JPS61198792A - 能動光集積回路 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明はレーザ発振光の制御を可能とする能動光集積回
路に関するものである。

（従来の技術） 光位相器を集積した集積型能動光集積回路として従来の
ものは、電流注入による屈折率変化を用いた光位相器を
集積したものがあったが、その効果が注入されたキャリ
ヤ密度の増減に依存するため、応答感度が高周波側で小
さくなるという欠点があった。

光変調器を集積した集積型能動光集積回路として、従来
のものは、電流注入による損失変化を用いた変調器を集
積したものがあったが、上述の位相器を集積したものと
同様にその効果が注入されたキャリヤ密度の増減に依存
するため、応答感度が高周波側で小さくなるという欠点
があった。

さらに光スイッチを集積した集積型能動光集積回路とし
て従来のものは、電流注入による屈折率変化を用いた光
スイッチを集積したものがあったが、上の位相器を集積
したものと同様にその効果が注入されたキャリヤ密度の
増減に依存するため、応答感度が高周波側で小さく、従
って光の入・切時の消光比が小さいという欠点があった
。

（発明が解決しようとする問題点） 本発明の目的は、従来電流注入制御による薄膜光導波路
を用いた位相器、変調器、光スイッチを集積した能動光
集積回路の光出力応答感度が高周波まで一様でないとい
う欠点を解決し、小型で、超高速応答可能な能動光集積
回路を実現し、とく、　　にレーザ発振光の制御を可能
とするにある。

（問題点を解決するだめの手段） 本発明は、　半導体基板上に一体として集積された光導
波路を有する能動光集積回路であって、前記光導波路の
一部を利得を有する活性導波路層とし、該活性導波路層
より見て光導波路の両側に、信号光の屈折率を周期的に
変化させることにより入射光を反射させる１対の分布反
射器を設けて光導波路に沿ってレーザ発振を生ぜしめる
能動光集積回路において、前記半導体基板上に前記光導
波路と合体する光導波路を形成するように設けた超薄膜
多層構造を有する制御素子を設け、該超薄膜多層構造の
膜厚方向に電界を加えることにより前記レーザ発振の出
力の制御を可能としたことを特徴とする。

（実施例） 以下図面により本発明を説明する。

第１図及び第２図は本発明により能動光集積回路に光ス
イッチを一体として集積化した実施例である。

なお第１図は第２図のｘ−ｘ’線上断面図であり、第２
図は全体構造を示すため一部を透視図とした斜視図であ
り、第３ａ〜３Ｃ図は本実施例の光導波路部分の平面図
である。

本能動光集積回路は、半導体基板１０上に形成された光
導波路ＬＷを有する。

図中１２で示す部分は電極１８を介して光出力駆動電流
ＩＬＤを供給され光出力に利得を与える利得を有する活
性導波路層である。活性導波路層１２の両側に設けた１
４で示す部分は一面にグレーティング１６の存在により
屈折率が周期的に変化することで入射光を反射する分布
反射器である。活性導波路層１２と、分布反射器１４０
組合わせにより、既知の如く光共振器が形成され、矢印
で略図的に示す如く光導波路ＬＷにレーザ発振を生ずる
。

光導波路ＬＨと一体の光導波路を形成するように同じく
半導体基板１０に光スイッチ２０を設ける。この光スイ
ッチは超薄膜多層構造で形成し、電極２２を介し、光ス
イツチ制御電圧ＶＬＣを加えうるよう構成する。

超薄膜多層構造の膜厚方向に電圧を印加すると、その井
戸構造の部分のエネルギー準位の変化により、電極を設
けた部分のみの屈折率が他の超薄膜多層構造に比し変化
する。

レーザ発振により光スイッチ２０に向かって出る光は、
光スイツチ制御電圧ＶＬＣが、ＶＬ　Ｃ＝　０のときは
、第３ａ図に示す如く直進して第１光出口２８より光出
力ＬＯＩとし取り出される。

これに光スイツチ制御電圧を加えると電極の下側の多層
構造の屈折率が小さくなる。この制御電圧ＶＬＣが小さ
いとき、レーザ発振光の一部が、境界面で反射して、第
２光出口３０よりも光出力ＬＯ２が生ずる。第３ｂ図は
この状態を示す。更に大なる電圧を加えると、反射面で
の屈折率差がそこでの全反射角よりも大きくなり、光出
力はすべて第２光出口３０よりシ０２となって導出され
る。第３ｃ図はこの状態を示す。

すなわち第３ａ図〜第３Ｃ図に示す如く、光スイッチ２
０の制御電圧ＶＬＣの制御によって第１光出口２８の光
を一部第２光出口より、またはすべて第２光出口より選
択的に導出することができる。

第４図及び第５図は位相器を能動光集積回路に集積した
ものの実施例を示す。

第４図は第１図と同様の断面図、第５図は斜視図である
。本実施例においても半導体基板１０上に光導波路ＬＷ
を形成する。図中１２で示した部分は利得を有する活性
導波路層、１４で示したものは、第１図、第２図と同じ
くグレーティング１６の存在に゛より屈折率が周期的に
変化して入射光を暫定的に反射する分布反射器である。

本実施例では、利得を有する活性導波路層１２と、一方
の分布反射器１４との間に超薄膜多層構造で構成される
位相器３２を設ける。この反射器１４と、位相器３２は
活性導波路路１２で生じる光に対しては無損失であり、
活性導波路層１２で利得を得た光は、反射鏡として動作
する分布反射器１４で挟まれた共振器内でレーザ発振を
生じる。

位相器３２の制御電極３４に出力光位相制御用電圧ＶＬ
　Ｃ−Ｐを加えることにより、超薄膜多層構造の屈折率
が変化し、 １２→３２−１４−３２−１２→１４−１２で構成され
る共振時の管内長が変化し、光出口３６より出力される
発振光の位相を変化させることができる。

第６図は本発明の他の実施例で変調器４０を集積した能
動光集積回路を示す。

第６図において、１０，１２．１４の各部は第１図のも
のと同じであり、活性導波路層１２で駆動され半導体基
板１０上の光導波路ＬＷにレーザ発振を生ずる。

本例では光導波路ＬＷの一方の出力側に超薄膜多層構造
で光導波路が構成され、電極３８への印加電圧によって
光導波路の損失が変化する変調器４０を設ける。変調器
４０の制御電極３８に強度変調用電圧ＶＬＣ−Ｍを加え
ることによって、光出口４２に生ずる光出力し〜ＯＵＴ
の強度が変化する。

すなわち、光出力Ｌ−ＯＵＴの強度を強度変調用電圧Ｖ
ＬＣ−Ｍに応じて変化させることができる。

本発明で用いている電圧制御を行う部分の光導波路は、
超薄膜多層構造から成っており、ポテンシャル構造は１
００Ａ程度の矩形型をしている。これに電界を加えるこ
とにより、矩形のくぼみに存在している電子の波動関数
に影響を与え、それに伴って材料の固有のエネルギーバ
ンドギャップが変化するため、光に対する損失及び屈折
率が変化する。

制御の応答速度は電子のバンド内緩和時間によるため、
従来の電流注入によるキャリヤ密度の増減による効果を
利用するものに比べてより高速化が期待できる。

（発明の効果） 本発明では、超薄型多層構造に垂直に電界を加える原理
による制御素子を設けているので、超高速まで効率的に
光応答感度が得られる光導波路を具えた能動光集積回路
が実現でき、レーザ装置に光スイッチ、位相器、変調器
等を一体として組込み半導体技術による小形で超高速の
装置が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図、第３ａ〜３０図は、レーザ発振器と光
スイッチを一体とした本発明による能動光集積回路の第
１実施例であり、 第１図は第２図のｘ−ｘ’線上断面図、第２図は全体構
造を示す斜視図、 第３ａ図ないし第３Ｃ図は光スイッチの動作を説明する
ための平面図、 第４図及び第５図はレーザ発振器と位相器とを一体とし
た実施例で、 第４図は断面図、 第５図は斜視図、 第６図は変調器を一体とした他の実施例の断面図である
。 １０・・・半導体基板 １２・・・活性導波路層 １４・・・分布反射器 １６・・・グレーティング １８．２２．３４．３８・・・電極 ２０・・・光スイッチ ３２・・・位相器 ４０・・・変調器 第４図 第５図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、半導体基板上に一体として集積された光導波路を有
   する能動光集積回路であって、前記光導波路の一部を利
   得を有する活性導波路層とし、入射光を反射させる１対
   の反射器を設けて光導波路に沿ってレーザ発振を生ぜし
   める能動光集積回路において、 前記半導体基板上に前記光導波路と合体す る光導波路を形成するように設けた超薄膜多層構造を有
   する制御素子を設け、該超薄膜多層構造の膜厚方向に電
   界を加えることにより前記レーザ発振の出力光の制御を
   可能としたことを特徴とする能動光集積回路。 ２、制御素子を光スイッチとした特許請求の範囲第１項
   記載の能動光集積回路。 ３、制御素子を位相器とした特許請求の範囲第１項記載
   の能動光集積回路。 ４、制御素子を変調器とした特許請求の範囲第１項記載
   の能動光集積回路。 ５、制御素子を変調器とし、該変調器を分布反射器と活
   性導波路路層との間に設けた特許請求の範囲第１項記載
   の能動光集積回路。