JP2735274B2 - 光学特性変調器および光学素子 - Google Patents
光学特性変調器および光学素子Info
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は光学特性を電気的に変化させて、出力光の強
度や進行方向を制御するのに好適な装置に関する。
度や進行方向を制御するのに好適な装置に関する。
従来、量子井戸（QW）内のキヤリア濃度を変化させて
光学特性を電気的に制御する方法としては、アプライド
・フイジクス・レター、50巻12号（1987年）第708頁か
ら710頁（Appl.Phys.Lett.50（12）,1987,pp708〜710）
に記載の方式が知られている（第14図（ａ），第14図
（ｂ）。この方式は電界効果トランジスタ（FET）のチ
ヤネルにQW61を用い、該QW61に蓄積している電子67をゲ
ートに負の電圧V6を印加してデプリートさせ、該QW61の
実効的なバンドギヤツプをEGからEG＊へと変化させ、エ
ネルギがEGである光をオン／オフしていた。
光学特性を電気的に制御する方法としては、アプライド
・フイジクス・レター、50巻12号（1987年）第708頁か
ら710頁（Appl.Phys.Lett.50（12）,1987,pp708〜710）
に記載の方式が知られている（第14図（ａ），第14図
（ｂ）。この方式は電界効果トランジスタ（FET）のチ
ヤネルにQW61を用い、該QW61に蓄積している電子67をゲ
ートに負の電圧V6を印加してデプリートさせ、該QW61の
実効的なバンドギヤツプをEGからEG＊へと変化させ、エ
ネルギがEGである光をオン／オフしていた。
一方、QW構造が多層積層された多重量子井戸（MQW）
構造を用いた電流制御スイツチとしては、例えば特開昭
56−76581号に記載の素子が知られている。（第15図
（ａ）、第15図（ｂ））。この素子では、高速に電流を
制御するために、FETのチヤネルにMQW73を用い、かつ該
MQW73の障壁層732にのみ不純物733をドーピングし、電
子78が蓄積されているQW層731で、不純物733により電子
78が散乱されるのを防いでいた。
構造を用いた電流制御スイツチとしては、例えば特開昭
56−76581号に記載の素子が知られている。（第15図
（ａ）、第15図（ｂ））。この素子では、高速に電流を
制御するために、FETのチヤネルにMQW73を用い、かつ該
MQW73の障壁層732にのみ不純物733をドーピングし、電
子78が蓄積されているQW層731で、不純物733により電子
78が散乱されるのを防いでいた。
上記従来のキヤリアの濃度変化を用いた光変調法で
は、光の利用効率の点についての配慮が不十分であり、
単一QW構造であるため光学特性の変化する層が薄く（〜
10nm）、大部分の光は変調を受けずに透過してしまう恐
れがあつた。
は、光の利用効率の点についての配慮が不十分であり、
単一QW構造であるため光学特性の変化する層が薄く（〜
10nm）、大部分の光は変調を受けずに透過してしまう恐
れがあつた。
一方、従来のMQW構造を用いた電流制御スイツチで
は、光を変調することが目的ではないため、特にMQWを
導波コアとして用いる場合の配慮がされておらず、光を
導波させられないという問題があつた。これは、光源と
同一基板上に変調素子を形成しようとする場合は、大き
な問題である。
は、光を変調することが目的ではないため、特にMQWを
導波コアとして用いる場合の配慮がされておらず、光を
導波させられないという問題があつた。これは、光源と
同一基板上に変調素子を形成しようとする場合は、大き
な問題である。
本発明の目的は、光利用効率の高い導波路型の光学特
性変調器を提供することにある。
性変調器を提供することにある。
本発明の他の目的は、上記光学特性変調器を用いた、
光学素子を提案することにある。
光学素子を提案することにある。
上記目的を達成するために、第１−ａ図と第１−ｂ図
に示すように、量子井戸141と障壁層142が交互に複数積
層されたMQWをFETのチヤルとし、該MQW14に不純物をド
ープして各QW層141にキヤリアが蓄積されているように
し、かつ上記MQW層より小さな屈折率を有する少なくと
も２つの半導体層131と132を、該MQW層の少なくとも積
層方向に対して接して設け、上記半導体層131上にゲー
ト電極121と、ソース電極及びドレイン電極を形成し
た。
に示すように、量子井戸141と障壁層142が交互に複数積
層されたMQWをFETのチヤルとし、該MQW14に不純物をド
ープして各QW層141にキヤリアが蓄積されているように
し、かつ上記MQW層より小さな屈折率を有する少なくと
も２つの半導体層131と132を、該MQW層の少なくとも積
層方向に対して接して設け、上記半導体層131上にゲー
ト電極121と、ソース電極及びドレイン電極を形成し
た。
本発明の他のを達成するために、本発明による光学特
性変調器を、導波路の一部に設ける構造の光学素子とし
た。
性変調器を、導波路の一部に設ける構造の光学素子とし
た。
本発明の作用を、第２図（ａ）から第６図を用いて説
明する。本説明では、QW層に電子が蓄積されるように、
MQW層にはドナー不純物をドーピングしたものとする。
明する。本説明では、QW層に電子が蓄積されるように、
MQW層にはドナー不純物をドーピングしたものとする。
第２図（ａ）は、各電極に電圧を与えない場合のチヤ
ネル146の形を示す図であり、第２図（ｂ）は、その場
合の第２図（ａ）のＡ−Ａ′断面のバンド図である。ゲ
ート電圧Vgが０であるため、MQW層14を構成する全てのQ
W141内に２次元電子145が蓄積されており、MQW層14全体
がチヤネル146となつている。そのためMQW層14は一様な
屈折率を示す。
ネル146の形を示す図であり、第２図（ｂ）は、その場
合の第２図（ａ）のＡ−Ａ′断面のバンド図である。ゲ
ート電圧Vgが０であるため、MQW層14を構成する全てのQ
W141内に２次元電子145が蓄積されており、MQW層14全体
がチヤネル146となつている。そのためMQW層14は一様な
屈折率を示す。
次に、ゲート電極171に負の電圧Vgを印加すると、第
３図（ｂ）に示すように、ゲート電極171側のQW層143で
は電子が空乏化する。そのため第２電極162に正電極を
印加すると、第３図（ａ）に示したように、MQW層14に
は、チヤネル146と空乏層147が形成される。空乏層147
には電子がないため、屈折率はチヤネル146より小さ
い。従つてチヤネル146の形状に応じた屈折率分布が生
ずる。
３図（ｂ）に示すように、ゲート電極171側のQW層143で
は電子が空乏化する。そのため第２電極162に正電極を
印加すると、第３図（ａ）に示したように、MQW層14に
は、チヤネル146と空乏層147が形成される。空乏層147
には電子がないため、屈折率はチヤネル146より小さ
い。従つてチヤネル146の形状に応じた屈折率分布が生
ずる。
第４図に模式的に示したように、第２図（ａ）及び第
３図（ａ）において、Ｂ−Ｂ′断面の屈折率分布は電圧
によつて変化する。そのため、光をMQW層14に平行に入
射させると、電圧が印加されていなければ、MQW層14の
屈折率は一様なので光は直進するが（第５図（ａ））、
各電極に所定の電圧を印加すると、屈折率に不均一が生
ずるので、光は屈折率の大きい方、すなわち空孔層147
からチヤネル側146に曲がつていく（第５図（ｂ）。入
射光のエネルギをゲート電圧Vgが加わつている場合のMQ
W層14の実効的バンドギヤツプE0′より十分低くすれ
ば、MQW層14で吸収されることはないので、効率よく光
を偏更させることができる。偏向の向きを逆にするに
は、第１電極161と第２電極162に加える電圧を逆にすれ
ばよい。
３図（ａ）において、Ｂ−Ｂ′断面の屈折率分布は電圧
によつて変化する。そのため、光をMQW層14に平行に入
射させると、電圧が印加されていなければ、MQW層14の
屈折率は一様なので光は直進するが（第５図（ａ））、
各電極に所定の電圧を印加すると、屈折率に不均一が生
ずるので、光は屈折率の大きい方、すなわち空孔層147
からチヤネル側146に曲がつていく（第５図（ｂ）。入
射光のエネルギをゲート電圧Vgが加わつている場合のMQ
W層14の実効的バンドギヤツプE0′より十分低くすれ
ば、MQW層14で吸収されることはないので、効率よく光
を偏更させることができる。偏向の向きを逆にするに
は、第１電極161と第２電極162に加える電圧を逆にすれ
ばよい。
各電極に電圧を印加してキヤリア濃度分布の形状を制
御するためには、チヤネルにQW構造を導入する必要はな
い。しかし、QW構造でない場合はキヤリアは自由キヤリ
アとして振舞うため、光と強く相互作用し、光を反射し
てしまう。QW層内に閉じ込められた２次元キヤリアは、
動きが制限されているため、光を反射することはない。
御するためには、チヤネルにQW構造を導入する必要はな
い。しかし、QW構造でない場合はキヤリアは自由キヤリ
アとして振舞うため、光と強く相互作用し、光を反射し
てしまう。QW層内に閉じ込められた２次元キヤリアは、
動きが制限されているため、光を反射することはない。
電圧印加でMQW層14に形成される屈折率分布の形をMQW
層14の積層方向に関し対称にするには、MQW層14の下側
のクラツド層132の下側、例えば基板に第３の電極162を
形成し、ゲート電圧Vgに対応して、負の電圧を印加すれ
ばよい。
層14の積層方向に関し対称にするには、MQW層14の下側
のクラツド層132の下側、例えば基板に第３の電極162を
形成し、ゲート電圧Vgに対応して、負の電圧を印加すれ
ばよい。
MQW層14の厚さを0.2μｍ以上としているために、入射
光の大部分を変調させることができ、またクラツド層13
1,132の厚さを0.2μｍ以上としているので、入射光をほ
ぼ完全にMQW層14に閉込めることができる。
光の大部分を変調させることができ、またクラツド層13
1,132の厚さを0.2μｍ以上としているので、入射光をほ
ぼ完全にMQW層14に閉込めることができる。
また、第６図に示すように、MQW層14の吸収端は、ゲ
ート電圧Vgで、E1から低エネルギ側のE0′にシフトす
る。このシフト量は、電界でバンドが傾くことによる変
化分（E0′−E0＜０）と、キヤリアが空乏化することに
よる変化分（E1−E0＜０）の和である。上記２つの変化
は、従来（第３図（ａ），第３図（ｂ））は逆向きの変
化であつたが、本発明では同符号であるので、従来より
大きな値となる。バンドパラメータを適当に選ぶこと
で、室温のフオノン・エネルギ（〜25meV）２倍以上と
することができるので、極めて大きな吸収係数の変化を
得ることができる。そのため変調光のエネルギをE0′に
選ぶことにより、高効率で光をオン／オフすることがで
きる。
ート電圧Vgで、E1から低エネルギ側のE0′にシフトす
る。このシフト量は、電界でバンドが傾くことによる変
化分（E0′−E0＜０）と、キヤリアが空乏化することに
よる変化分（E1−E0＜０）の和である。上記２つの変化
は、従来（第３図（ａ），第３図（ｂ））は逆向きの変
化であつたが、本発明では同符号であるので、従来より
大きな値となる。バンドパラメータを適当に選ぶこと
で、室温のフオノン・エネルギ（〜25meV）２倍以上と
することができるので、極めて大きな吸収係数の変化を
得ることができる。そのため変調光のエネルギをE0′に
選ぶことにより、高効率で光をオン／オフすることがで
きる。
本発明の変調素子を導波路の一部に配置した構造とす
れば、光を所定の方向にのみ進行させることができるの
で、より効率よく光を利用することができる。
れば、光を所定の方向にのみ進行させることができるの
で、より効率よく光を利用することができる。
さらに、本変調素子を光源と同一基板上に形成すれ
ば、光源と変調素子の光軸を一致させることができるの
で、光の利用効率はより高まり、また他の素子との組合
わせを容易に進めることができる。
ば、光源と変調素子の光軸を一致させることができるの
で、光の利用効率はより高まり、また他の素子との組合
わせを容易に進めることができる。
一方、Ｙ字型導波路、あるいはＸ字型導波路の交点に
本変調素子を形成すれば、本素子が示す屈折率変化によ
り、出力側の２本の導波路のどちら側へでもスイツチさ
せることができる。
本変調素子を形成すれば、本素子が示す屈折率変化によ
り、出力側の２本の導波路のどちら側へでもスイツチさ
せることができる。
あるいは、本変調素子をシリーズに、あるいはマトリ
ツクス状に形成し、個々の素子に光のオン／オフや光路
切り替え、あるいは偏向などの動作をさせることによ
り、光入力データを任意に加工することができ、光演算
処理をすることも可能である。
ツクス状に形成し、個々の素子に光のオン／オフや光路
切り替え、あるいは偏向などの動作をさせることによ
り、光入力データを任意に加工することができ、光演算
処理をすることも可能である。
以下、本発明の実施例を図により説明する。
第１図（ａ），第１図（ｂ）は、本発明の第一の実施
例を示す装置の断面図である。図において11は半絶縁性
GaAs基板であり、12は0.5μmGaAsバツフア層であり、13
1と132は0.3μmAlGaAsクラツド層であり、14はGaAs/AlG
aAs MQWコア層（0.5μｍ）である。MQWコア層の構成
は、GaAs井戸層141が9nm、AlGaAs障壁層142が8.5nmであ
り、GaAs141を29層、AlGaAs142を28層、交互に形成し
た。またMQWコア層には、５×1017cm-1のSiをドープし
た。バツフア層12から上側のクラツド層131までは、分
子線エピタキシ法で作製した。各AlGaAs層におけるAl組
成は0.3である。161はソース電極であり、162はドレイ
ン電極である。
例を示す装置の断面図である。図において11は半絶縁性
GaAs基板であり、12は0.5μmGaAsバツフア層であり、13
1と132は0.3μmAlGaAsクラツド層であり、14はGaAs/AlG
aAs MQWコア層（0.5μｍ）である。MQWコア層の構成
は、GaAs井戸層141が9nm、AlGaAs障壁層142が8.5nmであ
り、GaAs141を29層、AlGaAs142を28層、交互に形成し
た。またMQWコア層には、５×1017cm-1のSiをドープし
た。バツフア層12から上側のクラツド層131までは、分
子線エピタキシ法で作製した。各AlGaAs層におけるAl組
成は0.3である。161はソース電極であり、162はドレイ
ン電極である。
これらは、真空蒸着法でAuGaを付け、次にAuを付けて
形成した。18はソース電極161とドレイン電極162を形成
後、熱処理で得られたｎ型の拡散領域である。171はAl
を真空蒸着して形成したゲート電極である。
形成した。18はソース電極161とドレイン電極162を形成
後、熱処理で得られたｎ型の拡散領域である。171はAl
を真空蒸着して形成したゲート電極である。
次に動作例について述べる。ゲート電圧Vgが０の場合
は、第２図（ａ）に示したようにMQWコア層14全体にチ
ヤネル146が拡がつており、一様な屈折率を示すので、M
QWコア層14に平行に入射した光は直進した（第５図
（ａ）。ゲート電圧Vg＝−4Vとし、ドレインに0.2V印加
したところ、MQWコア層14で空乏層147が拡がり、チヤネ
ル146は第３図（ａ）のようになり、屈折率の勾配が生
じた（第４図）。そのためMQWコア層14に平行に入射し
た光は、屈折率の大きなソース電極側へと曲がつた（第
５図（ｂ））。本実施例では、チヤネル146と空乏層147
の屈折率差は約２％であり、ゲート長を200μｍ、ゲー
ト幅10μｍとした場合、光は直進した場合に比べ、ソー
ス電極161側に約４μｍ、基板側に１μｍ曲がつた。ま
た、161をドレイン電極とし、162をソース電極として用
いたところ、ソース電極162側に４μｍ、基板側に１μ
ｍ曲がることが確認された。
は、第２図（ａ）に示したようにMQWコア層14全体にチ
ヤネル146が拡がつており、一様な屈折率を示すので、M
QWコア層14に平行に入射した光は直進した（第５図
（ａ）。ゲート電圧Vg＝−4Vとし、ドレインに0.2V印加
したところ、MQWコア層14で空乏層147が拡がり、チヤネ
ル146は第３図（ａ）のようになり、屈折率の勾配が生
じた（第４図）。そのためMQWコア層14に平行に入射し
た光は、屈折率の大きなソース電極側へと曲がつた（第
５図（ｂ））。本実施例では、チヤネル146と空乏層147
の屈折率差は約２％であり、ゲート長を200μｍ、ゲー
ト幅10μｍとした場合、光は直進した場合に比べ、ソー
ス電極161側に約４μｍ、基板側に１μｍ曲がつた。ま
た、161をドレイン電極とし、162をソース電極として用
いたところ、ソース電極162側に４μｍ、基板側に１μ
ｍ曲がることが確認された。
本実施例では、ゲート電圧を印した場合のMQWコア層1
4の吸収端E0′（第６図）が840nmであるので、入射光に
は870nmの光を用いた。その結果、光はMQWコア層14にお
ける吸収損失は、ほとんど認められなかつた。
4の吸収端E0′（第６図）が840nmであるので、入射光に
は870nmの光を用いた。その結果、光はMQWコア層14にお
ける吸収損失は、ほとんど認められなかつた。
第２の実施例として、エネルギがE0′の光（波長840n
m）をMQWコア層14に入射させた。
m）をMQWコア層14に入射させた。
本実施例の場合のMQWコア層14の厚さは0.2μｍであり
ゲート長と幅は10μｍである。Vg＝０の場合は、90％の
光が透過したが、Vg＝−5Vにしたところ、吸収が大きく
なり（第６図）、透過した光は10％以下であり、10:1以
上の消光比が得られた。
ゲート長と幅は10μｍである。Vg＝０の場合は、90％の
光が透過したが、Vg＝−5Vにしたところ、吸収が大きく
なり（第６図）、透過した光は10％以下であり、10:1以
上の消光比が得られた。
第７図は、本発明の第３の実施例を示す図である。図
において、111はn+型GaAs基板であり、121は0.5μm n+
型GaAsバツフア層である。121においては、Siが５×10
17cm-3ドーピングされている。クラツド層132より上側
の部分は、実施例１と同じ構成である。172は第２ゲー
ト電極であり、AuGeとAuから成り、形成後、熱処理を施
した。本実施例では、ゲート電極が２つ設けられている
ので、MQWコア層14に形成される空乏層の形状をより自
由に制御できる。そのため、第２ゲート電極172にもゲ
ート電界171と同様に、負の電圧を印加することによ
り、MQWコア層14に形成される空乏層の形状を、該MQWコ
ア層14の積層方向に関し対称にすることができた。これ
により、第１の実施例では基板側にも曲がつていた光
を、本実施例ではMQWコア層に平行に出射させることが
できた。
において、111はn+型GaAs基板であり、121は0.5μm n+
型GaAsバツフア層である。121においては、Siが５×10
17cm-3ドーピングされている。クラツド層132より上側
の部分は、実施例１と同じ構成である。172は第２ゲー
ト電極であり、AuGeとAuから成り、形成後、熱処理を施
した。本実施例では、ゲート電極が２つ設けられている
ので、MQWコア層14に形成される空乏層の形状をより自
由に制御できる。そのため、第２ゲート電極172にもゲ
ート電界171と同様に、負の電圧を印加することによ
り、MQWコア層14に形成される空乏層の形状を、該MQWコ
ア層14の積層方向に関し対称にすることができた。これ
により、第１の実施例では基板側にも曲がつていた光
を、本実施例ではMQWコア層に平行に出射させることが
できた。
第８図は、本発明の第４の実施例を示す装置の模式的
断面図である。本実施例では、第２ゲート電極172を、
ウエツトエツチ等の方法により、n+GaAsバツフア層121
を露出させ、その表面に真空蒸着でAuGeを付け、次にAu
を付けて形成し、熱処理を施した。本実施例において
も、上記第３の実施例と同様の効果が得られた。
断面図である。本実施例では、第２ゲート電極172を、
ウエツトエツチ等の方法により、n+GaAsバツフア層121
を露出させ、その表面に真空蒸着でAuGeを付け、次にAu
を付けて形成し、熱処理を施した。本実施例において
も、上記第３の実施例と同様の効果が得られた。
第９図は、本発明の第５の実施例を示す模式的構成図
である。本実施例では、第１図の実施例で説明した変調
素子41を、0.5μｍのAl0.2Ga0.7As層を0.3μｍのAl0.3G
a0.7As層で挟んだ構造の導波路42の一部に設ける構成と
した。本実施例の様な構成とすることで、光を発散させ
ずに所定の方向に長距離導波できるので、変調素子41と
他の光学素子を組合わせる自由度が多くなり、またスケ
ールを大きくできるので、取扱いが容易になつた。
である。本実施例では、第１図の実施例で説明した変調
素子41を、0.5μｍのAl0.2Ga0.7As層を0.3μｍのAl0.3G
a0.7As層で挟んだ構造の導波路42の一部に設ける構成と
した。本実施例の様な構成とすることで、光を発散させ
ずに所定の方向に長距離導波できるので、変調素子41と
他の光学素子を組合わせる自由度が多くなり、またスケ
ールを大きくできるので、取扱いが容易になつた。
第10図は、本発明の第６図の実施例を示す模式的構成
図である。本実施例では、第１の実施例で説明した変調
素子41を、半導体レーザ５と同一基板上に設ける構成と
した。この様な構成とすることで、光源５と変調素子41
の光軸を高い精度で一致させることができ、光源５から
出た光191を完全にMQWコア層内に入射させることができ
た。そのため光軸の不一致による光の損失を無くするこ
とができ、本変調素子41の有する高い光利用効率と相ま
つて、変調後の出力光192の入射光191に対する比は、80
％以上であつた。さらに光源５と同一基板上に形成した
ことにより、他の光学素子と光軸合わせが容易になり、
組合わせ後の光利用効率が向上した。
図である。本実施例では、第１の実施例で説明した変調
素子41を、半導体レーザ５と同一基板上に設ける構成と
した。この様な構成とすることで、光源５と変調素子41
の光軸を高い精度で一致させることができ、光源５から
出た光191を完全にMQWコア層内に入射させることができ
た。そのため光軸の不一致による光の損失を無くするこ
とができ、本変調素子41の有する高い光利用効率と相ま
つて、変調後の出力光192の入射光191に対する比は、80
％以上であつた。さらに光源５と同一基板上に形成した
ことにより、他の光学素子と光軸合わせが容易になり、
組合わせ後の光利用効率が向上した。
第11図は、本発明の第７の実施例を示す模式的構成図
である。本実施例では、第２の実施例で説明した変調素
子を、同一基板上に並列に形成した。一定の強度を有す
る入力光191が、個々の変調素子41に入射させても、各
変調素子41のゲート電圧を制御することにより、任意の
オン／オフパターンを出力光192に与えることができ
た。逆に、光強度の異なる入力光191を入射させて、出
力光強度192の強度を一定にそろえることもでき、出力
光強度を一定にするフイルタとして使うことができた。
である。本実施例では、第２の実施例で説明した変調素
子を、同一基板上に並列に形成した。一定の強度を有す
る入力光191が、個々の変調素子41に入射させても、各
変調素子41のゲート電圧を制御することにより、任意の
オン／オフパターンを出力光192に与えることができ
た。逆に、光強度の異なる入力光191を入射させて、出
力光強度192の強度を一定にそろえることもでき、出力
光強度を一定にするフイルタとして使うことができた。
第12図は、本発明の第８の実施例を示す模式的構成図
である。本実施例では、第１の実施例で説明した変調素
子41を横にｍ個，縦ｎ個、同一基板上に配した。このよ
うな構成とし、個々の変調素子に印加する電圧を制御す
ることにより、ｎ個の光入力データ（ａ）を同時に置換
する操作ができた。変調素子41の動きを、個々の素子の
位置で偏向させるものと、オン／オフさせるものとすれ
ば、より高度な光演算が可能である。
である。本実施例では、第１の実施例で説明した変調素
子41を横にｍ個，縦ｎ個、同一基板上に配した。このよ
うな構成とし、個々の変調素子に印加する電圧を制御す
ることにより、ｎ個の光入力データ（ａ）を同時に置換
する操作ができた。変調素子41の動きを、個々の素子の
位置で偏向させるものと、オン／オフさせるものとすれ
ば、より高度な光演算が可能である。
13図は、本発明の第９の実施例を示す模式的構成図で
ある。本実施例では、第１の実施例で説明した変調素子
41を、交差する第１の導波路421と第２の導波路422の交
点に設けた。変調素子41に所定の電圧を印加した場合
は、第１の導波路421に入射した入力光191は直進し、第
１の出力光193が得られた。変調素子41に電圧を印加し
ないと、屈折率は大きくなるので、光は変調素子41で反
射され、第２の出力光194が得られ、光路切替えスイツ
チ動作が見られた。
ある。本実施例では、第１の実施例で説明した変調素子
41を、交差する第１の導波路421と第２の導波路422の交
点に設けた。変調素子41に所定の電圧を印加した場合
は、第１の導波路421に入射した入力光191は直進し、第
１の出力光193が得られた。変調素子41に電圧を印加し
ないと、屈折率は大きくなるので、光は変調素子41で反
射され、第２の出力光194が得られ、光路切替えスイツ
チ動作が見られた。
上記１から第９の実施例においては、QW層がGaAsであ
り、障壁層とクラツド層がAlGaAsの場合で説明したが、
本実施例はこれに限ることはない。例えば、使用する波
長に応じてGaAsとAlAsの組合せや、GaPとAlGaP,GaPとAl
P,InGaAsとGaAs、あるいはInAaとGaAsなどの組合せを選
択することにより、同様の効果が得られる。
り、障壁層とクラツド層がAlGaAsの場合で説明したが、
本実施例はこれに限ることはない。例えば、使用する波
長に応じてGaAsとAlAsの組合せや、GaPとAlGaP,GaPとAl
P,InGaAsとGaAs、あるいはInAaとGaAsなどの組合せを選
択することにより、同様の効果が得られる。
また、電子をキヤリアとして用いる場合について説明
したが、MQW層にアクセプタ不純物を導入することによ
り、正孔をキヤリアとして用いることもでき、同様の効
果を生ずる。
したが、MQW層にアクセプタ不純物を導入することによ
り、正孔をキヤリアとして用いることもでき、同様の効
果を生ずる。
さらに、基板の材質もGaAsに限らず、GaPやInPなどで
も良い。熱伝導性の良さや、機械的強度の点から、Siを
基板に用いれば、効果が大きい。
も良い。熱伝導性の良さや、機械的強度の点から、Siを
基板に用いれば、効果が大きい。
本発明によれば、電気的に光の進行方向や透過光強度
をアナログ的に制御できるので、機械的方法を用いずに
光を高速かつ高精度に制御でき、また装置全体が小型化
・軽量化できるという利点がある。
をアナログ的に制御できるので、機械的方法を用いずに
光を高速かつ高精度に制御でき、また装置全体が小型化
・軽量化できるという利点がある。
また、導波路と一体化し、光を高効率で利用できるの
で、他の光学素子との組合わせが容易となり、損失が少
なくなるという利点があり、特に光検出が容易になると
いう効果がある。
で、他の光学素子との組合わせが容易となり、損失が少
なくなるという利点があり、特に光検出が容易になると
いう効果がある。
第１図（ａ）は本発明の第１の実施例を示す模式的装置
断面図、第１図（ｂ）は第１図（ａ）のMQW層14の構成
を示す図、第２図（ａ）は第１図の装置の各電極に電圧
を印加しない場合のチヤネルの形状を示す図、第２図
（ｂ）は第２図（ａ）のＡ−Ａ′断面バンド図、第３図
（ａ）は第１図の装置の各電極へ電圧を印加した場合の
チヤネルの形状を示す図、第３図（ｂ）は第３図（ａ）
Ａ−Ａ′断面のバンド図、第４図は第２図（ａ）の及び
第３図（ａ）のｂ−ｂ′断面の屈折率分布を示す図、第
５図（ａ）は第２図（ａ）のＢ−Ｂ′断面における光の
進行を示す図、第５図（ｂ）は第３図（ａ）のＢ−Ｂ′
断面における光の進行方向を示す図、第６図はMQW層の
吸収スペクトルを示す図、第７図は本発明の第３の実施
例を示す模式的装置断面図、第８図は本発明の第４の実
施例を示す模式的装置断面図、第９図は本発明の第５の
実施例を示す模式的装置構成図、第10図は本発明の第６
の実施例を示す模式的装置構成図、第11図は本発明の第
７の実施例を示す模式的装置構成図、第12図は本発明の
第８の実施例を示す模式的装置構成図、第13図は本発明
の第９の実施例を示す模式的装置構成図、第14図（ａ）
と第14図（ｂ）は第１の公知例におけるバンド図、第15
図（ａ）は本発明の第２の公知例における構成の断面
図、第15図（ｂ）は第15図（ａ）のMQW層73のバンド図
である。 131……第３の半導体層（クラツド層）、132……第４の
半導体層（クラツド層）、14……MQWコア層、141……第
１の半導体（QW層）、142……第２の半導体（障壁
層）、143……電子が空乏化したQW層、145……２次元電
子、146……チヤネル、147……空孔層、161……第１電
極、162……第２電極、171……ゲート電極、172……第
３電極、41……変調素子、42……導波路、421……第１
の導波路、422……第２の導波路、５……光源、19……
光の進路、191……入射光、192……出力光。
断面図、第１図（ｂ）は第１図（ａ）のMQW層14の構成
を示す図、第２図（ａ）は第１図の装置の各電極に電圧
を印加しない場合のチヤネルの形状を示す図、第２図
（ｂ）は第２図（ａ）のＡ−Ａ′断面バンド図、第３図
（ａ）は第１図の装置の各電極へ電圧を印加した場合の
チヤネルの形状を示す図、第３図（ｂ）は第３図（ａ）
Ａ−Ａ′断面のバンド図、第４図は第２図（ａ）の及び
第３図（ａ）のｂ−ｂ′断面の屈折率分布を示す図、第
５図（ａ）は第２図（ａ）のＢ−Ｂ′断面における光の
進行を示す図、第５図（ｂ）は第３図（ａ）のＢ−Ｂ′
断面における光の進行方向を示す図、第６図はMQW層の
吸収スペクトルを示す図、第７図は本発明の第３の実施
例を示す模式的装置断面図、第８図は本発明の第４の実
施例を示す模式的装置断面図、第９図は本発明の第５の
実施例を示す模式的装置構成図、第10図は本発明の第６
の実施例を示す模式的装置構成図、第11図は本発明の第
７の実施例を示す模式的装置構成図、第12図は本発明の
第８の実施例を示す模式的装置構成図、第13図は本発明
の第９の実施例を示す模式的装置構成図、第14図（ａ）
と第14図（ｂ）は第１の公知例におけるバンド図、第15
図（ａ）は本発明の第２の公知例における構成の断面
図、第15図（ｂ）は第15図（ａ）のMQW層73のバンド図
である。 131……第３の半導体層（クラツド層）、132……第４の
半導体層（クラツド層）、14……MQWコア層、141……第
１の半導体（QW層）、142……第２の半導体（障壁
層）、143……電子が空乏化したQW層、145……２次元電
子、146……チヤネル、147……空孔層、161……第１電
極、162……第２電極、171……ゲート電極、172……第
３電極、41……変調素子、42……導波路、421……第１
の導波路、422……第２の導波路、５……光源、19……
光の進路、191……入射光、192……出力光。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−191822（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−284331（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−80617（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−17487（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−187（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−58690（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−221169（ＪＰ，Ａ) 国際公開88／4440（ＷＯ，Ａ１) Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ，Ｖｏ ｌ．Ｓｏ Ｎｏ．12 ｐｐ．708−710
Claims (2)
- 【請求項１】キャリアが蓄積された量子井戸が複数積層
された多重量子井戸層をチャネルとした電界効果トラン
ジスタ構造を有し、上記多重量子井戸層より小さな屈折
率を有する少なくとも２つの半導体層が、それぞれ上記
多重量子井戸層の少なくとも積層方向に対して接して設
けられており、上記半導体層上にはゲート電極とソース
電極及びドレイン電極が形成され、 上記多重量子井戸層のバンドギャップよりも十分低エネ
ルギの光を変調させる光として用いることを特徴とす
る、光学特性変調器。 - 【請求項２】キャリアが蓄積された量子井戸が複数積層
された多重量子井戸層をチャネルとした電界効果トラン
ジスタ構造を有し、上記多重量子井戸層より小さな屈折
率を有する少なくとも２つの半導体層が、それぞれ上記
多重量子井戸層の少なくとも積層方向に対して接して設
けられており、上記半導体層上にはゲート電極とソース
電極及びドレイン電極が形成される光学変調器を、交差
する２本の導波路の交点に設け、上記多重量子井戸層の
屈折率を変化させ全反射条件を制御することにより、光
の進行方向を切り替えることを特徴とする、光学素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1063754A JP2735274B2 (ja) | 1989-03-17 | 1989-03-17 | 光学特性変調器および光学素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1063754A JP2735274B2 (ja) | 1989-03-17 | 1989-03-17 | 光学特性変調器および光学素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02244116A JPH02244116A (ja) | 1990-09-28 |
| JP2735274B2 true JP2735274B2 (ja) | 1998-04-02 |
Family
ID=13238501
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1063754A Expired - Fee Related JP2735274B2 (ja) | 1989-03-17 | 1989-03-17 | 光学特性変調器および光学素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2735274B2 (ja) |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5880617A (ja) * | 1981-11-09 | 1983-05-14 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 導波形光スイツチ素子 |
| JPS6258690A (ja) * | 1985-09-04 | 1987-03-14 | Daido Steel Co Ltd | 砒素化ガリウム系半導体発光素子 |
| JPH0827446B2 (ja) * | 1986-02-18 | 1996-03-21 | 日本電信電話株式会社 | 量子井戸形光変調器およびその製造方法 |
| JPH0627912B2 (ja) * | 1986-06-02 | 1994-04-13 | 日本電気株式会社 | 光変調器 |
| JPS63187A (ja) * | 1986-06-19 | 1988-01-05 | Sanyo Electric Co Ltd | 半導体レ−ザ及びその製造方法 |
| JPH0716079B2 (ja) * | 1987-07-10 | 1995-02-22 | 松下電器産業株式会社 | 半導体レ−ザ装置 |
-
1989
- 1989-03-17 JP JP1063754A patent/JP2735274B2/ja not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ，Ｖｏｌ．Ｓｏ Ｎｏ．１２ ｐｐ．７０８−７１０ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02244116A (ja) | 1990-09-28 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |