JP2733248B2 - 光デバイスおよび受光素子 - Google Patents
光デバイスおよび受光素子Info
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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、波長選択機能を有しかつ選択波長を連続的
に変化し得る導波路および受光素子の構造に関するもの
であり、印加電圧を変化することで分波波長を連続的に
変化でき、目的とする波長の光信号を取り出すことが可
能な導波路および受光素子に関する。
に変化し得る導波路および受光素子の構造に関するもの
であり、印加電圧を変化することで分波波長を連続的に
変化でき、目的とする波長の光信号を取り出すことが可
能な導波路および受光素子に関する。
従来の技術 本発明の導波路および受光素子は、導波路に積層した
超格子層に電圧を印加することで超格子層の禁制帯幅を
変化させ、その結果屈折率が変化して回折格子より取り
出せる光の波長を変化し得るものであるが、従来より超
格子層の禁制帯幅を変化させることで分波を行う受光素
子としては第５図に示すものがある。（例えば、A.Lars
son他：“（ハイ−スピード デュアル−ウエイブレン
グス デマルチプレクシング アンド ディテクター
アレイ High-speed dual-wavelength demultiplexing
and detector array）”アプライド・フィジックス・レ
ターズ（Appl.Phys.Lett.）,vol.49,P.223（1986））。
超格子層に電圧を印加することで超格子層の禁制帯幅を
変化させ、その結果屈折率が変化して回折格子より取り
出せる光の波長を変化し得るものであるが、従来より超
格子層の禁制帯幅を変化させることで分波を行う受光素
子としては第５図に示すものがある。（例えば、A.Lars
son他：“（ハイ−スピード デュアル−ウエイブレン
グス デマルチプレクシング アンド ディテクター
アレイ High-speed dual-wavelength demultiplexing
and detector array）”アプライド・フィジックス・レ
ターズ（Appl.Phys.Lett.）,vol.49,P.223（1986））。
構造は、n+-GaAs基板52上にn-AlGaAsバッファ層53,Ga
As-AlGaAsアンドープ超格子層54,P-AlGaAsバッファ層5
5,P+-GaAsコンタクト層56を順次積層し、イオンプラン
テーションにより絶縁層57を形成した後、それぞれ第１
のＰ側電極58と第２のＰ側電極59,n側電極51が蒸着され
ている。
As-AlGaAsアンドープ超格子層54,P-AlGaAsバッファ層5
5,P+-GaAsコンタクト層56を順次積層し、イオンプラン
テーションにより絶縁層57を形成した後、それぞれ第１
のＰ側電極58と第２のＰ側電極59,n側電極51が蒸着され
ている。
第１のＰ側電極58に低電圧（−3V），第２のＰ側電極
59に高電圧（−18V）を印加することで、量子ストーク
ス効果により第１のＰ側電極58より波長840μｍの光信
号に対応する電気信号を、第２のＰ側電極59より波長87
0μｍの光信号に対応する電気信号を取り出すことがで
きる。
59に高電圧（−18V）を印加することで、量子ストーク
ス効果により第１のＰ側電極58より波長840μｍの光信
号に対応する電気信号を、第２のＰ側電極59より波長87
0μｍの光信号に対応する電気信号を取り出すことがで
きる。
また、本発明の導波路および受光素子は、超格子層に
電圧を印加することで回折格子を形成している超格子層
の屈折率を変化させて、受光波長を連続的に選択可能な
ものであるが、従来より導波路に分布帰還型回折格子を
作製して、回折格子の周期によって決定される特定の波
長の光のみ選択的に分波可能な受光素子としては第６図
に示すものがある。（例えば、T.L.koch他：“ウエイブ
レングス セレクティブ インターレーヤーディレク
ショナリイ グレーティングカプルド インジウムリン
／インガリヒソリン ウエイブガイド フォトディテク
ション（Wave length selective interlayer direction
ally gratingcoupled InP/InGaAsP waveguide photodet
ection）”アプライド・フィジックス・レターズ（App
l.Phys.Lett.）,vol.51,P.1060（1987））。
電圧を印加することで回折格子を形成している超格子層
の屈折率を変化させて、受光波長を連続的に選択可能な
ものであるが、従来より導波路に分布帰還型回折格子を
作製して、回折格子の周期によって決定される特定の波
長の光のみ選択的に分波可能な受光素子としては第６図
に示すものがある。（例えば、T.L.koch他：“ウエイブ
レングス セレクティブ インターレーヤーディレク
ショナリイ グレーティングカプルド インジウムリン
／インガリヒソリン ウエイブガイド フォトディテク
ション（Wave length selective interlayer direction
ally gratingcoupled InP/InGaAsP waveguide photodet
ection）”アプライド・フィジックス・レターズ（App
l.Phys.Lett.）,vol.51,P.1060（1987））。
構造は、n+-InP基板62上に、n-Inpバッファ層63,n-In
GaAsP（n-Q1）（λPL＝1.3μｍ）反射層64,n-InP低屈折
率層65,n-Q1反射層66,n-InP導波路層67,n-Q1エッチスト
ップ層68,n-InP導波路層69,アンドープQ2（λPL＝1.52
μｍ）光吸収層70,P-Q1クラッド層71を積層し、P-Q1ク
ラッド層表面に分布帰還型回折格子72を作製した後P-In
P低屈折率層73,P-InGaAsコンタクト層74を積層した後そ
れぞれｎ側電極61,P側電極75が蒸着されている。今、回
折格子より回折される波長の光に対して各層の層厚はAR
ROW構造を満足するように設定することで、光を伝達損
失の小さい低屈折率層であるn-InP導波路69内に99.98％
以上閉じ込めることができ、かつクラッド層71の一部に
回折格子72を作製することで回折格子の周期に対応した
波長の光をアンドープQ2光吸収層70内に導入して目的波
長の光信号を電気信号に変換できるものである。
GaAsP（n-Q1）（λPL＝1.3μｍ）反射層64,n-InP低屈折
率層65,n-Q1反射層66,n-InP導波路層67,n-Q1エッチスト
ップ層68,n-InP導波路層69,アンドープQ2（λPL＝1.52
μｍ）光吸収層70,P-Q1クラッド層71を積層し、P-Q1ク
ラッド層表面に分布帰還型回折格子72を作製した後P-In
P低屈折率層73,P-InGaAsコンタクト層74を積層した後そ
れぞれｎ側電極61,P側電極75が蒸着されている。今、回
折格子より回折される波長の光に対して各層の層厚はAR
ROW構造を満足するように設定することで、光を伝達損
失の小さい低屈折率層であるn-InP導波路69内に99.98％
以上閉じ込めることができ、かつクラッド層71の一部に
回折格子72を作製することで回折格子の周期に対応した
波長の光をアンドープQ2光吸収層70内に導入して目的波
長の光信号を電気信号に変換できるものである。
発明が解決しようとする課題 第５図に示す受光素子は、印加電圧を変化させること
で受光波長を変化させることができるが、クロストーク
が−28dBとなる分波波長間隔が30nmと大きく、分波に光
の吸収端を用いているために分波波長の温度依存性が大
きいことも考慮すれば分波波長間隔は60nmとさらに大き
くなり、分波可能なチャネル数は分波波長間隔に反比例
して減少する。
で受光波長を変化させることができるが、クロストーク
が−28dBとなる分波波長間隔が30nmと大きく、分波に光
の吸収端を用いているために分波波長の温度依存性が大
きいことも考慮すれば分波波長間隔は60nmとさらに大き
くなり、分波可能なチャネル数は分波波長間隔に反比例
して減少する。
第６図に示す受光素子は、回折格子を用いることで分
波波長間隔を0.9nmと小さくでき、また低屈折率層を導
波路としているため、伝搬損失はきわめて小さい。しか
しながら分波波長は回折格子の周期により決定されるた
め任意の波長の光を分波することは不可能である。
波波長間隔を0.9nmと小さくでき、また低屈折率層を導
波路としているため、伝搬損失はきわめて小さい。しか
しながら分波波長は回折格子の周期により決定されるた
め任意の波長の光を分波することは不可能である。
課題を解決するための手段 本発明は、上記の問題点を解決するために、第１の導
波路層と、前記第１の導波路層上に、前記第１の導波路
層より小さい屈折率をもつ第１の反射層と、前記第１の
反射層より大きい屈折率をもつ超格子層である第２の導
波路層と、が積層された構成を有し、さらに前記第２の
導波路層の一部に作製された回折格子と、前記回折格子
をはさんで形成された電極とを有しており、前記第１の
導波路層に、所定の波長λinを有する光を入射させ、前
記電極間に電圧を印加し、前記第２の導波路層の量子効
果による大きな屈折率変化を利用して、前記入射した光
から、前記回折格子の周期Λｇと、前記入射した光の感
じる屈折率ｎとにより、λＧ＝Λｇ×ｎで決定される波
長λＧの光を、前記第２の導波路層へ導波させ、前記電
極に印加する電圧を変化させることで、前記第２の導波
路層に導波する光の波長λＧを変化させ、前記入射した
光から、前記第２の導波路層へ必要とする波長の光を取
り出す、導波路とする。
波路層と、前記第１の導波路層上に、前記第１の導波路
層より小さい屈折率をもつ第１の反射層と、前記第１の
反射層より大きい屈折率をもつ超格子層である第２の導
波路層と、が積層された構成を有し、さらに前記第２の
導波路層の一部に作製された回折格子と、前記回折格子
をはさんで形成された電極とを有しており、前記第１の
導波路層に、所定の波長λinを有する光を入射させ、前
記電極間に電圧を印加し、前記第２の導波路層の量子効
果による大きな屈折率変化を利用して、前記入射した光
から、前記回折格子の周期Λｇと、前記入射した光の感
じる屈折率ｎとにより、λＧ＝Λｇ×ｎで決定される波
長λＧの光を、前記第２の導波路層へ導波させ、前記電
極に印加する電圧を変化させることで、前記第２の導波
路層に導波する光の波長λＧを変化させ、前記入射した
光から、前記第２の導波路層へ必要とする波長の光を取
り出す、導波路とする。
また、第１の導波路層と、前記第１の導波路層上に、
前記第１の導波路層より小さい屈折率をもつ第１の反射
層と、前記第１の反射層より大きい屈折率をもつ超格子
層である第２の導波路層と、が積層された構成を有し、
さらに前記第２の導波路層の一部に作製された回折格子
と、前記第２の反射層の前記回折格子に対応した位置に
作製した受光領域と、前記受光領域および前記第２の導
波路層に電圧を印加する電極とを有し、前記第１の導波
路層に、所定の波長λinを有する光を入射させ、前記電
極間に電圧を印加し、前記第２の導波路層の量子効果に
よる大きな屈折率変化を利用して、前記入射した光か
ら、前記回折格子の周期Λｇと、前記入射した光の感じ
る屈折率ｎとにより、λＧ＝Λｇ×ｎで決定される波長
λＧの光を、前記第２の導波路層へ導波させ、前記受光
領域に逆電圧を印加し、前記電極に印加する電圧を変化
させることで、前記印加した電圧に対応して受光波長を
変化させる、受光素子とする。
前記第１の導波路層より小さい屈折率をもつ第１の反射
層と、前記第１の反射層より大きい屈折率をもつ超格子
層である第２の導波路層と、が積層された構成を有し、
さらに前記第２の導波路層の一部に作製された回折格子
と、前記第２の反射層の前記回折格子に対応した位置に
作製した受光領域と、前記受光領域および前記第２の導
波路層に電圧を印加する電極とを有し、前記第１の導波
路層に、所定の波長λinを有する光を入射させ、前記電
極間に電圧を印加し、前記第２の導波路層の量子効果に
よる大きな屈折率変化を利用して、前記入射した光か
ら、前記回折格子の周期Λｇと、前記入射した光の感じ
る屈折率ｎとにより、λＧ＝Λｇ×ｎで決定される波長
λＧの光を、前記第２の導波路層へ導波させ、前記受光
領域に逆電圧を印加し、前記電極に印加する電圧を変化
させることで、前記印加した電圧に対応して受光波長を
変化させる、受光素子とする。
作用 大きい屈折率n0をもつ第１の導波路上に小さい屈折率
n2の反射層と大きい屈折率n1をもつ第２の導波路層を順
次積層し、第２の導波路と反射層の界面に周期Λｇの回
折格子を形成した場合（１）式を満足する波長λ１の光
のみ回折される。
n2の反射層と大きい屈折率n1をもつ第２の導波路層を順
次積層し、第２の導波路と反射層の界面に周期Λｇの回
折格子を形成した場合（１）式を満足する波長λ１の光
のみ回折される。
λ１＝Λｇ（n1±n2） （１） 今、符号が＋の場合は結合型であり、符号が−の場合
は分布帰還型となる。
は分布帰還型となる。
ところで、第２の導波路を超格子層にて形成した場
合、この超格子層に電圧を印加することで第２の導波路
の禁制帯幅Egは量子ストークス効果により減少し、その
結果第２の導波路の屈折率n2は増加してn3となり λ３＝Λｇ（n1±n3） （２） （n3＞n2） と回折光の波長はλ３と変化する。
合、この超格子層に電圧を印加することで第２の導波路
の禁制帯幅Egは量子ストークス効果により減少し、その
結果第２の導波路の屈折率n2は増加してn3となり λ３＝Λｇ（n1±n3） （２） （n3＞n2） と回折光の波長はλ３と変化する。
例えば、n-AlGaAs層上に、より屈折率の大きいGaAs-A
