JP2935440B2 - 半導体光スイッチ - Google Patents
半導体光スイッチInfo
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、動作速度の速い半導体光スイッチに関する
ものである。
ものである。
従来、この種の光スイッチとしては、たとえば第８図
に示す構成のものがある。図中、1Aおよび1Bは信号光お
よび出力光を導く入出力光導波路、２はグレーティン
グ、３は制御光導波路である。
に示す構成のものがある。図中、1Aおよび1Bは信号光お
よび出力光を導く入出力光導波路、２はグレーティン
グ、３は制御光導波路である。
第９図（ａ）および（ｂ）は、それぞれ、第８図にお
けるＡ−Ａ′線およびＢ−Ｂ′線断面における断面図で
あり、入出力導波路1Aおよび1BはIn0.15Ga0.85As0.32Ｐ
0.68によるコアで構成される。４はInPクラッド、５はI
nP基板である。グレーティング２は多重量子井戸構造を
した光非線形媒質で構成され、その内部構造は井戸層７
と障壁層８とより成る。ここで、コア１とグレーティン
グ２の光軸は一致している。井戸層７は、In0.72Ga0.28
As0.59Ｐ0.4Åの厚さで形成したものであり、障壁層８
は、InPを75Åの厚さで形成したものである。制御光導
波路３はクラッド４に埋込まれたIn0.15Ga0.85As0.32Ｐ
0.68によるコアで構成される。制御光導波路３の構造も
Ａ−Ａ′線断面と同じである。第10図は第８図のＣ−
Ｃ′線断面での断面図である。
けるＡ−Ａ′線およびＢ−Ｂ′線断面における断面図で
あり、入出力導波路1Aおよび1BはIn0.15Ga0.85As0.32Ｐ
0.68によるコアで構成される。４はInPクラッド、５はI
nP基板である。グレーティング２は多重量子井戸構造を
した光非線形媒質で構成され、その内部構造は井戸層７
と障壁層８とより成る。ここで、コア１とグレーティン
グ２の光軸は一致している。井戸層７は、In0.72Ga0.28
As0.59Ｐ0.4Åの厚さで形成したものであり、障壁層８
は、InPを75Åの厚さで形成したものである。制御光導
波路３はクラッド４に埋込まれたIn0.15Ga0.85As0.32Ｐ
0.68によるコアで構成される。制御光導波路３の構造も
Ａ−Ａ′線断面と同じである。第10図は第８図のＣ−
Ｃ′線断面での断面図である。
ここで、第８図の構成におけるスイッチング動作につ
いて説明する。グレーティング２は波長1.30μｍに対応
する１次回折格子ピッチ0.20μｍに一致している。した
がって、第３図におけるピッチΛは0.20μｍ、厚さｔは
0.4μｍである。グレーティング２の多量量子井戸構造
部分およびクラッド４の屈折率は、それぞれ、約3.4お
よび32となるため、グレーティング２の深さｇを0.15μ
ｍとすると、このグレーティング２における反射結合係
数（κ）としては300cm-1が得られる。いま、グレーテ
ィング２の長さLgが50μｍ（第10図）とすると、最大反
射率としては約82％が得られる。
いて説明する。グレーティング２は波長1.30μｍに対応
する１次回折格子ピッチ0.20μｍに一致している。した
がって、第３図におけるピッチΛは0.20μｍ、厚さｔは
0.4μｍである。グレーティング２の多量量子井戸構造
部分およびクラッド４の屈折率は、それぞれ、約3.4お
よび32となるため、グレーティング２の深さｇを0.15μ
ｍとすると、このグレーティング２における反射結合係
数（κ）としては300cm-1が得られる。いま、グレーテ
ィング２の長さLgが50μｍ（第10図）とすると、最大反
射率としては約82％が得られる。
第11図に示すように、反射率が最初に０となる反射帯
域幅Δλは約50Åとなる。従って、信号光波長（λｓ）
を1.30μｍとすると、初期状態では、グレーティング２
では反射状態となる。いま、グレーティング２に制御信
号光を当てて多重量子井戸構造部７および８の屈折率を
変化され、ブラック波長λｓをΔλだけ変化させれば、
グレーティング２は反射状態から透過状態へとスイッチ
ングする。
域幅Δλは約50Åとなる。従って、信号光波長（λｓ）
を1.30μｍとすると、初期状態では、グレーティング２
では反射状態となる。いま、グレーティング２に制御信
号光を当てて多重量子井戸構造部７および８の屈折率を
変化され、ブラック波長λｓをΔλだけ変化させれば、
グレーティング２は反射状態から透過状態へとスイッチ
ングする。
次に、スイッチング時間について説明する。
第12図（ａ）は上記光スイッチ（κ＝300cm-1,Lg＝50
μｍ）の透過率−波長特性で、グレーティング２のブラ
ック波長1.30μｍ近傍での透過スペクトルの傾きは緩く
なっている。このような透過スペクトルをもつグレーテ
ィング２に半値幅10psの制御光パルスを制御光導波路３
から入射された場合の時間応答波形は第12図（ｂ）のよ
うになる。この時スイッチの初期状態からの遷移は多重
量子井戸構造のバンド間遷移時間で決まるため非常に高
速である。一方、初期状態への復帰はキャリアのライフ
タイム（5ns）によって制限されるため約3nsを要する。
μｍ）の透過率−波長特性で、グレーティング２のブラ
ック波長1.30μｍ近傍での透過スペクトルの傾きは緩く
なっている。このような透過スペクトルをもつグレーテ
ィング２に半値幅10psの制御光パルスを制御光導波路３
から入射された場合の時間応答波形は第12図（ｂ）のよ
うになる。この時スイッチの初期状態からの遷移は多重
量子井戸構造のバンド間遷移時間で決まるため非常に高
速である。一方、初期状態への復帰はキャリアのライフ
タイム（5ns）によって制限されるため約3nsを要する。
〔発明が解決しようとする課題〕 以上に説明した構成の光ゲートをもつ従来の光スイッ
チでは、スイッチの動作速度がキャリアのライフタイム
により制限され、高速動作に適さなかった。
チでは、スイッチの動作速度がキャリアのライフタイム
により制限され、高速動作に適さなかった。
加えて、従来技術では、グレーティング構造を具備し
た半導体導波路形光ゲートスイッチの高速動作を達成す
るための明確な設計指標および構造が不明であった。
た半導体導波路形光ゲートスイッチの高速動作を達成す
るための明確な設計指標および構造が不明であった。
そこで、本発明の目的は、この設計指標を明らかにす
るとともに、構造を改良し、以て動作速度を高速化した
半導体光スイッチを提供することにある。
るとともに、構造を改良し、以て動作速度を高速化した
半導体光スイッチを提供することにある。
本発明の他の目的は、製造が容易であり、かつ高速動
作可能な半導体光スイッチを提供することにある。
作可能な半導体光スイッチを提供することにある。
本発明は、半導体基板と、該半導体基板上に配置され
た入出力光導波路と、該入出力光導波路の一部分に配置
され、量子井戸構造を有する半導体によるグレーティン
グと、該グレーティングの屈折率を変化させて、前記入
出力光導波路を伝搬する光の透過または反射を切り替え
制御する制御手段とを有する半導体光スイッチにおい
て、前記量子井戸構造の不純物濃度を５×1017cm-3以上
としたことを特徴とする。
た入出力光導波路と、該入出力光導波路の一部分に配置
され、量子井戸構造を有する半導体によるグレーティン
グと、該グレーティングの屈折率を変化させて、前記入
出力光導波路を伝搬する光の透過または反射を切り替え
制御する制御手段とを有する半導体光スイッチにおい
て、前記量子井戸構造の不純物濃度を５×1017cm-3以上
としたことを特徴とする。
ここで、前記グレーティングの結合係数を500cm-1以
上とすることができる。
上とすることができる。
前記グレーティングのうち、前記入出力光導波路の軸
方向に沿う側面と、前記グレーティングおよび前記入出
力光導波路を埋め込むクラッドとの間に、前記入出力光
導波路のコア以上の深さをもつ溝を配置することもでき
る。
方向に沿う側面と、前記グレーティングおよび前記入出
力光導波路を埋め込むクラッドとの間に、前記入出力光
導波路のコア以上の深さをもつ溝を配置することもでき
る。
さらに加えて、少なくとも前記グレーティングの多重
量子井戸層にプロトンが注入されるようにしてもよい。
量子井戸層にプロトンが注入されるようにしてもよい。
さらにまた、前記制御手段は前記グレーティングに制
御光を導く制御光導波路であることを特徴とする。
御光を導く制御光導波路であることを特徴とする。
［作 用［ 本発明によれば、半導体光スイッチの光制御部の量子
井戸構造の不純物濃度を５×1017cm-3以上とすることに
よりキャリアライフタイムが短縮され、光スイッチの高
速動作が可能である。
井戸構造の不純物濃度を５×1017cm-3以上とすることに
よりキャリアライフタイムが短縮され、光スイッチの高
速動作が可能である。
本発明において、光スイッチのグレーティングの結合
係数を500cm-1以上とすることにより、スイッチングオ
フ時間をキャリアライフタイムで決まる時間に比べ、大
幅に短縮することが可能である。
係数を500cm-1以上とすることにより、スイッチングオ
フ時間をキャリアライフタイムで決まる時間に比べ、大
幅に短縮することが可能である。
さらにまた、本発明において、光スイッチの導波路の
コアあるいはクラッドにキャリアの再結合中心を形成し
たことにより、キャリアライフタイムが短縮され、光ス
イッチの高速動作が可能である。
コアあるいはクラッドにキャリアの再結合中心を形成し
たことにより、キャリアライフタイムが短縮され、光ス
イッチの高速動作が可能である。
以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明す
る。
る。
第１図（ａ），（ｂ），（ｃ）は本発明の第１実施例
を説明する図である。
を説明する図である。
本発明の第１実施例における光スイッチの構造は第８
図，第９図（ｂ）および第10図に示した従来の光スイッ
チと同様であるが、グレーティング２の結合係数は以下
のように定めるものとする。
図，第９図（ｂ）および第10図に示した従来の光スイッ
チと同様であるが、グレーティング２の結合係数は以下
のように定めるものとする。
本実施例では、従来技術に比べ結合係数の大きなグレ
ーティング２をもつが、この場合の透過スペクトルの一
例を第１図（ａ）に示す。第１図（ａ）の例において、
結合係数は600cm-1、グレーティング長は50μｍであ
る。このような大きな結合係数を得るためにはグレーテ
ィングの深さｇを0.20μｍ以上にする必要がある。本実
施例では電子ビームリソグラフィーとアルゴンイオンビ
ーム技術によりｇ＝0.2μｍを実現した。第１図（ａ）
からわかるように、ブラッグ波長1.30μｍ近傍での透過
スペクトルの傾きは急峻になっている。その結果、屈折
率の変化が遅くブラック波長の初期状態への復帰に長時
間を要したとしても、グレーティングの透過率はある時
点で大きく変化することになる。
ーティング２をもつが、この場合の透過スペクトルの一
例を第１図（ａ）に示す。第１図（ａ）の例において、
結合係数は600cm-1、グレーティング長は50μｍであ
る。このような大きな結合係数を得るためにはグレーテ
ィングの深さｇを0.20μｍ以上にする必要がある。本実
施例では電子ビームリソグラフィーとアルゴンイオンビ
ーム技術によりｇ＝0.2μｍを実現した。第１図（ａ）
からわかるように、ブラッグ波長1.30μｍ近傍での透過
スペクトルの傾きは急峻になっている。その結果、屈折
率の変化が遅くブラック波長の初期状態への復帰に長時
間を要したとしても、グレーティングの透過率はある時
点で大きく変化することになる。
ｇ＝0.2μｍのグレーティング光スイッチに半値幅10p
sの制御光パルスを照射したときの時間応答波形は第１
図（ｂ）のようになり、スイッチングオフ時間として約
700psが得られ、高速化が実現された。
sの制御光パルスを照射したときの時間応答波形は第１
図（ｂ）のようになり、スイッチングオフ時間として約
700psが得られ、高速化が実現された。
第１図（ｃ）は、消光比10dBで得るために必要なブラ
ッグ波長のシフト量Δλと結合係数κとの関係を示して
いる。ここで、Δλが小さい程、透過スペクトルが急峻
で高速化に適していることがわかる。これにより、κの
増加に伴い、Δλは急激に小さくなり、約500cm-1を境
にΔλの減少率はゆるやかになる。この結果より、κは
500cm-1以上とすることが望ましいことがわかる。
ッグ波長のシフト量Δλと結合係数κとの関係を示して
いる。ここで、Δλが小さい程、透過スペクトルが急峻
で高速化に適していることがわかる。これにより、κの
増加に伴い、Δλは急激に小さくなり、約500cm-1を境
にΔλの減少率はゆるやかになる。この結果より、κは
500cm-1以上とすることが望ましいことがわかる。
なお、ここではグレーティング２を光によって制御す
る場合について説明したが、グレーティング２をpn接合
中に形成し、このpn接合に電界または電流を印加する制
御方法、あるいはヒーターをグレーティング２の近傍に
配置して、そのヒーターによりグレーティング２に熱を
加える制御方法を用いる場合であっても、本の作用が得
られることは同様である。
る場合について説明したが、グレーティング２をpn接合
中に形成し、このpn接合に電界または電流を印加する制
御方法、あるいはヒーターをグレーティング２の近傍に
配置して、そのヒーターによりグレーティング２に熱を
加える制御方法を用いる場合であっても、本の作用が得
られることは同様である。
第２図は本発明の第２実施例を説明する図であって、
第９図（ｂ）と同様の構成の光スイッチのＢ−Ｂ′断面
を示している。ここで、グレーティング２はキャリア濃
度２×1018cm-3の高ドープの多重量子井戸を構造をした
光非線形媒質によるグレーティングであり、第８図に示
したグレーティング２と同時に入出力光導波路1Aと1Bと
の間に配置される。このグレーティング２は多重量子井
戸構造の成長時に原料にSiを混入することにより製作し
た。多重量子井戸構造の内部構造は、井戸層７および障
壁層８ともにSiがドーピングされているほかには、第９
図（ｂ）に示されたものと同様である。また、素子のＡ
−Ａ′断面およびＣ−Ｃ断面ともに第９図（ａ）および
第10図に示されたものと同様である。
第９図（ｂ）と同様の構成の光スイッチのＢ−Ｂ′断面
を示している。ここで、グレーティング２はキャリア濃
度２×1018cm-3の高ドープの多重量子井戸を構造をした
光非線形媒質によるグレーティングであり、第８図に示
したグレーティング２と同時に入出力光導波路1Aと1Bと
の間に配置される。このグレーティング２は多重量子井
戸構造の成長時に原料にSiを混入することにより製作し
た。多重量子井戸構造の内部構造は、井戸層７および障
壁層８ともにSiがドーピングされているほかには、第９
図（ｂ）に示されたものと同様である。また、素子のＡ
−Ａ′断面およびＣ−Ｃ断面ともに第９図（ａ）および
第10図に示されたものと同様である。
ここで、本実施例の効果について説明する。キャリア
のライフタイムとキャリア濃度との間には、第３図のよ
うな関係がある。本実施例の光スイッチにたとえば波長
1.3μｍの制御光が入射した際に生成されるキャリア濃
度は、たとえば代表適な値としては、約３×1018cm-3で
あるために、キャリアのライフタイムは約4nsとなる。
ここで、キャリアが生成される多重量子井戸構造部に２
×1018cm-3のキャリアがバイアスキャリアとして予め存
在する場合には、制御光注入時の合計のキャリア濃度は
５×1018cm-3となり、キャリアライフタイムは1nsに短
縮される。その結果、スイッチング時間も1ns以下に短
縮された。
のライフタイムとキャリア濃度との間には、第３図のよ
うな関係がある。本実施例の光スイッチにたとえば波長
1.3μｍの制御光が入射した際に生成されるキャリア濃
度は、たとえば代表適な値としては、約３×1018cm-3で
あるために、キャリアのライフタイムは約4nsとなる。
ここで、キャリアが生成される多重量子井戸構造部に２
×1018cm-3のキャリアがバイアスキャリアとして予め存
在する場合には、制御光注入時の合計のキャリア濃度は
５×1018cm-3となり、キャリアライフタイムは1nsに短
縮される。その結果、スイッチング時間も1ns以下に短
縮された。
従って、第３図より、バイアスキャリアが予め５×10
cm17cm-3以上のドーパント濃度で存在すれば、制御光入
射により生成されるフォトキャリアの濃度、即ち入射光
量に依らずライフタイムの短縮を図ることができる。こ
の５×1017cm-3は、この値を臨界値として、この値以上
でライフタイムが急激に減少する値である。
cm17cm-3以上のドーパント濃度で存在すれば、制御光入
射により生成されるフォトキャリアの濃度、即ち入射光
量に依らずライフタイムの短縮を図ることができる。こ
の５×1017cm-3は、この値を臨界値として、この値以上
でライフタイムが急激に減少する値である。
なお、ここでは不純物をドープする方法によってバイ
アスキャリアをグレーティング２に得る場合について説
明したが、グレーティング２をps接合中に形成し電流を
注入する方法、あるいはバイアス光を制御光および信号
光と直交する方向から注入する方法、制御光にバイアス
光を重畳させる方法についても第２実施例と同様の効果
を得ることができる。
アスキャリアをグレーティング２に得る場合について説
明したが、グレーティング２をps接合中に形成し電流を
注入する方法、あるいはバイアス光を制御光および信号
光と直交する方向から注入する方法、制御光にバイアス
光を重畳させる方法についても第２実施例と同様の効果
を得ることができる。
第４図は本発明の第３実施例を示す平面図であって、
入出力光導波路1Aと1B、グレーティング２および制御光
導波路３は第２図と同様に構成される。13は、グレーテ
ィング２のうち導波路1Aおよび1Bの軸方向に沿った側面
に対向してクラッド４に形成された溝である。これらの
光導波路は、通常の半導体レーザの埋込み成長技術と同
様にして製作した。溝13は幅0.1μｍでこれら光導波路
のコアの下側のクラッド４にまで達する深さをもち、臭
素リアクティブイオンビームエッチング法により製作し
た。
入出力光導波路1Aと1B、グレーティング２および制御光
導波路３は第２図と同様に構成される。13は、グレーテ
ィング２のうち導波路1Aおよび1Bの軸方向に沿った側面
に対向してクラッド４に形成された溝である。これらの
光導波路は、通常の半導体レーザの埋込み成長技術と同
様にして製作した。溝13は幅0.1μｍでこれら光導波路
のコアの下側のクラッド４にまで達する深さをもち、臭
素リアクティブイオンビームエッチング法により製作し
た。
第５図は第４図におけるグレーティング２のＢ−Ｂ′
断面の構造を示しており、グレーティング２は多重量子
井戸構造をもつ光非線形媒質で構成されている。クラッ
ド４はInPクラッドであり、光導波路３はIn0.72Ga0.28A
s0.59Ｐ0.41のコアで構成されている。グレーティング
２の光非線形媒質の内部構造は第２図に示したものと同
一である。第４図における入出力光導波路1Aと1Bおよび
グレーティング２のＡ−Ａ′断面およびＣ−Ｃ′断面
は、それぞれ、第９図（ａ）および第10図に示されたも
のと同一であり、制御光導波路３の構造も第９図（ａ）
に示した導波路1BのＡ−Ａ′断面と同じである。
断面の構造を示しており、グレーティング２は多重量子
井戸構造をもつ光非線形媒質で構成されている。クラッ
ド４はInPクラッドであり、光導波路３はIn0.72Ga0.28A
s0.59Ｐ0.41のコアで構成されている。グレーティング
２の光非線形媒質の内部構造は第２図に示したものと同
一である。第４図における入出力光導波路1Aと1Bおよび
グレーティング２のＡ−Ａ′断面およびＣ−Ｃ′断面
は、それぞれ、第９図（ａ）および第10図に示されたも
のと同一であり、制御光導波路３の構造も第９図（ａ）
に示した導波路1BのＡ−Ａ′断面と同じである。
ここで、本実施例の動作について説明する。本実施例
では、導波路３のコアの端壁とグレーティング２の側壁
との間に溝13を設けることにより半導体と空気の界面が
形成されている。この界面におけるキャリアの再結合速
度は通常の100倍程度速く、しかも界面がグレーティン
グ２の光非線形媒質に接しているので、非線形媒質内の
キャリアライフタイムは約100psに短縮されている。そ
の結果、光非線形媒質に半値幅10psの制御光を入射させ
てスイッチングさせたところ、スイッチングオフ時間は
100psに短縮され、光スイッチの高速動作が実現され
た。
では、導波路３のコアの端壁とグレーティング２の側壁
との間に溝13を設けることにより半導体と空気の界面が
形成されている。この界面におけるキャリアの再結合速
度は通常の100倍程度速く、しかも界面がグレーティン
グ２の光非線形媒質に接しているので、非線形媒質内の
キャリアライフタイムは約100psに短縮されている。そ
の結果、光非線形媒質に半値幅10psの制御光を入射させ
てスイッチングさせたところ、スイッチングオフ時間は
100psに短縮され、光スイッチの高速動作が実現され
た。
なお、溝13はグレーティング２の側壁の一方にのみ設
けることもできる。
けることもできる。
第６図は本発明の第４実施例を示す断面図であって、
第２図と同様な構成の光スイッチのＢ−Ｂ′断面を有し
ている。ここで、17はイオン注入技術を用いてドーズ量
1014cm-2のプロトンを注入された。多重量子井戸構造を
もつ光非線形媒質によるグレーティングである。InPク
ラッド４および制御光導波路３は第２図と同様の構成で
あるが、同様に、ドーズ量1014cm-2のプロトンを注入さ
れている。多重量子井戸構造のグレーティング17の内部
構造は、井戸層18および障壁層19ともに、プロトンが注
入されていることを除けば、第２図および第９図に示さ
れたものと同様である。本実施例の素子のＡ−Ａ′断面
およびＣ−Ｃ断面は、それぞれ、第９図および第10図に
示されたものと同様である。
第２図と同様な構成の光スイッチのＢ−Ｂ′断面を有し
ている。ここで、17はイオン注入技術を用いてドーズ量
1014cm-2のプロトンを注入された。多重量子井戸構造を
もつ光非線形媒質によるグレーティングである。InPク
ラッド４および制御光導波路３は第２図と同様の構成で
あるが、同様に、ドーズ量1014cm-2のプロトンを注入さ
れている。多重量子井戸構造のグレーティング17の内部
構造は、井戸層18および障壁層19ともに、プロトンが注
入されていることを除けば、第２図および第９図に示さ
れたものと同様である。本実施例の素子のＡ−Ａ′断面
およびＣ−Ｃ断面は、それぞれ、第９図および第10図に
示されたものと同様である。
本実施例では、光非線形媒質によるグレーティング
２、光非線形媒質に近接するクラッド層４および制御光
導波路３にプロトンを注入することにより、光非線形媒
質内部およびその近傍に欠陥を生じさせ、以てキャリア
の再結合速度を増加させる。その結果、キャリアのライ
フタイムは約200psに短縮され、半値幅10psの制御光を
光導波路３に入射させてスイッチングさせたところ、ス
イッチングオフ時間は200psに短縮され、光スイッチの
高速動作が実現された。
２、光非線形媒質に近接するクラッド層４および制御光
導波路３にプロトンを注入することにより、光非線形媒
質内部およびその近傍に欠陥を生じさせ、以てキャリア
の再結合速度を増加させる。その結果、キャリアのライ
フタイムは約200psに短縮され、半値幅10psの制御光を
光導波路３に入射させてスイッチングさせたところ、ス
イッチングオフ時間は200psに短縮され、光スイッチの
高速動作が実現された。
第７図は、本発明の第５実施例を示す断面図であっ
て、第５図と同様な構成の光スイッチのＢ−Ｂ′断面を
示している。ここで、溝13は幅0.1μｍで、これら光導
波路のコアの下側のクラッド４にまで達する深さをも
ち、多重量子井戸構造をもつ光非線形媒質で構成されて
いる。クラッド４はInPクラッドであり、制御光導波路
３には、イオン注入技術を用いてドーズ量1041/cm-2の
プロトンが注入されている。かかるプロトンの注入を除
けば、本実施例は第５図に示されたものと同様である。
本実施例の素子のＡ−Ａ′断面およびＣ−Ｃ′断面は、
それぞれ、第９図および第10図に示されたものと同様で
ある。
て、第５図と同様な構成の光スイッチのＢ−Ｂ′断面を
示している。ここで、溝13は幅0.1μｍで、これら光導
波路のコアの下側のクラッド４にまで達する深さをも
ち、多重量子井戸構造をもつ光非線形媒質で構成されて
いる。クラッド４はInPクラッドであり、制御光導波路
３には、イオン注入技術を用いてドーズ量1041/cm-2の
プロトンが注入されている。かかるプロトンの注入を除
けば、本実施例は第５図に示されたものと同様である。
本実施例の素子のＡ−Ａ′断面およびＣ−Ｃ′断面は、
それぞれ、第９図および第10図に示されたものと同様で
ある。
本発明では、光非線形媒質によるグレーティング２、
それに近接するクラッド層４および制御光導波路３にプ
ロトンを注入することにより、光非線形媒質内部および
その近傍に欠陥を生じさせ、以てキャリアの再結合速度
を増加させ、さらに導波路３のコアの端壁とグレーティ
ング２の側壁との間に溝13を設けることにより、半導体
−空気界面における再結合を利用することにより、キャ
リアの再結合速度を大幅に増加させることができる。こ
の結果、本実施例では、キャリアのライフタイムは30ps
に短縮され、半値幅10psの制御光を光導波路３に入射さ
せてスイッチングを行ったところ、スイッチングオフ時
間は30psに短縮され、光スイッチのより一層の高速動作
が実現された。なお、プロトン注入部分は、少なくとも
多重量子井戸層を含めば良い。
それに近接するクラッド層４および制御光導波路３にプ
ロトンを注入することにより、光非線形媒質内部および
その近傍に欠陥を生じさせ、以てキャリアの再結合速度
を増加させ、さらに導波路３のコアの端壁とグレーティ
ング２の側壁との間に溝13を設けることにより、半導体
−空気界面における再結合を利用することにより、キャ
リアの再結合速度を大幅に増加させることができる。こ
の結果、本実施例では、キャリアのライフタイムは30ps
に短縮され、半値幅10psの制御光を光導波路３に入射さ
せてスイッチングを行ったところ、スイッチングオフ時
間は30psに短縮され、光スイッチのより一層の高速動作
が実現された。なお、プロトン注入部分は、少なくとも
多重量子井戸層を含めば良い。
なお、上記第４または第５実施例において、プロトン
注入部分は、少くとも多重量子井戸層を含めば良い。
注入部分は、少くとも多重量子井戸層を含めば良い。
以上の実施例では、光非線形媒質の屈折率を光によっ
て制御する場合について説明してきたが、本発明はこの
実施例にのみ限られるものではなく、光非線形媒質をpn
接合中に設けて電流により制御する場合についても同様
の作用効果を期待できる。
