JP5565148B2 - 半導体光素子 - Google Patents
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Description
本半導体光素子は、ゲート型光スイッチである。
図1は、本実施の形態の光スイッチ2の平面図である。図2は、図1のII-II線に沿った断面図である。
図3は、シリコンコアを用いる一般的な光スイッチ2aの断面図である。図3に示すように、一般的な光スイッチ2aの光導波層8aは、一層の半導体層(例えば、Si層)により形成されている。そして、コアとなるi型領域18aの中央部(リブ部)より、周囲の領域(スラブ部)が薄くなっている。図4は、図3のIV-IV線に沿ったバンド図である。図5は、本光スイッチ2の断面を示す図2のV-V線に沿ったバンド図である。図4及び5のEcは、伝導帯端のエネルギーを示している。Evは、価電子帯端のエネルギーを示している。また、図4及び5の上部の符号は、対応する領域の位置を示している。
次に、本光スイッチ2の動作を説明する。まず、信号光(情報に応じて変調された光)が入力ポート36に入射し、コア19を伝搬する(図1及び2参照)。この状態で外部電極22a、22bに電気信号が印加され、n型領域14、i型領域18、およびp型領域16が形成するpin接合が順バイアスされる。これにより、n型領域14およびp型領域16からコア19にキャリアが供給される。供給されたキャリアはコア(特に、第2半導体層12)に蓄積され、キャリアのプラズマ効果により伝搬光が吸収される。
図9は、本光スイッチ2の製造方法を説明する工程図である。図10乃至12は、本光スイッチ2の製造方法を説明する工程断面図である。
本半導体光素子は、マッハツェンダー型光スイッチ(以下、MZ型光スイッチと呼ぶ)である。
図15は、本実施の形態のマッハツェンダー型光スイッチ56の平面図である。本光スイッチ56は、図15に示すように、第1入力ポート58aと、第2入力ポート58bと、第1入力ポート58aに入射した光を第1分岐光60aと第2分岐光60bに分岐する光分岐器62を有している。光分岐器62は、例えば2入力2出力の多モード干渉導波路(Multi Mode Interference Waveguide, MMI)である。
次に、本光スイッチ56の動作を説明する。まず、第1入力ポート58aに光が入射し、その後光導波路72aを伝搬して光分岐器62に到達する。光分岐器62に到達した光は、第1分岐光60aと第2分岐光60bに分岐される。その後、第1分岐光60aおよび第2分岐光60bは、それぞれ光導波路72b,72cを伝搬して、第1位相変調器64aおよび第2位相変調器64bに到達する。
図18は、本実施の形態のゲート型光スイッチ2dの断面図である。本光スイッチ2dの構造は、実施の形態1の光スイッチ2と略同じである。但し、本光スイッチ2dは、光導波層8aのi型領域18aに溝80を有している。そして、第2半導体層12はこの溝80に設けられ、少なくてもその側面の一部がi型領域18aに接している。
図19は、本実施の形態のゲート型光スイッチ2eの断面図である。本光スイッチ2eは、実施の形態1の光スイッチ2と同様に、基板(例えば、SOI基板のSi基板)3上に設けられた第1クラッド層(例えば、SOI基板のSiO2層)4と、第2クラッド層(例えば、SiO2層)6を有している。
4・・・第1クラッド層
6・・・第2クラッド層
8・・・光導波層
10・・・第1半導体層
12・・・第2半導体層
14・・・n型領域
16・・・p型領域
18・・・i型領域
56・・・実施の形態2の光スイッチ
80・・・溝
84・・・境界
Claims (6)
- 第1クラッド層と、第2クラッド層と、前記第1クラッド層と前記第2クラッド層に挟まれた光導波層とを有し、
前記光導波層は、第1半導体層と、前記第1半導体層上に設けられ一方向に延在する第2半導体層とを有し、
前記第1半導体層は、前記第2半導体層の片側に設けられたn型領域と、前記第2半導体層の前記n型領域とは反対側に設けられたp型領域と、前記n型領域と前記p型領域の間に設けられたi型領域とを有し、
前記第2半導体層は、前記第1半導体層より狭いバンドギャップを有し、
前記光導波層を伝搬する伝搬光の少なくとも強度又は位相を、キャリアのプラズマ効果により変化させる
半導体光素子。 - 請求項1に記載の半導体光素子において、
更に、前記i型領域に設けられた溝を有し、
前記第2半導体層は、前記溝に設けられ、少なくてもその側面の一部が前記i型領域に接していることを
特徴とする半導体光素子。 - 請求項1又は2に記載の半導体光素子において、
前記第1半導体層は、単結晶シリコン層であり
前記第2半導体層は、単結晶シリコンゲルマニウム層であることを
特徴とする半導体光素子。 - 請求項3に記載の半導体光素子において、
前記第2半導体層のゲルマニウムの組成比が、0より大きく0.35以下であることを
特徴とする半導体光素子。 - 請求項3または4に記載の半導体光素子において、
前記第1半導体層および第2半導体層は、(110)面方位を有することを
特徴とする半導体光素子。 - 第1クラッド層と、第2クラッド層と、前記第1クラッド層と前記第2クラッド層に挟まれた光導波層とを有し、
前記光導波層は、第1半導体層と、前記第1半導体層上に設けられ一方向に延在する第2半導体層とを有し、
前記第1半導体層は、n型領域と、前記n型領域に接し前記n型領域との境界が前記一方向に延在するp型領域を有し、
前記第2半導体層は、前記境界上に設けられ、前記第1半導体層より狭いバンドギャップを有し、
前記光導波層を伝搬する伝搬光の少なくとも強度又は位相を、キャリアのプラズマ効果により変化させる
半導体光素子。
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