。ここで導波路は、基板の結晶方向に対してあ
る角度を形成する。５１と５２で示す位相変調器５０の
２つの案内アームは、無論［０、０、１］方向に沿って
形成され、一方基板５３は［０、−１、１］（一般に使
用される断面）の方向に沿って配向される。したがっ
て、この例では、案内アームは、光の伝搬方向が基板の
へき開面５６に関して４５°に近いように向けられる。
この導波路の向きは、活性導波路に曲がりを作ることを
意味し、したがって製造技術が複雑になる。
造を有する従来の技術によるこの種の位相変調器５０を
説明する。ここで導波路は、基板の結晶方向に対してあ
る角度を形成する。５１と５２で示す位相変調器５０の
２つの案内アームは、無論［０、０、１］方向に沿って
形成され、一方基板５３は［０、−１、１］（一般に使
用される断面）の方向に沿って配向される。したがっ
て、この例では、案内アームは、光の伝搬方向が基板の
へき開面５６に関して４５°に近いように向けられる。
この導波路の向きは、活性導波路に曲がりを作ることを
意味し、したがって製造技術が複雑になる。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
のデバイスには幾つかの欠点がある。ポッケルス効果
は、ＦＫＥＲ効果を依然非常に低い値にある一定の感度
Ｓｐまでしか補償できない。勿論、導波路の方向と基板
の結晶方向の間に作られる角度がゼロの場合、ポッケル
ス効果は（Ｓｐ）は最大で、ＦＫＥＲ効果をそれ以上補
償することはもはや不可能である。この補償の限界は、
素子の感度の限界を意味する（この限界は、図１のＬで
示す二重矢で示され、ポッケルス効果による最大感度Ｓ
ｐに対応している）。
のデバイスには幾つかの欠点がある。ポッケルス効果
は、ＦＫＥＲ効果を依然非常に低い値にある一定の感度
Ｓｐまでしか補償できない。勿論、導波路の方向と基板
の結晶方向の間に作られる角度がゼロの場合、ポッケル
ス効果は（Ｓｐ）は最大で、ＦＫＥＲ効果をそれ以上補
償することはもはや不可能である。この補償の限界は、
素子の感度の限界を意味する（この限界は、図１のＬで
示す二重矢で示され、ポッケルス効果による最大感度Ｓ
ｐに対応している）。
【００１９】さて解決すべき問題は、低制御電圧に応答
できるように高い感度Ｓを有する偏光に独立した位相変
調器を作ることである。
できるように高い感度Ｓを有する偏光に独立した位相変
調器を作ることである。
【００２０】本発明は、非常に高い感度Ｓを有する偏光
非感受性の半導体位相変調器を提案するので、上述の欠
点を克服することが可能になる。
非感受性の半導体位相変調器を提案するので、上述の欠
点を克服することが可能になる。
【００２１】
【課題を解決するための手段】特に本発明は、ＩＩＩ−
Ｖ族材料で作られた基板上に堆積された、下部クラッド
層、活性導波路および上部クラッド層を連続して含む垂
直構造を有する半導体位相変調器であって、活性導波路
が、少なくとも１つの第１の活性層と少なくとも１つの
第２の補償活性層を含み、前記第１の活性層が第１のフ
ォトルミネッセンス波長を有し、前記第２の補償活性層
が第２のフォトルミネッセンス波長を有し、前記変調器
が、前記第１のフォトルミネッセンス波長よりも８０〜
２００ｎｍの範囲の値だけ長い動作波長で動作し、前記
動作波長が、前記第２のフォトルミネッセンス波長より
も３００ｎｍを超える値だけ長い半導体位相変調器に関
する。
Ｖ族材料で作られた基板上に堆積された、下部クラッド
層、活性導波路および上部クラッド層を連続して含む垂
直構造を有する半導体位相変調器であって、活性導波路
が、少なくとも１つの第１の活性層と少なくとも１つの
第２の補償活性層を含み、前記第１の活性層が第１のフ
ォトルミネッセンス波長を有し、前記第２の補償活性層
が第２のフォトルミネッセンス波長を有し、前記変調器
が、前記第１のフォトルミネッセンス波長よりも８０〜
２００ｎｍの範囲の値だけ長い動作波長で動作し、前記
動作波長が、前記第２のフォトルミネッセンス波長より
も３００ｎｍを超える値だけ長い半導体位相変調器に関
する。
【００２２】動作波長は、８０〜１５０ｎｍの範囲の値
だけ第１のフォトルミネッセンス波長よりも長く、第２
のフォトルミネッセンス波長よりも３５０ｎｍより長い
値だけ長いことが好ましい。
だけ第１のフォトルミネッセンス波長よりも長く、第２
のフォトルミネッセンス波長よりも３５０ｎｍより長い
値だけ長いことが好ましい。
【００２３】本発明の他の特徴によれば、第１の活性層
を構成する第１の材料と第２の補償活性層を構成する第
２の材料は、四元材料である。
を構成する第１の材料と第２の補償活性層を構成する第
２の材料は、四元材料である。
【００２４】本発明の他の特徴によれば、第１の活性層
の厚みと第２の補償活性層の厚みとの比の範囲は、１〜
２．５である。
の厚みと第２の補償活性層の厚みとの比の範囲は、１〜
２．５である。
【００２５】素子の活性ガイドを作るために、少なくと
も２層を形成する２つの異なる材料を使用することは、
高い感度を有する偏光に鈍感な素子を得ることを可能に
する。第１の活性層を構成する第１の材料は、無論、動
作波長範囲でＦＫＥＲ効果を有し、第２の補償活性層を
構成する第２の材料は、動作波長範囲でＴＥモードのポ
ッケルス効果を有し、第１の材料のＦＫＥＲ効果による
ＴＥとＴＥモード間の異方性の補償を可能にする。
も２層を形成する２つの異なる材料を使用することは、
高い感度を有する偏光に鈍感な素子を得ることを可能に
する。第１の活性層を構成する第１の材料は、無論、動
作波長範囲でＦＫＥＲ効果を有し、第２の補償活性層を
構成する第２の材料は、動作波長範囲でＴＥモードのポ
ッケルス効果を有し、第１の材料のＦＫＥＲ効果による
ＴＥとＴＥモード間の異方性の補償を可能にする。
【００２６】本発明の他の特定の特徴および利点は、非
限定的な例として示し、添付の図面を参照しながら行う
以下の説明から明らかになろう。
限定的な例として示し、添付の図面を参照しながら行う
以下の説明から明らかになろう。
【００２７】
【発明の実施の形態】図３は、本発明の実施形態による
マッハ−ツェンダー構造の位相変調器の活性導波路の構
造の断面図の詳細を示す。
マッハ−ツェンダー構造の位相変調器の活性導波路の構
造の断面図の詳細を示す。
【００２８】活性導波路１０は、下部クラッド層２１と
上部クラッド層２２の間に位置する。異なる層は、例え
ば分子線エピタキシー（ＭＢＥ）などの標準的なエピタ
キシー方法によって、例えばリン化インジウム（Ｉｎ
Ｐ）などのＩＩＩ−Ｖ族の材料で作られた基板２０上に
連続的に堆積される。下部クラッド層２１と上部クラッ
ド層２２は、基板２０と同じ材料で作られ、それぞれ、
第１の型（例えばｎ型キャリア）および第２の型（例え
ばｐ型キャリア）のキャリアでドープされる。
上部クラッド層２２の間に位置する。異なる層は、例え
ば分子線エピタキシー（ＭＢＥ）などの標準的なエピタ
キシー方法によって、例えばリン化インジウム（Ｉｎ
Ｐ）などのＩＩＩ−Ｖ族の材料で作られた基板２０上に
連続的に堆積される。下部クラッド層２１と上部クラッ
ド層２２は、基板２０と同じ材料で作られ、それぞれ、
第１の型（例えばｎ型キャリア）および第２の型（例え
ばｐ型キャリア）のキャリアでドープされる。
【００２９】活性導波路１０は、少なくとも１つの第１
の活性層１１と少なくとも１つの第２の補償活性層１２
を含む。これらの２つの層１１と１２をそれぞれ構成す
る材料Ｑ１とＱ２は、例えばＩｎＧａＡｓＰなどのドー
プされていない四元材料である。これらの材料は、フォ
トルミネッセンス波長と屈折率によって差別化される。
図３の例において、第２の補償活性層１２は、それぞれ
第１の活性層１１の上下に位置した２つのサブ層１２Ａ
と１２Ｂに分離される。勿論この配置は、単に純粋な説
明のための例で、他の変形例は可能である。したがっ
て、例えば第１の活性層１１は、その間に第２の補償活
性層のサブ層が位置される数個のサブ層に分離すること
もできる。
の活性層１１と少なくとも１つの第２の補償活性層１２
を含む。これらの２つの層１１と１２をそれぞれ構成す
る材料Ｑ１とＱ２は、例えばＩｎＧａＡｓＰなどのドー
プされていない四元材料である。これらの材料は、フォ
トルミネッセンス波長と屈折率によって差別化される。
図３の例において、第２の補償活性層１２は、それぞれ
第１の活性層１１の上下に位置した２つのサブ層１２Ａ
と１２Ｂに分離される。勿論この配置は、単に純粋な説
明のための例で、他の変形例は可能である。したがっ
て、例えば第１の活性層１１は、その間に第２の補償活
性層のサブ層が位置される数個のサブ層に分離すること
もできる。
【００３０】活性導波路の２つの層１１と１２を構成す
る２つの材料の作用について、図５を参照して以下によ
り詳細に説明する。
る２つの材料の作用について、図５を参照して以下によ
り詳細に説明する。
【００３１】図４は、本発明による位相変調器の上面概
略図である。大きな感度が求められているとすると、Ｔ
ＥとＴＭの偏光モード間の異方性の一部を補償するため
には、素子のポッケルス効果は非常に大きくなければな
らない。したがって、求められている大きな感度は、素
子のへき開面６６に垂直に案内アームを向けさせる。さ
らに素子６０の案内アーム６１と６２を形成する活性ガ
イドは、残りの異方性を補償し、偏光独立性を得るため
に、２つの種類の材料を含む。案内アームをへき開面に
対して真っ直ぐかつ垂直にすることによって、活性ガイ
ドを特定の方向に向けるために、もはや曲がりの作成を
制御する必要がないので、製造法が簡単になる。上部電
極６４と６５は、２つの案内アーム６１と６２の上部に
位置する。これらは電場が加えられた時に、位相変調器
の動作の保証を可能にする。
略図である。大きな感度が求められているとすると、Ｔ
ＥとＴＭの偏光モード間の異方性の一部を補償するため
には、素子のポッケルス効果は非常に大きくなければな
らない。したがって、求められている大きな感度は、素
子のへき開面６６に垂直に案内アームを向けさせる。さ
らに素子６０の案内アーム６１と６２を形成する活性ガ
イドは、残りの異方性を補償し、偏光独立性を得るため
に、２つの種類の材料を含む。案内アームをへき開面に
対して真っ直ぐかつ垂直にすることによって、活性ガイ
ドを特定の方向に向けるために、もはや曲がりの作成を
制御する必要がないので、製造法が簡単になる。上部電
極６４と６５は、２つの案内アーム６１と６２の上部に
位置する。これらは電場が加えられた時に、位相変調器
の動作の保証を可能にする。
【００３２】図５は、活性導波路を構成する２つの材料
の感度Ｓの動作波長λの関数としての曲線を示す。これ
らの曲線は、本発明による位相変調器の動作中に現れる
効果の理解を可能にする。
の感度Ｓの動作波長λの関数としての曲線を示す。これ
らの曲線は、本発明による位相変調器の動作中に現れる
効果の理解を可能にする。
【００３３】導波路の第１の活性層１１を構成する材料
Ｑ１は、フォトルミネッセンス波長λ１を有し、第２の
補償活性層１２を構成する材料Ｑ２は、別のフォトルミ
ネッセンス波長λ２を有する。これらの２つの波長λ１
とλ２は、使用される材料に固有であり、したがって決
定される。さらに、光誘導に備えるために、第１の材料
Ｑ１の屈折率ｎ１と第２の材料Ｑ２の屈折率ｎ２は、ク
ラッド層２１と２２の屈折率ｎ３より大きい。
Ｑ１は、フォトルミネッセンス波長λ１を有し、第２の
補償活性層１２を構成する材料Ｑ２は、別のフォトルミ
ネッセンス波長λ２を有する。これらの２つの波長λ１
とλ２は、使用される材料に固有であり、したがって決
定される。さらに、光誘導に備えるために、第１の材料
Ｑ１の屈折率ｎ１と第２の材料Ｑ２の屈折率ｎ２は、ク
ラッド層２１と２２の屈折率ｎ３より大きい。
【００３４】本発明による位相変調器の動作に備えるた
めに、活性ガイドを構成する材料は、動作波長λに対し
て透過的でなければならない。したがって、動作波長λ
の範囲は、最大のフォトルミネッセンス波長（本例では
λ１）より長くなければならない。さらに、もしも動作
波長λが、最大のフォトルミネッセンス波長λ１にあま
りに接近していると、対応する第１の材料Ｑ１中の吸収
が益々大きくなる。そこで、正確に動作することができ
る位相変調器を得るためには、その位相は吸収を超えて
顕著でなければならない。したがって、図５でＡＢＳで
示した顕著な吸収帯があり、図５でＧで示した動作波長
の範囲は、位相変調器の動作を正確にするために、それ
より長いところに位置することが好ましい。
めに、活性ガイドを構成する材料は、動作波長λに対し
て透過的でなければならない。したがって、動作波長λ
の範囲は、最大のフォトルミネッセンス波長（本例では
λ１）より長くなければならない。さらに、もしも動作
波長λが、最大のフォトルミネッセンス波長λ１にあま
りに接近していると、対応する第１の材料Ｑ１中の吸収
が益々大きくなる。そこで、正確に動作することができ
る位相変調器を得るためには、その位相は吸収を超えて
顕著でなければならない。したがって、図５でＡＢＳで
示した顕著な吸収帯があり、図５でＧで示した動作波長
の範囲は、位相変調器の動作を正確にするために、それ
より長いところに位置することが好ましい。
【００３５】第１の活性層１１の第１の材料Ｑ１は、感
度Ｓが増加する時に、偏光に非常に依存するフランツ−
ケルディシュ電気屈折効果（ＦＫＥＲ）を有する。ガイ
ドは、基板の結晶方向と角度０を形成する方向に作られ
るので、第１の材料はまた、ＴＥモードにより最大のポ
ッケルス効果Ｓｐ（Ｑ１）（＝ΔｎＰ（Ｑ１）／ΔＥ）
を有し、これはＴＥモードによる、ＦＫＥＲ効果Ｓ
ＦＫ／ＴＥ（Ｑ１）（＝Δ ｎＦＫ／ＴＥ（Ｑ１）／Δ
Ｅ）に加えられる。ＴＥモードによるＦＫＥＲ効果Ｓ
ＦＫ／ＴＥ（Ｑ１）（＝ΔｎＦＫ／ＴＥ（Ｑ１）／Δ
Ｅ）は、ＴＭモードによるＦＫＥＲ効果Ｓ
ＦＫ／ＴＭ(Ｑ１)（＝ΔｎＦＫ／ＴＭ（Ｑ１）／ΔＥ）
よりも小さいので、ポッケルス効果Ｓｐ（Ｑ１）（＝Δ
ｎＦＫ／ＴＭ（Ｑ１）／ΔＥ）は、ＴＥモードとＴＭモ
ード間の異方性の一部を補償できる。しかし、感度Ｓが
高くなると２つの偏光モード間の異方性はあまりにも大
きくなり、第１の材料のポッケルス効果は、もはやそれ
を補償するのに不十分である。
度Ｓが増加する時に、偏光に非常に依存するフランツ−
ケルディシュ電気屈折効果（ＦＫＥＲ）を有する。ガイ
ドは、基板の結晶方向と角度０を形成する方向に作られ
るので、第１の材料はまた、ＴＥモードにより最大のポ
ッケルス効果Ｓｐ（Ｑ１）（＝ΔｎＰ（Ｑ１）／ΔＥ）
を有し、これはＴＥモードによる、ＦＫＥＲ効果Ｓ
ＦＫ／ＴＥ（Ｑ１）（＝Δ ｎＦＫ／ＴＥ（Ｑ１）／Δ
Ｅ）に加えられる。ＴＥモードによるＦＫＥＲ効果Ｓ
ＦＫ／ＴＥ（Ｑ１）（＝ΔｎＦＫ／ＴＥ（Ｑ１）／Δ
Ｅ）は、ＴＭモードによるＦＫＥＲ効果Ｓ
ＦＫ／ＴＭ(Ｑ１)（＝ΔｎＦＫ／ＴＭ（Ｑ１）／ΔＥ）
よりも小さいので、ポッケルス効果Ｓｐ（Ｑ１）（＝Δ
ｎＦＫ／ＴＭ（Ｑ１）／ΔＥ）は、ＴＥモードとＴＭモ
ード間の異方性の一部を補償できる。しかし、感度Ｓが
高くなると２つの偏光モード間の異方性はあまりにも大
きくなり、第１の材料のポッケルス効果は、もはやそれ
を補償するのに不十分である。
【００３６】したがって、第２の補償活性層１２の第２
の材料Ｑ２は、高いレベルの感度に対して位相変調器を
偏光非感受性にするために、残りの複屈折に対して補償
を提供するように構成される。この第２の材料Ｑ２のＦ
ＫＥＲ効果は、考慮される動作波長の範囲Ｇにおいて、
第１の材料Ｑ１のそれと比べて無視できる。このＦＫＥ
Ｒ効果は、勿論第１の材料Ｑ１の波長λ１よりもはるか
に短い第２のフォトルミネッセンス波長λ２の方向にシ
フトする。したがって、第２の材料Ｑ２は、考慮される
動作波長において、ポッケルス効果Ｓｐ（Ｑ２）（＝Δ
ｎＰ（Ｑ２）／ΔＥ）だけを有する。したがって、ＴＥ
モードによる第２の材料Ｑ２のポッケルス効果は、２つ
のＴＥとＴＭの偏光モードの間の異方性を完全に補償す
るために、ＴＥモードによるＦＫＥＲ効果と第１の材料
Ｑ１のＴＥモードによるポッケルス効果に加えられられ
る。
の材料Ｑ２は、高いレベルの感度に対して位相変調器を
偏光非感受性にするために、残りの複屈折に対して補償
を提供するように構成される。この第２の材料Ｑ２のＦ
ＫＥＲ効果は、考慮される動作波長の範囲Ｇにおいて、
第１の材料Ｑ１のそれと比べて無視できる。このＦＫＥ
Ｒ効果は、勿論第１の材料Ｑ１の波長λ１よりもはるか
に短い第２のフォトルミネッセンス波長λ２の方向にシ
フトする。したがって、第２の材料Ｑ２は、考慮される
動作波長において、ポッケルス効果Ｓｐ（Ｑ２）（＝Δ
ｎＰ（Ｑ２）／ΔＥ）だけを有する。したがって、ＴＥ
モードによる第２の材料Ｑ２のポッケルス効果は、２つ
のＴＥとＴＭの偏光モードの間の異方性を完全に補償す
るために、ＴＥモードによるＦＫＥＲ効果と第１の材料
Ｑ１のＴＥモードによるポッケルス効果に加えられられ
る。
【００３７】本発明による位相変調器の活性導波路の構
造により、このように高い感度で動作できる偏光非感受
性素子が得られる。すなわち低い制御電圧で、所与の静
電容量Ｃに対して十分に動作する。
造により、このように高い感度で動作できる偏光非感受
性素子が得られる。すなわち低い制御電圧で、所与の静
電容量Ｃに対して十分に動作する。
【００３８】以下に記述し図５に説明した特別な例によ
って、この記述が実証される。無論、本発明は、説明の
ためだけに挙げたこの例に限定されるものではない。こ
の例では、第１の材料Ｑ１は、１４５０ｎｍのフォトル
ミネッセンス波長λ１を有し、第２の材料Ｑ２は、１１
８０ｎｍのフォトルミネッセンス波長λ２を有する。本
発明による変調器の動作波長λ０は、第１の材料の吸収
が顕著なゾーンＡＢＳよりも長い範囲に位置している。
この目的のためには、動作波長λ０はλ１より８０ｎｍ
の値だけ長いことが好ましい。勿論、動作波長λ０がλ
１より６０ｎｍだけしか長くなければ、材料中の屈折率
変化Δｎに比べてはるかに高い吸収が観察される危険
性、および電気屈折の代わりに電気吸収の現象を示す危
険性がある。
って、この記述が実証される。無論、本発明は、説明の
ためだけに挙げたこの例に限定されるものではない。こ
の例では、第１の材料Ｑ１は、１４５０ｎｍのフォトル
ミネッセンス波長λ１を有し、第２の材料Ｑ２は、１１
８０ｎｍのフォトルミネッセンス波長λ２を有する。本
発明による変調器の動作波長λ０は、第１の材料の吸収
が顕著なゾーンＡＢＳよりも長い範囲に位置している。
この目的のためには、動作波長λ０はλ１より８０ｎｍ
の値だけ長いことが好ましい。勿論、動作波長λ０がλ
１より６０ｎｍだけしか長くなければ、材料中の屈折率
変化Δｎに比べてはるかに高い吸収が観察される危険
性、および電気屈折の代わりに電気吸収の現象を示す危
険性がある。
【００３９】さらに、変調器が十分な感度Ｓを有するた
めに、動作波長λ０はそれ自身一定の上限を超えてはな
らない。この目的のために、動作波長λ０は、λ１より
８０〜２００ｎｍの値だけ長い。λ０とλ１の差は１５
０ｎｍより長いことが好ましい。この特別の例では、動
作波長λ０は１５５０ｎｍである。
めに、動作波長λ０はそれ自身一定の上限を超えてはな
らない。この目的のために、動作波長λ０は、λ１より
８０〜２００ｎｍの値だけ長い。λ０とλ１の差は１５
０ｎｍより長いことが好ましい。この特別の例では、動
作波長λ０は１５５０ｎｍである。
【００４０】さらに、第２の材料Ｑ２と比べて、動作波
長の範囲Ｇは、動作波長λ０と第２のフォトルミネッセ
ンス波長λ２の差が３００ｎｍより長い、好ましくは３
５０ｎｍより長いような範囲でなければならない。λ０
とλ２のこの差は、第２の材料Ｑ２のＦＫＥＲ効果が、
第１の材料Ｑ１のＦＫＥＲ効果に関して無視できるよう
にするために必要である。
長の範囲Ｇは、動作波長λ０と第２のフォトルミネッセ
ンス波長λ２の差が３００ｎｍより長い、好ましくは３
５０ｎｍより長いような範囲でなければならない。λ０
とλ２のこの差は、第２の材料Ｑ２のＦＫＥＲ効果が、
第１の材料Ｑ１のＦＫＥＲ効果に関して無視できるよう
にするために必要である。
【００４１】さらに２つの活性層の間の厚みの比は、所
望の補償を得るために非常に重要である。厚みのこの比
は、事実、これらの層を構成する材料Ｑ１とＱ２のフォ
トルミネッセンス波長λ１およびλ２とに関連して、動
作波長λ０の値によって調整される。この特別な例にお
いて、第１の活性層１１（第１の材料Ｑ１）の厚みは
０．３μｍで、第２の補償活性層１２（第２の材料
Ｑ２）のそれぞれのサブ層１２Ａと１２Ｂの厚みは０．
１μｍである。したがって、第１の活性層の厚みの第２
の補償活性層に対する厚みの比は、１．５である。一般
にこの比は、動作波長λ０の値に応じて１〜２．５の間
で変化できる。
望の補償を得るために非常に重要である。厚みのこの比
は、事実、これらの層を構成する材料Ｑ１とＱ２のフォ
トルミネッセンス波長λ１およびλ２とに関連して、動
作波長λ０の値によって調整される。この特別な例にお
いて、第１の活性層１１（第１の材料Ｑ１）の厚みは
０．３μｍで、第２の補償活性層１２（第２の材料
Ｑ２）のそれぞれのサブ層１２Ａと１２Ｂの厚みは０．
１μｍである。したがって、第１の活性層の厚みの第２
の補償活性層に対する厚みの比は、１．５である。一般
にこの比は、動作波長λ０の値に応じて１〜２．５の間
で変化できる。
【００４２】この記述の最後に添付した表Ｉに、この特
別な例中の活性ガイドを構成するそれぞれの材料Ｑ１と
Ｑ２に対して現れる現象を要約する。したがって、ＴＥ
モードによる第１の材料Ｑ１のＦＫＥＲ効果（Δ
ｎＦＫ／ＴＥ（Ｑ１））のための補償は、第１の材料Ｑ
１のポッケルス効果（ΔｎＰ（Ｑ１））および第２の材
料Ｑ ２のポッケルス効果（ΔｎＰ（Ｑ２））によって得
られる。この補償によって次の関係を得ることが可能に
なる。
別な例中の活性ガイドを構成するそれぞれの材料Ｑ１と
Ｑ２に対して現れる現象を要約する。したがって、ＴＥ
モードによる第１の材料Ｑ１のＦＫＥＲ効果（Δ
ｎＦＫ／ＴＥ（Ｑ１））のための補償は、第１の材料Ｑ
１のポッケルス効果（ΔｎＰ（Ｑ１））および第２の材
料Ｑ ２のポッケルス効果（ΔｎＰ（Ｑ２））によって得
られる。この補償によって次の関係を得ることが可能に
なる。
【００４３】ΔｎＦＫ／ＴＥ（Ｑ１）＋ΔｎＰ（Ｑ１）
＋ΔｎＰ（Ｑ２）＝ΔｎＦＫ／ＴＭ（Ｑ１） この関係によって、本発明による変調器は偏光に影響を
受けないこと、またどのような感度でも偏光に影響を受
けないことが確認される。したがって、標準的な位相変
調器と異なり、低い電圧で制御し得る、高い感度の変調
器を作ることができる。通常、本発明による位相変調器
の制御電圧は、標準的な変調器の制御電圧に比し、１０
分の１に低減される。
＋ΔｎＰ（Ｑ２）＝ΔｎＦＫ／ＴＭ（Ｑ１） この関係によって、本発明による変調器は偏光に影響を
受けないこと、またどのような感度でも偏光に影響を受
けないことが確認される。したがって、標準的な位相変
調器と異なり、低い電圧で制御し得る、高い感度の変調
器を作ることができる。通常、本発明による位相変調器
の制御電圧は、標準的な変調器の制御電圧に比し、１０
分の１に低減される。
【００４４】要約すれば、第１の材料Ｑ１は、変調器の
全体の感度を与え、第２の材料Ｑ２は、偏光のＴＥとＴ
Ｍのモードの間の異方性を補償するために用いられる。
さらに、位相変調器の案内アームは、素子のへき開面に
対して真っ直ぐで直角の方向に作られ、もはや曲がりを
作る必要がなく、これによって、製造技術が容易にな
る。
全体の感度を与え、第２の材料Ｑ２は、偏光のＴＥとＴ
Ｍのモードの間の異方性を補償するために用いられる。
さらに、位相変調器の案内アームは、素子のへき開面に
対して真っ直ぐで直角の方向に作られ、もはや曲がりを
作る必要がなく、これによって、製造技術が容易にな
る。
【００４５】
【表１】
【図１】単一の材料からなる活性導波路を含む標準的な
マッハ−ツェンダー型素子の感度Ｓを、動作波長λの関
数としてプロットした曲線を示す図である。
マッハ−ツェンダー型素子の感度Ｓを、動作波長λの関
数としてプロットした曲線を示す図である。
【図２】図１の素子の上面図を示す図である。
【図３】本発明による素子に対して構成された活性導波
路の断面図を示す図である。
路の断面図を示す図である。
【図４】図３の多層構造活性導波路を含む、本発明によ
る素子の上面図を示す図である。
る素子の上面図を示す図である。
【図５】図４の素子の感度Ｓを、動作波長λの関数とし
て示した曲線を示す図である。
て示した曲線を示す図である。
１０ 活性導波路 １１ 第１の活性層 １２ 第２の補償活性層 １２Ａ、１２Ｂ サブ層 ２１ 下部クラッド層 ２２ 上部クラッド層 ５６、６６ へき開面 ６０ 素子 ６１、６２ 案内アーム ６４、６５ 上部電極
Claims (5)
- 【請求項１】 ＩＩＩ−Ｖ族材料で作られた基板上に堆
積された、下部クラッド層、活性導波路および上部クラ
ッド層を連続的に含む構造を有する半導体位相変調器で
あって、活性導波路が、少なくとも１つの第１の活性層
と少なくとも１つの第２の補償活性層を含み、前記第１
の活性層が第１のフォトルミネッセンス波長を有し、前
記第２の補償活性層が第２のフォトルミネッセンス波長
を有し、前記変調器が、前記第１のフォトルミネッセン
ス波長よりも８０〜２００ｎｍの範囲の値だけ長い動作
波長で動作し、前記動作波長が、前記第２のフォトルミ
ネッセンス波長よりも３００ｎｍを超える値だけ長い半
導体位相変調器。 - 【請求項２】 動作波長が、第１のフォトルミネッセン
ス波長よりも８０〜１５０ｎｍの範囲の値だけ長い請求
項１に記載の変調器。 - 【請求項３】 動作波長が、第２のフォトルミネッセン
ス波長よりも３５０ｎｍより長い値だけ長い請求項１に
記載の変調器。 - 【請求項４】 第１の活性層を構成する第１の材料と第
２の補償活性層を構成する第２の材料が、四元材料であ
る請求項１から３のいずれか一項に記載の変調器。 - 【請求項５】 第１の活性層の厚みと第２の補償活性層
の厚みとの比が、１〜２．５の範囲である請求項１から
４のいずれか一項に記載の変調器。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR9815486A FR2786887B1 (fr) | 1998-12-08 | 1998-12-08 | Modulateur de phase a semi-conducteur |
| FR9815486 | 1998-12-08 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000171765A true JP2000171765A (ja) | 2000-06-23 |
Family
ID=9533723
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11347189A Pending JP2000171765A (ja) | 1998-12-08 | 1999-12-07 | 半導体位相変調器 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6256426B1 (ja) |
| EP (1) | EP1008892A1 (ja) |
| JP (1) | JP2000171765A (ja) |
| CA (1) | CA2291522A1 (ja) |
| FR (1) | FR2786887B1 (ja) |
Families Citing this family (26)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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