JPH0745860A - 集積型光デバイス、回折格子およびそれを用いた光通信ネットワーク - Google Patents
集積型光デバイス、回折格子およびそれを用いた光通信ネットワークInfo
- Publication number
- JPH0745860A JPH0745860A JP18505293A JP18505293A JPH0745860A JP H0745860 A JPH0745860 A JP H0745860A JP 18505293 A JP18505293 A JP 18505293A JP 18505293 A JP18505293 A JP 18505293A JP H0745860 A JPH0745860 A JP H0745860A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- optical
- waveguide
- cladding layer
- core layer
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Landscapes
- Optical Integrated Circuits (AREA)
- Photo Coupler, Interrupter, Optical-To-Optical Conversion Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 フェイルセーフ機能を持った集積型光デバイ
ス、特に光合分岐器を提供する。 【構成】 二重光導波路構造を持つ光デバイスに光スプ
リツタと屈折率変調層を設けて集積型光デバイスを構成
する。 【効果】 上記目的を実現でき、更に光増幅等の効果を
得ることができる。
ス、特に光合分岐器を提供する。 【構成】 二重光導波路構造を持つ光デバイスに光スプ
リツタと屈折率変調層を設けて集積型光デバイスを構成
する。 【効果】 上記目的を実現でき、更に光増幅等の効果を
得ることができる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は光通信に用いられる集積
型光デバイス特に集積型光分岐合流器に関する。
型光デバイス特に集積型光分岐合流器に関する。
【０００２】
【従来の技術】光通信特に光ローカルネットワーク( 光
ＬＡＮ）に用いられるデバイスのうち、光分岐合流器あ
るいは分波合波器はシステム仕様を決定するキーデバイ
スの一つである。
ＬＡＮ）に用いられるデバイスのうち、光分岐合流器あ
るいは分波合波器はシステム仕様を決定するキーデバイ
スの一つである。
【０００３】光分岐合流デバイスの例としてErman らの
マッハツェンダー モデュレーターズ アンド オプテ
ィカル スイッチス オン ＩＩＩ−Ｖ セミコンダク
ターズ（"Mach-Zender Modulators and Optical Switch
es on III-V Semiconductors" ）（ジャーナル オブ
ライトウェイブ テクノロジー，vol.6, No.6, pp837-8
46, 1988（Journal of Lightwave Technology, vol.6,
No.6, pp837-846, 1988 ））がある。図１４はそれを説
明する平面図、図１５は入出力ポートを形成する光導波
路の断面図である。図１４において61は入力ポートであ
り、62および63は出力ポートである。入力ポート61に入
力された光はビームスプリッタ64によって２つの出力ポ
ート62、63に分岐される。図１５において73はコア層で
あり、クラッド層72に形成された溝77によって横方向の
有効屈折率をつくり付け横モードを安定化している。ビ
ームスプリッタ部64の構造は、この光導波路に光の進行
方向に対して45°の角度で深さがコア73の途中で止まる
様な垂直な溝と全反射ミラーとなる側面からなってい
る。その結果、ポート61から入射した光のうち、ポート
62への分岐はその全反射ミラーによって、またポート63
の方向への分岐は深さ方向の波面分割によって行なわれ
る。
マッハツェンダー モデュレーターズ アンド オプテ
ィカル スイッチス オン ＩＩＩ−Ｖ セミコンダク
ターズ（"Mach-Zender Modulators and Optical Switch
es on III-V Semiconductors" ）（ジャーナル オブ
ライトウェイブ テクノロジー，vol.6, No.6, pp837-8
46, 1988（Journal of Lightwave Technology, vol.6,
No.6, pp837-846, 1988 ））がある。図１４はそれを説
明する平面図、図１５は入出力ポートを形成する光導波
路の断面図である。図１４において61は入力ポートであ
り、62および63は出力ポートである。入力ポート61に入
力された光はビームスプリッタ64によって２つの出力ポ
ート62、63に分岐される。図１５において73はコア層で
あり、クラッド層72に形成された溝77によって横方向の
有効屈折率をつくり付け横モードを安定化している。ビ
ームスプリッタ部64の構造は、この光導波路に光の進行
方向に対して45°の角度で深さがコア73の途中で止まる
様な垂直な溝と全反射ミラーとなる側面からなってい
る。その結果、ポート61から入射した光のうち、ポート
62への分岐はその全反射ミラーによって、またポート63
