JPH04237001A - 光デバイス - Google Patents
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- JPH04237001A JPH04237001A JP520891A JP520891A JPH04237001A JP H04237001 A JPH04237001 A JP H04237001A JP 520891 A JP520891 A JP 520891A JP 520891 A JP520891 A JP 520891A JP H04237001 A JPH04237001 A JP H04237001A
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- Optical Integrated Circuits (AREA)
- Semiconductor Lasers (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、外部光入出力素子と光
の入出力を行う光導波路を有する光デバイスに関し、特
に光結合損失を低減した小形で高性能な光デバイスに関
するものである。
の入出力を行う光導波路を有する光デバイスに関し、特
に光結合損失を低減した小形で高性能な光デバイスに関
するものである。
【０００２】
【従来の技術】図４および図５は従来のＩｎＧａＡｓ／
ＩｎＡｌＡｓ多重量子井戸（ＭＱＷ）光変調器の一例を
示す、それぞれ、斜視図および横断面図である。
ＩｎＡｌＡｓ多重量子井戸（ＭＱＷ）光変調器の一例を
示す、それぞれ、斜視図および横断面図である。
【０００３】図中、１はｐ側電極、２はボンディングパ
ッド、３はポリイミド層、４はｐ＋−ＩｎＧａＡｓキャ
ップ層（以下、キャップ層と略す）、５はｐ−ＩｎＡｌ
Ａｓクラッド層（以下、ｐクラッド層と略す）、６はＩ
ｎＧａＡｓ／ＩｎＡｌＡｓによるＭＱＷ層であり、光導
波路におけるコア層である。７はｎ−ＩｎＡｌＡｓクラ
ッド層（以下、ｎクラッド層と略す）、８はＩｎＰ基板
、９はｎ側電極である。
ッド、３はポリイミド層、４はｐ＋−ＩｎＧａＡｓキャ
ップ層（以下、キャップ層と略す）、５はｐ−ＩｎＡｌ
Ａｓクラッド層（以下、ｐクラッド層と略す）、６はＩ
ｎＧａＡｓ／ＩｎＡｌＡｓによるＭＱＷ層であり、光導
波路におけるコア層である。７はｎ−ＩｎＡｌＡｓクラ
ッド層（以下、ｎクラッド層と略す）、８はＩｎＰ基板
、９はｎ側電極である。
【０００４】ここで、基板８上にｎクラッド層７を配置
し、そのｎクラッド層７上にコア層６を配置する。コア
層６をｐクラッド層５で覆って、そのｐクラッド層５の
上にキャップ層４を配置する。ポリイミド層３をキャッ
プ層４と面一に設け、層３および４の上にｐ側電極１お
よびボンディングパッド２を配置する。基板８の下面に
はｎ側電極９を配置する。
し、そのｎクラッド層７上にコア層６を配置する。コア
層６をｐクラッド層５で覆って、そのｐクラッド層５の
上にキャップ層４を配置する。ポリイミド層３をキャッ
プ層４と面一に設け、層３および４の上にｐ側電極１お
よびボンディングパッド２を配置する。基板８の下面に
はｎ側電極９を配置する。
【０００５】図６は図４および図５に示した従来形光変
調器を導波する光のスポットサイズの計算結果を示す。 かかる従来構造において、ＭＱＷコア層６は７６Å厚の
ウェルと５０Å層のバリア層とからなり、コア層６の屈
折率は３．４４程度、ｐクラッド層５の屈折率は３．２
程度である。このようにコアとクラッドの屈折率差が大
きいことと、コア層６は０．１から０．４μｍ程度の厚
みであるため、導波光のスポットサイズは０．５μｍ以
下ときわめて小さい。
調器を導波する光のスポットサイズの計算結果を示す。 かかる従来構造において、ＭＱＷコア層６は７６Å厚の
ウェルと５０Å層のバリア層とからなり、コア層６の屈
折率は３．４４程度、ｐクラッド層５の屈折率は３．２
程度である。このようにコアとクラッドの屈折率差が大
きいことと、コア層６は０．１から０．４μｍ程度の厚
みであるため、導波光のスポットサイズは０．５μｍ以
下ときわめて小さい。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】そのため、このような
従来形の光変調器に単一モード光ファイバ（ＳＭＦ）で
光を結合させるあるいは光を取り出す場合には、損失が
大きかった。これを解決するために、単にコアを厚くす
れば、導波モードが多モード化してしまう。さらに、コ
アとクラッドの屈折率差を小さくするとともに、コアの
厚みを厚くしてスポットサイズを大きくすると、ＳＭＦ
との結合損失は小さくなるが、コアへの閉じ込め効率（
Γファクタ）が小さくなりすぎ、ＯＮ／ＯＦＦ比（以下
、消光比と呼ぶ）がとれなくなる。また、この場合に消
光比をとるためにコアを厚くすると、ＭＱＷコア内での
電界強度が小さくなり、駆動電圧が高くなるという欠点
があった。
従来形の光変調器に単一モード光ファイバ（ＳＭＦ）で
光を結合させるあるいは光を取り出す場合には、損失が
大きかった。これを解決するために、単にコアを厚くす
れば、導波モードが多モード化してしまう。さらに、コ
アとクラッドの屈折率差を小さくするとともに、コアの
厚みを厚くしてスポットサイズを大きくすると、ＳＭＦ
との結合損失は小さくなるが、コアへの閉じ込め効率（
Γファクタ）が小さくなりすぎ、ＯＮ／ＯＦＦ比（以下
、消光比と呼ぶ）がとれなくなる。また、この場合に消
光比をとるためにコアを厚くすると、ＭＱＷコア内での
電界強度が小さくなり、駆動電圧が高くなるという欠点
があった。
【０００７】そこで、本発明の目的は、駆動電圧や消光
比の劣化を抑えつつ、ＳＭＦなどの外部光入出力素子と
の結合損失を低減できるように適切に構成した光デバイ
スを提供することにある。
比の劣化を抑えつつ、ＳＭＦなどの外部光入出力素子と
の結合損失を低減できるように適切に構成した光デバイ
スを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために、本発明は、少なくとも光入力もしくは光出力
のための第１の光導波路および該第１の光導波路と光方
向性結合器の形態で光結合された第２の光導波路を具備
し、前記第１の光導波路のコア部の屈折率と比較して、
前記第２の光導波路のコア部の屈折率を低く設定し、か
つ前記第２の光導波路のコア部の、前記第１および第２
の光導波路の配列方向の寸法を前記第１の光導波路のコ
ア部の前記配列方向の寸法よりも大きく設定することに
より、前記第２の光導波路を伝搬する光のスポットサイ
ズが前記第１の光導波路のスポットサイズよりも大きく
なるようにするとともに、前記第１および第２の光導波
路を伝搬する光の等価屈折率がほぼ等しくなるようにし
たことを特徴とする。
るために、本発明は、少なくとも光入力もしくは光出力
のための第１の光導波路および該第１の光導波路と光方
向性結合器の形態で光結合された第２の光導波路を具備
し、前記第１の光導波路のコア部の屈折率と比較して、
前記第２の光導波路のコア部の屈折率を低く設定し、か
つ前記第２の光導波路のコア部の、前記第１および第２
の光導波路の配列方向の寸法を前記第１の光導波路のコ
ア部の前記配列方向の寸法よりも大きく設定することに
より、前記第２の光導波路を伝搬する光のスポットサイ
ズが前記第１の光導波路のスポットサイズよりも大きく
なるようにするとともに、前記第１および第２の光導波
路を伝搬する光の等価屈折率がほぼ等しくなるようにし
たことを特徴とする。
【０００９】ここで、前記第１および第２の光導波路を
構成する材料を半導体とすることができる。
構成する材料を半導体とすることができる。
【００１０】
【作用】本発明では、第１および第２の光導波路を光方
向性結合器の形態で光結合し、入出力用の第１の光導波
路のコア部の屈折率を第２の光導波路のコア部の屈折率
よりも低く、かつ第１の光導波路のコア部の厚みを第２
の光導波路のコア部の厚みよりも厚く設定することによ
り、第１の光導波路を伝搬する光のスポットサイズを大
きくして結合損失を低減するとともに、第１および第２
の光導波路を伝搬する光の等価屈折率をほぼ等しくして
いるので、第１および第２の光導波路間のパワーの移行
効率を高めることができる。
向性結合器の形態で光結合し、入出力用の第１の光導波
路のコア部の屈折率を第２の光導波路のコア部の屈折率
よりも低く、かつ第１の光導波路のコア部の厚みを第２
の光導波路のコア部の厚みよりも厚く設定することによ
り、第１の光導波路を伝搬する光のスポットサイズを大
きくして結合損失を低減するとともに、第１および第２
の光導波路を伝搬する光の等価屈折率をほぼ等しくして
いるので、第１および第２の光導波路間のパワーの移行
効率を高めることができる。
【００１１】
【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細
に説明する。
に説明する。
【００１２】図１に本発明の一実施例の横断面図を示す
。図中、１はｐ側電極、４はｐ＋ −ＩｎＧａＡｓキャ
ップ層、５はｐ−ＩｎＡｌＡｓクラッド層、６はＩｎＧ
ａＡｓ／ＩｎＡｌＡｓＭＱＷ層であり、光導波路におけ
るコア層である。８はＩｎＰ基板、９はｎ側電極である
。以上の構成は図４の従来例とほぼ同様である。
。図中、１はｐ側電極、４はｐ＋ −ＩｎＧａＡｓキャ
ップ層、５はｐ−ＩｎＡｌＡｓクラッド層、６はＩｎＧ
ａＡｓ／ＩｎＡｌＡｓＭＱＷ層であり、光導波路におけ
るコア層である。８はＩｎＰ基板、９はｎ側電極である
。以上の構成は図４の従来例とほぼ同様である。
【００１３】本実施例では、第１のコア層６と（ＩｎＧ
ａＡｓ）ｘ （ＩｎＡｌＡｓ）１−ｘ による第２のコ
ア層１１との間にｎ−ＩｎＡｌＡｓクラッド層１０を設
ける。 さらに、基板８上に（ＩｎＧａＡｓ）ｘ （ＩｎＡｌＡ
ｓ）１−ｘ による第２のクラッド層１２を設け、その
一部分を除去してコア層１１を配置する。この第２のク
ラッド層１２の上にｎクラッド層１０を配置する。ここ
で、コア層１１とクラッド層１２とではなくｘの値を変
えて、屈折率を異ならせる。
ａＡｓ）ｘ （ＩｎＡｌＡｓ）１−ｘ による第２のコ
ア層１１との間にｎ−ＩｎＡｌＡｓクラッド層１０を設
ける。 さらに、基板８上に（ＩｎＧａＡｓ）ｘ （ＩｎＡｌＡ
ｓ）１−ｘ による第２のクラッド層１２を設け、その
一部分を除去してコア層１１を配置する。この第２のク
ラッド層１２の上にｎクラッド層１０を配置する。ここ
で、コア層１１とクラッド層１２とではなくｘの値を変
えて、屈折率を異ならせる。
【００１４】ここで、クラッド層１０および１２とコア
層１１とが光入出力用の第１の光導波路を構成し、クラ
ッド層５および１０とコア層６とが第１の光導波路と光
結合器の形態で光結合された第２の光導波路を構成する
。
層１１とが光入出力用の第１の光導波路を構成し、クラ
ッド層５および１０とコア層６とが第１の光導波路と光
結合器の形態で光結合された第２の光導波路を構成する
。
【００１５】図２は、図１に示した本発明の１実施例の
深さ方向における屈折率分布を示している。
深さ方向における屈折率分布を示している。
【００１６】この光変調器の動作について説明する。Ｓ
ＭＦからの入射光は第２のコア層１１に入射する。図２
に示したように、第２のコア層１１の屈折率を下げると
ともに、第２のコア層１１とその上下のクラッド層１０
および１２との屈折率差△ｎを小さくしておけば、第２
のコア層１１を伝搬する導波光のスポットサイズは大き
くなり、外部の入力用ＳＭＦとの結合損失を小さくでき
る。
ＭＦからの入射光は第２のコア層１１に入射する。図２
に示したように、第２のコア層１１の屈折率を下げると
ともに、第２のコア層１１とその上下のクラッド層１０
および１２との屈折率差△ｎを小さくしておけば、第２
のコア層１１を伝搬する導波光のスポットサイズは大き
くなり、外部の入力用ＳＭＦとの結合損失を小さくでき
る。
【００１７】また、図２に示したように、屈折率の高い
ＭＱＷコア層６の厚みを第２のコア層１１の厚みよりも
薄くすることにより、ＭＱＷコア層６を伝搬する導波光
の等価屈折率と、屈折率が低く厚みが厚い第２のコア層
１１の等価屈折率とを等しくすることができ、第２のコ
ア層１１から第１のコア層６へのパワー移行効率を高く
することができる。
ＭＱＷコア層６の厚みを第２のコア層１１の厚みよりも
薄くすることにより、ＭＱＷコア層６を伝搬する導波光
の等価屈折率と、屈折率が低く厚みが厚い第２のコア層
１１の等価屈折率とを等しくすることができ、第２のコ
ア層１１から第１のコア層６へのパワー移行効率を高く
することができる。
【００１８】第２のコア層１１を伝搬する光は完全結合
長の長さでＭＱＷコア層６に乗り移るが、ｐ側に負の電
圧、即ち逆バイアスを印加しておくことにより、ＭＱＷ
コアを伝搬する光は量子閉じ込めシュタルク効果（ＱＣ
ＳＥ）により、吸収される。光結合部の長さＬを完全結
合長にしておくことにより、電圧を印加しない場合には
、図１に示すように、再度、第２のコア層１１に光は乗
り移り、外部のＳＭＦへ結合される。その結果、低損失
な光変調器を実現できる。
長の長さでＭＱＷコア層６に乗り移るが、ｐ側に負の電
圧、即ち逆バイアスを印加しておくことにより、ＭＱＷ
コアを伝搬する光は量子閉じ込めシュタルク効果（ＱＣ
ＳＥ）により、吸収される。光結合部の長さＬを完全結
合長にしておくことにより、電圧を印加しない場合には
、図１に示すように、再度、第２のコア層１１に光は乗
り移り、外部のＳＭＦへ結合される。その結果、低損失
な光変調器を実現できる。
【００１９】なお、第２のコア層１１としてＩｎＧａＡ
ｌＡｓ等のような４元材料を用いることにより、第２の
コア層１１の屈折率を設定できるし、ｐ側のクラッド層
とｎ側のクラッド層の屈折率を独立に、もしくは同時に
設定できる。
ｌＡｓ等のような４元材料を用いることにより、第２の
コア層１１の屈折率を設定できるし、ｐ側のクラッド層
とｎ側のクラッド層の屈折率を独立に、もしくは同時に
設定できる。
【００２０】図３は本発明の第２の実施例であり、ここ
では、第２のコア層１１をＭＱＷコア層６よりも上に配
置する。すなわち、基板８上にｎクラッド層１０，第１
のコア層６およびｐクラッド層５をこの順序で配置する
。このｐクラッド層５の一部分を除去して、第２のコア
層１１を配置する。ｐクラッド層５の上にキャップ層４
を配置すると共に、第２のコア層１１の上に第２のクラ
ッド層１２を配置する。さらに、キャッブ層４の上にｐ
側電極１を配置する。
では、第２のコア層１１をＭＱＷコア層６よりも上に配
置する。すなわち、基板８上にｎクラッド層１０，第１
のコア層６およびｐクラッド層５をこの順序で配置する
。このｐクラッド層５の一部分を除去して、第２のコア
層１１を配置する。ｐクラッド層５の上にキャップ層４
を配置すると共に、第２のコア層１１の上に第２のクラ
ッド層１２を配置する。さらに、キャッブ層４の上にｐ
側電極１を配置する。
【００２１】以上では、厚み方向の方向性結合器につい
て本発明を説明したが、本発明は横方向の方向性結合器
についても適用できる。
て本発明を説明したが、本発明は横方向の方向性結合器
についても適用できる。
【００２２】すなわち、本発明では、第１の光導波路の
コア層１１の、第１および第２の光導波路の配列方向の
寸法（たとえば厚さまたは幅）を、第２の光導波路のコ
ア層６のかかる配列方向の寸法（同じく厚さまたは幅）
よりも大きくすることで、厚み方向または横方向のいず
れの方向性結合器にも本発明を適用することができる。
コア層１１の、第１および第２の光導波路の配列方向の
寸法（たとえば厚さまたは幅）を、第２の光導波路のコ
ア層６のかかる配列方向の寸法（同じく厚さまたは幅）
よりも大きくすることで、厚み方向または横方向のいず
れの方向性結合器にも本発明を適用することができる。
【００２３】また、以上では、本発明を光変調器の場合
について説明したが、本発明は、半導体増幅器の光入出
力部、あるいは半導体レーザの光出力部にも適用可能で
あることももちろんである。
について説明したが、本発明は、半導体増幅器の光入出
力部、あるいは半導体レーザの光出力部にも適用可能で
あることももちろんである。
【００２４】さらにまた、本発明は半導体導波路デバイ
スのみでなく、石英系等の誘電体導波路等にも適用でき
る。つまり、例えば、屈折率の高いコアにより平面内に
リング共振器等を設け、これと結合する光導波路の屈折
率を低くかつコアの大きさを大きくしておくことにより
、単一モード光ファイバとの結合損失を低減できる。
スのみでなく、石英系等の誘電体導波路等にも適用でき
る。つまり、例えば、屈折率の高いコアにより平面内に
リング共振器等を設け、これと結合する光導波路の屈折
率を低くかつコアの大きさを大きくしておくことにより
、単一モード光ファイバとの結合損失を低減できる。
【００２５】
【発明の効果】以上、説明したように、本発明では、一
方の入出力用の光導波路のコア部の屈折率を他方の光導
波路のコア部の屈折率よりも低く設定し、かつかかる一
方の光導波路のコア部の厚みを厚く設定した方向性結合
器部を設けることにより、入出力用の光導波路のスポッ
トサイズを大きくすることができる。さらに、２本の光
導波路を伝搬する光の等価屈折率をほぼ等しくすること
によって、光導波路間のパワーの移行効率を高めること
ができる。従って、光変調部における伝搬モード、駆動
電圧、消光特性を変えることなしに、単一モード光ファ
イバなどの光入出力素子との低損失な結合が可能である
。
方の入出力用の光導波路のコア部の屈折率を他方の光導
波路のコア部の屈折率よりも低く設定し、かつかかる一
方の光導波路のコア部の厚みを厚く設定した方向性結合
器部を設けることにより、入出力用の光導波路のスポッ
トサイズを大きくすることができる。さらに、２本の光
導波路を伝搬する光の等価屈折率をほぼ等しくすること
によって、光導波路間のパワーの移行効率を高めること
ができる。従って、光変調部における伝搬モード、駆動
電圧、消光特性を変えることなしに、単一モード光ファ
イバなどの光入出力素子との低損失な結合が可能である
。
【図１】本発明の実施例の横断面図である。
【図２】本発明の第１の実施例における屈折率分布図で
ある。
ある。
【図３】本発明の第２の実施例の横断面図である。
【図４】従来形ＭＱＷ光変調器の斜視図である。
【図５】従来形光変調器の横断面図である。
【図６】従来形ＭＱＷ光変調器のスポットサイズの説明
図である。
図である。
１ ｐ側電極
２ ボンディングパッド
３ ポリイミド
４ ｐ＋ −ＩｎＧａＡｓキャップ層５ ｐ−Ｉｎ
ＡｌＡｓクラッド層 ６ ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＡｌＡｓＭＱＷ層７ ｎ−
ＩｎＡｌＡｓクラッド層 ８ ＩｎＰ基板 ９ ｎ側電極 １０ ｎクラッド層 １１ 第２のコア層 １２ 第２のクラッド層
ＡｌＡｓクラッド層 ６ ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＡｌＡｓＭＱＷ層７ ｎ−
ＩｎＡｌＡｓクラッド層 ８ ＩｎＰ基板 ９ ｎ側電極 １０ ｎクラッド層 １１ 第２のコア層 １２ 第２のクラッド層
Claims (2)
- 【請求項１】 少なくとも光入力もしくは光出力のた
めの第１の光導波路および該第１の光導波路と光方向性
結合器の形態で光結合された第２の光導波路を具備し、
前記第１の光導波路のコア部の屈折率と比較して、前記
第２の光導波路のコア部の屈折率を低く設定し、かつ前
記第２の光導波路のコア部の、前記第１および第２の光
導波路の配列方向の寸法を前記第１の光導波路のコア部
の前記配列方向の寸法よりも大きく設定することにより
、前記第２の光導波路を伝搬する光のスポットサイズが
前記第１の光導波路のスポットサイズよりも大きくなる
ようにするとともに、前記第１および第２の光導波路を
伝搬する光の等価屈折率がほぼ等しくなるようにしたこ
とを特徴とする光デバイス。 - 【請求項２】 請求項１に記載の光デバイスにおいて
、前記第１および第２の光導波路を構成する材料を半導
体としたことを特徴とする光デバイス。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP520891A JPH04237001A (ja) | 1991-01-21 | 1991-01-21 | 光デバイス |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP520891A JPH04237001A (ja) | 1991-01-21 | 1991-01-21 | 光デバイス |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04237001A true JPH04237001A (ja) | 1992-08-25 |
Family
ID=11604777
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP520891A Pending JPH04237001A (ja) | 1991-01-21 | 1991-01-21 | 光デバイス |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04237001A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009088532A (ja) * | 2007-09-28 | 2009-04-23 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | 導波体を備えるエッジ発光型半導体レーザ |
| JP2013138156A (ja) * | 2011-12-28 | 2013-07-11 | Fujitsu Ltd | 半導体レーザ及びその製造方法 |
| JP2020166050A (ja) * | 2019-03-28 | 2020-10-08 | 住友大阪セメント株式会社 | 光制御素子 |
-
1991
- 1991-01-21 JP JP520891A patent/JPH04237001A/ja active Pending
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