JP2902367B2 - Light modulator - Google Patents

Light modulator

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JP2902367B2
JP2902367B2 JP32814296A JP32814296A JP2902367B2 JP 2902367 B2 JP2902367 B2 JP 2902367B2 JP 32814296 A JP32814296 A JP 32814296A JP 32814296 A JP32814296 A JP 32814296A JP 2902367 B2 JP2902367 B2 JP 2902367B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は半導体基板上形成さ
れた光導波路を伝搬する光信号の進行方向を切り換える
空間光スイッチ(以下、単に光スイッチという)等の光
変調器に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical modulator such as a spatial optical switch (hereinafter simply referred to as an optical switch) for switching the traveling direction of an optical signal propagating through an optical waveguide formed on a semiconductor substrate.

【0002】[0002]

【従来の技術】光スイッチの機能は光信号の進行方向を
切り換えること(以下、スイッチングという)である。
特に、光導波路を伝搬してきた光信号を制御信号に従っ
て目的の光導波路に出力光信号として出力することを指
す場合が多い。このような機能を果たす光スイッチにお
いては、外部から電圧を加えることによってスイッチン
グを行なえば、構造を簡単することができるとともに、
高速で変化する制御信号に追従して光スイッチを機能さ
せることができる。この電圧印加によるスイッチングは
電圧印加によって光導波路を構成する物質の一部の屈折
率や吸収率が変化することを利用している。
2. Description of the Related Art The function of an optical switch is to switch the traveling direction of an optical signal (hereinafter referred to as switching).
In particular, it often refers to outputting an optical signal transmitted through an optical waveguide to a target optical waveguide as an output optical signal in accordance with a control signal. In an optical switch that performs such a function, if switching is performed by applying an external voltage, the structure can be simplified, and
The optical switch can function following a control signal that changes at a high speed. The switching by the application of the voltage utilizes the fact that the refractive index and the absorptivity of a part of the material constituting the optical waveguide are changed by the application of the voltage.

【0003】このようなタイプの光スイッチには、現在
大きく分けて次の4種類が知られている。すなわち、方
向性結合器光スイッチ、マッハ−ツェンダー干渉計光ス
イッチ、全反射型光スイッチ、ゲート型光スイッチの4
種類である。これらの光スイッチはそれぞれの特徴を生
かした形でシステム内で利用されている。
At present, the following four types of optical switches are known. That is, a directional coupler optical switch, a Mach-Zehnder interferometer optical switch, a total reflection optical switch, and a gate optical switch.
Kind. These optical switches are utilized in the system in a form that makes use of their respective characteristics.

【0004】このうち、方向性結合器光スイッチは2本
の近接する光導波路と制御電極とからなり、制御電極の
電圧を制御することによって出力光信号の伝搬する光導
波路を決定することができる。現在の方向性結合光スイ
ッチではニオブ酸リチウム(LiNbO3:Lithium Nio
bate)で構成される光導波路が基本技術として利用され
ている。このニオブ酸リチウムの一次の電気光学効果
(ポッケルス効果)は、光の電界周波数に直接応答でき
る超高速現象である。ただし実際には、制御電圧の変調
可能周波数やそれを印加するための制御電極の構造で実
際のデバイスの応答速度が制限されている。近年、アイ
・イー・イー・イー、ジャーナル オブクォンタム エ
レクトロン10、7(1980年)第754頁(I.E.E.
E. J. Quantum Electron QE10 7(1980) p.754)に記載
されているように、チタン拡散を用いて、伝搬損失が
0.1dB/cmと低く、電気光学効果も結晶単体に比
べて遜色のない光導波路を作製する技術が見出され、現
在に至っている。
The directional coupler optical switch includes two adjacent optical waveguides and a control electrode. By controlling the voltage of the control electrode, an optical waveguide through which an output optical signal propagates can be determined. . In the current directional coupling optical switch, lithium niobate (LiNbO 3 : Lithium Nio) is used.
bate) is used as a basic technology. The primary electro-optic effect (Pockels effect) of this lithium niobate is an ultrafast phenomenon that can directly respond to the electric field frequency of light. However, in practice, the response speed of the actual device is limited by the modulatable frequency of the control voltage and the structure of the control electrode for applying the frequency. Recently, IEE, Journal of Quantum Electron 10, 7 (1980), p. 754 (IEE
As described in EJ Quantum Electron QE107 (1980) p.754), the diffusion loss using titanium diffusion is as low as 0.1 dB / cm, and the electro-optic effect is comparable to that of a single crystal. A technique for fabricating a wave path has been found and is up to the present.

【0005】このような方向性結合器光スイッチのスイ
ッチング速度は原理的には非常に高速であるが、制御電
極を大きくしなければならないから、制御電極の持つ大
きな静電容量によってスイッチング速度は制限されてい
た。そして、制御電極を小さくするためには屈折率変調
率を大きくすればよい。このための方法として、特開昭
63−197915号公報に記載されているように、コ
ア層の中心付近に量子井戸層をおいた光導波路から構成
される方向性結合器光スイッチを作り、量子井戸層中の
励起子に共鳴する波長の光を入射させることによって、
大きな屈折率変調率を得ることができることが知られて
いる。また、当然この大きな屈折率変調率によって制御
電極に印加する制御電圧も低減できる。
Although the switching speed of such a directional coupler optical switch is very high in principle, the control electrode must be large. Therefore, the switching speed is limited by the large capacitance of the control electrode. It had been. Then, in order to reduce the size of the control electrode, the refractive index modulation rate may be increased. As a method for this, as described in JP-A-63-197915, a directional coupler optical switch composed of an optical waveguide having a quantum well layer provided near the center of a core layer is manufactured. By injecting light of a wavelength that resonates with excitons in the well layer,
It is known that a large refractive index modulation can be obtained. In addition, the control voltage applied to the control electrode can be naturally reduced by the large refractive index modulation rate.

【0006】また、特開昭63−197915号公報に
記載されているように、マッハ−ツェンダー干渉計光ス
イッチについても、励起子共鳴を使った大きな屈折率変
調率による低電圧動作と高速動作を実現したものが知ら
れている。
As described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 63-197915, a Mach-Zehnder interferometer optical switch also operates at a low voltage and a high speed with a large refractive index modulation factor using exciton resonance. What has been realized is known.

【0007】[0007]

【発明の解決しようとする課題】上記のような方法で屈
折率変調率を向上し、光スイッチの寸法を小さくしよう
としたときには、次のような問題点があった。すなわ
ち、光スイッチを高温で動作させようとすると、励起子
共鳴による分散関係の中での構造が鈍って、屈折率変調
率は大きくならないから、動作をあまり高速にすること
ができない。また、励起子と共鳴する光を使っているの
で、自然放出による損失は大きいが、屈折率変調率を向
上させようとできるだけ共鳴周波数に近い光を利用する
と、光スイッチ内での損失が大きくなる。
The following problems have been encountered when trying to improve the refractive index modulation rate and reduce the size of the optical switch by the above-described method. That is, when the optical switch is operated at a high temperature, the structure in the dispersion relation due to the exciton resonance becomes dull, and the refractive index modulation rate does not increase. In addition, since light that resonates with excitons is used, the loss due to spontaneous emission is large, but if light that is as close to the resonance frequency as possible is used to improve the refractive index modulation rate, the loss in the optical switch increases. .

【0008】本発明は上述の課題を解決するためになさ
れたもので、動作を高速にすることができ、小型にする
ことができ、かつ制御電圧を低くすることができる光変
調器を提供することを目的とする。
The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and provides an optical modulator that can operate at high speed, can be downsized, and can reduce a control voltage. The purpose is to:

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】この目的を達成するた
め、本発明においては、2本以上の近接する部分を有す
る光導波路と、少なくとも1本の上記光導波路の内部の
一部に電界を印加するための制御電極とを有する光変調
器において、上記光導波路が励起子ポラリトンを導波す
るものであり、上記光導波路の一部が、半導体基板上に
形成された基板側クラッド層と、上記基板側クラッド層
の上部に形成されかつ上記基板側クラッド層に比べて屈
折率の大きな基板側コア層と、上記基板側コア層の上部
に形成されかつ励起子を閉じこめるための量子井戸層
と、上記量子井戸層の上部に形成された電極側コア層
と、上記電極側コア層の上部に形成されかつ上記電極側
コア層に比べて屈折率の小さな電極側クラッド層とを有
し、上記基板側クラッド層、上記基板側コア層の積層方
領域、上記電極側コア層、上記電極側クラッド層の
層方向領域の少なくとも一方の積層方向領域にグレーテ
ィングを配置する。
In order to achieve this object, according to the present invention, an electric field is applied to an optical waveguide having two or more adjacent portions, and an electric field is applied to at least one part of the inside of the optical waveguide. An optical modulator having a control electrode for guiding the exciton polariton.
Shall be and, part of the optical waveguide, and the substrate-side cladding layer formed on a semiconductor substrate, a large substrate having a refractive index as compared to the upper portion is formed and the substrate-side cladding layer of the substrate-side cladding layer A side core layer, a quantum well layer formed above the substrate side core layer and for confining excitons, an electrode side core layer formed above the quantum well layer, and an upper side of the electrode side core layer. And an electrode-side cladding layer having a smaller refractive index than the electrode-side core layer, wherein the substrate-side cladding layer and the substrate-side core layer are laminated.
Countercurrent region, the electrode-side core layer, the product of the electrode-side cladding layer
A grating is disposed in at least one of the layer direction regions in the stacking direction region.

【0010】この場合、上記グレーティングの少なくと
も一個所に上記グレーティングの位相を1/4の整数倍
だけずらした1/4波長シフトを設ける。
In this case, a 1 / wavelength shift is provided in at least one portion of the grating in which the phase of the grating is shifted by an integral multiple of 1 /.

【0011】この場合、上記グレーティングをチャーピ
ングする。
In this case, the grating is chirped.

【0012】また、上記グレーティングのある導波路方
領域と上記量子井戸層のある導波路方向領域とを分離
する。
The waveguide having the above-mentioned grating is
The direction region and the waveguide direction region having the quantum well layer are separated.

【0013】また、上記基板側クラッド層および上記電
極側クラッド層として、屈折率の大きな層と屈折率の小
さな層が上記光導波路を伝搬する光の波長の約4分の1
周期で積層された構造のものを使用する。
The substrate-side cladding layer and the electrode-side cladding layer each include a layer having a large refractive index and a layer having a small refractive index, each having a wavelength of about 4 of the wavelength of light propagating through the optical waveguide.
Use a structure that is periodically stacked.

【0014】また、直接遷移半導体のバンド図において
Γ点における伝導帯のエネルギーが上記量子井戸層中の
電子の準位よりも大きくかつ価電子帯のエネルギーが上
記量子井戸層中のホールの準位よりも小さい材料作られ
たバリア層を上記量子井戸層の両側に形成し、X点もし
くはL点における伝導帯のエネルギーが上記量子井戸層
中の電子の準位よりも小さくかつΓ点における伝導帯の
エネルギーが上記量子井戸層中の電子の準位よりも大き
い材料で作られた緩和層を上記バリア層と上記基板側コ
ア層、上記電極側コア層との間に形成する。
In the band diagram of the direct transition semiconductor, the energy of the conduction band at point Γ is larger than the level of electrons in the quantum well layer, and the energy of the valence band is higher than the level of holes in the quantum well layer. A barrier layer made of a smaller material is formed on both sides of the quantum well layer, and the conduction band energy at the point X or L is smaller than the level of electrons in the quantum well layer and the conduction band at the point Γ. A relaxation layer made of a material whose energy is higher than the electron level in the quantum well layer is formed between the barrier layer and the substrate-side core layer and the electrode-side core layer.

【0015】また、上記制御電極が設けられた部分の両
側の部分で少なくとも1対の上記光導波路を近接させ
る。
Further, at least one pair of the optical waveguides is brought close to both sides of the portion where the control electrode is provided.

【0016】[0016]

【発明の実施の形態】図2は本発明に係る方向性結合器
光スイッチを示す概略図、図1は図2の拡大A−A断面
図、図3は図2の拡大B−B断面図である。図に示すよ
うに、2本の近接する光導波路104と、光導波路10
4の内部の一部に電界を印加するための制御電極103
とが設けられている。また、n型GaAsからなる半導
体基板110の上にn型Al0.3Ga0.7Asからなる基
板側クラッド層111が形成され、基板側クラッド層1
11の上面の領域106に長さが200μm、間隔が2
27.1nm、深さが100nm、光のモード(光導波
路104中の伝播モードだけでなく放射モードを含む)
との間の結合定数が0.012μm-1のグレーティング
(回折格子)117が形成され、グレーティング117
の中心部分にグレーティング117の位相を1/4の整
数倍だけずらした1/4波長シフト(図示せず)が設け
られている。また、基板側クラッド層111の上にアン
ドープAl0.13Ga0.87Asからなる基板側コア層11
2が形成され、基板側コア層112の上にアンドープA
0.2Ga0.8Asで挟まれたアンドープGaAsからな
りかつ励起子が閉じ込められる量子井戸層113が形成
され、量子井戸層113の励起子からの放射光の波長は
793nmである。また、量子井戸層113の上にアン
ドープAl0.13Ga0.87Asからなる電極側コア層11
4が形成され、電極側コア層114の上にアンドープA
0.16Ga0.84Asからなりかつ半導体基板110の面
と平行でかつ光導波路104と直角な方向すなわち図3
紙面左右方向の光の閉じ込めを実現するリブ層115が
形成され、リブ層115の上面にリッジが形成され、リ
ブ層115の上にp型Al0.3Ga0.7Asからなる電極
側クラッド層116が形成され、基板側クラッド層11
1、基板側コア層112、量子井戸層113、電極側コ
ア層114、リブ層115、電極側クラッド層116に
より制御電極103部の光導波路104が構成されてい
る。そして、基板側クラッド層111の厚さは700n
m、コア層112、114の厚さはそれぞれ900n
m、リブ層115の厚さは500nm、電極側クラッド
層116の厚さは700nm、量子井戸層113の厚さ
は7.5nmである。また、2本の光導波路104の幅
は3μm、2本の光導波路104の間隔は1μmであ
る。
FIG. 2 is a schematic view showing a directional coupler optical switch according to the present invention, FIG. 1 is an enlarged sectional view taken along line AA of FIG. 2, and FIG. 3 is an enlarged sectional view taken along line BB of FIG. It is. As shown, two adjacent optical waveguides 104 and an optical waveguide 10
Control electrode 103 for applying an electric field to a part of the inside of
Are provided. A substrate-side cladding layer 111 made of n-type Al 0.3 Ga 0.7 As is formed on a semiconductor substrate 110 made of n-type GaAs.
11 has a length of 200 μm and an interval of 2
27.1 nm, depth 100 nm, mode of light (including radiation mode as well as propagation mode in optical waveguide 104)
And a grating (diffraction grating) 117 having a coupling constant of 0.012 μm −1 between the
Is provided with a quarter wavelength shift (not shown) in which the phase of the grating 117 is shifted by an integral multiple of 1/4. The substrate-side core layer 11 made of undoped Al 0.13 Ga 0.87 As is provided on the substrate-side cladding layer 111.
2 is formed, and undoped A is formed on the substrate side core layer 112.
A quantum well layer 113 made of undoped GaAs sandwiched between l 0.2 Ga 0.8 As and containing the excitons is formed, and the wavelength of the emitted light from the excitons in the quantum well layer 113 is 793 nm. The electrode-side core layer 11 made of undoped Al 0.13 Ga 0.87 As is provided on the quantum well layer 113.
4 are formed, and undoped A
3 is made of 0.16 Ga 0.84 As, is parallel to the surface of the semiconductor substrate 110, and is perpendicular to the optical waveguide 104, that is, FIG.
A rib layer 115 for realizing light confinement in the horizontal direction of the paper is formed, a ridge is formed on the upper surface of the rib layer 115, and an electrode-side cladding layer 116 made of p-type Al 0.3 Ga 0.7 As is formed on the rib layer 115. And the substrate-side cladding layer 11
1. The substrate-side core layer 112, the quantum well layer 113, the electrode-side core layer 114, the rib layer 115, and the electrode-side cladding layer 116 constitute the optical waveguide 104 of the control electrode 103. The thickness of the substrate-side cladding layer 111 is 700 n.
m, the thickness of each of the core layers 112 and 114 is 900 n
m, the thickness of the rib layer 115 is 500 nm, the thickness of the electrode-side cladding layer 116 is 700 nm, and the thickness of the quantum well layer 113 is 7.5 nm. The width of the two optical waveguides 104 is 3 μm, and the interval between the two optical waveguides 104 is 1 μm.

【0017】つぎに、図1〜図3に示した方向性結合器
光スイッチの製造方法について説明する。まず、半導体
基板110の上にn型Al0.3Ga0.7As層をエピタキ
シャル成長させて、基板側クラッド層111を形成す
る。つぎに、基板側クラッド層111の上面に異方性ケ
ミカルエッチングによりグレーティング117を形成す
る。つぎに、MOVPE(Metal Organic Vapor Phase
Epitaxy)成長によってアンドープAl0.13Ga0.87
s層、アンドープAl0.2Ga0.8Asで挟まれたアンド
ープGaAs層、Al0.13Ga0.87As層、Al0.16
0.84As層を形成した後、エッチングによってAl
0.16Ga0.84As層にリッジを形成して、基板側コア層
112、量子井戸層113、電極側コア層114、リブ
層115を形成する。つぎに、p型Al0.3Ga0.7As
層を再成長によって形成し、電極側クラッド層116を
形成する。
Next, a method of manufacturing the directional coupler optical switch shown in FIGS. 1 to 3 will be described. First, an n-type Al 0.3 Ga 0.7 As layer is epitaxially grown on a semiconductor substrate 110 to form a substrate-side cladding layer 111. Next, a grating 117 is formed on the upper surface of the substrate-side cladding layer 111 by anisotropic chemical etching. Next, MOVPE (Metal Organic Vapor Phase
Epitaxy) undoped Al 0.13 Ga 0.87 A
s layer, undoped GaAs layer sandwiched by undoped Al 0.2 Ga 0.8 As, Al 0.13 Ga 0.87 As layer, Al 0.16 G
a After forming a 0.84 As layer, Al
A ridge is formed in the 0.16 Ga 0.84 As layer to form a substrate-side core layer 112, a quantum well layer 113, an electrode-side core layer 114, and a rib layer 115. Next, p-type Al 0.3 Ga 0.7 As
The layer is formed by regrowth, and the electrode-side cladding layer 116 is formed.

【0018】この方向性結合器光スイッチにおいては、
矢印118の方向に光が伝搬する場合、リブ層115の
膜厚の厚い部分に光のフィールドが集中し、光導波路1
04が形成されているが、図2の中央部に示される2本
の光導波路104が接近している領域では、2本の光導
波路104のもつ固有モードに対応するフィールドは互
いに重なり合っており、1本の光導波路104の固有モ
ードはもはや固有モードでなくなっている。実際、2本
の光導波路104の間を光のパワが振動しながら伝播し
ている。そして、制御電極103の電圧によって光導波
路104の屈折率を変化させることによって、2本の光
導波路104の間の振動の周期を変えることができるの
で、スイッチング素子として働くのである。
In this directional coupler optical switch,
When light propagates in the direction of arrow 118, the light field concentrates on the thick portion of the rib layer 115, and the optical waveguide 1
In the region where the two optical waveguides 104 are close to each other, the fields corresponding to the eigenmodes of the two optical waveguides 104 overlap each other, as shown in FIG. The eigenmode of one optical waveguide 104 is no longer an eigenmode. In fact, the power of light propagates between the two optical waveguides 104 while vibrating. Then, by changing the refractive index of the optical waveguide 104 by the voltage of the control electrode 103, the period of vibration between the two optical waveguides 104 can be changed, so that it works as a switching element.

