JP3025322B2 - 光導波路 - Google Patents

光導波路

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JP3025322B2 JP3101691A JP3101691A JP3025322B2 JP 3025322 B2 JP3025322 B2 JP 3025322B2 JP 3101691 A JP3101691 A JP 3101691A JP 3101691 A JP3101691 A JP 3101691A JP 3025322 B2 JP3025322 B2 JP 3025322B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、光集積回路における
素子間の光接続等に用いる光導波路に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】光通信等に用いる光集積回路を構築する
ためには特性に優れた光導波路が不可欠である。このた
め、従来から種々の光導波路が提案されている。
【0003】例えば文献(1989年電子情報通信学会
秋季全国大会の予稿集C−260,p.4−200)に
は、InP系の光導波路が開示されている。図3はその
説明に供する断面図である。
【0004】この光導波路は、n型クラッド層を兼ねる
n型InP基板11と、この基板11上に基板側から順
に設けられたInGaAsP光ガイド層13、アンドー
プInP層15及びp型InPクラッド層17とを具え
たストリップ装荷型の光導波路であった。
【0005】この光導波路では、光ガイド層15とp型
クラッド層17との間にアンドープInP層15を設け
ることにより、光ガイド層15を伝搬する光のp型クラ
ッド層17による吸収損失を低減し、光導波路の伝搬損
失の低下を図っている。p型のInP層よりアンドープ
のInP層の方が光吸収が少いからである。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
光導波路の構造では、アンドープInP層15を設けた
分光導波路13に加わる電界強度が低下する。このた
め、文献(特に文献中の表1)にも開示されているよう
に、アンドープInP層15の膜厚増加に伴い半波長電
圧は増大してしまう。つまり、伝搬損失と半波長電圧が
トレードオフの関係にあるという問題点があった。
【0007】この発明はこのような点に鑑みなされたも
のであり、従ってこの発明の目的は、光ガイド層とp型
クラッド層との間にアンドープ層を設けることなく伝送
損失の低減が図れる光導波路を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】この目的の達成を図るた
め、この発明によれば、n型クラッド層と、p型クラッ
ド層と、これらクラッド層間に設けられた光ガイド層と
を具える光導波路において、光ガイド層を、井戸層の厚
みの障壁層の厚みに対する割合がn型クラッド層側から
p型クラッド層側に向うに従い小さくされている多重量
子井戸層で、構成したことを特徴とする。
【0009】ここで、井戸層の厚みの障壁層の厚みに対
する割合がn型クラッド層側からp型クラッド層側に向
うに従い小さくされている多重量子井戸層とは、例え
ば、下記の(a)、(b)又は(c)であることが出来
る。
【0010】(a)各障壁層の厚みが実質的に同一であ
り各井戸層の厚みがn型クラッド層側からp型クラッド
層側に向うに従い徐々に薄くされた多重量子井戸層。
【0011】(b)各井戸層の厚みが実質的に同一であ
り各障壁層の厚みがn型クラッド層側からp型クラッド
層側に向うに従い徐々に厚くされた多重量子井戸層。
【0012】(c)各障壁層の厚みが互いに若しくは一
部異なる場合及び又は各井戸層の厚みが互いに若しくは
一部異なる場合で、n型クラッド層側からp型クラッド
層に順に設けられた井戸層と障壁層で構成される各対
の、井戸層の厚み/障壁層の厚みで示される比が、n型
クラッド層側からp型クラッド層側に向うに従い徐々に
小さくされた多重量子井戸層。
【0013】
【作用】この発明の構成によれば、p型クラッド層側か
らn型クラッド層側に向うに従い屈折率が大きくなる光
ガイド層を具えた光導波路が構成される。この光ガイド
層では光はn型クラッド層側に偏って閉じ込められる。
従って、光ガイド層の光がp型クラッド層側へしみ出す
程度は、光ガイド層を例えば単にInGaAsP層で構
成する場合、通常の多重量子井戸層で構成する場合より
少くなる。従って、光ガイド層とp型クラッド層間にア
ンドープ層を設けなくともp型クラッド層による光吸収
の程度は低減される。
【0014】また、アンドープ層が不要な分当該光導波
路に印加される電圧は光ガイド層に有効に及ぶのでその
分半波長電圧の低減が図れる。
【0015】なお、光がn型クラッド層側に偏って閉じ
込められたため光ガイド層の光がn型クラッド層側にし
みだす程度が従来より高くなるが、周知の通り、n型ク
ラッド層の光吸収率はp型クラッド層のそれより1桁は
小さいので、伝送損失に対する影響は少い。
【0016】
【実施例】以下、図面を参照してこの発明の光導波路の
実施例について説明する。図1は実施例の光導波路を示
した要部斜視図である。しかし、この図はこの発明を理
解出来る程度に各構成成分の形状、寸法、配置関係を概
略的に示してある。また、図1において、井戸層と障壁
層との判別を明確にするために井戸層はハッチングを付
して示してある。
【0017】この実施例の光導波路は、n型クラッド層
を兼ねるn型InP基板21と、この基板21上に順に
設けられ光ガイド層23及びp型クラッド層25と、n
型InP基板21の下側に設けられたn型電極27と、
p型InPクラッド層の上側に設けられたp型電極29
とを具えて成っている。そして、光ガイド層23は、I
nGaAsP層を井戸層31a〜31xとしInP層を
障壁層33a〜33wとする多重量子井戸層であって、
各井戸層31a〜31xの厚みの、障壁層33a〜33
wの厚みに対する割合がn型クラッド層(n型InP基
板21)側からp型クラッド層25側に向うに従い小さ
くされている多重量子井戸層で構成してある。具体的に
は、各障壁層33a〜33wの厚みを全てt0とし、井
戸層31a〜31xの厚みをn型InP基板21側から
p型InPクラッド層25側に向うに従い徐々に薄く
(tn>tn-1>・・・t2>t1)した多重量子井戸層で
光ガイド層23を構成してある。また、p型クラッド層
25の一部をリブ状に加工してありストリップ装荷型の
光導波路となっている。なお、光ガイド層23の導電型
はi型でもn型でもp型でもいずれでもかまわない。し
かし、光ガイド層23自体による光吸収を抑える意味か
らi型とするのが好適である。
【0018】このような構造の光導波路のp型電極及び
n型電極間の平均的な屈折率の分布は、図2(A)に示
すようになる。すなわち、n型InP基板21及びp型
InPクラッド層より光ガイド層23の屈折率の方が大
きく、かつ、この光ガイド層23内では井戸層31a〜
31xの厚みの増加に従い屈折率が大きくなる。
【0019】また、このような光導波路に閉じ込められ
る光の電界成分(E)の強度分布は図2(B)のように
なる。光の強度分布は|E|2に比例するため、この電
界分布の様子はこの光導波路に閉じ込められる光の強度
分布の様子を示していると考えて問題ない。したがっ
て、この光導波路においては光はn型InP基板側に偏
って閉じ込められる。この結果、光ガイド層23からp
型InPクラッド層25にしみ出す光の量は、光ガイド
層を単にInGaAsP層や通常の多重量子井戸層で構
成した場合より、低減される。よって、p型InPクラ
ッド層25による光吸収が低減される。
【0020】また、この光導波路は光ガイド層23とp
型InPクラッド層25との間にアンドープ層を設けず
とも上述のような理由からp型InPクラッド層25に
よる光吸収を抑制出来る。このため、両電極27,29
に印加した電圧はアンドープ層が無い分光ガイド層23
に有効に及ぶので半波長電圧の低減も図れる。
【0021】なお、実施例の光導波路の各部の寸法は、
単一モード導波路を作製する場合で考えると、リブ幅
(図1中のWで示す寸法。)を例えば2μm、光ガイド
層23のInGaAsP井戸層31a〜31xのλg を
例えば1.3μmとしその厚さを例えば1nm〜10n
mとし、InP障壁層33a〜33wの厚さを例えば1
〜10nmの範囲内の好適な値(この実施例では1つの
値)とし、p型InP層25の厚さを例えば1μmとす
れば良い。なお、井戸層及び障壁層の積層数の上限は単
一モード導波条件で決定され、下限は各々1である。し
かし、この発明の効果をより得るためには積層数は単一
モード導波条件内で多いほうが良い。
【0022】また、実施例の光導波路は例えば以下のよ
うな方法で作製することが出来る。
【0023】先ず、n型InP基板21上にMOCVD
法等の好適な結晶成長技術を用いて多重量子井戸層形成
のためのInGaAsP井戸層とInP障壁層とを交互
にそれぞれ所定の膜厚に成長させ、さらにp型クラッド
層形成のためのp型InP層を成長させる。
【0024】次に、p型InP層上にリブ形成のため
の、幅が例えば2μmのストライプ状のエッチングマス
クを形成する。
【0025】次に、ドライエッチング法等の好適な方法
でp型InP層のエッチングマスクで覆われていない部
分を所定量エッチングする。これにより、図1に示した
構造の光導波路が得られる。
【0026】上述においては、この発明の光導波路の実
施例について説明したが、この発明は上述の実施例に限
られるものではなく以下に説明するような種々の変更を
加えることが出来る。
【0027】例えば、上述の実施例では、各障壁層33
a〜33wの厚みが全てt0であり、井戸層31a〜3
1xの厚みがn型InP基板21側からp型InPクラ
ッド層25側に向うに従い徐々に薄く(tn>tn-1>・
・・t2>t1)された多重量子井戸層で光ガイド層23
を構成していたが、多重量子井戸層の構成を例えば以下
の(1)または(2)としても実施例と同様な効果が得
られる。
【0028】(1)各井戸層31a〜31xの厚みが実
質的に同一であり各障壁層33a〜33wの厚みがn型
クラッド層側からp型クラッド層側に向うに従い徐々に
厚くされた多重量子井戸層。
【0029】(2)各障壁層33a〜33wの厚みが互
いに若しくは一部異なる場合及び又は各井戸層31a〜
31xの厚みが互いに若しくは一部異なり、n型クラッ
ド層側からp型クラッド層に順に設けられた井戸層と障
壁層で構成される各対、例えば図1の井戸層31aと障
壁層33aとで構成される対、井戸層31bと障壁層3
3bとで構成される対等の、井戸層の厚み/障壁層の厚
みで示される比が、n型クラッド層側からp型クラッド
層側に向うに従い徐々に小さくされた多重量子井戸層。
【0030】また、上述の実施例ではn型クラッド層は
n型InP基板21そのもので構成していたが基板21
と光ガイド層23との間に別途にn型InPクラッド層
を設けても勿論良い。
【0031】また、実施例において用いた半導体材料は
あくまで例示である。したがって、この発明はこれら材
料に限定されるものではない。例えば、実施例の構成に
おいて井戸層をGaAs層で構成し障壁層をAlGaA
s層で構成した場合、井戸層をInGaAs層で構成し
障壁層をAlGaAs層で構成した場合等も実施例と同
様な効果が得られる。さらに、井戸層をGaAs層で構
成し障壁層をAlGaAs層で構成した場合は、上側ク
ラッド層をAlGaAs層で構成することも可能であ
る。
【0032】また、実施例ではInGaAsP井戸層の
λg を1.3μmとしていたが、これは設計に応じ変更
出来る。
【0033】また、実施例では基板側をn型とし上側ク
ラッド層をp型としていたが導電型を逆にしても勿論良
い。この場合の井戸層の厚みと障壁層の厚みの変化具合
は図1の場合の逆にする。
【0034】また、上述の実施例ではストリップ装荷型
光導波路にこの発明を適用していたが、この発明は他の
構造の光導波路例えばリブ型、埋め込み型にも適用出来
ることは明らかである。
【0035】
【発明の効果】上述した説明からも明らかなように、こ
の発明の光導波路によれば、光ガイド層に閉じ込められ
た光のp型クラッド層側へのしみ出し量が従来より少く
出来る。従って、p型クラッド層による光吸収が低減さ
れるため、光ガイド層とp型クラッド層間にアンドープ
層を設けなくとも、光導波路の伝搬損失悪化を防止出来
る。
【0036】また、アンドープ層が不要な分当該光導波
路に印加される電圧は光ガイド層に有効に及ぶのでその
分半波長電圧の低減が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例の光導波路の説明に供する要部斜視図で
ある。
【図2】(A)は、実施例の光導波路の平均的屈折率分
布の説明図であり、(B)は実施例の光導波路の電界強
度分布の説明図である。
【図3】従来技術の説明に供する図である。
【符号の説明】 21:n型InP基板(n型クラッド層を兼ねる) 23:特殊な多重量子井戸層で構成した光ガイド層 25:p型InPクラッド層 27:n型電極 29:p型電極 31a〜31x:井戸層 33a〜33w:障壁層
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−3220(JP,A) 特開 昭62−191822(JP,A) 特開 昭63−153883(JP,A) 特開 平1−35525(JP,A) 特開 平2−238432(JP,A) 特開 平4−12306(JP,A) 昭和62年電子情報通信学会半導体・材 料部門全国大会,2−124 1989年電子情報通信学会秋季全国大 会,4−200 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G02B 6/12 - 6/14 G02F 1/00 - 7/00

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 n型クラッド層と、p型クラッド層と、
    これらクラッド層間に設けられた光ガイド層とを具える
    光導波路において、光ガイド層を多重量子井戸層で構成
    してあり、該多重量子井戸層は井戸層の厚みの障壁層の
    厚みに対する割合がn型クラッド層側からp型クラッド
    層側に向うに従い小さくされているものであることを特
    徴とする光導波路。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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1989年電子情報通信学会秋季全国大会,4−200
昭和62年電子情報通信学会半導体・材料部門全国大会,2−124

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