JPH023024A - 半導体光スイッチ - Google Patents
半導体光スイッチInfo
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- JPH023024A JPH023024A JP15082488A JP15082488A JPH023024A JP H023024 A JPH023024 A JP H023024A JP 15082488 A JP15082488 A JP 15082488A JP 15082488 A JP15082488 A JP 15082488A JP H023024 A JPH023024 A JP H023024A
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Landscapes
- Optical Integrated Circuits (AREA)
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】
〔概 要〕
光を空間的に切換える半導体光スイッチの構造に関し、
光信号のクコストークの小さな半導体光スイッチの提供
を目的とし、 2本の光導波路が交差する領域上に電流注入領域が設け
られ、該電流注入領域に注入される電流を制御して該光
導波路が交差する領域における屈折率を変化し、外部か
らの入力光を透過或いは屈折させて該入力光が出射する
光導波路を選択する半導体光スイッチにおいて、該入力
光が透過した時に選択される光導波路上に該電流注入領
域が延長されてなる構成を有する。
を目的とし、 2本の光導波路が交差する領域上に電流注入領域が設け
られ、該電流注入領域に注入される電流を制御して該光
導波路が交差する領域における屈折率を変化し、外部か
らの入力光を透過或いは屈折させて該入力光が出射する
光導波路を選択する半導体光スイッチにおいて、該入力
光が透過した時に選択される光導波路上に該電流注入領
域が延長されてなる構成を有する。
本発明は光を空間的に切換える半導体光スイッチの構造
に関する。
に関する。
近年、長距離、大容量の光通信システムが急速に発展し
、その有用性が高まっている。
、その有用性が高まっている。
従来、この光通信システムにおいては、光信号を一度電
気信号に換え、電気的に信号を処理した後に、再び光信
号に戻す方式が用いられていた。
気信号に換え、電気的に信号を処理した後に、再び光信
号に戻す方式が用いられていた。
しかし、光の高速性を活かす上にも、また信号処理部の
構成素子数を減らす上にも、光信号を先のままで処理で
きる方式の開発が望まれていた。
構成素子数を減らす上にも、光信号を先のままで処理で
きる方式の開発が望まれていた。
このような新しい信号処理方式を構成するためには、光
を空間的に切換える光スイッチが必要であり、上記シス
テムの高性能化のためには光スイッチの特性向上が重要
になる。
を空間的に切換える光スイッチが必要であり、上記シス
テムの高性能化のためには光スイッチの特性向上が重要
になる。
光スイッチの一つに光の全反射性質を利用した交差型光
スイッチがある。
スイッチがある。
従来上記光スイッチとしては、ニオブ酸すチュウム(L
iNbOt)等の誘電体よりなる基体に、チタン(Ti
)等を拡散して選択的に屈折率を上げることによって導
波路を形成し、導波路に電界を印加し電気光学効果によ
り屈折率差を生じさせてスイッチを行わせる素子が主流
であったが、近年、導波路の交差角が大きくとれるため
に素子長を短くできる、偏光依存性が小さい、レーザ、
フォトダイオード等の半導体発受光素子との集積が可能
である等の利点により、化合物半導体を用いた光スイッ
チが有望視されてきている。
iNbOt)等の誘電体よりなる基体に、チタン(Ti
)等を拡散して選択的に屈折率を上げることによって導
波路を形成し、導波路に電界を印加し電気光学効果によ
り屈折率差を生じさせてスイッチを行わせる素子が主流
であったが、近年、導波路の交差角が大きくとれるため
に素子長を短くできる、偏光依存性が小さい、レーザ、
フォトダイオード等の半導体発受光素子との集積が可能
である等の利点により、化合物半導体を用いた光スイッ
チが有望視されてきている。
第5図(al及び(blは従来例による交差型半導体光
スイッチを模式的に示す平面図(aJ、A−A断面図(
bl及びF3−B断面図(C)である。
スイッチを模式的に示す平面図(aJ、A−A断面図(
bl及びF3−B断面図(C)である。
この図を用い、製造工程の概略と共に従来構造を説明す
る。
る。
即ち該n4nP基板1の表面にリブガイド構造の交差す
る導波路形成用の溝2 (2A及び2B)を形成した後
、該基板1上にノンドープInGaAsP導波層3 、
n41pクラッド層4、p−1nGaAsPコンタクト
層5を順次成長し、該コンタクト層5上にSiO□膜6
を被着し、該SiO□膜6における前記11.2A、2
Bの交差部の上部の電流注入領域を形成する領域を開口
し、該開口からp−[nGaAsI’コンタクト層5及
びn−InP層4内に亜鉛(Zn)を拡散してp型電流
注入領域7を形成して、InGaAsP導波層3との間
にp−0接合を形成し、次いで基板の裏面にn側電極8
を、基板表面のp型電流注入領域7を覆ってn側電極9
を形成した構造であった。
る導波路形成用の溝2 (2A及び2B)を形成した後
、該基板1上にノンドープInGaAsP導波層3 、
n41pクラッド層4、p−1nGaAsPコンタクト
層5を順次成長し、該コンタクト層5上にSiO□膜6
を被着し、該SiO□膜6における前記11.2A、2
Bの交差部の上部の電流注入領域を形成する領域を開口
し、該開口からp−[nGaAsI’コンタクト層5及
びn−InP層4内に亜鉛(Zn)を拡散してp型電流
注入領域7を形成して、InGaAsP導波層3との間
にp−0接合を形成し、次いで基板の裏面にn側電極8
を、基板表面のp型電流注入領域7を覆ってn側電極9
を形成した構造であった。
この構造において、ノンドープInGaAsP導波層3
の屈折率はn−TnPクラッド層4より大きいので垂直
方向に光の導波機構を有する。またInGaAsP導波
層3が厚くなっているところでは、水平方向に等価的に
屈折率が高(なっているので、水平方向にも光の導波機
構を有する。
の屈折率はn−TnPクラッド層4より大きいので垂直
方向に光の導波機構を有する。またInGaAsP導波
層3が厚くなっているところでは、水平方向に等価的に
屈折率が高(なっているので、水平方向にも光の導波機
構を有する。
以上の構造を持つ光スイッチの入力ポートP。に入射す
る光(波長λ〜1.55μm)は、電流注入領域7に電
流を流さない時、交差部を直進して透過光が第1の出力
ポートP+へ出力される。一方該電流注入領域7に電流
を流すと、ノンドープInGaAsP導波層3の電流注
入領域7に接する領域に小数キャリアが発生してその屈
折率が低下するために、交差部において光は全反射され
該反射光が第2の出力ポートP!に出力される。
る光(波長λ〜1.55μm)は、電流注入領域7に電
流を流さない時、交差部を直進して透過光が第1の出力
ポートP+へ出力される。一方該電流注入領域7に電流
を流すと、ノンドープInGaAsP導波層3の電流注
入領域7に接する領域に小数キャリアが発生してその屈
折率が低下するために、交差部において光は全反射され
該反射光が第2の出力ポートP!に出力される。
このように半導体光スイッチにおいては、電流注入領域
7に流す電流の存無により空間的に光の進路を切換える
ことができる。
7に流す電流の存無により空間的に光の進路を切換える
ことができる。
しかしながら上記構造を有する従来の半導体光スイッチ
においては、電流注入によりInGaAsP導波層3の
屈折率を減少させると、同時に核層3の光の吸収係数も
増大するために、入射光は上記交差部において完全には
反射されず(全反射せず)、一部透過光が第1の出力ボ
ートPl側へ出力されるという現象があり、電流注入時
の光信号のクロストークが大きいという問題があった。
においては、電流注入によりInGaAsP導波層3の
屈折率を減少させると、同時に核層3の光の吸収係数も
増大するために、入射光は上記交差部において完全には
反射されず(全反射せず)、一部透過光が第1の出力ボ
ートPl側へ出力されるという現象があり、電流注入時
の光信号のクロストークが大きいという問題があった。
そこで本発明は光信号のクロス]・−りの小さな半導体
光スイッチの提供を目的とする。
光スイッチの提供を目的とする。
上記課題は、2本の光導波路が交差する領域上に電流注
入領域が設けられ、該電流注入領域に注入される電流を
制御して該光導波路が交差する領域における屈折率を変
化し、外部からの入力光を透過或いは屈折させて該入力
光が出射する光導波路を選択する半導体光スイッチにお
いて、該入力光が透過した時に選択される光導波路上に
該電流注入領域が延長されてなる本発明による半導体光
スイッチによって解決される。
入領域が設けられ、該電流注入領域に注入される電流を
制御して該光導波路が交差する領域における屈折率を変
化し、外部からの入力光を透過或いは屈折させて該入力
光が出射する光導波路を選択する半導体光スイッチにお
いて、該入力光が透過した時に選択される光導波路上に
該電流注入領域が延長されてなる本発明による半導体光
スイッチによって解決される。
即ち本発明においては、rnGaAsP導波層As法の
注入によって、屈折率の低下を生ずるのみでなく、光の
吸収係数が増大する性質を有することを利用し、電流注
入領域を透過光出力用の導波路上に拡げることによって
、電流注入時の透過光を該導波路内で吸収して減衰させ
、電流注入時即ち光路切換え時におけるクロストークの
小さい交差型半導体光スイ・7チを実現する。
注入によって、屈折率の低下を生ずるのみでなく、光の
吸収係数が増大する性質を有することを利用し、電流注
入領域を透過光出力用の導波路上に拡げることによって
、電流注入時の透過光を該導波路内で吸収して減衰させ
、電流注入時即ち光路切換え時におけるクロストークの
小さい交差型半導体光スイ・7チを実現する。
以下本発明を、図示実施例により具体的に説明する。
第1図は本発明の一実施例を模式的に示す平面図(a)
、A−A断面図(bl及びF3−B断面図(C)、第2
図(al〜(blは同実施例の製造工程を示す平面図、
第3図(a)〜Q)lは同実施例の製造工程を示すA−
A断面図、第4図は本発明の効果を示す図である。
、A−A断面図(bl及びF3−B断面図(C)、第2
図(al〜(blは同実施例の製造工程を示す平面図、
第3図(a)〜Q)lは同実施例の製造工程を示すA−
A断面図、第4図は本発明の効果を示す図である。
全図を通じ同一対象物は同一符合で示す。
本発明に係る交差型半導体光スイッチは、入力ボートO
(r’、)から入射光用導波路10を介して光(波長
7〜1.55μm)が入射する構成において、例えば第
1図に示すように、従来1nGaAsP導波層3によっ
て構成されるリプ状の導波路3A、3Bの交差部上の所
定部のみに設けられていたp型電流注入卯域7が、第1
の出力ポートp+で示される透過光用導波路11の上部
に誦の如く延長して配設され、それに伴って該電流注入
領域7及び7Aに電流を流し込むp側電極9 (Ti
/Pt/Au1よりなる)も、電流注入領域7A上に9
への如く延長して形成される。この構成において、導波
路3A、3Bの幅aは2〜3μm程度に、導波路3Aと
3Bの交差角θは4度程度に、交差部上の電流注入領域
7は幅b−10μm、長さC−90μm程度に、透過光
用導波路上の電流注入領域延長部7八は幅e=3μm、
長さf=]oOl1m程度に形成される。
(r’、)から入射光用導波路10を介して光(波長
7〜1.55μm)が入射する構成において、例えば第
1図に示すように、従来1nGaAsP導波層3によっ
て構成されるリプ状の導波路3A、3Bの交差部上の所
定部のみに設けられていたp型電流注入卯域7が、第1
の出力ポートp+で示される透過光用導波路11の上部
に誦の如く延長して配設され、それに伴って該電流注入
領域7及び7Aに電流を流し込むp側電極9 (Ti
/Pt/Au1よりなる)も、電流注入領域7A上に9
への如く延長して形成される。この構成において、導波
路3A、3Bの幅aは2〜3μm程度に、導波路3Aと
3Bの交差角θは4度程度に、交差部上の電流注入領域
7は幅b−10μm、長さC−90μm程度に、透過光
用導波路上の電流注入領域延長部7八は幅e=3μm、
長さf=]oOl1m程度に形成される。
なおその他の構造は従来と同様であり、図中、1はn−
TnP基板、2、静、2Bは導波路形成用の溝、4はn
−rnPnワク9フ、5はρ−TnGaAsPコンタク
ト層、6は5iOt膜、8はn側電極(AuGeNiよ
りなる)、10は入射光用導波路、12は反射光用導波
路、P2は第2の出力ポートを示す。
TnP基板、2、静、2Bは導波路形成用の溝、4はn
−rnPnワク9フ、5はρ−TnGaAsPコンタク
ト層、6は5iOt膜、8はn側電極(AuGeNiよ
りなる)、10は入射光用導波路、12は反射光用導波
路、P2は第2の出力ポートを示す。
次いで上記構造を図を参照し、製造方法により更に詳し
く説明する。
く説明する。
第2図(a)及び第3図(al参照
先ず例えばn型不純物濃度3 XIO”am−3を有し
、且つ(100)面を有するn−TnP基板1上に、エ
ツチング手段に臭素水等によるウェットエツチング法を
用いるフォトリソグラフィにより4度程度の角度θで交
差する幅a=3pm、深さ(L =0.3 ;tm程度
のリブ状の導波路形成用溝静、2Bを形成する。
、且つ(100)面を有するn−TnP基板1上に、エ
ツチング手段に臭素水等によるウェットエツチング法を
用いるフォトリソグラフィにより4度程度の角度θで交
差する幅a=3pm、深さ(L =0.3 ;tm程度
のリブ状の導波路形成用溝静、2Bを形成する。
第2図(bl及び第3図(bll参
照−で液相エピタキシャル成長(LPE)法により上記
基板1上にフォトルミネセンス波長λ1.=1.3.+
1mの組成を存する厚さd z = 0.4p mのノ
ンドープTnGaAsP導波M3、n型不純物濃度1×
l Q I 7 cm ” :l、厚さdz = 1.
5μmを有するn4nPクラッド層4、p型不純物濃度
1 x 10I !l c「3 λ、L=1.3 μ
mの組成、厚さdff= 0.3μmを存するρ−Tn
GaAsr’コンタクト層5を成長する。
基板1上にフォトルミネセンス波長λ1.=1.3.+
1mの組成を存する厚さd z = 0.4p mのノ
ンドープTnGaAsP導波M3、n型不純物濃度1×
l Q I 7 cm ” :l、厚さdz = 1.
5μmを有するn4nPクラッド層4、p型不純物濃度
1 x 10I !l c「3 λ、L=1.3 μ
mの組成、厚さdff= 0.3μmを存するρ−Tn
GaAsr’コンタクト層5を成長する。
ここで前記n−1nP基板lの導波路構成用a2A、2
n内にノンドープTnGaAsl’による導波路3A及
び3Bが形成される。
n内にノンドープTnGaAsl’による導波路3A及
び3Bが形成される。
第1図(al、fbl、(C1参照
次いで上記コンタクト層5上にCVD法により厚さ20
00人程度の5in2膜6を形成し、通常のフォトリソ
グラフィ手段により該SiO□膜6の前記導波路3Aと
3Bの交差部上の図示寸法を有する所定の領域及び透過
光用導波路11上を図示寸法で覆う領域に連続した開孔
13を形成し、該SiO□v、6の開孔13から通常の
ガス拡散法によりノンドープInGaAsP導波層3に
達する深さに亜鉛(Zn)を拡散し、ノンドープInG
aAsP導波層3との間にp−n接合を存する一体のp
型電流注入領域7及び録を形成する。
00人程度の5in2膜6を形成し、通常のフォトリソ
グラフィ手段により該SiO□膜6の前記導波路3Aと
3Bの交差部上の図示寸法を有する所定の領域及び透過
光用導波路11上を図示寸法で覆う領域に連続した開孔
13を形成し、該SiO□v、6の開孔13から通常の
ガス拡散法によりノンドープInGaAsP導波層3に
達する深さに亜鉛(Zn)を拡散し、ノンドープInG
aAsP導波層3との間にp−n接合を存する一体のp
型電流注入領域7及び録を形成する。
そして以後、通常の方法により該基板1の裏面全体にA
uGeNiよりなるn(!TII電極8を形成し、前記
SiO□膜6の開孔13上にTi/Pt/Auの積層構
造よりなる一体のp側電極9及び9Aを形成する。
uGeNiよりなるn(!TII電極8を形成し、前記
SiO□膜6の開孔13上にTi/Pt/Auの積層構
造よりなる一体のp側電極9及び9Aを形成する。
以上のようにして形成した本発明に係る交差型半導体光
スイッチにおいては、導波路3A、3Bの交差部にp型
電流注入領域7を介して電流が注入される際、同時にp
型電流注入領域7Aを介して透過光用導波路11にも電
流が注入され該透過光用導波路11の光吸収係数が増大
する。そのため導波路3A、3Bの交差部に電流注入に
よって形成される低屈折率面で全反射されずに一部透過
光用導波路11に入射してくる光は光吸収係数が増大し
た該導波路11において吸収され、該透過光用導波路1
1を介して第1の出力ポートP1に出力される透過光、
即ち電流を注入し光路を切換えた際における透過光用導
波路11側へのクロストークは大幅に減少する。
スイッチにおいては、導波路3A、3Bの交差部にp型
電流注入領域7を介して電流が注入される際、同時にp
型電流注入領域7Aを介して透過光用導波路11にも電
流が注入され該透過光用導波路11の光吸収係数が増大
する。そのため導波路3A、3Bの交差部に電流注入に
よって形成される低屈折率面で全反射されずに一部透過
光用導波路11に入射してくる光は光吸収係数が増大し
た該導波路11において吸収され、該透過光用導波路1
1を介して第1の出力ポートP1に出力される透過光、
即ち電流を注入し光路を切換えた際における透過光用導
波路11側へのクロストークは大幅に減少する。
第4図この効果を電流注入領域7.7Aに注入する電流
と透過光用出力ポートP+及び反射光用出力ポートP2
に出力される透過光り、1反射光I、2の相対変化によ
って表した図で、実線で示すLl及びL2は上記実施例
に係るカーブで、鎖線で示す171.及びり、□は従来
のカーブである。
と透過光用出力ポートP+及び反射光用出力ポートP2
に出力される透過光り、1反射光I、2の相対変化によ
って表した図で、実線で示すLl及びL2は上記実施例
に係るカーブで、鎖線で示す171.及びり、□は従来
のカーブである。
この図から、従来βで示すように20%程度あったクロ
ストークがαで示すように10%程度に減少し、数dB
のクロスト−り改善がなされることがわかる。
ストークがαで示すように10%程度に減少し、数dB
のクロスト−り改善がなされることがわかる。
〔発明の効果〕
以を説明のように、本発明によれば交差型半導体光スイ
ッチの電流注入時におけるクロスト−りを大幅に改善で
き、該半導体光スイッチの性能が向上できる。
ッチの電流注入時におけるクロスト−りを大幅に改善で
き、該半導体光スイッチの性能が向上できる。
第1図は本発明の一実施例を模式的に示す平面図(al
、A−A断面図(bl及びB−B断面図(C1、第2図
(al〜(blは同実施例の工程平面図、第3図(al
〜(blは同実施例の工程断面図、第4図は本発明の効
果を示す図、 第5図は従来例による交差型半導体光スイッチを模式的
に示す平面図(al、A−A断面図(bl及びB−B断
面図(e)である。 図において、 1はn−Tnr’基板、 2.2A、2Bは導波路形成用の溝、 3はInGaAsP導波層、 論、3BはInGaAsP導波層による導波路、4はn
−Tnr’クラッド層、 5はp−TnGaAsP コンタクト層、6は5i02
膜、 7.7Aはp型電流注入領域、 8はn側電極、 9、静はp側電極、 10は入射光用導波路、 11はj3過光用導波路、 12は反射光用導波路、 Poは入力ボート、 r’1s P2は出力ポート を示す。 <b) A−A llfT面図 CC) F3−B断面図 木受g肋−割也9忰a<図 第 1 図 ((’t) (a、) (す 7本茫萌n−実1己張−Inニ畦平面図ノド弓;艷日月
6ワークC方亡λイ紛ユLオ=$6ララf5昂 ス 第 図 7寸ミイ芒日月σつ効1辷−? 示、T図下 図
、A−A断面図(bl及びB−B断面図(C1、第2図
(al〜(blは同実施例の工程平面図、第3図(al
〜(blは同実施例の工程断面図、第4図は本発明の効
果を示す図、 第5図は従来例による交差型半導体光スイッチを模式的
に示す平面図(al、A−A断面図(bl及びB−B断
面図(e)である。 図において、 1はn−Tnr’基板、 2.2A、2Bは導波路形成用の溝、 3はInGaAsP導波層、 論、3BはInGaAsP導波層による導波路、4はn
−Tnr’クラッド層、 5はp−TnGaAsP コンタクト層、6は5i02
膜、 7.7Aはp型電流注入領域、 8はn側電極、 9、静はp側電極、 10は入射光用導波路、 11はj3過光用導波路、 12は反射光用導波路、 Poは入力ボート、 r’1s P2は出力ポート を示す。 <b) A−A llfT面図 CC) F3−B断面図 木受g肋−割也9忰a<図 第 1 図 ((’t) (a、) (す 7本茫萌n−実1己張−Inニ畦平面図ノド弓;艷日月
6ワークC方亡λイ紛ユLオ=$6ララf5昂 ス 第 図 7寸ミイ芒日月σつ効1辷−? 示、T図下 図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 2本の光導波路が交差する領域上に電流注入領域が設け
られ、該電流注入領域に注入される電流を制御して該光
導波路が交差する領域における屈折率を変化し、外部か
らの入力光を透過或いは屈折させて該入力光が出射する
光導波路を選択する半導体光スイッチにおいて、 該入力光が透過した時に選択されろ光導波路上に該電流
注入領域が延長されてなる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 |
---|---|---|---|
JP15082488A JPH023024A (ja) | 1988-06-17 | 1988-06-17 | 半導体光スイッチ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP15082488A JPH023024A (ja) | 1988-06-17 | 1988-06-17 | 半導体光スイッチ |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH023024A true JPH023024A (ja) | 1990-01-08 |
Family
ID=15505205
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP15082488A Pending JPH023024A (ja) | 1988-06-17 | 1988-06-17 | 半導体光スイッチ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH023024A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0396926A (ja) * | 1989-09-08 | 1991-04-22 | Furukawa Electric Co Ltd:The | 光スイッチ |
JP2007093634A (ja) * | 2005-09-26 | 2007-04-12 | Fuji Xerox Co Ltd | 有機薄膜素子及びその製造方法、並びに光導波路素子及びその製造方法 |
-
1988
- 1988-06-17 JP JP15082488A patent/JPH023024A/ja active Pending
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0396926A (ja) * | 1989-09-08 | 1991-04-22 | Furukawa Electric Co Ltd:The | 光スイッチ |
JP2007093634A (ja) * | 2005-09-26 | 2007-04-12 | Fuji Xerox Co Ltd | 有機薄膜素子及びその製造方法、並びに光導波路素子及びその製造方法 |
JP4742779B2 (ja) * | 2005-09-26 | 2011-08-10 | 富士ゼロックス株式会社 | 光導波路素子の製造方法 |
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