JPH05275811A - Semiconductor optical modulation element - Google Patents

Semiconductor optical modulation element

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JPH05275811A
JPH05275811A JP10068092A JP10068092A JPH05275811A JP H05275811 A JPH05275811 A JP H05275811A JP 10068092 A JP10068092 A JP 10068092A JP 10068092 A JP10068092 A JP 10068092A JP H05275811 A JPH05275811 A JP H05275811A
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JP
Japan
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quantum well
well structure
layer
multiple quantum
type inp
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JP10068092A
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Japanese (ja)
Inventor
Jii Rabikumaaru Kee
ケー・ジー・ラビクマール
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Fujikura Ltd
Original Assignee
Fujikura Ltd
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To obtain an optical modulation element which enables actual optical system application using a quantum well structure. CONSTITUTION:In an optical switching element where a multiple quantum well structure 2 of InGaAsP/InP group is formed on an n-type InP substrate 1, a p-type InP layer 3 is formed thereon with a striped pattern and a crossing waveguide 4 is formed by an n-type InP layer so that the p-type InP layer 3 is located at the crossing portion, a tensile distortion is given to the InGaAsP well layer of the multiple quantum well structure 2, realizing optical switching without dependence on polarized plane.

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、量子井戸構造を利用し
た半導体光変調素子に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor optical modulation device using a quantum well structure.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体光変調素子として、量子井戸構造
を利用したものが提案されている。これは、量子井戸構
造に電界を印加することにより屈折率が変化する現象
(いわゆる電界印加効果)を利用する。この現象を利用
することにより、超小型で超高速動作可能な光スイッチ
素子等を作ることができる。しかしながら現在までのと
ころ、この量子井戸の電界印加効果を用いた光スイッチ
素子は実際のシステムに利用されるまでに至っていな
い。その一つの理由は、特性が入射光の偏波面に大きく
依存することにある。例えば、InGaAs/InP系
の量子井戸構造では、TEモードでの電界屈折率変化が
TMモードでのそれより約2倍大きい。
2. Description of the Related Art As a semiconductor optical modulation device, a device using a quantum well structure has been proposed. This utilizes a phenomenon in which the refractive index changes by applying an electric field to the quantum well structure (so-called electric field application effect). By utilizing this phenomenon, it is possible to manufacture an optical switch element or the like that is ultra-compact and can operate at ultra-high speed. However, up to now, the optical switch element using the electric field application effect of the quantum well has not been used in an actual system. One of the reasons is that the characteristics greatly depend on the plane of polarization of incident light. For example, in the InGaAs / InP quantum well structure, the electric field refractive index change in the TE mode is about twice as large as that in the TM mode.

【0003】量子井戸構造では良く知られているよう
に、部分的に縮退が解けて軽い正孔帯と重い正孔帯の分
離が生じる。TEモードに関する屈折率変化は重い正孔
帯と伝導帯間の遷移に対応し、TMモードに関する屈折
率変化は軽い正孔帯と伝導帯間の遷移に対応するが、軽
い正孔帯と重い正孔帯のエネルギー準位が異なるため
に、上述のようなTEモードとTMモードでの屈折率変
化に差が生じるのである。
As is well known in the quantum well structure, the degeneracy is partially released to separate the light hole band and the heavy hole band. The change in the refractive index for the TE mode corresponds to the transition between the heavy hole band and the conduction band, and the change in the refractive index for the TM mode corresponds to the transition between the light hole band and the conduction band, but the light hole band and the heavy positive band. Since the energy levels of the pore zones are different, there is a difference in the refractive index change between the TE mode and the TM mode as described above.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】以上のように量子井戸
構造を利用した光スイッチ素子は、偏波面依存性が大き
いために、実際のシステムへの応用が難しいという問題
があった。本発明はこの様な事情を考慮してなされたも
ので、実際の光システム応用を可能とする量子井戸構造
を用いた光変調素子を提供することを目的とする。
As described above, the optical switch device using the quantum well structure has a problem that it is difficult to apply it to an actual system because of its large polarization plane dependency. The present invention has been made in view of such circumstances, and an object thereof is to provide an optical modulator using a quantum well structure that enables actual optical system applications.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】本発明は、半導体基板
に、多重量子井戸構造が形成され、かつこの多重量子井
戸構造の電界屈折率変化効果により導波特性が制御され
る導波路が形成された半導体光変調素子において、多重
量子井戸構造が井戸層に歪みがあたえられた状態で井戸
層と障壁層が交互に積層された、所謂歪み多重量子井戸
構造を有することを特徴とする。
According to the present invention, a multiple quantum well structure is formed on a semiconductor substrate, and a waveguide whose waveguide characteristic is controlled by the electric field refractive index changing effect of this multiple quantum well structure is formed. In the semiconductor light modulation device described above, the multi-quantum well structure has a so-called strained multi-quantum well structure in which well layers and barrier layers are alternately laminated in a state in which the well layers are strained.

【0006】[0006]

【作用】多重量子井戸構造の井戸層を障壁層に対して意
図的に格子不整合させることにより歪みを導入すると、
軽い正孔帯と重い正孔帯のエネルギー準位が歪みに応じ
てシフトする。例えばInGaAs/InP系の多重量
子井戸構造では、井戸層となるInGaAs層に伸長歪
みが加わるように結晶成長時に僅かの格子不整合を導入
すると、TEモードでの電界屈折率変化に寄与する軽い
正孔帯とTMモードでの電界屈折率変化に寄与する重い
正孔帯のエネルギー準位を等しくすることができる。こ
の様な歪み多重量子井戸構造と導波路とを組み合わせる
ことにより、入射光の偏波面に依存しない光スイッチ素
子が得られる。
When the strain is introduced by intentionally making the well layer of the multiple quantum well structure lattice-mismatch with the barrier layer,
The energy levels of the light hole band and the heavy hole band shift according to the strain. For example, in the InGaAs / InP-based multiple quantum well structure, if a slight lattice mismatch is introduced during crystal growth so that extension strain is applied to the InGaAs layer that becomes the well layer, a light positive contribution to the electric field refractive index change in the TE mode is achieved. It is possible to equalize the energy levels of the hole band and the heavy hole band that contribute to the change in the electric field refractive index in the TM mode. By combining such a strained multiple quantum well structure and a waveguide, an optical switch element that does not depend on the polarization plane of incident light can be obtained.

【0007】一方、同じInGaAs/InP系多重量
子井戸構造の井戸層に逆の圧縮歪みを導入すると、TE
モードとTMモードでの電界屈折率変化の差を一層大き
くすることができる。この様に偏波面依存性を積極的に
大きくした歪み多重量子井戸構造をやはり導波路と組み
合わせると、入射光から特定の直線偏光光を取り出すモ
ードフィルタとして用いることができる。
On the other hand, when reverse compressive strain is introduced into the well layer of the same InGaAs / InP system multiple quantum well structure, TE
The difference in electric field refractive index change between the mode and the TM mode can be further increased. By combining the strained multi-quantum well structure having the positive polarization plane dependence with the waveguide as described above, it can be used as a mode filter for extracting specific linearly polarized light from incident light.

【0008】[0008]

【実施例】以下、図面を参照しながら本発明の実施例を
説明する。図1は、本発明の一実施例に係る光スイッチ
素子の平面図であり、図2はそのA―A′断面図であ
る。この光スイッチ素子は、交差型導波路と多重量子井
戸構造を組み合わせたもので、n型InP基板1、この
上に形成された歪み多重量子井戸構造2、この多重量子
井戸構造2上にストライプ状パターンをもって形成され
たp型InP層3、このp型InP層3が交差部に位置
するようにn型InP層により形成された交差型導波路
4を有する。多重量子井戸構造2は、ノンドープ(i
型)とする。p型InP層3および導波路4がパターン
形成された側の面は、SiO2 膜5により覆われてい
る。このSiO2 膜5にはコンタクト窓が開けられて、
p型InP層3にコンタクトするp側電極6が形成され
ている。n型InP基板1の裏面にはn側電極7が形成
されている。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a plan view of an optical switch element according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a sectional view taken along the line AA '. This optical switching element is a combination of a crossed waveguide and a multi-quantum well structure, and comprises an n-type InP substrate 1, a strained multi-quantum well structure 2 formed on this, and a stripe-shaped structure on this multi-quantum well structure 2. It has a p-type InP layer 3 formed in a pattern, and a cross-type waveguide 4 formed of an n-type InP layer so that the p-type InP layer 3 is located at a crossing portion. The multiple quantum well structure 2 has a non-doped (i
Type). The surface on which the p-type InP layer 3 and the waveguide 4 are patterned is covered with a SiO 2 film 5. A contact window is opened in this SiO 2 film 5,
A p-side electrode 6 that contacts the p-type InP layer 3 is formed. An n-side electrode 7 is formed on the back surface of the n-type InP substrate 1.

【0009】歪み多重量子井戸構造2は、厚さ3nm〜1
0nmのInx Ga1-x Asy 1-y(0<x<1,0≦
y≦1)井戸層21と、厚さ15nm〜30nmのInP障
壁層22が交互に、30〜40周期積層形成されたもの
である。図2にはその積層構造の拡大図が示してある。
Inx Ga1-x Asy 1-y 井戸層21は、バンドギャ
ップエネルギーが1.03〜0.75eVであり、In
P障壁層22はバンドギャップエネルギーが1.3eV
である。Inx Ga1-x Asy 1-y 井戸層21は、以
下の説明では簡単にInGaAsP井戸層21と表すこ
とにする。
The strained multiple quantum well structure 2 has a thickness of 3 nm to 1
0 nm of In x Ga 1-x As y P 1-y (0 <x <1,0 ≦
y ≦ 1) The well layers 21 and the InP barrier layers 22 having a thickness of 15 nm to 30 nm are alternately laminated for 30 to 40 cycles. FIG. 2 shows an enlarged view of the laminated structure.
The In x Ga 1-x As y P 1-y well layer 21 has a band gap energy of 1.03 to 0.75 eV, and In
The band gap energy of the P barrier layer 22 is 1.3 eV.
Is. The In x Ga 1-x As y P 1-y well layer 21 will be simply referred to as an InGaAsP well layer 21 in the following description.

【0010】多重量子井戸構造2のInGaAsP井戸
層21は、その格子定数がInP障壁層22の格子定数
から、−0.5〜−2%ずれるように、組成比が設定さ
れている。これにより、InGaAsP井戸層21には
引っ張り歪みが与えられた状態となる。
The composition ratio of the InGaAsP well layer 21 of the multiple quantum well structure 2 is set so that its lattice constant deviates from the lattice constant of the InP barrier layer 22 by −0.5 to −2%. As a result, the InGaAsP well layer 21 is in a state where tensile strain is applied.

【0011】図3(a) 〜(e) は、この実施例の光スイッ
チ素子の製造工程を、図2の断面について示している。
n型InP基板1に、例えばMBE法を利用して、In
GaAsP井戸層とInP障壁層が交互に積層された多
重量子井戸構造2をエピタキシャル成長させ、引続きそ
の上にp型InP層3をエピタキシャル成長させる
((a) )。このとき前述のようにInGaAs井戸層に
は、組成を選択することにより引っ張り歪みが導入され
るようにする。次にp型InP層3を例えばSiO2
スクを用いて選択エッチングして、これをストライプ状
パターンに残す((b) )。
3 (a) to 3 (e) show the manufacturing process of the optical switch element of this embodiment with respect to the cross section of FIG.
On the n-type InP substrate 1, for example, using the MBE method,
A multiple quantum well structure 2 in which GaAsP well layers and InP barrier layers are alternately laminated is epitaxially grown, and then a p-type InP layer 3 is epitaxially grown thereon ((a)). At this time, as described above, tensile strain is introduced into the InGaAs well layer by selecting the composition. Next, the p-type InP layer 3 is selectively etched using, for example, a SiO 2 mask to leave it in a stripe pattern ((b)).

【0012】次に、p型InP層3の周囲に、導波路と
して用いられるn型InP層40 を、表面が平坦になる
ように成長する((c) )。このn型InP層40 の成長
工程は例えば、p型InP層3の表面に選択エッチング
の際に用いたSiO2 等のマスクが形成された状態で、
露出している多重量子井戸構造2上に選択エピタキシャ
ル成長を行えばよい。その後、n型InP層40 を選択
エッチングして、図1に示すパターンの交差型導波路4
を形成する((d) )。最後に、表面をSiO2膜5で覆
い、p型InP層3上にコンタクト孔を開けてp側電極
6を形成し、基板裏面にはn側電極7を形成する((e)
)。
Next, an n-type InP layer 40 used as a waveguide is grown around the p-type InP layer 3 so that the surface becomes flat ((c)). The growth process of the n-type InP layer 40 is performed, for example, in a state where the mask such as SiO 2 used in the selective etching is formed on the surface of the p-type InP layer 3,
Selective epitaxial growth may be performed on the exposed multiple quantum well structure 2. Then, the n-type InP layer 40 is selectively etched to form the crossed waveguide 4 having the pattern shown in FIG.
((D)). Finally, the surface is covered with a SiO 2 film 5, a contact hole is formed on the p-type InP layer 3 to form a p-side electrode 6, and an n-side electrode 7 is formed on the back surface of the substrate ((e)).
).

【0013】この実施例の素子では、p側電極6とn側
電極7間に所定のバイアス電圧を印加することにより、
多重量子井戸構造2での電界屈折率変化によって光スイ
ッチングが行われる。そしてこの実施例の場合、多重量
子井戸構造2のInGaAsP井戸層に引っ張り歪みが
与えられている結果、この多重量子井戸構造2ではTE
モードの電界屈折率変化に影響する重い正孔帯とTMモ
ードの電界屈折率変化に影響する軽い正孔帯のエネルギ
ーレベルが同じになっている。これにより、入射光の偏
波面に依存しない光スイッチングができる。
In the element of this embodiment, by applying a predetermined bias voltage between the p-side electrode 6 and the n-side electrode 7,
Optical switching is performed by changing the electric field refractive index in the multiple quantum well structure 2. In the case of this embodiment, tensile strain is applied to the InGaAsP well layer of the multiple quantum well structure 2, and as a result, TE is increased in this multiple quantum well structure 2.
The energy levels of the heavy hole band affecting the electric field refractive index change of the mode and the light hole band affecting the electric field refractive index change of the TM mode are the same. This allows optical switching that does not depend on the polarization plane of the incident light.

【0014】次に本発明をモードフィルタに適用した実
施例を説明する。素子の基本構成は、上記実施例と同様
であるので図は省略する。モードフィルタの場合には、
多重量子井戸構造2のInGaAsP井戸層21に上記
実施例と逆に圧縮歪みを導入する。これはInGaAs
P井戸層21の組成比を選んで、その格子定数をInP
のそれに比べて正方向にずらすことにより可能である。
Next, an embodiment in which the present invention is applied to a mode filter will be described. The basic structure of the element is the same as that of the above-mentioned embodiment, so that the drawing is omitted. In the case of mode filter,
A compressive strain is introduced into the InGaAsP well layer 21 of the multiple quantum well structure 2 contrary to the above embodiment. This is InGaAs
Select the composition ratio of the P well layer 21 and set its lattice constant to InP.
It is possible by shifting in the positive direction as compared with that.

【0015】この様にすると、多重量子井戸構造の重い
正孔帯と軽い正孔帯のエネルギーレベルは、無歪の場合
に比べてより分離する。その結果、TEモードの電界屈
折率変化とTMモードの電界屈折率変化の差がより大き
くなる。したがって所定の電界を印加した状態で例え
ば、ある端子からの入射自然光から特定の直線偏光光を
取り出し、或いは円偏光から直交する二つの直線偏光成
分(TEモード波とTMモード波)を分離して取り出
す、といったことができる。
By doing so, the energy levels of the heavy hole band and the light hole band of the multiple quantum well structure are more separated than in the case of no strain. As a result, the difference between the TE mode electric field refractive index change and the TM mode electric field refractive index change becomes larger. Therefore, with a predetermined electric field applied, for example, specific linearly polarized light is extracted from incident natural light from a certain terminal, or two orthogonal linearly polarized light components (TE mode wave and TM mode wave) are separated from circularly polarized light. You can take it out.

【0016】ここまでは、交差型導波路と多重量子井戸
構造の組み合わせの実施例を説明したが、本発明は方向
性結合型光導波路を用いた場合にも適用することができ
る。そのような実施例を次に説明する。
Up to this point, the embodiment of the combination of the crossed waveguide and the multiple quantum well structure has been described, but the present invention can also be applied to the case where a directional coupling type optical waveguide is used. Such an embodiment will now be described.

【0017】図4は、そのような実施例の光スイッチ素
子の平面図であり、図5はそのA―A′断面図である。
この光スイッチ素子は、n型InP基板11、この上に
形成された歪み多重量子井戸構造12、この多重量子井
戸構造12上にノードープ(i型)のInP層13a,
13bを介して、近接する平行なストライプ状パターン
をもって形成されたp型InP層14a,14bからな
る方向性結合型光導波路を有する。多重量子井戸構造1
2は、i型とする。光導波路を構成するp型InP層1
4a,14bがパターン形成された側の面は、SiO2
膜15により覆われている。このSiO2 膜15にはコ
ンタクト窓が開けられて、p型InP層14a,14b
にそれぞれコンタクトするp側電極16が形成されてい
る。n型InP基板11の裏面にはn側電極17が形成
されている。
FIG. 4 is a plan view of an optical switch element of such an embodiment, and FIG. 5 is a sectional view taken along line AA 'of FIG.
This optical switch element comprises an n-type InP substrate 11, a strained multiple quantum well structure 12 formed on the substrate 11, a nodoop (i-type) InP layer 13a on the multiple quantum well structure 12,
It has a directional coupling type optical waveguide composed of p-type InP layers 14a and 14b formed in a parallel stripe pattern adjacent to each other via 13b. Multiple quantum well structure 1
2 is i-type. P-type InP layer 1 forming an optical waveguide
The surface on which 4a and 14b are patterned is SiO 2
It is covered by the membrane 15. A contact window is opened in the SiO 2 film 15 so that the p-type InP layers 14a and 14b are formed.
A p-side electrode 16 is formed to be in contact with each. An n-side electrode 17 is formed on the back surface of the n-type InP substrate 11.

【0018】歪み多重量子井戸構造12は、先の実施例
と同様に、厚さ3nm〜10nmのInx Ga1-x Asy
1-y (0<x<1,0≦y≦1)井戸層21と、厚さ1
5nm〜30nmのInP障壁層22が交互に、30〜40
周期積層形成されたものである。図5にはその積層構造
の拡大図が示してある。Inx Ga1-x Asy 1-y
戸層21は、バンドギャップエネルギーが1.03〜
0.75eVであり、InP障壁層22はバンドギャッ
プエネルギーが1.3eVである。Inx Ga1-x As
y 1-y 井戸層21は、以下の説明では簡単にInGa
AsP井戸層21と表すことにする。
The strained multiple quantum well structure 12 has a thickness of 3 nm to 10 nm of In x Ga 1-x As y P as in the previous embodiment.
1-y (0 <x <1, 0 ≦ y ≦ 1) well layer 21 and thickness 1
The InP barrier layers 22 having a thickness of 5 nm to 30 nm are alternately arranged to have a thickness of 30 to 40
It is formed by periodic lamination. FIG. 5 shows an enlarged view of the laminated structure. The In x Ga 1-x As y P 1-y well layer 21 has a band gap energy of 1.03 to
0.75 eV, and the InP barrier layer 22 has a bandgap energy of 1.3 eV. In x Ga 1-x As
The y P 1-y well layer 21 will be simply referred to as InGa in the following description.
It will be referred to as an AsP well layer 21.

【0019】先の実施例と同様に、多重量子井戸構造1
2のInGaAsP井戸層21は、その格子定数がIn
P障壁層22の格子定数から、−0.5〜−2%ずれる
ように、組成比が設定されている。これにより、InG
aAsP井戸層21には引っ張り歪みが与えられた状態
となる。
As in the previous embodiment, the multiple quantum well structure 1
No. 2 InGaAsP well layer 21 has an In lattice constant of In
The composition ratio is set so as to deviate from the lattice constant of the P barrier layer 22 by −0.5 to −2%. In this way, InG
A tensile strain is applied to the aAsP well layer 21.

【0020】図6(a) 〜(c) は、この実施例の光スイッ
チ素子の製造工程を、図5の断面について示している。
n型InP基板11に、例えばMBE法を利用して、I
nGaAsP井戸層とInP障壁層が交互に積層された
多重量子井戸構造12をエピタキシャル成長させ、引続
きその上にi型InP層13,p型InP層14を順次
エピタキシャル成長させる((a) )。このとき前述のよ
うにInGaAs井戸層には、組成を選択することによ
り引っ張り歪みが導入されるようにする。次にp型In
P層14および13を、SiO2 マスク18を用いて選
択エッチングして、平行に近接する二つのストライプ状
パターン14a,14bおよび13a,13bとして残
す((b) )。これが方向性結合型光導波路を構成する。
FIGS. 6 (a) to 6 (c) show the manufacturing process of the optical switch element of this embodiment with respect to the cross section of FIG.
On the n-type InP substrate 11, for example, by using the MBE method, I
A multiple quantum well structure 12 in which nGaAsP well layers and InP barrier layers are alternately stacked is epitaxially grown, and then an i-type InP layer 13 and a p-type InP layer 14 are sequentially epitaxially grown thereon ((a)). At this time, as described above, tensile strain is introduced into the InGaAs well layer by selecting the composition. Next, p-type In
The P layers 14 and 13 are selectively etched using the SiO 2 mask 18 to leave two stripe-shaped patterns 14a, 14b and 13a, 13b adjacent in parallel ((b)). This constitutes a directional coupling type optical waveguide.

【0021】次に、選択エッチングに用いられたSiO
2 マスク18を除去した後、改めて方向性結合型光導波
路がパターン形成された面全面をSiO2 膜16で覆
い、p型InP層14a,14b上にコンタクト孔を開
けてp側電極16を形成する。基板裏面にはn側電極1
7を形成する((c) )。
Next, the SiO used for the selective etching.
2 After removing the mask 18, the entire surface on which the directional coupling type optical waveguide is patterned is covered with the SiO 2 film 16 again, and contact holes are formed on the p-type InP layers 14a and 14b to form the p-side electrode 16. To do. N-side electrode 1 on the backside of the substrate
7 is formed ((c)).

【0022】この実施例の素子でも、p側電極16とn
側電極17間に所定のバイアス電圧を印加することによ
り、多重量子井戸構造12での電界屈折率変化によって
光スイッチングが行われる。そしてこの実施例の場合、
多重量子井戸構造12のInGaAsP井戸層に引っ張
り歪みが与えられている結果、この多重量子井戸構造1
2ではTEモードの電界屈折率変化に影響する重い正孔
帯とTMモードの電界屈折率変化に影響する軽い正孔帯
のエネルギーレベルが同じになっている。これにより、
入射光の偏波面に依存しない光スイッチングができる。
Also in the device of this embodiment, the p-side electrode 16 and the n-side
By applying a predetermined bias voltage between the side electrodes 17, optical switching is performed by a change in electric field refractive index in the multiple quantum well structure 12. And in the case of this embodiment,
As a result of the tensile strain being applied to the InGaAsP well layer of the multiple quantum well structure 12, this multiple quantum well structure 1
In No. 2, the energy levels of the heavy hole band affecting the electric field refractive index change of the TE mode and the light hole band affecting the TM mode electric field refractive index change are the same. This allows
Optical switching that does not depend on the plane of polarization of incident light can be performed.

【0023】次に、やはり方向性結合型光導波路と多重
量子井戸構造を組み合わせて本発明をモードフィルタに
適用した実施例を説明する。素子の基本構成は、図4の
実施例と同様であるので図は省略する。モードフィルタ
の場合には、多重量子井戸構造12のInGaAsP井
戸層21に上記実施例と逆に圧縮歪みを導入する。これ
はInGaAsP井戸層21の組成比を選んで、その格
子定数をInPのそれに比べて正方向にずらすことによ
り可能である。
Next, an embodiment in which the present invention is applied to a mode filter by combining the directional coupling type optical waveguide and the multiple quantum well structure will be described. The basic structure of the element is similar to that of the embodiment shown in FIG. In the case of the mode filter, compressive strain is introduced into the InGaAsP well layer 21 of the multiple quantum well structure 12 contrary to the above-mentioned embodiment. This can be done by selecting the composition ratio of the InGaAsP well layer 21 and shifting its lattice constant in the positive direction as compared with that of InP.

【0024】この様にすると、多重量子井戸構造の重い
正孔帯と軽い正孔帯のエネルギーレベルは、無歪の場合
に比べてより分離する。その結果、TEモードの電界屈
折率変化とTMモードの電界屈折率変化の差がより大き
くなる。したがって所定の電界を印加した状態で例え
ば、ある端子からの入射自然光から特定の直線偏光光を
取り出し、或いは円偏光から直交する二つの直線偏光成
分(TEモード波とTMモード波)を分離して取り出
す、といったことができる。
By doing so, the energy levels of the heavy hole band and the light hole band of the multiple quantum well structure are more separated than in the case of no strain. As a result, the difference between the TE mode electric field refractive index change and the TM mode electric field refractive index change becomes larger. Therefore, with a predetermined electric field applied, for example, specific linearly polarized light is extracted from incident natural light from a certain terminal, or two orthogonal linearly polarized light components (TE mode wave and TM mode wave) are separated from circularly polarized light. You can take it out.

【0025】以上ではInGaAsP/InP系の実施
例を説明したが、本発明はこれに限られるわけではな
く、他の半導体材料系たとえば、AlGaAs/GaA
s系を用いて同様の光変調素子を得ることが可能であ
る。
Although the embodiment of the InGaAsP / InP system has been described above, the present invention is not limited to this, and other semiconductor material systems such as AlGaAs / GaA are used.
It is possible to obtain a similar light modulator using the s system.

【0026】[0026]

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、歪み
多重量子井戸構造を用いることによって、入射光の偏波
面に依存しない光スイッチングやモードフィルタを得る
ことができる。
As described above, according to the present invention, by using the strained multiple quantum well structure, it is possible to obtain an optical switching or mode filter that does not depend on the polarization plane of incident light.

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

【図1】本発明の一実施例に係る光スイッチ素子を示す
平面図。
FIG. 1 is a plan view showing an optical switch element according to an embodiment of the present invention.

【図2】図1のA−A′断面図。FIG. 2 is a sectional view taken along the line AA ′ in FIG.

【図3】同実施例の製造工程を示す断面図。FIG. 3 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the embodiment.

【図4】本発明の他の実施例に係る光スイッチ素子を示
す図。
FIG. 4 is a diagram showing an optical switch element according to another embodiment of the present invention.

【図5】図4のA―A′断面図。5 is a cross-sectional view taken along the line AA ′ of FIG.

【図6】同実施例の製造工程を示す断面図。FIG. 6 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the embodiment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…n型InP基板、2…i型InGaAsP/InP
歪み多重量子井戸構造、3…p型InP層、4…n型I
nP導波路、5…SiO2 膜、6…p側電極、7…n側
電極。11…n型InP基板、12…i型InGaAs
P/InP歪み多重量子井戸構造、13(3a,3b)
…i型InP層、14(4a,4b)…p型InP層、
15…SiO2 膜、16…p側電極、17…n側電極。
1 ... n-type InP substrate, 2 ... i-type InGaAsP / InP
Strained multiple quantum well structure, 3 ... p-type InP layer, 4 ... n-type I
nP waveguide, 5 ... SiO 2 film, 6 ... P-side electrode, 7 ... N-side electrode. 11 ... n-type InP substrate, 12 ... i-type InGaAs
P / InP strained multiple quantum well structure, 13 (3a, 3b)
... i-type InP layer, 14 (4a, 4b) ... p-type InP layer,
15 ... SiO 2 film, 16 ... P-side electrode, 17 ... N-side electrode.

─────────────────────────────────────────────────────
─────────────────────────────────────────────────── ───

【手続補正書】[Procedure amendment]

【提出日】平成4年6月1日[Submission date] June 1, 1992

【手続補正1】[Procedure Amendment 1]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0010[Correction target item name] 0010

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【0010】多重量子井戸構造2のInGaAsP井戸
層21は、その格子定数がInP障壁層22の格子定数
から、−0.5〜−2%ずれるように、組成比x,y
が、x=0.46〜0.24、y=1に設定されてい
る。これにより、InGaAsP井戸層21には引っ張
り歪みが与えられた状態となる。ちなみに、上述した組
成範囲での井戸層の歪み度と、バルク状態でのバンドギ
ャップEg およびこれに対応する波長λg をまとめて示
せば、次のようになる。 井戸層:Inx Ga1-x Asy 1-y ,y=1 x 歪み度 バルクEg バルク波長λg 0.46 −0.5% 0.83eV 1.50μm 0.38 −1.0% 0.92eV 1.35μm 0.32 −1.5% 0.99eV 1.25μm 0.24 −2.0% 1.09eV 1.14μm
The InGaAsP well layer 21 of the multiple quantum well structure 2 has a composition ratio x, y such that its lattice constant deviates from the lattice constant of the InP barrier layer 22 by −0.5 to −2%.
Is set to x = 0.46 to 0.24 and y = 1 . As a result, the InGaAsP well layer 21 is in a state where tensile strain is applied. By the way, the above group
Strain degree of well layer in the range and bandgage in bulk state
Cap Eg and the corresponding wavelength λg are shown together.
If it does, it will be as follows. Well layer: In x Ga 1-x As y P 1-y, y = 1 x skewness bulk Eg bulk wavelength λg 0.46 -0.5% 0.83eV 1.50μm 0.38 -1.0 % 0 .92eV 1.35μm 0.32 -1.5% 0.99eV 1.25μm 0.24 -2.0% 1.09eV 1.14μm

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】半導体基板と、 前記半導体基板上に、井戸層に歪みが与えられた状態で
井戸層と障壁層が交互に積層形成された多重量子井戸構
造と、 前記半導体基板上に形成された、前記量子井戸構造の電
界屈折率変化効果により導波特性が制御される導波路
と、 を備えたことを特徴とする半導体光変調素子。
1. A semiconductor substrate, a multi-quantum well structure in which well layers and barrier layers are alternately laminated on the semiconductor substrate in a state in which the well layers are strained, and a multiple quantum well structure formed on the semiconductor substrate. Further, a semiconductor optical modulation element comprising: a waveguide whose waveguide characteristic is controlled by an electric field refractive index change effect of the quantum well structure.
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