て制御する場合について説明してきたが、本発明はこの
実施例にのみ限られるものではなく、光非線形媒質をpn
接合中に設けて電流により制御する場合についても同様
の作用効果を期待できる。
以上説明したように、本発明によれば、光スイッチの
グレーティングの結合係数を500cm-1以上とすることに
より、スイッチングオフ時間をキャリアライフタイムで
決まる時間に比べ、大幅に短縮することが可能である。
グレーティングの結合係数を500cm-1以上とすることに
より、スイッチングオフ時間をキャリアライフタイムで
決まる時間に比べ、大幅に短縮することが可能である。
また、本発明によれば、半導体は光スイッチの光制御
部の量子井戸構造の不純物濃度を５×1017cm-3以上とす
ることによりキャリアライフタイムが短縮され、光スイ
ッチの高速動作が可能である。
部の量子井戸構造の不純物濃度を５×1017cm-3以上とす
ることによりキャリアライフタイムが短縮され、光スイ
ッチの高速動作が可能である。
さらにまた、本発明によれば、光スイッチの導波路の
コアあるいはクラッドにキャリアの再結合中心を形成し
たことにより、キャリアライフタイムが端種され、光ス
イッチの高速動作が可能である。
コアあるいはクラッドにキャリアの再結合中心を形成し
たことにより、キャリアライフタイムが端種され、光ス
イッチの高速動作が可能である。
第１図（ａ）はグレーティングの結合係数が大きな場合
（κ＝600cm-1）の本発明光スイッチの第１実施例にお
ける透過率−波長特性を示す特性図、 第１図（ｂ）は本発明の第１実施例における時間応答波
形を示す図、 第１図（ｃ）はブラッグ波長のシフト量と結合係数の関
係を示す図、 第２図は本発明の第２実施例を示すＢ−Ｂ′断面図、 第３図はキャリア濃度とキャリアライフタイムの関係を
示す図、 第４図は本発明の第３実施例の平面図、 第５図は第４図におけるＢ−Ｂ′線での断面図、 第６図は本発明の第４実施例を示すＢ−Ｂ′断面図、 第７図は本発明の第５実施例を示すＢ−Ｂ′断面図、 第８図は従来の光スイッチの一例を示す斜視図、 第９図（ａ）および（ｂ）は、それぞれ、第８図におけ
るＡ−Ａ′線およびＢ−Ｂ′線での断面図、 第10図は第８図におけるＣ−Ｃ′線での断面図、 第11図は従来例におけるグレーティングの波長−反射率
特性図、 第12図（ａ）はグレーティングの結合係数の小さな場合
（κ＝300cm-1）の従来例における透過率−波長特性を
示す特性図、 第12図（ｂ）はグレーティングの結合係数の小さな場合
（κ＝300cm-1）の従来例における時間応答波形を示す
図である。 1A,1B……入出力光導波路（コア）、 ２……グレーティング（多重量子井戸構造をした光非線
形媒質）、 ３……制御光導波路（コア）、 ４……クラッド、 ７……井戸層、 ８……障壁層、 13……溝、 17……プロトン注入された光非線形媒質によるグレーテ
ィング、 18……井戸層、 19……障壁層。
（κ＝600cm-1）の本発明光スイッチの第１実施例にお
ける透過率−波長特性を示す特性図、 第１図（ｂ）は本発明の第１実施例における時間応答波
形を示す図、 第１図（ｃ）はブラッグ波長のシフト量と結合係数の関
係を示す図、 第２図は本発明の第２実施例を示すＢ−Ｂ′断面図、 第３図はキャリア濃度とキャリアライフタイムの関係を
示す図、 第４図は本発明の第３実施例の平面図、 第５図は第４図におけるＢ−Ｂ′線での断面図、 第６図は本発明の第４実施例を示すＢ−Ｂ′断面図、 第７図は本発明の第５実施例を示すＢ−Ｂ′断面図、 第８図は従来の光スイッチの一例を示す斜視図、 第９図（ａ）および（ｂ）は、それぞれ、第８図におけ
るＡ−Ａ′線およびＢ−Ｂ′線での断面図、 第10図は第８図におけるＣ−Ｃ′線での断面図、 第11図は従来例におけるグレーティングの波長−反射率
特性図、 第12図（ａ）はグレーティングの結合係数の小さな場合
（κ＝300cm-1）の従来例における透過率−波長特性を
示す特性図、 第12図（ｂ）はグレーティングの結合係数の小さな場合
（κ＝300cm-1）の従来例における時間応答波形を示す
図である。 1A,1B……入出力光導波路（コア）、 ２……グレーティング（多重量子井戸構造をした光非線
形媒質）、 ３……制御光導波路（コア）、 ４……クラッド、 ７……井戸層、 ８……障壁層、 13……溝、 17……プロトン注入された光非線形媒質によるグレーテ
ィング、 18……井戸層、 19……障壁層。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平１−224731（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−179023（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−114133（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−77714（ＪＰ，Ａ) 電子情報通信学会春季全国大会（1989 年）講演論文集 第４分冊 ｐｐ258 (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G02F 1/025 G02F 1/015 505 ＪＯＩＳ（ＪＩＣＳＴファイル)
Claims (5)
- 【請求項１】半導体基板と、 該半導体基板上に配置された入出力光導波路と、 該入出力光導波路の一部分に配置され、量子井戸構造を
有する半導体によるグレーティングと、 該グレーティングの屈折率を変化させて、前記入出力光
導波路を伝搬する光の透過または反射を切り替え制御す
る制御手段と を有する半導体光スイッチにおいて、 前記量子井戸構造の不純物濃度を５×1017cm-3以上とし
たことを特徴とする半導体光スイッチ。 - 【請求項２】前記グレーティングの結合係数を500cm-1
以上としたことを特徴とする請求項１に記載の半導体光
スイッチ。 - 【請求項３】前記グレーティングのうち、前記入出力光
導波路の軸方向に沿う側面と、前記グレーティングおよ
び前記入出力光導波路を埋め込むクラッドとの間に、前
記入出力光導波路のコア以上の深さをもつ溝を配置した
ことを特徴とする請求項１または２に記載の半導体光ス
イッチ。 - 【請求項４】少なくとも前記グレーティングの多重量子
井戸層にプロトンが注入されたことを特徴とする請求項
３記載の半導体光スイッチ。 - 【請求項５】前記制御手段は前記グレーティングに制御
光を導く制御光導波路であることを特徴とする請求項1,
2,3または４項に記載の半導体光スイッチ。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24518890 | 1990-09-14 | ||
| JP2-245188 | 1990-09-14 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04208920A JPH04208920A (ja) | 1992-07-30 |
| JP2935440B2 true JP2935440B2 (ja) | 1999-08-16 |
Family
ID=17129928
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP31128790A Expired - Fee Related JP2935440B2 (ja) | 1990-09-14 | 1990-11-19 | 半導体光スイッチ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2935440B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE69311638T2 (de) * | 1992-07-15 | 1998-01-22 | Nippon Telegraph & Telephone | Optischer Schalter |
| JP2005266632A (ja) * | 2004-03-22 | 2005-09-29 | Yokogawa Electric Corp | 光スイッチ |
| JP5691033B2 (ja) * | 2009-12-25 | 2015-04-01 | 学校法人慶應義塾 | 導波路型光ゲートスイッチ |
-
1990
- 1990-11-19 JP JP31128790A patent/JP2935440B2/ja not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 電子情報通信学会春季全国大会（１９８９年）講演論文集 第４分冊 ｐｐ２５８ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04208920A (ja) | 1992-07-30 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |