JPH02269324A - 半導体光スイッチ - Google Patents
半導体光スイッチInfo
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- JPH02269324A JPH02269324A JP9153489A JP9153489A JPH02269324A JP H02269324 A JPH02269324 A JP H02269324A JP 9153489 A JP9153489 A JP 9153489A JP 9153489 A JP9153489 A JP 9153489A JP H02269324 A JPH02269324 A JP H02269324A
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- optical waveguide
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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。
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
本発明は、半導体光導波路によ
導体光スイッチに関する。
り構成される半
従来の技術
従来、この種の光スイッチとしては、“’ Ｂ ｒａｇ
ｇｓｗｉｔｃｈ ｆｏｒ ｏｐｔｉｃａｌ ｃｈａｎｎ
ｅｌ ｗａｖｅｇｕｉｄｅｓ（Ａｐｐｌ、Ｐｈｙｓ、Ｌ
ｅｔｔ、、３３（１）、 Ｉ Ｊ ｕｌｙ ＋９７８．
ｐｐ３３３５）なる論文において、ＬｉＮｂ０．基板上
にＴｉ拡散導波路を設け、その交差導波路部に周期電極
を設置し、電界印加による周期的な屈折率変化による電
気光学（ＥＯ）グレーティングを形成し、導波光をスイ
ッチングするブラッグ回折形光スイッチが提案されてい
る。これは、「光集積回路」（西原浩他著、オーム社発
行）中の第３１４頁ないし第３１５頁においても同様に
示されている。
ｇｓｗｉｔｃｈ ｆｏｒ ｏｐｔｉｃａｌ ｃｈａｎｎ
ｅｌ ｗａｖｅｇｕｉｄｅｓ（Ａｐｐｌ、Ｐｈｙｓ、Ｌ
ｅｔｔ、、３３（１）、 Ｉ Ｊ ｕｌｙ ＋９７８．
ｐｐ３３３５）なる論文において、ＬｉＮｂ０．基板上
にＴｉ拡散導波路を設け、その交差導波路部に周期電極
を設置し、電界印加による周期的な屈折率変化による電
気光学（ＥＯ）グレーティングを形成し、導波光をスイ
ッチングするブラッグ回折形光スイッチが提案されてい
る。これは、「光集積回路」（西原浩他著、オーム社発
行）中の第３１４頁ないし第３１５頁においても同様に
示されている。
第４図は、交差導波路を用いたブラッグ回折形の光スイ
ッチを示す。これは、単一モード導波路構成の、２本の
入力導波路１ａ、ｌｂと２本の出力導波路１ｃ、ｌｄと
ともに、これらの交差部に位置してテーパ状とされた交
差導波路１ｅと、交差導波路ｌｅ上に形成したブラッグ
回折格子領域（ＥＯグレーティング）によるスイッチ部
２とからなる。これは全素子長が４．Ｏｍｍのもので、
交差角２θ、＝４．６°、印加電圧Ｖｏ＝５０Ｖ、！：
：した時、クロストーク−７ｄＢとなったものである。
ッチを示す。これは、単一モード導波路構成の、２本の
入力導波路１ａ、ｌｂと２本の出力導波路１ｃ、ｌｄと
ともに、これらの交差部に位置してテーパ状とされた交
差導波路１ｅと、交差導波路ｌｅ上に形成したブラッグ
回折格子領域（ＥＯグレーティング）によるスイッチ部
２とからなる。これは全素子長が４．Ｏｍｍのもので、
交差角２θ、＝４．６°、印加電圧Ｖｏ＝５０Ｖ、！：
：した時、クロストーク−７ｄＢとなったものである。
発明が解決しようとする課題
前述した強誘電体ＬｉＮｂ０．において、光スイッチン
グはＥＯグレーティングに電界を印加させた場合の電気
光学効果により屈折率を変化させて行うものである。
グはＥＯグレーティングに電界を印加させた場合の電気
光学効果により屈折率を変化させて行うものである。
しかし、電気光学効果によって生じる屈折率変化の量は
、通常、１０″″゛程度と極めて小さいものである。こ
のため、スイッチングのオン／オフにおける回折効果を
、高効率化させるためには、スイッチ素子長を長くしな
ければならない。また、半導体レーザ等の光デバイスと
は材料が異なるため、モノリシックに他の半導体光デバ
イスと集積化を図ることができない。
、通常、１０″″゛程度と極めて小さいものである。こ
のため、スイッチングのオン／オフにおける回折効果を
、高効率化させるためには、スイッチ素子長を長くしな
ければならない。また、半導体レーザ等の光デバイスと
は材料が異なるため、モノリシックに他の半導体光デバ
イスと集積化を図ることができない。
課題を解決するための手段
半導体光導波層の上下に半導体光導波層より低屈折率の
導電型を有する半導体層を配置させて光導波路を形成し
、この光導波路に対し垂直方向にキャリアを周期的に注
入させるスイッチ部を形成した半導体光スイッチにおい
て、前記スイッチ部に、注入キャリアのプラズマ効果に
より光導波路内で屈折率が周期的に変化する回折格子を
形成した。
導電型を有する半導体層を配置させて光導波路を形成し
、この光導波路に対し垂直方向にキャリアを周期的に注
入させるスイッチ部を形成した半導体光スイッチにおい
て、前記スイッチ部に、注入キャリアのプラズマ効果に
より光導波路内で屈折率が周期的に変化する回折格子を
形成した。
作用
スイッチ部において、光導波路内にキャリアを注入する
ことによる半導体固有のプラズマ効果、及びバンド間遷
移の吸収端波長シフトに起因する屈折率変化により、屈
折率を制御し、光導波路内で屈折率が周期的に変化する
回折格子を形成するようにしているので、ブラッグ回折
を利用してスイッチングできる。この場合の屈折率変化
が大きく、光導波路の交差角を大きくとることができ。
ことによる半導体固有のプラズマ効果、及びバンド間遷
移の吸収端波長シフトに起因する屈折率変化により、屈
折率を制御し、光導波路内で屈折率が周期的に変化する
回折格子を形成するようにしているので、ブラッグ回折
を利用してスイッチングできる。この場合の屈折率変化
が大きく、光導波路の交差角を大きくとることができ。
素子自体を小さくすることも可能となる。また、基本的
に、このような構造は、通常の半導体の製造プロセスで
製造できるため、半導体レーザ等の光デバイスとの集積
化も可能となる。
に、このような構造は、通常の半導体の製造プロセスで
製造できるため、半導体レーザ等の光デバイスとの集積
化も可能となる。
実施例
本発明の一実施例を第１図及び第２図に基づいて説明す
る。本実施例は、スイッチに透過型のブラッグ回折を用
いたものであり、第１図に平面的構成、第２図に光スイ
ツチ部の断面構成を示す。
る。本実施例は、スイッチに透過型のブラッグ回折を用
いたものであり、第１図に平面的構成、第２図に光スイ
ツチ部の断面構成を示す。
基本的には、半導体光導波層１０に対し上下左右の全面
にその導波路部よりも低屈折率の半導体層１１を埋込ん
だ三次元埋込み型の光導波路１２を用いた交差型光スイ
ッチ構成とされている。ここに、光導波路１２は単一モ
ード導波路とした２本の入力導波路１２ａ、１２ｂと２
本の出力導波路１２ｃ、１２ｄとからなり、スイッチ部
１３との結合に、テーバ状の交差導波路１２ｅが用いら
れる。
にその導波路部よりも低屈折率の半導体層１１を埋込ん
だ三次元埋込み型の光導波路１２を用いた交差型光スイ
ッチ構成とされている。ここに、光導波路１２は単一モ
ード導波路とした２本の入力導波路１２ａ、１２ｂと２
本の出力導波路１２ｃ、１２ｄとからなり、スイッチ部
１３との結合に、テーバ状の交差導波路１２ｅが用いら
れる。
ここに、スイッチ部１３の構造を第２図に示す。
交差導波路１２ｅをなす半導体光導波層１０は、この半
導体層１０よりも低屈折率の半導体層１１により挾まれ
ている。これらの半導体層１１の表面側には各々絶縁体
簿膜１４が形成され、この絶縁体薄膜１４をエツチング
することにより格子状の電極用窓１５が形成されている
。そして、このような電極用窓１５が形成された絶縁体
薄膜１４上に金属電極１６を形成する。この時、半導体
層１１によるクラッド層には拡散領域１７が形成され、
電流狭窄を行うようにしている。
導体層１０よりも低屈折率の半導体層１１により挾まれ
ている。これらの半導体層１１の表面側には各々絶縁体
簿膜１４が形成され、この絶縁体薄膜１４をエツチング
することにより格子状の電極用窓１５が形成されている
。そして、このような電極用窓１５が形成された絶縁体
薄膜１４上に金属電極１６を形成する。この時、半導体
層１１によるクラッド層には拡散領域１７が形成され、
電流狭窄を行うようにしている。
このような電極１６に対しては電流Ｉが選択的に注入さ
れるように構成されている。ここに、上下の電極１６に
電流が注入されると、電極用窓１５を介して対向する電
極１６にて半導体光導波路層１０に矢印で示すように垂
直に電流が注入される。この時、注入電流（注入キャリ
ア）は、半導体光導波路層１０に導かれ、半導体固有の
ブラズマ効果及びバンド間遷移の吸収端波長のシフトに
起因する屈折率変化により、この半導体光導波路層１０
中に電極用窓１５に対応して周期的に屈折率変化領域１
８が出現し、回折格子１９が形成される。この場合の屈
折率変化は、電気光学効果のみによる従来のものに比し
て２桁程度大きいものとなる。このような状況下に半導
体光導波路層１０内を伝搬する入射光は回折格子１９に
より回折される。電流Ｉを注入しなければ、回折格子１
９が出現せず、半導体光導波路層ｌＯ内を伝搬する入射
光はそのまま直進することになる。よって、電流Ｉの注
入のオン／オフにより、入射光を回折／直進させてスイ
ッチングできることになる。
れるように構成されている。ここに、上下の電極１６に
電流が注入されると、電極用窓１５を介して対向する電
極１６にて半導体光導波路層１０に矢印で示すように垂
直に電流が注入される。この時、注入電流（注入キャリ
ア）は、半導体光導波路層１０に導かれ、半導体固有の
ブラズマ効果及びバンド間遷移の吸収端波長のシフトに
起因する屈折率変化により、この半導体光導波路層１０
中に電極用窓１５に対応して周期的に屈折率変化領域１
８が出現し、回折格子１９が形成される。この場合の屈
折率変化は、電気光学効果のみによる従来のものに比し
て２桁程度大きいものとなる。このような状況下に半導
体光導波路層１０内を伝搬する入射光は回折格子１９に
より回折される。電流Ｉを注入しなければ、回折格子１
９が出現せず、半導体光導波路層ｌＯ内を伝搬する入射
光はそのまま直進することになる。よって、電流Ｉの注
入のオン／オフにより、入射光を回折／直進させてスイ
ッチングできることになる。
このようなスイッチ部１３を含む構造は、通常の半導体
プロセスを用いて製造することが可能であり、他のデバ
イス、例えば半導体レーザ等の光デバイスとモノリシッ
クに集積化させることが可能となる。
プロセスを用いて製造することが可能であり、他のデバ
イス、例えば半導体レーザ等の光デバイスとモノリシッ
クに集積化させることが可能となる。
このようなスイッチング動作を平面的な第１図により説
明する。例えば、Ｐｌ から入射した入射光は、入力導
波路１２ａ中を伝搬してスイッチ部１３に入射する。こ
の時、スイッチ部１３の電極１６に電流■が注入されて
いない時（オフ時）には、回折格子１９が出現せず、ス
イッチ部１３をそのまま直進して、対応する出力導波路
１２ｄからＰ４ として出力される。
明する。例えば、Ｐｌ から入射した入射光は、入力導
波路１２ａ中を伝搬してスイッチ部１３に入射する。こ
の時、スイッチ部１３の電極１６に電流■が注入されて
いない時（オフ時）には、回折格子１９が出現せず、ス
イッチ部１３をそのまま直進して、対応する出力導波路
１２ｄからＰ４ として出力される。
一方、電極１６に電流■が注入された時（オン時）には
、前述したような周期的な屈折率変化が生ずることによ
り、光スイツチ部１３において半導体光導波路層１０中
に回折格子１９が出現する。
、前述したような周期的な屈折率変化が生ずることによ
り、光スイツチ部１３において半導体光導波路層１０中
に回折格子１９が出現する。
よって、入射光は回折格子１９でのブラッグ回折により
、回折反射され、上記とは異なる出力導波路１２ｃから
Ｐ、として出力される。
、回折反射され、上記とは異なる出力導波路１２ｃから
Ｐ、として出力される。
この時、半導体光導波路層１０の屈折率をｎｏ。
電流注入による屈折率の変化量をΔｎ、スイッチ長をＴ
、回折格子１９の周期＝電極１６の周期をＡ、入射光の
波長をλとすると、光導波路１２の交差角θ、は近似的
に次式により与えられる。
、回折格子１９の周期＝電極１６の周期をＡ、入射光の
波長をλとすると、光導波路１２の交差角θ、は近似的
に次式により与えられる。
λ
θ’ ＝ｓ１ｎ−” ２Ａ （ｎｏ＋Δｎ／２）’いま
、半導体光導波路層１０としてＧａＡｓを考え、λ＝
１ ｐｍ、 Ａ ＝ ｌ １ｔｍ、Δｎ＝−１％とする
と、交差角θｓ ＝８．０’ となる。つまり、光導波
路１２の交差角θ、を大きくとることができ、素子を小
さくできる。
、半導体光導波路層１０としてＧａＡｓを考え、λ＝
１ ｐｍ、 Ａ ＝ ｌ １ｔｍ、Δｎ＝−１％とする
と、交差角θｓ ＝８．０’ となる。つまり、光導波
路１２の交差角θ、を大きくとることができ、素子を小
さくできる。
また、この時の回折効率ηは、近似的に次式により与え
られる。
られる。
ｙ７ ＝ ｓｉｎ” （ｙｃΔｎＴ／２λＣＯ８θａ）
回折効率η＝ｌＯＯ％とするためには、πΔｎＴ／２λ
ＣＯＳθ、＝π／２でなければならないことから、この
時のスイッチ長Ｔは、上記の値から、Ｔ＝２７．５％ｍ
となる。即ち、屈折率変化を１％与え、スイッチ部１３
の長さを３０ｐｍ程度にすれば、はぼ１００％のスイッ
チングを行わせることが可能となる。よって、大きな消
光比が得られる。
回折効率η＝ｌＯＯ％とするためには、πΔｎＴ／２λ
ＣＯＳθ、＝π／２でなければならないことから、この
時のスイッチ長Ｔは、上記の値から、Ｔ＝２７．５％ｍ
となる。即ち、屈折率変化を１％与え、スイッチ部１３
の長さを３０ｐｍ程度にすれば、はぼ１００％のスイッ
チングを行わせることが可能となる。よって、大きな消
光比が得られる。
なお、本実施例では、スイッチ部１３に透過型のブラッ
グ回折を用いた例を示したが、第３図に示すように、光
スイツチ部１３を２分割させた反射型のブラッグ回折を
用いるようにしてもよい。
グ回折を用いた例を示したが、第３図に示すように、光
スイツチ部１３を２分割させた反射型のブラッグ回折を
用いるようにしてもよい。
発明の効果
本発明は、上述したように、スイッチ部において、光導
波路内にキャリアを注入することによる半導体固有のプ
ラズマ効果、及びバンド間遷移の吸収端波長シフトに起
因する屈折率変化により、屈折率を制御し、光導波路内
で屈折率が周期的に変化す蚤回折格子を選択的に形成す
るようにしたので、そのブラッグ回折を利用してスイッ
チングすることができ、屈折率変化が大きく、光導波路
の交差角を大きくとることができるため、素子自体を小
さくすることも可能で、さらに、このような構造は基本
的に通常の半導体の製造プロセスで製造できるため、半
導体レーザ等の光デバイスとの集積化も可能とすること
ができる。
波路内にキャリアを注入することによる半導体固有のプ
ラズマ効果、及びバンド間遷移の吸収端波長シフトに起
因する屈折率変化により、屈折率を制御し、光導波路内
で屈折率が周期的に変化す蚤回折格子を選択的に形成す
るようにしたので、そのブラッグ回折を利用してスイッ
チングすることができ、屈折率変化が大きく、光導波路
の交差角を大きくとることができるため、素子自体を小
さくすることも可能で、さらに、このような構造は基本
的に通常の半導体の製造プロセスで製造できるため、半
導体レーザ等の光デバイスとの集積化も可能とすること
ができる。
第１図は本発明の一実施例を示す概略平面図、第２図は
スイッチ部の構造を示す断面図、第３図は反射型の変形
例を示す概略平面図、第４図は従来例を示す平面図であ
る。 １０・・・半導体光導波路層、１１・・・半導体層、１
２・・・光導波路、１３・・・スイッチ部、１９・・・
回折格子
スイッチ部の構造を示す断面図、第３図は反射型の変形
例を示す概略平面図、第４図は従来例を示す平面図であ
る。 １０・・・半導体光導波路層、１１・・・半導体層、１
２・・・光導波路、１３・・・スイッチ部、１９・・・
回折格子
Claims (1)
- 半導体光導波層の上下にこの半導体光導波層より低屈折
率で導電型を有する半導体層を配置させて光導波路を形
成し、この光導波路に対し垂直方向にキャリアを周期的
に注入させるスイッチ部を形成した半導体光スイッチに
おいて、前記スイッチ部に、注入キャリアのプラズマ効
果により光導波路内で屈折率が周期的に変化する回折格
子を形成したことを特徴とする半導体光スイッチ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9153489A JPH02269324A (ja) | 1989-04-11 | 1989-04-11 | 半導体光スイッチ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9153489A JPH02269324A (ja) | 1989-04-11 | 1989-04-11 | 半導体光スイッチ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02269324A true JPH02269324A (ja) | 1990-11-02 |
Family
ID=14029122
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9153489A Pending JPH02269324A (ja) | 1989-04-11 | 1989-04-11 | 半導体光スイッチ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02269324A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07181528A (ja) * | 1993-12-24 | 1995-07-21 | Nec Corp | 光ノード素子 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS57148724A (en) * | 1981-03-11 | 1982-09-14 | Nec Corp | Optical switching method |
| JPS63202722A (ja) * | 1987-02-19 | 1988-08-22 | Fujitsu Ltd | 光スイツチ |
-
1989
- 1989-04-11 JP JP9153489A patent/JPH02269324A/ja active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS57148724A (en) * | 1981-03-11 | 1982-09-14 | Nec Corp | Optical switching method |
| JPS63202722A (ja) * | 1987-02-19 | 1988-08-22 | Fujitsu Ltd | 光スイツチ |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07181528A (ja) * | 1993-12-24 | 1995-07-21 | Nec Corp | 光ノード素子 |
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