JP3038383B1 - 光デバイス - Google Patents
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- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F2/00—Demodulating light; Transferring the modulation of modulated light; Frequency-changing of light
- G02F2/004—Transferring the modulation of modulated light, i.e. transferring the information from one optical carrier of a first wavelength to a second optical carrier of a second wavelength, e.g. all-optical wavelength converter
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- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
- G02F1/35—Non-linear optics
- G02F1/3511—Self-focusing or self-trapping of light; Light-induced birefringence; Induced optical Kerr-effect
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- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
- G02F1/35—Non-linear optics
- G02F1/3515—All-optical modulation, gating, switching, e.g. control of a light beam by another light beam
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/20—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
- H01S5/204—Strongly index guided structures
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/20—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
- H01S5/205—Antiguided structures
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/20—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
- H01S5/22—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure
-
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/50—Amplifier structures not provided for in groups H01S5/02 - H01S5/30
- H01S5/509—Wavelength converting amplifier, e.g. signal gating with a second beam using gain saturation
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- Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)
Abstract
【要約】
【課題】 大きな消光比が得られると共にディジタル的
に動作するのに好適な光デバイスを実現する。 【解決手段】 導波路構造体の両側に第１及び第２の電
極（７，８）を形成し、これら電極により導波路構造体
にキャリァ注入領域（３ａ）及びこれに隣接する非キャ
リァ注入領域（３ｂ）を形成する。キャリァ注入領域
（３ａ）に大量のキャリァが蓄積されると、この領域の
屈折率は隣接する非キャリァ注入領域の屈折率よりも相
対的に低下する。この状態において、エネルギーレベル
の低い光波が入射してもこの光波により消費されるキャ
リァ量は少ないため、この領域の屈折率は依然として非
キャリァ注入領域の屈折率よりも低い状態に維持され、
入射した信号光は外部に放射する。一方、エネルギーレ
ベルの高い光波が伝搬すると、この光波により消費され
るキャリァ量が増大し、この領域（３ａ）の屈折率は非
キャリァ注入領域（３ｂ）の屈折率よりも相対的に高く
なり、入射面から出射面に至る光誘導導波路が形成され
る。この結果、ガイディング効果と光増幅効果の相乗効
果により光増幅された信号光を出射させることができ
る。
に動作するのに好適な光デバイスを実現する。 【解決手段】 導波路構造体の両側に第１及び第２の電
極（７，８）を形成し、これら電極により導波路構造体
にキャリァ注入領域（３ａ）及びこれに隣接する非キャ
リァ注入領域（３ｂ）を形成する。キャリァ注入領域
（３ａ）に大量のキャリァが蓄積されると、この領域の
屈折率は隣接する非キャリァ注入領域の屈折率よりも相
対的に低下する。この状態において、エネルギーレベル
の低い光波が入射してもこの光波により消費されるキャ
リァ量は少ないため、この領域の屈折率は依然として非
キャリァ注入領域の屈折率よりも低い状態に維持され、
入射した信号光は外部に放射する。一方、エネルギーレ
ベルの高い光波が伝搬すると、この光波により消費され
るキャリァ量が増大し、この領域（３ａ）の屈折率は非
キャリァ注入領域（３ｂ）の屈折率よりも相対的に高く
なり、入射面から出射面に至る光誘導導波路が形成され
る。この結果、ガイディング効果と光増幅効果の相乗効
果により光増幅された信号光を出射させることができ
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、波長分割多重光通
信方式のリソースとして好適な光デバイスに関するもの
である。
信方式のリソースとして好適な光デバイスに関するもの
である。
【０００２】
【従来の技術】ディジタル通信方式の開発に伴い、波長
分割多重通信方式の開発が強く要請されている。波長分
割多重方式においては、チャネルを切り換えるために光
波長変換器が必要である。従来の光波長変換器として、
相互利得変調を利用したＸＧＭ型波長変換器と相互位相
変調を利用したＸＰＭ型波長変換器が既知である。
分割多重通信方式の開発が強く要請されている。波長分
割多重方式においては、チャネルを切り換えるために光
波長変換器が必要である。従来の光波長変換器として、
相互利得変調を利用したＸＧＭ型波長変換器と相互位相
変調を利用したＸＰＭ型波長変換器が既知である。
【０００３】ＸＧＭ型光波長変換器では、波長λ1 の変
調された入力信号光と波長λ2 の時間に対して一定振幅
の光波とを半導体光増幅器に供給し、半導体光増幅器の
入力光パワーに対するゲインの差を利用して波長λ2 の
光波の反転出力信号を発生させている。
調された入力信号光と波長λ2 の時間に対して一定振幅
の光波とを半導体光増幅器に供給し、半導体光増幅器の
入力光パワーに対するゲインの差を利用して波長λ2 の
光波の反転出力信号を発生させている。
【０００４】ＸＰＭ型波長変換器はマッハツェンダ干渉
計等の原理を利用するものであり、入力側の導波路を２
本の導波路に分岐し、一方の導波路中に半導体光増幅器
を配置し、変調されるべきλ2 の波長光に対して２本の
導波路を同位相に設定している。そして、波長λ1 の入
力信号光と変調されるべき波長λ2 の一定振幅の光波と
が伝搬する際、入力信号光の作用ににより２本の導波路
間にπ／２の位相差が生ずるように設定し、この位相差
を利用して波長λ2 の光波の反転出力信号を発生させて
いる。
計等の原理を利用するものであり、入力側の導波路を２
本の導波路に分岐し、一方の導波路中に半導体光増幅器
を配置し、変調されるべきλ2 の波長光に対して２本の
導波路を同位相に設定している。そして、波長λ1 の入
力信号光と変調されるべき波長λ2 の一定振幅の光波と
が伝搬する際、入力信号光の作用ににより２本の導波路
間にπ／２の位相差が生ずるように設定し、この位相差
を利用して波長λ2 の光波の反転出力信号を発生させて
いる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ＸＧＭ型波長変換器で
は、光増幅器の飽和利得をそのまま利用するため、消光
比が小さい欠点がある。また、符号反転した出力信号し
か出射させることができない本質的な欠点もある。
は、光増幅器の飽和利得をそのまま利用するため、消光
比が小さい欠点がある。また、符号反転した出力信号し
か出射させることができない本質的な欠点もある。
【０００６】ＸＰＭ型波長変換器では、十分な消光比が
得られるが、応答が周期的であるため、デバイス長につ
いて厳格な製造公差が要求され、製造上の歩留りが著し
く低下してしまう。
得られるが、応答が周期的であるため、デバイス長につ
いて厳格な製造公差が要求され、製造上の歩留りが著し
く低下してしまう。
【０００７】従って、本発明の目的は、上述した欠点を
解消し、比較的簡単な構造で大きな消光比が得られ光デ
バイスを実現することにある。
解消し、比較的簡単な構造で大きな消光比が得られ光デ
バイスを実現することにある。
【０００８】さらに、本発明の別の目的は、符号反転し
ない出力信号を出射させることができ、ディジタル的な
動作に好適な光デバイスを提供することにある。
ない出力信号を出射させることができ、ディジタル的な
動作に好適な光デバイスを提供することにある。
【０００９】さらに、本発明の別の目的は、比較的簡単
な製造工程で製造でき、波長変換器や波形整形器として
機能することができる。光デバイスを提供することにあ
る。
な製造工程で製造でき、波長変換器や波形整形器として
機能することができる。光デバイスを提供することにあ
る。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明による光デバイス
は、層形成すべき面を有する半導体基板と、この半導体
基板の層形成面上に形成した複数の半導体層を具え、こ
れら半導体層と直交するように延在し信号光が入射する
入射面及びこの入射面と対向する出射面を有する導波路
構造体と、前記半導体基板の層形成面とは反対側の面に
形成した第１の電極と、前記導波路構造体の上側に形成
され前記第１の電極と対向する第２の電極と、これら第
１の電極と第２の電極との間に接続され、前記導波路構
造体にキャリァを注入するための直流バイアス源とを具
え、入射した信号光を前記導波路構造体に注入されたキ
ャリァにより光増幅して出射面から出射させる光デバイ
スにおいて、前記導波路構造体を、前記第１及び第２の
電極から注入され内部に蓄積されたキャリァの量に応じ
て屈折率が変化する半導体材料で構成し、前記第１及び
第２の電極は、これらの電極を介して導波路構造体にキ
ャリァが注入されるキャリァ注入領域とキャリァが注入
されない非キャリァ注入領域とが隣接して形成されるよ
うに形成され、前記直流バイアス源から第１及び第２の
電極を介して導波路構造体にキャリァが注入されている
動作状態において、前記キャリァ注入領域の屈折率が前
記非キャリァ注入領域の屈折率よりも低くなるように構
成し、前記導波路構造体にキャリァが注入されている動
作状態において、第１のパワーレベルの信号光が前記キ
ャリァ注入領域を伝搬する際、誘導放射によるキャリァ
の減衰効果により、このキャリァ注入領域の屈折率が非
キャリァ注入領域の屈折率よりも高くなり、キャリァ注
入領域が入射した光波を前記入射面から出射面までガイ
ディングする光導波路を構成し、前記第１のパワーレベ
ルよりも低い第２のパワーレベルの信号光がキャリァ注
入領域を伝搬する際、キャリァ注入領域の屈折率が非キ
ャリァ注入領域の屈折率よりも低く維持され、入射した
信号光が前記非キャリァ注入領域を介して外部に放射し
アンチガイディングモードで動作するように構成したこ
とを特徴とする。
は、層形成すべき面を有する半導体基板と、この半導体
基板の層形成面上に形成した複数の半導体層を具え、こ
れら半導体層と直交するように延在し信号光が入射する
入射面及びこの入射面と対向する出射面を有する導波路
構造体と、前記半導体基板の層形成面とは反対側の面に
形成した第１の電極と、前記導波路構造体の上側に形成
され前記第１の電極と対向する第２の電極と、これら第
１の電極と第２の電極との間に接続され、前記導波路構
造体にキャリァを注入するための直流バイアス源とを具
え、入射した信号光を前記導波路構造体に注入されたキ
ャリァにより光増幅して出射面から出射させる光デバイ
スにおいて、前記導波路構造体を、前記第１及び第２の
電極から注入され内部に蓄積されたキャリァの量に応じ
て屈折率が変化する半導体材料で構成し、前記第１及び
第２の電極は、これらの電極を介して導波路構造体にキ
ャリァが注入されるキャリァ注入領域とキャリァが注入
されない非キャリァ注入領域とが隣接して形成されるよ
うに形成され、前記直流バイアス源から第１及び第２の
電極を介して導波路構造体にキャリァが注入されている
動作状態において、前記キャリァ注入領域の屈折率が前
記非キャリァ注入領域の屈折率よりも低くなるように構
成し、前記導波路構造体にキャリァが注入されている動
作状態において、第１のパワーレベルの信号光が前記キ
ャリァ注入領域を伝搬する際、誘導放射によるキャリァ
の減衰効果により、このキャリァ注入領域の屈折率が非
キャリァ注入領域の屈折率よりも高くなり、キャリァ注
入領域が入射した光波を前記入射面から出射面までガイ
ディングする光導波路を構成し、前記第１のパワーレベ
ルよりも低い第２のパワーレベルの信号光がキャリァ注
入領域を伝搬する際、キャリァ注入領域の屈折率が非キ
ャリァ注入領域の屈折率よりも低く維持され、入射した
信号光が前記非キャリァ注入領域を介して外部に放射し
アンチガイディングモードで動作するように構成したこ
とを特徴とする。
【００１１】本発明は、半導体材料の屈折率は電流注入
されるキャリァの密度に反比例するというフリーキャリ
ァプラズマ効果及び光増幅効果を積極的に利用する。導
波路構造体にキャリァが注入されるキャリァ注入領域と
キャリァが注入されない非キャリァ注入領域とが隣接し
て形成されるように電極を設ける。電極を介してキャリ
ァ注入領域に大量のキャリァが注入されると、この領域
に大量のキャリァが蓄積され、当該領域の屈折率は隣接
する非キャリァ注入領域の屈折率よりも相対的に低くな
る。一方、光波が伝搬することにより伝搬路のキャリァ
は消費されるので、当該領域に存在するキャリァ密度が
低下する。このキャリァ密度の低下により当該領域の屈
折率は非キャリァ注入領域の屈折率よりも相対的に高く
なる。しかも、蓄積しているキャリァが消費される量は
伝搬する光波のパワーレベルにほぼ対応するので、より
高いパワーレベルの信号光が伝搬すると、当該領域のキ
ャリァ密度は一層低下しこの領域の屈折率は非キャリァ
注入領域の屈折率よりも大幅に高くなり光閉じ込め効果
も一層増強される。この結果、信号光の伝搬路には周囲
媒質の屈折率よりも高い導波路が形成されることにな
る。このような導波路が形成されると、光閉じ込め効果
及び導波路内で生ずる誘導放射も一層増強され、正帰還
がかかった状態となる。従って、この導波路は、「光誘
導導波路」と呼ぶことができる。
されるキャリァの密度に反比例するというフリーキャリ
ァプラズマ効果及び光増幅効果を積極的に利用する。導
波路構造体にキャリァが注入されるキャリァ注入領域と
キャリァが注入されない非キャリァ注入領域とが隣接し
て形成されるように電極を設ける。電極を介してキャリ
ァ注入領域に大量のキャリァが注入されると、この領域
に大量のキャリァが蓄積され、当該領域の屈折率は隣接
する非キャリァ注入領域の屈折率よりも相対的に低くな
る。一方、光波が伝搬することにより伝搬路のキャリァ
は消費されるので、当該領域に存在するキャリァ密度が
低下する。このキャリァ密度の低下により当該領域の屈
折率は非キャリァ注入領域の屈折率よりも相対的に高く
なる。しかも、蓄積しているキャリァが消費される量は
伝搬する光波のパワーレベルにほぼ対応するので、より
高いパワーレベルの信号光が伝搬すると、当該領域のキ
ャリァ密度は一層低下しこの領域の屈折率は非キャリァ
注入領域の屈折率よりも大幅に高くなり光閉じ込め効果
も一層増強される。この結果、信号光の伝搬路には周囲
媒質の屈折率よりも高い導波路が形成されることにな
る。このような導波路が形成されると、光閉じ込め効果
及び導波路内で生ずる誘導放射も一層増強され、正帰還
がかかった状態となる。従って、この導波路は、「光誘
導導波路」と呼ぶことができる。
【００１２】一方、パワーレベルの低い信号光が伝搬す
る場合、この信号光により消費されるキャリァの量は少
ないため、当該領域には依然として大量のキャリァが残
存し、その屈折率は低いままに維持される。この結果、
当該領域の屈折率は隣接する非キャリァ注入領域の屈折
率よりも相対的に低いため、パワーレベルの低い信号光
は屈折率の高い周囲領域に吸収され、この周囲領域から
外部に向けて放射する。
る場合、この信号光により消費されるキャリァの量は少
ないため、当該領域には依然として大量のキャリァが残
存し、その屈折率は低いままに維持される。この結果、
当該領域の屈折率は隣接する非キャリァ注入領域の屈折
率よりも相対的に低いため、パワーレベルの低い信号光
は屈折率の高い周囲領域に吸収され、この周囲領域から
外部に向けて放射する。
【００１３】本発明は上述した認識に基づくものであ
り、入射する信号光のパワーレベルに応じて導波路構造
体内に光誘導導波路を形成し、信号光を出射面までガイ
ディングするガイディングモードと信号光を非キャリァ
注入領域で放射させるアンチガイディングモードとを入
力光のパワーに応じて切り換える。このモード切換を利
用することにより、簡単な製造工程で波長変換器や波形
整形器を実現することができる。
り、入射する信号光のパワーレベルに応じて導波路構造
体内に光誘導導波路を形成し、信号光を出射面までガイ
ディングするガイディングモードと信号光を非キャリァ
注入領域で放射させるアンチガイディングモードとを入
力光のパワーに応じて切り換える。このモード切換を利
用することにより、簡単な製造工程で波長変換器や波形
整形器を実現することができる。
【００１４】本発明によれば、フリーキャリァプラズマ
効果と光増幅効果を利用することにより非線形な入力／
出力特性を得ることができる。すなわち、入力する信号
光のパワーレベルが低い場合ほとんどの入射光が非キャ
リァ注入領域に吸収されてしまうため、蓄積されたキャ
リァの消費量は極めて少量である。そして、入射した信
号光のパワーレベルが増大しても、消費されるキャリァ
量が増大して光波の伝搬路の屈折率が隣接する非キャリ
ァ注入領域の屈折率に等しくなるまでこの状態が持続さ
れ、出射面まで伝搬する信号光は極めて僅かなものであ
る。一方、消費されるキャリァ量が増大して光波の伝搬
路の屈折率が非キャリァ注入領域の屈折率に等しくなる
と、ガイディング効果が急激に作用し、入射した信号光
が出射面まで伝搬するようになり、この信号光の伝搬に
より光増幅効果も急激に増強され、光増幅された信号光
が出射することになる。この結果、通常の半導体光増幅
器では得ることのできない閾値特性を有する非線形な入
力／出力特性を得ることができる。この非線形な入力／
出力特性により、ディジタル的な動作を行うことができ
る。
効果と光増幅効果を利用することにより非線形な入力／
出力特性を得ることができる。すなわち、入力する信号
光のパワーレベルが低い場合ほとんどの入射光が非キャ
リァ注入領域に吸収されてしまうため、蓄積されたキャ
リァの消費量は極めて少量である。そして、入射した信
号光のパワーレベルが増大しても、消費されるキャリァ
量が増大して光波の伝搬路の屈折率が隣接する非キャリ
ァ注入領域の屈折率に等しくなるまでこの状態が持続さ
れ、出射面まで伝搬する信号光は極めて僅かなものであ
る。一方、消費されるキャリァ量が増大して光波の伝搬
路の屈折率が非キャリァ注入領域の屈折率に等しくなる
と、ガイディング効果が急激に作用し、入射した信号光
が出射面まで伝搬するようになり、この信号光の伝搬に
より光増幅効果も急激に増強され、光増幅された信号光
が出射することになる。この結果、通常の半導体光増幅
器では得ることのできない閾値特性を有する非線形な入
力／出力特性を得ることができる。この非線形な入力／
出力特性により、ディジタル的な動作を行うことができ
る。
【００１５】さらに重要なことは、本発明の光デバイス
は、入射した信号光が「ハイ」のレベルの場合「ハイ」
の信号光を出力し「ロー」レベルの場合「ロー」レベル
の信号光を出力するため、符号反転されていない信号光
を出力できる利点が達成される。
は、入射した信号光が「ハイ」のレベルの場合「ハイ」
の信号光を出力し「ロー」レベルの場合「ロー」レベル
の信号光を出力するため、符号反転されていない信号光
を出力できる利点が達成される。
【００１６】本発明の非線形な入力／出力特性を利用す
ることにより、種々の機能の光デバイスを実現すること
ができる。例えば、波長λ1 の信号光と波長λ2 の連続
波を入射させることにより、波長λ1 の信号光により変
調され光増幅された波長λ2の信号光を出力することが
でき、簡単な構造で光増幅機能を有する波長変換器を実
現することができる。
ることにより、種々の機能の光デバイスを実現すること
ができる。例えば、波長λ1 の信号光と波長λ2 の連続
波を入射させることにより、波長λ1 の信号光により変
調され光増幅された波長λ2の信号光を出力することが
でき、簡単な構造で光増幅機能を有する波長変換器を実
現することができる。
【００１７】また、波長λ1 の信号光と同一波長の連続
波を入射させることにより、入力する信号光の振幅が微
弱であっても、微弱な入力信号にパワーの大きな連続波
を重畳することにより微弱な信号光成分を光増幅するこ
とができ、波形整形され情報対ノイズ比の大きな信号光
を出力することができる。これに対して、通常の半導体
光増幅器の場合、入力信号のハイの成分及びローの成分
の両方が等しく光増幅されるため、ノイズ成分も同様に
増幅され情報対ノイズ比の大きな光信号を出力すること
ができない。このように、本発明の光デバイスは、通常
の半導体光増幅器では達成できない異なる特有の作用効
果を有するものである。
波を入射させることにより、入力する信号光の振幅が微
弱であっても、微弱な入力信号にパワーの大きな連続波
を重畳することにより微弱な信号光成分を光増幅するこ
とができ、波形整形され情報対ノイズ比の大きな信号光
を出力することができる。これに対して、通常の半導体
光増幅器の場合、入力信号のハイの成分及びローの成分
の両方が等しく光増幅されるため、ノイズ成分も同様に
増幅され情報対ノイズ比の大きな光信号を出力すること
ができない。このように、本発明の光デバイスは、通常
の半導体光増幅器では達成できない異なる特有の作用効
果を有するものである。
【００１８】
【発明の実施の形態】図１及び図２は本発明による光デ
バイスの一例の構成を示し、図１は全体構成を示す斜視
図であり、図２Ａは光波の伝搬方向と直交する断面で切
った線図的断面図であり、図２Ｂは光波の伝搬方向に沿
った面で切った線図的断面図である。図１に示すよう
に、光波の伝搬方向をｚ方向とし、半導体層が堆積され
キャリァが注入される方向をｙ方向とし、光波の伝搬方
向及びキャリァの注入方向と直交する方向をｘ方向とす
る。
バイスの一例の構成を示し、図１は全体構成を示す斜視
図であり、図２Ａは光波の伝搬方向と直交する断面で切
った線図的断面図であり、図２Ｂは光波の伝搬方向に沿
った面で切った線図的断面図である。図１に示すよう
に、光波の伝搬方向をｚ方向とし、半導体層が堆積され
キャリァが注入される方向をｙ方向とし、光波の伝搬方
向及びキャリァの注入方向と直交する方向をｘ方向とす
る。
【００１９】半導体基板１として第１導電型のｎ−Ｉｎ
Ｐ基板を用意し、この基板１上に導波路構造体を形成す
る。基板１は１００μｍの厚さを有し、その不純物濃度
は２×１０18原子／ｃｍ3 とする。尚、ｎ形の不純物と
してサルファを用いることができる。基板１上に、厚さ
が０．４μｍで不純物濃度が５×１０17原子／ｃｍ3の
ｎ−ＩｎＰの第１のクラッド層２を形成する。この第１
のクラッド層２上に、厚さが０．２μｍのｉ−ＩｎＧａ
ＡｓＰ（１．５５μｍ）の活性層３を形成する。活性層
３上に、厚さが０．０２μｍのＩｎＧａＡｓＰ（１．２
５μｍ）のエンチッグストップ層４を形成する。このエ
ッチングストップ層４上に第２導電型の第２のクラッド
層５を形成する。この第２のクラッド層５は、厚さが
０．４μｍで不純物濃度が５×１０17原子／ｃｍ3 とす
る。尚、ｐ形不純物としてＺｎを用いることができる。
この第２のクラッド層５に、厚さが０．１μｍで不純物
濃度が２×１０19のキャップ層６を形成し、このキャッ
プ層上にＴｉ−Ａｕの第２の電極７を形成する。そし
て、基板１の層構造体が形成されている側とは反対側に
Ｔｉ−Ａｕの第１の電極８を形成する。
Ｐ基板を用意し、この基板１上に導波路構造体を形成す
る。基板１は１００μｍの厚さを有し、その不純物濃度
は２×１０18原子／ｃｍ3 とする。尚、ｎ形の不純物と
してサルファを用いることができる。基板１上に、厚さ
が０．４μｍで不純物濃度が５×１０17原子／ｃｍ3の
ｎ−ＩｎＰの第１のクラッド層２を形成する。この第１
のクラッド層２上に、厚さが０．２μｍのｉ−ＩｎＧａ
ＡｓＰ（１．５５μｍ）の活性層３を形成する。活性層
３上に、厚さが０．０２μｍのＩｎＧａＡｓＰ（１．２
５μｍ）のエンチッグストップ層４を形成する。このエ
ッチングストップ層４上に第２導電型の第２のクラッド
層５を形成する。この第２のクラッド層５は、厚さが
０．４μｍで不純物濃度が５×１０17原子／ｃｍ3 とす
る。尚、ｐ形不純物としてＺｎを用いることができる。
この第２のクラッド層５に、厚さが０．１μｍで不純物
濃度が２×１０19のキャップ層６を形成し、このキャッ
プ層上にＴｉ−Ａｕの第２の電極７を形成する。そし
て、基板１の層構造体が形成されている側とは反対側に
Ｔｉ−Ａｕの第１の電極８を形成する。
【００２０】この光デバイスを製造するに際し、第２の
クラッド層５を形成した後、半導体光増幅器のリッジ部
分を構成する部分を除いてフォトリソグラフィにより第
２のクラッド層５を除去してリッジ導波路構造体を形成
する。その後、キャップ層及び第１の電極層を形成し、
パターニング処理により各半導体光増幅器のリッジ部上
に第２の電極を形成し半導体基板１の反対側に第１の電
極８を形成する。最後に、図２Ｂに示すように、信号光
が入射する入射面９及び光増幅された光波が出射する出
射面１０に無反射コーティングをそれぞれ形成する。入
射面９には、光ファイバ（図示せず）を光学的に結合
し、この光ファイバを介して信号光を導波路構造体に入
射させる。出射面１０にも同様に光ファイバ（図示せ
ず）を光学的に結合し、光増幅された光波を出射させ
る。
クラッド層５を形成した後、半導体光増幅器のリッジ部
分を構成する部分を除いてフォトリソグラフィにより第
２のクラッド層５を除去してリッジ導波路構造体を形成
する。その後、キャップ層及び第１の電極層を形成し、
パターニング処理により各半導体光増幅器のリッジ部上
に第２の電極を形成し半導体基板１の反対側に第１の電
極８を形成する。最後に、図２Ｂに示すように、信号光
が入射する入射面９及び光増幅された光波が出射する出
射面１０に無反射コーティングをそれぞれ形成する。入
射面９には、光ファイバ（図示せず）を光学的に結合
し、この光ファイバを介して信号光を導波路構造体に入
射させる。出射面１０にも同様に光ファイバ（図示せ
ず）を光学的に結合し、光増幅された光波を出射させ
る。
【００２１】第１の電極８と第２の電極７との間に直流
バイアス源１１を接続し、このバイアス源１１から活性
層３に時間的に一定量のキャリァを連続的に注入する。
すなわち、電子は、バイアス源１１から第１電極８、ｎ
形の半導体基板１及びｎ形の第１のクラッド層２を経て
活性層３に注入される。また、ホールは、第２の電極
７、キャップ層６、第２のクラッド層５及びエッチング
ストップ層４を経て活性層３に注入される。注入された
キャリァは活性層３内に蓄積される。従って、図２Ａに
示すように、活性層３には、信号光の伝搬方向に見て、
中央にキャリァが注入され蓄積するキャリァ注入領域３
ａとその両側にキャリァが注入されない非キャリァ注入
領域３ｂ及び３ｃが形成されることになる。
バイアス源１１を接続し、このバイアス源１１から活性
層３に時間的に一定量のキャリァを連続的に注入する。
すなわち、電子は、バイアス源１１から第１電極８、ｎ
形の半導体基板１及びｎ形の第１のクラッド層２を経て
活性層３に注入される。また、ホールは、第２の電極
７、キャップ層６、第２のクラッド層５及びエッチング
ストップ層４を経て活性層３に注入される。注入された
キャリァは活性層３内に蓄積される。従って、図２Ａに
示すように、活性層３には、信号光の伝搬方向に見て、
中央にキャリァが注入され蓄積するキャリァ注入領域３
ａとその両側にキャリァが注入されない非キャリァ注入
領域３ｂ及び３ｃが形成されることになる。
【００２２】次に、導波路構造体の屈折率について説明
する。活性層３を構成する真性ＩｎＧａＡｓＰの屈折率
は約３．５０であり、第１及び第２のクラッド層２及び
４を構成するＩｎＰの屈折率は約３．２０である。従っ
て、活性層３の屈折率はｙ方向に隣接する第１及び第２
のクラッド層２及び４の屈折率よりも小さいため、導波
路構造体を伝搬する光波はｙ方向において閉じ込めら
れ、ガイディングされることになる。一方、活性層並び
に第１及び第２のクラッド層が延在するｘ方向には媒質
が連続した状態とする。
する。活性層３を構成する真性ＩｎＧａＡｓＰの屈折率
は約３．５０であり、第１及び第２のクラッド層２及び
４を構成するＩｎＰの屈折率は約３．２０である。従っ
て、活性層３の屈折率はｙ方向に隣接する第１及び第２
のクラッド層２及び４の屈折率よりも小さいため、導波
路構造体を伝搬する光波はｙ方向において閉じ込めら
れ、ガイディングされることになる。一方、活性層並び
に第１及び第２のクラッド層が延在するｘ方向には媒質
が連続した状態とする。
【００２３】次に、ｘ方向における信号光の閉じ込め及
び放射について説明する。図２Ｂに示すように、入射面
９から信号光が入射すると、この信号光は第１のクラッ
ド層２、活性層３及び第２のクラッド層４から構成され
る導波路構造体をｚ方向に沿って伝搬し、活性層３に蓄
積されたキャリァにより光増幅作用を受け、出射面１０
から出射する。信号光が光増幅される際、信号光のパワ
ーレベルすなわちパワーレベルが低い場合信号光の光増
幅により消費されるキャリァの量は少ないため、活性層
３には大量のキャリァが残存し、従って信号光から見た
導波路構造体の屈折率は相対的に低い状態に維持される
ことになる。一方、入射した信号光のパワーレベルが高
い場合、信号光の光増幅により消費されるキャリァの量
は多いため、活性層３内に存在するキャリァの量は大幅
に減少し、活性層の屈折率が急激に増大し、この結果伝
搬する光波に対する屈折率は相対的に増大する。この状
態を図３Ａ及びＢに基づいて説明する。図３は信号光の
伝搬方向であるＺ方向と直交する面におけるＸ方向の位
置と屈折率の関係を模式的に示すグラフであり、図３Ａ
は一定量のキャリァが時間的に連続して注入されパワー
レベルの低い信号光が入射した状態のｘ方向位置と屈折
率との関係を示し、図３Ｂはパワーレベルの高い信号光
が入射した場合のｘ方向位置と屈折率との関係を示す。
活性層３の材料である真性ＩｎＧａＡｓＰのキャリァ強
制的な注入及び強制的な放出のない状態における屈折率
すなわち非キャリァ注入領域３ｂ及び３ｃの屈折率は
３．２６である。一方、キャリァが注入されると、キャ
リァ注入領域３ａの屈折率は例えば３．２５８程度まで
低下する。従って、リッジ型導波路により規定されるキ
ャリァ注入領域の屈折率は、周囲領域である非キャリァ
注入領域３ｂ及び３ｃの屈折率よりも低下し、図３Ａに
示す屈折率分布が形成される。一方、高パワーレベルの
信号光が入射すると、高パワーの信号光の光増幅に伴
い、大量のキャリァが消費され、活性層３のキャリァ注
入領域３ａに存在するキャリァの量が大幅に低下する。
一方、非キャリァ注入領域３ｂ及び３ｃのキャリァ量は
ほぼ一定に維持される。この結果、キャリァ注入領域３
ａの屈折率は３．２６２程度まで増大し、図３Ｂに示す
ように、周囲領域である非キャリァ注入領域の屈折率よ
りも高くなる。
び放射について説明する。図２Ｂに示すように、入射面
９から信号光が入射すると、この信号光は第１のクラッ
ド層２、活性層３及び第２のクラッド層４から構成され
る導波路構造体をｚ方向に沿って伝搬し、活性層３に蓄
積されたキャリァにより光増幅作用を受け、出射面１０
から出射する。信号光が光増幅される際、信号光のパワ
ーレベルすなわちパワーレベルが低い場合信号光の光増
幅により消費されるキャリァの量は少ないため、活性層
３には大量のキャリァが残存し、従って信号光から見た
導波路構造体の屈折率は相対的に低い状態に維持される
ことになる。一方、入射した信号光のパワーレベルが高
い場合、信号光の光増幅により消費されるキャリァの量
は多いため、活性層３内に存在するキャリァの量は大幅
に減少し、活性層の屈折率が急激に増大し、この結果伝
搬する光波に対する屈折率は相対的に増大する。この状
態を図３Ａ及びＢに基づいて説明する。図３は信号光の
伝搬方向であるＺ方向と直交する面におけるＸ方向の位
置と屈折率の関係を模式的に示すグラフであり、図３Ａ
は一定量のキャリァが時間的に連続して注入されパワー
レベルの低い信号光が入射した状態のｘ方向位置と屈折
率との関係を示し、図３Ｂはパワーレベルの高い信号光
が入射した場合のｘ方向位置と屈折率との関係を示す。
活性層３の材料である真性ＩｎＧａＡｓＰのキャリァ強
制的な注入及び強制的な放出のない状態における屈折率
すなわち非キャリァ注入領域３ｂ及び３ｃの屈折率は
３．２６である。一方、キャリァが注入されると、キャ
リァ注入領域３ａの屈折率は例えば３．２５８程度まで
低下する。従って、リッジ型導波路により規定されるキ
ャリァ注入領域の屈折率は、周囲領域である非キャリァ
注入領域３ｂ及び３ｃの屈折率よりも低下し、図３Ａに
示す屈折率分布が形成される。一方、高パワーレベルの
信号光が入射すると、高パワーの信号光の光増幅に伴
い、大量のキャリァが消費され、活性層３のキャリァ注
入領域３ａに存在するキャリァの量が大幅に低下する。
一方、非キャリァ注入領域３ｂ及び３ｃのキャリァ量は
ほぼ一定に維持される。この結果、キャリァ注入領域３
ａの屈折率は３．２６２程度まで増大し、図３Ｂに示す
ように、周囲領域である非キャリァ注入領域の屈折率よ
りも高くなる。
【００２４】このように、パワーレベルの低い信号が入
射すると、信号光の伝搬路の屈折率は側方の周囲領域３
ｂ及び３ｃの屈折率よりも低いため、その屈折率差によ
り信号光は伝搬中に屈折率の高い側方の非キャリァ注入
領域に吸収され、周囲領域から外部に放射することにな
り、この結果出射面からほとんど出射せずアンチガイデ
ィングモードで動作することになる。これに対して、パ
ワーレベルの高い信号光が入射すると、その伝搬路の屈
折率は側方の非キャリァ注入領域３ｂ及び３ｃの屈折率
よりも高くなり、この屈折率差に起因する光閉じ込め効
果により入射面９から出射面１０に至る導波路が形成さ
れることになる。この結果、ｘ及びｙ方向に光閉じ込め
が生じ、光増幅された信号光はｘ方向及びｙ方向に閉じ
込められた状態でｚ方向に伝搬し出射面１０から外部に
出射する。
射すると、信号光の伝搬路の屈折率は側方の周囲領域３
ｂ及び３ｃの屈折率よりも低いため、その屈折率差によ
り信号光は伝搬中に屈折率の高い側方の非キャリァ注入
領域に吸収され、周囲領域から外部に放射することにな
り、この結果出射面からほとんど出射せずアンチガイデ
ィングモードで動作することになる。これに対して、パ
ワーレベルの高い信号光が入射すると、その伝搬路の屈
折率は側方の非キャリァ注入領域３ｂ及び３ｃの屈折率
よりも高くなり、この屈折率差に起因する光閉じ込め効
果により入射面９から出射面１０に至る導波路が形成さ
れることになる。この結果、ｘ及びｙ方向に光閉じ込め
が生じ、光増幅された信号光はｘ方向及びｙ方向に閉じ
込められた状態でｚ方向に伝搬し出射面１０から外部に
出射する。
【００２５】図４Ａ及びＢは上述した光デバイスに入力
する信号光の入力パワーと出力パワーとの関係及び入力
パワーに対する利得（Ｐout ／Ｐin）の関係を示す模式
図である。図４Ａにおいて、横軸は入力パワーを示し、
縦軸は出力パワーを示す。本発明による光デバイスは光
増幅機能とインデックスガイディング機能の両方を具え
る光デバイスである。入力パワーが低い場合、インデッ
クスガイディング効果が作用せず、入射した信号光の大
部分は側方から放射し出射面からは出射せずアンチガイ
ディングモードとなる。そして、キャリァ注入領域の屈
折率が周囲領域の屈折率よりも相対的に低い状態の場
合、入力パワーが増大しても出力パワーはほとんど変化
しない。一方、入力パワーが増大し、キャリァ注入領域
の屈折率が非キャリァ注入領域の屈折率を超えると、イ
ンデックスガイディング効果が作用し、入射した信号光
がキャリァ注入領域を伝搬し始める。この信号光の伝搬
により光増幅効果が急激に増強され、入力パワーに対し
て出力パワーは急激に増大する。すなわち、インデック
スガイディング効果と光増幅作用との相乗効果により、
図４Ａに示す閾値特性を有する非線形な入力／出力関係
を得ることができる。尚、参考として一般的な半導体光
増幅器の入力パワーと出力パワーとの関係を破線で示
す。通常の半導体光増幅器は製造時からキャリァ注入領
域の屈折率はｘ及びｙ方向について周囲領域の屈折率よ
りも高く設定されているため、出力パワーは入力パワー
に対してほぼ線形に増加する。
する信号光の入力パワーと出力パワーとの関係及び入力
パワーに対する利得（Ｐout ／Ｐin）の関係を示す模式
図である。図４Ａにおいて、横軸は入力パワーを示し、
縦軸は出力パワーを示す。本発明による光デバイスは光
増幅機能とインデックスガイディング機能の両方を具え
る光デバイスである。入力パワーが低い場合、インデッ
クスガイディング効果が作用せず、入射した信号光の大
部分は側方から放射し出射面からは出射せずアンチガイ
ディングモードとなる。そして、キャリァ注入領域の屈
折率が周囲領域の屈折率よりも相対的に低い状態の場
合、入力パワーが増大しても出力パワーはほとんど変化
しない。一方、入力パワーが増大し、キャリァ注入領域
の屈折率が非キャリァ注入領域の屈折率を超えると、イ
ンデックスガイディング効果が作用し、入射した信号光
がキャリァ注入領域を伝搬し始める。この信号光の伝搬
により光増幅効果が急激に増強され、入力パワーに対し
て出力パワーは急激に増大する。すなわち、インデック
スガイディング効果と光増幅作用との相乗効果により、
図４Ａに示す閾値特性を有する非線形な入力／出力関係
を得ることができる。尚、参考として一般的な半導体光
増幅器の入力パワーと出力パワーとの関係を破線で示
す。通常の半導体光増幅器は製造時からキャリァ注入領
域の屈折率はｘ及びｙ方向について周囲領域の屈折率よ
りも高く設定されているため、出力パワーは入力パワー
に対してほぼ線形に増加する。
【００２６】図４Ｂにおいて、横軸は信号光の入力パワ
ーを示し縦軸は利得（Ｐout ／Ｐin）を示す。実線は本
発明による光デバイスの特性を示し破線は半導体光増幅
器の一般的な特性を示す。本発明の光デバイスでは、入
力パワーが低い領域では光増幅はほとんど行われない。
一方、入力パワーの増大に伴いキャリァ注入領域の屈折
率が非キャリァ注入領域の屈折率に近づくとガイディン
グ効果と光増幅効果とが相乗され、光増幅効果が急激に
増大する。そして、キャリァ注入限界を超えると利得は
徐々に低下する。これに対して、通常の光半導体増幅器
の場合、利得は入力パワーにかかわらず一定に設定され
ているため、入力パワーが増大しても利得は一定に維持
され、キャリァ注入限界を超えると低下する。図４Ｂの
利得特性からも明らかなように、本発明の光デバイスは
通常の半導体光増幅器とは異なる特有の利得特性を有し
ている。このように、本発明による光デバイスは従来の
半導体光増幅器では達成できない閾値特性を有してお
り、この特有の閾値特性を利用することにより種々の光
デバイスを実現することができる。
ーを示し縦軸は利得（Ｐout ／Ｐin）を示す。実線は本
発明による光デバイスの特性を示し破線は半導体光増幅
器の一般的な特性を示す。本発明の光デバイスでは、入
力パワーが低い領域では光増幅はほとんど行われない。
一方、入力パワーの増大に伴いキャリァ注入領域の屈折
率が非キャリァ注入領域の屈折率に近づくとガイディン
グ効果と光増幅効果とが相乗され、光増幅効果が急激に
増大する。そして、キャリァ注入限界を超えると利得は
徐々に低下する。これに対して、通常の光半導体増幅器
の場合、利得は入力パワーにかかわらず一定に設定され
ているため、入力パワーが増大しても利得は一定に維持
され、キャリァ注入限界を超えると低下する。図４Ｂの
利得特性からも明らかなように、本発明の光デバイスは
通常の半導体光増幅器とは異なる特有の利得特性を有し
ている。このように、本発明による光デバイスは従来の
半導体光増幅器では達成できない閾値特性を有してお
り、この特有の閾値特性を利用することにより種々の光
デバイスを実現することができる。
【００２７】次に、本発明による光デバイスを波長変換
器に適用した例について説明する。図５に示すように、
波長λ1 の入力信号光と波長λ2 の振幅が時間的に対し
て一定の光波とを重畳して本発明による光デバイスに供
給する。波長λ2 の一定振幅の光波のパワーは、図４の
閾値よりも若干低い値に設定する。波長λ1 の信号光が
ハイレベルのとき、光デバイスにはハイレベルの信号光
が入射するため、λ1及びλ2 の両方の波長光が光増幅
されて出力される。これに対して、波長λ1 の信号光が
ローレベルの場合、アンチガイディングモードとなり、
両方の波長光が光増幅されず、λ1 及びλ2 の両方の波
長光はローレベルの信号として出力される。この結果、
入力信号光により変調され光増幅された波長λ2 の信号
光を出力することができる。
器に適用した例について説明する。図５に示すように、
波長λ1 の入力信号光と波長λ2 の振幅が時間的に対し
て一定の光波とを重畳して本発明による光デバイスに供
給する。波長λ2 の一定振幅の光波のパワーは、図４の
閾値よりも若干低い値に設定する。波長λ1 の信号光が
ハイレベルのとき、光デバイスにはハイレベルの信号光
が入射するため、λ1及びλ2 の両方の波長光が光増幅
されて出力される。これに対して、波長λ1 の信号光が
ローレベルの場合、アンチガイディングモードとなり、
両方の波長光が光増幅されず、λ1 及びλ2 の両方の波
長光はローレベルの信号として出力される。この結果、
入力信号光により変調され光増幅された波長λ2 の信号
光を出力することができる。
【００２８】図６は、本発明を波形整形器として動作さ
せる例を示すものである。本発明による光デバイスに波
長λ1 の信号光と同一波長の振幅が一定の光波を重畳し
て供給する。振幅が一定の光波のパワーレベルは図４の
閾値よりも若干低い値に設定する。信号光がハイレベル
の場合、ガイディングモードとして動作し、光増幅され
たハイレベルの信号光が出力される。一方、信号光がロ
ーレベルの場合、入力した光波のパワーレベルが閾値以
下であるため、ローレベルの信号が出力されることにな
る。この結果、本発明の光デバイスは波形整形器として
動作することができる。この波形整形器は微弱入力信号
を光増幅して情報対ノイズ比の大きな出力信号を発生す
るのに好適である。すなわち、光デバイスに微弱な光信
号だけを供給しても光増幅されないが、振幅の微弱な入
力信号に振幅が比較的大きな連続波を重畳して供給すれ
ば、入力信号のパワーが閾値付近までアップさせること
ができるので、閾値特性を利用することにより振幅が大
幅に増幅され情報対ノイズ比の大きな光信号を出力する
ことができる。尚、図６に示す実施例において、信号光
だけを供給して波形整形器として機能させることも可能
である。この場合にも、パワーの低いノイズ成分及び歪
みが除去されるので、情報対ノイズ比の大きな光信号と
して再生することができる。
せる例を示すものである。本発明による光デバイスに波
長λ1 の信号光と同一波長の振幅が一定の光波を重畳し
て供給する。振幅が一定の光波のパワーレベルは図４の
閾値よりも若干低い値に設定する。信号光がハイレベル
の場合、ガイディングモードとして動作し、光増幅され
たハイレベルの信号光が出力される。一方、信号光がロ
ーレベルの場合、入力した光波のパワーレベルが閾値以
下であるため、ローレベルの信号が出力されることにな
る。この結果、本発明の光デバイスは波形整形器として
動作することができる。この波形整形器は微弱入力信号
を光増幅して情報対ノイズ比の大きな出力信号を発生す
るのに好適である。すなわち、光デバイスに微弱な光信
号だけを供給しても光増幅されないが、振幅の微弱な入
力信号に振幅が比較的大きな連続波を重畳して供給すれ
ば、入力信号のパワーが閾値付近までアップさせること
ができるので、閾値特性を利用することにより振幅が大
幅に増幅され情報対ノイズ比の大きな光信号を出力する
ことができる。尚、図６に示す実施例において、信号光
だけを供給して波形整形器として機能させることも可能
である。この場合にも、パワーの低いノイズ成分及び歪
みが除去されるので、情報対ノイズ比の大きな光信号と
して再生することができる。
【００２９】本発明は上述した実施例だけに限定されず
種々の変更や変形が可能である。例えば、導波路構造体
を構成する材料系はＩｎＧａＡｓ／ＩｎＰ系以外に、Ｇ
ａＡｌＡｓ／ＧａＡｓ系、ＩｎＧａＡｌＡｓ／ＩｎＰ
系、及びＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓ系の化合物半導体材料
を用いることができる。
種々の変更や変形が可能である。例えば、導波路構造体
を構成する材料系はＩｎＧａＡｓ／ＩｎＰ系以外に、Ｇ
ａＡｌＡｓ／ＧａＡｓ系、ＩｎＧａＡｌＡｓ／ＩｎＰ
系、及びＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓ系の化合物半導体材料
を用いることができる。
【００３０】また、活性層として量子井戸構造を用いる
こともできる。例えば、第１のクラッド層の上側に、厚
さ２００ｎｍのＩｎＧａＡｓＰ（１．５５μｍ）の第１
の光閉じ込め層を形成し、さらにこの光閉じ込め層の上
側に、厚さ１０ｎｍのＩｎＧａＡｓＰ（１．７５μｍ）
の量子井戸層と厚さ１０ｎｍのＩｎＧａＡｓＰ（１．２
５μｍ）のバリャ層とが交互に５セット形成された量子
井戸構造体を形成する。さらに、量子井戸構造体の上側
に厚さ２００ｎｍのＩｎＧａＡｓＰ（１．２５μｍ）の
第２の光閉じ込め層を形成する。このような量子井戸構
造を活性層に用いることも可能である。
こともできる。例えば、第１のクラッド層の上側に、厚
さ２００ｎｍのＩｎＧａＡｓＰ（１．５５μｍ）の第１
の光閉じ込め層を形成し、さらにこの光閉じ込め層の上
側に、厚さ１０ｎｍのＩｎＧａＡｓＰ（１．７５μｍ）
の量子井戸層と厚さ１０ｎｍのＩｎＧａＡｓＰ（１．２
５μｍ）のバリャ層とが交互に５セット形成された量子
井戸構造体を形成する。さらに、量子井戸構造体の上側
に厚さ２００ｎｍのＩｎＧａＡｓＰ（１．２５μｍ）の
第２の光閉じ込め層を形成する。このような量子井戸構
造を活性層に用いることも可能である。
【図１】 本発明による光デバイスの一例の構成を示す
線図的斜視図である。
線図的斜視図である。
【図２】 図１の光デバイスの光波の進行方向と直交す
る面で切った断面図及び光波の進行方向に平行な面で切
った断面図である。
る面で切った断面図及び光波の進行方向に平行な面で切
った断面図である。
【図３】 ｘ方向位置と屈折率の関係を示すグラフであ
る。
る。
【図４】 入力パワーと出力パワー及び利得との関係を
示すグラフである。
示すグラフである。
【図５】 本発明による光デバイスを波長変換器に応用
した例を示す線図である。
した例を示す線図である。
【図６】 本発明による光デバイスを波形整形器に応用
した例を示す線図である。
した例を示す線図である。
１ 半導体基板 ２ 第１のクラッド層 ３ 活性層 ４ エッチングストップ層 ５ 第２のクラッド層 ６ キャップ層 ７ 第２の電極 ８ 第１の電極 ９ 入射面 １０ 出射面 １１ バイアス源
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭60−17717（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−326823（ＪＰ，Ａ) 応用物理学関係連合講演会講演予稿集 Ｖｏｌ．45，Ｎｏ．３，ｐｐ．1135 （1998年）中津原克己 他 Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｌｅｔｔｅ ｒｓ，Ｖｏｌ．28，Ｎｏ．18，ｐｐ. 1714−1715（1992年）Ｂ．Ｇｌａｎｃｅ ｅｔ ａｌ. ＩＥＥＥ Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ Ｔｅ ｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｌｅｔｔｅｒｓ，Ｖ ｏｌ．６，Ｎｏ．１，ｐｐ．53−55 （1994年）Ｔ．Ｄｕｒｈｕｕｓ ｅｔ ａｌ. (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G02F 1/015 - 1/025 G02F 1/313 G02F 1/35 - 1/365 G02F 2/02 H01S 5/50 ＩＮＳＰＥＣ（ＤＩＡＬＯＧ) ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ) ＷＰＩ（ＤＩＡＬＯＧ)
Claims (11)
- 【請求項１】 層形成すべき面を有する半導体基板と、
この半導体基板の層形成面上に形成した複数の半導体層
を具え、これら半導体層と直交するように延在し信号光
が入射する入射面及びこの入射面と対向する出射面を有
する導波路構造体と、前記半導体基板の層形成面とは反
対側の面に形成した第１の電極と、前記導波路構造体の
上側に形成され前記第１の電極と対向する第２の電極
と、これら第１の電極と第２の電極との間に接続され、
前記導波路構造体にキャリァを注入するための直流バイ
アス源とを具え、入射した信号光を前記導波路構造体に
注入されたキャリァにより光増幅して出射面から出射さ
せる光デバイスにおいて、 前記導波路構造体を、前記第１及び第２の電極から注入
され内部に蓄積されたキャリァの量に応じて屈折率が変
化する半導体材料で構成し、 前記第１及び第２の電極は、これらの電極を介して導波
路構造体にキャリァが注入されるキャリァ注入領域とキ
ャリァが注入されない非キャリァ注入領域とが隣接して
形成されるように形成され、 前記直流バイアス源から第１及び第２の電極を介して導
波路構造体にキャリァが注入されている動作状態におい
て、前記キャリァ注入領域の屈折率が前記非キャリァ注
入領域の屈折率よりも低くなるように構成し、 前記導波路構造体にキャリァが注入されている動作状態
において、第１のパワーレベルの信号光が前記キャリァ
注入領域を伝搬する際、誘導放射によるキャリァの減衰
効果により、このキャリァ注入領域の屈折率が非キャリ
ァ注入領域の屈折率よりも高くなり、キャリァ注入領域
が入射した光波を前記入射面から出射面までガイディン
グする光導波路を構成し、前記第１のパワーレベルより
も低い第２のパワーレベルの信号光がキャリァ注入領域
を伝搬する際、キャリァ注入領域の屈折率が非キャリァ
注入領域の屈折率よりも低く維持され、入射した信号光
が前記非キャリァ注入領域を介して外部に放射しアンチ
ガイディングモードで動作するように構成したことを特
徴とする光デバイス。 - 【請求項２】 光波の伝搬方向に見て、前記非キャリァ
注入領域がキャリァ注入領域の両側にそれぞれ形成さ
れ、前記第２のパワーレベルの信号光がこれら非キャリ
ァ注入領域を介して光デバイスの側方に放射されること
を特徴とする請求項１に記載の光デバイス。 - 【請求項３】 前記導波路構造体をリッジ型導波路構造
体としたことを特徴とする請求項２に記載の光デバイ
ス。 - 【請求項４】 前記半導体基板を第１導電型の半導体基
板とし、前記導波路構造体が、半導体基板の上側に形成
した第１導電型の第１のクラッド層と、第１のクラッド
層の上側に形成され、注入されたキャリァを蓄積する活
性層と、この導波路層の上側に形成した第２導電型の第
２のクラッド層とを具えることを特徴とする請求項１に
記載の光デバイス。 - 【請求項５】 前記活性層を構成する半導体材料を、前
記第１及び第２のクラッド層を構成する半導体材料の屈
折率よりも大きな屈折率を有する半導体材料で構成した
ことを特徴とする請求項２に記載の光デバイス。 - 【請求項６】 前記活性層をＩｎＧａＡｓＰで構成し、
前記第１及び第２のクラッド層をＩｎＰで構成したこと
を特徴とする請求項５に記載の光デバイス。 - 【請求項７】 前記入射面及び出射面に無反射コーティ
ングが形成されていることを特徴とする請求項１に記載
の光デバイス。 - 【請求項８】 前記入射面に、波長変換されるべき第１
の波長λ1 の信号光とこの信号光との波長とは異なる第
２の波長λ2 の時間的に一定振幅の光波とを供給し、前
記波長λ1 の信号光に応じて変調された第２の波長λ2
の光波を出力する波長変換器として動作することを特徴
とする請求項１に記載の光デバイス。 - 【請求項９】 前記入射面に、光増幅すべき信号光とこ
の信号光と同一波長の時間的に一定振幅の光波とを供給
し、前記信号光のパワーレベルに応じて波形整形された
光波を出力する波形整形器として動作することを特徴と
する請求項１に記載の光デバイス。 - 【請求項１０】 前記入射面に、光増幅すべき信号だけ
を供給し、この信号光のパワーレベルに応じて波形整形
され、情報対ノイズ比の大きい信号光を出射させる波形
整形器として動作することを特徴とする請求項１に記載
の光デバイス。 - 【請求項１１】 前記振幅が時間的に一定の光波の振幅
が、信号光の振幅よりも大きいことを特徴とする請求項
８又は９に記載の光デバイス。
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