の方向への分岐は深さ方向の波面分割によって行なわれ
る。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
の構成にはいくつかの大きな欠点がある。
の構成にはいくつかの大きな欠点がある。
【０００５】これらのデバイスを光ネットワーク上で使
用する場合、ネットワーク上の端局あるいはそれにつな
がる端末装置に何等かの障害が起きることは避けられな
い。この時、自動的にフェイルセイフが図れることが望
ましいが上記のデバイス構成では不可能である。
用する場合、ネットワーク上の端局あるいはそれにつな
がる端末装置に何等かの障害が起きることは避けられな
い。この時、自動的にフェイルセイフが図れることが望
ましいが上記のデバイス構成では不可能である。
【０００６】フェイルセーフを図るために他のデバイス
たとえば通常の光スイッチを設けることが考えられる
が、外付けにせざるを得ないため集積化の長所が失わ
れ、拡張性がなくなるだけでなく、大型化、コスト高を
招く。
たとえば通常の光スイッチを設けることが考えられる
が、外付けにせざるを得ないため集積化の長所が失わ
れ、拡張性がなくなるだけでなく、大型化、コスト高を
招く。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明においては、半導
体基板上に、少なくとも第１クラッド層、第１コア層、
第２クラッド層、第２コア層および第３クラッド層を積
層した二重光導波路構造を有し、キヤリア注入可能な構
造の導波型光デバイスにおいて、該第１クラッド層、第
１コア層、第２クラッド層が第１の導電型であり、該第
３クラッド層が第２の導電型であり、少なくとも１つの
導波路が入射光に対して透明であり、デバイスが導波方
向に複数領域に分割されており、該分割領域のうち少な
くとも１つの領域では前記第２クラッド層中あるいは第
３クラッド層中あるいはその両方に屈折率を変調する層
を有し、該分割領域のうち少なくとも１つの領域には、
一方の導波路を導波する導波光の一部あるいは全てを外
部に導く、もしくは該導波路に外部からの入射光を導く
手段を有することを特徴とする集積型光デバイスを実現
し上記課題を解決する。
体基板上に、少なくとも第１クラッド層、第１コア層、
第２クラッド層、第２コア層および第３クラッド層を積
層した二重光導波路構造を有し、キヤリア注入可能な構
造の導波型光デバイスにおいて、該第１クラッド層、第
１コア層、第２クラッド層が第１の導電型であり、該第
３クラッド層が第２の導電型であり、少なくとも１つの
導波路が入射光に対して透明であり、デバイスが導波方
向に複数領域に分割されており、該分割領域のうち少な
くとも１つの領域では前記第２クラッド層中あるいは第
３クラッド層中あるいはその両方に屈折率を変調する層
を有し、該分割領域のうち少なくとも１つの領域には、
一方の導波路を導波する導波光の一部あるいは全てを外
部に導く、もしくは該導波路に外部からの入射光を導く
手段を有することを特徴とする集積型光デバイスを実現
し上記課題を解決する。
【０００８】
【作用】まず、光分岐機能について説明する。
【０００９】導波した光の一部を外部の光ファイバに分
岐したり、外部からの光をデバイス内に導く時、特にそ
の光が広い波長帯の場合、波長依存性のない波面分割型
の光スプリッタが、また100%光を分岐する( 光路を変更
する) 場合、全反射ミラーが有効である。特に断面が45
゜のＶ溝形状を持つ光スプリッタは、100%の光を90゜光
路変更することができる。
岐したり、外部からの光をデバイス内に導く時、特にそ
の光が広い波長帯の場合、波長依存性のない波面分割型
の光スプリッタが、また100%光を分岐する( 光路を変更
する) 場合、全反射ミラーが有効である。特に断面が45
゜のＶ溝形状を持つ光スプリッタは、100%の光を90゜光
路変更することができる。
【００１０】次にフェイルセイフについて説明する。
【００１１】２本の導波路を近接させた構造の光デバイ
スは方向性結合器として一般的によく知られている。こ
のとき、各々の伝搬定数をβ1 およびβ2 とするとΔβ
= β2-β1 および導波路間隔ｄや結合長Ｌによってパワ
ー分岐比が決まり、カプラやスイッチの機能をもたせる
ことができる。さらに、２導波路間に伝搬定数を変調す
る層すなわち屈折率変調層を導入することで、設計の自
由度や製作上の許容度を上げたり、新たな機能例えば光
フィルタリング機能を付加することができる。
スは方向性結合器として一般的によく知られている。こ
のとき、各々の伝搬定数をβ1 およびβ2 とするとΔβ
= β2-β1 および導波路間隔ｄや結合長Ｌによってパワ
ー分岐比が決まり、カプラやスイッチの機能をもたせる
ことができる。さらに、２導波路間に伝搬定数を変調す
る層すなわち屈折率変調層を導入することで、設計の自
由度や製作上の許容度を上げたり、新たな機能例えば光
フィルタリング機能を付加することができる。
【００１２】一方、半導体光導波路のコア層にキャリア
を注入することで、コアの材料できまる波長域の利得媒
質としてすなわち光アンプあるいは半導体レーザとして
使用することができるだけでなく、コア層の屈折率が低
下することを利用して光の強度分布を変化させることが
できる。
を注入することで、コアの材料できまる波長域の利得媒
質としてすなわち光アンプあるいは半導体レーザとして
使用することができるだけでなく、コア層の屈折率が低
下することを利用して光の強度分布を変化させることが
できる。
【００１３】たとえば、第１のコア層および第２のコア
層で方向性結合器を形成し、一方のコア層にのみ周期的
にキャリアを注入する場合を考える。図１３において
(a) および(a)'はキャリア注入前の層構成および屈折率
分布を示している。109 は導電型の互いに異なる領域が
周期的に繰り返す周期的電流狭窄層でありこの場合電子
をブロックするが、屈折率は回りと等価である。１０18
cm-3程度キャリア注入すると屈折率は１０-3オーダで低
下する(Casey and Panish; Heterostructure Lasers (A
cadem ic Press, 1978))。従って、キャリア密度を１０
18cm-3程度にできればキャリア分布は(b) のように周期
的に分布する。この時、屈折率的には（ｂ）’のように
なる。すなわち、周期的にキャリアを注入することは、
屈折率可変グレーティングを形成することと等価であ
る。
層で方向性結合器を形成し、一方のコア層にのみ周期的
にキャリアを注入する場合を考える。図１３において
(a) および(a)'はキャリア注入前の層構成および屈折率
分布を示している。109 は導電型の互いに異なる領域が
周期的に繰り返す周期的電流狭窄層でありこの場合電子
をブロックするが、屈折率は回りと等価である。１０18
cm-3程度キャリア注入すると屈折率は１０-3オーダで低
下する(Casey and Panish; Heterostructure Lasers (A
cadem ic Press, 1978))。従って、キャリア密度を１０
18cm-3程度にできればキャリア分布は(b) のように周期
的に分布する。この時、屈折率的には（ｂ）’のように
なる。すなわち、周期的にキャリアを注入することは、
屈折率可変グレーティングを形成することと等価であ
る。
【００１４】上記の原理をより詳細に説明する。そのグ
レーティングベクトルをＫとするとＢｒａｇｇ 条件(
位相整合条件) は β2=β1+Ｋ ・・・・・・・・・・（１） となる。ここで Δ= β2-( β1+Ｋ) ・・・・・・・・・・（２） とすると、パワー移行率ηは η=1/(1+( Δ/ κ)2) ・sin βcZ2 ・・・・・・・・・・（３） となる。ここでκは２導波路間の結合効率、ｚは進行方
向の座標であり、 βc=( κ2+Δ2)1/2 ・・・・・・・・・・（４） である。これより 最大パワー移行率ηmax は ηmax=1/(1+(Δ/ κ)2) ・・・・・・・・・・（５） であり、最大完全結合長Ｌは Ｌ= π/2βc ・・・・・・・・・・（６） で表せる。ここでキャリア非注入時には Ｋ=0なので Δc = β2-β1 非注入時 Δi = β2,i-( β1,i + Ｋ) 注入時 = Δc-Ｋ キャリア非注入時のκを κ≪1 と選ぶことにより Δ/ κ ≫1 ・・・・キャリア非注入時 ・・・・・（７） Δ/ κ ≪1 ・・・・キャリア注入時 また、周期的電流狭窄層がないときには、常時 Δ/ κ ≪1 ・・・・・（８） となるように層構成の設定が可能である。
レーティングベクトルをＫとするとＢｒａｇｇ 条件(
位相整合条件) は β2=β1+Ｋ ・・・・・・・・・・（１） となる。ここで Δ= β2-( β1+Ｋ) ・・・・・・・・・・（２） とすると、パワー移行率ηは η=1/(1+( Δ/ κ)2) ・sin βcZ2 ・・・・・・・・・・（３） となる。ここでκは２導波路間の結合効率、ｚは進行方
向の座標であり、 βc=( κ2+Δ2)1/2 ・・・・・・・・・・（４） である。これより 最大パワー移行率ηmax は ηmax=1/(1+(Δ/ κ)2) ・・・・・・・・・・（５） であり、最大完全結合長Ｌは Ｌ= π/2βc ・・・・・・・・・・（６） で表せる。ここでキャリア非注入時には Ｋ=0なので Δc = β2-β1 非注入時 Δi = β2,i-( β1,i + Ｋ) 注入時 = Δc-Ｋ キャリア非注入時のκを κ≪1 と選ぶことにより Δ/ κ ≫1 ・・・・キャリア非注入時 ・・・・・（７） Δ/ κ ≪1 ・・・・キャリア注入時 また、周期的電流狭窄層がないときには、常時 Δ/ κ ≪1 ・・・・・（８） となるように層構成の設定が可能である。
【００１５】特に半導体レーザのようにキャリアを高注
入するデバイスの場合、屈折率のキャリア注入効果は大
きいため設計上有利となる。
入するデバイスの場合、屈折率のキャリア注入効果は大
きいため設計上有利となる。
【００１６】次に損失補償機能について説明する。
【００１７】上記二層導波路のうち一方あるいは双方と
も導波光に対して半導体アンプ型利得媒質にすることで
光分岐によって失われた光を補償することができる。
も導波光に対して半導体アンプ型利得媒質にすることで
光分岐によって失われた光を補償することができる。
【００１８】さきに述べたように、半導体光導波路のコ
ア層の上下にＰＮ接合が形成されているとき、キャリア
を注入することで、コアの材料できまる波長域の利得媒
質としてすなわち光アンプとして使用することができ
る。従って前記周期的屈折率変調層においてコアにキャ
リアを注入することにより、上記２つの作用( 光強度分
布変化および光増幅) を同時に満足させることができ
る。
ア層の上下にＰＮ接合が形成されているとき、キャリア
を注入することで、コアの材料できまる波長域の利得媒
質としてすなわち光アンプとして使用することができ
る。従って前記周期的屈折率変調層においてコアにキャ
リアを注入することにより、上記２つの作用( 光強度分
布変化および光増幅) を同時に満足させることができ
る。
【００１９】
【実施例】（実施例１）図１は本発明を説明する実施例
の模式図である。光の進行方向に対して、３個の領域が
直列につながれた構成になっている。領域１および３は
光カプラ/ 光増幅部、領域２は光スプリッタ部である。
領域１および３では（７）式が、領域２では（８）式が
成り立つように層構成を設計した。
の模式図である。光の進行方向に対して、３個の領域が
直列につながれた構成になっている。領域１および３は
光カプラ/ 光増幅部、領域２は光スプリッタ部である。
領域１および３では（７）式が、領域２では（８）式が
成り立つように層構成を設計した。
【００２０】たとえば、図１において、100 はｎ型Ｇａ
Ａｓ基板、101 はｎ型第１クラッド層( Ａｌ0.5 Ｇａ
0.5 Ａｓ、厚さ1.5 μｍ) 、102 はｎ型第１コア層( Ａ
ｌ0.08Ｇａ0.92Ａｓ、厚さ0.1 μｍ) 、103 はn 型第２
クラッド層( Ａｌ0.5 Ｇａ0.5Ａｓ厚さ0.5 μｍ) 、104
はアンドープ第２コア層( Ａｌ0.08Ｇａ0.92Ａｓ、厚
さ0.05μｍ) 、105 はｐ型第３クラッド層( Ａｌ0.5 Ｇ
ａ0.5 Ａｓ、厚さ1.5 μｍ)、106 はコンタクト層( Ｇ
ａＡｓ) である。107 および108 は正電極および負電極
であり、109 は屈折率を変調するための周期的電流狭窄
層である。本実施例の場合、導波光の波長を860nm とし
て、グレーティングピッチ8.5 μｍ、デューティ50％の
矩形状に設定した。
Ａｓ基板、101 はｎ型第１クラッド層( Ａｌ0.5 Ｇａ
0.5 Ａｓ、厚さ1.5 μｍ) 、102 はｎ型第１コア層( Ａ
ｌ0.08Ｇａ0.92Ａｓ、厚さ0.1 μｍ) 、103 はn 型第２
クラッド層( Ａｌ0.5 Ｇａ0.5Ａｓ厚さ0.5 μｍ) 、104
はアンドープ第２コア層( Ａｌ0.08Ｇａ0.92Ａｓ、厚
さ0.05μｍ) 、105 はｐ型第３クラッド層( Ａｌ0.5 Ｇ
ａ0.5 Ａｓ、厚さ1.5 μｍ)、106 はコンタクト層( Ｇ
ａＡｓ) である。107 および108 は正電極および負電極
であり、109 は屈折率を変調するための周期的電流狭窄
層である。本実施例の場合、導波光の波長を860nm とし
て、グレーティングピッチ8.5 μｍ、デューティ50％の
矩形状に設定した。
【００２１】領域１および３のデバイス長は（６）式で
決まる完全結合長( 本実施例では500 μｍ) とし領域２
( 光スプリッタ部) のデバイス長は200 μｍとした。ま
た、入出力端面には、無反射( ＡＲ) コート111 を施し
ている。
決まる完全結合長( 本実施例では500 μｍ) とし領域２
( 光スプリッタ部) のデバイス長は200 μｍとした。ま
た、入出力端面には、無反射( ＡＲ) コート111 を施し
ている。
【００２２】領域２の光スプリッタ部は、導波光を100%
上方へ光路変更するように断面が直角二等辺三角形の溝
を、その深さが第２クラッド層に十分達するように第２
導波路に対して垂直に形成してある。
上方へ光路変更するように断面が直角二等辺三角形の溝
を、その深さが第２クラッド層に十分達するように第２
導波路に対して垂直に形成してある。
【００２３】次に製作方法について簡単に説明する。
【００２４】たとえば、通常の有機金属気相成長法(MOC
VD法) や分子線エピタキシャル成長法(MBE法) を用い
て、まず、(100)n型ＧａＡｓ基板100 上に第１クラッド
層101から第２コア層104 まで成長する。第2 コア層を
成長したあと、第３のクラッド層の内の屈折率を変調す
る層より下の部分になるp 型Ａｌ0.5 Ｇａ0.5 Ａｓ層
(厚さ0.3 μｍ、ｐ〜３×１０17cm-3) 、屈折率を変調
する層、すなわち電流狭窄層の一部になるn 型Ａｌ0.5
Ｇａ0.5 Ａｓ層( 厚さ0.5 μｍ、キャリア濃度ｎ〜３×
１０17cm-3) を形成した後、前述したようにピッチ8.5
μｍのグレーティングパターンを、その深さがp 型Ａｌ
0.5 Ｇａ0.5 Ａｓに達するようにエッチングする。この
後引続き、MOCVD で電流狭窄層と第３のクラッド層のそ
れぞれ一部となるp 型Ａｌ0.5 Ｇａ0.5 Ａｓ層( 厚さ0.
7 μｍ、キャリア濃度ｐ〜３×１０17cm-3) を成長す
る。
VD法) や分子線エピタキシャル成長法(MBE法) を用い
て、まず、(100)n型ＧａＡｓ基板100 上に第１クラッド
層101から第２コア層104 まで成長する。第2 コア層を
成長したあと、第３のクラッド層の内の屈折率を変調す
る層より下の部分になるp 型Ａｌ0.5 Ｇａ0.5 Ａｓ層
(厚さ0.3 μｍ、ｐ〜３×１０17cm-3) 、屈折率を変調
する層、すなわち電流狭窄層の一部になるn 型Ａｌ0.5
Ｇａ0.5 Ａｓ層( 厚さ0.5 μｍ、キャリア濃度ｎ〜３×
１０17cm-3) を形成した後、前述したようにピッチ8.5
μｍのグレーティングパターンを、その深さがp 型Ａｌ
0.5 Ｇａ0.5 Ａｓに達するようにエッチングする。この
後引続き、MOCVD で電流狭窄層と第３のクラッド層のそ
れぞれ一部となるp 型Ａｌ0.5 Ｇａ0.5 Ａｓ層( 厚さ0.
7 μｍ、キャリア濃度ｐ〜３×１０17cm-3) を成長す
る。
【００２５】キャリア濃度を〜３×１０17cm-3に設定し
たのは、キャリア非注入時にこの領域で屈折率差が生じ
ないようにするためである。この結果、周期的電流狭窄
層109 が作製される。この後、コンタクト層106 を成長
する。
たのは、キャリア非注入時にこの領域で屈折率差が生じ
ないようにするためである。この結果、周期的電流狭窄
層109 が作製される。この後、コンタクト層106 を成長
する。
【００２６】次に領域２に断面がＶ字型の溝をドライエ
ッチング等で形成する。本実施例の場合外部ファイバに
接続することを前提に通常の0 ゜ミラーと45゜ミラーの
組み合わせとした。
ッチング等で形成する。本実施例の場合外部ファイバに
接続することを前提に通常の0 ゜ミラーと45゜ミラーの
組み合わせとした。
【００２７】また、横モードの制御のために埋め込み構
造等をつくり付けた。図１０は図１の断面の模式図であ
り、図中350 はＡｌ0.5 Ｇａ0.5 Ａｓ高抵抗埋め込み層
である。
造等をつくり付けた。図１０は図１の断面の模式図であ
り、図中350 はＡｌ0.5 Ｇａ0.5 Ａｓ高抵抗埋め込み層
である。
【００２８】最後に、光カプラ/ 光増幅部( 領域1 およ
び領域2)に電極を形成することで本実施例は完成する。
び領域2)に電極を形成することで本実施例は完成する。
【００２９】次に動作原理について図を用いて説明す
る。
る。
【００３０】例えば波長860nｍの光を左方向から第1 コ
ア層102 のみに導波させる場合を考える。
ア層102 のみに導波させる場合を考える。
【００３１】ここでは第１コア層は導波光に対して透明
媒質になっている。
媒質になっている。
【００３２】1)全領域にキャリアを注入しない時( 図
２) 図２において、前述のように周期的電流狭窄層付近では
屈折率の変化はないので光導波路204 に入力された光20
1 は導波路２の導波モードとは全くカップルしない。従
って領域２および領域３を通過し、外部へ出力される(
フェイルセイフ機能) 。
２) 図２において、前述のように周期的電流狭窄層付近では
屈折率の変化はないので光導波路204 に入力された光20
1 は導波路２の導波モードとは全くカップルしない。従
って領域２および領域３を通過し、外部へ出力される(
フェイルセイフ機能) 。
【００３３】2)領域１および領域３にキャリアを注入し
たとき( 図３) 正電極から注入されたキャリアは、周期的電流狭窄層10
9 によってキャリア分布が変調され、第２コア層104 中
に、キャリア分布ができ、これに対応した等価的屈折率
分布が形成される。従って、導波路１に導波された光30
1 は、前述した原理により周期的電流狭窄層109 によっ
て第２導波路とカップリングする。ここでは注入された
キャリア密度に対して移行率100%となるように設定され
ているので、完全結合長だけ導波すると移行率100%で導
波路2 へ移る( 電界分布を302 で示した) 。第２コア層
104 を通過したキャリアは第１コア層102 にも流れ込む
が、キャリアの拡散効果やキャリアの注入効率が低い(
第２コア層にはpn接合はないため) ために第１コア層10
2 では屈折率は変調されない。
たとき( 図３) 正電極から注入されたキャリアは、周期的電流狭窄層10
9 によってキャリア分布が変調され、第２コア層104 中
に、キャリア分布ができ、これに対応した等価的屈折率
分布が形成される。従って、導波路１に導波された光30
1 は、前述した原理により周期的電流狭窄層109 によっ
て第２導波路とカップリングする。ここでは注入された
キャリア密度に対して移行率100%となるように設定され
ているので、完全結合長だけ導波すると移行率100%で導
波路2 へ移る( 電界分布を302 で示した) 。第２コア層
104 を通過したキャリアは第１コア層102 にも流れ込む
が、キャリアの拡散効果やキャリアの注入効率が低い(
第２コア層にはpn接合はないため) ために第１コア層10
2 では屈折率は変調されない。
【００３４】一方、領域２ではＶ溝によって導波光外部
に取り出されるとともに、45゜ミラー面によって上方に
出射される。本実施例ではＶ溝が第２クラッド層に達す
るまで深く形成してあるので導波光は100%外部に取り出
される。したがって、先球ファイバあるいは適当なレン
ズを含む光学系と結合させることで外部に出力すること
ができると同時に領域３には導波光は進行しないことに
なる。ここでＶ溝の深さを制御することで一部を上方へ
他を領域３へ出力できるように設定することもできる。
に取り出されるとともに、45゜ミラー面によって上方に
出射される。本実施例ではＶ溝が第２クラッド層に達す
るまで深く形成してあるので導波光は100%外部に取り出
される。したがって、先球ファイバあるいは適当なレン
ズを含む光学系と結合させることで外部に出力すること
ができると同時に領域３には導波光は進行しないことに
なる。ここでＶ溝の深さを制御することで一部を上方へ
他を領域３へ出力できるように設定することもできる。
【００３５】図３では一方向のみについて述べたが、本
実施例の場合左右対称に設計されているので逆方向もか
ら光を入射場合も全く同様の機能を持つ。
実施例の場合左右対称に設計されているので逆方向もか
ら光を入射場合も全く同様の機能を持つ。
【００３６】逆に、先球ファイバ110cからＶ溝に光が入
射するとき、光スプリッタで双方向に光が導波し、領域
１および３がONのとき導波路２から導波路１に移行す
る。領域１および３がOFF の時は、導波路１に移行する
ことなく外部へ発散するため、光ファイバには結合しな
い。すなわち目的に応じて、ファイバに出力するか否か
を選ぶことができる。領域１、３の内一方をONに他方を
OFF にすることも出来る。
射するとき、光スプリッタで双方向に光が導波し、領域
１および３がONのとき導波路２から導波路１に移行す
る。領域１および３がOFF の時は、導波路１に移行する
ことなく外部へ発散するため、光ファイバには結合しな
い。すなわち目的に応じて、ファイバに出力するか否か
を選ぶことができる。領域１、３の内一方をONに他方を
OFF にすることも出来る。
【００３７】導波した光は領域１あるいは領域３に達す
ると、ONのときには前述したように利得媒質となってい
るので光が増幅されるとともに、光強度分布が第２導波
路から第１導波路にシフトする。したがってＶ溝入射時
の結合損失および分岐損失を補うことができる（損失補
償）。
ると、ONのときには前述したように利得媒質となってい
るので光が増幅されるとともに、光強度分布が第２導波
路から第１導波路にシフトする。したがってＶ溝入射時
の結合損失および分岐損失を補うことができる（損失補
償）。
【００３８】（実施例２）実施例１では光ファイバとの
結合のしやすさを考えてデバイス面に対して垂直に入出
力できるような光スプリッタを選んだが、もし他の半導
体デバイスと導波路で結合し、集積型の光ノードに用い
る場合には、上方ではなく、水平方向に分岐するスプリ
ッタを用いても良い。図５はその平面図であり、図６は
A-A'で切った断面を示している。この構造ではスリット
型光スプリッタのスリット幅や深さを制御することで分
岐比を変化させることができる。
結合のしやすさを考えてデバイス面に対して垂直に入出
力できるような光スプリッタを選んだが、もし他の半導
体デバイスと導波路で結合し、集積型の光ノードに用い
る場合には、上方ではなく、水平方向に分岐するスプリ
ッタを用いても良い。図５はその平面図であり、図６は
A-A'で切った断面を示している。この構造ではスリット
型光スプリッタのスリット幅や深さを制御することで分
岐比を変化させることができる。
【００３９】（実施例３）キャリア注入による屈折率の
変化は、バンドフィリング、バンドシュリンケージ、プ
ラズマ分散等の重ね合わせとして生じているとされてい
る。
変化は、バンドフィリング、バンドシュリンケージ、プ
ラズマ分散等の重ね合わせとして生じているとされてい
る。
【００４０】実施例１において第２コア層に量子井戸層
を用いることで主にバンドフィリング効果によって屈折
率変化量はバルクの場合に比べより大きくなる。この具
体例を図７に示した。横軸は層厚、縦軸はAl混晶比を現
している。104aは多重量子井戸である。さらに歪量子井
戸を用いることでバンドフィリング、バンドシュリンケ
ージおよびプラズマ分散すべてに大きな影響を及ぼすの
で設計次第では微少電流で大きな屈折率変化をもたらす
ことができる。
を用いることで主にバンドフィリング効果によって屈折
率変化量はバルクの場合に比べより大きくなる。この具
体例を図７に示した。横軸は層厚、縦軸はAl混晶比を現
している。104aは多重量子井戸である。さらに歪量子井
戸を用いることでバンドフィリング、バンドシュリンケ
ージおよびプラズマ分散すべてに大きな影響を及ぼすの
で設計次第では微少電流で大きな屈折率変化をもたらす
ことができる。
【００４１】（実施例４）周期的電流狭窄層を第２クラ
ッド中に設定することで以下のメリットがある。 1)キャリア注入時に第２コア層におけるキャリア分布を
精度よく制御できる。 2)周期的電流狭窄層の位置によっては第１コア層102 に
もキャリア分布を誘起できる。 3)カップリングを大きくすることができる。
ッド中に設定することで以下のメリットがある。 1)キャリア注入時に第２コア層におけるキャリア分布を
精度よく制御できる。 2)周期的電流狭窄層の位置によっては第１コア層102 に
もキャリア分布を誘起できる。 3)カップリングを大きくすることができる。
【００４２】このときの具体的な層構成を図８に示し
た。第１導波路と第２導波路のモードカップリングを強
くするために新たに光ガイド層103bを導入してある。
た。第１導波路と第２導波路のモードカップリングを強
くするために新たに光ガイド層103bを導入してある。
【００４３】（実施例５）実施例１において領域１およ
び３の損失補償効果が不十分な場合、あらたに周期的電
流狭窄層を有しない領域を設けて利得のみを与えること
で、損失補償と光分布のシフトを独立に行うことができ
る。図９はその模式図である。図において領域４および
５は光増幅領域を示している。この例では実施例３の周
期的電流狭窄層を用いた。
び３の損失補償効果が不十分な場合、あらたに周期的電
流狭窄層を有しない領域を設けて利得のみを与えること
で、損失補償と光分布のシフトを独立に行うことができ
る。図９はその模式図である。図において領域４および
５は光増幅領域を示している。この例では実施例３の周
期的電流狭窄層を用いた。
【００４４】次に、本発明の装置を光通信ネットワーク
へ適用した実施例について説明する。
へ適用した実施例について説明する。
【００４５】伝送路形態がバス型、スター型あるいはル
ープ型の光通信ネットワークにおいて光を分岐して情報
を取り出したり、端末装置からネットワークへ情報を送
信する場合、ネットワーク上に光ノードを配置する。本
発明のデバイスをこのノードの一要素として構成するこ
とに様々なネットワークあるいはプロトコルに対応する
ことができる。
ープ型の光通信ネットワークにおいて光を分岐して情報
を取り出したり、端末装置からネットワークへ情報を送
信する場合、ネットワーク上に光ノードを配置する。本
発明のデバイスをこのノードの一要素として構成するこ
とに様々なネットワークあるいはプロトコルに対応する
ことができる。
【００４６】（実施例６）図１１は本発明の装置をバス
型光ネットワークの光ノードに適用した例である。
型光ネットワークの光ノードに適用した例である。
【００４７】図１１において、400 はバスライン、401
〜405 は本発明の光デバイスを含む光ノードである。ま
た、411 〜415 は光ノードにつながる端局の入出力装置
を行う端末装置である。
〜405 は本発明の光デバイスを含む光ノードである。ま
た、411 〜415 は光ノードにつながる端局の入出力装置
を行う端末装置である。
【００４８】たとえば、イーサネット等のCSMACDを用い
ているネットワークの場合、第１の実施例のデバイスの
前後にバスラインを配置し、スプリッタ部で一部の光を
分岐するように配置する。このとき、常にネットワーク
上の信号をモニタできるので、ノードに入った光を一部
取り込み、自局あての信号の場合は受信回路に取り込
む。自局宛でない場合はそれ以降の信号を通過させる。
また、端末装置あるいはノードそのものに故障が生じた
場合はノードの電源が切れるようにしておけば、このノ
ードは完全に通過するので自動的にフェイルセーフが図
られる。
ているネットワークの場合、第１の実施例のデバイスの
前後にバスラインを配置し、スプリッタ部で一部の光を
分岐するように配置する。このとき、常にネットワーク
上の信号をモニタできるので、ノードに入った光を一部
取り込み、自局あての信号の場合は受信回路に取り込
む。自局宛でない場合はそれ以降の信号を通過させる。
また、端末装置あるいはノードそのものに故障が生じた
場合はノードの電源が切れるようにしておけば、このノ
ードは完全に通過するので自動的にフェイルセーフが図
られる。
【００４９】前述したように、本発明は入出力を逆にし
ても動作する双方向デバイスであるため双方向バスに使
うことができる。
ても動作する双方向デバイスであるため双方向バスに使
うことができる。
【００５０】（実施例７）図１２は本発明の装置をリン
グ型ネットワークでトークンリング方式で使う場合の構
成図である。図において401 〜406 は光ノード、411 〜
416 はそれにつながる端末装置である。
グ型ネットワークでトークンリング方式で使う場合の構
成図である。図において401 〜406 は光ノード、411 〜
416 はそれにつながる端末装置である。
【００５１】トークンリングでは各光ノードで再生中継
をおこなうため、光ノードには100%分岐（光路変更）す
る実施例１のデバイスを用いた。さらに端末装置からの
信号を一方向にのみ放出するために、放出する側のカプ
ラ/ 増幅部のみONにする。
をおこなうため、光ノードには100%分岐（光路変更）す
る実施例１のデバイスを用いた。さらに端末装置からの
信号を一方向にのみ放出するために、放出する側のカプ
ラ/ 増幅部のみONにする。
【００５２】もちろん、両方をOFF とすることでフェイ
ルセーフが図られることは実施例６と同じである。
ルセーフが図られることは実施例６と同じである。
【００５３】（他の実施例）前述の実施例においては屈
折率を変調する層として、電流狭窄層を用いたが、普通
のグレーティングを使うことも出来る。但し普通のグレ
ーティングを使うとキャリア注入がなくても導波モード
の結合が起こるので、その結合の程度がそのデバイスに
対する仕様に対して無視出来る時に使用可能となる。
折率を変調する層として、電流狭窄層を用いたが、普通
のグレーティングを使うことも出来る。但し普通のグレ
ーティングを使うとキャリア注入がなくても導波モード
の結合が起こるので、その結合の程度がそのデバイスに
対する仕様に対して無視出来る時に使用可能となる。
【００５４】また前述の実施例においては第２コア層の
導電型はアンドープとしたが、ｐ，ｎのいずれかでも実
施可能である。
導電型はアンドープとしたが、ｐ，ｎのいずれかでも実
施可能である。
【００５５】
【発明の効果】本発明の効果は以下の通りである。 1)光カプラ、光アンプ、光スプリッタがモノリシックに
集積化されているため、小型かつ高機能である。 2)端末装置や光ノードを構成する他のデバイスが故障し
た場合のフェイルセーフが自動的に行われる。 3)ネットワークの構成によって単方向デバイスと双方向
デバイスの機能を使い分けることができる。
集積化されているため、小型かつ高機能である。 2)端末装置や光ノードを構成する他のデバイスが故障し
た場合のフェイルセーフが自動的に行われる。 3)ネットワークの構成によって単方向デバイスと双方向
デバイスの機能を使い分けることができる。
【図１】実施例１の構成を示す図。
【図２】実施例１の動作原理を示す図。
【図３】実施例１の動作原理を示す図。
【図４】実施例１の動作原理を示す図。
【図５】実施例２の構成を示す上面図。
【図６】実施例２の構成を示す断面図。
【図７】実施例３の層構成とＡｌ混晶比を示す図。
【図８】実施例４の層構成とＡｌ混晶比を示す図。
【図９】実施例５の構成を示す図。
【図１０】実施例１の構成を示す図。
【図１１】実施例６の構成を示す図。
【図１２】実施例７の構成を示す図。
【図１３】本発明におけるキャリア注入と屈折率分布の
変化の関係を示す図。
変化の関係を示す図。
【図１４】従来例の構成を示す図。
【図１５】従来例の構成を示す図。
１００ 基板 １０１ 第１クラッド層 １０２ 第１コア層 １０３ 第２クラッド層 １０４ 第２コア層 １０５ 第３クラッド層 １０６ コンタクト層 １０７ 正電極 １０８ 負電極 １０９ 周期的電流狭窄層 １１０ 先球光ファイバ １１１ 無反射膜 １１２ 光スプリッタ １５１ スリット型光スプリッタ ３５０ 高抵抗埋め込み層 ４０１、４０２、４０３、４０４、４０５、４０６ 光
ノード
ノード
Claims (6)
- 【請求項１】 半導体基板上に、少なくとも第１クラッ
ド層、第１コア層、第２クラッド層、第２コア層および
第３クラッド層を積層した二重光導波路構造を有し、キ
ヤリア注入可能な構造の導波型光デバイスにおいて、該
第１クラッド層、第１コア層、第２クラッド層が第１の
導電型であり、該第３クラッド層が第２の導電型であ
り、少なくとも１つの導波路が入射光に対して透明であ
り、デバイスが導波方向に複数領域に分割されており、
該分割領域のうち少なくとも１つの領域では前記第２ク
ラッド層中あるいは第３クラッド層中あるいはその両方
に屈折率を変調する層を有し、該分割領域のうち少なく
とも１つの領域には、一方の導波路を導波する導波光の
一部あるいは全てを外部に導く、もしくは該導波路に外
部からの入射光を導く手段を有することを特徴とする集
積型光デバイス。 - 【請求項２】 前記屈折率を変調する層の屈折率は、そ
れに近接する前記クラッド層と同一であり、かつ該屈折
率を変調する層の導電型は前記クラッド層の導電型と異
なる領域と同じ領域とを周期的に繰り返すものであり、
前記複数の分割領域に独立にキヤリアを注入する手段を
有することを特徴とする請求項１記載の集積型光デバイ
ス。 - 【請求項３】 前記第１コア層あるいは第２コア層ある
いはその両方の構造が単一あるいは複数の量子井戸から
なることを特徴とする請求項１及び２記載の集積型光デ
バイス。 - 【請求項４】 入射光に対し前記第２コア層が利得媒質
であることを特徴とする請求項１乃至３項記載の集積型
光デバイス。 - 【請求項５】 前記一方の導波路を導波する導波光の一
部あるいは全てを外部に導く、もしくは該導波路に外部
からの入射光を導く手段が、前記第２コア層にまで達す
る側面がミラーになっている溝であることを特徴とする
請求項１乃至４項記載の集積型光デバイス。 - 【請求項６】 請求項１乃至５記載の集積光デバイスが
複数の端局を有する光伝送路上に配置され、キャリア非
注入時には、入射光がそのまま出力されることを特徴と
する光通信ネットワーク。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18505293A JPH0745860A (ja) | 1993-07-27 | 1993-07-27 | 集積型光デバイス、回折格子およびそれを用いた光通信ネットワーク |
| DE69415576T DE69415576T2 (de) | 1993-03-15 | 1994-03-14 | Optische Vorrichtungen und optische Übertragungssystemen die diese verwenden |
| EP94103891A EP0620475B1 (en) | 1993-03-15 | 1994-03-14 | Optical devices and optical communication systems using the optical device |
| US08/571,741 US5613020A (en) | 1993-03-15 | 1995-12-13 | Optical devices having a periodical current restraint layer and optical communication systems using the optical device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18505293A JPH0745860A (ja) | 1993-07-27 | 1993-07-27 | 集積型光デバイス、回折格子およびそれを用いた光通信ネットワーク |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0745860A true JPH0745860A (ja) | 1995-02-14 |
Family
ID=16163963
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18505293A Pending JPH0745860A (ja) | 1993-03-15 | 1993-07-27 | 集積型光デバイス、回折格子およびそれを用いた光通信ネットワーク |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0745860A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005274962A (ja) * | 2004-03-24 | 2005-10-06 | Fuji Xerox Co Ltd | 光導波路配線基板及びその製造方法、光導波路配線基板作製用原板並びに光電気混載基板 |
| KR100937591B1 (ko) * | 2007-12-17 | 2010-01-20 | 한국전자통신연구원 | 반도체 광전 집적회로 및 그 형성 방법 |
-
1993
- 1993-07-27 JP JP18505293A patent/JPH0745860A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005274962A (ja) * | 2004-03-24 | 2005-10-06 | Fuji Xerox Co Ltd | 光導波路配線基板及びその製造方法、光導波路配線基板作製用原板並びに光電気混載基板 |
| KR100937591B1 (ko) * | 2007-12-17 | 2010-01-20 | 한국전자통신연구원 | 반도체 광전 집적회로 및 그 형성 방법 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Jones et al. | Heterogeneously integrated InP\/silicon photonics: fabricating fully functional transceivers | |
| US6795622B2 (en) | Photonic integrated circuits | |
| Heck et al. | Hybrid silicon photonic integrated circuit technology | |
| US5613020A (en) | Optical devices having a periodical current restraint layer and optical communication systems using the optical device | |
| US8213751B1 (en) | Electronic-integration compatible photonic integrated circuit and method for fabricating electronic-integration compatible photonic integrated circuit | |
| JP3833313B2 (ja) | 半導体レーザ素子 | |
| EP0501751A1 (en) | Method of producing optical integrated circuit | |
| US20160238795A1 (en) | Loss compensated optical switching | |
| US6282345B1 (en) | Device for coupling waveguides to one another | |
| US5862168A (en) | Monolithic integrated optical semiconductor component | |
| AU7727500A (en) | Integrated wavelength tunable single and two-stage all-optical wavelength converter | |
| US11804905B1 (en) | Optical full-field transmitter | |
| US7110169B1 (en) | Integrated optical device including a vertical lasing semiconductor optical amplifier | |
| JP3104798B2 (ja) | 集積型光カップラ及びその製造方法 | |
| JPH0745860A (ja) | 集積型光デバイス、回折格子およびそれを用いた光通信ネットワーク | |
| JP3302088B2 (ja) | 集積型光デバイスおよびそれを用いた光通信ネットワーク | |
| WO2022003937A1 (ja) | 半導体光集積素子 | |
| JP3104831B2 (ja) | 集積型光デバイス及びそれを用いた光通信ネットワーク | |
| EP1314333B1 (en) | Integrated optical router and wavelength convertor matrix | |
| Van Roijen et al. | Over 15 dB gain from a monolithically integrated optical switch with an amplifier | |
| WO2020129768A1 (ja) | 光スイッチ素子 | |
| CA2267018C (en) | Optical wavelength converter with active waveguide | |
| JPH07142699A (ja) | 半導体光集積素子及びその製造方法 | |
| Aihara et al. | Heterogeneously integrated membrane DFB laser and Si Mach-Zehnder modulator on Si photonics platform | |
| Shibata et al. | Semiconductor monolithic wavelength selective router using a grating switch integrated with a directional coupler |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20020416 |