【0019】このような方向性結合器光スイッチにおい
ては、基板側クラッド層111と基板側コア層112と
の界面にグレーティング117が設けられているから、
量子井戸層113の励起子からの放射光と結合する光信
号のモード数を低減することができるので、励起子から
の放射光と光との結合エネルギーが増加するため、屈折
率変調率が大きくなる。たとえば、温度が4.2Kにお
いて、励起子からの放射光と光の結合エネルギーはグレ
ーティングが設けられない場合と比較して6.5倍とな
り、これに伴って電場に対する屈折率変調率も6倍とな
る。したがって、制御電極103を小さくすることがで
きるから、動作を高速にすることができるとともに、小
型にすることができ、しかも制御電極103に印加する
制御電圧を低くすることができる。また、グレーティン
グ117に1/4波長シフトが設けられており、1/4
波長シフトがマイクロキャビティ構造におけるの半波長
共振器と同じ役割を果たすから、共振器モードのパワは
1/4波長シフトの位置を中心に集中し、励起子からの
放射光と光との結合エネルギーをさらに増加することが
できる。したがって、スイッチング速度を一桁程度向上
することができとともに、素子寸法も一桁程度小さくす
ることができ、しかも動作電圧を一桁程度低減すること
ができる。
In such a directional coupler optical switch, the grating 117 is provided at the interface between the substrate-side cladding layer 111 and the substrate-side core layer 112.
Since the number of modes of the optical signal coupled to the light emitted from the excitons of the quantum well layer 113 can be reduced, the coupling energy between the light emitted from the excitons and the light increases, so that the refractive index modulation rate increases. Become. For example, at a temperature of 4.2 K, the coupling energy between light emitted from excitons and light is 6.5 times that in the case where no grating is provided, and the refractive index modulation rate with respect to an electric field is also 6 times as much. Becomes Therefore, since the control electrode 103 can be reduced in size, the operation can be performed at a high speed, the size can be reduced, and the control voltage applied to the control electrode 103 can be reduced. Also, the grating 117 has a に wavelength shift, and
Since the wavelength shift plays the same role as a half-wavelength resonator in a microcavity structure, the power of the resonator mode is concentrated around the position of the quarter wavelength shift, and the coupling energy between the light emitted from the exciton and the light. Can be further increased. Therefore, the switching speed can be improved by approximately one digit, the element size can be reduced by approximately one digit, and the operating voltage can be reduced by approximately one digit.

【0020】ところで、量子井戸層113の励起子から
の放射光と光との結合エネルギーが大きくなるのには、
光の伝播と平行な縦モードの制御が大きな役割を果たし
ていると考えられる。すなわち、図4に示すように、光
導波路104中を伝播する励起子からの放射光と光とが
結合したポラリトンの分散関係は分散曲線801で表さ
れる上肢と分散曲線802で表される下肢とがある。そ
して、励起子と結合していない半導体中での光子の分散
曲線804とポラリトンを構成する励起子の分散曲線8
03が交差する点で分散曲線801、802は交わらず
に分離しているおり、量子井戸層113を含む光導波路
104を伝播するポラリトンの励起子と光の間の相互作
用エネルギーはフォノン等による散乱の影響が強い場合
にはLT分裂量805に支配される。しかし、グレーテ
ィング117を形成した場合には、直線809で表され
る特定の波数をもった光の強度が大きくなり、この波数
の光が選択、固定されることになる。それゆえ、励起子
と光との間の相互作用のエネルギーを表す分裂量は点8
07で表される波数が固定されたときのポラリトンの上
肢のエネルギーと点808で表される波数が固定された
ときのポラリトンの下肢のエネルギーとの差のエネルギ
ーすなわちラビ分裂量806となり、ラビ分裂量806
の大きさは増大するから、屈折率変調率が大きくなる。
By the way, in order for the binding energy between light emitted from the exciton of the quantum well layer 113 and light to increase,
It is considered that the control of the longitudinal mode parallel to the propagation of light plays a large role. That is, as shown in FIG. 4, the dispersion relation of the polariton in which the light emitted from the exciton propagating in the optical waveguide 104 is coupled with the light is represented by the upper limb represented by the dispersion curve 801 and the lower limb represented by the dispersion curve 802. There is. Then, the dispersion curve 804 of the photon in the semiconductor not bonded to the exciton and the dispersion curve 8 of the exciton constituting the polariton
At the point where 03 intersects, the dispersion curves 801 and 802 are separated without intersecting, and the interaction energy between the exciton of the polariton and the light propagating in the optical waveguide 104 including the quantum well layer 113 is scattered by phonons and the like. Is strongly influenced by the LT split amount 805. However, when the grating 117 is formed, the intensity of light having a specific wave number represented by a straight line 809 increases, and light having this wave number is selected and fixed. Therefore, the split amount representing the energy of the interaction between the exciton and light is the point 8
The energy of the difference between the upper limb energy of the polariton when the wave number represented by 07 is fixed and the energy of the lower limb of the polariton when the wave number represented by the point 808 is fixed, that is, the Rabi splitting amount 806, and the Rabi splitting 806
Is increased, the refractive index modulation rate is increased.

【0021】図5(a)、(b)はそれぞれ本発明に係る他
の方向性結合器光スイッチの一部を示す概略図である。
図に示すように、光導波路104に凸部の延長線601
が一点で交わるような同心状のグレーティング117a
が形成され、または湾曲した光導波路104aに平行な
凸部を有するグレーティング117bが形成されてい
る。すなわち、チャーピングされたグレーティング11
7a、117bが形成されている。また、グレーティン
グ117a、117bに1/4波長シフトが設けられて
いる。
FIGS. 5A and 5B are schematic diagrams each showing a part of another directional coupler optical switch according to the present invention.
As shown in the figure, an extension line 601 of the convex portion is provided on the optical waveguide 104.
Concentric grating 117a that intersects at one point
Or a grating 117b having a convex portion parallel to the curved optical waveguide 104a. That is, the chirped grating 11
7a and 117b are formed. The gratings 117a and 117b are provided with a 波長 wavelength shift.

【0022】ところで、良く知られているように、励起
子からの自然発光の線幅が1/4波長シフトを含むグレ
ーティングおよび光導波路構造の作る共振器の線幅より
も狭い場合には、励起子からの放射光の伝播モードへの
結合効率が極大となる。しかし、励起子からの自然発光
の線幅は素子の温度、励起子の励起される量子井戸層の
界面の平坦性、励起されている励起子の密度などのパラ
メータによって決定され、これらのパラメータを使って
励起子からの自然発光の線幅を狭くすることは、使用環
境および条件を制約することになる。そこで、キャビテ
ィのQ値を大きく下げずに、共振器の線幅を広くする方
法が求められる。そして、図5(a)、(b)に示された方
向性結合器光スイッチにおいては、チャーピングされた
グレーティング117a、117bが設けられているか
ら、グレーティング117a、117bによる光の反射
率のピークが移動するとともに、1/4波長シフトによ
って作られる共振器も同時にチャーピングされ、それが
光導波路104、104a内にある範囲で連続的に分布
するので、共振器の線幅を広げることができ、伝播モー
ドへの結合効率を極大にしたまま、より広い励起、温度
条件で素子を動作させることができる。したがって、屈
折率変調率がより大きくなるから、制御電極をさらに小
さくすることができるので、動作を極めて高速にするこ
とができる。
As is well known, when the line width of spontaneous light emission from an exciton is smaller than the line width of a grating including a quarter wavelength shift and the resonator formed by an optical waveguide structure, the excitation The coupling efficiency of the emitted light from the element to the propagation mode is maximized. However, the line width of spontaneous emission from excitons is determined by parameters such as the temperature of the device, the flatness of the interface of the quantum well layer where the excitons are excited, and the density of the excited excitons. Reducing the line width of the spontaneous emission from the exciton by use restricts the use environment and conditions. Therefore, a method of increasing the line width of the resonator without greatly lowering the Q value of the cavity is required. In the directional coupler optical switch shown in FIGS. 5A and 5B, since the chirped gratings 117a and 117b are provided, the peaks of the light reflectance by the gratings 117a and 117b are obtained. Moves, and the resonator created by the 波長 wavelength shift is simultaneously chirped and continuously distributed within a certain range in the optical waveguides 104 and 104a, so that the line width of the resonator can be increased. The device can be operated under wider excitation and temperature conditions while maximizing the coupling efficiency to the propagation mode. Therefore, since the refractive index modulation factor is further increased, the control electrode can be further reduced, so that the operation can be performed at an extremely high speed.

【0023】図6は本発明に係る他の方向性結合器光ス
イッチを示す概略断面図である。図に示すように、量子
井戸層113のある導波路方向領域すなわち基板側クラ
ッド層111、基板側コア層112等が積層された方向
と直角の方向(図6紙面左右方向)の領域とグレーティ
ング117cのある導波路方向領域とが分離されてい
る。
FIG. 6 is a schematic sectional view showing another directional coupler optical switch according to the present invention. As shown in the figure, the region in the waveguide direction where the quantum well layer 113 is located,
Direction in which the pad layer 111, the substrate-side core layer 112, and the like are stacked
A region in a direction perpendicular to the direction (the left-right direction in FIG. 6) is separated from a region in the waveguide direction where the grating 117c exists.

【0024】この方向性結合器光スイッチにおいては、
グレーティング117cの長さを大きくすることができ
るから、量子井戸層113の励起子からの放射光と結合
する光信号のモード数を確実に低減することができるの
で、励起子からの放射光と光との結合エネルギーがより
増加するため、屈折率変調率がさらに大きくなる。
In this directional coupler optical switch,
Since the length of the grating 117c can be increased, the number of modes of an optical signal coupled with the radiated light from the excitons in the quantum well layer 113 can be reliably reduced. Since the binding energy with the refractive index increases, the refractive index modulation rate further increases.

【0025】図7は本発明に係る他の方向性結合器光ス
イッチを示す概略断面図である。図に示すように、厚さ
が61.5nmのAl0.4Ga0.6Asと厚さが57nm
のAl0.16Ga0.84Asとの多層膜(15周期)で基板
側クラッド層311、電極側クラッド層316が形成さ
れている。すなわち、屈折率の大きな層と屈折率の小さ
な層とを光導波路104を伝搬する光の波長の約4分の
1周期で積層した構造(以下、DBR(Distributed Br
agg Reflector)という)のクラッド層311、316
が形成されている。また、コア層112、114の厚み
はその光学長が励起子からの放射光の波長の半整数倍と
なるように定められており、量子井戸層113がコア層
112、114の中心に配置されている。
FIG. 7 is a schematic sectional view showing another directional coupler optical switch according to the present invention. As shown in the figure, Al 0.4 Ga 0.6 As having a thickness of 61.5 nm and 57 nm
The substrate-side cladding layer 311 and the electrode-side cladding layer 316 are formed of a multilayer film (15 periods) of Al 0.16 Ga 0.84 As. That is, a structure in which a layer having a large refractive index and a layer having a small refractive index are stacked at a period of about a quarter of the wavelength of light propagating in the optical waveguide 104 (hereinafter referred to as DBR (Distributed Br)
agg reflector))
Are formed. The thickness of the core layers 112 and 114 is determined so that the optical length is a half integral multiple of the wavelength of light emitted from the exciton, and the quantum well layer 113 is disposed at the center of the core layers 112 and 114. ing.

【0026】この方向性結合器光スイッチにおいては、
DBRのクラッド層311、316が形成されているか
ら、入射角の大きな励起子からの放射光はコア層11
2、114とクラッド層311、316との界面で強く
反射されるので、損失を低減することができる。また、
コア層112、114の厚みはその光学長が励起子から
の放射光の波長の半整数倍となるように定められてお
り、量子井戸層113をコア層112、114の中心に
配置しているから、コア層112、114内にできる光
の定在波の節の位置に量子井戸層113が位置するか
ら、損失をより低減することができる。なお、DBRの
2種類の層の屈折率差は大きい方がモード低減の効果が
大きい。
In this directional coupler optical switch,
Since the cladding layers 311 and 316 of the DBR are formed, light emitted from excitons having a large incident angle is not emitted from the core layer 11.
Since the light is strongly reflected at the interface between the cladding layers 311 and 316, the loss can be reduced. Also,
The thickness of the core layers 112 and 114 is determined so that the optical length thereof is a half integral multiple of the wavelength of light emitted from the exciton, and the quantum well layer 113 is disposed at the center of the core layers 112 and 114. Therefore, since the quantum well layer 113 is located at the position of the node of the standing wave of light formed in the core layers 112 and 114, the loss can be further reduced. The effect of mode reduction is greater when the difference in refractive index between the two types of layers of the DBR is larger.

【0027】図8は本発明に係る他の方向性結合器光ス
イッチの量子井戸層近傍のバンド図である。図に示すよ
うに、直接遷移半導体のΓ点における伝導帯のエネルギ
ーaが量子井戸層701中の電子の準位bよりも大きく
かつ価電子帯のエネルギーcが量子井戸層701中のホ
ールの準位dよりも小さい材料作られたバリア層すなわ
ちAl0.3Ga0.7Asからなり厚さが5nmのバリア層
702が量子井戸層701の両側に形成され、X点もし
くはL点における伝導帯のエネルギーeが量子井戸層7
01中の電子の準位bよりも小さくかつΓ点における伝
導帯のエネルギーfが量子井戸層701中の電子の準位
bよりも大きい材料で作られた緩和層すなわちAlAs
からなり厚さが10nmの緩和層703がバリア層70
2とコア層112、114との間に形成されている。
FIG. 8 is a band diagram near the quantum well layer of another directional coupler optical switch according to the present invention. As shown in the figure, the conduction band energy a at the Γ point of the direct transition semiconductor is larger than the electron level b in the quantum well layer 701, and the valence band energy c is the hole level in the quantum well layer 701. A barrier layer made of a material smaller than the position d, that is, a barrier layer 702 made of Al 0.3 Ga 0.7 As and having a thickness of 5 nm is formed on both sides of the quantum well layer 701, and the conduction band energy e at the X point or the L point is reduced. Quantum well layer 7
01, ie, a relaxation layer made of a material having a conduction band energy f at the Γ point larger than the electron level b in the quantum well layer 701.
The relaxation layer 703 having a thickness of 10 nm
2 and the core layers 112 and 114.

【0028】ところで、単一モードの光導波路中にグレ
ーティングを形成することによって、ある程度励起子か
らの自然発光から導波モードへの結合効率は向上してい
る。それゆえ、それに伴った損失の低減も存在する。し
かし、損失の低減にはファーノ(Fano)共鳴による
量子干渉効果も重要である。このことは周知の事柄であ
るが少し詳しく記述する。図9にファーノ共鳴による干
渉効果の起きるエネルギーダイアグラムを示す。重要な
ことは、2つの近接する束縛準位2、3が1つの連続準
位と相互作用しており、基底準位1から連続準位への遷
移は禁止されていることである。いま、準位3からの緩
和時間が準位2からの緩和時間よりも長いとき、基底準
位1から準位2を中間状態として連続スペクトルをもつ
状態に緩和するパスと基底準位1から準位3を中間状態
として連続スペクトルをもつ状態に緩和するパスとの間
の干渉効果によって、エネルギーE0と同じエネルギー
を持つ光の損失が大幅に低減される(Electromagnetica
lly-Induced Transparency(EIT)と呼ばれてい
る)。図8に示した方向性結合器光スイッチにおいて
は、基底準位1は量子井戸層701に励起子が励起され
ていない状態、準位3、準位2は図4の点807、点8
08に対応する状態、連続準位は緩和層703のX点付
近に電子が存在する状態である。そして、基底準位1か
ら連続準位である緩和層703のX点付近への遷移は空
間的にも運動量的にも間接遷移であり、基底準位1から
緩和層703のX点付近へ遷移する確率は、量子井戸層
701内で励起子を形成しかつ電子が緩和層703に遷
移する確率よりも十分小さい。また、緩和層703の量
子化準位と準位2とが共鳴するから、準位2からのトン
ネル確率が準位3からのトンネル確率より大きくなる。
したがって、図8に示した方向性結合器光スイッチにお
いては、EITが顕著に現われ、損失が1桁以上低減さ
れる。
By forming a grating in a single-mode optical waveguide, the coupling efficiency from natural light emission from excitons to the waveguide mode is improved to some extent. Therefore, there is a corresponding reduction in loss. However, the quantum interference effect due to Fano resonance is also important for reducing the loss. This is a well-known matter, but will be described in some detail. FIG. 9 shows an energy diagram in which the interference effect due to the Fano resonance occurs. The important thing is that two adjacent bound levels 2, 3 are interacting with one continuous level, and the transition from the ground level 1 to the continuous level is forbidden. Now, when the relaxation time from the level 3 is longer than the relaxation time from the level 2, the path that relaxes from the ground level 1 to a state having the continuous spectrum with the level 2 as an intermediate state, and the path from the ground level 1 to the level The loss of light having the same energy as the energy E 0 is greatly reduced by the interference effect between the path having the position 3 as an intermediate state and a path having a continuous spectrum.
lly-Induced Transparency (EIT)). In the directional coupler optical switch shown in FIG. 8, the ground level 1 is a state where no exciton is excited in the quantum well layer 701, and the levels 3 and 2 are points 807 and 8 in FIG.
08, the continuous level is a state in which electrons exist near the X point of the relaxation layer 703. The transition from the ground level 1 to the vicinity of the point X of the relaxation layer 703 which is a continuous level is an indirect transition in terms of both space and momentum, and the transition from the ground level 1 to the vicinity of the point X of the relaxation layer 703 is made. The probability of the formation of an exciton in the quantum well layer 701 and the probability of an electron transitioning to the relaxation layer 703 are sufficiently smaller. Further, since the quantization level of the relaxation layer 703 resonates with the level 2, the tunnel probability from the level 2 becomes larger than the tunnel probability from the level 3.
Therefore, in the directional coupler optical switch shown in FIG. 8, the EIT appears remarkably, and the loss is reduced by one digit or more.

【0029】図10は本発明に係るマッハ−ツェンダー
干渉計光スイッチを示す概略図である。図に示すよう
に、制御電極103が設けられた部分の両側の部分で光
導波路104が近接して、光導波路104によって閉じ
た輪が形成され、基板側クラッド層111と基板側コア
層112との界面にグレーティング117が形成され、
グレーティング117の中心部分に1/4波長シフトが
設けられている。
FIG. 10 is a schematic diagram showing a Mach-Zehnder interferometer optical switch according to the present invention. As shown in the figure, the optical waveguides 104 are close to each other on both sides of the portion where the control electrode 103 is provided, a loop closed by the optical waveguides 104 is formed, and the substrate-side cladding layer 111 and the substrate-side core layer 112 A grating 117 is formed at the interface of
A quarter wavelength shift is provided at the center of the grating 117.

【0030】このマッハ−ツェンダー干渉計光スイッチ
においても、屈折率変調率が大きくなるから、制御電極
103を小さくすることができるので、動作を高速にす
ることができるとともに、小型にすることができ、しか
も制御電極103に印加する制御電圧を低くすることが
できる。
In this Mach-Zehnder interferometer optical switch, too, the control electrode 103 can be made small because the refractive index modulation factor becomes large, so that the operation can be performed at high speed and the size can be reduced. In addition, the control voltage applied to the control electrode 103 can be reduced.

【0031】なお、上述実施の形態においては、方向性
結合器光スイッチ、マッハ−ツェンダー干渉計光スイッ
チについて説明したが、他の光変調器にも本発明を適用
することができる。また、上述実施の形態においては、
基板側クラッド層111と基板側コア層112との界面
にグレーティング117を形成したが、基板側クラッド
層111、基板側コア層112の積層方向領域すなわち
基板側クラッド層111、基板側コア層112等が積層
された方向(図1紙面上下方向)の領域、電極側コア層
114、電極側クラッド層116の積層方向領域の少な
くとも一方の積層方向領域にグレーティングを配置すれ
ばよい。すなわち、リブ層115と電極側クラッド層1
16との界面、基板側クラッド層111、基板側コア層
112、電極側コア層114、電極側クラッド層116
の内部等にグレーティングを配置してもよい。また、上
述実施の形態においては、異方性ケミカルエッチングに
よりグレーティング117を形成したが、グレーティン
グの作製方法としては、He−CdレーザやArレーザ
を用いた紫外線2光束干渉露光法、マスク露光法、X線
マスク露光法、電子ビーム直描法等がある。また、基板
側コア層と基板側クラッド層との屈折率差、電極側コア
層と電極側クラッド層との屈折率差を大きくすることに
よって、全反射のための臨界角(コア層とクラッド層と
の界面に平行に入射する場合を0度とする)を大きくす
ることができる。
Although the directional coupler optical switch and the Mach-Zehnder interferometer optical switch have been described in the above embodiments, the present invention can be applied to other optical modulators. In the above embodiment,
Although the grating 117 is formed at the interface between the substrate-side cladding layer 111 and the substrate-side core layer 112, the region in the stacking direction of the substrate-side cladding layer 111 and the substrate-side core layer 112, that is,
Substrate-side cladding layer 111, substrate-side core layer 112, etc. are laminated
Region direction (FIG. 1 up and down direction) which is, the electrode-side core layer 114 may be disposed a grating on at least one of the stacking direction region of the stacking direction region of the electrode-side cladding layer 116. That is, the rib layer 115 and the electrode-side cladding layer 1
16, the substrate-side cladding layer 111, the substrate-side core layer 112, the electrode-side core layer 114, and the electrode-side cladding layer 116.
A grating may be arranged inside the device. Further, in the above-described embodiment, the grating 117 is formed by anisotropic chemical etching. However, as a manufacturing method of the grating, an ultraviolet two-beam interference exposure method using a He-Cd laser or an Ar laser, a mask exposure method, There are an X-ray mask exposure method, an electron beam direct writing method, and the like. Also, by increasing the refractive index difference between the substrate-side core layer and the substrate-side cladding layer and the refractive index difference between the electrode-side core layer and the electrode-side cladding layer, the critical angle for total reflection (the core layer and the cladding layer) is increased. (In the case where the light is incident parallel to the interface with 0 °), it is assumed to be 0 °).

【0032】[0032]

【発明の効果】本発明に係る光変調器においては、量子
井戸層の励起子からの放射光と結合する光信号のモード
数を低減することができるから、励起子からの放射光と
光との結合エネルギーが増加するので、屈折率変調率が
大きくなる。したがって、制御電極を小さくすることが
できるから、動作を高速にすることができるとともに、
小型にすることができ、しかも制御電極に印加する制御
電圧を低くすることができる。
In the optical modulator according to the present invention, since the number of modes of the optical signal coupled with the light emitted from the excitons in the quantum well layer can be reduced, the light emitted from the excitons and the light can be reduced. , The refractive index modulation rate increases. Therefore, since the control electrode can be made smaller, the operation can be performed at high speed, and
The size can be reduced, and the control voltage applied to the control electrode can be reduced.

【0033】また、グレーティングの少なくとも一個所
にグレーティングの位相を1/4の整数倍だけずらした
1/4波長シフトを設けたときには、1/4波長シフト
がマイクロキャビティ構造におけるの半波長共振器と同
じ役割を果たすから、励起子からの放射光と光との結合
エネルギーをさらに増加することができる。
Further, when a quarter wavelength shift in which the phase of the grating is shifted by an integral multiple of 1/4 is provided in at least one portion of the grating, the quarter wavelength shift is equal to the half wavelength resonator in the microcavity structure. Since they fulfill the same role, the binding energy between light emitted from excitons and light can be further increased.

【0034】また、グレーティングをチャーピングした
ときには、共振器の線幅を広げることができ、伝播モー
ドへの結合効率を極大にしたまま、より広い励起、温度
条件で素子を動作させることができるから、屈折率変調
率をより大きくすることができる。
When the grating is chirped, the line width of the resonator can be increased, and the element can be operated under wider excitation and temperature conditions while maximizing the coupling efficiency to the propagation mode. In addition, the refractive index modulation rate can be further increased.

【0035】また、グレーティングのある導波路方向
域と量子井戸層のある導波路方向領域とを分離したとき
には、グレーティングの長さを大きくすることができる
から、量子井戸層の励起子からの放射光と結合する光信
号のモード数を確実に低減することができるので、励起
子からの放射光と光との結合エネルギーがより増加する
ため、屈折率変調率をさらに大きくすることができる。
When the region in the waveguide direction where the grating is located is separated from the region in the waveguide direction where the quantum well layer is located, the length of the grating can be increased. Since the number of modes of the optical signal coupled with the light emitted from the exciter can be reliably reduced, the coupling energy between the light emitted from the exciton and the light is further increased, so that the refractive index modulation rate is further increased. Can be.

【0036】また、基板側クラッド層および電極側クラ
ッド層として、屈折率の大きな層と屈折率の小さな層が
光導波路を伝搬する光の波長の約4分の1周期で積層さ
れた構造のものを使用したときには、損失をより低減す
ることができる。
Further, the substrate-side cladding layer and the electrode-side cladding layer have a structure in which a layer having a large refractive index and a layer having a small refractive index are laminated at about a quarter of the wavelength of light propagating through the optical waveguide. When is used, the loss can be further reduced.

【0037】また、直接遷移半導体のバンド図において
Γ点における伝導帯のエネルギーが量子井戸層中の電子
の準位よりも大きくかつ価電子帯のエネルギーが量子井
戸層中のホールの準位よりも小さい材料作られたバリア
層を量子井戸層の両側に形成し、X点もしくはL点にお
ける伝導帯のエネルギーが量子井戸層中の電子の準位よ
りも小さくかつΓ点における伝導帯のエネルギーが量子
井戸層中の電子の準位よりも大きい材料で作られた緩和
層をバリア層と基板側コア層、電極側コア層との間に形
成したときには、ファーノ共鳴による干渉効果により損
失を低減することができる。
In the band diagram of the direct transition semiconductor, the energy of the conduction band at point Γ is larger than the level of the electrons in the quantum well layer, and the energy of the valence band is larger than the level of the holes in the quantum well layer. A barrier layer made of a small material is formed on both sides of the quantum well layer, and the energy of the conduction band at point X or L is smaller than the level of electrons in the quantum well layer and the energy of the conduction band at point Γ is quantum. When a relaxation layer made of a material larger than the electron level in the well layer is formed between the barrier layer, the substrate-side core layer, and the electrode-side core layer, the loss is reduced by interference effect due to the Fano resonance. Can be.

【0038】また、制御電極が設けられた部分の両側の
部分で少なくとも1対の光導波路を近接させたときに
も、電界による大きな屈折率変調率によって高速とな
り、低電圧駆動が可能であり、小型となる。
Also, when at least one pair of optical waveguides is brought close to each other on both sides of the portion where the control electrode is provided, high speed can be achieved by a large refractive index modulation rate by an electric field, and low voltage driving is possible. It becomes small.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】図2の拡大A−A断面図である。FIG. 1 is an enlarged sectional view taken on line AA of FIG. 2;

【図2】本発明に係る方向性結合器光スイッチを示す概
略図である。
FIG. 2 is a schematic diagram illustrating a directional coupler optical switch according to the present invention.

【図3】図2の拡大B−B断面図である。FIG. 3 is an enlarged sectional view taken on line BB of FIG. 2;

【図4】図1〜図3に示した方向性結合器光スイッチの
動作を説明するためのグラフである。
FIG. 4 is a graph for explaining the operation of the directional coupler optical switch shown in FIGS.

【図5】本発明に係る他の方向性結合器光スイッチの一
部を示す概略図である。
FIG. 5 is a schematic view showing a part of another directional coupler optical switch according to the present invention.

【図6】本発明に係る他の方向性結合器光スイッチを示
す概略断面図である。
FIG. 6 is a schematic sectional view showing another directional coupler optical switch according to the present invention.

【図7】本発明に係る他の方向性結合器光スイッチを示
す概略断面図である。
FIG. 7 is a schematic sectional view showing another directional coupler optical switch according to the present invention.

【図8】本発明に係る他の方向性結合器光スイッチの量
子井戸層近傍のバンド図である。
FIG. 8 is a band diagram near a quantum well layer of another directional coupler optical switch according to the present invention.

【図9】図8に示した方向性結合器光スイッチの動作説
明図である。
FIG. 9 is a diagram illustrating the operation of the directional coupler optical switch shown in FIG. 8;

【図10】本発明に係るマッハ−ツェンダー干渉計光ス
イッチを示す概略図である。
FIG. 10 is a schematic diagram showing a Mach-Zehnder interferometer optical switch according to the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

103…制御電極 104…光導波路 104a…光導波路 110…半導体基板 111…基板側クラッド層 112…基板側コア層 113…量子井戸層 114…電極側コア層 116…電極側クラッド層 117…グレーティング 117a…グレーティング 117b…グレーティング 117c…グレーティング 311…基板側クラッド層 316…電極側クラッド層 601…延長線 701…量子井戸層 702…バリア層 703…緩和層 103 Control electrode 104 Optical waveguide 104a Optical waveguide 110 Semiconductor substrate 111 Substrate-side cladding layer 112 Substrate-side core layer 113 Quantum well layer 114 Electrode-side core layer 116 Electrode-side cladding layer 117 Grating 117a Grating 117b Grating 117c Grating 311 Substrate-side cladding layer 316 Electrode-side cladding layer 601 Extension line 701 Quantum well layer 702 Barrier layer 703 Relaxation layer

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G02F 1/313 G02F 1/025 JICSTファイル(JOIS)────────────────────────────────────────────────── ─── Continued on the front page (58) Fields surveyed (Int.Cl. 6 , DB name) G02F 1/313 G02F 1/025 JICST file (JOIS)

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】2本以上の近接する部分を有する光導波路
と、少なくとも1本の上記光導波路の内部の一部に電界
を印加するための制御電極とを有する光変調器におい
て、上記光導波路が励起子ポラリトンを導波するもので
あり、上記光導波路の一部が、半導体基板上に形成され
た基板側クラッド層と、上記基板側クラッド層の上部に
形成されかつ上記基板側クラッド層に比べて屈折率の大
きな基板側コア層と、上記基板側コア層の上部に形成さ
れかつ励起子を閉じこめるための量子井戸層と、上記量
子井戸層の上部に形成された電極側コア層と、上記電極
側コア層の上部に形成されかつ上記電極側コア層に比べ
て屈折率の小さな電極側クラッド層とを有し、上記基板
側クラッド層、上記基板側コア層の積層方向領域、上記
電極側コア層、上記電極側クラッド層の積層方向領域の
少なくとも一方の積層方向領域にグレーティングを配置
したことを特徴とする光変調器。
1. An optical modulator comprising: an optical waveguide having two or more adjacent portions; and a control electrode for applying an electric field to at least a part of the interior of the optical waveguide. Is the one that guides the exciton polariton
There, a portion of the optical waveguide, and the substrate-side cladding layer formed on a semiconductor substrate, a large substrate side core layer with a refractive index compared to the formed on top of the substrate-side cladding layer and the substrate-side cladding layer A quantum well layer formed above the substrate-side core layer and for confining excitons; an electrode-side core layer formed above the quantum well layer; and a quantum well layer formed above the electrode-side core layer. And having an electrode-side cladding layer having a smaller refractive index than the electrode-side core layer, the substrate-side cladding layer, the lamination direction region of the substrate-side core layer, the electrode-side core layer, the electrode-side cladding layer. optical modulator and characterized in that a grating on at least one of the stacking direction region of the stacking direction region.
【請求項2】上記グレーティングの少なくとも一個所に
上記グレーティングの位相を1/4の整数倍だけずらし
た1/4波長シフトを設けたことを特徴とする請求項1
に記載の光変調器。
2. The apparatus according to claim 1, wherein a 波長 wavelength shift is provided in at least one portion of said grating, the phase of said grating being shifted by an integral multiple of 1 /.
An optical modulator according to claim 1.
【請求項3】上記グレーティングをチャーピングしたこ
とを特徴とする請求項2に記載の光変調器。
3. The optical modulator according to claim 2, wherein said grating is chirped.
【請求項4】上記グレーティングのある導波路方向領域
と上記量子井戸層のある導波路方向領域とを分離したこ
とを特徴とする請求項1に記載の光変調器。
4. The optical modulator according to claim 1, characterized in that to separate the waveguide direction region of the waveguide direction region and the quantum well layer with the grating.
【請求項5】上記基板側クラッド層および上記電極側ク
ラッド層として、屈折率の大きな層と屈折率の小さな層
が上記光導波路を伝搬する光の波長の約4分の1周期で
積層された構造のものを使用したことを特徴とする請求
項1に記載の光変調器。
5. A high-refractive-index layer and a low-refractive-index layer are laminated as the substrate-side cladding layer and the electrode-side cladding layer at a period of about a quarter of a wavelength of light propagating through the optical waveguide. The optical modulator according to claim 1, wherein the optical modulator has a structure.
【請求項6】直接遷移半導体のバンド図においてΓ点に
おける伝導帯のエネルギーが上記量子井戸層中の電子の
準位よりも大きくかつ価電子帯のエネルギーが上記量子
井戸層中のホールの準位よりも小さい材料作られたバリ
ア層を上記量子井戸層の両側に形成し、X点もしくはL
点における伝導帯のエネルギーが上記量子井戸層中の電
子の準位よりも小さくかつΓ点における伝導帯のエネル
ギーが上記量子井戸層中の電子の準位よりも大きい材料
で作られた緩和層を上記バリア層と上記基板側コア層、
上記電極側コア層との間に形成したことを特徴とする請
求項1に記載の光変調器。
6. In the band diagram of the direct transition semiconductor, the energy of the conduction band at point 大 き く is larger than the level of electrons in the quantum well layer, and the energy of the valence band is higher than the level of holes in the quantum well layer. A barrier layer made of a smaller material is formed on both sides of the quantum well layer, and a point X or L
A relaxation layer made of a material in which the conduction band energy at the point is smaller than the electron level in the quantum well layer and the conduction band energy at the Γ point is larger than the electron level in the quantum well layer. The barrier layer and the substrate-side core layer,
The optical modulator according to claim 1, wherein the optical modulator is formed between the electrode-side core layer and the electrode-side core layer.
【請求項7】上記制御電極が設けられた部分の両側の部
分で少なくとも1対の上記光導波路を近接させたことを
特徴とする請求項1に記載の光変調器。
7. An optical modulator according to claim 1, wherein at least one pair of said optical waveguides is brought into close proximity on both sides of the portion where said control electrode is provided.
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