JPH0697315B2 - 装荷型方向性結合器 - Google Patents
装荷型方向性結合器Info
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- JPH0697315B2 JPH0697315B2 JP59069342A JP6934284A JPH0697315B2 JP H0697315 B2 JPH0697315 B2 JP H0697315B2 JP 59069342 A JP59069342 A JP 59069342A JP 6934284 A JP6934284 A JP 6934284A JP H0697315 B2 JPH0697315 B2 JP H0697315B2
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/40—Arrangement of two or more semiconductor lasers, not provided for in groups H01S5/02 - H01S5/30
- H01S5/4025—Array arrangements, e.g. constituted by discrete laser diodes or laser bar
- H01S5/4031—Edge-emitting structures
-
- 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
- G02F1/29—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 position or the direction of light beams, i.e. deflection
- G02F1/31—Digital deflection, i.e. optical switching
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- G02F1/3133—Digital deflection, i.e. optical switching in an optical waveguide structure of directional coupler type the optical waveguides being made of semiconducting materials
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Description
【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は光通信用部品としての光スイッチ，光変調器と
して有望である方向性結合器に関するものである。
して有望である方向性結合器に関するものである。
従来例の構成とその問題点 方向性結合器は１対の光導波路を近接して並置し光の結
合を利用するとともに、電気光学効果を有する材料を用
いれば電圧印加により光の結合度を変化することができ
光の強度変調やスイッチングを行わしめることができ
る。通常このような素子はLiNbO3等の誘電体材料で多く
作られているが半導体材料を用いた場合は半導体レーザ
ー等の発光素子や受光素子およびその他の電気素子との
一体化が可能となり光集積回路の立場から非常に有望で
ある。
合を利用するとともに、電気光学効果を有する材料を用
いれば電圧印加により光の結合度を変化することができ
光の強度変調やスイッチングを行わしめることができ
る。通常このような素子はLiNbO3等の誘電体材料で多く
作られているが半導体材料を用いた場合は半導体レーザ
ー等の発光素子や受光素子およびその他の電気素子との
一体化が可能となり光集積回路の立場から非常に有望で
ある。
通常半導体を用いた場合の方向性結合器としては変調電
力等の立場からpn接合を利用できるいわゆる装荷型方向
性結合器が最も有利である。
力等の立場からpn接合を利用できるいわゆる装荷型方向
性結合器が最も有利である。
第１図に長波長レーザー材料であるInP/InGaAsP系を用
いた場合の方向性結合器の断面図を示す。これはＳドー
プのn+InP基板１上にTeドープn+InPバファー層2,ノンド
ープのn-InGaAsP光導波層3,ZnドープのP+InPクラッド層
４を順次エピタキシャル成長し、P+InP側にAu−Zn電極
5,n+InP基板１側にAu−Sn電極６を形成したのち、P+InP
クラッド層４を導波路パターンを残してHCl系のエッチ
ャントで選択的にエッチングしてとり除き装荷クラッド
4,4′を形成し、さらにへき開により入射端面11出射端
面を形成したものである。n-InGaAsP光導波層３のう
ち、この装荷クラッド4,4′の真下の部分が三次元導波
路7,7′を形成する。
いた場合の方向性結合器の断面図を示す。これはＳドー
プのn+InP基板１上にTeドープn+InPバファー層2,ノンド
ープのn-InGaAsP光導波層3,ZnドープのP+InPクラッド層
４を順次エピタキシャル成長し、P+InP側にAu−Zn電極
5,n+InP基板１側にAu−Sn電極６を形成したのち、P+InP
クラッド層４を導波路パターンを残してHCl系のエッチ
ャントで選択的にエッチングしてとり除き装荷クラッド
4,4′を形成し、さらにへき開により入射端面11出射端
面を形成したものである。n-InGaAsP光導波層３のう
ち、この装荷クラッド4,4′の真下の部分が三次元導波
路7,7′を形成する。
ここで一方の三次元導波路７′に光を入射すると三次元
導波路7,7′間での光波の結合により、隣の導波路７に
移行する。さらに一方のAu/Zn電極5,5′と裏面のAu/Sn
電極６にpn接合に逆バイアスがかかるように電圧を印加
すると電気光学効果による導波路間の結合状態の変化に
より出射光9,9′のパワー比が変化でき光の変調および
スイッチングをおこなうことができる。
導波路7,7′間での光波の結合により、隣の導波路７に
移行する。さらに一方のAu/Zn電極5,5′と裏面のAu/Sn
電極６にpn接合に逆バイアスがかかるように電圧を印加
すると電気光学効果による導波路間の結合状態の変化に
より出射光9,9′のパワー比が変化でき光の変調および
スイッチングをおこなうことができる。
ところでこの光の変調を有効に行なうためには一対の導
波路7,7′は電気的に分離されていなければならない。
しかしながら実際にはエピタキシャル成長中にn-InGaAs
P光導波層３中にＰ型ドーパントがオートドープされpn
接合面はn-InGaAsP光導波層３内部に形成される。従っ
て第１図に示す素子構造ではリーク電流が大きく、あま
り大きい逆バイアスは印加できない。さらに２つの導波
路7,7′は電気的に分離されておらず、一本の導波路に
独立に電圧を印加することができず、良好な光変調特性
が得られない。
波路7,7′は電気的に分離されていなければならない。
しかしながら実際にはエピタキシャル成長中にn-InGaAs
P光導波層３中にＰ型ドーパントがオートドープされpn
接合面はn-InGaAsP光導波層３内部に形成される。従っ
て第１図に示す素子構造ではリーク電流が大きく、あま
り大きい逆バイアスは印加できない。さらに２つの導波
路7,7′は電気的に分離されておらず、一本の導波路に
独立に電圧を印加することができず、良好な光変調特性
が得られない。
このような構造の素子で電気的分離を完全におこなうた
めには装荷クラッドをエッチングする際にn-InGaAsP光
導波層３をPn接合面以下までさらにエッチングしなけれ
ばならない。しかしながら光導波層３をエッチングする
と導波路7,7′の形状が変化し、導波路間での光の結合
が弱くなり隣の導波路に光が移行するのに非常に長い距
離を要する。またエッチングのばらつき等により導波路
パラメーターを一定に保つことはむつかしい。従ってIn
Pクラッド層4,4′とInGaAsP光導波層３界面でエッチン
グをストップさせ、かつ一対の導波路を電気的に分離す
ることが望ましい方法である。
めには装荷クラッドをエッチングする際にn-InGaAsP光
導波層３をPn接合面以下までさらにエッチングしなけれ
ばならない。しかしながら光導波層３をエッチングする
と導波路7,7′の形状が変化し、導波路間での光の結合
が弱くなり隣の導波路に光が移行するのに非常に長い距
離を要する。またエッチングのばらつき等により導波路
パラメーターを一定に保つことはむつかしい。従ってIn
Pクラッド層4,4′とInGaAsP光導波層３界面でエッチン
グをストップさせ、かつ一対の導波路を電気的に分離す
ることが望ましい方法である。
このようにして第１図に示す構造の装荷型方向性結合器
ではpn接合面が光導波層３内部に形成されるために各導
波路に独立に電界を印加することができず、良好な光変
調特性を得ることができなかった。
ではpn接合面が光導波層３内部に形成されるために各導
波路に独立に電界を印加することができず、良好な光変
調特性を得ることができなかった。
発明の目的 本発明は以上に述べた従来の構造の装荷型方向性結合器
の抱える問題点を克服し、良好な光変調特性を有する方
向性結合器を提供することを目的とする。
の抱える問題点を克服し、良好な光変調特性を有する方
向性結合器を提供することを目的とする。
発明の構成 本発明は従来の構造の装荷型方向結合器において、ｎ型
で低キャリア濃度である光導波層とｐ型で高キャリア濃
度である第２装荷クラッド層の間に、ｎ型で低キャリア
濃度である第１装荷クラッド層を導入した構造の装荷型
方向性結合器であり、この層の導入によって、第２装荷
クラッド層中のｐ型不純物が光導波層へ拡散するのを防
止し、また第１装荷クラッド層と光導波層との選択エッ
チングのみで導波路の形状をくずすことなく個々の導波
路を電気的に分離形成でき、良好な光変調特性を得るこ
とができるものである。
で低キャリア濃度である光導波層とｐ型で高キャリア濃
度である第２装荷クラッド層の間に、ｎ型で低キャリア
濃度である第１装荷クラッド層を導入した構造の装荷型
方向性結合器であり、この層の導入によって、第２装荷
クラッド層中のｐ型不純物が光導波層へ拡散するのを防
止し、また第１装荷クラッド層と光導波層との選択エッ
チングのみで導波路の形状をくずすことなく個々の導波
路を電気的に分離形成でき、良好な光変調特性を得るこ
とができるものである。
実施例の説明 第２図は本発明の装荷型方向性結合器の構造を示す断面
図である。ここで１〜６は第１図に示す通りであり、1
0,10′は本発明にかかわる装荷n-−InPクラッド層であ
る。各層のキャリア密度はＳドープn+−InP基板１は３
×1018/cm3,Teドープn+−InPバッファー層２は３×1018
/cm3,ノンドープn-−InGaAsP層３は１×1016/cm3,ノン
ドープn-−InPクラッド層10,10′は１×1016/cm3,Znド
ープP+−InP層4,4′は８×1017/cm3である。
図である。ここで１〜６は第１図に示す通りであり、1
0,10′は本発明にかかわる装荷n-−InPクラッド層であ
る。各層のキャリア密度はＳドープn+−InP基板１は３
×1018/cm3,Teドープn+−InPバッファー層２は３×1018
/cm3,ノンドープn-−InGaAsP層３は１×1016/cm3,ノン
ドープn-−InPクラッド層10,10′は１×1016/cm3,Znド
ープP+−InP層4,4′は８×1017/cm3である。
この素子は多層エピタキシャル成長ののち、表面にAu/Z
n電極5,5′，裏面にAu/Sn電極６を蒸着し、表面にフォ
トリソグラフィーにより導波路となるストライプ状のパ
ターンを形成してAu/Zn電極4,4′以外の部分をエッチン
グし、引き続きHCl系のエッチャントによって装荷InPク
ラッド層4,4′,10,10′以外の部分のInP層を選択エッチ
ングによって取り除き、入射端11,出射端12をへき開に
よって形成することによって作製できる。実際にこのよ
うにして作成した素子のAu/Zn電極5,または５′Au/Sn電
極６間に逆バイアスを印加した時、耐圧20V以上、10V印
加した時のリーク電流は１μＡ以下であった。さらに２
つのAu/Zn電極5,5′間も20V以上の耐圧を示し電気的に
独立であった。
n電極5,5′，裏面にAu/Sn電極６を蒸着し、表面にフォ
トリソグラフィーにより導波路となるストライプ状のパ
ターンを形成してAu/Zn電極4,4′以外の部分をエッチン
グし、引き続きHCl系のエッチャントによって装荷InPク
ラッド層4,4′,10,10′以外の部分のInP層を選択エッチ
ングによって取り除き、入射端11,出射端12をへき開に
よって形成することによって作製できる。実際にこのよ
うにして作成した素子のAu/Zn電極5,または５′Au/Sn電
極６間に逆バイアスを印加した時、耐圧20V以上、10V印
加した時のリーク電流は１μＡ以下であった。さらに２
つのAu/Zn電極5,5′間も20V以上の耐圧を示し電気的に
独立であった。
この構造の装荷型方向性結合器の光変調特性を第３図に
示す。ここで横軸は、Au/Zn電極 Au/Sn電極６間に印加
した逆方向電圧であり、縦軸は各導波路端での出射光9,
9′の相対光出力P1,P2である。
示す。ここで横軸は、Au/Zn電極 Au/Sn電極６間に印加
した逆方向電圧であり、縦軸は各導波路端での出射光9,
9′の相対光出力P1,P2である。
この素子の構造パラメーターとしてＴ＝1.0μmH1＝0.3
μm H2＝1.0μm W＝3.0μm S＝3.0μm L＝2mmである。
第３図から印加電圧24Vで消光比が20dB程度得られ良好
な光変調特性が得られていることがわかる。
μm H2＝1.0μm W＝3.0μm S＝3.0μm L＝2mmである。
第３図から印加電圧24Vで消光比が20dB程度得られ良好
な光変調特性が得られていることがわかる。
以上のように本実施例によれば、装荷型方向性結合器の
n-−InGaAsP光導波層とP+InPクラッド層の間にn-−InP
層を導入することにより、InPの選択エッチングを行な
うだけで電気的に分離できた一対の装荷型導波路が形成
でき、この構造の素子で良好な光変調特性が得られるこ
とができる。なお、本実施例ではInP系材料に限定した
が、光導波層とクラッド層間の選択エッチングが利用で
きるものであればこれらに限られるものではない。
n-−InGaAsP光導波層とP+InPクラッド層の間にn-−InP
層を導入することにより、InPの選択エッチングを行な
うだけで電気的に分離できた一対の装荷型導波路が形成
でき、この構造の素子で良好な光変調特性が得られるこ
とができる。なお、本実施例ではInP系材料に限定した
が、光導波層とクラッド層間の選択エッチングが利用で
きるものであればこれらに限られるものではない。
発明の効果 本発明の装荷型方向性結合器は、低キャリア濃度でｎ型
の光導波層と高キャリア濃度でｐ型の第２装荷クラッド
層の間に、低キャリア濃度でｎ型の第１装荷クラッド層
を施けることにより、第２装荷クラッド層中のｐ型不純
物が光導波層へ拡散するのを防止し、また第１装荷クラ
ッド層と光導波層との選択エッチングのみで電気的に分
離された一対の装荷型導波路が形成でき、この素子を用
いれば良好な光変調特性を得ることができ、その実用的
効果は大きい。
の光導波層と高キャリア濃度でｐ型の第２装荷クラッド
層の間に、低キャリア濃度でｎ型の第１装荷クラッド層
を施けることにより、第２装荷クラッド層中のｐ型不純
物が光導波層へ拡散するのを防止し、また第１装荷クラ
ッド層と光導波層との選択エッチングのみで電気的に分
離された一対の装荷型導波路が形成でき、この素子を用
いれば良好な光変調特性を得ることができ、その実用的
効果は大きい。
第１図は従来の装荷型方向性結合器の構造図、第２図は
本発明の一実施例における装荷型方向性結合器の構造
図、第３図は実施例における装荷型方向性結合器の光変
調特性図である。 １……n+−InP基板、２……InPバッファー層、３……n-
InGaAsP層、4,4′……P+InP層、10,10′……n-InPクラ
ッド層。
本発明の一実施例における装荷型方向性結合器の構造
図、第３図は実施例における装荷型方向性結合器の光変
調特性図である。 １……n+−InP基板、２……InPバッファー層、３……n-
InGaAsP層、4,4′……P+InP層、10,10′……n-InPクラ
ッド層。
Claims (1)
- 【請求項１】半導体基板と、 前記基板上に形成されたｎ型で、低キャリア濃度の光導
波層と、 前記光導波層上に、前記光導波層と選択エッチングでき
る組成であり、ｎ型、低キャリア濃度で所定の幅をも
ち、かつ相互いに平行して形成された一対のストライプ
状第１装荷クラッド層と、 前記第１装荷クラッド層上にこの層とほぼ同じ幅で形成
されたｐ型で、高キャリア濃度の一対のストライプ状第
２装荷クラッド層と、 前記第２装荷クラッド層上に形成された電極とを備え、 前記第１装荷クラッド層は、前記第２装荷クラッド層か
ら前記光導波層へｐ型不純物が拡散しないようしてお
り、 前記第1,第２装荷クラッド層は一対のストライプを構成
しており、 前記第1,第２装荷クラッド層により、それぞれの前記ス
トライプ直下の前記光導波層にはそれぞれ光導波路が形
成され、 さらに前記一対のストライプは、それぞれの前記光導波
路を導波する光が結合できる程度に近接して位置し、 前記電極に電圧をかけて前記光導波路にそれぞれ独立し
て逆バイアスを印加することにより、それぞれの前記光
導波路の屈折率を独立に変化させて、前記光導波路から
の出射光を変調することを特徴とする装荷型方向性結合
器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59069342A JPH0697315B2 (ja) | 1984-04-06 | 1984-04-06 | 装荷型方向性結合器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59069342A JPH0697315B2 (ja) | 1984-04-06 | 1984-04-06 | 装荷型方向性結合器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60212727A JPS60212727A (ja) | 1985-10-25 |
| JPH0697315B2 true JPH0697315B2 (ja) | 1994-11-30 |
Family
ID=13399775
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59069342A Expired - Fee Related JPH0697315B2 (ja) | 1984-04-06 | 1984-04-06 | 装荷型方向性結合器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0697315B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20130141850A (ko) * | 2012-06-18 | 2013-12-27 | 광주과학기술원 | 광학 소자 |
Family Cites Families (1)
| 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 |
-
1984
- 1984-04-06 JP JP59069342A patent/JPH0697315B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS60212727A (ja) | 1985-10-25 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |