JPH06130336A - 光半導体装置 - Google Patents
光半導体装置Info
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- JPH06130336A JPH06130336A JP27688592A JP27688592A JPH06130336A JP H06130336 A JPH06130336 A JP H06130336A JP 27688592 A JP27688592 A JP 27688592A JP 27688592 A JP27688592 A JP 27688592A JP H06130336 A JPH06130336 A JP H06130336A
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- light
- optical waveguide
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 光半導体装置に関し、光干渉型スイッチ素子
に於ける平面的な占有面積を小さく、また、制御が容易
であって、しかも、集積化した場合の使い易さが良好で
あるようにしようとする。 【構成】 ＧａＡｓ基板１上にＡｌx Ｇａ1-x Ａｓで構
成されたクラッド層２，４，６，などを介して積層され
てなる屈折率が同じでエネルギ・バンド・ギャップを異
にする化合物半導体で構成された同じ長さの第一の光導
波路３並びに第二の光導波路５を備え、それら光導波路
３及び５の長さは、第二の光導波路５に単色光或いはそ
れに近い光、例えばレーザ光である制御光１１がパルス
で照射された際、それを吸収して屈折率が変化し且つそ
の屈折率変化に依って信号光１０の光路長が一波長程度
変化し得ることを基準に定められている。
に於ける平面的な占有面積を小さく、また、制御が容易
であって、しかも、集積化した場合の使い易さが良好で
あるようにしようとする。 【構成】 ＧａＡｓ基板１上にＡｌx Ｇａ1-x Ａｓで構
成されたクラッド層２，４，６，などを介して積層され
てなる屈折率が同じでエネルギ・バンド・ギャップを異
にする化合物半導体で構成された同じ長さの第一の光導
波路３並びに第二の光導波路５を備え、それら光導波路
３及び５の長さは、第二の光導波路５に単色光或いはそ
れに近い光、例えばレーザ光である制御光１１がパルス
で照射された際、それを吸収して屈折率が変化し且つそ
の屈折率変化に依って信号光１０の光路長が一波長程度
変化し得ることを基準に定められている。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光干渉型スイッチ素子
として動作し、光情報処理に用いて好適な光半導体装置
に関する。
として動作し、光情報処理に用いて好適な光半導体装置
に関する。
【０００２】現在、光情報処理の分野に於いて、一層の
高速化を目指し、光干渉型スイッチ素子が用いられよう
としているが、それを商業的に実現しようとすると、更
なる小型化及び信頼性の向上が望まれる。
高速化を目指し、光干渉型スイッチ素子が用いられよう
としているが、それを商業的に実現しようとすると、更
なる小型化及び信頼性の向上が望まれる。
【０００３】
【従来の技術】一般に、光干渉型スイッチ素子の代表的
なものとしてマッハ・ツェンダ型式のものが知られてい
る。図４は従来の技術を解説する為の光干渉型スイッチ
素子を表す要部斜面図である。図に於いて、２１はＬｉ
ＮｂＯ3 からなる基板、２２はＴｉ含有ＬｉＮｂＯ3か
らなる光導波路、２２Ａは光導波路入口、２２Ｂは光導
波路出口、２３は電極をそれぞれ示している。尚、ここ
では、基板２１として電気光学結晶を用いているが、こ
れは半導体に代替しても同様である。
なものとしてマッハ・ツェンダ型式のものが知られてい
る。図４は従来の技術を解説する為の光干渉型スイッチ
素子を表す要部斜面図である。図に於いて、２１はＬｉ
ＮｂＯ3 からなる基板、２２はＴｉ含有ＬｉＮｂＯ3か
らなる光導波路、２２Ａは光導波路入口、２２Ｂは光導
波路出口、２３は電極をそれぞれ示している。尚、ここ
では、基板２１として電気光学結晶を用いているが、こ
れは半導体に代替しても同様である。
【０００４】この従来例では、光導波路入口２２Ａから
入射された光が一本の導波路を通って伝播し、途中で二
本の光導波路に分岐され、その後、再び合流して一本の
光導波路を通って光導波路出口２２Ｂから出射される。
このような光伝播を行なう場合に於いて、二本の光導波
路からの光に位相差があると、前記したように再び合流
する際に光強度が変化するので、その現象を利用してス
イッチングを行なうようにしている。
入射された光が一本の導波路を通って伝播し、途中で二
本の光導波路に分岐され、その後、再び合流して一本の
光導波路を通って光導波路出口２２Ｂから出射される。
このような光伝播を行なう場合に於いて、二本の光導波
路からの光に位相差があると、前記したように再び合流
する際に光強度が変化するので、その現象を利用してス
イッチングを行なうようにしている。
【０００５】二本の光導波路に光路差がない対称な光干
渉型スイッチ素子に於いては、一方の光導波路に位相差
をもたせる為の構造を付加することで、意図的に干渉を
生じさせるようにしている。図示の光干渉型スイッチ素
子では、二本の光導波路に電極２３を設け、そこに印加
する電圧を適宜に制御することで位相差が発生する。
渉型スイッチ素子に於いては、一方の光導波路に位相差
をもたせる為の構造を付加することで、意図的に干渉を
生じさせるようにしている。図示の光干渉型スイッチ素
子では、二本の光導波路に電極２３を設け、そこに印加
する電圧を適宜に制御することで位相差が発生する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】光干渉型スイッチ素子
は、図４からも明らかなように、通常、平面的に構成さ
れるので、光を分岐する為には更に横に拡がった形状を
採らざるを得ず、光干渉可能にする為には、光導波路の
面積以上の大きさが絶対に必要である。
は、図４からも明らかなように、通常、平面的に構成さ
れるので、光を分岐する為には更に横に拡がった形状を
採らざるを得ず、光干渉可能にする為には、光導波路の
面積以上の大きさが絶対に必要である。
【０００７】また、分岐光導波路を形成して位相差を生
成させる場合、例えばＬｉＮｂＯ3などの線型光学材料
に於いては、分岐光導波路の少なくとも一方には電極な
どの制御機能を付加する必要があるので、素子面積に更
なる増加を招来する。
成させる場合、例えばＬｉＮｂＯ3などの線型光学材料
に於いては、分岐光導波路の少なくとも一方には電極な
どの制御機能を付加する必要があるので、素子面積に更
なる増加を招来する。
【０００８】更にまた、基準となる位相差、例えば二本
の光導波路が対称で光路差がなく且つ電極２３で制御を
行なわない状態に於ける位相差は０にすることが制御上
からは好ましいが、そのようにするには、作製上の誤差
や面内不均一性の影響を受け易く、達成は困難である。
の光導波路が対称で光路差がなく且つ電極２３で制御を
行なわない状態に於ける位相差は０にすることが制御上
からは好ましいが、そのようにするには、作製上の誤差
や面内不均一性の影響を受け易く、達成は困難である。
【０００９】本発明は、光干渉型スイッチ素子のような
光半導体装置の平面的な占有面積を小さく、また、制御
が容易であって、しかも、集積化した場合の使い易さが
良好であるようにしようとする。
光半導体装置の平面的な占有面積を小さく、また、制御
が容易であって、しかも、集積化した場合の使い易さが
良好であるようにしようとする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】図１は本発明の原理を解
説する為の光干渉型スイッチ素子として動作する光半導
体装置を表す要部斜面図である。図に於いて、１は基
板、２はバッファ兼クラッド層、３は第一の光導波路、
４はクラッド層、５は第二の光導波路、６はクラッド
層、ＩS は信号光、ＩG は制御光をそれぞれ示してい
る。
説する為の光干渉型スイッチ素子として動作する光半導
体装置を表す要部斜面図である。図に於いて、１は基
板、２はバッファ兼クラッド層、３は第一の光導波路、
４はクラッド層、５は第二の光導波路、６はクラッド
層、ＩS は信号光、ＩG は制御光をそれぞれ示してい
る。
【００１１】図に見られる光半導体装置は、全て化合物
半導体を材料にして形成され、各半導体層に於ける屈折
率とエネルギ・バンド・ギャップとは次のような関係に
