JPS6147910A - 光半導体素子 - Google Patents
光半導体素子Info
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- JPS6147910A JPS6147910A JP17014484A JP17014484A JPS6147910A JP S6147910 A JPS6147910 A JP S6147910A JP 17014484 A JP17014484 A JP 17014484A JP 17014484 A JP17014484 A JP 17014484A JP S6147910 A JPS6147910 A JP S6147910A
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- optical
- optical waveguide
- groove
- substrate
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-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
- G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
- G02B6/122—Basic optical elements, e.g. light-guiding paths
- G02B6/125—Bends, branchings or intersections
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Optical Integrated Circuits (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】
（発明の技術分野）
本発明は半導体から成る光スィッチや光変調器等の光半
導体素子に関するものである。
導体素子に関するものである。
（従来技術とその問題点）
光スィッチや光変調器などの光半導体素子は光フアイバ
伝送の分野だけでなく、光交換あるいは光情報処理の分
野においても注目されつつあり、一部開発が進められて
いる。従来のこのような素子は、ＬｉＮｂＯ３＋ Ｌｉ
ＴａＯ３などの絶縁体、又は、ＡｔＧａＡ＋ｓ系＋ Ｉ
ｎＧａＡｓＰ系から成る半導体で構成されていた。その
理由は、例えば、ＬｉＮｂ Ｏ３などでは電気光学効果
が大きく、マた、ＡｔＧａＡｓ 、 ＩｎＧａＡｓＰ系
などでは発光源や光検出器といった光素子としての開発
がかなシ進んでいることなどでおる。
伝送の分野だけでなく、光交換あるいは光情報処理の分
野においても注目されつつあり、一部開発が進められて
いる。従来のこのような素子は、ＬｉＮｂＯ３＋ Ｌｉ
ＴａＯ３などの絶縁体、又は、ＡｔＧａＡ＋ｓ系＋ Ｉ
ｎＧａＡｓＰ系から成る半導体で構成されていた。その
理由は、例えば、ＬｉＮｂ Ｏ３などでは電気光学効果
が大きく、マた、ＡｔＧａＡｓ 、 ＩｎＧａＡｓＰ系
などでは発光源や光検出器といった光素子としての開発
がかなシ進んでいることなどでおる。
しかしながら、これらの結晶材料は、価格が高く例えば
、光交換機のように大量の光スィッチを必要とするもの
には適用が困難である。また、光導波領域を再現性良く
形成するのが難しく、ＬｉＮｂＯ３等では信頼性の点で
問題があった。
、光交換機のように大量の光スィッチを必要とするもの
には適用が困難である。また、光導波領域を再現性良く
形成するのが難しく、ＬｉＮｂＯ３等では信頼性の点で
問題があった。
（発明の目的と特徴）
本発明は、上述のような従来の光素子材料の有する欠点
を解決するため罠なされたもので、高い製造精度で大量
生産でき、かつ集積電子回路との整合性も良い光スィッ
チや光変調器などの光半導体素子を提供することを目的
としており、シリコン基板上の光導波領域をシリコンと
ゲルマニウムの混晶で構成するところに特徴がある。
を解決するため罠なされたもので、高い製造精度で大量
生産でき、かつ集積電子回路との整合性も良い光スィッ
チや光変調器などの光半導体素子を提供することを目的
としており、シリコン基板上の光導波領域をシリコンと
ゲルマニウムの混晶で構成するところに特徴がある。
（発明の構成と作用）
以下に図面を用いて本発明の詳細な説明する。
表１
表１はシリコン（Ｓｉ）とゲルマニウム（Ｃ，ｅ）Ｏ格
子定数ａ、屈折率ｎ、および禁制帯幅Ｅｇを示したもの
である。ＳｉとＧｅの混晶Ｓｉ＋−１Ｇｅｘの格子定数
。
子定数ａ、屈折率ｎ、および禁制帯幅Ｅｇを示したもの
である。ＳｉとＧｅの混晶Ｓｉ＋−１Ｇｅｘの格子定数
。
屈折率、および禁制帯幅は線形近似を用いて、すなわち
、ＳｌからＧｅまでｘＫ対して直線的に変化すると仮定
して、推定できる。例えば、ｘ ＝ ０．１とするとＮ
ＳＩＧ、。ｃ”０．１の屈折率は３．５６と見積もる
ことができる。逆ＫＮ ５ｉ１−ｚＧｅ、ｃを光導波領
域として用いる場合、周囲のＳｔとの屈折率差Δｎが約
０．１程度必要とすれば、！”０．１６となり、その時
の格子不整合Δａ／ａ（Ｓｉ）は約０．６％、禁制帯幅
の差ΔＥｇは約０．０７ｅＶとなる。これらの諸定数デ
ータをもとに、次に具体的な光半導体素子の実施例につ
いて説明する。
、ＳｌからＧｅまでｘＫ対して直線的に変化すると仮定
して、推定できる。例えば、ｘ ＝ ０．１とするとＮ
ＳＩＧ、。ｃ”０．１の屈折率は３．５６と見積もる
ことができる。逆ＫＮ ５ｉ１−ｚＧｅ、ｃを光導波領
域として用いる場合、周囲のＳｔとの屈折率差Δｎが約
０．１程度必要とすれば、！”０．１６となり、その時
の格子不整合Δａ／ａ（Ｓｉ）は約０．６％、禁制帯幅
の差ΔＥｇは約０．０７ｅＶとなる。これらの諸定数デ
ータをもとに、次に具体的な光半導体素子の実施例につ
いて説明する。
第１図は本発明の実施例を示したもので、光スィッチや
光変調器として作動する光方向性結合器の模式図である
。ｎ型Ｓｔ基板１の表面に、光導波領域となる場所に溝
４が形成されておシ、その上にｎ型のＳｔとＧｅの混晶
５ｔ１−１Ｇｅｚ ２ ｒおよびｎ−型のＳｉ３が積層
されている。５および６は電極であシ、７は変調用信号
電源を示している。
光変調器として作動する光方向性結合器の模式図である
。ｎ型Ｓｔ基板１の表面に、光導波領域となる場所に溝
４が形成されておシ、その上にｎ型のＳｔとＧｅの混晶
５ｔ１−１Ｇｅｚ ２ ｒおよびｎ−型のＳｉ３が積層
されている。５および６は電極であシ、７は変調用信号
電源を示している。
第２図は第１図のＡ−Ｂ面に沿う断面を示したもので、
８はイオン打込み又は拡散によりｐ型となった領域であ
る。ＳｉとＧｅの混晶比Ｘを前述のように１例えば約０
．１６とすれば、Ｓ ｉｏ、ｓ４ Ｇｅｏ、＋ａ光導波
路２とＳｔとの屈折率差が約０．１となり、第２図のよ
うな溝４を設けることにより、点線で示し先光導波領域
９が容易に形成される。溝に沿って導ひかれる光は、二
つの溝４０間隔を適当に設定することにより一方の溝か
ら他方の溝へ移っていく。
８はイオン打込み又は拡散によりｐ型となった領域であ
る。ＳｉとＧｅの混晶比Ｘを前述のように１例えば約０
．１６とすれば、Ｓ ｉｏ、ｓ４ Ｇｅｏ、＋ａ光導波
路２とＳｔとの屈折率差が約０．１となり、第２図のよ
うな溝４を設けることにより、点線で示し先光導波領域
９が容易に形成される。溝に沿って導ひかれる光は、二
つの溝４０間隔を適当に設定することにより一方の溝か
ら他方の溝へ移っていく。
すなわち方向性結合器が生じる。ここで、例えば変調信
号源７から電極５およびｐ型Ｓｉ領域８を通して変調電
流を溝と溝との間の５ｉｌ−ｚＧｅ工層２に注入すると
、その部分の屈折率がプラズマ振動効果により変化する
。従って、二つの光導波領域間の結合電数が変化するた
め、導波される光は変調を受けることになる。
号源７から電極５およびｐ型Ｓｉ領域８を通して変調電
流を溝と溝との間の５ｉｌ−ｚＧｅ工層２に注入すると
、その部分の屈折率がプラズマ振動効果により変化する
。従って、二つの光導波領域間の結合電数が変化するた
め、導波される光は変調を受けることになる。
第３図は本発明の他の実施例を示したものである。Ｓｉ
基板ｌＯの表面に溝４が設けられておシ、その上に５ｉ
ｌ−、Ｇｅｘと５ｉｌ−ｙＧｅｙとの超格子層１１およ
びＳｉ １２が積層されている。ここで、０ ＜ ｘ
’ｘ、 ｙ ＜ １である。例えば、ｘ＝０．５．ｙ＝
０ とすれば、１１は５ｉ（１，５Ｇｅ０．５とＳｉと
の超格子層となる。１３は光遮断膜、１４は変調光を示
している。光はこの場合も第２図と同様に溝部の光導波
領域９に沿って導波される。溝と溝との間の超格子部分
に変調光を照射することによシ、その部分の屈折率が変
化し、二つの光導波路間の結合定数が変化する。従って
、導波される光は変調を受けることＫなる。
基板ｌＯの表面に溝４が設けられておシ、その上に５ｉ
ｌ−、Ｇｅｘと５ｉｌ−ｙＧｅｙとの超格子層１１およ
びＳｉ １２が積層されている。ここで、０ ＜ ｘ
’ｘ、 ｙ ＜ １である。例えば、ｘ＝０．５．ｙ＝
０ とすれば、１１は５ｉ（１，５Ｇｅ０．５とＳｉと
の超格子層となる。１３は光遮断膜、１４は変調光を示
している。光はこの場合も第２図と同様に溝部の光導波
領域９に沿って導波される。溝と溝との間の超格子部分
に変調光を照射することによシ、その部分の屈折率が変
化し、二つの光導波路間の結合定数が変化する。従って
、導波される光は変調を受けることＫなる。
以上の説明では、光導波領域を形成するためＳｉ基板表
面に溝が設けられていたが、例えば５ｉｌ−１Ｇｅｚの
周囲が全てＳｉとなっているような埋込み型の光導波路
も可能である。また、方向性結合器型の素子を例として
説明したがマツノーツエンダ−干渉器型の光変調素子あ
るいは受光素子など他の光半導体素子も同様に実現され
ることは言うまでもない。
面に溝が設けられていたが、例えば５ｉｌ−１Ｇｅｚの
周囲が全てＳｉとなっているような埋込み型の光導波路
も可能である。また、方向性結合器型の素子を例として
説明したがマツノーツエンダ−干渉器型の光変調素子あ
るいは受光素子など他の光半導体素子も同様に実現され
ることは言うまでもない。
（発明の効果）
以上説明したように１本発明によれば、光スィッチや光
変調器等の光半導体素子がプロ七ス技術の極めて進んで
いるＳｉ基板を用いて実現されるため、安価にかつ精密
に大量生産することができる。
変調器等の光半導体素子がプロ七ス技術の極めて進んで
いるＳｉ基板を用いて実現されるため、安価にかつ精密
に大量生産することができる。
また、同一のＳｉ基板上に、それらの光半導体素子を駆
動させるための電子回路を集積化することも可能であり
、大規模な集積光スイッチが実現されるので、光交換機
にも応用できその効果は極めて大である。
動させるための電子回路を集積化することも可能であり
、大規模な集積光スイッチが実現されるので、光交換機
にも応用できその効果は極めて大である。
第１図は本発明の実施例の斜視図、第２図は第１図Ａ−
Ｂ部分の断面模式図、第３図は本発明の他の実施例の断
面模式図である。 １・・・ｎ型Ｓｉ基板、 ２−５ｉｌ−１Ｇｅｚ層、
３・・・ｎ−型Ｓｉ層、 ４・・・溝、５，６・・・
電極、７・・・変調信号源、 ８・・・Ｐｍ５１％
９・・・光導波領域、 １０− Ｓｉ基板、 １１
＝ ５５−１Ｇｅｚと５ｉｎ−ｙＧｅｙとの超格子層、
１２− Ｓｉ層、１３・・・光遮断膜、１４・・・変
調光。
Ｂ部分の断面模式図、第３図は本発明の他の実施例の断
面模式図である。 １・・・ｎ型Ｓｉ基板、 ２−５ｉｌ−１Ｇｅｚ層、
３・・・ｎ−型Ｓｉ層、 ４・・・溝、５，６・・・
電極、７・・・変調信号源、 ８・・・Ｐｍ５１％
９・・・光導波領域、 １０− Ｓｉ基板、 １１
＝ ５５−１Ｇｅｚと５ｉｎ−ｙＧｅｙとの超格子層、
１２− Ｓｉ層、１３・・・光遮断膜、１４・・・変
調光。
Claims (3)
- （１）シリコン基板上に少なくともシリコンとゲルマニ
ウムの混晶からなる光導波領域が形成されていることを
特徴とする光半導体素子。 - （２）前記光導波領域がシリコンとゲルマニウムの混晶
とシリコンとの超格子から成ることを特徴とする特許請
求の範囲第１項記載の半導体素子。 - （３）前記光導波領域が混晶比の異なるシリコンとゲル
マニウムの混晶の超格子から成ることを特徴とする特許
請求の範囲第１項記載の光半導体素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17014484A JPS6147910A (ja) | 1984-08-15 | 1984-08-15 | 光半導体素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17014484A JPS6147910A (ja) | 1984-08-15 | 1984-08-15 | 光半導体素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6147910A true JPS6147910A (ja) | 1986-03-08 |
| JPH0572561B2 JPH0572561B2 (ja) | 1993-10-12 |
Family
ID=15899483
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17014484A Granted JPS6147910A (ja) | 1984-08-15 | 1984-08-15 | 光半導体素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6147910A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61198212A (ja) * | 1985-02-28 | 1986-09-02 | Tokyo Inst Of Technol | 光回路機能素子 |
| US4861129A (en) * | 1987-04-17 | 1989-08-29 | Hoechst Celanese Corp. | Inorganic-organic composite compositions exhibiting nonlinear optical response |
| JPH04149407A (ja) * | 1990-10-12 | 1992-05-22 | Nec Corp | 能動型波長選択半導体素子 |
| JP2006133723A (ja) * | 2004-10-08 | 2006-05-25 | Sony Corp | 光導波モジュール及び光・電気複合デバイス、並びにこれらの製造方法 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS4922952A (ja) * | 1972-06-19 | 1974-02-28 |
-
1984
- 1984-08-15 JP JP17014484A patent/JPS6147910A/ja active Granted
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS4922952A (ja) * | 1972-06-19 | 1974-02-28 |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61198212A (ja) * | 1985-02-28 | 1986-09-02 | Tokyo Inst Of Technol | 光回路機能素子 |
| US4861129A (en) * | 1987-04-17 | 1989-08-29 | Hoechst Celanese Corp. | Inorganic-organic composite compositions exhibiting nonlinear optical response |
| JPH04149407A (ja) * | 1990-10-12 | 1992-05-22 | Nec Corp | 能動型波長選択半導体素子 |
| JP2006133723A (ja) * | 2004-10-08 | 2006-05-25 | Sony Corp | 光導波モジュール及び光・電気複合デバイス、並びにこれらの製造方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0572561B2 (ja) | 1993-10-12 |
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