JPH0548889B2 - - Google Patents
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- JPH0548889B2 JPH0548889B2 JP59166356A JP16635684A JPH0548889B2 JP H0548889 B2 JPH0548889 B2 JP H0548889B2 JP 59166356 A JP59166356 A JP 59166356A JP 16635684 A JP16635684 A JP 16635684A JP H0548889 B2 JPH0548889 B2 JP H0548889B2
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Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の利用分野〕
本発明は光導波路が交叉する光分岐部の屈折率
をキヤリア注入により変化せしめ、その結果生じ
る反射率の変化によりスイツチングを行う反射型
光スイツチに係わり、特に光分岐部を電流狭窄構
造にすることにより消光比の向上を図ることに関
する。
をキヤリア注入により変化せしめ、その結果生じ
る反射率の変化によりスイツチングを行う反射型
光スイツチに係わり、特に光分岐部を電流狭窄構
造にすることにより消光比の向上を図ることに関
する。
従来のキヤリア注入を利用した光スイツチは、
Mikami et.al.，“Waveguide optical switch in
InGaAs／InP using free−carrier plasma
dispersion”（Electronics Lett.，Vol.20.No.
8.15th March 1984，p228〜229）に記載されて
いるが、この構造においては注入されたキヤリア
が広がるため屈折率を変化させる領域が広く、ま
た屈折率を変化させる領域と変化させない領域の
境界も広がることになる。その結果、スイツチン
グ機能を発揮させるためには多くの電流を注入す
る必要があり、また屈折率が変化した領域への光
のしみ出しがあるため消光比も良くない。またス
イツチング機能や消光比を向上させるためにキヤ
リア注入領域を長くすると吸収損失が増加した
り、大型になつたりして実用上の支障をきたす。
Mikami et.al.，“Waveguide optical switch in
InGaAs／InP using free−carrier plasma
dispersion”（Electronics Lett.，Vol.20.No.
8.15th March 1984，p228〜229）に記載されて
いるが、この構造においては注入されたキヤリア
が広がるため屈折率を変化させる領域が広く、ま
た屈折率を変化させる領域と変化させない領域の
境界も広がることになる。その結果、スイツチン
グ機能を発揮させるためには多くの電流を注入す
る必要があり、また屈折率が変化した領域への光
のしみ出しがあるため消光比も良くない。またス
イツチング機能や消光比を向上させるためにキヤ
リア注入領域を長くすると吸収損失が増加した
り、大型になつたりして実用上の支障をきたす。
本発明の目的は、キヤリア注入型光スイツチの
構造を、光分岐部に注入するキヤリアが広がらな
いような狭窄構造とすることにより、消費電力、
消光比、挿入損失などのスイツチング特性が秀れ
た光スイツチを提供することにある。
構造を、光分岐部に注入するキヤリアが広がらな
いような狭窄構造とすることにより、消費電力、
消光比、挿入損失などのスイツチング特性が秀れ
た光スイツチを提供することにある。
本発明者は、キヤリア注入型光スイツチにおい
てキヤリア注入部を狭窄構造とすることができる
か否かについて研究を行なつた結果、正電極から
光分岐部を経て負電極に至る電流経路の少なくと
も一ケ所に電流狭窄部を設けることによりスイツ
チング特性が向上することを見出した。さらに狭
窄効果を大きくする電流狭窄構造として、キヤ
リア注入により屈折率が変化する部分をその部分
を構成する物質よりバンドギヤツプが大きく、か
つ屈折率が小さい物質からなる基板およびガイド
層で挾む、キヤリア注入により屈折率が変化す
る領域に接する電流径路内の領域の一部の導電型
を、上記屈折率が変化する領域の導電型と異なら
しめる、上記ガイド層の一部の導電型を屈折率
が変化する領域の導電型と異ならしめる、ことが
主要な要件として見出された。
てキヤリア注入部を狭窄構造とすることができる
か否かについて研究を行なつた結果、正電極から
光分岐部を経て負電極に至る電流経路の少なくと
も一ケ所に電流狭窄部を設けることによりスイツ
チング特性が向上することを見出した。さらに狭
窄効果を大きくする電流狭窄構造として、キヤ
リア注入により屈折率が変化する部分をその部分
を構成する物質よりバンドギヤツプが大きく、か
つ屈折率が小さい物質からなる基板およびガイド
層で挾む、キヤリア注入により屈折率が変化す
る領域に接する電流径路内の領域の一部の導電型
を、上記屈折率が変化する領域の導電型と異なら
しめる、上記ガイド層の一部の導電型を屈折率
が変化する領域の導電型と異ならしめる、ことが
主要な要件として見出された。
第１図を用いて本発明をさらに説明する。屈折
率がキヤリア注入によつて変化する領域を有する
光導波層１を、光導波層１を形成する材料により
バンドギヤツプが大きく、屈折率が小さい材料で
形成された基板１１およびガイド層２で挾んでい
る。第１図ａは光導波層１に接する基板１１の一
部８の導電型を光導波層１と異ならしめた場合を
示し、第１図ｂおよびｃはガイド層２の一部であ
る電流狭窄領域３の導電型を光導波層１の導電型
と異ならしめた場合を示す。上記において基板１
１の表面に光導波層１よりバンドギヤツプが大き
く屈折率が小さい薄層を設けてから光導波層１を
形成してもよい。また実際の素子においては、第
１図ａ，ｂおよびｃの構造が組み合わされること
もある。ここでキヤリア注入型反射光スイツチの
スイツチング動作を説明する。第２図は１×2Y
型反射光スイツチの上面図を拡大し、光の通路を
示した図である。キヤリア注入により屈折率が偏
変化する部分２５に入射口３１より入射した光が
達するような構造になつている。いまキヤリアが
注入がされず、したがつて屈折率が変化しない時
は入射光の大部分は経路３６を通つて出射口３
２より出射し、出射口３３からはもれた光が出
射する。光分岐部にキヤリアが注入されると屈折
率が変化する部分２５の屈折率は小さくなり、し
たがつて入射光はそこで反射して経路３５を通
り、その大部分は出射口３３より出射する。す
なわち光の経路が出射口からにスイツチされ
る。ここで出射光の光量ともれた光の比が消光比
であり、これが本発明により大幅に向上される。
率がキヤリア注入によつて変化する領域を有する
光導波層１を、光導波層１を形成する材料により
バンドギヤツプが大きく、屈折率が小さい材料で
形成された基板１１およびガイド層２で挾んでい
る。第１図ａは光導波層１に接する基板１１の一
部８の導電型を光導波層１と異ならしめた場合を
示し、第１図ｂおよびｃはガイド層２の一部であ
る電流狭窄領域３の導電型を光導波層１の導電型
と異ならしめた場合を示す。上記において基板１
１の表面に光導波層１よりバンドギヤツプが大き
く屈折率が小さい薄層を設けてから光導波層１を
形成してもよい。また実際の素子においては、第
１図ａ，ｂおよびｃの構造が組み合わされること
もある。ここでキヤリア注入型反射光スイツチの
スイツチング動作を説明する。第２図は１×2Y
型反射光スイツチの上面図を拡大し、光の通路を
示した図である。キヤリア注入により屈折率が偏
変化する部分２５に入射口３１より入射した光が
達するような構造になつている。いまキヤリアが
注入がされず、したがつて屈折率が変化しない時
は入射光の大部分は経路３６を通つて出射口３
２より出射し、出射口３３からはもれた光が出
射する。光分岐部にキヤリアが注入されると屈折
率が変化する部分２５の屈折率は小さくなり、し
たがつて入射光はそこで反射して経路３５を通
り、その大部分は出射口３３より出射する。す
なわち光の経路が出射口からにスイツチされ
る。ここで出射光の光量ともれた光の比が消光比
であり、これが本発明により大幅に向上される。
なお本発明においてキヤリアを注入する電極の
極性は用いた材料や構造により逆になることがあ
ることは当然である。
極性は用いた材料や構造により逆になることがあ
ることは当然である。
以上の説明では第１図ａおよびｂに示すように
光導波層１と電流狭窄領域３は接しているが、実
用に際してはこれらの間に任意の数μｍ程度の薄
層が導入されてもよい。また必ずしも電流狭窄領
域３がガイド層２の下部まで形成される必要はな
い。
光導波層１と電流狭窄領域３は接しているが、実
用に際してはこれらの間に任意の数μｍ程度の薄
層が導入されてもよい。また必ずしも電流狭窄領
域３がガイド層２の下部まで形成される必要はな
い。
本発明により注入キヤリアの空間分布を急峻に
することが可能になり、屈折率が変化する領域も
空間的に急峻に限定される。その結果、光信号の
反射層である屈折率の変化する領域への光のしみ
出しが減少して光信号の吸収損失が減少し、また
スイツチングの消光比も向上する。さらに電流密
度が大きくできるので注入電流が少なくても良好
なスイツチング特性を示す光スイツチを構成する
ことができる。
することが可能になり、屈折率が変化する領域も
空間的に急峻に限定される。その結果、光信号の
反射層である屈折率の変化する領域への光のしみ
出しが減少して光信号の吸収損失が減少し、また
スイツチングの消光比も向上する。さらに電流密
度が大きくできるので注入電流が少なくても良好
なスイツチング特性を示す光スイツチを構成する
ことができる。
以下、本発明の実施例を説明する。
実施例 １
第３図は第２図に示した１×2Y型反射光スイ
ツチの光分岐部の拡大図で、第４図ｂは第４図ａ
のａ−a′における断面図である。
ツチの光分岐部の拡大図で、第４図ｂは第４図ａ
のａ−a′における断面図である。
まず第５図を用いて製作工程を説明する。基板
１１としてキヤリア密度が２×1018cm-3のｎ型
InPを用いた。基板１１の表面にZn拡散領域２０
を形成する（第５図ａ参照）。次に第５図ｂに示
すようにLPE法により、InGaAsP層１７、InP層
１８およびInGaAsPによるキヤツプ層１９を順
次成長させる。続いてInP層１８およびキヤツプ
層１９の一部にZn拡散を行ない電流経路部２１
を形成した。次に第３図に示す光分岐路の形状に
なるようにInGaAsP光導波層１７、InPガイド層
１８およびキヤツプ層１９を硫酸系エツチング液
およびリン酸系エツチング液を用いてエツチし
た。続いてAu−Znを蒸着し電極１３を設けた。
最後に基板１１の背面にAu−Ge−Niを蒸着して
電極２２を形成して光スイツチを完成した。
１１としてキヤリア密度が２×1018cm-3のｎ型
InPを用いた。基板１１の表面にZn拡散領域２０
を形成する（第５図ａ参照）。次に第５図ｂに示
すようにLPE法により、InGaAsP層１７、InP層
１８およびInGaAsPによるキヤツプ層１９を順
次成長させる。続いてInP層１８およびキヤツプ
層１９の一部にZn拡散を行ない電流経路部２１
を形成した。次に第３図に示す光分岐路の形状に
なるようにInGaAsP光導波層１７、InPガイド層
１８およびキヤツプ層１９を硫酸系エツチング液
およびリン酸系エツチング液を用いてエツチし
た。続いてAu−Znを蒸着し電極１３を設けた。
最後に基板１１の背面にAu−Ge−Niを蒸着して
電極２２を形成して光スイツチを完成した。
このスイツチの入射口３１に波長1.5μｍの多モ
ードを光入射してスイツチング特性を測定した。
ードを光入射してスイツチング特性を測定した。
電圧を印加しない場合には出射口３２からの
出力P1と出射口３３からの出力P2の比（消光
比）P1／P2は100／１であつた。次に3Vを印加
（電流20mA）した場合のP1／P2は１／28であつ
た。この結果は実用上充分なものである。
出力P1と出射口３３からの出力P2の比（消光
比）P1／P2は100／１であつた。次に3Vを印加
（電流20mA）した場合のP1／P2は１／28であつ
た。この結果は実用上充分なものである。
本素子の寸法は１mm×0.5mmで、Ｘ型導波路の
分岐角は10゜、導波路の幅は15μｍである。
分岐角は10゜、導波路の幅は15μｍである。
本実施例ではｎ−InP基板１１上にZn拡散を行
つて電流狭窄を行なつたが、この他酸素イオンま
たはプロトンを打ち込んだ後アニーリングを行な
つて高抵抗層を形成しても同様な光スイツチが得
られた。
つて電流狭窄を行なつたが、この他酸素イオンま
たはプロトンを打ち込んだ後アニーリングを行な
つて高抵抗層を形成しても同様な光スイツチが得
られた。
実施例 ２
第６図に示すＸ型２×２反射光スイツチの実施
例を説明する。
例を説明する。
第６図ａは上面図、第６図ｂは第６図ａのａ−
a′における断面図、第６図ｃは第６図ａのｂ−
b′における断面図である。
a′における断面図、第６図ｃは第６図ａのｂ−
b′における断面図である。
半絶縁性InP（バンドギヤツプ：1.35eV、屈折
率：3.2（波長1.5μｍにて））を基板３９に用いた。
基板３９上に光導波路３２、正電極３３および負
電極３４が構成されている。光導波路３２はｎ型
InGaAsP（キヤリア密度：５×1016cm-3、バンド
ギヤツプ：0.9eV、屈折率：3.4（波長1.5μｍに
て））で形成された光導波層４１（膜厚1μｍ）、
ｎ型InP（キヤリア密度：５×1017cm-3、バンドギ
ヤツプ：1.35eV、屈折率：32（波長1.5μｍにて））
で形成された光ガイド層１（膜厚1μｍ）および
ｎ型InGaAsP（キヤリア密度：５×1017cm-3、バ
ンドギヤツプ1.1eV、屈折率：3.3（波長1.5μｍに
て））で形成されたキヤツプ層４（膜厚0.1μｍ）
で構成されている。
率：3.2（波長1.5μｍにて））を基板３９に用いた。
基板３９上に光導波路３２、正電極３３および負
電極３４が構成されている。光導波路３２はｎ型
InGaAsP（キヤリア密度：５×1016cm-3、バンド
ギヤツプ：0.9eV、屈折率：3.4（波長1.5μｍに
て））で形成された光導波層４１（膜厚1μｍ）、
ｎ型InP（キヤリア密度：５×1017cm-3、バンドギ
ヤツプ：1.35eV、屈折率：32（波長1.5μｍにて））
で形成された光ガイド層１（膜厚1μｍ）および
ｎ型InGaAsP（キヤリア密度：５×1017cm-3、バ
ンドギヤツプ1.1eV、屈折率：3.3（波長1.5μｍに
て））で形成されたキヤツプ層４（膜厚0.1μｍ）
で構成されている。
製作工程を述べる。まず基板３９の上にSi打込
みによるｎ型領域４３を形成する。次にLPE法
により光導波層１、ガイド層３およびキヤツプ層
４を形成した。続いてZn拡散によつてＰ型領域
となつた電流経路部２１を形成した。次にドライ
エツチングにより光導波路３０を形成し、蒸着法
により正電極１３および負電極３４を形成すると
光スイツチが完成する。
みによるｎ型領域４３を形成する。次にLPE法
により光導波層１、ガイド層３およびキヤツプ層
４を形成した。続いてZn拡散によつてＰ型領域
となつた電流経路部２１を形成した。次にドライ
エツチングにより光導波路３０を形成し、蒸着法
により正電極１３および負電極３４を形成すると
光スイツチが完成する。
この光スイツチの素子寸法は１mm×0.5mmであ
り、光導波路の分岐角は8゜、光導波路の幅は10μ
ｍとした。
り、光導波路の分岐角は8゜、光導波路の幅は10μ
ｍとした。
この光スイツチの動作は実施例と同様であつた
が、本実施例の場合は、電極が片面にのみあるの
で集積化への応用が容易である。
が、本実施例の場合は、電極が片面にのみあるの
で集積化への応用が容易である。
この光スイツチの入射口３１および入射口
３８のそれぞれに波長1.5μｍの多モード光を入射
して特性を測定した。
３８のそれぞれに波長1.5μｍの多モード光を入射
して特性を測定した。
入射口３７および入射口３８に入射した時
の出射口３２からの出力をP1、出射口３３
からの出力をP2とすると、電圧を印加しない場
合は、P1／P2が25／１、電圧（2.5V，15mA）を
印加した場合はP1／P2は１／28であつた。
の出射口３２からの出力をP1、出射口３３
からの出力をP2とすると、電圧を印加しない場
合は、P1／P2が25／１、電圧（2.5V，15mA）を
印加した場合はP1／P2は１／28であつた。
このような良いスイツチング特性は狭窄構造に
したことにより、キヤリア注入に伴う屈折率の変
化領域が急峻に形成されていることによる。
したことにより、キヤリア注入に伴う屈折率の変
化領域が急峻に形成されていることによる。
本発明によれば小型で消光比の大きい実用的な
光スイツチが提供できるので光伝送・通信システ
ムの構築を容易にし、市場の拡大を図る効果があ
る。
光スイツチが提供できるので光伝送・通信システ
ムの構築を容易にし、市場の拡大を図る効果があ
る。
本実施例で示したＸ型２×２光スイツチは方向
性結合器型光スイツチ、すなわちモード変換型光
スイツチとしても動作する。光導波路が単一モー
ド動作をしている時には光導波路が交叉する分岐
部分で偶モードと奇モードの２つのモードが伝播
し、電極が分岐部分の中央に設置されているので
屈折率変化により偶モード光の位相のみが変化す
る。その結果偶モード光と奇モード光の重なりが
出射口とで相違することになり、スイツチン
グが行われる。
性結合器型光スイツチ、すなわちモード変換型光
スイツチとしても動作する。光導波路が単一モー
ド動作をしている時には光導波路が交叉する分岐
部分で偶モードと奇モードの２つのモードが伝播
し、電極が分岐部分の中央に設置されているので
屈折率変化により偶モード光の位相のみが変化す
る。その結果偶モード光と奇モード光の重なりが
出射口とで相違することになり、スイツチン
グが行われる。
第１図および第２図は本発明の概要を示す図、
第３図は実施例１に示す光スイツチの上面図およ
び断面図、第４図は実施例１の光スイツチの上面
図、第５図は実施例１の工程図、および第６図は
実施例２の光スイツチの上面図および断面図であ
る。 １…光導波層、２…ガイド層、３…ガイド層２
の一部で電流狭窄領域、４…キヤツプ層、５，１
３および３４…電極、１１…基板、１７…
InGaAsP光導波層、１８…ｎ−InPガイド層、１
９…ｎ−InGaAsキヤツプ層、２０…基板１１上
のZn拡散領域、２１…電流経路部（Zn拡散部
分）、２２…電極、２５…キヤリア注入により屈
折率が変化する部分、３０…光導波路、３１…入
射口、３２…出射口、３３…出射口、３５お
よび３６…光の経路、３７…入射口、３８…入
射口、３９…半絶縁性InP基板、４３…Si打込
み領域。
第３図は実施例１に示す光スイツチの上面図およ
び断面図、第４図は実施例１の光スイツチの上面
図、第５図は実施例１の工程図、および第６図は
実施例２の光スイツチの上面図および断面図であ
る。 １…光導波層、２…ガイド層、３…ガイド層２
の一部で電流狭窄領域、４…キヤツプ層、５，１
３および３４…電極、１１…基板、１７…
InGaAsP光導波層、１８…ｎ−InPガイド層、１
９…ｎ−InGaAsキヤツプ層、２０…基板１１上
のZn拡散領域、２１…電流経路部（Zn拡散部
分）、２２…電極、２５…キヤリア注入により屈
折率が変化する部分、３０…光導波路、３１…入
射口、３２…出射口、３３…出射口、３５お
よび３６…光の経路、３７…入射口、３８…入
射口、３９…半絶縁性InP基板、４３…Si打込
み領域。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 半導体基板上に形成した光導波路が交叉する
光分岐部分の一部の屈折率をキヤリアの注入によ
つて変化させてスイツチングを行う反射型光スイ
ツチにおいて、該キヤリアの経路部分を電流狭窄
構造とすることを特徴とする光スイツチ。 ２ 上記半導体を化合物半導体とすることを特徴
とする特許請求の範囲第１項記載の光スイツチ。 ３ 上記キヤリアの注入を電流注入により行うこ
とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の光ス
イツチ。 ４ 上記電流狭窄構造を、上記キヤリアの経路部
分の近傍領域の導電型と上記キヤリアの経路部分
の導電型とを異ならしめることによつて構成する
ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の光
スイツチ。 ５ 半導体基板上に形成した少なくとも２つの光
導波路が交叉する光分岐部の一部の屈折率をキヤ
リア注入によつて変化せしめてスイツチングを行
う反射型光スイツチにおいて、該光分岐部を、該
光分岐部を形成する材料よりバンドギヤツプが大
きく、かつ屈折率が小さい材料で狭み、該キヤリ
アの経路部分を電流狭窄構造とすることを特徴と
する光スイツチ。 ６ 上記半導体を化合物半導体とすることを特徴
とする特許請求の範囲第５項記載の光スイツチ。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16635684A JPS6145230A (ja) | 1984-08-10 | 1984-08-10 | 光スイツチ |
| US06/762,328 US4784451A (en) | 1984-08-10 | 1985-08-05 | Waveguide optical switches |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16635684A JPS6145230A (ja) | 1984-08-10 | 1984-08-10 | 光スイツチ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6145230A JPS6145230A (ja) | 1986-03-05 |
| JPH0548889B2 true JPH0548889B2 (ja) | 1993-07-22 |
Family
ID=15829865
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP16635684A Granted JPS6145230A (ja) | 1984-08-10 | 1984-08-10 | 光スイツチ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6145230A (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63217330A (ja) * | 1987-03-06 | 1988-09-09 | Hitachi Ltd | 光スイツチ |
| JPH01259329A (ja) * | 1988-04-11 | 1989-10-17 | Hitachi Ltd | 光スイツチ |
| JP2005025086A (ja) * | 2003-07-01 | 2005-01-27 | Yokogawa Electric Corp | 光スイッチ及びその製造方法 |
-
1984
- 1984-08-10 JP JP16635684A patent/JPS6145230A/ja active Granted
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| ELECTRONICS LETTERS=1984 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6145230A (ja) | 1986-03-05 |
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Legal Events
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