lGaAsアンドープ超格子層,P-AlGaAs層を順次積層するこ
とで、光を屈折率の大きい超格子層に閉じ込めることの
できる導波路構造であり、かつこれらがP-i-n受光素子
構造となる。n-AlGaAs層およびP-AlGaAs層表面に電極を
形成し、低い電圧（＞−3V）を印加した場合超格子層の
禁制帯幅が例えば1.46eVとなり、高い電圧（＜−15V）
を印加した場合、超格子層内に電場が発生し、帯構造が
非対称となるため量子ストークス効果が誘起され、超格
子層の禁制帯幅が狭くなり例えば1.42eVとなるとする。
lGaAsアンドープ超格子層,P-AlGaAs層を順次積層するこ
とで、光を屈折率の大きい超格子層に閉じ込めることの
できる導波路構造であり、かつこれらがP-i-n受光素子
構造となる。n-AlGaAs層およびP-AlGaAs層表面に電極を
形成し、低い電圧（＞−3V）を印加した場合超格子層の
禁制帯幅が例えば1.46eVとなり、高い電圧（＜−15V）
を印加した場合、超格子層内に電場が発生し、帯構造が
非対称となるため量子ストークス効果が誘起され、超格
子層の禁制帯幅が狭くなり例えば1.42eVとなるとする。
今、GaAlAs系の禁制帯幅と屈折率の関係を参照すれば
0.87μｍの光に対して、禁制帯幅が1.46eVの場合の光が
減じる屈折率は3,60,1.42eVの場合3.57となり、第１の
導波路をAl0.25Ga0.75Asとした場合の回折波長λを計算
すると、λ（Ｖ＝−3V）＝0.87μm.λ（Ｖ＝−18V）＝
0.73μｍとなる。
0.87μｍの光に対して、禁制帯幅が1.46eVの場合の光が
減じる屈折率は3,60,1.42eVの場合3.57となり、第１の
導波路をAl0.25Ga0.75Asとした場合の回折波長λを計算
すると、λ（Ｖ＝−3V）＝0.87μm.λ（Ｖ＝−18V）＝
0.73μｍとなる。
ところで、回折格子により分波した場合、分波波長間
隔は1nm程度と小さく、印加電圧を−3Vから−18Vへ変化
させることにより分波波長を例えば870nmから730nmへ約
1nmの分波波長間隔で光信号を選択的に分波することが
可能となり、波長の異なる100程度の光を分波できるた
めに、特に波長多重通信の受光部として有効となる。
隔は1nm程度と小さく、印加電圧を−3Vから−18Vへ変化
させることにより分波波長を例えば870nmから730nmへ約
1nmの分波波長間隔で光信号を選択的に分波することが
可能となり、波長の異なる100程度の光を分波できるた
めに、特に波長多重通信の受光部として有効となる。
実施例 第１図は、本発明の第１の実施例である導波路の断面
図である。n+-GaAs基板２上にn-AlxGa1-xAs第１反射層
3.n-AlyGa1-yAs（ｙ＜ｘ）第１導波路層4.n-AlxGa1-xAs
第２反射層5.アンドープGaAs-AlxGa1-xAs超格子第２導
波路長６を順次積層した後、第２導波路層６の表面の一
部に分布帰還型回折格子７を形成し、n-AlxGa1-xAs第３
反射層８を第２導波路層６上に積層する。
図である。n+-GaAs基板２上にn-AlxGa1-xAs第１反射層
3.n-AlyGa1-yAs（ｙ＜ｘ）第１導波路層4.n-AlxGa1-xAs
第２反射層5.アンドープGaAs-AlxGa1-xAs超格子第２導
波路長６を順次積層した後、第２導波路層６の表面の一
部に分布帰還型回折格子７を形成し、n-AlxGa1-xAs第３
反射層８を第２導波路層６上に積層する。
第１導波路層４により吸収されず、異なる波長（λ1.
λ2.λ３）の複数の光信号を含む光を第１導波路層４に
導入した場合、式（１）の関係を満足する波長λ２の光
のみ回折され、第２の導波路層６より波長λ２の光が得
られ、第１の導波路層４より透過光として波長λ1.λ３
の光が得られる。
λ2.λ３）の複数の光信号を含む光を第１導波路層４に
導入した場合、式（１）の関係を満足する波長λ２の光
のみ回折され、第２の導波路層６より波長λ２の光が得
られ、第１の導波路層４より透過光として波長λ1.λ３
の光が得られる。
今、この回折格子７に面する導波路に電極1,9を蒸着
し、第２導波路層６に電圧Ｖを印加することで、第２の
導波路層６の屈折率を低下させると、回折される光の波
長が式（２）よりλ３へ変化するため複数の波長（λ1.
λ2.λ３）の光信号を含む入射光から希望する波長λ３
の光のみ第２導波路層３より取り出すことが可能とな
る。
し、第２導波路層６に電圧Ｖを印加することで、第２の
導波路層６の屈折率を低下させると、回折される光の波
長が式（２）よりλ３へ変化するため複数の波長（λ1.
λ2.λ３）の光信号を含む入射光から希望する波長λ３
の光のみ第２導波路層３より取り出すことが可能とな
る。
また、第２の導波路層より得られる光を、例えばGe-A
PDにより受光することで複数の光信号を含む入射光から
希望する波長の光信号に対応する電気信号を選択的に得
ることができる。
PDにより受光することで複数の光信号を含む入射光から
希望する波長の光信号に対応する電気信号を選択的に得
ることができる。
第２図は、本発明の第２の実施例である受光素子の断
面図である。n+-GaAs基板12上にn-AlxGa1-xAs第１反射
層13,n-AlyGa1-yAs（ｙ＜ｘ）導波路層14,n-AlxGa1-xAs
第２反射層15,アンドープGaAs-Al1-xGaxAs超格子光吸収
層16を順次積層した後、光吸収層16の表面の一部に分布
帰還型回折格子17を形成し、P-AlxGa1-xAs第３反射層18
を光吸収層16上に積層した後、回折格子17をはさんで電
極1,9を蒸着する。
面図である。n+-GaAs基板12上にn-AlxGa1-xAs第１反射
層13,n-AlyGa1-yAs（ｙ＜ｘ）導波路層14,n-AlxGa1-xAs
第２反射層15,アンドープGaAs-Al1-xGaxAs超格子光吸収
層16を順次積層した後、光吸収層16の表面の一部に分布
帰還型回折格子17を形成し、P-AlxGa1-xAs第３反射層18
を光吸収層16上に積層した後、回折格子17をはさんで電
極1,9を蒸着する。
導波路層14に吸収されず、異なる波長（λ1,λ2,
λ３）の複数の光信号を含む光を導波路層14に導入する
と、電極に近い逆電圧（Ｖ−０）を印加した場合式
（１）の関係を満足する波長λ２の光は、回折格子17に
より回折されて導波路層14から光吸収層16に分波され吸
収される。第３反射層（ｐ）と光吸収層（ｉ）と第２反
射層（ｎ）で構成される、pin接合に逆電圧を印加する
ことにより、電極よりλ２の光信号に対応した電気信号
が得られる。一方電極に高い電圧（Ｖ＜０）を印加した
場合、式（２）の関係を満足する波長λ３の光のみ回折
され、光吸収層16により吸収されて、電極よりλ３の光
信号に対応した電気信号が得られる。
λ３）の複数の光信号を含む光を導波路層14に導入する
と、電極に近い逆電圧（Ｖ−０）を印加した場合式
（１）の関係を満足する波長λ２の光は、回折格子17に
より回折されて導波路層14から光吸収層16に分波され吸
収される。第３反射層（ｐ）と光吸収層（ｉ）と第２反
射層（ｎ）で構成される、pin接合に逆電圧を印加する
ことにより、電極よりλ２の光信号に対応した電気信号
が得られる。一方電極に高い電圧（Ｖ＜０）を印加した
場合、式（２）の関係を満足する波長λ３の光のみ回折
され、光吸収層16により吸収されて、電極よりλ３の光
信号に対応した電気信号が得られる。
第３図は、本発明の第３の実施例である受光素子の断
面図である。n+-GaAs基板22上にn-AlxGa1-xAs第１反射
層23,n-AlyGa1-yAs（ｙ＜ｘ）導波路層24,n-AlxGa1-xAs
第２反射層25,アンドープGaAs-Al1-xGaxAs超格子光吸収
層26を順次積層した後、光吸収層26の表面の一部に複数
の分布帰還型回折格子27を形成し、n-AlxGa1-xAs第３反
射層28を、光吸収層26上に積層した後、第３反射層28の
各回折格子27に一対一に対応する位置に拡散により複数
のＰ型領域30を形成し、それぞれのＰ型領域にＰ側電極
29を蒸着する。基板裏面にはｎ側電極21を蒸着する。
面図である。n+-GaAs基板22上にn-AlxGa1-xAs第１反射
層23,n-AlyGa1-yAs（ｙ＜ｘ）導波路層24,n-AlxGa1-xAs
第２反射層25,アンドープGaAs-Al1-xGaxAs超格子光吸収
層26を順次積層した後、光吸収層26の表面の一部に複数
の分布帰還型回折格子27を形成し、n-AlxGa1-xAs第３反
射層28を、光吸収層26上に積層した後、第３反射層28の
各回折格子27に一対一に対応する位置に拡散により複数
のＰ型領域30を形成し、それぞれのＰ型領域にＰ側電極
29を蒸着する。基板裏面にはｎ側電極21を蒸着する。
導波路層24に吸収されず、異なる波長λ1,λ2,λ3,λ
４の複数の光信号を含む光を導波路24に導入する。複数
のＰ側電極29a,29b,29cにそれぞれ異なる逆電圧V3（29
c）＜V2（29b）＜V1（29a）＜０を印加しておくこと
で、印加電圧に対応した波長λ２（V1），λ３（V2），
λ４（V3）の光が回折され、複数の光信号に対応した複
数の電気信号Ｉ（λ２）,I（λ３）,I（λ４）がそれぞ
れＰ側電極29a,29b,29cより得られる。
４の複数の光信号を含む光を導波路24に導入する。複数
のＰ側電極29a,29b,29cにそれぞれ異なる逆電圧V3（29
c）＜V2（29b）＜V1（29a）＜０を印加しておくこと
で、印加電圧に対応した波長λ２（V1），λ３（V2），
λ４（V3）の光が回折され、複数の光信号に対応した複
数の電気信号Ｉ（λ２）,I（λ３）,I（λ４）がそれぞ
れＰ側電極29a,29b,29cより得られる。
第1,第2,第３の実施例においては、分布帰還型回折格
子を形成したが、結合型回折格子を形成してもよい。ま
た半導体材料としてGaAs系としたが、InP系など他の半
導体材料を用いてもよい。
子を形成したが、結合型回折格子を形成してもよい。ま
た半導体材料としてGaAs系としたが、InP系など他の半
導体材料を用いてもよい。
第３の実施例においてＰ型領域を拡散にて形成した
が、第３反射層28をＰ型として回折格子に対応していな
い領域をイオンインプランテーションにより半絶縁化し
てもよい。
が、第３反射層28をＰ型として回折格子に対応していな
い領域をイオンインプランテーションにより半絶縁化し
てもよい。
第４図は、本発明の第４の実施例である低伝搬損失導
波路を有する受光素子の断面図である。
波路を有する受光素子の断面図である。
n+-InP基板32上にn-InPバッファ層33,n-InGaAs（n-
Q1）（λPL＝1.3μｍ）第１反射層34,n-InP低屈折率層3
5,n-Q1第２反射層36,n-InP導波路層37,アンドープInP-Q
1超格子層38を順次積層し、超格子層38の表面の一部に
複数の分布帰還型回折格子39を形成した後、アンドープ
InP第３反射層40,アンドープInGaAs光吸収層41を積層
し、光吸収層41の各回折格子39に一対一に対応する位置
に拡散により複数のＰ型領域43を形成し、それぞれのＰ
型領域にＰ側電極42を蒸着する。基板裏面にはｎ側電極
42を蒸着する。
Q1）（λPL＝1.3μｍ）第１反射層34,n-InP低屈折率層3
5,n-Q1第２反射層36,n-InP導波路層37,アンドープInP-Q
1超格子層38を順次積層し、超格子層38の表面の一部に
複数の分布帰還型回折格子39を形成した後、アンドープ
InP第３反射層40,アンドープInGaAs光吸収層41を積層
し、光吸収層41の各回折格子39に一対一に対応する位置
に拡散により複数のＰ型領域43を形成し、それぞれのＰ
型領域にＰ側電極42を蒸着する。基板裏面にはｎ側電極
42を蒸着する。
各層の層厚は低伝搬損失型導波路であるARROW構造を
満足するものとする。
満足するものとする。
低伝搬損失型導波路層37に吸収されず、異なる波長λ
1,λ2,λ3,λ４の複数の光信号を含む光を導波路37に導
入する。複数のＰ側電極42a,42b,42cにそれぞれ異なる
逆電圧V3（42a）＜V2（42b）＜V1（42c）＜０を印加し
ておくことで、印加電圧と対応した波長λ２（V1），λ
３（V2），λ４（V3）の光が回折され、導波路層37から
光吸収層41に分波されて吸収される。Ｐ型領域43（ｐ
型）、光吸収層41（ｉ型）、導波路層37（ｎ型）で構成
される、pin接合に逆電圧を印加することにより、複数
の光信号に対応した複数の電気信号Ｉ（λ２）,I
（λ３）,I（λ４）がそれぞれのＰ側電極42a,42b,42c
より得られる。
1,λ2,λ3,λ４の複数の光信号を含む光を導波路37に導
入する。複数のＰ側電極42a,42b,42cにそれぞれ異なる
逆電圧V3（42a）＜V2（42b）＜V1（42c）＜０を印加し
ておくことで、印加電圧と対応した波長λ２（V1），λ
３（V2），λ４（V3）の光が回折され、導波路層37から
光吸収層41に分波されて吸収される。Ｐ型領域43（ｐ
型）、光吸収層41（ｉ型）、導波路層37（ｎ型）で構成
される、pin接合に逆電圧を印加することにより、複数
の光信号に対応した複数の電気信号Ｉ（λ２）,I
（λ３）,I（λ４）がそれぞれのＰ側電極42a,42b,42c
より得られる。
第４の実施例においては、分布帰還型回折格子を形成
したが、結合型回折格子を形成してもよい。また半導体
材料としてInP系としたが、GaAs系など他の半導体材料
を用いてもよい。また分布帰還型回折格子39を超格子層
38と第３反射層40の界面に形成したが、導波路層37と超
格子層38の界面に形成してもよい。また格子の周期を39
a,39b,39cと種々に変化させることで、希望する光の波
長を大きく変えることが可能となる。
したが、結合型回折格子を形成してもよい。また半導体
材料としてInP系としたが、GaAs系など他の半導体材料
を用いてもよい。また分布帰還型回折格子39を超格子層
38と第３反射層40の界面に形成したが、導波路層37と超
格子層38の界面に形成してもよい。また格子の周期を39
a,39b,39cと種々に変化させることで、希望する光の波
長を大きく変えることが可能となる。
発明の効果 以上述べてきたように、本発明によれば、回折格子を
構成している超格子層に電圧を印加して屈折率を変化さ
せることで、回折される光の波長を連続的に変化して、
複数の光信号を含む入射光から希望する波長λ３の光信
号またはこの光信号に対応する電気信号を単数または同
時に複数得ることのできる導波路または受光素子を作製
することができる。また、導波路をARROW構造とするこ
とで低伝搬損失の受光素子を作製することができる。
構成している超格子層に電圧を印加して屈折率を変化さ
せることで、回折される光の波長を連続的に変化して、
複数の光信号を含む入射光から希望する波長λ３の光信
号またはこの光信号に対応する電気信号を単数または同
時に複数得ることのできる導波路または受光素子を作製
することができる。また、導波路をARROW構造とするこ
とで低伝搬損失の受光素子を作製することができる。
第１図は本発明の第１の実施例である導波路の断面図、
第２図は本発明の第２の実施例である受光素子の断面
図、第３図は本発明の第３の実施例である受光素子の断
面図、第４図は本発明の第４の実施例である低伝搬損失
導波路を有する受光素子の断面図、第５図は従来の分波
型受光素子の外形図、第６図は従来の導波路付き受光素
子の断面図である。 1,21,31……ｎ側電極、2,22,32……基板、3,23,34……
第１反射層、4,24,34……導波路層、5,25,36……第２反
射層、6,26,38……超格子層、7,27,39……回折格子、8,
28……第３反射層、9,29,42……Ｐ側電極、30,43……拡
散領域。
第２図は本発明の第２の実施例である受光素子の断面
図、第３図は本発明の第３の実施例である受光素子の断
面図、第４図は本発明の第４の実施例である低伝搬損失
導波路を有する受光素子の断面図、第５図は従来の分波
型受光素子の外形図、第６図は従来の導波路付き受光素
子の断面図である。 1,21,31……ｎ側電極、2,22,32……基板、3,23,34……
第１反射層、4,24,34……導波路層、5,25,36……第２反
射層、6,26,38……超格子層、7,27,39……回折格子、8,
28……第３反射層、9,29,42……Ｐ側電極、30,43……拡
散領域。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 柴田 淳 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (56)参考文献 特開 平２−63012（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−186918（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−31133（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−70724（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−37062（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−111679（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−147139（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−30821（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−204986（ＪＰ，Ａ) 特開 昭52−23357（ＪＰ，Ａ) 特開 昭52−19550（ＪＰ，Ａ) ＩＥＥＥ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｑ ｕａｎｔｕｍ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｓ，Ｖｏｌ．ＱＥ−23 Ｎｏ．６ Ｐ. 889−Ｐ．897（1987) Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌ ｅｔｔｅｒｓ，Ｖｏｌ．51 Ｎｏ．14 ｐ．1060−ｐ．1062（1989)
Claims (5)
- 【請求項１】第１の導波路層と、 前記第１の導波路層より小さい屈折率をもつ第１の反射
層と、前記第１の反射層より大きい屈折率をもつ超格子
層である第２の導波路層と、が順次積層された構成を有
し、 さらに前記第２の導波路層の上部に作製された回折格子
と、前記回折格子をはさんで形成された電極とを有して
おり、 前記第１の導波路層に、所定の波長λinを有する光を前
記第１の導波路層と平行に入射させ、 前記電極間に逆電圧を印加し、前記第２の導波路層の量
子効果による大きな屈折率変化を利用して、前記入射し
た光から、前記回折格子の周期Λｇと、前記入射した光
の感じる屈折率ｎとにより決定される波長λｇの光を、
前記第２の導波路層へ導波させ、 前記電極に印加する電圧を変化させることで、前記第２
の導波路層に導波する光の波長λｇを変化させ、 前記入射した光から、前記第２の導波路層へ必要とする
波長の光を取り出す、光デバイス。 - 【請求項２】第２の導波路層の上部に作製された少なく
とも２つの回折格子と、 前記回折格子に対応した位置に形成された少なくとも２
つの電極で構成され、前記複数の電極それぞれに異なる
逆電圧を印加することで、前記第２の導波路層へ少なく
とも１波の分波を行い、 かつ前記電極に印加する電圧を変化することで、前記分
波した分波波長を変化させる、請求項１に記載の光デバ
イス。 - 【請求項３】導波路層と、 前記導波路層より小さい屈折率をもつ第１の反射層と、
前記第１の反射層より大きい反射率をもつ超格子層であ
る光吸収層と、前記光吸収層より小さい屈折率をもつ第
２の反射層と、が順次積層された構成を有し、 さらに前記光吸収層の一部に作製された回折格子と、前
記光吸収層に逆電圧を印加する電極とを有し、 前記導波路層に所定の波長λinを有する光を前記導波路
層と平行に入射させ、 前記電極間に逆電圧を印加し、前記光吸収層の量子効果
による大きな屈折率変化を利用して、前記入射した光か
ら、前記回折格子の周期Λｇと、前記入射した光の感じ
る屈折率ｎとにより決定される波長λｇの光を、前記光
吸収層へ導波させ、 前記電極に印加する逆電圧を変化させることで、前記印
加した逆電圧に対応して受光波長を変化させる、受光素
子。 - 【請求項４】光吸収層の一部に作製された少なくとも２
つの回折格子と、前記光吸収層に電圧を印加する複数の
電極と、で構成され、 前記複数の電極それぞれに異なる電圧を印加すること
で、前記光吸収層へ少なくとも１波の分波を行い、 かつ前記電極に印加する電圧を変化することで、前記分
波した分波波長を連続的に変化させる、請求項３に記載
の受光素子。 - 【請求項５】第１の低屈折率層と、 第１の低屈折率層上に、前記第１の低屈折率層より屈折
率の大きな第１の反射層と、前記第１の反射層より屈折
率の小さい第２の低屈折率層と、前記第２の低屈折率層
より屈折率の大きい第２の反射層と、前記第２の反射層
より屈折率の小さい導波路層と、前記導波路層より屈折
率の大きい超格子層と、前記超格子層より屈折率の小さ
い第３の反射層と、前記第３の反射層より屈折率の大き
い光吸収層と、が順次積層された構成を有し、 さらに前記超格子層の一部に作製された１個以上の回折
格子と、前記超格子層に逆電圧を印加する１個以上の電
極とを有し、 前記導波路層の光の伝搬損失が小さく、かつ前記１個以
上の電極それぞれに異なる逆電圧を印加することで、前
記光吸収層へ２波以上の分波を行い、 かつ前記電極に印加する逆電圧を変化することで、前記
分波した分波波長を変化させる、受光素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63153236A JP2733248B2 (ja) | 1988-06-21 | 1988-06-21 | 光デバイスおよび受光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63153236A JP2733248B2 (ja) | 1988-06-21 | 1988-06-21 | 光デバイスおよび受光素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH024209A JPH024209A (ja) | 1990-01-09 |
| JP2733248B2 true JP2733248B2 (ja) | 1998-03-30 |
Family
ID=15558029
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63153236A Expired - Fee Related JP2733248B2 (ja) | 1988-06-21 | 1988-06-21 | 光デバイスおよび受光素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2733248B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2672141B2 (ja) * | 1989-03-10 | 1997-11-05 | キヤノン株式会社 | 光検出器 |
| EP0496348B1 (en) * | 1991-01-22 | 1997-07-02 | Canon Kabushiki Kaisha | Multi-wavelength light detecting apparatuses having serially arranged grating directional couplers |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60175025A (ja) * | 1984-02-21 | 1985-09-09 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 光分波器 |
| JPS62164019A (ja) * | 1986-01-16 | 1987-07-20 | Nec Corp | 光方向性結合素子 |
| JPH0656456B2 (ja) * | 1986-07-02 | 1994-07-27 | 日本電気株式会社 | 平面型光制御素子 |
| JPS6353504A (ja) * | 1986-08-25 | 1988-03-07 | Canon Inc | 導波型光素子及びその作製方法 |
| JPS63147139A (ja) * | 1986-12-11 | 1988-06-20 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 光方向性結合器およびその製造方法 |
| US4904045A (en) * | 1988-03-25 | 1990-02-27 | American Telephone And Telegraph Company | Grating coupler with monolithically integrated quantum well index modulator |
-
1988
- 1988-06-21 JP JP63153236A patent/JP2733248B2/ja not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ，Ｖｏｌ．５１ Ｎｏ．１４ ｐ．１０６０−ｐ．１０６２（１９８９） |
| ＩＥＥＥ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，Ｖｏｌ．ＱＥ−２３ Ｎｏ．６ Ｐ．８８９−Ｐ．８９７（１９８７） |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH024209A (ja) | 1990-01-09 |
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |