JPH04263214A - Semiconductor optical waveguide controller - Google Patents

Semiconductor optical waveguide controller

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JPH04263214A
JPH04263214A JP2335291A JP2335291A JPH04263214A JP H04263214 A JPH04263214 A JP H04263214A JP 2335291 A JP2335291 A JP 2335291A JP 2335291 A JP2335291 A JP 2335291A JP H04263214 A JPH04263214 A JP H04263214A
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JP
Japan
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semiconductor layer
optical waveguide
semiconductor
control device
quantum well
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Withdrawn
Application number
JP2335291A
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Japanese (ja)
Inventor
Haruhiko Tabuchi
晴彦 田淵
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Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To obtain the optical waveguide semiconductor controller which consumes less electric power and allows high-speed operations without etching the semiconductor layers with the semiconductor optical waveguide controller which forms an optical waveguide by controlling the optical waveguide characteristics of the semiconductor. CONSTITUTION:The multiple quantum well semiconductor layer 3 alternately laminated with the two semiconductor layers varying in band gap energy is held by the 1st semiconductor layer 1 and the 2nd semiconductor layer 2 to form double hetero-junctions. Two band-shaped upper electrodes 41, 42 are formed apart a spacing 44 atop the 1st semiconductor layer 1. Two band-shaped lower electrodes 51, 52 are formed apart a spacing 54 on the rear surface of the 2nd semiconductor layer 2. A voltage source 7 is connected to the upper electrodes 41, 42 and the lower electrodes 51, 52 to constitute the controller in such a manner that electric fields are impressed to the multiple quantum well semiconductor layer 3.

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

【0001】0001

【産業上の利用分野】本発明は半導体の光導波特性を制
御して光導波路を形成する半導体光導波制御装置に関す
る。通常の半導体素子を集積化した集積回路の場合と同
様に、光素子の場合にも光素子をチップ上に集積化した
光集積回路を形成することにより性能を向上させること
が可能である。光集積回路を形成する場合には、通常の
集積回路における金属配線に相当する光の配線である光
導波路を形成する必要がある。光集積回路における光導
波路としては、半導体層に加工を施すことなく容易に形
成でき、しかもレーザや受光素子等の光素子と容易に集
積化できることが必要である。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor optical waveguide control device for forming an optical waveguide by controlling the optical waveguide characteristics of a semiconductor. As in the case of integrated circuits in which ordinary semiconductor elements are integrated, the performance of optical devices can be improved by forming optical integrated circuits in which optical elements are integrated on a chip. When forming an optical integrated circuit, it is necessary to form an optical waveguide, which is an optical wiring corresponding to the metal wiring in a normal integrated circuit. An optical waveguide in an optical integrated circuit must be easily formed without processing a semiconductor layer, and must also be easily integrated with an optical element such as a laser or a light-receiving element.

【0002】0002

【従来の技術】光集積回路に光導波路を形成するための
従来の方法を図22を用いて説明する。同図(a) は
光集積回路の断面図、同図(b) はX−X′線に沿っ
た屈折率分布を示すグラフ、同図(c) はY−Y′線
に沿った屈折率分布を示すグラフである。この光集積回
路においては、図22(a) に示すように、半導体層
301と半導体層302により異種の半導体層303を
挟んでダブルヘテロ接合が形成されている。半導体層3
03に光導波路を形成するために半導体層301の上面
に幅aの帯状の凸部306が形成されている。半導体層
301に凸部306を形成すると、図22(b) (c
) に示すように、半導体層301の凸部306直下の
中央部分308の屈折率が周囲の部分の屈折率よりも大
きくなる。光は屈折率が大きい部分に閉じ込められるた
め、半導体層303の凸部306直下に幅a、厚さbの
光導波路が形成される。
2. Description of the Related Art A conventional method for forming an optical waveguide in an optical integrated circuit will be explained with reference to FIG. Figure (a) is a cross-sectional view of an optical integrated circuit, figure (b) is a graph showing the refractive index distribution along the line X-X', and figure (c) is a graph showing the refractive index distribution along the line Y-Y'. It is a graph showing distribution. In this optical integrated circuit, as shown in FIG. 22(a), a double heterojunction is formed between a semiconductor layer 301 and a semiconductor layer 302 with a different type of semiconductor layer 303 sandwiched therebetween. semiconductor layer 3
A band-shaped convex portion 306 having a width a is formed on the upper surface of the semiconductor layer 301 in order to form an optical waveguide in the semiconductor layer 301 . When the convex portion 306 is formed in the semiconductor layer 301, the structure shown in FIG.
), the refractive index of the central portion 308 directly below the convex portion 306 of the semiconductor layer 301 is greater than the refractive index of the surrounding portions. Since light is confined in a portion with a high refractive index, an optical waveguide with a width a and a thickness b is formed directly under the convex portion 306 of the semiconductor layer 303.

【0003】しかしながら、図22の示す従来の方法で
は、厚く形成した半導体層301をエッチングすること
により帯状の凸部306を形成するようにしているため
、次のような問題があった。半導体層301には結晶方
位があるため、光導波路の方向が半導体層301の結晶
方位と異なると凸部306の断面形状が異なってしまう
。すなわち、図23(a) の平面図に示すように、半
導体層301上に屈折した凸部306を形成すると、A
−A′線方向では図23(b) に示すように、上側が
狭く下側が広いテーパ状の凸部306となるが、B−B
′線方向では図23(c) に示すように、上側が広く
下側が狭い逆テーパ状の凸部306となる。このため、
光導波路の方向により光導波路の幅や形状が異なり、光
導波路における損失が大きくなるという問題があった。
However, in the conventional method shown in FIG. 22, the belt-shaped protrusions 306 are formed by etching the thickly formed semiconductor layer 301, which causes the following problems. Since the semiconductor layer 301 has a crystal orientation, if the direction of the optical waveguide differs from the crystal orientation of the semiconductor layer 301, the cross-sectional shape of the convex portion 306 will differ. That is, as shown in the plan view of FIG. 23(a), when a bent convex portion 306 is formed on the semiconductor layer 301, A
In the direction of -A' line, as shown in FIG. 23(b), there is a tapered convex portion 306 that is narrow at the top and wide at the bottom;
In the direction of the line ', as shown in FIG. 23(c), the convex portion 306 has a reverse tapered shape and is wide on the upper side and narrow on the lower side. For this reason,
There is a problem in that the width and shape of the optical waveguide differ depending on the direction of the optical waveguide, and the loss in the optical waveguide becomes large.

【0004】また、半導体層301のエッチングされた
面は細かい凹凸があり、エッチングされていない面に比
べて化学的に活性である。そのため、エッチング面は酸
化等が進行しやすく光集積回路の信頼性を低下させる原
因となる虞れがあるという問題があった。図22(a)
 に示すように、半導体層301のエッチング面と光導
波路を構成する半導体層303が接近しているような場
合は、化学的に活性であるエッチング面の影響を特に受
けやすいという問題があった。
Furthermore, the etched surface of the semiconductor layer 301 has fine irregularities and is more chemically active than the unetched surface. Therefore, there is a problem in that the etched surface is prone to oxidation and the like, which may cause a decrease in the reliability of the optical integrated circuit. Figure 22(a)
As shown in FIG. 2, when the etched surface of the semiconductor layer 301 and the semiconductor layer 303 constituting the optical waveguide are close to each other, there is a problem in that the etched surface is particularly susceptible to the effects of the chemically active etched surface.

【0005】このような問題を解決するため、半導体層
をエッチング加工することなく光導波路を形成する方法
が本願発明者により提案されている。その提案された方
法を図24を用いて説明する。同図(a) は光集積回
路の断面図、同図(b) はX−X′線に沿った電流密
度分布を示すグラフ、同図(c) はX−X′線に沿っ
た屈折率分布を示すグラフである。
In order to solve these problems, the inventor of the present invention has proposed a method of forming an optical waveguide without etching the semiconductor layer. The proposed method will be explained using FIG. 24. Figure (a) is a cross-sectional view of an optical integrated circuit, Figure (b) is a graph showing the current density distribution along the line X-X', and Figure (c) is a graph showing the refractive index along the line X-X'. It is a graph showing distribution.

【0006】この光集積回路においては、図24(a)
 に示すように、半導体層301と半導体層302によ
り異種の半導体層303を挟んでpnダブルヘテロ接合
が形成されている。半導体層301上面には、間隔wの
間隙を隔てて幅dの帯状の上部電極304が形成され、
半導体層302下面には全面に下部電極305が形成さ
れている。上部電極304と下部電極305間に順方向
の電圧を印加して電流を注入すると、半導体層303の
電流密度は、図24(b) に示すように、上部電極3
04直下では高くなり、2つの上部電極304間では低
くなる。 このため、半導体層303の中央部分309の屈折率が
周囲の部分の屈折率より相対的に大きくなる。光は屈折
率が大きい部分に閉じ込められるため、半導体層303
の中央部分309に幅wの光導波路が形成される。
In this optical integrated circuit, FIG. 24(a)
As shown in the figure, a pn double heterojunction is formed between a semiconductor layer 301 and a semiconductor layer 302 with a different type of semiconductor layer 303 sandwiched therebetween. A strip-shaped upper electrode 304 having a width d is formed on the upper surface of the semiconductor layer 301 with a gap w in between.
A lower electrode 305 is formed on the entire lower surface of the semiconductor layer 302. When a forward voltage is applied between the upper electrode 304 and the lower electrode 305 and a current is injected, the current density of the semiconductor layer 303 changes as shown in FIG. 24(b).
It is high immediately below 04, and low between the two upper electrodes 304. Therefore, the refractive index of the central portion 309 of the semiconductor layer 303 becomes relatively larger than the refractive index of the surrounding portions. Since light is confined in a portion with a large refractive index, the semiconductor layer 303
An optical waveguide having a width w is formed in the central portion 309 of the waveguide.

【0007】しかしながら、この提案された方法ではp
n接合に比較的大きな順方向電流を流すことにより光導
波路を形成するようにしているため、消費電力と発熱が
大きくなる。消費電力が大きいため高速動作が困難であ
ると共に、発熱による素子の接合の温度上昇のため、集
積化される受光及び発光素子の素子効率を悪化させると
いう問題があった。
However, in this proposed method, p
Since the optical waveguide is formed by passing a relatively large forward current through the n-junction, power consumption and heat generation increase. High power consumption makes high-speed operation difficult, and there is a problem in that the temperature of the junction of the elements increases due to heat generation, which deteriorates the efficiency of the integrated light-receiving and light-emitting elements.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】このように、従来の光
導波路の形成方法では、半導体層をエッチング加工する
ため、光導波路の幅や形状が半導体層の結晶方位に依存
し、均一形状の光導波路が形成することが困難であると
共に、化学的に活性なエッチング面により劣化しやすく
信頼性を低下させるという問題があった。
[Problems to be Solved by the Invention] As described above, in the conventional method of forming an optical waveguide, since the semiconductor layer is etched, the width and shape of the optical waveguide depend on the crystal orientation of the semiconductor layer. There is a problem in that it is difficult to form a wave path, and the chemically active etched surface easily deteriorates, reducing reliability.

【0009】また、提案された光導波路の形成方法では
、半導体層に電流を流すため、消費電力が大きくなると
共に、発熱量を大きくなり高速動作が困難であり、光素
子の受光及び発光効率を悪化させるという問題があった
本発明の目的は、半導体層をエッチング加工することな
く、消費電力が小さく高速動作可能な半導体光導波制御
装置を提供することにある。
In addition, in the proposed method for forming an optical waveguide, since current is passed through the semiconductor layer, power consumption and heat generation increase, making high-speed operation difficult and reducing the light receiving and light emitting efficiency of the optical device. The object of the present invention is to provide a semiconductor optical waveguide control device that consumes less power and can operate at high speed without etching the semiconductor layer.

【0010】0010

【課題を解決するための手段】本発明の原理を図1乃至
図8を用いて説明する。本発明(請求項1)による半導
体光導波制御装置を図1に示す。同図(a) は半導体
光導波制御装置の斜視図、同図(b) はX−X′線に
沿った屈折率分布を示すグラフ、同図(c) はY−Y
′線に沿った屈折率分布を示すグラフである。
[Means for Solving the Problems] The principle of the present invention will be explained using FIGS. 1 to 8. A semiconductor optical waveguide control device according to the present invention (claim 1) is shown in FIG. Figure (a) is a perspective view of a semiconductor optical waveguide control device, figure (b) is a graph showing the refractive index distribution along the X-X' line, and figure (c) is a graph showing the refractive index distribution along the line X-X'.
FIG.

【0011】本発明(請求項1)による半導体光導波制
御装置では、バンドギャップエネルギの異なる2つの半
導体層を交互に積層した厚さhの多重量子井戸半導体層
3を第1の半導体層1と第2の半導体層2により挟んで
ダブルヘテロ接合を形成し、第1の半導体層1上面に間
隔wの間隙44を隔てて幅Aの帯状の2つの上部電極4
1、42を形成し、第2の半導体層2下面に間隔wの間
隙54を隔てて幅Aの帯状の2つの下部電極51、52
を形成している。上部電極41、42と下部電極51、
52に電圧源7を接続し、多重量子井戸半導体層3に電
界を印加する。
In the semiconductor optical waveguide control device according to the present invention (claim 1), the first semiconductor layer 1 and the multi-quantum well semiconductor layer 3 having a thickness h, which are formed by alternately laminating two semiconductor layers having different band gap energies, are used. Two band-shaped upper electrodes 4 having a width A are sandwiched between the second semiconductor layers 2 to form a double heterojunction, and are separated by a gap 44 of a distance w on the upper surface of the first semiconductor layer 1.
1 and 42, and two strip-shaped lower electrodes 51 and 52 with a width A are formed on the lower surface of the second semiconductor layer 2 with a gap 54 of a distance w between them.
is formed. upper electrodes 41, 42 and lower electrode 51,
A voltage source 7 is connected to the terminal 52 to apply an electric field to the multi-quantum well semiconductor layer 3 .

【0012】ここで被制御光には多重量子井戸半導体層
3に電界を印加すると屈折率が低くなる波長の光を選択
する。上部電極41、42と下部電極51、52間に電
圧を印加することにより、図1(b) に示すように、
間隙44と間隙54に対応する多重量子井戸半導体層3
の中央部分6の屈折率を高くして幅w、厚さhの光導波
路を形成する。
Here, light having a wavelength whose refractive index decreases when an electric field is applied to the multi-quantum well semiconductor layer 3 is selected as the light to be controlled. By applying a voltage between the upper electrodes 41, 42 and the lower electrodes 51, 52, as shown in FIG. 1(b),
Multi-quantum well semiconductor layer 3 corresponding to the gap 44 and the gap 54
The refractive index of the central portion 6 is increased to form an optical waveguide having a width w and a thickness h.

【0013】なお、下部電極51、52を分離せず間隙
54の部分にも下部電極を形成してもよい。また、半導
体層2を電気伝導率が高い材料で形成して全面に形成さ
れた下部電極として機能させてもよい。本発明(請求項
2)による半導体光導波制御装置を図2に示す。同図(
a) は半導体光導波制御装置の斜視図、同図(b) 
はX−X′線に沿った屈折率分布を示すグラフ、同図(
c) はY−Y′線に沿った屈折率分布を示すグラフで
ある。
Note that the lower electrodes may be formed in the gap 54 without separating the lower electrodes 51 and 52. Alternatively, the semiconductor layer 2 may be formed of a material with high electrical conductivity to function as a lower electrode formed over the entire surface. A semiconductor optical waveguide control device according to the present invention (claim 2) is shown in FIG. Same figure (
(a) is a perspective view of the semiconductor optical waveguide control device, and (b) is a perspective view of the semiconductor optical waveguide control device.
is a graph showing the refractive index distribution along the line X-X';
c) is a graph showing the refractive index distribution along the Y-Y' line.

【0014】本発明(請求項2)による半導体光導波制
御装置では、バンドギャップエネルギの異なる2つの半
導体層を交互に積層した多重量子井戸半導体層3を第1
の半導体層1と第2の半導体層2により挟んでダブルヘ
テロ接合を形成し、第1の半導体層1上面に幅wの帯状
の上部電極43を形成し、第2の半導体層2下面に幅w
の帯状の2つの下部電極53を形成している。上部電極
43と下部電極53に電圧源7を接続し、多重量子井戸
半導体層3に電界を印加する。
In the semiconductor optical waveguide control device according to the present invention (claim 2), a multi-quantum well semiconductor layer 3 in which two semiconductor layers having different band gap energies are alternately laminated is used as a first layer.
A double heterojunction is formed by sandwiching the semiconductor layer 1 and the second semiconductor layer 2, and a strip-shaped upper electrode 43 with a width w is formed on the upper surface of the first semiconductor layer 1, and a strip-shaped upper electrode 43 with a width w is formed on the lower surface of the second semiconductor layer 2. lol
Two band-shaped lower electrodes 53 are formed. A voltage source 7 is connected to the upper electrode 43 and the lower electrode 53, and an electric field is applied to the multiple quantum well semiconductor layer 3.

【0015】ここで被制御光には多重量子井戸半導体層
3に電界を印加すると屈折率が高くなる波長の光を選択
する。上部電極43と下部電極53間に電圧を印加する
ことにより、図2(b) に示すように、上部電極43
と下部電極53に対応する多重量子井戸半導体層3の中
央部分6の屈折率を高くして光導波路を形成する。なお
、下部電極53は上部電極43に対応する部分を含んで
いれば幅wより広くてもよい。
Here, light having a wavelength whose refractive index increases when an electric field is applied to the multi-quantum well semiconductor layer 3 is selected as the light to be controlled. By applying a voltage between the upper electrode 43 and the lower electrode 53, the upper electrode 43
The refractive index of the central portion 6 of the multi-quantum well semiconductor layer 3 corresponding to the lower electrode 53 is increased to form an optical waveguide. Note that the lower electrode 53 may be wider than the width w as long as it includes a portion corresponding to the upper electrode 43.

【0016】本発明(請求項3)による半導体光導波制
御装置を図3に示す。同図(a) は半導体光導波制御
装置の斜視図、同図(b) はX−X′線に沿った屈折
率分布を示すグラフ、同図(c) はY−Y′線に沿っ
た屈折率分布を示すグラフである。本発明(請求項3)
による半導体光導波制御装置の基本構造は、請求項1に
記載の本発明による半導体光導波制御装置と同じである
が、多重量子井戸半導体層3に予め屈折率分布が作り付
けになっている点に特徴がある。すなわち、図3(b)
 に示すように、電圧が印加されていない状態で多重量
子井戸半導体層3の中央部分6の屈折率を周囲の部分の
屈折率より低くなるようにしておく。このようにするこ
とにより、電界を印加すると屈折率が高くなる波長の光
を被制御光に選択して、上部電極41、42と下部電極
51、52間に電圧を印加することにより、図3(b)
 に示すように、間隙44と間隙54に対応する多重量
子井戸半導体層3の中央部分6の屈折率を高くして光導
波路を形成することができる。
A semiconductor optical waveguide control device according to the present invention (claim 3) is shown in FIG. Figure (a) is a perspective view of a semiconductor optical waveguide control device, Figure (b) is a graph showing the refractive index distribution along the line X-X', and Figure (c) is a graph showing the refractive index distribution along the line Y-Y'. It is a graph showing refractive index distribution. The present invention (Claim 3)
The basic structure of the semiconductor optical waveguide control device according to the present invention is the same as that of the semiconductor optical waveguide control device according to the present invention described in claim 1, except that a refractive index distribution is built in in advance in the multi-quantum well semiconductor layer 3. It has characteristics. That is, FIG. 3(b)
As shown in FIG. 2, the refractive index of the central portion 6 of the multi-quantum well semiconductor layer 3 is set to be lower than the refractive index of the surrounding portions when no voltage is applied. By doing so, by selecting light with a wavelength that increases the refractive index when an electric field is applied as the controlled light and applying a voltage between the upper electrodes 41 and 42 and the lower electrodes 51 and 52, as shown in FIG. (b)
As shown in FIG. 2, an optical waveguide can be formed by increasing the refractive index of the central portion 6 of the multi-quantum well semiconductor layer 3 corresponding to the gaps 44 and 54.

【0017】なお、多重量子井戸半導体層3に予め作る
つけておく屈折率分布のステップの大きさは1%より小
さいことが望ましい。本発明(請求項4)による半導体
光導波制御装置を図4に示す。同図(a) は半導体光
導波制御装置の斜視図、同図(b) はX−X′線に沿
った屈折率分布を示すグラフ、同図(c) はY−Y′
線に沿った屈折率分布を示すグラフである。
It is preferable that the step size of the refractive index distribution formed in advance in the multi-quantum well semiconductor layer 3 is smaller than 1%. A semiconductor optical waveguide control device according to the present invention (claim 4) is shown in FIG. Figure (a) is a perspective view of a semiconductor optical waveguide control device, figure (b) is a graph showing the refractive index distribution along the line X-X', and figure (c) is a graph showing the refractive index distribution along the line Y-Y'.
It is a graph showing refractive index distribution along a line.

【0018】本発明(請求項4)による半導体光導波制
御装置の基本構造は、請求項2に記載の本発明による半
導体光導波制御装置と同じであるが、多重量子井戸半導
体層3に予め屈折率分布が作り付けになっている点に特
徴がある。すなわち、図4(b) に示すように、電圧
が印加されていない状態で多重量子井戸半導体層3の中
央部分6の屈折率を周囲の部分の屈折率より高くなるよ
うにしておく。このようにすることにより、電界を印加
すると屈折率が低くなる波長の光を被制御光に選択して
、上部電極43と下部電極53間に電圧を印加すること
により、図4(b) に示すように、間隙44と間隙5
4に対応する多重量子井戸半導体層3の中央部分6の屈
折率を低くして光導波しないように制御することができ
る。
The basic structure of the semiconductor optical waveguide control device according to the present invention (claim 4) is the same as that of the semiconductor optical waveguide control device according to the present invention described in claim 2, but the multi-quantum well semiconductor layer 3 is The feature is that the rate distribution is built-in. That is, as shown in FIG. 4(b), the refractive index of the central portion 6 of the multi-quantum well semiconductor layer 3 is set to be higher than the refractive index of the surrounding portions when no voltage is applied. By doing this, by selecting light with a wavelength whose refractive index decreases when an electric field is applied as the controlled light, and applying a voltage between the upper electrode 43 and the lower electrode 53, as shown in FIG. 4(b). As shown, gaps 44 and 5
By lowering the refractive index of the central portion 6 of the multi-quantum well semiconductor layer 3 corresponding to 4, it is possible to control the central portion 6 so as not to guide light.

【0019】なお、多重量子井戸半導体層3に予め作る
つけておく屈折率分布のステップの大きさは1%より小
さいことが望ましい。本発明(請求項5)による半導体
光導波制御装置を図5に示す。同図(a) は半導体光
導波制御装置の斜視図、同図(b) はY−Y′線に沿
った屈折率分布を示すグラフである。
It is preferable that the step size of the refractive index distribution formed in advance in the multi-quantum well semiconductor layer 3 is smaller than 1%. A semiconductor optical waveguide control device according to the present invention (claim 5) is shown in FIG. FIG. 4(a) is a perspective view of a semiconductor optical waveguide control device, and FIG. 1(b) is a graph showing the refractive index distribution along the Y-Y' line.

【0020】本発明(請求項5)による半導体光導波制
御装置では、バンドギャップエネルギの異なる2つの半
導体層を交互に積層した多重量子井戸半導体層3を第1
の半導体層1と第2の半導体層2により挟んでダブルヘ
テロ接合を形成し、第1の半導体層1上面に間隔wの間
隙44を隔てて帯状の2つの上部電極41、42を形成
し、その間隙44の部分に帯状の上部電極45をさらに
形成し、第2の半導体層2下面に間隔wの間隙54を隔
てて帯状の2つの下部電極51、52を形成し、その間
隙54の部分に帯状の下部電極55をさらに形成してい
る。上部電極41、42と下部電極51、52に電圧源
701を接続し、上部電極45と下部電極55に電圧源
702を接続し、多重量子井戸半導体層3に電界を印加
する。
In the semiconductor optical waveguide control device according to the present invention (claim 5), the multi-quantum well semiconductor layer 3 in which two semiconductor layers having different bandgap energies are alternately laminated is used as the first layer.
A double heterojunction is formed by sandwiching the semiconductor layer 1 and the second semiconductor layer 2, and two band-shaped upper electrodes 41 and 42 are formed on the upper surface of the first semiconductor layer 1 with a gap 44 of a distance w between them. A band-shaped upper electrode 45 is further formed in the gap 44, and two band-shaped lower electrodes 51 and 52 are formed on the lower surface of the second semiconductor layer 2 with a gap 54 of the interval w between them. A band-shaped lower electrode 55 is further formed. A voltage source 701 is connected to the upper electrodes 41 and 42 and lower electrodes 51 and 52, a voltage source 702 is connected to the upper electrode 45 and the lower electrode 55, and an electric field is applied to the multiple quantum well semiconductor layer 3.

【0021】上部電極41、42と下部電極51、52
間への印加電圧及び上部電極45と下部電極55間への
印加電圧を制御して、多重量子井戸半導体層3への中央
部分6の電界を周囲よりも相対的に制御することにより
、多重量子井戸半導体層3の中央部分6の屈折率を変化
させて光導波特性を制御することができる。なお、下部
電極51、52、55を分離せず全面に下部電極を形成
してもよい。また、半導体層2を電気伝導率が高い材料
で形成して全面に形成された下部電極として機能させて
もよい。
Upper electrodes 41, 42 and lower electrodes 51, 52
By controlling the voltage applied between the upper electrode 45 and the lower electrode 55, and controlling the electric field of the central portion 6 to the multi-quantum well semiconductor layer 3 relative to that of the surrounding area, the multiple quantum well semiconductor layer 3 can be Optical waveguide characteristics can be controlled by changing the refractive index of the central portion 6 of the well semiconductor layer 3. Note that the lower electrodes 51, 52, and 55 may be formed over the entire surface without separating them. Alternatively, the semiconductor layer 2 may be formed of a material with high electrical conductivity to function as a lower electrode formed over the entire surface.

【0022】本発明(請求項6)による半導体光導波制
御装置を図6に示す。同図は半導体光導波制御装置の斜
視図である。本発明(請求項6)による半導体光導波制
御装置では、バンドギャップエネルギの異なる2つの半
導体層を交互に積層した多重量子井戸半導体層3を第1
の半導体層1と第2の半導体層2により挟んでダブルヘ
テロ接合を形成し、第1の半導体層1表面に間隔wの間
隙を隔てて帯状の2つの不純物拡散領域101、102
を形成し、これら不純物拡散領域101、102上にそ
れぞれ上部電極401、402を形成し、第2の半導体
層2下面に下部電極5を形成している。
A semiconductor optical waveguide control device according to the present invention (claim 6) is shown in FIG. This figure is a perspective view of the semiconductor optical waveguide control device. In the semiconductor optical waveguide control device according to the present invention (claim 6), a multi-quantum well semiconductor layer 3 in which two semiconductor layers having different bandgap energies are alternately stacked is used as a first layer.
A double heterojunction is formed by sandwiching the semiconductor layer 1 and the second semiconductor layer 2, and two band-shaped impurity diffusion regions 101 and 102 are formed on the surface of the first semiconductor layer 1 with a gap w between them.
are formed, upper electrodes 401 and 402 are formed on these impurity diffusion regions 101 and 102, respectively, and a lower electrode 5 is formed on the lower surface of the second semiconductor layer 2.

【0023】多重量子井戸半導体層3に印加する電界分
布は、上部電極401、402のパターンではなく不純
物拡散領域101、102のパターンにより決定される
。本発明(請求項7)による半導体光導波制御装置を図
7に示す。同図は半導体光導波制御装置の斜視図である
。本発明(請求項7)による半導体光導波制御装置では
、バンドギャップエネルギの異なる2つの半導体層を交
互に積層した多重量子井戸半導体層3を第1の半導体層
1と第2の半導体層2により挟んでダブルヘテロ接合を
形成し、第1の半導体層1上に間隔wの間隙を隔てて電
気伝導率の高い帯状の半導体層103、104を形成し
、これら半導体層103、104上にそれぞれ上部電極
401、402を形成し、第2の半導体層2下面に下部
電極5を形成している。
The electric field distribution applied to the multiple quantum well semiconductor layer 3 is determined not by the pattern of the upper electrodes 401 and 402 but by the pattern of the impurity diffusion regions 101 and 102. A semiconductor optical waveguide control device according to the present invention (claim 7) is shown in FIG. This figure is a perspective view of the semiconductor optical waveguide control device. In the semiconductor optical waveguide control device according to the present invention (claim 7), a multi-quantum well semiconductor layer 3 in which two semiconductor layers having different band gap energies are alternately laminated is formed by a first semiconductor layer 1 and a second semiconductor layer 2. A double heterojunction is formed by sandwiching the strip-shaped semiconductor layers 103 and 104 with high electrical conductivity at a distance w on the first semiconductor layer 1. Electrodes 401 and 402 are formed, and a lower electrode 5 is formed on the lower surface of the second semiconductor layer 2.

【0024】多重量子井戸半導体層3に印加する電界分
布は、上部電極401、402のパターンではなく電気
伝導率の高い半導体層103、104のパターンにより
決定される。本発明(請求項8)による半導体光導波制
御装置を図8に示す。同図(a),(b),(c) は
半導体光導波制御装置の斜視図である。
The electric field distribution applied to the multi-quantum well semiconductor layer 3 is determined not by the pattern of the upper electrodes 401 and 402 but by the pattern of the semiconductor layers 103 and 104 having high electrical conductivity. A semiconductor optical waveguide control device according to the present invention (claim 8) is shown in FIG. Figures (a), (b), and (c) are perspective views of the semiconductor optical waveguide control device.

【0025】本発明(請求項8)による半導体光導波制
御装置は、上部電極と下部電極により挟まれた半導体層
によりp−i−n接合を形成している点に特徴がある。 図8(a) に示す半導体光導波制御装置では、上部電
極401、402が接触している不純物拡散領域101
、102をp形半導体により形成し、第1の半導体層1
と多重量子井戸半導体層3と第2の半導体層2をイント
リンシック形(i形)半導体により形成し、第2の半導
体層2下面にn形半導体からなる電気伝導率の高い半導
体層201を形成し、この半導体層201下面に下部電
極5を形成する。不純物拡散領域101、102(p形
)と、第1の半導体層1(i形)・多重量子井戸半導体
層3(i形)・第2の半導体層2(i形)と、半導体層
201(p形)により、上部電極401、402と下部
電極5間にp−i−n接合が形成されている。
The semiconductor optical waveguide control device according to the present invention (claim 8) is characterized in that a pin junction is formed by a semiconductor layer sandwiched between an upper electrode and a lower electrode. In the semiconductor optical waveguide control device shown in FIG. 8(a), an impurity diffusion region 101 in which upper electrodes 401 and 402 are in contact
, 102 are formed of p-type semiconductor, and the first semiconductor layer 1
A multi-quantum well semiconductor layer 3 and a second semiconductor layer 2 are formed of an intrinsic type (i-type) semiconductor, and a semiconductor layer 201 with high electrical conductivity made of an n-type semiconductor is formed on the lower surface of the second semiconductor layer 2. Then, a lower electrode 5 is formed on the lower surface of this semiconductor layer 201. Impurity diffusion regions 101 and 102 (p type), first semiconductor layer 1 (i type), multi-quantum well semiconductor layer 3 (i type), second semiconductor layer 2 (i type), semiconductor layer 201 ( p-type), a pin junction is formed between the upper electrodes 401, 402 and the lower electrode 5.

【0026】図8(b) に示す半導体光導波制御装置
では、上部電極401、402が接触している不純物拡
散領域101、102をp形半導体により形成し、第1
の半導体層1と多重量子井戸半導体層3をイントリンシ
ック形(i形)半導体により形成し、第2の半導体層2
をn形半導体により形成し、第2の半導体層2下面に下
部電極5を形成する。不純物拡散領域101、102(
p形)と、第1の半導体層1(i形)・多重量子井戸半
導体層3(i形)と、第2の半導体層2(p形)により
、上部電極401、402と下部電極5間にp−i−n
接合が形成されている。
In the semiconductor optical waveguide control device shown in FIG. 8(b), the impurity diffusion regions 101 and 102 with which the upper electrodes 401 and 402 are in contact are formed of a p-type semiconductor, and the first
The semiconductor layer 1 and the multi-quantum well semiconductor layer 3 are formed of an intrinsic type (i-type) semiconductor, and the second semiconductor layer 2
is made of an n-type semiconductor, and a lower electrode 5 is formed on the lower surface of the second semiconductor layer 2. Impurity diffusion regions 101, 102 (
between the upper electrodes 401, 402 and the lower electrode 5. ni p-i-n
A junction is formed.

【0027】図8(c) に示す半導体光導波制御装置
では、上部電極401、402が接触している半導体層
103、104をp形半導体により形成し、第1の半導
体層1と多重量子井戸半導体層3をイントリンシック形
(i形)半導体により形成し、第2の半導体層2をn形
半導体により形成し、第2の半導体層2下面に下部電極
5を形成する。半導体層103、104(p形)と、第
1の半導体層1(i形)・多重量子井戸半導体層3(i
形)と、第2の半導体層2(p形)により、上部電極4
01、402と下部電極5間にp−i−n接合が形成さ
れている。
In the semiconductor optical waveguide control device shown in FIG. 8(c), the semiconductor layers 103 and 104 with which the upper electrodes 401 and 402 are in contact are formed of a p-type semiconductor, and the first semiconductor layer 1 and the multiple quantum well The semiconductor layer 3 is formed of an intrinsic type (i-type) semiconductor, the second semiconductor layer 2 is formed of an n-type semiconductor, and the lower electrode 5 is formed on the lower surface of the second semiconductor layer 2. Semiconductor layers 103 and 104 (p-type), first semiconductor layer 1 (i-type) and multiple quantum well semiconductor layer 3 (i-type)
type) and the second semiconductor layer 2 (p type), the upper electrode 4
A pin junction is formed between 01 and 402 and the lower electrode 5.

【0028】[0028]

【作用】各請求項による半導体光導波制御装置の作用を
説明する前に、多重量子井戸半導体層3に電界を印加し
た場合の屈折率変化について図9を用いて説明する。図
9(a) に示すように、多重量子井戸半導体層3を第
1の半導体層1と第2の半導体層2で挟み、第1の半導
体層1上面に上部電極4を形成し、第2の半導体層2下
面に下部電極5を形成する。上部電極4と下部電極5に
電圧源7を接続し、多重量子井戸半導体層3に電界を印
加する。
[Operation] Before explaining the operation of the semiconductor optical waveguide control device according to each claim, the change in refractive index when an electric field is applied to the multi-quantum well semiconductor layer 3 will be explained with reference to FIG. As shown in FIG. 9A, a multi-quantum well semiconductor layer 3 is sandwiched between a first semiconductor layer 1 and a second semiconductor layer 2, an upper electrode 4 is formed on the upper surface of the first semiconductor layer 1, and a second semiconductor layer 3 is sandwiched between the first semiconductor layer 1 and the second semiconductor layer 2. A lower electrode 5 is formed on the lower surface of the semiconductor layer 2 . A voltage source 7 is connected to the upper electrode 4 and the lower electrode 5, and an electric field is applied to the multiple quantum well semiconductor layer 3.

【0029】種々の印加電界における屈折率のスペクト
ルを図9(b) に示す。印加電圧Vが高くなるにした
がって屈折率スペクトルのピークの波長が長波長側へ移
動する。すなわち、印加電圧V=0[V]の場合(a)
 は波長λ1において屈折率がピークとなり、印加電圧
V=1[V]の場合(b) は波長λ2(>λ1)にお
いて屈折率がピークとなり、印加電圧V=2[V]の場
合(c) は波長λ3(>λ2)において屈折率がピー
クとなり、印加電圧V=3[V]の場合(d) は波長
λ4(>λ3)において屈折率がピークとなる。
FIG. 9(b) shows the refractive index spectra at various applied electric fields. As the applied voltage V increases, the wavelength of the peak of the refractive index spectrum shifts to the longer wavelength side. That is, when the applied voltage V=0 [V] (a)
The refractive index peaks at the wavelength λ1, and when the applied voltage V = 1 [V] (b), the refractive index peaks at the wavelength λ2 (>λ1), and when the applied voltage V = 2 [V] (c) The refractive index peaks at wavelength λ3 (>λ2), and when the applied voltage V=3 [V] (d), the refractive index peaks at wavelength λ4 (>λ3).

【0030】したがって、印加電圧Vを変化させると、
ある波長の光に対して多重量子井戸半導体層3の屈折率
を変化させることができる。例えば、波長λ1の光を用
いて、多重量子井戸半導体層3に対する印加電圧を0V
から1Vに変化させると、屈折率はp点からq点に低く
なるように変化する。波長λ2の光を用いて、多重量子
井戸半導体層3に対する印加電圧を1Vから2Vに変化
させると、屈折率はr点からs点に低くなるように変化
する。波長λ3の光を用いて、多重量子井戸半導体層3
に対する印加電圧を2Vから3Vに変化させると、屈折
率はt点からu点に低くなるように変化する。波長λ3
の光を用いて、多重量子井戸半導体層3に対する印加電
圧を0Vから2Vに変化させると、屈折率はv点からt
点に高くなるように変化する。波長λ4の光を用いて、
多重量子井戸半導体層3に対する印加電圧を0Vから2
Vに変化させると、屈折率はx点からw点に高くなるよ
うに変化する。
Therefore, when the applied voltage V is changed,
The refractive index of the multi-quantum well semiconductor layer 3 can be changed for light of a certain wavelength. For example, using light of wavelength λ1, the voltage applied to the multi-quantum well semiconductor layer 3 is set to 0V.
When the voltage is changed from 1V to 1V, the refractive index decreases from the p point to the q point. When the voltage applied to the multi-quantum well semiconductor layer 3 is changed from 1V to 2V using light of wavelength λ2, the refractive index changes from the r point to the s point. Using light with a wavelength λ3, the multi-quantum well semiconductor layer 3
When the applied voltage is changed from 2V to 3V, the refractive index changes to become lower from point t to point u. Wavelength λ3
When the voltage applied to the multi-quantum well semiconductor layer 3 is changed from 0V to 2V using light, the refractive index changes from point v to t.
It changes so that it becomes higher to a point. Using light of wavelength λ4,
The voltage applied to the multi-quantum well semiconductor layer 3 is changed from 0V to 2V.
When the value is changed to V, the refractive index changes to become higher from the x point to the w point.

【0031】なお、多重量子井戸半導体層3としてGa
AlAs系半導体、InGaAsP系半導体等を用いた
場合には、5×104V/cmの電界で屈折率が約1%
(0.03程度)変化する。次に、本発明の各請求項に
よる半導体光導波制御装置の作用について説明する。
Note that as the multi-quantum well semiconductor layer 3, Ga
When using AlAs-based semiconductors, InGaAsP-based semiconductors, etc., the refractive index is approximately 1% in an electric field of 5 x 104 V/cm.
(approximately 0.03) change. Next, the operation of the semiconductor optical waveguide control device according to each claim of the present invention will be explained.

【0032】本発明(請求項1)により半導体光導波制
御装置では、例えば波長λ1の光を用いると、印加電圧
が0Vの場合は、図1(b) に示すように多重量子井
戸半導体層3の屈折率は全ての領域で同じであるが、印
加電圧を1Vにすると、中央部分6の周囲の屈折率が図
9(b) のp点からq点に変化し、相対的に中央部分
6の屈折率が高くなり、光導波路となる。したがって、
電圧を印加するか否かにより光をガイドするか否かを制
御することができ、光スイッチや変調器に応用すること
ができる。
In the semiconductor optical waveguide control device according to the present invention (claim 1), for example, when light of wavelength λ1 is used, when the applied voltage is 0 V, the multi-quantum well semiconductor layer 3 as shown in FIG. The refractive index is the same in all regions, but when the applied voltage is set to 1 V, the refractive index around the central portion 6 changes from point p to point q in Figure 9(b), and the relative has a high refractive index and becomes an optical waveguide. therefore,
It is possible to control whether or not to guide light depending on whether or not a voltage is applied, and it can be applied to optical switches and modulators.

【0033】本発明(請求項1)によれば、従来のよう
に半導体層を加工することなく、上部電極のパターンの
みにより光導波路の形状を規定することができる。また
、電界を印加するだけで屈折率を変化させることができ
るため、消費電力が小さくすることができる。さらに、
電界印加による屈折率変化の応答速度はピコ秒オーダで
あり、電流を注入する場合の応答速度(ナノ秒オーダ)
に比べて高速動作が可能である。したがって、消費電力
が小さい高速光スイッチや高速変調器を実現することが
できる。
According to the present invention (claim 1), the shape of the optical waveguide can be defined only by the pattern of the upper electrode without processing the semiconductor layer as in the conventional method. Furthermore, since the refractive index can be changed simply by applying an electric field, power consumption can be reduced. moreover,
The response speed of refractive index change due to the application of an electric field is on the order of picoseconds, and the response speed when injecting a current (on the order of nanoseconds)
It is possible to operate at high speed compared to . Therefore, it is possible to realize a high-speed optical switch and a high-speed modulator with low power consumption.

【0034】本発明(請求項2)による半導体光導波制
御装置では、例えば波長λ3の光を用いると、印加電圧
が0Vの場合は、図2(b) に示すように多重量子井
戸半導体層3の屈折率は全ての領域で同じであるが、印
加電圧を2Vにすると、中央部分6の屈折率が図9(b
) のv点からt点に変化し、相対的に中央部分6の屈
折率が高くなり、光導波路となる。したがって、電圧を
印加するか否かにより光をガイドするか否かを制御する
ことができ、光スイッチや変調器に応用できる。
In the semiconductor optical waveguide control device according to the present invention (claim 2), for example, when light of wavelength λ3 is used, when the applied voltage is 0 V, the multi-quantum well semiconductor layer 3 as shown in FIG. The refractive index of the central portion 6 is the same in all regions, but when the applied voltage is 2 V, the refractive index of the central portion 6 becomes
) changes from point v to point t, the refractive index of the central portion 6 becomes relatively high, and it becomes an optical waveguide. Therefore, it is possible to control whether or not to guide light depending on whether or not a voltage is applied, and it can be applied to optical switches and modulators.

【0035】本発明(請求項2)によれば、ひとつの上
部電極43により光導波路が形成できるので、光集積回
路における光導波路の集積度を向上させることができる
。本発明(請求項3又は4)による半導体光導波制御装
置では、多重量子井戸半導体層3に予め屈折率分布を作
り付けている。請求項3による半導体光導波制御装置で
は、図3(b) に示すように、多重量子井戸半導体層
3の中央部分6の屈折率が低くなるようにしている。例
えば、波長λ1の光を用いると、印加電圧が0Vの場合
は、図3(b) に示すように多重量子井戸半導体層3
の屈折率は中央部分6が低くなり光が発散するが、印加
電圧を1Vにすると、中央部分6の周囲の屈折率が図9
(b) のp点からq点に変化し、相対的に中央部分6
の屈折率が高くなって光が閉じ込められ光導波路となる
According to the present invention (claim 2), since an optical waveguide can be formed by one upper electrode 43, the degree of integration of optical waveguides in an optical integrated circuit can be improved. In the semiconductor optical waveguide control device according to the present invention (claim 3 or 4), a refractive index distribution is created in the multi-quantum well semiconductor layer 3 in advance. In the semiconductor optical waveguide control device according to the third aspect, as shown in FIG. 3(b), the refractive index of the central portion 6 of the multi-quantum well semiconductor layer 3 is made low. For example, when using light with wavelength λ1 and the applied voltage is 0V, the multi-quantum well semiconductor layer 3
The refractive index of the central portion 6 becomes lower and the light diverges, but when the applied voltage is set to 1 V, the refractive index around the central portion 6 becomes
(b) changes from point p to point q, relatively central part 6
The refractive index of the material increases, confining light and forming an optical waveguide.

【0036】請求項4による半導体光導波制御装置では
、図4(b) に示すように、多重量子井戸半導体層3
の中央部分6の屈折率が高くなるようにしている。例え
ば、波長λ1の光を用いると、印加電圧が0Vの場合は
、図4(b) に示すように多重量子井戸半導体層3の
屈折率は中央部分6が低くなり光が発散するが、印加電
圧を1Vにすると、中央部分6の屈折率が図9(b) 
のp点からq点に変化し、相対的に中央部分6の屈折率
が高くなって光が閉じ込められ光導波路となる。
In the semiconductor optical waveguide control device according to claim 4, as shown in FIG. 4(b), the multiple quantum well semiconductor layer 3
The refractive index of the central portion 6 is set to be high. For example, when using light with wavelength λ1 and the applied voltage is 0 V, the refractive index of the multi-quantum well semiconductor layer 3 becomes lower at the central portion 6 as shown in FIG. 4(b), and the light diverges; When the voltage is set to 1V, the refractive index of the central portion 6 becomes as shown in Fig. 9(b).
changes from point p to point q, and the refractive index of the central portion 6 becomes relatively high, confining light and forming an optical waveguide.

【0037】このように、請求項3又は4による半導体
光導波制御装置によれば光のガイド・アンガイドを印加
する電圧により制御することができる。本発明(請求項
5)による半導体光導波制御装置では、中央の上部電極
45とその周囲の上部電極41、42とにより多重量子
井戸半導体層3の中央部分6とその周囲への印加電界を
自由に制御できる。
As described above, according to the semiconductor optical waveguide control device according to the third or fourth aspect, the guiding and unguiding of light can be controlled by the applied voltage. In the semiconductor optical waveguide control device according to the present invention (claim 5), the electric field applied to the central portion 6 of the multi-quantum well semiconductor layer 3 and its surroundings can be freely controlled by the central upper electrode 45 and the upper electrodes 41 and 42 surrounding it. can be controlled.

【0038】周囲の上部電極41、42のみに電圧を印
加する場合には請求項1による半導体光導波制御装置と
同様に作用し、中央の上部電極45のみに電圧を印加す
る場合には請求項2による半導体光導波制御装置と同様
に作用する。中央の上部電極45に一定の電圧を常に印
加しておけば、多重量子井戸半導体層3に屈折率分布を
作り付けた請求項3による半導体光導波制御装置と同様
に作用し、周囲の上部電極41、42に一定の電圧を常
に印加しておけば、多重量子井戸半導体層3に屈折率分
布を作り付けた請求項4による半導体光導波制御装置と
同様に作用する。
When voltage is applied only to the surrounding upper electrodes 41 and 42, the device operates in the same way as the semiconductor optical waveguide control device according to claim 1, and when voltage is applied only to the central upper electrode 45, the operation is as described in claim 1. This operates in the same manner as the semiconductor optical waveguide control device according to No. 2. If a constant voltage is always applied to the central upper electrode 45, it functions similarly to the semiconductor optical waveguide control device according to claim 3 in which a refractive index distribution is created in the multi-quantum well semiconductor layer 3, and the surrounding upper electrodes 41 , 42, the semiconductor optical waveguide control device operates similarly to the semiconductor optical waveguide control device according to claim 4, in which a refractive index distribution is created in the multi-quantum well semiconductor layer 3.

【0039】周囲の上部電極41、42への印加電圧と
中央の上部電極45への印加電圧を適切に制御すれば広
範囲の波長の光に対して光導波路を形成できる。例えば
、周囲の上部電極41、42への印加電圧を2Vとし、
中央の上部電極45への印加電圧を1Vとすると、波長
λ2の光に対する屈折率が図9(b) でr点とs点と
なり、中央部分6の屈折率が相対的に高くなって光導波
路が形成される。周囲の上部電極41、42への印加電
圧を3Vとし、中央の上部電極45への印加電圧を2V
とすると、波長λ3の光に対する屈折率が図9(b)で
t点とu点となり、中央部分6の屈折率が相対的に高く
なって光導波路が形成される。
By appropriately controlling the voltages applied to the surrounding upper electrodes 41 and 42 and the voltage applied to the central upper electrode 45, an optical waveguide can be formed for light of a wide range of wavelengths. For example, if the voltage applied to the surrounding upper electrodes 41 and 42 is 2V,
When the voltage applied to the central upper electrode 45 is 1V, the refractive index for light with wavelength λ2 becomes point r and point s in FIG. is formed. The voltage applied to the surrounding upper electrodes 41 and 42 is 3V, and the voltage applied to the central upper electrode 45 is 2V.
Then, the refractive index for light with wavelength λ3 becomes point t and point u in FIG. 9(b), and the refractive index of the central portion 6 becomes relatively high, forming an optical waveguide.

【0040】本発明(請求項6又は7)による半導体光
導波制御装置では、上部電極401、402が不純物拡
散領域101、102、電気伝導率の高い半導体層10
3、104を介して第1の半導体層1に接続されている
ため、オーミックコンタクトが取りやすくなる。本発明
(請求項8)による半導体光導波制御装置では、上部電
極と下部電極により挟まれた半導体層によりp−i−n
接合を形成しているので、絶縁特性を向上できると共に
リーク電流を低減することができる。
In the semiconductor optical waveguide control device according to the present invention (claim 6 or 7), the upper electrodes 401 and 402 include the impurity diffusion regions 101 and 102 and the semiconductor layer 10 with high electrical conductivity.
Since it is connected to the first semiconductor layer 1 via 3 and 104, ohmic contact can be easily established. In the semiconductor optical waveguide control device according to the present invention (claim 8), the semiconductor layer sandwiched between the upper electrode and the lower electrode provides a pin
Since a junction is formed, insulation characteristics can be improved and leakage current can be reduced.

【0041】[0041]

【実施例】本発明の第1の実施例による半導体光導波制
御装置を図10を用いて説明する。これは請求項1に係
る実施例である。同図(a) は半導体光導波制御装置
の断面図、同図(b) はX−X′線に沿った電界強度
分布を示すグラフ、同図(c) はX−X′線に沿った
屈折率分布を示すグラフである。
Embodiment A semiconductor optical waveguide control device according to a first embodiment of the present invention will be explained with reference to FIG. This is an embodiment according to claim 1. Figure (a) is a cross-sectional view of the semiconductor optical waveguide control device, Figure (b) is a graph showing the electric field strength distribution along the line X-X', and Figure (c) is a graph showing the electric field intensity distribution along the line X-X'. It is a graph showing refractive index distribution.

【0042】本実施例による半導体光導波制御装置は全
体のチップサイズが縦300μm、横300μmである
。厚さ8nmのInGaAs薄層31と厚さ8nmのI
nGaAsP薄層32とを交互に積層して、25層のI
nGaAs薄層31と24層のInGaAsP薄層32
から多重量子井戸半導体層3を形成する。この多重量子
井戸半導体層3を厚さ1.5μmのInP上部クラッド
層1と厚さ1.5μmのInP下部クラッド層2により
挟んでダブルヘテロ接合を形成する。InP上部クラッ
ド層1と多重量子井戸半導体層3とInP下部クラッド
層2とは共にノンドープである。
The semiconductor optical waveguide control device according to this embodiment has an overall chip size of 300 μm in length and 300 μm in width. 8 nm thick InGaAs thin layer 31 and 8 nm thick I
25 layers of I
nGaAs thin layer 31 and 24 InGaAsP thin layers 32
A multi-quantum well semiconductor layer 3 is formed from the above. This multiple quantum well semiconductor layer 3 is sandwiched between a 1.5 μm thick InP upper cladding layer 1 and a 1.5 μm thick InP lower cladding layer 2 to form a double heterojunction. The InP upper cladding layer 1, the multiple quantum well semiconductor layer 3, and the InP lower cladding layer 2 are all non-doped.

【0043】なお、多重量子井戸半導体層3はFeドー
プの高抵抗タイプのInGaAsP系半導体でもよい。 InPクラッド層1上面には、Ti/Pt/Auの3層
からなる幅5μmの帯状の2つの上部電極41、42が
10μmの間隙44を隔てて形成され、InPクラッド
層2下面にAuからなる幅5μmの帯状の2つの下部電
極51、52が10μmの間隙54を隔てて形成されて
いる。
Note that the multiple quantum well semiconductor layer 3 may be an Fe-doped high resistance type InGaAsP semiconductor. On the upper surface of the InP cladding layer 1, two band-shaped upper electrodes 41 and 42 made of three layers of Ti/Pt/Au and having a width of 5 μm are formed with a gap 44 of 10 μm in between, and on the lower surface of the InP cladding layer 2 made of Au. Two band-shaped lower electrodes 51 and 52 with a width of 5 μm are formed with a gap 54 of 10 μm in between.

【0044】図10に示す半導体光導波制御装置では、
多重量子井戸半導体層3を上部InPクラッド層1と下
部クラッド層2とで挟んだ3層構造としたが、多重量子
井戸半導体層3の上側又は下側又は上下両側に光閉じ込
め層を挿入したLOC構造とすると垂直方向(y方向)
の光導波路の閉じ込め効率を向上させることができる。 上部電極41、42と下部電極51、52の間に電圧を
印加すると、図10(b) に示すような電界強度分布
が形成される。波長λ1の光を用いると、多重量子井戸
半導体層3の屈折率は図9のp点からq点に変化して、
図10(c) に示すような分布となり、多重量子井戸
半導体層3の中央部分6に光導波路が形成される。本実
施例による半導体光導波制御装置の変形例を図11(a
) 〜(d) に示す。
In the semiconductor optical waveguide control device shown in FIG.
The multi-quantum well semiconductor layer 3 is sandwiched between an upper InP cladding layer 1 and a lower cladding layer 2 to form a three-layer structure, but the LOC has an optical confinement layer inserted above or below the multi-quantum well semiconductor layer 3 or on both upper and lower sides. In terms of structure, vertical direction (y direction)
can improve the confinement efficiency of optical waveguides. When a voltage is applied between the upper electrodes 41, 42 and the lower electrodes 51, 52, an electric field intensity distribution as shown in FIG. 10(b) is formed. When light of wavelength λ1 is used, the refractive index of the multi-quantum well semiconductor layer 3 changes from point p to point q in FIG.
The distribution is as shown in FIG. 10(c), and an optical waveguide is formed in the central portion 6 of the multi-quantum well semiconductor layer 3. A modification of the semiconductor optical waveguide control device according to this embodiment is shown in FIG.
) to (d).

【0045】図11(a) に示す半導体光導波制御装
置では、InP下部クラッド層2下面に形成する下部電
極5を幅20μm以上としてひとつにし、上部電極41
、42間の間隙44の中心と下部電極5の中心を一致さ
せる。下部電極5はTi/Pt/Auの3層により形成
されている。図11(b) に示す半導体光導波制御装
置では、InP下部クラッド層2を不純物濃度が5×1
017cm−3以上の高濃度にし、InP下部クラッド
層2の下面全面に下部電極5を形成する。
In the semiconductor optical waveguide control device shown in FIG. 11(a), the lower electrode 5 formed on the lower surface of the InP lower cladding layer 2 has a width of 20 μm or more, and the upper electrode 41 has a width of 20 μm or more.
, 42 and the center of the lower electrode 5. The lower electrode 5 is formed of three layers of Ti/Pt/Au. In the semiconductor optical waveguide control device shown in FIG. 11(b), the InP lower cladding layer 2 has an impurity concentration of 5×1.
The lower electrode 5 is formed on the entire lower surface of the InP lower cladding layer 2 at a high concentration of 0.017 cm -3 or more.

【0046】図11(c) に示す半導体光導波制御装
置では、不純物濃度が1×1018cm−3以上の厚さ
100μmのn−InP基板8上に、多重量子井戸半導
体層3をInP上部クラッド層1とInP下部クラッド
層2とにより挟んだダブルヘテロ接合構造を形成する。 n−InP基板8底面にAuからなる下部電極5を形成
する。図11(d) に示す半導体光導波制御装置では
、図11(c) におけるInP下部クラッド層2を省
略し、n−InP基板8上に多重量子井戸半導体層3を
直接形成したものである。
In the semiconductor optical waveguide control device shown in FIG. 11(c), a multi-quantum well semiconductor layer 3 is formed by forming an InP upper cladding layer on an n-InP substrate 8 having a thickness of 100 μm and having an impurity concentration of 1×10 18 cm −3 or more. 1 and an InP lower cladding layer 2 sandwich a double heterojunction structure. A lower electrode 5 made of Au is formed on the bottom surface of the n-InP substrate 8. In the semiconductor optical waveguide control device shown in FIG. 11(d), the InP lower cladding layer 2 in FIG. 11(c) is omitted, and the multiple quantum well semiconductor layer 3 is directly formed on the n-InP substrate 8.

【0047】次に、本発明の第1の実施例の効果につい
て説明する。まず、本実施例によれば、上部電極のパタ
ーンのみにより光導波路の形状を規定しているので、曲
がっていても均一な光導波路を形成することができる。 また、従来のように表面にダメージを与えるエッチング
を行う必要がないため、信頼性が低化するおそれがない
Next, the effects of the first embodiment of the present invention will be explained. First, according to this embodiment, since the shape of the optical waveguide is defined only by the pattern of the upper electrode, a uniform optical waveguide can be formed even if it is curved. Furthermore, since there is no need to perform etching that damages the surface as in the conventional method, there is no risk of deterioration in reliability.

【0048】さらに、上部電極及び下部電極を形成する
だけで光導波路を形成することができるので、通常の半
導体装置において用いられる電極形成及び配線技術に類
似した技術により光導波路を形成して複数の光素子を集
積化することができる。例えば、ウエーハ上に多重量子
井戸半導体層を中間層とするダブルヘテロ接合を有する
複数の光素子を形成し、帯状の電極を形成すれば光素子
間を光導波路により接続することができる。
Furthermore, since an optical waveguide can be formed by simply forming an upper electrode and a lower electrode, a plurality of optical waveguides can be formed using techniques similar to the electrode formation and wiring techniques used in ordinary semiconductor devices. Optical elements can be integrated. For example, by forming a plurality of optical elements having double heterojunctions with a multi-quantum well semiconductor layer as an intermediate layer on a wafer, and forming strip-shaped electrodes, the optical elements can be connected by an optical waveguide.

【0049】複数の光素子を集積化した光集積回路の具
体例を図12に示す。同図(a) は光集積回路の平面
図、同図(b) は光集積回路の左側面図、同図(c)
 は光集積回路の右側面図である。図12の光集積回路
はヘテロダイン受信機である。図12(a) に示すよ
うに、光集積回路の右端部には外部からの光を入射する
ための入射部150と、レーザ151が設けられ、左端
部には2つの光検出器152、153が設けられている
。入射部150、レーザ151と光検出部152、15
3の間には、図12(a) に示すようなパターン形状
の上部電極46、47、48、49が形成され、多重量
子井戸半導体層3に光導波路61、62、63、64、
65を形成する。外部からの入射光は光導波路61によ
り導波され、レーザ151からのレーザ光は光導波路6
2により導波され、これらの光は光導波路63により混
合され、その混合された光は光導波路64、65により
分岐され、光検出部152、153に導かれる。
FIG. 12 shows a specific example of an optical integrated circuit in which a plurality of optical elements are integrated. Figure (a) is a plan view of the optical integrated circuit, Figure (b) is a left side view of the optical integrated circuit, Figure (c) is the left side view of the optical integrated circuit.
is a right side view of the optical integrated circuit. The optical integrated circuit in FIG. 12 is a heterodyne receiver. As shown in FIG. 12(a), the right end of the optical integrated circuit is provided with an entrance section 150 for inputting light from the outside and a laser 151, and the left end is provided with two photodetectors 152 and 153. is provided. Incidence section 150, laser 151 and photodetection sections 152, 15
3, upper electrodes 46, 47, 48, 49 having a pattern shape as shown in FIG. 12(a) are formed, and optical waveguides 61, 62, 63, 64,
Form 65. Incident light from the outside is guided by the optical waveguide 61, and laser light from the laser 151 is guided by the optical waveguide 6.
2, these lights are mixed by an optical waveguide 63, and the mixed light is branched by optical waveguides 64 and 65 and guided to photodetectors 152 and 153.

【0050】また、本実施例によれば、上部電極と下部
電極間に電圧を印加するだけで屈折率を変化させること
ができるため、消費電力が小さくすることができる。特
に大規模な光集積回路であって多数の光導波路を形成す
る場合に有効である。さらに、電界印加による屈折率変
化の応答速度はピコ秒オーダであり、電流を注入する場
合におけるキャリアの発生と消滅の応答速度(ナノ秒オ
ーダ)に比べて高速動作が可能である。
Furthermore, according to this embodiment, the refractive index can be changed simply by applying a voltage between the upper electrode and the lower electrode, so power consumption can be reduced. This is particularly effective when forming a large number of optical waveguides in a large-scale optical integrated circuit. Furthermore, the response speed of the refractive index change due to the application of an electric field is on the order of picoseconds, which enables faster operation than the response speed of generation and extinction of carriers (on the order of nanoseconds) when current is injected.

【0051】本発明の第2の実施例による半導体光導波
制御装置を図13を用いて説明する。これは請求項2に
係る実施例である。同図(a) は半導体光導波制御装
置の断面図、同図(b) はX−X′線に沿った電界強
度分布を示すグラフ、同図(c) はX−X′線に沿っ
た屈折率分布を示すグラフである。本実施例の半導体光
導波制御装置は、InP上部クラッド層1上面に幅10
μmの帯状の上部電極43がひとつ形成され、InP下
部クラッド層2下面に幅10μmの帯状の下部電極53
がひとつ形成されている点が第1の実施例と異なる。上
部電極43はTi/Pt/Auの3層により形成され、
下部電極53はAuにより形成されている。
A semiconductor optical waveguide control device according to a second embodiment of the present invention will be explained with reference to FIG. This is an embodiment according to claim 2. Figure (a) is a cross-sectional view of the semiconductor optical waveguide control device, Figure (b) is a graph showing the electric field intensity distribution along the line X-X', and Figure (c) is a graph showing the electric field intensity distribution along the line X-X'. It is a graph showing refractive index distribution. The semiconductor optical waveguide control device of this embodiment has a width of 10 mm on the top surface of the InP upper cladding layer 1.
One strip-shaped upper electrode 43 with a width of 10 μm is formed on the lower surface of the InP lower cladding layer 2, and a strip-shaped lower electrode 53 with a width of 10 μm is formed on the lower surface of the InP lower cladding layer 2.
This embodiment differs from the first embodiment in that one is formed. The upper electrode 43 is formed of three layers of Ti/Pt/Au,
The lower electrode 53 is made of Au.

【0052】上部電極43と下部電極53の間に電圧を
印加すると、図13(b) に示すような電界強度分布
が形成される。例えば、図9における波長λ4の光を用
いると、多重量子井戸半導体層3の屈折率は図9のr点
からw点に変化して、図13(c) に示すような分布
となり、多重量子井戸半導体層3の中央部分6に光導波
路が形成される。
When a voltage is applied between the upper electrode 43 and the lower electrode 53, an electric field intensity distribution as shown in FIG. 13(b) is formed. For example, when light of wavelength λ4 in FIG. 9 is used, the refractive index of the multi-quantum well semiconductor layer 3 changes from point r to point w in FIG. 9, resulting in a distribution as shown in FIG. An optical waveguide is formed in the central portion 6 of the well semiconductor layer 3.

【0053】なお、本実施例においても、下部電極及び
InP下部クラッド層に対して図11(a) 〜(d)
 と同様の変形が可能である。本実施例によれば、ひと
つの上部電極43により光導波路が形成できるので、光
集積回路における光導波路の集積度を向上させることが
できる。 また、図9における波長λ3を用いると、印加電圧の大
きさにより、屈折率をv点(0V)からt点(2V)と
大きくするか、v点(0V)からu点(3V)と小さく
するかを制御することができ、光導波、光非導波のスイ
ッチや光変調器に応用することができる、本発明の第3
の実施例による半導体光導波制御装置を図14を用いて
説明する。これは請求項3に係る実施例である。同図(
a) は半導体光導波制御装置の断面図、同図(b) 
はX−X′線に沿った屈折率分布を示すグラフである。
In this example as well, the lower electrode and the InP lower cladding layer are shown in FIGS. 11(a) to (d).
A similar modification is possible. According to this embodiment, since an optical waveguide can be formed by one upper electrode 43, the degree of integration of optical waveguides in an optical integrated circuit can be improved. Furthermore, when wavelength λ3 in FIG. 9 is used, depending on the magnitude of the applied voltage, the refractive index can be increased from point v (0V) to point t (2V), or decreased from point v (0V) to point u (3V). The third aspect of the present invention can be applied to optical waveguide and non-waveguide switches and optical modulators.
A semiconductor optical waveguide control device according to the embodiment will be described with reference to FIG. This is an embodiment according to claim 3. Same figure (
A) is a cross-sectional view of the semiconductor optical waveguide control device, and (b) is a cross-sectional view of the semiconductor optical waveguide control device.
is a graph showing the refractive index distribution along the line X-X'.

【0054】本実施例の半導体光導波制御装置は、基本
構造は第1の実施例と同じであるが、多重量子井戸半導
体層3に予め屈折率分布が作り付けになっている点が第
1の実施例と異なる。不純物濃度が1×1018cm−
3以上で厚さ100μmのn−InP基板8の中央部分
に幅10μmで段差1μmの帯状の凸部801を形成す
る。 n−InP基板8上には、InPより屈折率が大きく多
重量子井戸半導体層3より屈折率が小さいInGaAs
Pからなる下部クラッド層2が形成されている。InG
aAsP下部クラッド層2は中央部分が厚さ0.3μm
で周囲部分が厚さ1.3μmである。このため、多重量
子井戸半導体層3に、その中央部分6が小さくなる屈折
率分布が予め作りつけられる。
The semiconductor optical waveguide control device of this embodiment has the same basic structure as the first embodiment, but the first difference is that the multi-quantum well semiconductor layer 3 has a refractive index distribution built in in advance. This is different from the example. Impurity concentration is 1 x 1018 cm-
A band-shaped convex portion 801 having a width of 10 μm and a step difference of 1 μm is formed in the center of the n-InP substrate 8 having a thickness of 100 μm and a width of 1 μm. On the n-InP substrate 8 is InGaAs, which has a higher refractive index than InP and a lower refractive index than the multi-quantum well semiconductor layer 3.
A lower cladding layer 2 made of P is formed. InG
The aAsP lower cladding layer 2 has a thickness of 0.3 μm at the center.
The thickness of the surrounding portion is 1.3 μm. For this reason, a refractive index distribution in which the central portion 6 is small is created in advance in the multi-quantum well semiconductor layer 3.

【0055】本実施例によれば、予め多重量子井戸半導
体層3に屈折率分布が作りつけられているので、例えば
図9における波長λ1の光を用いると、印加電圧が0V
の場合は、図14(b) に示すように多重量子井戸半
導体層3の屈折率は中央部分6が低くなり光が発散する
が、電圧を印加すると、中央部分6の周囲の屈折率が図
9(b) のp点からq点に変化し、相対的に中央部分
6の屈折率が高くなって光が閉じ込められ光導波路とな
る。このように本実施例によれば光導波、光非導波の変
化が大きい光変調器を実現できる。
According to this embodiment, since the refractive index distribution is created in advance in the multi-quantum well semiconductor layer 3, for example, when light of wavelength λ1 in FIG. 9 is used, the applied voltage is 0V.
In this case, as shown in FIG. 14(b), the refractive index of the multi-quantum well semiconductor layer 3 becomes lower at the central portion 6 and light diverges; however, when a voltage is applied, the refractive index around the central portion 6 decreases. 9(b), the refractive index of the central portion 6 becomes relatively high, confining light and forming an optical waveguide. As described above, according to this embodiment, it is possible to realize an optical modulator with a large change in optical waveguide and non-optical waveguide.

【0056】なお、多重量子井戸半導体層3の中央部分
6の屈折率が大きくなるような屈折率分布を作りつけた
場合には波長λ3の光を用いれば同様に光導波と光非導
波を制御することができる。本発明の第4の実施例によ
る半導体光導波制御装置を図15を用いて説明する。こ
れは請求項4に係る実施例である。同図(a) は半導
体光導波制御装置の断面図、同図(b) はX−X′線
に沿った屈折率分布を示すグラフである。
Note that if a refractive index distribution is created such that the refractive index of the central portion 6 of the multi-quantum well semiconductor layer 3 is large, optical waveguide and optical non-guide can be similarly achieved by using light of wavelength λ3. can be controlled. A semiconductor optical waveguide control device according to a fourth embodiment of the present invention will be explained using FIG. 15. This is an embodiment according to claim 4. FIG. 5(a) is a sectional view of the semiconductor optical waveguide control device, and FIG. 2(b) is a graph showing the refractive index distribution along the line X-X'.

【0057】本実施例の半導体光導波制御装置は、基本
構造は第2の実施例と同じであるが、多重量子井戸半導
体層3に予め屈折率分布が作り付けになっている点が第
2の実施例と異なる。InP上部クラッド層1の中央部
分に幅10μmで段差1.2μmの帯状の凸部110を
形成する。InP上部クラッド層1の中央部分は厚さ1
.5μmで周囲部分が厚さ0.3μmである。このため
、多重量子井戸半導体層3に、その中央部分6が大きく
なる屈折率分布が予め作りつけられる。
The semiconductor optical waveguide control device of this embodiment has the same basic structure as the second embodiment, but the second difference is that the multi-quantum well semiconductor layer 3 has a refractive index distribution built in in advance. This is different from the example. A band-shaped convex portion 110 having a width of 10 μm and a step difference of 1.2 μm is formed in the center of the InP upper cladding layer 1 . The central part of the InP upper cladding layer 1 has a thickness of 1
.. 5 μm, and the surrounding portion has a thickness of 0.3 μm. For this reason, a refractive index distribution in which the central portion 6 is large is created in advance in the multi-quantum well semiconductor layer 3.

【0058】本実施例によれば、予め多重量子井戸半導
体層3に屈折率分布が作りつけられているので、例えば
図9(b) における波長λ1の光を用いると、印加電
圧が0Vの場合は、図14(b) に示すように多重量
子井戸半導体層3の屈折率は中央部分6が大きくなり光
が閉じ込められるが、電圧を印加すると、中央部分6の
屈折率が図9(b) のp点からq点に変化し、相対的
に中央部分6の屈折率が低くなって光が発散する。この
ように本実施例によれば光導波、光非導波の変化が大き
い光変調器を実現できる。
According to this embodiment, since the refractive index distribution is created in advance in the multi-quantum well semiconductor layer 3, for example, when using the light of wavelength λ1 in FIG. 9(b), when the applied voltage is 0V, As shown in FIG. 14(b), the refractive index of the multi-quantum well semiconductor layer 3 is large in the central portion 6 and light is confined; however, when a voltage is applied, the refractive index of the central portion 6 changes as shown in FIG. 9(b). changes from point p to point q, the refractive index of the central portion 6 becomes relatively low, and light diverges. As described above, according to this embodiment, it is possible to realize an optical modulator with a large change in optical waveguide and non-optical waveguide.

【0059】なお、多重量子井戸半導体層3の中央部分
6の屈折率が小さくなるような屈折率分布を作りつけた
場合には波長λ3の光を用いれば同様に光導波と光非導
波を制御することができる。次に、本発明の第3又は第
4の実施例による半導体光導波制御装置を用いた光強度
変調作用について図16を用いて説明する。
Note that if a refractive index distribution is created such that the refractive index of the central portion 6 of the multi-quantum well semiconductor layer 3 is small, optical waveguiding and optical non-guiding can be similarly achieved by using light of wavelength λ3. can be controlled. Next, the light intensity modulation effect using the semiconductor optical waveguide control device according to the third or fourth embodiment of the present invention will be explained using FIG. 16.

【0060】半導体光導波制御装置の多重量子井戸半導
体層3の周囲部分の屈折率をn、中央部分6の屈折率を
n1とする。n>n1の場合、中央部分6への入射光は
、図16(a) に示すように、中央部分6から周囲部
分に拡散し、ファイバ27に結合しない。これに対し、
n<n1の場合、中央部分6への入射光は、図16(b
) に示すように、周囲部分に拡散することなく中央部
分6に閉じ込められ、レンズ26を介してファイバ27
に入力して結合される。第3又は第4の実施例の半導体
光導波制御装置では印加電圧を制御することにより、フ
ァイバへの結合を制御して光強度変調を行うことができ
る。
It is assumed that the refractive index of the peripheral portion of the multi-quantum well semiconductor layer 3 of the semiconductor optical waveguide control device is n, and the refractive index of the central portion 6 is n1. When n>n1, the light incident on the central portion 6 is diffused from the central portion 6 to the peripheral portion and is not coupled to the fiber 27, as shown in FIG. 16(a). On the other hand,
In the case of n<n1, the incident light to the central portion 6 is as shown in FIG. 16(b
), it is confined in the central part 6 without diffusing to the surrounding parts, and passes through the lens 26 to the fiber 27.
are input and combined. In the semiconductor optical waveguide control device of the third or fourth embodiment, by controlling the applied voltage, it is possible to control the coupling to the fiber and perform optical intensity modulation.

【0061】本発明の第5の実施例による半導体光導波
制御装置を図17を用いて説明する。これは請求項5に
係る実施例である。同図(a) は半導体光導波制御装
置の断面図、同図(b) はX−X′線に沿った屈折率
分布を示すグラフである。本実施例の半導体光導波制御
装置は、第1の実施例における2つの上部電極41、4
2に加えて、これら上部電極41、42間の幅10μm
の間隙内に幅6μmの帯状の上部電極45を設け、また
、2つの下部電極51、52に加えて、これら下部電極
51、52間の幅10μmの間隙内に幅6μmの帯状の
下部電極55を設けている。両側の上部電極41、42
と下部電極51、52間には電圧源701が接続され、
多重量子井戸半導体層3の周囲部分に電圧Vsが印加さ
れる。中央の上部電極45と下部電極55間には電圧源
702が接続され、多重量子井戸半導体層3の中央部分
6に電圧Vcが印加される。
A semiconductor optical waveguide control device according to a fifth embodiment of the present invention will be explained using FIG. 17. This is an embodiment according to claim 5. FIG. 5(a) is a sectional view of the semiconductor optical waveguide control device, and FIG. 2(b) is a graph showing the refractive index distribution along the line X-X'. The semiconductor optical waveguide control device of this embodiment has two upper electrodes 41 and 4 in the first embodiment.
In addition to 2, the width between these upper electrodes 41 and 42 is 10 μm.
A strip-shaped upper electrode 45 with a width of 6 μm is provided in the gap, and in addition to the two lower electrodes 51 and 52, a strip-shaped lower electrode 55 with a width of 6 μm is provided in the gap with a width of 10 μm between these lower electrodes 51 and 52. has been established. Upper electrodes 41 and 42 on both sides
A voltage source 701 is connected between the lower electrodes 51 and 52,
A voltage Vs is applied to the surrounding portion of the multi-quantum well semiconductor layer 3. A voltage source 702 is connected between the central upper electrode 45 and the lower electrode 55, and a voltage Vc is applied to the central portion 6 of the multi-quantum well semiconductor layer 3.

【0062】本実施例によれば、例えば図9(b) で
波長λ1の光を選択すれば、図17(b) に示すよう
に、印加電圧が0のときは平坦であった屈折率分布を、
電圧Vsのみを印加すると中央部分6が高くなる屈折率
分布とすることができ、電圧Vcのみを印加すると逆に
中央部分6が低くなる屈折率分布とすることができる。 このため、電圧Vsと電圧Vcの印加を選択して導波、
非導波の変調光導波路を実現できる。
According to this embodiment, for example, if light with wavelength λ1 is selected in FIG. 9(b), the refractive index distribution, which was flat when the applied voltage was 0, will be changed as shown in FIG. 17(b). of,
When only the voltage Vs is applied, a refractive index distribution can be obtained in which the central portion 6 is high, and when only the voltage Vc is applied, a refractive index distribution can be obtained in which the central portion 6 is low. For this reason, by selecting the application of voltage Vs and voltage Vc, waveguiding,
A non-waveguide modulating optical waveguide can be realized.

【0063】また、本実施例によれば、多重量子井戸半
導体層3の中央部分6と周囲部分への印加電圧を独立に
制御することができるため、ある波長の光に対して屈折
率の差が最大になるような最適電圧を多重量子井戸半導
体層3の中央部分6と周囲部分に印加することができる
。このため、種々の波長の光に対して最適な光導波路を
形成することができ、波長選択性がある光導波路を実現
することができる。
Furthermore, according to this embodiment, since the voltage applied to the central portion 6 and the peripheral portion of the multi-quantum well semiconductor layer 3 can be controlled independently, the difference in refractive index for light of a certain wavelength can be controlled independently. An optimal voltage that maximizes the voltage can be applied to the central portion 6 and peripheral portions of the multi-quantum well semiconductor layer 3. Therefore, it is possible to form an optical waveguide that is optimal for light of various wavelengths, and it is possible to realize an optical waveguide that has wavelength selectivity.

【0064】なお、本実施例においても、下部電極及び
InP下部クラッド層に対して図11(a) 〜(d)
 と同様の変形が可能である。本発明の第6の実施例に
よる半導体光導波制御装置を図18を用いて説明する。 これは請求項7と請求項8に係る実施例である。同図(
a) は半導体光導波制御装置の断面図である。
In this example as well, the lower electrode and the InP lower cladding layer are shown in FIGS. 11(a) to (d).
A similar modification is possible. A semiconductor optical waveguide control device according to a sixth embodiment of the present invention will be explained using FIG. 18. This is an embodiment according to claims 7 and 8. Same figure (
a) is a sectional view of a semiconductor optical waveguide control device;

【0065】本実施例の半導体光導波制御装置は、In
P上部クラッド層1と多重量子井戸半導体層3とInP
下部クラッド層2がイントリンシック(i形)半導体に
より形成されている。i形InP上部クラッド層1上面
に10μmの間隙を隔てて幅が5μmの帯状のp形In
P半導体層103、104が形成されている。p形In
P半導体層103、104上にはTi/Pt/Auの3
層からなる幅が3μmの上部電極401、402が形成
されている。p形InP半導体層103、104の不純
物濃度は1×1018cm−3以上であることが望まし
い。 また、i形InP下部クラッド層2下面には全面にn形
InP半導体層201が形成され、n形InP半導体層
201下面にはAuからなる下部電極5が形成されてい
る。
The semiconductor optical waveguide control device of this embodiment uses In
P upper cladding layer 1, multi-quantum well semiconductor layer 3, and InP
The lower cladding layer 2 is formed of an intrinsic (i-type) semiconductor. A strip of p-type InP with a width of 5 μm is formed on the upper surface of the i-type InP upper cladding layer 1 with a gap of 10 μm.
P semiconductor layers 103 and 104 are formed. p-type In
On the P semiconductor layers 103 and 104, 3 layers of Ti/Pt/Au are formed.
Upper electrodes 401 and 402 made of layers and having a width of 3 μm are formed. The impurity concentration of the p-type InP semiconductor layers 103 and 104 is preferably 1×10 18 cm −3 or more. Further, an n-type InP semiconductor layer 201 is formed entirely on the lower surface of the i-type InP lower cladding layer 2, and a lower electrode 5 made of Au is formed on the lower surface of the n-type InP semiconductor layer 201.

【0066】本実施例によれば上部電極401、402
及び下部電極5が高不純物濃度の半導体層上に形成され
ているので、オーミックコンタクトがとりやすくなる。 また、p形InP半導体層103、104と、i形In
P上部クラッド層1、i形多重量子井戸半導体層3、i
形InP下部クラッド層2と、n形InP半導体層20
1によりp−i−n接合が形成されるので、上部電極4
01、402と下部電極5により、このp−i−n接合
に逆バイアス電圧を印加するようにすれば確実にリーク
電流を阻止することができる。
According to this embodiment, the upper electrodes 401 and 402
Since the lower electrode 5 is formed on the semiconductor layer with high impurity concentration, ohmic contact can be easily established. In addition, p-type InP semiconductor layers 103 and 104 and i-type InP semiconductor layers 103 and 104
P upper cladding layer 1, i-type multi-quantum well semiconductor layer 3, i
InP type lower cladding layer 2 and n type InP semiconductor layer 20
1 forms a pin junction, so the upper electrode 4
01, 402 and the lower electrode 5, by applying a reverse bias voltage to this pin junction, leakage current can be reliably prevented.

【0067】本発明の第7の実施例による半導体光導波
制御装置を図19を用いて説明する。これは請求項6と
請求項8に係る実施例である。同図(a) は半導体光
導波制御装置の断面図である。本実施例の半導体光導波
制御装置では、不純物濃度が1×1018cm−3以上
のの厚さ100μmのn−InP基板8上にi形多重量
子井戸半導体層3が直接形成され、i形多重量子井戸半
導体層3上にi形InP上部クラッド層1が形成されて
いる。i形InP上部クラッド層1表面には10μmの
間隙を隔てて幅が5μmで深さ1.5μmにZnを拡散
したp形Zn拡散領域101、102が形成されている
。p形Zn拡散領域101、102上には幅3μmの上
部電極401、402が形成され、n−InP基板8底
面には全面に下部電極5が形成されている。
A semiconductor optical waveguide control device according to a seventh embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. This is an embodiment according to claims 6 and 8. FIG. 2(a) is a sectional view of the semiconductor optical waveguide control device. In the semiconductor optical waveguide control device of this embodiment, an i-type multiple quantum well semiconductor layer 3 is directly formed on an n-InP substrate 8 with an impurity concentration of 1×10 18 cm −3 or more and a thickness of 100 μm. An i-type InP upper cladding layer 1 is formed on the well semiconductor layer 3. On the surface of the i-type InP upper cladding layer 1, p-type Zn diffusion regions 101 and 102 in which Zn is diffused are formed with a width of 5 μm and a depth of 1.5 μm with a gap of 10 μm in between. Upper electrodes 401 and 402 having a width of 3 μm are formed on the p-type Zn diffusion regions 101 and 102, and a lower electrode 5 is formed on the entire bottom surface of the n-InP substrate 8.

【0068】本実施例によれば上部電極401、402
がp形Zn拡散領域101、102に接続されているの
で、オーミックコンタクトがとりやすくなる。また、p
形Zn拡散領域101、102を深くすればi形InP
上部クラッド層1が厚い場合でも、p形Zn拡散領域1
01、102の拡散部先端を多重量子井戸半導体層3に
近付けることができるので、より低い電圧で大きな電界
を多重量子井戸半導体層3に印加することができる。
According to this embodiment, the upper electrodes 401 and 402
are connected to the p-type Zn diffusion regions 101 and 102, making it easier to establish ohmic contact. Also, p
If the Zn type diffusion regions 101 and 102 are deepened, the i type InP
Even if the upper cladding layer 1 is thick, the p-type Zn diffusion region 1
Since the tips of the diffusion portions 01 and 102 can be brought close to the multiple quantum well semiconductor layer 3, a large electric field can be applied to the multiple quantum well semiconductor layer 3 at a lower voltage.

【0069】さらに、p形Zn拡散領域101、102
と、i形InP上部クラッド層1、i形多重量子井戸半
導体層3と、n−InP基板8によりp−i−n接合が
形成されるので、上部電極401、402と下部電極5
により、このp−i−n接合に逆バイアス電圧を印加す
るようにすれば確実にリーク電流を阻止することができ
る。
Furthermore, p-type Zn diffusion regions 101 and 102
Since a p-i-n junction is formed by the i-type InP upper cladding layer 1, the i-type multiple quantum well semiconductor layer 3, and the n-InP substrate 8, the upper electrodes 401, 402 and the lower electrode 5
Therefore, by applying a reverse bias voltage to this pin junction, leakage current can be reliably prevented.

【0070】本発明の第8の実施例による光集積回路を
図20を用いて説明する。同図(a) は光集積回路の
平面図、同図(b) は光集積回路のX1−X1′線で
切断した端面図、同図(c) は光集積回路のX2−X
2′線で切断した端面図、同(d) は光集積回路のZ
−Z′線で切断した端面図である。本実施例の光集積回
路は、第5の実施例による半導体光導波制御装置とDF
Bレーザとを集積化した変調器付レーザ光源としたもの
である。図20(a) において左側がレーザ部9であ
り、右側が変調器部10である。
An optical integrated circuit according to an eighth embodiment of the present invention will be explained using FIG. 20. Figure (a) is a plan view of the optical integrated circuit, Figure (b) is an end view of the optical integrated circuit taken along the X1-X1' line, and Figure (c) is the X2-X side view of the optical integrated circuit.
The end view taken along line 2' (d) shows the Z of the optical integrated circuit.
FIG. 3 is an end view taken along the -Z' line. The optical integrated circuit of this embodiment includes a semiconductor optical waveguide control device and a DF according to the fifth embodiment.
This is a laser light source with a modulator that is integrated with a B laser. In FIG. 20(a), the laser section 9 is on the left, and the modulator section 10 is on the right.

【0071】不純物濃度が1×1018cm−3以上の
厚さ100μmのn−InP基板8上に、多重量子井戸
半導体層3をInP上部クラッド層1とInGaAsP
下部クラッド層2とにより挟んだダブルヘテロ接合構造
が形成されている。n−InP基板8底面には全面に下
部電極5が形成されている。右側のレーザ部9は長さが
300μmである。InP上部クラッド層1表面には幅
が6μmのZn拡散領域106が形成され、Zn拡散領
域106上に上部電極46が形成されている。レーザ部
9では、上部電極46の周囲がn−InP基板8に達す
るまでエッチング除去され、10μm幅のメサ形状にな
っている。n−InP基板8とInP下部クラッド層2
との界面には、ピッチが約200nmで深さが約200
nmのコルゲーション16が形成されている。
On a 100 μm thick n-InP substrate 8 with an impurity concentration of 1×10 18 cm −3 or more, a multi-quantum well semiconductor layer 3 is formed by forming an InP upper cladding layer 1 and an InGaAsP layer.
A double heterojunction structure sandwiched between the lower cladding layer 2 and the lower cladding layer 2 is formed. A lower electrode 5 is formed on the entire bottom surface of the n-InP substrate 8 . The laser section 9 on the right side has a length of 300 μm. A Zn diffusion region 106 with a width of 6 μm is formed on the surface of the InP upper cladding layer 1, and an upper electrode 46 is formed on the Zn diffusion region 106. In the laser section 9, the periphery of the upper electrode 46 is etched away until it reaches the n-InP substrate 8, forming a mesa shape with a width of 10 μm. n-InP substrate 8 and InP lower cladding layer 2
At the interface, the pitch is about 200 nm and the depth is about 200 nm.
A corrugation 16 of nm is formed.

【0072】左側の変調器部10は長さが300μmで
ある。InP上部クラッド層1表面に間隔10μmの間
隙を隔てて2つの幅6μmのZn拡散領域101、10
2が形成され、これらZn拡散領域101、102間の
幅10μmの間隙に幅6μmのZn拡散領域105が形
成されている。変調器部10における中央のZn拡散領
域105は、レーザ部9におけるZn拡散領域106と
合致する位置に形成されている。Zn拡散領域101、
102、105上には上部電極41、42、45が形成
されている。
The left modulator section 10 has a length of 300 μm. Two Zn diffusion regions 101 and 10 with a width of 6 μm are formed on the surface of the InP upper cladding layer 1 with a gap of 10 μm in between.
A Zn diffusion region 105 having a width of 6 μm is formed in a gap having a width of 10 μm between these Zn diffusion regions 101 and 102. A central Zn diffusion region 105 in the modulator section 10 is formed at a position that coincides with a Zn diffusion region 106 in the laser section 9. Zn diffusion region 101,
Upper electrodes 41, 42, 45 are formed on 102, 105.

【0073】多重量子井戸半導体層3は、レーザ部9で
は活性層として機能し、変調器部10では光導波路層と
して機能している。レーザ部9の活性層としての多重量
子井戸半導体層3において発振したレーザ光が変調器部
10の光導波路層としての多重量子井戸半導体層3に直
接入射させることができる。本実施例によれば、同一の
層構造を有する基板上にレーザと変調器を形成でき、レ
ーザの活性層と変調器の活性層とが連続なので、製造が
容易であり、接続部分での損失を小さくすることができ
る。
The multi-quantum well semiconductor layer 3 functions as an active layer in the laser section 9 and as an optical waveguide layer in the modulator section 10. Laser light oscillated in the multiple quantum well semiconductor layer 3 as the active layer of the laser section 9 can be made to directly enter the multiple quantum well semiconductor layer 3 as the optical waveguide layer of the modulator section 10 . According to this example, the laser and the modulator can be formed on a substrate having the same layer structure, and the active layer of the laser and the active layer of the modulator are continuous, so manufacturing is easy and loss at the connection part is reduced. can be made smaller.

【0074】なお、図21に多重量子井戸半導体層3の
吸収率αのスペクトルと屈折率nのスペクトルを示す。 λgは電界がない場合のバンドギャップエネルギに相当
する波長、λLはレーザ発振する波長である。多重量子
井戸半導体層3に逆方向電圧を印加すると吸収スペクト
ルのピークも屈折率スペクトルのピークも共に図21に
おいて右側の方向に移動する。したがって、所定の電圧
を印加すると同じ多重量子井戸半導体層3を同じ波長に
対して光導波路としても光検出器としても使用すること
ができる。しかも、多重量子井戸半導体層3を活性層と
してレーザ発振させることもできるので、したがって、
本実施例の多重量子井戸半導体層3を用いれば、同じ層
構造を有する基板上に、上述のレーザや変調器だけでな
く、受光器やアンプ等の他の光素子をも形成することが
できる。しかも、本発明による光導波制御装置を用いて
これら光素子を直接的に結合した装置を実現することが
できる。
Note that FIG. 21 shows the spectrum of the absorption coefficient α and the spectrum of the refractive index n of the multi-quantum well semiconductor layer 3. λg is a wavelength corresponding to bandgap energy in the absence of an electric field, and λL is a wavelength for laser oscillation. When a reverse voltage is applied to the multi-quantum well semiconductor layer 3, both the peak of the absorption spectrum and the peak of the refractive index spectrum move to the right in FIG. Therefore, when a predetermined voltage is applied, the same multi-quantum well semiconductor layer 3 can be used both as an optical waveguide and as a photodetector for the same wavelength. Moreover, it is also possible to cause laser oscillation by using the multi-quantum well semiconductor layer 3 as an active layer.
By using the multi-quantum well semiconductor layer 3 of this example, it is possible to form not only the above-mentioned laser and modulator but also other optical elements such as a photoreceiver and an amplifier on a substrate having the same layer structure. . Furthermore, by using the optical waveguide control device according to the present invention, it is possible to realize a device in which these optical elements are directly coupled.

【0075】[0075]

【発明の効果】以上の通り、本発明によれば、半導体層
をエッチング加工することなく、消費電力が小さく高速
動作可能な半導体光導波制御装置を実現することができ
る。
As described above, according to the present invention, it is possible to realize a semiconductor optical waveguide control device that consumes little power and can operate at high speed without etching the semiconductor layer.

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

【図1】本発明(請求項1)による半導体光導波制御装
置を示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing a semiconductor optical waveguide control device according to the present invention (claim 1).

【図2】本発明(請求項2)による半導体光導波制御装
置を示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing a semiconductor optical waveguide control device according to the present invention (claim 2).

【図3】本発明(請求項3)による半導体光導波制御装
置を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing a semiconductor optical waveguide control device according to the present invention (claim 3).

【図4】本発明(請求項4)による半導体光導波制御装
置を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing a semiconductor optical waveguide control device according to the present invention (claim 4).

【図5】本発明(請求項5)による半導体光導波制御装
置を示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing a semiconductor optical waveguide control device according to the present invention (claim 5).

【図6】本発明(請求項6)による半導体光導波制御装
置を示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing a semiconductor optical waveguide control device according to the present invention (claim 6).

【図7】本発明(請求項7)による半導体光導波制御装
置を示す図である。
FIG. 7 is a diagram showing a semiconductor optical waveguide control device according to the present invention (claim 7).

【図8】本発明(請求項8)による半導体光導波制御装
置を示す図である。
FIG. 8 is a diagram showing a semiconductor optical waveguide control device according to the present invention (claim 8).

【図9】多重量子井戸半導体層に電界を印加した場合の
屈折率変化を示すグラフである。
FIG. 9 is a graph showing changes in refractive index when an electric field is applied to a multi-quantum well semiconductor layer.

【図10】本発明の第1の実施例による半導体光導波制
御装置を示す図である。
FIG. 10 is a diagram showing a semiconductor optical waveguide control device according to a first embodiment of the present invention.

【図11】本発明の第1の実施例による半導体光導波制
御装置の変形例を示す図である。
FIG. 11 is a diagram showing a modification of the semiconductor optical waveguide control device according to the first embodiment of the present invention.

【図12】本発明の第1の実施例による半導体光導波制
御装置を用いて複数の光素子を集積化した光集積回路の
具体例を示す図である。
FIG. 12 is a diagram showing a specific example of an optical integrated circuit in which a plurality of optical elements are integrated using the semiconductor optical waveguide control device according to the first embodiment of the present invention.

【図13】本発明の第2の実施例による半導体光導波制
御装置を示す図である。
FIG. 13 is a diagram showing a semiconductor optical waveguide control device according to a second embodiment of the present invention.

【図14】本発明の第3の実施例による半導体光導波制
御装置を示す図である。
FIG. 14 is a diagram showing a semiconductor optical waveguide control device according to a third embodiment of the present invention.

【図15】本発明の第4の実施例による半導体光導波制
御装置を示す図である。
FIG. 15 is a diagram showing a semiconductor optical waveguide control device according to a fourth embodiment of the present invention.

【図16】本発明の第3又は第4の実施例による半導体
光導波制御装置を用いた光強度変調作用の説明図である
FIG. 16 is an explanatory diagram of a light intensity modulation effect using a semiconductor optical waveguide control device according to a third or fourth embodiment of the present invention.

【図17】本発明の第5の実施例による半導体光導波制
御装置を示す図である。
FIG. 17 is a diagram showing a semiconductor optical waveguide control device according to a fifth embodiment of the present invention.

【図18】本発明の第6の実施例による半導体光導波制
御装置を示す図である。
FIG. 18 is a diagram showing a semiconductor optical waveguide control device according to a sixth embodiment of the present invention.

【図19】本発明の第7の実施例による半導体光導波制
御装置を示す図である。
FIG. 19 is a diagram showing a semiconductor optical waveguide control device according to a seventh embodiment of the present invention.

【図20】本発明の第8の実施例による半導体光導波制
御装置を示す図である。
FIG. 20 is a diagram showing a semiconductor optical waveguide control device according to an eighth embodiment of the present invention.

【図21】多重量子井戸半導体層の吸収率スペクトルと
屈折率スペクトルを示すグラフである。
FIG. 21 is a graph showing an absorption spectrum and a refractive index spectrum of a multi-quantum well semiconductor layer.

【図22】従来の光導波路を示す図である。FIG. 22 is a diagram showing a conventional optical waveguide.

【図23】従来の光導波路を示す図である。FIG. 23 is a diagram showing a conventional optical waveguide.

【図24】提案された半導体光導波制御装置を示す図で
ある。
FIG. 24 is a diagram showing a proposed semiconductor optical waveguide control device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…第1の半導体層 2…第2の半導体層 3…多重量子井戸半導体層 5…下部電極 6…中央部分 7…電圧源 44…間隙 41、42、43、45…上部電極 54…間隙 51、52、53、55…下部電極 101、102…不純物拡散領域 103、104…半導体層 401、402…上部電極 701、702…電圧源 1…InP上部クラッド層 2…InP下部クラッド層 3…多重量子井戸半導体層 5…下部電極 8…n−InP基板 9…レーザ部 10…変調器部 16…コルゲーション 26…レンズ 27…光ファイバ 31…InGaAs薄層 32…InGaAsP薄層 46、47、48、49…上部電極 51、52、53、55…下部電極 61、62、63、64、65…光導波路101、10
2、105、106…p形Zn拡散領域103、104
…p形InP半導体層 110…凸部 150…入射部 151…レーザ 152、153…光検出器 201…n形InP半導体層 801…凸部 301、302、303…半導体層 304…上部電極 305…下部電極 306…凸部 308…中央部分 309…中央部分
1...First semiconductor layer 2...Second semiconductor layer 3...Multi-quantum well semiconductor layer 5...Lower electrode 6...Central portion 7...Voltage source 44...Gaps 41, 42, 43, 45...Upper electrode 54...Gap 51 , 52, 53, 55...lower electrodes 101, 102...impurity diffusion regions 103, 104...semiconductor layers 401, 402...upper electrodes 701, 702...voltage source 1...InP upper cladding layer 2...InP lower cladding layer 3...multiquantum Well semiconductor layer 5...lower electrode 8...n-InP substrate 9...laser section 10...modulator section 16...corrugation 26...lens 27...optical fiber 31...InGaAs thin layer 32...InGaAsP thin layer 46, 47, 48, 49... Upper electrodes 51, 52, 53, 55...lower electrodes 61, 62, 63, 64, 65...optical waveguides 101, 10
2, 105, 106...p-type Zn diffusion regions 103, 104
...p-type InP semiconductor layer 110...protrusion 150...incident part 151...laser 152, 153...photodetector 201...n-type InP semiconductor layer 801...protrusion 301, 302, 303...semiconductor layer 304...upper electrode 305...lower part Electrode 306...Convex portion 308...Central portion 309...Central portion

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】  バンドギャップエネルギの異なる2つ
の半導体層を交互に積層した多重量子井戸半導体層と、
前記多重量子井戸半導体層の第1の面にヘテロ接合され
た第1の半導体層と、前記多重量子井戸半導体層の第2
の面にヘテロ接合された第2の半導体層と、前記第1の
半導体層上に形成され、所定間隔の間隙を隔ててほぼ平
行に延びる第1の上部電極及び第2の上部電極と、前記
第2の半導体層上に形成された下部電極とを有し、前記
第1及び第2の上部電極と前記下部電極間に印加する電
圧を制御することにより、前記多重量子井戸半導体層の
前記所定間隔の間隙に対応する部分に屈折率の違いに基
づく光導波路を形成することを特徴とする半導体光導波
制御装置。
1. A multi-quantum well semiconductor layer in which two semiconductor layers having different band gap energies are alternately stacked,
a first semiconductor layer heterojunctioned to the first surface of the multi-quantum well semiconductor layer; and a second semiconductor layer of the multi-quantum well semiconductor layer.
a first upper electrode and a second upper electrode formed on the first semiconductor layer and extending substantially parallel to each other with a predetermined gap therebetween; a lower electrode formed on a second semiconductor layer, and by controlling a voltage applied between the first and second upper electrodes and the lower electrode, A semiconductor optical waveguide control device characterized by forming an optical waveguide based on a difference in refractive index in a portion corresponding to a gap.
【請求項2】  バンドギャップエネルギの異なる2つ
の半導体層を交互に積層した多重量子井戸半導体層と、
前記多重量子井戸半導体層の第1の面にヘテロ接合され
た第1の半導体層と、前記多重量子井戸半導体層の第2
の面にヘテロ接合された第2の半導体層と、前記第1の
半導体層上に延在する所定幅の第3の上部電極と、前記
第2の半導体層上に形成された下部電極とを有し、前記
第3の下部電極と前記下部電極間に印加する電圧を制御
することにより、前記多重量子井戸半導体層の前記第2
の下部電極に対応する部分に屈折率の違いに基づく光導
波路を形成することを特徴とする半導体光導波制御装置
2. A multi-quantum well semiconductor layer in which two semiconductor layers having different band gap energies are alternately laminated,
a first semiconductor layer heterojunctioned to the first surface of the multi-quantum well semiconductor layer; and a second semiconductor layer of the multi-quantum well semiconductor layer.
a second semiconductor layer heterojunctioned to a surface of the semiconductor layer, a third upper electrode having a predetermined width extending on the first semiconductor layer, and a lower electrode formed on the second semiconductor layer. the second lower electrode of the multi-quantum well semiconductor layer by controlling the voltage applied between the third lower electrode and the lower electrode.
A semiconductor optical waveguide control device characterized in that an optical waveguide is formed in a portion corresponding to a lower electrode based on a difference in refractive index.
【請求項3】  請求項1記載の半導体光導波制御装置
において、前記多重量子井戸半導体層の前記所定間隔の
間隙に対応する部分の屈折率が他の部分の屈折率と異な
ることを特徴とする半導体光導波制御装置。
3. The semiconductor optical waveguide control device according to claim 1, wherein the refractive index of a portion of the multi-quantum well semiconductor layer corresponding to the predetermined gap is different from the refractive index of other portions. Semiconductor optical waveguide control device.
【請求項4】  請求項2記載の半導体光導波制御装置
において、前記多重量子井戸半導体層の前記第3の電極
に対応する部分の屈折率が他の部分の屈折率と異なるこ
とを特徴とする半導体光導波制御装置。
4. The semiconductor optical waveguide control device according to claim 2, wherein the refractive index of a portion of the multi-quantum well semiconductor layer corresponding to the third electrode is different from the refractive index of other portions. Semiconductor optical waveguide control device.
【請求項5】  請求項1又は3記載の半導体光導波制
御装置において、前記第1の半導体層の前記所定間隔の
間隙上に形成され、前記第1及び第2の上部電極にほぼ
平行に延びる第4の上部電極を更に有することを特徴と
する半導体光導波制御装置。
5. The semiconductor optical waveguide control device according to claim 1, wherein the semiconductor layer is formed on the predetermined gap of the first semiconductor layer and extends substantially parallel to the first and second upper electrodes. A semiconductor optical waveguide control device further comprising a fourth upper electrode.
【請求項6】  請求項1乃至5のいずれかに記載の半
導体光導波制御装置において、前記第1乃至第4の上部
電極及び前記下部電極の少なくともいずれかの電極下の
前記第1又は第2の半導体層に不純物拡散領域を形成し
たことを特徴とする半導体光導波制御装置。
6. The semiconductor optical waveguide control device according to claim 1, wherein the first or second electrode is located under at least one of the first to fourth upper electrodes and the lower electrode. A semiconductor optical waveguide control device characterized in that an impurity diffusion region is formed in a semiconductor layer.
【請求項7】  請求項1乃至6のいずれかに記載の半
導体光導波制御装置において、前記第1乃至第4の上部
電極及び前記下部電極の少なくともいずれかの電極が電
気伝導率の高い不純物が添加された半導体層を介して前
記第1又は第2の半導体層に接触していることを特徴と
する半導体光導波制御装置。
7. The semiconductor optical waveguide control device according to claim 1, wherein at least one of the first to fourth upper electrodes and the lower electrode contains impurities with high electrical conductivity. A semiconductor optical waveguide control device, characterized in that the semiconductor optical waveguide control device is in contact with the first or second semiconductor layer via a doped semiconductor layer.
【請求項8】  請求項1乃至7のいずれかに記載の半
導体光導波制御装置において、前記上部電極と前記下部
電極に挟まれた前記多重量子井戸半導体層、第1の半導
体層、第2の半導体層間のpn接合が、不純物拡散領域
、不純物が添加された半導体層によりp−i−n接合と
なるように形成されていることを特徴とする半導体光導
波制御装置。
8. The semiconductor optical waveguide control device according to claim 1, wherein the multi-quantum well semiconductor layer, the first semiconductor layer, and the second semiconductor layer are sandwiched between the upper electrode and the lower electrode. A semiconductor optical waveguide control device characterized in that a p-n junction between semiconductor layers is formed as a p-i-n junction by an impurity diffusion region and a semiconductor layer doped with impurities.
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