JPH0682863A - 光半導体素子及びその製造方法 - Google Patents
光半導体素子及びその製造方法Info
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- JPH0682863A JPH0682863A JP23370792A JP23370792A JPH0682863A JP H0682863 A JPH0682863 A JP H0682863A JP 23370792 A JP23370792 A JP 23370792A JP 23370792 A JP23370792 A JP 23370792A JP H0682863 A JPH0682863 A JP H0682863A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】本発明は、 III−Ｖ族化合物半導体を用いて波
長１．３μｍ又は１．５５μｍの光を信号処理すること
ができる光半導体素子及びその製造方法を提供すること
を目的とする。 【構成】Ｓｉ基板１０の（１１１）面上に、下部Ａｌ
0.3 Ｇａ0.7 Ａｓクラッド層１４とＧａＡｓ導波層１６
と上部Ａｌ0.3 Ｇａ0.7 Ａｓクラッド層１８とが積層さ
れた光導波路１２がリッジ状に形成されている。この光
導波路１２では、（１１１）Ａ面の結晶面をもち光の偏
波方向に対して［１１１］方向の結晶軸をもつ領域２０
と（１１１）Ｂ面の結晶面をもち［１１１］方向の結晶
軸をもつ領域２２とが、波長０．８μｍのポンプ光と波
長１．５５μｍの信号光に対するコヒーレント長の１／
２の長さ１．４μｍをもって交互に配置され、光の偏波
方向に対して互いに１８０°ずれて反転している関係に
ある。
長１．３μｍ又は１．５５μｍの光を信号処理すること
ができる光半導体素子及びその製造方法を提供すること
を目的とする。 【構成】Ｓｉ基板１０の（１１１）面上に、下部Ａｌ
0.3 Ｇａ0.7 Ａｓクラッド層１４とＧａＡｓ導波層１６
と上部Ａｌ0.3 Ｇａ0.7 Ａｓクラッド層１８とが積層さ
れた光導波路１２がリッジ状に形成されている。この光
導波路１２では、（１１１）Ａ面の結晶面をもち光の偏
波方向に対して［１１１］方向の結晶軸をもつ領域２０
と（１１１）Ｂ面の結晶面をもち［１１１］方向の結晶
軸をもつ領域２２とが、波長０．８μｍのポンプ光と波
長１．５５μｍの信号光に対するコヒーレント長の１／
２の長さ１．４μｍをもって交互に配置され、光の偏波
方向に対して互いに１８０°ずれて反転している関係に
ある。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光半導体素子及びその
製造方法に係り、特に光通信に用いられる波長１．３μ
ｍ又は１．５５μｍの光を信号処理する光半導体素子及
びその製造方法に関する。
製造方法に係り、特に光通信に用いられる波長１．３μ
ｍ又は１．５５μｍの光を信号処理する光半導体素子及
びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、非線形材料としては、ＬＮ（Ｌｉ
ＮｂＯ3 ）等の誘電体がよく用いられているが、 III−
Ｖ族化合物半導体が他の無機材料化合物に比較して大き
な２次非線形光学効果をもつ材料であることも、古くか
ら知られている。従って、 III−Ｖ族化合物半導体の２
次非線形感受率を用いて、波長１．３μｍ又は１．５５
μｍの光をパラメトリック光増幅することができれば、
無雑音増幅の実現等、光通信へ向けた応用の点で大きな
メリットがある。
ＮｂＯ3 ）等の誘電体がよく用いられているが、 III−
Ｖ族化合物半導体が他の無機材料化合物に比較して大き
な２次非線形光学効果をもつ材料であることも、古くか
ら知られている。従って、 III−Ｖ族化合物半導体の２
次非線形感受率を用いて、波長１．３μｍ又は１．５５
μｍの光をパラメトリック光増幅することができれば、
無雑音増幅の実現等、光通信へ向けた応用の点で大きな
メリットがある。
【０００３】即ち、非線形材料として III−Ｖ族化合物
半導体を用いてパラメトリック光増幅器（parametric a
mplifier）を構成することができれば、従来のＬｉＮｂ
Ｏ3等の結晶を用いた場合に比較して、小さな励起光源
で実用化が可能となる。III−Ｖ族化合物半導体を用い
てパラメトリック光増幅器を構成する場合を、図７を用
いて説明する。
半導体を用いてパラメトリック光増幅器（parametric a
mplifier）を構成することができれば、従来のＬｉＮｂ
Ｏ3等の結晶を用いた場合に比較して、小さな励起光源
で実用化が可能となる。III−Ｖ族化合物半導体を用い
てパラメトリック光増幅器を構成する場合を、図７を用
いて説明する。
【０００４】図７（ａ）は角周波数ωP のポンプ光の電
界ＥP の時間変化を示すグラフであり、図７（ｂ）はポ
ンプ光より長い波長の角周波数ωS の信号光の電界ＥS
の時間変化を示すグラフである。そして図７（ａ）の実
線に示されるポンプ光と図７（ｂ）に示される信号光と
が III−Ｖ族化合物半導体結晶に入射すると、ポンプ光
の電界ＥP と信号光の電界ＥS との積ＥP ・ＥS は、図
７（ｃ）の実線に示されるように時間変化する。
界ＥP の時間変化を示すグラフであり、図７（ｂ）はポ
ンプ光より長い波長の角周波数ωS の信号光の電界ＥS
の時間変化を示すグラフである。そして図７（ａ）の実
線に示されるポンプ光と図７（ｂ）に示される信号光と
が III−Ｖ族化合物半導体結晶に入射すると、ポンプ光
の電界ＥP と信号光の電界ＥS との積ＥP ・ＥS は、図
７（ｃ）の実線に示されるように時間変化する。
【０００５】この電界ＥP ・ＥS によって生じる非線形
分極Ｐは、 Ｐ＝χ(2) ＥP ・ＥS 但し、χ(2) ：２次の非線形感受率 と表され、図７（ｄ）の実線に示されるように時間変化
する。その結果、図７（ｂ）の信号光と同位相の電界変
動が生じ、図７（ｅ）の実線に示されるように電界ＥA
が時間変化する角周波数ωA （ωA ＝ωP −ωS ）のア
イドラ光を発生させる。そしてこのアイドラ光は、信号
光の場合と同様に、ポンプ光と相互作用し、その結果、
信号光を増幅する。
分極Ｐは、 Ｐ＝χ(2) ＥP ・ＥS 但し、χ(2) ：２次の非線形感受率 と表され、図７（ｄ）の実線に示されるように時間変化
する。その結果、図７（ｂ）の信号光と同位相の電界変
動が生じ、図７（ｅ）の実線に示されるように電界ＥA
が時間変化する角周波数ωA （ωA ＝ωP −ωS ）のア
イドラ光を発生させる。そしてこのアイドラ光は、信号
光の場合と同様に、ポンプ光と相互作用し、その結果、
信号光を増幅する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような III−Ｖ族化合物半導体を用いたパラメトリック
光増幅器においては、 III−Ｖ族化合物半導体が波長
２．０μｍ〜０．６μｍ付近において屈折率ｎの波長依
存性が大きいため、波長１．３μｍ又は１．５５μｍの
光とそれよりも大きなエネルギーの光とを相互作用させ
ると、位相関係にずれが生じる。即ち、ポンプ光の感じ
る屈折率ｎ（ωP ）の方が信号光の感じる屈折率ｎ（ω
S ）よりも大きいため、ポンプ光の位相は信号光に比べ
て徐々に遅れる。そしてコヒーレント長ＬC の半分だけ
光が進むと、図７（ａ）の破線に示されるように、その
位相の遅れにより位相関係が１８０°ずれる。
ような III−Ｖ族化合物半導体を用いたパラメトリック
光増幅器においては、 III−Ｖ族化合物半導体が波長
２．０μｍ〜０．６μｍ付近において屈折率ｎの波長依
存性が大きいため、波長１．３μｍ又は１．５５μｍの
光とそれよりも大きなエネルギーの光とを相互作用させ
ると、位相関係にずれが生じる。即ち、ポンプ光の感じ
る屈折率ｎ（ωP ）の方が信号光の感じる屈折率ｎ（ω
S ）よりも大きいため、ポンプ光の位相は信号光に比べ
て徐々に遅れる。そしてコヒーレント長ＬC の半分だけ
光が進むと、図７（ａ）の破線に示されるように、その
位相の遅れにより位相関係が１８０°ずれる。
【０００７】尚、ここで、コヒーレント長ＬC は、 ＬC ＝２π／Δｋ Δｋ＝｛ｎ（ωS ）・ωS ＋ｎ（ωA ）・ωA −ｎ（ω
P ）・ωP ｝／ｃ 但し、ｃ：真空中の光速 と表される。
P ）・ωP ｝／ｃ 但し、ｃ：真空中の光速 と表される。
【０００８】この１８０°の位相遅れにより、図７
（ｃ）に示されるポンプ光の電界ＥP と信号光の電界Ｅ
S との積ＥP ・ＥS も、更には図７（ｄ）に示される非
線形分極Ｐも、それぞれ図中の破線に示されるように時
間変化する。即ち、ポンプ光の電界ＥP 及び信号光の電
界ＥS が共に正の方向であれば非線形分極Ｐの方向も正
の方向となるが、位相遅れにより、電界ＥP 、ＥS のい
ずれかが負の方向になれば非線形分極Ｐの方向も負の方
向となる。更に電界ＥP 、Ｅ S のいずれかも負の方向に
なれば非線形分極Ｐの方向は再び正の方向となる。
（ｃ）に示されるポンプ光の電界ＥP と信号光の電界Ｅ
S との積ＥP ・ＥS も、更には図７（ｄ）に示される非
線形分極Ｐも、それぞれ図中の破線に示されるように時
間変化する。即ち、ポンプ光の電界ＥP 及び信号光の電
界ＥS が共に正の方向であれば非線形分極Ｐの方向も正
の方向となるが、位相遅れにより、電界ＥP 、ＥS のい
ずれかが負の方向になれば非線形分極Ｐの方向も負の方
向となる。更に電界ＥP 、Ｅ S のいずれかも負の方向に
なれば非線形分極Ｐの方向は再び正の方向となる。
【０００９】従って、図７（ｅ）に示されるアイドラ光
の位相は、図中の破線に示されるように、信号光の位相
とは反転してしまう。このため、アイドラ光とポンプ光
との相互作用の結果として発生する光も信号光とは反転
した位相となり、従って信号光を減衰するように働く。
以上のことから、 III−Ｖ族化合物半導体を用いた場合
は、数μｍの相互作用長しか取れない。このため、従来
のＬｉＮｂＯ3 等を用い、複屈折率を利用した場合の相
互作用長が数ｃｍ程度であるのに比較して、その相互作
用長は極めて短く、従って光増幅が十分にできないとい
う問題があった。
の位相は、図中の破線に示されるように、信号光の位相
とは反転してしまう。このため、アイドラ光とポンプ光
との相互作用の結果として発生する光も信号光とは反転
した位相となり、従って信号光を減衰するように働く。
以上のことから、 III−Ｖ族化合物半導体を用いた場合
は、数μｍの相互作用長しか取れない。このため、従来
のＬｉＮｂＯ3 等を用い、複屈折率を利用した場合の相
互作用長が数ｃｍ程度であるのに比較して、その相互作
用長は極めて短く、従って光増幅が十分にできないとい
う問題があった。
【００１０】そこで本発明は、 III−Ｖ族化合物半導体
を用いて波長１．３μｍ又は１．５５μｍの光を信号処
理することができる光半導体素子及びその製造方法を提
供することを目的とする。
を用いて波長１．３μｍ又は１．５５μｍの光を信号処
理することができる光半導体素子及びその製造方法を提
供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記課題は、所定の波長
をもつ信号光と前記信号光より波長の短いポンプ光との
相互作用を行う光半導体素子において、半導体基板上
に、２次非線形光学効果をもつ半導体材料から形成され
た光導波路を有し、前記光導波路が、光の伝搬方向に対
して、コヒーレント長の約１／２の長さをもって交互に
配置された第１及び第２の領域を有し、前記第１及び第
２の領域が、前記信号光及び前記ポンプ光の相互作用に
よる非線形分極が逆方向に生じるように光の偏波方向に
対して互いに異なる結晶軸をもっていることを特徴とす
る光半導体素子によって達成される。
をもつ信号光と前記信号光より波長の短いポンプ光との
相互作用を行う光半導体素子において、半導体基板上
に、２次非線形光学効果をもつ半導体材料から形成され
た光導波路を有し、前記光導波路が、光の伝搬方向に対
して、コヒーレント長の約１／２の長さをもって交互に
配置された第１及び第２の領域を有し、前記第１及び第
２の領域が、前記信号光及び前記ポンプ光の相互作用に
よる非線形分極が逆方向に生じるように光の偏波方向に
対して互いに異なる結晶軸をもっていることを特徴とす
る光半導体素子によって達成される。
【００１２】また、上記の光半導体素子において、前記
光導波路を形成する２次非線形光学効果をもつ半導体材
料が、 III−Ｖ族化合物半導体であり、前記第１の領域
の光の偏波方向に対する結晶軸が［１１１］方向であ
り、前記第２の領域の光の偏波方向に対する結晶軸が
［−１−１−１］方向であって、互いの結晶軸が１８０
°に反転していることを特徴とする光半導体素子によっ
て達成される。
光導波路を形成する２次非線形光学効果をもつ半導体材
料が、 III−Ｖ族化合物半導体であり、前記第１の領域
の光の偏波方向に対する結晶軸が［１１１］方向であ
り、前記第２の領域の光の偏波方向に対する結晶軸が
［−１−１−１］方向であって、互いの結晶軸が１８０
°に反転していることを特徴とする光半導体素子によっ
て達成される。
【００１３】また、上記の光半導体素子において、前記
光導波路を形成する２次非線形光学効果をもつ半導体材
料が、 III−Ｖ族化合物半導体であり、前記第１の領域
の光の偏波方向に対する結晶軸が［１１０］方向であ
り、前記第２の領域の光の偏波方向に対する結晶軸が
［−１１０］方向であって、互いの結晶軸が９０°に直
交していることを特徴とする光半導体素子によって達成
される。
光導波路を形成する２次非線形光学効果をもつ半導体材
料が、 III−Ｖ族化合物半導体であり、前記第１の領域
の光の偏波方向に対する結晶軸が［１１０］方向であ
り、前記第２の領域の光の偏波方向に対する結晶軸が
［−１１０］方向であって、互いの結晶軸が９０°に直
交していることを特徴とする光半導体素子によって達成
される。
【００１４】また、上記の光半導体素子において、前記
光導波路が、屈折率の相対的に高い高屈折率層と、前記
高屈折率層の周囲に設けられ、前記高屈折率層の屈折率
より低いクラッド層とを有し、前記光導波路を伝搬する
光が前記高屈折率層内に閉じ込めるようになっているこ
とを特徴とする光半導体素子によって達成される。ま
た、上記の光半導体素子において、前記クラッド層が、
前記高屈折率層を挟む第１導電型クラッド層及び第２導
電型クラッド層を有し、前記クラッド層のｐｎ接合構造
によって前記高屈折率層に過剰キャリアを注入し、前記
ポンプ光をレーザ発振させることを特徴とする光半導体
素子によって達成される。
光導波路が、屈折率の相対的に高い高屈折率層と、前記
高屈折率層の周囲に設けられ、前記高屈折率層の屈折率
より低いクラッド層とを有し、前記光導波路を伝搬する
光が前記高屈折率層内に閉じ込めるようになっているこ
とを特徴とする光半導体素子によって達成される。ま
た、上記の光半導体素子において、前記クラッド層が、
前記高屈折率層を挟む第１導電型クラッド層及び第２導
電型クラッド層を有し、前記クラッド層のｐｎ接合構造
によって前記高屈折率層に過剰キャリアを注入し、前記
ポンプ光をレーザ発振させることを特徴とする光半導体
素子によって達成される。
【００１５】また、上記課題は、所定の波長をもつ信号
光と前記信号光より波長の短いポンプ光との相互作用を
行う光半導体素子の製造方法において、（１１１）結晶
面を有するＩＶ族半導体基板上に、所定の長さの選択成
長用のマスク層を所定の間隔をおいて周期的に形成する
工程と、前記ＩＶ族半導体基板上に III族ガス又はＶ族
ガスの一方を供給して、露出している前記ＩＶ族半導体
基板上に III族膜又はＶ族膜の一方を形成した後、前記
マスク層を除去し、Ｖ族ガス又は III族ガスの他方を供
給して、露出した前記ＩＶ族半導体基板上にＶ族膜又は
III族膜の他方を形成する工程と、前記 III族膜及び前
記Ｖ族膜上に III族ガス及びＶ族ガスを供給してそれぞ
れＶ族膜及び III族膜を交互に積層し、光の偏波方向に
対して［１１１］方向の結晶軸をもつ III−Ｖ族化合物
半導体からなる第１の領域と［−１−１−１］方向の結
晶軸をもつ III−Ｖ族化合物半導体からなる第２の領域
とが光の伝搬方向に対して交互に配置されている光導波
路を形成する工程とを有することを特徴とする光半導体
素子の製造方法によって達成される。
光と前記信号光より波長の短いポンプ光との相互作用を
行う光半導体素子の製造方法において、（１１１）結晶
面を有するＩＶ族半導体基板上に、所定の長さの選択成
長用のマスク層を所定の間隔をおいて周期的に形成する
工程と、前記ＩＶ族半導体基板上に III族ガス又はＶ族
ガスの一方を供給して、露出している前記ＩＶ族半導体
基板上に III族膜又はＶ族膜の一方を形成した後、前記
マスク層を除去し、Ｖ族ガス又は III族ガスの他方を供
給して、露出した前記ＩＶ族半導体基板上にＶ族膜又は
III族膜の他方を形成する工程と、前記 III族膜及び前
記Ｖ族膜上に III族ガス及びＶ族ガスを供給してそれぞ
れＶ族膜及び III族膜を交互に積層し、光の偏波方向に
対して［１１１］方向の結晶軸をもつ III−Ｖ族化合物
半導体からなる第１の領域と［−１−１−１］方向の結
晶軸をもつ III−Ｖ族化合物半導体からなる第２の領域
とが光の伝搬方向に対して交互に配置されている光導波
路を形成する工程とを有することを特徴とする光半導体
素子の製造方法によって達成される。
【００１６】また、所定の波長をもつ信号光と前記信号
光より波長の短いポンプ光との相互作用を行う光半導体
素子の製造方法において、［１１０］方向に数度だけ傾
斜した（１００）結晶面を有するＩＶ族半導体基板上
に、所定の長さの選択成長用のマスク層を所定の間隔を
おいて周期的に形成する工程と、前記ＩＶ族半導体基板
上に III族ガス又はＶ族ガスの一方を供給して、露出し
ている前記ＩＶ族半導体基板上に III族膜又はＶ族膜の
一方を形成した後、前記マスク層を除去し、Ｖ族ガス又
は III族ガスの他方を供給して、露出した前記ＩＶ族半
導体基板上にＶ族膜又は III族膜の他方を形成する工程
と、前記 III族膜及び前記Ｖ族膜上に III族ガス及びＶ
族ガスを供給してそれぞれＶ族膜及び III族膜を交互に
積層し、光の偏波方向に対して［１１０］方向の結晶軸
をもつ III−Ｖ族化合物半導体からなる第１の領域と
［−１１０］方向の結晶軸をもつ III−Ｖ族化合物半導
体からなる第２の領域とが光の伝搬方向に対して交互に
配置されている光導波路を形成する工程とを有すること
を特徴とする光半導体素子の製造方法によって達成され
る。
光より波長の短いポンプ光との相互作用を行う光半導体
素子の製造方法において、［１１０］方向に数度だけ傾
斜した（１００）結晶面を有するＩＶ族半導体基板上
に、所定の長さの選択成長用のマスク層を所定の間隔を
おいて周期的に形成する工程と、前記ＩＶ族半導体基板
上に III族ガス又はＶ族ガスの一方を供給して、露出し
ている前記ＩＶ族半導体基板上に III族膜又はＶ族膜の
一方を形成した後、前記マスク層を除去し、Ｖ族ガス又
は III族ガスの他方を供給して、露出した前記ＩＶ族半
導体基板上にＶ族膜又は III族膜の他方を形成する工程
と、前記 III族膜及び前記Ｖ族膜上に III族ガス及びＶ
族ガスを供給してそれぞれＶ族膜及び III族膜を交互に
積層し、光の偏波方向に対して［１１０］方向の結晶軸
をもつ III−Ｖ族化合物半導体からなる第１の領域と
［−１１０］方向の結晶軸をもつ III−Ｖ族化合物半導
体からなる第２の領域とが光の伝搬方向に対して交互に
配置されている光導波路を形成する工程とを有すること
を特徴とする光半導体素子の製造方法によって達成され
る。
【００１７】
【作用】本発明は、２次非線形光学効果をもつ半導体材
料からなる光導波路において、光の偏波方向に対して互
いに異なる結晶軸をもつ第１及び第２の領域が、光の伝
搬方向に対しコヒーレント長の約１／２の長さをもって
交互に配置されているが、これら第１及び第２の領域の
光の偏波方向に対する結晶軸の差異によって信号光とポ
ンプ光との電界ＥP 、ＥS の積による非線形分極Ｐが逆
方向に生じる。
料からなる光導波路において、光の偏波方向に対して互
いに異なる結晶軸をもつ第１及び第２の領域が、光の伝
搬方向に対しコヒーレント長の約１／２の長さをもって
交互に配置されているが、これら第１及び第２の領域の
光の偏波方向に対する結晶軸の差異によって信号光とポ
ンプ光との電界ＥP 、ＥS の積による非線形分極Ｐが逆
方向に生じる。
【００１８】このため、第１の領域において、ポンプ光
と信号光との相互作用により信号光を増幅させると共
に、光がコヒーレント長の約１／２の長さを進行する
と、次第に位相関係にずれが生じてポンプ光の電界ＥP
と信号光の電界ＥS との積ＥP ・ＥS によって生じる非
線形分極Ｐの方向も逆方向に反転するようになるが、こ
の時、光は第１の領域と異なる結晶軸をもつ第２の領域
に達し、非線形分極Ｐの方向が更に反転する。
と信号光との相互作用により信号光を増幅させると共
に、光がコヒーレント長の約１／２の長さを進行する
と、次第に位相関係にずれが生じてポンプ光の電界ＥP
と信号光の電界ＥS との積ＥP ・ＥS によって生じる非
線形分極Ｐの方向も逆方向に反転するようになるが、こ
の時、光は第１の領域と異なる結晶軸をもつ第２の領域
に達し、非線形分極Ｐの方向が更に反転する。
【００１９】従って、第１及び第２の領域を通じて非線
形分極Ｐの方向は同一方向に保持され、第１及び第２の
領域が交互に配置されている光導波路全体が相互作用長
となり、連続的に信号光をパラメトリック増幅させ続け
ることができる。このため、光の増幅率を向上させるこ
とが可能となる。
形分極Ｐの方向は同一方向に保持され、第１及び第２の
領域が交互に配置されている光導波路全体が相互作用長
となり、連続的に信号光をパラメトリック増幅させ続け
ることができる。このため、光の増幅率を向上させるこ
とが可能となる。
【００２０】
【実施例】以下、本発明を図示する実施例に基づいて具
体的に説明する。図１は本発明の第１の実施例による光
半導体素子を示す斜視図である。Ｓｉ基板１０の（１１
１）面上に、 III−Ｖ族化合物半導体からなる光導波路
１２が長さ１ｍｍ、幅４μｍのリッジ状に形成されてい
る。即ち、この光導波路１２は、厚さ５μｍの下部Ａｌ
0.3 Ｇａ0.7 Ａｓクラッド層１４と厚さ０．２μｍのＧ
ａＡｓ導波層１６と厚さ２μｍの上部Ａｌ0.3 Ｇａ0.7
Ａｓクラッド層１８とが積層された３層構造を有してい
る。そしてこのいわゆるＤＨ（Double Hetero ）構造に
より、上部Ａｌ0.3 Ｇａ0.7 Ａｓクラッド層１８と下部
Ａｌ0.3 Ｇａ0.7 Ａｓクラッド層１４とに挟まれた相対
的に屈折率の高いＧａＡｓ導波層１６に光が高密度に閉
じ込められるようになっている。
体的に説明する。図１は本発明の第１の実施例による光
半導体素子を示す斜視図である。Ｓｉ基板１０の（１１
１）面上に、 III−Ｖ族化合物半導体からなる光導波路
１２が長さ１ｍｍ、幅４μｍのリッジ状に形成されてい
る。即ち、この光導波路１２は、厚さ５μｍの下部Ａｌ
0.3 Ｇａ0.7 Ａｓクラッド層１４と厚さ０．２μｍのＧ
ａＡｓ導波層１６と厚さ２μｍの上部Ａｌ0.3 Ｇａ0.7
Ａｓクラッド層１８とが積層された３層構造を有してい
る。そしてこのいわゆるＤＨ（Double Hetero ）構造に
より、上部Ａｌ0.3 Ｇａ0.7 Ａｓクラッド層１８と下部
Ａｌ0.3 Ｇａ0.7 Ａｓクラッド層１４とに挟まれた相対
的に屈折率の高いＧａＡｓ導波層１６に光が高密度に閉
じ込められるようになっている。
【００２１】また、この光導波路１２において、リッジ
部の延びる方向、即ち光の伝搬方向に対して、（１１
１）Ａ面の結晶面をもつ領域２０と（１１１）Ｂ面の結
晶面をもつ領域２２とがコヒーレント長の１／２の長さ
１．４μｍをもって交互に配置されている点に特徴があ
る。ここで、結晶面が（１１１）Ａ面の領域２０は光の
偏波方向に対して［１１１］方向の結晶軸をもってお
り、また（１１１）Ｂ面の領域２２は光の偏波方向に対
して［−１−１−１］方向の結晶軸をもっており、そし
てこれら［１１１］方向と［−１−１−１］方向の結晶
軸は互いに１８０°ずれて反転している関係にある。
部の延びる方向、即ち光の伝搬方向に対して、（１１
１）Ａ面の結晶面をもつ領域２０と（１１１）Ｂ面の結
晶面をもつ領域２２とがコヒーレント長の１／２の長さ
１．４μｍをもって交互に配置されている点に特徴があ
る。ここで、結晶面が（１１１）Ａ面の領域２０は光の
偏波方向に対して［１１１］方向の結晶軸をもってお
り、また（１１１）Ｂ面の領域２２は光の偏波方向に対
して［−１−１−１］方向の結晶軸をもっており、そし
てこれら［１１１］方向と［−１−１−１］方向の結晶
軸は互いに１８０°ずれて反転している関係にある。
【００２２】次に、図１に示す光半導体素子の製造方法
を、図２の工程図を用いて説明する。Ｓｉ基板１０の
（１１１）面上に、長さ１．４μｍの選択成長マスクと
してのＳｉＯ2 層２４を、１．４μｍの間隔をおいて周
期的に形成する（図２（ａ）参照）。
を、図２の工程図を用いて説明する。Ｓｉ基板１０の
（１１１）面上に、長さ１．４μｍの選択成長マスクと
してのＳｉＯ2 層２４を、１．４μｍの間隔をおいて周
期的に形成する（図２（ａ）参照）。
【００２３】次いで、ＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chem
ical Vapor Deposition ）法を用い、Ｓｉ基板１０上に
Ｖ族ガスとして例えばＡｓＨ3 （アルシン）を供給し、
Ｓｉ基板１０の（１１１）面上を覆う。このとき、Ｓｉ
Ｏ2 層２４はＡｓＨ3 に対する選択成長マスクとして機
能するため、露出しているＳｉ基板１０の（１１１）面
上にのみＡｓ膜２６が形成される（図２（ｂ）参照）。
ical Vapor Deposition ）法を用い、Ｓｉ基板１０上に
Ｖ族ガスとして例えばＡｓＨ3 （アルシン）を供給し、
Ｓｉ基板１０の（１１１）面上を覆う。このとき、Ｓｉ
Ｏ2 層２４はＡｓＨ3 に対する選択成長マスクとして機
能するため、露出しているＳｉ基板１０の（１１１）面
上にのみＡｓ膜２６が形成される（図２（ｂ）参照）。
【００２４】次いで、ＡｓＨ3 と共に、例えば III族ガ
スとしてＧａ（ＣＨ3 ）3 （ＴＭＧ；トリメチルガリウ
ム）及びＡｌ（ＣＨ3 ）3 （ＴＭＡ；トリメチルアルミ
ニウム）を供給して、Ａｓ膜２６上にＧａ膜又はＡｌ膜
を成長させ、更にＡｓ膜及びＧａ膜又はＡｌ膜を順に成
長させて、全体としてＡｌ0.3 Ｇａ0.7 Ａｓ層２８を形
成する（図２（ｃ）参照）。
スとしてＧａ（ＣＨ3 ）3 （ＴＭＧ；トリメチルガリウ
ム）及びＡｌ（ＣＨ3 ）3 （ＴＭＡ；トリメチルアルミ
ニウム）を供給して、Ａｓ膜２６上にＧａ膜又はＡｌ膜
を成長させ、更にＡｓ膜及びＧａ膜又はＡｌ膜を順に成
長させて、全体としてＡｌ0.3 Ｇａ0.7 Ａｓ層２８を形
成する（図２（ｃ）参照）。
【００２５】次いで、選択成長マスクとしてのＳｉＯ2
層２４を除去した後、 III族ガスとしてＧａ（ＣＨ3 ）
3 を供給して、露出させたＳｉ基板１０の（１１１）面
上にＧａ膜３０を成長させる（図２（ｄ）参照）。引き
続き、ＡｓＨ3 、Ｇａ（ＣＨ3 ）3 及びＡｌ（ＣＨ3 ）
3 を供給して、全面にＡｌＧａＡｓ層又はＧａＡｓ層を
成長させ、厚さ５μｍの下部Ａｌ0.3 Ｇａ 0.7 Ａｓクラ
ッド層１４、厚さ０．２μｍのＧａＡｓ導波層１６、及
び厚さ２μｍの上部Ａｌ0.3 Ｇａ0.7 Ａｓクラッド層１
８を順に形成する。
層２４を除去した後、 III族ガスとしてＧａ（ＣＨ3 ）
3 を供給して、露出させたＳｉ基板１０の（１１１）面
上にＧａ膜３０を成長させる（図２（ｄ）参照）。引き
続き、ＡｓＨ3 、Ｇａ（ＣＨ3 ）3 及びＡｌ（ＣＨ3 ）
3 を供給して、全面にＡｌＧａＡｓ層又はＧａＡｓ層を
成長させ、厚さ５μｍの下部Ａｌ0.3 Ｇａ 0.7 Ａｓクラ
ッド層１４、厚さ０．２μｍのＧａＡｓ導波層１６、及
び厚さ２μｍの上部Ａｌ0.3 Ｇａ0.7 Ａｓクラッド層１
８を順に形成する。
【００２６】このとき、Ｓｉ基板１０の（１１１）面上
に最初にＡｓ膜２６を成長させた領域２０における下部
Ａｌ0.3 Ｇａ0.7 Ａｓクラッド層１４、ＧａＡｓ導波層
１６及び上部Ａｌ0.3 Ｇａ0.7 Ａｓクラッド層１８は、
（１１１）Ａ面の結晶面をもち、光の偏波方向に対して
［１１１］方向の結晶軸をもっている。他方、Ｓｉ基板
１０の（１１１）面上に最初にＧａ膜３０を成長させた
領域２２における下部Ａｌ0.3 Ｇａ0.7 Ａｓクラッド層
１４、ＧａＡｓ導波層１６及び上部Ａｌ0.3 Ｇａ0.7 Ａ
ｓクラッド層１８は、（１１１）Ｂ面の結晶面をもち、
光の偏波方向に対して［−１−１−１］方向の結晶軸を
もっている。そしてこれら領域２０、２２の結晶軸は、
互い１８０°ずれて反転している関係にある。
に最初にＡｓ膜２６を成長させた領域２０における下部
Ａｌ0.3 Ｇａ0.7 Ａｓクラッド層１４、ＧａＡｓ導波層
１６及び上部Ａｌ0.3 Ｇａ0.7 Ａｓクラッド層１８は、
（１１１）Ａ面の結晶面をもち、光の偏波方向に対して
［１１１］方向の結晶軸をもっている。他方、Ｓｉ基板
１０の（１１１）面上に最初にＧａ膜３０を成長させた
領域２２における下部Ａｌ0.3 Ｇａ0.7 Ａｓクラッド層
１４、ＧａＡｓ導波層１６及び上部Ａｌ0.3 Ｇａ0.7 Ａ
ｓクラッド層１８は、（１１１）Ｂ面の結晶面をもち、
光の偏波方向に対して［−１−１−１］方向の結晶軸を
もっている。そしてこれら領域２０、２２の結晶軸は、
互い１８０°ずれて反転している関係にある。
【００２７】次いで、上部Ａｌ0.3 Ｇａ0.7 Ａｓクラッ
ド層１８、ＧａＡｓ導波層１６及び下部Ａｌ0.3 Ｇａ
0.7 Ａｓクラッド層１４を選択的にエッチングし、光の
伝搬方向に対しコヒーレント長の１／２の長さ１．４μ
ｍをもって交互に配置されている領域２０、２２からな
る長さ１ｍｍ、幅４μｍのリッジ状の光導波路１２を形
成する。こうして図１に示す光半導体素子を作製する
（図２（ｅ）参照）。
ド層１８、ＧａＡｓ導波層１６及び下部Ａｌ0.3 Ｇａ
0.7 Ａｓクラッド層１４を選択的にエッチングし、光の
伝搬方向に対しコヒーレント長の１／２の長さ１．４μ
ｍをもって交互に配置されている領域２０、２２からな
る長さ１ｍｍ、幅４μｍのリッジ状の光導波路１２を形
成する。こうして図１に示す光半導体素子を作製する
（図２（ｅ）参照）。
【００２８】次に、図１に示す光半導体素子の動作を説
明する。例えば波長０．８μｍのポンプ光と波長１．５
５μｍの信号光を光導波路１２に入射すると、２次非線
形光学効果をもつＧａＡｓ系の光導波路１２において
は、上記従来の技術において説明したように、ポンプ光
と信号光との相互作用によりアイドラ光が発生し、更に
このアイドラ光とポンプ光とが相互作用して、信号光を
増幅させる。
明する。例えば波長０．８μｍのポンプ光と波長１．５
５μｍの信号光を光導波路１２に入射すると、２次非線
形光学効果をもつＧａＡｓ系の光導波路１２において
は、上記従来の技術において説明したように、ポンプ光
と信号光との相互作用によりアイドラ光が発生し、更に
このアイドラ光とポンプ光とが相互作用して、信号光を
増幅させる。
【００２９】このとき、波長２．０μｍ〜０．６μｍ付
近においてＧａＡｓ導波層１６の屈折率の波長依存性が
大きいため、波長０．８μｍのポンプ光と波長１．５５
μｍの信号光との相互作用において位相関係にずれが生
じ、ポンプ光の位相は信号光に比べて徐々に遅れ始め
る。従って、このままでは、ポンプ光の電界ＥP と信号
光の電界ＥS との積ＥP ・ＥS によって生じる非線形分
極Ｐの方向も逆方向に反転し、信号光を減衰させるよう
になる。
近においてＧａＡｓ導波層１６の屈折率の波長依存性が
大きいため、波長０．８μｍのポンプ光と波長１．５５
μｍの信号光との相互作用において位相関係にずれが生
じ、ポンプ光の位相は信号光に比べて徐々に遅れ始め
る。従って、このままでは、ポンプ光の電界ＥP と信号
光の電界ＥS との積ＥP ・ＥS によって生じる非線形分
極Ｐの方向も逆方向に反転し、信号光を減衰させるよう
になる。
【００３０】しかし、本実施例による光導波路１２は、
結晶面が（１１１）Ａ面の領域２０と（１１１）Ｂ面の
領域２２とがコヒーレント長の１／２の長さ１．４μｍ
をもって交互に配置されており、従って領域２０と領域
２２の光の偏波方向に対する結晶軸は［１１１］方向と
［−１−１−１］方向となって互いに１８０°ずれて反
転している関係にある。
結晶面が（１１１）Ａ面の領域２０と（１１１）Ｂ面の
領域２２とがコヒーレント長の１／２の長さ１．４μｍ
をもって交互に配置されており、従って領域２０と領域
２２の光の偏波方向に対する結晶軸は［１１１］方向と
［−１−１−１］方向となって互いに１８０°ずれて反
転している関係にある。
【００３１】このため、光の偏波方向に対して［１１
１］方向の結晶軸をもつ領域２０において、ポンプ光の
電界ＥP と信号光の電界ＥS との積ＥP ・ＥS によって
ある方向に非線形分極Ｐが生じ、アイドラ光を発生させ
て信号光を増幅しつつ、光がコヒーレント長の１／２の
長さ１．４μｍを進行すると、次第に位相関係にずれが
生じて非線形分極Ｐの方向が逆方向に反転しようとする
が、この時、結晶軸が［−１−１−１］方向に反転して
いる領域２２に光が達し、非線形分極Ｐの方向が更に反
転する。従って、領域２２における非線形分極Ｐの方向
は領域２０における場合と同一方向に保持され、光の減
衰が生じるどころか、更に信号光を増幅させることにな
る。
１］方向の結晶軸をもつ領域２０において、ポンプ光の
電界ＥP と信号光の電界ＥS との積ＥP ・ＥS によって
ある方向に非線形分極Ｐが生じ、アイドラ光を発生させ
て信号光を増幅しつつ、光がコヒーレント長の１／２の
長さ１．４μｍを進行すると、次第に位相関係にずれが
生じて非線形分極Ｐの方向が逆方向に反転しようとする
が、この時、結晶軸が［−１−１−１］方向に反転して
いる領域２２に光が達し、非線形分極Ｐの方向が更に反
転する。従って、領域２２における非線形分極Ｐの方向
は領域２０における場合と同一方向に保持され、光の減
衰が生じるどころか、更に信号光を増幅させることにな
る。
【００３２】このようにして、光の偏波方向に対する結
晶軸が［１１１］方向の領域２０と［−１−１−１］方
向の領域２２とが光の伝搬方向に対してコヒーレント長
の１／２の長さをもって交互に配置されている光導波路
１２においては、光導波路１２の長さ全体が相互作用長
となるため、光導波路１２全長にわたって連続的に信号
光をパラメトリック増幅させ続けることができ、光の増
幅率を向上させることが可能となる。
晶軸が［１１１］方向の領域２０と［−１−１−１］方
向の領域２２とが光の伝搬方向に対してコヒーレント長
の１／２の長さをもって交互に配置されている光導波路
１２においては、光導波路１２の長さ全体が相互作用長
となるため、光導波路１２全長にわたって連続的に信号
光をパラメトリック増幅させ続けることができ、光の増
幅率を向上させることが可能となる。
【００３３】次に、図１に示す光半導体素子を使用した
無損失光検出器を、図３を用いて説明する。光半導体素
子３１の入射側には、信号光を入力する光ファイバ３２
とポンプ光を挿入する光ファイバ３４とが、Ｙカプラ３
６を介して光ファイバ３８に結合されている。そしてこ
の光ファイバ３８は、光半導体素子３１の光導波路１２
と光学的に結合されている。
無損失光検出器を、図３を用いて説明する。光半導体素
子３１の入射側には、信号光を入力する光ファイバ３２
とポンプ光を挿入する光ファイバ３４とが、Ｙカプラ３
６を介して光ファイバ３８に結合されている。そしてこ
の光ファイバ３８は、光半導体素子３１の光導波路１２
と光学的に結合されている。
【００３４】そしてこの光導波路１２において、既に説
明したように、光の偏波方向に対する結晶軸が［１１
１］方向の領域２０と［−１−１−１］方向の領域２２
とが光の伝搬方向に対してコヒーレント長の１／２の長
さ１．４μｍをもって交互に配置されており、全体の長
さは１ｍｍとなっている。他方、光半導体素子３１の出
射側には、その光導波路１２に光学的に結合された光フ
ァイバ４０が設けられ、ディレクショナルカプラ４２を
介して、増幅された信号光を出力する光ファイバ４４と
アイドラ光を出力する光ファイバ４６とに分岐されてい
る。また、光ファイバ４６には、アイドラ光をモニタす
る光ディテクタ４８が設置されている。
明したように、光の偏波方向に対する結晶軸が［１１
１］方向の領域２０と［−１−１−１］方向の領域２２
とが光の伝搬方向に対してコヒーレント長の１／２の長
さ１．４μｍをもって交互に配置されており、全体の長
さは１ｍｍとなっている。他方、光半導体素子３１の出
射側には、その光導波路１２に光学的に結合された光フ
ァイバ４０が設けられ、ディレクショナルカプラ４２を
介して、増幅された信号光を出力する光ファイバ４４と
アイドラ光を出力する光ファイバ４６とに分岐されてい
る。また、光ファイバ４６には、アイドラ光をモニタす
る光ディテクタ４８が設置されている。
【００３５】まず、光ファイバ３２から入力された波長
１．５５μｍの信号光は、光ファイバ３４から挿入され
た波長０．８μｍ、パワー１０ｍＷのポンプ光と、Ｙカ
プラ３６によって混合され、光ファイバ３８から光導波
路１２に入射される。次いで、光導波路１２において
は、光導波路１２の長さ全体が相互作用長となってパラ
メトリック増幅されるため、波長１．５５μｍの信号光
は約２００倍の強度に増幅され、また同時に、波長１．
６５μｍのアイドラ光もほぼ同様の強度で、光ファイバ
４０に出射される。そしてこの光ファイバ４０に出射さ
れた光は、ディレクショナルカプラ４２によって光ファ
イバ４４から出力される波長１．５５μｍの信号光と光
ファイバ４６から出力される波長１．６５μｍのアイド
ラ光とに分岐される。
１．５５μｍの信号光は、光ファイバ３４から挿入され
た波長０．８μｍ、パワー１０ｍＷのポンプ光と、Ｙカ
プラ３６によって混合され、光ファイバ３８から光導波
路１２に入射される。次いで、光導波路１２において
は、光導波路１２の長さ全体が相互作用長となってパラ
メトリック増幅されるため、波長１．５５μｍの信号光
は約２００倍の強度に増幅され、また同時に、波長１．
６５μｍのアイドラ光もほぼ同様の強度で、光ファイバ
４０に出射される。そしてこの光ファイバ４０に出射さ
れた光は、ディレクショナルカプラ４２によって光ファ
イバ４４から出力される波長１．５５μｍの信号光と光
ファイバ４６から出力される波長１．６５μｍのアイド
ラ光とに分岐される。
【００３６】従って、光ディテクタ４８によってアイド
ラ光の強度をモニタするにより、増幅された信号光の強
度を何等の損失を生じることなく検出することができ、
そしてこの増幅された信号光は、次の段階における信号
処理に用いることができる。こうして図１に示す光半導
体素子を使用した無損失光検出器が実現される。尚、図
１に示す光半導体素子３１を使用した光半導体装置とし
ては、損失光検出器の他にも、種々のものがある。例え
ば、光ファイバ３２から入力された波長１．５５μｍの
信号光がパラメトリック増幅されて光ファイバ４４から
出力される点に注目すれば、無雑音のパラメトリック光
増幅器となる。
ラ光の強度をモニタするにより、増幅された信号光の強
度を何等の損失を生じることなく検出することができ、
そしてこの増幅された信号光は、次の段階における信号
処理に用いることができる。こうして図１に示す光半導
体素子を使用した無損失光検出器が実現される。尚、図
１に示す光半導体素子３１を使用した光半導体装置とし
ては、損失光検出器の他にも、種々のものがある。例え
ば、光ファイバ３２から入力された波長１．５５μｍの
信号光がパラメトリック増幅されて光ファイバ４４から
出力される点に注目すれば、無雑音のパラメトリック光
増幅器となる。
【００３７】また、入射された多種の波長の光のうち、
光の偏波方向に対する結晶軸が［１１１］方向の領域２
０と［−１−１−１］方向の領域２２とがコヒーレント
長の１／２の長さ１．４μｍをもって交互に配置されて
いる光導波路１２において連続的にパラメトリック増幅
させる光のみが増幅されて出力される点に注目すれば、
光フィルタとなる。
光の偏波方向に対する結晶軸が［１１１］方向の領域２
０と［−１−１−１］方向の領域２２とがコヒーレント
長の１／２の長さ１．４μｍをもって交互に配置されて
いる光導波路１２において連続的にパラメトリック増幅
させる光のみが増幅されて出力される点に注目すれば、
光フィルタとなる。
【００３８】更に、波長１．５５μｍの信号光を入力
し、これに波長０．８μｍのポンプ光を混合して信号光
をパラメトリック増幅すると同時に、同様の強度の波長
１．６５μｍのアイドラ光が出力される点に注目すれ
ば、光波長変換装置となる。このように本実施例によれ
ば、２次非線形光学効果をもつＧａＡｓ系の光導波路１
２がコヒーレント長の１／２の長さ１．４μｍをもって
交互に配置された（１１１）Ａ面の結晶面をもつ領域２
０と（１１１）Ｂ面の結晶面をもつ領域２２とからな
り、これらの領域２０、２２がそれぞれ光の偏波方向に
対して［１１１］方向の結晶軸と［−１−１−１］方向
の結晶軸をもっていることにより、波長０．８μｍのポ
ンプ光と波長１．５５μｍの信号光を入射して相互作用
をさせた場合に、位相のずれの小さくて非線形分極Ｐの
方向が反転しない領域２０においては光を増幅すると共
に、位相のずれが大きくなり非線形分極Ｐの方向が反転
する領域２２においても、その結晶軸が１８０°ずれて
反転するため、非線形分極Ｐは同一方向に維持され、光
の増幅作用が保持される。従って、これを繰り返すこと
により、光導波路１２の長さ全体が相互作用長として機
能し、信号光の大幅な増幅が可能となる。
し、これに波長０．８μｍのポンプ光を混合して信号光
をパラメトリック増幅すると同時に、同様の強度の波長
１．６５μｍのアイドラ光が出力される点に注目すれ
ば、光波長変換装置となる。このように本実施例によれ
ば、２次非線形光学効果をもつＧａＡｓ系の光導波路１
２がコヒーレント長の１／２の長さ１．４μｍをもって
交互に配置された（１１１）Ａ面の結晶面をもつ領域２
０と（１１１）Ｂ面の結晶面をもつ領域２２とからな
り、これらの領域２０、２２がそれぞれ光の偏波方向に
対して［１１１］方向の結晶軸と［−１−１−１］方向
の結晶軸をもっていることにより、波長０．８μｍのポ
ンプ光と波長１．５５μｍの信号光を入射して相互作用
をさせた場合に、位相のずれの小さくて非線形分極Ｐの
方向が反転しない領域２０においては光を増幅すると共
に、位相のずれが大きくなり非線形分極Ｐの方向が反転
する領域２２においても、その結晶軸が１８０°ずれて
反転するため、非線形分極Ｐは同一方向に維持され、光
の増幅作用が保持される。従って、これを繰り返すこと
により、光導波路１２の長さ全体が相互作用長として機
能し、信号光の大幅な増幅が可能となる。
【００３９】また、本実施例による光半導体素子を使用
して、無損失光検出器、無雑音のパラメトリック光増幅
器、光フィルタ、光波長変換装置等を容易に実現するこ
とができる。次に、本発明の第２の実施例による光半導
体素子を、図４に示す斜視図を用いて説明する。
して、無損失光検出器、無雑音のパラメトリック光増幅
器、光フィルタ、光波長変換装置等を容易に実現するこ
とができる。次に、本発明の第２の実施例による光半導
体素子を、図４に示す斜視図を用いて説明する。
【００４０】Ｓｉ基板５０の［１１０］方向に数度だけ
オフアングル（off angle ）した（１００）面上に、 I
II−Ｖ族化合物半導体からなる光導波路５２が長さ１ｍ
ｍ、幅４μｍでリッジ状に形成されている。即ち、光導
波路５２は、厚さ５μｍの下部Ａｌ0.3 Ｇａ0.7 Ａｓク
ラッド層５４と厚さ０．２μｍのＧａＡｓ導波層５６と
厚さ２μｍの上部Ａｌ0.3 Ｇａ0.7 Ａｓクラッド層５８
とが積層された３層構造を有し、このＤＨ構造によって
相対的に屈折率の高いＧａＡｓ導波層５６に光が高密度
に閉じ込められるようになっている。
オフアングル（off angle ）した（１００）面上に、 I
II−Ｖ族化合物半導体からなる光導波路５２が長さ１ｍ
ｍ、幅４μｍでリッジ状に形成されている。即ち、光導
波路５２は、厚さ５μｍの下部Ａｌ0.3 Ｇａ0.7 Ａｓク
ラッド層５４と厚さ０．２μｍのＧａＡｓ導波層５６と
厚さ２μｍの上部Ａｌ0.3 Ｇａ0.7 Ａｓクラッド層５８
とが積層された３層構造を有し、このＤＨ構造によって
相対的に屈折率の高いＧａＡｓ導波層５６に光が高密度
に閉じ込められるようになっている。
【００４１】そしてまた、光の偏波方向に対する結晶軸
が［１１０］方向である領域６０と［−１１０］方向で
ある領域６２とが、光の伝搬方向に対してコヒーレント
長の１／２の長さ１．４μｍをもって交互に配置されて
いる点に特徴がある。ここで、領域６０の［１１１］方
向の結晶軸と領域６２の［−１１０］方向の結晶軸とは
互いに９０°ずれて直交している関係にある。
が［１１０］方向である領域６０と［−１１０］方向で
ある領域６２とが、光の伝搬方向に対してコヒーレント
長の１／２の長さ１．４μｍをもって交互に配置されて
いる点に特徴がある。ここで、領域６０の［１１１］方
向の結晶軸と領域６２の［−１１０］方向の結晶軸とは
互いに９０°ずれて直交している関係にある。
【００４２】次に、図４に示す光半導体素子の製造方法
を、図５の工程図を用いて説明する。Ｓｉ基板５０の
［１１０］方向に数度だけオフアングルした（１００）
面上に、長さ１．４μｍの選択成長マスクとしてのＳｉ
Ｏ2 層６４を、１．４μｍの間隔をおいて周期的に形成
する（図５（ａ）参照）。
を、図５の工程図を用いて説明する。Ｓｉ基板５０の
［１１０］方向に数度だけオフアングルした（１００）
面上に、長さ１．４μｍの選択成長マスクとしてのＳｉ
Ｏ2 層６４を、１．４μｍの間隔をおいて周期的に形成
する（図５（ａ）参照）。
【００４３】次いで、ＭＯＣＶＤ法を用い、Ｓｉ基板５
０上に、Ｖ族ガスとして例えばＡｓＨ3 を供給し、露出
しているＳｉ基板５０の（１００）面上にのみＡｓ膜６
６を形成する（図５（ｂ）参照）。次いで、ＡｓＨ3 と
共に、 III族ガスとしてＧａ（ＣＨ3 ）3 及びＡｌ（Ｃ
Ｈ 3 ）3 を供給して、Ａｓ膜６６上にＧａ膜又はＡｌ膜
を成長させる。そして更にＡｓ膜及びＧａ膜又はＡｌ膜
を順に成長させ、全体としてＡｌ0.3 Ｇａ0.7 Ａｓ層６
８を形成する（図５（ｃ）参照）。
０上に、Ｖ族ガスとして例えばＡｓＨ3 を供給し、露出
しているＳｉ基板５０の（１００）面上にのみＡｓ膜６
６を形成する（図５（ｂ）参照）。次いで、ＡｓＨ3 と
共に、 III族ガスとしてＧａ（ＣＨ3 ）3 及びＡｌ（Ｃ
Ｈ 3 ）3 を供給して、Ａｓ膜６６上にＧａ膜又はＡｌ膜
を成長させる。そして更にＡｓ膜及びＧａ膜又はＡｌ膜
を順に成長させ、全体としてＡｌ0.3 Ｇａ0.7 Ａｓ層６
８を形成する（図５（ｃ）参照）。
【００４４】次いで、選択成長マスクとしてのＳｉＯ2
層６４を除去した後、 III族ガスとしてＧａ（ＣＨ3 ）
3 を供給して、露出させたＳｉ基板５０の（１００）面
上にＧａ膜７０を成長させる（図５（ｄ）参照）。引き
続き、ＡｓＨ3 、Ｇａ（ＣＨ3 ）3 及びＡｌ（ＣＨ3 ）
3 を供給して、全面にＡｌＧａＡｓ層又はＧａＡｓ層を
成長させ、厚さ５μｍの下部Ａｌ0.3 Ｇａ 0.7 Ａｓクラ
ッド層５４、厚さ０．２μｍのＧａＡｓ導波層５６及び
厚さ２μｍの上部Ａｌ0.3 Ｇａ0.7 Ａｓクラッド層５８
を順に形成する。
層６４を除去した後、 III族ガスとしてＧａ（ＣＨ3 ）
3 を供給して、露出させたＳｉ基板５０の（１００）面
上にＧａ膜７０を成長させる（図５（ｄ）参照）。引き
続き、ＡｓＨ3 、Ｇａ（ＣＨ3 ）3 及びＡｌ（ＣＨ3 ）
3 を供給して、全面にＡｌＧａＡｓ層又はＧａＡｓ層を
成長させ、厚さ５μｍの下部Ａｌ0.3 Ｇａ 0.7 Ａｓクラ
ッド層５４、厚さ０．２μｍのＧａＡｓ導波層５６及び
厚さ２μｍの上部Ａｌ0.3 Ｇａ0.7 Ａｓクラッド層５８
を順に形成する。
【００４５】このとき、Ｓｉ基板５０の（１００）面上
に最初にＡｓ膜６６を成長させた領域６０における下部
Ａｌ0.3 Ｇａ0.7 Ａｓクラッド層５４、ＧａＡｓ導波層
５６及び上部Ａｌ0.3 Ｇａ0.7 Ａｓクラッド層５８は、
光の偏波方向に対して［１１０］方向の結晶軸をもって
いる。他方、Ｓｉ基板５０の（１００）面上に最初にＧ
ａ膜７０を成長させた領域６２における下部Ａｌ0.3 Ｇ
ａ0.7 Ａｓクラッド層５４、ＧａＡｓ導波層５６及び上
部Ａｌ0.3 Ｇａ0.7 Ａｓクラッド層５８は、光の偏波方
向に対して［−１１０］方向の結晶軸を有している。そ
してこれら領域６０、６２の結晶軸は、互い９０°ずれ
て直交している関係にある。
に最初にＡｓ膜６６を成長させた領域６０における下部
Ａｌ0.3 Ｇａ0.7 Ａｓクラッド層５４、ＧａＡｓ導波層
５６及び上部Ａｌ0.3 Ｇａ0.7 Ａｓクラッド層５８は、
光の偏波方向に対して［１１０］方向の結晶軸をもって
いる。他方、Ｓｉ基板５０の（１００）面上に最初にＧ
ａ膜７０を成長させた領域６２における下部Ａｌ0.3 Ｇ
ａ0.7 Ａｓクラッド層５４、ＧａＡｓ導波層５６及び上
部Ａｌ0.3 Ｇａ0.7 Ａｓクラッド層５８は、光の偏波方
向に対して［−１１０］方向の結晶軸を有している。そ
してこれら領域６０、６２の結晶軸は、互い９０°ずれ
て直交している関係にある。
【００４６】次いで、上部Ａｌ0.3 Ｇａ0.7 Ａｓクラッ
ド層５８、ＧａＡｓ導波層５６及び下部Ａｌ0.3 Ｇａ
0.7 Ａｓクラッド層５４を選択的にエッチングし、光の
伝搬方向に対しコヒーレント長の１／２の長さ１．４μ
ｍをもって交互に配置されている領域６０、６２からな
る長さ１ｍｍ、幅４μｍのリッジ状の光導波路５２を形
成する。こうして図４に示す光半導体素子を作製する
（図５（ｅ）参照）。
ド層５８、ＧａＡｓ導波層５６及び下部Ａｌ0.3 Ｇａ
0.7 Ａｓクラッド層５４を選択的にエッチングし、光の
伝搬方向に対しコヒーレント長の１／２の長さ１．４μ
ｍをもって交互に配置されている領域６０、６２からな
る長さ１ｍｍ、幅４μｍのリッジ状の光導波路５２を形
成する。こうして図４に示す光半導体素子を作製する
（図５（ｅ）参照）。
【００４７】次に、図４に示す光半導体素子の動作を説
明する。上記図１に示す光半導体素子の場合と同様にし
て、２次非線形光学効果をもつＧａＡｓ導波層５６にお
いて、ポンプ光と信号光との相互作用によりアイドラ光
が発生し、更にこのアイドラ光とポンプ光とが相互作用
して信号光を増幅させる。このとき、光導波路５２の屈
折率の波長依存性が大きく、ポンプ光と信号光との相互
作用において位相関係にずれが生じるため、このままで
は、ポンプ光の電界ＥP と信号光の電界ＥS との積ＥP
・ＥS によって生じる非線形分極Ｐの方向も逆方向に反
転し、信号光を減衰するようになる。
明する。上記図１に示す光半導体素子の場合と同様にし
て、２次非線形光学効果をもつＧａＡｓ導波層５６にお
いて、ポンプ光と信号光との相互作用によりアイドラ光
が発生し、更にこのアイドラ光とポンプ光とが相互作用
して信号光を増幅させる。このとき、光導波路５２の屈
折率の波長依存性が大きく、ポンプ光と信号光との相互
作用において位相関係にずれが生じるため、このままで
は、ポンプ光の電界ＥP と信号光の電界ＥS との積ＥP
・ＥS によって生じる非線形分極Ｐの方向も逆方向に反
転し、信号光を減衰するようになる。
【００４８】しかし、本実施例による光導波路５２は、
光の偏波方向に対する結晶軸が［１１０］方向の領域６
０と［−１１０］方向の領域６２とがコヒーレント長の
１／２の長さ１．４μｍをもって交互に配置されてお
り、互いに９０°ずれて直交している関係にあるため、
領域６０においてある方向に非線形分極Ｐが生じてアイ
ドラ光を発生させて信号光を増幅しつつ、光がコヒーレ
ント長の１／２の長さ１．４μｍを進行すると、次第に
位相関係にずれが生じて非線形分極Ｐの方向が逆方向に
反転しようとするが、この時、結晶軸が領域６０と９０
°ずれて直交している領域６２に光が達し、非線形分極
Ｐの方向が更に反転する。従って、領域６２において
も、非線形分極Ｐの方向は領域６０における場合と同一
方向となり、信号光は持続的に増幅されることになる。
光の偏波方向に対する結晶軸が［１１０］方向の領域６
０と［−１１０］方向の領域６２とがコヒーレント長の
１／２の長さ１．４μｍをもって交互に配置されてお
り、互いに９０°ずれて直交している関係にあるため、
領域６０においてある方向に非線形分極Ｐが生じてアイ
ドラ光を発生させて信号光を増幅しつつ、光がコヒーレ
ント長の１／２の長さ１．４μｍを進行すると、次第に
位相関係にずれが生じて非線形分極Ｐの方向が逆方向に
反転しようとするが、この時、結晶軸が領域６０と９０
°ずれて直交している領域６２に光が達し、非線形分極
Ｐの方向が更に反転する。従って、領域６２において
も、非線形分極Ｐの方向は領域６０における場合と同一
方向となり、信号光は持続的に増幅されることになる。
【００４９】このようにして、光の偏波方向に対する結
晶軸が［１１０］方向の領域６０と［−１１０］方向の
領域６２とが光の伝搬方向に対してコヒーレント長の１
／２の長さをもって交互に配置されている光導波路５２
においても、上記図１に示す光半導体素子の場合と同様
にして、連続的に信号光をパラメトリック増幅させ続け
ることができ、光導波路５２の長さ全体が相互作用長と
なるため、光の増幅率を向上させることが可能となる。
晶軸が［１１０］方向の領域６０と［−１１０］方向の
領域６２とが光の伝搬方向に対してコヒーレント長の１
／２の長さをもって交互に配置されている光導波路５２
においても、上記図１に示す光半導体素子の場合と同様
にして、連続的に信号光をパラメトリック増幅させ続け
ることができ、光導波路５２の長さ全体が相互作用長と
なるため、光の増幅率を向上させることが可能となる。
【００５０】従って、上記図３に示す無損失光検出器に
おいて、上記図１に示す光半導体素子の代わりに、図４
に示す光半導体素子を使用してもよい。このように本実
施例によれば、２次非線形光学効果をもつＧａＡｓ系の
光導波路５２がコヒーレント長の１／２の長さ１．４μ
ｍをもって交互に配置された光の偏波方向に対する結晶
軸［１１０］方向の領域６０と結晶軸［−１１０］方向
の領域６２とからなっていることにより、波長０．８μ
ｍのポンプ光と波長１．５５μｍの信号光を入射して相
互作用をさせた場合に、位相のずれの小さくて非線形分
極Ｐの方向が反転しない領域６０において光を増幅する
と共に、位相のずれが大きくなり非線形分極Ｐの方向が
反転する領域６２においても、その結晶軸が９０°ずれ
て直交するため、非線形分極Ｐは同一方向に維持され、
光の増幅作用が保持される。
おいて、上記図１に示す光半導体素子の代わりに、図４
に示す光半導体素子を使用してもよい。このように本実
施例によれば、２次非線形光学効果をもつＧａＡｓ系の
光導波路５２がコヒーレント長の１／２の長さ１．４μ
ｍをもって交互に配置された光の偏波方向に対する結晶
軸［１１０］方向の領域６０と結晶軸［−１１０］方向
の領域６２とからなっていることにより、波長０．８μ
ｍのポンプ光と波長１．５５μｍの信号光を入射して相
互作用をさせた場合に、位相のずれの小さくて非線形分
極Ｐの方向が反転しない領域６０において光を増幅する
と共に、位相のずれが大きくなり非線形分極Ｐの方向が
反転する領域６２においても、その結晶軸が９０°ずれ
て直交するため、非線形分極Ｐは同一方向に維持され、
光の増幅作用が保持される。
【００５１】従って、上記第１の実施例の場合と同様の
効果を奏することができる。また、上記第１の実施例の
場合と同様に、本実施例による光半導体素子を使用し
て、無損失光検出器、無雑音のパラメトリック光増幅
器、光フィルタ、光波長変換装置等を容易に実現するこ
とができる。次に、本発明の第３の実施例による光半導
体素子を、図６に示す斜視図を用いて説明する。
効果を奏することができる。また、上記第１の実施例の
場合と同様に、本実施例による光半導体素子を使用し
て、無損失光検出器、無雑音のパラメトリック光増幅
器、光フィルタ、光波長変換装置等を容易に実現するこ
とができる。次に、本発明の第３の実施例による光半導
体素子を、図６に示す斜視図を用いて説明する。
【００５２】厚さ１００μｍ、不純物濃度ｎ＝１０18ｃ
ｍ-3程度のＳｉ基板７２の（１１１）面上に、厚さ２μ
ｍ、不純物濃度ｎ＝１０16ｃｍ-3程度のＡｌＧａＡｓ−
ＭＱＷ（Multi-Quantum Well）層７４、厚さ２μｍ、不
純物濃度ｎ＝１０18ｃｍ-3の下部Ａｌ0.3 Ｇａ0.7 Ａｓ
クラッド層７６、厚さ０．１μｍ、不純物濃度ｎ＝１０
18ｃｍ-3のＡｌ0.15Ｇａ0.85Ａｓ活性層７８、及び中央
部に長さ３００μｍ程度、幅１０μｍ、厚さ２μｍのリ
ッジ部を有し、リッジ部以外の領域の厚さ０．３μｍ、
不純物濃度ｐ＝１０18ｃｍ-3の上部Ａｌ0.3 Ｇａ0.7 Ａ
ｓクラッド層８０が順に積層されている。
ｍ-3程度のＳｉ基板７２の（１１１）面上に、厚さ２μ
ｍ、不純物濃度ｎ＝１０16ｃｍ-3程度のＡｌＧａＡｓ−
ＭＱＷ（Multi-Quantum Well）層７４、厚さ２μｍ、不
純物濃度ｎ＝１０18ｃｍ-3の下部Ａｌ0.3 Ｇａ0.7 Ａｓ
クラッド層７６、厚さ０．１μｍ、不純物濃度ｎ＝１０
18ｃｍ-3のＡｌ0.15Ｇａ0.85Ａｓ活性層７８、及び中央
部に長さ３００μｍ程度、幅１０μｍ、厚さ２μｍのリ
ッジ部を有し、リッジ部以外の領域の厚さ０．３μｍ、
不純物濃度ｐ＝１０18ｃｍ-3の上部Ａｌ0.3 Ｇａ0.7 Ａ
ｓクラッド層８０が順に積層されている。
【００５３】また、リッジ部の上部Ａｌ0.3 Ｇａ0.7 Ａ
ｓクラッド層８０上には、厚さ０．１μｍ、不純物濃度
ｐ＝１０19ｃｍ-3のＧａＡｓコンタクト層８２を介し
て、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕからなるｐ側電極８４が設けら
れ、更にＳｉ基板７２底面には、Ａｌからなるｎ側電極
８６が設けられている。そしてまた、上部Ａｌ0.3 Ｇａ
0.7 Ａｓクラッド層８０のリッジ部の延びる方向、即ち
光の伝搬方向に対して、積層されたＡｌＧａＡｓ−ＭＱ
Ｗ層７４乃至ＧａＡｓコンタクト層８２の各層におい
て、（１１１）Ａ面の結晶面をもつ領域８８と（１１
１）Ｂ面の結晶面をもつ領域９０とがコヒーレント長の
１／２の長さ１．４μｍをもって交互に配置されている
点に特徴がある。ここで、結晶面が（１１１）Ａ面の領
域８８の結晶軸は［１１１］方向であり、（１１１）Ｂ
面の領域９０の結晶軸は［−１−１−１］方向であっ
て、これら［１１１］方向と［−１−１−１］方向の結
晶軸が互いに１８０°ずれて反転している関係にあるの
は、上記第１の実施例の場合と同様である。
ｓクラッド層８０上には、厚さ０．１μｍ、不純物濃度
ｐ＝１０19ｃｍ-3のＧａＡｓコンタクト層８２を介し
て、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕからなるｐ側電極８４が設けら
れ、更にＳｉ基板７２底面には、Ａｌからなるｎ側電極
８６が設けられている。そしてまた、上部Ａｌ0.3 Ｇａ
0.7 Ａｓクラッド層８０のリッジ部の延びる方向、即ち
光の伝搬方向に対して、積層されたＡｌＧａＡｓ−ＭＱ
Ｗ層７４乃至ＧａＡｓコンタクト層８２の各層におい
て、（１１１）Ａ面の結晶面をもつ領域８８と（１１
１）Ｂ面の結晶面をもつ領域９０とがコヒーレント長の
１／２の長さ１．４μｍをもって交互に配置されている
点に特徴がある。ここで、結晶面が（１１１）Ａ面の領
域８８の結晶軸は［１１１］方向であり、（１１１）Ｂ
面の領域９０の結晶軸は［−１−１−１］方向であっ
て、これら［１１１］方向と［−１−１−１］方向の結
晶軸が互いに１８０°ずれて反転している関係にあるの
は、上記第１の実施例の場合と同様である。
【００５４】次に、図６に示す光半導体素子の動作を説
明する。この光半導体素子は、Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ａｓ活
性層７８が、ｐ型上部Ａｌ0.3Ｇａ0.7 Ａｓクラッド層
８０とｎ型下部Ａｌ0.3 Ｇａ0.7 Ａｓクラッド層７６と
によって挟まれ、そのｐｎ接合構造によって過剰キャリ
アを注入するようになっているため、即ちＤＨレーザ構
造をなしているため、例えば波長０．８μｍのポンプ光
をレーザ発振することができる。
明する。この光半導体素子は、Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ａｓ活
性層７８が、ｐ型上部Ａｌ0.3Ｇａ0.7 Ａｓクラッド層
８０とｎ型下部Ａｌ0.3 Ｇａ0.7 Ａｓクラッド層７６と
によって挟まれ、そのｐｎ接合構造によって過剰キャリ
アを注入するようになっているため、即ちＤＨレーザ構
造をなしているため、例えば波長０．８μｍのポンプ光
をレーザ発振することができる。
【００５５】従って、上記第１及び第２の実施例の場合
のように波長０．８μｍのポンプ光及び波長１．５５μ
ｍの信号光を共に入射する必要はなく、ただ単に波長
１．５５μｍの信号光のみを入射すれば、レーザ発振さ
れた波長０．８μｍのポンプ光との相互作用によりアイ
ドラ光が発生し、更にこのアイドラ光とポンプ光とが相
互作用して、信号光を増幅させることができる。
のように波長０．８μｍのポンプ光及び波長１．５５μ
ｍの信号光を共に入射する必要はなく、ただ単に波長
１．５５μｍの信号光のみを入射すれば、レーザ発振さ
れた波長０．８μｍのポンプ光との相互作用によりアイ
ドラ光が発生し、更にこのアイドラ光とポンプ光とが相
互作用して、信号光を増幅させることができる。
【００５６】また、Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ａｓ活性層７８
は、結晶面が（１１１）Ａ面の領域８８と（１１１）Ｂ
面の領域９０とが光の伝搬方向に対してコヒーレント長
の１／２の長さ１．４μｍをもって交互に配置されてお
り、従って領域８８と領域９０の光の偏波方向に対する
結晶軸は［１１１］方向と［−１−１−１］方向であっ
て、互いに１８０°に反転している関係にあることによ
り、上記第１の実施例の場合と同様にして、Ａｌ0.15Ｇ
ａ0.85Ａｓ活性層７８の長さ全体が相互作用長となり、
連続的に信号光をパラメトリック増幅させることができ
るため、光の増幅率を向上させることが可能となる。
は、結晶面が（１１１）Ａ面の領域８８と（１１１）Ｂ
面の領域９０とが光の伝搬方向に対してコヒーレント長
の１／２の長さ１．４μｍをもって交互に配置されてお
り、従って領域８８と領域９０の光の偏波方向に対する
結晶軸は［１１１］方向と［−１−１−１］方向であっ
て、互いに１８０°に反転している関係にあることによ
り、上記第１の実施例の場合と同様にして、Ａｌ0.15Ｇ
ａ0.85Ａｓ活性層７８の長さ全体が相互作用長となり、
連続的に信号光をパラメトリック増幅させることができ
るため、光の増幅率を向上させることが可能となる。
【００５７】このように本実施例によれば、２次非線形
光学効果をもつＡｌ0.15Ｇａ0.85Ａｓ活性層７８が光の
伝搬方向に対してコヒーレント長の１／２の長さ１．４
μｍをもって交互に配置された光の偏波方向に対する結
晶軸［１１１］方向の領域８８と［−１−１−１］方向
の領域９０とからなっていると共に、ＤＨレーザ構造を
なしていることにより、波長０．８μｍのポンプ光を入
射する必要がなく、波長１．５５μｍの信号光のみを入
射させて、上記第１の実施例と同様の効果を奏すること
ができる。
光学効果をもつＡｌ0.15Ｇａ0.85Ａｓ活性層７８が光の
伝搬方向に対してコヒーレント長の１／２の長さ１．４
μｍをもって交互に配置された光の偏波方向に対する結
晶軸［１１１］方向の領域８８と［−１−１−１］方向
の領域９０とからなっていると共に、ＤＨレーザ構造を
なしていることにより、波長０．８μｍのポンプ光を入
射する必要がなく、波長１．５５μｍの信号光のみを入
射させて、上記第１の実施例と同様の効果を奏すること
ができる。
【００５８】尚、上記第１乃至第３の実施例において
は、信号光が波長１．５５μｍの場合についてのみ説明
したが、この波長以外の信号光、例えば波長１．３μｍ
の信号光に対しても、本発明を適用することができる。
は、信号光が波長１．５５μｍの場合についてのみ説明
したが、この波長以外の信号光、例えば波長１．３μｍ
の信号光に対しても、本発明を適用することができる。
【００５９】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、信号光と
ポンプ光との相互作用を行う光半導体素子において、光
導波路が２次非線形光学効果をもつ材料からなり、光の
偏波方向に対して互いに異なる結晶軸をもつ第１及び第
２の領域が光の伝搬方向に対しコヒーレント長の約１／
２の長さをもって交互に配置され、その結晶軸の差異に
よって信号光とポンプ光との電界の積による非線形分極
を逆方向に生じさせることにより、ポンプ光と信号光と
の相互作用において位相関係にずれが生じても、常に非
線形分極Ｐを同一方向に維持することができるため、光
導波路全体を相互作用長として機能させることができ、
信号光の大幅な増幅が可能となる。
ポンプ光との相互作用を行う光半導体素子において、光
導波路が２次非線形光学効果をもつ材料からなり、光の
偏波方向に対して互いに異なる結晶軸をもつ第１及び第
２の領域が光の伝搬方向に対しコヒーレント長の約１／
２の長さをもって交互に配置され、その結晶軸の差異に
よって信号光とポンプ光との電界の積による非線形分極
を逆方向に生じさせることにより、ポンプ光と信号光と
の相互作用において位相関係にずれが生じても、常に非
線形分極Ｐを同一方向に維持することができるため、光
導波路全体を相互作用長として機能させることができ、
信号光の大幅な増幅が可能となる。
【００６０】従って、こうした光半導体素子を使用する
ことにより、無雑音のパラメトリック光増幅器、光フィ
ルタ、光波長変換装置、無損失光検出器等を容易に実現
することができる。
ことにより、無雑音のパラメトリック光増幅器、光フィ
ルタ、光波長変換装置、無損失光検出器等を容易に実現
することができる。
【図１】本発明の第１の実施例による光半導体素子を示
す斜視図である。
す斜視図である。
【図２】図１に示す光半導体素子の製造方法を説明する
ための工程図である。
ための工程図である。
【図３】図１に示す光半導体素子を使用した無損失光検
出器を説明するための概略図である。
出器を説明するための概略図である。
【図４】本発明の第２の実施例による光半導体素子を示
す斜視図である。
す斜視図である。
【図５】図４に示す光半導体素子の製造方法を説明する
ための工程図である。
ための工程図である。
【図６】本発明の第３の実施例による光半導体素子を示
す斜視図である。
す斜視図である。
【図７】III−Ｖ族化合物半導体を用いてパラメトリッ
ク光増幅器を構成した場合における動作を説明するため
のグラフである。
ク光増幅器を構成した場合における動作を説明するため
のグラフである。
１０…Ｓｉ基板 １２…光導波路 １４…下部Ａｌ0.3 Ｇａ0.7 Ａｓクラッド層 １６…ＧａＡｓ導波層 １８…上部Ａｌ0.3 Ｇａ0.7 Ａｓクラッド層 ２０…結晶面が（１１１）Ａ面をなす領域 ２２…結晶面が（１１１）Ｂ面をなす領域 ２４…ＳｉＯ2 層 ２６…Ａｓ膜 ２８…Ａｌ0.3 Ｇａ0.7 Ａｓ層 ３０…Ｇａ膜 ３１…光半導体素子 ３２、３４、３８、４０、４４、４６…光ファイバ ３６…Ｙカプラ ４２…ディレクショナルカプラ ４８…光ディテクタ ５０…Ｓｉ基板 ５２…光導波路 ５４…下部Ａｌ0.3 Ｇａ0.7 Ａｓクラッド層 ５６…ＧａＡｓ導波層 ５８…上部Ａｌ0.3 Ｇａ0.7 Ａｓクラッド層 ６０…光の偏波方向に対する結晶軸が［１１０］方向で
ある領域 ６２…光の偏波方向に対する結晶軸が［−１１０］方向
である領域 ６４…ＳｉＯ2 層 ６６…Ａｓ膜 ６８…Ａｌ0.3 Ｇａ0.7 Ａｓ層 ７０…Ｇａ膜 ７２…Ｓｉ基板 ７４…ＡｌＧａＡｓ−ＭＱＷ層 ７６…下部Ａｌ0.3 Ｇａ0.7 Ａｓクラッド層 ７８…Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ａｓ活性層 ８０…上部Ａｌ0.3 Ｇａ0.7 Ａｓクラッド層 ８２…ＧａＡｓコンタクト層 ８４…ｐ側電極 ８６…ｎ側電極 ８８…結晶面が（１１１）Ａ面の領域 ９０…結晶面が（１１１）Ｂ面の領域
ある領域 ６２…光の偏波方向に対する結晶軸が［−１１０］方向
である領域 ６４…ＳｉＯ2 層 ６６…Ａｓ膜 ６８…Ａｌ0.3 Ｇａ0.7 Ａｓ層 ７０…Ｇａ膜 ７２…Ｓｉ基板 ７４…ＡｌＧａＡｓ−ＭＱＷ層 ７６…下部Ａｌ0.3 Ｇａ0.7 Ａｓクラッド層 ７８…Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ａｓ活性層 ８０…上部Ａｌ0.3 Ｇａ0.7 Ａｓクラッド層 ８２…ＧａＡｓコンタクト層 ８４…ｐ側電極 ８６…ｎ側電極 ８８…結晶面が（１１１）Ａ面の領域 ９０…結晶面が（１１１）Ｂ面の領域
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｓ 3/18 // Ｈ０１Ｌ 31/10
Claims (7)
- 【請求項１】 所定の波長をもつ信号光と前記信号光よ
り波長の短いポンプ光との相互作用を行う光半導体素子
において、 半導体基板上に、２次非線形光学効果をもつ半導体材料
から形成された光導波路を有し、 前記光導波路が、光の伝搬方向に対して、コヒーレント
長の約１／２の長さをもって交互に配置された第１及び
第２の領域を有し、 前記第１及び第２の領域が、前記信号光及び前記ポンプ
光の相互作用による非線形分極が逆方向に生じるように
光の偏波方向に対して互いに異なる結晶軸をもっている
ことを特徴とする光半導体素子。 - 【請求項２】 請求項１記載の光半導体素子において、 前記光導波路を形成する２次非線形光学効果をもつ半導
体材料が、 III−Ｖ族化合物半導体であり、 前記第１の領域の光の偏波方向に対する結晶軸が［１１
１］方向であり、前記第２の領域の光の偏波方向に対す
る結晶軸が［−１−１−１］方向であって、互いの結晶
軸が１８０°に反転していることを特徴とする光半導体
素子。 - 【請求項３】 請求項１記載の光半導体素子において、 前記光導波路を形成する２次非線形光学効果をもつ半導
体材料が、 III−Ｖ族化合物半導体であり、 前記第１の領域の光の偏波方向に対する結晶軸が［１１
０］方向であり、前記第２の領域の光の偏波方向に対す
る結晶軸が［−１１０］方向であって、互いの結晶軸が
９０°に直交していることを特徴とする光半導体素子。 - 【請求項４】 請求項１乃至３のいずれかに記載の光半
導体素子において、前記光導波路が、屈折率の相対的に
高い高屈折率層と、前記高屈折率層の周囲に設けられ、
前記高屈折率層の屈折率より低いクラッド層とを有し、 前記光導波路を伝搬する光が前記高屈折率層内に閉じ込
めるようになっていることを特徴とする光半導体素子。 - 【請求項５】 請求項４記載の光半導体素子において、 前記クラッド層が、前記高屈折率層を挟む第１導電型ク
ラッド層及び第２導電型クラッド層を有し、 前記クラッド層のｐｎ接合構造によって前記高屈折率層
に過剰キャリアを注入し、前記ポンプ光をレーザ発振さ
せることを特徴とする光半導体素子。 - 【請求項６】 所定の波長をもつ信号光と前記信号光よ
り波長の短いポンプ光との相互作用を行う光半導体素子
の製造方法において、 （１１１）結晶面を有するＩＶ族半導体基板上に、所定
の長さの選択成長用のマスク層を所定の間隔をおいて周
期的に形成する工程と、 前記ＩＶ族半導体基板上に III族ガス又はＶ族ガスの一
方を供給して、露出している前記ＩＶ族半導体基板上に
III族膜又はＶ族膜の一方を形成した後、前記マスク層
を除去し、Ｖ族ガス又は III族ガスの他方を供給して、
露出した前記ＩＶ族半導体基板上にＶ族膜又は III族膜
の他方を形成する工程と、 前記 III族膜及び前記Ｖ族膜上に III族ガス及びＶ族ガ
スを供給してそれぞれＶ族膜及び III族膜を交互に積層
し、光の偏波方向に対して［１１１］方向の結晶軸をも
つ III−Ｖ族化合物半導体からなる第１の領域と［−１
−１−１］方向の結晶軸をもつ III−Ｖ族化合物半導体
からなる第２の領域とが光の伝搬方向に対して交互に配
置されている光導波路を形成する工程とを有することを
特徴とする光半導体素子の製造方法。 - 【請求項７】 所定の波長をもつ信号光と前記信号光よ
り波長の短いポンプ光との相互作用を行う光半導体素子
の製造方法において、 ［１１０］方向に数度だけ傾斜した（１００）結晶面を
有するＩＶ族半導体基板上に、所定の長さのの選択成長
用のマスク層を所定の間隔をおいて周期的に形成する工
程と、 前記ＩＶ族半導体基板上に III族ガス又はＶ族ガスの一
方を供給して、露出そている前記ＩＶ族半導体基板上に
III族膜又はＶ族膜の一方を形成した後、前記マスク層
を除去し、Ｖ族ガス又は III族ガスの他方を供給して、
露出した前記ＩＶ族半導体基板上にＶ族膜又は III族膜
の他方を形成する工程と、 前記 III族膜及び前記Ｖ族膜上に III族ガス及びＶ族ガ
スを供給してそれぞれＶ族膜及び III族膜を交互に積層
し、光の偏波方向に対して［１１０］方向の結晶軸をも
つ III−Ｖ族化合物半導体からなる第１の領域と［−１
１０］方向の結晶軸をもつ III−Ｖ族化合物半導体から
なる第２の領域とが光の伝搬方向に対して交互に配置さ
れている光導波路を形成する工程とを有することを特徴
とする光半導体素子の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23370792A JPH0682863A (ja) | 1992-09-01 | 1992-09-01 | 光半導体素子及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23370792A JPH0682863A (ja) | 1992-09-01 | 1992-09-01 | 光半導体素子及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0682863A true JPH0682863A (ja) | 1994-03-25 |
Family
ID=16959294
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23370792A Withdrawn JPH0682863A (ja) | 1992-09-01 | 1992-09-01 | 光半導体素子及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0682863A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7508033B2 (en) | 1998-04-24 | 2009-03-24 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Semiconductor device with diamond-like carbon film on backside of substrate |
| US10551645B2 (en) | 2017-05-15 | 2020-02-04 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Waveguide element, light-emitting device, and method for manufacturing waveguide element |
| WO2022244171A1 (ja) * | 2021-05-20 | 2022-11-24 | 日本電信電話株式会社 | 光増幅装置及び光増幅方法 |
-
1992
- 1992-09-01 JP JP23370792A patent/JPH0682863A/ja not_active Withdrawn
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7508033B2 (en) | 1998-04-24 | 2009-03-24 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Semiconductor device with diamond-like carbon film on backside of substrate |
| US10551645B2 (en) | 2017-05-15 | 2020-02-04 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Waveguide element, light-emitting device, and method for manufacturing waveguide element |
| WO2022244171A1 (ja) * | 2021-05-20 | 2022-11-24 | 日本電信電話株式会社 | 光増幅装置及び光増幅方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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