JPH0627912B2 - 光変調器 - Google Patents
光変調器Info
- Publication number
- JPH0627912B2 JPH0627912B2 JP61128456A JP12845686A JPH0627912B2 JP H0627912 B2 JPH0627912 B2 JP H0627912B2 JP 61128456 A JP61128456 A JP 61128456A JP 12845686 A JP12845686 A JP 12845686A JP H0627912 B2 JPH0627912 B2 JP H0627912B2
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- JP
- Japan
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- electric field
- optical
- gaas
- layer
- semiconductor
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は光通信、光交換等の分野に用いる光変調器に関
するものである。
するものである。
光通信システムの実用化、システムの高度化実現の試み
のため、発光素子、受光素子と集積化が可能な半導体材
料による光変調器の必要度が高くなっている。このよう
な半導体材料による光変調器として雑誌「ジャーナル・
オブ・アプライド・フィジクス(Journal of Applied Ph
ysics)，第47巻，2069〜2078頁(1976年)に述べられてい
るような〔110〕方向に垂直な電界による電気光学効果
を利用したものが知られている。以下にこの光変調器の
原理について説明する。
のため、発光素子、受光素子と集積化が可能な半導体材
料による光変調器の必要度が高くなっている。このよう
な半導体材料による光変調器として雑誌「ジャーナル・
オブ・アプライド・フィジクス(Journal of Applied Ph
ysics)，第47巻，2069〜2078頁(1976年)に述べられてい
るような〔110〕方向に垂直な電界による電気光学効果
を利用したものが知られている。以下にこの光変調器の
原理について説明する。
GaAs,InP系の半導体材料は結晶点群(４３ｍ)に属し、
その電気光学効果は印加する電界の方向に応じて異なっ
た現れ方をする。印加電界が〔111〕，〔100〕，〔11
0〕方向に平行な場合については実験的にも調べられて
いる。特に電界が〔110〕方向に平行な場合はその屈折
率楕円体の軸は１本は(110) 面内にあるが、他の２本は
〔110〕方向からそれぞれ逆方向に45゜傾いた方向にあ
る。従って〔110〕方向に垂直若しくは平行な電界ベク
トル成分を持って伝搬する光に対して結晶内〔110〕方
向に電界を印加すると、伝搬光には単なる位相変化だけ
でなく偏光面の回転が生じる。この効果に基づく光変調
は点群(４３ｍ)に属する結晶の電気光学効果の利用の
仕方として最も効率がよく2.2mm の素子長で90゜偏光面
を回転させるのに要する電圧が 2.5Ｖという高効率な動
作が報告されている。
その電気光学効果は印加する電界の方向に応じて異なっ
た現れ方をする。印加電界が〔111〕，〔100〕，〔11
0〕方向に平行な場合については実験的にも調べられて
いる。特に電界が〔110〕方向に平行な場合はその屈折
率楕円体の軸は１本は(110) 面内にあるが、他の２本は
〔110〕方向からそれぞれ逆方向に45゜傾いた方向にあ
る。従って〔110〕方向に垂直若しくは平行な電界ベク
トル成分を持って伝搬する光に対して結晶内〔110〕方
向に電界を印加すると、伝搬光には単なる位相変化だけ
でなく偏光面の回転が生じる。この効果に基づく光変調
は点群(４３ｍ)に属する結晶の電気光学効果の利用の
仕方として最も効率がよく2.2mm の素子長で90゜偏光面
を回転させるのに要する電圧が 2.5Ｖという高効率な動
作が報告されている。
ところで、この型の光変調器の場合に、生じるのは偏光
面の回転であるからこれを光度変調に変換するためには
偏光子が必要となる。導波型素子の場合、偏光子は金属
や高屈折率層の導波路上への装荷という手法により実現
されているが、低損失、高消光比を同時に得ることが難
しい、そのため、導波型デバイスとして変調部と偏光子
とを集積した形では低損失、高消光比特性を持つ強度変
調器を実現するのが難しい、また変調部と偏光子とをタ
ンデムに接続するため素子長が長くなるといった問題点
がある。
面の回転であるからこれを光度変調に変換するためには
偏光子が必要となる。導波型素子の場合、偏光子は金属
や高屈折率層の導波路上への装荷という手法により実現
されているが、低損失、高消光比を同時に得ることが難
しい、そのため、導波型デバイスとして変調部と偏光子
とを集積した形では低損失、高消光比特性を持つ強度変
調器を実現するのが難しい、また変調部と偏光子とをタ
ンデムに接続するため素子長が長くなるといった問題点
がある。
本発明の目的は上述の問題点を除去し小型で高消光比が
得られる光変調器を提供することにある。
得られる光変調器を提供することにある。
本発明は結晶点群(４３ｍ)に属する半導体の(110)基
板上に形成された第１の半導体層をよりバンドギャップ
の広い第２の半導体ではさんだ量子井戸を層厚方向に多
重に有する多重量子井戸構造を含む光導波路と、前記光
導波路に〔110〕方向の電界を印加する手段とからなる
ことを特徴とする光変調器である。
板上に形成された第１の半導体層をよりバンドギャップ
の広い第２の半導体ではさんだ量子井戸を層厚方向に多
重に有する多重量子井戸構造を含む光導波路と、前記光
導波路に〔110〕方向の電界を印加する手段とからなる
ことを特徴とする光変調器である。
本発明は多重量子井戸(MQW) 構造光導波路の偏波に対す
る非等方性を利用したものである。そこでまずこの点に
ついて説明する。
る非等方性を利用したものである。そこでまずこの点に
ついて説明する。
第２図はGaAs/AlGaAs系単一量子井戸(SQW) 光導波路の
光吸収スペクトラムの入射光偏光依存性を示したもので
ある(雑誌「アプライド・フィジクス・レターズ(Appl.P
hys.Lett.)」第47巻，664〜667頁，1985年)。TM偏波に
対しては基底準位の電子(e)、重い正孔(h，h)間の遷移
が禁制遷移となるため、重い正孔に対応した吸収ピーク
が消失し、実効的にバンドギャップが広くなっている。
このようなQWの層に垂直な方向に電界を印加すると、吸
収端の長波長シフトが生じるがそのシフト量はTE，TMに
対してほぼ同様であり、偏波に対する非等方性はそのま
ま維持される。つまりこのようなQW光導波路は吸収端の
長波長側近傍の波長の光に対して一種の偏光子として働
くことになる。本発明はこの現象を利用して従来の光変
調器に必要であった外付の偏光子を不用としたものであ
る。
光吸収スペクトラムの入射光偏光依存性を示したもので
ある(雑誌「アプライド・フィジクス・レターズ(Appl.P
hys.Lett.)」第47巻，664〜667頁，1985年)。TM偏波に
対しては基底準位の電子(e)、重い正孔(h，h)間の遷移
が禁制遷移となるため、重い正孔に対応した吸収ピーク
が消失し、実効的にバンドギャップが広くなっている。
このようなQWの層に垂直な方向に電界を印加すると、吸
収端の長波長シフトが生じるがそのシフト量はTE，TMに
対してほぼ同様であり、偏波に対する非等方性はそのま
ま維持される。つまりこのようなQW光導波路は吸収端の
長波長側近傍の波長の光に対して一種の偏光子として働
くことになる。本発明はこの現象を利用して従来の光変
調器に必要であった外付の偏光子を不用としたものであ
る。
第１図は本発明による光変調器の一実施例の断面構造を
示すものである。ここではGaAs/AlGaAs系半導体材料を
用いた場合を示している。まず本実施例の製作工程につ
いて説明する。
示すものである。ここではGaAs/AlGaAs系半導体材料を
用いた場合を示している。まず本実施例の製作工程につ
いて説明する。
n+ -GaAs(110) 基板１の一面に分子線エピタキシャル(M
BE)法によりn+ -GaAs層２、n+ -AlGaAsクラッド層(Ａｌ
モル比x＝0.35,厚み1μｍ)３、i-MQWガイド層(ウェハ：
GaAs厚み113Å，バリア：AlGaAs(x＝0.35)厚み113Å，2
0周期）（全層厚0.45μｍ）４、p+ -AlGaAsクラッド層
(x＝0.35,厚み1μｍ）５、p+ -GaAsキャップ層（厚み１
μｍ）６を順次連続成長する。次にTi/Pt/Auによるｐ側
オーム性電極７を蒸着後、ストライプ状にパターン化し
電極７をマスクとしてp+ -GaAsキャップ層６、p+ -AlGa
Asクラッド層５をエッチングにより除去する。最後にn+
-GaAs基板１の他面側にｎ側オーム性電極８を形成し、
熱処理を施した後へき開により入・出射端面を形成し
た。
BE)法によりn+ -GaAs層２、n+ -AlGaAsクラッド層(Ａｌ
モル比x＝0.35,厚み1μｍ)３、i-MQWガイド層(ウェハ：
GaAs厚み113Å，バリア：AlGaAs(x＝0.35)厚み113Å，2
0周期）（全層厚0.45μｍ）４、p+ -AlGaAsクラッド層
(x＝0.35,厚み1μｍ）５、p+ -GaAsキャップ層（厚み１
μｍ）６を順次連続成長する。次にTi/Pt/Auによるｐ側
オーム性電極７を蒸着後、ストライプ状にパターン化し
電極７をマスクとしてp+ -GaAsキャップ層６、p+ -AlGa
Asクラッド層５をエッチングにより除去する。最後にn+
-GaAs基板１の他面側にｎ側オーム性電極８を形成し、
熱処理を施した後へき開により入・出射端面を形成し
た。
第１図に示した構造はi-MQWガイド層４上にp+ -AlGaAs
クラッド層５がストライプ状に装荷されたチャンネルガ
イドとなっている。MQW ガイド層４の垂直入射による透
過スペクトル測定では室温でλ＝0.857μｍにおいて電
子−重い正孔間遷移に対応したエキシトンピークが観測
され、λ〉0.865μｍではTEモードに対し低損失な光導
波路となる。TMモードに対しては吸収端は更に短波長側
にある。
クラッド層５がストライプ状に装荷されたチャンネルガ
イドとなっている。MQW ガイド層４の垂直入射による透
過スペクトル測定では室温でλ＝0.857μｍにおいて電
子−重い正孔間遷移に対応したエキシトンピークが観測
され、λ〉0.865μｍではTEモードに対し低損失な光導
波路となる。TMモードに対しては吸収端は更に短波長側
にある。
次に本実施例の動作について説明する。ここでは、一例
として入射光の波長としてλ＝0.87μｍを用い、TM偏光
で入射させた場合について説明する。電極7，8間に逆バ
イアス電圧を印加すると、p-n 接合による空乏層がｉ-M
QWガイド層４中に拡がり空乏層内の〔110〕方向の電界
によりガイド光には電気光学効果、電界吸収効果が作用
する。先に述べたように基板が(1110) 方位であるため
電気光学効果により入射光の偏波面の回転が生じる。同
時に電界吸収効果により吸収端の長測長化が生じるが、
この際先に述べたように実効的な吸収端はTEモードの方
が常に長波長側にあるため、偏光回転によって生じたTE
モード成分に対してより強く電界吸収の効果が働く。つ
まり入射したTEモード光は電気光学効果により偏光面が
回転し、TEモードに変換されると完全に吸収される。こ
の動作は電気光学効果と電界吸収効果とを加算した形で
利用していることになる。更に、吸収端近傍では電気光
学効果も強調されるため基板効率は極めて高く、１mm以
下の素子長で動作電圧２Ｖ以下の素子が容易に得られ
た。またその際の消光比は20dB以上であった。
として入射光の波長としてλ＝0.87μｍを用い、TM偏光
で入射させた場合について説明する。電極7，8間に逆バ
イアス電圧を印加すると、p-n 接合による空乏層がｉ-M
QWガイド層４中に拡がり空乏層内の〔110〕方向の電界
によりガイド光には電気光学効果、電界吸収効果が作用
する。先に述べたように基板が(1110) 方位であるため
電気光学効果により入射光の偏波面の回転が生じる。同
時に電界吸収効果により吸収端の長測長化が生じるが、
この際先に述べたように実効的な吸収端はTEモードの方
が常に長波長側にあるため、偏光回転によって生じたTE
モード成分に対してより強く電界吸収の効果が働く。つ
まり入射したTEモード光は電気光学効果により偏光面が
回転し、TEモードに変換されると完全に吸収される。こ
の動作は電気光学効果と電界吸収効果とを加算した形で
利用していることになる。更に、吸収端近傍では電気光
学効果も強調されるため基板効率は極めて高く、１mm以
下の素子長で動作電圧２Ｖ以下の素子が容易に得られ
た。またその際の消光比は20dB以上であった。
以上実施例ではGaAs/AlGaAs系材料について、その電界
印加手段としてp-n 接合を用いたが、本発明は(３ｍ)
の点群に属する半導体材料にすべて適用可能であり、電
界印加手段としてもショットキー接合、MIS 構造等が利
用可能なことは言うまでもない。また、チャンネル光導
波路の形成方法としてリブガイド、埋込導波路等を適用
することも勿論できる。
印加手段としてp-n 接合を用いたが、本発明は(３ｍ)
の点群に属する半導体材料にすべて適用可能であり、電
界印加手段としてもショットキー接合、MIS 構造等が利
用可能なことは言うまでもない。また、チャンネル光導
波路の形成方法としてリブガイド、埋込導波路等を適用
することも勿論できる。
以上詳細に説明したように本発明によれば小型、低電圧
でかつ高消光比が得られる光変調器を実現できる効果を
有するものである。
でかつ高消光比が得られる光変調器を実現できる効果を
有するものである。
第１図は本発明による光変調器の一実施例の構造を示す
図、第２図は本発明に用いる多重量子井戸構造光導波路
の特性を説明するための図である。 １……n+ -GaAs基板、２……n+ -GaAs、３……n+ -AlGa
As、４……ｉ-MQWガイド、５……p+ -AlGaAs、６……p+
-GaAs、７，８……電極
図、第２図は本発明に用いる多重量子井戸構造光導波路
の特性を説明するための図である。 １……n+ -GaAs基板、２……n+ -GaAs、３……n+ -AlGa
As、４……ｉ-MQWガイド、５……p+ -AlGaAs、６……p+
-GaAs、７，８……電極
Claims (1)
- 【請求項１】結晶点群(４３ｍ)に属する半導体の(11
0) 基板上に形成された第１の半導体層をよりバンドギ
ャップの広い第２の半導体ではさんだ量子井戸を層厚方
向に多重に有する多重量子井戸構造を含む光導波路と、
前記光導波路に〔110〕方向の電界を印加する手段とか
らなることを特徴とする光変調器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61128456A JPH0627912B2 (ja) | 1986-06-02 | 1986-06-02 | 光変調器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61128456A JPH0627912B2 (ja) | 1986-06-02 | 1986-06-02 | 光変調器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62284331A JPS62284331A (ja) | 1987-12-10 |
| JPH0627912B2 true JPH0627912B2 (ja) | 1994-04-13 |
Family
ID=14985156
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61128456A Expired - Lifetime JPH0627912B2 (ja) | 1986-06-02 | 1986-06-02 | 光変調器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0627912B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0760225B2 (ja) * | 1988-04-20 | 1995-06-28 | 日本電信電話株式会社 | 光スイッチ |
| JPH0786603B2 (ja) * | 1988-08-24 | 1995-09-20 | 松下電器産業株式会社 | 光応用センサ |
| JP2735274B2 (ja) * | 1989-03-17 | 1998-04-02 | 株式会社日立製作所 | 光学特性変調器および光学素子 |
| JP6106071B2 (ja) * | 2013-12-05 | 2017-03-29 | 日本電信電話株式会社 | 偏波制御素子 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60252329A (ja) * | 1984-05-29 | 1985-12-13 | Hitachi Ltd | 光スイツチ |
-
1986
- 1986-06-02 JP JP61128456A patent/JPH0627912B2/ja not_active Expired - Lifetime
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| ＪｏｕｒｎａｌｏｆＡｐｐｌｉｅｓＰｈｙｓｉｃｓ４７〔５〕２０６９〜２０７８ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS62284331A (ja) | 1987-12-10 |
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