なっている。 バッファ兼クラッド層２：屈折率ｎ0 、エネルギ・バンド・ギャップＥg0 第一の光導波路３ ：屈折率ｎ1 、エネルギ・バンド・ギャップＥg1 クラッド層４ ：屈折率ｎ0 、エネルギ・バンド・ギャップＥg0 第二の光導波路５ ：屈折率ｎ2 、エネルギ・バンド・ギャップＥg2 クラッド層６ ：屈折率ｎ0 、エネルギ・バンド・ギャップＥg0
半導体を材料にして形成され、各半導体層に於ける屈折
率とエネルギ・バンド・ギャップとは次のような関係に
なっている。 バッファ兼クラッド層２：屈折率ｎ0 、エネルギ・バンド・ギャップＥg0 第一の光導波路３ ：屈折率ｎ1 、エネルギ・バンド・ギャップＥg1 クラッド層４ ：屈折率ｎ0 、エネルギ・バンド・ギャップＥg0 第二の光導波路５ ：屈折率ｎ2 、エネルギ・バンド・ギャップＥg2 クラッド層６ ：屈折率ｎ0 、エネルギ・バンド・ギャップＥg0
【００１２】図から判るように、この光半導体装置で
は、平面的に見た場合、光導波路は一本であって、分岐
光導波路は現れない。
は、平面的に見た場合、光導波路は一本であって、分岐
光導波路は現れない。
【００１３】光導波路３及び５は、クラッド層４に依っ
て、それぞれ分離されている。尚、光導波路が更に多数
になっても、それ等の間にはクラッド層を介在させる。
光導波路３及び５の少なくとも一方は多重量子井戸（ｍ
ｕｌｔｉ ｑｕａｎｔｕｍ ｗｅｌｌ：ＭＱＷ）などの
超格子で構成され、必要なら両方とも超格子にして良
い。
て、それぞれ分離されている。尚、光導波路が更に多数
になっても、それ等の間にはクラッド層を介在させる。
光導波路３及び５の少なくとも一方は多重量子井戸（ｍ
ｕｌｔｉ ｑｕａｎｔｕｍ ｗｅｌｌ：ＭＱＷ）などの
超格子で構成され、必要なら両方とも超格子にして良
い。
【００１４】光導波路３及び５は、所定波長の光に対す
る平均の屈折率が等しく且つエネルギ・バンド・ギャッ
プが異なる材料で構成され、可干渉とする為には、一方
の光導波路が吸収する波長の光を照射すると、他方の光
導波路に於ける屈折率が変化することを利用する。
る平均の屈折率が等しく且つエネルギ・バンド・ギャッ
プが異なる材料で構成され、可干渉とする為には、一方
の光導波路が吸収する波長の光を照射すると、他方の光
導波路に於ける屈折率が変化することを利用する。
【００１５】光導波路にＭＱＷを用いた場合には、光の
偏光方向に依って吸収の様子は異なるので、光導波路を
伝播させる光は、必要に応じ、ＴＥ偏光、ＴＭ偏光、Ｔ
ＥＭ偏光の何れかを選択すると良い。
偏光方向に依って吸収の様子は異なるので、光導波路を
伝播させる光は、必要に応じ、ＴＥ偏光、ＴＭ偏光、Ｔ
ＥＭ偏光の何れかを選択すると良い。
【００１６】さて、ここで、本発明に依る光半導体装置
の動作について詳細に説明する。図１に見られる光半導
体装置に対しては、信号光ＩS 並びに制御光ＩG が入射
され、信号光ＩS は制御光ＩG の照射に対応してオン・
オフされる。
の動作について詳細に説明する。図１に見られる光半導
体装置に対しては、信号光ＩS 並びに制御光ＩG が入射
され、信号光ＩS は制御光ＩG の照射に対応してオン・
オフされる。
【００１７】図２は光照射に依るＭＱＷバンド端近傍に
於ける吸収係数の変化を表す線図である。尚、この場
合、光照射とは制御光照射のことであると考えて良い。
図では、横軸にエネルギを、また、縦軸に吸収係数をそ
れぞれ採ってあり、ＡはＭＱＷ光導波路の特性線、Ｂは
化合物半導体混晶光導波路の特性線をそれぞれ示してい
て、（ｅ1 −ｈｈ1 ）は励起子吸収ピーク、（ｅ1 −ｌ
ｈ1 ）は二次元励起子吸収ピークをそれぞれ示してい
る。尚、破線は吸収端のシフトを説明する為の特性線を
示し、そして、ここでは、化合物半導体混晶として例え
ばＡｌＧａＡｓを採っている。
於ける吸収係数の変化を表す線図である。尚、この場
合、光照射とは制御光照射のことであると考えて良い。
図では、横軸にエネルギを、また、縦軸に吸収係数をそ
れぞれ採ってあり、ＡはＭＱＷ光導波路の特性線、Ｂは
化合物半導体混晶光導波路の特性線をそれぞれ示してい
て、（ｅ1 −ｈｈ1 ）は励起子吸収ピーク、（ｅ1 −ｌ
ｈ1 ）は二次元励起子吸収ピークをそれぞれ示してい
る。尚、破線は吸収端のシフトを説明する為の特性線を
示し、そして、ここでは、化合物半導体混晶として例え
ばＡｌＧａＡｓを採っている。
【００１８】図１に示されているように光半導体装置の
一端から入射される信号光ＩS のエネルギは、図２に示
されている励起子吸収ピーク（ｅ1 −ｈｈ1 ）よりも低
エネルギ側になるよう選択する。同じく、光半導体装置
の上方から入射される制御光ＩG のエネルギは、図２に
見られるＭＱＷ光導波路に於ける二次元励起子吸収ピー
ク（ｅ1 −ｌｈ1 ）の近傍からＡｌＧａＡｓ光導波路の
基礎吸収端までの範囲を選択する。
一端から入射される信号光ＩS のエネルギは、図２に示
されている励起子吸収ピーク（ｅ1 −ｈｈ1 ）よりも低
エネルギ側になるよう選択する。同じく、光半導体装置
の上方から入射される制御光ＩG のエネルギは、図２に
見られるＭＱＷ光導波路に於ける二次元励起子吸収ピー
ク（ｅ1 −ｌｈ1 ）の近傍からＡｌＧａＡｓ光導波路の
基礎吸収端までの範囲を選択する。
【００１９】図１に見られるように、光半導体装置に信
号光ＩS を入射させ、そして、制御光ＩG を光パルスと
して入射させた場合、ＭＱＷ光導波路中には電子・正孔
対が生成される。ＭＱＷ光導波路に於ける伝導帯及び価
電子帯はそれぞれ電子・正孔に占有される為、図２の破
線に見られるように、吸収端は過渡的に高エネルギ側に
シフトし、それに随伴して屈折率も変化する。
号光ＩS を入射させ、そして、制御光ＩG を光パルスと
して入射させた場合、ＭＱＷ光導波路中には電子・正孔
対が生成される。ＭＱＷ光導波路に於ける伝導帯及び価
電子帯はそれぞれ電子・正孔に占有される為、図２の破
線に見られるように、吸収端は過渡的に高エネルギ側に
シフトし、それに随伴して屈折率も変化する。
【００２０】今、制御光ＩG を照射したことで、信号光
ＩS の波長λに於いて、屈折率がΔｎだけ変化したとす
ると、位相の変化Δφは、 Δφ＝２π・ｘ／λ・Δｎ ｘ：ＭＱＷ光導波路長 で表される。ここで、 波長λ＝０．９〔μｍ〕 屈折率ｎ（λ＝０．９〔μｍ〕）＝３．５ Δｎ／ｎ＝５×１０-4 とすると、ＭＱＷ光導波路長ｘ＝２５７〔μｍ〕でπだ
け位相ずれを生ずることになり、ＡｌＧａＡｓ光導波路
を経由する光と干渉を起こして“暗”状態が現出され
る。
ＩS の波長λに於いて、屈折率がΔｎだけ変化したとす
ると、位相の変化Δφは、 Δφ＝２π・ｘ／λ・Δｎ ｘ：ＭＱＷ光導波路長 で表される。ここで、 波長λ＝０．９〔μｍ〕 屈折率ｎ（λ＝０．９〔μｍ〕）＝３．５ Δｎ／ｎ＝５×１０-4 とすると、ＭＱＷ光導波路長ｘ＝２５７〔μｍ〕でπだ
け位相ずれを生ずることになり、ＡｌＧａＡｓ光導波路
を経由する光と干渉を起こして“暗”状態が現出され
る。
【００２１】このようなことから、本発明に依る光半導
体装置に於いては、（１）基板（例えば基板１）上に化
合物半導体で構成されたクラッド層（例えばバッファ兼
クラッド層２、クラッド層４、クラッド層６）を介して
積層されてなる屈折率が同じでエネルギ・バンド・ギャ
ップを異にする化合物半導体で構成された同一長さの複
数の光導波路（例えば第一の光導波路３並びに第二の光
導波路５）を備えてなり、前記光導波路の長さは少なく
とも一つの光導波路に単色光或いはそれに近い光が照射
された際に前記光を吸収して屈折率が変化し且つその屈
折率変化に依って光路長が一波長程度変化し得るように
定められてなることを特徴とするか、或いは、（２）前
記（１）に於いて、光導波路の少なくとも一つが二種類
以上の化合物半導体薄膜を交互に積層して構成された超
格子であることを特徴とするか、或いは、（３）前記
（１）に於いて、複数の光導波路が平均的屈折率が同じ
で且つエネルギ・バンド・ギャップを異にする超格子で
あることを特徴とする。
体装置に於いては、（１）基板（例えば基板１）上に化
合物半導体で構成されたクラッド層（例えばバッファ兼
クラッド層２、クラッド層４、クラッド層６）を介して
積層されてなる屈折率が同じでエネルギ・バンド・ギャ
ップを異にする化合物半導体で構成された同一長さの複
数の光導波路（例えば第一の光導波路３並びに第二の光
導波路５）を備えてなり、前記光導波路の長さは少なく
とも一つの光導波路に単色光或いはそれに近い光が照射
された際に前記光を吸収して屈折率が変化し且つその屈
折率変化に依って光路長が一波長程度変化し得るように
定められてなることを特徴とするか、或いは、（２）前
記（１）に於いて、光導波路の少なくとも一つが二種類
以上の化合物半導体薄膜を交互に積層して構成された超
格子であることを特徴とするか、或いは、（３）前記
（１）に於いて、複数の光導波路が平均的屈折率が同じ
で且つエネルギ・バンド・ギャップを異にする超格子で
あることを特徴とする。
【００２２】
【作用】前記手段を採ることに依り、光導波路は同一箇
所に縦方向に積層された形状となり、従って、平面的な
装置占有面積は小さく抑えることができ、その結果、装
置の設計及び作製の工程も少なくなる。また、光導波路
の屈折率変化を発生させる為に外部からレーザ光を照射
する際には、一箇所に位置合わせすれば良く、しかも、
レーザ光を絞る必要もなく、従って、その位置合わせな
どの制御面でも容易且つ簡単になる。更にまた、外部か
らレーザ光を照射するには、光導波路の特性に応じて上
方からも側方からも自由に照射できるから、集積化した
場合には大変好都合である。
所に縦方向に積層された形状となり、従って、平面的な
装置占有面積は小さく抑えることができ、その結果、装
置の設計及び作製の工程も少なくなる。また、光導波路
の屈折率変化を発生させる為に外部からレーザ光を照射
する際には、一箇所に位置合わせすれば良く、しかも、
レーザ光を絞る必要もなく、従って、その位置合わせな
どの制御面でも容易且つ簡単になる。更にまた、外部か
らレーザ光を照射するには、光導波路の特性に応じて上
方からも側方からも自由に照射できるから、集積化した
場合には大変好都合である。
【００２３】
【実施例】図３は図１に見られる半導体積層体を用いた
実施例を解説する為の光半導体装置を表す要部斜面図で
あり、図１に於いて用いた記号と同記号は同部分を表す
か或いは同じ意味を持つものとする。図に於いて、７は
クラッド兼埋め込み層、８は入力側光ファイバ、９は出
力側光ファイバ、１０は信号光、１１は制御光をそれぞ
れ示している。
実施例を解説する為の光半導体装置を表す要部斜面図で
あり、図１に於いて用いた記号と同記号は同部分を表す
か或いは同じ意味を持つものとする。図に於いて、７は
クラッド兼埋め込み層、８は入力側光ファイバ、９は出
力側光ファイバ、１０は信号光、１１は制御光をそれぞ
れ示している。
【００２４】図示例に於ける各部材について具体例を挙
げて説明すると次の通りである。 基板１について 材料：ＧａＡｓ 面指数：（００１） バッファ兼クラッド層２について 材料：Ａｌx Ｇａ1-x Ａｓ ｘ値：０．５３ 厚さ：１〔μｍ〕 第一の光導波路３について 材料：Ａｌy Ｇａ1-y Ａｓ ｙ値：０．３４ 厚さ：１〔μｍ〕 クラッド層４について 材料：Ａｌx Ｇａ1-x Ａｓ ｘ値：０．５３ 厚さ：１〔μｍ〕 第二の光導波路５について 材料：ＧａＡｓ／ＡｌＡｓ 厚さ：５３〔Å〕／７３〔Å〕 周期：８０ クラッド層６について 材料：Ａｌx Ｇａ1-x Ａｓ ｘ値：０．５３ 厚さ：１〔μｍ〕 クラッド兼埋め込み層７について 材料：Ａｌx Ｇａ1-x Ａｓ ｘ値：０．５３ 厚さ：１〔μｍ〕 光ファイバ８及び９について コア径：５〔μｍ〕
げて説明すると次の通りである。 基板１について 材料：ＧａＡｓ 面指数：（００１） バッファ兼クラッド層２について 材料：Ａｌx Ｇａ1-x Ａｓ ｘ値：０．５３ 厚さ：１〔μｍ〕 第一の光導波路３について 材料：Ａｌy Ｇａ1-y Ａｓ ｙ値：０．３４ 厚さ：１〔μｍ〕 クラッド層４について 材料：Ａｌx Ｇａ1-x Ａｓ ｘ値：０．５３ 厚さ：１〔μｍ〕 第二の光導波路５について 材料：ＧａＡｓ／ＡｌＡｓ 厚さ：５３〔Å〕／７３〔Å〕 周期：８０ クラッド層６について 材料：Ａｌx Ｇａ1-x Ａｓ ｘ値：０．５３ 厚さ：１〔μｍ〕 クラッド兼埋め込み層７について 材料：Ａｌx Ｇａ1-x Ａｓ ｘ値：０．５３ 厚さ：１〔μｍ〕 光ファイバ８及び９について コア径：５〔μｍ〕
【００２５】図示の光半導体装置は、通常の半導体装置
の製造技術を適用し、極めて容易に実現することができ
る。 （１） 分子線エピタキシャル成長（ｍｏｌｅｃｕｌａ
ｒ ｂｅａｍ ｅｐｉｔａｘｙ：ＭＢＥ）法を適用する
ことに依り、基板１上にバッファ兼クラッド層２、第一
の光導波路３、クラッド層４、第二の光導波路５、クラ
ッド層６を成長させる。
の製造技術を適用し、極めて容易に実現することができ
る。 （１） 分子線エピタキシャル成長（ｍｏｌｅｃｕｌａ
ｒ ｂｅａｍ ｅｐｉｔａｘｙ：ＭＢＥ）法を適用する
ことに依り、基板１上にバッファ兼クラッド層２、第一
の光導波路３、クラッド層４、第二の光導波路５、クラ
ッド層６を成長させる。
【００２６】（２） 化学気相堆積（ｃｈｅｍｉｃａｌ
ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＣＶＤ）法を適
用することに依って、厚さ例えば３００〔ｎｍ〕のＳｉ
Ｏ2 膜を形成する。
ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＣＶＤ）法を適
用することに依って、厚さ例えば３００〔ｎｍ〕のＳｉ
Ｏ2 膜を形成する。
【００２７】（３） リソグラフィ技術に於けるレジス
ト・プロセスを適用することに依り、幅２〔μｍ〕×長
さ１００〔μｍ〕のレジスト膜を形成する。
ト・プロセスを適用することに依り、幅２〔μｍ〕×長
さ１００〔μｍ〕のレジスト膜を形成する。
【００２８】（４） 工程（３）で形成したレジスト膜
をマスクにしてイオン・ミリング法を適用することに依
り、クラッド層６の表面から基板１内まで除去してスト
ライプのメサを形成する。
をマスクにしてイオン・ミリング法を適用することに依
り、クラッド層６の表面から基板１内まで除去してスト
ライプのメサを形成する。
【００２９】（５） 液相エピタキシャル成長（ｌｉｑ
ｕｉｄ ｐｈａｓｅ ｅｐｉｔａｘｙ：ＬＰＥ）法を適
用することに依って、全面にクラッド兼埋め込み層７を
形成し、その後、クラッド兼埋め込み層７の酸化防止層
７′を形成する。このようにすると、工程（４）で形成
したメサはクラッド兼埋め込み層７及び酸化防止層７′
に埋め込まれてしまう。尚、酸化防止層７′は、例えば
厚さが１０〔ｎｍ〕のＧａＡｓ層、或いは、厚さが１０
０〔ｎｍ〕のＳｉＯ2 層などで構成することができる。
ｕｉｄ ｐｈａｓｅ ｅｐｉｔａｘｙ：ＬＰＥ）法を適
用することに依って、全面にクラッド兼埋め込み層７を
形成し、その後、クラッド兼埋め込み層７の酸化防止層
７′を形成する。このようにすると、工程（４）で形成
したメサはクラッド兼埋め込み層７及び酸化防止層７′
に埋め込まれてしまう。尚、酸化防止層７′は、例えば
厚さが１０〔ｎｍ〕のＧａＡｓ層、或いは、厚さが１０
０〔ｎｍ〕のＳｉＯ2 層などで構成することができる。
【００３０】前記のようにして作製された光半導体装置
では、第一の光導波路３並びに第二の光導波路５は共に
屈折率ｎが波長λ＝０．９〔μｍ〕で３．３５６と同じ
になり、また、第一の光導波路３に於けるエネルギ・バ
ンド・ギャップは１．８５３〔ｅＶ〕（０．６６９〔μ
ｍ〕）、第二の光導波路５に於けるエネルギ・バンド・
ギャップは１．５０〔ｅＶ〕（０．８２７〔μｍ〕）と
なる。
では、第一の光導波路３並びに第二の光導波路５は共に
屈折率ｎが波長λ＝０．９〔μｍ〕で３．３５６と同じ
になり、また、第一の光導波路３に於けるエネルギ・バ
ンド・ギャップは１．８５３〔ｅＶ〕（０．６６９〔μ
ｍ〕）、第二の光導波路５に於けるエネルギ・バンド・
ギャップは１．５０〔ｅＶ〕（０．８２７〔μｍ〕）と
なる。
【００３１】今、光ファイバ８から波長λ＝０．９〔μ
ｍ〕の信号光１０を入射した場合、両光導波路の屈折率
をｎ1 、クラッド層の屈折率をｎ2 とすると、信号光１
０に対してｎ1 ＝３．３５６、ｎ2 ＝３．２０６である
から、この光導波路の開口数ＮＡ＝ｎ2 ／ｎ1 ＝０．９
５５９よりも光ファイバ８及び９の開口数が小さくなる
ように選択しなければならない。或いはまた、光ファイ
バの開口数に合わせてクラッド層のＡｌ組成を決定して
も良い。
ｍ〕の信号光１０を入射した場合、両光導波路の屈折率
をｎ1 、クラッド層の屈折率をｎ2 とすると、信号光１
０に対してｎ1 ＝３．３５６、ｎ2 ＝３．２０６である
から、この光導波路の開口数ＮＡ＝ｎ2 ／ｎ1 ＝０．９
５５９よりも光ファイバ８及び９の開口数が小さくなる
ように選択しなければならない。或いはまた、光ファイ
バの開口数に合わせてクラッド層のＡｌ組成を決定して
も良い。
【００３２】光ファイバ８から入射した信号光１０は、
その一部が第一の光導波路３を、また、他の一部が第二
の光導波路５をそれぞれ進行し、それ等の信号光１０は
光ファイバ９に入射され、最終的にはフォト・ダイオー
ドなどの光検出器で光電変換されて電気信号として取り
出されるか、或いは、そのまま光回路で処理される。
その一部が第一の光導波路３を、また、他の一部が第二
の光導波路５をそれぞれ進行し、それ等の信号光１０は
光ファイバ９に入射され、最終的にはフォト・ダイオー
ドなどの光検出器で光電変換されて電気信号として取り
出されるか、或いは、そのまま光回路で処理される。
【００３３】この光半導体装置に於いて、光干渉を発生
させる為には、第一の光導波路３或いは第二の光導波路
５の何れか一方の屈折率を変化させなければならない。
前記したように、第二の光導波路５のエネルギ・バンド
・ギャップは第一の光導波路３のそれに比較して狭くな
っているので、１．５０〔ｅＶ〕付近以上の制御光（レ
ーザ・パルス光）１１を照射すると、第一の光導波路３
及び各クラッド層２，４，６では光の吸収は起こらず、
第二の光導波路５に於いてのみ光の吸収が起こり、そこ
での屈折率は変化する。
させる為には、第一の光導波路３或いは第二の光導波路
５の何れか一方の屈折率を変化させなければならない。
前記したように、第二の光導波路５のエネルギ・バンド
・ギャップは第一の光導波路３のそれに比較して狭くな
っているので、１．５０〔ｅＶ〕付近以上の制御光（レ
ーザ・パルス光）１１を照射すると、第一の光導波路３
及び各クラッド層２，４，６では光の吸収は起こらず、
第二の光導波路５に於いてのみ光の吸収が起こり、そこ
での屈折率は変化する。
【００３４】そのような屈折率変化Δｎに依って発生す
る光の位相のずれΔφは、前記説明した式で表される。
ここでは、光導波路長は１００〔μｍ〕、また、信号光
１０の波長は０．９〔μｍ〕としたので、位相差πを発
生させるのに必要な屈折率変化は、前記式からΔｎ＝
４．５×１０-3であるから、平均出力が例えば２０〔ｍ
Ｗ〕である通常の励起光をレンズを用いて直径１００
〔μｍ〕程度に集光し、制御光１１とすれば良好に動作
する。
る光の位相のずれΔφは、前記説明した式で表される。
ここでは、光導波路長は１００〔μｍ〕、また、信号光
１０の波長は０．９〔μｍ〕としたので、位相差πを発
生させるのに必要な屈折率変化は、前記式からΔｎ＝
４．５×１０-3であるから、平均出力が例えば２０〔ｍ
Ｗ〕である通常の励起光をレンズを用いて直径１００
〔μｍ〕程度に集光し、制御光１１とすれば良好に動作
する。
【００３５】本発明は、前記実施例に限られず、多くの
改変が可能であり、例えば第一の光導波路並びに第二の
光導波路をＡｌz Ｇａ1-z Ａｓ／Ａｌu Ｇａ1-u Ａｓ
（ｚ≠ｕ）からなる超格子に置き換え、屈折率は同じで
且つエネルギ・バンド・ギャップが異なるようにするこ
とができる。その場合、エネルギ・バンド・ギャップが
狭い光導波路が屈折率変化に寄与することになる。
改変が可能であり、例えば第一の光導波路並びに第二の
光導波路をＡｌz Ｇａ1-z Ａｓ／Ａｌu Ｇａ1-u Ａｓ
（ｚ≠ｕ）からなる超格子に置き換え、屈折率は同じで
且つエネルギ・バンド・ギャップが異なるようにするこ
とができる。その場合、エネルギ・バンド・ギャップが
狭い光導波路が屈折率変化に寄与することになる。
【００３６】
【発明の効果】本発明に依る光半導体装置に於いては、
基板上に化合物半導体で構成されクラッド層を介し同一
パターンに積層されてなる屈折率が同じでエネルギ・バ
ンド・ギャップを異にする化合物半導体で構成された同
一長さの複数の光導波路を備えてなり、その光導波路の
長さは少なくとも一つの光導波路に単色光或いはそれに
近い光が照射された際に前記光を吸収して屈折率が変化
し且つその屈折率変化に依って光路長が少なくとも一波
長程度変化し得るように定められる。
基板上に化合物半導体で構成されクラッド層を介し同一
パターンに積層されてなる屈折率が同じでエネルギ・バ
ンド・ギャップを異にする化合物半導体で構成された同
一長さの複数の光導波路を備えてなり、その光導波路の
長さは少なくとも一つの光導波路に単色光或いはそれに
近い光が照射された際に前記光を吸収して屈折率が変化
し且つその屈折率変化に依って光路長が少なくとも一波
長程度変化し得るように定められる。
【００３７】前記構成を採ることに依り、光導波路は同
一箇所に縦方向に積層された形状となり、従って、平面
的な装置占有面積は小さく抑えることができ、その結
果、装置の設計及び作製の工程も少なくなる。また、光
導波路の屈折率変化を発生させる為に外部からレーザ光
を照射する際には、一箇所に位置合わせすれば良く、し
かも、レーザ光を絞る必要もなく、従って、その位置合
わせなどの制御面でも容易且つ簡単になる。更にまた、
外部からレーザ光を照射するには、光導波路の特性に応
じて上方からも側方からも自由に照射できるから、集積
化した場合には大変好都合である。
一箇所に縦方向に積層された形状となり、従って、平面
的な装置占有面積は小さく抑えることができ、その結
果、装置の設計及び作製の工程も少なくなる。また、光
導波路の屈折率変化を発生させる為に外部からレーザ光
を照射する際には、一箇所に位置合わせすれば良く、し
かも、レーザ光を絞る必要もなく、従って、その位置合
わせなどの制御面でも容易且つ簡単になる。更にまた、
外部からレーザ光を照射するには、光導波路の特性に応
じて上方からも側方からも自由に照射できるから、集積
化した場合には大変好都合である。
【図１】本発明の原理を解説する為の光干渉型スイッチ
素子として動作する光半導体装置を表す要部斜面図であ
る。
素子として動作する光半導体装置を表す要部斜面図であ
る。
【図２】光照射に依るＭＱＷバンド端近傍に於ける吸収
係数の変化を表す線図である。
係数の変化を表す線図である。
【図３】図１に見られる光半導体装置を基礎とした実施
例を解説する為の光半導体装置を表す要部斜面図であ
る。
例を解説する為の光半導体装置を表す要部斜面図であ
る。
【図４】従来の技術を解説する為の光干渉型スイッチ素
子を表す要部斜面図である。
子を表す要部斜面図である。
１ 基板 ２ バッファ兼クラッド層 ３ 第一の光導波路 ４ クラッド層 ５ 第二の光導波路 ６ クラッド層 ＩS 信号光 ＩG 制御光 ７ クラッド兼埋め込み層 ８ 入力側光ファイバ ９ 出力側光ファイバ １０ 信号光 １１ 制御光 ２１ ＬｉＮｂＯ3 からなる基板 ２２ Ｔｉ含有ＬｉＮｂＯ3 からなる光導波路 ２２Ａ 光導波路入口 ２２Ｂ 光導波路出口 ２３ 電極 （ｅ1 −ｈｈ1 ） 励起子吸収ピーク （ｅ1 −ｌｈ1 ） 二次元励起子吸収ピーク
Claims (3)
- 【請求項１】基板上に化合物半導体で構成されたクラッ
ド層を介して積層されてなる屈折率が同じでエネルギ・
バンド・ギャップを異にする化合物半導体で構成された
同一長さの複数の光導波路を備えてなり、 前記光導波路の長さは少なくとも一つの光導波路に単色
光或いはそれに近い光が照射された際に前記光を吸収し
て屈折率が変化し且つその屈折率変化に依って光路長が
少なくとも一波長程度変化し得るように定められてなる
ことを特徴とする光半導体装置。 - 【請求項２】光導波路の少なくとも一つが二種類以上の
化合物半導体薄膜を交互に積層して構成された超格子で
あることを特徴とする請求項１記載の光半導体装置。 - 【請求項３】複数の光導波路が平均的屈折率が同じで且
つエネルギ・バンド・ギャップを異にする超格子である
ことを特徴とする請求項１記載の光半導体装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27688592A JPH06130336A (ja) | 1992-10-15 | 1992-10-15 | 光半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27688592A JPH06130336A (ja) | 1992-10-15 | 1992-10-15 | 光半導体装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06130336A true JPH06130336A (ja) | 1994-05-13 |
Family
ID=17575757
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP27688592A Pending JPH06130336A (ja) | 1992-10-15 | 1992-10-15 | 光半導体装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06130336A (ja) |
-
1992
- 1992-10-15 JP JP27688592A patent/JPH06130336A/ja active Pending
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20001024 |