JPH065348B2 - 光スイッチ - Google Patents
光スイッチInfo
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- JPH065348B2 JPH065348B2 JP28341487A JP28341487A JPH065348B2 JP H065348 B2 JPH065348 B2 JP H065348B2 JP 28341487 A JP28341487 A JP 28341487A JP 28341487 A JP28341487 A JP 28341487A JP H065348 B2 JPH065348 B2 JP H065348B2
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- Japan
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- mqw
- refractive index
- electric field
- quantum well
- optical switch
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は光交換、光情報処理等の分野において、光信
号、特にファイバからの出射光やＬＥＤ光の様に偏光状
態の一定でない光信号の光路の切換えを行なう半導体光
スイッチに関するものである。
号、特にファイバからの出射光やＬＥＤ光の様に偏光状
態の一定でない光信号の光路の切換えを行なう半導体光
スイッチに関するものである。
近年の光システムの高度化、高性能化に伴い、小型の光
スイッチへの要求が高まっている。小型の光スイッチを
実現するための一つの構造として雑誌「アイ・イー・イ
ー・イー・ジャーナル・オブ・カンタム・エレクトロニ
クス」（IEEE Journal of Quantum Electronics）第Ｑ
Ｅ−１４巻（1978年513〜517頁に報告されているような
全反射型光スイッチが知られているこれは２本の交差し
た光導波路の交差部の屈折率を電気光学効果を利用して
低下させ、全反射により光の切換を交差した導波路間で
行なうものである。この全反射型光スイッチは原理的に
は小型化が可能であるが、前述の論文では電気光学効果
により屈折率を変化させることを考えているため得られ
る屈折率変化が小さい。そのため２本の光導波路の交差
角を大きくとることができず、小型化、低クロストーク
化が難しかった。
スイッチへの要求が高まっている。小型の光スイッチを
実現するための一つの構造として雑誌「アイ・イー・イ
ー・イー・ジャーナル・オブ・カンタム・エレクトロニ
クス」（IEEE Journal of Quantum Electronics）第Ｑ
Ｅ−１４巻（1978年513〜517頁に報告されているような
全反射型光スイッチが知られているこれは２本の交差し
た光導波路の交差部の屈折率を電気光学効果を利用して
低下させ、全反射により光の切換を交差した導波路間で
行なうものである。この全反射型光スイッチは原理的に
は小型化が可能であるが、前述の論文では電気光学効果
により屈折率を変化させることを考えているため得られ
る屈折率変化が小さい。そのため２本の光導波路の交差
角を大きくとることができず、小型化、低クロストーク
化が難しかった。
一方この問題を解決するため、電気通信学会論文誌（英
文）第Ｅ68巻，1985年，737〜739頁に掲載された論文で
は多重量子井戸構造に電界を印加した際の吸収端近傍で
の屈折率変化を利用することが提案されている。
文）第Ｅ68巻，1985年，737〜739頁に掲載された論文で
は多重量子井戸構造に電界を印加した際の吸収端近傍で
の屈折率変化を利用することが提案されている。
第２図は提案されている光スイッチの上面図を示すもの
である。２本の半導体材料による光導波路２１ａ，２１
ｂが交差角Ｑで交わるように配置され、その交差部に量
子井戸層と障壁層を交互に積層した多重量子井戸構造を
持つ部分２２（図の斜線を施した部分）が形成されてい
る。この交差部の交差角の小さい方の２等分線A-A′に
沿って多重量子井戸構造（以下ＭＱＷと略記する）の半
分には電極２３を介して電界を印加する手段が形成され
ている。この状態で光導波路２１ｂの左側から入射した
光は通常は直進してそのまま出射する。しかし電極２３
によりＭＱＷの半分に電界を印加するとその部分の屈折
率が低下し、全反射が生じ光導波路２１ａへ光は出射さ
れる。電界によるＭＱＷの屈折率変化は１％程度と見つ
もられるので交差角を10゜以上にとることが可能となり
非常に小型な光スイッチが期待できる。
である。２本の半導体材料による光導波路２１ａ，２１
ｂが交差角Ｑで交わるように配置され、その交差部に量
子井戸層と障壁層を交互に積層した多重量子井戸構造を
持つ部分２２（図の斜線を施した部分）が形成されてい
る。この交差部の交差角の小さい方の２等分線A-A′に
沿って多重量子井戸構造（以下ＭＱＷと略記する）の半
分には電極２３を介して電界を印加する手段が形成され
ている。この状態で光導波路２１ｂの左側から入射した
光は通常は直進してそのまま出射する。しかし電極２３
によりＭＱＷの半分に電界を印加するとその部分の屈折
率が低下し、全反射が生じ光導波路２１ａへ光は出射さ
れる。電界によるＭＱＷの屈折率変化は１％程度と見つ
もられるので交差角を10゜以上にとることが可能となり
非常に小型な光スイッチが期待できる。
このようなＭＱＷの電界による屈折率変化は後に詳しく
説明するように吸収端あるいはエキシトンピークのシフ
トに伴なうものである。ＭＱＷは積層方向に対して平行
な偏光（以下ＴＥと呼ぶ）と垂直な偏光（以下ＴＭと呼
ぶ）の光を入射した場合、各々に関与するエキシトンの
ピーク波長が異なるため、ＴＥに対する屈折率変化とＴ
Ｍに対する屈折率変化では、それらが得られる波長域が
異なる。１例としてGaAs／ＡAsＭＱＷで量子井戸層の
ウエル厚が100Åのウエハを用いた場合のその測定結果
を第３図に示す。この様に電界による屈折率減少が得ら
れる波長域はＴＭの方がＴＥに比べて約10nm短波長側に
あり、ＭＱＷの屈折率減少には、ある波長で注目した場
合、大きな偏光依存性があることがわかる。従って前述
の様なＭＱＷを用いた導波型のデバイスでは良好なスイ
ッチング特性を得るためには入射光の偏光状態を一定に
保っておく必要があり、そのためには偏光保存ファイバ
や偏光補償器が必要となり、システムによっては非常に
使いにくいというのが問題となっている。
説明するように吸収端あるいはエキシトンピークのシフ
トに伴なうものである。ＭＱＷは積層方向に対して平行
な偏光（以下ＴＥと呼ぶ）と垂直な偏光（以下ＴＭと呼
ぶ）の光を入射した場合、各々に関与するエキシトンの
ピーク波長が異なるため、ＴＥに対する屈折率変化とＴ
Ｍに対する屈折率変化では、それらが得られる波長域が
異なる。１例としてGaAs／ＡAsＭＱＷで量子井戸層の
ウエル厚が100Åのウエハを用いた場合のその測定結果
を第３図に示す。この様に電界による屈折率減少が得ら
れる波長域はＴＭの方がＴＥに比べて約10nm短波長側に
あり、ＭＱＷの屈折率減少には、ある波長で注目した場
合、大きな偏光依存性があることがわかる。従って前述
の様なＭＱＷを用いた導波型のデバイスでは良好なスイ
ッチング特性を得るためには入射光の偏光状態を一定に
保っておく必要があり、そのためには偏光保存ファイバ
や偏光補償器が必要となり、システムによっては非常に
使いにくいというのが問題となっている。
本発明の目的はこのような問題を解決し、ＴＥに対して
もＴＭに対しても良好なスイッチング特性を得ることが
できシステム側からも使い易い、偏光に依存しない光ス
イッチを提供することにある。
もＴＭに対しても良好なスイッチング特性を得ることが
できシステム側からも使い易い、偏光に依存しない光ス
イッチを提供することにある。
本発明による光スイッチは半導体基板上の互いに交差す
る光導波路と前記光導波路の交差部の中心線上に配され
た反射部分より構成される光の全反射を用いた交差型光
スイッチにおいて、前記反射部分が光の伝搬する方向に
対して、互いに異なる層厚の量子井戸層をもつ第１の多
重量子井戸構造と第２の多重量子井戸構造から成る２つ
の反射部分より構成され、前記第１，第２の多重量子井
戸構造に層方向に対して垂直方向に電界を印加する手段
をもつことを特徴とするものである。
る光導波路と前記光導波路の交差部の中心線上に配され
た反射部分より構成される光の全反射を用いた交差型光
スイッチにおいて、前記反射部分が光の伝搬する方向に
対して、互いに異なる層厚の量子井戸層をもつ第１の多
重量子井戸構造と第２の多重量子井戸構造から成る２つ
の反射部分より構成され、前記第１，第２の多重量子井
戸構造に層方向に対して垂直方向に電界を印加する手段
をもつことを特徴とするものである。
本発明は多重量子井戸（ＭＱＷ）構造に電界を印加した
際に生ずる屈折率減少の得られる波長域が、ＭＱＷの量
子井戸層の層厚に依存することを利用したものである。
まずこの電界による屈折率変化について説明する。
際に生ずる屈折率減少の得られる波長域が、ＭＱＷの量
子井戸層の層厚に依存することを利用したものである。
まずこの電界による屈折率変化について説明する。
ＭＱＷ構造の吸収スペクトルにはその量子サイズ効果に
より鋭いユキシトンの吸収ピークが観測される。このＭ
ＱＷに積層面に対して垂直な電界Ｅを印加するとＭＱＷ
のポテンシャル構造が傾き量子準位が低エネルギー側へ
移動するのに伴ってエキシトンの吸収ピークは長波長側
へ移動する。これによりエキシトンの吸収ピーク近傍の
波長域では非常に大きな吸収係数変化Δαが得られる。
吸収係数と屈折率の間にはクラマーズ・クローニッヒの
関係があるため、この吸収係数変化Δαは屈折率の変化
Δｎをもたらす。またＭＱＷは入射光にＴＥを入射した
場合とＴＭを入射した場合とではその吸収特性は異な
る。これはＴＥに関するエキシトンは電子と重い正孔(e
-hh)間と電子と軽い正孔(e-h)間の２つ存在するが、
ＴＭではe-h間のエキシトンのみが関与しているから
である。また吸収スペクトルやフォトカレント測定など
によって現われるこれらのエキシトンピークはe-hh間の
ものはe-h間のものに比べて約10nm長波長側にある。
ＭＱＷの電界による屈折率変化は主にこれらのエキシト
ンピークの電界による長波長側へのシフトによって生じ
るため、ＴＥに対する屈折率変化とＴＭに対する屈折率
変化では当然これらが得られる波長域は異なる。先にも
述べたがその測定結果が第３図に示されている。
より鋭いユキシトンの吸収ピークが観測される。このＭ
ＱＷに積層面に対して垂直な電界Ｅを印加するとＭＱＷ
のポテンシャル構造が傾き量子準位が低エネルギー側へ
移動するのに伴ってエキシトンの吸収ピークは長波長側
へ移動する。これによりエキシトンの吸収ピーク近傍の
波長域では非常に大きな吸収係数変化Δαが得られる。
吸収係数と屈折率の間にはクラマーズ・クローニッヒの
関係があるため、この吸収係数変化Δαは屈折率の変化
Δｎをもたらす。またＭＱＷは入射光にＴＥを入射した
場合とＴＭを入射した場合とではその吸収特性は異な
る。これはＴＥに関するエキシトンは電子と重い正孔(e
-hh)間と電子と軽い正孔(e-h)間の２つ存在するが、
ＴＭではe-h間のエキシトンのみが関与しているから
である。また吸収スペクトルやフォトカレント測定など
によって現われるこれらのエキシトンピークはe-hh間の
ものはe-h間のものに比べて約10nm長波長側にある。
ＭＱＷの電界による屈折率変化は主にこれらのエキシト
ンピークの電界による長波長側へのシフトによって生じ
るため、ＴＥに対する屈折率変化とＴＭに対する屈折率
変化では当然これらが得られる波長域は異なる。先にも
述べたがその測定結果が第３図に示されている。
またＭＱＷの量子準位又はバンドギャップエネルギーは
ＭＱＷを構成する量子井戸層（ウエル）の厚さ（ウエル
厚）ＬＺと障壁（バリア）の高さによって決定され、Ｌ
Ｚを厚くするとバンドギャップエネルギーは低くなりそ
の結果エキシトンピーク波長はより長波長側に存在する
様になる。従ってウエル厚を変えることにより、電界印
加によってＴＥにおける屈折率減少が得られる波長域と
ＴＭにおける屈折率減少が得られる波長域とを一致させ
ることが可能である。
ＭＱＷを構成する量子井戸層（ウエル）の厚さ（ウエル
厚）ＬＺと障壁（バリア）の高さによって決定され、Ｌ
Ｚを厚くするとバンドギャップエネルギーは低くなりそ
の結果エキシトンピーク波長はより長波長側に存在する
様になる。従ってウエル厚を変えることにより、電界印
加によってＴＥにおける屈折率減少が得られる波長域と
ＴＭにおける屈折率減少が得られる波長域とを一致させ
ることが可能である。
本発明はこれを利用し、交差型スイッチの反射部分にウ
