JPH1090634A - Semiconductor optical switching device - Google Patents

Semiconductor optical switching device

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JPH1090634A
JPH1090634A JP24654296A JP24654296A JPH1090634A JP H1090634 A JPH1090634 A JP H1090634A JP 24654296 A JP24654296 A JP 24654296A JP 24654296 A JP24654296 A JP 24654296A JP H1090634 A JPH1090634 A JP H1090634A
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JP
Japan
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photonic band
layer
light
semiconductor
switch device
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP24654296A
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Japanese (ja)
Inventor
Atsushi Takeuchi
淳 竹内
Yuji Nishikawa
祐司 西川
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Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a new semiconductor switching device utilizing a photonic band by allowing the device to have a means irradiating the control light of a circularly polarized light on cyclic structures on a two dimensional flat plane along an optical path which does not orthogonally cross optical paths of lights to be controlled and switching passing rates of the lights to be controlled by the control light. SOLUTION: Light beams to be emitted from two lines of optical fibers 1a, 1b are made incident on two optical paths La, Lb via collimating lenses 2a, 2b. Moreover, polarizers 3a, 3b are arranged on the incident optical paths. Further, a two dimensional photonic band 4 is arranged on mid-courses of two optical paths La, Lb. The two dimensional band 4 is constituted by arranging a medium having a second complex index of refraction in cycles in a medium having a first complex index of refraction. Then, when it is irradiated with the control light of the circularly polarized light the band is changed. At this time, the band is changed to the state of transmission or reflection with respect to incident lights having the same circularly polarized light.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、光半導体装置に関
し、特に被制御光をスイッチングできる半導体光スイッ
チ装置に関する。
The present invention relates to an optical semiconductor device, and more particularly, to a semiconductor optical switch device capable of switching controlled light.

【0002】[0002]

【従来の技術】光通信において、変調等のために光スイ
ッチングする技術が必要である。最も簡単な光スイッチ
は、半導体レーザ等の光源の駆動自身をオンオフ制御す
る方法であろう。但し、半導体レーザの駆動電流をオン
オフすると、発振波長が乱れ、高速通信には好ましくな
い。
2. Description of the Related Art In optical communication, a technique for optically switching for modulation or the like is required. The simplest optical switch would be a method of turning on and off the driving of a light source such as a semiconductor laser. However, if the driving current of the semiconductor laser is turned on / off, the oscillation wavelength is disturbed, which is not preferable for high-speed communication.

【0003】入射光をスイッチングする技術として、バ
ルク半導体の吸収帯構造を電界によって制御するフラン
ツケルディッシュ効果(FK)を用いるもの、多重量子
井戸(MQW)構造に電界を印加することによって実効
的バンドギャップをレッドシフトさせる量子閉じ込めシ
ュタルク効果(QCSE)を用いるもの、MQWの量子
井戸を離散化させてブルーシフトを生じさせるワニエシ
ュタルク効果(WS)を用いるもの、電流注入による屈
折率変化を利用するもの等が知られている。
As a technique for switching incident light, a technique using the Franz-Keldysh effect (FK) for controlling the absorption band structure of a bulk semiconductor by an electric field, and an effective band by applying an electric field to a multiple quantum well (MQW) structure. One that uses the quantum confined Stark effect (QCSE) that shifts the gap red, one that uses the Wannier-Stark effect (WS) that causes a blue shift by discretizing the MQW quantum well, and one that uses the refractive index change due to current injection. Etc. are known.

【0004】これらの技術のうち、バルク半導体を用い
るものは、当然バルク半導体の特性による制約を強く受
ける。また、量子井戸等の量子閉じ込め構造を利用する
ものは、井戸層(井戸領域)とバリア層(バリア領域)
との組み合わせによる設計の自由度を有するようになる
が、やはり用いる材料自身の性質による制約を受ける。
Of these technologies, those using a bulk semiconductor are naturally strongly restricted by the characteristics of the bulk semiconductor. Those using a quantum confinement structure such as a quantum well include a well layer (well region) and a barrier layer (barrier region).
Has a degree of design freedom in combination with the above, but is still limited by the properties of the material used.

【0005】より自由な設計を可能とする技術としてフ
ォトニックバンドが提案されている。フォトニックバン
ドは、屈折率の異なる媒質で周期構造を作成することに
よって新たな光学的性質を生み出す。
[0005] A photonic band has been proposed as a technique that allows more free design. Photonic bands create new optical properties by creating a periodic structure in media with different refractive indices.

【0006】1次元方向に高屈折率と低屈折率の媒質を
規則的に配置したフォトニックバンドは、分布ブラッグ
反射器(DBR)として既に実用化されている。屈折率
分布の繰り返し周期が入射光のλ/2になる入射光に対
して強い反射が生じる。たとえば、光学長λ/4の高屈
折率領域と光学長λ/4の低屈折率領域を交互に配置す
ることにより、ある波長幅を持つ反射帯が形成される。
A photonic band in which a medium having a high refractive index and a medium having a low refractive index are regularly arranged in a one-dimensional direction has already been put to practical use as a distributed Bragg reflector (DBR). Strong reflection occurs for incident light whose repetition period of the refractive index distribution is λ / 2 of the incident light. For example, by alternately arranging a high refractive index region having an optical length of λ / 4 and a low refractive index region having an optical length of λ / 4, a reflection band having a certain wavelength width is formed.

