JPH0638544B2 - 光学電子素子 - Google Patents
光学電子素子Info
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- JPH0638544B2 JPH0638544B2 JP14990687A JP14990687A JPH0638544B2 JP H0638544 B2 JPH0638544 B2 JP H0638544B2 JP 14990687 A JP14990687 A JP 14990687A JP 14990687 A JP14990687 A JP 14990687A JP H0638544 B2 JPH0638544 B2 JP H0638544B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は半導体光導波路を備えた光学電子素子、例えば
半導体レーザ、光増幅器、光導波素子その他に利用す
る。特に、光導波路の屈折率分布の制御に関する。本明
細書において「光導波路」とは、光ビームが伝搬する領
域だけでなく、その周辺の領域を含めた構造をいう。
半導体レーザ、光増幅器、光導波素子その他に利用す
る。特に、光導波路の屈折率分布の制御に関する。本明
細書において「光導波路」とは、光ビームが伝搬する領
域だけでなく、その周辺の領域を含めた構造をいう。
本発明は、半導体材料により形成された光導波路を備え
た光学電子素子において、 光導波路の側部に電圧を印加してその内部の領域と側部
の領域との間に屈折率変化を生じさせることにより、 光導波路の有効屈折率を可変に制御するものである。
た光学電子素子において、 光導波路の側部に電圧を印加してその内部の領域と側部
の領域との間に屈折率変化を生じさせることにより、 光導波路の有効屈折率を可変に制御するものである。
半導体レーザ、光増幅器、光導波素子その他の光学電子
素子では、光導波路内に屈折率差を形成することにより
光ビームを閉じ込めている。これらの素子では、一般に
光導波路が層状に構成され、層間方向では、材料の選択
により容易に屈折率差を生じさせることができる。これ
に対して層面内で屈折率差を生じさせるには、 (1)光導波層をメサ型にエッチングし、このメサ型構造
の周囲を屈折率の異なる材料で埋める、 (2)光導波層を多重量子井戸層により形成し、不純物拡
散により多重量子井戸層を無秩序化する 等の方法が用いられている。
素子では、光導波路内に屈折率差を形成することにより
光ビームを閉じ込めている。これらの素子では、一般に
光導波路が層状に構成され、層間方向では、材料の選択
により容易に屈折率差を生じさせることができる。これ
に対して層面内で屈折率差を生じさせるには、 (1)光導波層をメサ型にエッチングし、このメサ型構造
の周囲を屈折率の異なる材料で埋める、 (2)光導波層を多重量子井戸層により形成し、不純物拡
散により多重量子井戸層を無秩序化する 等の方法が用いられている。
(1)の方法を利用した光学電子素子の例は、例えば、イ
クオ・ミト他、「InGaAsP ダブル・チャネル・プレー
ナ・ベリイド・ヘテロストラクチャー・レーザ・ダイオ
ード (DC-PHB LD)・ウィズ・イフェクティブ・カレン
ト・コンファインメント」、IEEEジャーナル・オブ・ラ
イトウェイブ・テクノロジ第LT-1巻第１号1983年３月(I
KUO MITO et.al.,"InGaAsP Double-Channel-Planer-Bur
ied-Hetero-structure Laser Diode (DC-PBH LD)with E
ffective Current Confinement",IEEE Journal of Ligh
twave Technology,Vol.LT-1,NO.1,March 1983)に説明さ
れている。
クオ・ミト他、「InGaAsP ダブル・チャネル・プレー
ナ・ベリイド・ヘテロストラクチャー・レーザ・ダイオ
ード (DC-PHB LD)・ウィズ・イフェクティブ・カレン
ト・コンファインメント」、IEEEジャーナル・オブ・ラ
イトウェイブ・テクノロジ第LT-1巻第１号1983年３月(I
KUO MITO et.al.,"InGaAsP Double-Channel-Planer-Bur
ied-Hetero-structure Laser Diode (DC-PBH LD)with E
ffective Current Confinement",IEEE Journal of Ligh
twave Technology,Vol.LT-1,NO.1,March 1983)に説明さ
れている。
また、(2)の方法を利用した光学電子素子の例は、例え
ば、タダシ・フクザワ他、「GaAlAsベリイド・マルチク
ウォンタム・ウェル・レーザズ・ファブリケーテド・バ
イ・デフュージョンインデュースト・デスオーダリン
グ」、アメリカ合衆国物理学会論文誌アプライド・フィ
ジクス・レターズ第45巻第１号1984年１月１日(Tadashi
Fukuzawa et.al.,"GaAlAs buried multiquantum well
lasers fabricated by diffusion-induced disorderin
g",Appl.Phys.Lett.45(1),1 July 1984)に説明されてい
る。
ば、タダシ・フクザワ他、「GaAlAsベリイド・マルチク
ウォンタム・ウェル・レーザズ・ファブリケーテド・バ
イ・デフュージョンインデュースト・デスオーダリン
グ」、アメリカ合衆国物理学会論文誌アプライド・フィ
ジクス・レターズ第45巻第１号1984年１月１日(Tadashi
Fukuzawa et.al.,"GaAlAs buried multiquantum well
lasers fabricated by diffusion-induced disorderin
g",Appl.Phys.Lett.45(1),1 July 1984)に説明されてい
る。
しかし、上述した(1)の方法では再成長の処理が必要で
あり、また、(2)の方法では多重量子井戸層に不純物を
拡散する必要があり、どちらの方法でも製造工程が複雑
となる欠点があった。また、屈折率差の生じる位置がフ
ォトリソグラフィにより決定されるため、その間隔を１
μｍ以下にすることが困難であり、その位置が固定され
る欠点があった。
あり、また、(2)の方法では多重量子井戸層に不純物を
拡散する必要があり、どちらの方法でも製造工程が複雑
となる欠点があった。また、屈折率差の生じる位置がフ
ォトリソグラフィにより決定されるため、その間隔を１
μｍ以下にすることが困難であり、その位置が固定され
る欠点があった。
本発明は、以上の問題点を解決し、製造が容易で、しか
も光導波路内における屈折率差の生じる位置および屈折
率の変化量を可変に制御できる光学電子素子を提供する
ことを目的とする。
も光導波路内における屈折率差の生じる位置および屈折
率の変化量を可変に制御できる光学電子素子を提供する
ことを目的とする。
本発明の光学電子素子は、メサ型の半導体導波路を備
え、その側部に電圧を印加して空乏層を発生させること
により屈折率変化を生じさせることを特徴とする。光導
波路の側部は光ビームを発生または導波する層を含めて
メサ型に除去され、この除去された部分に、この光導波
路に外部から電界を印加して空乏層を発生させることに
より内部の領域との間に屈折率変化を生じさせる屈折率
変化発生手段が設けられたことを特徴とする。
え、その側部に電圧を印加して空乏層を発生させること
により屈折率変化を生じさせることを特徴とする。光導
波路の側部は光ビームを発生または導波する層を含めて
メサ型に除去され、この除去された部分に、この光導波
路に外部から電界を印加して空乏層を発生させることに
より内部の領域との間に屈折率変化を生じさせる屈折率
変化発生手段が設けられたことを特徴とする。
屈折率変化発生手段は、印加電圧の変化により屈折率変
化の生じる位置を可変に制御する手段を含むことが望ま
しい。
化の生じる位置を可変に制御する手段を含むことが望ま
しい。
本発明の光学電子素子は、屈折率差を生じさせるため、
材料または構造を変化させるのではなく、電圧印加によ
り生じる屈折率の変化を利用する。すなわち、メサ型に
形成された半導体光導波路の側部に電圧を印加し、その
部分のバンドが曲がることにより生じる屈折率変化によ
り、その部分と光導波路内部との間に屈折率差を生じさ
せる。
材料または構造を変化させるのではなく、電圧印加によ
り生じる屈折率の変化を利用する。すなわち、メサ型に
形成された半導体光導波路の側部に電圧を印加し、その
部分のバンドが曲がることにより生じる屈折率変化によ
り、その部分と光導波路内部との間に屈折率差を生じさ
せる。
光導波路の内部と周辺部との間に屈折率差が生じると、
この光導波路を伝搬する光に対する実効的な屈折率が変
化し、その光の位相を変化させることができる。特に、
メサ構造の側部に電圧を印加すると、実際に光が通過す
る領域の近傍に空乏層を形成でき、光導波路の屈折率を
効率良く制御できる。したがって、本発明の素子を光導
波素子として利用した場合には位相変調を行うことがで
き、レーザ共振器として利用した場合には発振周波数を
可変に制御できる。
この光導波路を伝搬する光に対する実効的な屈折率が変
化し、その光の位相を変化させることができる。特に、
メサ構造の側部に電圧を印加すると、実際に光が通過す
る領域の近傍に空乏層を形成でき、光導波路の屈折率を
効率良く制御できる。したがって、本発明の素子を光導
波素子として利用した場合には位相変調を行うことがで
き、レーザ共振器として利用した場合には発振周波数を
可変に制御できる。
第１図は本発明第一実施例光学電子素子の断面図を示
す。この実施例は、光変調素子に本発明を実施したもの
である。
す。この実施例は、光変調素子に本発明を実施したもの
である。
この実施例素子は、ｎ型GaAs基板１上に形成されたｎ型
Al0.3Ga0.7As クラッド層２、ｎ型GaAs導波層３および
ｎ型Al0.3Ga0.7Asクラツド層４の層構造をもち、クラッ
ド層２の一部、導波層３およびクラッド層４がメサ型に
エッチングされ、その表面にはSi3N4絶縁層５を介して
電極６が設けられている。基板１の裏面には電極７が設
けられている。本明細書の説明において「上」とは、基
板１に各層を成長させた方向の意味であり、この素子の
使用上の位置関係を示すものではない。
Al0.3Ga0.7As クラッド層２、ｎ型GaAs導波層３および
ｎ型Al0.3Ga0.7Asクラツド層４の層構造をもち、クラッ
ド層２の一部、導波層３およびクラッド層４がメサ型に
エッチングされ、その表面にはSi3N4絶縁層５を介して
電極６が設けられている。基板１の裏面には電極７が設
けられている。本明細書の説明において「上」とは、基
板１に各層を成長させた方向の意味であり、この素子の
使用上の位置関係を示すものではない。
基板１、クラッド層２、導波層３、クラッド層４、絶縁
層５、電極６および電極７の厚さは、それぞれ400μｍ
程度、１μｍ、０．２μｍ、１μｍ、０．１μｍ、０．
５μｍおよび０．５μｍである。クラッド層２のエッチ
ングされた部分の厚さは0.5μｍである。クラッド層
２、導波層３およびクラッド層２のドープ量はいずれも
１×1017cm-3である。
層５、電極６および電極７の厚さは、それぞれ400μｍ
程度、１μｍ、０．２μｍ、１μｍ、０．１μｍ、０．
５μｍおよび０．５μｍである。クラッド層２のエッチ
ングされた部分の厚さは0.5μｍである。クラッド層
２、導波層３およびクラッド層２のドープ量はいずれも
１×1017cm-3である。
導波層３との両側のクラッド層２、４とは屈折率が異な
るため、光ギームは導波層３に沿って伝搬する。また、
電極６と電極７との間に電圧を印加すると、導波層３の
両側の部分のバンドが曲がり、実効的なバンドギャップ
が変化する。こによりその領域の吸収係数が変化し、屈
折率が変化する。このため導波層３の中央部と両側の部
分との間に屈折率差が生じる。
るため、光ギームは導波層３に沿って伝搬する。また、
電極６と電極７との間に電圧を印加すると、導波層３の
両側の部分のバンドが曲がり、実効的なバンドギャップ
が変化する。こによりその領域の吸収係数が変化し、屈
折率が変化する。このため導波層３の中央部と両側の部
分との間に屈折率差が生じる。
導波層３に沿って伝搬する光ビームは、全成分が導波路
３の中央部を伝搬するのではなく、一部の成分がクラッ
ド層２、４または導波層３の側部を伝搬する。これらの
光ビームが伝搬する領域を以下「導波領域」という。導
波領域の有効屈折率は、導波層３の中央部の屈折率と、
その領域の寸法と、周囲の屈折率との関数となる。した
がって、導波路３の側部に電圧を印加することにより、
その領域の屈折率を変化させ、屈折率差の生じる位置を
変化させて、導波領域の有効屈折率を変化させることが
できる。
３の中央部を伝搬するのではなく、一部の成分がクラッ
ド層２、４または導波層３の側部を伝搬する。これらの
光ビームが伝搬する領域を以下「導波領域」という。導
波領域の有効屈折率は、導波層３の中央部の屈折率と、
その領域の寸法と、周囲の屈折率との関数となる。した
がって、導波路３の側部に電圧を印加することにより、
その領域の屈折率を変化させ、屈折率差の生じる位置を
変化させて、導波領域の有効屈折率を変化させることが
できる。
クラッド層４上の絶縁層５および電極６は、クラッド層
４を保護するうえで都合がよいが必ずしも必要ではな
く、利用形態によってはクラッド層４が剥き出しになる
構造でもよい。
４を保護するうえで都合がよいが必ずしも必要ではな
く、利用形態によってはクラッド層４が剥き出しになる
構造でもよい。
第２図は導波層３周辺の領域の拡大断面図を示す。電極
６、７に電圧を印加することにより、導波層３およびク
ラッド層２、４の側部で屈折率変化が生じる。第２図で
は、屈折率変化の生じる領域を参照番号８で示す。屈折
率変化が生じる領域は、電圧印加によりバンドの曲がる
領域と実質的に一致する。
６、７に電圧を印加することにより、導波層３およびク
ラッド層２、４の側部で屈折率変化が生じる。第２図で
は、屈折率変化の生じる領域を参照番号８で示す。屈折
率変化が生じる領域は、電圧印加によりバンドの曲がる
領域と実質的に一致する。
第３図は導波層３のバンド図を示す、第４図および第５
図はそれぞれ導波層３の中央部および側部におけるバン
ド構造を示す。
図はそれぞれ導波層３の中央部および側部におけるバン
ド構造を示す。
導波層３がｎ型の場合に、電極６を導波層３に対して正
にバイアスすると、第３図に示すように導波層３の側部
でバンドが曲がり、その領域に電子が蓄積される。
にバイアスすると、第３図に示すように導波層３の側部
でバンドが曲がり、その領域に電子が蓄積される。
導波層３の中央部では、第４図に示すように、伝導帯に
いくらかの電子が存在している。導波層３の側部では、
第５図に示すように、バンドの曲がりにより伝導帯の電
子が増加する。伝導帯の電子が増加すると、光吸収によ
り価電子帯の電子が伝導帯に移動するためのエネルギが
増大する。すなわち、実効的なバンドギャップがＥｇか
らＥｇ′に増大する。これに伴ってこの領域の吸収係数
が変化し、屈折率が変化する。吸収係数と屈折率との関
係はクラマース・クローニッヒの関係式として知られて
いる。クラッド層２、４でも同様に屈折率が変化する。
いくらかの電子が存在している。導波層３の側部では、
第５図に示すように、バンドの曲がりにより伝導帯の電
子が増加する。伝導帯の電子が増加すると、光吸収によ
り価電子帯の電子が伝導帯に移動するためのエネルギが
増大する。すなわち、実効的なバンドギャップがＥｇか
らＥｇ′に増大する。これに伴ってこの領域の吸収係数
が変化し、屈折率が変化する。吸収係数と屈折率との関
係はクラマース・クローニッヒの関係式として知られて
いる。クラッド層２、４でも同様に屈折率が変化する。
このように、電界印加により、導波層３の側部の屈折率
を変化させて導波領域を形成することができる。バンド
の曲がる領域の長さと実効的なバンドギャップＥｇ′と
は印加電圧により定まるため、印加電圧により導波領域
の有効屈折率を制御することができる。
を変化させて導波領域を形成することができる。バンド
の曲がる領域の長さと実効的なバンドギャップＥｇ′と
は印加電圧により定まるため、印加電圧により導波領域
の有効屈折率を制御することができる。
バンドの曲がる領域の幅Ｗは、 Ｋ：比誘電率（GaAsの場合は13.1）、 ε０：真空の誘電率、０ ：ビルトインポテンシャル、 ＶＲ：バイアス電圧、 ｑ：電子の電荷、 Ｎｄ：ドープ量（１×1017cm-3） により計算される。０＋ＶＲが５Ｖ、３Ｖ、１Ｖのと
き、幅Ｗはそれぞれ0.27μｍ、0.21μｍ、0.12μｍとな
る。すなわち、バイアス電圧を４Ｖ変化させることによ
り、屈折率の変化する位置の間隔を0.3μｍ変化させる
ことができる。
き、幅Ｗはそれぞれ0.27μｍ、0.21μｍ、0.12μｍとな
る。すなわち、バイアス電圧を４Ｖ変化させることによ
り、屈折率の変化する位置の間隔を0.3μｍ変化させる
ことができる。
以上の説明では、導波層３にｎ型GaAsを用い、クラッド
層２、４にｎ型Al0.3Ga0.7Asを用いた例を示したが、他
の半導体材料を用いても本発明を同様に実施できる。ま
た、ｎ型半導体のかわりにｐ型半導体を用い、電極６を
負にバイアスした場合にも、電子と正孔との動作が逆に
なるだけで本発明を同様に実施できる。
層２、４にｎ型Al0.3Ga0.7Asを用いた例を示したが、他
の半導体材料を用いても本発明を同様に実施できる。ま
た、ｎ型半導体のかわりにｐ型半導体を用い、電極６を
負にバイアスした場合にも、電子と正孔との動作が逆に
なるだけで本発明を同様に実施できる。
第６図は本発明第二実施例光学電子素子の断面図を示
す。この実施例は、メサ型のAlGaAs/GaAsダブルヘテロ
・レーザに本発明を実施したものである。
す。この実施例は、メサ型のAlGaAs/GaAsダブルヘテロ
・レーザに本発明を実施したものである。
この実施例素子は、ｎ型GaAs基板１上に、ｎ型AlGaAsク
ラッド層２、アンドープGaAs活性層３′およびｐ型AlGa
Asクラッド層４の層構造が設けられ、クラッド層２の一
部、活性層３′およびクラッド層４がメサ型にエッチン
グされている。このメサ型の活性層３′およびクラッド
層２、４の側部には、Si3N4絶縁層５を介して電極６が
設けられている。クラッド層４の表面および基板１の裏
面には駆動用電極９が設けられている。
ラッド層２、アンドープGaAs活性層３′およびｐ型AlGa
Asクラッド層４の層構造が設けられ、クラッド層２の一
部、活性層３′およびクラッド層４がメサ型にエッチン
グされている。このメサ型の活性層３′およびクラッド
層２、４の側部には、Si3N4絶縁層５を介して電極６が
設けられている。クラッド層４の表面および基板１の裏
面には駆動用電極９が設けられている。
本実施例素子の特徴は、活性層３′およびクラッド層
２、４により形成されるメサ構造の両側に、絶縁層５を
介して電極６が設けられていることにある。
２、４により形成されるメサ構造の両側に、絶縁層５を
介して電極６が設けられていることにある。
電極６は、活性層３′に対して正または負にバイアスす
ることができる。以下では電極６を活性層に対し正にバ
イアスした場合の動作を例に説明する。
ることができる。以下では電極６を活性層に対し正にバ
イアスした場合の動作を例に説明する。
第７図は活性層３′のバンド図を示し、第８図および第
９図はそれぞれ活性層３′の中央部および側部における
バンド構造を示す。
９図はそれぞれ活性層３′の中央部および側部における
バンド構造を示す。
動作時には、第一実施例における導波層３と異なり、活
性層３′に電子および正孔が注入される。注入された電
子は、近似的に伝導帯の擬フェルミレベルＦｃの下側と
伝導帯端Ｅｃとの間の存在し、注入された正孔は、近似
的に価電子帯の擬フェルミレベルＦｖの上側と価電子帯
端Ｅｖとの間に存在する。
性層３′に電子および正孔が注入される。注入された電
子は、近似的に伝導帯の擬フェルミレベルＦｃの下側と
伝導帯端Ｅｃとの間の存在し、注入された正孔は、近似
的に価電子帯の擬フェルミレベルＦｖの上側と価電子帯
端Ｅｖとの間に存在する。
電極６を正にバイアスすると、第７図に示すように、バ
ンドが活性層３′の両端で曲げられる。このため、活性
層３′の両端では、電子が増加して正孔がなくなる。
ンドが活性層３′の両端で曲げられる。このため、活性
層３′の両端では、電子が増加して正孔がなくなる。
活性層３′の側部の領域では、第９図に示すように、バ
ンドの曲がりにより伝導帯の電子が増加する。伝導帯の
電子が増加すると、光吸収により価電子帯の電子が伝導
帯に遷移するためのエネルギが増大する。すなわち、実
効的なバンドギャップがＥｇからＥｇ′に増大する。こ
れに伴ってこの領域の吸収係数が変化し、屈折率が変化
する。ｎ型のクラッド層２でも第一実施例と同様に屈折
率が変化する。バンドの曲がる領域の長さと実効的なバ
ンドギャップＥｇ′とが印加電圧により決まるため、印
加電極により活性層３′の有効屈折率を制御することが
できる。
ンドの曲がりにより伝導帯の電子が増加する。伝導帯の
電子が増加すると、光吸収により価電子帯の電子が伝導
帯に遷移するためのエネルギが増大する。すなわち、実
効的なバンドギャップがＥｇからＥｇ′に増大する。こ
れに伴ってこの領域の吸収係数が変化し、屈折率が変化
する。ｎ型のクラッド層２でも第一実施例と同様に屈折
率が変化する。バンドの曲がる領域の長さと実効的なバ
ンドギャップＥｇ′とが印加電圧により決まるため、印
加電極により活性層３′の有効屈折率を制御することが
できる。
電極６を負にバイアスした場合にも、電子と正孔との動
作が逆になるだけで同様に本発明を実施できる。
作が逆になるだけで同様に本発明を実施できる。
第10図は本発明第三実施例光学電子素子の断面図を示
す。
す。
この実施例は、活性層３′とクラッド層４との間に薄い
低ドープ層４′が設けられたことが第二実施例と異な
る。上述したように、バンドの曲がる領域の幅、すなわ
ち屈折率の変化する領域の幅は、ドープ量を小さくする
ほど広くなる。したがって、低ドープ層４′により屈折
率の変化する領域を拡張することができる。これによ
り、導波層３の屈折率が変化とともに、低ドープ層４′
で屈折率が変化し、導波領域の有効屈折率を変化させる
ことができる。ここで、ドープ量を少なくすると抵抗が
大きくなるので、低ドープ層４′の厚さは、十分な屈折
率変化が得られる程度に厚く、しかも抵抗が十分に小さ
い程度に薄くできるように、クラッド層４とは分離し、
任意に設定できる。
低ドープ層４′が設けられたことが第二実施例と異な
る。上述したように、バンドの曲がる領域の幅、すなわ
ち屈折率の変化する領域の幅は、ドープ量を小さくする
ほど広くなる。したがって、低ドープ層４′により屈折
率の変化する領域を拡張することができる。これによ
り、導波層３の屈折率が変化とともに、低ドープ層４′
で屈折率が変化し、導波領域の有効屈折率を変化させる
ことができる。ここで、ドープ量を少なくすると抵抗が
大きくなるので、低ドープ層４′の厚さは、十分な屈折
率変化が得られる程度に厚く、しかも抵抗が十分に小さ
い程度に薄くできるように、クラッド層４とは分離し、
任意に設定できる。
第11図は比較例を示す断面図であり、プレーナ型のレー
ザ素子で電圧印加により屈折率変化を生じさせる例を示
す。
ザ素子で電圧印加により屈折率変化を生じさせる例を示
す。
この光学電子素子は、ｎ型GaAs基板１上に、ｎ型AlGaAs
クラッド層２、アンドープGaAs活性層３′およびｐ型Al
GaAsクラッド層４を成長させた層構造を有する。クラッ
ド層４の表面および基板１の裏面には、それぞれ駆動用
電極９が設けられる。クラッド層４の表面に設けられた
電極９の両側には、絶縁層５を介して屈折率制御用の電
極６が設けられる。
クラッド層２、アンドープGaAs活性層３′およびｐ型Al
GaAsクラッド層４を成長させた層構造を有する。クラッ
ド層４の表面および基板１の裏面には、それぞれ駆動用
電極９が設けられる。クラッド層４の表面に設けられた
電極９の両側には、絶縁層５を介して屈折率制御用の電
極６が設けられる。
電極６に電極を印加すると、その近傍の領域10でバンド
が曲がり、屈折率が変化する。これにより、活性層３′
で発光した光ビームの導波領域の有効屈折率を変化させ
ることができる。
が曲がり、屈折率が変化する。これにより、活性層３′
で発光した光ビームの導波領域の有効屈折率を変化させ
ることができる。
ただし、この場合には、電極６の近傍の屈折率が変化す
るだけであり、有効屈折率に及ぼす効果はそれほど大き
くはない。
るだけであり、有効屈折率に及ぼす効果はそれほど大き
くはない。
第12図は第二の比較例の断面図を示す。この比較例はメ
サ型AlGaAs/GaAsダブルヘテロ・レーザに本発明を実施
したものであり、電極６′とクラッド層４との接合をシ
ョットキイ接合とし、これを絶縁層の代わりに用いるこ
とが第二実施例と異なる。
サ型AlGaAs/GaAsダブルヘテロ・レーザに本発明を実施
したものであり、電極６′とクラッド層４との接合をシ
ョットキイ接合とし、これを絶縁層の代わりに用いるこ
とが第二実施例と異なる。
クラッド層４はメサ型にエッチングされ、その側部には
電極６′が設けられる。クラッド層２はｎ型、クラッド
層４はｐ型である。
電極６′が設けられる。クラッド層２はｎ型、クラッド
層４はｐ型である。
この実施例においては、電極６′を正にバイアスする
と、クラッド層４と電極６′との間が逆バイアスとな
る。これによりバンドが曲がり、この領域の屈折率が変
化する。
と、クラッド層４と電極６′との間が逆バイアスとな
る。これによりバンドが曲がり、この領域の屈折率が変
化する。
第二実施例ないし第三実施例に示した構造は、光増幅器
その他のレーザ素子以外の素子でも利用できる。
その他のレーザ素子以外の素子でも利用できる。
第13図ないし第16図は本発明の応用例を示す。これらの
素子は、屈折率差を形成するための電極が分割して設け
られ、その場所ごとに光導波路の有効屈折率を変化させ
ることができる。
素子は、屈折率差を形成するための電極が分割して設け
られ、その場所ごとに光導波路の有効屈折率を変化させ
ることができる。
第13図は分布帰還レーザ素子に本発明を応用した例を示
す。このレーザ素子では、一本の光導波路131に対して
複数（この例では３組）の電極対132、133、134が設けら
れている。個々の電極対132、133、134の電極を制御して
部分的に有効屈折率を変化させることにより、等価的に
回折格子135の位相をシフトさせて位相シフト分布帰還
レーザとすることができる。このレーザの最適な位相シ
フト量は動作条件により変化するが、印加電圧を制御し
て位相シフト量を常に最適に保ち、空間的にホールバー
ニングを抑えて最適な発振条件を保つことができる。
す。このレーザ素子では、一本の光導波路131に対して
複数（この例では３組）の電極対132、133、134が設けら
れている。個々の電極対132、133、134の電極を制御して
部分的に有効屈折率を変化させることにより、等価的に
回折格子135の位相をシフトさせて位相シフト分布帰還
レーザとすることができる。このレーザの最適な位相シ
フト量は動作条件により変化するが、印加電圧を制御し
て位相シフト量を常に最適に保ち、空間的にホールバー
ニングを抑えて最適な発振条件を保つことができる。
第14図は分布ブラグ反射レーザ素子に本発明を応用した
例を示す。このレーザ素子は、光導波路141が、利得領
域、位相制御領域および分布ブラグ反射（ＤＢＲ）領域
に分割され、分布ブラグ反射領域は回折格子142により
構成されている。各領域にはそれぞれ電極対143、144、14
5が設けられている。電極対144、145の電圧を独立に制御
することにより、位相制御領域および分布ブラグ反射領
域の有効屈折率を独立に変化させ、発振周波数を制御す
ることができる。
例を示す。このレーザ素子は、光導波路141が、利得領
域、位相制御領域および分布ブラグ反射（ＤＢＲ）領域
に分割され、分布ブラグ反射領域は回折格子142により
構成されている。各領域にはそれぞれ電極対143、144、14
5が設けられている。電極対144、145の電圧を独立に制御
することにより、位相制御領域および分布ブラグ反射領
域の有効屈折率を独立に変化させ、発振周波数を制御す
ることができる。
第15図は複合共振器を示す。光導波路151に対して二組
の電極対152、153が設けられる。電極対152が設けられた
領域により第一共振器が構成され、電極153が設けられ
た領域により第二共振器が構成される。第一共振器と第
二共振器との有効屈折率を変化させることにより、その
境界における反射の条件が変化する。これは、半導体レ
ーザの発振モードの制御に利用できる。
の電極対152、153が設けられる。電極対152が設けられた
領域により第一共振器が構成され、電極153が設けられ
た領域により第二共振器が構成される。第一共振器と第
二共振器との有効屈折率を変化させることにより、その
境界における反射の条件が変化する。これは、半導体レ
ーザの発振モードの制御に利用できる。
第16図は光ビームの出射径および方向を制御する素子を
示す。光導波路161に対して二組の電極対162、163が設け
られる。出力端側の電極対163については、導波路の左
右の電圧をそれぞれ独立に制御できる。電極対163の電
圧により、端面近傍における導波領域の幅を変化させて
光ビームの出射径を制御できる。また、電極対163の電
圧を非対称にすることにより、光ビームの出射方向を制
御することができる。
示す。光導波路161に対して二組の電極対162、163が設け
られる。出力端側の電極対163については、導波路の左
右の電圧をそれぞれ独立に制御できる。電極対163の電
圧により、端面近傍における導波領域の幅を変化させて
光ビームの出射径を制御できる。また、電極対163の電
圧を非対称にすることにより、光ビームの出射方向を制
御することができる。
以上説明したように、本発明の光学電子素子は、一般的
な半導体レーザの製造工程に屈折率を制御するための電
極を形成する工程が付加するだけで製造でき、容易に製
造できる。また、屈折率差の生じる位置の幅を電圧によ
り制御するため、フォトリソグラフィにより決定される
幅以下、例えば１μｍ以下の幅にすることができる効果
がある。
な半導体レーザの製造工程に屈折率を制御するための電
極を形成する工程が付加するだけで製造でき、容易に製
造できる。また、屈折率差の生じる位置の幅を電圧によ
り制御するため、フォトリソグラフィにより決定される
幅以下、例えば１μｍ以下の幅にすることができる効果
がある。
また、光導波領域の有効屈折率を印加電圧により制御で
きるので、印加電圧による位相変調を行うことができ
る。この場合に、電界によるバンドの曲がりという高速
な現象を利用しているため、緩和振動周波数による影響
を受けず、超高速変調が可能となる効果がある。
きるので、印加電圧による位相変調を行うことができ
る。この場合に、電界によるバンドの曲がりという高速
な現象を利用しているため、緩和振動周波数による影響
を受けず、超高速変調が可能となる効果がある。
さらに、出射される光ビームの径および方向を制御で
き、他の素子との光学的な接続が容易となる効果があ
る。
き、他の素子との光学的な接続が容易となる効果があ
る。
屈折率差を生じさせるための電極を分割して配置した場
合には、その場所毎に光導波領域の有効屈折率を変化さ
せることができ、そのいくつかの電極を光出力の変調ま
たは発振周波数制御に利用できる。特に分布帰還レーザ
で本発明を実施した場合には、位相シフト量を印加電圧
により制御できるため、発振条件を常に最適に保つこと
ができる効果がある。
合には、その場所毎に光導波領域の有効屈折率を変化さ
せることができ、そのいくつかの電極を光出力の変調ま
たは発振周波数制御に利用できる。特に分布帰還レーザ
で本発明を実施した場合には、位相シフト量を印加電圧
により制御できるため、発振条件を常に最適に保つこと
ができる効果がある。
第１図は本発明第一実施例光学電子素子の断面図。 第２図は導波層周辺の領域の拡大断面図。 第３図は導波層のバンド図。 第４図は導波層の中央部におけるバンド構造を示す図。 第５図は導波層の側部におけるバンド構造を示す図。 第６図は本発明第二実施例光学電子素子の断面図。 第７図は活性層のバンド図。 第８図は活性層の中央部におけるバンド構造を示す図。 第９図は活性層の側部におけるバンド構造を示す図。 第10図は本発明第三実施例光学電子素子の断面図。 第11図は比較例の断面図。 第12図は本発明第三実施例光学電子素子の断面図。 第13図は本発明応用例分布帰還レーザ素子を示す図。 第14図は本発明応用例分布ブラグ反射レーザ素子を示す
図。 第15図は本発明応用例複合共振器を示す図。 第16図は本発明応用例の光ビームの出射径および方向を
制御する素子を示す図。 １……基板、２……クラッド層、３……導波層、３′…
…活性層、４……クラッド層、４′……低ドープ層、５
……絶縁層、６、６′、７……電極、９……駆動用電
極、131、141、151、161……光導波路、132、133、134、143、1
44、145、152、153、162、163……電極対、１４２……回折格
子。
図。 第15図は本発明応用例複合共振器を示す図。 第16図は本発明応用例の光ビームの出射径および方向を
制御する素子を示す図。 １……基板、２……クラッド層、３……導波層、３′…
…活性層、４……クラッド層、４′……低ドープ層、５
……絶縁層、６、６′、７……電極、９……駆動用電
極、131、141、151、161……光導波路、132、133、134、143、1
44、145、152、153、162、163……電極対、１４２……回折格
子。
Claims (2)
- 【請求項１】半導体基板上に層構造に形成された半導体
材料による光導波路と、 この光導波路に外部から電圧を印加して空乏層を発生さ
せることにより内部の領域との間に屈折率変化を生じさ
せる屈折率変化発生手段と を備えた光学電子素子において、 上記光導波路の側部が光ビームを発生または導波する層
を含めてメサ型に除去され、 この除去された部分に上記屈折率変化発生手段が設けら
れた ことを特徴とする光学電子素子。 - 【請求項２】屈折率変化発生手段は、印加電圧の変化に
より屈折率変化の生じる位置を可変に制御する手段を含
む特許請求の範囲第(1)項に記載の光学電子素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14990687A JPH0638544B2 (ja) | 1987-06-16 | 1987-06-16 | 光学電子素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14990687A JPH0638544B2 (ja) | 1987-06-16 | 1987-06-16 | 光学電子素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63313888A JPS63313888A (ja) | 1988-12-21 |
| JPH0638544B2 true JPH0638544B2 (ja) | 1994-05-18 |
Family
ID=15485183
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14990687A Expired - Lifetime JPH0638544B2 (ja) | 1987-06-16 | 1987-06-16 | 光学電子素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0638544B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4522154B2 (ja) * | 2004-06-08 | 2010-08-11 | 日本航空電子工業株式会社 | 電気吸収型光変調器 |
| AT505915B1 (de) * | 2007-12-05 | 2009-05-15 | Univ Wien Tech | Halbleiterlaser |
| AT505916B1 (de) * | 2007-12-05 | 2009-05-15 | Univ Wien Tech | Halbleiterlaser |
| FR3023065B1 (fr) * | 2014-06-27 | 2017-12-15 | Commissariat Energie Atomique | Dispositif optoelectronique a jonction p-n permettant une ionisation de dopants par effet de champ |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS50154032A (ja) * | 1974-05-31 | 1975-12-11 | ||
| JPS571912B2 (ja) * | 1974-05-31 | 1982-01-13 | ||
| JPS5690586A (en) * | 1979-12-21 | 1981-07-22 | Seiji Yasu | Semiconductor laser and manufacture thereof |
| JPS58106885A (ja) * | 1981-12-18 | 1983-06-25 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 半導体レ−ザ |
-
1987
- 1987-06-16 JP JP14990687A patent/JPH0638544B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63313888A (ja) | 1988-12-21 |
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