JPH0933868A - 光素子 - Google Patents

光素子

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JPH0933868A
JPH0933868A JP18233495A JP18233495A JPH0933868A JP H0933868 A JPH0933868 A JP H0933868A JP 18233495 A JP18233495 A JP 18233495A JP 18233495 A JP18233495 A JP 18233495A JP H0933868 A JPH0933868 A JP H0933868A
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JP
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JP18233495A
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English (en)
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Tatsuya Takeshita
達也 竹下
Mitsuru Naganuma
充 永沼
Minoru Okamoto
稔 岡本
Katsuaki Kiyoku
克明 曲
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】入射光の偏波方向によって動作特性が変化しな
い導波路型の光素子を得る。 【解決手段】1μm以下のメサ幅内で活性層または能動
層1を複数に分割し、光強度が最も強い上記メサの中央
部を避けて水平方向に配置する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、入射光の偏波方向
によって動作特性が変化しない導波路型の光素子に関す
るものである。
【0002】
【従来の技術】温度および圧力の変化が原因となり、単
一モードの光ファイバから出射される信号光の偏波面
は、時間とともに変化する。このため、一度光ファイバ
を経由した光を取り扱うためには、動作特性が入力光の
偏波に依存しない光素子が必要である。偏波無依存性が
要求される光素子には、ゲート型半導体光スイッチ、半
導体光増幅器、半導体光変調器、光受光器、光導波路等
がある。これらの光素子の偏波無依存化の手法は共通な
ので、ゲート型半導体光スイッチを取り上げ、偏波無依
存化の手段を示す。
【0003】ゲート型半導体光スイッチは半導体光増幅
器を基本にした光スイッチである。ゲート型半導体光ス
イッチは、電流を注入しない時に光を遮断(オフ状態)
し、電流を注入した時に増幅した光を通過(オン状態)
させる。ゲート型半導体光スイッチの一つとして、バル
ク半導体を活性層にする光スイッチがある。バルク半導
体を活性層にしたゲート型半導体光スイッチの構造図を
図3に示す。図3において、15はバルク半導体活性層
(1.3μm、組成InGaAsP層)、16はバッファ層
(n‐InP)、17は上側クラッド層(p‐InP)、
18はキャップ層(p(+)‐InGaAsP)、19は電
流阻止層(下からp‐InP/n‐InP)、20はSi
N絶縁膜層、21はp電極、22は基板(n‐In
P)、23はn電極である。電流は電流阻止層19でブ
ロックされ、活性層15へ効率的に注入される構造にな
っている。
【0004】活性層にキャリアが注入されると利得が生
じる。一方、従来のゲート型半導体光スイッチでは活性
層構造が幅方向に長い構造、例えばメサ(活性層)幅2
μm、活性層厚0.3μmになっているため、利得の偏
波依存性が存在していた。
【0005】信号利得G(dB)は進行波型半導体レー
ザ増幅器と同様に次式で表される。
【0006】 G=10・L{Γg−α}・log(e)dB ただし、Γは光閉じ込め係数、gは利得係数(cm
~1)、αは導波路損失(cm~1)、Lは素子長(cm)、
logは常用対数である。gはバルク半導体を活性層にし
ているので偏波依存性がない。αは自由電子吸収による
ものである。したがって、バルク半導体を活性層にする
ゲート型半導体光スイッチは、活性層構造に依存する水
平方向のΓと垂直方向のΓとの差が利得の偏波依存性を
支配している。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】上記のようにメサ(活
性層領域)幅が2μm程度のゲート型半導体光スイッチ
は利得の偏波依存性を示すが、偏波無依存化するために
は、活性層の断面を正方形状にする必要がある。通常、
バルク半導体活性層は最大厚さでも0.3〜0.4μmで
あるため、幅も同程度でなければならない。本発明が解
決しようとする課題は、活性層幅が増加しても光閉じ込
め係数を上げないようにすることである。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記課題の解決は、つぎ
に示すような手段によって得られる。すなわち、シン
グルモードの信号を得るために1μm以下のメサ幅をも
つ複数の活性層(または能動層)が、上記メサの中央部
を避けて水平方向に隣接配置され、一つの導波モードを
共有する活性層の集団(または能動層の集団)を、活性
領域(または能動領域)とすること、上記手段におけ
る活性層(または能動層)の閉じ込め係数が、基板に対
して垂直な方向と水平な方向とで等しくなるように、活
性層(または能動層)の間隔および幅を調節すること、
上記各手段において、活性層(または能動層)に挾ま
れた領域が電流阻止能力をもつこと、上記活性層(ま
たは能動層)に挾まれた領域が、(111)B面を2つ
の斜面とする三角柱であること、によって解決される。
【0009】
【発明の実施の形態】単一の活性層(または能動層)を
光が導波する場合には、活性層(または能動層)の中央
部で光強度が一番強い。本発明の光素子ではマルチモー
ドを避けてシングルモードの信号を得るために、活性層
(または能動層)を含むメサの幅を1μm以下に定め、
1μm以下のメサ幅をもつ複数の活性層(または能動
層)が、上記メサの中央部分を避けて水平方向に隣接配
置され、一つの導波モードを共有する活性層(または能
動層)の集団を活性領域(または能動領域)とすること
によって、活性層(または能動層)が分散されて光がメ
サの中央に集中しないため、それぞれの活性層(または
能動層)の幅の和に等しい幅をもつ単一の活性層(また
は能動層に比べて、水平方向の光閉じ込め係数が低下す
る。ここで、上記メサとは、基板上にバッファ層、活性
層、電流阻止層、上側クラッド層、キャップ層を積層し
たのち、キャップ層、上側クラッド層を含む上記活性層
の両外側を、基板上面までドライエッチングで除去した
のちに残る部分であって、活性層と電流阻止層とを含む
領域である。すなわち、活性層(または能動層)の間隔
および幅を適当に選ぶことにより、水平方向と垂直方向
の光閉じ込め係数を一致させることが可能となり、偏波
無依存化を達成することができる。また、上記活性層
(または能動層)の集団を活性領域(または能動領域)
とし、活性層(または能動層)閉じ込め係数が基板の垂
直と水平の方向で等しくなるように、間隔および幅を調
節した活性層(または能動層)に挾まれた領域が電流阻
止能力をもち、また、上記活性層(または能動層)に挾
まれた領域が(111)B面を、それぞれ2つの斜面と
する三角柱であることによって、電流を活性層(または
能動層)に効率よく流入できるため、上記各手段によっ
て達成できる偏波無依存素子の駆動電流を低く抑えるこ
とができる。
【0010】
【実施例】つぎに、本発明による光素子の実施例を図面
とともに説明する。本発明の実施例としてゲート型半導
体光スイッチの構造断面を示す図1において、1は活性
層(1.3μm、組成p‐InGaAsP)、2はバッファ
層(n‐InP)、3は電流阻止層(SI‐InP)、4
は上側クラッド層(p‐InP)、5はキャップ層(p
(+)‐InGaAsP)、6は電流阻止層(SI‐In
P)、7はSiNx絶縁膜層、8はp電極(AuZnNi/
Au)、9は基板(n‐InP)、10はn電極(AuGe
Ni/Au)である。本実施例では電流阻止層3を中央付
近に置き、活性層1は上記電流阻止層3の左右に配置し
ている。なお、活性層の厚さは0.3μmであり、幅は
それぞれ0.5μmとした。
【0011】図2は本発明によるゲート型半導体光スイ
ッチの作製方法を示す図である。最初に選択成長用のS
iNx絶縁膜11をn‐InP基板9上に形成したのち、
選択成長を行って電流阻止層3を図2(a)に示すよう
に作製するが、電流阻止層3は(111)B面を、それ
ぞれ斜辺とする三角形の断面になる。つぎに、上記Si
x絶縁膜11を除去したのち2回目の再成長を行い、
バッファ層(n‐InP)2、活性層(1.3μm、組成
p‐InGaAsP)1、上側クラッド層(p‐InP)
4、キャップ層(p(+)‐InGaAsP)5を作製す
る。なお、上記電流阻止層3の斜辺は(111)B面で
あるため成長膜の成長速度が遅く、したがって上記活性
層1の断面は台形形状になる。また、n‐InP層13
と1.3μm組成p‐InGaAsP層12は、2回目の再
成長を行う際に図2(b)に示すように同時に作製され
る。その後、図2(b)に示す両側の各層5,4,1
2,13,14をドライエッチングで除去してメサを形
成し、そのあとに図1に示すような電流阻止層(SI‐
InP)6を作製し、最後にp電極(AuZnNi/Au)
8とn電極(AuGeNi/Au)10とを作製する。
【0012】活性層1に電流を注入すると利得を生じ
る。電流は電流阻止層3および6によって狭窄され、活
性層1に効率的に注入される。したがって、この素子は
動作電流の低減に有効な構造である。利得の偏波依存性
をなくすためには、基板に平行な方向と垂直な方向とに
光閉じ込め係数を一致させればよく、これにより偏波無
依存化を実現することができる。活性層1は台形形状を
しており、左側の活性層1は上底が0.4μm、下底が
0.6μm(中央部で幅0.5μm)で、厚さを0.3μ
mとした。上記活性層1は電流阻止層3を中心にして左
右に配置しているため、電流阻止層3がない場合に比べ
て光閉じ込め係数を小さくすることができる。また、電
流阻止層3の幅を調整することによって、光閉じ込め係
数を変化させることができる。その結果、TMモードの
信号利得とTEモードの信号利得とを等価にすることが
でき、低偏波、低動作電流、高利得のゲート型半導体光
スイッチを実現することができる。
【0013】上記構成のゲート型半導体光スイッチに信
号光を入射したところ、TEモードおよびTMモードの
偏波利得差が1dB以下となり、また、20mAの駆動
電流で5dBの利得が得られ、低偏波、低駆動電流、高
利得の光ゲートスイッチが実現できた。なお、電流阻止
層3または6としてSI‐InPを用いたが、p‐InP/
n-InP層を用いても同様に電流狭窄を行うことができ
る。また、電流阻止層3または6の代わりにp‐InP
層を用いても、基板9のn‐InPとはビルトインポテ
ンシャルが大きなホモジャンクションを形成し、電流狭
窄を行うことができる。さらに本実施例では、活性層が
2つの場合について示したが、活性層が3つ以上でも同
様の効果を得ることができる。また、本実施例ではゲー
ト型半導体光スイッチを例にとり説明したが、光増幅器
においても、同様の工程・構造で偏波依存性がない素子
を実現できることは明らかである。
【0014】なお、本発明による偏波無依存の光素子に
おいては、活性層の幅を狭くしていくと横方向の光閉じ
込め係数が減少し、TM利得が高いゲートスイッチも実
現できる。TE利得が高いゲート型半導体光スイッチと
TM利得が高いゲート型半導体光スイッチとを、直列ま
たは並列に接続することによっても、偏波無依存化が達
成できることはいうまでもない。
【0015】
【発明の効果】上記のように本発明の光素子は、1μm
以下のメサ幅をもつ複数の活性層または能動層が、上記
メサの中央部を避けて水平方向に隣接して配置され、一
つの導波モードを共有している上記活性層の集団または
上記能動層の集団を、活性領域または能動領域としたこ
とにより、ゲート型半導体光スイッチまたは光増幅器の
活性層、あるいは光変調器または光検出器の能動層を複
数に分割し、光強度が最も強いメサの中央部に配置しな
いようにして、光閉じ込め係数を低下させた。このた
め、活性層または能動層が単一の場合に比べメサ(活性
層+電流阻止層)幅の合計が大きくても、水平方向と垂
直方向の光閉じ込め係数を等しくすることができ、利得
の偏波無依存化を実現した光素子を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による光素子の一実施例としてゲート型
半導体光スイッチの断面を示す構造図である。
【図2】上記ゲート型半導体光スイッチの作製方法を示
す図で、(a)および(b)は、作製の工程における各
段階を示す図である。
【図3】バルク半導体を活性層とする従来のゲート型半
導体光スイッチの構造を示す図である。
【符号の説明】
1…活性層または能動層 3…活性層または能動層に挾まれた領域(電流阻止層) 6…電流阻止層 9…基板
フロントページの続き (72)発明者 曲 克明 東京都千代田区内幸町一丁目1番6号 日 本電信電話株式会社内

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】1μm以下のメサ幅をもつ複数の活性層ま
    たは能動層が、上記メサの中央部を避けて水平方向に隣
    接配置され、一つの導波モードを共有する上記活性層の
    集団または上記能動層の集団を、活性領域または能動領
    域とする光素子。
  2. 【請求項2】請求項1において、上記活性層または上記
    能動層の閉じ込め係数が、上記光素子を形成している基
    板に垂直な方向と水平な方向とで等しくなるように、上
    記活性層または上記能動層の間隔および幅が調整されて
    いることを特徴とする光素子。
  3. 【請求項3】請求項1または請求項2において、上記活
    性層または上記能動層に挾まれた領域が、電流阻止能力
    を有することを特徴とする光素子。
  4. 【請求項4】請求項3において、上記活性層または上記
    能動層に挾まれた領域が、(111)B面を2つの斜面
    とする三角柱状であることを特徴とする光素子。
JP18233495A 1995-07-19 1995-07-19 光素子 Pending JPH0933868A (ja)

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JP18233495A JPH0933868A (ja) 1995-07-19 1995-07-19 光素子

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2000002072A1 (fr) * 1998-07-03 2000-01-13 Nec Corporation Module optique integre
CN104362225A (zh) * 2014-09-25 2015-02-18 中国电子科技集团公司第四十四研究所 一种高功率低偏振度的800nm波段SLD外延结构

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2000002072A1 (fr) * 1998-07-03 2000-01-13 Nec Corporation Module optique integre
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