JP6776888B2 - 光スイッチ及び光スイッチ装置 - Google Patents

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Description

本発明は、光スイッチ及び光スイッチ装置に関する。
非特許文献１は、中赤外線用のフォトダイオードに関する。
N. Gautam et.al.，"Band engineered HOTmidwave infrared detectors based on type-II InAs/GaSb strained layersuperlattices", Infrared Physics & Technology,Volume 59, pp.72-77 (2013)。
非特許文献１に開示されたフォトダイオードは、ｐ型コンタクト層、電子ブロッキング層、光吸収層、ホールブロッキング層、及びｎ型コンタクト層を備えるこのフォトダイオードでは、光吸収層において発生した光励起電子が、ホールブロッキング層を通過してｎ型コンタクト層までドリフトして光電流が出力される。
発明者等の検討によれば、制御光によって光電流の出力を切り替えることができる光スイッチは有用であり、このような光スイッチは、具体的には、光吸収層によって検知される入射光に加えて制御光を受ける。
本発明の一側面は、上記の背景に基づき為されたものであり、光吸収層への入射光に係る光電流の出力を、制御光を用いて切り替えできる光スイッチを提供することを目的とする。本発明の別の側面は、上記の光スイッチを含む光スイッチ装置を提供することを目的とする。
本発明の一側面に係る光スイッチは、第１超格子構造を有し第１光に応答する第１光吸収層と、第２光に応答する第２光吸収層と、第２超格子構造を有する障壁層と、を備え、前記第１光吸収層、前記第２光吸収層及び前記障壁層は、第１軸に沿って配列し、前記第１光吸収層及び前記障壁層は、それぞれ、前記第１光吸収層の前記第１超格子構造の伝導帯及び前記障壁層の前記第２超格子構造の伝導帯に対して前記第２光吸収層の伝導帯に井戸を形成する第１バンドオフセット及び第２バンドオフセットを提供し、前記第２光吸収層の第２バンドギャップは、前記第１光吸収層の第１バンドギャップより大きい。
本発明の一側面に係る光スイッチ装置は、上記光スイッチと、前記光スイッチに光学的に結合される第１光源と、を備え、前記第１光源は、前記第１光を生成する。
本発明の上記の目的および他の目的、特徴、並びに利点は、添付図面を参照して進められる本発明の好適な実施の形態の以下の詳細な記述から、より容易に明らかになる。
以上説明したように、本発明の一側面によれば、光吸収層への入射光に係る光電流の出力を、制御光を用いて切り替えできる光スイッチが提供される。本発明の別の側面によれば、上記の光スイッチを含む光スイッチ装置が提供される。
図１は、実施形態に係る光スイッチを模式的に示す図である。 図２は、実施形態に係る光スイッチにおける伝導帯及び価電子帯を模式的に示す図である。 図３は、実施形態に係る第１光吸収層、第２光吸収層及び障壁層における伝導帯及び価電子帯を模式的に示す図である。 図４は、実施形態に係る光スイッチの動作を示す図である。 図５は、実施例に係る光スイッチを模式的に示す図である。 図６は、実施形態に係る光スイッチ装置を模式的に示す図である。 図７は、実施形態に係る光スイッチを作製する方法における主要な工程を模式的に示す図である。 図８は、実施形態に係る光スイッチを作製する方法における主要な工程を模式的に示す図である。
引き続き、いくつかの具体例を説明する。
一形態に係る光スイッチは、（ａ）第１超格子構造を有し第１光に応答する第１光吸収層と、（ｂ）第２光に応答する第２光吸収層と、（ｃ）第２超格子構造を有する障壁層と、を備え、前記第１光吸収層、前記第２光吸収層及び前記障壁層は、第１軸に沿って配列し、前記第１光吸収層及び前記障壁層は、それぞれ、前記第１光吸収層の前記第１超格子構造の伝導帯及び前記障壁層の前記第２超格子構造の伝導帯に対して前記第２光吸収層の伝導帯に井戸を形成する第１バンドオフセット及び第２バンドオフセットを提供し、前記第２光吸収層の第２バンドギャップは、前記第１光吸収層の第１バンドギャップより大きい。
この光スイッチによれば、第２光吸収層の伝導帯は、第１光吸収層の伝導帯に対して第１バンドオフセット分へこむと共に障壁層の伝導帯に対して第２バンドオフセット分へこみ、これらのバンドオフセットによって、井戸が第２光吸収層に提供される。第１光吸収層が、第２光より長波の第１光に応答して、その価電子帯から伝導帯への励起による光電流キャリアを生成でき、第２光吸収層は、第１光より短波の第２光に応答して、第２光吸収層の価電子帯から伝導帯への励起により励起キャリアを生成できる。第２光が入射される光スイッチでは、電子の励起と井戸内の電子の緩和とに応じたキャリアが、井戸（第２光吸収層の井戸）に溜まって、第２光吸収層の準位を占める。当該励起と緩和との定常状態では、第１光吸収層からの光電流キャリアの大部分は、多くの準位が占められた第２光吸収層を横切ってドリフトして、光スイッチは、第１光の入射に対応した光電流を出力できる。第２光が入射されない光スイッチでは、井戸（第２光吸収層の井戸）内のキャリア数は熱励起キャリアのレベルである。第１光吸収層からの光電流キャリアの大部分は、多くの準位が空いている第２光吸収層においてエネルギーを失って井戸（第２光吸収層の井戸）に捕獲される。光スイッチは、第１光の入射に対応した光電流を出力できない。
一形態に係る光スイッチでは、前記第１光吸収層の前記第１超格子構造は、ＩｎＳｂ／ＩｎＡｓ／ＧａＳｂ構造を含んでもよい。
この光スイッチによれば、第１光吸収層のＩｎＳｂ／ＩｎＡｓ／ＧａＳｂ構造は、所望の中赤外領域の光に応答して光電流キャリアを生成する。第１光吸収層の第１超格子構造は、光電流キャリアが捕獲される井戸を形成するための障壁を提供できる。
一形態に係る光スイッチでは、前記第２光吸収層は、第３超格子構造を有し、前記第３超格子構造は、ＩｎＳｂ／ＩｎＡｓ／ＧａＳｂ／ＡｌＳｂ／ＧａＳｂ構造又はＩｎＳｂ／ＩｎＡｓ／ＧａＳｂ／ＡｌＧａＳｂ／ＧａＳｂ構造を含んでもよい。
この光スイッチによれば、第２光吸収層のＩｎＳｂ／ＩｎＡｓ／ＧａＳｂ／ＡｌＳｂ／ＧａＳｂ構造又はＩｎＳｂ／ＩｎＡｓ／ＧａＳｂ／ＡｌＧａＳｂ／ＧａＳｂ構造は、井戸を形成する。第２光吸収層の第３超格子構造により、第１光より短波の第２光が吸収され、励起キャリアが当該井戸に溜まる。
一形態に係る光スイッチでは、前記第２光吸収層は、ＩｎＧａＡｓ層を含んでもよい。
この光スイッチによれば、第２光吸収層のＩｎＧａＡｓ構造を含むバルク層は、井戸を形成する。第１光より短波の第２光が、第２光吸収層のバルク層に吸収され、励起キャリアが当該井戸に溜まる。
一形態に係る光スイッチでは、前記障壁層の前記第２超格子構造は、ＩｎＳｂ／ＩｎＡｓ／ＧａＳｂ構造を含んでもよい。
この光スイッチによれば、障壁層のＩｎＳｂ／ＩｎＡｓ／ＧａＳｂ構造は、井戸を形成するための障壁を提供できる。
一形態に係る光スイッチ装置は、（ａ）上記光スイッチと、（ｂ）前記光スイッチに光学的に結合される第１光源と、を備える。
この光スイッチ装置によれば、第１光源からの第１光が光スイッチに入射し、光スイッチは、第１光と異なる波長の第２光が光スイッチに入射することができる。第１光及び第２光の一方が制御光である。制御光を受けた光スイッチは、キャリアが井戸の準位を占めることを可能にし、光電流を出力できる。制御光を受けていない光スイッチは、井戸の準位を占めるキャリアを生成できず、光電流を出力しない。
一形態に係る光スイッチ装置は、前記第１光源を前記光スイッチに光学的に結合させる第１光入射ファイバを更に備えてもよい。
この光スイッチ装置によれば、第１光が第１光入射ファイバによって光スイッチに入射されることができる。
本発明の知見は、例示として示された添付図面を参照して以下の詳細な記述を考慮することによって容易に理解できる。引き続いて、添付図面を参照しながら、光スイッチ及び光スイッチ装置に係る実施の形態を説明する。可能な場合には、同一の部分には同一の符号を付する。
図１は、実施形態に係る光スイッチを模式的に示す図であり、光スイッチの層構造を示す。光スイッチ１は、第１光吸収層５０、第２光吸収領域６０、及び障壁領域７０を備える。第１光吸収層５０は、タイプＩＩの第１超格子構造５０Ｓを有し、第１光Ｌ１に応答する。第２光吸収領域６０は、タイプＩＩの第３超格子構造６０Ｓ、又はバルク層６０ｄを有し、第２光Ｌ２に応答する。バルク層６０ｄは、第１超格子構造５０Ｓを構成する個々の半導体薄膜の厚さより大きな厚さを有する。バルク層６０ｄは、具体的に、超格子構造を形成しない半導体層を含み、例えば実質的に単一の材料の半導体層からなる。第２光吸収領域６０は、一又は複数の光吸収層を有することができて、本実施例では、第２光吸収層６０ａ、第２光吸収層６０ｂ、及び第２光吸収層６０ｃを有する。障壁領域７０は、タイプＩＩの第２超格子構造７０Ｓを有する。障壁領域７０は、一又は複数の障壁層を有することができて、本実施例では、障壁層７０ａ、障壁層７０ｂ、及び障壁層７０ｃを有する。第２光吸収領域６０及び障壁領域７０は、複合層ＣＬを成す。複合層ＣＬは、具体的には、第２光吸収層６０ａ、障壁層７０ａ、第２光吸収層６０ｂ、障壁層７０ｂ、第２光吸収層６０ｃ、及び障壁層７０ｃを含み、これらの層は、この順に第１軸Ａｘ１に沿って配列される。
第１光吸収層５０及び複合層ＣＬは、第１軸Ａｘ１の方向に沿って配列され、具体的には、第１光吸収層５０、第２光吸収層６０ａ、障壁層７０ａ、第２光吸収層６０ｂ、障壁層７０ｂ、第２光吸収層６０ｃ、及び障壁層７０ｃが、この順に第１軸Ａｘ１の方向に沿って配列される。第２光吸収層６０ａは、第１光吸収層５０と障壁層７０ａとの間に設けられて、井戸を形成する。第２光吸収層６０ｂは、障壁層７０ａと障壁層７０ｂとの間に設けられて、井戸を形成する。第２光吸収層６０ｃは、障壁層７０ｂと障壁層７０ｃとの間に設けられて、井戸を形成する。
図２は、実施形態に係る光スイッチにおける伝導帯及び価電子帯を模式的に示す図である。第１光吸収層５０は伝導帯Ｅｃ５０を有し、この伝導帯Ｅｃ５０は、第１超格子構造５０Ｓによって提供される。第２光吸収層６０ａ、第２光吸収層６０ｂ及び第２光吸収層６０ｃは、それぞれ、伝導帯Ｅｃ６０ａ、伝導帯Ｅｃ６０ｂ及び伝導帯Ｅｃ６０ｃを有し、これらの伝導帯は、第３超格子構造６０Ｓ又はバルク層６０ｄによって提供される。伝導帯Ｅｃ６０ａ、Ｅｃ６０ｂ、Ｅｃ６０ｃは、第１光吸収層５０の伝導帯Ｅｃ５０より低くなっている。障壁層７０ａ、障壁層７０ｂ及び障壁層７０ｃは、それぞれ、伝導帯Ｅｃ７０ａ、伝導帯Ｅｃ７０ｂ及び伝導帯Ｅｃ７０ｃを有し、これらの伝導帯は、第２超格子構造７０Ｓによって提供される。伝導帯Ｅｃ７０ａ、Ｅｃ７０ｂ、Ｅｃ７０ｃは、伝導帯Ｅｃ６０ａ、Ｅｃ６０ｂ、Ｅｃ６０ｃより高くなっている。第１光吸収層５０は、第２光吸収層６０ａに、第１バンドオフセットＢＳ１（伝導帯Ｅｃ５０に対するバンドオフセット）を提供する。障壁層７０ａ、障壁層７０ｂ及び障壁層７０ｃは、それぞれ、第２光吸収層６０ａ、第２光吸収層６０ｂ及び第２光吸収層６０ｃに、第２バンドオフセットＢＳ２（伝導帯Ｅｃ７０ａ、Ｅｃ７０ｂ、Ｅｃ７０ｃに対するバンドオフセット）を提供する。第１光吸収層５０の第１バンドオフセットＢＳ１、並びに障壁層７０ａ、障壁層７０ｂ及び障壁層７０ｃの第２バンドオフセットＢＳ２は、第２光吸収層６０ａ、第２光吸収層６０ｂ及び第２光吸収層６０ｃに井戸を形成する。第１バンドオフセットＢＳ１及び第２バンドオフセットＢＳ２は、例えば、下記の範囲にある。
第１バンドオフセットＢＳ１：４０〜６０ｍｅＶ。
第２バンドオフセットＢＳ２：４０〜６０ｍｅＶ。
光スイッチ１では、第１光吸収層５０は、価電子帯Ｅｖ５０を有し、価電子帯Ｅｖ５０は第１超格子構造５０Ｓによって提供される。第２光吸収層６０ａ、第２光吸収層６０ｂ及び第２光吸収層６０ｃは、それぞれ、価電子帯Ｅｖ６０ａ、価電子帯Ｅｖ６０ｂ及び価電子帯Ｅｖ６０ｃを有し、これらの価電子帯は、第３超格子構造６０Ｓ又はバルク層６０ｄによって提供される。障壁層７０ａ、障壁層７０ｂ及び障壁層７０ｃは、価電子帯Ｅｖ７０ａ、価電子帯Ｅｖ７０ｂ及び価電子帯Ｅｖ７０ｃを有し、これらの価電子帯は、第２超格子構造７０Ｓによって提供される。第２光吸収層のための価電子帯Ｅｖ６０ａ、Ｅｖ６０ｂ、Ｅｖ６０ｃは、第１光吸収層５０の価電子帯Ｅｖ５０より低く、第１光吸収層５０は、第２光吸収層６０ａに、第３バンドオフセットＢＳ３（価電子帯Ｅｖ５０に対するバンドオフセット）を提供する。価電子帯Ｅｖ６０ａ、Ｅｖ６０ｂ、Ｅｖ６０ｃは、障壁層のための価電子帯Ｅｖ７０ａ、Ｅｖ７０ｂ、Ｅｖ７０ｃより低く、障壁層７０ａ、障壁層７０ｂ及び障壁層７０ｃは、第２光吸収層６０ａ、第２光吸収層６０ｂ及び第２光吸収層６０ｃに第４バンドオフセットＢＳ４（価電子帯Ｅｖ７０ａ、Ｅｖ７０ｂ、Ｅｖ７０ｃに対するバンドオフセット）を提供する。第３バンドオフセットＢＳ３及び第４バンドオフセットＢＳ４は、例えば、下記の範囲にある。
第３バンドオフセットＢＳ３：２５０〜２７０ｍｅＶ。
第４バンドオフセットＢＳ４：２５０〜２７０ｍｅＶ。
図２に示されるように、第２光吸収層６０ａ、６０ｂ、６０ｃの第２バンドギャップＥＢ２は、第１光吸収層５０の第１バンドギャップＥＢ１より大きい。第２光吸収層６０ａ、６０ｂ、６０ｃの第２バンドギャップＥＢ２は、障壁層７０ａ、障壁層７０ｂ及び障壁層７０ｃの第３バンドギャップＥＢ３より大きい。第１バンドギャップＥＢ１、第２バンドギャップＥＢ２、第１バンドギャップＥＢ１と第２バンドギャップＥＢ２との差、及び第３バンドギャップＥＢ３は、例えば、下記の範囲にある。
第１バンドギャップＥＢ１：１９０〜２２０ｍｅＶ。
第２バンドギャップＥＢ２：４２０〜４４０ｍｅＶ。
第１バンドギャップＥＢ１と第２バンドギャップＥＢ２との差：２００ｍｅＶ以上。
第３バンドギャップＥＢ３：２４０〜２６０ｍｅＶ。
第１光Ｌ１は、障壁層７０ａ、７０ｂ及び７０ｃ、並びに第２光吸収層６０ａ、６０ｂ、６０ｃを通過して第１光吸収層５０へ入射する。第２光Ｌ２は、障壁層７０ａ、７０ｂ又は７０ｃを通過して、第２光吸収層６０ａ、６０ｂ、６０ｃに入射する。第２光Ｌ２は、障壁層７０ａ、７０ｂ及び７０ｃを通過すると共に第２光吸収層６０ａ、６０ｂ、６０ｃによって吸収され、その残りの光が、存在する場合に、第１光吸収層５０へ入射する。
光スイッチの一例を示す。
第１光吸収層５０の膜厚：３２５〜３７５ｎｍ、例えば３５０ｎｍ。
第２光吸収層６０ａの膜厚：３２５〜３７５ｎｍ、例えば３５０ｎｍ。
障壁層７０ａの膜厚：２７５〜３２５ｎｍ、例えば３００ｎｍ。
上記の膜厚範囲の下限以上の第１光吸収層５０では、第１光Ｌ１を吸収し、光スイッチがオンになるための量のキャリアを生成する。下限以上の第２光吸収層６０ａによれば、量子井戸による散的な準位の形成を避けることができるので第１光Ｌ１を吸収を抑制しつつ第２光Ｌ２を吸収し、上限以下の第２光吸収層６０ａによれば、低いバイアス電圧で、キャリアを第２光吸収層６０ａを横切らせて移動させることができ、下限以下の障壁層７０ａによれば、第２光吸収層の量子的結合を避けることができる。
第１光Ｌ１：３〜６マイクロメートル。
第２光Ｌ２：０．９〜１．６マイクロメートル。
図３は、実施形態に係る光スイッチの第１光吸収層、第２光吸収層及び障壁層における伝導帯及び価電子帯を模式的に示す図である。煩雑を避けるために、全ての井戸ではなく、第１光吸収層５０、第２光吸収層６０ａ、及び障壁層７０ａによって形成される井戸（伝導帯の井戸）が図３に描かれている。
図３の（ａ）部に示されるように、第１光吸収層５０は、第２光Ｌ２より長波の第１光Ｌ１に応答して、第１光吸収層５０の価電子帯Ｅｖ５０から伝導帯Ｅｃ５０への励起により光電流キャリアＣ１を生成する。第２光吸収層６０ａは、第１光Ｌ１より短波の第２光Ｌ２に応答して、第２光吸収層６０ａの価電子帯Ｅｖ６０ａから伝導帯Ｅｃ６０ａへの励起によりキャリアＣ２を生成する。第１光Ｌ１及び第２光Ｌ２を受ける光スイッチでは、第２光Ｌ２の入射によるキャリアの励起と、励起したキャリアの価電子帯Ｅｖ６０ａへの緩和とが釣り合った状態（定常状態）において、キャリアＣ２が、第２光吸収層６０ａの井戸に溜まる。光電流キャリアＣ１の大部分は、空き準位の少ない第２光吸収層６０ａによって捕獲されずに、キャリアＣ２を溜めた第２光吸収層６０ａを電界に引かれて横切って流れる。空き準位の少ない井戸によれば、光スイッチ１は、第１光Ｌ１の入射に対応した光電流を出力する。
図３の（ｂ）部に示されるように、第２光Ｌ２が照射されず第１光Ｌ１が照射される光スイッチでは、井戸内のキャリアＣ２の量は、熱励起キャリアのレベルにあって、第２光吸収層６０ａの井戸はキャリアＣ２によって占有されない空き準位を有する。第１光吸収層５０からの光電流キャリアＣ１の大部分は、第２光吸収層６０ａにおける衝突によってエネルギーを失い井戸（第２光吸収層６０ａの井戸）の空き準位に捕獲される。空き準位の多い井戸によれば、光スイッチ１は、第１光Ｌ１の入射に対応した光電流を出力しない。
図４は、実施形態に係る光スイッチにおける光電流の出力の切り替えを模式的に示す図である。図４の（ａ）部は、光スイッチ１に入射される第１光Ｌ１の波形を示し、図４の（ｂ）部は、第２光Ｌ２の波形を示す。図４の（ｃ）部は、光スイッチ１から出力される光電流ＰＣの波形を示す。
図４の（ａ）部に示されるように、第１光Ｌ１は、時刻ｔ１から時刻ｔ１１までの期間に光スイッチ１の第１光吸収層５０に提供される。図４の（ｂ）部に示されるように、第２光Ｌ２は、時刻ｔ７から時刻ｔ８までの期間、時刻ｔ９から時刻ｔ１０までの期間、時刻ｔ１３から時刻ｔ１４までの期間、及び時刻ｔ１５から時刻ｔ１６までの期間に光スイッチ１の第２光吸収層に提供される。
第１期間Ｔ１（時刻ｔ０から時刻ｔ６までの期間）では、光スイッチ１は、第１光Ｌ１を受けると共に第２光Ｌ２を受けない。この期間では、図４の（ｃ）部に示されるように、光電流ＰＣは出力されない。具体的には、第１光吸収層５０が第１光Ｌ１に応答して、図３の（ｂ）部に示されるように、光電流キャリアＣ１を生成する。しかし、第２光吸収層６０ａはキャリアを生成しない。第２光Ｌ２が無いので、第２光吸収層６０ａの井戸にキャリアＣ２が満たされない。光電流キャリアＣ１の大部分が、第２光吸収層６０ａの井戸に捕獲される。
第２期間Ｔ２（時刻ｔ６から時刻ｔ１２までの期間）では、光スイッチ１は、時刻ｔ６から時刻ｔ１１までの期間に第１光Ｌ１を受け、時刻ｔ１１から時刻ｔ１２までの期間に第１光Ｌ１を受けない。光スイッチ１は、時刻ｔ７から時刻ｔ８までの期間、及び時刻ｔ９から時刻ｔ１０までの期間に第２光Ｌ２を受ける。時刻ｔ７から時刻ｔ８までの期間及び時刻ｔ９から時刻ｔ１０までの期間では、光スイッチ１は、第１光Ｌ１と第２光Ｌ２との両方を受ける。この期間では、図４の（ｃ）部に示されるように、光スイッチ１は、光電流を出力する。具体的には、図３の（ａ）部に示されるように、第２光吸収層６０ａは、第２光Ｌ２の入射に応答して、キャリアＣ２を生成して、キャリアＣ２が、第２光吸収層６０ａの井戸に溜まる。第１光吸収層５０は、第１光Ｌ１の入射に応答して、光電流キャリアＣ１を生成する。光電流キャリアＣ１の大部分は、キャリアＣ２が溜まった第２光吸収層６０ａに捕獲されることなく、第２光吸収層６０ａを越える。
第３期間Ｔ３（時刻ｔ１２から時刻ｔ１７までの期間）では、光スイッチ１は、第１光Ｌ１を受けることなく、第２光Ｌ２を受ける。この期間では、図４の（ｃ）部に示されるように、光電流ＰＣは出力されない。具体的には、第３期間Ｔ３では、第２光吸収層６０ａは、第２光Ｌ２の入射に応答して、キャリアＣ２を生成し、キャリアＣ２が、第２光吸収層６０ａの井戸に溜まる。しかし、第１光Ｌ１が光スイッチ１に提供されないので、第１光吸収層５０は光電流キャリアＣ１を生成できない。
再び図１を参照しながら、光スイッチ１を説明する。第１光吸収層５０は、第１超格子構造５０Ｓを有し、第１超格子構造５０Ｓは、第１バンドギャップＥＢ１を形成するように配列された第１単位構造の積層を含み、第１単位構造は、例えば、互いに異なるバンドギャップを有する複数のＩＩＩ−Ｖ族半導体薄膜の配列を含む。
障壁層７０ａ、障壁層７０ｂ、及び障壁層７０ｃの各々は、第２超格子構造７０Ｓを有し、第２超格子構造７０Ｓは、第２バンドギャップＥＢ２を形成するように配列された第２単位構造の積層を含み、第２単位構造は、例えば、互いに異なるバンドギャップを有する複数のＩＩＩ−Ｖ族半導体薄膜の配列を含む。
第２光吸収層６０ａ、第２光吸収層６０ｂ、及び第２光吸収層６０ｃの各々は、第３超格子構造６０Ｓ又はバルク層６０ｄを有する。第３超格子構造６０Ｓは、第３単位構造の積層を含み、第３単位構造は、例えば、互いに異なるバンドギャップを有する複数のＩＩＩ−Ｖ族半導体薄膜の配列を含む。
第１超格子構造５０Ｓ、第２超格子構造７０Ｓ及び第３超格子構造６０ＳにおけるＩＩＩ−Ｖ族半導体薄膜のうちの一つは、Ｖ族元素としてＳｂを含み、Ｖ族元素として、例えば、Ａｓを含むことができ、またＩＩＩ族元素として、例えば、Ｉｎ、Ｇａ及びＡｌの少なくともいずれかを含む。上記のＩＩＩ−Ｖ族半導体薄膜のうち別の一つは、Ｖ族元素として、例えば、Ｓｂ及びＡｓの少なくともいずれかを含み、ＩＩＩ族元素として、例えば、Ｉｎ、Ｇａ及びＡｌの少なくともいずれかを含む。ＩＩＩ−Ｖ族半導体薄膜は、超格子構造にタイプＩＩのバンド構造を実現するような構成元素を含む。
第１光吸収層５０の第１単位構造は、具体的には、ＧａＳｂ層５１、ＩｎＡｓ層５２、及びＩｎＳｂ層５３を含み、第１単位構造の積層が第１超格子構造５０Ｓを構成する。第１光吸収層５０がｐ導電性を示すように、ＧａＳｂ層５１、ＩｎＡｓ層５２、及びＩｎＳｂ層５３の全て又は一部は、例えば、Ｂｅといったｐ型ドーパントを含む。第１単位構造の積層数は、例えば２００である。
第１光吸収層５０は、例えばＩｎＳｂ／ＩｎＡｓ／ＧａＳｂ構造といった第１超格子構造５０Ｓを含むことができる。ＩｎＳｂ／ＩｎＡｓ／ＧａＳｂ構造は、所望の中赤外領域の光に感応する第１光吸収層５０を提供できる。また、第１光吸収層５０の第１超格子構造５０Ｓは、第２光吸収層の井戸を形成するための障壁を提供できる。第１光吸収層５０の第１超格子構造５０Ｓにおける第１単位構造の積層数は、１６０〜２４０周期の範囲である。第１光吸収層５０の第１超格子構造５０Ｓにおけるｐ型ドーパント濃度、例えばＢｅドーパント濃度は、０．１×１０１６ｃｍ−３〜１×１０１６ｃｍ−３の範囲であることができる。
第２単位構造は、具体的には、ＧａＳｂ層７１、ＩｎＡｓ層７２、及びＩｎＳｂ層７３を含み、第２単位構造の積層が、第２超格子構造７０Ｓを構成する。障壁層７０ａ、障壁層７０ｂ、及び障壁層７０ｃがｎ導電性を示すように、ＧａＳｂ層７１、ＩｎＡｓ層７２、及びＩｎＳｂ層７３の全て又は一部は、例えば、Ｓｉといったｎ型ドーパントを含む。第２単位構造の積層数は、例えば５０である。
第３単位構造は、具体的には、ＧａＳｂ層６１、ＡｌＳｂ層６２、ＧａＳｂ層６３、ＩｎＡｓ層６４、及びＩｎＳｂ層６５を含み、第３単位構造の積層が第３超格子構造を構成する。第２光吸収層がｎ導電性を示すように、ＧａＳｂ層６１、ＡｌＳｂ層６２、ＧａＳｂ層６３、ＩｎＡｓ層６４、及びＩｎＳｂ層６５の全て又は一部は、例えば、Ｓｉといったｎ型ドーパントを含む。第３超格子構造６０Ｓにおける第３単位構造の積層数は、例えば５０である。
第２光吸収層はＩｎＳｂ／ＩｎＡｓ／ＧａＳｂ／ＡｌＳｂ／ＧａＳｂ構造といった第３超格子構造６０Ｓを含むことができる。ＩｎＳｂ／ＩｎＡｓ／ＧａＳｂ／ＡｌＳｂ／ＧａＳｂ構造は、第２光吸収領域６０に井戸を形成できるバンドオフセットを提供できる。第２光吸収層６０ａ、６０ｂ、６０ｃの第３超格子構造６０Ｓにおける第３単位構造の積層数は、４０〜６０周期の範囲である。第２光吸収層６０ａ、６０ｂ、６０ｃの第３超格子構造６０Ｓにおけるドーパント濃度、例えばＢｅドーパント濃度は、１×１０１６ｃｍ−３〜１×１０１７ｃｍ−３の範囲であることができる。第３超格子構造６０Ｓは第１超格子構造５０Ｓより大きなバンドギャップを有し、これにより、第１光Ｌ１より短波の第２光Ｌ２を吸収できる。この光吸収は、伝導帯の井戸に励起キャリアを生成でき、励起キャリアは井戸（第２光吸収層の井戸）に溜まる。
或いは、第２光吸収層６０ａ、第２光吸収層６０ｂ、及び第２光吸収層６０ｃのいずれか、又は全ては、一又は複数のＩＩＩ−Ｖ族半導体厚膜を含むことができる。具体的には、該ＩＩＩ−Ｖ族半導体厚膜は、超格子構造を形成しないような厚さを有し、超格子構造を形成しないように配列されている。より具体的には、個々のＩＩＩ−Ｖ族半導体厚膜は、該ＩＩＩ−Ｖ族半導体厚膜のＩＩＩ−Ｖ族半導体のバンド構造が電子遷移に寄与できるよう設けられる。このような技術的側面の点で、第２光吸収層は、バルク層として参照される。第２光吸収層は、単一の半導体からなるバルク層６０ｄからなることができ、バルク層６０ｄは、例えば、ＩｎＧａＡｓ層６６の単層を含むことができる。ＩｎＧａＡｓ層６６は、例えばＳｉといったｎ型ドーパントを含む。ＩｎＧａＡｓ層は、井戸を形成できる。バルク層６０ｄは、第１光Ｌ１より短波の第２光Ｌ２を吸収して、励起キャリアを当該井戸に提供できる。
光スイッチ１は、基板１０、ｐ型バッファ層２０、第１超格子層３０、第２超格子層４０、及びｎ型キャップ層８０を更に備える。ｐ型バッファ層２０、第１超格子層３０、第２超格子層４０、第１光吸収層５０、複合層ＣＬ（第２光吸収領域６０、障壁領域７０）、及びｎ型キャップ層８０は、基板１０の主面上に、第１軸Ａｘ１方向に、この順に配列されることができる。
基板１０は、ＩＩＩ−Ｖ族半導体、例えば、ＴｅドープＧａＳｂを含む。ｐ型バッファ層２０は、例えば、ＢｅドープＧａＳｂを含む。ｎ型キャップ層８０は、ＩＩＩ−Ｖ族半導体、例えば、ＳｉドープＩｎＡｓを含む。
第１超格子層３０は、例えば、ＩＩＩ−Ｖ族半導体の超格子構造３０Ｓを含み、この超格子構造３０Ｓは、タイプＩＩバンド構造を提供する複数のＩＩＩ−Ｖ族半導体薄膜を含む単位構造、例えば、ＢｅドープＧａＳｂ層３１、ＢｅドープＩｎＡｓ層３２、及びＢｅドープＩｎＳｂ層３３を含む単位構造を有し、この単位構造が、第１軸Ａｘ１の方向に積層される。単位構造の積層数は、例えば５０である。
第２超格子層４０は、例えば、ＩＩＩ−Ｖ族半導体の超格子構造４０Ｓを含み、この超格子構造４０Ｓは、タイプＩＩバンド構造を提供する複数のＩＩＩ−Ｖ族半導体薄膜を含む単位構造、例えば、ノンドープＧａＳｂ層４１、ノンドープＩｎＡｓ層４２、ノンドープＧａＳｂ層４３、ノンドープＩｎＡｓ層４４、及びノンドープＩｎＳｂ層４５を含む単位構造を有し、この単位構造が、第１軸Ａｘ１の方向に積層される。単位構造の積層数は、例えば１６である。
光スイッチ１は、保護膜９０、第１電極９１及び第２電極９２を更に備える。保護膜９０が、光スイッチ１の半導体メサＭＳの表面を覆うことができる。この半導体メサＭＳは、ｐ型バッファ層２０、第１超格子層３０、第２超格子層４０、第１光吸収層５０、複合層ＣＬ（第２光吸収領域６０、障壁領域７０）、及びｎ型キャップ層８０を含む。第１電極９１は、保護膜９０の開口を介してｎ型キャップ層８０に接続され、第２電極９２は、保護膜９０別の開口を介してｐ型バッファ層２０に接続される。この光スイッチ１では、第１光Ｌ１及び第２光Ｌ２は、保護膜９０を介して半導体メサＭＳの上面に入射する。
必要な場合には、光スイッチ１におけるｐ型及びｎ型の導電型を逆導電型に替えてもよい。このような光スイッチ１では、ｎ型バッファ層、複合層（第２光吸収領域、障壁領域）、第１光吸収層、第２超格子層、第１超格子層、及びｐ型キャップ層が、この順に基板１０の主面上に配列される。光スイッチ１は、ｐ型バッファ層２０に替えてｎ型バッファ層を備え、ｎ型キャップ層８０に替えてｐ型キャップ層を備える。
障壁層７０ａ、７０ｂ、７０ｃは、ＩｎＳｂ／ＩｎＡｓ／ＧａＳｂ構造といった第２超格子構造７０Ｓを含むことができる。障壁層のＩｎＳｂ／ＩｎＡｓ／ＧａＳｂ構造は、井戸を形成するための障壁を提供できる。障壁層７０ａ、７０ｂ、７０ｃの第２超格子構造７０Ｓにおける第２単位構造の積層数は、５０周期の範囲である。障壁層７０ａ、７０ｂの第２超格子構造７０Ｓにおけるドーパント濃度、例えばＳｉドーパント濃度は、２×１０１６ｃｍ−３〜１×１０１７ｃｍ−３の範囲であることができる。第１光吸収層５０は第２光吸収層６０ａに接合を成し、第２光吸収層６０ａは障壁層７０ａに接合を成す。第２光吸収層６０ｂ、６０ｃの各々は隣の障壁層に接合を成す。
（実施例１）
図５は、実施例に係る光スイッチの層構造を模式的に示す図である。図５の（ａ）部を参照すると、実施例１の光スイッチ１Ａは、ｐ型バッファ層２０、第１超格子層３０、第２超格子層４０、第１光吸収層５０、第２光吸収領域６０、障壁領域７０、及びｎ型キャップ層８０を備える。第１超格子層３０はｐ型コンタクト層として働き、第２超格子層４０は電子バリア層として働く。第２光吸収領域６０は、二つの第２光吸収層６０ａ、６０ｂを有し、障壁領域７０は、二つの障壁層７０ａ、７０ｂを有する。
図５の（ａ）部には、光スイッチ１Ａの層の材料が示される。
実施例１の光スイッチ１Ａの構造の例示。
第１超格子層３０。
層構造：ＢｅドープＧａＳｂ（厚さ２．１３ｎｍ）／ＢｅドープＩｎＡｓ（厚さ２．７４ｎｍ）／ＢｅドープＩｎＳｂ（厚さ０．２７ｎｍ）。
Ｂｅ濃度：２×１０１７ｃｍ−３。
単位構造の積層数：５０。
厚さ：２５７ｎｍ。
第２超格子層４０。
層構造：ＧａＳｂ（厚さ３．６６ｎｍ）／ＩｎＡｓ（厚さ１．２１ｎｍ）／ＧａＳｂ（厚さ３．６６ｎｍ）／ＩｎＡｓ（厚さ１．２１ｎｍ）／ＩｎＳｂ（厚さ０．２７ｎｍ）。
ドーパント：ノンドープ（ｎ導電性）。
単位構造の積層数１６。
超格子構造の厚さ１６０．１６ｎｍ。
第１光吸収層５０。
超格子構造：ＧａＳｂ（厚さ２．１３ｎｍ）／ＢｅドープＩｎＡｓ（厚さ２．７４ｎｍ）／ＩｎＳｂ（厚さ０．２７ｎｍ）。
Ｂｅ濃度：１×１０１６ｃｍ−３。
単位構造の積層数：２００。
超格子構造の厚さ：１０２８ｎｍ。
第２光吸収層６０ａ、６０ｂ。
超格子構造：ＧａＳｂ（厚さ０．３０５ｎｍ）／ＡｌＳｂ（厚さ１．５３ｎｍ）／ＧａＳｂ（厚さ０．３０５ｎｍ）／ＩｎＡｓ（厚さ３．０３ｎｍ）／ＩｎＳｂ（厚さ０．１７ｎｍ）。
Ｓｉ濃度：２×１０１６ｃｍ−３。１×１０１６〜２×１０１６ｃｍ−３の範囲であってもよい。
単位構造の積層数：５０。
超格子構造の厚さ：２６７ｎｍ。
障壁層７０ａ、７０ｂ。
超格子構造：ＧａＳｂ（厚さ３．３５ｎｍ）／ＳｉドープＩｎＡｓ（２．１２ｎｍ）／ＳｉドープＩｎＳｂ（厚さ０．２３ｎｍ）。
Ｓｉ濃度：２×１０１６ｃｍ−３。２×１０１６ｃｍ−３〜１×１０１７ｃｍ−３の範囲であってもよい。
単位構造の積層数：５０。
超格子構造の厚さ：２８５ｎｍ。
ｐ型バッファ層２０：ＢｅドープＧａＳｂ。
Ｂｅ濃度：３×１０１８ｃｍ−３。
膜厚：１マイクロメートル。
ｎ型キャップ層８０：ＳｉドープＩｎＡｓ。
Ｓｉ濃度：３×１０１８ｃｍ−３。
厚さ２０ｎｍ。
基板１０の材料：ＴｅドープＧａＳｂ。
保護膜９０：ＳｉＯ２、厚さ：２００〜４００ｎｍ。
第１バンドオフセットＢＳ１：６０ｍｅＶ。
第２バンドオフセットＢＳ２：６０ｍｅＶ。
第１バンドギャップＥＢ１：２００ｍｅＶ。
第２バンドギャップＥＢ２：４１０ｍｅＶ。
第３バンドギャップＥＢ３：２００ｍｅＶ。
光スイッチ１Ａは、波長３〜６マイクロメートルの第１光及び波長０．９〜１．６マイクロメートルの第２光に応答して、所望の動作を行う。
上記のように、第１光吸収層５０はｐ導電性を有し、第２光吸収層６０ａ、６０ｂ及び障壁層７０ａ、７０ｂはｎ導電性を有する。実施例１の光スイッチ１Ａは、第１光吸収層５０は、この第１光吸収層５０に最も近い第２光吸収層６０ａとｐｎ接合ＰＮ１を成し、外部電圧の印加に応答して、ｐｎ接合ＰＮ１に空乏層が広がる。空乏層内においてキャリアの光励起が生じる。第１光吸収層５０のキャリア濃度は第２光吸収層６０ａのキャリア濃度より小さい。
（実施例２）
図５の（ｂ）部を参照すると、実施例２の光スイッチ１Ｂは、第２光吸収層６０ａ、６０ｂは、超格子構造を有さず単一の半導体からなるバルク層６０ｄである点で、実施例１と異なる。第２光吸収層６０ａ、６０ｂが単一の半導体からなることにより、第２光吸収層６０ａ、６０ｂは、形成容易な構造で１．６μｍまでの光を吸収する。
実施例２の光スイッチ１Ｂにおける第２光吸収層６０ａ、６０ｂの例示。
第２光吸収層６０ａ、６０ｂ。
層構造：ＩｎＧａＡｓバルク。
Ｓｉ濃度：２×１０１６ｃｍ−３。１×１０１６〜２×１０１６ｃｍ−３であってもよい。
厚さ：５００ｎｍ。
第２光吸収層６０ａ、６０ｂのＩｎとＧａとの組成比：Ｉｎ／Ｇａ＝４７／５３。
第１バンドオフセットＢＳ１：２５０ｍｅＶ。
第２バンドオフセットＢＳ２：８０ｍｅＶ。
第２バンドギャップＥＢ２：７４０ｍｅＶ。
第１光吸収層５０は、ｐ導電性を有し、第２光吸収層６０ａ、６０ｂ及び障壁層７０ａ、７０ｂは、ｎ導電性を有する。実施例２の光スイッチ１Ｂは、第１光吸収層５０は、この第１光吸収層５０に最も近い第２光吸収層６０ａとｐｎ接合ＰＮ１を成し、ｐｎ接合ＰＮ１において空乏層が広がる。空乏層においてキャリアの光励起が生じる。
光スイッチ１Ｂは、波長５マイクロメートルの第１光Ｌ１及び波長１．６マイクロメートルの第２光Ｌ２に応答して、所望の動作を行う。
図６は、実施形態に係る光スイッチ装置を模式的に示す図である。光スイッチ装置２は、光スイッチ１、筐体４、冷却室６、制御装置７、及び冷却装置８を備え、また、第１光源３及び第２光源５の少なくともいずれかを更に備えることができる。冷却装置８は光スイッチ１及び制御装置７を冷却する。光スイッチ１は、冷却室６内に設けられ、制御装置７に接続される。制御装置７は、例えば、光スイッチ１にバイアス電圧Ｖ１を印加すると共に、光スイッチ１からの光電流Ｐ１を処理して電気信号Ｓ１を生成する。制御装置７は、外部装置に電気信号Ｓ１を提供する。冷却装置８は制御装置７からの信号に応答して冷却室６の冷却を行うことができる。冷却室６内の温度は、例えば絶対温度７７Ｋ〜１５０Ｋの範囲にあり、例えば、絶対温度１５０Ｋである。
光スイッチ装置２は、第１光入射ファイバ９ａ及び第２光入射ファイバ９ｂを更に備えることができる。第１光源３及び第２光源５の一方が、第１光Ｌ１を生成すると共に、他方が第２光Ｌ２を生成する。第１光源３及び第２光源５が、それぞれ、第１光入射ファイバ９ａ及び第２光入射ファイバ９ｂを介して第１光Ｌ１及び第２光Ｌ２を光スイッチ１に提供できるように、光スイッチ１に光学的に結合される。
本実施例では、第１光源３が第１光Ｌ１を生成すると共に、第２光源５が第２光Ｌ２を生成する。第１光Ｌ１の波長は、例えば３マイクロメートルであり、第２光Ｌ２の波長は、例えば２マイクロメートルである。第１光入射ファイバ９ａ及び／又は第２光入射ファイバ９ｂは、ホーリーファイバを含むことができる。
光スイッチの作製方法の概要を説明する。図７及び図８は、実施形態に係る光スイッチを作製する方法における主要な工程を模式的に示す図である。ＩＩＩ−Ｖ族半導体の基板１０を準備する。図７の（ａ）部に示されるように、基板１０上に、ｐ型バッファ層２０のためのＩＩＩ−Ｖ族半導体層、第１超格子層３０のためのＩＩＩ−Ｖ族半導体超格子構造、第２超格子層４０のためのＩＩＩ−Ｖ族半導体超格子構造、第１光吸収層５０のためのＩＩＩ−Ｖ族半導体超格子構造、第２光吸収領域６０のためのＩＩＩ−Ｖ族半導体超格子構造、障壁領域７０のためのＩＩＩ−Ｖ族半導体超格子構造、及びｎ型キャップ層８０のためのＩＩＩ−Ｖ族半導体層を順に成長して、半導体積層ＳＬを形成する。これらの成長は、例えば、分子線エピタキシ（ＭＢＥ）法によって行われる。
ｐ型バッファ層２０、第１超格子層３０、第２超格子層４０、第１光吸収層５０、第２光吸収領域６０、障壁領域７０、及びｎ型キャップ層８０の例示。
半導体基板のＴｅドープＧａＳｂ基板、ＧａＳｂ（１００）主面。
ｐ型バッファ層２０：ＢｅドープＧａＳｂ。
第１超格子層３０：ＢｅドープＧａＳｂ／ＢｅドープＩｎＡｓ／ＢｅドープＩｎＳｂ超格子構造。
第２超格子層４０：ノンドープＧａＳｂ／ノンドープＩｎＡｓ／ノンドープＧａＳｂ／ノンドープＩｎＡｓ／ノンドープＩｎＳｂ超格子構造。
第１光吸収層５０：ＢｅドープＧａＳｂ／ＢｅドープＩｎＡｓ／ＢｅドープＩｎＳｂ超格子構造。
第２光吸収領域６０：ＳｉドープＧａＳｂ／ＳｉドープＡｌＳｂ／ＳｉドープＧａＳｂ／ＳｉドープＩｎＡｓ／ＳｉドープＩｎＳｂ超格子構造。
障壁領域７０：ＳｉドープＧａＳｂ／ＳｉドープＩｎＡｓ／ＳｉドープＩｎＳｂ超格子構造。
ｎ型キャップ層８０：ＳｉドープＩｎＡｓ。
図７の（ｂ）部に示されるように、半導体積層ＳＬの主面上に、半導体メサＭＳのためのパターンを有する第１マスクＭ１を形成する。第１マスクＭ１は、例えば、ＳｉＮ又はＳｉＯ２を含む。
図７の（ｃ）部に示されるように、第１マスクＭ１を用いて半導体積層ＳＬをエッチングして、半導体メサＭＳを形成する。このエッチングは、第１超格子層３０の途中まで行われ、ドライエッチング法及び／又はウェットエッチング法によることができる。ドライエッチング法のエッチャントとして、例えば、ヨウ化水素又は塩化シリコンガスを用いることができる。ウェットエッチング法のエッチャントとして、例えばリン酸及び過酸化水素水を含む水溶液を用いることができる。半導体メサＭＳの形成後に、第１マスクＭ１を除去する。
図８の（ａ）部に示されるように、半導体メサＭＳ及びエッチングされた第１超格子層３０を覆う保護膜９０を形成する。保護膜９０は、例えば、ＳｉＮ又はＳｉＯ２を含み、プラズマＣＶＤ法といった成膜方法で形成される。
図８の（ｂ）部に示されるように、第２マスクＭ２を保護膜９０上に形成する。第２マスクＭ２は、例えば、ＳｉＮを含み、開口Ｍ２Ａ及び開口Ｍ２Ｂを有する。第２マスクＭ２を用いて、保護膜９０をエッチングする。このエッチングの後に、第２マスクＭ２を除去する。開口Ｍ２Ａ及び開口Ｍ２Ｂに接続を成す第１電極９１及び第２電極９２を形成する。この形成のためのマスクを形成する。マスクは、レジストを含む。マスクのパターンは、半導体メサＭＳ上に設けられ第１電極９１を規定する第１開口と、ｐ型バッファ層２０上に設けられ第２電極９２を規定する第２開口とを有する。
図８の（ｃ）部に示されるように、第１電極９１及び第２電極９２が、例えば蒸着及びリフトオフにより、マスクを用いて形成される。これらの工程により、基板生産物ＳＰ１が作製される。第１電極９１及び第２電極９２は、例えば、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ／Ｎｉ／Ａｕを含む。このように作製された基板生産物ＳＰ１の基板１０を所望の厚さになるように裏面研磨して、さらに研磨された基板生産物ＳＰ１の劈開により分離して、半導体受光素子チップを形成する。
好適な実施の形態において本発明の原理を図示し説明してきたが、本発明は、そのような原理から逸脱することなく配置および詳細において変更され得ることは、当業者によって認識される。本発明は、本実施の形態に開示された特定の構成に限定されるものではない。したがって、特許請求の範囲およびその精神の範囲から来る全ての修正および変更に権利を請求する。
以上説明したように、本実施形態によれば、光吸収層への入射光に係る光電流の出力を、制御光を用いて切り替えできる光スイッチが提供される。光スイッチが提供される。本実施形態によれば、上記の光スイッチを含む光スイッチ装置が提供される。
１…光スイッチ、２…光スイッチ装置、３…第１光源、９ａ…第１光入射ファイバ、１０…基板、２０…ｐ型バッファ層、３０…第１超格子層、４０…第２超格子層、５０…第１光吸収層、５０Ｓ…第１超格子構造、６０…第２光吸収領域、６０ａ、６０ｂ、６０ｃ…第２光吸収層、６０ｄ…バルク層、６０Ｓ…第３超格子構造、７０…障壁領域、７０ａ、７０ｂ、７０ｃ…障壁層、７０Ｓ…第２超格子構造、８０…ｎ型キャップ層、９０…保護膜、９１…第１電極、９２…第２電極、Ａｘ１…第１軸、ＢＳ１…第１バンドオフセット、ＢＳ２…第２バンドオフセット、ＣＬ…複合層、ＥＢ１…第１バンドギャップ、ＥＢ２…第２バンドギャップ、Ｅｃ５０…伝導帯、Ｅｃ６０ａ、Ｅｃ６０ｂ、Ｅｃ６０ｃ…伝導帯、Ｅｃ７０ａ、Ｅｃ７０ｂ、Ｅｃ７０ｃ…伝導帯。

Claims (7)

  1. 第１超格子構造を有し第１光に応答する第１光吸収層と、
    前記第１光と異なる波長の第２光に応答する第２光吸収層と、
    第２超格子構造を有する障壁層と、
    を備え、
    前記第１光吸収層、前記第２光吸収層及び前記障壁層は、第１軸に沿って積層されて配列し、
    前記第１光吸収層及び前記障壁層は、それぞれ、前記第１光吸収層の前記第１超格子構造の伝導帯及び前記障壁層の前記第２超格子構造の伝導帯に対して前記第２光吸収層の伝導帯に井戸を形成する第１バンドオフセット及び第２バンドオフセットを提供し、
    前記第２光吸収層の第２バンドギャップは、前記第１光吸収層の第１バンドギャップより大きい、光スイッチ。
  2. 前記第１光吸収層の前記第１超格子構造は、ＩｎＳｂ／ＩｎＡｓ／ＧａＳｂ構造を含む、請求項１に記載された光スイッチ。
  3. 前記第２光吸収層は、第３超格子構造を有し、
    前記第３超格子構造は、ＩｎＳｂ／ＩｎＡｓ／ＧａＳｂ／ＡｌＳｂ／ＧａＳｂ構造又はＩｎＳｂ／ＩｎＡｓ／ＧａＳｂ／ＡｌＧａＳｂ／ＧａＳｂ構造を含む、請求項１又は請求項２に記載された光スイッチ。
  4. 前記第２光吸収層は、ＩｎＧａＡｓ層からなる、請求項１又は請求項２に記載された光スイッチ。
  5. 前記障壁層の前記第２超格子構造は、ＩｎＳｂ／ＩｎＡｓ／ＧａＳｂ構造を含む、請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載された光スイッチ。
  6. 請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載された光スイッチと、
    前記光スイッチに光学的に結合され前記第１光を生成する第１光源と、
    を備える、光スイッチ装置。
  7. 前記第１光源を前記光スイッチに光学的に結合する第１光入射ファイバを更に備える、請求項６に記載された光スイッチ装置。
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