JPH04204833A - 光半導体装置 - Google Patents
光半導体装置Info
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- JPH04204833A JPH04204833A JP2338274A JP33827490A JPH04204833A JP H04204833 A JPH04204833 A JP H04204833A JP 2338274 A JP2338274 A JP 2338274A JP 33827490 A JP33827490 A JP 33827490A JP H04204833 A JPH04204833 A JP H04204833A
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- optical
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- 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
- H01S5/06—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium
- H01S5/0607—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium by varying physical parameters other than the potential of the electrodes, e.g. by an electric or magnetic field, mechanical deformation, pressure, light, temperature
- H01S5/0608—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium by varying physical parameters other than the potential of the electrodes, e.g. by an electric or magnetic field, mechanical deformation, pressure, light, temperature controlled by light, e.g. optical switch
- H01S5/0609—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium by varying physical parameters other than the potential of the electrodes, e.g. by an electric or magnetic field, mechanical deformation, pressure, light, temperature controlled by light, e.g. optical switch acting on an absorbing region, e.g. wavelength convertors
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- 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
- H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
- H01S5/18—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities
- H01S5/183—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL]
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-
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- 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
- H01S5/50—Amplifier structures not provided for in groups H01S5/02 - H01S5/30
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- Semiconductor Lasers (AREA)
- Photo Coupler, Interrupter, Optical-To-Optical Conversion Devices (AREA)
- Semiconductor Memories (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
本発明は 光情報処理等の分野に広く利用される光半導
体装置に関すム 従来の技術 より高度な光情報処理のために 光双安定現象等の非線
形特性を用いた素子の開発が従来からなされていも 代表的な例として、面型光ゲート素子即ち透過型光変調
素子について説明すム 第7図fL A、T−omi
ta et at、 Appl、Phys Lett
(アプライド フィジイクス レター) 551817
(1989)より引用した多重量子井戸を用いたエタロ
ン変調素子であム 3はn型InP基楓 5はn型In
Pil 8はn電極12は垂直共振器内InGaAs
P/InP多重量子井戸・吸収層23は亜鉛拡散1i、
25はpIEK 41は工nGaASエツチング
ストップ凰 52.53はアンドープInP層であムこ
の素子は 量子閉込めシュタルク効果を用いかつ誘電体
多層膜22による高反射率の鏡面を共振器反射端面を構
成することによりエタロンファプリーペロー共振器を構
成し これにバイアス電圧印加して多重量子井戸・吸収
層12の吸収率の増加を図ってい、b iavの逆バ
イアス電圧を印加した時、吸収率が増加し およそ出力
Poutは入力Pinの115に減少すム 節板 電圧
印加なる電気的制御により消光比5:1の光スイツチン
グ動作を実現していも また この例以外では 同様の
多重量子井戸層を用いた光電・安定現象による光電融合
素子(SEED)などがあム 発明が解決しようとする課題 従来の技術で述べた多重量子井戸を用いたエタロン光変
調素子でζ友 面透過型であり集積化に有利である万丈
反匣 光スイッチングを行うため十分な消光比を得る
ためには16Vと非常に高い印加電圧が必要であム さ
らに応答スピードも遅(■ このよう凶 高電圧印加を
要するということ(表 素子の接合リークを極力なくす
必要があり、作製工程上非常に困難を持たらす土 高密
度に集積した場合、それぞれの素子分離も非常に高いも
のとする必要があも また 実際の動作をさせる上で特
別の電源を要すも このように高いバイアス電圧の印加
を要すること(よ 云うまでもなく、重大な課題であも さらく 第7図の素子は電気制御のみの光スイッチング
に限られ 光制御による光スイッチングは困難であム
なぜなら信号光と制御光を同一共振器に同じ方向から同
時に入射させる構造のたべ出力光に制御光が混在し 出
力光から制御光を分離する必要かあも したがってスイ
ッチングの消光比を十分なものとするに(友 制御光の
パワーを太きくする必要があるが一方で消光比を大きく
するにはわずかの制御光をも出力光に混入しないようし
なければならないからであも 課題を解決するための手段 前述の課題を解決するため&へ 以下に示すように本発
明による手段により、光変調や光スイッチング等の動作
に高電圧を必要とせ慣 しかも変調効率もしくはスイッ
チングの消光比が十分大きく、応答スピードの速い面透
過型素子を提供するものであも このために 本発明が提供する手段とは 素子基板の主
面に対して垂直方向の共振器を用いた入出力光が透過型
である光半導体装置において、前記垂直共振器内に存在
する吸収層に対して、垂直共振器の方向とは直角の方向
即ち素子基板の主面に対して平行な方向から入力光の透
過率を変化させるための制御光を導入するため番へ
内部に吸収層を有する素子基板の主面に対して垂直な方
向の垂直共振器と、前記吸収層を共有し それと交合せ
る素子基板に平行な光導波路とを有する構造を提供する
ことであム ざらく 制御効率を上げる手段として、望ましくは入力
光が出力光として透過するまでの閉込め共振状態を高め
るために前記垂直共振器の反射鏡の反射率を90%とす
ることであム また 前記素子基板の主面に対して平行な光導波路を伝
播する光が、前記垂直共振器内の吸収層へ効率より注入
され制御効果を上げるた数 光導波路の前記吸収層以外
の部分の有効屈折率が吸収層部分の有効屈折率より小さ
いことが有効となム然るに 制御光の効果を向上させる
ためく 前記光導波路の端面に反射鏡を導入し 制御入
力光を共振させることが有効であり、制御光の入力側で
は光導波路への注入効率を適切に確保するため剪開で得
られる値もしくはそれ以上の低反射率の反射線 他方で
は共振閉込め効果を上げるため98%以上の反射率を有
する反射鏡を導入して基板の主面に対して平行な平行共
振器とすることが有効な手段であム 一人 光制御ではなく、低電圧印加による電気的制御
を可能とするための手段として、前記の基板の主面に対
して平行な光導波路もしくはこれと結合せる他の光導波
路凶 電流注入による利得動作が可能となる構造と、前
記光導波路の両端面に98%以上の反射率と有する反射
鏡を導入した共振器構造が有効であも さらに 光双安定動作を可能とする手段として、基板主
面に対して平行な光導波路の一部を利得を有する活性層
として、また他の一部を吸収層として用いることが有効
であム 作用 本発明による課題解決のための具体的な手段は次のよう
な理由により、先制孤 光スイッチング等の素子特性の
向丘 動作機能拡丸 高速化及び集積化に効果的に作用
すム 節板 本発明による手段によれば 多重量子井戸等の吸
収層の吸収率を変化させるためく 直接吸収層に高いバ
イアス電圧を印加する必要がなく、多重量子井戸等の吸
収層の全ての部分へ有効に吸収層の吸収率を制御するた
めの光注入が実現できるからであム なぜな収 基板面
と垂直方向にある共振器中の基板面と平行な多重量子井
戸等の吸収層へ 基板面に平行に設けられ当該吸収層と
有効に詰合せる光導波路により、高い結合効率で制御光
が注入され 当該吸収層全域へ伝播するからであも し
かL 変調もしくはスイッチング等を行う信号光の入出
力方向は 制御光の進行方向と直角であるた敢 混入に
よる特性劣化が発生しなしち 切電 基板面に平行に設
けられ光導波路への制御光の導入に1友 高いバイアス
電圧が不要であることは明らかであム 実施例 実施例(1) 本発明による第1の実施例を第1図および第2図により
説明すも 第1図(a)、(b)4;L 作製した光
半導体装置の概略を示す平面図および断面図であり(c
)は基板の主面に平行な光導波路の断面図を示す。(b
)、 (c)は(a)におけるI−I’およびII−I
I’断面であム 作製手順を第2図とともに述べ&n型
InP基板3上に気相成長法により、n型InGaAs
Pエツチングストップ層(22〜1.1μm) 4、
n型InPクラッド層5、アンドープI nGaAs
P/ InP多重量子井戸層(量子井戸層とバリア層は
IOK λg〜1.3μm)11、p型InPクラッ
ド層6、およびp型InGaAsPキャップ層(22〜
1.1μm) 7を順次成長すムこのようにして作製
した光半導体装置用ウェーハの断面図を第2図(a)に
示す。
体装置に関すム 従来の技術 より高度な光情報処理のために 光双安定現象等の非線
形特性を用いた素子の開発が従来からなされていも 代表的な例として、面型光ゲート素子即ち透過型光変調
素子について説明すム 第7図fL A、T−omi
ta et at、 Appl、Phys Lett
(アプライド フィジイクス レター) 551817
(1989)より引用した多重量子井戸を用いたエタロ
ン変調素子であム 3はn型InP基楓 5はn型In
Pil 8はn電極12は垂直共振器内InGaAs
P/InP多重量子井戸・吸収層23は亜鉛拡散1i、
25はpIEK 41は工nGaASエツチング
ストップ凰 52.53はアンドープInP層であムこ
の素子は 量子閉込めシュタルク効果を用いかつ誘電体
多層膜22による高反射率の鏡面を共振器反射端面を構
成することによりエタロンファプリーペロー共振器を構
成し これにバイアス電圧印加して多重量子井戸・吸収
層12の吸収率の増加を図ってい、b iavの逆バ
イアス電圧を印加した時、吸収率が増加し およそ出力
Poutは入力Pinの115に減少すム 節板 電圧
印加なる電気的制御により消光比5:1の光スイツチン
グ動作を実現していも また この例以外では 同様の
多重量子井戸層を用いた光電・安定現象による光電融合
素子(SEED)などがあム 発明が解決しようとする課題 従来の技術で述べた多重量子井戸を用いたエタロン光変
調素子でζ友 面透過型であり集積化に有利である万丈
反匣 光スイッチングを行うため十分な消光比を得る
ためには16Vと非常に高い印加電圧が必要であム さ
らに応答スピードも遅(■ このよう凶 高電圧印加を
要するということ(表 素子の接合リークを極力なくす
必要があり、作製工程上非常に困難を持たらす土 高密
度に集積した場合、それぞれの素子分離も非常に高いも
のとする必要があも また 実際の動作をさせる上で特
別の電源を要すも このように高いバイアス電圧の印加
を要すること(よ 云うまでもなく、重大な課題であも さらく 第7図の素子は電気制御のみの光スイッチング
に限られ 光制御による光スイッチングは困難であム
なぜなら信号光と制御光を同一共振器に同じ方向から同
時に入射させる構造のたべ出力光に制御光が混在し 出
力光から制御光を分離する必要かあも したがってスイ
ッチングの消光比を十分なものとするに(友 制御光の
パワーを太きくする必要があるが一方で消光比を大きく
するにはわずかの制御光をも出力光に混入しないようし
なければならないからであも 課題を解決するための手段 前述の課題を解決するため&へ 以下に示すように本発
明による手段により、光変調や光スイッチング等の動作
に高電圧を必要とせ慣 しかも変調効率もしくはスイッ
チングの消光比が十分大きく、応答スピードの速い面透
過型素子を提供するものであも このために 本発明が提供する手段とは 素子基板の主
面に対して垂直方向の共振器を用いた入出力光が透過型
である光半導体装置において、前記垂直共振器内に存在
する吸収層に対して、垂直共振器の方向とは直角の方向
即ち素子基板の主面に対して平行な方向から入力光の透
過率を変化させるための制御光を導入するため番へ
内部に吸収層を有する素子基板の主面に対して垂直な方
向の垂直共振器と、前記吸収層を共有し それと交合せ
る素子基板に平行な光導波路とを有する構造を提供する
ことであム ざらく 制御効率を上げる手段として、望ましくは入力
光が出力光として透過するまでの閉込め共振状態を高め
るために前記垂直共振器の反射鏡の反射率を90%とす
ることであム また 前記素子基板の主面に対して平行な光導波路を伝
播する光が、前記垂直共振器内の吸収層へ効率より注入
され制御効果を上げるた数 光導波路の前記吸収層以外
の部分の有効屈折率が吸収層部分の有効屈折率より小さ
いことが有効となム然るに 制御光の効果を向上させる
ためく 前記光導波路の端面に反射鏡を導入し 制御入
力光を共振させることが有効であり、制御光の入力側で
は光導波路への注入効率を適切に確保するため剪開で得
られる値もしくはそれ以上の低反射率の反射線 他方で
は共振閉込め効果を上げるため98%以上の反射率を有
する反射鏡を導入して基板の主面に対して平行な平行共
振器とすることが有効な手段であム 一人 光制御ではなく、低電圧印加による電気的制御
を可能とするための手段として、前記の基板の主面に対
して平行な光導波路もしくはこれと結合せる他の光導波
路凶 電流注入による利得動作が可能となる構造と、前
記光導波路の両端面に98%以上の反射率と有する反射
鏡を導入した共振器構造が有効であも さらに 光双安定動作を可能とする手段として、基板主
面に対して平行な光導波路の一部を利得を有する活性層
として、また他の一部を吸収層として用いることが有効
であム 作用 本発明による課題解決のための具体的な手段は次のよう
な理由により、先制孤 光スイッチング等の素子特性の
向丘 動作機能拡丸 高速化及び集積化に効果的に作用
すム 節板 本発明による手段によれば 多重量子井戸等の吸
収層の吸収率を変化させるためく 直接吸収層に高いバ
イアス電圧を印加する必要がなく、多重量子井戸等の吸
収層の全ての部分へ有効に吸収層の吸収率を制御するた
めの光注入が実現できるからであム なぜな収 基板面
と垂直方向にある共振器中の基板面と平行な多重量子井
戸等の吸収層へ 基板面に平行に設けられ当該吸収層と
有効に詰合せる光導波路により、高い結合効率で制御光
が注入され 当該吸収層全域へ伝播するからであも し
かL 変調もしくはスイッチング等を行う信号光の入出
力方向は 制御光の進行方向と直角であるた敢 混入に
よる特性劣化が発生しなしち 切電 基板面に平行に設
けられ光導波路への制御光の導入に1友 高いバイアス
電圧が不要であることは明らかであム 実施例 実施例(1) 本発明による第1の実施例を第1図および第2図により
説明すも 第1図(a)、(b)4;L 作製した光
半導体装置の概略を示す平面図および断面図であり(c
)は基板の主面に平行な光導波路の断面図を示す。(b
)、 (c)は(a)におけるI−I’およびII−I
I’断面であム 作製手順を第2図とともに述べ&n型
InP基板3上に気相成長法により、n型InGaAs
Pエツチングストップ層(22〜1.1μm) 4、
n型InPクラッド層5、アンドープI nGaAs
P/ InP多重量子井戸層(量子井戸層とバリア層は
IOK λg〜1.3μm)11、p型InPクラッ
ド層6、およびp型InGaAsPキャップ層(22〜
1.1μm) 7を順次成長すムこのようにして作製
した光半導体装置用ウェーハの断面図を第2図(a)に
示す。
次く 幅10μmのストライプ状の5iOaマスク10
0をフォトリソグラフィにより形成し ストップ層4ま
でエツチングして基板の主面に平行な光導波路1を形成
すム 節板 この幅1oμコのストライプパターンによ
り形成されたリッジ状部分の多重量子井戸層11とn型
およびp型のクラッド層6より構成される構造は後述の
工程によりInP層により埋込まれることにより基板の
主面に平行な光導波路1が作製されるのであa 但し
ストライブ状マスク10ffl ストライブ方向に2
00μm間隔で直径20μmの円状の層部分(ストライ
ブが途切れている)を形成しておく。これより、エツチ
ング後のリッジ性200μm間隔で長さ20μmの切断
部分が存在すム エツチング後 再びリッジが途切れて
いる部分に直径20μmφのSighマスク101をっ
けも このようにしたものの1本のリッジ部分の斜視図
を第2図(b)に示す。
0をフォトリソグラフィにより形成し ストップ層4ま
でエツチングして基板の主面に平行な光導波路1を形成
すム 節板 この幅1oμコのストライプパターンによ
り形成されたリッジ状部分の多重量子井戸層11とn型
およびp型のクラッド層6より構成される構造は後述の
工程によりInP層により埋込まれることにより基板の
主面に平行な光導波路1が作製されるのであa 但し
ストライブ状マスク10ffl ストライブ方向に2
00μm間隔で直径20μmの円状の層部分(ストライ
ブが途切れている)を形成しておく。これより、エツチ
ング後のリッジ性200μm間隔で長さ20μmの切断
部分が存在すム エツチング後 再びリッジが途切れて
いる部分に直径20μmφのSighマスク101をっ
けも このようにしたものの1本のリッジ部分の斜視図
を第2図(b)に示す。
然る後番二 5iOaマスク100.101を付着した
まま結晶成長を行うことにより、5in2マスク部分1
00.101表面に↓戴 結晶が成長されず選択成長を
行うことが出来も 結果として第一2図(e)に示すよ
うに基板主面に平行な光導波路lが埋込まれ その光導
波路1は直径20μmφの穴20によって切断されてい
る状態となム (c)は 5iOaマスク100.10
1を剥離後のものであも 埋込み層は(c)に示すよう
E、 p型InP層61、n型InP層51、p型I
nGaAsPキャップ層(28〜1.1μm)を順次成
長し リッジ部と表面が完全に平坦になるように膜厚調
整して作製すム なk (e)でI−I’は第1図(
a)のI−I’に対応するもので断面図の断面位置を示
す。
まま結晶成長を行うことにより、5in2マスク部分1
00.101表面に↓戴 結晶が成長されず選択成長を
行うことが出来も 結果として第一2図(e)に示すよ
うに基板主面に平行な光導波路lが埋込まれ その光導
波路1は直径20μmφの穴20によって切断されてい
る状態となム (c)は 5iOaマスク100.10
1を剥離後のものであも 埋込み層は(c)に示すよう
E、 p型InP層61、n型InP層51、p型I
nGaAsPキャップ層(28〜1.1μm)を順次成
長し リッジ部と表面が完全に平坦になるように膜厚調
整して作製すム なk (e)でI−I’は第1図(
a)のI−I’に対応するもので断面図の断面位置を示
す。
さらに 直径20μmの穴の部分をのぞいた部分全面に
再び5i(hマスクをつけた徽 3回目の成長を行う。
再び5i(hマスクをつけた徽 3回目の成長を行う。
光導波路1の切断部分である直径20μmφの穴の部分
20が選択成長により、n型InP5Q、 アンドー
プInGaAsP/ InP多重量子井戸層(量子井戸
)層とバリア層は20蕉 (28〜1.3μm) 12
. アンドープInP層2Q、 InGaAsP/
InP多層膜(反射ピーク波長1゜3μm) 21を順
次成長すa 但Ln型InP層50の厚さは第1回の成
長で作製したn型InP層5と同一にして、アンドープ
InGaAsP/InP多重量子井戸層12が同じく第
1回目の成長で作製したアンドープInGaAsP/
InP多重量子井戸層11と平坦に接続されるようにす
ム アンドープInP層20のキャリア濃度は10’J
/ c m 2以下となるように成長す4 次!二
基板の裏面のこの直径20μmの円形層部分の同一の位
置に深さがストップ層4に達する直径20μのφの穴を
エツチングで形成した直 この穴に誘電体多層膜22を
形成すも 反射率のピーク波長は1.3μmとすムこの
様子(よ 第1図(b)、 (c)で示されていも 第
1図(b ) +;L 第2図(c)に示すI−I’
の位置に対応した位置での断面図であム 第1図(b)
は素子の完成図を示すものであるが前述の工程による作
製結果について(戴 中央上部を詳細に見ることにより
説明されも このようにして、直径20μmφの垂直共振器2が形成
できも この垂直共振器2は 共振器内部に多重量子井
戸層よりなる吸収層12を有しており、強い光注入によ
り吸収飽和を容易に引き起すことができも 同時にこの
吸収層12を共有し 垂直共振器2と直角交叉せる光導
波路1により効率的に吸収率を制御する制御光注入がで
きる構造となっていも さらにこの垂直共振器の中心部
分を第1図(b)に示すようへ 直径15μmφの亜鉛
拡散を行う。これによりp型拡散層23が形成されa
′次く n電極13.14Sn電極8を形成し
チップ状に勇開すれは 本発明による光半導体装置の作
製が完了すも 但し 垂直共振器部分のn電極24(上
図に示すように直径15μmの亜鉛拡散領域23に一
致させ、透明電極により形成すも なinn電極良友平
行光導波路用のものと共用とすム次へ 素子の特性およ
び光変調スイッチング動作について述べも 基板に平行
な光導波路はその両端面91.92は襞間で作製され
反射率が約0.3の平行反射鏡を有して共振器を構成し
ているので電流励起によりレーザ発振すム この場合第
1図(b)の左右両方のpIE&13.14を結線して
おく。しきい値電流を約100m入 また 垂直共振器
2のpおよびn電極24,8の間に逆バイアス電圧■を
印加して、波長1.3μmの光の透過率の変化をみると
、印加しない時(V−0)に対する透過光の強度はV−
20Vで〜115であも このような静特性の素子に第
1図(b)に示すようにシングルモードファイバを用い
て、第1図(b)に示すように素子上面の透明電極24
を通して垂直共振器2に波長1.3μmの光Pinを注
入すると、基板に平行な光導波路1によるレーザへの電
流11に対する透過出力Poutは第3図のようになム
Pouti& しきい値電流(It th−1001
11A)以上で除々に増加し 吸収層の吸収が飽和する
と急激に増加しその後はほぼ一定であム この時電圧は
2■以下と低く、従来例のような高い電圧を印加しなく
ても光のスイッチングが可能であa また 基板に平行
な光導波路よりなるレーザのスイッチングI−!。
20が選択成長により、n型InP5Q、 アンドー
プInGaAsP/ InP多重量子井戸層(量子井戸
)層とバリア層は20蕉 (28〜1.3μm) 12
. アンドープInP層2Q、 InGaAsP/
InP多層膜(反射ピーク波長1゜3μm) 21を順
次成長すa 但Ln型InP層50の厚さは第1回の成
長で作製したn型InP層5と同一にして、アンドープ
InGaAsP/InP多重量子井戸層12が同じく第
1回目の成長で作製したアンドープInGaAsP/
InP多重量子井戸層11と平坦に接続されるようにす
ム アンドープInP層20のキャリア濃度は10’J
/ c m 2以下となるように成長す4 次!二
基板の裏面のこの直径20μmの円形層部分の同一の位
置に深さがストップ層4に達する直径20μのφの穴を
エツチングで形成した直 この穴に誘電体多層膜22を
形成すも 反射率のピーク波長は1.3μmとすムこの
様子(よ 第1図(b)、 (c)で示されていも 第
1図(b ) +;L 第2図(c)に示すI−I’
の位置に対応した位置での断面図であム 第1図(b)
は素子の完成図を示すものであるが前述の工程による作
製結果について(戴 中央上部を詳細に見ることにより
説明されも このようにして、直径20μmφの垂直共振器2が形成
できも この垂直共振器2は 共振器内部に多重量子井
戸層よりなる吸収層12を有しており、強い光注入によ
り吸収飽和を容易に引き起すことができも 同時にこの
吸収層12を共有し 垂直共振器2と直角交叉せる光導
波路1により効率的に吸収率を制御する制御光注入がで
きる構造となっていも さらにこの垂直共振器の中心部
分を第1図(b)に示すようへ 直径15μmφの亜鉛
拡散を行う。これによりp型拡散層23が形成されa
′次く n電極13.14Sn電極8を形成し
チップ状に勇開すれは 本発明による光半導体装置の作
製が完了すも 但し 垂直共振器部分のn電極24(上
図に示すように直径15μmの亜鉛拡散領域23に一
致させ、透明電極により形成すも なinn電極良友平
行光導波路用のものと共用とすム次へ 素子の特性およ
び光変調スイッチング動作について述べも 基板に平行
な光導波路はその両端面91.92は襞間で作製され
反射率が約0.3の平行反射鏡を有して共振器を構成し
ているので電流励起によりレーザ発振すム この場合第
1図(b)の左右両方のpIE&13.14を結線して
おく。しきい値電流を約100m入 また 垂直共振器
2のpおよびn電極24,8の間に逆バイアス電圧■を
印加して、波長1.3μmの光の透過率の変化をみると
、印加しない時(V−0)に対する透過光の強度はV−
20Vで〜115であも このような静特性の素子に第
1図(b)に示すようにシングルモードファイバを用い
て、第1図(b)に示すように素子上面の透明電極24
を通して垂直共振器2に波長1.3μmの光Pinを注
入すると、基板に平行な光導波路1によるレーザへの電
流11に対する透過出力Poutは第3図のようになム
Pouti& しきい値電流(It th−1001
11A)以上で除々に増加し 吸収層の吸収が飽和する
と急激に増加しその後はほぼ一定であム この時電圧は
2■以下と低く、従来例のような高い電圧を印加しなく
ても光のスイッチングが可能であa また 基板に平行
な光導波路よりなるレーザのスイッチングI−!。
通常の半導体レーザと同様の速度であり、〜200ps
eeであり、透過光のスイッチング速度L これによっ
て決っており、同じ速度で行われることが確認できも
ここて 垂直共振器部分の多重量子井戸層の層数を平行
な光導波路のそれの倍にした理由ζ上 垂直共振器モー
ドの光万丈 平行な光導波路へもれにくくするたべ 有
効屈折率を大きくする目的のためであム 実施例(2) 本発明による第2の実施例を第4図により説明すも 実
施例(1)で示したチップをそのまま用いも 即ち実施
例(1)で作製したチップの基板に平行な光導波路の襞
間による両端面(第1図(b)に示す91.92)に5
ift膜93をコートし 然る後にその上から金を蒸着
により〜3000A程度付着する94、但し チップの
電極13.14に接触しない様にすム このようにした
素子の断面図を第4図(a)に示す。切電 金の蒸着の
方法では電極のショートが発生しやすいので、Si/5
iOa等の多層膜により高反射率を実現できも 層数を
増やして制御性よく形成することで反射率を98%以上
できも この場合この平行な光導波路よりなるレーザの
発振光は外部に取出すことは出来ない万丈 垂直共振器
内の吸収層へ光注入は非常に効率よく行われもレーザへ
の注入電流11に対する垂直共振器の透過出力特性は第
4図(b)の通りであム これから基板に平行な光導波
路よりなるレーザのしきい値は〜70mAであることが
分も このレーザの出力は取れないためモニター出来な
い万丈 実施例(1)より、 2倍以上の効率向上があ
ることが分ム実施例(3) 本発明による第3の実施例を第5図で説明すも実施例(
1)で示したチップをそのまま用いも即ち実施例(1)
で作製したチップの基板−に平行な光導波路の襞間によ
る2つの端面の一方に(i実施例(2)と同様の方法で
反射率100%の鏡面を作製すム 端面のもう一方It
Si/SiO2多層膜95をコートする方法で反射
率を〜5%にすム 作製した素子の断面図を第5図(a
)に示す。このように作製した基板に平行な光導波路に
よる共振器のレーザ発振のしきい値電流は〜100mA
であムこの素子の動作特性を第5図(b)に示す。実施
例(1)、(2)で(よ 電流即ち電気制御により光ス
イッチングの動作であったが、ここで4友 光制御によ
る光スイッチングが実現できも < b > It
バイアス電流としてしきい値より若干低い電流を通電し
てお献 図(a)に示すように低反射率端面側から光を
注入し 透過光出力の変化を測定すると(b)のように
なも この(b)は平行光導波路への光入力依存性を示
す。これにより光制御による光スイッチングが容易に行
われることが分も また 応答速度も〜200psec
と十分に速しも この実施例で(友 光を注入する側の
基板に平行な光導波路の端面の反射率を多層膜のコーテ
ィングにより低下させ入射効率の向上をはかった万丈
特にコーティングせず凶臂開面のままでも光制御による
光スイッチングが可能であも 実施例(4) 本発明による第4の実施例を第6図により説明すも 第
6図の(a)で示す様へ 素子(よ 基板に平行な光導
波路1に対する垂直共振器の位置が、実施例(1)の場
合と異なり、中心よりずらして作製すa この点以外は
全〈実施例(1)と同様であも 垂直共振器2の位置(
瓜 平行光導波路1の片方1−1が130μ臥 他方1
−2が50μmとなるように定めも 交叉部分である垂
直共振器内の吸収層12を含めると平行光導波路即ち共
振器を構成した場合の共振器長ζ戴 実施例(1)の場
合と同様200μのであa 平行光導波路のうち50μ
mの方には電流を印加せず、130μmの方1−1のみ
に電流を通電していくと、多重量子井戸層が可飽和吸収
現像を示す吸収層として作用するため電流−光出力特性
にヒステレシス現像が生ずム 垂直共振器2へ入射する
入力光が余り強くない場合、入力光自身による吸収飽和
が生じないた臥 前述の電流−光出力特性に対応して、
垂直共振器内の吸収層へ制御光が注入されることになり
、第6図(b)に示すような 透過光出力特性が得られ
も 図より、明らかなように 制御電流に対する透過出力が
実施例(1)〜(3)の場合と異なり、明白なしきい値
特咀 さらに光双安定現象を示す。
eeであり、透過光のスイッチング速度L これによっ
て決っており、同じ速度で行われることが確認できも
ここて 垂直共振器部分の多重量子井戸層の層数を平行
な光導波路のそれの倍にした理由ζ上 垂直共振器モー
ドの光万丈 平行な光導波路へもれにくくするたべ 有
効屈折率を大きくする目的のためであム 実施例(2) 本発明による第2の実施例を第4図により説明すも 実
施例(1)で示したチップをそのまま用いも 即ち実施
例(1)で作製したチップの基板に平行な光導波路の襞
間による両端面(第1図(b)に示す91.92)に5
ift膜93をコートし 然る後にその上から金を蒸着
により〜3000A程度付着する94、但し チップの
電極13.14に接触しない様にすム このようにした
素子の断面図を第4図(a)に示す。切電 金の蒸着の
方法では電極のショートが発生しやすいので、Si/5
iOa等の多層膜により高反射率を実現できも 層数を
増やして制御性よく形成することで反射率を98%以上
できも この場合この平行な光導波路よりなるレーザの
発振光は外部に取出すことは出来ない万丈 垂直共振器
内の吸収層へ光注入は非常に効率よく行われもレーザへ
の注入電流11に対する垂直共振器の透過出力特性は第
4図(b)の通りであム これから基板に平行な光導波
路よりなるレーザのしきい値は〜70mAであることが
分も このレーザの出力は取れないためモニター出来な
い万丈 実施例(1)より、 2倍以上の効率向上があ
ることが分ム実施例(3) 本発明による第3の実施例を第5図で説明すも実施例(
1)で示したチップをそのまま用いも即ち実施例(1)
で作製したチップの基板−に平行な光導波路の襞間によ
る2つの端面の一方に(i実施例(2)と同様の方法で
反射率100%の鏡面を作製すム 端面のもう一方It
Si/SiO2多層膜95をコートする方法で反射
率を〜5%にすム 作製した素子の断面図を第5図(a
)に示す。このように作製した基板に平行な光導波路に
よる共振器のレーザ発振のしきい値電流は〜100mA
であムこの素子の動作特性を第5図(b)に示す。実施
例(1)、(2)で(よ 電流即ち電気制御により光ス
イッチングの動作であったが、ここで4友 光制御によ
る光スイッチングが実現できも < b > It
バイアス電流としてしきい値より若干低い電流を通電し
てお献 図(a)に示すように低反射率端面側から光を
注入し 透過光出力の変化を測定すると(b)のように
なも この(b)は平行光導波路への光入力依存性を示
す。これにより光制御による光スイッチングが容易に行
われることが分も また 応答速度も〜200psec
と十分に速しも この実施例で(友 光を注入する側の
基板に平行な光導波路の端面の反射率を多層膜のコーテ
ィングにより低下させ入射効率の向上をはかった万丈
特にコーティングせず凶臂開面のままでも光制御による
光スイッチングが可能であも 実施例(4) 本発明による第4の実施例を第6図により説明すも 第
6図の(a)で示す様へ 素子(よ 基板に平行な光導
波路1に対する垂直共振器の位置が、実施例(1)の場
合と異なり、中心よりずらして作製すa この点以外は
全〈実施例(1)と同様であも 垂直共振器2の位置(
瓜 平行光導波路1の片方1−1が130μ臥 他方1
−2が50μmとなるように定めも 交叉部分である垂
直共振器内の吸収層12を含めると平行光導波路即ち共
振器を構成した場合の共振器長ζ戴 実施例(1)の場
合と同様200μのであa 平行光導波路のうち50μ
mの方には電流を印加せず、130μmの方1−1のみ
に電流を通電していくと、多重量子井戸層が可飽和吸収
現像を示す吸収層として作用するため電流−光出力特性
にヒステレシス現像が生ずム 垂直共振器2へ入射する
入力光が余り強くない場合、入力光自身による吸収飽和
が生じないた臥 前述の電流−光出力特性に対応して、
垂直共振器内の吸収層へ制御光が注入されることになり
、第6図(b)に示すような 透過光出力特性が得られ
も 図より、明らかなように 制御電流に対する透過出力が
実施例(1)〜(3)の場合と異なり、明白なしきい値
特咀 さらに光双安定現象を示す。
このこと(友 光論理演算へ適用する場合、特性上大き
な向上が見られ ざら?Q 光メモリへの適用も可能
であることは明白であム また この実施例の場合で(よ 電流制御の場合のみ示
したが、しきい値直前あるいは光双安定状態の中心の電
流値に電流をバイアスして、平行光導波路に制御光を注
入することで、透過光を制御することが可能であa また 全ての実施例で、垂直共振器上の電極に通電した
結果について省略した万丈 適当な逆バイアスを印加す
ることにより、特性が改善されも実施例ではInGaA
sP/ InP系材料による説明を述べたが、他のAl
GaAs/GaAs系等他の半導体レーザ材料を用いて
も同様の効果を生ずることは明白であ本発明の効果 光変調および光スィッチ等の光情報処理を行う素子に対
して、電気制御の場合従来技術の如く高いバイアス電圧
の印加が不要となるばかりではなく、高速応答を可能に
する効果があム さらに第3の実施例でも見られるよう
に従来技術では困難であった光制御による蛮風 スイッ
チングをも容易に可能と味 か2 制御光が信号 出力
光に混入しない等集積化にとって重要な利点を生ずる効
果があム
な向上が見られ ざら?Q 光メモリへの適用も可能
であることは明白であム また この実施例の場合で(よ 電流制御の場合のみ示
したが、しきい値直前あるいは光双安定状態の中心の電
流値に電流をバイアスして、平行光導波路に制御光を注
入することで、透過光を制御することが可能であa また 全ての実施例で、垂直共振器上の電極に通電した
結果について省略した万丈 適当な逆バイアスを印加す
ることにより、特性が改善されも実施例ではInGaA
sP/ InP系材料による説明を述べたが、他のAl
GaAs/GaAs系等他の半導体レーザ材料を用いて
も同様の効果を生ずることは明白であ本発明の効果 光変調および光スィッチ等の光情報処理を行う素子に対
して、電気制御の場合従来技術の如く高いバイアス電圧
の印加が不要となるばかりではなく、高速応答を可能に
する効果があム さらに第3の実施例でも見られるよう
に従来技術では困難であった光制御による蛮風 スイッ
チングをも容易に可能と味 か2 制御光が信号 出力
光に混入しない等集積化にとって重要な利点を生ずる効
果があム
第2図(a)、 (b) 、 (c)は第1図の装置の
作製工程医第3図は第1図の装置の垂直共振器の透過光
出力の平行光導波路によるレーザの駆動電流11に対す
る依存性を示す@ 第4@ 第5匁 第6図(a)は導
波路によるレーザの駆動電流依存性を示す皿第7図は従
来の装置の断面図であム ト・・・基板に平行な光導波区 2・・・・垂直共振器
3 ・・・n型InP基板、4=n型1nGaAsP
(2μm1.1μm)エツチングストップ# 5・・・
・n型I n P A6 ・−・・p型InPML
7・・・・p型InGaAsP(2μm1.1μm)キ
ャップ# 8・・・・nt& tt・・・・平行光導
波路用InGaAsP/ InF’多重量子井戸豚12
・・・・垂直共振器内InGaAsP/ InP多重量
子井戸・吸収! 13.14−・・・plEK20・
・・・アンドープInPML 21・・・・InGa
AsP/InP多層膜反射砥22・・・・誘電体多層膜
反射眠23・・・・亜鉛拡散服24・・・・透明p電極
51・・・・n型ITIPI!、 61” 1)型I
nP服91.92−努開端献93・・・・SiO2絶縁
罠94・・・・全反射[95・・・・SiO2/Si多
層膜・低反射瓦 代理人の氏名 弁理士 小鍜治 明 ほか2名!−・X
wt、+=平廿rJ光辱儂語 Z−−1直喪振塁 第1図 (α) ■ lll1図cb) 5−一代艷工へrクラッド1 6−−− P S!LmPり?ッhJ N−xqLaaAt!’/x−hr i tlJ叶戸1
11M、10/−3bθ2マスク 第2図 奄) ゲ l −幕株主閲1:平打rJ平訂梵傳壌語υ−,1星2
0)L6戸の尺 61− fLt l外り1込Jf3 乙/−F引I炸Pす¥込虜1 第 2T!1 第3図 ′ ″” °”’ 1+(mA)94 會反
射頃 第4図 ぴン 第5 図 ((L) 5−Y−J L−□コーーーーー′
作製工程医第3図は第1図の装置の垂直共振器の透過光
出力の平行光導波路によるレーザの駆動電流11に対す
る依存性を示す@ 第4@ 第5匁 第6図(a)は導
波路によるレーザの駆動電流依存性を示す皿第7図は従
来の装置の断面図であム ト・・・基板に平行な光導波区 2・・・・垂直共振器
3 ・・・n型InP基板、4=n型1nGaAsP
(2μm1.1μm)エツチングストップ# 5・・・
・n型I n P A6 ・−・・p型InPML
7・・・・p型InGaAsP(2μm1.1μm)キ
ャップ# 8・・・・nt& tt・・・・平行光導
波路用InGaAsP/ InF’多重量子井戸豚12
・・・・垂直共振器内InGaAsP/ InP多重量
子井戸・吸収! 13.14−・・・plEK20・
・・・アンドープInPML 21・・・・InGa
AsP/InP多層膜反射砥22・・・・誘電体多層膜
反射眠23・・・・亜鉛拡散服24・・・・透明p電極
51・・・・n型ITIPI!、 61” 1)型I
nP服91.92−努開端献93・・・・SiO2絶縁
罠94・・・・全反射[95・・・・SiO2/Si多
層膜・低反射瓦 代理人の氏名 弁理士 小鍜治 明 ほか2名!−・X
wt、+=平廿rJ光辱儂語 Z−−1直喪振塁 第1図 (α) ■ lll1図cb) 5−一代艷工へrクラッド1 6−−− P S!LmPり?ッhJ N−xqLaaAt!’/x−hr i tlJ叶戸1
11M、10/−3bθ2マスク 第2図 奄) ゲ l −幕株主閲1:平打rJ平訂梵傳壌語υ−,1星2
0)L6戸の尺 61− fLt l外り1込Jf3 乙/−F引I炸Pす¥込虜1 第 2T!1 第3図 ′ ″” °”’ 1+(mA)94 會反
射頃 第4図 ぴン 第5 図 ((L) 5−Y−J L−□コーーーーー′
Claims (6)
- (1)化合物半導体基板主面と平行な方向に一対の平行
反射鏡を有し、前記の一対の反射鏡の間に光吸収層を有
する構造よりなる前記基板主面に対して垂直方向に形成
された垂直光共振器と、前記光吸収層の少なくとも一部
を共有し前記光共振器と交合せる前記基板主面に平行な
光導波路とを具備し、前記光共振器を透過せる光を前記
光導波路中を伝播せる光により制御可能にしたことを特
徴とする光半導体装置。 - (2)垂直光共振器を構成せる一対の平行反射鏡の反射
率が共に90%以上であることを特徴とした請求項1記
載の光半導体装置。 - (3)垂直光共振器と基板主面に平行な光導波路が共有
せる部分の光吸収層の有効屈折率が、前記光導波路の前
記共有せる部分以外の部分の有効屈折率より大きいこと
を特徴とした請求項1記載の光半導体装置。 - (4)基板主面に平行な光導波路の少なくとも一部へ電
流注入が可能な構造を有し、前記光導波路の少なくとも
一部が利得するものであり、かつ前記光導波路の両端面
に反射率が98%以上の一対の平行反射鏡を形成して前
記基板主面に対し平行な方向に形成された平行光共振器
を構造体として有することを特徴とした請求項1記載の
光半導体装置。 - (5)基板主面に平行な光導波路の両端面のうち一方の
端面に反射率98%以上の反射鏡を形成し、他方の端面
に対しては劈開によって得られる反射鏡もしくは前記反
射鏡の反射率の値より小さい反射率を有する反射鏡を形
成して前記基板主面に対して平行な方向に形成された平
行光共振器を構造体として有することを特徴とした請求
項1記載の光半導体装置。 - (6)基板主面に対して平行な光導波路の一部を利得を
有する活性層として、また他の一部を吸収層として用い
ることを特徴とする請求項1記載の光半導体装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33827490A JP2841860B2 (ja) | 1990-11-30 | 1990-11-30 | 光半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33827490A JP2841860B2 (ja) | 1990-11-30 | 1990-11-30 | 光半導体装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04204833A true JPH04204833A (ja) | 1992-07-27 |
| JP2841860B2 JP2841860B2 (ja) | 1998-12-24 |
Family
ID=18316585
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP33827490A Expired - Fee Related JP2841860B2 (ja) | 1990-11-30 | 1990-11-30 | 光半導体装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2841860B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006113475A (ja) * | 2004-10-18 | 2006-04-27 | Ricoh Co Ltd | 光スイッチ、およびそれを用いたプリンター |
-
1990
- 1990-11-30 JP JP33827490A patent/JP2841860B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006113475A (ja) * | 2004-10-18 | 2006-04-27 | Ricoh Co Ltd | 光スイッチ、およびそれを用いたプリンター |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2841860B2 (ja) | 1998-12-24 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |