JPS6132038A - 光集積回路 - Google Patents
光集積回路Info
- Publication number
- JPS6132038A JPS6132038A JP15296084A JP15296084A JPS6132038A JP S6132038 A JPS6132038 A JP S6132038A JP 15296084 A JP15296084 A JP 15296084A JP 15296084 A JP15296084 A JP 15296084A JP S6132038 A JPS6132038 A JP S6132038A
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- Japan
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- layer
- optical
- optical waveguide
- integrated circuit
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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】
〔発明の利用分野〕
本発明は、光通信、情報処理の分野に係り、特に化合物
半導体を用いることにより、半導体レーザ、変調器など
の多機能を備えた光デバイスの一体化に好適な構造をも
つ光集積回路に関するものである。
半導体を用いることにより、半導体レーザ、変調器など
の多機能を備えた光デバイスの一体化に好適な構造をも
つ光集積回路に関するものである。
光集積回路は種々の機能をもつ光デバイスを一体に集積
させるもので、小型、高性能、低コストなどいくつかの
利直が期待される。現在、例えばIEEE J、Qua
ntum Electron、vol、QE−19,1
339(1983)においてR,C,Alferneg
s、C,H,Joyner、L、L、Bull及びS、
に、Korotkyが”High −5peed 、
Traveling −WaneDirectiona
l Coupler 5w1tch/Modula
tor forλ =1.32μm ”と題して論じ
ているように、大きな電気光学効果を有するLiNb0
3 などの誘電体材料を用いた光集積回路の研究開発
が活発に行なわれている。このような誘電体材料を用い
た光集積回路では、単能形のデバイスとし、ての応用や
、光コンポーネントの性能を向上させるための手段とし
て用いられている場合が多い。しかし、各種光デバイス
あるいは電子デバイスを一体化させ、より多くの機能を
備えた能動先光集積回路を実現させるという観点から、
半導体材料を用いた光集積回路の研究開発がより重要に
なってきた。
させるもので、小型、高性能、低コストなどいくつかの
利直が期待される。現在、例えばIEEE J、Qua
ntum Electron、vol、QE−19,1
339(1983)においてR,C,Alferneg
s、C,H,Joyner、L、L、Bull及びS、
に、Korotkyが”High −5peed 、
Traveling −WaneDirectiona
l Coupler 5w1tch/Modula
tor forλ =1.32μm ”と題して論じ
ているように、大きな電気光学効果を有するLiNb0
3 などの誘電体材料を用いた光集積回路の研究開発
が活発に行なわれている。このような誘電体材料を用い
た光集積回路では、単能形のデバイスとし、ての応用や
、光コンポーネントの性能を向上させるための手段とし
て用いられている場合が多い。しかし、各種光デバイス
あるいは電子デバイスを一体化させ、より多くの機能を
備えた能動先光集積回路を実現させるという観点から、
半導体材料を用いた光集積回路の研究開発がより重要に
なってきた。
以下、半導体材料を用いた光集積回路の一例として、信
学技報0QE−28(197g)において、河口が論じ
ている”GaAs方向性結合器形光スイッチ″について
第1図を用いて説明する。導波路構造はn ” GaA
s基板(1−1)上にエピタキシャル成長により得たn
−GaAs層(1−2)を光導波層としたキャリア濃
度の差による屈折率差を用いる。この二次元導波路をリ
ブ構造の三次元光導波路(1−3)にし、これを二本並
置することにより、方向性結合器を形成する。素子長を
完全結合長に一致させ、リブガイド上に形成されたショ
ットキー電極(1−4)の一方と裏面電極(1−5)と
の間に逆方向電圧を印加する。このとき電気光学効果に
より、電圧が品加された光導波路は屈折率が変り、この
ため結合状態が変化するので、光のスイッチングを行な
うことができる。このような導波路構造をもつ方向性結
合器型光スイッチは変調器などとしても用いられ応用範
囲の広いものである6しかし、これらの光デバイスは、
一平面上に形成されるため、より高い集積化、あるいは
半導体レーザとの一体化を考慮したとき、必ずしも有利
な構造とはなっていない。
学技報0QE−28(197g)において、河口が論じ
ている”GaAs方向性結合器形光スイッチ″について
第1図を用いて説明する。導波路構造はn ” GaA
s基板(1−1)上にエピタキシャル成長により得たn
−GaAs層(1−2)を光導波層としたキャリア濃
度の差による屈折率差を用いる。この二次元導波路をリ
ブ構造の三次元光導波路(1−3)にし、これを二本並
置することにより、方向性結合器を形成する。素子長を
完全結合長に一致させ、リブガイド上に形成されたショ
ットキー電極(1−4)の一方と裏面電極(1−5)と
の間に逆方向電圧を印加する。このとき電気光学効果に
より、電圧が品加された光導波路は屈折率が変り、この
ため結合状態が変化するので、光のスイッチングを行な
うことができる。このような導波路構造をもつ方向性結
合器型光スイッチは変調器などとしても用いられ応用範
囲の広いものである6しかし、これらの光デバイスは、
一平面上に形成されるため、より高い集積化、あるいは
半導体レーザとの一体化を考慮したとき、必ずしも有利
な構造とはなっていない。
半導体レーザと光導波層との結合法については、文献Y
、Suematsu、M、Yamada and K、
Hayashi : Amulli−hetero−A
Q(:aA、s 1aser with integr
atedtwin −guide 、 Proc、 I
EEE (Lett、 ) 、 63. p、 208
(1975) 。
、Suematsu、M、Yamada and K、
Hayashi : Amulli−hetero−A
Q(:aA、s 1aser with integr
atedtwin −guide 、 Proc、 I
EEE (Lett、 ) 、 63. p、 208
(1975) 。
などで見られるように、集積二重導波路(ITG)レー
ザが検討されている。これは、集屑された2本の光導波
路間の結合を利用し、活性層とは別に出力用先導波路を
設けたものである。このように、一平面上ではなく、厚
さ方向に集屑した2本の光導波路においても方向性結合
器を形成することが可能である。なお、半導体レーザと
は別に、積層された2本の光導波路を利用した光調器を
に、Tadaとに、Hiroseが、Appl、 ph
ys、 Lett、 vol、 p561(1974)
におし1て、”A new light modula
tor usingperturbation of
synchronism between t
、W。
ザが検討されている。これは、集屑された2本の光導波
路間の結合を利用し、活性層とは別に出力用先導波路を
設けたものである。このように、一平面上ではなく、厚
さ方向に集屑した2本の光導波路においても方向性結合
器を形成することが可能である。なお、半導体レーザと
は別に、積層された2本の光導波路を利用した光調器を
に、Tadaとに、Hiroseが、Appl、 ph
ys、 Lett、 vol、 p561(1974)
におし1て、”A new light modula
tor usingperturbation of
synchronism between t
、W。
coupled guides”と題して検討している
。これは3次元的な光の閉じ込めを行なわないプレーナ
ガイド構造となっている。そのため集積化の高い構造と
は言えず、またレーザとの一体化を特に考慮していない
。
。これは3次元的な光の閉じ込めを行なわないプレーナ
ガイド構造となっている。そのため集積化の高い構造と
は言えず、またレーザとの一体化を特に考慮していない
。
以上述べたように、半導体材料を用いた光デバイスは種
々検討されているが、半導体の特長を生かし、高密度な
光集積回路を実現するためには、個々の光デバイス間の
結合が重要な問題である。
々検討されているが、半導体の特長を生かし、高密度な
光集積回路を実現するためには、個々の光デバイス間の
結合が重要な問題である。
そのためには、光スィッチ、変調器、半導体レーザなど
が相互に構造上の接近を図らなければならない。
が相互に構造上の接近を図らなければならない。
本発明は、複数の光導波路を立体的に積層させることに
より、従来の一平面上に形成された導波路形光デバイス
よりもさらに集積化を高め、同時に半導体レーザ等の他
の光デバイスとの結合に対して有効な構造をもつ光集積
回路を提供することにある。
より、従来の一平面上に形成された導波路形光デバイス
よりもさらに集積化を高め、同時に半導体レーザ等の他
の光デバイスとの結合に対して有効な構造をもつ光集積
回路を提供することにある。
以下、本発明の概略を第2図を用いて説明する。
第2図では、キャリア濃度が大きいn+一基板(2−1
)上に、低キヤリア濃度で低損失なn−一光導波層(2
−3)が、それによりもバンドギャップエネルギーの大
きく、屈折率が小さいp−クラッド層(2−2)とn−
クラッド(2−4)とKはさまれて形成されている。さ
らにその上にこの11−一光導波層(2−3)と同程度
の屈折率を有するp−光導波層(2−5)とそれよりも
屈折−の小さいp−クラッド層(2−6)が積層されて
いる。この2つの光導波層(2−3)、(2−5)は、
それらの間のn−クラッド層の膜厚が数μmと薄いため
、−組の方向性結合器をなしている。
)上に、低キヤリア濃度で低損失なn−一光導波層(2
−3)が、それによりもバンドギャップエネルギーの大
きく、屈折率が小さいp−クラッド層(2−2)とn−
クラッド(2−4)とKはさまれて形成されている。さ
らにその上にこの11−一光導波層(2−3)と同程度
の屈折率を有するp−光導波層(2−5)とそれよりも
屈折−の小さいp−クラッド層(2−6)が積層されて
いる。この2つの光導波層(2−3)、(2−5)は、
それらの間のn−クラッド層の膜厚が数μmと薄いため
、−組の方向性結合器をなしている。
いま、このような積層構造をもつ化合物半導体の上面と
下面とにオーミック接触の金属電極(2−8)、(2−
9)を設け、上面を(−)、下面を(+)となる極性で
厚さ方向に電圧を印加する。
下面とにオーミック接触の金属電極(2−8)、(2−
9)を設け、上面を(−)、下面を(+)となる極性で
厚さ方向に電圧を印加する。
但し、上面の金属電極とクラッド層(2−6)との間に
は、オーミック抵抗を小さくするためのp′″−キャッ
プ層(2−7)が介入されているとき、上部光導波層(
2−5)は逆バイアスが印加され、空乏層が広がるため
、電気光季効果により、屈折率を高くすることができる
。一方、下部光導波層(2−3)では上のn−クラッド
層(2−4)から注入された電子が下のP−クラッド層
(2−2)のエネルギーの壁のために閉じ込められてキ
ャリア濃度が高くなる。このため、プラズマ効果により
、屈折率は低くなる。この結果、2つの光導波層を伝搬
する光の伝搬定数を変化させることにより、結合度を変
化させて、光スィッチ、変調器などを構成することがで
きる。下の光導波層(2−3)をはさむサンドイッチ構
造はn−n−Pダブルヘテロ構造の半導体レーザと同一
の構造となっており、このような構造の光導波層は、半
導体レーザと一体化する上で有利である。第2図ではn
−n−pダブルヘテロ構造半導体レーザとの結合を考慮
して説明したが、n−p−p構造の場合も同様である。
は、オーミック抵抗を小さくするためのp′″−キャッ
プ層(2−7)が介入されているとき、上部光導波層(
2−5)は逆バイアスが印加され、空乏層が広がるため
、電気光季効果により、屈折率を高くすることができる
。一方、下部光導波層(2−3)では上のn−クラッド
層(2−4)から注入された電子が下のP−クラッド層
(2−2)のエネルギーの壁のために閉じ込められてキ
ャリア濃度が高くなる。このため、プラズマ効果により
、屈折率は低くなる。この結果、2つの光導波層を伝搬
する光の伝搬定数を変化させることにより、結合度を変
化させて、光スィッチ、変調器などを構成することがで
きる。下の光導波層(2−3)をはさむサンドイッチ構
造はn−n−Pダブルヘテロ構造の半導体レーザと同一
の構造となっており、このような構造の光導波層は、半
導体レーザと一体化する上で有利である。第2図ではn
−n−pダブルヘテロ構造半導体レーザとの結合を考慮
して説明したが、n−p−p構造の場合も同様である。
この場合、方向性結合器をなす2つの光導波層(2−3
)、(2−5)はP−先導波層となる。
)、(2−5)はP−先導波層となる。
以上は、簡単のため、光の進行方向に対して横方向の光
の閉じ込めを行なわない2次元のプレート形構造につい
て説明したが、部分的に光導波層の厚さをかえたリブ形
光導波路を形成されば、3次元的な光の閉じ込めを行な
うことができる。方向性結合器の結合部分では、2つの
光導波路間隔は数μmと極めて接近しており、導波光を
分離することは難しい。しかし、光導波路間のクラッド
層(2−4)の厚さをなめらかに変化させたり、あるい
は曲がりをもつリブ形光導波路を形成すれば、光導波路
中を伝搬する光パワーを立体的に分離することができる
。第3図はその一例を示したものである。
の閉じ込めを行なわない2次元のプレート形構造につい
て説明したが、部分的に光導波層の厚さをかえたリブ形
光導波路を形成されば、3次元的な光の閉じ込めを行な
うことができる。方向性結合器の結合部分では、2つの
光導波路間隔は数μmと極めて接近しており、導波光を
分離することは難しい。しかし、光導波路間のクラッド
層(2−4)の厚さをなめらかに変化させたり、あるい
は曲がりをもつリブ形光導波路を形成すれば、光導波路
中を伝搬する光パワーを立体的に分離することができる
。第3図はその一例を示したものである。
以下、本発明の詳細な説明する。構造は第2図に示した
ものと同様である。キャリア濃度が10 ”am−”、
屈折率が3.43のSiドープn′″GaAg基板上に
、pGaA Q As層tn−GaAg層、 nGaA
Q As層。
ものと同様である。キャリア濃度が10 ”am−”、
屈折率が3.43のSiドープn′″GaAg基板上に
、pGaA Q As層tn−GaAg層、 nGaA
Q As層。
n −GaAs層、 pGaA Q As層、p4Ga
AQAs層を順次エピタキシャル成長させる。先導波層
となるn−−GaAs層とこの光導波層にはさまれたク
ラッド層(n−GaA Q As層)はMOCvD法に
よって、その他のp一層はZnドープのLPE法によっ
て形成した。光導波層(n−−GaAs層)のキャリア
濃度は10”〜l Q l5cIll−4,屈折率は3
.44である。p −GaA IA As層と、n −
GaA Q As層のクラッド層は、ともにキャリア濃
度が10″″cm−2.屈折率は基板と同程度かあるい
は若干小さく、光は良好にn−−GaAs層に閉じ込め
られた。上面にはキャリア濃度、屈折率はそれぞれn4
′GaAs基板のそれらと同程度のp ” −GaAs
層のキャップ層を介してA u / G e /Niの
オーミック電極が形成され、下面にも同じA u /
G e / N iのオーミック電極が形成されている
。厚さ方向に電圧を印加しないとき、上の光導波層から
入射された光は、そのほとんどが下の光導波路から出射
し、結合部の長さはほぼ完全結合長となっている。電圧
を印加すると、出射光のパワは下の光導波路から上の光
導波路に移行し、10vの印加電圧で10dBの消光比
が得られた。
AQAs層を順次エピタキシャル成長させる。先導波層
となるn−−GaAs層とこの光導波層にはさまれたク
ラッド層(n−GaA Q As層)はMOCvD法に
よって、その他のp一層はZnドープのLPE法によっ
て形成した。光導波層(n−−GaAs層)のキャリア
濃度は10”〜l Q l5cIll−4,屈折率は3
.44である。p −GaA IA As層と、n −
GaA Q As層のクラッド層は、ともにキャリア濃
度が10″″cm−2.屈折率は基板と同程度かあるい
は若干小さく、光は良好にn−−GaAs層に閉じ込め
られた。上面にはキャリア濃度、屈折率はそれぞれn4
′GaAs基板のそれらと同程度のp ” −GaAs
層のキャップ層を介してA u / G e /Niの
オーミック電極が形成され、下面にも同じA u /
G e / N iのオーミック電極が形成されている
。厚さ方向に電圧を印加しないとき、上の光導波層から
入射された光は、そのほとんどが下の光導波路から出射
し、結合部の長さはほぼ完全結合長となっている。電圧
を印加すると、出射光のパワは下の光導波路から上の光
導波路に移行し、10vの印加電圧で10dBの消光比
が得られた。
以上は光の進行方向に対して横方向の光の閉じ込めかな
い2次元の゛プレーナ形構造の実施例であるが、反応性
イオンビームエツチングを用い、光導波層内にリブ形構
造をもたせ、横方向にも光の閉じ込めを行なうことがで
きる。この反応性イオンビームエツチングはリブ形光導
波路の側面を極めて滑らかにすることができるので、微
細加工後、エピタキシャル成長゛が可能である。
い2次元の゛プレーナ形構造の実施例であるが、反応性
イオンビームエツチングを用い、光導波層内にリブ形構
造をもたせ、横方向にも光の閉じ込めを行なうことがで
きる。この反応性イオンビームエツチングはリブ形光導
波路の側面を極めて滑らかにすることができるので、微
細加工後、エピタキシャル成長゛が可能である。
本発明による光集積回路は、積層型方向性結合器をなし
、その一方の光導波路は、半導体レーザの活性層と同一
の構造となっている。そのため、半導体レーザと一体化
する上で極めて有利である。
、その一方の光導波路は、半導体レーザの活性層と同一
の構造となっている。そのため、半導体レーザと一体化
する上で極めて有利である。
さら番こ、このような多層構造をもつ光集積回路は、一
平面内の光の結合ばかりでなく、厚さ方向での光の結合
も行なうことができるので、より立体的な光集積結合を
構成することができる。従って、集積化が高く、小型で
、多くの機能を備えた光素子が形成できる可能性をもち
経済的にも有利である。
平面内の光の結合ばかりでなく、厚さ方向での光の結合
も行なうことができるので、より立体的な光集積結合を
構成することができる。従って、集積化が高く、小型で
、多くの機能を備えた光素子が形成できる可能性をもち
経済的にも有利である。
第1図はGaAs方向性結合器形光スイッチの一例を示
す図、第2図は本発明による光集積回路の構造を示した
図、第3図は第2図で示した光導波層内にリブ形光導波
路を形成し、光導波層を伝搬する光パワを立体的に分離
するような機能をもたせた光集積回路の一例を示した図
である。 1−1− n ”−Gaza基板、1−2− n −−
GaAs層、1−3・・・リブ形光−波路、1−4・・
・ショットキー電極、1−5・・・裏面電極、2−1・
・・n1一基板。 2−2.2−6・・・p−クラッド層、2−3.’2−
5・・・n−一光導波層、2−4・・・n−クラッド層
、2−7・・・Pl−キャップ層、2−8.2−9・・
・オ第1 口 2−γ 児3図
す図、第2図は本発明による光集積回路の構造を示した
図、第3図は第2図で示した光導波層内にリブ形光導波
路を形成し、光導波層を伝搬する光パワを立体的に分離
するような機能をもたせた光集積回路の一例を示した図
である。 1−1− n ”−Gaza基板、1−2− n −−
GaAs層、1−3・・・リブ形光−波路、1−4・・
・ショットキー電極、1−5・・・裏面電極、2−1・
・・n1一基板。 2−2.2−6・・・p−クラッド層、2−3.’2−
5・・・n−一光導波層、2−4・・・n−クラッド層
、2−7・・・Pl−キャップ層、2−8.2−9・・
・オ第1 口 2−γ 児3図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1、高いキャリア濃度をもつIII−V族化合物半導体基
板上に、低キャリア濃度で低損失な光導波層を該光導波
層よりバンドギャップエネルギーが大きく、しかも屈折
率が小さいクラッド層ではさんだ、n−p−pあるいは
n−n−pダブルヘテロ構造をなすエピタキシャル層を
形成し、さらにその上に、上記光導波層と同程度の屈折
率およびキャリア濃度をもつ他の光導波層と、この光導
波層より屈折率の小さいpn接合を形成するクラッド層
を順次積層させ、厚さ方向に電界を印加させることによ
って、上記2つの光導波層間で、光パワの移行を行なう
ことを特徴とした光集積回路。 2、上記2つの光導波層において、部分的に光導波層の
厚さをかえたリブ形光導波路を形成し、3次元的に光の
閉じ込めを行なうことを特徴とした特許請求の範囲第1
項記載の光集積回路。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP15296084A JPS6132038A (ja) | 1984-07-25 | 1984-07-25 | 光集積回路 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP15296084A JPS6132038A (ja) | 1984-07-25 | 1984-07-25 | 光集積回路 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS6132038A true JPS6132038A (ja) | 1986-02-14 |
Family
ID=15551919
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP15296084A Pending JPS6132038A (ja) | 1984-07-25 | 1984-07-25 | 光集積回路 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS6132038A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006335455A (ja) * | 2005-06-06 | 2006-12-14 | Nippon Film Kk | ロール状連続袋体 |
JP2010113084A (ja) * | 2008-11-05 | 2010-05-20 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 光信号処理装置 |
-
1984
- 1984-07-25 JP JP15296084A patent/JPS6132038A/ja active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006335455A (ja) * | 2005-06-06 | 2006-12-14 | Nippon Film Kk | ロール状連続袋体 |
JP2010113084A (ja) * | 2008-11-05 | 2010-05-20 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 光信号処理装置 |
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