JPH0882810A - Optical switch - Google Patents

Optical switch

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JPH0882810A
JPH0882810A JP6219748A JP21974894A JPH0882810A JP H0882810 A JPH0882810 A JP H0882810A JP 6219748 A JP6219748 A JP 6219748A JP 21974894 A JP21974894 A JP 21974894A JP H0882810 A JPH0882810 A JP H0882810A
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JP
Japan
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optical waveguide
optical
type region
branch
semiconductor
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JP6219748A
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Japanese (ja)
Inventor
Tatsuro Ikeda
達郎 池田
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Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Publication date
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Publication of JPH0882810A publication Critical patent/JPH0882810A/en
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Abstract

PURPOSE: To eliminate the absorption loss of light in optical waveguides and to enable low-voltage operation with a small size by providing an optical switch with an n type region and p type region for impressing reverse biases to these optical waveguides on both sides of the optical waveguide regions. CONSTITUTION: The semiconductor optical waveguide of a branch type consisting of one piece of the main optical waveguide 3 and two pieces of the branched optical waveguides 4, 5 is composed of a multiple quantum well structure. The region held by these branch optical waveguides is formed with either conduction type region 10 and the regions facing this conduction type region 10 via the branch optical waveguides 4, 5 are formed with the opposite conduction type regions 11, 12. A refractive index change arises when a reverse bias voltage is impressed between the one conduction type region 10 of the optical switch and the p type region. Total reflection is generated between the branch optical waveguide 4 on the side impressed with the reverse bias voltage and the main waveguide 3 and incident light hνis introduced toward the branch optical waveguide 5 on the side not impressed with the reverse bias. Then, the change in the refractive index is utilizable to the max. possible extent if light of about 1.54μm is used as the incident light hν to be used. The absorption loss of the light is thus lessened.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は光スイッチに関するもの
であり、特に、光コンピュータや光インターコネクショ
ン等の光を利用する情報処理装置の光回路を構成する光
スイッチに関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical switch, and more particularly, to an optical switch which constitutes an optical circuit of an information processing device utilizing light such as an optical computer and optical interconnection.

【0002】[0002]

【従来の技術】光を利用する情報処理装置の光回路を構
成する光演算回路の基本的なものは、光スイッチであ
り、従来、この光スイッチとしてはLiNbO3 結晶等
の強誘電体結晶を用いた光スイッチが広く用いられてお
り、また、バルク半導体を用いた光スイッチも提案され
ており、この場合には、半導体レーザ或いはpin光ダ
イオード等の半導体光能動素子との一体化も可能にな
る。
2. Description of the Related Art A basic optical operation circuit that constitutes an optical circuit of an information processing device utilizing light is an optical switch. Conventionally, as this optical switch, a ferroelectric crystal such as LiNbO 3 crystal is used. The optical switch used is widely used, and an optical switch using a bulk semiconductor is also proposed. In this case, integration with a semiconductor optical active element such as a semiconductor laser or a pin photodiode is also possible. Become.

【0003】いずれにしても、光コンピュータを構成す
るためには、高速光スイッチ動作の可能な素子が必要に
なり、この高速動作を行うためには、素子自体の寄生容
量の低減及び駆動電圧の低減が必要になる。
In any case, in order to construct an optical computer, an element capable of high-speed optical switch operation is required. In order to perform this high-speed operation, the parasitic capacitance of the element itself is reduced and the driving voltage is reduced. Reduction is needed.

【0004】しかし、強誘電体結晶を用いた光スイッチ
は素子自体のサイズが大きく(cmのオーダー)、且
つ、半導体光能動素子との一体化が困難であり、光演算
装置用の光スイッチには不向きである。
However, an optical switch using a ferroelectric crystal has a large element size (on the order of cm) and is difficult to be integrated with a semiconductor optical active element, so that it is used as an optical switch for an optical arithmetic unit. Is not suitable for.

【0005】一方、バルク半導体を用いた光スイッチ
は、半導体光能動素子との一体化・小型化が可能である
が、LiNbO3 結晶を用いた光スイッチに比べて電圧
に対する屈折率の変化が小さいので、十分な屈折率の変
化を得るためには駆動電圧を上げるか、或いは、光演算
素子の長さ(光導波路長)を長くする必要がある。
On the other hand, an optical switch using a bulk semiconductor can be integrated with a semiconductor photoactive device and downsized, but its change in refractive index with voltage is smaller than that of an optical switch using a LiNbO 3 crystal. Therefore, in order to obtain a sufficient change in the refractive index, it is necessary to increase the driving voltage or increase the length of the optical operation element (optical waveguide length).

【0006】しかし、これらは高速動作を阻害する要因
になり、或いは、光損失の原因となり、且つ、集積度の
向上を阻害する要因ともなる。また、半導体を用いた光
スイッチとしては、電圧の印加による屈折率の変化を利
用するものの他に、電流注入型の光スイッチも提案され
ているが、これに高速の変調をかけた場合には、注入し
たキャリアが変調に追従できなくなるので、電圧印加型
に比べて高速応答性の点で劣るという欠点がある。
[0006] However, these are factors that hinder high-speed operation, cause optical loss, and hinder the improvement of the degree of integration. Further, as an optical switch using a semiconductor, a current injection type optical switch has been proposed in addition to the one that utilizes the change in the refractive index due to the application of a voltage. However, when high-speed modulation is applied to this, Since the injected carriers cannot follow the modulation, there is a drawback that the high speed response is inferior to the voltage application type.

【0007】これらの欠点を改善するために、いくつか
の提案が成されており、図7乃至図11を用いてこれら
の提案の原理を説明する。
Several proposals have been made in order to improve these drawbacks, and the principle of these proposals will be described with reference to FIGS. 7 to 11.

【0008】図7は、本発明者が既に出願している半導
体光スイッチ(特開平6−148699号公報)を概略
的に説明する図であり、図7(a)は平面図であり、ま
た、図7(b)は、図7(a)の一点鎖線B−B’で切
断した場合の断面図、図7(c)は、図7(a)の一点
鎖線C−C’で切断した場合の断面図である。
FIG. 7 is a diagram schematically illustrating a semiconductor optical switch (Japanese Patent Laid-Open No. 6-148699) filed by the present inventor, and FIG. 7A is a plan view. 7B is a cross-sectional view taken along the chain line BB ′ of FIG. 7A, and FIG. 7C is cut along the chain line CC ′ of FIG. 7A. FIG.

【0009】図7参照 半絶縁性基板1上に設けたクラッド層2に1本の主光導
波路3と2本の分岐光導波路4,5からなるY字型の分
岐状の溝部を設け、MQW(多重量子井戸)層7、クラ
ッド層8、及び、コンタクト層9を堆積したのち、光導
波路の分岐部分に下側のクラッド層2に達するn型不純
物を導入してn型領域15を形成すると共に、二つの分
岐光導波路4,5の中央部にも同様にp型不純物を導入
してp型領域16,17を形成して半導体光スイッチを
構成する。
Referring to FIG. 7, a clad layer 2 provided on a semi-insulating substrate 1 is provided with a Y-shaped branched groove portion composed of one main optical waveguide 3 and two branched optical waveguides 4 and 5, and MQW After depositing the (multiple quantum well) layer 7, the cladding layer 8 and the contact layer 9, an n-type impurity reaching the lower cladding layer 2 is introduced into the branch portion of the optical waveguide to form the n-type region 15. At the same time, p-type impurities are similarly introduced into the central portions of the two branched optical waveguides 4 and 5 to form p-type regions 16 and 17 to form a semiconductor optical switch.

【0010】次に、この半導体光スイッチの動作原理
を、図8及び図10を用いて説明する。図8は、入射光
波長対屈折率の電圧依存性を示す図であり、図7におけ
るn型領域15とp型領域16,17との間に逆バイア
スの電圧を印加した場合に、光導波路におけるMQW層
7の屈折率が図の実線から破線に変化する。
Next, the operating principle of this semiconductor optical switch will be described with reference to FIGS. FIG. 8 is a diagram showing the voltage dependence of the refractive index with respect to the wavelength of incident light. In the case where a reverse bias voltage is applied between the n-type region 15 and the p-type regions 16 and 17 in FIG. , The refractive index of the MQW layer 7 changes from the solid line to the broken line.

【0011】これは、MQW層7に形成されていたエキ
シトン準位が印加された電界のためにその束縛状態が解
かれるためである。このエキシトンは、半導体内におけ
る光の吸収により生じた伝導帯の電子と価電子帯の正孔
がクーロン力により互いに束縛され準位を形成するもの
である。
This is because the bound state is released due to the electric field to which the exciton level formed in the MQW layer 7 is applied. In the exciton, electrons in the conduction band and holes in the valence band generated by absorption of light in the semiconductor are bound to each other by the Coulomb force to form a level.

【0012】バルク半導体においては、エキシトンの束
縛エネルギーは低い(例えば、GaAsの場合は、4.
2meV)ため、熱エネルギーの影響により室温では安
定して存在せず、屈折率変化の電圧依存性は小さいもの
の、MQW構造においてはキャリアが閉じ込められるた
めに、拘束エネルギーが高く(同じくGaAsの場合
は、例えば16meV)、室温でも安定して存在し、屈
折率変化の電圧依存性は大きくなる。
In the bulk semiconductor, the binding energy of excitons is low (for example, in the case of GaAs, 4.
Since it is 2 meV), it does not exist stably at room temperature due to the influence of thermal energy, and the voltage dependence of the refractive index change is small, but the MQW structure traps carriers, so the binding energy is high (also in the case of GaAs). , 16 meV), for example, it stably exists even at room temperature, and the voltage dependence of the refractive index change becomes large.

【0013】図9参照 したがって、図9(a)に示すように、n型領域15と
p型領域16との間に逆バイアス電圧を印加した場合に
は(18はn型電極、19はp型電極)、n型領域15
とp型領域16との間のi型領域にほとんどの電圧が印
加されることになり、電圧の印加前には図9(b)に示
すように均一であった屈折率分布が、電圧の印加により
図9(c)に示すようにi型領域において入射波長λop
に対する屈折率が低下する。なお、この場合、n型領域
15とp型領域16との間のi型領域の長さを2μmに
すると、エキシトンを消滅させるためには約2Vの電圧
を印加すれば良い。
Therefore, as shown in FIG. 9A, when a reverse bias voltage is applied between the n-type region 15 and the p-type region 16, (18 is an n-type electrode, 19 is a p-type electrode). Type electrode), n-type region 15
Almost all the voltage is applied to the i-type region between the p-type region 16 and the p-type region 16, and the uniform refractive index distribution as shown in FIG. As a result of the application, the incident wavelength λ op in the i-type region as shown in FIG.
Is reduced. In this case, if the length of the i-type region between the n-type region 15 and the p-type region 16 is set to 2 μm, a voltage of about 2 V may be applied to eliminate the excitons.

【0014】図10参照 そして、図10(a)において破線で示す屈折率が変化
する境界に光を入射した場合、入射光hνの入射角が全
反射角を越えるように屈折率変化と光導波路の交差角を
設定しておくと、電圧の印加された光導波路側の境界で
反射が生じ、電圧の印加されなかった反対側の光導波路
を光が導波して行き、光スイッチ動作が行われたことに
なる。図10(b)の左側は、n型領域15と第1のp
型領域16との間に電圧を印加した場合の光の進路を示
すものであり、図10(b)の右側は、n型領域15と
第2のp型領域17との間に電圧を印加した場合の光の
進路を示すものである。
10A and 10B, when light is incident on the boundary where the refractive index changes shown by the broken line in FIG. 10A, the refractive index change and the optical waveguide are changed so that the incident angle of the incident light hν exceeds the total reflection angle. If the crossing angle of is set, reflection will occur at the boundary on the optical waveguide side to which voltage is applied, and light will be guided through the optical waveguide on the opposite side to which no voltage was applied, and optical switching operation will occur. It has been broken. The left side of FIG. 10B shows the n-type region 15 and the first p-type region.
FIG. 10 shows the path of light when a voltage is applied between the n-type region 15 and the second p-type region 17 on the right side of FIG. This shows the path of the light when it is done.

【0015】n型領域とp型領域との間に電圧を印加し
た場合、エキシトンの消滅により屈折率は、例えば3.
540から3.520に減少する。そして、屈折率が
3.540の領域と屈折率が3.520の領域との間の
全反射角は約84°であるので、入射光を一方の分岐導
波路のみに導波させるためには主導波路と分岐導波路と
のなす角θを180°−84°(即ち、96°)以下に
すれば良く、この角度θは全反射角に応じて設定すれば
良いものである。
When a voltage is applied between the n-type region and the p-type region, the excitons disappear and the refractive index is, for example, 3.
540 to 3.520. Since the total reflection angle between the region having the refractive index of 3.540 and the region having the refractive index of 3.520 is about 84 °, it is necessary to guide the incident light to only one branch waveguide. The angle θ formed by the main waveguide and the branch waveguide may be set to 180 ° -84 ° (that is, 96 °) or less, and this angle θ may be set according to the total reflection angle.

【0016】また、図11は、もう一つの改善提案を示
すもので(特開昭62−296129号公報)あり、同
じくMQW構造を利用した光導波路にショットキー電極
20,21を設けたものである。この場合には、不純物
の導入工程は必要ないため、電極の形成によるだけの簡
単な工程によって、光スイッチを形成することができ
る。
FIG. 11 shows another proposal for improvement (Japanese Patent Laid-Open No. 62-296129) in which Schottky electrodes 20 and 21 are provided on an optical waveguide which also uses the MQW structure. is there. In this case, since the step of introducing impurities is not necessary, the optical switch can be formed by a simple step only by forming the electrodes.

【0017】[0017]

【発明が解決しようとする課題】しかし、図7に示した
半導体光スイッチの場合は、n型領域15及びp型領域
16,17を光の伝播する領域に設けているので、この
不純物ドープ領域であるn型領域15及びp型領域1
6,17で光の吸収損失が生じ、光スイッチ特性が必ず
しも十分でなかった。
However, in the case of the semiconductor optical switch shown in FIG. 7, since the n-type region 15 and the p-type regions 16 and 17 are provided in the region where light propagates, the impurity-doped region is formed. N-type region 15 and p-type region 1
In Nos. 6 and 17, absorption loss of light occurred, and the optical switch characteristics were not always sufficient.

【0018】また、図11に示した半導体光スイッチ
は、光の吸収損失は生じないものの、十分な屈折率変化
を得るためにMQW層7に平行に電界を印加しようとす
ると、構造的に電極20,21の間隔を広く、例えば2
5μmにする必要がある。そして、この広い間隔の領域
に電圧を印加して十分な屈折率変化を得ようとする大き
な電圧を印加する必要があり、結局、低電圧動作及び小
型化が難しくなる。
Although the semiconductor optical switch shown in FIG. 11 does not cause light absorption loss, when an electric field is applied in parallel to the MQW layer 7 in order to obtain a sufficient change in refractive index, the electrodes are structurally changed. Wider distance between 20, 21 is 2
It must be 5 μm. Then, it is necessary to apply a voltage to the region of this wide interval to apply a large voltage for obtaining a sufficient change in the refractive index, and eventually it becomes difficult to operate at a low voltage and downsize.

【0019】したがって、本発明は、光導波路での光の
吸収損失をなくすと共に、小型で低電圧動作の可能な光
スイッチを提供することを目的とする。
Accordingly, it is an object of the present invention to provide an optical switch that is small in size and capable of operating at a low voltage while eliminating absorption loss of light in an optical waveguide.

【0020】[0020]

【課題を解決するための手段】図1は、本発明の原理的
構成を説明する図であり、図1を用いて本発明の課題を
解決するための手段を説明すると、本発明は、1本の主
光導波路3と2本の分岐光導波路4,5とからなる分岐
型の半導体光導波路を多重量子井戸構造により構成する
と共に、この分岐光導波路に挟まれた領域を一導電型領
域10とし、分岐光導波路4,5を介してこの一導電型
領域10に対向する領域を反対導電型領域11,12と
した光スイッチに特徴を有するものである。
FIG. 1 is a diagram for explaining the principle configuration of the present invention. The means for solving the problems of the present invention will be described with reference to FIG. A branch type semiconductor optical waveguide composed of two main optical waveguides 3 and two branch optical waveguides 4 and 5 is constituted by a multiple quantum well structure, and a region sandwiched between the branch optical waveguides is a one conductivity type region 10. The optical switch is characterized in that the regions facing the one conductivity type region 10 via the branched optical waveguides 4 and 5 are opposite conductivity type regions 11 and 12.

【0021】また、本発明は、分岐型の半導体光導波路
を導波する光、即ち、入射光hνとして、多重量子井戸
構造におけるエキシトン吸収波長よりも長波長の光を用
いることを特徴とする。
Further, the present invention is characterized in that light having a wavelength longer than the exciton absorption wavelength in the multiple quantum well structure is used as the light guided in the branched semiconductor optical waveguide, that is, the incident light hν.

【0022】また、本発明は、光導波路を設ける基板と
して半絶縁性基板を用いることを特徴とするものであ
り、更に、光導波路を構成するためにクラッド層に分岐
状の溝部或いは分岐状のメサ部を設けることを特徴とす
る。
Further, the present invention is characterized in that a semi-insulating substrate is used as a substrate on which the optical waveguide is provided, and further, in order to form the optical waveguide, a branched groove or a branched groove is formed in the cladding layer. A feature is that a mesa portion is provided.

【0023】[0023]

【作用】本発明は、分岐型の半導体光導波路を多重量子
井戸構造により構成すると共に、光導波路へ逆バイアス
を印加するためのn型領域及びp型領域を光導波領域の
両側に設けるようにしたので光吸収損失が少なくなる。
According to the present invention, the branched semiconductor optical waveguide is constructed by the multiple quantum well structure, and the n-type region and the p-type region for applying a reverse bias to the optical waveguide are provided on both sides of the optical waveguide region. Therefore, the light absorption loss is reduced.

【0024】また、入射光hνとして多重量子井戸構造
におけるエキシトン吸収波長よりも長波長の光を用いて
いるので、屈折率の変化を最大限に利用できると共に、
光の吸収損失を低減することができる。
Further, since the light having a wavelength longer than the exciton absorption wavelength in the multiple quantum well structure is used as the incident light hν, the change in the refractive index can be utilized to the maximum, and
The light absorption loss can be reduced.

【0025】また、基板として半絶縁性基板を用いるこ
とにより寄生容量を低減でき、更に、クラッド層に分岐
状の溝部或いは分岐状のメサ部を設けることにより、簡
単な製造工程により光閉じ込め構造、即ち、所謂擬似埋
め込みヘテロ接合構造を形成することができる。
Further, by using a semi-insulating substrate as the substrate, the parasitic capacitance can be reduced, and further, by providing a branched groove portion or a branched mesa portion in the cladding layer, a light confinement structure can be obtained by a simple manufacturing process. That is, a so-called pseudo buried heterojunction structure can be formed.

【0026】[0026]

【実施例】図2乃至図5を参照して、本発明の第1の実
施例であるクラッド層に分岐状の溝部を設けた光スイッ
チの構造及び製造工程を説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The structure and manufacturing process of an optical switch in which a branched groove is provided in a clad layer, which is a first embodiment of the present invention, will be described with reference to FIGS.

【0027】図2参照 先ず、半絶縁性InP基板1上に5000Åのi型In
Pクラッド層2を堆積させたのち、通常のフォトリソグ
ラフィー工程により図2(a)に示すように主光導波路
3及び2本の分岐光導波路4,5からなるY字型の分岐
状の溝部6を形成する。なお、図2(b)は、図2
(a)におけるB−B’間を結ぶ一点鎖線で切った場合
の断面図であり、また、図2(c)は、図2(a)にお
けるC−C’間を結ぶ一点鎖線で切った場合の断面図で
ある。
Referring to FIG. 2, first, 5000 Å i-type In is formed on the semi-insulating InP substrate 1.
After depositing the P clad layer 2, a Y-shaped branched groove portion 6 composed of a main optical waveguide 3 and two branched optical waveguides 4 and 5 is formed by a normal photolithography process as shown in FIG. To form. Note that FIG.
It is sectional drawing when it cuts by the dashed-dotted line which connects between BB 'in (a), Moreover, FIG.2 (c) cut | disconnects by the dashed-dotted line which connects between CC' in FIG.2 (a). FIG.

【0028】図3参照 次いで、i型InPクラッド層2の上に、100ÅのI
nP障壁層及び100ÅのIn1-x Gax Asy 1-y
井戸層(x=0.438,y=0.940)からなる多
重量子井戸(MQW)層7、1000Åのi型InPク
ラッド層8、及び、i型InGaAsコンタクト層9を
順次MOVPE(或いはMOCVD)法等の結晶成長法
により堆積させる。これにより、段差部において、溝底
部の平坦な領域の両側がMQW層7よりも屈折率の低い
InPクラッド層2,8からなる側壁部に囲まれること
により光導波路を構成する。なお、この場合のMQW層
7の周期は20周期である。なお、図3(a)及び
(b)は、夫々図2(b)及び(c)に対応する。
Next, referring to FIG. 3, 100 Å I of I-type InP clad layer 2 is formed.
nP barrier layer and 100Å In 1-x Ga x As y P 1-y
A multiple quantum well (MQW) layer 7 composed of well layers (x = 0.438, y = 0.940), a 1000Å i-type InP clad layer 8, and an i-type InGaAs contact layer 9 are sequentially formed by MOVPE (or MOCVD). It is deposited by a crystal growth method such as a method. Thereby, in the step portion, both sides of the flat region of the groove bottom portion are surrounded by the side wall portions composed of the InP cladding layers 2 and 8 having a lower refractive index than the MQW layer 7 to form an optical waveguide. The period of the MQW layer 7 in this case is 20 periods. Note that FIGS. 3A and 3B correspond to FIGS. 2B and 2C, respectively.

【0029】図4参照 次いで、集束イオン注入装置を用いて、分岐光導波路
4,5の分岐点近傍の部分にSn,Si等のn型不純物
をイオン注入してn型領域10を形成し、一方、分岐光
導波路4,5を介してこのn型領域10と対向する領域
にはZn等のp型不純物をイオン注入してp型領域1
1,12を形成する。なお、図4(b)は、図4(a)
におけるA−A’間を結ぶ一点鎖線で切った場合の断面
図であり、不純物はMQW層7を貫通してi型InPク
ラッド層2に深く達するようにイオン注入される。
Next, referring to FIG. 4, an n-type region 10 is formed by ion-implanting n-type impurities such as Sn and Si into the vicinity of the branch points of the branch optical waveguides 4 and 5 using a focused ion implanter. On the other hand, p-type impurities such as Zn are ion-implanted into a region facing the n-type region 10 via the branched optical waveguides 4 and 5 to p-type region 1.
1, 12 are formed. Note that FIG. 4B is the same as FIG.
6 is a cross-sectional view taken along the alternate long and short dash line connecting AA ′ in FIG. 6B. Impurities are ion-implanted so as to penetrate the MQW layer 7 and deeply reach the i-type InP cladding layer 2.

【0030】図5(a)参照 次いで、n型領域10上にAuGe/Au等からなるn
型電極13を形成し、p型領域11(12)上にはTi
/Pt等からなるp型電極を14設けて光スイッチを完
成する。
Next, referring to FIG. 5A, n made of AuGe / Au or the like is formed on the n-type region 10.
A mold electrode 13 is formed, and Ti is formed on the p-type region 11 (12).
The p-type electrode made of / Pt or the like is provided to complete the optical switch.

【0031】次に、図5を用いて、この光スイッチの動
作原理を説明する。 図5参照 この光スイッチのn型領域10とp型領域11との間に
逆バイアス電圧を印加すると、図9に示す従来例と全く
同じ原理により屈折率変化が生じ、逆バイアス電圧を印
加した側の分岐光導波路(図4の4)と主光導波路(図
4の3)との間で全反射が生じ、入射光hνは逆バイア
スの印加されない側の分岐光導波路(図4の5)の方に
導かれる。
Next, the operation principle of this optical switch will be described with reference to FIG. See FIG. 5. When a reverse bias voltage is applied between the n-type region 10 and the p-type region 11 of this optical switch, the refractive index changes according to the same principle as in the conventional example shown in FIG. 9, and the reverse bias voltage is applied. The side branch optical waveguide (4 in FIG. 4) and the main optical waveguide (3 in FIG. 4) undergo total reflection, and the incident light hν is the side branch optical waveguide to which the reverse bias is not applied (5 in FIG. 4). Be guided to.

【0032】この実施例の場合には、MQW層における
エキシトン吸収波長は約1.526μmであり、エキシ
トンを消滅させた場合には、1.54μm近傍(図8の
λop)で屈折率が最大になるので、使用する入射光hν
として1.54μm近傍の光を用いれば、屈折率の変化
を最大限に利用できると共に、光の吸収損失を低減する
ことができる。
In the case of this embodiment, the exciton absorption wavelength in the MQW layer is about 1.526 μm, and when the exciton is extinguished, the maximum refractive index is around 1.54 μm (λ op in FIG. 8). Therefore, the incident light hν used
When light having a wavelength of about 1.54 μm is used, the change in the refractive index can be utilized to the maximum and the light absorption loss can be reduced.

【0033】上記第1の実施例においては、クラッド層
2に分岐状の溝部を設けているが、これとは逆に図6に
示すように、クラッド層2に分岐状のメサ部を設けても
良いものであり、この場合には、光導波部分はメサ部の
頂部の平坦部であり、光閉じ込め機構は第1の実施例と
同様に段差部で形成され、それ以外の光スイッチ機構も
第1の実施例と同様である。なお、図6(b)は、図6
(a)におけるB−B’間を結ぶ一点鎖線で切った場合
の断面図であり、また、図6(c)は、図6(a)にお
けるC−C’間を結ぶ一点鎖線で切った場合の断面図で
ある。
In the first embodiment described above, the clad layer 2 is provided with a branched groove portion. On the contrary, as shown in FIG. 6, the clad layer 2 is provided with a branched mesa portion. In this case, the optical waveguide portion is the flat portion on the top of the mesa portion, the optical confinement mechanism is formed by the step portion as in the first embodiment, and the other optical switching mechanism is also used. It is similar to the first embodiment. Note that FIG.
It is sectional drawing when it cuts by the dashed-dotted line which connects BB 'in (a), Moreover, FIG.6 (c) cut | disconnects by the dashed-dotted line which connects CC' in FIG.6 (a). FIG.

【0034】上記実施例においては、単体の光スイッチ
を説明しているが、本発明は、光源としての半導体レー
ザ及び受光部としてのpin型フォトダイオード等の受
光素子、或いは、半導体光変調器等をこの光スイッチと
モノリシックに一体化して半導体光集積回路装置(オプ
トエレクトロニックIC)を構成することも対象として
おり、この場合には、光軸合わせが不要になる利点があ
る。
In the above embodiments, a single optical switch is described, but the present invention is a light receiving element such as a semiconductor laser as a light source and a pin photodiode as a light receiving portion, or a semiconductor optical modulator. Is also monolithically integrated with this optical switch to form a semiconductor optical integrated circuit device (optoelectronic IC), and in this case, there is an advantage that optical axis alignment becomes unnecessary.

【0035】また、本発明は、上記の実施例の数値範囲
に限られるものではなく、目的とする用途、即ち、使用
する光の波長帯の違いに応じて、その層厚、周期数、或
いは、分岐光導波路の分岐角度を設定すれば良いもので
あり、さらに、分岐点近傍の一導電型領域10をn型領
域として説明したが、この領域をp型として、反対導電
型領域11,12をn型としても良く、且つ、不純物も
列挙されている元素に限られるものではない。
Further, the present invention is not limited to the numerical range of the above-mentioned embodiment, but its layer thickness, the number of cycles, or the number of cycles, depending on the intended use, that is, the difference in the wavelength band of the light used. It is sufficient to set the branch angle of the branch optical waveguide, and the one conductivity type region 10 in the vicinity of the branch point has been described as the n type region. However, this region is the p type and the opposite conductivity type regions 11 and 12 are described. May be an n-type, and impurities are not limited to the listed elements.

【0036】なお、上記の実施例における製造工程は、
図7に示す従来の光スイッチ(特開平6−148699
号公報)の製造工程と同様であるので詳述しなかった
が、半導体層の堆積方法はMOVPEに限られるもので
はなく、また、不純物導入方法も場合によっては、拡散
法でも良いものであり、更に、電極形成の際には、通常
のフォトリソグラフィー工程を用いてパターニングして
も良いし、フォトレジストパターンを用いたリフトオフ
法を用いても良い。
The manufacturing process in the above embodiment is as follows.
A conventional optical switch shown in FIG. 7 (Japanese Patent Laid-Open No. 6-148699).
Since it is the same as the manufacturing process of (Japanese Patent Laid-Open Publication), it has not been described in detail, but the semiconductor layer deposition method is not limited to MOVPE, and the impurity introduction method may be a diffusion method in some cases. Further, when forming the electrodes, patterning may be performed using a normal photolithography process, or a lift-off method using a photoresist pattern may be used.

【0037】また、上記実施例においては、InGaA
sP/InP系を用いて説明しているが、GaAs/A
lGaAs系を用いても良いものであり、この場合に
は、基板が半絶縁性GaAs、クラッド層がi型AlG
aAs層、障壁層がAlGaAs或いはAlAs層、井
戸層がGaAs或いはAlGaAs層、そして、コンタ
クト層がGaAs層となる。さらに、材料はこれに限ら
れるものではなく、MQW半導体レーザとして使用され
ている、InAlAs系、或いは、InGaAlAs系
等の他の半導体材料系をも当然に本発明の対象とするも
のである。
In the above embodiment, InGaA is used.
Although the explanation is given using the sP / InP system, GaAs / A
It is also possible to use 1 GaAs, in which case the substrate is semi-insulating GaAs and the cladding layer is i-type AlG.
The aAs layer, the barrier layer are AlGaAs or AlAs layers, the well layers are GaAs or AlGaAs layers, and the contact layers are GaAs layers. Further, the material is not limited to this, and other semiconductor material systems such as InAlAs system and InGaAlAs system used as MQW semiconductor lasers are naturally covered by the present invention.

【0038】[0038]

【発明の効果】本発明によれば、分岐光導波路を介して
対向するようにn型領域及びp型領域を設けたので、光
導波路における光の吸収損失が大幅に低減され、光スイ
ッチを小型化できると共に、その感度を高めることがで
きる。
According to the present invention, since the n-type region and the p-type region are provided so as to be opposed to each other via the branched optical waveguide, the absorption loss of light in the optical waveguide is significantly reduced, and the optical switch is downsized. It is possible to increase the sensitivity as well as increase the sensitivity.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の原理的構成を説明する図である。FIG. 1 is a diagram illustrating a principle configuration of the present invention.

【図2】本発明の第1の実施例である分岐型の光スイッ
チの基板構造を説明する図である。
FIG. 2 is a diagram illustrating a substrate structure of a branch type optical switch that is a first embodiment of the present invention.

【図3】本発明の第1の実施例である分岐型の光スイッ
チの積層構造を説明する図である。
FIG. 3 is a diagram illustrating a laminated structure of a branch type optical switch that is a first embodiment of the present invention.

【図4】本発明の第1の実施例である分岐型の光スイッ
チの逆バイアス印加部の構造を説明する図である。
FIG. 4 is a diagram illustrating a structure of a reverse bias applying section of the branch type optical switch according to the first embodiment of the present invention.

【図5】本発明の第1の実施例である分岐型の光スイッ
チに逆バイアスを印加した場合の光導波路における屈折
率の変化を説明する図である。
FIG. 5 is a diagram illustrating a change in the refractive index in the optical waveguide when a reverse bias is applied to the branch type optical switch that is the first example of the present invention.

【図6】本発明の他の実施例を説明する図である。FIG. 6 is a diagram illustrating another embodiment of the present invention.

【図7】従来の分岐型の光スイッチの構造を説明する図
である。
FIG. 7 is a diagram illustrating a structure of a conventional branch type optical switch.

【図8】MQW層における入射光波長対屈折率の電圧依
存性を説明する図である。
FIG. 8 is a diagram illustrating the voltage dependence of refractive index versus incident light wavelength in the MQW layer.

【図9】従来の分岐型の光スイッチに逆バイアスを印加
した場合の光導波路における屈折率の変化を説明する図
である。
FIG. 9 is a diagram illustrating a change in refractive index in an optical waveguide when a reverse bias is applied to a conventional branch type optical switch.

【図10】従来の分岐型の光スイッチに逆バイアスを印
加した場合の光導波の状態を説明する図である。
FIG. 10 is a diagram for explaining a state of optical waveguide when a reverse bias is applied to a conventional branch type optical switch.

【図11】従来のショットキー電極を用いた光スイッチ
を説明する図である。
FIG. 11 is a diagram illustrating a conventional optical switch using a Schottky electrode.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 半絶縁性基板 2 クラッド層 3 主光導波路 4 第1の分岐光導波路 5 第2の分岐光導波路 6 溝部 7 多重量子井戸(MQW)層 8 クラッド層 9 コンタクト層 10 n型領域 11 第1のp型領域 12 第2のp型領域 13 n型電極 14 p型電極 15 n型領域 16 第1のp型領域 17 第2のp型領域 18 n型電極 19 p型電極 20 第1のショットキー電極 21 第2のショットキー電極 1 Semi-Insulating Substrate 2 Cladding Layer 3 Main Optical Waveguide 4 First Branching Optical Waveguide 5 Second Branching Optical Waveguide 6 Groove 7 Multiple Quantum Well (MQW) Layer 8 Cladding Layer 9 Contact Layer 10 n-type Region 11 First p-type region 12 second p-type region 13 n-type electrode 14 p-type electrode 15 n-type region 16 first p-type region 17 second p-type region 18 n-type electrode 19 p-type electrode 20 first Schottky Electrode 21 Second Schottky electrode

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 1本の主光導波路と2本の分岐光導波路
とからなる分岐型の半導体光導波路を半絶縁性の半導体
層からなる多重量子井戸構造により構成すると共に、前
記2本の分岐光導波路に挟まれた領域を一導電型領域と
し、前記2本の分岐光導波路を介して前記一導電型領域
に対向する2つの領域を反対導電型領域としたことを特
徴とする光スイッチ。
1. A branch type semiconductor optical waveguide comprising one main optical waveguide and two branch optical waveguides is constituted by a multi-quantum well structure comprising a semi-insulating semiconductor layer, and said two branches are provided. An optical switch, wherein a region sandwiched by optical waveguides is a one-conductivity type region, and two regions facing the one-conductivity type region through the two branched optical waveguides are opposite conductivity type regions.
【請求項2】 上記一導電型領域と上記反対導電型領域
の一方との間に逆バイアスを印加することによって、上
記主光導波路から分岐光導波路への光導波の切替えを行
うようにしたことを特徴とする請求項1記載の半導体光
スイッチ。
2. The optical waveguide is switched from the main optical waveguide to the branched optical waveguide by applying a reverse bias between the one conductivity type region and one of the opposite conductivity type regions. The semiconductor optical switch according to claim 1, wherein:
【請求項3】 上記分岐型の半導体光導波路を導波する
光の波長が、上記多重量子井戸構造のエキシトン吸収波
長よりも長波長であることを特徴とする請求項1または
2記載の光スイッチ。
3. The optical switch according to claim 1, wherein the wavelength of light guided through the branched semiconductor optical waveguide is longer than the exciton absorption wavelength of the multiple quantum well structure. .
【請求項4】 上記分岐型の半導体光導波路を設ける基
板として、半絶縁性半導体基板を用いたことを特徴とす
る請求項1乃至3のいずれか1項に記載の光スイッチ。
4. The optical switch according to claim 1, wherein a semi-insulating semiconductor substrate is used as a substrate on which the branch type semiconductor optical waveguide is provided.
【請求項5】 上記分岐型の半導体光導波路に対応して
クラッド層に設けた分岐型の溝部を利用し、前記溝部の
底面に対応する部分の上記多重量子井戸構造を光導波路
としたことを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項
に記載の光スイッチ。
5. A branch type groove provided in a cladding layer corresponding to the branch type semiconductor optical waveguide is used, and the multiple quantum well structure of a portion corresponding to the bottom surface of the groove is used as an optical waveguide. The optical switch according to any one of claims 1 to 4, which is characterized.
【請求項6】 上記分岐型の半導体光導波路に対応して
クラッド層に設けた分岐型のメサ部を利用し、前記メサ
部の頂部に対応する部分の上記多重量子井戸構造を光導
波路としたことを特徴とする請求項1乃至4のいずれか
1項に記載の光スイッチ。
6. A branch type mesa portion provided in a clad layer corresponding to the branch type semiconductor optical waveguide is used, and the multiple quantum well structure of the portion corresponding to the top of the mesa portion is used as an optical waveguide. The optical switch according to any one of claims 1 to 4, wherein:
【請求項7】 上記分岐型の半導体光導波路と、上記主
光導波路に光を入射する半導体レーザ又は分岐導波路か
らの光を検出する半導体光検出器の少なくとも一方をモ
ノリシックに集積化したことを特徴とする請求項1乃至
6のいずれか1項に記載の光スイッチ。
7. The monolithically integrated at least one of the branched semiconductor optical waveguide and a semiconductor laser for injecting light into the main optical waveguide or a semiconductor photodetector for detecting light from the branched waveguide. The optical switch according to any one of claims 1 to 6, which is characterized.
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Effective date: 20040525