JPH04159521A - 半導体光スイッチ - Google Patents

半導体光スイッチ

Info

Publication number
JPH04159521A
JPH04159521A JP28614190A JP28614190A JPH04159521A JP H04159521 A JPH04159521 A JP H04159521A JP 28614190 A JP28614190 A JP 28614190A JP 28614190 A JP28614190 A JP 28614190A JP H04159521 A JPH04159521 A JP H04159521A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
waveguide
optical
algaas
undoped
cladding layer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP28614190A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2903694B2 (ja
Inventor
Yuji Koga
甲賀 祐二
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by NEC Corp filed Critical NEC Corp
Priority to JP28614190A priority Critical patent/JP2903694B2/ja
Publication of JPH04159521A publication Critical patent/JPH04159521A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP2903694B2 publication Critical patent/JP2903694B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Optical Integrated Circuits (AREA)
  • Semiconductor Lasers (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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、将来の光通信システムや光情報処理システム
において重要なエレメントとなる半導体光スィッチ、特
に方向性結合器型の半導体光スィッチに関する。
〔従来の技術〕
光スィッチは将来の高速光通信システム、光情報処理シ
ステムのキーエレメントの1つと考えられ、各所で研究
開発が活発化してきている。光スィッチとしては、Li
NbO3等の誘電体を用いたものと、GaAsやInP
の半導体を用いたものとが考えられているが、光アンプ
等の他の光素子やFET等の電子回路との集積化が可能
で、小型化、多チャンネル化も容易な半導体光スィッチ
への期待が近年高まりつつある。
このような半導体光スィッチとしては、上記適用分野か
ら考えて、高速動作、低消費電力動作、低電圧動作、低
損失動作、高集積の容易性等が要求される。半導体光ス
ィッチの方式としては、これJてに電流注入に伴うバン
ドフィリング効果もしくはフリーキャリアプラズマ効果
による屈折率変化を用いた全反射型スイッチ、電界印加
に伴う電気光学効果による屈折率変化を利用した方向性
結合器型スイッチ、多重量子井戸に電界を印加したとき
の励起子吸収ピークの移動に伴う屈折率変化を用いた全
反射型スイッチ等が試作検討されているが、電流注入全
反射型は動作速度が遅くまた消費電力が大きいという難
点があり、また多重量子井戸構造全反射型スイッチは本
質的に低損失化が困難であるという問題点がある。これ
に対して電気光学効果を用いた方向性結合器型スイッチ
は、全反射型に比べて素子長は長くなるものの、高速、
低消費電力動作が可能であり、また低損失であるという
利点も有している。
低損失性に関しては、近年E、Kaponらによって波
長1.52μmにおいて0.15dB/cmという低損
失光導波路がGaAs/A lGaAs系で実現できる
ことがアプライド フィジックス レターズ(Appl
ied PhysicsLet、ters)誌第50巻
第23号(1987)において報告されている。GaA
sおよびAlGaAsのバンドキャップ波長は1.3μ
m帯および1.5μm帯に比べて十分に短波長側にある
ため、上述のような低損失先導波路を実現することがで
きる。しがも、電気光学効果には波長依存性がほとんど
無いので、動作波長がバンドギャップから離れていても
屈折率変化はバンドギャップ近傍の場合と変わらない。
したがって、GaAs/A lGaAs系光導波路は長
波長帯方向性結合器型スイッチ材料として非常に有望で
ある。
〔発明が解決しようとする課題〕
ところで、従来、方向性結合器型スイッチは素子長が数
mmと長いという問題点があった。特に、マトリクス型
光スイッチのように光路の切り替えを行う素子において
は方向性結合器が数段にわたって結合されるため、方向
性結合器の素子長が光の入射方向のマトリクス光スイツ
チ全体の長さを飛躍的に増大させる要因となっていた。
このため、マトリクス光スィッチの形状は非常に縦横比
の大きな形状となっている。このマトリクス光スィッチ
の形状が非常に縦横比の大きな形状であるという問題は
方向性結合器の形状を曲線形状とすることで解決される
か、曲線形状の方向性結合器は、その曲率半径が小さく
なるのに従って2本の先導波路の伝搬定数差が大きくな
り、先導波路間での光の結合が生じなくなってしまう問
題点を有している。
〔課題を解決するための手段〕
上述のような問題点を解決するなめに、本発明において
は、n型(又はp型)半導体基板上に、n型(又はp型
)半導体クラッド層、アンドープ半導体導波層、アンド
ープ半導体クラッド層、p型く又はn型)半導体クラッ
ド層、p型(又はn型)半導体キャップ層が順次積層さ
れた層構造を有し、前記p型(又はn型)半導体キャッ
プ層。
p型(又はn型ン半導体クラッド層およびアンドープ半
導体クラッド層が一部除去されて、近接した2本のリブ
型光導波路が形成されており、前記2本のリブ型光導波
路が同一の中心点で、がっ、任意の曲率を持った曲線形
状を有し、内周側の光導波路の導波路幅が少なくとも外
周側の光導波路の導波路幅よりも広いことを特徴とする
方向性結合器型半導体光スィッチの構造を採用した。
〔作用〕
本発明においては、方向性結合器の2本の近接した光導
波路は同一の中心点で、がっ、任意の曲率を持った曲線
形状をとっている。このとき素子長は、方向性結合器を
構成する光導波路が曲線光導波路であるなめに光の入射
方向の素子長を短くし、光の入射方向に垂直な方向に長
くなる。この事によって、前述のマトリクス光スィッチ
の全長を短くする事が可能であり、縦横比の小さなマト
リクス光スィッチが可能である。
また、前述の構造に加えて内周側の光導波路9の導波路
幅W2が少なくとも外周側の先導波路8の導波路幅W工
よりも広い構造をとっている(第2図(、d)参照)。
光導波路の幅W、、W2が同一の曲線導波路の場合(第
2図(b))、外周の光導波路8を伝搬する光は内周の
導波路9を伝搬する光よりも光路が長くなることがら、
通常の直線光導波路によって構成された方向性結合器型
光スイッチと異なり、予め大きな伝搬定数差が生じてい
る。直線光導波路によって構成された方向性結合器型光
スイッチはく第2図<a))、ある結合係数を有し、伝
搬定数(β)が同一の2本の直線光導波路の一方に電界
を印加し、電気光学効果にともなう屈折率変化によって
生じる伝搬定数差を用いてスイッチングを行っている。
しかし、前述の曲線光導波路による方向性結合器の場合
、前記したように予め大きな伝搬定数差が生じており、
光導波路間での光の結合が生じないため、上述の原理に
よる光のスイッチングができない。ところが、前述の非
対称な導波路幅を採用すれば光導波路を曲線にした事に
よって生じた伝搬定数差を打ち消す事ができく第2図(
c)、(d)参照)、通常の直線光導波路を用いた方向
性結合器型光スイッチと同等のスイッチングを実現する
事が可能であり、同時に光の入射方向の素子長を短縮す
る事が可能である。
〔実施例〕
以下図面を参照して本発明の詳細な説明する。
第1図は本発明によるGaAs/A I GaAs非対
称曲線方向性結合器型半導体光スィッチの実施例を示す
斜視概略図である。第2図は導波路幅及び導波路形状を
変えたときの伝搬定数の大小関係を示す図である。第3
図は無電界時の光のスイッチングを示す図である。
第1図においては、n−GaAs基板6上にn−AIG
aAs(Afflの含有率−0,3〜0.5 >クラッ
ド層5 、GaAsアンドープ導波層4 、AlGaA
s (Ajの含有率−03〜05)アンドープクラッド
層3、P−AIGaAs(Afflの含有率−0,3〜
0,5)クラッド層2、p+−GaAsキャップ層1か
形成されている。
ここで、ストライプ状のリブ部を有し、曲率半径が5m
mの2本の光導波路がp”−GaAsキャップ層1 、
p−AlGaAsクラッド層2と、さらに電気的分離を
行うためのAlGaAsアンドープクラッド層3の一部
まで導波路パターンは残して除去される事によって形成
され、2本の曲率半径5mmの曲線光導波路および前記
1−GaAs半導体基板6の裏面に電極7が形成されて
いる。n−AlGaAsクラッド層5、GaAsアンド
ープ導波層4 、AlGaAsアンドープクラッド層3
 、 P−AlGaAsクラッド層2、p”−GaAs
キャップ層1の厚さは、それぞれ1〜2μm、0.2μ
m、0.4μm、10μm、0.2μm程度である。導
波路幅は内周側は1.5μm、外周側は1.0 umで
ある。また、素子の長さは光の入射方向に380μm程
度、入射方向に垂直な方向に20μmである。
次にGaAs/A lGaAs非対称曲線方向性結合器
型光スイッチの製造方法を簡単に説明する。n −Ga
As基板6上にMBE法もしくはMOVPE法を用いて
n−AlGaAs (A I含有率=0.3〜0.5 
’)クラッド層5、GaAsアンドープ導波層4 、A
lGaAs (A I2含有率=0.3〜0.5 ’)
アンドープクラッド層3、p−AIGaAs(Aj;I
含有率=0.3〜0.5)クラッド層2、p+−GaA
sキャップ層1を順次成長する。その後、電極7を基板
全面に形成した後、通常のフォトリングラフィ法とエツ
チング法を用いて電極7を幅1.0〜1,5μm程度の
リブ形状に加工する。この後、再度通常のフォトリソグ
ラフィ法を用いてリブ部のマスキングを行い、リブ部以
外のA I GaAsアンドープクラッド層3、p−A
lGaAsクラッド層2、p+−GaAsキャップ層1
をAlGaAsアンドープクラッド層3に至るまで反応
性イオンビームエツチング法により除去する。最後に、
n−GaAs基板6の裏面に電極7を形成する。
以上が本発明によるGaAs/AlGaAs半導体非対
称曲線方向性結合器型光スイッチの実施例の構成及び製
造方法の一例である。第3図に外周側の光導波路に光を
入射したときの内周側の光導波路への光の結合状態を光
電力21の大きさで示す。無電界時にも内周側の光導波
路から外周側の光導波路へと光の結合が生じ、通常の方
向性結合器動作が生じている。スイッチング時における
クロストークは一20dB以上の値を示している。
〔発明の効果〕
以上述べたように本発明によれば、方向性結合器型半導
体光スィッチの素子長を短縮でき、素子の高密度化を行
うことができる。なお、本発明は上記の実施例に限定さ
れるものではない。実施例としでは、GaAs系の方向
性結合器型光スイッチを取り上げたが、これに限るもの
ではなく、InP系などの他の材料を用いた方向性結合
器型半導体スイッチに対しても本発明は適用化可能であ
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例であるGaAs/A lGa
As非対称曲級方向性結合器型半導体光スイッチの構造
を示す斜視概略図である。第2図(a)は導波路形状が
直線で、導波路幅が対称時の伝搬定数の大小関係を示す
図である。第2図(b)は導波路形状が曲線で、導波路
幅が対称時の伝搬定数の大小関係を示す図である。第2
図(c)は導波路形状が直線で、導波路幅が非対称時の
伝搬定数の大小関係を示す図である。第2図(d)は導
波路形状が曲線で、導波路幅が非対称時の伝搬定数の大
小関係を示す図である。第3図は本発明による一実施例
における外周側の光導波路に光を入射した時の内周側の
光導波路への光の結合状態を光電力で示した図である。 1・・・第2導電型半導体キャップ層、2・・・第2導
電型半導体クラッド層、3・・・アンド−7半導体クラ
ッド層、4・・・アンドープ半導体導波層、50.・第
1導電型半導体クラッド層、6・・・半導体基板、7・
・・電極、21・・・光電力。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1.  第1導電型半導体基板上に、第1導電型半導体クラッ
    ド層、アンドープ半導体導波層、アンドープ半導体クラ
    ッド層、第2導電型半導体クラッド層、第2導電型半導
    体キャップ層が順次積層された層構造を有し、前記第2
    導電型半導体キャップ層、第2導電型半導体クラッド層
    およびアンドープ半導体クラッド層が一部除去されて、
    近接した2本のリブ型光導波路が形成されており、前記
    2本のリブ型光導波路が同一の中心点で、かつ、任意の
    曲率を持った曲線形状を有し、内周側の光導波路の導波
    路幅が少なくとも外周側の光導波路の導波路幅よりも広
    いことを特徴とする半導体光スイッチ。
JP28614190A 1990-10-24 1990-10-24 半導体光スイッチ Expired - Lifetime JP2903694B2 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP28614190A JP2903694B2 (ja) 1990-10-24 1990-10-24 半導体光スイッチ

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP28614190A JP2903694B2 (ja) 1990-10-24 1990-10-24 半導体光スイッチ

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH04159521A true JPH04159521A (ja) 1992-06-02
JP2903694B2 JP2903694B2 (ja) 1999-06-07

Family

ID=17700468

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP28614190A Expired - Lifetime JP2903694B2 (ja) 1990-10-24 1990-10-24 半導体光スイッチ

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2903694B2 (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100790718B1 (ko) * 2007-11-05 2008-01-02 삼성전기주식회사 고출력 반도체 레이저소자
CN113272695A (zh) * 2019-01-29 2021-08-17 国际商业机器公司 用于量子位-光学-cmos集成的波导结构

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100790718B1 (ko) * 2007-11-05 2008-01-02 삼성전기주식회사 고출력 반도체 레이저소자
CN113272695A (zh) * 2019-01-29 2021-08-17 国际商业机器公司 用于量子位-光学-cmos集成的波导结构
US11730067B2 (en) 2019-01-29 2023-08-15 International Business Machines Corporation Qubit-optical-CMOS integration using structured substrates

Also Published As

Publication number Publication date
JP2903694B2 (ja) 1999-06-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6937781B2 (en) Optical switch having photonic crystal structure
US6162655A (en) Method of fabricating an expanded beam optical waveguide device
JPH04233783A (ja) 光増幅器
JP2002540470A (ja) 垂直に結合された導波体構造を使用した光学クロスポイントスイッチ
JPH08220571A (ja) 小型ディジタル光学スイッチ
US5454058A (en) Selective optical signal switch and/or combiner
US5444802A (en) Optical switch
JPH10300959A (ja) 半導体光導波路機能素子
Fish et al. Suppressed modal interference switches with integrated curved amplifiers for scaleable photonic crossconnects
JPH04159521A (ja) 半導体光スイッチ
JP2503558B2 (ja) 光スイッチ
JP2917950B2 (ja) 波長可変半導体レーザ及びその製造方法
Kim et al. Improved extinction ratio in ultra short directional couplers using asymmetric structures
JP2662059B2 (ja) 光電スイッチ素子を有する集積半導体装置
JP2007155967A (ja) 電磁波偏波面回転装置
JP3147386B2 (ja) 偏光無依存型半導体光スイッチ
JP2781655B2 (ja) 方向性結合器型半導体光スイッチ
JPH1172759A (ja) 導波路形光デバイスとその製造方法
JP2897371B2 (ja) 半導体導波路型偏光制御素子
JPH04159511A (ja) 半導体光モードスプリッタ
JPH0230195B2 (ja)
JP2707610B2 (ja) 非線形半導体光方向性結合器
JP2676942B2 (ja) 光変調器
Hou et al. Electroabsorption-modulated DFB laser integrated with dual-core spot-size converters
JPS6381305A (ja) 光集積回路