JPH0583889B2 - - Google Patents
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- JPH0583889B2 JPH0583889B2 JP59134306A JP13430684A JPH0583889B2 JP H0583889 B2 JPH0583889 B2 JP H0583889B2 JP 59134306 A JP59134306 A JP 59134306A JP 13430684 A JP13430684 A JP 13430684A JP H0583889 B2 JPH0583889 B2 JP H0583889B2
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- light
- electric field
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-
- 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
- G02F1/01—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 intensity, phase, polarisation or colour
- G02F1/015—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 intensity, phase, polarisation or colour based on semiconductor elements having potential barriers, e.g. having a PN or PIN junction
- G02F1/025—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 intensity, phase, polarisation or colour based on semiconductor elements having potential barriers, e.g. having a PN or PIN junction in an optical waveguide structure
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Nonlinear Science (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Optical Integrated Circuits (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
（産業上の利用分野）
本発明は光通信システムなどに用いられ低電
圧、低損失で高速に光の変調を行なうことがで
き、発光、受光デバイスとも実積化が可能な半導
体材料を用いた集積化導波型光素子に関するもの
である。
圧、低損失で高速に光の変調を行なうことがで
き、発光、受光デバイスとも実積化が可能な半導
体材料を用いた集積化導波型光素子に関するもの
である。
（従来技術とその問題点）
近年の光通信システムの本格的な実用化に伴
い、種々の機能を持つたより性能の高い光デバイ
スが必要となつてきている。このようなデバイス
として光路の切り換えを行なう光スイツチや、光
の伝搬状態を変化させる光変調器などがある。こ
れらのデバイスでは電気光学効果を利用したもの
が特性も優れ広く用いられている。このような電
気光学効果を利用した光スイツチ又は光変調器な
どの導波型光素子としてはLiNbO3のような誘電
体材料を用いたものやGaAs，InPなどのような
半導体材料を用いたものがある。誘電体材料を用
いた導波型光素子は非常に光の伝搬損失が低く低
電圧動作が可能であるなど有利な点もあるが、光
源などとのモノリシツク化には不適当である。そ
れに対し半導体材料を用いた導波型光素子は発
光、受光デバイスとのモノリシツク化が可能であ
り将来の光集積回路を実現するために重要であ
る。
い、種々の機能を持つたより性能の高い光デバイ
スが必要となつてきている。このようなデバイス
として光路の切り換えを行なう光スイツチや、光
の伝搬状態を変化させる光変調器などがある。こ
れらのデバイスでは電気光学効果を利用したもの
が特性も優れ広く用いられている。このような電
気光学効果を利用した光スイツチ又は光変調器な
どの導波型光素子としてはLiNbO3のような誘電
体材料を用いたものやGaAs，InPなどのような
半導体材料を用いたものがある。誘電体材料を用
いた導波型光素子は非常に光の伝搬損失が低く低
電圧動作が可能であるなど有利な点もあるが、光
源などとのモノリシツク化には不適当である。そ
れに対し半導体材料を用いた導波型光素子は発
光、受光デバイスとのモノリシツク化が可能であ
り将来の光集積回路を実現するために重要であ
る。
従来このような電気光学効果を利用した半導体
導波型光素子としては方向性結合器型変調器／ス
イツチがあつた。方向性結合器は２本の導波路を
有し、電気光学効果による導波光の伝搬状態の変
化を利用して２本の導波路間でスイツチングを行
なう訳であるがそれを１本の導波路にのみ注目す
れば位相変調器として取扱うことができる。ここ
ではその位相変調器を例にとり基本的な構造及び
動作についての説明を行なう。第１図は例として
InGaAsP／InP系の材料を使つた場合の位相変調
器の基本的な構造を示す図である。これは最も簡
単な構造であるが、このような構造であると非常
に光の伝搬損失が大きい。このことは後に詳細に
述べる。第１図は光の伝搬方向に対して垂直な面
で切つた時の位相変調器の断面図である、n+−
InP基板５の上にｎ−InGaAsPガイド層４及びp+
−InGaAsPのp+拡散層が第１図の様にリブ形に
積層され、その上に電極２を有している。p+拡
散層３の屈折率をn3ガイド層４の屈折率をn4基板
５の屈折率をn5とすると一般にn4＞n3，n4＞n5の
関係にある。また第１図に示す様にガイド構造が
リブ型をとつている為に水平方向に関しては実効
的な屈折率は同じ屈折率のガイド層中でも電極の
下の部分の方がその両側の部分よりも少し高い。
従つてｎ−InGaAsPガイド層４に入射した光は
垂直方向、水平方向の両方向に関して閉じ込めら
れ、導波路が形成され、３次元的に伝搬する。こ
こで電極２に逆バイアス電圧信号１を印加する。
すると低キヤリア濃度層であるガイド層４に空乏
層が拡がり電界がかかり、その電界による電気光
学効果によつてガイド層４を伝搬する光の伝搬状
態が変化し、出射光は逆バイアス電圧信号１に応
じた位相の変化を示す。以上の様にして位相変調
が行なわれる訳である。
導波型光素子としては方向性結合器型変調器／ス
イツチがあつた。方向性結合器は２本の導波路を
有し、電気光学効果による導波光の伝搬状態の変
化を利用して２本の導波路間でスイツチングを行
なう訳であるがそれを１本の導波路にのみ注目す
れば位相変調器として取扱うことができる。ここ
ではその位相変調器を例にとり基本的な構造及び
動作についての説明を行なう。第１図は例として
InGaAsP／InP系の材料を使つた場合の位相変調
器の基本的な構造を示す図である。これは最も簡
単な構造であるが、このような構造であると非常
に光の伝搬損失が大きい。このことは後に詳細に
述べる。第１図は光の伝搬方向に対して垂直な面
で切つた時の位相変調器の断面図である、n+−
InP基板５の上にｎ−InGaAsPガイド層４及びp+
−InGaAsPのp+拡散層が第１図の様にリブ形に
積層され、その上に電極２を有している。p+拡
散層３の屈折率をn3ガイド層４の屈折率をn4基板
５の屈折率をn5とすると一般にn4＞n3，n4＞n5の
関係にある。また第１図に示す様にガイド構造が
リブ型をとつている為に水平方向に関しては実効
的な屈折率は同じ屈折率のガイド層中でも電極の
下の部分の方がその両側の部分よりも少し高い。
従つてｎ−InGaAsPガイド層４に入射した光は
垂直方向、水平方向の両方向に関して閉じ込めら
れ、導波路が形成され、３次元的に伝搬する。こ
こで電極２に逆バイアス電圧信号１を印加する。
すると低キヤリア濃度層であるガイド層４に空乏
層が拡がり電界がかかり、その電界による電気光
学効果によつてガイド層４を伝搬する光の伝搬状
態が変化し、出射光は逆バイアス電圧信号１に応
じた位相の変化を示す。以上の様にして位相変調
が行なわれる訳である。
しかしながらこの様な構造をもつ電気光学効果
を利用した導波型光素子は次に述べるような問題
点があつた。ガイド層４のすぐ上下に光の吸収の
非常に大きなp+拡散層３及びキヤリア濃度の高
い低抵抗基板５が厚く存在している為、ガイド層
からしみ出した光のほとんどはp+拡散層３、低
抵抗基板５により吸収され、それが伝搬損失とな
る。電界強度を高め変調効率を高めるためにはガ
イド層４を薄くすればよいが組成が一定の場合に
はガイド層４の厚みを薄くすればその分ガイド層
外への光のしみ出しは大きくなり伝搬損失も大き
くなつてしまうので、伝搬損失の事を考慮に入れ
るとガイド層厚はそれ程薄くできない。またガイ
ド層厚を厚くすると伝搬損失は少なくなるが有効
な電界をかけてやることができず、所望の位相変
化を得る為の電圧が、大きいものとなつてしま
う。従つて有効な電界を得る為にはガイド層厚を
それ程厚くすることはできない。この様にガイド
層厚を薄くすると電圧は低くなるが伝搬損失は大
きくなり、ガイド層厚を厚くすると伝搬損失は小
さくなるが電圧は大きくなるといつたように電圧
と伝搬損失とはトレード・オフの関係にあり、従
つてこの様な構造では電圧と伝搬損失の両方を低
くすることはできなかつた。
を利用した導波型光素子は次に述べるような問題
点があつた。ガイド層４のすぐ上下に光の吸収の
非常に大きなp+拡散層３及びキヤリア濃度の高
い低抵抗基板５が厚く存在している為、ガイド層
からしみ出した光のほとんどはp+拡散層３、低
抵抗基板５により吸収され、それが伝搬損失とな
る。電界強度を高め変調効率を高めるためにはガ
イド層４を薄くすればよいが組成が一定の場合に
はガイド層４の厚みを薄くすればその分ガイド層
外への光のしみ出しは大きくなり伝搬損失も大き
くなつてしまうので、伝搬損失の事を考慮に入れ
るとガイド層厚はそれ程薄くできない。またガイ
ド層厚を厚くすると伝搬損失は少なくなるが有効
な電界をかけてやることができず、所望の位相変
化を得る為の電圧が、大きいものとなつてしま
う。従つて有効な電界を得る為にはガイド層厚を
それ程厚くすることはできない。この様にガイド
層厚を薄くすると電圧は低くなるが伝搬損失は大
きくなり、ガイド層厚を厚くすると伝搬損失は小
さくなるが電圧は大きくなるといつたように電圧
と伝搬損失とはトレード・オフの関係にあり、従
つてこの様な構造では電圧と伝搬損失の両方を低
くすることはできなかつた。
次にもうひとつの従来例として、伝搬損失を低
減するための構造にするためにガイド層と電極及
びガイド層と基板との間に光の吸収の少ないバツ
フア層を設けた例についての説明をする。第２図
は伝搬損失低減のためのバツフア層を設けた場合
の位相変調器を説明するための図である。またこ
こでは実際の半導体材料であるInGaAsP／InPを
用いた場合の説明を行なう。第２図は光の導波方
向に対して垂直な面で切つた時の位相変調器の断
面図である。n+−InP基板１６の上にｎ−InPバ
ツフア層１５、n-−InGaAsPガイド層１４、n-
−InPバツフア層１３、p+−InP拡散層１２、電
極１１が第２図の様に積層されている。n-−
InGaAsPガイド層１４の屈折率をn14、その他p+
−InP12、n-−InPバツフア層１３、n-−InPバツ
フア層１５の屈折率をそれぞれn12，n13，n15とお
くとn14＞n12＝n13＝n15である。また水平方向に
関してはリブ型構造をとることにより、実効的に
屈折率差をつけている。この様にしてガイドに入
射してきた光はガイド層１４の中を三次元的に導
波する。変調の方法は前述の例と同様で電極１１
と低抵抗n+−InP基板１６の間に逆バイアス電圧
信号１０を印加しそれに応じた電気光学効果によ
り生ずる伝搬状態の変化を利用している。
減するための構造にするためにガイド層と電極及
びガイド層と基板との間に光の吸収の少ないバツ
フア層を設けた例についての説明をする。第２図
は伝搬損失低減のためのバツフア層を設けた場合
の位相変調器を説明するための図である。またこ
こでは実際の半導体材料であるInGaAsP／InPを
用いた場合の説明を行なう。第２図は光の導波方
向に対して垂直な面で切つた時の位相変調器の断
面図である。n+−InP基板１６の上にｎ−InPバ
ツフア層１５、n-−InGaAsPガイド層１４、n-
−InPバツフア層１３、p+−InP拡散層１２、電
極１１が第２図の様に積層されている。n-−
InGaAsPガイド層１４の屈折率をn14、その他p+
−InP12、n-−InPバツフア層１３、n-−InPバツ
フア層１５の屈折率をそれぞれn12，n13，n15とお
くとn14＞n12＝n13＝n15である。また水平方向に
関してはリブ型構造をとることにより、実効的に
屈折率差をつけている。この様にしてガイドに入
射してきた光はガイド層１４の中を三次元的に導
波する。変調の方法は前述の例と同様で電極１１
と低抵抗n+−InP基板１６の間に逆バイアス電圧
信号１０を印加しそれに応じた電気光学効果によ
り生ずる伝搬状態の変化を利用している。
この様にガイド層１４の上下にバツフア層１
３，１５を設けた構造においては、ガイド層１４
よりガイド層１４の上下にある光吸収の少ないバ
ツフア層１３，１５へしみ出した光はほとんど損
失とはならず、そのバツフア層１３，１５の外側
にあるn+−InP基板までバツフア層１３，１５を
通り抜けてしみ出していつた少量の光のみが伝搬
損失となる。従つてバツフア層を設けることによ
つて以前よりも伝搬損失を小さくすることがで
き、また、バツフア層が厚くなればそれだけ伝搬
損失も小さくなると言える。しかしバツフア層１
３，１５を設けた事によつて電界のかかる厚みが
大きくなつてしまうので、その分印加電圧も高く
なり結局損失と電圧という２点を考えるとバツフ
ア層を設けたからと言つて、低損失かつ低電圧な
素子が実現できるとは言えない。
３，１５を設けた構造においては、ガイド層１４
よりガイド層１４の上下にある光吸収の少ないバ
ツフア層１３，１５へしみ出した光はほとんど損
失とはならず、そのバツフア層１３，１５の外側
にあるn+−InP基板までバツフア層１３，１５を
通り抜けてしみ出していつた少量の光のみが伝搬
損失となる。従つてバツフア層を設けることによ
つて以前よりも伝搬損失を小さくすることがで
き、また、バツフア層が厚くなればそれだけ伝搬
損失も小さくなると言える。しかしバツフア層１
３，１５を設けた事によつて電界のかかる厚みが
大きくなつてしまうので、その分印加電圧も高く
なり結局損失と電圧という２点を考えるとバツフ
ア層を設けたからと言つて、低損失かつ低電圧な
素子が実現できるとは言えない。
さらにもうひとつの従来例として低電圧、低損
失のための構造としてガイド層の下に非常に薄い
電界印加のための電極を備えた低抵抗層、その下
に光吸収の少ない層を設けた場合についての説明
をする。第３図は低電圧、低損失のための構造を
もつ位相変調器を説明するための図である。また
ここでも材料としてInGaAsP／InPを用いた場合
の説明を行なう。第３図は光の導波方向に対して
垂直な面で切つた時の位相変調器の断面図であ
る。光吸収の少ない低キヤリア濃度の高抵抗InP
基板２６上にn+−InP低抵抗層２５、n-−
InGaAsPガイド層２４、n-−InPバツフア層２
３、p+−InP拡散層２２、電極２１，２８が第３
図の様に積層されている。ガイド層２４に入射し
た光は垂直方向にはn-−InGaAsPガイド層２４
とn-−InPバツフア層２３、n+−InP低抵抗層３
５との屈折率差により、水平方向にはリブ型を形
成することにより閉じ込められ３次元的に導波す
る。ガイド層２４よりしみ出した光は上方へはバ
ツフア層２３、下方へは低抵抗層２５、基板２６
へと拡がる。上方のバツフア層２３は低キヤリア
濃度の層である為光の吸収はほとんどなく、また
下方への光のしみ出しに関しては、光が吸収され
るのはガイド層２４のすぐ下のキヤリア濃度の高
い層であるn+−InP低抵抗層２５のみで、その下
にある低キヤリア濃度基板２６における光の吸収
はほとんどない。また低抵抗層２５は非常に薄い
層のため、低抵抗層２５における光の吸収は、ガ
イド層２４の下方へしみ出した光のごく一部だけ
である。従つてこの様な構造の導波型光素子にお
いては伝搬損失は非常に小さいと言うことができ
る。また電極２１に逆バイアス電圧信号２０を印
加することにより位相変調を行なうわけである
が、ガイド層２４の直下に電界印加用電極となる
低抵抗層２５がある為、ガイド層２４中に有効に
電界を印加できることになり、電界を利用した位
相変調を行なうために必要な電圧は第２図に示す
様なバツフア層の外側から電圧をかける構造に比
べ小さくなる。
失のための構造としてガイド層の下に非常に薄い
電界印加のための電極を備えた低抵抗層、その下
に光吸収の少ない層を設けた場合についての説明
をする。第３図は低電圧、低損失のための構造を
もつ位相変調器を説明するための図である。また
ここでも材料としてInGaAsP／InPを用いた場合
の説明を行なう。第３図は光の導波方向に対して
垂直な面で切つた時の位相変調器の断面図であ
る。光吸収の少ない低キヤリア濃度の高抵抗InP
基板２６上にn+−InP低抵抗層２５、n-−
InGaAsPガイド層２４、n-−InPバツフア層２
３、p+−InP拡散層２２、電極２１，２８が第３
図の様に積層されている。ガイド層２４に入射し
た光は垂直方向にはn-−InGaAsPガイド層２４
とn-−InPバツフア層２３、n+−InP低抵抗層３
５との屈折率差により、水平方向にはリブ型を形
成することにより閉じ込められ３次元的に導波す
る。ガイド層２４よりしみ出した光は上方へはバ
ツフア層２３、下方へは低抵抗層２５、基板２６
へと拡がる。上方のバツフア層２３は低キヤリア
濃度の層である為光の吸収はほとんどなく、また
下方への光のしみ出しに関しては、光が吸収され
るのはガイド層２４のすぐ下のキヤリア濃度の高
い層であるn+−InP低抵抗層２５のみで、その下
にある低キヤリア濃度基板２６における光の吸収
はほとんどない。また低抵抗層２５は非常に薄い
層のため、低抵抗層２５における光の吸収は、ガ
イド層２４の下方へしみ出した光のごく一部だけ
である。従つてこの様な構造の導波型光素子にお
いては伝搬損失は非常に小さいと言うことができ
る。また電極２１に逆バイアス電圧信号２０を印
加することにより位相変調を行なうわけである
が、ガイド層２４の直下に電界印加用電極となる
低抵抗層２５がある為、ガイド層２４中に有効に
電界を印加できることになり、電界を利用した位
相変調を行なうために必要な電圧は第２図に示す
様なバツフア層の外側から電圧をかける構造に比
べ小さくなる。
しかしながらこの様な半導体材料を用いた場
合、半導体における電気光学効果が小さいため、
ガイド層の厚みなどを薄くし、パラメータを最適
化していき低電圧化を図つたとしてもせいぜい
10Vが限度であり、高速変調を行なうことができ
るTTLレベルまで電圧を下げる事は困難であつ
た。
合、半導体における電気光学効果が小さいため、
ガイド層の厚みなどを薄くし、パラメータを最適
化していき低電圧化を図つたとしてもせいぜい
10Vが限度であり、高速変調を行なうことができ
るTTLレベルまで電圧を下げる事は困難であつ
た。
（発明の目的）
本発明の目的は上述したような欠点を除去し、
低損失、低電圧で高速変調動作が可能であり、将
来の光集積回路の一部分を担う可能性を有する半
導体集積化導波型光素子を提供することにある。
低損失、低電圧で高速変調動作が可能であり、将
来の光集積回路の一部分を担う可能性を有する半
導体集積化導波型光素子を提供することにある。
（発明の構成）
本発明によればガイド層中を伝搬している導波
光に電界を印加する事により前記導波光の制御を
行なう半導体導波型光素子であつて、前記ガイド
層の電界印加方向の両側の少なくとも一方に前記
導波光の界分布に比較して極く薄い低抵抗の層を
前記ガイド層に隣接して設け、さらに前記低抵抗
の薄い層に連続して前記ガイド層よりも屈折率が
低く、光吸収の少ない比較的厚い層を設け、前記
低抵抗の薄い層に前記導波光の変調手段となる前
記電界を印加する為の電極を設け、前記光吸収の
少ない比較的厚い層のひとつに電気的に半絶縁性
をもつた層を用い、前記半絶縁性の層と隣接した
前記低抵抗の薄い層を活性層として利用した
FETを形成し前記FETを前記導波型光素子の前
記ガイド層の電界印加の制御手段としたことを特
徴とする集積化導波型光素子が得られる。
光に電界を印加する事により前記導波光の制御を
行なう半導体導波型光素子であつて、前記ガイド
層の電界印加方向の両側の少なくとも一方に前記
導波光の界分布に比較して極く薄い低抵抗の層を
前記ガイド層に隣接して設け、さらに前記低抵抗
の薄い層に連続して前記ガイド層よりも屈折率が
低く、光吸収の少ない比較的厚い層を設け、前記
低抵抗の薄い層に前記導波光の変調手段となる前
記電界を印加する為の電極を設け、前記光吸収の
少ない比較的厚い層のひとつに電気的に半絶縁性
をもつた層を用い、前記半絶縁性の層と隣接した
前記低抵抗の薄い層を活性層として利用した
FETを形成し前記FETを前記導波型光素子の前
記ガイド層の電界印加の制御手段としたことを特
徴とする集積化導波型光素子が得られる。
（構成の詳細な説明）
本発明は上述の構成をとることにより従来技術
の問題点を解決した。まず低損失、低電圧化を図
つた第３の従来例において光吸収の少ない比較的
厚い層に、電気的に半絶縁性の層を用い、それと
隣接した低抵抗の薄い層がFETの活性層上に利
用できるので、それらを用いて同一基板上に
FETと導波型光素子を集積化させる。このよう
に同一の基板、同一の低抵抗層（FETにおける
活性層）を利用しているのでFETを集積化した
からと言つて製作に関する手間はほとんどない。
またこのFETを用いて導波型光素子のガイド層
に電界を印加させ、その電界によつてガイド中の
導波光を制御する。よつて制御信号はFETのゲ
ートに加えればよい。このようにFETの増幅作
用を利用しガイド層に電界を印加しているためガ
イドにかかる電圧は変わらないが、FETの駆動
電圧は低くてよく、見かけの電圧を下げることが
できる。従つて半導体導波型光素子においては低
電圧化に関して限界のあつた従来に比べ本構成を
とることによりTTLレベルまでの低電圧化が実
現される。また損失に関しては従来例と同様に低
く、結局本構成を用いると、低損失、低電圧で高
速変調が可能な半導体集積化導波型光素子が得ら
れる。
の問題点を解決した。まず低損失、低電圧化を図
つた第３の従来例において光吸収の少ない比較的
厚い層に、電気的に半絶縁性の層を用い、それと
隣接した低抵抗の薄い層がFETの活性層上に利
用できるので、それらを用いて同一基板上に
FETと導波型光素子を集積化させる。このよう
に同一の基板、同一の低抵抗層（FETにおける
活性層）を利用しているのでFETを集積化した
からと言つて製作に関する手間はほとんどない。
またこのFETを用いて導波型光素子のガイド層
に電界を印加させ、その電界によつてガイド中の
導波光を制御する。よつて制御信号はFETのゲ
ートに加えればよい。このようにFETの増幅作
用を利用しガイド層に電界を印加しているためガ
イドにかかる電圧は変わらないが、FETの駆動
電圧は低くてよく、見かけの電圧を下げることが
できる。従つて半導体導波型光素子においては低
電圧化に関して限界のあつた従来に比べ本構成を
とることによりTTLレベルまでの低電圧化が実
現される。また損失に関しては従来例と同様に低
く、結局本構成を用いると、低損失、低電圧で高
速変調が可能な半導体集積化導波型光素子が得ら
れる。
（実施例）
以下本発明の実施例について図面を参照して詳
細に説明する。第４図は本発明の１つの実施例を
示す図である。尚本実施例はInGaAsP／InP系の
半導体材料を用いたものにつき説明し、第４図に
は本発明の集積化導波型光素子を例として位相変
調器に適用した場合の光の導波方向に対し垂直な
面で切つたその断面図が示されている。光吸収の
少ない半絶縁性InP基板３６上にn+−InP低抵抗
層（活性層）３５、n-−InGaAsPガイド層３４、
n-−InPバツフア層３３を成長させ、ｐ−ｎ接合
を形成するためにn-−InPバツフア層３３上にp+
−InP層３２を拡散させる。その後エツチングな
どによりFET形成用の活性層３５の一部分を露
出させる。その露出された活性層の一部分をエツ
チング及び絶縁膜４０をつけることにより電気的
に分離し、その後ドレイン電極３７、ゲート電極
３８、ソース電極３９を取りつけMIS−FETを
形成する。またガイドに関してはp+−InP拡散層
３２上に電極３１を取りつけリブ形にエツチング
を行ない３次元導波路を形成する。最後にドレイ
ン電極３７とガイド電極３１を配線する。ここで
述べた製作プロセスはあくまでも一例であつて低
抵抗層３５上にFETが形成でき、そのFETを用
いて低抵抗層３５の他方に形成された導波型光素
子のガイド層３４に電界が印加するような構造が
とれれば特にプロセスの指定は必要ない。
細に説明する。第４図は本発明の１つの実施例を
示す図である。尚本実施例はInGaAsP／InP系の
半導体材料を用いたものにつき説明し、第４図に
は本発明の集積化導波型光素子を例として位相変
調器に適用した場合の光の導波方向に対し垂直な
面で切つたその断面図が示されている。光吸収の
少ない半絶縁性InP基板３６上にn+−InP低抵抗
層（活性層）３５、n-−InGaAsPガイド層３４、
n-−InPバツフア層３３を成長させ、ｐ−ｎ接合
を形成するためにn-−InPバツフア層３３上にp+
−InP層３２を拡散させる。その後エツチングな
どによりFET形成用の活性層３５の一部分を露
出させる。その露出された活性層の一部分をエツ
チング及び絶縁膜４０をつけることにより電気的
に分離し、その後ドレイン電極３７、ゲート電極
３８、ソース電極３９を取りつけMIS−FETを
形成する。またガイドに関してはp+−InP拡散層
３２上に電極３１を取りつけリブ形にエツチング
を行ない３次元導波路を形成する。最後にドレイ
ン電極３７とガイド電極３１を配線する。ここで
述べた製作プロセスはあくまでも一例であつて低
抵抗層３５上にFETが形成でき、そのFETを用
いて低抵抗層３５の他方に形成された導波型光素
子のガイド層３４に電界が印加するような構造が
とれれば特にプロセスの指定は必要ない。
ゲート電極３８にTTLレベルの高速信号４１
を入力すると入力された信号はFETにより増幅
され、ドレイン３７とソース３９の間で取り出す
ことができ、ドレイン電極３７とガイド電極３１
を接続することにより、ガイド層３４にガイド層
を伝搬する導波光を制御するのに十分な電界を印
加することができ、入力信号に応じた変調が可能
となる。このように第４図に示すような構成をと
ることによりTTLレベルで高速変調を行なうこ
とができる導波型光素子が得られる。
を入力すると入力された信号はFETにより増幅
され、ドレイン３７とソース３９の間で取り出す
ことができ、ドレイン電極３７とガイド電極３１
を接続することにより、ガイド層３４にガイド層
を伝搬する導波光を制御するのに十分な電界を印
加することができ、入力信号に応じた変調が可能
となる。このように第４図に示すような構成をと
ることによりTTLレベルで高速変調を行なうこ
とができる導波型光素子が得られる。
第５図は本発明による集積化導波型光素子の等
価回路を示したものである。半導体導波型光素子
５７は逆バイアスデバイスなのでダイオードの記
号で示されている。ゲート端子５５に入力信号５
８が入力される。入力信号５８がHighレベルの
時はFET５６はON状態となりドレイン５３とソ
ース５４の間に電流が流れ、それらの間の電位差
はほとんどなく導波型光素子５７のガイド層には
電圧がかからない。また入力信号５８がLowレ
ベルの時はFET５６はOFF状態となりドレイン
５３とソース５４の間にはほとんど電流は流れ
ず、FETのOFF抵抗とバイアス抵抗５２とバイ
アス電圧５１で決まる電圧が導波型光素子５７に
加わり、ガイド層に電界を印加することができ
る。５９は入力信号５８によつて導波型光素子５
７に加わる電界の様子を示している。このように
してゲート５５への信号に応じて導波型光素子５
７のガイド層へ電界を印加することができ、結局
ゲートに入力するTTLレベルの信号で導波光を
制御することができる。従つて本発明により今ま
で以上に低電圧で高速変調を行なうことができる
集積化導波型光素子を得ることができる。
価回路を示したものである。半導体導波型光素子
５７は逆バイアスデバイスなのでダイオードの記
号で示されている。ゲート端子５５に入力信号５
８が入力される。入力信号５８がHighレベルの
時はFET５６はON状態となりドレイン５３とソ
ース５４の間に電流が流れ、それらの間の電位差
はほとんどなく導波型光素子５７のガイド層には
電圧がかからない。また入力信号５８がLowレ
ベルの時はFET５６はOFF状態となりドレイン
５３とソース５４の間にはほとんど電流は流れ
ず、FETのOFF抵抗とバイアス抵抗５２とバイ
アス電圧５１で決まる電圧が導波型光素子５７に
加わり、ガイド層に電界を印加することができ
る。５９は入力信号５８によつて導波型光素子５
７に加わる電界の様子を示している。このように
してゲート５５への信号に応じて導波型光素子５
７のガイド層へ電界を印加することができ、結局
ゲートに入力するTTLレベルの信号で導波光を
制御することができる。従つて本発明により今ま
で以上に低電圧で高速変調を行なうことができる
集積化導波型光素子を得ることができる。
またここではInGaAsP／InP系の半導体材料を
用いた位相変調器にFETを集積化した例を示し
たが、半導体材料としてはGaAAs／GaAs系の
ものでよく、また導波型光素子に関しては特に位
相変調器である必要はなく方向性結合器などでも
よい。さらに導波路構造について水平方向の光の
閉じ込めはリブ型だけとは限らず、基板や低抵抗
層に溝を形成することにより行なつてもよいし、
また埋め込み構造をとることにより行なつてもよ
い。また導波光の制御手段としては電気光学効果
を利用したもの以外にも、pn接合またはシヨツ
トキ接合に逆バイアスを印加すると基礎吸収端が
長波長側に移行するフランツ・ケルデイツシユ効
果や電界による空乏層の拡がりを利用したキヤリ
アの欠乏効果などを利用した導波型光素子にも本
発明は適用可能である。
用いた位相変調器にFETを集積化した例を示し
たが、半導体材料としてはGaAAs／GaAs系の
ものでよく、また導波型光素子に関しては特に位
相変調器である必要はなく方向性結合器などでも
よい。さらに導波路構造について水平方向の光の
閉じ込めはリブ型だけとは限らず、基板や低抵抗
層に溝を形成することにより行なつてもよいし、
また埋め込み構造をとることにより行なつてもよ
い。また導波光の制御手段としては電気光学効果
を利用したもの以外にも、pn接合またはシヨツ
トキ接合に逆バイアスを印加すると基礎吸収端が
長波長側に移行するフランツ・ケルデイツシユ効
果や電界による空乏層の拡がりを利用したキヤリ
アの欠乏効果などを利用した導波型光素子にも本
発明は適用可能である。
また低抵抗の薄い層（FETの活性層）がガイ
ド層の上にある場合でもガイド層に半絶縁性の層
を用いればその活性層を利用してFETを形成す
ることもできる。
ド層の上にある場合でもガイド層に半絶縁性の層
を用いればその活性層を利用してFETを形成す
ることもできる。
（発明の効果）
以上詳細に説明したように、本発明によれば低
損失であることは言うまでもなく、より低電圧で
高速変調が可能な半導体集積化導波型光素子を得
ることができ、将来の光集積回路の実現に寄与す
るところ大である。
損失であることは言うまでもなく、より低電圧で
高速変調が可能な半導体集積化導波型光素子を得
ることができ、将来の光集積回路の実現に寄与す
るところ大である。
第１図はInGaAsP／InP系の半導体材料を用い
た場合の位相変調器の基本的な構造、動作を説明
するための図、第２図は第１図に示した位相変調
器にバツフア層を設した場合の従来例を示すため
の図、第３図は低損失、低電圧を図りガイド層の
一方に電界印加用の極く薄い層を設けた場合の従
来例を説明するための図、第４図は本発明による
集積化導波型光素子の実施例を説明するための
図、第５図は第４図の等価回路を用いてFETの
動作と導波型光素子の動作の関連を示すための図
である。 図において、１，１０，２０は変調用の逆バイ
アス信号、２，１１，２１，２８，３１は電極、
３，１２，２２，３２はp+拡散層、１３，１５，
２３，３３はn-バツフア層、４，１４，２４，
３４はガイド層、５，１６はn+基板、２６はn-
基板、２５，３５はn+−低抵抗層（FETの活性
層）、３６は半絶縁性基板、３７はドレイン電極、
３８はゲート電極、３９はソース電極、４０は絶
縁膜、４１はTTLレベルの入力信号、５１はバ
イアス電圧、５２はバイアス抵抗、５３はドレイ
ン端子、５４はソース端子、５５はゲート端子、
５６はFET、５７は導波型光素子である逆バイ
アスデバイス、５８は入力信号、５９は入力信号
に応じて導波型光素子に印加される電界の信号を
示している。
た場合の位相変調器の基本的な構造、動作を説明
するための図、第２図は第１図に示した位相変調
器にバツフア層を設した場合の従来例を示すため
の図、第３図は低損失、低電圧を図りガイド層の
一方に電界印加用の極く薄い層を設けた場合の従
来例を説明するための図、第４図は本発明による
集積化導波型光素子の実施例を説明するための
図、第５図は第４図の等価回路を用いてFETの
動作と導波型光素子の動作の関連を示すための図
である。 図において、１，１０，２０は変調用の逆バイ
アス信号、２，１１，２１，２８，３１は電極、
３，１２，２２，３２はp+拡散層、１３，１５，
２３，３３はn-バツフア層、４，１４，２４，
３４はガイド層、５，１６はn+基板、２６はn-
基板、２５，３５はn+−低抵抗層（FETの活性
層）、３６は半絶縁性基板、３７はドレイン電極、
３８はゲート電極、３９はソース電極、４０は絶
縁膜、４１はTTLレベルの入力信号、５１はバ
イアス電圧、５２はバイアス抵抗、５３はドレイ
ン端子、５４はソース端子、５５はゲート端子、
５６はFET、５７は導波型光素子である逆バイ
アスデバイス、５８は入力信号、５９は入力信号
に応じて導波型光素子に印加される電界の信号を
示している。
Claims (1)
- １ ガイド層中を伝搬している導波光に電界を印
加する事により前記導波光の制御を行なう半導体
導波型光素子であつて、前記ガイド層の電界印加
方向の両側の少なくとも一方に前記導波光の界分
布に比較して極く薄い低抵抗の層を前記ガイド層
に隣接して設け、さらに前記低抵抗の薄い層に連
続して前記ガイド層よりも屈折率が低く、光吸収
の少ない比較的厚い層を設け、前記低抵抗の薄い
層に前記導波光の変調手段となる前記電界を印加
する為の電極を設けた半導体導波型光素子におい
て前記光吸収の少ない比較的厚い層のひとつに電
気的に半絶縁性をもつた層を用い、前記半絶縁性
の層と隣接した前記低抵抗の薄い層を活性層とし
て利用したFETを形成し、前記FETを前記導波
型光素子の前記ガイド層への電界印加の制御手段
としたことを特徴とする集積化導波型光素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13430684A JPS6113222A (ja) | 1984-06-29 | 1984-06-29 | 集積化導波型光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13430684A JPS6113222A (ja) | 1984-06-29 | 1984-06-29 | 集積化導波型光素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6113222A JPS6113222A (ja) | 1986-01-21 |
| JPH0583889B2 true JPH0583889B2 (ja) | 1993-11-30 |
Family
ID=15125205
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13430684A Granted JPS6113222A (ja) | 1984-06-29 | 1984-06-29 | 集積化導波型光素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6113222A (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH03164710A (ja) * | 1989-11-24 | 1991-07-16 | Furukawa Electric Co Ltd:The | 半導体光導波路部品 |
| JPH03225325A (ja) * | 1990-01-31 | 1991-10-04 | Furukawa Electric Co Ltd:The | 半導体光導波路部品 |
| JPH0572505A (ja) * | 1991-09-12 | 1993-03-26 | Fujitsu Ltd | 電界吸収型光変調回路 |
| US11340512B2 (en) * | 2020-04-27 | 2022-05-24 | Raytheon Bbn Technologies Corp. | Integration of electronics with Lithium Niobate photonics |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5245296A (en) * | 1975-10-07 | 1977-04-09 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Semiconductive phototransmission pass and semiconductor emission devic e used it |
| EP0063626B1 (en) * | 1981-04-28 | 1985-07-17 | International Business Machines Corporation | Bus arrangement for interconnectiong circuit chips |
| JPS5923303A (ja) * | 1982-07-29 | 1984-02-06 | Nec Corp | 複合光集積デバイス |
-
1984
- 1984-06-29 JP JP13430684A patent/JPS6113222A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6113222A (ja) | 1986-01-21 |
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