JPH0656458B2 - 光制御素子 - Google Patents
光制御素子Info
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- JPH0656458B2 JPH0656458B2 JP60062429A JP6242985A JPH0656458B2 JP H0656458 B2 JPH0656458 B2 JP H0656458B2 JP 60062429 A JP60062429 A JP 60062429A JP 6242985 A JP6242985 A JP 6242985A JP H0656458 B2 JPH0656458 B2 JP H0656458B2
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- light
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Links
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Landscapes
- Optical Integrated Circuits (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は変調、スイッチ動作等を行なうための光制御素
子に関するものである。
子に関するものである。
（従来技術とその問題点） 近年の画像情報等の高速／広帯域の信号を取り扱う光伝
送ネットワークの構想等により、光伝送システムの高速
／広帯域化への要求が強まっている。現在の光伝送シス
テムで光源として用いられている半導体レーザ（LD）は
小型で高効率、直接変調が可能等の優れた点を持ってい
るが、数GHz以上の帯域では直接変調可能な周波数の上
限に近づくことや、直接変調時の波長変動等のため、次
第に直接変調が難しくなってくる。この問題を解決する
一つの方法として直流駆動したＬＤと超高速の外部変調
器を組み合せて用いることが考えられており、そのた
め、小型で低電圧駆動可能な超高速外部変調器が求めら
れている。このような超高速外部変調器を実現する手段
としてはキャリアの移動をともなわない電気光学効果、
フランツ・ケルディッシュ効果等を利用することが考え
られている。
送ネットワークの構想等により、光伝送システムの高速
／広帯域化への要求が強まっている。現在の光伝送シス
テムで光源として用いられている半導体レーザ（LD）は
小型で高効率、直接変調が可能等の優れた点を持ってい
るが、数GHz以上の帯域では直接変調可能な周波数の上
限に近づくことや、直接変調時の波長変動等のため、次
第に直接変調が難しくなってくる。この問題を解決する
一つの方法として直流駆動したＬＤと超高速の外部変調
器を組み合せて用いることが考えられており、そのた
め、小型で低電圧駆動可能な超高速外部変調器が求めら
れている。このような超高速外部変調器を実現する手段
としてはキャリアの移動をともなわない電気光学効果、
フランツ・ケルディッシュ効果等を利用することが考え
られている。
電気光学効果を利用した変調器ではLiNbO3基板上のＴｉ
拡散導波路を用いた分岐干渉型、方向性結合器型の進行
波電極構造のもので20GHz近い変調帯域が得られている
が、実用的な４Ｖ程度以下の変調電圧を得るためには１
０mm程度以上の素子長が必要となり、小型化は難しい。
このような変調器については雑誌「アプライド・フィジ
クス・レターズ（Applied Physics Letters）」第４
３巻、1983年998〜1001頁に掲載のC.M.ギー（C.M.Gee）
他による論文と、雑誌「アイ・イーイー・イー・ジャー
ナル・オブ・カンタム・エレクトロニクス（IEEE Jour
nal of Quantm Electronics）」第１９巻、1983年、
1339〜1341頁に掲載のR.C.アルファーネス（R.C.Alfern
ess）他による論文に於て詳しく述べられている。
拡散導波路を用いた分岐干渉型、方向性結合器型の進行
波電極構造のもので20GHz近い変調帯域が得られている
が、実用的な４Ｖ程度以下の変調電圧を得るためには１
０mm程度以上の素子長が必要となり、小型化は難しい。
このような変調器については雑誌「アプライド・フィジ
クス・レターズ（Applied Physics Letters）」第４
３巻、1983年998〜1001頁に掲載のC.M.ギー（C.M.Gee）
他による論文と、雑誌「アイ・イーイー・イー・ジャー
ナル・オブ・カンタム・エレクトロニクス（IEEE Jour
nal of Quantm Electronics）」第１９巻、1983年、
1339〜1341頁に掲載のR.C.アルファーネス（R.C.Alfern
ess）他による論文に於て詳しく述べられている。
一方フランツ・ケルディッシュ効果を利用したものでは
雑誌「アプライド・フィジクス・レターズ（Applied R
hysics Letters）」第28巻、1976年544〜546頁に掲載の
G.E.スティルマン（G.E. Stillman）他の論文で１mm以
下の素子で消光比〜２０dB、立上り時間１nsec以下とい
う特性が報告されているが、一般に変調電圧が高く、高
速信号の電圧（一般に２Ｖ程度以下）を考えると実際に
超高速の変調動作を得ることは難しい。
雑誌「アプライド・フィジクス・レターズ（Applied R
hysics Letters）」第28巻、1976年544〜546頁に掲載の
G.E.スティルマン（G.E. Stillman）他の論文で１mm以
下の素子で消光比〜２０dB、立上り時間１nsec以下とい
う特性が報告されているが、一般に変調電圧が高く、高
速信号の電圧（一般に２Ｖ程度以下）を考えると実際に
超高速の変調動作を得ることは難しい。
これに対し1984年６月に米国で開かれた「レーザと電気
光学に関する会議′８４（Conoerence on Lasers an
d Electro-Optics′84）」に於て発表されたT.H.ウッ
ド（T.H.Wood）他による論文では通常のフランツ・ケル
ディッシュ効果とは異なるGaAlAs／GaAs多重量子井戸構
造に於ける電界吸収効果を利用した変調器により100pse
c以下の立上り、立下り応答を得たことが報告されてい
る。この変調器の構造、動作原理については雑誌「アプ
ライド・フィジクス・レターズ（Applied Phgsics Le
tters）」第44巻、1984年16〜18頁に掲載のT.H.ウッド
（T.H.Wood）他の論文（以下文献１）と略す）で詳しく
述べられているが、ここでもその論文をもとにこの変調
器の構造、動作原理について説明する。
光学に関する会議′８４（Conoerence on Lasers an
d Electro-Optics′84）」に於て発表されたT.H.ウッ
ド（T.H.Wood）他による論文では通常のフランツ・ケル
ディッシュ効果とは異なるGaAlAs／GaAs多重量子井戸構
造に於ける電界吸収効果を利用した変調器により100pse
c以下の立上り、立下り応答を得たことが報告されてい
る。この変調器の構造、動作原理については雑誌「アプ
ライド・フィジクス・レターズ（Applied Phgsics Le
tters）」第44巻、1984年16〜18頁に掲載のT.H.ウッド
（T.H.Wood）他の論文（以下文献１）と略す）で詳しく
述べられているが、ここでもその論文をもとにこの変調
器の構造、動作原理について説明する。
第３図は従来既知の電界吸収型光変調器の構造を示すも
のである。n+-GaAs基板１の上にn+-GaAsバッファ層２、
n+-AlGaAsエッチ・ストップ層３n+-AlGaAs／GaAs超格子
コンタクト層４、ｉ−AlGaAs／GaAs超格子バッファ属
５、ｉ-AlGaAs／GaAs多重量子井戸層６、ｉ-AlGaAs／Ga
As超格子バッファ層７、p+-AlGaAs／GaAs超格子コンタ
クト層８、p+-AlGaAsコンタクト層９が分子線エピタキ
シャル（ＭＢＥ）法により成長されている。エピタキシ
ャル層側はn+-GaAs基板１迄円柱状にエッチングされ、
メサ型p-i-nダイオードを形成している。この光変調器
ではエピタキシャル層に垂直に信号光を通すのでp+-AlG
aAsコンタクト層９には中央部に光の透過用の穴を設け
たオーム性電極10が形成されている。一方ｎ+-GaAs基板
９側も基板による光の吸収を除くため、光の通路に当る
部分をn+-GaAsバッファ層２迄エッチングにより除き基
板下部にオーム性電極１１が形成されている。被変調光
20aはエピタキシャル層側からビーム状に変調器に入射
し、基板側から変調光20bが取り出される。
のである。n+-GaAs基板１の上にn+-GaAsバッファ層２、
n+-AlGaAsエッチ・ストップ層３n+-AlGaAs／GaAs超格子
コンタクト層４、ｉ−AlGaAs／GaAs超格子バッファ属
５、ｉ-AlGaAs／GaAs多重量子井戸層６、ｉ-AlGaAs／Ga
As超格子バッファ層７、p+-AlGaAs／GaAs超格子コンタ
クト層８、p+-AlGaAsコンタクト層９が分子線エピタキ
シャル（ＭＢＥ）法により成長されている。エピタキシ
ャル層側はn+-GaAs基板１迄円柱状にエッチングされ、
メサ型p-i-nダイオードを形成している。この光変調器
ではエピタキシャル層に垂直に信号光を通すのでp+-AlG
aAsコンタクト層９には中央部に光の透過用の穴を設け
たオーム性電極10が形成されている。一方ｎ+-GaAs基板
９側も基板による光の吸収を除くため、光の通路に当る
部分をn+-GaAsバッファ層２迄エッチングにより除き基
板下部にオーム性電極１１が形成されている。被変調光
20aはエピタキシャル層側からビーム状に変調器に入射
し、基板側から変調光20bが取り出される。
次にこの変調器の動作原理について説明する。第３図に
示す構造はp-i-nダイオード構造となっているので、電
極10、11の間に逆バイアスを印加すると、高抵抗なｉ層
の部分に電界が印加される。第４図は電界の有無による
多重量子井戸（ＭＱＷ）層内の１つの量子井戸のエネル
ギー・バンド状態を説明するための図である。量子井戸
構造ではGaAsウェルの中に電子とホールが閉じ込めら
れ、それぞれのエネルギー準位が離散化してEo,Eo′と
いう準位を形成する。（(a)）この準位のエネルギー、
数はウェルとバリアのバンドギャップ差、ウェル層厚等
により異なるが、ここでは簡単のため電子、ホールにそ
れぞれ１つの準位が形成されるとした。このようなＭＱ
Ｗ層に垂直に電界を印加するとポテンシャル全体が電界
強度に応じて傾斜し波動関数のしみ出しにより量子化さ
れた準位のエネルギーが変化し、見かけ上のバンドギャ
ップが小さくなる(b)。つまりＭＱＷ層に垂直な方向の
電界によりバンドギャップを制御できることになり、バ
ンドギャップ波長近傍の光に対してはこの現象を利用し
た変調器が可能となる。この現象はバルクのフランツ・
ケルディッシュ効果と非常に類似したものであるが、Ｍ
ＱＷ構造をとることにより変調の効率を大幅に高めるこ
とができる。第５図は文献１）で報告されている第３図
に示した構造の変調器の光透過率の波長特性を示したも
のである。ＭＱＷ構造をとることにより室温でもエキシ
トンが安定に存在出来、ヘビーホール（HH）、ライトホ
ール（LH）に対応したエキシトン共鳴吸収ピークが明確
にあらわれている。電界の印加と共にそのピークが低エ
ネルギー側にシフトしていくのがわかり、この効果が固
定した波長の光に対しての変調器に利用できることを示
している。この効果はフランツ・ケルディッシュ効果同
様超高速応答が可能で電界印加のため電気系のＣＲ時定
数を小さくすることにより実際に100psoc以下の立上
り、立下りが得られている。しかも光路長はμｍのオー
ダーであり非常に小型の変調器が得られる。
示す構造はp-i-nダイオード構造となっているので、電
極10、11の間に逆バイアスを印加すると、高抵抗なｉ層
の部分に電界が印加される。第４図は電界の有無による
多重量子井戸（ＭＱＷ）層内の１つの量子井戸のエネル
ギー・バンド状態を説明するための図である。量子井戸
構造ではGaAsウェルの中に電子とホールが閉じ込めら
れ、それぞれのエネルギー準位が離散化してEo,Eo′と
いう準位を形成する。（(a)）この準位のエネルギー、
数はウェルとバリアのバンドギャップ差、ウェル層厚等
により異なるが、ここでは簡単のため電子、ホールにそ
れぞれ１つの準位が形成されるとした。このようなＭＱ
Ｗ層に垂直に電界を印加するとポテンシャル全体が電界
強度に応じて傾斜し波動関数のしみ出しにより量子化さ
れた準位のエネルギーが変化し、見かけ上のバンドギャ
ップが小さくなる(b)。つまりＭＱＷ層に垂直な方向の
電界によりバンドギャップを制御できることになり、バ
ンドギャップ波長近傍の光に対してはこの現象を利用し
た変調器が可能となる。この現象はバルクのフランツ・
ケルディッシュ効果と非常に類似したものであるが、Ｍ
ＱＷ構造をとることにより変調の効率を大幅に高めるこ
とができる。第５図は文献１）で報告されている第３図
に示した構造の変調器の光透過率の波長特性を示したも
のである。ＭＱＷ構造をとることにより室温でもエキシ
トンが安定に存在出来、ヘビーホール（HH）、ライトホ
ール（LH）に対応したエキシトン共鳴吸収ピークが明確
にあらわれている。電界の印加と共にそのピークが低エ
ネルギー側にシフトしていくのがわかり、この効果が固
定した波長の光に対しての変調器に利用できることを示
している。この効果はフランツ・ケルディッシュ効果同
様超高速応答が可能で電界印加のため電気系のＣＲ時定
数を小さくすることにより実際に100psoc以下の立上
り、立下りが得られている。しかも光路長はμｍのオー
ダーであり非常に小型の変調器が得られる。
しかしながらこのＭＱＷ構造の電界吸収効果はバルクの
フランツ・ケルディッシュ効果に比べ変調効率は高いと
は言え、真の高速応答のための低電圧化にはまだ不充分
である。第５図からもわかるように例えば被変調光の波
長を853mm（光子エネルギ1.454eV）に選んでも８Ｖの電
圧印加により得られる変調度は〜50％にしかならない。
フランツ・ケルディッシュ効果に比べ変調効率は高いと
は言え、真の高速応答のための低電圧化にはまだ不充分
である。第５図からもわかるように例えば被変調光の波
長を853mm（光子エネルギ1.454eV）に選んでも８Ｖの電
圧印加により得られる変調度は〜50％にしかならない。
（発明の目的） 本発明の目的は上述のような問題を除去し、小型で低電
圧で超高速、高変調度の光変調が可能な光制御素子を提
供することにある。
圧で超高速、高変調度の光変調が可能な光制御素子を提
供することにある。
（発明の構成） 本発明は、ドブロイ波長程度の厚みの第１の半導体層を
前記第１の半導体層よりバンドギャップの広い第２の半
導体層によりはさんだ量子井戸を層厚方向に多重に有す
る多重量子井戸構造と、前記多重量子井戸構造の各層に
水平若しくは前記多重量子井戸構造を横切るように光を
伝搬させる手段と、前記多重量子井戸構造の光の伝搬す
る部分に電界を印加する手段とを有し、前記電界を印加
する手段により印加される電界の方向が前記多重量子井
戸構造の各層に対して傾いている構成となっている。
前記第１の半導体層よりバンドギャップの広い第２の半
導体層によりはさんだ量子井戸を層厚方向に多重に有す
る多重量子井戸構造と、前記多重量子井戸構造の各層に
水平若しくは前記多重量子井戸構造を横切るように光を
伝搬させる手段と、前記多重量子井戸構造の光の伝搬す
る部分に電界を印加する手段とを有し、前記電界を印加
する手段により印加される電界の方向が前記多重量子井
戸構造の各層に対して傾いている構成となっている。
（発明の原理） ＭＱＷへの電界印加効果のうちＭＱＷ層に垂直に電界を
印加した場合については既に説明した。ＭＱＷ層に水平
に電界を印加した場合にはこれとは全く異なる機構によ
る効果が現われることが知られている。この点について
は雑誌「アプライド・フィジクス・レターズ（Applied
Phgsics Letters）第42巻、1983年864〜866頁の掲載
のD.S.チェムラ（D.S.Chemla）他による論文（以下文献
２）と略す）に詳しく述べられている。本発明はＭＱＷ
層に垂直、水平方向の電界を併用することにより変調の
効率を高めるものであるから、ここでまずＭＱＷ層に水
平な方向の電界の効果について説明する。
印加した場合については既に説明した。ＭＱＷ層に水平
に電界を印加した場合にはこれとは全く異なる機構によ
る効果が現われることが知られている。この点について
は雑誌「アプライド・フィジクス・レターズ（Applied
Phgsics Letters）第42巻、1983年864〜866頁の掲載
のD.S.チェムラ（D.S.Chemla）他による論文（以下文献
２）と略す）に詳しく述べられている。本発明はＭＱＷ
層に垂直、水平方向の電界を併用することにより変調の
効率を高めるものであるから、ここでまずＭＱＷ層に水
平な方向の電界の効果について説明する。
ＭＱＷの層に水平な面内ではエキシトンが２次元的な水
素原子に類似した形で存在している。従って通常の水素
原子と同様にエキシトンを形成するホール、電子の間に
はクローン相互作用が働いている。ＭＱＷ層に水平な方
向の電界はＭＱＷのエネルギーバンド構造には全く影響
を与えないが、エキシトン内のクーロン・ポテンシャル
形状を大きく変形させる。電界によるエネルギがエキシ
トンのイオン化エネルギより大きくなればエキシトンは
消滅し、当然対応する共鳴吸収ピークも消失する。第６
図は文献2)で報告されているＭＱＷに水平な方向の電界
によるＭＱＷに垂直に透過する光に対応する吸収係数ス
ペクトルを示している。ここでも、ヘビー・ホール（H
H）、ライト・ホール（L.H.）に対応した共鳴吸収ピー
クが現われており、電界の印加によりそのピークが低エ
ネルギー側にシフトし、吸収係数自体も減少していくの
がわかる。
素原子に類似した形で存在している。従って通常の水素
原子と同様にエキシトンを形成するホール、電子の間に
はクローン相互作用が働いている。ＭＱＷ層に水平な方
向の電界はＭＱＷのエネルギーバンド構造には全く影響
を与えないが、エキシトン内のクーロン・ポテンシャル
形状を大きく変形させる。電界によるエネルギがエキシ
トンのイオン化エネルギより大きくなればエキシトンは
消滅し、当然対応する共鳴吸収ピークも消失する。第６
図は文献2)で報告されているＭＱＷに水平な方向の電界
によるＭＱＷに垂直に透過する光に対応する吸収係数ス
ペクトルを示している。ここでも、ヘビー・ホール（H
H）、ライト・ホール（L.H.）に対応した共鳴吸収ピー
クが現われており、電界の印加によりそのピークが低エ
ネルギー側にシフトし、吸収係数自体も減少していくの
がわかる。
以上のことと、先に説明したＭＱＷに垂直な方向の電界
の効果を併せて考えるとどちらの方向の電界に対しても
エキシトンの共鳴吸収ピークは電界により低光子エネル
ギー側にシフトし、吸収係数自体も小さくなっていくこ
とがわかる。従って、ＭＱＷに水平、垂直な方向の電界
の効果を併用することにより相加的、相乗的に変調効率
を高めることができる。ＭＱＷ層に水平、垂直方向の電
界の効果を併用するためにはＭＱＷ層に斜めに電界を印
加するのが有効である。例えばＭＱＷ層に45゜傾けて電
界を印加すればＭＱＷに水平、垂直な方向の電界成分は
それぞれ印加電界強度の になる。簡単のためＭＱＷに水平、垂直な方向の電界が
光変調度に同程度に寄与するとし両方向の電界が単に相
加的としても、斜め電界により、ＭＱＷに水平、若しく
は垂直方向のみに電界を印加した場合に比べ変調の効率
を 倍高めることができる。従って同一変調度を得るのに必
要な電圧を小さくでき、小形、高消光比、低電圧の変調
器が可能となる。
の効果を併せて考えるとどちらの方向の電界に対しても
エキシトンの共鳴吸収ピークは電界により低光子エネル
ギー側にシフトし、吸収係数自体も小さくなっていくこ
とがわかる。従って、ＭＱＷに水平、垂直な方向の電界
の効果を併用することにより相加的、相乗的に変調効率
を高めることができる。ＭＱＷ層に水平、垂直方向の電
界の効果を併用するためにはＭＱＷ層に斜めに電界を印
加するのが有効である。例えばＭＱＷ層に45゜傾けて電
界を印加すればＭＱＷに水平、垂直な方向の電界成分は
それぞれ印加電界強度の になる。簡単のためＭＱＷに水平、垂直な方向の電界が
光変調度に同程度に寄与するとし両方向の電界が単に相
加的としても、斜め電界により、ＭＱＷに水平、若しく
は垂直方向のみに電界を印加した場合に比べ変調の効率
を 倍高めることができる。従って同一変調度を得るのに必
要な電圧を小さくでき、小形、高消光比、低電圧の変調
器が可能となる。
以下本発明につき実施例により詳細に説明する。
（実施例） 第１図は本発明による光制御素子の第１の実施例を示す
ものである。第１図を用いてまず本実施例の製作方法に
ついて説明する。ここではAlGaAs／GaAs系の半導体材料
を用いた場合について説明するが本発明がこの材料に限
定されるものではないことは言う迄もない。
ものである。第１図を用いてまず本実施例の製作方法に
ついて説明する。ここではAlGaAs／GaAs系の半導体材料
を用いた場合について説明するが本発明がこの材料に限
定されるものではないことは言う迄もない。
（100）n+-GaAs基板１の上にn+-AlGaAsバッファ層２（S
iドープ、厚み〜１μｍ）i-AlGaAsクラッド層３０（厚
み〜0.6μｍ）、ｉ−多重量子井戸層６、ｉ-AlGaAsバッ
ファ層３１（厚み〜0.6μｍ）、ｉ−AlGaAsキャップ層
３２（厚み〜0.5μｍ）を分子線エピタキシャルＭＢＥ
法により成長する。ｉ−多重量子井戸層６は厚み〜100
ÅのGaAsウェル、AlGaAsバリアの10回繰り返しから成
り、全層厚は〜0.21μｍである。AlGaAsのAlモル比は0.
3である。このようにして製作したウェハに２本の近接
して平行なギャップを有するSiO2のマスク３３を介して
Znの拡数を行なう。この時、拡散のフロントをｉ-AlGaA
sクラッド層３１中若しくはｉ−多重量子井戸層６で止
めるように制御する。拡散によるp+−領域はプラズマ効
果により屈折率が低下し、更に、ｉ−多重量子井戸層６
中の拡散領域では多重量子井戸構造がくずれウェルとバ
リアの中間的組成のAlGaAsとなるため、更に屈折率が低
下する。従ってｉ−多重量子井戸層６のp+-拡散領域34
a，34bの中間部分３６はチャンネル光導波路となる。最
後にp+-拡散領域34a，34b、及びn+-GaAs基板１にそれぞ
れオーム性電極35a，35b，36を形成し光の入出射用端面
をマイクロクリーブ若しくはドライエッチングにより製
作し端面に無反射コートを施す。光の導波路長は数〜数
10μｍとした。
iドープ、厚み〜１μｍ）i-AlGaAsクラッド層３０（厚
み〜0.6μｍ）、ｉ−多重量子井戸層６、ｉ-AlGaAsバッ
ファ層３１（厚み〜0.6μｍ）、ｉ−AlGaAsキャップ層
３２（厚み〜0.5μｍ）を分子線エピタキシャルＭＢＥ
法により成長する。ｉ−多重量子井戸層６は厚み〜100
ÅのGaAsウェル、AlGaAsバリアの10回繰り返しから成
り、全層厚は〜0.21μｍである。AlGaAsのAlモル比は0.
3である。このようにして製作したウェハに２本の近接
して平行なギャップを有するSiO2のマスク３３を介して
Znの拡数を行なう。この時、拡散のフロントをｉ-AlGaA
sクラッド層３１中若しくはｉ−多重量子井戸層６で止
めるように制御する。拡散によるp+−領域はプラズマ効
果により屈折率が低下し、更に、ｉ−多重量子井戸層６
中の拡散領域では多重量子井戸構造がくずれウェルとバ
リアの中間的組成のAlGaAsとなるため、更に屈折率が低
下する。従ってｉ−多重量子井戸層６のp+-拡散領域34
a，34bの中間部分３６はチャンネル光導波路となる。最
後にp+-拡散領域34a，34b、及びn+-GaAs基板１にそれぞ
れオーム性電極35a，35b，36を形成し光の入出射用端面
をマイクロクリーブ若しくはドライエッチングにより製
作し端面に無反射コートを施す。光の導波路長は数〜数
10μｍとした。
次に本実施例の動作について説明する。チャンネル光導
波路３６にi-多重量子井戸構造６中のエキシトン共鳴吸
収波長近傍の光を導波する。電極、35a若しくは35bと３
６の間に逆バイアス電圧を印加するとp+-拡散領域34a,3
4bのフロント部分には空乏層が形成されその空乏層中に
電界が働く。ここでチャンネル光導波路３６はp+-拡散
領域34a,34bのエッジ近傍に位置しており、導波光には
エピタキシャル層厚方向から傾いた電界がかかる。従っ
て先に述べたように多重量子井戸構造の各層に水平、垂
直方向の電界の効率が併用でき低電圧で変調動作が可能
となる。しかも拡散フロントのエッジ部分の電界強度は
一般に拡散フロント中心部分に比べて高いため一層の低
電圧化が可能となる。電圧の印加方法としてはＰ側電極
の35a,35b片方を用いてもよいし、両方を短絡して用い
ても良い。
波路３６にi-多重量子井戸構造６中のエキシトン共鳴吸
収波長近傍の光を導波する。電極、35a若しくは35bと３
６の間に逆バイアス電圧を印加するとp+-拡散領域34a,3
4bのフロント部分には空乏層が形成されその空乏層中に
電界が働く。ここでチャンネル光導波路３６はp+-拡散
領域34a,34bのエッジ近傍に位置しており、導波光には
エピタキシャル層厚方向から傾いた電界がかかる。従っ
て先に述べたように多重量子井戸構造の各層に水平、垂
直方向の電界の効率が併用でき低電圧で変調動作が可能
となる。しかも拡散フロントのエッジ部分の電界強度は
一般に拡散フロント中心部分に比べて高いため一層の低
電圧化が可能となる。電圧の印加方法としてはＰ側電極
の35a,35b片方を用いてもよいし、両方を短絡して用い
ても良い。
第２図は本発明の第２の実施例を示すものである。本実
施例では多重量子井戸構造を光導波路として用いず、多
重量子井戸構造を横切るように光を伝搬させる例を示し
ている。第２図を用いてまず本実施例の製作方法につい
て説明する。ここでもAlGaAs／GaAs系材料を用いた場合
につき説明する。（100）n+−GaAs基板１上にn+-GaAsバ
ッファ層２、n+-AlGaAsエッチストップ層３、n+-AlGaAs
バッファ層４１をまず成長する。成長はＭＢＥ法以外の
成長法を用いてもよい。次にi-AlGaAsバッファ層中に化
学エッチングにより斜めのすりばち状の壁面を持つ穴41
aを形成する。穴41aを形成したウェハにＭＢＥ法により
ｉ-AlGaAsバッファ層４２、ｉ−多重量子井戸層６、ｉ-
AlGaAsバッファ層４３、ｉ-GaAsコンタクト層４４をＭ
ＢＥ法により成長する。この際ＭＢＥ法では成長速度に
異方性が無いため穴41aの形状に従って各層が成長され
る。次にｉ-GaAsコンタクト層４４にTi,Pt,Au等のショ
ットキー電極10aを形成しそれをマスクとして円柱状にn
+-GaAs基板１迄メサエッチングを行なう。最後にショッ
トキー電極10a中央に光透過用の穴をあけ、基板側には
オーム性電極１１を形成し光の透過部の基板をn+-AlGaA
sエッチストップ層３の途中迄除去する。
施例では多重量子井戸構造を光導波路として用いず、多
重量子井戸構造を横切るように光を伝搬させる例を示し
ている。第２図を用いてまず本実施例の製作方法につい
て説明する。ここでもAlGaAs／GaAs系材料を用いた場合
につき説明する。（100）n+−GaAs基板１上にn+-GaAsバ
ッファ層２、n+-AlGaAsエッチストップ層３、n+-AlGaAs
バッファ層４１をまず成長する。成長はＭＢＥ法以外の
成長法を用いてもよい。次にi-AlGaAsバッファ層中に化
学エッチングにより斜めのすりばち状の壁面を持つ穴41
aを形成する。穴41aを形成したウェハにＭＢＥ法により
ｉ-AlGaAsバッファ層４２、ｉ−多重量子井戸層６、ｉ-
AlGaAsバッファ層４３、ｉ-GaAsコンタクト層４４をＭ
ＢＥ法により成長する。この際ＭＢＥ法では成長速度に
異方性が無いため穴41aの形状に従って各層が成長され
る。次にｉ-GaAsコンタクト層４４にTi,Pt,Au等のショ
ットキー電極10aを形成しそれをマスクとして円柱状にn
+-GaAs基板１迄メサエッチングを行なう。最後にショッ
トキー電極10a中央に光透過用の穴をあけ、基板側には
オーム性電極１１を形成し光の透過部の基板をn+-AlGaA
sエッチストップ層３の途中迄除去する。
次に本実施例の動作について説明する。本実施例では被
変調光20aは基板に垂直に入射し、変調光20bとして取り
出される。被変調光の波長はi-多重量子井戸層６中のエ
キシトン共鳴吸収波長近傍に設定する。ショットキー電
極10aと電極１１の間に逆バイアスを印加するとショッ
トキー電極10aとn+-AlGaAsコンタクト層４０間に電界が
かかるがｉ−多重量子井戸層６が基板１に傾いているた
め電界は多重量子井戸層に対して傾いて印加される。従
って先に述べたように多重量子井戸構造の各層に水平、
垂直な方向の電界の効果が併用でき、動作の電圧が可能
となる。電界印加手段としてはp-i-n構造を用いてもよ
い。
変調光20aは基板に垂直に入射し、変調光20bとして取り
出される。被変調光の波長はi-多重量子井戸層６中のエ
キシトン共鳴吸収波長近傍に設定する。ショットキー電
極10aと電極１１の間に逆バイアスを印加するとショッ
トキー電極10aとn+-AlGaAsコンタクト層４０間に電界が
かかるがｉ−多重量子井戸層６が基板１に傾いているた
め電界は多重量子井戸層に対して傾いて印加される。従
って先に述べたように多重量子井戸構造の各層に水平、
垂直な方向の電界の効果が併用でき、動作の電圧が可能
となる。電界印加手段としてはp-i-n構造を用いてもよ
い。
以上の実施例では材料としてAlGaAs／GaAs系を考えた
が、InGaAsP／InP、InAs−GaSb系等の多重量子井戸構造
を用いてもよい。また実施例では光の変調動作について
のみ述べたが同様な構造により光双安定素子（雑誌「ア
プライド・フィジクス・レターズ（Applied Physics Le
tters）」第４５巻、1984年、１３〜１５頁）等も実現
可能で、その際も本発明を適用することにより動作の低
消費パワー化が可能となる。
が、InGaAsP／InP、InAs−GaSb系等の多重量子井戸構造
を用いてもよい。また実施例では光の変調動作について
のみ述べたが同様な構造により光双安定素子（雑誌「ア
プライド・フィジクス・レターズ（Applied Physics Le
tters）」第４５巻、1984年、１３〜１５頁）等も実現
可能で、その際も本発明を適用することにより動作の低
消費パワー化が可能となる。
（発明の効果） 以上説明したように本発明によれば小型で、低電圧で超
高速、高変調度の光変調が可能な光制御素子が得られ
る。
高速、高変調度の光変調が可能な光制御素子が得られ
る。
第１図、第２図は本発明による光制御素子の第１、第２
の実施例を示す図、第３図、第４図、第５図、第６図は
従来既知の光制御素子の構造、動作を説明するための図
である。図に於て、1、2、3、4、5、6、7、8、9、30、31、32、34a、3
4b、40、41、42、43、44は半導体、10、10a、11、35a、35bは電
極、３３はSiO2、20a、20bは光、41aは穴、３６はチャン
ネル導波路である。
の実施例を示す図、第３図、第４図、第５図、第６図は
従来既知の光制御素子の構造、動作を説明するための図
である。図に於て、1、2、3、4、5、6、7、8、9、30、31、32、34a、3
4b、40、41、42、43、44は半導体、10、10a、11、35a、35bは電
極、３３はSiO2、20a、20bは光、41aは穴、３６はチャン
ネル導波路である。
Claims (1)
- 【請求項１】ドブロイ波長程度の厚みの第１の半導体層
を前記第１の半導体層よりバンドギャップの広い第２の
半導体層によりはさんだ量子井戸を層厚方向に多重に有
する多重量子井戸構造と、前記多重量子井戸構造の各層
に水平若しくは前記多重量子井戸構造を横切るように光
を伝搬させる手段と、前記多重量子井戸構造の光の伝搬
する部分に電界を印加する手段とを有し、前記電界を印
加する手段により印加される電界の方向が前記多重量子
井戸構造各層に対して傾いていることを特徴とする光制
御素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60062429A JPH0656458B2 (ja) | 1985-03-27 | 1985-03-27 | 光制御素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60062429A JPH0656458B2 (ja) | 1985-03-27 | 1985-03-27 | 光制御素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61221726A JPS61221726A (ja) | 1986-10-02 |
| JPH0656458B2 true JPH0656458B2 (ja) | 1994-07-27 |
Family
ID=13199915
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60062429A Expired - Lifetime JPH0656458B2 (ja) | 1985-03-27 | 1985-03-27 | 光制御素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0656458B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1014455B1 (en) | 1997-07-25 | 2006-07-12 | Nichia Corporation | Nitride semiconductor device |
| CN109884755A (zh) * | 2019-04-24 | 2019-06-14 | 西安柯莱特信息科技有限公司 | 一种光纤波导电致激发光源耦合装置 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS56150724A (en) * | 1980-04-23 | 1981-11-21 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Optical frequency modulator |
-
1985
- 1985-03-27 JP JP60062429A patent/JPH0656458B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS61221726A (ja) | 1986-10-02 |
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