JP2003186068A - 反射型フォトニック結晶光スイッチ素子 - Google Patents
反射型フォトニック結晶光スイッチ素子Info
- Publication number
- JP2003186068A JP2003186068A JP2001387077A JP2001387077A JP2003186068A JP 2003186068 A JP2003186068 A JP 2003186068A JP 2001387077 A JP2001387077 A JP 2001387077A JP 2001387077 A JP2001387077 A JP 2001387077A JP 2003186068 A JP2003186068 A JP 2003186068A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- photonic crystal
- optical switch
- switch element
- crystal optical
- light
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
Landscapes
- Optical Integrated Circuits (AREA)
- Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 反射型フォトニック結晶光スイッチ素子に関
し、１０ｆＪ以下の低エネルギーでスイッチングできる
具体的な新たな素子構造を提供する。 【解決手段】 周期的に屈折率が変わる一次元フォトニ
ック結晶構造１に設ける1 箇所周期の異なる欠陥部３を
フォトニック結晶の中心部より一方側にずれて配置する
とともに、前記欠陥部３を外部からの制御光５で吸収係
数の変わる材質からなる光吸収部材で構成する。
し、１０ｆＪ以下の低エネルギーでスイッチングできる
具体的な新たな素子構造を提供する。 【解決手段】 周期的に屈折率が変わる一次元フォトニ
ック結晶構造１に設ける1 箇所周期の異なる欠陥部３を
フォトニック結晶の中心部より一方側にずれて配置する
とともに、前記欠陥部３を外部からの制御光５で吸収係
数の変わる材質からなる光吸収部材で構成する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、反射型フォトニッ
ク結晶光スイッチ素子に関するものであり、特に、今後
の光通信システムでのノードで重要な役割を果たすピコ
秒〜フェムト秒の超高速光パルス信号を制御光によって
スイッチングすることのできる光スイッチ素子における
光欠陥部の構成に特徴のある反射型フォトニック結晶光
スイッチ素子に関するものである。
ク結晶光スイッチ素子に関するものであり、特に、今後
の光通信システムでのノードで重要な役割を果たすピコ
秒〜フェムト秒の超高速光パルス信号を制御光によって
スイッチングすることのできる光スイッチ素子における
光欠陥部の構成に特徴のある反射型フォトニック結晶光
スイッチ素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、通信手段の高速化の進展に伴い光
通信システムが採用されており、それに伴って光通信シ
ステムに用いる光スイッチング素子等の光機能素子に対
してもさらなる高速化が求められている。
通信システムが採用されており、それに伴って光通信シ
ステムに用いる光スイッチング素子等の光機能素子に対
してもさらなる高速化が求められている。
【０００３】この様な高速化の要請に応えるために、従
来の電気制御光スイッチング素子に代わって制御を光で
行う全光スイッチング素子等の全光機能素子が注目を集
めており、この様な全光機能素子としては、各種の構造
及び各種の材料を用いた全光機能素子が提案されてい
る。
来の電気制御光スイッチング素子に代わって制御を光で
行う全光スイッチング素子等の全光機能素子が注目を集
めており、この様な全光機能素子としては、各種の構造
及び各種の材料を用いた全光機能素子が提案されてい
る。
【０００４】この様な従来の全光機能素子としては、半
導体や有機材料からなる光非線形材料に対して垂直に光
を照射する面型構造や、さらに、光の損失を低減し高効
率な光スイッチングを実現するためにリブガイド導波路
構造の光スイッチング構造が提案されているが、従来の
リブガイド構造全光スイッチング素子においては、光ス
イッチング原理としての非線形効果としてバンド充填効
果を用いており、この様なバンド充填効果を用いた全光
スイッチング素子においてはピコ秒（ｐｓ）スイッチン
グ、即ち、１００ＧＨｚに対応する高速スイッチングが
可能であるが、最低でも数ピコジュール（ｐＪ）のエネ
ルギーが必要であり、１Ｔｂ／ｓの速度では発熱のため
に使用困難になる。
導体や有機材料からなる光非線形材料に対して垂直に光
を照射する面型構造や、さらに、光の損失を低減し高効
率な光スイッチングを実現するためにリブガイド導波路
構造の光スイッチング構造が提案されているが、従来の
リブガイド構造全光スイッチング素子においては、光ス
イッチング原理としての非線形効果としてバンド充填効
果を用いており、この様なバンド充填効果を用いた全光
スイッチング素子においてはピコ秒（ｐｓ）スイッチン
グ、即ち、１００ＧＨｚに対応する高速スイッチングが
可能であるが、最低でも数ピコジュール（ｐＪ）のエネ
ルギーが必要であり、１Ｔｂ／ｓの速度では発熱のため
に使用困難になる。
【０００５】この様な問題を解決するためには、１０フ
ェムトジュール（ｆＪ）程度の低エネルギーでのスイッ
チングが可能な光スイッチングを実現する必要があり、
そのためには、大きな非線型感受率を有する非線型媒質
が必要となるが、その様な適当な媒質がないのが現状で
ある。
ェムトジュール（ｆＪ）程度の低エネルギーでのスイッ
チングが可能な光スイッチングを実現する必要があり、
そのためには、大きな非線型感受率を有する非線型媒質
が必要となるが、その様な適当な媒質がないのが現状で
ある。
【０００６】そこで、近年、光非線形効果を用いること
なく、信号光の波長オーダーの周期の誘電率分布を形成
することにより形成される信号光に対する非透過帯、即
ち、フォトニックバンドギャップ（Ｐｈｏｔｏｎｉｃ
Ｂａｎｄｇｙａｐ）を利用することが提案されている。
なく、信号光の波長オーダーの周期の誘電率分布を形成
することにより形成される信号光に対する非透過帯、即
ち、フォトニックバンドギャップ（Ｐｈｏｔｏｎｉｃ
Ｂａｎｄｇｙａｐ）を利用することが提案されている。
【０００７】この様なフォトニックバンドギャップ構造
を利用した全光スイッチング素子においては、従来の光
非線形効果を用いた全光スイッチング素子に比べて制御
光のエネルギーの大幅な低下が可能になるという特徴が
ある。
を利用した全光スイッチング素子においては、従来の光
非線形効果を用いた全光スイッチング素子に比べて制御
光のエネルギーの大幅な低下が可能になるという特徴が
ある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上述のフォト
ニックバンドギャップ構造を利用した光スイッチング素
子に関しては、原理的な構成はともかく、具体的な素子
構造が殆ど提示されていないのが現状である。なお、本
発明者は、フォトニックバンドギャップ構造を利用した
全光機能素子について、既に幾つかの提案をしている
（必要ならば、特願２００１−９６１２１号参照）。
ニックバンドギャップ構造を利用した光スイッチング素
子に関しては、原理的な構成はともかく、具体的な素子
構造が殆ど提示されていないのが現状である。なお、本
発明者は、フォトニックバンドギャップ構造を利用した
全光機能素子について、既に幾つかの提案をしている
（必要ならば、特願２００１−９６１２１号参照）。
【０００９】したがって、本発明は、１０ｆＪ以下の低
エネルギーでスイッチングできる具体的な新たな素子構
造を提供することを目的とする。
エネルギーでスイッチングできる具体的な新たな素子構
造を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】ここで、図１乃至図３を
参照して、本発明における課題を解決するための手段を
説明する。なお、図１は、本発明の原理的構成図であ
り、図２（ａ）は反射率Ｒ−吸収率Γ0 特性のΓ- ／Γ
+ 依存性の説明図であり、図２（ｂ）は吸収量Ａ−吸収
率Γ 0 特性のΓ- ／Γ+ 依存性の説明図であり、図３は
光スイッチング特性の説明図である。
参照して、本発明における課題を解決するための手段を
説明する。なお、図１は、本発明の原理的構成図であ
り、図２（ａ）は反射率Ｒ−吸収率Γ0 特性のΓ- ／Γ
+ 依存性の説明図であり、図２（ｂ）は吸収量Ａ−吸収
率Γ 0 特性のΓ- ／Γ+ 依存性の説明図であり、図３は
光スイッチング特性の説明図である。
【００１１】図１参照
上述の目的を解決するために、本発明は、周期的に屈折
率が変わる一次元フォトニック結晶構造１において、1
箇所周期の異なる欠陥部３がフォトニック結晶の中心部
より一方側にずれて配置されるとともに、前記欠陥部３
が外部からの制御光５で吸収係数の変わる材質からなる
光吸収部材で構成されることを特徴とする。
率が変わる一次元フォトニック結晶構造１において、1
箇所周期の異なる欠陥部３がフォトニック結晶の中心部
より一方側にずれて配置されるとともに、前記欠陥部３
が外部からの制御光５で吸収係数の変わる材質からなる
光吸収部材で構成されることを特徴とする。
【００１２】この様に、周期的な屈折率分布を設けた一
次元フォトニック結晶構造１の一方に偏った部分に外部
からの制御光で吸収係数の変わる材質からなる光吸収部
材で構成される欠陥部３を設けることによって、制御光
５を入射量を制御することによって欠陥部３における反
射量を制御することができ、それによって、低エネルギ
ーにおける高速の光スイッチングが可能になる。
次元フォトニック結晶構造１の一方に偏った部分に外部
からの制御光で吸収係数の変わる材質からなる光吸収部
材で構成される欠陥部３を設けることによって、制御光
５を入射量を制御することによって欠陥部３における反
射量を制御することができ、それによって、低エネルギ
ーにおける高速の光スイッチングが可能になる。
【００１３】一次元フォトニック結晶の一方から入射し
た信号光４は欠陥部３で反射する光Ｒ、透過する光Ｔ、
及び、欠陥部３で吸収されれる光Ａに分かれ、当然、 Ｒ＋Ｔ＋Ａ＝１ の関係が成立する。
た信号光４は欠陥部３で反射する光Ｒ、透過する光Ｔ、
及び、欠陥部３で吸収されれる光Ａに分かれ、当然、 Ｒ＋Ｔ＋Ａ＝１ の関係が成立する。
【００１４】詳細な理論解析によれば、Ｒ、Ｔ、及び、
Ａは、 Ｒ＝｛（Γ0 ＋Γ+ −Γ- ）／Γ0 ＋Γ+ ＋Γ- ）｝2 Ｔ＝４Γ+ ・Γ- ／（Γ0 ＋Γ+ ＋Γ- ）2 Ａ＝１−Ｒ−Ｔ＝４Γ0 ・Γ- ／（Γ0 ＋Γ+ ＋Γ- ）
2 で表すことができる。但し、Γ0 は欠陥部３の吸収係数
に比例する量であり、Γ+ は入射した信号光４がそのま
ま透過する率であり、Γ- は欠陥部３で反射されて入射
側に戻る率を表す。
Ａは、 Ｒ＝｛（Γ0 ＋Γ+ −Γ- ）／Γ0 ＋Γ+ ＋Γ- ）｝2 Ｔ＝４Γ+ ・Γ- ／（Γ0 ＋Γ+ ＋Γ- ）2 Ａ＝１−Ｒ−Ｔ＝４Γ0 ・Γ- ／（Γ0 ＋Γ+ ＋Γ- ）
2 で表すことができる。但し、Γ0 は欠陥部３の吸収係数
に比例する量であり、Γ+ は入射した信号光４がそのま
ま透過する率であり、Γ- は欠陥部３で反射されて入射
側に戻る率を表す。
【００１５】本発明においては、欠陥部３を一方の側に
偏って配置しているので、光がほとんど透過しない状
況、即ち、Γ+ 〜０の状況を作ることができる、この
時、Ｔ〜０となるので、 Ｒ＝１−Ａ−Ｔ≒１−Ａ の状況を作ることができる。
偏って配置しているので、光がほとんど透過しない状
況、即ち、Γ+ 〜０の状況を作ることができる、この
時、Ｔ〜０となるので、 Ｒ＝１−Ａ−Ｔ≒１−Ａ の状況を作ることができる。
【００１６】ここで、欠陥部３で反射されて入射側に戻
る率Γ- が入射した光が透過する率Γ+ 比べて十分に大
きい時、即ち、Γ- ≫Γ+ の時、吸収量Ａは、 Ａ＝４Γ0 ・Γ- ／（Γ0 ＋Γ+ ＋Γ- ）2 ≒４Γ0 ・Γ- ／（Γ0 ＋Γ- ）2 となる。
る率Γ- が入射した光が透過する率Γ+ 比べて十分に大
きい時、即ち、Γ- ≫Γ+ の時、吸収量Ａは、 Ａ＝４Γ0 ・Γ- ／（Γ0 ＋Γ+ ＋Γ- ）2 ≒４Γ0 ・Γ- ／（Γ0 ＋Γ- ）2 となる。
【００１７】したがって、Γ- がΓ0 に等しい時は、吸
収量Ａは１となり、全ての光が欠陥部３において吸収さ
れることになり、したがって、反射率Ｒはゼロとなる。
一方、吸収係数に比例するΓ0 を変えることができれ
ば、吸収量Ａが変わり、対応して反射率Ｒも変わること
になる。
収量Ａは１となり、全ての光が欠陥部３において吸収さ
れることになり、したがって、反射率Ｒはゼロとなる。
一方、吸収係数に比例するΓ0 を変えることができれ
ば、吸収量Ａが変わり、対応して反射率Ｒも変わること
になる。
【００１８】図２（ａ）参照
図２（ａ）は、Γ0 を変えた時の反射率Ｒの変化をフォ
トニック結晶の非対称性のパラメータΓ- ／Γ+ をパラ
メータとして示した図であり、吸収率を表すΓ 0 はΓ-
で規格化して表している。図から明らかなように、Γ0
を変化させることによって反射率Ｒを変化させることが
でき、上述の様に、Γ- で規格化したΓ0 が１の場合、
即ち、Γ- ＝Γ0の場合、反射率Ｒがゼロとなり、パラ
メータΓ- ／Γ+ が大きいほど反射率Ｒの変化が大きく
なる。
トニック結晶の非対称性のパラメータΓ- ／Γ+ をパラ
メータとして示した図であり、吸収率を表すΓ 0 はΓ-
で規格化して表している。図から明らかなように、Γ0
を変化させることによって反射率Ｒを変化させることが
でき、上述の様に、Γ- で規格化したΓ0 が１の場合、
即ち、Γ- ＝Γ0の場合、反射率Ｒがゼロとなり、パラ
メータΓ- ／Γ+ が大きいほど反射率Ｒの変化が大きく
なる。
【００１９】図２（ｂ）参照
図２（ｂ）は、Γ0 を変えた時の吸収量Ａの変化をフォ
トニック結晶の非対称性のパラメータΓ- ／Γ+ をパラ
メータとして示した図であり、吸収率を表すΓ 0 はΓ-
で規格化して表している。図から明らかなように、Γ0
を変化させることによって吸収量Ａを変化させることが
でき、Γ- で規格化したΓ0 が１の近傍において吸収量
Ａは最大となり、また、パラメータΓ- ／Γ+ が大きい
ほど吸収量Ａが大きくなる。
トニック結晶の非対称性のパラメータΓ- ／Γ+ をパラ
メータとして示した図であり、吸収率を表すΓ 0 はΓ-
で規格化して表している。図から明らかなように、Γ0
を変化させることによって吸収量Ａを変化させることが
でき、Γ- で規格化したΓ0 が１の近傍において吸収量
Ａは最大となり、また、パラメータΓ- ／Γ+ が大きい
ほど吸収量Ａが大きくなる。
【００２０】図３参照
図３は、Γ0 に比例する量、即ち、屈折率の虚数部分ｎ
i を変化させた時の波長に対する反射率Ｒの変化を示す
図であり、反射がある場合をＯＮ、反射がない場合をＯ
ＦＦで示している。図において、破線Ｂで表す欠陥部３
の屈折率ｎi がｎi ＝０．０２８の時、１．５５μｍの
波長の信号光４に対する反射がほぼゼロになりＯＦＦ状
態となる。
i を変化させた時の波長に対する反射率Ｒの変化を示す
図であり、反射がある場合をＯＮ、反射がない場合をＯ
ＦＦで示している。図において、破線Ｂで表す欠陥部３
の屈折率ｎi がｎi ＝０．０２８の時、１．５５μｍの
波長の信号光４に対する反射がほぼゼロになりＯＦＦ状
態となる。
【００２１】一方、図において、実線Ａで表す欠陥部３
の屈折率ｎi がｎi ＝０．００２８の時、１．５５μｍ
の波長の信号光４に対する反射は約０．４になりＯＮ状
態となるので、破線で示すＯＦＦ状態のＢとの間の変化
で１３．６８ｄＢの反射率の変化が得られる。即ち、
１．５５μｍの波長の信号光４に対して、欠陥部３の屈
折率ｎi を０．０２８から０．００２８に変化させるこ
とによって光スイッチ動作が可能になる。
の屈折率ｎi がｎi ＝０．００２８の時、１．５５μｍ
の波長の信号光４に対する反射は約０．４になりＯＮ状
態となるので、破線で示すＯＦＦ状態のＢとの間の変化
で１３．６８ｄＢの反射率の変化が得られる。即ち、
１．５５μｍの波長の信号光４に対して、欠陥部３の屈
折率ｎi を０．０２８から０．００２８に変化させるこ
とによって光スイッチ動作が可能になる。
【００２２】また、図において、点線Ｃで表す欠陥部３
の屈折率ｎi がｎi ＝０．２８の時、１．５５μｍの波
長の信号光４に対する反射は約０．５になりＯＮ状態と
なるので、破線で示すＯＦＦ状態のＢとの間の変化で１
５．３３ｄＢの反射率の変化が得られる。即ち、１．５
５μｍの波長の信号光４に対して、欠陥部３の屈折率ｎ
i を０．０２８から０．２８に変化させることによって
より変化の大きな光スイッチ動作が可能になる。
の屈折率ｎi がｎi ＝０．２８の時、１．５５μｍの波
長の信号光４に対する反射は約０．５になりＯＮ状態と
なるので、破線で示すＯＦＦ状態のＢとの間の変化で１
５．３３ｄＢの反射率の変化が得られる。即ち、１．５
５μｍの波長の信号光４に対して、欠陥部３の屈折率ｎ
i を０．０２８から０．２８に変化させることによって
より変化の大きな光スイッチ動作が可能になる。
【００２３】この様に、本発明者は、一次元フォトニッ
ク結晶構造１において、屈折率差によって欠陥部３に光
が閉じ込められる効果により、欠陥部３で多重反射を繰
り返す内に吸収されるため吸収係数が変化し、それによ
って、反射率Ｒを変化させることができることを見出し
たものであり、それによって、反射型の光スイッチング
動作を可能にしたものである。
ク結晶構造１において、屈折率差によって欠陥部３に光
が閉じ込められる効果により、欠陥部３で多重反射を繰
り返す内に吸収されるため吸収係数が変化し、それによ
って、反射率Ｒを変化させることができることを見出し
たものであり、それによって、反射型の光スイッチング
動作を可能にしたものである。
【００２４】この様な屈折率変化は、フォトニック結晶
に周期的に設けた穴２によって形成することができ、ま
た、光吸収部材は欠陥部３に隣接する穴２の周辺近傍、
あるいは、それ以外の穴２の近傍にも延在しても良いも
のである。また、フォトニック結晶構造１の光導波部
は、スラブ導波路で構成しても良く、それによって、損
失の少ない光導波が可能になる。
に周期的に設けた穴２によって形成することができ、ま
た、光吸収部材は欠陥部３に隣接する穴２の周辺近傍、
あるいは、それ以外の穴２の近傍にも延在しても良いも
のである。また、フォトニック結晶構造１の光導波部
は、スラブ導波路で構成しても良く、それによって、損
失の少ない光導波が可能になる。
【００２５】また、欠陥部３を構成する光吸収部材は、
バルク半導体、一次元閉じ込め量子井戸、三次元閉じ込
め量子井戸、或いは、有機物のいずれを用いても良いも
のであり、さらには、信号光４の波長とサブバンド間遷
移の波長とが対応している量子井戸を用いても良いもの
であり、量子井戸構造を用いた場合に、より大きな吸収
係数の変化をえることができ、さらに、サブバンド間遷
移の吸収飽和を導入することで、より高速の応答性を実
現することが可能になる。
バルク半導体、一次元閉じ込め量子井戸、三次元閉じ込
め量子井戸、或いは、有機物のいずれを用いても良いも
のであり、さらには、信号光４の波長とサブバンド間遷
移の波長とが対応している量子井戸を用いても良いもの
であり、量子井戸構造を用いた場合に、より大きな吸収
係数の変化をえることができ、さらに、サブバンド間遷
移の吸収飽和を導入することで、より高速の応答性を実
現することが可能になる。
【００２６】なお、欠陥部３を含む一次元フォトニック
結晶構造１の光導波部の全体の構造を、光吸収媒質で構
成しても良く、その場合にも欠陥部３における光吸収率
の変化による反射率Ｒの変化の現象を実現できるので、
それによって、欠陥部３を構成する工程が不要になる。
結晶構造１の光導波部の全体の構造を、光吸収媒質で構
成しても良く、その場合にも欠陥部３における光吸収率
の変化による反射率Ｒの変化の現象を実現できるので、
それによって、欠陥部３を構成する工程が不要になる。
【００２７】また、上記の一次元フォトニック結晶構造
１の光スイッチを、周期的或いは非周期的間隔でアレー
状に設けて集積型の反射型フォトニック結晶光スイッチ
素子を構成しても良く、それによって、数百〜数千の光
スイッチ素子からなる高密度集積型光スイッチを実現す
ることができる。
１の光スイッチを、周期的或いは非周期的間隔でアレー
状に設けて集積型の反射型フォトニック結晶光スイッチ
素子を構成しても良く、それによって、数百〜数千の光
スイッチ素子からなる高密度集積型光スイッチを実現す
ることができる。
【００２８】なお、この場合の各光スイッチ間の分離
は、分離溝によって分離しても良いし、或いは、フォト
ニック結晶構造１によって分離しても良いものである。
は、分離溝によって分離しても良いし、或いは、フォト
ニック結晶構造１によって分離しても良いものである。
【００２９】
【発明の実施の形態】ここで、図４及び図５を参照し
て、本発明の第１の実施の形態の反射型フォトニック結
晶光スイッチを説明する。 図４（ａ）参照 まず、ＧａＡｓ基板１１上に、有機金属気相成長法（Ｍ
ＯＶＰＥ法）を用いて、厚さが、例えば、２μｍのＡｌ
0.95Ｇａ0.05Ａｓ層１２、及び、厚さが０．１〜０．４
μｍ、例えば、０．２μｍのＧａＡｓ層１３を順次成長
させる。
て、本発明の第１の実施の形態の反射型フォトニック結
晶光スイッチを説明する。 図４（ａ）参照 まず、ＧａＡｓ基板１１上に、有機金属気相成長法（Ｍ
ＯＶＰＥ法）を用いて、厚さが、例えば、２μｍのＡｌ
0.95Ｇａ0.05Ａｓ層１２、及び、厚さが０．１〜０．４
μｍ、例えば、０．２μｍのＧａＡｓ層１３を順次成長
させる。
【００３０】図４（ｂ）参照
次いで、通常のフォトエッチング工程によってＧａＡｓ
層１３を選択的に除去して欠陥部１４を形成したのち、
再び、ＭＯＶＰＥ法を用いて欠陥部１４を完全にカバー
できるようにＡｌ0.05Ｇａ0.95Ａｓ層１５を成長させ
る。
層１３を選択的に除去して欠陥部１４を形成したのち、
再び、ＭＯＶＰＥ法を用いて欠陥部１４を完全にカバー
できるようにＡｌ0.05Ｇａ0.95Ａｓ層１５を成長させ
る。
【００３１】図４（ｃ）参照
次いで、ＳｉＯ2 膜１６を堆積させたのち、電子ビーム
露光用のレジスト塗布し、次いで、電子ビーム露光で周
期的な円形のパターンとストライプ状の導波路構造形成
のための露光・現像を行いレジストパターン１７を形成
する。
露光用のレジスト塗布し、次いで、電子ビーム露光で周
期的な円形のパターンとストライプ状の導波路構造形成
のための露光・現像を行いレジストパターン１７を形成
する。
【００３２】次いで、レジストパターン１７をマスクと
してＳｉＯ2 膜１６をエッチングすることによってＳｉ
Ｏ2 膜１６の露出部を除去したのち、このＳｉＯ2 膜１
６をマスクとしてドライエッチングを施すことによっ
て、ストライプ状の光導波部と、光導波部の延在方向に
沿った円形の穴１８を形成する。
してＳｉＯ2 膜１６をエッチングすることによってＳｉ
Ｏ2 膜１６の露出部を除去したのち、このＳｉＯ2 膜１
６をマスクとしてドライエッチングを施すことによっ
て、ストライプ状の光導波部と、光導波部の延在方向に
沿った円形の穴１８を形成する。
【００３３】なお、この場合、穴１８の周期はフォトニ
ック結晶の欠陥によるいわゆる不純物バンドの波長が、
吸収領域の波長に合うように設定するものであり、例え
ば、欠陥部１４の屈折率を変化させるための制御光の波
長を０．８７μｍとすると、穴１８の直径は例えば１６
０ｎｍとし、穴１８の周期を約２２０ｎｍとし、欠陥部
１４の間隔は周期の１．２〜１．７倍にする。
ック結晶の欠陥によるいわゆる不純物バンドの波長が、
吸収領域の波長に合うように設定するものであり、例え
ば、欠陥部１４の屈折率を変化させるための制御光の波
長を０．８７μｍとすると、穴１８の直径は例えば１６
０ｎｍとし、穴１８の周期を約２２０ｎｍとし、欠陥部
１４の間隔は周期の１．２〜１．７倍にする。
【００３４】図５参照
図５は、本発明の第１の実施の形態の反射型フォトニッ
ク結晶光スイッチ素子の概略的断面図であり、光導波部
１９の欠陥部１４を偏って設けた側の端面から、フォト
ニック結晶の不純物バンドに相当する欠陥部１４の吸収
波長に相当する０．８７μｍの制御光と、制御光から２
〜１０ｎｍだけ波長のずれた信号光を入射する。
ク結晶光スイッチ素子の概略的断面図であり、光導波部
１９の欠陥部１４を偏って設けた側の端面から、フォト
ニック結晶の不純物バンドに相当する欠陥部１４の吸収
波長に相当する０．８７μｍの制御光と、制御光から２
〜１０ｎｍだけ波長のずれた信号光を入射する。
【００３５】この場合、欠陥部１４のサイズは、約２．
６３×１０-2μｍ3 であり、波長０．８７μｍの光の１
ｆＪのパルスに含まれる光子数は４．３９×１０3 個で
あるので、制御光が完全に欠陥部１４に吸収される状況
では１．６７×１０17ｃｍ-3のキャリヤが生成され、こ
れはＧａＡｓのバンド端で、吸収係数を１０００ｃｍ -1
の大きな値から光を増幅する負の吸収係数（利得）にま
で吸収係数を変化させることになる。
６３×１０-2μｍ3 であり、波長０．８７μｍの光の１
ｆＪのパルスに含まれる光子数は４．３９×１０3 個で
あるので、制御光が完全に欠陥部１４に吸収される状況
では１．６７×１０17ｃｍ-3のキャリヤが生成され、こ
れはＧａＡｓのバンド端で、吸収係数を１０００ｃｍ -1
の大きな値から光を増幅する負の吸収係数（利得）にま
で吸収係数を変化させることになる。
【００３６】これから、上述の図３のＢからＡへの変化
に必要な吸収係数の変化を起こさせるのに必要な制御光
のエネルギーを推定するとはわずか６ｆＪとなり、光の
散乱ロスを考慮しても１０ｆＪ以下の低エネルギーでス
イッチングできることになり、従来より遙に低エネルギ
ーでスイッチングが可能になる。
に必要な吸収係数の変化を起こさせるのに必要な制御光
のエネルギーを推定するとはわずか６ｆＪとなり、光の
散乱ロスを考慮しても１０ｆＪ以下の低エネルギーでス
イッチングできることになり、従来より遙に低エネルギ
ーでスイッチングが可能になる。
【００３７】次に、図６を参照して本発明の第２の実施
の形態の反射型フォトニック結晶光スイッチ素子を説明
する。 図６（ａ）及び（ｂ）参照 図６（ａ）は、本発明の第２の実施の形態の反射型フォ
トニック結晶光スイッチ素子の概略的斜視図であり、ま
た、図６（ｂ）は図６（ａ）における破線で示す円内の
拡大図である。
の形態の反射型フォトニック結晶光スイッチ素子を説明
する。 図６（ａ）及び（ｂ）参照 図６（ａ）は、本発明の第２の実施の形態の反射型フォ
トニック結晶光スイッチ素子の概略的斜視図であり、ま
た、図６（ｂ）は図６（ａ）における破線で示す円内の
拡大図である。
【００３８】図から明らかなように、上記の第１の実施
の形態に比べて、ＧａＡｓからなる欠陥部１４を広面積
に形成して穴１８の周囲近傍にも延在するようにしたも
のである。この様に、欠陥部１４の光吸収部分の大きさ
は、欠陥部１４をはさむ二つの穴１８の間だけでなく、
幾つかの穴１８を含む領域に広がっていても反射型光ス
イッチの動作としては大きな影響はなく（図６は、二つ
の穴１８の周辺部にも延在する場合を示している）、製
造工程において位置合わせ精度を緩和することができ
る。
の形態に比べて、ＧａＡｓからなる欠陥部１４を広面積
に形成して穴１８の周囲近傍にも延在するようにしたも
のである。この様に、欠陥部１４の光吸収部分の大きさ
は、欠陥部１４をはさむ二つの穴１８の間だけでなく、
幾つかの穴１８を含む領域に広がっていても反射型光ス
イッチの動作としては大きな影響はなく（図６は、二つ
の穴１８の周辺部にも延在する場合を示している）、製
造工程において位置合わせ精度を緩和することができ
る。
【００３９】次に、図７を参照して本発明の第３の実施
の形態の反射型フォトニック結晶光スイッチ素子を説明
する。 図７参照 図７は、本発明の第３の実施の形態の反射型フォトニッ
ク結晶光スイッチ素子の概略的斜視図であり、光導波部
１９をＡｌ0.95Ｇａ0.05Ａｓ層２１／Ａｌ0.05Ｇａ0.95
Ａｓコア層２０／Ａｌ0.95Ｇａ0.05Ａｓ層１２からなる
スラブ型導波路で構成したものである。
の形態の反射型フォトニック結晶光スイッチ素子を説明
する。 図７参照 図７は、本発明の第３の実施の形態の反射型フォトニッ
ク結晶光スイッチ素子の概略的斜視図であり、光導波部
１９をＡｌ0.95Ｇａ0.05Ａｓ層２１／Ａｌ0.05Ｇａ0.95
Ａｓコア層２０／Ａｌ0.95Ｇａ0.05Ａｓ層１２からなる
スラブ型導波路で構成したものである。
【００４０】この第３の実施の形態においては、光導波
部１９をスラブ型導波路で構成しているので、充分に光
を閉じ込めることができ、光の損失ロスを少なくするこ
とができる。
部１９をスラブ型導波路で構成しているので、充分に光
を閉じ込めることができ、光の損失ロスを少なくするこ
とができる。
【００４１】次に、図８を参照して本発明の第４の実施
の形態の反射型フォトニック結晶光スイッチ素子を説明
する。 図８（ａ）及び（ｂ）参照 図８（ａ）は、本発明の第４の実施の形態の反射型フォ
トニック結晶光スイッチ素子の概略的斜視図であり、ま
た、図８（ｂ）は図８（ａ）における破線で示す円内の
拡大図である。
の形態の反射型フォトニック結晶光スイッチ素子を説明
する。 図８（ａ）及び（ｂ）参照 図８（ａ）は、本発明の第４の実施の形態の反射型フォ
トニック結晶光スイッチ素子の概略的斜視図であり、ま
た、図８（ｂ）は図８（ａ）における破線で示す円内の
拡大図である。
【００４２】図から明らかなように、上記の第１の実施
の形態におけるバルクＧａＡｓ層からなる欠陥部１４
を、ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ量子井戸構造からなる欠陥
部２２に置き換えたものであり、製造工程としては、Ｇ
ａＡｓ層１３を成長させる工程で、ＧａＡｓ／ＡｌＧａ
Ａｓ量子井戸構造を成長させれば良い。
の形態におけるバルクＧａＡｓ層からなる欠陥部１４
を、ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ量子井戸構造からなる欠陥
部２２に置き換えたものであり、製造工程としては、Ｇ
ａＡｓ層１３を成長させる工程で、ＧａＡｓ／ＡｌＧａ
Ａｓ量子井戸構造を成長させれば良い。
【００４３】量子井戸のバンド間の遷移による、吸収係
数の変化はバルクのＧａＡｓ層を吸収層とした場合より
も大きくなるので、より少ないスイッチングエネルギー
によってスイッチングが可能になる。
数の変化はバルクのＧａＡｓ層を吸収層とした場合より
も大きくなるので、より少ないスイッチングエネルギー
によってスイッチングが可能になる。
【００４４】次に、図９を参照して本発明の第５の実施
の形態の反射型フォトニック結晶光スイッチ素子を説明
する。 図９（ａ）及び（ｂ）参照 図９（ａ）は、本発明の第５の実施の形態の反射型フォ
トニック結晶光スイッチ素子の概略的斜視図であり、ま
た、図９（ｂ）は図９（ａ）における破線で示す円内の
拡大図である。基本的な製造工程は上記の第１の実施の
形態と同様であるが、この第５の実施の形態において
は、基板をＩｎＰ基板３１として、Ａｌ0.95Ｇａ0.05Ａ
ｓ層１２，１５をＩｎＰ層３２，３４とするとともに、
欠陥部３３をＩｎＧａＡｓ／ＡｌＡｓＳｂ量子井戸で構
成したものである。
の形態の反射型フォトニック結晶光スイッチ素子を説明
する。 図９（ａ）及び（ｂ）参照 図９（ａ）は、本発明の第５の実施の形態の反射型フォ
トニック結晶光スイッチ素子の概略的斜視図であり、ま
た、図９（ｂ）は図９（ａ）における破線で示す円内の
拡大図である。基本的な製造工程は上記の第１の実施の
形態と同様であるが、この第５の実施の形態において
は、基板をＩｎＰ基板３１として、Ａｌ0.95Ｇａ0.05Ａ
ｓ層１２，１５をＩｎＰ層３２，３４とするとともに、
欠陥部３３をＩｎＧａＡｓ／ＡｌＡｓＳｂ量子井戸で構
成したものである。
【００４５】図９（ｃ）参照
図９（ｃ）は、欠陥部３３のバンドダイヤグラムであ
り、例えば、３原子層のＡｌＡｓバリア層３９で分離さ
れた２つの８原子層のＩｎ0.3 Ｇａ0.7 Ａｓウエル層３
８の外側にＡｌＡｓ0.44Ｓｂ56バリア層３７を設けたも
ので、二つの量子井戸が結合した状態となり、この結合
した量子井戸における第１量子準位と第４量子準位の間
におけるサブバンド遷移に対応する波長が光通信に用い
られている波長である１．５５μｍになるように量子井
戸構造を構成するものである。
り、例えば、３原子層のＡｌＡｓバリア層３９で分離さ
れた２つの８原子層のＩｎ0.3 Ｇａ0.7 Ａｓウエル層３
８の外側にＡｌＡｓ0.44Ｓｂ56バリア層３７を設けたも
ので、二つの量子井戸が結合した状態となり、この結合
した量子井戸における第１量子準位と第４量子準位の間
におけるサブバンド遷移に対応する波長が光通信に用い
られている波長である１．５５μｍになるように量子井
戸構造を構成するものである。
【００４６】次に、図１０を参照して本発明の第６の実
施の形態の反射型フォトニック結晶光スイッチ素子を説
明する。 図１０（ａ）及び（ｂ）参照 図１０（ａ）は、本発明の第６の実施の形態の反射型フ
ォトニック結晶光スイッチ素子の概略的斜視図であり、
また、図１０（ｂ）は図１０（ａ）における破線で示す
円内の拡大図である。基本的な製造工程は上記の第１の
実施の形態と同様であるが、この第５の実施の形態にお
いては、欠陥部２３を自己組織化のＩｎＧａＡｓからな
る量子ドット２４（必要ならば、特開２０００−１２４
４４１号公報参照）で形成したものである。
施の形態の反射型フォトニック結晶光スイッチ素子を説
明する。 図１０（ａ）及び（ｂ）参照 図１０（ａ）は、本発明の第６の実施の形態の反射型フ
ォトニック結晶光スイッチ素子の概略的斜視図であり、
また、図１０（ｂ）は図１０（ａ）における破線で示す
円内の拡大図である。基本的な製造工程は上記の第１の
実施の形態と同様であるが、この第５の実施の形態にお
いては、欠陥部２３を自己組織化のＩｎＧａＡｓからな
る量子ドット２４（必要ならば、特開２０００−１２４
４４１号公報参照）で形成したものである。
【００４７】この第６の実施の形態においては、欠陥部
２２を量子ドット２３で構成しているので、弱い光で欠
陥部２２における光吸収係数を変化させることができ、
それによって、低エネルギーで大きな屈折率変化をさせ
ることができ、より高速の応答性を得ることができる。
２２を量子ドット２３で構成しているので、弱い光で欠
陥部２２における光吸収係数を変化させることができ、
それによって、低エネルギーで大きな屈折率変化をさせ
ることができ、より高速の応答性を得ることができる。
【００４８】次に、図１１を参照して本発明の第７の実
施の形態の反射型フォトニック結晶光スイッチアレイを
説明する。 図１１参照 図１１は、本発明の第７の実施の形態の反射型フォトニ
ック結晶光スイッチアレイの概略的斜視図であり、図５
に示した反射型フォトニック結晶光スイッチ素子をアレ
イ状に配置したものであり、この図１１においては、便
宜上３本の光導波部２５〜２７のみを示しているが、数
百〜数千本のアレイとしても良いものである。
施の形態の反射型フォトニック結晶光スイッチアレイを
説明する。 図１１参照 図１１は、本発明の第７の実施の形態の反射型フォトニ
ック結晶光スイッチアレイの概略的斜視図であり、図５
に示した反射型フォトニック結晶光スイッチ素子をアレ
イ状に配置したものであり、この図１１においては、便
宜上３本の光導波部２５〜２７のみを示しているが、数
百〜数千本のアレイとしても良いものである。
【００４９】次に、図１２を参照して本発明の第８の実
施の形態の反射型フォトニック結晶光スイッチアレイを
説明する。 図１２参照 図１２は、本発明の第８の実施の形態の反射型フォトニ
ック結晶光スイッチアレイの概略的平面図であり、光導
波部４４を上記の第１の実施の形態と同様に形成すると
ともに、光導波部４４相互の分離を分離溝ではなくフォ
トニック結晶構造からなるアレイ分離部４５で構成した
ものである。
施の形態の反射型フォトニック結晶光スイッチアレイを
説明する。 図１２参照 図１２は、本発明の第８の実施の形態の反射型フォトニ
ック結晶光スイッチアレイの概略的平面図であり、光導
波部４４を上記の第１の実施の形態と同様に形成すると
ともに、光導波部４４相互の分離を分離溝ではなくフォ
トニック結晶構造からなるアレイ分離部４５で構成した
ものである。
【００５０】この場合、光導波部４４の特性は、一列の
穴４３のみではなく、この一列の穴４３の両側に存在す
る穴４３にも影響されるものであり、また、アレイ分離
部４５を構成するフォトニック結晶構造は、少なくとも
５本の穴列が存在すれば良く、より完璧にするためには
７〜９本が望ましい。
穴４３のみではなく、この一列の穴４３の両側に存在す
る穴４３にも影響されるものであり、また、アレイ分離
部４５を構成するフォトニック結晶構造は、少なくとも
５本の穴列が存在すれば良く、より完璧にするためには
７〜９本が望ましい。
【００５１】以上、本発明の各実施の形態を説明してき
たが、本発明は各実施の形態に記載された構成・条件に
限られるものではなく、各種の変更が可能である。例え
ば、上記の各実施の形態においては、材料系として、Ｇ
ａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ系或いはＩｎＰ系のIII-Ｖ族化合
物半導体で構成しているが、ＩｎＧａＡｓＰ、ＩｎＡｌ
Ａｓ、ＩｎＡｌＡｓＳｂ等の他のIII-Ｖ族化合物半導体
を用いても良いものである。
たが、本発明は各実施の形態に記載された構成・条件に
限られるものではなく、各種の変更が可能である。例え
ば、上記の各実施の形態においては、材料系として、Ｇ
ａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ系或いはＩｎＰ系のIII-Ｖ族化合
物半導体で構成しているが、ＩｎＧａＡｓＰ、ＩｎＡｌ
Ａｓ、ＩｎＡｌＡｓＳｂ等の他のIII-Ｖ族化合物半導体
を用いても良いものである。
【００５２】さらに、材料系は半導体材料に限れられも
のではなく、有機材料、無機材料等、制御光を吸収する
ことのできる光吸収材を欠陥部分に導入できる任意の材
料系を用いても良いものである。
のではなく、有機材料、無機材料等、制御光を吸収する
ことのできる光吸収材を欠陥部分に導入できる任意の材
料系を用いても良いものである。
【００５３】また、上記の各実施の形態においては、欠
陥部を形成したのち光導波部を構成する母体半導体層を
形成しているが、光導波部を構成する母体半導体層を形
成したのち、欠陥部を形成する領域を選択的に除去し、
次いで、除去部に光吸収材料を選択成長させて欠陥部を
形成しても良いものである。
陥部を形成したのち光導波部を構成する母体半導体層を
形成しているが、光導波部を構成する母体半導体層を形
成したのち、欠陥部を形成する領域を選択的に除去し、
次いで、除去部に光吸収材料を選択成長させて欠陥部を
形成しても良いものである。
【００５４】また、上記の各実施の形態においては、欠
陥部を形成したのち光導波部を構成する母体半導体層を
形成しているが、欠陥部を構成する材料と光導波部を構
成する材料と全く同じにしても良いものである。この場
合には、光吸収特性は低下するものの、製造工程が簡素
化される。
陥部を形成したのち光導波部を構成する母体半導体層を
形成しているが、欠陥部を構成する材料と光導波部を構
成する材料と全く同じにしても良いものである。この場
合には、光吸収特性は低下するものの、製造工程が簡素
化される。
【００５５】また、上記の各実施の形態においては、穴
とストライプ状光導波部の形成を同時のエッチング工程
で行っているが、別工程で形成しても良いものである。
とストライプ状光導波部の形成を同時のエッチング工程
で行っているが、別工程で形成しても良いものである。
【００５６】また、上記各実施の形態における穴は、製
造容易性を考えて円柱状穴としているが、必ずしも円柱
状穴である必要はなく、四角柱状穴等の多角柱状穴であ
っても良いものであり、円柱状穴と同様の特性が得られ
る。
造容易性を考えて円柱状穴としているが、必ずしも円柱
状穴である必要はなく、四角柱状穴等の多角柱状穴であ
っても良いものであり、円柱状穴と同様の特性が得られ
る。
【００５７】また、上記各実施の形態における穴は、Ａ
ｌ0.95Ｇａ0.05Ａｓ層或いはＩｎＰ層を貫通している
が、必ずしも完全に貫通している必要はなく、また、逆
に、ＧａＡｓ基板或いはＩｎＰ基板の一部を掘り込むよ
うに形成しても良いものである。
ｌ0.95Ｇａ0.05Ａｓ層或いはＩｎＰ層を貫通している
が、必ずしも完全に貫通している必要はなく、また、逆
に、ＧａＡｓ基板或いはＩｎＰ基板の一部を掘り込むよ
うに形成しても良いものである。
【００５８】また、上記の第５の実施の形態において
は、ＩｎＧａＡｓ／ＡｌＡｓＳｂ系のII型の量子井戸構
造におけるサブバンド間遷移を利用しているが、禁制帯
幅の大きなＩｎＧａＮ／ＡｌＧａＮ系を用いればＩ型の
量子井戸構造におけるサブバンド間遷移を用いることが
できる。
は、ＩｎＧａＡｓ／ＡｌＡｓＳｂ系のII型の量子井戸構
造におけるサブバンド間遷移を利用しているが、禁制帯
幅の大きなＩｎＧａＮ／ＡｌＧａＮ系を用いればＩ型の
量子井戸構造におけるサブバンド間遷移を用いることが
できる。
【００５９】また、上記の第７の実施の形態において
は、ストライプ状の光導波部を等間隔で周期的に設けて
いるが、非周期的に配置しても良いものである。
は、ストライプ状の光導波部を等間隔で周期的に設けて
いるが、非周期的に配置しても良いものである。
【００６０】ここで、再び、図１を参照して、改めて本
発明の詳細な特徴を説明する。 図１参照 （付記１） 周期的に屈折率が変わる一次元フォトニッ
ク結晶構造１において、1 箇所周期の異なる欠陥部３が
フォトニック結晶の中心部より一方側にずれて配置され
るとともに、前記欠陥部３が外部からの制御光５で吸収
係数の変わる材質からなる光吸収部材で構成されること
を特徴とする反射型フォトニック結晶光スイッチ素子。 （付記２） 上記屈折率変化を、上記フォトニック結晶
に周期的に設けた穴２によって形成することを特徴とす
る付記１記載の反射型フォトニック結晶光スイッチ素
子。 （付記３） 上記フォトニック結晶構造１の光導波部の
上記穴２及び欠陥部３を除く母体構造が、スラブ導波路
で構成されていることを特徴とする付記２記載の反射型
フォトニック結晶光スイッチ素子。 （付記４） 上記光吸収部材が、上記欠陥部３に隣接す
る穴２の周辺近傍にも延在していることを特徴とする付
記２または３に記載の反射型フォトニック結晶光スイッ
チ素子。 （付記５） 上記光吸収部材が、バルク半導体、一次元
閉じ込め量子井戸、三次元閉じ込め量子井戸、或いは、
有機物のいずれか１つからなることを特徴とする付記１
乃至４のいずれか１に記載の反射型フォトニック結晶光
スイッチ素子。 （付記６） 上記光吸収部材が、量子井戸構造からな
り、制御光５の波長と前記量子井戸構造のサブバンド間
遷移の波長とが対応していることを特徴とする付記１乃
至４のいずれか１に記載の反射型フォトニック結晶光ス
イッチ素子。 （付記７） 上記一次元フォトニック結晶構造１の光導
波部の上記穴２を除く全体の構造が光吸収媒質で構成さ
れたことを特徴とする付記１乃至６のいずれか１に記載
の反射型フォトニック結晶光スイッチ素子。 （付記８） 上記一次元フォトニック結晶構造１の光ス
イッチを、周期的或いは非周期的間隔でアレー状に設け
たことを特徴とする付記１乃至７のいずれか１に記載の
反射型フォトニック結晶光スイッチ素子。 （付記９） 上記隣接する一次元フォトニック結晶構造
１の光スイッチの間を、分離溝によって分離したことを
特徴とする付記８記載の反射型フォトニック結晶光スイ
ッチ素子。 （付記１０） 上記隣接する一次元フォトニック結晶構
造１の光スイッチの間を、フォトニック結晶構造によっ
て分離したことを特徴とする付記８記載の反射型フォト
ニック結晶光スイッチ素子。 （付記１１） 付記１乃至１０のいずれか１に記載の反
射型フォトニック結晶光スイッチ素子の上記欠陥部３が
偏った側から、前記欠陥部３において相対的に弱く吸収
される波長の信号光４と相対的に強く吸収される波長の
制御光５を入射させ、前記制御光５により前記信号光４
の反射を制御することを特徴とする光スイッチング方
法。
発明の詳細な特徴を説明する。 図１参照 （付記１） 周期的に屈折率が変わる一次元フォトニッ
ク結晶構造１において、1 箇所周期の異なる欠陥部３が
フォトニック結晶の中心部より一方側にずれて配置され
るとともに、前記欠陥部３が外部からの制御光５で吸収
係数の変わる材質からなる光吸収部材で構成されること
を特徴とする反射型フォトニック結晶光スイッチ素子。 （付記２） 上記屈折率変化を、上記フォトニック結晶
に周期的に設けた穴２によって形成することを特徴とす
る付記１記載の反射型フォトニック結晶光スイッチ素
子。 （付記３） 上記フォトニック結晶構造１の光導波部の
上記穴２及び欠陥部３を除く母体構造が、スラブ導波路
で構成されていることを特徴とする付記２記載の反射型
フォトニック結晶光スイッチ素子。 （付記４） 上記光吸収部材が、上記欠陥部３に隣接す
る穴２の周辺近傍にも延在していることを特徴とする付
記２または３に記載の反射型フォトニック結晶光スイッ
チ素子。 （付記５） 上記光吸収部材が、バルク半導体、一次元
閉じ込め量子井戸、三次元閉じ込め量子井戸、或いは、
有機物のいずれか１つからなることを特徴とする付記１
乃至４のいずれか１に記載の反射型フォトニック結晶光
スイッチ素子。 （付記６） 上記光吸収部材が、量子井戸構造からな
り、制御光５の波長と前記量子井戸構造のサブバンド間
遷移の波長とが対応していることを特徴とする付記１乃
至４のいずれか１に記載の反射型フォトニック結晶光ス
イッチ素子。 （付記７） 上記一次元フォトニック結晶構造１の光導
波部の上記穴２を除く全体の構造が光吸収媒質で構成さ
れたことを特徴とする付記１乃至６のいずれか１に記載
の反射型フォトニック結晶光スイッチ素子。 （付記８） 上記一次元フォトニック結晶構造１の光ス
イッチを、周期的或いは非周期的間隔でアレー状に設け
たことを特徴とする付記１乃至７のいずれか１に記載の
反射型フォトニック結晶光スイッチ素子。 （付記９） 上記隣接する一次元フォトニック結晶構造
１の光スイッチの間を、分離溝によって分離したことを
特徴とする付記８記載の反射型フォトニック結晶光スイ
ッチ素子。 （付記１０） 上記隣接する一次元フォトニック結晶構
造１の光スイッチの間を、フォトニック結晶構造によっ
て分離したことを特徴とする付記８記載の反射型フォト
ニック結晶光スイッチ素子。 （付記１１） 付記１乃至１０のいずれか１に記載の反
射型フォトニック結晶光スイッチ素子の上記欠陥部３が
偏った側から、前記欠陥部３において相対的に弱く吸収
される波長の信号光４と相対的に強く吸収される波長の
制御光５を入射させ、前記制御光５により前記信号光４
の反射を制御することを特徴とする光スイッチング方
法。
【００６１】
【発明の効果】本発明によれば、穴によって形成した周
期的屈折率分布の中の非周期的位置に欠陥部を設けてい
るので、１０ｆＪ以下の低エネルギーでスイッチングが
可能な反射型フォトニック結晶光スイッチ素子を実現す
ることができ、ひいては、ピコ秒級の超高速通信システ
ムの構築に寄与するところが大きい。
期的屈折率分布の中の非周期的位置に欠陥部を設けてい
るので、１０ｆＪ以下の低エネルギーでスイッチングが
可能な反射型フォトニック結晶光スイッチ素子を実現す
ることができ、ひいては、ピコ秒級の超高速通信システ
ムの構築に寄与するところが大きい。
【図１】本発明の原理的構成の説明図である。
【図２】反射型フォトニック結晶における反射・吸収特
性の説明図である。
性の説明図である。
【図３】反射型フォトニック結晶光スイッチ素子の光ス
イッチング特性の説明図である。
イッチング特性の説明図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態の反射型フォトニッ
ク結晶光スイッチ素子の製造工程の説明図である。
ク結晶光スイッチ素子の製造工程の説明図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態の反射型フォトニッ
ク結晶光スイッチ素子の概略的斜視図である。
ク結晶光スイッチ素子の概略的斜視図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態の反射型フォトニッ
ク結晶光スイッチ素子の説明図である。
ク結晶光スイッチ素子の説明図である。
【図７】本発明の第３の実施の形態の反射型フォトニッ
ク結晶光スイッチ素子の概略的斜視図である。
ク結晶光スイッチ素子の概略的斜視図である。
【図８】本発明の第４の実施の形態の反射型フォトニッ
ク結晶光スイッチ素子の説明図である。
ク結晶光スイッチ素子の説明図である。
【図９】本発明の第５の実施の形態の反射型フォトニッ
ク結晶光スイッチ素子の説明図である。
ク結晶光スイッチ素子の説明図である。
【図１０】本発明の第６の実施の形態の反射型フォトニ
ック結晶光スイッチ素子の説明図である。
ック結晶光スイッチ素子の説明図である。
【図１１】本発明の第７の実施の形態の反射型フォトニ
ック結晶光スイッチアレイの概略的斜視図である。
ック結晶光スイッチアレイの概略的斜視図である。
【図１２】本発明の第８の実施の形態の反射型フォトニ
ック結晶光スイッチアレイの概略的平面図である。
ック結晶光スイッチアレイの概略的平面図である。
１ １次元フォトニック結晶構造
２ 穴
３ 欠陥部
４ 信号光
５ 制御光
１１ ＧａＡｓ基板
１２ Ａｌ0.95Ｇａ0.05Ａｓ層
１３ ＧａＡｓ層
１４ 欠陥部
１５ Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ａｓ層
１６ ＳｉＯ2 膜
１７ レジストパターン
１８ 穴
１９ 光導波部
２０ Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ａｓコア層
２１ Ａｌ0.95Ｇａ0.05Ａｓ層
２２ 欠陥部
２３ 欠陥部
２４ 量子ドット
２５ 光導波部
２６ 光導波部
２７ 光導波部
３１ ＩｎＰ基板
３２ ＩｎＰ層
３３ 欠陥部
３４ ＩｎＰ層
３５ 穴
３６ 光導波部
３７ ＡｌＡｓ0.44Ｓｂ0.56バリア層
３８ Ｉｎ0.3 Ｇａ0.7 Ａｓウエル層
３９ ＡｌＡｓバリア層
４１ Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ａｓ層
４２ 欠陥部
４３ 穴
４４ 光導波部
４５ アレイ分離部
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 藍 勝
茨城県つくば市東光台５丁目５番地 技術
研究組合 フェムト秒テクノロジー研究機
構内
(72)発明者 石川 浩
神奈川県川崎市中原区上小田中４丁目１番
１号 富士通株式会社内
Ｆターム(参考） 2H047 KA03 LA18 PA06 QA02 RA08
TA11
2H079 AA08 AA13 DA16 EA07
2K002 AB04 BA01 CA13 DA12 EA05
EA27 HA30
Claims (5)
- 【請求項１】 周期的に屈折率が変わる一次元フォトニ
ック結晶構造において、1 箇所周期の異なる欠陥部がフ
ォトニック結晶の中心部より一方側にずれて配置される
とともに、前記欠陥部が外部からの制御光で吸収係数の
変わる材質からなる光吸収部材で構成されることを特徴
とする反射型フォトニック結晶光スイッチ素子。 - 【請求項２】 上記屈折率変化を、上記フォトニック結
晶に周期的に設けた穴によって形成することを特徴とす
る請求項１記載の反射型フォトニック結晶光スイッチ素
子。 - 【請求項３】 上記光吸収部材が、上記欠陥部に隣接す
る穴の周辺近傍にも延在していることを特徴とする請求
項２記載の反射型フォトニック結晶光スイッチ素子。 - 【請求項４】 上記光吸収部材が、バルク半導体、一次
元閉じ込め量子井戸、三次元閉じ込め量子井戸、或い
は、有機物のいずれか１つからなることを特徴とする請
求項１乃至３のいずれか１項に記載の反射型フォトニッ
ク結晶光スイッチ素子。 - 【請求項５】 上記一次元フォトニック結晶構造の光ス
イッチを、周期的或いは非周期的間隔でアレー状に設け
たことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記
載の反射型フォトニック結晶光スイッチ素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001387077A JP2003186068A (ja) | 2001-12-20 | 2001-12-20 | 反射型フォトニック結晶光スイッチ素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001387077A JP2003186068A (ja) | 2001-12-20 | 2001-12-20 | 反射型フォトニック結晶光スイッチ素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003186068A true JP2003186068A (ja) | 2003-07-03 |
Family
ID=27596015
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001387077A Withdrawn JP2003186068A (ja) | 2001-12-20 | 2001-12-20 | 反射型フォトニック結晶光スイッチ素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003186068A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004004545A (ja) * | 2002-05-31 | 2004-01-08 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | バンドギャップおよび構造内の伝達をチューニングするためにレーザ微細加工によって光結晶の屈折率を調整する方法 |
| JP2004004539A (ja) * | 2002-05-31 | 2004-01-08 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 調整可能な光結晶、および、バンドギャップ内の伝達を可逆的にチューニングするために光結晶の屈折率を調整する方法 |
| US7515804B2 (en) | 2006-02-23 | 2009-04-07 | Nippon Sheet Glass Company, Limited | Optical waveguide device |
| JP2013037125A (ja) * | 2011-08-05 | 2013-02-21 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 光共振器構造および作製方法 |
-
2001
- 2001-12-20 JP JP2001387077A patent/JP2003186068A/ja not_active Withdrawn
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004004545A (ja) * | 2002-05-31 | 2004-01-08 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | バンドギャップおよび構造内の伝達をチューニングするためにレーザ微細加工によって光結晶の屈折率を調整する方法 |
| JP2004004539A (ja) * | 2002-05-31 | 2004-01-08 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 調整可能な光結晶、および、バンドギャップ内の伝達を可逆的にチューニングするために光結晶の屈折率を調整する方法 |
| US7515804B2 (en) | 2006-02-23 | 2009-04-07 | Nippon Sheet Glass Company, Limited | Optical waveguide device |
| JP2013037125A (ja) * | 2011-08-05 | 2013-02-21 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 光共振器構造および作製方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6711200B1 (en) | Tuneable photonic crystal lasers and a method of fabricating the same | |
| US7440666B2 (en) | Buried heterostucture device having integrated waveguide grating fabricated by single step MOCVD | |
| US5717710A (en) | Optical semiconductor device | |
| EP1445630B1 (en) | Two-dimensional photonic crystal cavity and channel add/drop filter | |
| US20030053785A1 (en) | Photon transistors | |
| Noda | Recent progresses and future prospects of two-and three-dimensional photonic crystals | |
| JPH0936343A (ja) | 集積化導波路内光回折格子形成法と集積化光デバイス | |
| US8416823B2 (en) | Quantum well active region with three dimensional barriers and fabrication | |
| EP1719003B1 (en) | Buried heterostructure device fabricated by single step mocvd | |
| KR20040102018A (ko) | 양자 나노구조 반도체 레이저 및 양자 나노구조 어레이 | |
| JP2008310065A (ja) | 光制御素子 | |
| Smith et al. | In-plane microcavity resonators with two-dimensional photonic bandgap mirrors | |
| CN104701734A (zh) | 一种半导体激光器及其制作方法及激光器阵列 | |
| JP2003186068A (ja) | 反射型フォトニック結晶光スイッチ素子 | |
| JP2921397B2 (ja) | 非線形光学素子 | |
| US5182788A (en) | Optical bandpass filter having a variable passband wavelength | |
| US6643315B2 (en) | Distributed feedback semiconductor laser device and multi-wavelength laser array | |
| US20020081825A1 (en) | Method for reproducibly forming a predetermined quantum dot structure and device produced using same | |
| CN111916998A (zh) | 基于w3光子晶体缺陷波导的分布式反馈激光器及制备方法 | |
| JP2002296628A (ja) | フォトニックバンドギャップ構造光機能素子 | |
| JP2003185864A (ja) | フォトニック結晶光機能素子 | |
| JPS6310125A (ja) | 平面型光制御素子 | |
| WO2022049621A1 (ja) | 光学素子 | |
| JP4590645B2 (ja) | 光−光スイッチング方法、光−光スイッチング素子およびその製造方法 | |
| EP2856588B1 (fr) | Laser semiconducteur optimise |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20050301 |