JPH05259567A - 導波形多重量子井戸光制御素子 - Google Patents

導波形多重量子井戸光制御素子

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JPH05259567A
JPH05259567A JP4054517A JP5451792A JPH05259567A JP H05259567 A JPH05259567 A JP H05259567A JP 4054517 A JP4054517 A JP 4054517A JP 5451792 A JP5451792 A JP 5451792A JP H05259567 A JPH05259567 A JP H05259567A
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JP
Japan
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layer
quantum well
multiple quantum
waveguide
mqw
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Application number
JP4054517A
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English (en)
Inventor
Koichi Wakita
紘一 脇田
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NTT Inc
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】MQW層に平行な電界を印加して素子容量やス
ポット径を最適化し、低電圧動作で広帯域をもち、低挿
入損失で高性能小形の導波形多重量子井戸光制御素子を
得る。 【構成】MQWの両側を第3半導体層で挾んで導波構造
とし、導波構造を各層に垂直な面内で挾み、互いに異な
る導電形になるよう不純物を添加する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、光変調や光スイッチ等
を行い、特に超高速で低電圧駆動が可能な高光結合効率
をもつ、高性能小形の導波形多重量子井戸光制御素子に
関するものである。
【0002】
【従来の技術】光変調や光スイッチを行う光デバイス
は、高速性、低電圧駆動、低挿入損失、の3点が
重要である。これらは互いに独立でなく相互に依存し合
っており、デバイスの用途に応じて設計されている。近
年の結晶成長技術の進展により良好な特性をもつ半導体
多重量子井戸(Multiple Quantum Well:以下MQW
という)構造が作製され、その量子サイズ効果を利用す
ることによって、従来のバルクを用いた素子よりも高効
率で小形の光変調器や光スイッチ等が報告されている
(例えば、電子情報通信学会論文誌C‐1、J74‐C
‐1巻、pp.414‐420)が、上記3重要点を同時
には満たしておらず、3dB帯域は40GHz以上と広
いのに対し消光比20dBを得るのに必要な電圧は7V
と高く、挿入損失も13dBと大きな値になっている。
通常、この種のデバイスでは帯域幅が素子容量で制限さ
れており、電圧を小さくするにはMQW層を薄くすれば
よいが、その結果、素子容量が増加し帯域は狭くなって
しまう。これは図3に示すように、MQW層13の両側
をP,Nの高ドープされた層12,14で挾み、P電極
18およびN電極19によりMQW層13に垂直な方向
に電界を印加し量子閉じ込めシュタルク効果を利用して
いるためである。また、MQW層を薄くすれば光の閉じ
込めは弱くなり、PおよびNが高ドープされた層に光が
もれ、そこでフリーキャリア吸収を受けて伝搬損失が増
加してしまう。一方、上記MQW層に平行な方向に電界
を印加する試みが、D.S.Chemmla らによって米国
応用物理学会誌(Applied Physics Letters)42
巻、(1983年)第864頁から第866頁に報告さ
れているが、500V以上の電圧を要し、到底実用には
ならなかった。これはMQW層に平行な方向に電界を印
加するのに図4に示すような構造を採用したため、電界
がクラッド層にもかかり、また、MQW層には電界強度
が不均一にかかってしまったためである。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】MQW構造に電界を加
えたときに、吸収係数がどのように変化するかを図2に
示す。図2において(a)は層に垂直、(b)は層に平
行の場合を示す。MQW構造では励起子と呼ばれる鋭い
吸収線が室温でも存在し、これが電界印加により図2
(a)ではその半値幅をやや広げながら長波長側にシフ
トするのに対して、図2(b)ではピーク位置は変わら
ずに低電界でその半値幅を大きく広げる。上記電界の強
さは(a)の場合に比べて1桁以上小さく、これまでは
上記従来の技術で記したように図2(a)に示す機構が
多く用いられてきた。これはMQW層に垂直に電界を印
加するために、ノンドープMQW層をP形およびN形不
純物のドープ層で挾む構造(いわゆるPIN構造)が採
用された。そのため、図5に示すようにMQW層の厚さ
で素子容量および電圧の大きさが制限され、一定の電界
の強さを得るにはMQW層の厚さを薄くせざるを得ず、
その結果、素子容量やフリーキャリア吸収の増大をもた
らし周波数応答特性が延びず、伝搬損失が増加するとい
う問題があった。また、上記周波数応答特性をある程度
保持するにはMQW層の厚さを一定の厚さ以上にするた
め、導波路を伝搬する光のスポット径は小さくなり、光
ファイバとの結合損失が大きくなるという問題があっ
た。
【0004】本発明は、MQW層に平行な電界を印加で
きるようにして、従来のこの種の変調器やスイッチ等に
固有のMQW層厚で規定された素子容量やスポット径を
それぞれ独立に最適化して、低電圧で動作し、広帯域を
持ち低挿入損失であり、高性能で小形の導波形多重量子
井戸光制御素子を得ることを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記目的は、第1のバン
ドギャップをもち障壁層を形成する第1半導体層と、第
2のバンドギャップをもち井戸層を形成する第2半導体
層とを、交互に積層して形成した多重量子井戸層を有す
る導波形多重量子井戸光制御素子において、上記多重量
子井戸層の両側を上記第1半導体層と同等かそれより小
さい屈折率をもつ第3半導体層で挾んで導波構造を形成
し、上記導波構造を上記各層に垂直な面内で挾み、互い
に一方を他方とその導電形が異なるように不純物を添加
して、上記多重量子井戸層に平行に外部から電圧を印加
するようにすることによって達成される。
【0006】
【作用】本発明の構造では、MQW層を導波構造として
用い、電界がかかる方向をMQW層に平行になるように
しているため、低電界で大きな吸収係数変化と屈折率変
化が得られ、かつ、素子容量がMQW層厚によらずその
幅によって決まるため、応答速度の制限要因である素子
容量が小さく、高速応答が可能である。また、上記MQ
W層厚を薄くすることができるのでこれを導波する光の
モードスポット径は広げられ、シングルモードファイバ
との結合損失が低減でき(図6)、素子の挿入損失が少
ない。さらに、MQW層に平行に電圧が印加できるよう
にするために設けられたP,Nの不純物の添加層は、イ
オン注入または不純物拡散により形成して混晶化を生じ
させ、その屈折率やバンドギャップエネルギを、上記不
純物が添加されていない部分よりそれぞれ小さく、およ
び大きくして、横方向における光の閉じ込めを良好に
し、かつ、縦方向における光の閉じ込めを上記MQW層
の厚さを制御することによって変化させ、上記導波構造
を伝搬する光波の光導波構造横方向のスポット径と上下
方向のスポット径をほぼ等しくし、結合損失を低減する
ことができる。
【0007】
【実施例】つぎに本発明の実施例を図面とともに説明す
る。図1は本発明による導波形多重量子井戸光制御素子
の一実施例を示す構成図、図2は多重量子井戸構造に電
界を印加したときの吸収係数の変化を示す図で、(a)
は垂直方向に印加した場合、(b)は平行方向に印加し
た場合を示す図である。
【0008】図1において、絶縁性InP基板1の上
に、有機金属気相成長法(MOVPE)または分子線エ
ピタキシャル法(MBE)によりノンドープInAlAs
クラッド層2を0.3μm、厚さ7.5nmのInGaAs
層を井戸層とし厚さ5nmのInAlAs層を障壁層とす
る量子井戸構造5周期からなるMQW光導波層3、ノン
ドープInAlAsクラッド層4を1〜2μm,InGaAs
キャップ層5を0.5μm成長させた。つぎにSiN膜を
マスクにして各層に垂直な面内で幅1〜4μmを挾んで
互いに一方が他方とその導電形が異なるように不純物を
添加して、外部から上記MOW層3に平行に電圧を印加
できるように、P形不純物を添加した部分6とN形不純
物を添加した部分7とを形成する。このとき、上記不純
物を添加した部分をイオン注入または不純物拡散により
形成してそこに混晶化を生じさせ、その屈折率およびバ
ンドギャップエネルギを上記不純物を添加されていない
部分よりそれぞれ小さくおよび大きくしておく。上記不
純物がない領域上のキャップ層5を選択的に除去し、上
記P形不純物添加領域6とN形不純物添加領域7とに、
P電極8およびN電極9をそれぞれ形成する。
【0009】なお、導波構造における不純物が添加され
ていない幅を1〜4μmとし、その厚さを0.05〜0.
3μmとすれば、上記導波構造を伝搬する光波の光導波
構造横方向のスポット径と上下方向のスポット径とをほ
ぼ等しくすることができる。また、導波構造の光と相互
作用する素子の長さと導波構造を伝搬する光の吸収係数
との積は、2.3を越えることが望ましい。
【0010】上記実施例はInGaAs/InAlAs系MQ
W構造に対する実施例について記載したが、本発明は他
のMQW構造、例えばInGaAs/InP,InGaAs/
InGaAsP,InGaAlAs/InAlAs,GaAs/Al
GaAs等のMQW構造にも適用できることはいうまでも
ない。
【0011】
【発明の効果】上記のように本発明による導波形多重量
子井戸光制御素子は、第1のバンドギャップをもち障壁
層を形成する第1半導体層と、第2のバンドギャップを
もち井戸層を形成する第2半導体層とを、交互に積層し
て形成した多重量子井戸層を有する導波形多重量子井戸
光制御素子において、上記多重量子井戸層の両側を上記
第1半導体層と同等かそれより小さい屈折率をもつ第3
半導体層で挾んで導波構造を形成し、上記導波構造を上
記各層に垂直な面内で挾み、互いに一方を他方とその導
電形が異なるように不純物を添加して、上記多重量子井
戸層に平行に外部から電圧を印加するようにしたことに
より、導波路の幅を1〜4μm程度に設定しておけばM
QW層にかかる電界の強さを適当にでき、かつ、駆動電
圧は最大数Vで動作する。このとき、素子容量は導波路
の幅で規定できるので、従来のMQW層に垂直に電界を
かけていた素子に比べ、数倍から1桁以上の高速応答が
観測できる。また、MQW層の厚さを素子容量に無関係
にできるのでMQW層厚を0.05〜0.3μmと薄くし
て、光ファイバとの結合効率を従来のMQW層に垂直に
電界をかけていた素子に比べ数倍良好にすることができ
る。
【0012】上記は吸収係数変化を利用した強度変調器
を対象にしたが、吸収係数変化は屈折率変化とクラマー
ス・クレーニッヒの関係にあり、屈折率変化を利用した
位相変調器や、屈折率変化に伴う干渉を利用した強度変
調器にも適用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による導波形多重量子井戸光制御素子の
一実施例を示す構成図である。
【図2】多重量子井戸構造に電界を印加したときの吸収
係数変化を示す図で、(a)は垂直方向に電界印加した
場合を示し、(b)は平行方向に電界印加した場合を示
す図である。
【図3】多重量子井戸構造に垂直方向に電界印加する従
来の導波形多重量子井戸光制御素子の概略構成図であ
る。
【図4】多重量子井戸構造に平行方向に電界印加する従
来の導波形多重量子井戸光制御素子の概略構成図であ
る。
【図5】多重量子井戸構造に垂直方向に電界印加する従
来の導波形多重量子井戸光制御素子の素子性能を示す図
である。
【図6】多重量子井戸構造に垂直方向に電界印加する従
来の導波形多重量子井戸光制御素子の素子性能を示す図
である。
【符号の説明】
2,4…第3半導体層(InAlAsクラッド層) 3…多重量子井戸層 6…P形不純物領域 7…N形不純物領域

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】第1のバンドギャップをもち障壁層を形成
    する第1半導体層と、第2のバンドギャップをもち井戸
    層を形成する第2半導体層とを、交互に積層して形成し
    た多重量子井戸層を有する導波形多重量子井戸光制御素
    子において、上記多重量子井戸層の両側を上記第1半導
    体層と同等かそれより小さい屈折率をもつ第3半導体層
    で挾んで導波構造を形成し、上記導波構造を上記各層に
    垂直な面内で挾み、互いに一方を他方とその導電形が異
    なるように不純物を添加して、上記多重量子井戸層に平
    行に、外部から電圧を印加するようにしたことを特徴と
    する導波形多重量子井戸光制御素子。
JP4054517A 1992-03-13 1992-03-13 導波形多重量子井戸光制御素子 Pending JPH05259567A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6798552B2 (en) 2002-02-18 2004-09-28 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Semiconductor light modulator

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6371826A (ja) * 1986-09-16 1988-04-01 Hitachi Ltd 光半導体装置
JPH0219824A (ja) * 1988-07-08 1990-01-23 Hitachi Metals Ltd 光変調器
JPH02132415A (ja) * 1988-11-14 1990-05-21 Fujitsu Ltd 光変調器
JPH0348219A (ja) * 1989-07-17 1991-03-01 Hitachi Ltd 光変調器
JPH04184416A (ja) * 1990-11-20 1992-07-01 Fujitsu Ltd 光変調器およびその製造方法
JPH04505224A (ja) * 1990-06-29 1992-09-10 ナショナル リサーチ カウンシル オブ カナダ モノリシック半導体高調波レーザ光源
JPH05158085A (ja) * 1991-12-05 1993-06-25 Fujitsu Ltd 光変調装置及びその製造方法

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6371826A (ja) * 1986-09-16 1988-04-01 Hitachi Ltd 光半導体装置
JPH0219824A (ja) * 1988-07-08 1990-01-23 Hitachi Metals Ltd 光変調器
JPH02132415A (ja) * 1988-11-14 1990-05-21 Fujitsu Ltd 光変調器
JPH0348219A (ja) * 1989-07-17 1991-03-01 Hitachi Ltd 光変調器
JPH04505224A (ja) * 1990-06-29 1992-09-10 ナショナル リサーチ カウンシル オブ カナダ モノリシック半導体高調波レーザ光源
JPH04184416A (ja) * 1990-11-20 1992-07-01 Fujitsu Ltd 光変調器およびその製造方法
JPH05158085A (ja) * 1991-12-05 1993-06-25 Fujitsu Ltd 光変調装置及びその製造方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6798552B2 (en) 2002-02-18 2004-09-28 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Semiconductor light modulator

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