JPS60249117A - 導波型光素子 - Google Patents
導波型光素子Info
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- JPS60249117A JPS60249117A JP10574284A JP10574284A JPS60249117A JP S60249117 A JPS60249117 A JP S60249117A JP 10574284 A JP10574284 A JP 10574284A JP 10574284 A JP10574284 A JP 10574284A JP S60249117 A JPS60249117 A JP S60249117A
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-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
- G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour
- G02F1/015—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour based on semiconductor elements with at least one potential jump barrier, e.g. PN, PIN junction
- G02F1/025—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour based on semiconductor elements with at least one potential jump barrier, e.g. PN, PIN junction in an optical waveguide structure
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
（産業上の利用分野）
本発明は光通信システムなどに用いられ、低電圧、低損
失で光の変調を行なうことができ発光・受光デバイスと
のモノリシック化が可能な半導体材料を用いた導波型光
素子に関するものである。
失で光の変調を行なうことができ発光・受光デバイスと
のモノリシック化が可能な半導体材料を用いた導波型光
素子に関するものである。
（従来技術とその間屯点）
近年の光通信システムの本格的な実用化に伴い種々の機
能を持ったより性能の高い光デバイスが必要となってき
ている。このようなデバイスとして光路の切り換えを行
なう光スィッチや、光の伝搬状態を変化させる光変調器
などがある。これらのデバイスでは暇気光学効果を利用
したものが特性も優れ、広く用いられている。このよう
な電気光学効果全利用した元スイッチ又は光変調器など
の導波型元素子としてはＬｉＮｂＯ５のような誘！Ｅ体
材料を用い鼻ものやＧａＡｓ 、’ ＩｎＰなどのよう
な半導体材料金用いたものがある″０誘電体材料を用い
た導波型元素子は非常に元の伝搬損失が低り、′低電圧
動作が可能であるなど有利な点もあるが、光源などとの
モノリシック化には不適当である。それに対し半導体材
料を用いた導波型元素子は発光。
能を持ったより性能の高い光デバイスが必要となってき
ている。このようなデバイスとして光路の切り換えを行
なう光スィッチや、光の伝搬状態を変化させる光変調器
などがある。これらのデバイスでは暇気光学効果を利用
したものが特性も優れ、広く用いられている。このよう
な電気光学効果全利用した元スイッチ又は光変調器など
の導波型元素子としてはＬｉＮｂＯ５のような誘！Ｅ体
材料を用い鼻ものやＧａＡｓ 、’ ＩｎＰなどのよう
な半導体材料金用いたものがある″０誘電体材料を用い
た導波型元素子は非常に元の伝搬損失が低り、′低電圧
動作が可能であるなど有利な点もあるが、光源などとの
モノリシック化には不適当である。それに対し半導体材
料を用いた導波型元素子は発光。
受光デバイスとのモノリシック化が可能であり、将来の
光集積回路を実現するために重安であると考えられる。
光集積回路を実現するために重安であると考えられる。
従来このような電気光学効果を利用した半導体導波型光
素子として注目されているものに方向性結合器型変調器
／スイッチがあった。方間性結合器は２本の導波ｉを有
し、電気光学効果による導波光の仏壇状態の変化を利用
して２本の９波路間でスイッチングを行なう訳であるか
、それを１本の導波路にのみ注目すれば位相変調器とし
て取扱うことができる。ここではその位相変調器を１同
にと９本本的な構造及び動作についての説明を行なう。
素子として注目されているものに方向性結合器型変調器
／スイッチがあった。方間性結合器は２本の導波ｉを有
し、電気光学効果による導波光の仏壇状態の変化を利用
して２本の９波路間でスイッチングを行なう訳であるか
、それを１本の導波路にのみ注目すれば位相変調器とし
て取扱うことができる。ここではその位相変調器を１同
にと９本本的な構造及び動作についての説明を行なう。
第１図は例としてＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ系の材料を使
った場合の位相変調器の基本的な構造金示す図である。
った場合の位相変調器の基本的な構造金示す図である。
これは最も簡単な構造であるが、とのような構造である
と非常に光の伝搬損失が大きい。
と非常に光の伝搬損失が大きい。
このことは後に詳細に述べる。
第１図は元の伝搬方向に対して垂直な面で切った時の位
相変調器の断面図である。ｎ−ＩｎＰ基板５の上にｎ−
ＩｎＧａＡｓＰガイド層４及びｐ −ＩｎＧａＡｓＰの
ｐ拡散Ｒ３が第１図の様にリプ形に積層され、その上に
電極２を有している。ｐ４− 拡散層３の屈折不全ｎ３
ガイド層４の屈折率を０４基板５の屈折率をｎ、とする
と一般にｎ、 ＞ ｎ３． ｎ４ ＞ ｎ５の関係にあ
る。また第１図に示す様にガイド構造がリプ型をとって
いる為に水平方向にｉ’ＪＭ しては実効的な屈折率は
同じ屈折率のガイド層中でも電極の下の部分の方がその
両側の部分よりも少し高い。従ってｎ−Ｉ ｎＧａＡｓ
Ｐガイド層４に入射しだ光６は垂直方向、水平方向の両
方向に関して閉じ込められ、導波路が形成され、３次元
的に伝；般する。ここで電極２に逆バイアス電圧信号１
を印加する。すると低キヤリア濃度層であるガイド層４
に空乏層が拡が９電界がかかり、その電界による電気光
学効果によってガイド層４を伝搬する尤の伝；般状帽が
変化し、出射光は逆バイアス諷圧信号１にむした位相の
変化を示す。以上の様にして位相変調が行なわれる訳で
ある。
相変調器の断面図である。ｎ−ＩｎＰ基板５の上にｎ−
ＩｎＧａＡｓＰガイド層４及びｐ −ＩｎＧａＡｓＰの
ｐ拡散Ｒ３が第１図の様にリプ形に積層され、その上に
電極２を有している。ｐ４− 拡散層３の屈折不全ｎ３
ガイド層４の屈折率を０４基板５の屈折率をｎ、とする
と一般にｎ、 ＞ ｎ３． ｎ４ ＞ ｎ５の関係にあ
る。また第１図に示す様にガイド構造がリプ型をとって
いる為に水平方向にｉ’ＪＭ しては実効的な屈折率は
同じ屈折率のガイド層中でも電極の下の部分の方がその
両側の部分よりも少し高い。従ってｎ−Ｉ ｎＧａＡｓ
Ｐガイド層４に入射しだ光６は垂直方向、水平方向の両
方向に関して閉じ込められ、導波路が形成され、３次元
的に伝；般する。ここで電極２に逆バイアス電圧信号１
を印加する。すると低キヤリア濃度層であるガイド層４
に空乏層が拡が９電界がかかり、その電界による電気光
学効果によってガイド層４を伝搬する尤の伝；般状帽が
変化し、出射光は逆バイアス諷圧信号１にむした位相の
変化を示す。以上の様にして位相変調が行なわれる訳で
ある。
しかしながらこの様な構造をもつ電気光学効果を利用し
た導波型光素子は次に述べるような問題点があった。ガ
イド層４のすぐ上丁に光の吸収の非常に大きなｐ＋−拡
散層３及びキャリア濃度の高い低抵抗基板５が厚く存在
している為、ガイド層からしみ出した光のほとんどはｐ
″−拡散層３．低抵抗基板５により吸収され、それが伝
搬損失となる。電界強度を高めｆｒＡ効率を高めるため
にはガイド層４を薄くすればよいが組成が一定の場合に
はガイド層４の厚みを薄くすればその分ガイド層外への
光のしみ出しけ大きくなり、伝搬損失も大きくなってし
まうので、伝搬損失の事を考慮に入れるとガイド層厚は
それ程薄くできない。またガイドＪ〜厚を厚くすると伝
搬損失は少なくなるが有効なｒｒＴｌ、界をかけてやる
ことができず、所望の位相変化を得る為の電圧が大きい
ものとなってしまう。
た導波型光素子は次に述べるような問題点があった。ガ
イド層４のすぐ上丁に光の吸収の非常に大きなｐ＋−拡
散層３及びキャリア濃度の高い低抵抗基板５が厚く存在
している為、ガイド層からしみ出した光のほとんどはｐ
″−拡散層３．低抵抗基板５により吸収され、それが伝
搬損失となる。電界強度を高めｆｒＡ効率を高めるため
にはガイド層４を薄くすればよいが組成が一定の場合に
はガイド層４の厚みを薄くすればその分ガイド層外への
光のしみ出しけ大きくなり、伝搬損失も大きくなってし
まうので、伝搬損失の事を考慮に入れるとガイド層厚は
それ程薄くできない。またガイドＪ〜厚を厚くすると伝
搬損失は少なくなるが有効なｒｒＴｌ、界をかけてやる
ことができず、所望の位相変化を得る為の電圧が大きい
ものとなってしまう。
従って有効な電界を得る為にはガイド層厚をそれ程厚く
することはできない。この様にガイド層厚を薄くすると
電圧は低くなるが伝搬損失は大きくなシ、ガイド層厚を
厚くすると伝搬損失は小さくなるが電圧は大きくなると
いったように電圧と伝搬損失とはトレード・オフの関係
にあシ、従ってこの様な構造では電圧と伝搬損失の両方
を低くすることはできなかった。
することはできない。この様にガイド層厚を薄くすると
電圧は低くなるが伝搬損失は大きくなシ、ガイド層厚を
厚くすると伝搬損失は小さくなるが電圧は大きくなると
いったように電圧と伝搬損失とはトレード・オフの関係
にあシ、従ってこの様な構造では電圧と伝搬損失の両方
を低くすることはできなかった。
次にもうひとつの従来例として、伝搬損失全低減するた
めの構造にするためにガイド層と電極及びガイド層と基
板との間に光の吸収の少ないバッファ層を設けた場合に
ついての説明金する。第２図は伝搬損失低減のためのバ
ッファ層を設けた場合の位相変調器を説明するだめの図
である。またここでは実際の半導体材料であるＩｎＧａ
ＡｓＰ／ＩｎＰを用いた場合の説明を行なう。第２図は
光の導波方向に対して垂直な面で切った時の位相変調器
の断面図である。ｎ＋−ＩｎＰ基板１６の上にｎ−Ｉｎ
Ｐバッファ層１５ ＋ ｎ−ＩｎＧａＡｓＰガイド層１
４．ｎ−−ＩｎＰバッファ層１３． ｐ −ＩｎＰ拡散
層１２．ＩＩＬ極１１が第２図の様に積層されている。
めの構造にするためにガイド層と電極及びガイド層と基
板との間に光の吸収の少ないバッファ層を設けた場合に
ついての説明金する。第２図は伝搬損失低減のためのバ
ッファ層を設けた場合の位相変調器を説明するだめの図
である。またここでは実際の半導体材料であるＩｎＧａ
ＡｓＰ／ＩｎＰを用いた場合の説明を行なう。第２図は
光の導波方向に対して垂直な面で切った時の位相変調器
の断面図である。ｎ＋−ＩｎＰ基板１６の上にｎ−Ｉｎ
Ｐバッファ層１５ ＋ ｎ−ＩｎＧａＡｓＰガイド層１
４．ｎ−−ＩｎＰバッファ層１３． ｐ −ＩｎＰ拡散
層１２．ＩＩＬ極１１が第２図の様に積層されている。
ｎ’−ＩｎＧａＡｓＰガイド層１４の屈折率ｋ ｎ＋４
１その他ｐ”−ＩｎＰ １２ 。
１その他ｐ”−ＩｎＰ １２ 。
ｎ−−ＩｎＰバッファ層１３ 、 ｎ−ｒｎＰバッファ
層１５の屈折率をそれぞれ”Ｉ２ ＋ ”１３ ＋ ”
＋５とおくとｎ１４〉”＋！ ＝ｎ１３ ＝ｎ１５であ
る。また水平方向に関してはリプ型構造をとることによ
り、実効的に屈折率差をつけている。この様にしてガイ
ド層１４に入射してきた光１７はガイド層１４の中を三
次元的に導波する。変調の方法は前述の例と同様で電極
１１と低抵抗ｎ＋−１ｎｐ基板１５の間に逆バイアス電
圧信号全印加しそれに応じた電気光学効果にょシ生ずる
伝搬状態の変化全利用している。
層１５の屈折率をそれぞれ”Ｉ２ ＋ ”１３ ＋ ”
＋５とおくとｎ１４〉”＋！ ＝ｎ１３ ＝ｎ１５であ
る。また水平方向に関してはリプ型構造をとることによ
り、実効的に屈折率差をつけている。この様にしてガイ
ド層１４に入射してきた光１７はガイド層１４の中を三
次元的に導波する。変調の方法は前述の例と同様で電極
１１と低抵抗ｎ＋−１ｎｐ基板１５の間に逆バイアス電
圧信号全印加しそれに応じた電気光学効果にょシ生ずる
伝搬状態の変化全利用している。
この様にガイドｔｍ ｉ ４の上下にバッファ層１３゜
１５を設けた構造においては、ガイド層１４よりガイド
層１４の上下にある光吸収の少ないバッファ層１３．１
５へしみ出した光はほとんど損失とはならず、そのバッ
ファ層１３．１５の外側にあるｐ＋−拡散層＊ ｎ −
ＩｎＰ基板までバッファ層１３．１５’に通り抜けてし
み出していった少量の光のみが仏殿損失となる。従って
バッファ層を設けることによって以前よりも伝搬損失を
小さくすることができ、またバッファ層が厚くなればそ
れだけ伝１般損失も小さくなると言える。しかしバッフ
ァ層１３．１５を設けた事によって電界のがかる厚みが
大きくなってしまうので、その分印加屯圧も゛高くなシ
結局損失と電圧という２点を考えるとバッファ層を設け
たからと言って、低損失かつ低電圧な素子が実現できる
とけ言えない。
１５を設けた構造においては、ガイド層１４よりガイド
層１４の上下にある光吸収の少ないバッファ層１３．１
５へしみ出した光はほとんど損失とはならず、そのバッ
ファ層１３．１５の外側にあるｐ＋−拡散層＊ ｎ −
ＩｎＰ基板までバッファ層１３．１５’に通り抜けてし
み出していった少量の光のみが仏殿損失となる。従って
バッファ層を設けることによって以前よりも伝搬損失を
小さくすることができ、またバッファ層が厚くなればそ
れだけ伝１般損失も小さくなると言える。しかしバッフ
ァ層１３．１５を設けた事によって電界のがかる厚みが
大きくなってしまうので、その分印加屯圧も゛高くなシ
結局損失と電圧という２点を考えるとバッファ層を設け
たからと言って、低損失かつ低電圧な素子が実現できる
とけ言えない。
第３図は前Ｊ水の電圧と損失の関係を導波光の界分布を
用いてわかりやすく説明するための図である。バッファ
層のない場合、ｐ＋−拡散層３及び基板５における伝搬
損失は第３図Ａに示すように、それぞれ導波光の界分布
２ｏにおいて斜°線部分２１ 、２３で表わされ、ガイ
ド層４における伝搬損失のほとんどない部分は２２で表
わされ、電界のかかる厚みは２４で表わされている。ま
たバッファ層のある構造の場合、第３図Ｂに示すように
、ｐ＋−拡散ｍ１２及び基板１６に詮ける伝搬損失は導
波光の界分布２５においてそれぞれ斜線部分２６ 、２
８で表わされ、ガイド層１４及びバッファ層１３゜１５
における仏殿損失のほとんどない部分は２７で表わされ
、電界のかかる厚みは２９で表わされている。この様に
ほは同じ界分布をもっ導波光において、バッファ層がな
い場合は・１界のがかる厚み２４は小さいが云＠を０失
を示す斜線ｒ４■Ｉ ２１．２３が非常に大きくな〕て
しまい、またバッファ層を設けた場合は仏殿損失を示す
斜線部２６．２８は小さいが、電界のかかる厚み２９け
大きく従って印ｎｏ電圧も大きくなってしまう。
用いてわかりやすく説明するための図である。バッファ
層のない場合、ｐ＋−拡散層３及び基板５における伝搬
損失は第３図Ａに示すように、それぞれ導波光の界分布
２ｏにおいて斜°線部分２１ 、２３で表わされ、ガイ
ド層４における伝搬損失のほとんどない部分は２２で表
わされ、電界のかかる厚みは２４で表わされている。ま
たバッファ層のある構造の場合、第３図Ｂに示すように
、ｐ＋−拡散ｍ１２及び基板１６に詮ける伝搬損失は導
波光の界分布２５においてそれぞれ斜線部分２６ 、２
８で表わされ、ガイド層１４及びバッファ層１３゜１５
における仏殿損失のほとんどない部分は２７で表わされ
、電界のかかる厚みは２９で表わされている。この様に
ほは同じ界分布をもっ導波光において、バッファ層がな
い場合は・１界のがかる厚み２４は小さいが云＠を０失
を示す斜線ｒ４■Ｉ ２１．２３が非常に大きくな〕て
しまい、またバッファ層を設けた場合は仏殿損失を示す
斜線部２６．２８は小さいが、電界のかかる厚み２９け
大きく従って印ｎｏ電圧も大きくなってしまう。
この様に電界全利用した従来の半導体系の導波た−
（発明の目的）
本発明の目的は上述したような欠点全除去し、低損失で
しかも低電圧で動作し、将来の光集積回路の一部分を担
う可能性を有する半導体４Ｓ彼型元素子を提供すること
にある。
しかも低電圧で動作し、将来の光集積回路の一部分を担
う可能性を有する半導体４Ｓ彼型元素子を提供すること
にある。
（発明の構成）
本発明によればガイド層中を伝搬している導波光に電界
を印加する事によシ前記導波光の制御を行なう半導体導
波型光素子において、前記ガイド層の電界印加方向の両
側の少なくとも一方に前記導波光の界分布に比較して極
く薄い低抵抗の層を前記ガイド層に隣接して設け、さら
に前記低抵抗薄層に連続して前記ガイド層よりも屈折率
が低く、光吸収の少ない比に的厚い層を設け、前記低抵
抗薄層に前記導波光の変調手段となる前記電界を印加す
る為の電極を設けた事１？徴とする半導体導波型光素子
が得られる。
を印加する事によシ前記導波光の制御を行なう半導体導
波型光素子において、前記ガイド層の電界印加方向の両
側の少なくとも一方に前記導波光の界分布に比較して極
く薄い低抵抗の層を前記ガイド層に隣接して設け、さら
に前記低抵抗薄層に連続して前記ガイド層よりも屈折率
が低く、光吸収の少ない比に的厚い層を設け、前記低抵
抗薄層に前記導波光の変調手段となる前記電界を印加す
る為の電極を設けた事１？徴とする半導体導波型光素子
が得られる。
（構成の詳細な説明）
本発明は、上述の構成をとることにより従来技術の問題
点を解決した。まずガイド層の下（又は上）に非常に薄
い電界印加のための電極を備えた低抵抗層、その下（又
は上）に光吸収の少ない層を設けることにより、ガイド
の外側にしみ出した光は極く薄い低抵抗層の部分でほん
の一部分吸収されるだけで、その下（又は上、以下「下
」で代表させる）の光吸収の少ない層ではほとんど吸収
されない。従ってガイド層の下にしみ出した光のほとん
どが吸収されていた従来に比べ、本構成をとるととＫよ
りガイド層外へしみ出した光はその一部分だけが吸収さ
れることになり、非常に損失の少ないガイド構造が得ら
れる。さらにこのような構造をとることによシ損失をそ
れ程考え々くてよい為、ガイド層の厚さを比較的自由に
決定する事ができ、ガイド層に有効に電界を印加するこ
とも可能である。またガイド層の上部のバッファ層とガ
イド層との間にも低抵抗の薄い層全設け、ガイド層の上
下で電界をかけることにより、さらに有効に電界を利用
することができる。従ってこのようなガイド構造をとる
ことによって非常に低損失で低電圧な導波型光素子が得
られる。
点を解決した。まずガイド層の下（又は上）に非常に薄
い電界印加のための電極を備えた低抵抗層、その下（又
は上）に光吸収の少ない層を設けることにより、ガイド
の外側にしみ出した光は極く薄い低抵抗層の部分でほん
の一部分吸収されるだけで、その下（又は上、以下「下
」で代表させる）の光吸収の少ない層ではほとんど吸収
されない。従ってガイド層の下にしみ出した光のほとん
どが吸収されていた従来に比べ、本構成をとるととＫよ
りガイド層外へしみ出した光はその一部分だけが吸収さ
れることになり、非常に損失の少ないガイド構造が得ら
れる。さらにこのような構造をとることによシ損失をそ
れ程考え々くてよい為、ガイド層の厚さを比較的自由に
決定する事ができ、ガイド層に有効に電界を印加するこ
とも可能である。またガイド層の上部のバッファ層とガ
イド層との間にも低抵抗の薄い層全設け、ガイド層の上
下で電界をかけることにより、さらに有効に電界を利用
することができる。従ってこのようなガイド構造をとる
ことによって非常に低損失で低電圧な導波型光素子が得
られる。
（実施例）
以下本発明の実施例について図面を参照して詳細に説明
する。第４図は本発明の１つの実施例を示す図である。
する。第４図は本発明の１つの実施例を示す図である。
尚、本実施例ではＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ系の半導体材
料を用いたものにつき説明し、第４図には本発明の導波
型光素子を例として位相変調器に適応した場合の元の導
波方向に対し垂直な面で切ったその断面図が示されてい
る。光の吸収の一部ない低キヤリア濃度の高抵抗ＩｎＰ
基板３６上にｎ＋−ＩｎＰ低抵抗層３５ 、 ｎ”’−
ＩｎＧａＡｓＰガイド層３４゜層３２を拡散によって作
る。その後エツチングなどにより・亀界印加用の低抵抗
層３５の、一部分を露出させ、次にｐ＋−ＩｎＰ層３２
上社極３１を敗り付はリブ型にエツチングを行ない最後
に低抵抗層３５に電極３８ヲつける。ここで述べた製作
プロセスはあくまでも一例であって低抵抗層３５と電極
３１との間に電界が印加するような構造がとれれば特に
プロセスの指定は必要ない。ガイド層３４に入射しだ光
３７は、垂直方向にはｎ−ＩｎＧａＡｓＰガイド層３４
とｎ−−ＩｎＰバッファ層３３ 、 ｎ”−ＩｎＰ低抵
抗層３５との屈折率差により、水平方向にはリブ型を形
成することにより閉じ込められ３次元的に導波する。ガ
イド層３４よりしみ出した光は上方へはバッファ層３３
．下方へは低抵抗層３５．基板３６へと拡がる。上方の
バッファ層３３は低キヤリア濃度の層である為光の吸収
はほとんどなく、まへ下方への光のしみ出しに関しては
、光が吸収されるのはガイド層３４のすぐ下のキャリア
濃度の高い層であるｎ”−ＩｎＰ低抵抗層３５のみで、
その下にある低キヤリア濃度基板３６における光の吸収
は＃１とんどない。また低抵抗層３５は非常に薄い層の
ため、低抵抗層３５における光の吸収は、ガイド層３４
のＦ方へしみ出した光のごく一部だけである。、従って
第４図に示すような導波型元素子においては伝搬損失は
非常に小さいと言うことができる。また電極３１に逆バ
イアス屯圧信号３０．に印加することにより位相変調を
行なうわけであるがガイド層３４の直Ｆに電界印加用′
電極となる低抵抗層３５がある為、ガイド層３４中に有
効に電界金印即できることになり、電界を利用した位相
変調を行なうために必要な′電圧を低くすることができ
る。４−第５図は本実施例による導波型光素子において
電圧と損失の関係を導波光の界分布を用いてわかりやす
く説明するための図である。ｐ−拡散層３３及び低抵抗
の薄い層３５における伝搬損失はそれぞれ導波光の界分
布４０においては斜線部分４４゜４２で表わされガイド
層３４．バッファ層３３及び低キヤリア濃度基板３６に
おける伝搬損失のほとんどない部分は４３及び４１で表
わされ、電界の印加する厚みは４５で表わされている。
料を用いたものにつき説明し、第４図には本発明の導波
型光素子を例として位相変調器に適応した場合の元の導
波方向に対し垂直な面で切ったその断面図が示されてい
る。光の吸収の一部ない低キヤリア濃度の高抵抗ＩｎＰ
基板３６上にｎ＋−ＩｎＰ低抵抗層３５ 、 ｎ”’−
ＩｎＧａＡｓＰガイド層３４゜層３２を拡散によって作
る。その後エツチングなどにより・亀界印加用の低抵抗
層３５の、一部分を露出させ、次にｐ＋−ＩｎＰ層３２
上社極３１を敗り付はリブ型にエツチングを行ない最後
に低抵抗層３５に電極３８ヲつける。ここで述べた製作
プロセスはあくまでも一例であって低抵抗層３５と電極
３１との間に電界が印加するような構造がとれれば特に
プロセスの指定は必要ない。ガイド層３４に入射しだ光
３７は、垂直方向にはｎ−ＩｎＧａＡｓＰガイド層３４
とｎ−−ＩｎＰバッファ層３３ 、 ｎ”−ＩｎＰ低抵
抗層３５との屈折率差により、水平方向にはリブ型を形
成することにより閉じ込められ３次元的に導波する。ガ
イド層３４よりしみ出した光は上方へはバッファ層３３
．下方へは低抵抗層３５．基板３６へと拡がる。上方の
バッファ層３３は低キヤリア濃度の層である為光の吸収
はほとんどなく、まへ下方への光のしみ出しに関しては
、光が吸収されるのはガイド層３４のすぐ下のキャリア
濃度の高い層であるｎ”−ＩｎＰ低抵抗層３５のみで、
その下にある低キヤリア濃度基板３６における光の吸収
は＃１とんどない。また低抵抗層３５は非常に薄い層の
ため、低抵抗層３５における光の吸収は、ガイド層３４
のＦ方へしみ出した光のごく一部だけである。、従って
第４図に示すような導波型元素子においては伝搬損失は
非常に小さいと言うことができる。また電極３１に逆バ
イアス屯圧信号３０．に印加することにより位相変調を
行なうわけであるがガイド層３４の直Ｆに電界印加用′
電極となる低抵抗層３５がある為、ガイド層３４中に有
効に電界金印即できることになり、電界を利用した位相
変調を行なうために必要な′電圧を低くすることができ
る。４−第５図は本実施例による導波型光素子において
電圧と損失の関係を導波光の界分布を用いてわかりやす
く説明するための図である。ｐ−拡散層３３及び低抵抗
の薄い層３５における伝搬損失はそれぞれ導波光の界分
布４０においては斜線部分４４゜４２で表わされガイド
層３４．バッファ層３３及び低キヤリア濃度基板３６に
おける伝搬損失のほとんどない部分は４３及び４１で表
わされ、電界の印加する厚みは４５で表わされている。
第３図による従来例におけるものと比較してもわかる様
に、はぼ−同じ導波光の存分−Ｔｆもつ場合本発明によ
る構造においては従来のものよりも伝１般順失となる斜
線部分の面積が小さく、つまり伝Ａｔ損失が少なく、し
かも電界印ａｎ用の′電極となる低抵抗層３５がガイド
層３４に隣接しであるため電界のかかる厚さ５５が小さ
くα界を有効にかけることができ、結局低電圧で動作で
きることになる。 − 従ってこの様な構造をとることにより、従来にない低電
圧、低損失な導波型光素子を得る事ができる。低抵抗な
薄い層はＭＢＥ等の手段によれば充分な制御性をもって
形成できる。まだ本実施例では電界を印加するためｐ
−ｎ接合全利用したが、エピタキシャル成長により充分
高抵抗なガイド層が得られれば電界印加のための両方の
電極をガイド層に接した極く薄い低抵抗層に設けること
が出来更に低損失、低電圧の素子が実現できる。
に、はぼ−同じ導波光の存分−Ｔｆもつ場合本発明によ
る構造においては従来のものよりも伝１般順失となる斜
線部分の面積が小さく、つまり伝Ａｔ損失が少なく、し
かも電界印ａｎ用の′電極となる低抵抗層３５がガイド
層３４に隣接しであるため電界のかかる厚さ５５が小さ
くα界を有効にかけることができ、結局低電圧で動作で
きることになる。 − 従ってこの様な構造をとることにより、従来にない低電
圧、低損失な導波型光素子を得る事ができる。低抵抗な
薄い層はＭＢＥ等の手段によれば充分な制御性をもって
形成できる。まだ本実施例では電界を印加するためｐ
−ｎ接合全利用したが、エピタキシャル成長により充分
高抵抗なガイド層が得られれば電界印加のための両方の
電極をガイド層に接した極く薄い低抵抗層に設けること
が出来更に低損失、低電圧の素子が実現できる。
またここではＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ系の半導体材料を
用いた位相変調器の例を示したが、半導体材料としては
ＧａＡ／、Ａｓ ／ ＧａＡｇ系のものでもよく、また
導波型元素子は特に位相変調器である必要はなく方向性
結合器などでもよい。さらに導波路構造について水平方
向の元の閉じ込めはリブ型だけとけ限らず、基板や低抵
抗層に１１ｊ４ ｋ形成することにより行なってもよい
し、また埋め込み構造をとることにより行なってもよい
。また導波光の１ｌｌＪ御手段としては電気光学効果を
利用したもの以外にも、ｐｎ接合またはごョットキ接合
に逆バイアス全印加すると基礎吸収端が１に波長側に移
行する７ランツ・ケルディツシュ効果や′電界による空
乏層の拡がり全利用したキャリアの欠乏効果などを利用
した導波型光素子にも本発明は適用可能である。
用いた位相変調器の例を示したが、半導体材料としては
ＧａＡ／、Ａｓ ／ ＧａＡｇ系のものでもよく、また
導波型元素子は特に位相変調器である必要はなく方向性
結合器などでもよい。さらに導波路構造について水平方
向の元の閉じ込めはリブ型だけとけ限らず、基板や低抵
抗層に１１ｊ４ ｋ形成することにより行なってもよい
し、また埋め込み構造をとることにより行なってもよい
。また導波光の１ｌｌＪ御手段としては電気光学効果を
利用したもの以外にも、ｐｎ接合またはごョットキ接合
に逆バイアス全印加すると基礎吸収端が１に波長側に移
行する７ランツ・ケルディツシュ効果や′電界による空
乏層の拡がり全利用したキャリアの欠乏効果などを利用
した導波型光素子にも本発明は適用可能である。
（＠明の効果）
以上、詳刑に説明したように、本発明によれば低損失、
低“屈出で動作する半導体材料を用いた導波型光素子金
得ることができ、将来の光集積回路の実現に寄与すると
ころ大である。
低“屈出で動作する半導体材料を用いた導波型光素子金
得ることができ、将来の光集積回路の実現に寄与すると
ころ大である。
′４、図面の簡単な説明
第１図はＩｎＧａＡｓＰ／’ＩｎＰ系の半導体材料を用
いた場合の位相変調器の基本的な構造、動作を説明する
だめの図、第２図は第１図に示した位相変調器 器にバッファ層をＩした場合の従老列を示すための図、
第３図Ａ、Ｂは第１図、第２図における従来の位相変調
器において導波−元の界分布を用いて電圧と損失の関係
全説明するための図、第４図は本発明による導波型光素
子の実柳圀を説明するための図、第５図は第４図におけ
る本発明の実施例において、導波光の界分布を用いて重
圧と損失について説明するための図である。
いた場合の位相変調器の基本的な構造、動作を説明する
だめの図、第２図は第１図に示した位相変調器 器にバッファ層をＩした場合の従老列を示すための図、
第３図Ａ、Ｂは第１図、第２図における従来の位相変調
器において導波−元の界分布を用いて電圧と損失の関係
全説明するための図、第４図は本発明による導波型光素
子の実柳圀を説明するための図、第５図は第４図におけ
る本発明の実施例において、導波光の界分布を用いて重
圧と損失について説明するための図である。
図において１．１０．３０は変調用の逆バイアス′電圧
信号、２，１１．３１．３８は電１傘 ３．１２．３２
はｐ−拡散ｊ慢、１３，１５．３３はｎ−バッファ層、
４゜１４．３４はガイド層、３５はｎ−低抵抗層、５゜
１６はｎ−基板、３６はｎミノＮ板、 ６．１７．３７
は光の導波部分、２０．２５．４０は導波光の界分布。
信号、２，１１．３１．３８は電１傘 ３．１２．３２
はｐ−拡散ｊ慢、１３，１５．３３はｎ−バッファ層、
４゜１４．３４はガイド層、３５はｎ−低抵抗層、５゜
１６はｎ−基板、３６はｎミノＮ板、 ６．１７．３７
は光の導波部分、２０．２５．４０は導波光の界分布。
２１．２３，２６．２８．４２．４４は光吸収による損
失部分、２２，２７．４１．４３は伝搬損失のほとんど
ない部分、２４．２９．４５は電界がかかる厚みである
。
失部分、２２，２７．４１．４３は伝搬損失のほとんど
ない部分、２４．２９．４５は電界がかかる厚みである
。
代雇人弁理士内原 −晋
第１図
７１−２図
第３図
Claims (1)
- ガイド層中を伝搬している導波光に電界を印加する事に
よシ前記導波光の制御を行なう半導体導波型元素子にお
いて、前記ガイド層の電界印加方向の両側の少なくとも
一方に前記導波光の界分布□に比較して隋〈薄い低抵抗
の層を前記ガイド層に隣接して設け、さらに前記低抵抗
の薄い層に連続して前記ガイド層よりも屈折率が低く、
光吸収の少ない比較的厚い層を設け、前記低抵抗の薄い
層に前記導波光の変調手段となる前記電界を印加する為
の電極を設けたことを特徴とする半導体導波型光素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10574284A JPS60249117A (ja) | 1984-05-25 | 1984-05-25 | 導波型光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10574284A JPS60249117A (ja) | 1984-05-25 | 1984-05-25 | 導波型光素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60249117A true JPS60249117A (ja) | 1985-12-09 |
Family
ID=14415715
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10574284A Pending JPS60249117A (ja) | 1984-05-25 | 1984-05-25 | 導波型光素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60249117A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62156617A (ja) * | 1985-10-17 | 1987-07-11 | ブリテイシユ・テレコミユニケ−シヨンズ・パブリツク・リミテツド・カンパニ | 電子光学素子 |
| JPS6349732A (ja) * | 1986-08-20 | 1988-03-02 | Kawakami Shojiro | 広帯域進行波形光変調器 |
| EP0371583A2 (en) * | 1988-12-01 | 1990-06-06 | Hewlett-Packard Company | Low loss low dispersion velocity-matched travelling wave modulator |
| US4953934A (en) * | 1987-12-09 | 1990-09-04 | Hitachi, Ltd. | Waveguide type light merging and branching device |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5245296A (en) * | 1975-10-07 | 1977-04-09 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Semiconductive phototransmission pass and semiconductor emission devic e used it |
| JPS57179819A (en) * | 1981-04-28 | 1982-11-05 | Ibm | Bus system |
-
1984
- 1984-05-25 JP JP10574284A patent/JPS60249117A/ja active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5245296A (en) * | 1975-10-07 | 1977-04-09 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Semiconductive phototransmission pass and semiconductor emission devic e used it |
| JPS57179819A (en) * | 1981-04-28 | 1982-11-05 | Ibm | Bus system |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62156617A (ja) * | 1985-10-17 | 1987-07-11 | ブリテイシユ・テレコミユニケ−シヨンズ・パブリツク・リミテツド・カンパニ | 電子光学素子 |
| JPS6349732A (ja) * | 1986-08-20 | 1988-03-02 | Kawakami Shojiro | 広帯域進行波形光変調器 |
| US4953934A (en) * | 1987-12-09 | 1990-09-04 | Hitachi, Ltd. | Waveguide type light merging and branching device |
| EP0371583A2 (en) * | 1988-12-01 | 1990-06-06 | Hewlett-Packard Company | Low loss low dispersion velocity-matched travelling wave modulator |
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