JPH065349B2 - 光スイッチ - Google Patents
光スイッチInfo
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- JPH065349B2 JPH065349B2 JP28341587A JP28341587A JPH065349B2 JP H065349 B2 JPH065349 B2 JP H065349B2 JP 28341587 A JP28341587 A JP 28341587A JP 28341587 A JP28341587 A JP 28341587A JP H065349 B2 JPH065349 B2 JP H065349B2
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- quantum well
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- well structure
- layer
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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。
〔従来の技術〕 近年の光システムの高度化、高性能化に併い、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本の交叉し
た光導波路の交叉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、交叉した導波路間
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
叉角を大きくとることができず、小型化、低クロトーク
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本の交叉し
た光導波路の交叉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、交叉した導波路間
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
叉角を大きくとることができず、小型化、低クロトーク
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,21bが交
差角θで交わるように配置され、その交差部に多量子井
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により多重量子
井戸構造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。電界による多重量子井戸構造の屈折率変化は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,21bが交
差角θで交わるように配置され、その交差部に多量子井
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により多重量子
井戸構造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。電界による多重量子井戸構造の屈折率変化は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。
このような多重量子井戸構造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。多重量子井戸構造は
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ーピーク波長が異なるため、ＴＥ
に対する屈折率変化とＴＭに対する屈折率変化では、そ
れらが得られる波長域が異なる。１例としてGaAs／Ａ
As多重量子井戸構造で量子井戸層厚が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、多重量子井戸構造の屈
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。従って前述の様な多重量子井
戸構造を用いた導波型の光スイッチ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、そのためには偏波保存ファイバや偏
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。
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。多重量子井戸構造は
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ーピーク波長が異なるため、ＴＥ
に対する屈折率変化とＴＭに対する屈折率変化では、そ
れらが得られる波長域が異なる。１例としてGaAs／Ａ
As多重量子井戸構造で量子井戸層厚が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、多重量子井戸構造の屈
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。従って前述の様な多重量子井
戸構造を用いた導波型の光スイッチ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、そのためには偏波保存ファイバや偏
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
る光導波路を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、異なる２つの量子
井戸層厚をもつ多重量子井戸構造から構成され、前記多
重量子井戸構造の積層面に対して垂直に電界を印加する
手段をもつことを特徴とするものである。
る光導波路を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、異なる２つの量子
井戸層厚をもつ多重量子井戸構造から構成され、前記多
重量子井戸構造の積層面に対して垂直に電界を印加する
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、多重量子井戸構造の量
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。
屈折率減少の得られる波長域が、多重量子井戸構造の量
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。
多重量子井戸構造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。この多重量子井戸構造に積層面に対して垂直な電界
Ｅを印加すると多重量子井戸構造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。それによ
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
にはクラマース・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
多重量子井戸構造は入射光にＴＥを入射した場合をＴＭ
を入射した場合とではその吸収特性は異なる。これはＴ
Ｅ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-lh)間の２つ存在するが、ＴＭではe-lh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-lh間
のものに比べて約10nm長波長側にある。多重量子井戸構
造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
とＴＭに対する屈折率変化では当然それらが得られる波
長域は異なる。先にも述べたがGaAs／ＡAs多重量子井
戸構造の場合でのその測定結果が第３図に示されてい
る。
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。この多重量子井戸構造に積層面に対して垂直な電界
Ｅを印加すると多重量子井戸構造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。それによ
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
にはクラマース・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
多重量子井戸構造は入射光にＴＥを入射した場合をＴＭ
を入射した場合とではその吸収特性は異なる。これはＴ
Ｅ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-lh)間の２つ存在するが、ＴＭではe-lh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-lh間
のものに比べて約10nm長波長側にある。多重量子井戸構
造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
とＴＭに対する屈折率変化では当然それらが得られる波
長域は異なる。先にも述べたがGaAs／ＡAs多重量子井
戸構造の場合でのその測定結果が第３図に示されてい
る。
また多重量子井戸構造の電子準位又はバンドギャップエ
ネルギーは多重量子井戸構造を構成する量子井戸層の厚
さ（ウェル厚）LZと障壁の高さによって決定され、ＬＺ
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。従ってウェ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Ｔ
Ｍ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。
ネルギーは多重量子井戸構造を構成する量子井戸層の厚
さ（ウェル厚）LZと障壁の高さによって決定され、ＬＺ
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。従ってウェ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Ｔ
Ｍ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２
種類のウェル厚の量子井戸層を持つ多重量子井戸構造を
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の光スイッチで
ある。
種類のウェル厚の量子井戸層を持つ多重量子井戸構造を
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の光スイッチで
ある。
次に本発明の素子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反射部は第１及び第２の各
々ウェル厚の異なる量子井戸層を積層した多重量子井戸
構造で構成され、第１の量子井戸層では入射光波長のＴ
Ｅ成分に対して、第２の量子井戸層では第１の量子井戸
層よりもウェル厚を厚くしＴＭ成分に対して電界による
屈折率減少が得られるウェル厚に設定しておく。またＭ
ＱＷ反射部での屈折率減少がない時には入射光がＭＱＷ
反射部をそのまま通過する様にＭＱＷ反射部の多重量子
井戸構造の屈折率及び光導波路の屈折率を設定してお
く。また光導波路とＭＱＷ反射部とは多重量子井戸構造
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
時には多重量子井戸構造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。
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反射部は第１及び第２の各
々ウェル厚の異なる量子井戸層を積層した多重量子井戸
構造で構成され、第１の量子井戸層では入射光波長のＴ
Ｅ成分に対して、第２の量子井戸層では第１の量子井戸
層よりもウェル厚を厚くしＴＭ成分に対して電界による
屈折率減少が得られるウェル厚に設定しておく。またＭ
ＱＷ反射部での屈折率減少がない時には入射光がＭＱＷ
反射部をそのまま通過する様にＭＱＷ反射部の多重量子
井戸構造の屈折率及び光導波路の屈折率を設定してお
く。また光導波路とＭＱＷ反射部とは多重量子井戸構造
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
時には多重量子井戸構造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。
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の量子井戸層で屈折率減少を感じ、ま
たＴＭ成分が第２の量子井戸層で屈折率減少を感じる。
第１，第２の量子井戸層がＭＱＷ反射部に対してそれぞ
れ占める割合は、量子井戸層が１種類の場合に比べ半分
程度であり、従って得られる屈折率減少もＴＥ，ＴＭ単
独で考えると半分程度に小さくなるが、一般に得られて
いる多重量子井戸構造の屈折率減少は１％と大きいた
め、全反射条件に対してはほとんど影響されず、ＴＥ成
分、ＴＭ成分ともＭＱＷ反射部で全反射される。この様
にＭＱＷ反射部をウェル厚を変えた２種類の量子井戸層
で構成された多重量子井戸構造とすることによりＴＥ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
型の光スイッチが実現できる。
のＴＥ成分は第１の量子井戸層で屈折率減少を感じ、ま
たＴＭ成分が第２の量子井戸層で屈折率減少を感じる。
第１，第２の量子井戸層がＭＱＷ反射部に対してそれぞ
れ占める割合は、量子井戸層が１種類の場合に比べ半分
程度であり、従って得られる屈折率減少もＴＥ，ＴＭ単
独で考えると半分程度に小さくなるが、一般に得られて
いる多重量子井戸構造の屈折率減少は１％と大きいた
め、全反射条件に対してはほとんど影響されず、ＴＥ成
分、ＴＭ成分ともＭＱＷ反射部で全反射される。この様
にＭＱＷ反射部をウェル厚を変えた２種類の量子井戸層
で構成された多重量子井戸構造とすることによりＴＥ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
型の光スイッチが実現できる。
また、多重量子井戸構造ではバンドギャップは多重量子
井戸構造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
み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。
井戸構造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
み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ＭＱＷ反射部の層構
造を説明するための図である。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２を1.0μｍ，i-GaAs/A
As多重量子井戸構造３を0.7μｍ，p+-AGaAs(Aのモ
ル比ｘ＝0.4）クラッド層４を0.5μｍＭＢＥ法により連
続成長する。この時i-GaAs/AAs多重量子井戸構造３は
第１図(b)に示す様に第１のGaAs量子井戸層（ウェル厚L
Z1＝90Å）１１，ＡAs障壁層（バリア厚LB＝100Å）
１２，第２のGaAs量子井戸層（ウェル厚LZ2＝110Å）１
３，ＡAs障壁層（バリア厚LB＝100Å）１２の４層を
繰り返し積層した構造とする。次にこのウェハに幅0.5
μｍでストライプ状の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に達する迄垂直にエッチングする。この
様にしてまず２種類のウェル厚の量子井戸で構成された
ＭＱＷ反射部を形成する。この後MOVPE法（あるいはＭ
ＢＥ法、ＬＰＥ等の方法でも良い）によりこのＭＱＷ反
射部をi-AGaAs(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。この再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によ
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-AGa
Asグラッド層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反射部が中心線とな
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反射部に多重量子井戸構造の積層方向に対
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つの量子井戸
層１１，１３のエキシトン吸収ピーク波長はそれぞれ84
0nm,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−多重量子井戸構造
３及びi-AGaAsガイド層７の屈折率は3.43,n+-AGaAs
クラッド層２，p+-AGaAsクラッド層４，i-AGaAsク
ラッド層５，７の屈折率は3.38であり、導波路構造とし
ては多重量子井戸構造部分とその他の部分ではほぼ同等
となる様に設定した。また埋込み部分のi-AGaAsガイ
ド層６のハ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ＭＱＷ反射部の層構
造を説明するための図である。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２を1.0μｍ，i-GaAs/A
As多重量子井戸構造３を0.7μｍ，p+-AGaAs(Aのモ
ル比ｘ＝0.4）クラッド層４を0.5μｍＭＢＥ法により連
続成長する。この時i-GaAs/AAs多重量子井戸構造３は
第１図(b)に示す様に第１のGaAs量子井戸層（ウェル厚L
Z1＝90Å）１１，ＡAs障壁層（バリア厚LB＝100Å）
１２，第２のGaAs量子井戸層（ウェル厚LZ2＝110Å）１
３，ＡAs障壁層（バリア厚LB＝100Å）１２の４層を
繰り返し積層した構造とする。次にこのウェハに幅0.5
μｍでストライプ状の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に達する迄垂直にエッチングする。この
様にしてまず２種類のウェル厚の量子井戸で構成された
ＭＱＷ反射部を形成する。この後MOVPE法（あるいはＭ
ＢＥ法、ＬＰＥ等の方法でも良い）によりこのＭＱＷ反
射部をi-AGaAs(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。この再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によ
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-AGa
Asグラッド層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反射部が中心線とな
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反射部に多重量子井戸構造の積層方向に対
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つの量子井戸
層１１，１３のエキシトン吸収ピーク波長はそれぞれ84
0nm,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−多重量子井戸構造
３及びi-AGaAsガイド層７の屈折率は3.43,n+-AGaAs
クラッド層２，p+-AGaAsクラッド層４，i-AGaAsク
ラッド層５，７の屈折率は3.38であり、導波路構造とし
ては多重量子井戸構造部分とその他の部分ではほぼ同等
となる様に設定した。また埋込み部分のi-AGaAsガイ
ド層６のハ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図のウェル厚が９０Åと11
0Åの場合の多重量子井戸構造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。ウェル厚９０ÅのＭＱＷのエキシトンピーク
波長はウェル厚110Åの多重量子井戸構造のエキシトン
ピーク波長に比べ約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
のウェル厚９０Åの多重量子井戸構造の方が短波長側に
ある。
４図を用いて説明する。第４図のウェル厚が９０Åと11
0Åの場合の多重量子井戸構造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。ウェル厚９０ÅのＭＱＷのエキシトンピーク
波長はウェル厚110Åの多重量子井戸構造のエキシトン
ピーク波長に比べ約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
のウェル厚９０Åの多重量子井戸構造の方が短波長側に
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いない時は先
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TE,TM成
分とも直進し、そのまま出射される。ＭＱＷ反射部に電
界が印加されると第４図に示した様に波長８４５nmの光
においてはウェル厚９０Åの第１の量子井戸層ではＴＥ
成分が、ウェル厚110Åの第２の量子井戸層ではＴＭ成
分が屈折率の減少を得ることになる。単一の厚さの多重
量子井戸構造ではその屈折率減少はΔn/n〜１％と非常
に大きい。本発明の２種類のウェル厚をもつ多重量子井
戸構造では各量子井戸層に効いてくる屈折率減少はその
量子井戸層の割合が少ない分だけ全体のＭＱＷ反射部と
してみると小さくなると考えられるが、それでもTE,TM
に対してそれぞれΔn/n〜0.5％程度有り、全反射条件を
満たすには十分な屈折率減少である。従ってこのＭＱＷ
反射部に入射した光はＴＥ成分、ＴＭ成分の両方ともこ
こで全反射され、反射側の光導波路から出射され、TE,T
Mに依らないスイッチングが可能となる。
(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いない時は先
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TE,TM成
分とも直進し、そのまま出射される。ＭＱＷ反射部に電
界が印加されると第４図に示した様に波長８４５nmの光
においてはウェル厚９０Åの第１の量子井戸層ではＴＥ
成分が、ウェル厚110Åの第２の量子井戸層ではＴＭ成
分が屈折率の減少を得ることになる。単一の厚さの多重
量子井戸構造ではその屈折率減少はΔn/n〜１％と非常
に大きい。本発明の２種類のウェル厚をもつ多重量子井
戸構造では各量子井戸層に効いてくる屈折率減少はその
量子井戸層の割合が少ない分だけ全体のＭＱＷ反射部と
してみると小さくなると考えられるが、それでもTE,TM
に対してそれぞれΔn/n〜0.5％程度有り、全反射条件を
満たすには十分な屈折率減少である。従ってこのＭＱＷ
反射部に入射した光はＴＥ成分、ＴＭ成分の両方ともこ
こで全反射され、反射側の光導波路から出射され、TE,T
Mに依らないスイッチングが可能となる。
この様にＭＱＷ反射部を２種類のウェル厚を変えた多重
量子井戸構造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種類の量子井戸層のウェル厚を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ＴＭに対して、全反射が得られる屈折率減少を生
じるウェル厚であればこれに限るものではない。
量子井戸構造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種類の量子井戸層のウェル厚を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ＴＭに対して、全反射が得られる屈折率減少を生
じるウェル厚であればこれに限るものではない。
実施例（第１図(b)）ではウェル厚の異なる量子井戸層
は障壁層を挾んで交互に積層したが、必ずしも交互に積
層する必要はない。ランダムに配置してもよい。また光
を入射する光導波路の位置も任意であり、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。
は障壁層を挾んで交互に積層したが、必ずしも交互に積
層する必要はない。ランダムに配置してもよい。また光
を入射する光導波路の位置も任意であり、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
は多重量子井戸構造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
は多重量子井戸構造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)は多重量子井戸構造の各
層、及び各々の層の関係を説明するための図である。第
２図は従来の多重量子井戸構造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図は本発明の光スイッチの動作
を説明するために、ウェル厚の異なる多重量子井戸構造
の電界による屈折率変化のそれぞれの偏光特性を示した
図である。 図に於いて、１……n+GaAs基板、２，４，５，７……ク
ラッド層、３，２２……多重量子井戸構造、６……ガイ
ド層、８，９，２３……電極、１０，２１ａ，２１ｂ…
…光導波路、１１……第１のGaAs量子井戸層、１２……
ＡAs障壁層、１３……第２のGaAs量子井戸層である。
す図で(a)はその斜視図、(b)は多重量子井戸構造の各
層、及び各々の層の関係を説明するための図である。第
２図は従来の多重量子井戸構造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図は本発明の光スイッチの動作
を説明するために、ウェル厚の異なる多重量子井戸構造
の電界による屈折率変化のそれぞれの偏光特性を示した
図である。 図に於いて、１……n+GaAs基板、２，４，５，７……ク
ラッド層、３，２２……多重量子井戸構造、６……ガイ
ド層、８，９，２３……電極、１０，２１ａ，２１ｂ…
…光導波路、１１……第１のGaAs量子井戸層、１２……
ＡAs障壁層、１３……第２のGaAs量子井戸層である。
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、前記反射部分が層厚の異なる２つの量子井戸
層をもつ多重量子井戸構造から構成され、前記多重量子
井戸構造の積層面に対して垂直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 |
|---|---|---|---|
| JP28341587A JPH065349B2 (ja) | 1987-11-09 | 1987-11-09 | 光スイッチ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28341587A JPH065349B2 (ja) | 1987-11-09 | 1987-11-09 | 光スイッチ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01124833A JPH01124833A (ja) | 1989-05-17 |
| JPH065349B2 true JPH065349B2 (ja) | 1994-01-19 |
Family
ID=17665233
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP28341587A Expired - Lifetime JPH065349B2 (ja) | 1987-11-09 | 1987-11-09 | 光スイッチ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH065349B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101638973B1 (ko) * | 2010-01-22 | 2016-07-12 | 삼성전자주식회사 | 광변조기 및 그 제조 방법 |
-
1987
- 1987-11-09 JP JP28341587A patent/JPH065349B2/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 |
|---|---|
| JPH01124833A (ja) | 1989-05-17 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |