JPH0685391A - 半導体光導波路 - Google Patents
半導体光導波路Info
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- JPH0685391A JPH0685391A JP23677392A JP23677392A JPH0685391A JP H0685391 A JPH0685391 A JP H0685391A JP 23677392 A JP23677392 A JP 23677392A JP 23677392 A JP23677392 A JP 23677392A JP H0685391 A JPH0685391 A JP H0685391A
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- light
- signal light
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 光増幅作用を有する半導体光導波路に関し、
信号光の充分な増幅ができ、製造が容易な半導体光導波
路を提供する。 【構成】 多重量子井戸層（３）からなる屈折率が高い
半導体コア層と、この半導体コア層を挟む屈折率が低い
半導体クラッド層（２，４）によって構成し、一方の半
導体クラッド層（４）に間隔をおいて電極（５1 ，
５2 ，５3 ，５4 ）を形成し、これらの電極と他方の半
導体クラッド層（２）の間に同一極性の電圧を印加する
ことによって、周期的に半導体コア層に垂直に電界がか
かる部分と電界がかからない部分を形成し、半導体コア
層の一端から入射励起光９inと入射信号光１０inを入射
して、半導体コア層に垂直に電界がかかる部分で光パラ
メトリック増幅によって信号光を増幅し、電界がかから
ない部分において、この信号光が減衰しないようにし
て、他端から増幅された出射信号光１０out を得る。
信号光の充分な増幅ができ、製造が容易な半導体光導波
路を提供する。 【構成】 多重量子井戸層（３）からなる屈折率が高い
半導体コア層と、この半導体コア層を挟む屈折率が低い
半導体クラッド層（２，４）によって構成し、一方の半
導体クラッド層（４）に間隔をおいて電極（５1 ，
５2 ，５3 ，５4 ）を形成し、これらの電極と他方の半
導体クラッド層（２）の間に同一極性の電圧を印加する
ことによって、周期的に半導体コア層に垂直に電界がか
かる部分と電界がかからない部分を形成し、半導体コア
層の一端から入射励起光９inと入射信号光１０inを入射
して、半導体コア層に垂直に電界がかかる部分で光パラ
メトリック増幅によって信号光を増幅し、電界がかから
ない部分において、この信号光が減衰しないようにし
て、他端から増幅された出射信号光１０out を得る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光増幅作用を有する半
導体光導波路に関する。
導体光導波路に関する。
【０００２】
【従来の技術】光パラメトリック増幅器が、理論上無雑
音増幅作用を有することは従来から知られている（Ａ．
Ｓｈｉｍｉｚｕ，Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．Ｂ３７，８５２
７，１９８８）。
音増幅作用を有することは従来から知られている（Ａ．
Ｓｈｉｍｉｚｕ，Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．Ｂ３７，８５２
７，１９８８）。
【０００３】また、光パラメトリック増幅器は、長波長
の信号光と短波長の励起光を入力して長波長の信号光を
増幅する場合、同時に発生するこれらの光のエネルギー
の差に相当する波長のアイドラ光を放出し、このアイド
ラ光を用いることにより信号光の波長変換ができるこ
と、あるいは、このアイドラ光と信号光の間で成り立つ
位相共役の関係、すなわちアイドラ光と信号光の波長分
布が反転する関係を用いることによって、光ファイバ等
の導波路を伝播する間に生じる信号光の分散の影響を補
償することができること等、様々な特徴を有することも
知られている。
の信号光と短波長の励起光を入力して長波長の信号光を
増幅する場合、同時に発生するこれらの光のエネルギー
の差に相当する波長のアイドラ光を放出し、このアイド
ラ光を用いることにより信号光の波長変換ができるこ
と、あるいは、このアイドラ光と信号光の間で成り立つ
位相共役の関係、すなわちアイドラ光と信号光の波長分
布が反転する関係を用いることによって、光ファイバ等
の導波路を伝播する間に生じる信号光の分散の影響を補
償することができること等、様々な特徴を有することも
知られている。
【０００４】そして、光通信に用いられる１．５５μｍ
帯の光を増幅することができる光パラメトリック増幅器
が実現されれば、高感度光受信、通信距離の長距離化、
ひいては波長多重光通信の実現等が実現でき、光通信技
術を高機能化することができると考えられている。
帯の光を増幅することができる光パラメトリック増幅器
が実現されれば、高感度光受信、通信距離の長距離化、
ひいては波長多重光通信の実現等が実現でき、光通信技
術を高機能化することができると考えられている。
【０００５】現在、実験室段階で光パラメトリック増幅
器の非線型光学材料として用いられているＬｉＮｂ
Ｏ3 ，ＡＤＰ（ＫＨ2 ＰＯ4 ）等は、光増幅等の効果を
生じる二次の非線型感受率がきわめて小さい。そのた
め、光通信等において要望されている光増幅度を実現す
るためには、極めて出力の大きな励起用レーザと数セン
チメートルという非常に長い相互作用長をもつ導波路が
必要になるため、現在のところ実用化されるに至ってい
ない。
器の非線型光学材料として用いられているＬｉＮｂ
Ｏ3 ，ＡＤＰ（ＫＨ2 ＰＯ4 ）等は、光増幅等の効果を
生じる二次の非線型感受率がきわめて小さい。そのた
め、光通信等において要望されている光増幅度を実現す
るためには、極めて出力の大きな励起用レーザと数セン
チメートルという非常に長い相互作用長をもつ導波路が
必要になるため、現在のところ実用化されるに至ってい
ない。
【０００６】他方、前記のＬｉＮｂＯ3 ，ＡＤＰ（ＫＨ
2 ＰＯ4 ）等の材料に代えて、半導体材料によって構成
された量子井戸を用い、これに電界をかけた場合、大き
な二次の非線型感受率が得られることが理論上示されて
いる。この半導体量子井戸構造を光パラメトリック増幅
器に用いることが可能であれば、励起光として小出力の
半導体レーザ光を用い、数１００μｍの短い相互作用長
を確保することによって、光通信技術等における要望に
充分に応え得る光パラメトリック増幅器が実用化できる
ものと考えられる。
2 ＰＯ4 ）等の材料に代えて、半導体材料によって構成
された量子井戸を用い、これに電界をかけた場合、大き
な二次の非線型感受率が得られることが理論上示されて
いる。この半導体量子井戸構造を光パラメトリック増幅
器に用いることが可能であれば、励起光として小出力の
半導体レーザ光を用い、数１００μｍの短い相互作用長
を確保することによって、光通信技術等における要望に
充分に応え得る光パラメトリック増幅器が実用化できる
ものと考えられる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】光パラメトリック増幅
器においては、励起光と信号光あるいはアイドラ光が相
互作用をしている間、これらの光の位相関係が一定に保
たれ位相整合していることが必要である。しかし、特
に、半導体においては、光の波長の違いによる屈折率の
差が大きく、励起光が感じる屈折率と、信号光あるいは
アイドラ光が感じる屈折率の差が大きいことが原因で、
これらの位相関係を入力時から出力時まで常に一定に保
つことはできない。
器においては、励起光と信号光あるいはアイドラ光が相
互作用をしている間、これらの光の位相関係が一定に保
たれ位相整合していることが必要である。しかし、特
に、半導体においては、光の波長の違いによる屈折率の
差が大きく、励起光が感じる屈折率と、信号光あるいは
アイドラ光が感じる屈折率の差が大きいことが原因で、
これらの位相関係を入力時から出力時まで常に一定に保
つことはできない。
【０００８】励起光と信号光の位相関係を一定に保つ方
法としては、１軸性の結晶中を伝播する場合の常光と異
常光の屈折率の差を利用して位相を整合する方法と、光
が導波路中を伝播する際、位相関係が１８０度ずれるご
とに、材料の分極方向を反転することにより、擬似的に
位相整合をとる方法が提案されている。そして、後者は
すでにＬｉＮｂＯ3 等で実現されており、多重量子井戸
構造を用いた場合でも、信号光と励起光の位相関係が１
８０度ずれるごとに電界を逆向きに交互にかけることに
よって位相整合が実現できるものと考えられる。
法としては、１軸性の結晶中を伝播する場合の常光と異
常光の屈折率の差を利用して位相を整合する方法と、光
が導波路中を伝播する際、位相関係が１８０度ずれるご
とに、材料の分極方向を反転することにより、擬似的に
位相整合をとる方法が提案されている。そして、後者は
すでにＬｉＮｂＯ3 等で実現されており、多重量子井戸
構造を用いた場合でも、信号光と励起光の位相関係が１
８０度ずれるごとに電界を逆向きに交互にかけることに
よって位相整合が実現できるものと考えられる。
【０００９】図３は、交互に分極方向を反転した半導体
光導波路の構成説明図である。この図は、半導体多重量
子井戸構造を用い、交互に分極方向を反転した光導波路
を構成した場合を示している。この図において、１１は
ｎ+ 型半導体基板、１２はｎ型半導体層、１３1 ，１３
2 ，１３3 はｐ+ 型拡散領域、１４は多重量子井戸構
造、１５はｎ型半導体層、１６1 ，１６2 ，１６3 ，１
６4 はｐ+ 型拡散領域、１７inは入射励起光、１８inは
入射信号光、１７out は出射励起光、１８out は出射信
号光である。
光導波路の構成説明図である。この図は、半導体多重量
子井戸構造を用い、交互に分極方向を反転した光導波路
を構成した場合を示している。この図において、１１は
ｎ+ 型半導体基板、１２はｎ型半導体層、１３1 ，１３
2 ，１３3 はｐ+ 型拡散領域、１４は多重量子井戸構
造、１５はｎ型半導体層、１６1 ，１６2 ，１６3 ，１
６4 はｐ+ 型拡散領域、１７inは入射励起光、１８inは
入射信号光、１７out は出射励起光、１８out は出射信
号光である。
【００１０】この半導体光導波路は、ｎ+ 型半導体基板
１１の上にｎ型半導体層１２が形成され、このｎ型半導
体層１２に所定の間隔で周期的にｐ+ 型拡散領域１
３1 ，１３2 ，１３3 が形成され、その上に、多重量子
井戸構造１４が形成され、さらにその上にｎ型半導体層
１５が形成され、このｎ型半導体層１５に所定の間隔で
周期的にｐ+ 型拡散領域１６1 ，１６2 ，１６3 ，１６
4 が形成され、ｎ+ 型半導体基板１１は接地電位に、ｎ
型半導体層１５は正電位に、ｐ+ 型拡散領域１６1，１
６2 ，１６3 ，１６4 は負電位に保たれている。
１１の上にｎ型半導体層１２が形成され、このｎ型半導
体層１２に所定の間隔で周期的にｐ+ 型拡散領域１
３1 ，１３2 ，１３3 が形成され、その上に、多重量子
井戸構造１４が形成され、さらにその上にｎ型半導体層
１５が形成され、このｎ型半導体層１５に所定の間隔で
周期的にｐ+ 型拡散領域１６1 ，１６2 ，１６3 ，１６
4 が形成され、ｎ+ 型半導体基板１１は接地電位に、ｎ
型半導体層１５は正電位に、ｐ+ 型拡散領域１６1，１
６2 ，１６3 ，１６4 は負電位に保たれている。
【００１１】この半導体光導波路においては、ｎ+ 型半
導体基板１１を接地し、ｐ+ 型拡散領域１６1 ，１
６2 ，１６3 ，１６4 に負電位、ｎ型半導体層１５に正
電位が与えられているため、多重量子井戸構造１４から
なる半導体光導波路には光の進行方向に沿って、上向き
の電界と下向きの電界が交互に生じることになる。
導体基板１１を接地し、ｐ+ 型拡散領域１６1 ，１
６2 ，１６3 ，１６4 に負電位、ｎ型半導体層１５に正
電位が与えられているため、多重量子井戸構造１４から
なる半導体光導波路には光の進行方向に沿って、上向き
の電界と下向きの電界が交互に生じることになる。
【００１２】この半導体光導波路の入力端（左端）に短
波長の入射励起光１７inと長波長の入射信号光１８inを
入射すると、入射信号光１８inが光パラメトリック増幅
作用によって増幅されて出射端（右端）から出射信号光
１８out として出射され、入射励起光１７inはその分だ
けエネルギーを減少した状態で出射励起光１７out とし
て出射されるものと考えられる。
波長の入射励起光１７inと長波長の入射信号光１８inを
入射すると、入射信号光１８inが光パラメトリック増幅
作用によって増幅されて出射端（右端）から出射信号光
１８out として出射され、入射励起光１７inはその分だ
けエネルギーを減少した状態で出射励起光１７out とし
て出射されるものと考えられる。
【００１３】ここで、交互に分極方向を反転した半導体
光導波路によって信号光が増幅される原理を説明する。
図４（Ａ）〜（Ｃ）は、光パラメトリック増幅器の増幅
原理説明図である。図４（Ａ）は、光パラメトリック増
幅器の光導波路のすべての領域に一定方向に一様な電界
がかかっている場合に、光の進行方向にともなって信号
光強度がどのように変化するかを示している。
光導波路によって信号光が増幅される原理を説明する。
図４（Ａ）〜（Ｃ）は、光パラメトリック増幅器の増幅
原理説明図である。図４（Ａ）は、光パラメトリック増
幅器の光導波路のすべての領域に一定方向に一様な電界
がかかっている場合に、光の進行方向にともなって信号
光強度がどのように変化するかを示している。
【００１４】励起光と信号光の位相関係が合っている
と、励起光と信号光の光の電界の積によって生じる２次
非線型分極を介して、励起光から信号光へエネルギーが
移動して信号光が増幅される。しかし、光がある距離進
行して、励起光と信号光の位相関係が反転すると、２次
非線型分極の向きと信号光の光電界が逆になり、信号光
から励起光へエネルギーが移って信号光は減衰する。し
たがって、光パラメトリック増幅器の光導波路のすべて
の領域に一定方向に電界がかかっている場合は、信号光
が進行して励起光と信号光の位相関係が反転するたび
に、信号光は増幅と減衰を繰り返し、結局、信号光は有
効に増幅されないことになる。
と、励起光と信号光の光の電界の積によって生じる２次
非線型分極を介して、励起光から信号光へエネルギーが
移動して信号光が増幅される。しかし、光がある距離進
行して、励起光と信号光の位相関係が反転すると、２次
非線型分極の向きと信号光の光電界が逆になり、信号光
から励起光へエネルギーが移って信号光は減衰する。し
たがって、光パラメトリック増幅器の光導波路のすべて
の領域に一定方向に電界がかかっている場合は、信号光
が進行して励起光と信号光の位相関係が反転するたび
に、信号光は増幅と減衰を繰り返し、結局、信号光は有
効に増幅されないことになる。
【００１５】図４（Ｂ）は、先に説明した光の進行方向
に所定の間隔をおいて交互に逆方向の電界がかかってい
る半導体光導波路（図３）において、光の進行にともな
って信号光強度がどのように変化するかを示している。
このように、信号光の進行方向に交互に逆方向の電界が
かかるように電圧を印加しておくと、励起光と信号光の
位相関係が合っている領域では、例えば上から下に向く
電界中で励起光から信号光へエネルギーが移ることによ
って信号光が増幅され、信号光と励起光の位相関係が逆
転する領域では、印加される電界によって分極方向も反
転しているため、擬似的に信号光と励起光の位相が合
い、信号光は増幅される。したがって、図３に示される
構造の半導体光導波路が実現されると、信号光を有効に
増幅することができるものと考えられる。
に所定の間隔をおいて交互に逆方向の電界がかかってい
る半導体光導波路（図３）において、光の進行にともな
って信号光強度がどのように変化するかを示している。
このように、信号光の進行方向に交互に逆方向の電界が
かかるように電圧を印加しておくと、励起光と信号光の
位相関係が合っている領域では、例えば上から下に向く
電界中で励起光から信号光へエネルギーが移ることによ
って信号光が増幅され、信号光と励起光の位相関係が逆
転する領域では、印加される電界によって分極方向も反
転しているため、擬似的に信号光と励起光の位相が合
い、信号光は増幅される。したがって、図３に示される
構造の半導体光導波路が実現されると、信号光を有効に
増幅することができるものと考えられる。
【００１６】しかしながら、図３に示された構造の光導
波路を現在の半導体処理技術によって実現することは甚
だ困難で未だに実現するに至っていない。すなわち、前
記の説明のように、多重量子井戸構造１４の光の進行方
向に、上向きの電界と下向きの電界を交互に形成するた
めに、ｎ型半導体層１５に正の電圧を、ｐ+ 型拡散領域
１６1 ，１６2 ，１６3 ，１６4 に負の電圧を印加した
としても、多重量子井戸構造１４を介して、ｎ型半導体
層１２とｎ型半導体層１５の間、あるいは、ｐ+ 型拡散
領域１３1 ，１３2 ，１３3 とｐ+ 型拡散領域１６ 1 ，
１６2 ，１６3 ，１６4 の間に電圧がかかり、ここに電
流が流れるため多重量子井戸構造１４に充分高い電圧を
かけることができない。また、それぞれの領域の幅は、
２．４μｍ程度に微小であるため、前記の領域の間に溝
を掘って電流の流れを阻止することも容易ではない。
波路を現在の半導体処理技術によって実現することは甚
だ困難で未だに実現するに至っていない。すなわち、前
記の説明のように、多重量子井戸構造１４の光の進行方
向に、上向きの電界と下向きの電界を交互に形成するた
めに、ｎ型半導体層１５に正の電圧を、ｐ+ 型拡散領域
１６1 ，１６2 ，１６3 ，１６4 に負の電圧を印加した
としても、多重量子井戸構造１４を介して、ｎ型半導体
層１２とｎ型半導体層１５の間、あるいは、ｐ+ 型拡散
領域１３1 ，１３2 ，１３3 とｐ+ 型拡散領域１６ 1 ，
１６2 ，１６3 ，１６4 の間に電圧がかかり、ここに電
流が流れるため多重量子井戸構造１４に充分高い電圧を
かけることができない。また、それぞれの領域の幅は、
２．４μｍ程度に微小であるため、前記の領域の間に溝
を掘って電流の流れを阻止することも容易ではない。
【００１７】本発明は、信号光の増幅が実現でき、製造
が容易な半導体光導波路を提供することを目的とする。
が容易な半導体光導波路を提供することを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】本発明にかかる半導体光
導波路においては、上記の課題を達成するため、多重量
子井戸からなり屈折率が高い半導体コア層と、該半導体
コア層を挟む屈折率が低い半導体クラッド層を具え、一
方の半導体クラッド層に光の進行方向に間隔をおいて複
数の電極が形成され、これらの電極と他方の半導体クラ
ッド層の間に同一極性の電圧を印加することによって、
光の進行方向に沿って周期的に該半導体コア層に垂直に
電界がかかる部分と電界がかからない部分が形成され光
増幅作用を有する構成を採用した。
導波路においては、上記の課題を達成するため、多重量
子井戸からなり屈折率が高い半導体コア層と、該半導体
コア層を挟む屈折率が低い半導体クラッド層を具え、一
方の半導体クラッド層に光の進行方向に間隔をおいて複
数の電極が形成され、これらの電極と他方の半導体クラ
ッド層の間に同一極性の電圧を印加することによって、
光の進行方向に沿って周期的に該半導体コア層に垂直に
電界がかかる部分と電界がかからない部分が形成され光
増幅作用を有する構成を採用した。
【００１９】
【作用】本発明においては、図３にその構成を示して説
明した半導体導波路のように、信号光と励起光の進行方
向に沿って交互に逆向きの電界をかけるのではなく、信
号光と励起光の進行方向に沿って、一方向の電界をかけ
る部分と電界をかけない部分を周期的に設けることによ
って、一方向の電界がかかっている部分において信号光
と励起光を位相整合させる構造を実現する。
明した半導体導波路のように、信号光と励起光の進行方
向に沿って交互に逆向きの電界をかけるのではなく、信
号光と励起光の進行方向に沿って、一方向の電界をかけ
る部分と電界をかけない部分を周期的に設けることによ
って、一方向の電界がかかっている部分において信号光
と励起光を位相整合させる構造を実現する。
【００２０】図１は、本発明の半導体光導波路の原理説
明図である。この図において、１はｎ+ −ＧａＡｓ基
板、２はｎ+ −ＡｌＧａＡｓクラッド層、３は多重量子
井戸層、４はｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層、５1 ，
５2 ，５3，５4 はｐ−拡散層、６は絶縁膜、７は開
口、８は電極、９inは入射励起光、９ out は出射励起
光、１０inは入射信号光、１０out は出射信号光であ
る。
明図である。この図において、１はｎ+ −ＧａＡｓ基
板、２はｎ+ −ＡｌＧａＡｓクラッド層、３は多重量子
井戸層、４はｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層、５1 ，
５2 ，５3，５4 はｐ−拡散層、６は絶縁膜、７は開
口、８は電極、９inは入射励起光、９ out は出射励起
光、１０inは入射信号光、１０out は出射信号光であ
る。
【００２１】本発明の半導体光導波路の原理的構成をこ
の図によって説明する。ｎ+ −ＧａＡｓ基板１の上に、
ｎ+ −ＡｌＧａＡｓクラッド層２が形成され、その上
に、ｎ−ＡｌＡｓ障壁層とｎ−Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ａｓ井
戸層を２０周期積層された多重量子井戸層３が形成さ
れ、その上に、ｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層４が形成さ
れ、このクラッド層４に、導波路に沿って所定間隔でｐ
−拡散層５1，５2 ，５3 ，５4 が形成され、その上に
形成された絶縁膜６の開口７を通してｐ−拡散層５1 ，
５2 ，５3 ，５4 に接続される電極８が形成されてい
る。
の図によって説明する。ｎ+ −ＧａＡｓ基板１の上に、
ｎ+ −ＡｌＧａＡｓクラッド層２が形成され、その上
に、ｎ−ＡｌＡｓ障壁層とｎ−Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ａｓ井
戸層を２０周期積層された多重量子井戸層３が形成さ
れ、その上に、ｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層４が形成さ
れ、このクラッド層４に、導波路に沿って所定間隔でｐ
−拡散層５1，５2 ，５3 ，５4 が形成され、その上に
形成された絶縁膜６の開口７を通してｐ−拡散層５1 ，
５2 ，５3 ，５4 に接続される電極８が形成されてい
る。
【００２２】この半導体光導波路のｎ+ −ＧａＡｓ基板
１と電極８の間に逆方向に電圧（−２５Ｖ）を印加した
状態で、導波路である多重量子井戸層３の一端（この図
の下側）から、波長０．７７５μｍの半導体レーザによ
る入射励起光９inと、波長１．５５μｍの入射信号光１
０inを入射すると、入射信号光１０inは１００倍程度増
幅されて出力端（この図の上側）から出射される。当然
であるが、出力端（この図の上側）から出射される出射
励起光９out のエネルギーは、信号光に与えた分だけ減
少している。
１と電極８の間に逆方向に電圧（−２５Ｖ）を印加した
状態で、導波路である多重量子井戸層３の一端（この図
の下側）から、波長０．７７５μｍの半導体レーザによ
る入射励起光９inと、波長１．５５μｍの入射信号光１
０inを入射すると、入射信号光１０inは１００倍程度増
幅されて出力端（この図の上側）から出射される。当然
であるが、出力端（この図の上側）から出射される出射
励起光９out のエネルギーは、信号光に与えた分だけ減
少している。
【００２３】図４（Ｃ）は、本発明のように周期的に同
一方向の電界がかかっている場合に半導体光導波路（図
３）における光の進行方向に沿って信号強度がどのよう
に変化するかを示している。
一方向の電界がかかっている場合に半導体光導波路（図
３）における光の進行方向に沿って信号強度がどのよう
に変化するかを示している。
【００２４】本発明においては、信号光の進行方向に一
方向の電界が周期的に形成されるように電圧を印加して
おき、励起光と信号光の位相関係が正常なところでは電
界をかけて、二次の非線型分極を生じさせて信号光の増
幅を行い、信号光と励起光の位相関係が逆転する領域で
は、電界を形成せず、二次の非線型分極が生じないよう
にして光の減衰を抑えている。
方向の電界が周期的に形成されるように電圧を印加して
おき、励起光と信号光の位相関係が正常なところでは電
界をかけて、二次の非線型分極を生じさせて信号光の増
幅を行い、信号光と励起光の位相関係が逆転する領域で
は、電界を形成せず、二次の非線型分極が生じないよう
にして光の減衰を抑えている。
【００２５】したがって、本発明の半導体光導波路にお
いては、図４（Ｂ）には及ばないが、信号光は励起光と
位相関係が合う領域で増幅され続けるため結局信号光は
有効に増幅されることになる。しかも、本発明の構成を
有する光導波路は現在の半導体製造技術を用いることに
よって容易に製造することができる。
いては、図４（Ｂ）には及ばないが、信号光は励起光と
位相関係が合う領域で増幅され続けるため結局信号光は
有効に増幅されることになる。しかも、本発明の構成を
有する光導波路は現在の半導体製造技術を用いることに
よって容易に製造することができる。
【００２６】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図面によって説明
する。図２は、本発明の一実施例の半導体導波路の構成
説明図である。この図において、１はｎ+ −ＧａＡｓ基
板、２はｎ+ −ＡｌＧａＡｓクラッド層、３は多重量子
井戸層、４はｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層、５1 ，
５2 ，５3，５4 はｐ−拡散層、６は絶縁膜、７は開
口、８は電極、９inは入射励起光、９ out は出射励起
光、１０inは入射信号光、１０out は出射信号光であ
る。
する。図２は、本発明の一実施例の半導体導波路の構成
説明図である。この図において、１はｎ+ −ＧａＡｓ基
板、２はｎ+ −ＡｌＧａＡｓクラッド層、３は多重量子
井戸層、４はｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層、５1 ，
５2 ，５3，５4 はｐ−拡散層、６は絶縁膜、７は開
口、８は電極、９inは入射励起光、９ out は出射励起
光、１０inは入射信号光、１０out は出射信号光であ
る。
【００２７】本発明の一実施例の半導体光導波路をこの
構成説明図によって説明する。キャリア濃度が１×１０
17ｃｍ-3のｎ+ −ＧａＡｓ基板１の上に、厚さが２μｍ
でキャリア濃度が１×１０17ｃｍ-3、Ａｌの組成が０．
３のｎ+ −ＡｌＧａＡｓクラッド層２が形成され、その
上に、キャリア濃度が１×１０15ｃｍ-3で、厚さが５０
Åのｎ−ＡｌＡｓ障壁層と、厚さが５０Åのｎ−Ａｌ
0.15Ｇａ0.85Ａｓ井戸層を２０周期積層された多重量子
井戸層３が形成され、その上に、厚さが２μｍで、キャ
リア濃度が１×１０15ｃｍ-3、Ａｌの組成が０．３であ
るｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層４が形成され、このクラ
ッド層４に、導波路に沿って２．４μｍ間隔でｐ−拡散
層５1 ，５2 ，５3 ，５4 が形成され、その上に形成さ
れた絶縁膜６の開口７を通してｐ−拡散層５1 ，５2 ，
５3 ，５4 に接続される電極８が形成されている。
構成説明図によって説明する。キャリア濃度が１×１０
17ｃｍ-3のｎ+ −ＧａＡｓ基板１の上に、厚さが２μｍ
でキャリア濃度が１×１０17ｃｍ-3、Ａｌの組成が０．
３のｎ+ −ＡｌＧａＡｓクラッド層２が形成され、その
上に、キャリア濃度が１×１０15ｃｍ-3で、厚さが５０
Åのｎ−ＡｌＡｓ障壁層と、厚さが５０Åのｎ−Ａｌ
0.15Ｇａ0.85Ａｓ井戸層を２０周期積層された多重量子
井戸層３が形成され、その上に、厚さが２μｍで、キャ
リア濃度が１×１０15ｃｍ-3、Ａｌの組成が０．３であ
るｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層４が形成され、このクラ
ッド層４に、導波路に沿って２．４μｍ間隔でｐ−拡散
層５1 ，５2 ，５3 ，５4 が形成され、その上に形成さ
れた絶縁膜６の開口７を通してｐ−拡散層５1 ，５2 ，
５3 ，５4 に接続される電極８が形成されている。
【００２８】なお、導波路となる多重量子井戸層３の全
長は、１００μｍである。また、ｐ−拡散層５1 ，
５2 ，５3 ，５4 の間隔である２．４μｍは、波長１．
５５μｍの入射励起光９inと、波長０．７７５μｍの入
射信号光１０inに対する屈折率の差によって、相対的な
位相関係が逆転する距離である。
長は、１００μｍである。また、ｐ−拡散層５1 ，
５2 ，５3 ，５4 の間隔である２．４μｍは、波長１．
５５μｍの入射励起光９inと、波長０．７７５μｍの入
射信号光１０inに対する屈折率の差によって、相対的な
位相関係が逆転する距離である。
【００２９】この半導体光導波路のｎ+ −ＧａＡｓ基板
１と電極８の間に逆方向に電圧（−２５Ｖ）を印加した
状態で、光導波路である多重量子井戸層３の一端（この
図の左下側）から、出力１０ｍＷ、波長０．７７５μｍ
の半導体レーザによる入射励起光９inと、波長１．５５
μｍの入射信号光１０inを入射すると、入射信号光１０
inは１００倍程度増幅されて出力端（この図の右上側）
から出射される。当然であるが、出力端（この図の右上
側）から出射される出射励起光９out のエネルギーは、
信号光に与えた分だけ減少する。
１と電極８の間に逆方向に電圧（−２５Ｖ）を印加した
状態で、光導波路である多重量子井戸層３の一端（この
図の左下側）から、出力１０ｍＷ、波長０．７７５μｍ
の半導体レーザによる入射励起光９inと、波長１．５５
μｍの入射信号光１０inを入射すると、入射信号光１０
inは１００倍程度増幅されて出力端（この図の右上側）
から出射される。当然であるが、出力端（この図の右上
側）から出射される出射励起光９out のエネルギーは、
信号光に与えた分だけ減少する。
【００３０】以上の実施例においては、電界をかけるの
にｐｎ接合を用いたが、前記の説明から、ショットキー
接合を用いても実現できることはいうまでもない。
にｐｎ接合を用いたが、前記の説明から、ショットキー
接合を用いても実現できることはいうまでもない。
【００３１】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
小型のレーザを励起光源とする短い半導体光導波路を用
いたパラメトリック光増幅器を実現することができ、光
通信に用いられる波長１．５５μｍの光を増幅すること
ができ、光通信の高度化に寄与するところが大きい。
小型のレーザを励起光源とする短い半導体光導波路を用
いたパラメトリック光増幅器を実現することができ、光
通信に用いられる波長１．５５μｍの光を増幅すること
ができ、光通信の高度化に寄与するところが大きい。
【図１】本発明の半導体光導波路の原理説明図である。
【図２】本発明の一実施例の半導体導波路の構成説明図
である。
である。
【図３】交互に分極方向を反転した半導体光導波路の構
成説明図である。
成説明図である。
【図４】（Ａ）〜（Ｃ）は光パラメトリック増幅器の増
幅原理説明図である。
幅原理説明図である。
１ ｎ+ −ＧａＡｓ基板 ２ ｎ+ −ＡｌＧａＡｓクラッド層 ３ 多重量子井戸層 ４ ｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層 ５1 ，５2 ，５3 ，５4 ｐ−拡散層 ６ 絶縁膜 ７ 開口 ８ 電極 ９in 入射励起光 ９out 出射励起光 １０in 入射信号光 １０out 出射信号光
Claims (2)
- 【請求項１】 多重量子井戸からなり屈折率が高い半導
体コア層と、該半導体コア層を挟む屈折率が低い半導体
クラッド層を具え、該半導体コア層に光の進行方向に間
隔をおいて周期的に垂直の電界がかかる部分と電界がか
からない部分が形成され光増幅作用を有することを特徴
とする半導体光導波路。 - 【請求項２】 多重量子井戸からなり屈折率が高い半導
体コア層と、該半導体コア層を挟む屈折率が低い半導体
クラッド層を具え、一方の半導体クラッド層に光の進行
方向に間隔をおいて複数の電極が形成され、これらの電
極と他方の半導体クラッド層の間に同一極性の電圧を印
加することによって、該半導体コア層に光の進行方向に
沿って周期的に垂直な電界がかかる部分と電界がかから
ない部分が形成され光増幅作用を有することを特徴とす
る半導体光導波路。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23677392A JPH0685391A (ja) | 1992-09-04 | 1992-09-04 | 半導体光導波路 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23677392A JPH0685391A (ja) | 1992-09-04 | 1992-09-04 | 半導体光導波路 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0685391A true JPH0685391A (ja) | 1994-03-25 |
Family
ID=17005584
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23677392A Withdrawn JPH0685391A (ja) | 1992-09-04 | 1992-09-04 | 半導体光導波路 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0685391A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2017062473A (ja) * | 2015-09-23 | 2017-03-30 | 富士通株式会社 | ブラッグ反射導波路を用いる高調波生成及び位相感応型増幅 |
| CN114217490A (zh) * | 2021-12-06 | 2022-03-22 | 武汉光谷信息光电子创新中心有限公司 | 片上光放大器及其制造方法 |
-
1992
- 1992-09-04 JP JP23677392A patent/JPH0685391A/ja not_active Withdrawn
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2017062473A (ja) * | 2015-09-23 | 2017-03-30 | 富士通株式会社 | ブラッグ反射導波路を用いる高調波生成及び位相感応型増幅 |
| CN114217490A (zh) * | 2021-12-06 | 2022-03-22 | 武汉光谷信息光电子创新中心有限公司 | 片上光放大器及其制造方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 19991130 |