JPH0291623A - Optical filter - Google Patents

Optical filter

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JPH0291623A
JPH0291623A JP63243164A JP24316488A JPH0291623A JP H0291623 A JPH0291623 A JP H0291623A JP 63243164 A JP63243164 A JP 63243164A JP 24316488 A JP24316488 A JP 24316488A JP H0291623 A JPH0291623 A JP H0291623A
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laminated
light
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信夫 佐々木
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    • G02F1/00Devices 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
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    • G02F1/21Devices 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 for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  by interference
    • G02F1/218Devices 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 for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  by interference using semi-conducting materials

Abstract

PURPOSE:To integrate and miniaturize an optical filter by giving the structure of a Fabry-Perot resonator provided with a multiple quantum well layer to the optical filter and changing the wavelength of transmitted light at the time of applying an electric field. CONSTITUTION:A buffer layer 21 is laminated on the upper face of a semiconductor substrate 22 of the optical filter, and an n-type electrode 23 as a first electrode is laminated on the lower face of its n<+>-type substrate. A multiple quantum well layer (MQW layer) 24 is laminated on the upper face of the n<+>-type buffer layer 21, and a cap layer 25 is laminated on the upper face of this MWQ layer 24, and a p-type electrode 26 as a second electrode is laminated on the upper face of this cap layer 25. When a reverse bias voltage is applied between the n-typ electrode and the p-type electrode 26, the equivalent refractive index is changed. Therefore, the resonance wavelength of a Fabry-Perot etalon consisting of the MQW layer 24 and p-type and n-type semitransparent mirrors 31 and 30 is changed. Thus, the wavelength of transmitted light is changed, and further, the optical filter is integrated and miniaturized.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、光フアイバ通信や光信号処理あるいは光計
測の分野における光フィルタに関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to an optical filter in the field of optical fiber communication, optical signal processing, or optical measurement.

(従来の技術〕 波長多重光伝送システムの受信側の波長分離には、これ
までのところ第9図(a) 、 (b)に示す干渉フィ
ルタ又は第12図に示す回折格子形分波器などが用いら
れている。
(Prior Art) Wavelength separation on the receiving side of a wavelength division multiplexing optical transmission system has so far been achieved using interference filters shown in FIGS. 9(a) and (b) or a diffraction grating type demultiplexer shown in FIG. 12. is used.

上記干渉フィルタは、λ/4又はλ/2(λ:波長)に
近い光学的な厚みを有する高屈折率話電体膜と低屈折率
話電体膜とを交互に積層した誘電体多N膜によって作ら
れ、特定の波長に対して波長選択性を示す。
The above-mentioned interference filter is made of a dielectric multi-N film in which a high refractive index telephone film and a low refractive index telephone film having an optical thickness close to λ/4 or λ/2 (λ: wavelength) are laminated alternately. It is made of a film and exhibits wavelength selectivity for specific wavelengths.

第9図(a) 、 (b)はふたつのキャビティ層を持
つ典型的な干渉フィルタの断面図であり、全屈電体多層
膜コーティングを施したバンドパスタイプの干渉フィル
タの詳細な構造を示している。記号Hは高屈折率材料(
通常Zn5)を正確に嵐波長の光学厚さでコーティング
した層を、記号りは低屈折率材料(通常NasAIFg
)を正確に属波長の光学厚さでコーティングした層を意
味する。“A波長”の波長はピーク透過率の波長を指す
。各コーティング層は真空蒸着法でコーティングされて
いる。アルミニウム製リングはフィルタのエツジを保護
し、エポキシ系接着剤層は湿気からコーティング層を保
護するためおよびバンドパスセクションとブロッキング
セクションとを積層するために設けられている。
Figures 9(a) and 9(b) are cross-sectional views of a typical interference filter with two cavity layers, showing the detailed structure of a bandpass type interference filter coated with a full dielectric multilayer film. ing. Symbol H is a high refractive index material (
A layer coated with an optical thickness exactly at the storm wavelength (usually Zn5) is coated with a low refractive index material (usually NasAIFg).
) means a layer coated with an optical thickness of exactly the genus wavelength. The wavelength of "A wavelength" refers to the wavelength of peak transmittance. Each coating layer is coated using a vacuum deposition method. An aluminum ring protects the edges of the filter, and an epoxy adhesive layer is provided to protect the coating layer from moisture and to laminate the bandpass and blocking sections.

誘電体多層膜における高屈折率膜材料としてはTlO2
やznSなどが、また低屈折率膜材料としてはS、O,
やAl2O3などがそれぞれ用いられる。波長選択特性
は誘電体膜の層数、膜材料などに大きく依存するが、最
近ではS、02(低屈折率材料、n= 1.46)とT
lO2(高屈折率材料、n= 2.3)を電子ビーム蒸
着法により20〜40層積層することにより、帯域通過
形(BPF)、長波長域通過形(LWPF)、短波長域
通過形(SWPF)などの種々のフィルタ特性が実現さ
れている(第10図参照)。誘電体多層膜干渉フィルタ
は、第10図に例示するように、通過域以外の波長領域
を反射域として持つ。したがってこれを傾けて配置する
と、透過光と反射光とを同時に取り出すことができる。
TlO2 is a high refractive index film material in a dielectric multilayer film.
and znS, and low refractive index film materials include S, O,
and Al2O3 are used. The wavelength selection characteristics largely depend on the number of layers of the dielectric film, the film material, etc., but recently S, 02 (low refractive index material, n = 1.46) and T
By laminating 20 to 40 layers of lO2 (high refractive index material, n = 2.3) using electron beam evaporation, band pass type (BPF), long wavelength band pass type (LWPF), short wavelength band pass type ( Various filter characteristics such as SWPF) have been realized (see FIG. 10). As illustrated in FIG. 10, the dielectric multilayer interference filter has a wavelength range other than the passband as a reflection range. Therefore, by arranging this at an angle, transmitted light and reflected light can be extracted at the same time.

第11図に示す光分波器構成は、このような原理を利用
して、多重度に応じて多段にフィルタ(ただしこの場合
フィルタ透過中心波長は異なる)を配置することで実現
しており、図示するように、対向配置されたレンズ(1
) 、 (2)間に干渉膜フィルタ(3) 、 (4)
を−列に並べて配置するとともに該フィルタ(3) 、
 (4)を傾斜させ、このフィルタ(3) 、 (4)
からの反射光が、それぞれレンズ(5) 、 (6)を
通過するように構成している。また干渉膜フィルタ(3
)は波長λ、の光を反射させ、フィルタ(4)は波長λ
2の光を反射させる特性を有しているため、レンズ(1
)に波長λ1.λ2.λ、の光が入射すると、まず、フ
ィルタ(3)で波長λ、の光が反射してレンズ(5)か
ら出射し、次にフィルタ(4)で波長λ2の光が反射し
てレンズ(6)から出射し、これにより該フィルタ(4
)を通過するのは波長λ3の光のみとなるためレンズ(
2)からは該波長λ3の光が出射される。
The optical demultiplexer configuration shown in FIG. 11 is realized by utilizing this principle and arranging filters in multiple stages according to the multiplicity (however, in this case, the filter transmission center wavelengths are different). As shown in the figure, lenses (1
), (2) Interference film filter between (3), (4)
are arranged in a - column, and the filter (3),
(4) and this filter (3), (4)
The structure is such that the reflected light from the lens passes through the lenses (5) and (6), respectively. Also, interference film filter (3
) reflects light of wavelength λ, and filter (4) reflects light of wavelength λ.
The lens (1) has the property of reflecting light of 2.
) at wavelength λ1. λ2. When light of wavelength λ is incident, first, the light of wavelength λ is reflected by the filter (3) and exits from the lens (5), then the light of wavelength λ2 is reflected by the filter (4) and exits from the lens (6). ), which causes the filter (4
) only the light with wavelength λ3 passes through the lens (
2) emits light with the wavelength λ3.

こうして波長λ1.λ2.λ3の光に分波することがで
きるようになっている。
Thus the wavelength λ1. λ2. It is now possible to split the light into λ3 light.

一方、回折格子形分波器については、その代表的なもの
は第12図に示すような二次元導波路(11)の出力端
に凹面回折格子(12)を取り付けた分波器である。導
波路部(13)では、縦方向の光の閉じ込め厚さは10
0μm、一方、横方向には、円柱状の凹面回折格子(1
2)で波長に応じて集光される。この回折格子(12)
は、シリコンの選択エツチングにより製作されている。
On the other hand, a typical diffraction grating type duplexer is a duplexer in which a concave diffraction grating (12) is attached to the output end of a two-dimensional waveguide (11) as shown in FIG. In the waveguide section (13), the longitudinal light confinement thickness is 10
On the other hand, in the lateral direction, a cylindrical concave diffraction grating (1
In step 2), the light is focused according to the wavelength. This diffraction grating (12)
is fabricated by selective etching of silicon.

入射ファイバをコア径10μmのシングルモード光ファ
イバとし、出力ファイバを50/125μmのマルチモ
ードファイバとした時の分光特性を第13図に示してい
る。
FIG. 13 shows the spectral characteristics when the input fiber is a single mode optical fiber with a core diameter of 10 μm and the output fiber is a multimode fiber with a core diameter of 50/125 μm.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problem to be solved by the invention]

しかしながら上述の干渉フィルタについては、(透過)
波長が可変ではなく、多重度に応じて中心波長の異なる
多種類のフィルタを必要とし、構成が複雑となり、受発
光素子や光スィッチ等との集積化には不向きであるとい
う課題がある。
However, for the interference filter mentioned above, (transmission)
The problem is that the wavelength is not variable, and many types of filters with different center wavelengths are required depending on the degree of multiplication, resulting in a complicated configuration and being unsuitable for integration with light receiving/emitting elements, optical switches, etc.

方、凹面回折格子を用いた光分波器については、多重度
の大台な光分波器が得られるが、形状が比較的大きく、
高価であり、構造上、双方向通信には使いにくく、また
、受発光素子などとの集積化には向かないという課題が
ある。
On the other hand, an optical demultiplexer using a concave diffraction grating can provide an optical demultiplexer with a large degree of multiplicity, but the shape is relatively large and
It is expensive, difficult to use for two-way communication due to its structure, and is not suitable for integration with light-receiving and light-receiving elements.

この発明はかかる課題を解決するためになされたもので
、透過光の波長を可変にすることができ、しかも集積化
及び小型化が可能な光フィルタを得ることを目的とする
The present invention was made to solve this problem, and an object of the present invention is to obtain an optical filter that can make the wavelength of transmitted light variable, and that can be integrated and miniaturized.

〔課題を解決するための手段〕[Means to solve the problem]

この発明に係る光フィルタは、第1の電極及び半導体基
板が設けられたバッファ層と、このバッファ層に積層さ
れた多重量子井戸層と、この多重量子井戸層に積層され
、第2の電極が設けられたキャップ層と、上記各層にて
形成される光透過路におけるバッファ層及びキャップ層
の外面に設けられた半透鏡とを備え、上記各電極に、上
記各成長層からなるPIN構造に対し逆バイアスとする
電圧を印加するように構成したものである。
The optical filter according to the present invention includes a buffer layer provided with a first electrode and a semiconductor substrate, a multiple quantum well layer laminated on the buffer layer, and a second electrode laminated on the multiple quantum well layer. a buffer layer in a light transmission path formed by each of the layers, and a semi-transparent mirror provided on the outer surface of the cap layer; The structure is such that a reverse bias voltage is applied.

〔作用〕[Effect]

この発明における光フィルタは、非線形媒質を半透鏡で
挟んだいわゆるファプリーベロー共振器(又はエタロン
)構造となっているため所定波長の光を透過及び反射さ
せる光フィルタの作用をするとともに、多重量子井戸層
に電界が印加されると等偏屈折率が変化するため、共振
波長が変化する。
The optical filter in this invention has a so-called Fabry Bellows resonator (or etalon) structure in which a nonlinear medium is sandwiched between semi-transparent mirrors, so it functions as an optical filter that transmits and reflects light of a predetermined wavelength, and also functions as a multi-quantum When an electric field is applied to the well layer, the equipolarized refractive index changes, so the resonance wavelength changes.

(実施例) この発明は、小型、低価格そして他の光素子あるいは電
子素子μ多積化が可能な波長可変フィルタを実現するた
めに、n“−半導体結晶基板上に、n4−バッファ層、
多重量子井戸層(MQW層)モしてPl−キャップ層を
順次結晶成長した半導体結晶と、その両面に形成された
逆バイアス電圧印加用電極およびファプリーベロー共振
器(またはエタロン)形成のための半透鏡とを具備して
構成される点に特徴を有している。
(Embodiment) In order to realize a wavelength tunable filter that is small in size, low in cost, and capable of being multiplied with other optical devices or electronic devices, an n4-buffer layer, an n4-buffer layer,
A semiconductor crystal in which a multi-quantum well layer (MQW layer) and a Pl-cap layer are sequentially grown, electrodes for applying a reverse bias voltage formed on both sides of the semiconductor crystal, and a material for forming a Fabry bellows resonator (or etalon). It is characterized by being configured with a semi-transparent mirror.

第1図(a)〜(C)はこの発明の第1実施例を示して
おり、同図(b)に図示するように、半導体基板(22
) (例えばn4一基板)の上面側には、バッファ層(
21) (例えばn+−バッファ層)が積層され、また
このn1一基板(22)の下面側には第1の電極として
のn電極(23)が積層されている。n1バッファ層(
21)の上面側には多重量子井戸層(以下MQW層とい
う) (24)が積層され、またこのMQW層(24)
の上面側にはキャップ層(例えばP2キャップ層)(2
5)が積層され、さらに、このP“キャップ層(25)
の上面側には第2の電極としてのP電極(26)が積層
されている。(27)はこの光フィルタへの人射光であ
り、上方から入射した光は、各層(25)、 (24)
、 (21)にて形成される光透過路(28)を透過し
た後出射光(29)として下方に出射するようになって
いる。
FIGS. 1(a) to (C) show a first embodiment of the present invention, and as shown in FIG. 1(b), a semiconductor substrate (22
) (for example, an N4-substrate), a buffer layer (
21) (for example, an n+- buffer layer) is laminated, and an n electrode (23) as a first electrode is laminated on the lower surface side of this n1-substrate (22). n1 buffer layer (
21) A multiple quantum well layer (hereinafter referred to as MQW layer) (24) is laminated on the upper surface side, and this MQW layer (24)
On the top side of the cap layer (for example, P2 cap layer) (2
5) is laminated, and furthermore, this P" cap layer (25)
A P electrode (26) serving as a second electrode is laminated on the upper surface side. (27) is the human light incident on this optical filter, and the light incident from above is transmitted to each layer (25), (24).
, (21) and is emitted downward as an emitted light (29) after passing through a light transmission path (28) formed by the light transmission path (28).

光透過路(28)におけるno−バッファ層(21)の
外面にはAu/S、Nミラー等の半透鏡(30)が設け
られ、同様に光透過路(28)におけるPo−キャップ
層(25)の外面には、AU/S、Nミラー等の半透鏡
(31)が設けられている。また、各電極(23)、 
 (26)に、上記各層(25) 、 (24) 、 
(21)より構成されるPIN構造に対し逆バイアスと
する電圧を印加できるようになっている。上記半透鏡(
31)は、P電極(26)に形成された光通過のための
開口部(32)に配設され、半透鏡(30)は、n電極
(23)およびn1一基板(22)に形成された光通過
のための開口部(33)に配設されている。第1図(a
)は多重量子井戸層(24)のエネルギー帯図であり、
 (41)は量子井戸層を、(42)はバリア層を、E
Cは伝導帯の端のエネルギーを%’EVは価電子帯の端
のエネルギーを示している。第1図(c)はMQW層(
24)の構成例であり、例えば100λ以下の量子井戸
層(41)と、100λ以下のバリア層(42)とを交
互に設けた多層構造としている。
A semi-transparent mirror (30) such as an Au/S, N mirror is provided on the outer surface of the no-buffer layer (21) in the light transmission path (28), and similarly a Po-cap layer (25) in the light transmission path (28) is provided. ) is provided with a semi-transparent mirror (31) such as an AU/S or N mirror. In addition, each electrode (23),
(26), each of the above layers (25), (24),
(21) A reverse bias voltage can be applied to the PIN structure formed by (21). The semi-transparent mirror above (
31) is arranged in the opening (32) for light passage formed in the P electrode (26), and the semi-transparent mirror (30) is arranged in the N electrode (23) and the n1 substrate (22). The opening (33) is provided for the passage of light. Figure 1 (a
) is the energy band diagram of the multiple quantum well layer (24),
(41) is the quantum well layer, (42) is the barrier layer, and E
C represents the energy at the edge of the conduction band, and %'EV represents the energy at the edge of the valence band. Figure 1(c) shows the MQW layer (
24), and has a multilayer structure in which, for example, quantum well layers (41) of 100λ or less and barrier layers (42) of 100λ or less are alternately provided.

この発明の基本的構成は、第2図、第3図に示すように
、非線形媒質(51) (厚みがL)を一対の半透鏡(
52)、  (52)で挟んだいわゆるファプリーベロ
ー共振器(又はエタロン)構造であり、この作用につい
て説明する。この共振器に一方向から光を入射した時の
透過率Tは、 となる。ここでT 、、、、 F 、φは、鏡の反射率
、共振器内の吸収などで決まる。またβは共振器内の波
数である。すなわち、共振器内の屈折率をn、真空中で
の光の波長をλとすると、 β=2πn/λ          ・・・(2)であ
る。簡単のためにφ=0と仮定すると、βL=mπ(m
:整数) の時に透過率Tはピーク値をとる(共振条件)。
As shown in FIGS. 2 and 3, the basic configuration of this invention is to connect a nonlinear medium (51) (thickness L) to a pair of semi-transparent mirrors (
This is a so-called Fapley bellows resonator (or etalon) structure sandwiched between (52) and (52), and its effect will be explained. The transmittance T when light enters this resonator from one direction is as follows. Here, T , , F , and φ are determined by the reflectance of the mirror, absorption within the resonator, etc. Further, β is the wave number within the resonator. That is, when the refractive index within the resonator is n and the wavelength of light in vacuum is λ, β=2πn/λ (2). Assuming φ=0 for simplicity, βL=mπ(m
: integer) The transmittance T takes a peak value (resonance condition).

したがって、屈折率nを変えることができれば、透過さ
せる光の波長を選択することが可能となる。
Therefore, if the refractive index n can be changed, the wavelength of light to be transmitted can be selected.

次に量子井戸構造による屈折率変化の原理について説明
する。第4図(a)は通常の量子井戸構造(Flat 
Gap Quantum Well:FGQW)に電界
を印加した時のエネルギーバンド図を示し、第4図(b
)は、量子井戸内のバンドギャップが量子井戸層に垂直
な方向に一様に変化している量子井戸構造(Grade
d Gap Quantum Wall;GGQW)に
電界を印加した時のエネルギーバンド図を示す。同図(
b)中の破線は電界を印加しない場合、実線は正の電界
(図中の向きを正方向にとる)を印加した場合を示して
いる。また第5図および第6図は、FGIおよびGGQ
Wの吸収端近傍での電界による屈折率変化を計算したも
のである。ここでは^1GaAs/GaAs系の量子井
戸構造の場合について示しているが、他の材料、たとえ
ばInGaAs (P)/InP系についても木質的に
同じである。第5図は、量子井戸層の組成が、GaAs
で、量子井戸障壁層(バリア層)の組成が^lx Ga
+−1lAs(X−0,6)で、量子井戸幅Lzが1z
=100λの場合の、FGQWにおける電界による屈折
率変化Δn(電界強度はF = 40kV/c+nと8
0kV/cm)のスペクトルを示している。矢印は低エ
ネルギー側から電界強度F = 80kV/cmでのH
HI−El励起子、LHI−El励起子のエネルギー準
位であり、破線はHI3−El励起子遷移(禁制遷移)
の効果を無視した計算結果を示す。第6図は、量子井戸
層の組成がA1.xGa+−、As (×= O−0,
15)、量子井戸障壁層の組成が^lo、 6Gm0.
4AS、量子井戸幅L2がLz= 100λの場合の、
GGQWにおける電界による屈折率変化Δn(電界はF
=±60kV/cn)のスペクトルを示している。
Next, the principle of refractive index change due to the quantum well structure will be explained. Figure 4(a) shows a normal quantum well structure (Flat
Figure 4 (b) shows an energy band diagram when an electric field is applied to a Gap Quantum Well (FGQW).
) is a quantum well structure (Grade
d shows an energy band diagram when an electric field is applied to the Gap Quantum Wall (GGQW). Same figure (
The broken line in b) shows the case when no electric field is applied, and the solid line shows the case when a positive electric field (the direction in the figure is taken in the positive direction) is applied. Figures 5 and 6 also show FGI and GGQ.
This is a calculation of the refractive index change due to the electric field near the absorption edge of W. Although the case of a ^1GaAs/GaAs-based quantum well structure is shown here, other materials such as InGaAs (P)/InP-based materials are also similar in terms of wood quality. FIG. 5 shows that the composition of the quantum well layer is GaAs.
So, the composition of the quantum well barrier layer (barrier layer) is ^lx Ga
+-1lAs(X-0,6), quantum well width Lz is 1z
= 100λ, refractive index change Δn due to electric field in FGQW (electric field strength is F = 40kV/c+n and 8
0 kV/cm). The arrow indicates H at electric field strength F = 80 kV/cm from the low energy side.
The energy levels of HI-El exciton and LHI-El exciton are shown, and the dashed line is the HI3-El exciton transition (forbidden transition).
The calculation results are shown ignoring the effect of . FIG. 6 shows that the composition of the quantum well layer is A1. xGa+-, As (x=O-0,
15), the composition of the quantum well barrier layer is ^lo, 6Gm0.
4AS, when quantum well width L2 is Lz = 100λ,
The refractive index change Δn due to the electric field in GGQW (the electric field is F
= ±60 kV/cn).

矢印は低エネルギー側から電界F = −80kV/c
mでの)I)11−El励起子、LHI−El励起子の
エネルギー準位を示す。なお、HHI−Elは、重い正
孔の第1量子準位から電子の第1量子準位への励起子(
エクシトン)遷移を示し、Ll(1−Elは、軽い正孔
の第1量子準位から電子の第1量子準位への励起子遷移
を示す。上記第5図および第6図はAlGaAs/Ga
As系量子井戸構造に対しての計算結果であるが、他の
材料系、たとえばInGaAs (P) /InP系に
おいても木質的には同じである。
The arrow indicates electric field F = -80kV/c from the low energy side.
) I) Shows the energy levels of 11-El exciton and LHI-El exciton at m. In addition, HHI-El is an exciton (
(exciton) transition, and Ll (1-El represents the exciton transition from the light hole first quantum level to the electron first quantum level. Figures 5 and 6 above show the AlGaAs/Ga
Although the calculation results are for an As-based quantum well structure, the wood quality is the same for other material systems, such as the InGaAs (P) /InP system.

次に上記第1図に示す光フィルタの結晶成長および素子
作成のためのプロセスについてH1脱する。まず、有機
金属化学気相成長法(MOCVD法)又は分子線エピタ
キシー法(MBE法)等により、n+一基板(22)上
に、n+−バッファ層(21)、MQW層(24)、モ
してP+−キャップ層(25)を順次成長させる。次い
で、n“一基板(22)の裏面側(図中下面側)を鏡面
研磨して薄くした後、光取り出しのための領域を除いた
部分に逆バイアス電圧印加用のn電極(23)を形成す
るとともに、Pl−キャップ層(25)の表面側(図中
上面側)の光取り入れのための領域を除いた部分に同じ
く逆バイアス電圧印加用のP電極(26)を形成する。
Next, the process for crystal growth and element fabrication of the optical filter shown in FIG. 1 is performed after H1. First, by metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) or molecular beam epitaxy (MBE), an n+- buffer layer (21), an MQW layer (24), and Then, a P+- cap layer (25) is sequentially grown. Next, the back side (lower side in the figure) of the n'' substrate (22) is mirror-polished to make it thinner, and then an n electrode (23) for applying a reverse bias voltage is attached to the area excluding the area for light extraction. At the same time, a P electrode (26) for applying a reverse bias voltage is also formed on the surface side (top side in the figure) of the Pl-cap layer (25), excluding the area for light intake.

光取り出し領域の開口部(33)を形成するために、n
ゝ一基板(22)の裏面(図中下側面)から、該基板(
22)とn+−バッファ層(21)との界面付近まで円
筒状にエツチングする。光取り入れ領域及び光取り出し
領域の表面に、第1図(b)に示すように半透鏡(例え
ば半透膜) (31)、  (:+o)を形成する。
In order to form the opening (33) of the light extraction region, n
2. From the back side (lower side in the figure) of the board (22),
22) and the n+- buffer layer (21) in a cylindrical shape. As shown in FIG. 1(b), semi-transparent mirrors (for example, semi-transparent films) (31), (:+o) are formed on the surfaces of the light intake region and the light extraction region.

したがって動作原理としては、n電極(23)とP電i
 (2B)間に逆バイアス電圧を印加すると、14QW
層(24)に電界が印加されるため、等偏屈折率が変化
する。そのために、このMQW層(24)とP側および
n側の半透鏡(31)、  (30)によって形成され
るファプリーベローエタロン(または共振器)の共振波
長(透過する光の波長)が変化することとなる。次に使
用する材料系について一例を挙げると、入射光(27)
の波長が長波長帯のものについては下記の場合がある。
Therefore, the operating principle is that the n-electrode (23) and the p-electrode (23)
(2B) When a reverse bias voltage is applied between
Since an electric field is applied to the layer (24), the equipolar refractive index changes. Therefore, the resonant wavelength (wavelength of transmitted light) of the Fabry bellow etalon (or resonator) formed by this MQW layer (24) and the P-side and n-side semi-transparent mirrors (31) and (30) changes. I will do it. Next, to give an example of the material system used, the incident light (27)
If the wavelength of is in the long wavelength range, the following cases may apply.

(1)  ・−・n ’一基板(22) : InP(
2)  ・n ”−バッファ層(21) : InP(
3)・・・MQW層(24) ・量子井戸層(41) : InGaAs又はInGa
AsP・バリア層(42) : InP (4) ・P ”−キャップ層(25) : InP一
方、入射光(27)の波長が短波長のものについては下
記の場合がある。
(1) ---n' one substrate (22): InP (
2) ・n”-buffer layer (21): InP (
3)...MQW layer (24) - Quantum well layer (41): InGaAs or InGa
AsP/barrier layer (42): InP (4)/P''-cap layer (25): InP On the other hand, when the wavelength of the incident light (27) is short, the following may occur.

(1)  =・n ”一基板(22) : GaAS(
2)′・・・n ”−バッファ層(21) : AIG
aAs(3)・・・MQW層(24) ・量子井戸層(41) : GaAs ・バリア層(42) : AIGaAs(4) ・P 
”−キャップ層(25) : AlGaAsしたがって
、この実施例においては、透過光波長が可変となり、光
素子や電子素子との集積が可能となり、2次元アレー化
が容易に実現でき、波長多重分波光回路等のキーデバイ
スとして最適となる。また、1個のチップサイズは数百
μm角程度で、極めて小型であり、しかも、光軸調整が
それほど厳しくないという優れた効果がある。
(1) =・n ”One substrate (22): GaAS (
2)'...n''-buffer layer (21): AIG
aAs (3)...MQW layer (24) ・Quantum well layer (41): GaAs ・Barrier layer (42): AIGaAs (4) ・P
”-Cap layer (25): AlGaAs Therefore, in this embodiment, the transmitted light wavelength is variable, integration with optical devices and electronic devices is possible, two-dimensional arraying can be easily realized, and wavelength multiplexing and demultiplexing light can be realized. It is ideal as a key device for circuits, etc. Furthermore, the size of one chip is approximately several hundred μm square, which is extremely small, and has the excellent effect that optical axis adjustment is not so severe.

第7図はこの発明の第2実施例を示しており、この実施
例では半絶縁性半導体基板(62)の上面にn+−バッ
ファ層(61)を設けるとともに、該n0バッファ層(
61)の横方向突出部上面側にはn電極(63)を設け
ている。
FIG. 7 shows a second embodiment of the present invention, in which an n+- buffer layer (61) is provided on the upper surface of a semi-insulating semiconductor substrate (62), and the n0 buffer layer (
An n-electrode (63) is provided on the upper surface side of the lateral protrusion 61).

第8図はこの発明の第3実施例を示しており、上記第2
実施例に示した構成のものを一列に連続させた場合を示
している。したがって図中X−X線における断面は上記
第7図のものと同一構成となる。
FIG. 8 shows a third embodiment of the present invention, and FIG.
This shows a case in which the configurations shown in the embodiments are arranged in a row. Therefore, the cross section taken along the line XX in the figure has the same configuration as that in FIG. 7 above.

なお、上記各実施例において、光の透過方向は逆方向で
もよい。
Note that in each of the above embodiments, the light transmission direction may be reversed.

(発明の効果〕 この発明は以上説明したとおり、光フィルタを多重量子
井戸層を具備するファブリペロ−共振器の構造としたた
め、多重量子井戸層に電界を印加すると等偏屈折率が変
化して透過光の波長を変化させることができ、しかも該
光フィルタの集積化及び小型化が可能になるという効果
がある。
(Effects of the Invention) As explained above, the present invention has an optical filter having a Fabry-Perot resonator structure including a multiple quantum well layer, so that when an electric field is applied to the multiple quantum well layer, the equipolarized refractive index changes and the light is transmitted. This has the effect that the wavelength of light can be changed, and that the optical filter can be integrated and miniaturized.

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

第1図はこの発明の一実施例を示す光フィルタの断面図
、第2図は、この発明の詳細な説明するための斜視図、
第3図は同じく正面図、第4図(a)はFGQWに電界
を印加したときのエネルギーバンド図、第4図(b)は
GGQWに電界を印加したときのエネルギーバンド図、
第5図、第6図は、それぞれFGQW、 GGQWの吸
収端近傍での電界による屈折率変化のスペクトルを示す
グラフ図、第7図はこの発明の第2実施例を示す断面図
、第8図は第3実施例を示す斜視図、第9図は従来にお
ける干渉フィルタの断面図、第10図は該干渉フィルタ
の特性図、第11図は該フィルタを用いた光分波器の構
成図、第12図は回折格子形分波器の斜視図、第13図
は該分波器の特性図である。 21) 、  (at)・・・バッファ層(n+−バッ
ファ層)22)・・・半導体基板(nゝ一基板)23)
、 (63)・・・第1の電極(n電極)24)・・・
多重量子井戸層 25・・・キャップ層(Po−キャップ層)26)・・
・第2の電極(P電極) 28・・・光透過路 (30)、  (31)・・・半透鏡 (δ2)・・・半導体基板(半絶縁性半導体基板)なお
、各図中同一符号は同−又は相当部分を示す。 第 図 F□ 第 図 箪 図 REFFIACTIVE INDEX CHANGE REFRA(TIVE INDEX HANGE %】 第 図 シ皮 友[、Am] 第 図 第 図 ]3 第 図 :y+cλm]
FIG. 1 is a sectional view of an optical filter showing an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a perspective view for explaining the invention in detail,
Figure 3 is a front view, Figure 4 (a) is an energy band diagram when an electric field is applied to FGQW, Figure 4 (b) is an energy band diagram when an electric field is applied to GGQW,
5 and 6 are graphs showing spectra of changes in refractive index due to an electric field near the absorption edge of FGQW and GGQW, respectively; FIG. 7 is a cross-sectional view showing a second embodiment of the present invention; and FIG. is a perspective view showing the third embodiment, FIG. 9 is a sectional view of a conventional interference filter, FIG. 10 is a characteristic diagram of the interference filter, and FIG. 11 is a configuration diagram of an optical demultiplexer using the filter. FIG. 12 is a perspective view of a diffraction grating type duplexer, and FIG. 13 is a characteristic diagram of the duplexer. 21) , (at)...Buffer layer (n+- buffer layer) 22)...Semiconductor substrate (n-substrate) 23)
, (63)...first electrode (n electrode) 24)...
Multiple quantum well layer 25... Cap layer (Po-cap layer) 26)...
・Second electrode (P electrode) 28...Light transmission path (30), (31)...Semi-transparent mirror (δ2)...Semiconductor substrate (semi-insulating semiconductor substrate) Note that the same reference numerals are used in each figure. indicates the same or equivalent part. fig. F□ fig.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 第1の電極及び半導体基板が設けられたバッファ層と、
このバッファ層に積層された多重量子井戸層と、この多
重量子井戸層に積層され、第2の電極が設けられたキャ
ップ層と、上記各層にて形成される光透過路におけるバ
ッファ層及びキャップ層の外面に設けられた半透鏡とを
備え、上記各電極に、上記各成長層からなるPIN構造
に対し逆バイアスとする電圧を印加することを特徴とす
る光フィルタ。
a buffer layer provided with a first electrode and a semiconductor substrate;
A multiple quantum well layer laminated on this buffer layer, a cap layer laminated on this multiple quantum well layer and provided with a second electrode, and a buffer layer and a cap layer in a light transmission path formed by each of the above layers. and a semi-transparent mirror provided on the outer surface of the optical filter, wherein a voltage is applied to each of the electrodes to provide a reverse bias to the PIN structure formed of each of the growth layers.
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