JPH06347734A - 面型光スイッチ - Google Patents
面型光スイッチInfo
- Publication number
- JPH06347734A JPH06347734A JP13969993A JP13969993A JPH06347734A JP H06347734 A JPH06347734 A JP H06347734A JP 13969993 A JP13969993 A JP 13969993A JP 13969993 A JP13969993 A JP 13969993A JP H06347734 A JPH06347734 A JP H06347734A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- wavelength
- voltage
- intermediate layer
- optical switch
- type optical
- 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.)
- Pending
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
- G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour
- G02F1/21—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour by interference
- G02F1/218—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour by interference using semi-conducting materials
Abstract
(57)【要約】
【目的】 2次元集積が可能で、コンパクトかつ低電圧
で動作し、電圧によって任意の波長を選択できる面型光
スイッチを実現する。 【構成】 pn接合を有する中間層をDBR膜1(20
1)とDBR膜2(207)で挟み、中間層の実効長を
逆バイアス電圧をかけて変える。それによって選択的に
透過波長を変化させる。
で動作し、電圧によって任意の波長を選択できる面型光
スイッチを実現する。 【構成】 pn接合を有する中間層をDBR膜1(20
1)とDBR膜2(207)で挟み、中間層の実効長を
逆バイアス電圧をかけて変える。それによって選択的に
透過波長を変化させる。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はさまざまな波長の信号光
がやってきたときに、そこから所望の任意の波長を選択
できる面型光スイッチに関するものである。層厚方向に
信号光が入出力する構造となっているために2次元的に
集積化することが可能であり、波長多重を使った光交換
や光情報処理に用いることができる。
がやってきたときに、そこから所望の任意の波長を選択
できる面型光スイッチに関するものである。層厚方向に
信号光が入出力する構造となっているために2次元的に
集積化することが可能であり、波長多重を使った光交換
や光情報処理に用いることができる。
【0002】
【従来の技術】波長選択機能を有した光スイッチとして
は、従来、図5のようなものが知られている。西尾らに
よってフォトニックスイッチング・トピカルミーティン
グ講演論文246〜249頁(Photonic Sw
itching Topical Meeting,S
alt Lake City,Utah,(Marc
h,1991)pp.246〜249)で発表されたも
のである。長さ1mmのLiNbO3 を用いたもので、
電極に電圧をかけてファブリーペロー共振器の屈折率を
変化させることで透過波長を変化させることができる。
図6は波長と透過率を示す図である。この例では50V
の電圧をかけることで共振波長が3A、シフトする。こ
の例は横方向から光が入る構造であるが、面型で2次元
集積が可能な例は報告されていない。
は、従来、図5のようなものが知られている。西尾らに
よってフォトニックスイッチング・トピカルミーティン
グ講演論文246〜249頁(Photonic Sw
itching Topical Meeting,S
alt Lake City,Utah,(Marc
h,1991)pp.246〜249)で発表されたも
のである。長さ1mmのLiNbO3 を用いたもので、
電極に電圧をかけてファブリーペロー共振器の屈折率を
変化させることで透過波長を変化させることができる。
図6は波長と透過率を示す図である。この例では50V
の電圧をかけることで共振波長が3A、シフトする。こ
の例は横方向から光が入る構造であるが、面型で2次元
集積が可能な例は報告されていない。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】図5の従来例の問題点
は2次元集積できないということだけでなく、素子長が
長く、動作電圧も50Vと高いことである。素子長が長
いのは、バルク状のLiNbO3 から切り出して素子化
するためで、どうしても1mmくらいに大きくなってし
まう。また、ファブリーペロー共振器の屈折率を変化さ
せるのにLiNbO3 の電気−光学効果を使っている
が、このようなメカニズムを使う限り動作電圧は高くな
ってしまう。
は2次元集積できないということだけでなく、素子長が
長く、動作電圧も50Vと高いことである。素子長が長
いのは、バルク状のLiNbO3 から切り出して素子化
するためで、どうしても1mmくらいに大きくなってし
まう。また、ファブリーペロー共振器の屈折率を変化さ
せるのにLiNbO3 の電気−光学効果を使っている
が、このようなメカニズムを使う限り動作電圧は高くな
ってしまう。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明は上記の課題を解
決するためになされた面型光スイッチに関するもので、
半導体基板の上に第1の半導体多層膜ミラーと、pn接
合を有する半導体構造と、第2の多層膜ミラーが形成さ
れ、前記半導体構造体のpn接合に電圧をかけることに
よってその実効的な光学長を変化させ、前記第2の多層
膜ミラーないしは、第1の半導体多層膜ミラーにより入
射する光の透過波長を変化させることを特徴とする。
決するためになされた面型光スイッチに関するもので、
半導体基板の上に第1の半導体多層膜ミラーと、pn接
合を有する半導体構造と、第2の多層膜ミラーが形成さ
れ、前記半導体構造体のpn接合に電圧をかけることに
よってその実効的な光学長を変化させ、前記第2の多層
膜ミラーないしは、第1の半導体多層膜ミラーにより入
射する光の透過波長を変化させることを特徴とする。
【0005】
【作用】図1は本発明の原理の一部を示したものであ
る。GaAs基板上に半導体多層膜反射鏡DBR1、中
間層、DBR2が形成された半導体構造体でトップのD
BR2の側から光が入るように仮定している。図1はこ
のような場合の入射光に対する反射率を計算してある。
(a)中間層の厚さ(=ds p a c e r )が半導体多層
膜反射鏡(DBR)の媒質内共振波長λの場合、(b)
0.9λの場合、(c)1.1λの場合について、反射
率Rが波長に対してどう変化するか示してある。構造は
具体的には、DBR1は24.5ペアで厚さがそれぞれ
1/4・λのAlAs/GaAs交代多層膜からなる。
中間層はInGaAs層(厚さ300A(オングストロ
ーム))が、Al0 . 2 5 Ga0 . 7 5 Asで挟まれる
構造となっている。そしてInGaAs層は中間層のセ
ンターに位置する。また、DBR2は15ペアで厚さが
それぞれ1/4λのAlAs/GaAs交代多層膜から
なっている。この計算ではλはInGaAs層のバンド
ギャップ波長(〜950nm)にしてある。
る。GaAs基板上に半導体多層膜反射鏡DBR1、中
間層、DBR2が形成された半導体構造体でトップのD
BR2の側から光が入るように仮定している。図1はこ
のような場合の入射光に対する反射率を計算してある。
(a)中間層の厚さ(=ds p a c e r )が半導体多層
膜反射鏡(DBR)の媒質内共振波長λの場合、(b)
0.9λの場合、(c)1.1λの場合について、反射
率Rが波長に対してどう変化するか示してある。構造は
具体的には、DBR1は24.5ペアで厚さがそれぞれ
1/4・λのAlAs/GaAs交代多層膜からなる。
中間層はInGaAs層(厚さ300A(オングストロ
ーム))が、Al0 . 2 5 Ga0 . 7 5 Asで挟まれる
構造となっている。そしてInGaAs層は中間層のセ
ンターに位置する。また、DBR2は15ペアで厚さが
それぞれ1/4λのAlAs/GaAs交代多層膜から
なっている。この計算ではλはInGaAs層のバンド
ギャップ波長(〜950nm)にしてある。
【0006】図1から分かるように、中間層の厚さが
0.9λから1.1λに変化することで反射率の中央付
近に見られる反射率のディップが約500A、シフトす
る。この計算ではInGaAs層の光吸収係数を100
cm- 1 としたが、これを零、すなわち透明として計算
するとディップの深さは一定になる。そして、この波長
位置では入射光は反対側(DBR2の側)に透過し、そ
の両側の波長域での入射光はほとんど100%ちかく反
射されて透過できない。したがって、このような構造体
の特性を使い、さらにディップの位置を動かして透過光
波長を逆バイアス電圧をかけて可変とするようできれば
面型光スイッチが実現できることになる。透過光波長を
電圧で可変とするためには中間層をpn接合として電圧
をかける構造とする。それによって屈折率が変化させら
れ、実効的な中間層厚が替えられるので透過光波長を可
変にできる。このような構造では素子の高さは〜λです
むので従来例のように大きくなることはない。また動作
電圧は原理的に数Vと小さくできる。
0.9λから1.1λに変化することで反射率の中央付
近に見られる反射率のディップが約500A、シフトす
る。この計算ではInGaAs層の光吸収係数を100
cm- 1 としたが、これを零、すなわち透明として計算
するとディップの深さは一定になる。そして、この波長
位置では入射光は反対側(DBR2の側)に透過し、そ
の両側の波長域での入射光はほとんど100%ちかく反
射されて透過できない。したがって、このような構造体
の特性を使い、さらにディップの位置を動かして透過光
波長を逆バイアス電圧をかけて可変とするようできれば
面型光スイッチが実現できることになる。透過光波長を
電圧で可変とするためには中間層をpn接合として電圧
をかける構造とする。それによって屈折率が変化させら
れ、実効的な中間層厚が替えられるので透過光波長を可
変にできる。このような構造では素子の高さは〜λです
むので従来例のように大きくなることはない。また動作
電圧は原理的に数Vと小さくできる。
【0007】
【実施例】図2は本発明の第1の実施例である。半絶縁
性GaAs基板200の上にDBR1(201)が形成
されている。DBR1は24.5ペアで厚さがそれぞれ
1/4λのAlAs/GaAs交代多層膜からなる。こ
こでλはInGaAs層のバンドギャップ波長(〜95
0nm)にしてある。AlAs/GaAs交代多層膜は
アンドープとしてある。中間層は、n−GaAs(ドー
ピング濃度:3×101 8 cm- 3 )からなるn型コン
タクト層202、n−Al0 . 2 5 Ga0 .7 5 As
(2×101 8 cm- 3 )203、InGaAs層(厚
さ300A)204、p−Al0 . 2 5 Ga0 . 7 5 A
s(2×101 8 cm- 3 )205、p−GaAs(ド
ーピング濃度:1×101 9 cm- 3 )からなるp型コ
ンタクト層206が順次、積層されて形成されている。
中間層の層厚はλである。207は厚さがそれぞれ1/
4λでアンドープのAlAs/GaAs交代多層膜15
ペアからなるDBR2である。208はAuGe−Ni
/Auからなるn側電極、209はCr−Auからなる
p側電極である。素子は上面から見たときに円形の形状
をしており、中間層の直径は30μmである。電極間に
は〜1Vの逆バイアス電圧をかける。それによってIn
GaAs層204のバンド端付近の屈折率係数が〜1
%、増大する。その増大量は波長に依存するが、今、バ
ンド端より長波長側を見るとそのような変化数100A
以上、長波長側に存在している。したがって、図1より
25Aくらい透過波長のピークが長波長側にシフトする
ことが分かる。
性GaAs基板200の上にDBR1(201)が形成
されている。DBR1は24.5ペアで厚さがそれぞれ
1/4λのAlAs/GaAs交代多層膜からなる。こ
こでλはInGaAs層のバンドギャップ波長(〜95
0nm)にしてある。AlAs/GaAs交代多層膜は
アンドープとしてある。中間層は、n−GaAs(ドー
ピング濃度:3×101 8 cm- 3 )からなるn型コン
タクト層202、n−Al0 . 2 5 Ga0 .7 5 As
(2×101 8 cm- 3 )203、InGaAs層(厚
さ300A)204、p−Al0 . 2 5 Ga0 . 7 5 A
s(2×101 8 cm- 3 )205、p−GaAs(ド
ーピング濃度:1×101 9 cm- 3 )からなるp型コ
ンタクト層206が順次、積層されて形成されている。
中間層の層厚はλである。207は厚さがそれぞれ1/
4λでアンドープのAlAs/GaAs交代多層膜15
ペアからなるDBR2である。208はAuGe−Ni
/Auからなるn側電極、209はCr−Auからなる
p側電極である。素子は上面から見たときに円形の形状
をしており、中間層の直径は30μmである。電極間に
は〜1Vの逆バイアス電圧をかける。それによってIn
GaAs層204のバンド端付近の屈折率係数が〜1
%、増大する。その増大量は波長に依存するが、今、バ
ンド端より長波長側を見るとそのような変化数100A
以上、長波長側に存在している。したがって、図1より
25Aくらい透過波長のピークが長波長側にシフトする
ことが分かる。
【0008】図3は本発明の第2の実施例である。第1
の実施例では透過波長の幅は約1Aであり、もちろん電
圧によって透過波長のピークを微妙に調整できるが、場
合によっては透過波長の幅がもっと広いことが望まし
い。例えば、複数の波長を使う場合、波長間隔は荒い方
が使いやすい。なぜなら波長間隔が狭いと、光源の方で
温調をかけたりして、厳しくその波長を制御する必要が
生じてくるからである。波長間隔が荒い場合には、面型
光スイッチとしても透過波長幅がある程度、広い方が望
ましい。透過波長幅が広ければ、フィルターリングする
入射光の波長が少々、ばらついても問題なく透過させら
れるからである。第2の実施例はそのような目的で、透
過波長幅を広げるように作製したものである。図2の構
造との違いは、201のDBR1の内部にある、一層の
AlAs304の層厚が1/2λとなっていることであ
る。このようにすることによって透過波長幅を広げるこ
とができる。図2では201DBR1中の24.5ペア
のAlAs/GaAs交代多層膜のうち、304のAl
Asの下部に5ペア、上部に19ペア形成してある。こ
れによって透過波長幅は1Aから10Aに広げることが
できた。
の実施例では透過波長の幅は約1Aであり、もちろん電
圧によって透過波長のピークを微妙に調整できるが、場
合によっては透過波長の幅がもっと広いことが望まし
い。例えば、複数の波長を使う場合、波長間隔は荒い方
が使いやすい。なぜなら波長間隔が狭いと、光源の方で
温調をかけたりして、厳しくその波長を制御する必要が
生じてくるからである。波長間隔が荒い場合には、面型
光スイッチとしても透過波長幅がある程度、広い方が望
ましい。透過波長幅が広ければ、フィルターリングする
入射光の波長が少々、ばらついても問題なく透過させら
れるからである。第2の実施例はそのような目的で、透
過波長幅を広げるように作製したものである。図2の構
造との違いは、201のDBR1の内部にある、一層の
AlAs304の層厚が1/2λとなっていることであ
る。このようにすることによって透過波長幅を広げるこ
とができる。図2では201DBR1中の24.5ペア
のAlAs/GaAs交代多層膜のうち、304のAl
Asの下部に5ペア、上部に19ペア形成してある。こ
れによって透過波長幅は1Aから10Aに広げることが
できた。
【0009】図4は本発明の第3の実施例である。第1
の実施例との違いは中間層と電極構造にある。電圧をか
けて屈折率の変化する領域を層厚方向に拡張することで
第1の実施例より効果を3倍に増大できる。
の実施例との違いは中間層と電極構造にある。電圧をか
けて屈折率の変化する領域を層厚方向に拡張することで
第1の実施例より効果を3倍に増大できる。
【0010】図4では中間層は、アンドープのAl
0 . 4 Ga0 . 6 As401、n−Al0 . 2 5 Ga
0 . 7 5 As(2×101 8 cm- 3 )203、InG
aAs層(厚さ300A)204、p−Al0 . 2 5 G
a0 . 7 5 As(2×101 8 cm- 3 )205、In
GaAs層(厚さ300A)204、n−Al0 . 2 5
Ga0 . 7 5 As(2×101 8 cm- 3 )203、I
nGaAs層(厚さ300A)204、p−Al
0 . 2 5 Ga0 . 7 5 As(2×101 8 cm- 3 )2
05、アンドープのAl0 . 4 Ga0 . 6 As402か
らなる。Al0 . 4 Ga0 .6 As401と402は高
抵抗となる。403はAuSnからなるn側電極、40
4はAuZnからなるp側電極であり、このようにする
と、それぞれ中間層のn型層、p型層とコンタクトがと
れるようできる。
0 . 4 Ga0 . 6 As401、n−Al0 . 2 5 Ga
0 . 7 5 As(2×101 8 cm- 3 )203、InG
aAs層(厚さ300A)204、p−Al0 . 2 5 G
a0 . 7 5 As(2×101 8 cm- 3 )205、In
GaAs層(厚さ300A)204、n−Al0 . 2 5
Ga0 . 7 5 As(2×101 8 cm- 3 )203、I
nGaAs層(厚さ300A)204、p−Al
0 . 2 5 Ga0 . 7 5 As(2×101 8 cm- 3 )2
05、アンドープのAl0 . 4 Ga0 . 6 As402か
らなる。Al0 . 4 Ga0 .6 As401と402は高
抵抗となる。403はAuSnからなるn側電極、40
4はAuZnからなるp側電極であり、このようにする
と、それぞれ中間層のn型層、p型層とコンタクトがと
れるようできる。
【0011】
【発明の効果】本発明によれば2次元集積が可能で、コ
ンパクトかつ低電圧で動作し、電圧によって任意の波長
を選択できる面型光スイッチができる。
ンパクトかつ低電圧で動作し、電圧によって任意の波長
を選択できる面型光スイッチができる。
【図1】本発明の原理を説明するための図。
【図2】本発明の実施例を示す図。
【図3】本発明の実施例を示す図。
【図4】本発明の実施例を示す図。
【図5】従来例を示す図。
【図6】従来例の特性を示す図。
200 半絶縁性GaAs基板 201 DBR1 202 n型コンタクト層 203 n−Al0 . 2 5 Ga0 . 7 5 As 204 InGaAs層 205 p−Al0 . 2 5 Ga0 . 7 5 As 206 n型コンタクト層 207 DBR2 208、403 n側電極 209、404 p側電極 302、303、305、306 GaAs 301、304、307 AlAs 401、402 Al0 . 4 Ga0 . 6 As
Claims (1)
- 【請求項1】 半導体基板の上に、第1半導体多層膜ミ
ラーと、pn接合を有する半導体構造体と、第2の多層
膜ミラーと、前記pn接合に電圧を印加するための電極
とを有し、前記半導体構造体のpn接合に電圧をかける
ことによってその実効的な光学長を変化をさせ、前記第
2の多層膜ミラーないしは、第1の半導体多層膜ミラー
より入射する光の透過波長を変化させることを特徴とす
る面型光スイッチ。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP13969993A JPH06347734A (ja) | 1993-06-11 | 1993-06-11 | 面型光スイッチ |
US08/254,274 US5424559A (en) | 1993-06-11 | 1994-06-06 | Surface emitting photonic switching structure |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP13969993A JPH06347734A (ja) | 1993-06-11 | 1993-06-11 | 面型光スイッチ |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH06347734A true JPH06347734A (ja) | 1994-12-22 |
Family
ID=15251366
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP13969993A Pending JPH06347734A (ja) | 1993-06-11 | 1993-06-11 | 面型光スイッチ |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US5424559A (ja) |
JP (1) | JPH06347734A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100723249B1 (ko) * | 2006-02-22 | 2007-05-29 | 삼성전기주식회사 | 수직구조 질화물 반도체 발광다이오드 |
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KR960032817A (ko) * | 1995-02-03 | 1996-09-17 | 김광호 | 면발광 반도체 레이저 소자 및 그 제조방법 |
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SE505753C3 (sv) * | 1996-01-11 | 1997-10-06 | Imc Ind Mikroelektronikcentrum | Strukturer foer temperatursensorer och infraroeddetektorer |
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