JP2005208470A - 光変調器 - Google Patents

Abstract

【課題】反射スペクトルの形状の変化を利用し、効率的な光変調を実施できる導波路型の光変調器を提供する。
【解決手段】基板１１上に形成された多層膜が、基板面内方向に伸長する導波路２０と、少なくとも導波路２０を横断する第１反射帯２１および第２反射帯２３とを含み、エネルギー印加手段（電極１７）により、第１反射帯と第２反射帯との間の領域において導波路２０の少なくとも一部にエネルギー（電界）が印加される光変調器とする。反射スペクトルの形状、特に第１，第２反射帯２１，２３の適切な配置により形成される反射ピーク内のバレイは、電界の印加に敏感に反応する。低屈折率帯として穴３０を形成すれば、反射帯において大きな屈折率差を確保できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、光変調器、特に導波路型の光変調器に関する。

テラヘルツ帯電磁波である光の変調方法としては、化合物半導体の表面にフェムト秒程度の強い光パルスを照射して過渡的な電流を励起する方法、電界を印加した半導体量子井戸にフェムト秒程度の強い光パルスを照射することにより重い正孔と軽い正孔の準位間や複数の量子井戸のエネルギー固有値が異なる準位間の振動を励起する方法などが提案されている。しかし、これらの方法には、照射した光パルスの多くが半導体の表面や量子井戸を通過するため、効率に優れた変調が実現できないという問題がある。

量子井戸における量子閉じ込めシュタルク効果のように、電界の印加による吸収端のシフトを利用した光変調器も提案されている。特許文献１には、基板上に、第１反射多層膜、多重量子井戸層、第２反射多層膜をこの順に形成した光変調器が開示されている。この光変調器では、膜厚方向に電界が印加され、量子閉じ込めシュタルク効果により、多重量子井戸層における吸収端が長波長側に移動する。この吸収端の移動を利用すれば、光変調を行うことができる。

特許文献２には、反射スペクトルにおけるバレイの形状の変化を制御し、これにより反射率の制御を行う光変調器が開示されている。特許文献２には、図１０に示すように、半導体基板５０と、この基板上に順次形成された第１反射多層膜５１、第２反射多層膜５２および第３反射多層膜５３と、これら多層膜にその膜厚方向に沿って電界を印加できるように配置された下部電極６１および上部電極６２とから構成された光変調器が開示されている。第１反射多層膜５１はｐ型層、第３反射多層膜５３はｎ型層であり、第２反射多層膜５２はｐ型層７１とｎ型層７２との積層膜である。第１反射多層膜５１および第３反射多層膜５３を、目的波長λを含む波長域に反射ピークが生じるように設計し、第２反射多層膜５２の膜厚ｄをλの０〜３／４倍の範囲とすれば（ただしｄ≠１／４λ）、反射ピークにバレイが形成される。そして、ｐ型層およびｎ型層により形成されるｐｎ接合に対する逆方向電圧を電極６１，６２に印加すると、ｐ型層７１とｎ型層７２との間の空乏層が拡大し、第２反射多層膜５２の実効光学長が変化する。この層の実効光学長の変化は、反射スペクトルの形状に影響を及ぼし、この影響は上記バレイに顕著に表れる。こうして生じるバレイ形状の変化を利用すれば、光変調を行うことができる。この光変調器では、反射多層膜５１，５２，５３の膜面に垂直に変調させるべき光６３を入射させ、同膜面に垂直に変調された光６４が出射する。
特開平９−２６９４６７号公報 特開平８−２６２３７９号公報

特許文献１，２に開示された光変調器によれば、反射スペクトルにおけるバレイやピークの立ち上がり部分が電界に反応することを利用し、効率的な光変調を実施できる。しかし、これら光変調器は、反射多層膜の膜面に垂直に光を入射させる必要があるため、いわゆる導波路型の光変調器として用いることができなかった。

そこで、本発明は、基板と、この基板上に形成された多層膜と、エネルギー印加手段とを含み、この多層膜が、基板の面内方向に伸長する導波路と、少なくとも上記導波路を横断するように配置され、上記導波路を伝播する光の少なくとも一部を反射する第１反射帯および第２反射帯とを含み、上記エネルギー印加手段により、第１反射帯と第２反射帯との間の領域において上記導波路の少なくとも一部にエネルギーが印加される光変調器を提供する。

本発明では、反射多層膜ではなく、基板の面内方向に伸長する導波路を横切るように配置した第１、第２反射帯を利用し、これら反射帯の間の領域へのエネルギー印加により光変調を行うこととした。これにより、効率的な光変調を行える導波路型の光変調器を提供できる。後述するように、本発明の好ましい形態では、従来の反射多層膜では実現できなかった大きな屈折率差を内包する反射帯構造を実現できる。屈折率差を大きくとれば、所定の反射率を得るために必要な繰り返し単位数を減らすことができる。また、本発明の好ましい形態では、エネルギーを光変調に必要な部分のみ、具体的には反射帯を介さず上記部分に直接印加することも可能となる。これによれば、より効率的に光変調を行える。

本発明の光変調器では、第１反射帯と第２反射帯との間の領域にエネルギーが印加され、これに伴って、例えば上記領域の屈折率が変化し、その結果、上記領域における導波路の実効光学長が変化する。実効光学長が変化すると、導波路に入射する光の反射スペクトル（分光反射率曲線）が変化する。この反射スペクトルの変化、特に反射ピークの立ち上がり部分や反射ピーク内に形成されたバレイの鋭敏な変化を利用すれば効率的に光変調を実施できる。

第１反射帯および第２反射帯は、いずれも高屈折率域および低屈折率域を含むように形成することが好ましい。第１反射帯と第２反射帯との間の領域（以下、「屈折率変化帯」ということがある）は、高屈折率域および低屈折率域を含まなくてもよいが、反射帯と同様、高屈折率域および低屈折率域を含んでいてもよい。この場合は、第１反射帯と第２反射帯において所定の規則性を満たすように高屈折率域および低屈折率域を配置し、第１反射帯と第２反射帯との間の領域が上記所定の規則性を満たさないように配置された高屈折率域および低屈折率域を含むことが好ましい。

高屈折率域および低屈折率域は、多層膜に形成した穴（空隙）を利用して形成してもよい。この穴は、除去した材料と屈折率が異なる材料により埋めてもよいが、穴をそのまま空隙として残せば、固体では実現できない程度に低い屈折率（ｎ＝１）を有する低屈折率域を形成できる。このように、低屈折率域の少なくとも一部、好ましくは全部、は空隙であることが好ましい。

光変調のためのエネルギーは、例えば、電界、磁界、光および応力から選ばれる少なくとも一つとするとよい。光変調器には、いずれか一つのエネルギーを印加してもよく、複数のエネルギーを同時にまたは個別に印加しても構わない。エネルギー印加手段は、入力するエネルギーに応じて適宜選択するとよく、例えば、電極（電界印加手段）、導線（磁界印加手段）、発光器（光パルス印加手段）、ピエゾ素子（応力印加手段）を用いることができる。

エネルギー印加手段の配置は、第１，第２反射帯の間に光変調を行うに足るエネルギーを印加できる限りにおいて制限がない。従来の光変調器（図１０）では、屈折率を変化させるべき領域（反射多層膜５１，５３の間の領域）５２にエネルギー印加手段（電極６１，６２）を接触させることはできなかった。これに対し、本発明の光変調器では、後述するように、第１、第２反射帯の間の領域にエネルギー印加手段を直接接触させることも可能である。例えば、本発明の光変調器の好ましい形態は、エネルギー印加手段として第１電極および第２電極を含み、第１電極および第２電極の少なくとも一方が第１反射帯と第２反射帯との間の領域に接触している。これによれば、屈折率変化帯に電界を効率的に印加できる。

第１反射帯および第２反射帯は、導波路を伝搬する光の分光反射率曲線にバレイを含む反射ピークが形成されるように配置するとよい。エネルギーの印加によりバレイの形状を変化させれば、光変調を効率的に行える。反射ピーク内のバレイは、エネルギーの印加に敏感に反応するからである。

反射ピークに形成されるバレイは、深く、細いことが望ましい。小さいエネルギーで大きな変調を実現でき、変調によって生じる側帯波をカットできるからである。具体的には、上記反射ピークにおいて、上記バレイを狭持する２つの領域における最大反射率がともに８０％以上、さらには９０％以上、特に９９％以上が好ましい。バレイの半値幅は５０ｎｍ以下、例えば１ｎｍ〜５ｎｍが好ましい。バレイのピークとベースとの差異は３０％以上、さらには５０％以上、の反射率差に相当することが好ましい。鋭く、深いバレイを利用すれば、単色性のよい光変調を実現しやすい。

以下、図面を参照しながら本発明の光変調器の一形態について説明する。

図１〜図３に示す光変調器は、第１導電型の半導体基板１１上に形成された多層膜を含み、この多層膜には、基板１１側から順に、第１導電型の半導体層１２、半導体超格子層１３、量子井戸層１４、半導体超格子層１５、第２導電型の半導体層１６が含まれている。半導体層１６の表面には上部電極１７が形成され、半導体基板１１の表面には下部電極１０が形成されている（図１では下部電極の図示省略）。下部電極１０は、図１０の電極６１と同様、基板の裏面に配置してもよい。

図４に示すように、半導体超格子層１３，１５の屈折率ｎは、第１導電型の半導体層１２および第２導電型の半導体層１６の屈折率ｎよりも大きくなるように設定されている。このため、半導体超格子層１３，１５はコアとして、第１導電型の半導体層１２および第２導電型の半導体層１６はクラッドとしてそれぞれ機能する。量子井戸層１４の屈折率ｎは半導体超格子層１３，１５の屈折率ｎよりも相対的に大きいが、量子井戸層１４は膜厚が十分に薄いため、光導波に対して実質的に影響を与えない。このように、この多層膜には、コアおよびこれを狭持するクラッドを含む導波路２０が形成されている。また、図５に示すエネルギーバンドギャップＥｇより明らかなように、半導体超格子層１３，１５は、量子井戸層１４の障壁層としても機能する。このため、導波路２０に侵入してくる光により生じる励起子の波動関数は、量子井戸層１４に集中する。

量子井戸層１４は、例えば１ｎｍ〜２０ｎｍの厚さとなるように形成するとよい。超格子層１３，１５は、例えば厚さが１〜２０ｎｍのバリア層と、厚さが０．３ｎｍ〜１０ｎｍの井戸層とを、合計膜厚が２０ｎｍ〜１０００ｎｍとなるように交互に積層して形成するとよい。半導体層１２，１６は、例えば５００ｎｍ〜２０００ｎｍの厚さとなるように形成すればよい。

以上に例示したとおり、多層膜は、その構造、材料が制限されるわけではないが、量子井戸層１４を含むことが好ましい。また、この量子井戸層１４を狭持するように配置され、量子井戸層１４よりも屈折率が低い半導体層１３，１５を含むことが好ましく、この層は量子井戸層１４よりもバンドギャップエネルギーが大きいことが好ましい。コア層となるこれら半導体層１３，１５は、単一の層であってもよく、超格子層に代表されるように複数の層から構成されていてもよい。さらに、これらコア層／量子井戸層／コア層からなる積層体を狭持するように、コア層よりも屈折率が低い半導体層（クラッド層）１２，１６を配置するとよい。

半導体基板１０および各半導体層には化合物半導体を用いるとよい。半導体基板／第１クラッド層／第１コア層／量子井戸層／第２コア層／第２クラッド層の積層構造は、例えば、ＧａＡｓ基板／ＧａＡｓ層／（Ａｌ_pＧａ₁―_pＡｓ／ＧａＡｓ超格子層）／ＧａＡｓ層／（Ａｌ_pＧａ₁―_pＡｓ／ＧａＡｓ超格子層）／ＧａＡｓ層とするとよい。ここで、ｐは０．２≦ｐ≦１が好ましい。

上記積層構造の別の組み合わせは、ＩｎＰ基板／ＡｌＡｓ_rＳｂ₁―_r層／（ＡｌＡｓ_rＳｂ₁―_r／Ｉｎ_qＧａ_1-qＡｓ超格子層）／Ｉｎ_sＧａ_1-sＡｓ_1-t-uＰ_tＮ_u／（ＡｌＡｓ_rＳｂ₁―_r／Ｉｎ_qＧａ_1-qＡｓ超格子層）／ＡｌＡｓ_rＳｂ₁―_r層である。ここで、ｑ、ｒ、ｓ、ｔ、ｕはそれぞれ、０．５≦ｑ≦０．５６、０．５３≦ｒ≦０．５９、０．７≦ｓ≦１、０≦ｔ≦１、０≦ｕ≦０．１が好ましい。なお、ＡｌＡｓ_rＳｂ₁―_r／Ｉｎ_qＧａ_1-qＡｓ超格子層に代えて、Ｉｎ_vＡｌ_1-vＡｓ／Ｉｎ_qＧａ_1-qＡｓ超格子層を用いてもよい。ここで、ｖは０．４９≦ｖ≦０．５５である。また、Ｉｎ_sＧａ_1-sＡｓ_1-t-uＰ_tＮ_uに代えて、ＩｎＧａＡｓＳｂを用いてもよい。

第１クラッド層／第１コア層／量子井戸層／第２コア層／第２クラッド層の組み合わせにおいて、半導体基板、第１クラッド層は第１導電型（例えばｐ型基板、ｐ層）、第２クラッド層は第２導電型（例えばｎ層）とするとよく、第１コア層／量子井戸層／第２コア層は不純物濃度が低い層（ｉ層）とするとよい。積層方向にｐｉｎ接合を形成すると、ｐｉｎ接合に逆バイアス電圧を印加でき、屈折率変化帯の屈折率を電界によって制御しやすくなる。なお、屈折率の制御は、例えば、電界を印加した状態で光パルスを照射することによっても可能である。

多層膜は、基板の面内方向に沿った所定の一方向を導波方向とするべく断面メサ型に加工され（図２）、導波方向にリッジ状に伸長している（図１）。基板の面内方向に沿って入射した光４１は、導波路を通過する間に変調され、同面内方向に沿って光４２として出射する。ただし、この光変調器は、入射面と出射面とが異なる透過型としてではなく、入射面と出射面とが一致する反射型として用いてもよい。

多層膜には、導波方向に沿って、第１反射帯２１および第２反射帯２３が離間して配置されている（図１）。第１、第２反射帯２１，２３には、多層膜に周期的に穴（キャビティー）３０が配置されている。これらの穴３０は、少なくとも導波路２０のコア部分１３，１４，１５を横断するように多層膜内を下方へと伸長している。穴３０は、基板１１の表面、さらには基板１１の内部、にまで達していてもよい。これらの穴３０は、同一形状であってその断面は所定の半径ｒを有する円であり、導波方向に沿って所定の間隔ｓ（円の中心間の距離）で規則的に配置されている。

これらの穴３０には空気が入り込んでおり、屈折率ｎ_Lが１である低屈折率域を構成している。一方、これらの穴３０の間に取り残された領域は、この領域を構成する材料により定まる所定の屈折率ｎ_Hを有する高屈折率域となる。このように、反射帯２１，２３では、低屈折率域および高屈折率域が交互に配置されている。なお、ｎ_H、ｎ_Lは、導波路２０のコア層（半導体超格子層）１３，１５の屈折率により特定すればよい。

各領域の大きさは制御の対象とする光の波長λに基づいて設計される。具体的には、例えば、導波方向に沿った低屈折率域の長さ２ｒと高屈折率域の長さ（ｓ−２ｒ）とが、ともに、各領域の光学長さが実質的にλ／４となるように穴３０の半径および間隔を決定するとよい。この設計に際しては、光導波路の中央を基準として上記条件を満たすように穴３０の半径および間隔を決定すればよい。

上記反射帯２１，２３は、光学厚みがλ／４を有する高屈折率膜と低屈折率膜とを交互に積層したいわゆるλ／４反射多層膜と同様、波長λを有する光についての反射帯域（λ／４反射帯）として機能する。反射帯２１，２３では、反射多層膜よりも屈折率差（ｎ_H−ｎ_L）を大きくとることができる。反射多層膜における低屈折率膜の材料は、所定の膜厚に制御しながら成膜することが求められ、かつ高屈折率膜との交互積層が可能な材料から選択しなければならない。一方、図示した形態では、上記のように穴３０を形成するだけで、その屈折率が空気の屈折率１にまで低下した低屈折率域を形成できる。屈折率差が大きくなればなるほど、所望の反射率を得るために必要な単位構造の繰り返し数も少なくなる。例えば、ｎ_Hが３．８、ｎ_Lが１であれば、穴３０を１つ形成するだけで７５％の反射率を得ることができる。この程度の屈折率差があれば、５〜７周期で９９％以上の反射率を有する反射ピークを形成できる。高屈折率域と低屈折率域との屈折率差は、０．３以上、特に０．５以上が好ましい。

反射帯２１，２３の存在により、導波路２０に入射する光の反射スペクトルには、波長λを含む波長域に反射ピークが形成される。２つの反射帯２１，２３が同じという条件を満たす場合、反射メインピーク（最も幅が広い反射ピーク）の幅Δλは以下の近似式により定まる。

Δλ／λ≒４（ｎ_H−ｎ_L）／π（ｎ_H＋ｎ_L）
λ／４反射帯を用いる場合には、導波方向に沿った屈折率変化帯２２の光学長さｄを以下の条件を満たすように定めると、反射メインピーク内に、狭幅で深いバレイが形成される。

ｄ≠（２ｎ＋１）／４λ （ｎは整数）
より具体的には、０＜ｄ＜３／４λ（ただし、ｄ≠１／４λ）とするとよい。

反射ピークの形状を図６に例示する。ｄ＝４／８λ（１／２λ）とした反射メインピークでは６３０ｎｍ近傍に（図６Ａ）、ｄ＝３／８λとした反射メインピークでは６１０ｎｍ近傍に（図６Ｂ）、ｄ＝１／８λとした反射メインピークでは６６０ｎｍ近傍に（図６Ｄ）、それぞれ急峻なバレイが形成されている。これらバレイの特徴の一つは、ベースＢとピークＰとの差異（バレイ深さ）Ｄが大きい（深い）ことにある（図９）。ここで、バレイのベースＢは、バレイ両端の底部を結ぶ仮想線ＶＬ上におけるピークＰの波長λ_Pに対応する点である。半値幅Ｗはピーク高さの半分の位置におけるバレイの幅である。

ｄ＝２／８λ（１／４λ）とした反射メインピーク内には、特徴的なバレイは生じていない（図６Ｃ）。この場合も、反射メインピークの両側には複数のピークとバレイが形成されるが、これらのピークやバレイは、屈折率変化帯２２における実効屈折率の変化にそれほど敏感ではない。従って、屈折率変化帯２２の長さ（第１反射帯２１と第２反射帯２３との間隔）ｄは、上記条件を満たすように離間して配置することが好ましい。

なお、図６の例示は、波長λを６３２．８ｎｍ、反射帯２１，２３における高屈折率域および低屈折率域における屈折率をそれぞれ３．３３および２．８５、屈折率変化帯２２における屈折率を３．３３、反射帯２１，２３をそれぞれ１２個の高屈折率域と１２個の低屈折率域とが交互に配置された領域としたときの反射スペクトルに基づいている。

図７に示すように、屈折率変化帯２２にも穴３１を形成してもよい。この穴３１により、屈折率変化帯２２にも空隙からなる低屈折率域と空隙残部からなる高屈折率域とが形成される。しかし、屈折率変化帯２２では、反射帯２１，２３における低屈折率域と高屈折率域との配置の規則性に従わないように（例えば穴の間隔を変更して）、穴３１を配置するとよい。図６Ａ，Ｂ，Ｄと同様、急峻なバレイを得るためである。

図７の光変調器では、導波路２０の伸長方向に沿って形成された一連の穴３０，３１が周期的な構造を形成している。この構造をフォトニッククリスタルと見れば、反射帯２１，２３では所定の大きさを有する疑似結晶が、その間の屈折率変化帯２２では大きさが異なる疑似結晶がそれぞれ配置されていると把握できる。なお、図７では、上部電極の図示も省略した。

図１〜図３の光変調器には、断面が円形の穴３０，３１を形成した例を示した。しかし、穴（低屈折率域）の形状はこれに限らず、断面楕円、断面矩形などであってもよい。穴に別の材料を埋め込んでも構わない。また、上記では、多層膜を断面メサ状に加工した例を示した。しかし、多層膜の加工形状はこれに限らない。また、上記では、化合物半導体からなる基板および多層膜を例示した。しかし、基板および多層膜の材料はこれに限らず、Ｓｉなどの非化合物半導体、誘電体その他の材料を用いることができる。誘電体その他の固体材料であっても、反射帯の間において屈折率変化を引き起こすことは可能である。

以上では、電界を印加する光変調器について説明した。しかし、入力するエネルギーは電界に限らない。例えば、応力を印加すれば、反射帯２１，２３の間の領域２２における導波路の長さは直接変化する。この応力の印加は上記領域が弾性変形する範囲内で行うとよい。また、光パルスを照射して励起子ポラリトンと呼ばれる状態を生成すれば、屈折率の異常分散が生じ、屈折率が大きくなる。これを利用すれば、上記と同様、反射スペクトルの形状を変化させることができる。この場合は、フェムト秒オーダーの光パルスを反射帯２１，２３の間の領域２２に照射するとよい。励起子ポラリトンを利用すれば、テラヘルツオーダーでの超高速光変調が可能となる。

変調を行う光の波長は、特に制限されないが、例えば１００ｎｍ〜１ｍｍ、特に４００ｎｍ〜１００μｍから選択するとよい。そして、この波長にバレイが形成されるように、あるいはエネルギーの印加に伴ってバレイが当該波長にシフトするように反射帯などを設計するとよい。

電極１０，１７に印加する逆方向電圧は、特に制限されないが、２〜１０Ｖ程度が好ましい。このとき、上記積層体には、例えば１ｐＡ〜１０μＡの直流電流が流れる。

以下、光変調器の具体的な作製方法を例示する。

まず、予め表面を酸で洗浄したｎ−ＩｎＰウェハーの表面に、分子線エピタキシー（ＭＢＥ）法または有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）法を用いて多層膜を形成した。いずれの方法を用いるにせよ、基板温度は４５０〜５５０℃とするとよい。また、予めＰ雰囲気中で成膜の際の基板温度より３０〜５０℃程度高い温度で加熱処理し、基板表面の酸化膜などを除去した。

まず、ｎ型不純物（たとえばＳｉ）が１０¹⁸ｃｍ^-3程度ドープされたＩｎＰ層バッファ層を５００ｎｍ程度成長させた。このバッファ層は、素子の動作特性には直接関係しないが、形成すると結晶成長をスムースに行うことができる。

次いで、ｎ型不純物（Ｓｉ）が１０¹⁸ｃｍ^-3程度ドープされたｎ−ＡｌＡｓ０．５６Ｓｂ０．４４層を２００ｎｍ形成した。この層の屈折率は２．８である。さらに、不純物のキャリア濃度が１０¹⁵〜１０¹⁶ｃｍ^-3と極めて低く、屈折率が３．３であってｎ−ＡｌＡｓ_０．５６Ｓｂ_０．４４層より大きいＡｌＡｓ_０．５６Ｓｂ_０．４４／Ｉｎ_０．５３Ｇａ_０．４７Ａｓ超格子層を積層した。ＡｌＡｓ_０．５６Ｓｂ_０．４４バリア層の厚さは１０ｎｍ、Ｉｎ_０．５３Ｇａ_０．４７Ａｓ井戸層の厚さは５ｎｍとし、この組み合わせの周期数を２０周期とすることで、ＡｌＡｓ_０．５６Ｓｂ_０．４４／Ｉｎ_０．５３Ｇａ_０．４７Ａｓ超格子層の膜厚を合計３００ｎｍとした。

引き続き、不純物のキャリア濃度が１０¹⁵〜１０¹⁶ｃｍ^-3と極めて低く、ＡｌＡｓ_０．５６Ｓｂ_０．４４／Ｉｎ_０．５３Ｇａ_０．４７Ａｓ超格子層よりも実効バンドギャップエネルギーが小さいＩｎ_0.8Ｇａ_0.2Ａｓ_0.39Ｐ_0.59Ｎ_0.02量子井戸層を２ｎｍ形成した。この層の屈折率は３．８である。さらに、この量子井戸層上に、上記と同様の超格子層を積層した。

最後に、ｐ型不純物（Ｂｅ）が１０¹⁸ｃｍ^-3程度ドープされたｐ−ＡｌＡｓ_０．５６Ｓｂ_０．４４層を２００ｎｍ形成した。こうしてウェハー作製工程を終了し、ウェハーを成長チャンバーから取り出した。

このウェハーに、フォトプロセス工程とＨ₂ＳＯ₄／Ｈ₂Ｏ₂／Ｈ₂Ｏ系エッチャントを用いた異方性メサエッチ工程とにより、多層膜を、幅約５０μｍ、長さ約１ｍｍのメサ型に加工した。マスクとしては、プラズマＣＶＤ法によるＳｉＯ₂層を用いた。次いで、フォトプロセス工程とドライエッチング工程とにより多層膜に穴を形成した。ここでは、設計波長λが６３２．８ｎｍであることを考慮し、穴の半径ｒを５２ｎｍ、間隔ｓを５６．５ｎｍとした。穴は、屈折率変化帯となる領域を挟む２つの領域（反射帯）において各１０個形成した。穴の深さは、基板に達するように約１．５μｍとした。最後に、電極膜を図２に示した位置に形成した。ｎ型用電極（下部電極）としてはＡｕＧｅ／Ｎｉを、ｐ型用電極（上部電極）としてはＡｕＺｎを用いた。上部電極は、屈折率変化帯上にのみ形成した（図１参照）。

こうして得た光変調器に、電極を用いて電界を印加しつつ反射スペクトルを測定した。結果を図８に示す。波長６６０ｎｍ近傍のバレイが電界に敏感に反応し、これによりこの波長を有する光の変調を行うことができた。

本発明によれば、導波路型の光変調器を用いて効率的な光変調を実施できる。

本発明の光変調器の一形態を示す斜視図 図１に示した光変調器の横断面図 図１に示した光変調器の縦断面図 光変調器を構成する多層膜における屈折率ｎの分布の一例を示すグラフ 光変調器を構成する多層膜におけるエネルギーギャップＥｇの一例を示すグラフ 屈折率変化帯の長さｄによる反射スペクトルの変化を示すグラフ 本発明の光変調器の別の一形態を示す斜視図 信号の入力による反射スペクトルの変化の一例を示すグラフ 反射スペクトルにおけるバレイの一例を示す図 従来の光変調器の一例を示す断面図

符号の説明

１０ 下部電極
１１ 半導体基板
１２ ｎ型半導体層
１３，１５ 超格子層
１４ 量子井戸層
１６ ｐ型半導体層
１７ 上部電極
２０ 導波路
２１，２３ 反射帯
２２ 屈折率変化帯
３０，３１ 穴（空隙）

Claims (11)

1. 基板と、前記基板上に形成された多層膜と、エネルギー印加手段とを含み、
   前記多層膜が、前記基板の面内方向に伸長する導波路と、少なくとも前記導波路を横断するように配置され、前記導波路を伝播する光の少なくとも一部を反射する第１反射帯および第２反射帯とを含み、
   前記エネルギー印加手段により、前記第１反射帯と前記第２反射帯との間の領域において前記導波路の少なくとも一部にエネルギーが印加される光変調器。
2. 前記第１反射帯および前記第２反射帯が、いずれも高屈折率域および低屈折率域を含む請求項１に記載の光変調器。
3. 前記第１反射帯および前記第２反射帯において所定の規則性を満たすように前記高屈折率域および前記低屈折率域が配置され、
   前記第１反射帯と前記第２反射帯との間の領域が、前記所定の規則性を満たさないように配置された高屈折率域および低屈折率域を含む請求項２に記載の光変調器。
4. 前記低屈折率域の少なくとも一部が空隙である請求項２または３に記載の光変調器。
5. 前記エネルギーが、電界、磁界、光および応力から選ばれる少なくとも一つである請求項１〜４のいずれか１項に記載の光変調器。
6. 前記エネルギー印加手段として第１電極および第２電極を含み、前記第１電極および前記第２電極の少なくとも一方が前記第１反射帯と前記第２反射帯との間の領域に接触している請求項１〜５のいずれか１項に記載の光変調器。
7. 前記導波路を伝搬する光の分光反射率曲線にバレイを含む反射ピークが形成されるように前記第１反射帯および前記第２反射帯が配置され、前記エネルギーの印加により前記バレイの形状が変化する請求項１〜６のいずれか１項に記載の光変調器。
8. 前記反射ピークにおいて、前記バレイを狭持する２つの波長域における最大反射率がともに８０％以上である請求項７に記載の光変調器。
9. 前記バレイの半値幅が５０ｎｍ以下である請求項７または８に記載の光変調器。
10. 前記バレイのピークとベースとの差異が５０％以上の反射率差に相当する請求項７〜９のいずれか１項に記載の光変調器。
11. 前記導波路が量子井戸層を含む請求項１〜１０のいずれか１項に記載の光変調器。
    
    

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