JPH06222408A - 半導体構造ダイオード光学スイッチング・アレイ - Google Patents

半導体構造ダイオード光学スイッチング・アレイ

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JPH06222408A
JPH06222408A JP5309267A JP30926793A JPH06222408A JP H06222408 A JPH06222408 A JP H06222408A JP 5309267 A JP5309267 A JP 5309267A JP 30926793 A JP30926793 A JP 30926793A JP H06222408 A JPH06222408 A JP H06222408A
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active layer
waveguides
optical waveguide
optical
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JP5309267A
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Thomas L Paoli
トーマス・エル・パオリ
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 モノリシック半導体構造ダイオード光学スイ
ッチング・アレイにおいて、光学利得を有する光学変調
素子を提供する。 【構成】 光学的に増幅する導波路によって形成され
る、阻止光学スイッチ・アレイを利用して、１つ以上の
入力ビームを１つ以上の選択光学チャネルに送り込み、
あるいは、これを阻止する。受動光導波路７２によっ
て、光学入力が増幅光導波路７４に結合される。受動光
導波路７２によってモノリシックに形成される光学スプ
リッタ６６を利用して、光信号が、単一ファイバ７６か
ら増幅光導波路７４のアレイに経路指定される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】〔発明の背景〕本発明は、モノリシック半
導体構造ダイオード光学スイッチング・アレイに関する
ものであり、とりわけ、増幅導波路(waveguide) への結
合を改良するため、禁止帯幅が広く、光学的拘束の弱い
受動導波路を備えた、複数素子半導体構造ダイオードス
イッチング・アレイに関するものである。
【０００２】複数電極光学スイッチは、光通信システム
における信号の経路指定に関して、最新の電子写真式プ
リンタにおける行印刷素子に関して、及び、潜在的に
は、情報の高速符号化用変調器として重要である。
【０００３】光学スイッチング・アレイは、通常、光ビ
ームに情報を追加することなく、さまざまな光路におけ
る光ビームの経路指定を行う。光学変調アレイは、光ビ
ームに情報を追加するが、該ビームの経路指定を変更す
ることはない。
【０００４】本発明の目的は、光学利得を有する光学変
調素子を提供することにある。
【０００５】〔発明の概要〕本発明によれば、モノリシ
ック半導体構造内において、受動導波路は、増幅導波路
を入力及び出力小面(input and output facets) に結合
する。光学スプリッタは、入力小面から増幅導波路に、
受動導波路を結合することができる。増幅導波路は、入
力小面と出力小面を直接結合することができる。
【０００６】〔図面の簡単な説明〕図１は、本発明に基
づいて形成される、埋め込み平面増幅光導波路及び低損
失の埋め込み平面受動光導波路を備えた半導体へテロ構
造の略平面図である。
【０００７】図２は、本発明に従って形成される、不純
物によって選択的に誘発される不規則化(disordering)
の前における、図１の埋め込み平面増幅光導波路及び低
損失の埋め込み平面受動光導波路を備えた半導体へテロ
構造の略端面図である。
【０００８】図３は、本発明に従って形成される、不純
物によって選択的に誘発される不規則化の後における、
図１のライン３−３に沿った、埋め込み平面増幅光導波
路及び低損失の埋め込み平面受動光導波路を備えた半導
体へテロ構造の略断面端面図である。
【０００９】図４は、本発明に従って形成される、不純
物によって選択的に誘発される不規則化の後における、
図１のライン４−４に沿った、埋め込み平面増幅光導波
路及び低損失の埋め込み平面受動光導波路を備えた半導
体へテロ構造の略断面端面図である。
【００１０】図５は、本発明の目的に合わせて、入力光
ビーム及び出力光ファイバに結合される、光学変調及び
スイッチングのための線形アレイをなす埋め込み平面増
幅光導波路を備えた、半導体へテロ構造の略透視平面図
である。
【００１１】図６は、本発明に従って形成される、光学
変調及びスイッチングのための、低損失の埋め込み平面
受動光導波路に同軸をなすように結合された、線形アレ
イをなす埋め込み平面増幅光導波路を備える、半導体へ
テロ構造の略透視平面図である。
【００１２】図７は、本発明に従って形成される、単一
の低損失の受動光導波路を、光学変調及びスイッチング
のためのアレイをなす増幅光導波路と同軸をなすように
結合された、複数の低損失の受動光導波路に分割する埋
め込み平面光学スプリッタを備えた、半導体へテロ構造
の略断面平面図である。
【００１３】図８は、本発明に従って形成される、Ｙカ
ップラを介して、単一の低損失の受動光導波路を、光学
変調及びスイッチングのためのアレイをなす増幅光導波
路と同軸をなすように結合された、複数の低損失の受動
光導波路に分割する埋め込み平面光学スプリッタを備え
た、半導体へテロ構造の略断面平面図である。
【００１４】図９は、本発明に従って形成される、ホー
ン装置を介して、単一の低損失の受動光導波路を、光学
変調及びスイッチングのためのアレイをなす増幅光導波
路と同軸をなすように結合された、複数の低損失の受動
光導波路に分割する埋め込み平面光学スプリッタを備え
た、半導体へテロ構造の略断面平面図である。
【００１５】図１０は、本発明に従って形成される、ホ
ーン装置を介して、単一の低損失の受動光導波路を、光
学変調及びスイッチングのためのアレイをなす湾曲した
増幅光導波路と同軸をなすように結合された、複数の低
損失の受動光導波路に分割する埋め込み平面光学スプリ
ッタを備えた、半導体へテロ構造の略断面平面図であ
る。
【００１６】〔好適な実施例の説明〕次に、図１及び２
を参照すると、埋め込み平面増幅光導波路及び埋め込み
低損失平面受動光導波路を備えた、半導体ヘテロ構造１
０が示されている。
【００１７】図１に示すように、半導体ヘテロ構造１０
には、埋め込み平面増幅光導波路を形成するためのマス
ク１４を備えた中央セクション１２と、埋め込み平面低
損失受動光導波路を形成するためのマスク１８を備えた
セクション１６が設けられている。
【００１８】特定の例として、マスク部分１４は、一般
に、約４μｍの幅、マスク部分１８は、一般に、約２μ
ｍの幅にすることが可能である。ただし、これらマスク
部分の幅寸法は、次のように選択される：（１）セクシ
ョン１２の増幅光導波路に関するポンピング・ストライ
プの幅を決定するため、より広い寸法のマスク部分１４
を選択し、（２）マスクの下方の活性領域を貫くことに
ならないにしても、実質的に浸透することになる、ある
程度の不純物によって誘発される不規則化を達成するの
に十分な狭さになるように、より狭い寸法のマスク部分
１８を選択し、その活性領域２４の中心コアが、この中
心部分の外側における、マスク部分１８によって保護さ
れていない、活性領域２４の隣接する不規則化領域に比
べると、不純物によって誘発される不規則化プロセスに
よってそれほど完全には相互拡散しないようにする。
【００１９】図２に示すように、半導体ヘテロ構造１０
は、ｎ−Ａｌy Ｇａ1-y Ａｓ（ここで、ｙ≧０．４０）
による第１のクラッド層２２；Ｇａ1-z Ａｌz Ａｓ（こ
こで、ｚ＝０．２０）による３つの６ｎｍのバリヤによ
って隔てられたＧａ1-x Ａｌx Ａｓ（ここで、ｘ＝０．
０５）による４つの１２ｎｍの量子井戸からなる複数量
子井戸の活性層２４；ｐ−Ａｌy Ｇａ1-y Ａｓ（ここ
で、ｙ≧０．４０）による第２のクラッド層２６；及
び、ｐ＋ＧａＡｓによるキャップ層２８が、エピタキシ
ャルに堆積したｎ−ＧａＡｓによる基板２０から構成さ
れる。このモノリシック半導体構造は、構造内の層が異
なる半導体材料であるため、半導体ヘテロ構造である。
【００２０】代替案の場合、活性層２４は、ドープしな
いか、または、ｐタイプ・ドープまたはｎタイプ・ドー
プを施すか；ＧａＡｓ、Ａｌz Ｇａ1-z Ａｓ（ここで、
ｙ＞ｚ）、または、（Ａｌz Ｇａ1-z ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ
とするか；比較的薄い従来の二重ヘテロ構造（ＤＨ）活
性層とするか；ＧａＡｓまたはＡｌz Ｇａ1-z Ａｓ（こ
こで、ｚ＜ｙ）のような単一量子井戸とするか；あるい
は、ＧａＡｓ及びＡｌz Ｇａ1-z Ａｓ（ここで、ｚ＜
ｙ）の交互層、または、Ａｌw Ｇａ1-w Ａｓ及びＡｌB
Ｇａ1-B Ａｓ（ここで、ｗ＜Ｂ＜ｙ；ｗは井戸の値であ
り、Ｂはバリヤの値）の交互層のような複数量子井戸の
超格子とすることができる。また、代替案として、Ａｌ
m Ｇａ1-m Ａｓ及びＡｌn Ｇａ1-n Ａｓ（ここで、ｍ＝
または≠ｎ）による２つの半導体拘束層の間に、前述の
活性層のうち任意のものを堆積させることも可能である
が、禁止帯幅は、独立した拘束構造の場合、活性層の禁
止帯幅と第１と第２のクラッド層の禁止帯幅の中間に位
置することになる。
【００２１】当該技術において既知のように、半導体ヘ
テロ構造１０のエピタキシャル成長は、分子線エピタキ
シ（ＭＢＥ）または有機金属化学蒸着（ＭＯＣＶＤ）に
よって実施することが可能である。基板２０は、厚さが
約１００ミクロンである。クラッド層２２及び２６は、
厚さが０．１〜１ミクロンの範囲である。活性層２４
は、厚さが５０ナノメートル〜２ミクロンの薄い従来の
層とすることもできるし、あるいは、厚さが３〜５０ナ
ノメートルの量子井戸による超格子構造によって構成す
ることも可能である。複数量子井戸によるこの活性層２
４は、厚さが約６６ｎｍになる。キャップ層２８は、一
般に、厚さが０．１〜０．２ミクロンである。
【００２２】所望の不規則化または元素注入(implant)
／アニーリング技法を実施して、増幅導波路及び受動導
波路を形成するための、従来の代替技法及び拡散／注入
種が存在する。以下の論考は、不純物によって誘発され
る不規則化に制限される。ただし、留意しておくべき
は、これら他の技法及び元素拡散または注入は、増幅導
波路及び受動導波路の形成に等しく適用可能という点で
ある。
【００２３】エピタキシャル成長が完了すると、半導体
ヘテロ構造１０のキャップ層２８の上部表面に、不純物
によって誘発される不規則化に半導体構造の領域をさら
す開口部を設けた、Ｓｉ3 Ｎ4 によるマスク１４及び１
８が形成される。マスクは、増幅光導波路及び受動光導
波路を形成し、成形することになる、非露光領域を保護
する。
【００２４】増幅光導波路及び受動光導波路は、まず、
マスクを通じて露光する半導体構造の領域に、シリコン
のような高濃度のｎ不純物ドーパントを選択的に拡散す
ることによって設定される。他のｎ不純物ドーパント元
素には、Ｇｅ及びＳｎがある。
【００２５】Ｓｉ3 Ｎ4 のマスクの開口部にシリコン層
が堆積し、次に、Ｓｉ3 Ｎ4 の追加層によって、キャッ
ピングが施される。シリコンの拡散は、約８００゜Ｃの
温度で実施され、キャップ層２８、第２のクラッド層２
６、及び、活性層２４に浸透し、第１のクラッド層２２
に部分的に浸透するのに十分な長さの時間、例えば、７
〜８時間にわたって、維持される。
【００２６】シリコンが、活性層２４、キャップ層２
８、及び、クラッド層２２及び２６に拡散することによ
って、活性層２４、キャップ層２８、及び、クラッド層
２２及び２６のＧａ及びＡｌが混合され、図３及び４に
示すように、ｎ不純物によって誘発される不規則化領域
３０が形成される。
【００２７】図３は、図１のライン３−３に沿った半導
体ヘテロ構造の断面図である。大きいほうのマスク１４
によって、２つの独立した不規則化領域３０が形成され
る。半導体へテロ構造１０の不規則化領域３０の間に
は、キャップ層２８、第２のクラッド層２６、活性層２
４、及び、第１のクラッド層２２の非不規則化領域が残
される。半導体へテロ構造１０の不規則化領域３０の間
に位置する活性層２４の非不規則化領域は、増幅光導波
路３２を形成する。増幅光導波路は、レーザ発光しきい
値未満で動作する、すなわち、レーザ発光は、小面のミ
ラー間における光学フィードバックを抑制することによ
って、抑制される。増幅光導波路は、順バイアスがかか
ると、レーザ発光を行わず、入力光の光学増幅器として
の働きをする。不規則化領域は、光学的及び電気的に、
半導体へテロ構造の増幅光導波路を隔離し、分離する。
増幅光導波路は、垂直方向がクラッド層によって、水平
方向が不規則化領域によって成形される。
【００２８】マスク１４が半導体へテロ構造１０から除
去され、半導体へテロ構造１０の両側において、キャッ
プ層２８及び基板２０に、接点（図示せず）が形成され
る。標準的なマスキング手段または他の技法を利用し
て、Ｃｒ−ＡｕまたはＴｉ−Ｐｔ−ＡｕまたはＡｕ／Ｇ
ｅによる金属接点を形成することができる。
【００２９】キャップ層の接点と基板の接点の間に電流
を注入して、ｐクラッド層２６及びｎクラッド層２２の
ｐ−ｎ接合に順バイアスをかけることにより、増幅光導
波路３２が、誘発発光によって入力光波を増幅させる。
信号を増幅して伝送すべき場合には、コントローラによ
って電流が加えられるが、光ビームを遮断すべき場合に
は、加えられない。例えば、光パルスの形をとる情報パ
ケットは、あるチャネルによる伝送が所望の場合、コン
トローラに光導波路をオンにするように命じる見出しに
そのアドレスを含むことができる。電流は、増幅光導波
路３２に対してほぼ垂直に注入され、キャップ層の接
点、ｐキャップ層２８、ｐクラッド層２６、増幅光導波
路３２を通って、ｎクラッド層２２に拡散し、基板２０
に入り、基板の接点から出ていく。
【００３０】アースまたは基板接点は、２つ以上または
全ての増幅光導波路によって共用することが可能であ
る。しかし、各増幅光導波路には、そのキャップ層の接
点を介して、他の全てから別個にバイアスが加えられる
ｐ−ｎ接合が含まれている。各増幅光導波路には、アー
スに対して正のバイアスがかかるので、電流は、各キャ
ップ層の接点からアースに流れるだけである。不規則化
領域によって、単一キャップ層の接点からの電流が隣接
する増幅光導波路に漏れて、その光学利得に影響を及ぼ
すのを阻止する。アドレス指定されるキャップ層の接点
と隣接するキャップ層の接点の間におけるわずかな電位
の差は、不規則化によって形成される横方向のｐ−ｎ接
合の１つにおける逆電圧に対応するので、異なるキャッ
プ層の接点間に電流は生じない。不規則化領域は、ま
た、増幅光導波路の光学放射線の場が隣接する光導波路
に漏れるのを阻止する。陽子砲撃の絶縁(proton bombar
dmentisolation)を利用して、電流がキャップ層の接点
２８から、不規則化を生じることなく、成長した増幅光
導波路３２だけに確実に注入されるようにする。
【００３１】図４は、図１におけるライン４−４に沿っ
た半導体へテロ構造の断面図である。狭いほうのマスク
１８は、２つの重なり合った不規則化領域３０を形成す
る。キャップ層２８及び第２のクラッド層は、完全に不
規則化され、半導体へテロ構造１０の不規則化領域３０
は、キャップ層２８及び第２のクラッド層２６の領域を
包囲することになる。半導体へテロ構造１０の不規則化
領域３０の間には、活性層２４及び第１のクラッド層が
位置することになる。活性層は、初期に、あるいは、部
分的に不規則化される。半導体へテロ構造１０における
不規則化領域３０の間における活性層２４の部分的不規
則化領域は、禁止帯幅が活性層より大きい、受動光導波
路３４を形成する。不規則化領域は、光学的及び電気的
に、半導体へテロ構造の受動光導波路を隔離し、分離す
る。受動光導波路は、水平方向が不規則化領域によっ
て、垂直方向が第１のクラッド層及び第２の部分的不規
則化クラッド層によって成形される。
【００３２】マスク１８が半導体へテロ構造１０から除
去されるが、半導体へテロ構造１０の両側に位置するキ
ャップ層２８及び基板２０には、接点が形成されない。
光導波路３４は、受動的である。受動光導波路の上方の
キャップ層２８にプロトン・ボンバードを施すことによ
って、この領域を絶縁し、電気的なポンピングが生じな
いようにすることが可能である。活性層２４の初期また
は部分的不規則化によって、受動光導波路３４は、増幅
光導波路が増幅する波長、すなわち、入力光ビームの波
長の放射線に対して透過性になる。増幅光導波路を伝搬
した光は、受動光導波路によって円滑に伝送されること
になる。
【００３３】セクション１６の活性層２４の受動光導波
路３４のセクションに関する導波強さは、不純物によっ
て誘発される不規則化の時間を変化させることで、受動
光導波路３４の部分的不規則化活性領域２４における望
ましいモード動作に合わせて、その屈折率特性を微同調
することによって、変動させることができる。実際の屈
折率の変化による屈折率のガイドによって、ビームの光
学的拘束が可能になる。
【００３４】２次元受動光導波路内における屈折及び散
乱による損失は、少ない。２次元受動光導波路に沿った
伝搬損失も、エネルギの禁止帯幅が増大するので、少な
い。
【００３５】受動光導波路３４は、モノリシックに、平
面状に製造できるので、埋め込み増幅光導波路と共面及
び同軸をなすようにして、結合するのが容易である。順
バイアスがかかると、増幅光導波路の光学利得媒体は、
信号を増幅して、全体構造の全伝搬損失を減少させ、ビ
ーム分割、あるいは、入力結合損失を補償する。バイア
スがかからないか、あるいは、逆バイアスがかかると、
増幅光導波路の光学利得媒体によって、信号が吸収さ
れ、この結果、それ以上の伝送が阻止される。これらの
２次元受動光導波路を組み込んだ半導体構造は、単一チ
ップに対する光学及び電子コンポーネントのモノリシッ
ク集積を可能にする。
【００３６】屈折率によってガイドされる増幅光導波路
３２及び低損失の屈折率によってガイドされる受動光導
波路３４を形成するための方法の１つに関するより完全
な説明が、本出願と同じ譲受人を共通の譲渡先とする、
参考までに本書に組み込まれている、スロントン(Thron
ton)らに対する米国特許第４，８０２，１８２号に十分
に開示されている。所望の不規則化を実施するための代
替拡散／注入種または導波路を形成するための代替注入
／アニーリング技法も存在する。さらに、エッチング、
及び、再成長または光補助エピタキシャル成長といった
代替製造テクノロジ、及び、ＩｎＰ／ＧａＩｎＡｓＰ、
ＡｌＧａＩｎＰ／ＧａＡｓ等のような他の材料によっ
て、同様のデバイスを実現することも可能である。これ
ら他の技法及び元素拡散または注入は、等しく適用する
ことが可能である。
【００３７】屈折率でガイドされる増幅光導波路３２及
び受動光導波路３４は、不規則化活性層２４の隣接領域
に比べて屈折率が高く、また、クラッド層２２及び２６
に比べて、屈折率が高い。従って、増幅光導波路３２に
よって発生し、低損失の受動光導波路３４によって伝送
される光は、導波路の活性層２４内における全内反射の
周知の現象によって拘束される。
【００３８】屈折率によるガイドの場合、光ビームは、
屈折率の変化による内部反射によって拘束されるが、こ
れは、光波が平面波面で伝搬することを意味している。
これに対し、利得によるガイドでは、軸をずれた光線よ
りも軸方向の光線を増幅することによって、光ビームが
拘束される。利得によるガイドは、その性質上、受動光
導波路の形成に利用することはできない。
【００３９】受動光導波路３４は、活性媒体と一体に形
成され、増幅される光波のエネルギよりも大きいエネル
ギの禁止帯幅を有しているので、結合される受動光導波
路は、増幅光導波路からの光に対して透過性であり、順
バイアスをかけて、光波を伝送する必要はない。これら
の透過性受動光導波路３４は、増幅光導波路３２より狭
くすることが可能である。透過性受動光導波路３４が十
分に狭ければ、入力・出力の結合効率が改良される。
【００４０】複数素子によるスイッチングまたは変調
は、活性素子の線形アレイによって行うことが可能であ
る。アレイをなす各素子は、埋め込みヘテロ構造または
他の屈折率でガイドされるダイオード・レーザと同様に
構成される。用途によっては、利得でガイドされる導波
路、または、利得でガイドされる導波路と屈折率でガイ
ドされる導波路の組み合わせが、有効な場合もあり得
る。
【００４１】図５の半導体へテロ構造３８には、利得で
ガイドされる増幅光導波路または屈折率でガイドされる
増幅光導波路４０の線形アレイが設けられている。入力
光ビーム４２は、半導体へテロ構造３８の入力小面に入
射する。光ビームは、ガイドされない。光ビームの焦点
は、入力小面４４に結合された増幅光導波路４０に一致
するように、ある方向に合わせられる。光ビームは、線
形に延びるアレイに整合するように、直交方向に軽く焦
点が合わせられる。
【００４２】光は、アレイの各増幅光導波路によって伝
送されることも、あるいは、伝送されないこともある。
ゼロ・バイアスまたは逆バイアスで動作する場合、各導
波路の活性領域は、吸光性が高く、スイッチの非伝送状
態すなわちオフ状態になる。適合する電流レベルで、各
活性領域に順バイアスをかけると、伝送状態すなわちオ
ン状態が得られる。各増幅光導波路は、それ自体の別個
にアドレス可能な接点を備えているので、各増幅光導波
路に別個にアドレス指定して、増幅光導波路に結合され
る光を伝送したり、あるいは、伝送しないようにするこ
とができる。従って、光ファイバ３０の任意の１つに対
する光ビーム４２の一部の伝送は、導波路４０のうち適
合するものの外部でプログラミングされた状態に従っ
て、可能にしたり、あるいは、阻止したりすることがで
きる。
【００４３】光ファイバに伝送されると、導波路の利得
は、オン状態において印加される順電流のレベルを調整
して、伝送される光の強度を増大させ、システムの他の
部分で被る損失を補償することによって、制御すること
ができる。
【００４４】増幅光導波路のアレイから伝送される光
は、半導体へテロ構造３８の出力小面４８を通って伝搬
する。出力小面は、半導体へテロ構造内の増幅光導波路
及び半導体へテロ構造外の光ファイバ５０のアレイに結
合されている。入力小面及び出力小面は、半導体へテロ
構造の両側において、ヘテロ構造の活性層を含む半導体
層に対して垂直に配置される。小面は、光の透過を増
し、レーザ発光時の光学フィードバックを抑制するた
め、反射防止被膜材のコーティングが施されている。
【００４５】半導体構造３８は、複数素子光学スイッチ
ング・アレイ及び複数素子光学変調器の両方または一方
の働きをする。スイッチング・アレイとして機能する場
合、個々の素子は、定電流で順バイアスをかけられて、
伝送状態またはオン状態になるか、あるいは、バイアス
を加えないか、または、定電圧で逆バイアスをかけられ
て、阻止状態すなわちオフ状態になる。この動作モード
は、入射光ビームが、１つ以上の光ファイバに同報通信
すべき情報を備えている場合に適している。入射光ビー
ムが情報を備えていない場合には、独立した各素子は、
オフからオンにスイッチされて、その光ファイバに結合
されるビームに情報信号を加え、複数素子変調器として
機能することになる。さらに、個々のスイッチが、オン
状態の場合、バイアス電流を確実に変調して、既に情報
を有している可能性のあるビームの振幅に情報を加える
ことが可能である。情報信号に干渉が生じないようにす
るため、検出機構での分離、例えば、例えば、異なる搬
送波周波数における振幅変調、または、周波数被変調光
ビームに加えられる複数素子変調器による振幅変調が可
能でなければならない。
【００４６】入射光ビーム４２は、大形コアのマルチモ
ード・ファイバの端部をテーパ状にして、入力小面にお
ける増幅光導波路のアレイの寸法により有効に整合す
る、ほぼ矩形の形状にすることによって、前記ファイバ
で伝送することが可能になる。
【００４７】アレイ内の増幅光導波路にゼロ電圧または
逆電圧のバイアスをかけることによって、光が吸収さ
れ、外部回路に電流が生じることになる。この状態の場
合、各増幅光導波路は、チャネル内における光ビームの
強度変調に含まれる情報信号のモニターに利用可能な光
検出器の働きをする。こうした信号を利用して、オン状
態における利得を調整し、不均一な照射を補正するか、
あるいは、その強度が適性に変調された特定のビームの
存在を検出することが可能である。増幅光導波路に順バ
イアスが加えられると、入力強度の変動により、やは
り、わずかではあるが、同様に有効な定電流で、出力電
圧が変動することになる。
【００４８】図６に示す狭い透過性受動光導波路を用い
ることによって、アレイ内の増幅光導波路に対する入力
または出力ビームの結合を強化することができる。図６
の半導体へテロ構造５２は、増幅光導波路５４のアレイ
を備えている。入力小面５６が、増幅光導波路５４に同
軸をなして、結合された受動光導波路５８に結合されて
いる。増幅光導波路５４は、また、出力小面６２に結合
されたもう１つの受動光導波路６０にも、同軸をなし
て、結合されている。該増幅光導波路は、従って、受動
光導波路によって半導体へテロ構造の入力及び出力小面
に結合されている。
【００４９】受動光導波路における該モードには、弱い
拘束しか加えられていないので、入力ビームに対して与
えらる断面積が増幅光導波路よりも大きくなる。同様
に、受動光導波路は、開きの少ない放射を行うので、光
学的拘束の強い増幅光導波路に比べると、出力ファイバ
に対する結合がより有効に行われる。
【００５０】アレイ内における増幅光導波路間のスペー
スは、例えば、個々の導波路の形成に用いられる層の不
規則化によって生じる、広い禁止帯幅材料からなるもの
と考えられる。従って、ストライプ内領域は、スペクト
ル領域が透過性であり、増幅光導波路の損失は、電気的
に制御可能である。この透過性の意味は、アレイの出力
小面におけるストライプ内スペースが、背景漏れとし
て、非ガイド光を放出するということである。増幅光導
波路によってガイドされる明るいスポットとこの非ガイ
ド背景漏れとのコントラストは、アレイの光学長を増す
ことによって、十分に高く保持することができる。不活
性吸光領域がアレイの増幅光導波路間に配置される、他
の設計も可能である。
【００５１】電子写真式プリンタのための複数素子プリ
ント・バーとして、図５及び６の半導体へテロ構造のい
ずれか任意のほうを利用することが可能である。現行の
電気光学変調器は、３００ｓｐｉの解像度を得るのに、
１０μｍの中心に独立したピクセルを備えている。この
ｓｐｉは、８．５の光学倍率に相当する。図５及び６に
記載の半導体スイッチは、５μｍの中心に簡単に作るこ
とができるので、現行のプリンタの設計であれば、６０
０ｓｐｉの解像度を実現することが可能である。解像度
が６００ｓｐｉの場合、プリント・バーの全線形長は、
２．５ｃｍになり、従って、単一チップに納まる。
【００５２】しかし、もう１つのアプローチでは、プリ
ンタの光学倍率を変化させることによって、半導体チッ
プを小さくすることができる。例えば、１ｃｍのチップ
を８．５インチ（２１．６ｃｍ）のチップに投影するに
は、２１．６の光学倍率が必要になる。従って、３００
ｓｐｉの解像度には、４μｍの中心に素子を設ける必要
があるが、これは実現可能である。しかし、この方法
で、６００ｓｐｉを達成するのに必要な２μｍのスペー
シングを得るのは困難であるため、高解像度のバーは、
１ｃｍを超える長さにしなければならない可能性が高
い。オン電流を利用して、各素子の出力強度を微同調さ
せることができるので、図５及び６の複数素子スイッチ
ング・アレイを備えたプリント・バーは、固有の強度制
御を行う。もう１つの利点は、現行の電気光学デバイス
に必要な数百ボルトに比べて、各素子毎の制御電圧が、
±１０ボルトを超えないということである。
【００５３】単一モードの光ファイバに、入力ビームが
含まれる場合、１つのチャネルからスイッチング・アレ
イの個々の素子に論理出力を行うには、光学スプリッタ
が必要になる。
【００５４】図７の半導体へテロ構造６４には、単一の
受動光導波路６８が１つのポイント７０で複数の受動光
導波路７２に分割される、光学スプリッタ６６が設けら
れている。複数の受動光導波路７２は、それぞれ、独立
してアドレス指定される増幅光導波路のアレイ内におけ
る１つの増幅光導波路７４に対し、同軸をなすように、
結合される。
【００５５】単一モードの入力光ファイバ７６が、受動
光導波路６８に結合される半導体へテロ構造６４の入力
小面７８に結合される。入力光は、単一受動光導波路６
８を伝搬し、ポイント７０において、複数の受動光導波
路７２に分割され、個々にアドレス指定される増幅光導
波路７４のアレイまで伝搬する。増幅光導波路に個々に
バイアスをかけることによって、半導体へテロ構造６４
が光学的スイッチング・アレイになるので、伝送される
光は、増幅光導波路のアレイに結合された出力小面８０
を介して放出される。オン状態の場合、増幅光導波路に
よる増幅は、スプリッタ６６に固有の分割損失を補償す
るように調整される。各増幅光導波路によって伝送され
る光は、図５に示す個々の光ファイバ、または、別の光
学回路の独立した導波路に入力される。
【００５６】図８の半導体へテロ構造８２には、単一受
動光導波路８６が、Ｙカップラ８８によって２つの受動
光導波路９０に分割された、光学スプリッタ８４が設け
られている。各受動光導波路９０は、さらに、Ｙカップ
ラ９２によって２つの受動光導波路９４に分割されて、
全部で４つの受動光導波路９４になる。複数の受動光導
波路９４は、個々にアドレス指定される増幅光導波路の
アレイ内における増幅光導波路９６と同軸をなすように
結合される。従って、光学スプリッタ８４は、直列に、
または、ツリー状に結合された受動光導波路のＹカップ
ラである。
【００５７】単一モードの入力光ファイバ９８は、受動
光導波路８６に結合された半導体へテロ構造８２の入力
小面に結合されている。入力光は、単一受動光導波路８
６を伝搬し、Ｙカップラ８８によって２つの受動光導波
路９０に分割され、さらに、Ｙカップラ９２によって受
動光導波路９４に分割される。受動光導波路９４は、個
々にアドレス指定される増幅光導波路９６のアレイに光
を伝搬する。増幅光導波路に個々にバイアスをかけるこ
とによって、半導体へテロ構造８２が光学的スイッチン
グ・アレイになるので、伝送される光は、増幅光導波路
のアレイに結合された出力小面１０２を介して放出され
る。各増幅光導波路によって伝送される光は、図５に示
す個々の光ファイバ、または、別の光学回路の独立した
導波路に入力される。
【００５８】図９の半導体へテロ構造１０４には、単一
の受動光導波路１０８がホーン装置１１０によって複数
の受動光導波路１１２に分割される、光学スプリッタ１
０６が設けられている。複数の受動光導波路１１２は、
個々にアドレス指定される増幅光導波路のアレイ内にお
ける増幅光導波路１１４に、同軸をなすように結合され
る。
【００５９】ホーン装置１１０は、垂直方向に光波をガ
イドする、広い禁止帯幅材料によって形成されるので、
受動光導波路１１２は、ホーン装置内に伝搬するビーム
の波面に一致する輪郭まわりに配置されることになる。
ホーン構造は、活性層の禁止帯幅を拡大し、同時に、垂
直方向における光波のガイドを維持するため、その境界
内における部分的不規則化によって形成される。
【００６０】単一モードの入力光ファイバ１１６が、受
動光導波路１０８に結合された、半導体へテロ構造１０
４の入力小面１１８に結合される。入力光は、単一の受
動光導波路１０８を伝搬し、ホーン装置１１０によって
分割されて、複数の受動光導波路１１２に送り込まれ、
個々にアドレス指定される増幅光導波路１１４のアレイ
まで伝搬する。増幅光導波路に個々にバイアスをかける
ことによって、半導体へテロ構造１０４が光学的スイッ
チング・アレイになるので、伝送される光は、増幅光導
波路のアレイに結合された出力小面１２０を介して放出
される。各増幅光導波路によって伝送される光は、図５
に示す個々の光ファイバ、または、別の光学回路の独立
した導波路に入力される。
【００６１】図１０の増幅光導波路１２２は、光学スプ
リッタ１２４からの伝搬光をよりうまく受けるため、湾
曲している。この図示の例では、単一モードの入力光フ
ァイバ１２６は、受動光導波路１３２に結合された半導
体へテロ構造１３０の入力小面１２８に結合されてい
る。入力光は、単一の受動光導波路１３２を伝搬し、ホ
ーン装置１３４によって分割されて、複数の受動光導波
路１３６に送り込まれ、個々にアドレス指定される湾曲
した増幅光導波路１２２のアレイまで伝搬する。増幅光
導波路に個々にバイアスをかけることによって、半導体
へテロ構造１３０が光学的スイッチング・アレイになる
ので、伝送される光は、増幅光導波路のアレイに結合さ
れた出力小面１３８を介して放出される。各増幅光導波
路によって伝送される光は、図５に示す個々の光ファイ
バ、または、別の光学回路の独立した導波路に入力され
る。湾曲した増幅光導波路は、図７のあるポイントで複
数の受動光導波路に分割される単一受動光導波路、及
び、図８の直列またはツリー状に結合された受動光導波
路のＹカップラといった、他の光学スプリッタからの光
を受けて、伝搬する。
【００６２】図７、８、及び、１０のこれらの構成は、
逆に、光学結合装置として利用し、スイッチング素子の
通過後、いくつかのビームをいっしょにしてもとに戻す
ことも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に基づいて形成される半導体へテロ構
造の略平面図である。
【図２】 本発明に従って形成される、図１の光導波路
を備えた半導体へテロ構造の略端面図である。
【図３】 本発明に従って形成される、図１のライン３
−３に沿った、光導波路を備えた半導体へテロ構造の略
断面端面図である。
【図４】 本発明に従って形成される、図１のライン４
−４に沿った光導波路を備えた半導体へテロ構造の略断
面端面図である。
【図５】 本発明の目的に合わせて、入力光ビーム及び
出力光ファイバに結合される、光学変調及びスイッチン
グのための線形アレイをなす埋め込み平面増幅光導波路
を備えた、半導体へテロ構造の略透視平面図である。
【図６】 本発明に従って形成される半導体へテロ構造
の略透視平面図である。
【図７】 本発明に従って形成される半導体へテロ構造
の略断面平面図である。
【図８】 本発明に従って形成される半導体へテロ構造
の略断面平面図である。
【図９】 本発明に従って形成される半導体へテロ構造
の略断面平面図である。
【図１０】 本発明に従って形成される半導体へテロ構
造の略断面平面図である。
【符号の説明】
１０ 半導体へテロ構造、１２ 中央セクション、１
４，１８ マスク、２０基板、２２ 第１のクラッド
層、２４ 活性領域、２６ 第２のクラッド層、２８
キャップ層、３０ 不規則化領域、３２ 増幅光導波
路、３４ 受動光導波路、３８ 半導体へテロ構造、４
０ 増幅光導波路、４２ 入力光ビーム、４４入力小
面、４８ 出力小面、５０ 光ファイバ、５２ 半導体
へテロ構造、５４ 増幅光導波路、５６ 入力小面、６
０ 受動光導波路、６２ 出力小面、６４ 半導体へテ
ロ構造、６６ 光学スプリッタ、６８，７２ 受動光導
波路、７４ 増幅光導波路、７６ 光ファイバ、７８
入力小面、８２ 半導体へテロ構造、８４ 光学スプリ
ッタ、８６ 受動光導波路、８８ Ｙカップラ、９０
増幅光導波路、９２ Ｙカップラ、９４ 受動光導波
路、９６ 増幅光導波路、９８ 入力光ファイバ、１０
２ 出力小面、１０４ 半導体へテロ構造、１０６光学
スプリッタ、１０８ 受動光導波路、１１０ ホーン装
置、１１２ 受動光導波路、１１４ 増幅光導波路、１
１６ 入力光ファイバ、１１８ 入力小面、１２０ 出
力小面、１２２ 増幅光導波路、１２４ 光学スプリッ
タ、１２６入力光ファイバ、１２８ 入力小面、１３２
受動光導波路、１３４ ホーン装置、１３６ 受動光
導波路、１３８ 出力小面

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】複数の半導体ヘテロ構造層が基板上に配置
    され、前記層の少なくとも１つが、光の増幅及び伝搬の
    ための活性層である、モノリシック半導体構造と、 電気的に結合されて、前記活性層に電気順バイアスをか
    ける手段と、 前記モノリシック半導体構造の両端において、前記複数
    の半導体ヘテロ構造層及び前記活性層に対して垂直に配
    置された、入射光波を受ける入力小面、及び、伝送され
    る光波を伝搬する出力小面と、 活性層に配置され、それぞれ、所定の幅を有し、前記入
    力小面に末端がくる第１の端部と、前記出力小面に末端
    がくる第２の端部を備え、前記電気順バイアスに応答し
    て、所定の波長で光波を発生し、増幅するための複数の
    ほぼ平行な増幅導波路から構成される、 半導体光学アレイ。
  2. 【請求項２】複数の半導体ヘテロ構造層が基板上に配置
    され、前記層の少なくとも１つが、光の増幅及び伝搬の
    ための活性層である、モノリシック半導体構造と、 電気的に結合されて、前記活性層に電気順バイアスをか
    ける手段と、 前記モノリシック半導体構造の両端において、前記複数
    の半導体ヘテロ構造層及び前記活性層に対して垂直に配
    置された、入射光波を受ける入力小面、及び、伝送され
    る光波を伝搬する出力小面と、 活性層に配置され、それぞれ、所定の幅を有し、前記電
    気順バイアスに応答して、所定の波長で光波を発生し、
    増幅するための複数のほぼ平行な増幅導波路と、 前記活性層の第１の部分に配置され、それぞれ、対応す
    る増幅導波路と同軸をなすように配向が施され、一方の
    端部が前記入力小面に、もう一方の端部が前記対応する
    増幅導波路に同じ長さに結合されて、前記入力小面が受
    けた光波をガイドするようになっている、第１の複数の
    ほぼ平行で、低損失の受動導波路と、 前記活性層の第２の部分に配置され、それぞれ、対応す
    る増幅導波路と同軸をなすように配向が施され、一方の
    端部が前記対応する増幅導波路に、もう一方の端部が前
    記出力小面に同じ長さに結合されて、前記結合された対
    応する増幅導波路において発生する前記増幅された光波
    を前記出力小面にガイドするようになっている、第２の
    複数のほぼ平行で、低損失の受動導波路から構成され
    る、 半導体光学アレイ。
  3. 【請求項３】複数の半導体ヘテロ構造層が基板上に配置
    され、前記層の少なくとも１つが、光の増幅及び伝搬の
    ための活性層である、モノリシック半導体構造と、 電気的に結合されて、前記活性層に電気順バイアスをか
    ける手段と、 前記モノリシック半導体構造の両端において、前記複数
    の半導体ヘテロ構造層及び前記活性層に対して垂直に配
    置された、入射光波を受ける入力小面、及び、伝送され
    る光波を伝搬する出力小面と、 活性層に配置され、それぞれ、所定の幅を有し、前記電
    気順バイアスに応答して、所定の波長で光波を発生し、
    増幅するための複数のほぼ平行な増幅導波路と、 前記活性層の第１の部分に配置され、第１の複数の受動
    導波路が、前記複数の前記増幅導波路よりも少なく、そ
    れぞれ、一方の端部が前記入力小面に同じ長さに結合さ
    れて、前記入力小面が受けた光波をガイドするようにな
    っている、複数のほぼ平行で、低損失の受動導波路と、 前記活性層に配置され、それぞれ、前記第１の複数の受
    動導波路のうち対応するものと同軸をなすように配向が
    施され、少なくとも２つの対応する増幅導波路と同軸を
    なすように配向が施され、一方の端部が前記第１の複数
    の受動導波路のうちの前記対応するものに同じ長さに結
    合され、もう一方の端部が前記少なくとも２つの対応す
    る増幅導波路に結合されて、前記第１の複数の受動導波
    路のうちの前記対応するものに伝搬する光波をガイドす
    るようになっている、複数の光学スプリッタから構成さ
    れる、 半導体光学アレイ。
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