JPH04179931A - 導波型光デバイス - Google Patents

導波型光デバイス

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JPH04179931A
JPH04179931A JP2308115A JP30811590A JPH04179931A JP H04179931 A JPH04179931 A JP H04179931A JP 2308115 A JP2308115 A JP 2308115A JP 30811590 A JP30811590 A JP 30811590A JP H04179931 A JPH04179931 A JP H04179931A
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layer
electrode
carrier
carrier trapping
electric field
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Hideaki Okayama
秀彰 岡山
Toshimasa Ishida
俊正 石田
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Oki Electric Industry Co Ltd
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    • 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 
    • G02F1/03—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 ceramics or electro-optical crystals, e.g. exhibiting Pockels effect or Kerr effect
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    • G02F1/31—Digital deflection, i.e. optical switching
    • G02F1/313—Digital deflection, i.e. optical switching in an optical waveguide structure
    • G02F1/3132—Digital deflection, i.e. optical switching in an optical waveguide structure of directional coupler type
    • G—PHYSICS
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    • 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
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    • G02F2203/21—Thermal instability, i.e. DC drift, of an optical modulator; Arrangements or methods for the reduction thereof

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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。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は導波型光デバイス、例えば光スィッチに関す
る。
（従来の技術） 従来より、バッファ層上に金属電極を設けるようにした
構造の導波型光デバイスが提案されている。以下、図面
％９照し、従来の導波型光デバイスにつき説明する。
Ｍ１２図は従来の導波型光デバイスの例を示す断面図で
ある。この図に示す導波型光デバイスは光スィッチの例
であり、基板１ｏに形成した導波路１２．１４と、導波
路形成側の基板面１０ａ上に設けたバ・ンファ層１６と
、バッファ層１６上に設けた電極１８．２０とを備えて
成る。
この例では基板１０はＬｉＮｂＯ３基板の２板であり、
導波路１２．１４は基板１０にＴｉを拡散して形成した
導波路である。バッファ層１６は８１０２層であり、こ
のバ・ンファ層１６の導波路１２．１４直上の領域に電
極１８．２０Ｉ！それぞれ設ける。
第１３図は従来の導波型光デバイスの他の例を示す断面
図である。尚、上述の従来例の構成成分と同様の構成成
分については同一の符号を付して示す。
この例では、基板１０はし１Ｎｂｏａ基板のＸ板であり
、導波路１２．１４を犀出させるようにバッファ層を３
つのバッファ層２２．２４．２６に分割して設け、各バ
ッファ層２２．２４．２６土にそれぞれ電極２８．３０
．３２を設ける。
上述の２つの導波型光デバイスは、バッファ層上に電極
を設けているため、金属電極による光の伝搬損失や散乱
を防止することができるという利点がある。
これら以外の光スィッチの例として例えば文献　Ｉ　　
：　　ｒＡｐｐｌｉｅｄ　　Ｐｙｈｓｉｃｓ　　Ｌｅｔ
ｔｅｒｓ　　　（７フライド　フイラクスレタース）　
Ｖｏｌ、　ｐ２１１１９８５年８月１日」には、バッフ
ァ層を酸化インジウム錫（ＩＴＯ）層とした光スィッチ
も提案されている。
（発明が解決しようとする課１ｉ） しかしながら第１２図及び第１３図に示す従来の導波型
光デバイスにおいてはバッファ層の抵抗が高いので、動
作制御のために電極に電圧を印加すると、電極から基板
へ空間電荷制限電流が流れると共にバッファ層特に負電
極近傍のバッファ層部分にキャリアが注入される。注入
キャリアにより空間電荷が生じ、この空間電荷が動作制
御のため電極により形成される電界に重畳される。その
結果、導波型光デバイスの駆動電圧が変動するという問
題点があった。
Ｍ１４図は駆動電圧の変化の説明に供する図てあり、第
１２図に示す導波型光デバイスに闇しで行なった英験結
果を示す、第１４図において縦軸に駆動電圧を及び横軸
に電圧印加開始からの経過時間（電圧印加時間）を取っ
て示した。
導波型光デバイスの所定の出力ポートから所定の出力パ
ワーで光を出力させるために、電極に印加すべき電圧（
駆動電圧）の優は、篤１４図にも示すように駆動電圧の
印加開始から時間か経過すると共に低下し成る時間か過
ぎるとは（よ一定の蕾にお５つく、駆動電圧の低下量は
電圧印加開始時の駆動電圧の１０％程度である。
導波型光デバイスを笑用に供する場合、制御の簡素化の
ためには、導波型光デバイスの電極に印加する電圧を一
定に保持する必要がある。しかしながら上述のように従
来の導波型光デバイスでは所定の出力パワーを得るに要
する電圧（駆動電圧）の値はやがて下がるので、電極に
印加する電圧を一定にしたのでは、所望の出力パワーで
所定の出力ポートから光を出力させることができないと
いう問題点があった。
また文献工の光スィッチではバッファ層をＩＴＯ層とし
てこのような問題の発庄を防止しているが、高周波信号
を入力した場合にスイッチング速度が運くなるという問
題点があった。
この発明の目的は、上述した従来の問題点を解決するた
め、注入キャリアを捕獲する層を設けた構造の導波型光
デバイスを提供することにある。
（課題を解決するための手段） この目的の達成を図るためこの発明の導波型光デバイス
は、誘電体基板に設けた導波路と、導波路に対して動作
制御用の電界を形成する電極とを備えて成る導波型光デ
バイスにおいて、捕獲中心を有するキャリア捕獲層を、
電極からキャリアが注入される領域に設けて成ることを
特徴とする。
（作用） このような構成によれば、キャリア捕獲層を電極からキ
ャリアが注入される領域に設けてキャリア捕獲層により
キャリアを捕獲する。注入キャリアの分布領域は主とし
てキャリア捕獲層の表層部分となるので、捕獲したキャ
リアにより形成される電界が動作制御のため形成すべき
電界に重畳される度合を小さくすることができる。その
重畳される度合は、例えばキャリア捕獲層の層厚及び又
はトラップ密度により変化させることができる。
動作制御のため形成すべき電界に重畳される度合を弱め
るにしたがって、キャリアによる導波型光デバイスの駆
動電圧変動を小さくすることができる。
（実施例） 以下、図面％９照し、この発明の実施例につき説明する
。尚、図面はこの発明が理解できる程度に概略的に示し
であるにすぎない。
第１図はこの発明の第−実施例の構成を概略的に示す断
面図である。この実施例の導波型光デバイスは、誘電体
基板３４に設けた導波路３６．３８と、導波路３６．３
８１こ対して動作制御用の電界を形成する電極４０．４
２とを備え、捕獲中心（トラップ）を有するキャリア捕
獲層４４を、電極４０からキャリアが注入される領域に
設けて成る。
より詳細に説明すればこの実施例では、基板３４’！ｔ
！ＬｉＮｂＯ３基板のＺ板とし、基板３４の一方の側に
Ｔｉを拡散させて導波路３６．３８ｖ！形成する。そし
て導波路形成側の基板面３４ａの全面にわたりＳｉ０２
層を設け、このＳｉＯ２層に不純物Ｐを添加する。この
ＳｉＯ２層の不純物添加領域をキャリア捕獲層４４及び
残りの部分をバッファ層４６とする。キャリア捕獲層４
４及び導波路３６の間にバッファ層４６ｖ？介在させる
。
そして、Ｓｉ等から成る抵抗膜４８を、キャリア捕獲層
４４及びバ・ンファ層４６の全面を覆うように設ける。
抵抗膜４８は焦電効果による駆動電圧の変動を防止し或
は小ざくするためのものである。
焦電効果により基板面３４ａに電荷が生じると、この電
荷と反対極性の電荷が抵抗膜４８の表面に生じ、これら
基板面３４ａ及び抵抗膜４８の電荷により一様な電界が
形成される。従って動作制御のため電極により形成され
る電界にはこの−様な電界が重畳されるため焦電効果に
よる駆動電圧の変動を防止できる。
ざらに、電極４ｏを負電極及び電極４２を正電極とし、
電極４０及び４２を導波路３６．３８の直上に１冒して
抵抗１１４８上に設ける。この場合Ｓｉ○２から成るバ
ッファ層４６に最も注入されやすいキャリアは、電極４
０から注入される電子である。従って、電極４０に対し
てのみキャリア捕獲層４４を設けでも駆動電圧の変動を
効果的になくすことができる。
そして、キャリア捕獲層４４！電極４０に近接させて設
ける。しかも平面的にみたときにキャリア捕獲層４４の
形状を電極４０の配設領域と同等の大きざか或はそれよ
りも大きくし、そして平面的にみたときにキャリア捕獲
層４４及び電極４０が重なり合うようにキャリア捕獲層
４４を配置する。
第２図は第一実施例の変形例の構成を概略的に示す断面
図である。尚、笥−実施例の構成成分に対応する構成成
分については同一の符号を付して示す、以下、第−実施
例と相違する点につき説明し、第一実施例と同様の点に
ついてはその詳細な説明を省略する。
この変形例では、キャリアとして注入される正孔をも捕
獲するため正の電極４２に対してもキャリア捕獲層５０
を設ける。キャリア捕獲層５０及び導波路３８の間には
バッファ層４６を介在させる。
次に第一実施例の他の変形例について説明する。第−実
施例では、キャリア捕獲層４４をＳｉ０２層にＰを添加
した蜜域としたが、添加不純物をＳｂ、Ａｓ、Ｚｎ、Ｓ
ｎそのほかとしてもよい、またこのほかキャリア捕獲層
４４１ＦｒＳｉＯｚ層に電子線或はγ線を照射して格子
欠陥を生しさせた―域や、Ｓｉ０２層にＨ２Ｏを添加し
た領域としてもよい、またキャリアｍ獲層４４を、Ｓｉ
Ｏ２から形成するほか、不純物を添加した半導体層或は
誘電体層としでもよい、不純物の添加はイオン注入、拡
散その他の任意好適な方法により行なえばよい。
ざらに第一実施例では、キャリア捕獲層４４及びバッフ
ァ層４６の全面を覆うように抵抗体膜４８を設けこの抵
抗体膜４８上に電極４０．４２を設けたが、抵抗膜４８
は少なくともｌｌＩ接する電極４０．４２と接触させて
これら電極の闇に設けられていればよい、従ってｍ接す
る電極４ｏ、４２の闇のみに抵抗膜４８を設けるように
してもよいし、またキャリア捕獲層４４上に電極４０を
及びバッファ層４６上に電極４２を設けこれら電極４０
．４２上に抵抗１１４８を設けるようにしてもよい、キ
ャリア捕獲層４４及び電極４ｏを接触させて設けること
により、より効率良く、電子を捕獲しまた捕獲した電子
を電極から外部電気回路へ逃すことができる。
第３図はこの発明の第二実施例の構成を概略的に示す断
面図である。尚、第一実施例の構成成分に対応する構成
成分については同一の符号を付して示す、以下、第一実
施例と相違する点につき説明し、第−実施例と同様の点
についてはその詳細な説明を省略する。
第二実施例では、アニールしたＳｉ層或はアニールした
サーメツト層例えばＣｒ−５ｉＯサ一メツト層をキャリ
ア捕獲層５２とし、基板面３４ａ上にバッファ層４６及
びキャリア捕獲層５２１ｖ順次に形成する。バッファ層
４６の全面を覆うようにキャリア捕獲層５２を設け、こ
のキャリア捕獲層５２上に電極４０．４２を設けて、キ
ャリア捕獲層５２と電極４０．４２とを直接に接触させ
る。抵抗膜４８は設けないが、アニールしたＳｉ層及び
アニールしたＣｒ−５ｉＯサ一メツト層は抵抗膜４８と
しての機能をも有する。Ｓｉ層及びＣｒ−５ｉ○サ一メ
ツト層の形成には、蒸着、スバ・νりそのほかの任意好
適な膜形成方法を用いることができる。
第三実施例において、キャリア捕獲層５２の電極４０Ｍ
下の部分及び又は電極４２直下の部分を残存させ残りの
部分を除去した構造に変形してもよい。
Ｍ４図はこの発明の第三実施例の構成を概略的に示す断
面図である。尚、第−実施例の構成成分に対応する構成
成分については同一の符号を付して示す。以下、第一実
施例と相違する点につき説明し、第−実施例と同様の点
についてはその詳細な説明を省略する。
第三実施例では、不純物Ｐを添加（ドープ）したＳｉＯ
２層をキャリア捕獲層５３とし、基板面３４ａ上にバッ
ファ層４６、キャリア捕獲層５３及び抵抗膜４８を順次
に形成する。キャリア捕獲層５３の形成では、Ｐ及びＳ
ｉ○２８混合した材料を、スどンコート法ｌこよりバッ
ファ層４６上に塗布したのち焼成しＰを添加した又は混
合したＳｉＯ２層を形成した。この他の形成方法として
は、例えばＰ及びＳｉＯ２をそれぞれ蒸着源としこれら
Ｐ及び５１０２を同時に蒸着したり、Ｐ及び５ｉＯｚ！
それぞれクーゲットとしこれらＰ及びＳｉＯ２をスパッ
タにより同時に被着させたりして、Ｐを添加又は混合し
たＳ　ｉ　Ｏ２層を形成してもよい。
第三実施例においでも、キャリア捕獲層５３の電極直下
の部分を残存させ残りの部分を除去した構造に変形して
もよい。
第５図はこの発明の第三実施例の変形例の構成を概略的
に示す断面図である。この変形例では、基板面３４ａ上
にキャリア捕獲層５３、抵抗膜４８及び電極４０．４２
を順次に設け、バッファ層４６を設けない、この他は上
述の第三実施例と同様である。
第６図は第三実施例の駆動電圧の変化の様子を示す図で
あり、図１こおいては、縦軸に駆動電圧（単位Ｖ）及び
横軸に駆動電圧の印加開始からの経過時ｆｌ’ｌ（電圧
印加時間（単位ｈｏｕ　ｒ））を取って示した。
第６図からも理解できるように、駆動電圧の変動をほと
んどなくすことができることか実験的にＷ認できた。実
験的にはキャリア注入による駆動電圧の変動（ＤＣドリ
フト）を０．ＩＶ／ｈｏｕｒ以下とすることができた。
これは電極からのキャリアがキャリア捕獲層５２に捕獲
されバッファ層４６の導波路側まで深く侵入しないため
であると考えられる。第三実施例についても第６図に示
したと同様、駆動電圧の変動がほとんどないことを実験
的に確認することができた。
第７図はこの発明の第四実施例の構成を概略的に示す断
面図である。尚、第−実施例の変形例の構成成分に対応
する構成成分については同一の符号を付して示す、以下
、第−実施例の変形例と相違する点につき説明し、第一
実施例の変形例と同様の点についてはその詳細な説明を
省略する。
罵四実施例では、キャリア捕獲層４４を抵抗膜４８から
導波路３６まで連続させで設はキャリア捕獲層４４と導
波路３６とを接触させ、これらキャリア捕獲層４４及び
導波路３６の闇にバッファ層４６を設けない、同様にキ
ャリア捕獲層５ｏを抵抗膜４８から導波路３８まで連続
させて設はキャリア捕獲層５０と導波路３８を接触させ
、これらキャリア捕獲層５０と導波路３８との間にバッ
ファ層４６そ設けない、この結果、バ・ンファ層４６は
３つの部分４６ａ、４６ｂ及び４６Ｃに分割される。キ
ャリア捕獲層４４．５０の形成は例えば蒸着又はスパッ
タにより行なう。
第四実施例において、キャリア捕獲層５０の部分をバッ
ファ層としてキャリア捕獲層５０を設けない構造に変形
してもよい。
第８図はこの発明の第五実施例の構成を概略的に示す断
面図である。尚、第一実施例の変形例の構成成分に対応
する構成成分についでは同一の符号を付して示す、以下
、第−実施例の変形例と相違する点につき説明し、第−
実施例の変形例と同様の点についてはその詳細な説明を
省略する。
第五実施例では、ＬｉＮｂＯ３基板のＸ板を基板３５と
し、３つに分割したバッファ層４６ａ、４６ｂ及び４６
ｃＭ基板３５の基板面３５ａ上に設ける。そしてこれら
バッファ層４６ａ、４６ｂ及び４６ｃをａｍ配置し、ｍ
ｓするバ・シファ層４６ａ及び４６ｃの間に導波路３６
を及びｗＡＷｉするバッファ層４６ｂ及び４６ｃの間に
導波路３８を露出させる。またバッファ層４６ａ、４６
ｂ及び４６ｃの上部にそれぞれキャリア捕獲層５４．５
６及び５８を設け、これら捕獲層５４．５６及び５８上
にそれぞれ電極６０．６２及び６４を設ける。抵抗膜４
８は設けない、キャリア捕獲層５４．５６．５８の形成
は、例えばイオン注入や拡散により行なう。
バッファ層及びキャリア捕獲層の形成に当っては、基板
３４の導波路形成側の基板面上にこれらバッファ層及び
キャリア捕獲層形成用の５１０２層を積層し、Ｓ　Ｌ　
０２層の表層部分のキャリア捕獲層５４．５６及び５８
に対応する領域に不純物を添加する。そして導波路３６
及び３８を露出させるようにこのＳｉＯ２層をエツチン
グによつ３つに分断する。３つに分断したＳｉＯ２層の
不純物を添加した部分がそれぞれキャリア捕獲層５４．
５６及び５８となり残りの部分かそれぞれバッファ層４
６ａ、４６ｂ及び４６ｃとなる。
第五実施例において、キャリア捕獲層５４及び５８の部
分をバ・ンファ層としキャリア捕獲層５４及び５８を設
けない構造に変形しでもよい。
第９図はこの発明の第六実施例の構成を概略的に示す断
面図である。尚、第五実施例の構成成分に対応する構成
成分についでは同一の符号を付して示し、その詳細な説
明を省略する６以下、第五実施例と相違する点につき説
明し、第五実施例と同様の点についではその詳細な説明
を省略する。
第六実施例ては、電極６０及び基板３４の間にキャリア
捕獲層５４のみを設はバッファ層４６ａを設けす、電極
６２及び基板３４の間にキャリア捕獲層５６のみを設は
バッファ層４６ｂを設けず、ざらに電極６４及び基板３
４の間にキャリア捕獲層５８を設置ナバッファ層４６ｃ
を設けない。
キャリア捕獲層の形成に当っては例えば蒸着又はスパッ
タ法により、基板３４の導波路形成側の基板面上にＰそ
添加したＳｉＯ２層を積層する。
そして導波路３６及び３８そ露出させるようにＰ添加５
ｉＯｚ層をエツチングによつ３つに分断する。３つ１こ
分断したＰ添加５ｉＣｈ層かそれぞれキャリア捕獲層５
４．５６及び５８となる。
第六実施例において、キャリア捕獲層５４及び５８をバ
ラ２フ層としキャリア捕獲層５４及び５８を設けない構
造に変形してもよい。
菓１０図はこの発明の第七実施例の構成を概略的に示す
断面図である。尚、第五実施例の構成成分に対応する構
成成分については同一の符号を付して示す、以下、第五
実施例と相違する点につき説明し、第五実施例と同様の
点についてはその詳細な説明を省略する。
第七実施例では、基板面３５ａ上にＳｉＯ２から成るバ
ッファ層４６、Ｐ添加５ｉｎ２から成るキャリア捕獲層
６６、Ｓｉ等から成る抵抗膜４８及び電極６ｏ、６２．
６４を順次に設ける。
バッファ層４６、キャリア捕獲層６６及び抵抗膜４８を
基板面３５ａの全面にわたり延在させて設ける。キャリ
ア捕獲層６６の形成は例えば蒸着又はスパックで行なう
、尚、平面的に見た場合に、電極６２を導波路３６．３
８の間に配置し、電極６０を導波路３６の電極６２とは
反対側の側部に配置し、ざらに電極６４を導波路３８の
電極６２とは反対側の側部に配置する。
上述した第一〜第七実施例においては、電極とキャリア
捕獲層とを直接に或は抵抗膜を介して電気的に接触古せ
ており、このようにすることによって電極に駆動電圧を
印加したのち電圧の印加をやめた場合に注入キャリアを
速ヤかに外部回路へ排出することができる。従って駆動
電圧の印加をやめたのちに、残留する注入キャリアによ
る電界でデバイスが誤動作するのを防止できる。
次にキャリア捕獲層により駆動電圧の変動を防止できる
理由について考える。この理由については必すしも明ら
かではないが、以下、有力な考え方についで述べる。
（第一の考え方） 電極から注入されたキャリア（以下、単に注入キャリア
と称する）の濃度が、基板に存在する熱的励起キャリア
の濃度よりも高くなると、空間電荷制限電流が流れて駆
動電圧変動の要因となる空間電荷が発生する。電極に電
圧値Ｖの電圧を印加したときこの空間電荷が発生すると
すれば、浅いトラップ（エネルキー準位が伝導帯に近い
トラ・シブ）の場合の電圧値Ｖは次式（１）のように表
せる。
但し、ｅは電気素量、ｎｏは基板の熱的励起キャリアの
濃度及びＬは電極間隔を表す、またに＝ｎ　／　ｎ　ｔ
であってｎは注入キャリア及び熱的励起キャリアの濃度
の和及びｎｔはトラップに捕まっている注入キャリアの
濃度を表す。
Ｋはｎｔが大きくなるほど小さくなるので、浅いトラッ
プの場合には、（１）式から理解できるように、ｎｔが
大きくなるほど電圧１ｖも大きくなる。
また深いトラップ（エネルキー準位が価電子帯に近いト
ラップ）の場合の電圧値Ｖは次式（２）のように表せる
。
ｅ−ｎｔｏＬ”　　’　　　　＋＋・・−（２）Ｖ＝□ ε 深いトラップの場合にも、（２）式から理解できるよう
に、ｎｔが大きくなるほど電圧値Ｖが大きくなる。
従って第一の考え方によれば、キャリア捕獲層が単位体
積当りに有する捕獲中心の密度（以下、トラップ密度）
を大きくすれば電圧ｉ１ｖが大きくなり、その結果注入
キャリアによる駆動電圧の変動を防止できることになる
。またこの考え方によれば駆動電圧変動の防止とキャリ
ア捕獲層の層厚との闇に関連性はない。
尚、この考え方に関連する参考文献として文献Ｕ　　：
　　　ｒＣｕｒｒｅｎｔ　　１ｎｊｅｃｔｉｏｎ　　ｉ
ｎ　　５ｏｌｉｄ　　（カレント　イシジェクシＣ／　
　イン　ソリッド　）　　　　Ｍ、Ａ、Ｌａｍｐｅｒｔ
　　及びＰ、閘ａｒｋ共著＾ｃａｄｅｍｊｃ　ｐｒｅｓ
ｓ　　１９７０年」を参照されたい。
（第二の考え方） ここで基板面に垂直なＸ＊１１１を考え、Ｘ軸に沿う方
向において電極に近い側のキャリア捕獲層のエツジ位Ｍ
を原点○とする（寛２図、第７図〜篤９図譬照）、そし
てＸ軸に沿って原点Ｑがら距離Ｘだけ離れた位置での注
入キャリアの濃度分布ｎ　（ｘ）を考える。
第７図に示す第四実施例及び第９図に示す第六実施例で
の濃度ｎ　（ｘ）は、 として次式（３）のように表せる。
ｗ＝−ｕ−１２，、（１−ｕ）　　　　　・・・・・・
（３）但し、ｎｏは基板の自由電子の濃度、Ｕは電子の
移動率及びＪは正、負の電極間を流れる電流の大きざを
表す。
キャリア捕獲層のトラップ密ｆＭを高くしてＫを小ざく
すると（３）式から理解できるように注入キャリアの濃
度ｎ　（ｘ）は原点に極近い薄い領域で大きくなりその
他の領域では非常に小ざくなる。注入キャリアによる電
荷が形成する電界（以下キャリアによる電界）の強さは
濃度ｎ　（ｘ）が大きい領域で大きくなるのでキャリア
による電界が強くなる領域は電極に極近い薄い領域とな
る。
このようにキャリアによる電界が強くなる領域を電極に
極近い薄い領域とすることによって、キャリアによる電
界と電極による電界とが重畳した電界を、電極単独で形
成した電界と近似的に等しくすることができ、駆動電圧
の変動をほとんどなくすことができると考えられる。
次に第２図に示す第−実施例の変形例及び第８図に示す
第五実施例での濃度ｎ　（ｘ）を考える。
この場合には、キャリアのトラ・シブ量が多くなる領域
工による濃度分布ｎ　（ｘ）とキャリアのトラップ量が
少なくなる領域Ｈによる濃度分布（Ｘ）とに分ゆで考え
る（領域工、Ｈについでは第２図及び第８図参照）。
ｎｏが微小であると考えれば、領域Ｉによる濃度分布ｎ
　（ｘ）は次式（４）式で表せる。
またｎ。か微小であると考えれば、領域■による濃度分
布ｎ　（ｘ）は次式（５）式で表せる。
キャリア捕獲層のトラップ密度を高くしでＫを小ざくす
ると、（４）及び（５）式から理解できるように、注入
キャリアの濃度ｎ　（ｘ）は原点に極近い薄い領域で大
きくなりその他の領域では非常に小さくなる。注入キャ
リアによる電荷が形成する電界（以下、キャリアによる
電界）の強さは濃度ｎ　（ｘ）が大きい領域で大きくな
るので、キャリアによる電界が強くなる領域は電極に極
近い薄い領域となる。
このようにキャリアによる電界が強くなる領域を電極に
極近い薄い領域とすることによって、キャリアによる電
界と電極による電界とか重畳した電界を、電極単独で形
成した電界と近似的に等しくすることができ、駆動電圧
の変動をほとんどなくすことができると考えられる。
従って第二の考え方によれば、トラップ密度を大きくす
ることにより、注入キャリアによる駆動電圧の変動を防
止できることになる。
また注入されたキャリアの分布可能な領域が電極に近く
てかつ薄い領域であるため、キャリアの注入開始から非
常に短い時間のうちにキャリアの分布が定常状態となり
、定常状態となったのちは駆動電圧がほぼ一定に安定す
るので、実用上問題ない。
（第三の考え方） 第２図、第７図〜Ｍ９図の各寅施例において、電極によ
る電界と注入キャリアによる電界とを重畳した電界（キ
ャリア捕獲層の外に形成される電界）の強ざＥ　（ｘ）
は次式（６）のように表せる。
但し、ｖｏは電極に印加する電圧の大きざ及び！はキャ
リア捕獲層のＸ軸に沿う方向の長さ（第２図、第７図〜
第９図参照）を表す。
ここで（６）式において次式（７）〜（８）を満足させ
るときＥ　（ｘ）４Ｖ。／しと表せる。
Ｅ（ｘ）４Ｖｏ／Ｌと表される電界は近似的にキャリア
注入かなく電極単独で形成した電界に等しいので、（７
）及び（８）式を満足させるように導波型光デバイスを
作成することにより、駆動電圧の変動を防止することが
できると考えられる。
従って第三の考え方によれば、トラップ密度を高くし、
及び又は、キャリア捕獲層の層厚（上述の長さβ）を薄
くすることによって、駆動電圧の変動を防止することが
できることになる。この考え方によれば、駆動電圧の変
動防止とキャリア捕獲層の層厚との間に関連性がある。
尚、ｏ＜’−＜！−のとき電極による電界と注Ｌ 入キャリアによる電界とを重畳した電界（キャリア捕獲
層の中に形成される電界）の強さＥ　（ｘ）は次式（１
０）により表せる。
参考として第１１図に電界強度Ｅ　（ｘ）の変化の様子
につき一例を示す、第１１図において縦軸に電界強度Ｅ
　（ｘ）及び横軸にｘ　／　Ｌ　％取り、上述の（６）
及び（９）式に基づいて計算した結果を示した。篤１１
図の例では、Ｉ２／Ｌ＝０．０３トシ、Ｋ＝１．０．１
．Ｏ，○］及び０．００１とした場合のＥ　（ｘ）の変
化をそれぞれ曲線■、■、■及び■で示した。図中、点
線は電極単独で形成する電界強度Ｅ（ｘ）＝Ｖａ／Ｌを
表すものであり、これら曲線■〜■及び点線からも理解
でキルヨ５１．：、例えばに＝０．０１．０．００１＋
７１とき注入キャリアによる電界と電極による電界とが
重畳した電界が、電極単独で形成した電界に近づくこと
がわかる。その結果、駆動電圧の変動を実質的になくす
ことができる。
この発明は上述した実施例にのみ限定されるものではな
く、従って各構成成分の形状、寸法、配設位置、構成、
形成方法、形成材料及びそのほかの条件を任意好適に変
更することができる。
例えばキャリア捕獲層を、電子かキャリアとして注入さ
れる電極に対しでのみ設けたり、正孔かキャリアとして
注入される電極に対してのみ設けたつ、或は電子及び正
孔が注入されるこれら電極の双方に対して設けたりする
ことができる。
また抵抗膜の形成材料にはＳｉ、１Ｒ，はＺｎＯ、或は
Ｃｒ−３ｉＯサーメツト、或はそのほかの任意好適な材
料を用いることができる。抵抗膜の抵抗が低すぎるとデ
バイスの電極間に大電流か流れデバイス破壊を王じたり
デバイスを所望の動作状態に制御できなかったりするの
で、このような不都答を生じないような抵抗例えば１Ｍ
Ω〜］００ＭΩを有する抵抗膜を形成するのかよい。
（発明の効果） 上述した説明からも明らかなように、この発明の導波型
光デバイスによれば、キャリア捕獲層を電極からキャリ
アが注入される領域に設けてキャリア捕獲層によりキャ
リアを捕獲する。捕獲したキャリアにより形成される電
界が動作制御のため形成すべき電界に重量される度合は
、例えばキャリア捕獲層の層厚及び又はトラップ密度を
調整することにより小さくすることができ、従って駆動
電圧の変動を小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
Ｍ１図はこの発明の第−実施例の構成を概略的に示す断
面図、 第２図はこの発明の第−実施例の変形例の構成を概略的
に示す断面図、 第３図はこの発明の第二実施例の構成を概略的に示す断
面図、 第４図はこの発明の第三実施例の構成を概略的に示す断
面図、 第５図はこの発明の第三実施例の変形例の構成Ｖ？概略
的に示す断面図、 第６図はこの発明の実施例の駆動電圧の説明図、 笥７図はこの発明の第四実施例の構成を概略的に示す断
面図、 寛８図はこの発明の第二実施例の構成を概略的に示す断
面図、 第９図はこの発明の第六実施例の構成１ＦｒＷｌ略的に
示す断面図、 第１０図はこの発明の第七実施例の構成を概略的に示す
断面図、 第１１図は電界強度Ｅ　（ｘ）の変化の様子の例を示す
図、 第１２図は従来の導波型光デバイスの構成例竺示す断面
図、 第１３図は従来の導波型光デバイスの他の構成例を示す
断面図、 薗１４図は従来の導波型光デバイスの駆動電圧の説明図
である。 ３４．３５−・・誘電体基板 ３６．３８−・・導波路 ４０．４２．６０．６２．６４−・・電極４４．５０．
５２．５３．５４． ５６．５８．６６・・・キャリア捕獲層４６．４６　ａ
　〜４６　ｃ−・バッファ層４８−・抵抗膜。 特許出願人　　　沖電気工業株式会社 莞−冥施例 、　第１図 ５０、キャリア捕獲層 第−東施例の変形例 第２図 菓三冥施例 第４図 第５図 第二実施例 電圧印加時間 寅施例の駆動電圧の説明図 第６図 ３４ａ　　３６　４４４６ｂ３８　５０第四英施例 ４６ａ　　３６　４６ｂ　　３８　３５ａ第Ｓ図 繭六寅施例 第９図 第七寅施例 第１Ｏ図 Δ　　Ｉ　　　　　　　　　　　　　　　　　ｎ。 Ｌ 電界強度Ｅ　（ｘ）の変化の様子の例 第１１図 １０ａ　　＋２　　　　　１４ 従来の導波型光デバイスの例 第１２図 第１３図 従来の駆動電圧の説明図 第１４図 手続補正薔 特許庁長官　　植　松　　散　殿 １１！件の表示　　平成２年特許願蔦３０８１１５号２
発明の名称 導波型光デバイス ３補正をする者 事件との関係　　特許出願人 住所　〒−１０５ 東京都港区虎ノ門１丁目７番１２号 名称　（０２９）沖電気工業株式会社 代表者　小村　偏光 ４代理人　〒１７〇　　六（３９８８）５５６３住所　
東京都豊島区東池袋１丁目２０番地５池袋ホワイトハウ
スビル９０５号 ６補正の対象 明細書の「発明の詳細な説明の欄」 （１）明細書、第２６頁第１２行を次のように訂正する
。 「獲層の層厚との闇に関連性がある。 駆動電圧の変動を防止できる理由は次のように考えるこ
とができる。 １）電流はバッファ層及びキャリア捕獲層の境界で連続
であるので、バッファ層及びキャリア捕獲層を流れる電
流は等しい、一方、キャリア捕獲層はキャリアをトラッ
プするので、キャリア捕獲層内においては空間電荷に寄
与する電荷（キャリア）のほんの一部しか電流に寄与し
ない（電気伝導に寄与しない）、すなわちトラップされ
ないキャリアのみがキャリア捕獲層内を移動するのでキ
ャリア捕獲層内を流れる電流は小ざい、従ってバ・ンフ
ァ層を流れる電流は小さい、バッファ層を流れる電流が
小ざいことはバッファ層に注入されるキャリアの量が僅
かであることを表す、従ってバッファ層内に存在する電
荷は僅かであるので、電荷はバッファ層内でほぼ一様に
分布し従ってバッファ層内の電界は実質的に均一となる
。 ２）またキャリア捕獲層の層厚が充分に薄ければ、全ポ
テンシャル（電圧）に寄与するキャリア捕獲層のポテン
シャル分は小さくなる。 従って上述の式（７）及び（８）を満足させるように導
波型光デバイスを形成すれば、上述の１）及び２）から
も理解できるように、バッファ層にキャリアが注入され
たとしてもバッファ層内にあける電界と電圧との関係は
バッファ層にキャリアか注入されないときと実質的に同
一となる。 その結果、バッファ層によるＤＣドリフト１Ｆｒｌｃ；
＜せるのて、駆動電圧の変動を防止できる。」（２）同
藁２８頁第１６行の「例えば１ＭΩ」をｒ例えば１０に
Ω」と訂正する。 以上

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）誘電体基板に設けた導波路と、該導波路に対して
    動作制御用の電界を形成する電極とを備えて成る導波型
    光デバイスにおいて、 捕獲中心を有するキャリア捕獲層を、前記電極からキャ
    リアが注入される領域に設けて成ることを特徴とする導
    波型光デバイス。
JP2308115A 1990-11-14 1990-11-14 導波型光デバイス Pending JPH04179931A (ja)

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