エル厚の異なる２種類のＭＱＷを用いることによりどん
な偏光に対しても電界による屈折率減少が得られスイッ
チング動作が可能な光スイッチである。
エル厚の異なる２種類のＭＱＷを用いることによりどん
な偏光に対しても電界による屈折率減少が得られスイッ
チング動作が可能な光スイッチである。
次に本発明の光スイッチの基本的な動作について簡単に
説明する。交差型光導波路のひとつの入力端からある一
定の波長のＴＥ，ＴＭの両方の成分をもった入射光が交
差部中心の反射部（以下ＭＱＷ反射部と呼ぶ）にある角
度で入射されたとする。このＭＱＷ反射部は入射光の方
向に対し第１及び第２の各々異なるＭＱＷ反射部で構成
され、第１のＭＱＷ反射部では入射光波長のＴＥ成分に
対して電界による屈折率減少が得られるウエル厚に、第
２のＭＱＷ反射部では第１のＭＱＷよりもウエル厚を厚
くしＴＭ成分に対して屈折率減少が得られるウエル厚に
設定しておく。またＭＱＷ反射部での屈折率減少がない
時には入射光が反射部をそのまま通過する様にＭＱＷ及
び光導波路の屈折率を設定しておく。また光導波路とＭ
ＱＷ反射部とはＭＱＷの屈折率減少が生じた時に入射光
が全反射を起こす角度に設定しておく。
説明する。交差型光導波路のひとつの入力端からある一
定の波長のＴＥ，ＴＭの両方の成分をもった入射光が交
差部中心の反射部（以下ＭＱＷ反射部と呼ぶ）にある角
度で入射されたとする。このＭＱＷ反射部は入射光の方
向に対し第１及び第２の各々異なるＭＱＷ反射部で構成
され、第１のＭＱＷ反射部では入射光波長のＴＥ成分に
対して電界による屈折率減少が得られるウエル厚に、第
２のＭＱＷ反射部では第１のＭＱＷよりもウエル厚を厚
くしＴＭ成分に対して屈折率減少が得られるウエル厚に
設定しておく。またＭＱＷ反射部での屈折率減少がない
時には入射光が反射部をそのまま通過する様にＭＱＷ及
び光導波路の屈折率を設定しておく。また光導波路とＭ
ＱＷ反射部とはＭＱＷの屈折率減少が生じた時に入射光
が全反射を起こす角度に設定しておく。
ＭＱＷ反射部に電界が印加されてない時にはＭＱＷの屈
折率変化はなく入射光はＴＥ，ＴＭ成分ともそのまま通
過する。
折率変化はなく入射光はＴＥ，ＴＭ成分ともそのまま通
過する。
ＭＱＷ反射部に電界が印加されると上述した様に入射光
のＴＥ成分は第１のＭＱＷ反射部で屈折率減少を感じそ
こで全反射される。ＴＭ成分は第１のＭＱＷ反射部では
屈折率減少を感じないためそのまま通過し、第２のＭＱ
Ｗ反射部へ入射する。しかし第２のＭＱＷ反射部ではＴ
Ｍ成分に対して屈折率減少を感じるためＴＭ成分はここ
で全反射される。この様にＭＱＷ反射部をウエル厚を変
えた２種類のＭＱＷ反射部で構成することによりＴＥに
対してもＴＭに対してもスイッチングが可能な光の全反
射を用いた交差型のスイッチが実現できる。
のＴＥ成分は第１のＭＱＷ反射部で屈折率減少を感じそ
こで全反射される。ＴＭ成分は第１のＭＱＷ反射部では
屈折率減少を感じないためそのまま通過し、第２のＭＱ
Ｗ反射部へ入射する。しかし第２のＭＱＷ反射部ではＴ
Ｍ成分に対して屈折率減少を感じるためＴＭ成分はここ
で全反射される。この様にＭＱＷ反射部をウエル厚を変
えた２種類のＭＱＷ反射部で構成することによりＴＥに
対してもＴＭに対してもスイッチングが可能な光の全反
射を用いた交差型のスイッチが実現できる。
またＭＱＷではバンドギャップはそのＭＱＷを構成する
量子井戸層、障壁層の組成及び厚さ、平均的な屈折率は
量子井戸層、障壁層の組成及び厚さの比により決まるた
めこれらはある程度独立に制御できる。従ってＭＱＷ反
射部とその周囲では組成が異なっていても実効的に屈折
率差を十分に小さくする設計が可能である。
量子井戸層、障壁層の組成及び厚さ、平均的な屈折率は
量子井戸層、障壁層の組成及び厚さの比により決まるた
めこれらはある程度独立に制御できる。従ってＭＱＷ反
射部とその周囲では組成が異なっていても実効的に屈折
率差を十分に小さくする設計が可能である。
第１図は本発明による光スイッチの一実施例を示す図で
あり(a)はその斜視図であり(b)は(a)におけるA-A′間の
断面図である。ここではGaAs/AGaAs系材料を用いた場
合について示した。まず本実施例の製作について説明す
る。n+-GaAs基板１上にn+-AGaAs(Aのモル比ｘ＝0.
4）クラッド層２ａを1.0μｍ，i-GaAa/AAs多重量子井
戸構造（ＭＱＷ）（GaAsウエル厚90Å,AAsバリア厚90
Å）３ａを0.7μｍ，p+-AGaAs(Aのモル比ｘ＝0.4）
クラッド層４ａを0.5μｍＭＢＥ法により連続成長す
る。次にこのウエハに幅0.5μｍ，長さ100μｍの第１の
ＭＱＷ反射部を形成するためにそのまわりを反応性イオ
ンビームエッチング（ＲＩＢＥ）によりn+-GaAs基板１
に達する迄エッチングする。次に第１のＭＱＷ反射部上
にSiO2の保護膜をつけ成長が進まない様にしておきその
まわりを再びＭＢＥ法により第２のＭＱＷ反射部を形成
するためのn+-AGaAsクラッド層２ｂ，i-GaAs/AAsＭ
ＱＷ3b,p+-AGaAsクラッド層４ｂを成長させる。ここ
ではＭＱＷ３ｂのGaAsウエル厚を110Å,AAsバリア厚
を110Åとしn+,p+-AGaAsクラッド層に関してはその組
成，層厚，ＭＱＷに関してはトータルの層厚のみを第１
のＭＱＷ反射部と同様にしておく。その後今度は第１の
ＭＱＷ反射部と第２のＭＱＷ反射部の両方を半分ずつ残
す様にして幅１μｍ，長さ100μｍのＭＱＷ反射部を形
成するべくそのまわりをRIBEによって再びn+-GaAs基板
１に達する迄エッチングする。この様にしてまずウエル
厚を変えた２つのＭＱＷで構成されたＭＱＷ反射部を形
成する。この後MOVPE法（あるいはＭＢＥ法，ＬＰＥ法
等の方法でも良い）によりこのＭＱＷ反射部をi-AGaA
s(x＝0.4)クラッド層５，i-AGaAs(x＝0.3)ガイド層
６，i-AGaAs(x＝0.4)クラッド層７により埋め込む。
この際ＭＱＷ反射部の上部にはSiO2の保護膜をつけ成長
が進まない様にしておく。またMOVPEより埋め込み成長
した各々の層厚はi-AGaAsクラッド層５を1.0μｍ，i-
AGaAsガイド層６を0.7μｍ，i-AGaAsクラッド層７
を0.5μｍとしＭＢＥにより成長した各層厚とほぼ等し
くした。次にＭＱＷ反射部が中心となる様に交差型光導
波路１０を反応性イオンエッチングにより形成する。エ
ッチングの深さはi-AGaAsガイド層６に達する程度と
し装荷型の光導波路パターンを形成する。この時交差型
光導波路１０の交差角は10゜とする。最後にＭＱＷ反射
部にＭＱＷの積層方向に対して垂直に電界を印加させる
ためのｐ側電極８とｎ側電極９を蒸着する。このＭＱＷ
反射部中の２つのＭＱＷのエキシトン吸収ピーク波長は
それぞれ840nm,850nmであるので入射光としてこの程度
の波長を考えると電界が印加されてない時のｉ−ＭＱＷ
３ａ，３ｂ及びi-AGaAsガイド層７の屈折率は3.43,n+
-AGaAsクラッド層２ａ，２ｂ，p+-AGaAsクラッド層
４ａ，４ｂ，i-AGaAsクラッド層５，７の屈折率は3.3
8であり、導波路構造としてはＭＱＷ部分とその他の部
分ではほぼ同等となる様に設定した。また埋め込み部分
のi-AGaAsガイド層６のバンドギャップ波長は700μｍ
であり入射光に対しては十分吸収損失の小さな値となっ
ている。
あり(a)はその斜視図であり(b)は(a)におけるA-A′間の
断面図である。ここではGaAs/AGaAs系材料を用いた場
合について示した。まず本実施例の製作について説明す
る。n+-GaAs基板１上にn+-AGaAs(Aのモル比ｘ＝0.
4）クラッド層２ａを1.0μｍ，i-GaAa/AAs多重量子井
戸構造（ＭＱＷ）（GaAsウエル厚90Å,AAsバリア厚90
Å）３ａを0.7μｍ，p+-AGaAs(Aのモル比ｘ＝0.4）
クラッド層４ａを0.5μｍＭＢＥ法により連続成長す
る。次にこのウエハに幅0.5μｍ，長さ100μｍの第１の
ＭＱＷ反射部を形成するためにそのまわりを反応性イオ
ンビームエッチング（ＲＩＢＥ）によりn+-GaAs基板１
に達する迄エッチングする。次に第１のＭＱＷ反射部上
にSiO2の保護膜をつけ成長が進まない様にしておきその
まわりを再びＭＢＥ法により第２のＭＱＷ反射部を形成
するためのn+-AGaAsクラッド層２ｂ，i-GaAs/AAsＭ
ＱＷ3b,p+-AGaAsクラッド層４ｂを成長させる。ここ
ではＭＱＷ３ｂのGaAsウエル厚を110Å,AAsバリア厚
を110Åとしn+,p+-AGaAsクラッド層に関してはその組
成，層厚，ＭＱＷに関してはトータルの層厚のみを第１
のＭＱＷ反射部と同様にしておく。その後今度は第１の
ＭＱＷ反射部と第２のＭＱＷ反射部の両方を半分ずつ残
す様にして幅１μｍ，長さ100μｍのＭＱＷ反射部を形
成するべくそのまわりをRIBEによって再びn+-GaAs基板
１に達する迄エッチングする。この様にしてまずウエル
厚を変えた２つのＭＱＷで構成されたＭＱＷ反射部を形
成する。この後MOVPE法（あるいはＭＢＥ法，ＬＰＥ法
等の方法でも良い）によりこのＭＱＷ反射部をi-AGaA
s(x＝0.4)クラッド層５，i-AGaAs(x＝0.3)ガイド層
６，i-AGaAs(x＝0.4)クラッド層７により埋め込む。
この際ＭＱＷ反射部の上部にはSiO2の保護膜をつけ成長
が進まない様にしておく。またMOVPEより埋め込み成長
した各々の層厚はi-AGaAsクラッド層５を1.0μｍ，i-
AGaAsガイド層６を0.7μｍ，i-AGaAsクラッド層７
を0.5μｍとしＭＢＥにより成長した各層厚とほぼ等し
くした。次にＭＱＷ反射部が中心となる様に交差型光導
波路１０を反応性イオンエッチングにより形成する。エ
ッチングの深さはi-AGaAsガイド層６に達する程度と
し装荷型の光導波路パターンを形成する。この時交差型
光導波路１０の交差角は10゜とする。最後にＭＱＷ反射
部にＭＱＷの積層方向に対して垂直に電界を印加させる
ためのｐ側電極８とｎ側電極９を蒸着する。このＭＱＷ
反射部中の２つのＭＱＷのエキシトン吸収ピーク波長は
それぞれ840nm,850nmであるので入射光としてこの程度
の波長を考えると電界が印加されてない時のｉ−ＭＱＷ
３ａ，３ｂ及びi-AGaAsガイド層７の屈折率は3.43,n+
-AGaAsクラッド層２ａ，２ｂ，p+-AGaAsクラッド層
４ａ，４ｂ，i-AGaAsクラッド層５，７の屈折率は3.3
8であり、導波路構造としてはＭＱＷ部分とその他の部
分ではほぼ同等となる様に設定した。また埋め込み部分
のi-AGaAsガイド層６のバンドギャップ波長は700μｍ
であり入射光に対しては十分吸収損失の小さな値となっ
ている。
次に本実施例によるスイッチの動作について第１図，第
４図を用いて説明する。第４図は本実施例による第１の
ＭＱＷ反射部として用いたi-GaAs/AAsＭＱＷ（LZ＝90
Å）３ａと第２のＭＱＷ反射部として用いたi-GaAs/A
AsＭＱＷ（LZ＝110Å）３ｂの電界による屈折率変化Δn
/nを横軸を波長として、それぞれＴＥ，ＴＭについて示
したものである。第１のＭＱＷ反射部のＭＱＷはウエル
厚（90Å）が第２のＭＱＷ（ウエル厚110Å）に比べ薄
いためエキシトンピークは第１のＭＱＷの方が約10nm短
波長側にある。従って電界印加による屈折率変化が得ら
れる波長域もＴＥ，ＴＭそれぞれウエル厚90ÅのＭＱＷ
の方が短波長側にある。
４図を用いて説明する。第４図は本実施例による第１の
ＭＱＷ反射部として用いたi-GaAs/AAsＭＱＷ（LZ＝90
Å）３ａと第２のＭＱＷ反射部として用いたi-GaAs/A
AsＭＱＷ（LZ＝110Å）３ｂの電界による屈折率変化Δn
/nを横軸を波長として、それぞれＴＥ，ＴＭについて示
したものである。第１のＭＱＷ反射部のＭＱＷはウエル
厚（90Å）が第２のＭＱＷ（ウエル厚110Å）に比べ薄
いためエキシトンピークは第１のＭＱＷの方が約10nm短
波長側にある。従って電界印加による屈折率変化が得ら
れる波長域もＴＥ，ＴＭそれぞれウエル厚90ÅのＭＱＷ
の方が短波長側にある。
ここで波長845nmのＴＥ，ＴＭ両方の成分をもった光が
第１図(a)の交差導波路１０の手前右側から入射された
場合を考える。ＭＱＷ反射部に電界が印加されてとい時
は先にも述べたが、光導波路部分とＭＱＷ反射部との屈
折率が整合しているために入射光はＭＱＷ反射部をＴ
Ｅ，ＴＭ成分とも直進し、そのまま出射される。ＭＱＷ
部に電界が印加されると、第４図に示した様に波長845n
mの光においては、第１のＭＱＷ反射部（ウエル厚90
Å）ではＴＥ成分が、第２のＭＱＷ反射部（ウエル厚11
0Å）ではＴＭ成分がΔn/n〜１％程度の全反射条件を満
たすには十分大きな屈折率減少を得ることになる。
第１図(a)の交差導波路１０の手前右側から入射された
場合を考える。ＭＱＷ反射部に電界が印加されてとい時
は先にも述べたが、光導波路部分とＭＱＷ反射部との屈
折率が整合しているために入射光はＭＱＷ反射部をＴ
Ｅ，ＴＭ成分とも直進し、そのまま出射される。ＭＱＷ
部に電界が印加されると、第４図に示した様に波長845n
mの光においては、第１のＭＱＷ反射部（ウエル厚90
Å）ではＴＥ成分が、第２のＭＱＷ反射部（ウエル厚11
0Å）ではＴＭ成分がΔn/n〜１％程度の全反射条件を満
たすには十分大きな屈折率減少を得ることになる。
第１のＭＱＷ反射部（i-GaAs/AAs多重量子井戸構造３
ａ）に入射された光はここでＴＥ成分が全反射される
が、ＴＭ成分は屈折率変化をほとんど感じないためその
まま通過し第２のＭＱＷ反射部（i-GaAs/AAs多重量子
井戸構造３ｂ）に到達する。ＴＭ成分はここで大きな屈
折率の減少を感じ全反射される。この様にしてＴＥ成
分、ＴＭ成分の両方をこのＭＱＷ反射部で全反射させる
ことができる。またＴＥ成分、ＴＭ成分が全反射を起こ
す位置は多少異なるが、各ＭＱＷ反射部の厚さが非常に
薄いため大きな問題とはならない。
ａ）に入射された光はここでＴＥ成分が全反射される
が、ＴＭ成分は屈折率変化をほとんど感じないためその
まま通過し第２のＭＱＷ反射部（i-GaAs/AAs多重量子
井戸構造３ｂ）に到達する。ＴＭ成分はここで大きな屈
折率の減少を感じ全反射される。この様にしてＴＥ成
分、ＴＭ成分の両方をこのＭＱＷ反射部で全反射させる
ことができる。またＴＥ成分、ＴＭ成分が全反射を起こ
す位置は多少異なるが、各ＭＱＷ反射部の厚さが非常に
薄いため大きな問題とはならない。
この様にＭＱＷ反射部をウエル厚を変えた２種類のＭＱ
Ｗで構成することにより偏光に依存しない全反射を用い
た交差型スイッチが実現できる。またここでは２種類の
ＭＱＷのウエル厚をそれぞれ90Åと110Åに設定した
が、入射光の波長において、一方がＴＥに対して、他方
がＴＥに対して、全反射が得られる屈折率減少を生じる
ウエル厚であればこれに限るものではない。また、Ｔ
Ｅ，ＴＭを反射させる順番（第１のＭＱＷと第２のＭＱ
Ｗの位置関係）も任意であり、２×２のスイッチ動作も
同様に可能であることは言うまでもない。
Ｗで構成することにより偏光に依存しない全反射を用い
た交差型スイッチが実現できる。またここでは２種類の
ＭＱＷのウエル厚をそれぞれ90Åと110Åに設定した
が、入射光の波長において、一方がＴＥに対して、他方
がＴＥに対して、全反射が得られる屈折率減少を生じる
ウエル厚であればこれに限るものではない。また、Ｔ
Ｅ，ＴＭを反射させる順番（第１のＭＱＷと第２のＭＱ
Ｗの位置関係）も任意であり、２×２のスイッチ動作も
同様に可能であることは言うまでもない。
本実施例では材料としてGaAs/AGaAs系材料について説
明したが、InGaAsp/Inp,InGaAs/InAAs系などの材料系
にも適用可能である。また光導波路としては装荷型を用
いたが、埋込み等の他の３次元光導波路も使用可能であ
る。
明したが、InGaAsp/Inp,InGaAs/InAAs系などの材料系
にも適用可能である。また光導波路としては装荷型を用
いたが、埋込み等の他の３次元光導波路も使用可能であ
る。
以上詳細に説明した様に、本発明によれば偏光依存性の
ない交差型光スイッチが実現できる。更にこのスイッチ
はＭＱＷの電界効果による屈折率変化を利用しているた
めに、小型でまた集積化にも適し、将来の光交換システ
ム、光情報処理等の分野での利用価値が非常に大きい。
ない交差型光スイッチが実現できる。更にこのスイッチ
はＭＱＷの電界効果による屈折率変化を利用しているた
めに、小型でまた集積化にも適し、将来の光交換システ
ム、光情報処理等の分野での利用価値が非常に大きい。
第１図は本発明による光スイッチの一実施例の構造を示
す図で(a)はその斜視図、(b)はA-A′間の断面図であ
る。 第２図は従来のＭＱＷの電界による屈折率変化を用いた
光スイッチを説明するための図、第３図は従来の光スイ
ッチのＭＱＷ反射部での電界による屈折率変化を説明す
るための図、第４図は本発明に用いるＭＱＷ反射部での
電界による屈折率変化を説明するための図である。 図に於て、１…n+-GaAs基板、２ａ，２ｂ，４ａ，４
ｂ，５，７…クラッド層、３ａ，３ｂ，２２…多重量子
井戸構造、６…ガイド層、８，９，２３…電界、１０，
２１ａ，２１ｂ…光導波路である。
す図で(a)はその斜視図、(b)はA-A′間の断面図であ
る。 第２図は従来のＭＱＷの電界による屈折率変化を用いた
光スイッチを説明するための図、第３図は従来の光スイ
ッチのＭＱＷ反射部での電界による屈折率変化を説明す
るための図、第４図は本発明に用いるＭＱＷ反射部での
電界による屈折率変化を説明するための図である。 図に於て、１…n+-GaAs基板、２ａ，２ｂ，４ａ，４
ｂ，５，７…クラッド層、３ａ，３ｂ，２２…多重量子
井戸構造、６…ガイド層、８，９，２３…電界、１０，
２１ａ，２１ｂ…光導波路である。
Claims (1)
- 【請求項１】半導体基板上の互いに交差する光導波路
と、前記光導波路の交差部の中心線上に配された反射部
分より構成される光の全反射を用いた交差型光スイッチ
において、前記反射部分が光の伝搬する方向に対して、
互いに異なる層厚の量子井戸層をもつ第１の多重量子井
戸構造と第２の多重量子井戸構造から成る２つの反射部
分より構成され、前記第１，第２の多重量子井戸構造に
層方向に対して垂直方向に電界を印加する手段をもつこ
とを特徴とする光スイッチ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28341487A JPH065348B2 (ja) | 1987-11-09 | 1987-11-09 | 光スイッチ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28341487A JPH065348B2 (ja) | 1987-11-09 | 1987-11-09 | 光スイッチ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01124832A JPH01124832A (ja) | 1989-05-17 |
| JPH065348B2 true JPH065348B2 (ja) | 1994-01-19 |
Family
ID=17665220
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP28341487A Expired - Lifetime JPH065348B2 (ja) | 1987-11-09 | 1987-11-09 | 光スイッチ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH065348B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6881332B1 (en) | 1999-09-01 | 2005-04-19 | Earthclean Co., Ltd. | Sewage treatment apparatus |
-
1987
- 1987-11-09 JP JP28341487A patent/JPH065348B2/ja not_active Expired - Lifetime
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．４７（１１），１Ｄｅｃｅｍｂｅｒ１９８５ｐ．１１４８〜ｐ．１１５０ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01124832A (ja) | 1989-05-17 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |