JPH04149407A - 能動型波長選択半導体素子 - Google Patents
能動型波長選択半導体素子Info
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- JPH04149407A JPH04149407A JP27385090A JP27385090A JPH04149407A JP H04149407 A JPH04149407 A JP H04149407A JP 27385090 A JP27385090 A JP 27385090A JP 27385090 A JP27385090 A JP 27385090A JP H04149407 A JPH04149407 A JP H04149407A
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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】
（産業上の利用分野）
本発明は波長多重光通信、光交換に有益な能動型波長選
択半導体素子に関する。
択半導体素子に関する。
従来の技術
光通信の大容量化に伴い、波長多重分割方式が注目され
・ている。この方式においては数ナノメートル（ｎｍ）
の波長間隔で多重するため、波長分解能に優れ、かつチ
ューニング機構を有する波長選択素子が必要とされる。
・ている。この方式においては数ナノメートル（ｎｍ）
の波長間隔で多重するため、波長分解能に優れ、かつチ
ューニング機構を有する波長選択素子が必要とされる。
また、光交換システムにおいても波長交換のインターフ
ェースとして同様に波長選択素子が望まれる。
ェースとして同様に波長選択素子が望まれる。
波長分解能に優れ、かつチューニング機構を有する波長
選択素子は例えば沼居らによってアプライド・フィジク
ス、レターズ（Ａｐｐｌｉｅｄ ＰｈｙｓｉｃｓＬｅｔ
ｔｅｒｓ）５３巻（１９８８年）ｐ、８３〜８５に記載
されているように、光の進行方向に位相整合用のλ１４
シフト領域（λは波長）を含んだブラッグ回折格子を設
け、かつ、ｐｎ接合から電流注入によって光導波路（光
ガイド領域）の屈折率を可変にする構造が一般に採用さ
れる。λ／４シフト構造は、通常の一様回折格子に比べ
て高い波長分解能（＜ｌｎｍ）を得るために採用される
。この時、選択される波長（ブラッグ波長）は２ｎｅＡ
（ｎｅは導波路の実効屈折率、Ａは回折格子のピッチ）
で表記される。また、広い波長チューニング範囲を得る
には、自明のようにｎｅを大きく変化させる必要がある
。半導体の屈折率変化は電流（キャリア）注入によるプ
ラズマ効果、電界印加によるポッケルス効果、フランツ
・ケルデイツシュ効果等によってもたらされるが、一般
にプラズマ効果による屈折率変化が最も大きい（Δｎ／
ｎ〜１Ｏ−２）ので採用される。
選択素子は例えば沼居らによってアプライド・フィジク
ス、レターズ（Ａｐｐｌｉｅｄ ＰｈｙｓｉｃｓＬｅｔ
ｔｅｒｓ）５３巻（１９８８年）ｐ、８３〜８５に記載
されているように、光の進行方向に位相整合用のλ１４
シフト領域（λは波長）を含んだブラッグ回折格子を設
け、かつ、ｐｎ接合から電流注入によって光導波路（光
ガイド領域）の屈折率を可変にする構造が一般に採用さ
れる。λ／４シフト構造は、通常の一様回折格子に比べ
て高い波長分解能（＜ｌｎｍ）を得るために採用される
。この時、選択される波長（ブラッグ波長）は２ｎｅＡ
（ｎｅは導波路の実効屈折率、Ａは回折格子のピッチ）
で表記される。また、広い波長チューニング範囲を得る
には、自明のようにｎｅを大きく変化させる必要がある
。半導体の屈折率変化は電流（キャリア）注入によるプ
ラズマ効果、電界印加によるポッケルス効果、フランツ
・ケルデイツシュ効果等によってもたらされるが、一般
にプラズマ効果による屈折率変化が最も大きい（Δｎ／
ｎ〜１Ｏ−２）ので採用される。
（発明が解決しようとする課題）
以上の原理によって１０〜５０波に多重された光信号か
ら任意の１つの信号を抽出することが可能となる。しか
しながら、効率良く光を導波するために、光導波路は通
