JP2513265B2 - 光変調器 - Google Patents
光変調器Info
- Publication number
- JP2513265B2 JP2513265B2 JP63027461A JP2746188A JP2513265B2 JP 2513265 B2 JP2513265 B2 JP 2513265B2 JP 63027461 A JP63027461 A JP 63027461A JP 2746188 A JP2746188 A JP 2746188A JP 2513265 B2 JP2513265 B2 JP 2513265B2
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- Japan
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- doped
- light
- inp
- quantum well
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は光情報処理等に用いる光論理素子、特に光変
調器に関する。
調器に関する。
近年、光の持つ高速性を利用したデジタル情報処理が
注目を集めている。このためには光を制御する論理素子
の開発が必要である。そのうちの一つとして光信号を電
気的にオン・オフする光変調器がある。
注目を集めている。このためには光を制御する論理素子
の開発が必要である。そのうちの一つとして光信号を電
気的にオン・オフする光変調器がある。
従来、光変調器として第３図に示す構造がジャパニー
ズ・ジャーナル・オブ・アプライド・フィジックス（Ja
panese Journal of Applied Physics）24巻,L442頁，
（1985）において樽茶等によって報告されている。この
光変調器は、GaAsとGaAlAsの薄膜を交互に積層した量子
井戸層31を導電型がそれぞれｐ型とｎ型のGaAlAsからな
るクラッド層32,33ではさんだpin構造である。なお図
中、11はｎ型InP基板、12はｎ−コンタクト層、17はｎ
側電極、18はｐ側電極である。このような構造の光変調
器において、一方の端面から入射した光は量子井戸層31
を通って他方の端面から出射する。電界の印加によっ
て、実効的なバンドギャップが減少するため、量子井戸
の励起子の低エネルギー側の光に対する吸収係数が大き
くなることを利用してスイッチングを行っている。多重
量子井戸構造は電界による吸収係数の変化が大きいた
め、低電圧で動作する小型の光変調器の製作が可能であ
る。
ズ・ジャーナル・オブ・アプライド・フィジックス（Ja
panese Journal of Applied Physics）24巻,L442頁，
（1985）において樽茶等によって報告されている。この
光変調器は、GaAsとGaAlAsの薄膜を交互に積層した量子
井戸層31を導電型がそれぞれｐ型とｎ型のGaAlAsからな
るクラッド層32,33ではさんだpin構造である。なお図
中、11はｎ型InP基板、12はｎ−コンタクト層、17はｎ
側電極、18はｐ側電極である。このような構造の光変調
器において、一方の端面から入射した光は量子井戸層31
を通って他方の端面から出射する。電界の印加によっ
て、実効的なバンドギャップが減少するため、量子井戸
の励起子の低エネルギー側の光に対する吸収係数が大き
くなることを利用してスイッチングを行っている。多重
量子井戸構造は電界による吸収係数の変化が大きいた
め、低電圧で動作する小型の光変調器の製作が可能であ
る。
以上に述べた従来の光変調器では多重量子井戸構造の
最低エネルギーの励起子の光に対する吸収係数の変化を
利用しているが、最低エネルギーの励起子は層面に平行
な偏光を持つ光とは相互作用するが、層面に垂直な偏光
を持つ光とは相互作用しない。このため変調特性に大き
な偏光依存性を持ち、層面に平行に偏光を制御された光
を用いなければならないという欠点を持つ。
最低エネルギーの励起子の光に対する吸収係数の変化を
利用しているが、最低エネルギーの励起子は層面に平行
な偏光を持つ光とは相互作用するが、層面に垂直な偏光
を持つ光とは相互作用しない。このため変調特性に大き
な偏光依存性を持ち、層面に平行に偏光を制御された光
を用いなければならないという欠点を持つ。
本発明の目的は、変調特性に偏光依存性を持たない小
型、低電圧動作の光変調器を提供することにある。
型、低電圧動作の光変調器を提供することにある。
上記目的を達成するために、本発明は、ｎ側電極の上
にｎ型InPの基板、SiをドープしたInPによるｎ−コンタ
クト層、SiをドープしたInPによるｎ−クラッド層、ノ
ンドープInPのバリア層とノンドープIn0.43Ga0.57Asの
ウェル層を交互に積層した多重量子井戸構造からなる光
制御層、MgをドープしたInPによるｐ−クラッド層、Zn
をドープしたｐ−InGaAsPのコンタクト層、及び、ｐ側
電極をこの順序で積層し、ノンドープIn0.43Ga0.57Asの
ウェル層の格子定数をノンドープInPのバリア層の格子
定数よりも小さくしたものである。
にｎ型InPの基板、SiをドープしたInPによるｎ−コンタ
クト層、SiをドープしたInPによるｎ−クラッド層、ノ
ンドープInPのバリア層とノンドープIn0.43Ga0.57Asの
ウェル層を交互に積層した多重量子井戸構造からなる光
制御層、MgをドープしたInPによるｐ−クラッド層、Zn
をドープしたｐ−InGaAsPのコンタクト層、及び、ｐ側
電極をこの順序で積層し、ノンドープIn0.43Ga0.57Asの
ウェル層の格子定数をノンドープInPのバリア層の格子
定数よりも小さくしたものである。
光制御層の多重量子井戸構造に用いられる半導体の価
電子帯は重い正孔と軽い正孔の二つの状態とからなる。
多重量子井戸の積層方向をｚ軸とすると、重い正孔の波
動関数はｚ成分を持たないが、軽い正孔の波動関数は1:
4の割合でｚ成分を持つ。このため、ｚ方向の偏光を持
つ光に対しては軽い正孔だけが０でない遷移確率を持
つ。
電子帯は重い正孔と軽い正孔の二つの状態とからなる。
多重量子井戸の積層方向をｚ軸とすると、重い正孔の波
動関数はｚ成分を持たないが、軽い正孔の波動関数は1:
4の割合でｚ成分を持つ。このため、ｚ方向の偏光を持
つ光に対しては軽い正孔だけが０でない遷移確率を持
つ。
ところが、従来用いられてきた多重量子井戸構造で
は、ｚ方向の有効質量の違いのため重い正孔と軽い正孔
のエネルギーが第２図の（ａ）に示すように分裂して最
低のエネルギー状態は重い正孔になる。光変調器では最
低エネルギーの励起子を利用するから、大きな偏光依存
性が生じる。なお、第２図は多重量子井戸構造の価電子
帯のエネルギーを示す概念図であり、21は重い正孔のエ
ネルギー、22は軽い正孔のエネルギーを示している。
は、ｚ方向の有効質量の違いのため重い正孔と軽い正孔
のエネルギーが第２図の（ａ）に示すように分裂して最
低のエネルギー状態は重い正孔になる。光変調器では最
低エネルギーの励起子を利用するから、大きな偏光依存
性が生じる。なお、第２図は多重量子井戸構造の価電子
帯のエネルギーを示す概念図であり、21は重い正孔のエ
ネルギー、22は軽い正孔のエネルギーを示している。
本発明における多重量子井戸はウェル層にバリア層よ
り格子定数の小さな半導体層を用いている。ウェル層と
バリア層の格子定数の違いのため、ウェル層には層面内
に引伸し応力がかかる。この応力によって、第２図の
（ｂ）に示すように重い正孔のエネルギー21は応力のな
い時よりも増加し、軽い正孔のエネルギー22は減少す
る。格子定数の違いとウェル層の幅を選ぶことによって
軽い正孔と重い正孔のエネルギー間隔を制御できるの
で、用いる光のエネルギーに対して偏光依存性のない多
重量子井戸構造ができる。この多重量子井戸構造を用い
る光変調器は偏光依存性を持たない。
り格子定数の小さな半導体層を用いている。ウェル層と
バリア層の格子定数の違いのため、ウェル層には層面内
に引伸し応力がかかる。この応力によって、第２図の
（ｂ）に示すように重い正孔のエネルギー21は応力のな
い時よりも増加し、軽い正孔のエネルギー22は減少す
る。格子定数の違いとウェル層の幅を選ぶことによって
軽い正孔と重い正孔のエネルギー間隔を制御できるの
で、用いる光のエネルギーに対して偏光依存性のない多
重量子井戸構造ができる。この多重量子井戸構造を用い
る光変調器は偏光依存性を持たない。
第１図は本発明の一実施例を示す構成図である。この
光変調器は、次のようにして製造される。すなわち、ｎ
型InPの基板11の上にSiをドープした厚さ0.5μｍのInP
によるｎ−コンタクト層12、Siをドープした厚さが１μ
ｍのInPによるｎ−クラッド層13、厚さ10nmのノンドー
プInPのバリア層141と厚さ10nmのノンドープIn0.43Ga
0.57Asのウェル層142を交互に10層ずつ積層した多重量
子井戸構造からなる光制御層14、Mgをドープした厚さ１
μｍのInPによるｐ−クラッド層15、更に、Znをドープ
した厚さ0.1μｍのｐ−InGaAsPのコンタクト層16を順次
積層し、ｎ側電極17とｐ側電極18とをそれぞれ形成す
る。InGaAsPはバンドギャップ0.95eVの組成である。幅2
5μｍの導波路部分100と100μｍφの電極パッド110を残
して、その他の部分を基板11までエッチングして除去す
る。導波路の長さは200μｍである。
光変調器は、次のようにして製造される。すなわち、ｎ
型InPの基板11の上にSiをドープした厚さ0.5μｍのInP
によるｎ−コンタクト層12、Siをドープした厚さが１μ
ｍのInPによるｎ−クラッド層13、厚さ10nmのノンドー
プInPのバリア層141と厚さ10nmのノンドープIn0.43Ga
0.57Asのウェル層142を交互に10層ずつ積層した多重量
子井戸構造からなる光制御層14、Mgをドープした厚さ１
μｍのInPによるｐ−クラッド層15、更に、Znをドープ
した厚さ0.1μｍのｐ−InGaAsPのコンタクト層16を順次
積層し、ｎ側電極17とｐ側電極18とをそれぞれ形成す
る。InGaAsPはバンドギャップ0.95eVの組成である。幅2
5μｍの導波路部分100と100μｍφの電極パッド110を残
して、その他の部分を基板11までエッチングして除去す
る。導波路の長さは200μｍである。
ウェル層142としてIn0.43Ga0.57Asを用いると、バリ
ア層141のInPに比べて格子定数が小さいため引伸し応力
により軽い正孔の励起子と重い正孔の励起子のエネルギ
ーが一致して0.85eVとなる。ｎ側電極17とｐ側電極18の
間の電圧が0Vの時、0.83eVの光に対する吸収は小さい。
ｐ側電極18に負の電圧を印加すると吸収が低エネルギー
側にずれて大きな吸収が生じて光の透過率が減少する。
これは、電子と正孔の空間的な重なりが大きくなるため
多重量子井戸構造の吸収係数が増加するためである。こ
の時、軽い正孔の励起子と重い正孔の励起子のエネルギ
ーが一致しているので、透過率の減少は層面に平行、垂
直いずれの偏光の光に対しても同等に生じ偏光依存性は
見られない。
ア層141のInPに比べて格子定数が小さいため引伸し応力
により軽い正孔の励起子と重い正孔の励起子のエネルギ
ーが一致して0.85eVとなる。ｎ側電極17とｐ側電極18の
間の電圧が0Vの時、0.83eVの光に対する吸収は小さい。
ｐ側電極18に負の電圧を印加すると吸収が低エネルギー
側にずれて大きな吸収が生じて光の透過率が減少する。
これは、電子と正孔の空間的な重なりが大きくなるため
多重量子井戸構造の吸収係数が増加するためである。こ
の時、軽い正孔の励起子と重い正孔の励起子のエネルギ
ーが一致しているので、透過率の減少は層面に平行、垂
直いずれの偏光の光に対しても同等に生じ偏光依存性は
見られない。
本実施例では多重量子井戸の電界による吸収係数変化
を利用した変調器について述べたが、これに限らず多重
量子井戸の電界による屈折率変化や、吸収係数変化と屈
折率変化の両方を利用した変調器においても偏光依存性
をなくすことができる。
を利用した変調器について述べたが、これに限らず多重
量子井戸の電界による屈折率変化や、吸収係数変化と屈
折率変化の両方を利用した変調器においても偏光依存性
をなくすことができる。
以上、詳述したように本発明によれば、オン状態での
損失が小さく、オン・オフ比の大きな光変調器が得られ
る。
損失が小さく、オン・オフ比の大きな光変調器が得られ
る。
第１図は本発明の一実施例を示す構成図、 第２図は本発明の原理を説明するための、多重量子井戸
構造の価電子帯のエネルギーを示す概念図、 第３図は従来の光変調器の一例を示す構成図である。 11……基板 12……ｎ−コンタクト層 13……ｎ−クラッド層 14……光制御層 141……バリア層 142……ウェル層 15……ｐ−クラッド層 16……コンタクト層 17……ｎ側電極 18……ｐ側電極
構造の価電子帯のエネルギーを示す概念図、 第３図は従来の光変調器の一例を示す構成図である。 11……基板 12……ｎ−コンタクト層 13……ｎ−クラッド層 14……光制御層 141……バリア層 142……ウェル層 15……ｐ−クラッド層 16……コンタクト層 17……ｎ側電極 18……ｐ側電極
Claims (1)
- 【請求項１】ｎ側電極の上にｎ型InPの基板、Siをドー
プしたInPによるｎ−コンタクト層、SiをドープしたInP
によるｎ−クラッド層、ノンドープInPのバリア層とノ
ンドープIn0.43Ga0.57Asのウェル層を交互に積層した多
重量子井戸構造からなる光制御層、MgをドープしたInP
によるｐ−クラッド層、Znをドープしたｐ−InGaAsPの
コンタクト層、及び、ｐ側電極をこの順序で積層し、ノ
ンドープIn0.43Ga0.57Asのウェル層の格子定数をノンド
ープInPのバリア層の格子定数よりも小さくしたことを
特徴とする光変調器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63027461A JP2513265B2 (ja) | 1988-02-10 | 1988-02-10 | 光変調器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63027461A JP2513265B2 (ja) | 1988-02-10 | 1988-02-10 | 光変調器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01204018A JPH01204018A (ja) | 1989-08-16 |
| JP2513265B2 true JP2513265B2 (ja) | 1996-07-03 |
Family
ID=12221755
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63027461A Expired - Lifetime JP2513265B2 (ja) | 1988-02-10 | 1988-02-10 | 光変調器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2513265B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01248125A (ja) * | 1988-03-30 | 1989-10-03 | Fujitsu Ltd | 半導体光素子 |
| JP2676942B2 (ja) * | 1989-09-11 | 1997-11-17 | 日本電気株式会社 | 光変調器 |
| JPH03294826A (ja) * | 1990-04-12 | 1991-12-26 | Mitsubishi Electric Corp | 光スイッチ |
| DE19605794A1 (de) * | 1996-02-16 | 1997-08-21 | Sel Alcatel Ag | Monolithisch integriertes optisches oder optoelektronisches Halbleiterbauelement und Herstellungsverfahren |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07113711B2 (ja) * | 1985-08-27 | 1995-12-06 | 日本電気株式会社 | 半導体導波型光スイッチ |
| JPH0656456B2 (ja) * | 1986-07-02 | 1994-07-27 | 日本電気株式会社 | 平面型光制御素子 |
-
1988
- 1988-02-10 JP JP63027461A patent/JP2513265B2/ja not_active Expired - Lifetime
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．５０［２５］ＰＰ．１７７６〜１７７８ |
| ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓＬｅｅｔｅｒｓ２３［２０］ＰＰ．１０６７〜１０６９ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01204018A (ja) | 1989-08-16 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |