JPH0263012A - 光デバイス - Google Patents

光デバイス

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JPH0263012A
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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。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、入射光に影響を与える屈折率変調器と接続し
て使用されるグレーティングカプラを含む光デバイスに
係り、特に、光通信システムにおいて光処理を行う及び
／又は情報にしたがって符号化された光信号を生成する
光デバイスに関する。
［従来技術及びその問題点］ １９７０年代初期に実用的な光通信媒体として発明され
た低損失光ファイバは、光通信関連分野の急激な成長を
招来した。例えば、その光ファイバに続いて、多くの労
力が種々の光源および光検出器の開発に向けられた。更
に、半導体技術の進歩に伴って、光源及び／又は光検出
器を集積したものが現れ、その製造を安価でかつ容易な
ものにした。
なお、「光（ｏｐｔｉｃａｌ）　Ｊという用語は、可視
光だけでなく、誘電体ファイバ内を効率的に（通常２ｄ
Ｂ／ｋｍより低い損失で）伝搬し得る任意の電磁波をも
意味する。即ち、この用役は波長０゜１〜５０μｍの間
の一般的な電磁波を意味する（以下同じ）。
デバイス開発と共に、光通信システム用の種々のシステ
ムアーキテクチャが提案され、議論されている。しかし
ながら、この様なシステムの多くは情報に従って変調さ
れる光源を必要とする。予想される長距離システムのた
めに、この様な光源は毎秒１０億回（ギガビット（Ｇｂ
１ｔ／５ｅｃ））の高速度でパルス動作する必要がある
。このパルス化はＯＮ及びＯＦＦの状態を振幅で表現し
たものでも良いし、ある周波数でＯＮを、他の周波数で
ＯＦＦを表現する周波数シフトキーイングのようなもの
でも良い。いずれにしても、この様な光源はギガビット
程度の高速度パルス動作を必要とするという観点から考
察されなければならない。
注入レーザのような光源は直流変調によってギガビット
速度でパルス動作し得るが、この様な高速動作は「チャ
ーブ」のような好ましくないスペクトル線の広がり（ｓ
ｐｅｅｔｒａｌ−ｂｒｏａｄｅｎｉｎｇ　５ｉｄｅ　ｅ
ｆ’ｆｅｃｔｓ）を引き起こす（Ｔ、Ｌ、　　コツホ、
Ｊ、Ｅ。
ボワーズ、エレクトロン　レターズ、２０，１０３８．
１９８４年）。この様な不要な効果を低減させるには、
外部変調器を用いて光源の出力を変化させるか、あるい
はレーザ内の内部キャビティ変調器を用いて情報を表す
パルス光を生じさせれば良い。
波長分割多重（ＷＤＭ）に応用した場合、多数のことな
る波長のチャネルを光伝送又はスイッチングアーキテク
チャで用いることが検討されている。この場合、伝送又
は受信を行う波長チャネルの決定には、調整可能な光源
又は調整可能な光フイルタデバイスを用いることができ
る。この様なデバイスは与えられた信号を光通信ネット
ワーク内へ再送出するために用いることも可能である。
上記調整可能性または波長チャネル選択性を達成するた
めに、多くのデバイスはデバイス内で屈折率を変調又は
制御し得る手段を設けている。
上記応用例で述べたように、変調を行うのに特に有用な
素子は電気光学デバイスである。電気光学デバイスの光
学的特性（例えば吸収率又は屈折率）は、適当な電気信
号を印加することによって変化させることができる。こ
の様なデバイスの例として量子井戸デバイスがある。な
お、「量子井戸」とは１以上の量子井戸を意味するもの
とする（以下同じ）。
量子井戸は異なった半導体材料の層が交互に積層されて
構成される。即ち、広禁制帯（ｗｉｄｅ　ｂｉｎｄｇａ
ｐ）の材料と狭禁制帯（ｎａｒｒｏｗ　ｂａｎｄｇａｐ
）の材料とが交互に積層されている。これにより、広禁
制帯材料の価電子帯は狭禁制帯材料°の価電子帯よりエ
ネルギ的に低くなり、広禁制帯材料の伝導帯は狭禁制帯
材料の伝導帯よりエネルギ的に高くなる。
このために、これらの「井戸」領域に形成された電子及
び正孔、即ちこれらの領域へ移動してきた電子及び正孔
は、これらの井戸領域のポテンシャルエネルギが低いた
めに、これらの領域内に閉じ込められる。この様なデバ
イスは、狭いポテンシャル井戸を有するところから量子
井戸デバイスと呼ばれ、電子及び正孔のエネルギレベル
は量子効果によって変化する。
励起子状態の場合は、励起子直径よりかなり狭い領域（
狭禁制帯材料層の厚さで規定される）に電子及び正孔を
閉じ込めることで、フォノン広がりを更に増大させるこ
となく、励起子束縛エネルギをより大きくできる。
この「量子閉じ込め」により、室温での共振の持続が説
明される。更に、閉じ込められた電子及び正孔のエネル
ギは「閉じ込めエネルギ」のために増大する。この量子
閉じ込めの結果として、当該半導体の価電子帯の退化が
防止され、そのため１；２つの励起子共振が生ずる。即
ち、「軽圧孔」励起子と「重工孔」励起子とである。
量子井戸層に垂直に電界を印加すると、励起子共振点を
含む光吸収端はより低い光エネルギ側へ移動する。通常
のバルク半導体では、吸収端のシフトは、あるにしても
非常に僅かである。バルク半導体への電界印加によって
生じるのは、バンド端が比較的像かなシフトを伴って広
がるフランツ−ケルデイツシュ効果（Ｐｒａｎｚ−Ｋｅ
ｌｄｙｓｈ　ｅｆｆｅｃｔ）である。低い電界では励起
子ピークは広がり消滅する。しかし、バルク半導体とは
異なり、量子井戸デバイスに垂直電界を印加するときに
は、励起子吸収ピークは高い電界で保持される。
ＭＱＷ　（多重量子井戸）デバイスに垂直電界を印加し
たときの励起子共振の持続は、閏じ込められた電子−正
孔対への電界の作用を考察することで説明される。
通常、電界を印加すると、イオン化によって励起子寿命
が短くなるために励起子の広がりが生ずる。しかし、量
子井戸による電子−正孔対のと事故口が励起子のイオン
化を妨げるために、非常に強い電界を印加してもイオン
化が生ぜず、・従って励起子強震の広がりが生じない。
更に、ＭＱＷデバイスを変調器として使用することを考
えた場合、印加電界による閉込めエネルギの変化とそれ
に伴う井戸の歪みとによって吸収端が大きくシフトする
という現象がより重要となるであろう。
この吸収端のシフトは、ＭＱＷデバイスを変調器として
使用するための基礎となる。即ち、印加電界を変化させ
ることで適当にバイアスされたＭＱＷデバイスの光吸収
特性が大きく変化するために、ＭＱＷを通過する光を変
調することが可能となるからである。
この様な電気光学的特性からすると、ＭＱＷデバイスは
光強度変調器として特に適していると思われるが、共振
領域において生ずる高い吸収度のために、変調器のＯＮ
状態及びＯＦＦ状態共に光エネルギの大きな損失が生じ
てしまう。これは最も好ましくないことであり、応用例
によっては許容できないこともある。
そこで、ＭＱＷデバイスを吸収変調器としてではなく、
「屈折率」又は「位相」変調器として使用することが研
究されている。この基礎となるクラマースークローニツ
ヒ（Ｋｒａａ＋ｅｒｓ−Ｋｒｏｎｉｇ）の関係は材料の
吸収特性の変化とその屈折率変化との間の相互作用を支
配する関係であるが、この関係によれば、屈折率の大き
な変化は吸収端からずれた領域において生ずる。従って
、ＭＱＷデバイスを吸収損失の小さい状態で位相または
屈折率の変調器として用いることができる。この様なＭ
ＱＷ位相変調器をファプリーペローレーザと接続する利
用法はチエムラ（Ｃｈｅ＋ｇｌａ）らに与えられた米国
特許節４．５２５，６８７号の第１４欄第１行〜第１９
行に示唆されている。
初期のレーザはチエムラらによって引用されたファプリ
ーペロー形がほとんどであったが、その後分布板社旗（
多くは導波構造内に形成されている）を漏ったレーザが
開発された。米国特許箱３゜７６０，２９２号で分布帰
還型（ＤＦＢ）レーザの動作が述べられている。
この様なレーザは「グレーティング結合」現象を基礎と
している。この現象は、少なくとも１次元で周期的に伝
送特性が変化している領域、即ち「グレーティング」を
光が通過することによって生じる。このグレーティング
と光との相互作用はある波長でのみ満たされる位相整合
条件に関係する。周知のように、位相整合条件を満たす
ような波長は、グレーティング結合の異なる「次数」に
よって与えられる。位相整合条件を満たす最も長い波長
λ０で結合が生ずるとき、その結合は第１次の結合と呼
ばれる。同じく位相整合条件を満たす他の波長はλｏ　
／　Ｍである。ここで、Ｍ−２゜３．４．・・・はより
高次の動作を示す。本応用例では、グレーティングは一
般に第１次（Ｍ−１）で動作していると考えられるが、
より高次で動作することもある。
この様なグレーティングの代表的なものとじては、屈折
率変化領域や２つの異なる屈折率材料の境界を波形にし
たものがある。光はこの様な領域を通ることでフォワー
ド又はリバース結合する。
グレーティング結合の実例としてはブラッグ反射器があ
る。これは入射光を反射した出射光束へとリバース結合
するグレーティングカプラである。
ブラッグ反射器は利得手段の外部に形成され、分布ブラ
ッグ反射型（Ｄ　Ｂ　Ｒ）レーザを形成する。
グレーティングカプラは結晶材料の集積部分として形成
され、ＤＦＢレーザを形成する。
ＤＦＢレーザのグレーティングカプラはレーザキャビテ
ィ（ｃａｖＨｙ）を規定する単なる反射器として見做さ
れる。しかし、厳密な分析によれば、ＤＦＢレーザの結
合は位相効果のためにより複雑であることがわかってい
る。例えば、ＤＦＢレーザはブラッグ反射バンドの中心
では発振せず、むしろ２つの第１の最小値の近傍で発振
する。
量子井戸デバイス及びＤＦＢレーザが組み合わされて量
子井戸レーザのようなデバイスが形成される。量子井戸
レーザは量子井戸の電気的性質を利用してレーザトラン
ジッションとして特に有利となるエネルギレベルを定め
る。
［発明の概要］ 本発明は、グレーティングカプラを逆バイアス量子井戸
屈折率変調器とモノリシック集積構造で組合わせること
により、特に効果的なデバイスが構成されるという理解
に基づいている。この構造は、その中を通過する光を横
方向及び／又は縦方向に閉込めるための１以上の光導波
路を有する。
カブラ及び変調器の組合わせにより設計自由度が増え、
２つの異なる伝搬モード間のリバース又はフォワード結
合特性を変化させることができ、それによって新規で有
益な構造を得ることが可能となる。
本発明の実施例は、 （１）内部キャビティ逆バイアス量子井戸屈折率変調器
を有するＤＦＢレーザと、 （２）同調可能量子井戸ブラッグ反射器と、（３）同調
可能リバース結合グレーティングフィルタと、 （４）同調可能フォワード結合グレーティングフィルタ
と、 （５）位相調整可能な波長選択結合デバイスを提供する
為にグレーティングカプラと集積された量子井戸屈折率
変調器と、 を含んでいる。
これらのデバイスは光通信システムに適した光デバイス
として有利である。
［実施例］ 本発明はグレーティングカプラと量子井戸屈折率変調器
とを組合わせたデバイスであるから、具体的実施例に入
る前に、量子井戸屈折率変調器及びグレーティングカプ
ラの説明をしたいと思う。
Ａ、量子井戸屈折率変調器 本発明が生じた背景には次のような知見がある。
即ち、量子井戸デバイスにとって、吸収ピークがら十分
に離れた（従って光損失が少ない）拡張動作領域が存在
し、しかも同時にその領域では、外部電界によって屈折
率の変調が可能になるという知見である。このような動
作領域は、全てではないにしてもほとんどの半導体量子
井戸構造に在している。我々は実験によって、２成分、
３成分、及び／又は４成分材料の組み合わせの量子井戸
構造に対して、前記動作領域の特定を行った。
印加電界を固定した場合には、その電界による屈折率の
変化量は基準状態励起子共振点からの離調（デチューニ
ング：Δω）に反比例して変化することがわかった。こ
れを数学的に表すと次のようになる。
Δｎ〜１／Δω　　　　　　　　（１）また、離調を固
定した場合には、印加電界による屈折率の変化量はその
電界の２乗に比例して変化することがわかった。式で表
せば次のようになる。
Δｎ−Ｅ２（２） そして、すべてではないがほとんどの半導体量子井戸デ
バイスには、電界による屈折率変化（Δｎ）、離調量（
Δω）及び印加電界の平方（Ｅ２）の間に次式のような
一般的関係が存在することもわかった。
二二で、には１００〜５００の間の値である（ただし、
Δｎ　／　Ｅはピコメータ／ボルト、Δω／ＥはｍｅＶ
、ｄｍ／ＫＶとする。） 上式（３）によって、ある特定の電圧及び波長での電界
による屈折率変化を単独に測定するだけで、任意の量子
井戸デバイスにおける電界による屈折率変化を波長及び
／又は印加電界の関数として予測することが可能となる
。
いくつかの異なる材料から成る量子井戸デバイスに対し
て電界による屈折率変化の上記測定をある特定の電圧及
び波長で行った結果を第１図に示す。
このような結果から、これらの量子井戸デバイスにおけ
る電界による屈折率変化を波長及び／又は印加電界の関
数として予測することができる。
電界による屈折率変化量は基準状態励起子共振点からの
離調に反比例して変化するが、同じくその離調にともな
って吸収損失は指数関数的に低下する。このことから、
その量子井戸デバイスへの電界の印加により吸収率を変
調できると同時に、唯一の最小吸収損失を有する拡張波
長動作領域の存在することがわかる。
第２図は、上記吸収損失と電界による屈折率変化との間
のいわば二律背反性を例示したグラフである。同グラフ
において、離調は横軸、伝搬損は右縦軸、電界による屈
折率変化に起因する位相変化は左縦軸に示す。
なお、左縦軸の単位は位相変化１を得るに必要な離調で
ある。このグラフでは、１０ｖが１μｍの入射領域に印
加され、１００ＫＶ／ｃｍの電界がかかっている。この
距離は Ｌ−λ／２Δｎ（４） π で与えられる。グラフに示すように、位相変化πは１５
０μｍ長にデバイスで得られ、その場合の伝搬損失は５
ｄＢより低くなる。
従来のデバイスは５ｄＢの吸収損失で十分に動作してい
たことから、この程度の損失は許容し得ると考えられて
きた。しかし、利得デバイス（ｇａｌｎ　ｄｅｖｉｃｅ
ｓ）を用いると、それ以上の吸収損失でも動作可能とな
る。本発明のデバイスは励起子吸収ピークより低いとこ
ろで、従って４ｒより大きい動作領域（２ｒは励起子吸
収ピークの最下線のｅ−１／２点での全幅を示す。）で
通常動作するだろうが、利得デバイスでは共振ピークに
より近いところで（おそら＜ｌｒ又は２Ｆはどのところ
で）動作することとなる。量子井戸の成長方向に関する
光偏波に依存して、最下線励起ピークはＴＭ偏波では軽
圧孔励起子、ＴＥ偏波では重圧孔励起子となる。
以上、電界による屈折率変化と吸収損失との関係につい
ての更に詳細な説明は、ｒ　Ｇ　ａ　Ａ　ｓ　／　Ａｌ
ＧａＡｓ量子井戸光導波路における低電圧位相変調」　
（エレクトロニクスレターズ、第２４巻、第２号、ｐ１
１２．１９８８年１月１日°）に記載されている。
Ｂ、グレーティングカプラ 本発明においては、逆バイアス量子井戸屈折率変調器が
グレーティングカプラと組合されて、結合光の位相又は
このような結合が生ずる波長を変化させる。このグレー
ティングのピッチはある波長領域で位相整合グレーティ
ング結合となるように設計されている。この波長領域は
当該量子井戸デバイスの吸収端より実質的に低い領域で
あり、それによって量子井戸屈折率変調器を所望の屈折
率領域で動作させることができる。上述したところから
、この「吸収端より実質的に低い」ということは、３Ｆ
より大きい離調値であることを示している。しかしなが
ら、市販のデバイスは共振ピークから更に５ｒ、７ｒ又
は１０ｒも離れて動作するように設計されている。
従来のデバイスでは、種々の伝搬モード間の結合が含ま
れている。ここで用いられている［結合（ｅｏｕｐＨｎ
ｇ）Ｊという用語は、ある導波構造における２以上の伝
搬モード間のパワー伝送を意味している。
グレーティングカプラでは、このグレーティングにより
位相が整合し、２つの伝搬モードの結合が可能となる。
グレーティングがなければ、位相整合もなく結合されな
いであろう。
ここで「伝搬モード」という用語は、この分野で共通に
使用されているものと同じであり、伝搬方向と直交する
相対的強度分布がその伝搬方向に沿った距離にほとんど
関係しないフォワード又はリバース伝搬波のことを意味
する。例えば、グレーティングによって結合される２つ
の伝搬モードは、導波構造の２つの異なる空間モード（
ｓｐａｔ１ａｌ■ｏｄｅｓ）　、換言すれば２つの異な
る偏波モードあるいは同一空間モードのフォワード形及
びリバース形である。ここでは、ある空間モードのフォ
ワード形及びリバース形を２つの異なる伝搬モードとし
て取り扱う。
上述したように、「グレーティング」という用語は、少
なくとも１次元で周期的に伝送特性が異なる領域を意味
する。このようなグレーティングとしては、屈折率が周
期的に変化している領域や、異なる屈折率の媒体の境界
が波形に形成された領域などがある。
グレーティングによって結合される２つのモードは、一
般に、異なる伝搬定数β１及びβ２を有する。このモー
ド１からモード２への結合が行われるためには、次式に
示す位相整合条件を満たすことが必要である。
二二で、Ａｇはグレーティングの空間周期、即ちピッチ
であり、Ｍ−１，２，３，・・・で結合次数である。
はとんどの実施例において、グレーティングカプラのピ
ッチは、量子井戸デバイスの吸収端より実質的に低いエ
ネルギの波長領域におけるＭ−１（１次）の位相整合結
合である。
モード伝搬定数は、等価屈折率”ｅｆＴによって特徴付
けられる（ｎ　　−β・λ／２π）。従っｅｆＴ て、等価屈折率ｎｅＲ１を有するある空間モードのフォ
ワード形及びリバース形量を結合するためには、上記位
相整合条件は、グレーティングピッチＡｇが次式を満た
すことを要求する。
ここでλは位相整合結合を望む波長である。
他の例として、等価屈折率ｎｅｔ’ｆ’ｌ及びｎｅｒｒ
２（ｎｅｆｆｌ　〉ｎｅｆＴ２）を有する２つの異なる
フォワード伝搬モード間を結合するためには、グレーテ
ィングのピッチΔ　は であることが必要である。ここでλは位相整合条件を望
む波長である。
グレーティング結合されたデバイスの従来例は次のもの
を含んでいる。
・ＤＦＢレーザ（Ｈ，コーゲルニックとＣ，Ｖ。
シャンク、応用物理、４３．２３２７　（１９７２年）
、米国特許第３．７６０．２９２号）。
・ＤＢＲレーザ（Ｙ、　スエマツ、Ｓ、アライ。
Ｋ、キシノ、光波技術ジャーナル、　　ＬＴ−１，１６
１（１９８３年））。
・ニオブ酸リチウムＴＥ−ＴＭモード変換フィルタ（Ｒ
，Ｃ，アルファネス、　　Ｌ、　　Ｌ、バール。
応用物理レターズ、４０，８６１．　　（１９８２年）
、米国特許第４．２７３．４１１号）。
・モノリシック垂直グレーティングカプラ（Ｔ。
Ｌ、コツホ、Ｐ、Ｊ、　　コービニ、　Ｗ、　　Ｔ、　
　タン。
Ｕ、コーレン、Ｂ、１．　　ミラー、応用物理レターズ
、５１，１０６０．　　（１９８７年））。
Ｃ１本発明の実施例 以下に説明する実施例は次のものを含む。
（１）内部キャビニイ逆バイアス量子井戸屈折率変調器
を有するＤＦＢレーザ （２）同調可能量子井戸ブラッグ反射器（３）同調可能
リバース結合グレーティングフィルタ （４）同調可能フォワード結合グレーティングフィルタ （５）位相調整可能な波長選択結合デバイスを提供する
為にグレーティングカプラと集積された量子井戸屈折率
変調器 これらを順に説明する。
１、内部キャビティ逆バイアス量子井戸屈折率変調器を
有するＤＦＢレーザ 本実施例は、屈折率（したがって位相）変調のために更
に４つの量子井戸を有する量子井戸レーザである。
本実施例では、量子井戸位相変調器が量子井戸ＤＦＢレ
ーザキャビティの中心に組み込まれている。これを用い
て、変調器部での光位相シフトを逆及び順バイアス印加
電圧の関数として測定した。
即ち、逆バイアスで屈折率変化が生じ、また順バイアス
では量子井戸へのキャリア注入によって同様に屈折率変
化が生じる。なお、この様な順バイアス動作は本実施例
に限定されるものではなく、本発明の範囲内の他の実施
例でも実施される。
本実施例は単一モードレーザに特に有利である。
ＤＦＢレーザの縦モード動作は中央位相シフトによって
制御されるために、変調器バイアスを調整することで単
一モード動作を得ることができる。
更に、電気光学効果が高速変調を可能にすることから、
本実施例はレーザの高速ＦＭ変調又は高速周波数スイッ
チングが要求される場合、例えば周波数シフトキー構成
の場合などに用いられる。
本実施例に代表されるデバイスは、レーザ部及び変調器
部に各々用いられる厚さ８０Ａ（オングストローム）及
び６０Ａの２つの量子井戸スタックを有する。レーザ導
波路部は双方のスタックを含む。また変調器導波路部は
厚さ６０Ａの量子井戸スタックのみを含み、他方のスタ
ックはエツチング除去されている。このような構造は次
の事実を利用したものである。即ち、レーザは厚さ８０
Ａの量子井戸スタックのより低いエネルギギャップに対
応した波長で動作し、この波長では厚さ６０Ａの量子井
戸スタックは相対的に透明である、という事実を利用し
たものである。
しかしながら、６０Ａｊｌ子井戸スタックの励起子吸収
バンド端は約７０ｎｍでレーザ発振波長より短べ、印加
電界によって強くシフトされ得る。
従って、変調器部において、屈折率及び吸収率の双方で
大きな変化が引き起こされ得る。この変調器部（長さ８
０μｍ）で順逆双方のバイアスにより、約６５０度（ｄ
ｅｇｒｅｅｓ）までの位相シフトが測定された。これは
約１％の等偏屈折率変化に相当し、我々の知るかぎりで
は、量子井戸形分離閉込め形へテロ構造導波路における
最大の屈折率変化である。
以上述べた本実施例の構造を第３図に示す。
同図において、ウェハは大気圧ＭＯＣＶＤ（＋＋ｅｔａ
ｌ　ｏｒｇａｎｉｃ　ｖａｐｏｒ　ｐｈａｓｅ　ｄｅｐ
ｏｓＨｌｏｎ）によって形成された。導波路部は厚さ２
５０ＯＡの１．３μｍ　ＩｎＧａＡｓＰ層から形成され
た。
続いて、２つの量子井戸スタックが形成された。
第１のスタックは、１００ＡのＩｎＧａＡｓＰバリア層
で分離された６０Ａの４つのＩｎＧａＡｓ量子井戸から
成る。このスタックに続いて、２５ＯＡのＩｎＰストッ
プエッチ層が形成され、１００ＡのＩ　ｎＧａＡｓ２８
９７層で分離された８０Ａの４つの量子井戸の第２のス
タックが形成された。そして最後に形成される層は１．
３波長１５００Ａ厚のＩｎＧａＡｓＰ導波路層である。
これらエピタキシャル成長後、１次グレーティングカプ
ラが最後の導波路層上にホログラフィ的に形成された。
この導波路層及び８０Ａ量子井戸スタックは、変調器部
において選択化学エツチングに、よりＩｎＰストップエ
ッチ層まで除去された。
その他の工程は、半絶縁性ブロックブレーナ埋め込み形
へテロ構造（ＳＩＰＢＨ）レーザの製造法と同様である
。コーレンらによるエレクトロニクス　レターズ、第２
４巻、１３８ページ（１９８８年）を参照されたい。こ
の技術は、ブロッキング半絶縁性層及びトップクラッド
層及びキャップ層のために、ＭＯＣｖＤによる２つのエ
ピタキシャル再成長工程を用いている。
そして、最後に第３図に示すように、レーザ及び変調器
部に２つの電極が形成された。この電極は化学エツチン
グにより分離され、キャップ層及びクラッド層を通して
２電極間に約２００Ωの抵抗を生じる。
このデバイスは、銅スタツド上にｐ側を上にしてクリー
プされマウントされる。全キャビティ長は５００μｍ１
中央変調器部は８０μｍの長さである。このデバイスは
、ミラー上の反射防止コーティングも高反射コーティン
グも用いずに、クリープされたままで動作する。
変調器電極に印加された電圧に対する変調器導波路の等
偏屈折率変化が第４図に示される。引き起こされた位相
シフトは、コーレンらの応用物理レターズ第５０巻３６
８ページ（１９８７年）に記載されているように測定さ
れた。この技術はしきい値以下でのレーザ駆動を含み、
変調器電圧の関数としてファプリーペローモードでのス
ペクトルシフトをモニターすることができる。。
位相シフトπは完全な１周期のスペクトルシフトに対応
し、オリジナルモードスペクトルとのオーバーラツプを
引き起こす。
変調器バイアス電圧が０から変化するとき、キャビティ
に加わる過剰光損失も第４図に示される。
この損失はファプリーペローモードのコントラスト変化
から生ずる。等偏屈折率の１％以上の比較的大きな変化
が得られる一方で、過剰損失は４０ｃｍ−１より小さい
ままであった。
変調器電圧のＤＦＢレーザ動作への主な効果は、レーザ
動作をシングルモードとダブルモードとの間で（幾つか
の異なる変調器電圧で）繰り返し切り換えることである
。これら２つの状態の充電流特性は第５図に示される。
シングルモードＤＦＢ動作の電流しきい値は約１０ｍａ
で、ダブルモードの場合より低い。また、シングルモー
ド動作での出力電力１０ｍＷ／ファセットが得られた。
これら２つの状態におけるしきい値の上下でのスペクト
ルの振舞いは第６図に示される。
禁止帯（ｓｔｏｐ　ｂｉｎｄ）がしきい値より下で明瞭
に観測され、レーザは変調器電圧によってシングルとダ
ブルモード動作の間でスイッチされ得る。同様のスイッ
チング動作は、以前、２電極レーザの電流費の変化を用
いて観測された。なお、変調器電圧の高精度調整によっ
て、４０ｄＢより良いサイドモード抑制を持つシングル
モード動作が得られた（第６図の（Ｃ））。
上記スイッチング動作は、ＤＦＢブラッグ波長がレーザ
の利得ピークに近いときに得られた。しかし、ブラッグ
波長が利得ピークより長いとき（１５ｎｍ以上の離調）
　、ＤＦＢシングルモード動作とファプリーペロー動作
との間でスイッチングが観ａｌｌされた。これら２つの
状態間のスイッチングは、変調電圧が変化するにつれて
数回束じた。
この種類のスイッチング動作は、ファプリーペロー動作
のしきい値が、離調を伴い、ダブルモード動作より低く
なり得ることを示している。
第７図は、内部キャビティ位相変調形ＤＦＢレーザにお
いて、位相変調器電極に印加ぎれた信号の変調周波数の
関数として、周波数変調（ＦＭ）応答（ＧＨｚ／Ｖ）を
示すグラフである。これは、ファプリーペロー干渉計を
用いて測定され、ＧＨ２変調スピードでの実質的ＦＭ応
答を実証している。
２、同調可能量子井戸ブラッグ反射器 本実施例において、グレーティング、量子井戸及び導波
構造はモノリシックに製造され、導波構造の特定光モー
ドのフォワード形及びリバース形がグレーティング及び
量子井戸の双方に空間的にオーバーラツプするように、
空間的に配置される。
導波構造が量子井戸及びカブラに隣接して垂直に配置さ
れ、また、グレーティングが２つの異なる屈折率材料の
境界に位置する波形状であることは実施例に共通である
。このデバイスの最も一般的な応用例は、量子井戸材料
の屈折率を変化させることで（通常は適当な電界を印加
することで）中央反射波長が変化する狭帯域反射フィル
タである。この実施例は第８図に概略的に示される。こ
こで、量子井戸材料が問題となっている伝搬モードにオ
ーバーラツプするならば、量子井戸材料屈折率が変化す
るとき、当該モードの等偏屈折率は変化する。従って、
チューニング（同調）は式（６）から直接帰結する。本
実施例は新規な同調可能ＤＦＢレーザの、または新規な
同調可能共振ＤＢＲ増幅器の「ミラー」として用いられ
る。
３、同調可能なリバース結合グレーティングフィルタ 本実施例は、上記番号２の実施例と実質的に類似してい
るが、ある特定光モードのフォワード形及びリバース形
の間の結合ではなく、あるモードのフォワード形と他の
モードのリバース形との間のグレーティング結合である
点が異なる。
本実施例は、異なる伝搬定数を有する２つの直交する空
間モードをサポートする導波構造と、両モードを空間的
にオーバーラツプする結果として両モードを結合するグ
レーティングとを含む。
本実施例は第９図に概略的に示される。
量子井戸のない従来のデバイスは、応用物理レターズ、
５１．１０６０　（１９８７年）のｒ　ＷａｖｅＬｅｎ
ｇｔｈ　５ｅｌｅｃｔｉｖｅ　Ｉｎｔｅｒｌａｙｅｒ　
Ｄｌｒｅｃｔｉｏｎａｌｌｙ　Ｇｒａｔｉｎｇ−Ｃｏｕ
ｐｌｅｄ　ＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓＰ　Ｗａｖｅｇｕｉｄ
ｅ　Ｐｈｏｔｏｄｅｔｅｃｔｉｏｎ　Ｊに記載されてい
る。
第９図に示される本実施例の一例では、量子井戸層は２
つの空間モードの少なくとも１つとオーバーラツプする
。量子井戸の屈折率が印加電圧に従って変化するとき、
各モードの等偏屈折率”ｅｆ’ｆ’ｌ及び”　ｅｆｆ’
２の一方又は双方が変化する。これは、式（７）に従っ
て結合波長が変化するという効果を有し、本実施例では
次のようになる。
λ−Δｇ　　（ｎｅｆ’ｌ’ｌ”　ｎｅｆｆ’２）（８
）４、同調可能フォワード結合グレーティングフィルタ 第１０図に示すように、本実施例は、２つの結合モード
が共にフォワード伝搬であることを除いて、上記番号３
の実施例と実質的に同じである。
式（７）に従えば、フォワード結合に必要なグレーティ
ングのピッチは、リバース結合で必要とされるよりも実
質的に粗いものである。本実施例の位相整合波長は次式
となる。
λ＝　”　ｇ　（”　ｅｆｆｌ　　”　ｅＲ２）（９）
５、グレーティングカプラと集積されて位相調整可能な
結合デバイスを提供する量子井戸屈折率変調器 一般に、本実施例は空間的に分離した量子井戸屈折率変
調器を有するグレーティングカプラを含む。この変調器
は結合される光の位相を変化させるために用いられる。
その位相変化は、結合が生じる前又は後のいずれかにお
いて、電界を印加することにより、屈折率の変化した量
子井戸媒体の伝搬距離によって生ずる。
グレーティングカプラ自体は、上記番号１〜４の実施例
におけるように、量子井戸屈折率変調器を含んでも良い
し、含まなくとも良い。
従って、第１１図には、本実施例の４つの態様が示され
ている。第１１ａ図は本実施例の一般的概略図、第１１
ｂ図〜第１１ｄ図は上記実施例１〜３と類似した例であ
る。
【図面の簡単な説明】
第１図は、量子井戸デバイスにおける電界による屈折率
変化を測定した結果を示す図表；第２図は、吸収損失及
び屈折率変化を離調の関数として表したグラフ； 第３図は、本発明による一実施例の模式的斜視図； 第４図は、本実施例における屈折率変化及び過剰損失を
印加電圧の関数として表したグラフ；第５図は、レーザ
のシングル及びダブルモード動作の充電流特性を示すグ
ラフ； 第６図は、しきい値の前後におけるレーザのスペクトル
変化を示すグラフ； 第７図は、内部キャビティ変調ＤＦＢレーザにおける変
調周波数に対する変調応答を示すグラフ；第８図は、本
発明の第２実施例の模式的断面図；第９図は、本発明の
第３実施例の模式的断面図；第１０図は、本発明の第４
実施例の模式的断面図； 第１１ａ図〜第１ｉｄ図は、各々本発明の第５〜第８実
施例の模式的断面図である。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 （１）量子井戸構造と、導波構造と、該導波構造の少な
    くとも２つの伝搬モードを結合するよう設計されたグレ
    ーティングカプラと、を有する光デバイスにおいて、 前記グレーティングカプラのピッチが、前記量子井戸構
    造の吸収端より実質的に低いエネルギの波長領域におい
    て、位相整合グレーティングカプラ結合を生ずるピッチ
    であることを特徴とする光デバイス。 （２）上記量子井戸構造は１以上の量子井戸を有するこ
    とを特徴とする請求項１記載の光デバイス。 （３）上記量子井戸構造の吸収端より実質的に低い波長
    の光放射源を更に有することを特徴とする請求項２記載
    の光デバイス。 （４）上記量子井戸構造は分布帰還型レーザのキャビテ
    ィ内に設けられていることを特徴とする請求項１記載の
    光デバイス。 （５）上記グレーティングカプラ、量子井戸構造及び導
    波構造は、該導波構造におけるある特定の光モードのフ
    ォワード形及びリバース形が前記グレーティングカプラ
    及び前記量子井戸構造の双方と空間的にオーバーラップ
    し、それによって同調可能な量子井戸ブラッグ反射を生
    じさせるように設けられていることを特徴とする請求項
    １記載の光デバイス。（６）上記グレーティングカプラ
    、量子井戸構造及び導波構造は、該導波構造におけるあ
    る特定の光モードのフォワード形と前記導波構造におけ
    る異なる特定の光モードのリバース形とがグレーティン
    グカプラ及び量子井戸構造の双方と空間的にオーバーラ
    ップし、それによって同調可能なリバース結合グレーテ
    ィングフィルタを構成するように設けられていることを
    特徴とする請求項１記載の光デバイス。 （７）上記グレーティングカプラ、量子井戸構造及び導
    波構造は、該導波構造における第１光モードのフォワー
    ド形と前記導波構造における第２光モードのリバース形
    とがグレーティングカプラ及び量子井戸構造の双方と空
    間的にオーバーラップし、それによって同調可能なフォ
    ワード結合グレーティングフィルタを構成するように設
    けられていることを特徴とする請求項１記載の光デバイ
    ス。 （８）前記グレーティングカプラは、前記導波方向に沿
    って前記量子井戸構造から空間的に離れていることを特
    徴とする請求項１記載の光デバイス。
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