常その周りが屈折率の低い即ち禁制帯幅の広い半導体で
囲まれているいわゆるダブル、ペテロ構造となっている
ため、電流注入によって容易に自然放出光が発生してし
まうという欠点を有している。この自然放出光は、時と
して入射してくる信号光強度に比べて無視できなくまた
、信号光強度よりも大きいことさえある。かかる場合、
後段に受光素子を設置して光受信を行う際に受信感度は
大きく劣化してしまう。
ら任意の１つの信号を抽出することが可能となる。しか
しながら、効率良く光を導波するために、光導波路は通
常その周りが屈折率の低い即ち禁制帯幅の広い半導体で
囲まれているいわゆるダブル、ペテロ構造となっている
ため、電流注入によって容易に自然放出光が発生してし
まうという欠点を有している。この自然放出光は、時と
して入射してくる信号光強度に比べて無視できなくまた
、信号光強度よりも大きいことさえある。かかる場合、
後段に受光素子を設置して光受信を行う際に受信感度は
大きく劣化してしまう。
そこで本発明の目的は、上記の欠点を除去し、高感度特
性を有する能動型波長選択半導体素子を提供することで
ある。
性を有する能動型波長選択半導体素子を提供することで
ある。
（課題を解決するための手段）
本発明は、能動型波長選択半導体素子、光導波領域、該
光導波領域を囲んだクラッド領域、該光導波領域と該ク
ラッド領域との中間に設けられた波長選択のための回折
格子、及び該光導波領域に電流を注入するためのｐｎ接
合から構成される能動型波長選択半導体素子において、
少なくとも上記光導波領域が間接遷移型半導体で構成さ
れていることを特徴とする。該光導波領域の屈折率を回
りのクラッド層より高くすることにより良好に光が導波
される。
光導波領域を囲んだクラッド領域、該光導波領域と該ク
ラッド領域との中間に設けられた波長選択のための回折
格子、及び該光導波領域に電流を注入するためのｐｎ接
合から構成される能動型波長選択半導体素子において、
少なくとも上記光導波領域が間接遷移型半導体で構成さ
れていることを特徴とする。該光導波領域の屈折率を回
りのクラッド層より高くすることにより良好に光が導波
される。
（作用）
従来の能動型波長選択素子の光導波領域は直接遷移型半
導体で構成されるため、キャリア注入された電子・正孔
対はエネルギーバンド図の運動量ベクトルに＝０におい
て再結合し、発光する。しかるに、本発明によれば少な
くとも光導波領域は間接遷移型半導体であるため、キャ
リア注入された電子はに≠０に分布し、一方、正孔はに
＝ｏに分布する。再結合発光はベクトルｋが保存された
状態で起こる現象であるため、本発明の場合、発光は生
じない。
導体で構成されるため、キャリア注入された電子・正孔
対はエネルギーバンド図の運動量ベクトルに＝０におい
て再結合し、発光する。しかるに、本発明によれば少な
くとも光導波領域は間接遷移型半導体であるため、キャ
リア注入された電子はに≠０に分布し、一方、正孔はに
＝ｏに分布する。再結合発光はベクトルｋが保存された
状態で起こる現象であるため、本発明の場合、発光は生
じない。
（実施例）
第１図に本発明に基づいて作製された能動型波長選択半
導体素子の模式図を示す。間接遷移型半導体であるシリ
コン（Ｓｉ）を基板１として用いた。ｎ型Ｓｉ基板１の
上に、分子線エピタキシャル法により、ｎ型Ｓｉバッフ
ァ層（クラッド層）２及び光導波層となるｎ型Ｓｉ／Ｓ
ｉ１．Ｇｅｘ超格子層３を順次積層した。光導波層は歪
応力による転位の発生を緩和するために超格子構造にし
、Ｓｉバリア１００人、５ｉ１−ｘＧｅｌ−ｘウェル１
００Ａ（Ｘ＝０．２）を交互に５０周期積層した。しか
る後、干渉露光技術を用いて、λ／４シフト領域７を含
むブラッグ回折格子６を形成した。ここで回折格子のピ
ッチは２２０ｎｍとした。回折格子を形成した後、光の
進行方向に平行にメサ型ストライプ（幅３μｍ）状にエ
ツチングを施した。メサ高は約２□ｍとした。しかる後
、再度分子線エピタキシャル法により、ｎ型クラッド埋
め込み層４を積層して光導波路３を埋め込んだ。先導波
路３の屈折率は回りのＳｉに比べ高く、良好に光が導波
される構造となっている。
導体素子の模式図を示す。間接遷移型半導体であるシリ
コン（Ｓｉ）を基板１として用いた。ｎ型Ｓｉ基板１の
上に、分子線エピタキシャル法により、ｎ型Ｓｉバッフ
ァ層（クラッド層）２及び光導波層となるｎ型Ｓｉ／Ｓ
ｉ１．Ｇｅｘ超格子層３を順次積層した。光導波層は歪
応力による転位の発生を緩和するために超格子構造にし
、Ｓｉバリア１００人、５ｉ１−ｘＧｅｌ−ｘウェル１
００Ａ（Ｘ＝０．２）を交互に５０周期積層した。しか
る後、干渉露光技術を用いて、λ／４シフト領域７を含
むブラッグ回折格子６を形成した。ここで回折格子のピ
ッチは２２０ｎｍとした。回折格子を形成した後、光の
進行方向に平行にメサ型ストライプ（幅３μｍ）状にエ
ツチングを施した。メサ高は約２□ｍとした。しかる後
、再度分子線エピタキシャル法により、ｎ型クラッド埋
め込み層４を積層して光導波路３を埋め込んだ。先導波
路３の屈折率は回りのＳｉに比べ高く、良好に光が導波
される構造となっている。
以上のように作製されたエピタキシャル構造の表面から
選択的にボロン（Ｂ）を光導波路直上まで拡散してｐ型
導電領域（ｐ型クラッド領域）５を形成した。これによ
り、電流注入のためのｐｎ接合が形成された。光の進行
方向に垂直な方向から見た光導波路部分の断面を第２図
に示した。ｐ側電極９、ｎ側電極１０は各々、通常の抵
抗加熱蒸着によって形成されたＡｕＺｎ、 ＡｕＧｅ合
金で構成した。表面保護膜８、光入射面と出射面に形成
した反射防止膜１１は共にプラズマＣＶＤ法によって形
成したシリコン窒化膜である。
選択的にボロン（Ｂ）を光導波路直上まで拡散してｐ型
導電領域（ｐ型クラッド領域）５を形成した。これによ
り、電流注入のためのｐｎ接合が形成された。光の進行
方向に垂直な方向から見た光導波路部分の断面を第２図
に示した。ｐ側電極９、ｎ側電極１０は各々、通常の抵
抗加熱蒸着によって形成されたＡｕＺｎ、 ＡｕＧｅ合
金で構成した。表面保護膜８、光入射面と出射面に形成
した反射防止膜１１は共にプラズマＣＶＤ法によって形
成したシリコン窒化膜である。
限って説明したが、ｐ型ｎ型が逆の場合においても同様
であることは言うまでもない。更に他の間接遷移型半導
体材料系例えばＡｌＧａＳｂ等についても同様に適用で
きる。また先導波層は超格子と限らすバルクでもよい。
であることは言うまでもない。更に他の間接遷移型半導
体材料系例えばＡｌＧａＳｂ等についても同様に適用で
きる。また先導波層は超格子と限らすバルクでもよい。
（発明の効果）
従来の直接遷移型半導体ＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓＰ系を用
いて第１図と同様の構造の波長選択素子を作製し、本発
明との比較を行った。波長可変半導体レーザ（波長１．
５５μｍ帯）を送信光源とし、ファイバー伝送された光
を波長選択素子で透過させＩｎＧａＡｓアバランシェフ
ォトダイオードで受信した。２．５Ｇｂ／ｓに直接変調
した光の受信感度特性を第３図に示した。本発明によっ
て受信感度が３ｄＢ程度改善され、本発明の優位性が実
証された。
いて第１図と同様の構造の波長選択素子を作製し、本発
明との比較を行った。波長可変半導体レーザ（波長１．
５５μｍ帯）を送信光源とし、ファイバー伝送された光
を波長選択素子で透過させＩｎＧａＡｓアバランシェフ
ォトダイオードで受信した。２．５Ｇｂ／ｓに直接変調
した光の受信感度特性を第３図に示した。本発明によっ
て受信感度が３ｄＢ程度改善され、本発明の優位性が実
証された。
このように光導波路を間接遷移型半導体で構成すること
により、ここでの発光を抑制できるので、良好な波長選
択素子が得られる。本発明の波長選択素子を光通信時の
受光装置に用いると従来よＩ’Ｊ ３ｄＢ以上の受信感
度の向上が達成できる。
により、ここでの発光を抑制できるので、良好な波長選
択素子が得られる。本発明の波長選択素子を光通信時の
受光装置に用いると従来よＩ’Ｊ ３ｄＢ以上の受信感
度の向上が達成できる。
第１図は、本発明の一実施例を示す能動型波長選択半導
体素子の模式図、第２図は第１図の光導波部分の構造を
説明する図、第３図は本発明の素子の受信感度特性図で
ある。図において、１０９．半導体基板、２・・・バッ
ファ層、３・・・光導波領域、４−ｎ型クラッド領域、
５・・・ｐ型クラッド領域、６・・・ブラッグ回折格子
、７・・・λ／４シフト領域、８・・・表面保護膜、９
０．。 ｐ側電極、１０・・・ｎ側電極、１１・・・反射防止膜
である。
体素子の模式図、第２図は第１図の光導波部分の構造を
説明する図、第３図は本発明の素子の受信感度特性図で
ある。図において、１０９．半導体基板、２・・・バッ
ファ層、３・・・光導波領域、４−ｎ型クラッド領域、
５・・・ｐ型クラッド領域、６・・・ブラッグ回折格子
、７・・・λ／４シフト領域、８・・・表面保護膜、９
０．。 ｐ側電極、１０・・・ｎ側電極、１１・・・反射防止膜
である。
Claims (1)
- 光導波領域、該光導波領域を囲んだクラッド領域、該導
波領域と該クラッド領域との中間に設けられた波長選択
のための回折格子、及び該導波領域に電流を注入するた
めのｐｎ接合から構成され、少なくとも上記光導波領域
が間接遷移型半導体で構成されていることを特徴とする
能動型選択半導体素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2273850A JP2901333B2 (ja) | 1990-10-12 | 1990-10-12 | 能動型波長選択半導体素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2273850A JP2901333B2 (ja) | 1990-10-12 | 1990-10-12 | 能動型波長選択半導体素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04149407A true JPH04149407A (ja) | 1992-05-22 |
| JP2901333B2 JP2901333B2 (ja) | 1999-06-07 |
Family
ID=17533423
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2273850A Expired - Lifetime JP2901333B2 (ja) | 1990-10-12 | 1990-10-12 | 能動型波長選択半導体素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2901333B2 (ja) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6147910A (ja) * | 1984-08-15 | 1986-03-08 | Kokusai Denshin Denwa Co Ltd <Kdd> | 光半導体素子 |
| JPS6410258A (en) * | 1987-07-03 | 1989-01-13 | Asahi Chemical Ind | Laminate type electrophotographic sensitive body |
-
1990
- 1990-10-12 JP JP2273850A patent/JP2901333B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6147910A (ja) * | 1984-08-15 | 1986-03-08 | Kokusai Denshin Denwa Co Ltd <Kdd> | 光半導体素子 |
| JPS6410258A (en) * | 1987-07-03 | 1989-01-13 | Asahi Chemical Ind | Laminate type electrophotographic sensitive body |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2901333B2 (ja) | 1999-06-07 |
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