InP:Fe基片上的高可靠40Gb/s电吸收调制器

　　概述：在InP:Fe基片上已经做出了有外露峰脊波导的电吸收调制器。其截止频率是40GHz，消光比是15dB。估计其在25℃时的寿命为1.7x107小时以上。

　　1.介绍

　　电吸收（EA）调制器广泛地用于光纤通信系统中。使用EA调制器和EA调制器集成分布反馈式激光器(EAM-LD)的10Gb/s光通信系统已进入实用阶段[1]。要满足提高传输容量的强烈需求，就需要能用于40Gb/s光纤通信系统的高速调制器[2-5]。EA调制器的调制速度主要受其电容的限制，因此，调制器或EA调制器的电极板下常用低电介质常数的材料，如聚酰亚胺，而且这种板是在半绝缘基片上做成的。然而，对于使用了聚合物的光半导体设备或在InP:Fe基片上制作的EA调制器的可靠性了解得还不是很清楚。

　　要进行高速传输，还必须减小调制器的长度和电容。然而，由于其芯片尺寸小，部件的粘接和装配就很困难。为解决这个问题，可以将透明波导装在调制器区域的两边。但是装入透明半导体使部件的装配过程变得复杂，而且具有对接区域的部件的可靠性还需要确定。

　　我们已经开发出使用InP:Fe基片，集成了透明波导的多量子阱 (MQW)EA调制器。使用半绝缘基片后，寄生电容降为0.07pF，还得到了40GHz的带宽。在0V至-3V的工作电压下的消光比为15dB。此外，这是我们首次报告在InP:Fe基片上制作出可靠的EA调制器。估计寿命在25℃时达到1.7x107小时以上。

　　2.设备结构和装配

　　吸收层包括InGaAsP-MQW结构。调制器区域的长度是75μm。调制器区域的两边装了两个透明InGaAsP块波导。使用甲烷和氧气的混合气体进行干燥蚀刻可以制作峰脊波导结构。P电极和n电极都做在基片的相同一侧。该部件的总长度是300μm。设备表面涂有防反射薄膜。两面的反射率为3%。

　　3、　在-1V偏置电压时其截止频率为40GHz，受到芯片电阻和电容时间常数的限制。其电容是0.07pF，串行电阻是15ohms。

　　我们使用锥形光纤进行光的输入和输出。在波长为1553nm，操作电压为0V to -3V时测得的消光比为15dB。

　　4、可靠性

　　要保证以InP:Fe作基片的EA调制器的可靠性，我们进行了加速老化测试。我们将EA调制器的寿命定义为其暗电流的增加。如果暗电流增加到和光电流一样大（约几毫安），吸收层的载流子密度变大，EA调制器的吸收层中的电场强度就会变小，芯片的电容会变大，这会造成频率反应特性的恶化。

　　老化测试的温度是140℃。在熔焊过程中使用的偏置电压为-5V。调制器的暗电流是在25℃，-3V偏置电压时测量的。测试的芯片数量为六。图3显示的是暗电流对老化时间的依赖性。暗电流小到0.8 至 3.6μA，且在500小时以上的老化时间里保持稳定。未观察到有任何性能退化的迹象出现。该设备的器件寿命在140℃时达到3000小时以上。假设该设备的活化能量为0.8eV，这对于基于InP的光电探测器来说是个通常值，估计在25℃时寿命达到1.7x107小时以上。

　　5、结论

　　我们已经开发出集成了透明波导的EA调制器。使用InP:Fe作基片后，寄生电容降为0.07pF。得到40GHz的截止频率和15dB的消光比。通过进行加速老化测试，在25℃时的估计寿命为1.7x10 7小时以上。我们认为该设备可用于需要高可靠性产品的40Gb/s光通信系统。

　　为在更高速如40Gb/s RZ的通信系统中使用EA调制器，有必要减小馈线的寄生电感。这种EA调制器基片的同一面有p电极和n电极，所以在共面馈线上使用flip-chip连接比使用n-InP基片的传统EA调制器要容易得多。并有望应用于更高速的场合。

　　6．参考文献

[1] Y.Miyazaki, E.Ishimura, T.Kimura, T.Aoyagi, Y.Hisa, T.Itagaki, M.Takemi, E.Omura, K.Ikeda, and M.Otsubo, “Novel Current-Blocking Structure for High-Speed EA-Modulator/DFB-LD Integrated Light Source,” Proc. IOOC-95, Hongkong, FB3-4 (1995)

[2] N.Mineo, K.Yamada, S.Sakai, and T.Ushikubo, “60GHz Band Electroabsorption Modulator Module,” TECHNICAL REPORT OF IEICE, OCS97-74 (1997-11)

[3] T.Ido, S.Tanaka, M.Suzuki, M.Koizumi, H.Sano, and H.Inoue, “Ultra-High-Speed Multiple-Quantum-Well Electro-Absorption Optical Modulators with Integrated Waveguides,” J.Lightwave Technol. VOL.14, NO.9, pp2026-2034 (1996)

[4] Y.Akage, K.Kawano, S.Oku, R.Iga, H.Okamoto, Y.Miyamoto, and H.Takeuchi, “Traveling-wave electrode electroabsorption modulator integrated DFB lasers (TW-EADFBs) for over 40-Gb/s transmission,” Proc. ECOC2000, Munch, PD004 (2000)

[5] G.E.Shtengel, A.E.Bond, Y.A.Akulova, and C.L.Reynolds,Jr. ,”High-speed InGaAsP electroabsorption modulators: dependence of the device characteristics on the mesa design,” Proc. OFC2000, Baltimore, FG3-1 (2000)
来源：光纤新闻网