JPH01270035A - 光変調装置 - Google Patents
光変調装置Info
- Publication number
- JPH01270035A JPH01270035A JP10111188A JP10111188A JPH01270035A JP H01270035 A JPH01270035 A JP H01270035A JP 10111188 A JP10111188 A JP 10111188A JP 10111188 A JP10111188 A JP 10111188A JP H01270035 A JPH01270035 A JP H01270035A
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- Japan
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- layer
- emitter
- quantum well
- waveguide
- multiple quantum
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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Classifications
-
- 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
- G02F1/313—Digital deflection, i.e. optical switching in an optical waveguide structure
- G02F1/3137—Digital deflection, i.e. optical switching in an optical waveguide structure with intersecting or branching waveguides, e.g. X-switches and Y-junctions
- G02F1/3138—Digital deflection, i.e. optical switching in an optical waveguide structure with intersecting or branching waveguides, e.g. X-switches and Y-junctions the optical waveguides being made of semiconducting materials
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Nonlinear Science (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
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〕
この発明は、光通信、光情報処理分野において用いられ
る光信号の変調装置に関するものである。
る光信号の変調装置に関するものである。
第４図は例えばエレクトロニクス レターズ。
２０巻、 （１９８４） 、２２Ｂ頁（Ｅｌｅｃｔｒｏ
ｎｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ Ｖｏｌ、２０、 （１９８
４） 、 ｐ、２２８）に示された従来の光変調装置を
示す上面図、第５図は第４図のＡ−Ａ断面図である。こ
れら図において、３は光入射口、７はＧａＡｓ基板、１
４はｎ−Ａｌ、Ｇａ、−ＸＡｓクラッド層、１５はｎ−
ＧａＡｓ光ガイド層、１６はｐ−Ａ ｌＸＧａ、−ＸＡ
ｓクラッド層、１７は電極である。
ｎｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ Ｖｏｌ、２０、 （１９８
４） 、 ｐ、２２８）に示された従来の光変調装置を
示す上面図、第５図は第４図のＡ−Ａ断面図である。こ
れら図において、３は光入射口、７はＧａＡｓ基板、１
４はｎ−Ａｌ、Ｇａ、−ＸＡｓクラッド層、１５はｎ−
ＧａＡｓ光ガイド層、１６はｐ−Ａ ｌＸＧａ、−ＸＡ
ｓクラッド層、１７は電極である。
図に示すように、光ガイドＮ１５には角度２θでＸ字状
に交叉しているりフジ形導波路１５ が形成されている
。またその交叉部においてはクラッド層１４．光ガイド
層１５．クラッド１ｉ１６によりｎ Ａ １ ｘ Ｇ
ａ ＋ −Ｘ Ａ ｓ ／ ｎ Ｇ ａ Ａ ｓ
／ ｐＡ ＩＸ Ｇａｐ−ＸＡｓダブルへテロ構造が形
成されており、光ガイド層１５の部分の屈折率は等制約
にそれ以外の部分よりも高くなる。入射光はボート３か
ら素子内に入り、ボート３′、または３から出射する。
に交叉しているりフジ形導波路１５ が形成されている
。またその交叉部においてはクラッド層１４．光ガイド
層１５．クラッド１ｉ１６によりｎ Ａ １ ｘ Ｇ
ａ ＋ −Ｘ Ａ ｓ ／ ｎ Ｇ ａ Ａ ｓ
／ ｐＡ ＩＸ Ｇａｐ−ＸＡｓダブルへテロ構造が形
成されており、光ガイド層１５の部分の屈折率は等制約
にそれ以外の部分よりも高くなる。入射光はボート３か
ら素子内に入り、ボート３′、または３から出射する。
キャリアが電極１７からｐｎ接合を介して光ガイド層１
５に注入されると、キャリアが注入された部分の屈折率
はプラズマ効果により低下する。
５に注入されると、キャリアが注入された部分の屈折率
はプラズマ効果により低下する。
たとえば入射光の波長が０．９μｍ、注入されたキャリ
ア密度ΔＮがｌ ＸＩＯ”Ｃ１１−”のとき、屈折率変
化Δｎはおよそ５Ｘ１０−３である。
ア密度ΔＮがｌ ＸＩＯ”Ｃ１１−”のとき、屈折率変
化Δｎはおよそ５Ｘ１０−３である。
今、レーザビームがボート３から入射したとする。交叉
角２θが２〜３°よりも小さいとき、ガイド層１５の交
叉領域へのｌ ｘｌＱｌａｃｆｌＩ−３程度のキャリア
注入により入射光を全反射させてボート３″から出射さ
せることが可能となる。一方、キャリアを注入しないと
きは、レーザ光はボート３′ から出射する。このよう
にガイド層１５の交叉領域へのキャリア注入量を制御す
ることにより、入射光のスイッチングを行なうことがで
きる。
角２θが２〜３°よりも小さいとき、ガイド層１５の交
叉領域へのｌ ｘｌＱｌａｃｆｌＩ−３程度のキャリア
注入により入射光を全反射させてボート３″から出射さ
せることが可能となる。一方、キャリアを注入しないと
きは、レーザ光はボート３′ から出射する。このよう
にガイド層１５の交叉領域へのキャリア注入量を制御す
ることにより、入射光のスイッチングを行なうことがで
きる。
従来の光変調装置は以上のように構成されており、この
ようなダブルへテロ構造では電流注入を停止した後もキ
ャリア再結合によって電子が消費されるまでは電子が導
波路に存在するため、スイッチング速度は、ｐｎ接合部
の注入キャリアの寿命、即ちキャリア再結合時間（これ
は通常数ナノセ、りのオーダである）で制限され、１
ｆＪｚ以下となるため、高速変調ができないという問題
点があった。
ようなダブルへテロ構造では電流注入を停止した後もキ
ャリア再結合によって電子が消費されるまでは電子が導
波路に存在するため、スイッチング速度は、ｐｎ接合部
の注入キャリアの寿命、即ちキャリア再結合時間（これ
は通常数ナノセ、りのオーダである）で制限され、１
ｆＪｚ以下となるため、高速変調ができないという問題
点があった。
この発明は上記のような問題点を解消するためになされ
たもので、屈折率可変領域へキャリアを高速に注入した
り、高速で取り去ったりすることができる光変調装置を
得ることを目的とする。
たもので、屈折率可変領域へキャリアを高速に注入した
り、高速で取り去ったりすることができる光変調装置を
得ることを目的とする。
この発明に係る光変調装置は、光ガイド層の屈折率可変
領域を多重量子井戸構造により形成し、これをベース層
とし、該ベース層を挟んで形成された、該ベース層の量
子井戸に形成される電子のｎ＝１の量子準位と等しいか
あるいはやや小さいエネルギー位置に伝導帯底が一致す
る第１のクラフト層及び第２のクラッド層をそれぞれエ
ミッタ及びコレクタ層とするトランジスタ構造にしたも
のである。
領域を多重量子井戸構造により形成し、これをベース層
とし、該ベース層を挟んで形成された、該ベース層の量
子井戸に形成される電子のｎ＝１の量子準位と等しいか
あるいはやや小さいエネルギー位置に伝導帯底が一致す
る第１のクラフト層及び第２のクラッド層をそれぞれエ
ミッタ及びコレクタ層とするトランジスタ構造にしたも
のである。
この発明においては、上述の構成として、屈折率可変領
域へのキャリアの注入は共鳴トンネリング現象を利用し
て制御するようにしたから、屈折率可変領域へキャリア
を高速に注入したり、高速で取り去ったりすることがで
きる。
域へのキャリアの注入は共鳴トンネリング現象を利用し
て制御するようにしたから、屈折率可変領域へキャリア
を高速に注入したり、高速で取り去ったりすることがで
きる。
以下、この発明の一実施例を図について説明する。
第１図は本発明の一実施例による光変調装置を示す上面
図であり、図において、１はＸ字形のｎＡ ｌ ＊ Ｇ
ａ ＋−ｗ Ａ ｓ光ガイド層、２はｎ−Ａｌ。
図であり、図において、１はＸ字形のｎＡ ｌ ＊ Ｇ
ａ ＋−ｗ Ａ ｓ光ガイド層、２はｎ−Ａｌ。
Ｇａｐ−、Ａｓクラッド層、３は光入射口、４はエミッ
タ電極、５はベース電極である。
タ電極、５はベース電極である。
第２図は第１図のＡ−Ａ断面図であり、図において、６
はコレクタ電極、７はｎ−ＧａＡｓ基板、８はｎ Ａ
１１ｌ Ｇａｐ−ｘＡｓコレクタ層、９は多重量子井戸
のｐ−ＡＩ、Ｇａｐ−、Ａｓバリア層、１０は多重量子
井戸のｐ−ＧａＡｓウェル層、１１はベース電極５とオ
ーミック接合をとるためのｐ型ドーパント拡散層である
。
はコレクタ電極、７はｎ−ＧａＡｓ基板、８はｎ Ａ
１１ｌ Ｇａｐ−ｘＡｓコレクタ層、９は多重量子井戸
のｐ−ＡＩ、Ｇａｐ−、Ａｓバリア層、１０は多重量子
井戸のｐ−ＧａＡｓウェル層、１１はベース電極５とオ
ーミック接合をとるためのｐ型ドーパント拡散層である
。
また、第３図は光ガイド層１とクラッド層２により構成
されたｎ−ＡｌｘＧａ、−ＸＡｓエミッタ層１２と、多
重量子井戸よりなるベース領域、及びコレクタ層８から
なるトランジスタ構造において、電子がベース領域に注
入されているときのバンドダイアグラムを表す図であり
、図において、１３はウェル層１０内に形成されるｎ＝
１電子量子準位である。
されたｎ−ＡｌｘＧａ、−ＸＡｓエミッタ層１２と、多
重量子井戸よりなるベース領域、及びコレクタ層８から
なるトランジスタ構造において、電子がベース領域に注
入されているときのバンドダイアグラムを表す図であり
、図において、１３はウェル層１０内に形成されるｎ＝
１電子量子準位である。
エミッタ層１２の伝導帯底は多重量子井戸ウェル層１０
に形成されるｎ−１量子率位１３に等しいかあるいはや
や小さい値に設定されている。例えば、バリア層９の組
成がｙ＝＝ｌとすると量子準位１３のエネルギーは、ウ
ェル層１０の伝導帯底からはかって０．０８ｅＶとなる
。このときのエミッタ７１１２とコレクタ層８の組成は
ｘ ＝０．８５とすればよい、第３図（ａ）に示したキ
ャリア注入時はこのような条件が満たされているので、
エミッタ層１２の電子は量子準位１３に共鳴トンネリン
グすることができる。同様に、量子準位１３とコレクタ
層８の間にも共鳴トンネリング条件が満たされているの
で、ベース層に注入された電子はコレクタ層８に流れ込
む。一方、電子の注入を停止させるには、エミッタ・ベ
ース間の順方向バイアス電圧を調節して、第３図（ｂｌ
に示すようにエミッタ層１２の伝導帯底が量子準位１３
よりもエネルギー的に高くなるようにすればよい、この
ときはトンネル条件が満たされないため、電子はウェル
層１０に注入されなくなる。一方、ベース・コレクタ間
には逆バイアスを印加しているので、共鳴トンネリング
条件は保持され、ベース層内の電子は速やかに光ガイド
領域から取り除かれる。このため電子が注入されな（な
ってから屈折率可変領域より電子が存在しなくなるまで
の時間は、キャリア再結合による電子消費による場合に
比して大幅に短縮され、光の高速変調が可能となる。
に形成されるｎ−１量子率位１３に等しいかあるいはや
や小さい値に設定されている。例えば、バリア層９の組
成がｙ＝＝ｌとすると量子準位１３のエネルギーは、ウ
ェル層１０の伝導帯底からはかって０．０８ｅＶとなる
。このときのエミッタ７１１２とコレクタ層８の組成は
ｘ ＝０．８５とすればよい、第３図（ａ）に示したキ
ャリア注入時はこのような条件が満たされているので、
エミッタ層１２の電子は量子準位１３に共鳴トンネリン
グすることができる。同様に、量子準位１３とコレクタ
層８の間にも共鳴トンネリング条件が満たされているの
で、ベース層に注入された電子はコレクタ層８に流れ込
む。一方、電子の注入を停止させるには、エミッタ・ベ
ース間の順方向バイアス電圧を調節して、第３図（ｂｌ
に示すようにエミッタ層１２の伝導帯底が量子準位１３
よりもエネルギー的に高くなるようにすればよい、この
ときはトンネル条件が満たされないため、電子はウェル
層１０に注入されなくなる。一方、ベース・コレクタ間
には逆バイアスを印加しているので、共鳴トンネリング
条件は保持され、ベース層内の電子は速やかに光ガイド
領域から取り除かれる。このため電子が注入されな（な
ってから屈折率可変領域より電子が存在しなくなるまで
の時間は、キャリア再結合による電子消費による場合に
比して大幅に短縮され、光の高速変調が可能となる。
なお、上記実施例では、ベース層となるバリア層９とウ
ェル層１０をともにｐ型としたが、バリア層９のみ、あ
るいはウェルＮ１０のみをｐ型としてもよい。
ェル層１０をともにｐ型としたが、バリア層９のみ、あ
るいはウェルＮ１０のみをｐ型としてもよい。
以上のように、この発明によれば、屈折率可変領域を多
重量子井戸構造により構成しこれをベース層とし、該ベ
ース層を挟んで形成された、該ベース層の量子井戸に形
成される電子のｎ＝１の量子準位と等しいかあるいはや
や小さいエネルギー位置に伝導帯底が一致する第１のク
ラッド層及び第２のクラッド層をそれぞれエミッタ及び
コレクタ層とするトランジスタ構造とし、共鳴トンネリ
ングにより上記屈折率可変領域に電子を注入するように
構成したので、光信号の高速変調が達成できる効果があ
る。
重量子井戸構造により構成しこれをベース層とし、該ベ
ース層を挟んで形成された、該ベース層の量子井戸に形
成される電子のｎ＝１の量子準位と等しいかあるいはや
や小さいエネルギー位置に伝導帯底が一致する第１のク
ラッド層及び第２のクラッド層をそれぞれエミッタ及び
コレクタ層とするトランジスタ構造とし、共鳴トンネリ
ングにより上記屈折率可変領域に電子を注入するように
構成したので、光信号の高速変調が達成できる効果があ
る。
第１図はこの発明の一実施例による光変調装置を示す上
面図、第２図は第１図のＡ−Ａ断面図、第３図（ａ）は
屈折率可変領域へのキャリア注入時のバンドダイヤグラ
ムを示す図、第３図（ｂ）はキャリア注入停止時のバン
ドダイヤグラムを示す図、第４図は従来の光変調装置を
示す上面図、第５図は第４図のＡ−Ａ断面図である。 １はｒｌ Ａ ｌ ｘ Ｇ ａ Ｉ−Ｘ Ａ ３光ガ
イド層、２はｎ Ａ Ｉ Ｘ Ｇ ａ ｌ−Ｘ Ａ
ｓクラッド層、３は光入射口、４はエミッタ電極、５は
ベース電極、６はコレクタ電極、７はｎ−ＧａＡｓ基板
、８はｎ−ＡｌＸＧａ、−、ｌＡｓコレクタ層、９はｐ
−ＡＩ、Ｇａｔ−、Ａｓバリア層、ＩＯはｐ −Ｇ ａ
Ａ ５ウ工ル層、１１はｐ型ドーパント拡散層、１２
はｎ−Ａｌ、ＩＧａ、−Ｘ、Ａｓエミッタ層、１３はｎ
＝１電子量子準位。 なお図中同一符号は同−又は相当部分を示す。
面図、第２図は第１図のＡ−Ａ断面図、第３図（ａ）は
屈折率可変領域へのキャリア注入時のバンドダイヤグラ
ムを示す図、第３図（ｂ）はキャリア注入停止時のバン
ドダイヤグラムを示す図、第４図は従来の光変調装置を
示す上面図、第５図は第４図のＡ−Ａ断面図である。 １はｒｌ Ａ ｌ ｘ Ｇ ａ Ｉ−Ｘ Ａ ３光ガ
イド層、２はｎ Ａ Ｉ Ｘ Ｇ ａ ｌ−Ｘ Ａ
ｓクラッド層、３は光入射口、４はエミッタ電極、５は
ベース電極、６はコレクタ電極、７はｎ−ＧａＡｓ基板
、８はｎ−ＡｌＸＧａ、−、ｌＡｓコレクタ層、９はｐ
−ＡＩ、Ｇａｔ−、Ａｓバリア層、ＩＯはｐ −Ｇ ａ
Ａ ５ウ工ル層、１１はｐ型ドーパント拡散層、１２
はｎ−Ａｌ、ＩＧａ、−Ｘ、Ａｓエミッタ層、１３はｎ
＝１電子量子準位。 なお図中同一符号は同−又は相当部分を示す。
Claims (1)
- （１）Ｘ字状に交叉する導波路を構成する多層半導体層
を有し、該導波路の交叉部にキャリアを注入することに
よって屈折率を変化させ、上記導波路を伝搬する導波光
の強度を変化させるようにした光変調装置において、 上記導波路はｐ型多重量子井戸構造からなる主導波層と
、該主導波層を挟むように形成された、第２のクラッド
層および上記主導波路を構成する量子井戸よりもバンド
ギャップが大きくかつこの量子井戸に形成される電子の
ｎ＝１量子準位と等しいか或いはやや小さいエネルギ位
置に伝導帯底が一致する第１のクラッド層とを備え、 上記主導波層をベース層、第１クラッド層をエミッタ層
、第２クラッド層をコレクタ層としてベース・エミッタ
間にバイアス電圧を印加したときエミッタ層の伝導帯底
は上記ｎ＝１量子準位より大きいエネルギ位置にシフト
するものであることを特徴とする光変調装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10111188A JPH01270035A (ja) | 1988-04-22 | 1988-04-22 | 光変調装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10111188A JPH01270035A (ja) | 1988-04-22 | 1988-04-22 | 光変調装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01270035A true JPH01270035A (ja) | 1989-10-27 |
Family
ID=14291964
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10111188A Pending JPH01270035A (ja) | 1988-04-22 | 1988-04-22 | 光変調装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01270035A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2663161A1 (fr) * | 1990-06-08 | 1991-12-13 | Thomson Csf | Guide d'onde optique a structure de transistor integre et applications a la realisation de modulateurs de lasers et de coupleurs optique. |
-
1988
- 1988-04-22 JP JP10111188A patent/JPH01270035A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2663161A1 (fr) * | 1990-06-08 | 1991-12-13 | Thomson Csf | Guide d'onde optique a structure de transistor integre et applications a la realisation de modulateurs de lasers et de coupleurs optique. |
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