JP3314891B2 - 光信号増幅素子 - Google Patents
光信号増幅素子Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光信号増幅素子に関
し、より詳細には光スイッチや光変調器を実現しやすい
特性を有する量子井戸構造光導波路に対して、そこを伝
搬する光信号を増幅する機能に優れた光信号増幅素子に
関するものである。
し、より詳細には光スイッチや光変調器を実現しやすい
特性を有する量子井戸構造光導波路に対して、そこを伝
搬する光信号を増幅する機能に優れた光信号増幅素子に
関するものである。
【０００２】
【従来の技術】２１世紀の高度な情報通信サービスの実
現に向けた高速・高帯域通信網の構築のため、光通信技
術が不可欠になっている。
現に向けた高速・高帯域通信網の構築のため、光通信技
術が不可欠になっている。
【０００３】近年、量子井戸構造を有する光導波路を伝
搬する光信号に対して、電圧や電流を加えることで導波
路の屈折率等を変化させ、これを利用することで光変調
や光スイッチングを行うことが試みられている。
搬する光信号に対して、電圧や電流を加えることで導波
路の屈折率等を変化させ、これを利用することで光変調
や光スイッチングを行うことが試みられている。
【０００４】例えば、量子閉じ込めシュタルク効果等の
効果を利用して、逆方向電圧を加えることで光導波層の
屈折率を変える場合には、光導波層の量子井戸構造のバ
リア層が高い方が量子効果が大きくなり、光の変調やス
イッチングを低電圧で駆動することができ、有利であ
る。
効果を利用して、逆方向電圧を加えることで光導波層の
屈折率を変える場合には、光導波層の量子井戸構造のバ
リア層が高い方が量子効果が大きくなり、光の変調やス
イッチングを低電圧で駆動することができ、有利であ
る。
【０００５】量子井戸構造光導波路として従来使われて
いた、バリアの低いＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ系（例え
ば、量子井戸構造層としてＩｎＧａＡｓＰを用い／バリ
ア層としてＩｎＰを用いる）やＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＧ
ａＡｓＰ系（例えば、量子井戸構造層としてＩｎＧａＡ
ｓＰを用い／バリア層としてＩｎＧａＡｓＰを用いる）
を使った場合には、量子効果が小さいために光スイッチ
や光変調器として利用した場合の効率が悪く、高い電圧
や電流を加えなければならなかった。このために、より
バリアの高いＩｎＧａＡｓ／ＩｎＡｌＡｓ系やＩｎＧａ
ＡｌＡｓ／ＩｎＡｌＡｓ系等の光導波路が用いられ始め
ている。
いた、バリアの低いＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ系（例え
ば、量子井戸構造層としてＩｎＧａＡｓＰを用い／バリ
ア層としてＩｎＰを用いる）やＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＧ
ａＡｓＰ系（例えば、量子井戸構造層としてＩｎＧａＡ
ｓＰを用い／バリア層としてＩｎＧａＡｓＰを用いる）
を使った場合には、量子効果が小さいために光スイッチ
や光変調器として利用した場合の効率が悪く、高い電圧
や電流を加えなければならなかった。このために、より
バリアの高いＩｎＧａＡｓ／ＩｎＡｌＡｓ系やＩｎＧａ
ＡｌＡｓ／ＩｎＡｌＡｓ系等の光導波路が用いられ始め
ている。
【０００６】ここで、問題となるのは、光導波路で減衰
する光信号をいかに補償するかであり、通常は、光増幅
器を用いて光信号を増幅する。
する光信号をいかに補償するかであり、通常は、光増幅
器を用いて光信号を増幅する。
【０００７】しかしながら、バリアが高い（すなわち、
抵抗が高く、電流が流れにくい）光導波路に対して、そ
れに装荷された形で形成された光増幅器によって光信号
を補償することは、以下に説明するように困難であっ
た。
抵抗が高く、電流が流れにくい）光導波路に対して、そ
れに装荷された形で形成された光増幅器によって光信号
を補償することは、以下に説明するように困難であっ
た。
【０００８】従来の光信号増幅素子の例を図３に示す。
図３において、５０１はｎ型側電極、５０２はｎ型Ｉｎ
Ｐ基板、５０３，５０５はガイド層（例えば、ＩｎＧａ
ＡｓＰ層）、５０４はバリアが高い量子井戸構造光導波
路（例えば、ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＡｌＡｓ系やＩｎＧａ
ＡｌＡｓ／ＩｎＡｌＡｓ系）、５０６はＩｎＰ層、５０
７は光信号の損失を補償するための光増幅器の活性層、
５０８はｐ型ＩｎＰ層、５０９及び５１０はｐ型側電極
である。
図３において、５０１はｎ型側電極、５０２はｎ型Ｉｎ
Ｐ基板、５０３，５０５はガイド層（例えば、ＩｎＧａ
ＡｓＰ層）、５０４はバリアが高い量子井戸構造光導波
路（例えば、ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＡｌＡｓ系やＩｎＧａ
ＡｌＡｓ／ＩｎＡｌＡｓ系）、５０６はＩｎＰ層、５０
７は光信号の損失を補償するための光増幅器の活性層、
５０８はｐ型ＩｎＰ層、５０９及び５１０はｐ型側電極
である。
【０００９】この光信号増幅素子のバンド図を図４に示
す。図４において、６０２はｎ型ＩｎＰ基板、６０３，
６０５はガイド層、６０４は量子井戸構造光導波路、６
０６はＩｎＰ層、６０７は光増幅器の活性層、６０８は
Ｐ型ＩｎＰの準位である。
す。図４において、６０２はｎ型ＩｎＰ基板、６０３，
６０５はガイド層、６０４は量子井戸構造光導波路、６
０６はＩｎＰ層、６０７は光増幅器の活性層、６０８は
Ｐ型ＩｎＰの準位である。
【００１０】図３に示す光信号増幅素子は、量子井戸構
造光導波路５０４のバリア層のバリア（特に、伝導体の
バンド不連続：△Ｅｃ）が通常使われるＩｎＧａＡｓＰ
／ＩｎＰ系やＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＧａＡｓＰ系の量子
井戸構造光導波路に比べて高いためにキャリアの閉じ込
めが強く、量子効果が大きい。そのため光スイッチや光
変調器を構成する際に電極５０９を通して導波路部分に
加える電圧が小さくてすむという利点があった。
造光導波路５０４のバリア層のバリア（特に、伝導体の
バンド不連続：△Ｅｃ）が通常使われるＩｎＧａＡｓＰ
／ＩｎＰ系やＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＧａＡｓＰ系の量子
井戸構造光導波路に比べて高いためにキャリアの閉じ込
めが強く、量子効果が大きい。そのため光スイッチや光
変調器を構成する際に電極５０９を通して導波路部分に
加える電圧が小さくてすむという利点があった。
【００１１】一方、前記光信号増幅素子は導波路の伝搬
損失に伴う損失を補償するため、光増幅器の活性層６０
７に電極５１０を通して電流を注入する必要がある。
損失に伴う損失を補償するため、光増幅器の活性層６０
７に電極５１０を通して電流を注入する必要がある。
【００１２】ところが、図３及び図４に示すように、ｎ
型側電極５０１（図３）から注入された電子は、量子井
戸構造光導波路６０４の高いバリアに阻まれ、活性層６
０７に達するのが困難であった。すなわち、この素子は
光増幅器に対する抵抗が高く、伝搬損失に伴う損失の補
償が不可能であった。
型側電極５０１（図３）から注入された電子は、量子井
戸構造光導波路６０４の高いバリアに阻まれ、活性層６
０７に達するのが困難であった。すなわち、この素子は
光増幅器に対する抵抗が高く、伝搬損失に伴う損失の補
償が不可能であった。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】前述のように、光信号
増幅素子の光導波路としてバリアの高いもの（例えばＩ
ｎＧａＡｓ／ＩｎＡｌＡｓ系やＩｎＧａＡｌＡｓ／Ｉｎ
ＡｌＡｓ系）を用いた場合には、光スイッチや光変調器
としては有利であるが、光増幅器に電流を注入すること
ができず、光導波路の伝搬損失を補償できないという問
題があった。
増幅素子の光導波路としてバリアの高いもの（例えばＩ
ｎＧａＡｓ／ＩｎＡｌＡｓ系やＩｎＧａＡｌＡｓ／Ｉｎ
ＡｌＡｓ系）を用いた場合には、光スイッチや光変調器
としては有利であるが、光増幅器に電流を注入すること
ができず、光導波路の伝搬損失を補償できないという問
題があった。
【００１４】一方、光信号増幅素子の光導波路としてバ
リア層の低いもの（例えば、ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ系
やＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＧａＡｓＰ系）を用いた場合に
は光増幅器への電流注入は容易であるが、光導波路の量
子効果が弱いために、光スイッチや光変調器としての効
率が悪いという問題があった。
リア層の低いもの（例えば、ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ系
やＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＧａＡｓＰ系）を用いた場合に
は光増幅器への電流注入は容易であるが、光導波路の量
子効果が弱いために、光スイッチや光変調器としての効
率が悪いという問題があった。
【００１５】本発明は、前記問題点を解決するためにな
されたものであり、本発明の目的は、光導波路としてバ
リアの高いものを利用しつつ、光増幅器への電流注入を
容易にする光信号増幅素子を提供することにある。
されたものであり、本発明の目的は、光導波路としてバ
リアの高いものを利用しつつ、光増幅器への電流注入を
容易にする光信号増幅素子を提供することにある。
【００１６】本発明の前記ならびにその他の目的と新規
な特徴は、本明細書の記述及び添付図面によって明らか
にする。
な特徴は、本明細書の記述及び添付図面によって明らか
にする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明の光信号増幅素子は、半導体基板と、該基板
上に形成された少なくとも光導波層を有する光導波路上
に装荷された少なくとも活性層とクラッド層とからな
り、電流を注入する電極を有する光増幅器からなる光信
号増幅素子において、前記光導波層が多重量子井戸構造
で構成され、そのバリア層の電子に対する障壁の高さが
クラッド層よりも高く、かつ、前記半導体基板としてｐ
型の半導体基板を用いることを特徴とする。
に、本発明の光信号増幅素子は、半導体基板と、該基板
上に形成された少なくとも光導波層を有する光導波路上
に装荷された少なくとも活性層とクラッド層とからな
り、電流を注入する電極を有する光増幅器からなる光信
号増幅素子において、前記光導波層が多重量子井戸構造
で構成され、そのバリア層の電子に対する障壁の高さが
クラッド層よりも高く、かつ、前記半導体基板としてｐ
型の半導体基板を用いることを特徴とする。
【００１８】前記半導体基板として、ｐ型のＩｎＰを用
いることを特徴とする。
いることを特徴とする。
【００１９】前記光導波層のバリア層としてＩｎＧａＡ
ｌＡｓまたはＩｎＡｌＡｓを用いることを特徴とする。
ｌＡｓまたはＩｎＡｌＡｓを用いることを特徴とする。
【００２０】
【作用】前述の手段によれば、ｐ型基板を使うことによ
って光増幅器の活性層への電流注入を光導波路の光導波
層のバリアに妨害されずに行うことができる。これによ
り、光導波層としてバリアの高いものを利用しつつ、光
増幅器への電流注入を容易にする光信号増幅素子を提供
することができる。
って光増幅器の活性層への電流注入を光導波路の光導波
層のバリアに妨害されずに行うことができる。これによ
り、光導波層としてバリアの高いものを利用しつつ、光
増幅器への電流注入を容易にする光信号増幅素子を提供
することができる。
【００２１】
【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例につい
て詳細に説明する。
て詳細に説明する。
【００２２】図１は、本発明の実施例に係わる光信号増
幅素子の模式的な断面図である。図１において、１０１
はｐ型側電極、１０２はｐ型ＩｎＰ基板、１０３，１０
５はガイド層であり、例えば、ＩｎＧａＡｓＰ層を用い
る。１０４はバリアが高い量子井戸構造光導波路であ
り、例えば、量子井戸構造層（活性層）としてＩｎＧａ
Ａｓを用い、バリア層としてＩｎＡｌＡｓを用いる。あ
るいは、量子井戸構造層としてＩｎＧａＡｌＡｓを用
い、バリア層としてＩｎＡｌＡｓを用いてもよい。
幅素子の模式的な断面図である。図１において、１０１
はｐ型側電極、１０２はｐ型ＩｎＰ基板、１０３，１０
５はガイド層であり、例えば、ＩｎＧａＡｓＰ層を用い
る。１０４はバリアが高い量子井戸構造光導波路であ
り、例えば、量子井戸構造層（活性層）としてＩｎＧａ
Ａｓを用い、バリア層としてＩｎＡｌＡｓを用いる。あ
るいは、量子井戸構造層としてＩｎＧａＡｌＡｓを用
い、バリア層としてＩｎＡｌＡｓを用いてもよい。
【００２３】１０６はＩｎＰ層（クラッド層）、１０７
は光導波路を伝搬する光信号の損失を補償するための光
増幅器、１０８はｎ型ＩｎＰ層、１０９及び１１０はｎ
型側電極である。
は光導波路を伝搬する光信号の損失を補償するための光
増幅器、１０８はｎ型ＩｎＰ層、１０９及び１１０はｎ
型側電極である。
【００２４】この光信号増幅素子のバンド図を図２に示
す。図２において、２０２はｐ型ＩｎＰ基板、２０３，
２０５はガイド層、２０４は量子井戸構造光導波路、２
０６はＩｎＰ層（クラッド層）、２０７は光増幅器の活
性層、２０８はｎ型ＩｎＰの準位である。
す。図２において、２０２はｐ型ＩｎＰ基板、２０３，
２０５はガイド層、２０４は量子井戸構造光導波路、２
０６はＩｎＰ層（クラッド層）、２０７は光増幅器の活
性層、２０８はｎ型ＩｎＰの準位である。
【００２５】図１に示す光信号増幅素子は、量子井戸構
造光導波路１０４のバリア層が通常使われるＩｎＧａＡ
ｓＰ／ＩｎＰ系やＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＧａＡｓＰ系の
量子井戸構造光導波路に比べて高いためにキャリアの閉
じ込めが強く、量子効果が大きい。そのため光スイッチ
や光変調器を構成する際に電極１０９を通して光導波路
部分に加える電圧を小さくすることができる。
造光導波路１０４のバリア層が通常使われるＩｎＧａＡ
ｓＰ／ＩｎＰ系やＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＧａＡｓＰ系の
量子井戸構造光導波路に比べて高いためにキャリアの閉
じ込めが強く、量子効果が大きい。そのため光スイッチ
や光変調器を構成する際に電極１０９を通して光導波路
部分に加える電圧を小さくすることができる。
【００２６】一方、前記光信号増幅素子は、光導波路の
伝搬損失に伴う損失を補償するため、光増幅器の活性層
２０７に電流を注入する必要がある。図２に示すよう
に、ｎ型側電極１１０から注入された電子は、量子井戸
構造光導波路１０４の高いバリア層に妨害されることな
く、活性層２０７に達することができる。
伝搬損失に伴う損失を補償するため、光増幅器の活性層
２０７に電流を注入する必要がある。図２に示すよう
に、ｎ型側電極１１０から注入された電子は、量子井戸
構造光導波路１０４の高いバリア層に妨害されることな
く、活性層２０７に達することができる。
【００２７】以上のことは次の理由による。
【００２８】Ａｌを含む材料であるＩｎＡｌＡｓやＩｎ
ＧａＡｌＡｓとＡｌを含まない材料であるＩｎＧａＡ
ｓ、ＩｎＧａＡｓＰ、ＩｎＰを接合すると、従来のＩｎ
ＧａＡｓＰ／ＩｎＰ系やＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＧａＡｓ
Ｐ系に比べ、伝導帯のバンド不連続（△Ｅｃ）が大きく
なる。しかし、価電子帯のバンド不連続（△Ｅｃ）は同
程度である。
ＧａＡｌＡｓとＡｌを含まない材料であるＩｎＧａＡ
ｓ、ＩｎＧａＡｓＰ、ＩｎＰを接合すると、従来のＩｎ
ＧａＡｓＰ／ＩｎＰ系やＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＧａＡｓ
Ｐ系に比べ、伝導帯のバンド不連続（△Ｅｃ）が大きく
なる。しかし、価電子帯のバンド不連続（△Ｅｃ）は同
程度である。
【００２９】したがって、電子はバンド不連続（△Ｅ
ｃ）にはばまれ量子井戸構造を通りぬけることはできな
いが、ホールはバンド不連続（△Ｅｃ）にはばまれるこ
となく量子井戸構造を従来の構造と同様に通りぬけるこ
とができる。
ｃ）にはばまれ量子井戸構造を通りぬけることはできな
いが、ホールはバンド不連続（△Ｅｃ）にはばまれるこ
となく量子井戸構造を従来の構造と同様に通りぬけるこ
とができる。
【００３０】以上の説明からわかるように、本実施例に
よれば、ｐ型基板を使うことによって光増幅器の活性層
への電流注入を光導波路のバリアに妨害されずに行うこ
とができる。このため、光導波路としてバリアの高いも
のを利用しつつ、光増幅器への電流注入を容易にする光
信号増幅素子を提供することができる。
よれば、ｐ型基板を使うことによって光増幅器の活性層
への電流注入を光導波路のバリアに妨害されずに行うこ
とができる。このため、光導波路としてバリアの高いも
のを利用しつつ、光増幅器への電流注入を容易にする光
信号増幅素子を提供することができる。
【００３１】なお、本実施例においては、ＩｎＰ基板を
例に説明を行ったが、他の半導体基板においても同様な
効果を得ることができる。
例に説明を行ったが、他の半導体基板においても同様な
効果を得ることができる。
【００３２】以上、本発明者によってなされた発明を、
前記実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は、前
記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱し
ない範囲において種々変更可能であることは勿論であ
る。
前記実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は、前
記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱し
ない範囲において種々変更可能であることは勿論であ
る。
【００３３】
【発明の効果】以上、説明したように、本発明によれ
ば、ｐ型基板を使うことによって光増幅器への電流注入
を光導波路のバリアに妨害されずに行うことができる。
このため、光導波路として、量子効果の大きい、バリア
の高い量子井戸構造を利用しつつ、光増幅器への電流注
入を容易にする光信号増幅素子を得ることができる。
ば、ｐ型基板を使うことによって光増幅器への電流注入
を光導波路のバリアに妨害されずに行うことができる。
このため、光導波路として、量子効果の大きい、バリア
の高い量子井戸構造を利用しつつ、光増幅器への電流注
入を容易にする光信号増幅素子を得ることができる。
【図１】 本発明の実施例に係わる光信号増幅素子の模
式的断面図、
式的断面図、
【図２】 本実施例の光信号増幅素子の動作を説明する
ためのバンド図、
ためのバンド図、
【図３】 従来の光信号増幅素子の模式的断面図、
【図４】 従来の光信号増幅素子の動作を説明するため
のバンド図。
のバンド図。
１０１…ｐ型側電極、１０２，２０１…ｐ型ＩｎＰ基
板、１０３，１０５，２０３，２０５…ガイド層、１０
４，２０４…量子井戸構造光導波路、１０６，２０６…
ＩｎＰ層、１０７，２０７…光増幅器の活性層、１０８
…ｎ型ＩｎＰ層、１０９，１１０…ｎ型側電極、２０８
…ｎ型ＩｎＰの準位。
板、１０３，１０５，２０３，２０５…ガイド層、１０
４，２０４…量子井戸構造光導波路、１０６，２０６…
ＩｎＰ層、１０７，２０７…光増幅器の活性層、１０８
…ｎ型ＩｎＰ層、１０９，１１０…ｎ型側電極、２０８
…ｎ型ＩｎＰの準位。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平４−39985（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−229485（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−186210（ＪＰ，Ａ) Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｌｅｔｔｅ ｒｓ，1993年，29［12］，ｐ．1087− 1089 (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01S 5/00 - 5/50 G02F 1/35 501 H01S 3/10
Claims (3)
- 【請求項１】 半導体基板と、該基板上に形成された少
なくとも光導波層を有する光導波路上に装荷された少な
くとも活性層とクラッド層とからなり、電流を注入する
電極を有する光増幅器からなる光信号増幅素子におい
て、前記光導波層が多重量子井戸構造で構成され、その
バリア層の電子に対する障壁の高さがクラッド層よりも
高く、かつ、前記半導体基板としてｐ型の半導体基板を
用いることを特徴とする光信号増幅素子。 - 【請求項２】 請求項１に記載の光信号増幅素子におい
て、前記半導体基板として、ｐ型のＩｎＰを用いること
を特徴とする光信号増幅素子。 - 【請求項３】 請求項１または２に記載の光信号増幅素
子において、前記光導波層のバリア層としてＩｎＧａＡ
ｌＡｓまたはＩｎＡｌＡｓを用いることを特徴とする光
信号増幅素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14666193A JP3314891B2 (ja) | 1993-06-18 | 1993-06-18 | 光信号増幅素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14666193A JP3314891B2 (ja) | 1993-06-18 | 1993-06-18 | 光信号増幅素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH077227A JPH077227A (ja) | 1995-01-10 |
| JP3314891B2 true JP3314891B2 (ja) | 2002-08-19 |
Family
ID=15412772
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14666193A Expired - Fee Related JP3314891B2 (ja) | 1993-06-18 | 1993-06-18 | 光信号増幅素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3314891B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE112010005787B4 (de) | 2010-07-30 | 2020-06-18 | Mitsubishi Electric Corporation | Gehäuse für eine elektronische Einrichtungseinheit |
-
1993
- 1993-06-18 JP JP14666193A patent/JP3314891B2/ja not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ，１９９３年，２９［１２］，ｐ．１０８７−１０８９ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH077227A (ja) | 1995-01-10 |
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