JPH01204018A - 光変調器 - Google Patents
光変調器Info
- Publication number
- JPH01204018A JPH01204018A JP2746188A JP2746188A JPH01204018A JP H01204018 A JPH01204018 A JP H01204018A JP 2746188 A JP2746188 A JP 2746188A JP 2746188 A JP2746188 A JP 2746188A JP H01204018 A JPH01204018 A JP H01204018A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- light
- energy
- optical modulator
- quantum well
- Prior art date
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- Granted
Links
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 title claims abstract description 25
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 12
- 230000010287 polarization Effects 0.000 abstract description 15
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 abstract description 6
- 230000007423 decrease Effects 0.000 abstract description 4
- 238000010030 laminating Methods 0.000 abstract description 2
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 7
- 238000005253 cladding Methods 0.000 description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 4
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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〕
本発明は光情報処理等に用いる光論理素子、特に光変調
器に関する。
器に関する。
近年、光の持つ高速性を利用したデジタル情報処理が注
目を集めている。このためには光を制御する論理素子の
開発が必要である。そのうちの一つとして光信号を電気
的にオン・オフする光変調器がある。
目を集めている。このためには光を制御する論理素子の
開発が必要である。そのうちの一つとして光信号を電気
的にオン・オフする光変調器がある。
従来、光変調器として第３図に示す構造がジャパニーズ
・ジャーナル・オフ・アプライド・フィジックス（Ｊａ
ｐａｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ
Ｐｈｙｓｉｃｓ）２４巻、 Ｌ４４２頁、 （１９
８５）において樽茶等によって報告されている。この光
変調器は、ＧａＡｓとＧａＡ／Ａｓの薄膜を交互に積層
した量子井戸層３１を導電型がそれぞれｐ型とｎ型のＧ
ａＡｆＡｓからなるクラッド層３２．３３ではさんだｐ
ｉｎ構造である。なお図中、１１はｎ型１ｎＰ基板、１
２はｎ−コンタクト層、１７はｎ側電極、１８はｐ側電
極である。このような構造の光変調器において、一方の
端面から入射した光は量子井戸層３１を通って他方の端
面から出射する。電界の印加によって、実効的なバンド
ギャップが減少するため、量子井戸の励起子の低エネル
ギー側の光に対する吸収係数が大きくなることを利用し
てスイッチングを行っている。多重量子井戸構造は電界
による吸収係数の変化が大きいため、低電圧で動作する
小型の光変調器の製作が可能である。
・ジャーナル・オフ・アプライド・フィジックス（Ｊａ
ｐａｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ
Ｐｈｙｓｉｃｓ）２４巻、 Ｌ４４２頁、 （１９
８５）において樽茶等によって報告されている。この光
変調器は、ＧａＡｓとＧａＡ／Ａｓの薄膜を交互に積層
した量子井戸層３１を導電型がそれぞれｐ型とｎ型のＧ
ａＡｆＡｓからなるクラッド層３２．３３ではさんだｐ
ｉｎ構造である。なお図中、１１はｎ型１ｎＰ基板、１
２はｎ−コンタクト層、１７はｎ側電極、１８はｐ側電
極である。このような構造の光変調器において、一方の
端面から入射した光は量子井戸層３１を通って他方の端
面から出射する。電界の印加によって、実効的なバンド
ギャップが減少するため、量子井戸の励起子の低エネル
ギー側の光に対する吸収係数が大きくなることを利用し
てスイッチングを行っている。多重量子井戸構造は電界
による吸収係数の変化が大きいため、低電圧で動作する
小型の光変調器の製作が可能である。
以上に述べた従来の光変調器では多重量子井戸構造の最
低エネルギーの励起子の光に対する吸収係数の変化を利
用しているが、最低エネルギーの励起子は層面に平行な
偏光を持つ光とは相互作用するが、層面に垂直な偏光を
持つ光とは相互作用しない。このため変調特性に大きな
偏光依存性を持ち、層面に平行に偏光を制御された光を
用いなければならないという欠点を持つ。
低エネルギーの励起子の光に対する吸収係数の変化を利
用しているが、最低エネルギーの励起子は層面に平行な
偏光を持つ光とは相互作用するが、層面に垂直な偏光を
持つ光とは相互作用しない。このため変調特性に大きな
偏光依存性を持ち、層面に平行に偏光を制御された光を
用いなければならないという欠点を持つ。
本発明の目的は、変調特性に偏光依存性を持たない小型
、低電圧動作の光変調器を提供することにある。
、低電圧動作の光変調器を提供することにある。
本発明における光変調器は、第１の半導体層と、前記第
１の半導体層より禁制帯幅が小さく格子定数の小さな第
２の半導体層とを交互に積層した多重量子井戸構造を光
制御層として有することを特徴とする。
１の半導体層より禁制帯幅が小さく格子定数の小さな第
２の半導体層とを交互に積層した多重量子井戸構造を光
制御層として有することを特徴とする。
光制御層の多重量子井戸構造に用いられる半導体の価電
子帯は重い正孔と軽い正孔の二つの状態とからなる。多
重量子井戸の積層方向を２軸とすると、重い正孔の波動
関数は２成分を持たないが、軽い正孔の波動関数は１：
４の割合で２成分を持つ。このため、２方向の偏光を持
つ光に対しては軽い正孔だけが０でない遷移確率を持つ
。
子帯は重い正孔と軽い正孔の二つの状態とからなる。多
重量子井戸の積層方向を２軸とすると、重い正孔の波動
関数は２成分を持たないが、軽い正孔の波動関数は１：
４の割合で２成分を持つ。このため、２方向の偏光を持
つ光に対しては軽い正孔だけが０でない遷移確率を持つ
。
ところが、従来用いられてきた多重量子井戸構造では、
２方向の有効質量の違いのため重い正孔と軽い正孔のエ
ネルギーが第２図の（ａ）に示すように分裂して最低の
エネルギー状態は重い正孔になる。光変調器では最低エ
ネルギーの励起子を利用するから、大きな偏光依存性が
生じる。なお、第２図は多重量子井戸構造の価電子帯の
エネルギーを示す概念図であり、２１は重い正孔のエネ
ルギー、２２は軽い正孔のエネルギーを示している。
２方向の有効質量の違いのため重い正孔と軽い正孔のエ
ネルギーが第２図の（ａ）に示すように分裂して最低の
エネルギー状態は重い正孔になる。光変調器では最低エ
ネルギーの励起子を利用するから、大きな偏光依存性が
生じる。なお、第２図は多重量子井戸構造の価電子帯の
エネルギーを示す概念図であり、２１は重い正孔のエネ
ルギー、２２は軽い正孔のエネルギーを示している。
本発明における多重量子井戸はウェル層にバリア層より
格子定数の小さな半導体層を用いている。
格子定数の小さな半導体層を用いている。
ウェル層とバリア層の格子定数の違いのため、ウェル層
には層面内に引伸し応力がかかる。この応力によって、
第２図の（ｂ）に示すように重い正孔のエネルギー２１
は応力のない時よりも増加し、軽い正孔のエネルギー２
２は減少する。格子定数の違いとウェル層の幅を選ぶこ
とによって軽い正孔と重い正孔のエネルギー間隔を制御
できるので、用いる光のエネルギーに対して偏光依存性
のない多重量子井戸構造ができる。この多重量子井戸構
造を用いる光変調器は偏光依存性を持たない。
には層面内に引伸し応力がかかる。この応力によって、
第２図の（ｂ）に示すように重い正孔のエネルギー２１
は応力のない時よりも増加し、軽い正孔のエネルギー２
２は減少する。格子定数の違いとウェル層の幅を選ぶこ
とによって軽い正孔と重い正孔のエネルギー間隔を制御
できるので、用いる光のエネルギーに対して偏光依存性
のない多重量子井戸構造ができる。この多重量子井戸構
造を用いる光変調器は偏光依存性を持たない。
第１図は本発明の一実施例を示す構成図である。
この光変調器は、次のようにして製造される。すなわち
、ｎ型ＩｎＰの基板１１の上にＳｉをドープした厚さ０
．５μｍのＩｎＰによるｎ−コンタクト層１２、Ｓｉを
ドープした厚さが１μｍのＩｎＰによるｎ−クラッド層
１３、厚さ１０層ｍのノンドープＩｎＰのバリア層１４
１と厚さ１０層ｍのノンドープＩ ｎ ｏ、 ａｓＧ
ａ Ｏ，Ｓ？Ａ Ｓのウェル層１４２を交互に１０層ず
つ積層した多重量子井戸構造からなる光制御層１４、Ｍ
ｇをドープした厚さ１μｍのＩｎＰによるｐ−クラッド
層１５、更に、Ｚｎをドープした厚さ０．１μｍのｐ−
ＩｎＧａＡｓＰのコンタクト層１６を順次積層し、ｎ側
電極１７とｐ側電極１８とをそれぞれ形成する。ＩｎＧ
ａＡｓＰはバンドギャップ０．９５ｅＶの組成である。
、ｎ型ＩｎＰの基板１１の上にＳｉをドープした厚さ０
．５μｍのＩｎＰによるｎ−コンタクト層１２、Ｓｉを
ドープした厚さが１μｍのＩｎＰによるｎ−クラッド層
１３、厚さ１０層ｍのノンドープＩｎＰのバリア層１４
１と厚さ１０層ｍのノンドープＩ ｎ ｏ、 ａｓＧ
ａ Ｏ，Ｓ？Ａ Ｓのウェル層１４２を交互に１０層ず
つ積層した多重量子井戸構造からなる光制御層１４、Ｍ
ｇをドープした厚さ１μｍのＩｎＰによるｐ−クラッド
層１５、更に、Ｚｎをドープした厚さ０．１μｍのｐ−
ＩｎＧａＡｓＰのコンタクト層１６を順次積層し、ｎ側
電極１７とｐ側電極１８とをそれぞれ形成する。ＩｎＧ
ａＡｓＰはバンドギャップ０．９５ｅＶの組成である。
幅２５μｍの導波路部分１００と１００μｍφの電極パ
ッド１１０を残して、その他の部分を基板１１までエツ
チングして除去する。
ッド１１０を残して、その他の部分を基板１１までエツ
チングして除去する。
導波路の長さは２００μｍである。
ウェルＮ１４２としてＩ ｎ６，４１Ｇ ａ ａ、ｓｖ
Ａ ｓを用いると、バリア層１４１のＩｎＰに比べて格
子定数が小さいため引伸し応力により軽い正孔の励起子
と重い正孔の励起子のエネルギーが一致して０．８５ｅ
Ｖとなる。ｎ側電極１７とｐ側電極１８の間の電圧がＯ
Ｖの時、０．８３ｅＶの光に対する吸収は小さい。
Ａ ｓを用いると、バリア層１４１のＩｎＰに比べて格
子定数が小さいため引伸し応力により軽い正孔の励起子
と重い正孔の励起子のエネルギーが一致して０．８５ｅ
Ｖとなる。ｎ側電極１７とｐ側電極１８の間の電圧がＯ
Ｖの時、０．８３ｅＶの光に対する吸収は小さい。
ｐ側電極１８に負の電圧を印加すると吸収が低エネルギ
ー側にずれて大きな吸収が生じて光の透過率が減少する
。これは、電子と正孔の空間的な重なりが大きくなるた
め多重量子井戸構造の吸収係数が増加するためである。
ー側にずれて大きな吸収が生じて光の透過率が減少する
。これは、電子と正孔の空間的な重なりが大きくなるた
め多重量子井戸構造の吸収係数が増加するためである。
この時、軽い正孔の励起子と重い正孔の励起子のエネル
ギーが一致しているので、透過率の減少は層面に平行、
垂直いずれの偏光の光に対しても同等に生じ偏光依存性
は見られない。
ギーが一致しているので、透過率の減少は層面に平行、
垂直いずれの偏光の光に対しても同等に生じ偏光依存性
は見られない。
本実施例では多重量子井戸の電界による吸収係数変化を
利用した変調器について述べたが、これに限らず多重量
子井戸の電界による屈折率変化や、吸収係数変化と屈折
率変化の両方を利用した変調器においても偏光依存性を
なくすことができる。
利用した変調器について述べたが、これに限らず多重量
子井戸の電界による屈折率変化や、吸収係数変化と屈折
率変化の両方を利用した変調器においても偏光依存性を
なくすことができる。
以上、詳述したように本発明によれば、オン状態での損
失が小さく、オン・オフ比の大きな光変調器が得られる
。
失が小さく、オン・オフ比の大きな光変調器が得られる
。
第１図は本発明の一実施例を示す構成図、第２図は本発
明の詳細な説明するための、多重量子井戸構造の価電子
帯のエネルギーを示す概念図、 第３図は従来の光変調器の一例を示す構成図である。 １１・・・基板 １２・・・ｎ−コンタクト層 １３・・・ｎ−クラッド層 １４・・・光制御層 １４１ ・・バリア層 １４２ ・・ウェル層 １５・・・ｐ−クラッド層 １６・・・コンタクト層 １７・・・ｎ側電極 １８・・・ｐ側電極 代理人 弁理士 岩 佐 義 幸 Ｃ口 Ｏｌ ｅｌ ゛〈− へ
明の詳細な説明するための、多重量子井戸構造の価電子
帯のエネルギーを示す概念図、 第３図は従来の光変調器の一例を示す構成図である。 １１・・・基板 １２・・・ｎ−コンタクト層 １３・・・ｎ−クラッド層 １４・・・光制御層 １４１ ・・バリア層 １４２ ・・ウェル層 １５・・・ｐ−クラッド層 １６・・・コンタクト層 １７・・・ｎ側電極 １８・・・ｐ側電極 代理人 弁理士 岩 佐 義 幸 Ｃ口 Ｏｌ ｅｌ ゛〈− へ
Claims (1)
- （１）第１の半導体層と、前記第１の半導体層より禁制
帯幅が小さく格子定数の小さな第２の半導体層とを交互
に積層した多重量子井戸構造を光制御層として有するこ
とを特徴とする光変調器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63027461A JP2513265B2 (ja) | 1988-02-10 | 1988-02-10 | 光変調器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63027461A JP2513265B2 (ja) | 1988-02-10 | 1988-02-10 | 光変調器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01204018A true JPH01204018A (ja) | 1989-08-16 |
| JP2513265B2 JP2513265B2 (ja) | 1996-07-03 |
Family
ID=12221755
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63027461A Expired - Lifetime JP2513265B2 (ja) | 1988-02-10 | 1988-02-10 | 光変調器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2513265B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01248125A (ja) * | 1988-03-30 | 1989-10-03 | Fujitsu Ltd | 半導体光素子 |
| JPH0398015A (ja) * | 1989-09-11 | 1991-04-23 | Nec Corp | 光変調器 |
| JPH03294826A (ja) * | 1990-04-12 | 1991-12-26 | Mitsubishi Electric Corp | 光スイッチ |
| DE19605794A1 (de) * | 1996-02-16 | 1997-08-21 | Sel Alcatel Ag | Monolithisch integriertes optisches oder optoelektronisches Halbleiterbauelement und Herstellungsverfahren |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6247620A (ja) * | 1985-08-27 | 1987-03-02 | Nec Corp | 導波型光スイツチ |
| JPS6310125A (ja) * | 1986-07-02 | 1988-01-16 | Nec Corp | 平面型光制御素子 |
-
1988
- 1988-02-10 JP JP63027461A patent/JP2513265B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6247620A (ja) * | 1985-08-27 | 1987-03-02 | Nec Corp | 導波型光スイツチ |
| JPS6310125A (ja) * | 1986-07-02 | 1988-01-16 | Nec Corp | 平面型光制御素子 |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01248125A (ja) * | 1988-03-30 | 1989-10-03 | Fujitsu Ltd | 半導体光素子 |
| JPH0398015A (ja) * | 1989-09-11 | 1991-04-23 | Nec Corp | 光変調器 |
| JPH03294826A (ja) * | 1990-04-12 | 1991-12-26 | Mitsubishi Electric Corp | 光スイッチ |
| DE19605794A1 (de) * | 1996-02-16 | 1997-08-21 | Sel Alcatel Ag | Monolithisch integriertes optisches oder optoelektronisches Halbleiterbauelement und Herstellungsverfahren |
| US5889902A (en) * | 1996-02-16 | 1999-03-30 | Alcatel Alsthom Compagnie Generale D'electricite | Monolithic integrated optoelectronic semiconductor component and process for manufacturing the same |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2513265B2 (ja) | 1996-07-03 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |