JPH0576611B2 - - Google Patents
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- JPH0576611B2 JPH0576611B2 JP59244443A JP24444384A JPH0576611B2 JP H0576611 B2 JPH0576611 B2 JP H0576611B2 JP 59244443 A JP59244443 A JP 59244443A JP 24444384 A JP24444384 A JP 24444384A JP H0576611 B2 JPH0576611 B2 JP H0576611B2
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- Semiconductor Lasers (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の利用分野〕
本発明は光通信に用いられる光アイソレータお
よび、光アイソレータ、半導体レーザ、半導波路
を複合化した薄膜素子の構造とその構造に有用な
磁性半導体材料に関する。
よび、光アイソレータ、半導体レーザ、半導波路
を複合化した薄膜素子の構造とその構造に有用な
磁性半導体材料に関する。
近年、情報量の増大に伴い、光通信の実用化が
進んでおり、光部品の小型化、高信頼化に対する
要求が増している。光通信システムの中で光アイ
ソレータはレーザ光源の安定化を図る上で重要な
役割を担つている。
進んでおり、光部品の小型化、高信頼化に対する
要求が増している。光通信システムの中で光アイ
ソレータはレーザ光源の安定化を図る上で重要な
役割を担つている。
光アイソレータは、第１図の基本構成図に示し
たように、フアラデー回転効果を有する光磁気材
料が使用される。偏光子２により、直線偏光にな
つたレーザ光３は、直流磁界下に置かれた光アイ
ソレータ１を通過する間に45°偏光面が回転する。
検光子４の偏光面を45°にすれば、レーザ５から
出た光は検光子４を通過することができる。しか
し、光フアイバなどの端面で反射した、逆方向の
レーザ光６は、光アイソレータ１により、90°に
偏光面が回転し、偏光子２を通過することはでき
ず、レーザ５には戻らない。そのため、レーザ５
の安定が保たれる。これまで、光アイソレータに
はバルクのイツトリウム・鉄、ガーネツト（Y3
Fe5O12：YIG）単結晶が使われてきたが、装置
の小型化、高信頼化のために薄膜型光アイソレー
タの開発［たとえば、滝、宮崎、赤尾、信学技報
MW80−95（1981）］が行われている。さらに、
−族化合物半導体との一体化も考えられてい
る。
たように、フアラデー回転効果を有する光磁気材
料が使用される。偏光子２により、直線偏光にな
つたレーザ光３は、直流磁界下に置かれた光アイ
ソレータ１を通過する間に45°偏光面が回転する。
検光子４の偏光面を45°にすれば、レーザ５から
出た光は検光子４を通過することができる。しか
し、光フアイバなどの端面で反射した、逆方向の
レーザ光６は、光アイソレータ１により、90°に
偏光面が回転し、偏光子２を通過することはでき
ず、レーザ５には戻らない。そのため、レーザ５
の安定が保たれる。これまで、光アイソレータに
はバルクのイツトリウム・鉄、ガーネツト（Y3
Fe5O12：YIG）単結晶が使われてきたが、装置
の小型化、高信頼化のために薄膜型光アイソレー
タの開発［たとえば、滝、宮崎、赤尾、信学技報
MW80−95（1981）］が行われている。さらに、
−族化合物半導体との一体化も考えられてい
る。
しかしながら、ガーネツトと−族化合物は
結晶構造、熱膨張係数が違つており、ガーネツト
と−族化合物の一体化は薄膜中にひずみを発
生させる原因になり易い。光アイソレータ中にひ
ずみがあると光は楕円偏光し、アイソレーシヨン
が困難になる場合がある。他方、−族化合物
と同じZnS型結晶構造をもつCdTeのCdの一部を
Mnに置換したCd1-xMnxTeは大きなベルデ定数
を持つ材料で、可視光波長〜0.6μｍに対する光ア
イソレータとして有望な材料である（A.E.
Turner et.al.Applied Optics 22（1983）3152）。
結晶構造、熱膨張係数が違つており、ガーネツト
と−族化合物の一体化は薄膜中にひずみを発
生させる原因になり易い。光アイソレータ中にひ
ずみがあると光は楕円偏光し、アイソレーシヨン
が困難になる場合がある。他方、−族化合物
と同じZnS型結晶構造をもつCdTeのCdの一部を
Mnに置換したCd1-xMnxTeは大きなベルデ定数
を持つ材料で、可視光波長〜0.6μｍに対する光ア
イソレータとして有望な材料である（A.E.
Turner et.al.Applied Optics 22（1983）3152）。
現在、光フアイバを通しての光通信は石英系光
フイアバの透過率が高い、波長範囲が0.8〜1.5μ
ｍの光によつて行われている。長波長の光を
Cd1-xMnxTeに適した場合、ベルデ定数は10-3
°／cm・Ｇ以下に小さくなり、光アイソレータと
して有用でなくなる。そのため、ZnS型結晶構造
を有し、波長0.8〜1.5μｍの光に対して高いベル
デ定数を有する光アイソレータ用材料が必要でつ
た。
フイアバの透過率が高い、波長範囲が0.8〜1.5μ
ｍの光によつて行われている。長波長の光を
Cd1-xMnxTeに適した場合、ベルデ定数は10-3
°／cm・Ｇ以下に小さくなり、光アイソレータと
して有用でなくなる。そのため、ZnS型結晶構造
を有し、波長0.8〜1.5μｍの光に対して高いベル
デ定数を有する光アイソレータ用材料が必要でつ
た。
本発明の目的は波長0.8〜1.5μｍの光に対する
光アイソレータとして用いるに特に有用なフアラ
デー効果を有する磁性半導体材料を提供するもの
である。本発明になる磁性半導体材料を用いるこ
とによつて、バルクの単結晶を用いた光アイソレ
ータに加えて、半導体レーザ等の光部品との一体
化を目的とする複合薄膜構造をも実視することが
出来る。
光アイソレータとして用いるに特に有用なフアラ
デー効果を有する磁性半導体材料を提供するもの
である。本発明になる磁性半導体材料を用いるこ
とによつて、バルクの単結晶を用いた光アイソレ
ータに加えて、半導体レーザ等の光部品との一体
化を目的とする複合薄膜構造をも実視することが
出来る。
ベルデ定数は光の吸収端近傍で大きくなるた
め、波長0.8〜1.5μｍの光に適合する光アイソレ
ータ材料を提供するには、材料のバンドギヤツプ
エネルギは0.9〜0.6eVであることが望ましい。本
発明ではCd1-xMnxTeにHgTeを合金化させるこ
とにより、バンドキヤツプエネルギの調整を図る
とともに、ベルデ定数が大きくなる組成を見い出
した実験結果に基づいている。
め、波長0.8〜1.5μｍの光に適合する光アイソレ
ータ材料を提供するには、材料のバンドギヤツプ
エネルギは0.9〜0.6eVであることが望ましい。本
発明ではCd1-xMnxTeにHgTeを合金化させるこ
とにより、バンドキヤツプエネルギの調整を図る
とともに、ベルデ定数が大きくなる組成を見い出
した実験結果に基づいている。
また、他の光部品との一体化のために、−
族化合物半導体単結晶基板上へのエピタキシヤル
成長を行い、薄膜型光アイソレータを作製した。
−族化合物半導体結晶としては、InP，
GaAs等が代用的なものである。
族化合物半導体単結晶基板上へのエピタキシヤル
成長を行い、薄膜型光アイソレータを作製した。
−族化合物半導体結晶としては、InP，
GaAs等が代用的なものである。
まず、組成の選択について述べる。
第２図の３元系の相図中の丸印で示した組成の
結晶をブリツジマン法で作製した。CdTe，
MnTe，HgTeをそれぞれの組成比で石英アンプ
ル中に配合し、真空封入した。加熱時に蒸気圧が
高くなるため、石英アンプルは３重にした。この
石英アンプルをたて型電気炉中に入れ、加熱溶融
後、約３時間保持したのち、石英アンプルを徐々
に降下させ、石英アンプルの低温部の一端から結
晶化させた。作製した結晶（直径10mm、長さ30
mm）は多くの場合、多結晶であつたが、結晶粒径
は数mmで光学測定に使用することができた。結晶
の長さ方向の中央部から厚さ１mmの試料を切り出
し、光の透過率を測定した。
結晶をブリツジマン法で作製した。CdTe，
MnTe，HgTeをそれぞれの組成比で石英アンプ
ル中に配合し、真空封入した。加熱時に蒸気圧が
高くなるため、石英アンプルは３重にした。この
石英アンプルをたて型電気炉中に入れ、加熱溶融
後、約３時間保持したのち、石英アンプルを徐々
に降下させ、石英アンプルの低温部の一端から結
晶化させた。作製した結晶（直径10mm、長さ30
mm）は多くの場合、多結晶であつたが、結晶粒径
は数mmで光学測定に使用することができた。結晶
の長さ方向の中央部から厚さ１mmの試料を切り出
し、光の透過率を測定した。
第２図の記号７の組成はMnTeが析出し、２相
になつが、他の組成の結晶はHgxCd1-xTeと同じ
ZnS型結晶構造の単一相であつた。記号７の組成
を除く組成の試料について測定したバンドギヤツ
プエネルギの値を第３図に示す。次に各試料のベ
ルデ定数を波長0.8，1.3，1.5μｍの光で測定した。
波長0.8μｍ、1.3μｍの光に対する室温でのベルデ
定数の値をそれぞれ、第４図および第５図に示
す。単位は°／cm・Ｇである。ベルデ定数の値は
Mnの量にはあまり依存せず、バンドギヤツプエ
ネルギの大きさに強く依存した。ベルデ定数が
0.1°／cm・Ｇより小さい場合、光アイソレータを
作るために必要な厚さは1kGの磁界の下で4.5mm
になる。これは光吸収損失を大きくする原因とな
り実用的ではない。そのため、実用に供する波長
1.3μｍの光アイソレータ材料は第４および５図の
白丸で示したものである。一方、光が透過しない
試料は黒丸で示してある。
になつが、他の組成の結晶はHgxCd1-xTeと同じ
ZnS型結晶構造の単一相であつた。記号７の組成
を除く組成の試料について測定したバンドギヤツ
プエネルギの値を第３図に示す。次に各試料のベ
ルデ定数を波長0.8，1.3，1.5μｍの光で測定した。
波長0.8μｍ、1.3μｍの光に対する室温でのベルデ
定数の値をそれぞれ、第４図および第５図に示
す。単位は°／cm・Ｇである。ベルデ定数の値は
Mnの量にはあまり依存せず、バンドギヤツプエ
ネルギの大きさに強く依存した。ベルデ定数が
0.1°／cm・Ｇより小さい場合、光アイソレータを
作るために必要な厚さは1kGの磁界の下で4.5mm
になる。これは光吸収損失を大きくする原因とな
り実用的ではない。そのため、実用に供する波長
1.3μｍの光アイソレータ材料は第４および５図の
白丸で示したものである。一方、光が透過しない
試料は黒丸で示してある。
次に波長1.5μｍの光に対するベルデ定数の値を
第６図に示す。0.1°／cm・Ｇ以上の値を有する組
成を白丸で示した。
第６図に示す。0.1°／cm・Ｇ以上の値を有する組
成を白丸で示した。
第４図〜第６図に示した結果から、0.8〜1.5μ
ｍの光に用いられる光アイソレータを作製するに
は第７図に示される斜線の領域（境界線を含む）
の組成をもつ単結晶が適していることが分る。
ｍの光に用いられる光アイソレータを作製するに
は第７図に示される斜線の領域（境界線を含む）
の組成をもつ単結晶が適していることが分る。
以下、本発明の実施例を示す。
実施例 １
Hg0.4Cd0.4Mn0.2Teの組成をもつ単結晶をブリ
ツジマン法によつて育成した。育成法は発明の概
要に述べた通りである。育成した単結晶（直径／
０mm、長さ30mm）より（110）面が端面になるよ
うに直径５mm、厚さ2.4mmの円板状の試料を作製
した。第１図に示した構造の光アイソレータを作
製し、磁場を700G印加したところ、波長1.3μｍ
のレーザ光に対して、45°のフアラデー回転が得
られ、アイソレーシヨン20dBが達成された。光
の吸収による挿入損失は1dBで光アイソレータと
して十分に使えることが明らかになつた。
ツジマン法によつて育成した。育成法は発明の概
要に述べた通りである。育成した単結晶（直径／
０mm、長さ30mm）より（110）面が端面になるよ
うに直径５mm、厚さ2.4mmの円板状の試料を作製
した。第１図に示した構造の光アイソレータを作
製し、磁場を700G印加したところ、波長1.3μｍ
のレーザ光に対して、45°のフアラデー回転が得
られ、アイソレーシヨン20dBが達成された。光
の吸収による挿入損失は1dBで光アイソレータと
して十分に使えることが明らかになつた。
実施例 ２
Hg0.3Cd0.5Mn0.2Teの組成をもつ単結晶を実施
例１と同様にブリツジマを法によつて育成した。
これにより、（110）面を端面とする直径５mm、厚
さ1.25mmの円板を作製した。波長1.3μｍのレーザ
光を45°回転させるためには1.5kGの磁場を必要と
したが、光の透過率は高く、挿入損失は1.2dBで
抑えられ。その結果、光アイソレータとして十分
に使えることが確認できた。
例１と同様にブリツジマを法によつて育成した。
これにより、（110）面を端面とする直径５mm、厚
さ1.25mmの円板を作製した。波長1.3μｍのレーザ
光を45°回転させるためには1.5kGの磁場を必要と
したが、光の透過率は高く、挿入損失は1.2dBで
抑えられ。その結果、光アイソレータとして十分
に使えることが確認できた。
実施例 ３
周知の波長1.3μｍの半導体レーザ８を第８図に
示すようにInP基板９上に形成し、当該半導体レ
ーザ８をホトレジストで覆つた。その後、MBE
（分子線エピタキシイ）法でHg，Cd，Mn，Te
を同時蒸着した。各元素はクヌーセンセル（Hg，
Cd，Te）および電子ビームハース（Mn）から
同時に蒸着した。その際蒸着速度を予め測定し、
膜組成がHg0.4Cd0.4Mn0.2Teになるようにクヌー
センセルの温度と電子ビームの電流値を保持し
た。基板温度は200°、成長速度は0.3nm／ｓであ
つた。InPと（HgCdMn）Teでは格子定数に違
いがあるが、（100）InP基板上に膜はエピタキシ
ヤル成長し、膜厚5.5μｍの単結晶膜になつた。ホ
トリソグラフイとアルゴンイオンミリングにより
幅50μｍ、長さ1.6mmの薄膜型の光アイソレータ１
０を作製した。さらに金属膜を用いた偏光子を形
成した半導体レーザと光アイソレータを同一基板
上にモノリシツク化したものを磁場中に入れ、レ
ーザ発振を行わせた。その結果、導波格を形成し
ないにもかかわらず、レーザ光の入出射端面およ
び、アイソレータ中での散乱損失は少なく、挿入
損失は2dBであつた。
示すようにInP基板９上に形成し、当該半導体レ
ーザ８をホトレジストで覆つた。その後、MBE
（分子線エピタキシイ）法でHg，Cd，Mn，Te
を同時蒸着した。各元素はクヌーセンセル（Hg，
Cd，Te）および電子ビームハース（Mn）から
同時に蒸着した。その際蒸着速度を予め測定し、
膜組成がHg0.4Cd0.4Mn0.2Teになるようにクヌー
センセルの温度と電子ビームの電流値を保持し
た。基板温度は200°、成長速度は0.3nm／ｓであ
つた。InPと（HgCdMn）Teでは格子定数に違
いがあるが、（100）InP基板上に膜はエピタキシ
ヤル成長し、膜厚5.5μｍの単結晶膜になつた。ホ
トリソグラフイとアルゴンイオンミリングにより
幅50μｍ、長さ1.6mmの薄膜型の光アイソレータ１
０を作製した。さらに金属膜を用いた偏光子を形
成した半導体レーザと光アイソレータを同一基板
上にモノリシツク化したものを磁場中に入れ、レ
ーザ発振を行わせた。その結果、導波格を形成し
ないにもかかわらず、レーザ光の入出射端面およ
び、アイソレータ中での散乱損失は少なく、挿入
損失は2dBであつた。
実施例 ４
実施例３と同じプロセスに従い、GaAs基板上
に波長0.83μｍの半導体レーザを作製したのち、
Hg0.2Cd0.5Mn0.3Teの組成をもつ薄膜を同一基板
上に形成した。幅50μｍ、長さ1.6mmの島状光アイ
ソレータを加工形成した結果、0.88kGの磁場の
もとで15dBのアイソレーシヨンが達成された。
その際の挿入損失は2.5dBであつた。
に波長0.83μｍの半導体レーザを作製したのち、
Hg0.2Cd0.5Mn0.3Teの組成をもつ薄膜を同一基板
上に形成した。幅50μｍ、長さ1.6mmの島状光アイ
ソレータを加工形成した結果、0.88kGの磁場の
もとで15dBのアイソレーシヨンが達成された。
その際の挿入損失は2.5dBであつた。
本発明によれば実用上有用な波長0.8〜1.5μｍ
のレーザ光に対する挿入損失が小さく、かつアイ
ソレーシヨンの優れた光アイソレータが作製でき
る。また、−族化合物半導体上にエピタキシ
ヤル成長させ、半導体レーザと光アイソレータを
一体化することができるため、光部品としての信
頼性が高くなる。すなわち、半導体レーザと光ア
イソレータの個別部品を１つの基板上に接着した
場合には、温度変動によつて各部分の距離が変化
するなどの現象が生じる。これに対して、モノリ
シツク化することによつて、これらの変動要因が
除去できる。
のレーザ光に対する挿入損失が小さく、かつアイ
ソレーシヨンの優れた光アイソレータが作製でき
る。また、−族化合物半導体上にエピタキシ
ヤル成長させ、半導体レーザと光アイソレータを
一体化することができるため、光部品としての信
頼性が高くなる。すなわち、半導体レーザと光ア
イソレータの個別部品を１つの基板上に接着した
場合には、温度変動によつて各部分の距離が変化
するなどの現象が生じる。これに対して、モノリ
シツク化することによつて、これらの変動要因が
除去できる。
第１図はレーザと光アイソレータからなる光部
品の構成を示す図、第２図はHgTe−MnTe−
CaTeの３元系相図、第３図は（Hg・Mn・Cd）
Teの各試料のバンドギヤツプエネルギを示す図、
第４図は（Hg・Mn・Cd）Teの各試料の波長
0.8μｍの光に対するベルデ定数を示す図、第５図
は（Hg・Mn・Cd）Teの各試料の波長1.3μｍの
光に対するベルデ定数を示す図、第６図は
（Hg・Mn・Cd）Teの各試料の波長1.5μｍの光に
対するベルデ定数を示す図、第７図は光アイソレ
ータに適する組成範囲を示す図、第８図は半導体
レーザと光アイソレータをモノリシツク化した光
部品の構造を示す図である。 １……光アイソレータ、２……偏光子、３……
レーザ光、４……検光子、５……レーザ、６……
レーザ光、７……２相になつた組成、８……半導
体レーザ、９……InP基板、１０……光アイソレ
ータ。
品の構成を示す図、第２図はHgTe−MnTe−
CaTeの３元系相図、第３図は（Hg・Mn・Cd）
Teの各試料のバンドギヤツプエネルギを示す図、
第４図は（Hg・Mn・Cd）Teの各試料の波長
0.8μｍの光に対するベルデ定数を示す図、第５図
は（Hg・Mn・Cd）Teの各試料の波長1.3μｍの
光に対するベルデ定数を示す図、第６図は
（Hg・Mn・Cd）Teの各試料の波長1.5μｍの光に
対するベルデ定数を示す図、第７図は光アイソレ
ータに適する組成範囲を示す図、第８図は半導体
レーザと光アイソレータをモノリシツク化した光
部品の構造を示す図である。 １……光アイソレータ、２……偏光子、３……
レーザ光、４……検光子、５……レーザ、６……
レーザ光、７……２相になつた組成、８……半導
体レーザ、９……InP基板、１０……光アイソレ
ータ。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ MnTe−HgTe−CdTe系合金より成ること
を特徴とするフアラデー効果を有する磁性半導体
材料。 ２ 前記MnTe−HgTe−CdTe系合金は、
MnTe−HgTe−CdTe3元系相図において、
Mn0.1Hg0.2Cd0.7Te，Mn0.1Hg0.4Cd0.5Te，Mn0.3
Hg0.4Cd0.3Te，Mn0.4Hg0.2Cd0.4Te，Mn0.4Hg0.1
Cd0.5Te，Mn0.2Hg0.1Cd0.7Teの６点に囲まれる範
囲に組成にもつことを特徴とする特許請求の範囲
第１項記載の磁性半導体材料。 ３ 前記MnTe−HgTe−CdTe磁性半導体層は
−族化合物半導体基板上にエピタキシヤル成
長にて形成されたことを特徴とする特許請求の範
囲第１項又は第２項記載の磁性半導体材料。 ４ 前記−族化合物半導体基板がInP結晶よ
り成ることを特徴とする特許請求の範囲第３項記
載の磁性半導体材料。 ５ 前記−族化合物半導体基板がGaAs結晶
より成ることを特徴とする特許請求の範囲第３項
記載の磁性半導体材料。 ６ MnTe−HgTe−CdTe系合金を用いて構成
されたことを特徴とする光アイソレータ。 ７ 前記MnTe−HgTe−CdTe系合金は、
MnTe−HgTe−CdTe3元系相図において、
Mn0.1Hg0.2Cd0.7Te，Mn0.1Hg0.4Cd0.5Te，Mn0.3
Hg0.4Cd0.3Te，Mn0.4Hg0.2Cd0.4Te，Mn0.4Hg0.1
Cd0.5Te，Mn0.2Hg0.1Cd0.7Teの６点に囲まれた範
囲に組成をもつことを特徴とする特許請求の範囲
第６項記載の光アイソレータ。 ８ 前記MnTe−HgTe−CdTe磁性半導体層は
−族化合物半導体基板上にエピタキシヤル成
長にて形成されたことを特徴とする特許請求の範
囲第７項記載の光アイソレータ。 ９ 前記−族化合物半導体基板がInP結晶よ
り成ることを特徴とする特許請求の範囲第８項記
載の光アイソレータ。 １０ 前記−族化合物半導体基板がGaAs結
晶より成ることを特徴とする特許請求の範囲第８
項記載の光アイソレータ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24444384A JPS61123814A (ja) | 1984-11-21 | 1984-11-21 | 光アイソレータ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24444384A JPS61123814A (ja) | 1984-11-21 | 1984-11-21 | 光アイソレータ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61123814A JPS61123814A (ja) | 1986-06-11 |
| JPH0576611B2 true JPH0576611B2 (ja) | 1993-10-25 |
Family
ID=17118726
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24444384A Granted JPS61123814A (ja) | 1984-11-21 | 1984-11-21 | 光アイソレータ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61123814A (ja) |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| JPH06222310A (ja) * | 1993-01-25 | 1994-08-12 | Tokin Corp | 磁気光学素子 |
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| WO1995017538A1 (fr) * | 1993-12-22 | 1995-06-29 | Tokin Corporation | Dispositif magneto-optique et son procede de production |
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-
1984
- 1984-11-21 JP JP24444384A patent/JPS61123814A/ja active Granted
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| APPLIED OPTICS=1983 * |
| PHYS.STAT.SOL.64707=1981 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS61123814A (ja) | 1986-06-11 |
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