【0007】DBR構造内に光学長λ/2(またはその
整数倍)の低屈折率領域を挟むと、ファブリペロー型共
振器同様の構成となり、高反射率帯に挟まれた狭通過帯
(ナローパスバンド)が生じる。
When a low refractive index region having an optical length of λ / 2 (or an integral multiple thereof) is sandwiched in the DBR structure, the structure becomes similar to that of a Fabry-Perot resonator, and a narrow pass band (narrow band) sandwiched between high reflectance bands is used. Pass band).

【0008】なお、以上説明した周期構造は、複数屈折
率の実数部である屈折率のみでなく、複素屈折率の虚数
部である消衰係数によっても実現できる。すなわち、複
素屈折率の異なる2種類以上の光学媒質を用いて実現で
きる。
The periodic structure described above can be realized not only by the refractive index, which is the real part of the plurality of refractive indexes, but also by the extinction coefficient, which is the imaginary part of the complex refractive index. That is, it can be realized using two or more types of optical media having different complex refractive indices.

【0009】フォトニックバンドは、周期構造を1次元
から2次元、3次元と拡げても成立する。所定の対称性
を有する基本単位(ユニットセルないしプリミティブセ
ル)を1次元方向、2次元方向、3次元方向に周期的に
繰り返し配置すると、その対称性、周期性を反影したバ
ンド構造(フォトニックバンド)が得られる。
The photonic band is established even if the periodic structure is expanded from one dimension to two dimensions and three dimensions. When a basic unit (unit cell or primitive cell) having a predetermined symmetry is periodically and repeatedly arranged in one-dimensional, two-dimensional, and three-dimensional directions, a band structure (photonic) reflecting the symmetry and periodicity is obtained. Band) is obtained.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】フォトニックバンドを
利用すると、従来と同様の光学材料を用い、従来は不可
能であった光学的性質を実現することもできる。しかし
ながら、フォトニックバンドを用いた光学要素は未だ十
分開発されていない。
When a photonic band is used, the same optical material as that of the related art can be used to realize optical properties that have been impossible in the related art. However, optical elements using photonic bands have not yet been sufficiently developed.

【0011】本発明の目的は、フォトニックバンドを利
用した新規な半導体光スイッチ装置を提供することであ
る。
An object of the present invention is to provide a novel semiconductor optical switch device using a photonic band.

【0012】本発明の他の目的は、2次元以上のフォト
ニックバンドを利用した複数入射ビームに対する、新規
な半導体光スイッチ装置を提供することである。
Another object of the present invention is to provide a novel semiconductor optical switch device for a plurality of incident beams using a photonic band of two or more dimensions.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】本発明の第1の観点によ
れば、複素屈折率の異なる2種類の光学媒質であって、
少なくとも一方の光学媒質が半導体である2種類の光学
媒質を含み、2次元平面上に周期構造を形成するフォト
ニックバンド層と、前記2次元平面に平行な被制御光の
光路と、前記被制御光の光路と直交しない光路に沿っ
て、前記2次元平面上の周期構造に円偏光の制御光を照
射する手段とを有し、制御光によって被制御光の通過率
をスイッチする半導体光スイッチ装置を提供することで
ある。
According to a first aspect of the present invention, there are provided two types of optical media having different complex refractive indices,
A photonic band layer that forms a periodic structure on a two-dimensional plane including at least one optical medium including two types of semiconductors that are semiconductors; an optical path of controlled light parallel to the two-dimensional plane; Means for irradiating the periodic structure on the two-dimensional plane with circularly polarized control light along an optical path that is not orthogonal to the optical path of the light, wherein the control light switches the transmittance of the controlled light with the control light. It is to provide.

【0014】フォトニックバンド層に円偏光を照射する
ことにより、上向きスピン、または下向きスピンを選択
的に励起することができる。フォトニックバンド層内の
スピン分布の変化により、フォトニックバンドが変化す
る。
By irradiating the photonic band layer with circularly polarized light, upward spin or downward spin can be selectively excited. The photonic band changes due to the change in the spin distribution in the photonic band layer.

【0015】フォトニックバンドの変化により、被制御
光に対する透過帯を反射帯ないし吸収帯に変化させた
り、反射帯ないし吸収帯を透過帯に変化させたりするこ
とができる。このようにして、光スイッチ機能が実現で
きる。
By changing the photonic band, the transmission band for the controlled light can be changed to a reflection band or an absorption band, or the reflection band or the absorption band can be changed to a transmission band. Thus, an optical switch function can be realized.

【0016】フォトニックバンドは、その周期構造によ
り、被制御光の入射方向に依存したバンド構造を有す
る。対称性の異なる複数の光路に被制御光を入射させる
場合、光路に応じて異なる光スイッチ機能を実現させる
こともできる。
The photonic band has a band structure depending on the incident direction of the controlled light due to its periodic structure. When the controlled light is incident on a plurality of optical paths having different symmetries, different optical switch functions can be realized according to the optical paths.

【0017】本発明の他の観点によれば、複素屈折率の
異なる2種類の光学媒質であって、少なくとも一方が半
導体である2種類の光学媒質を含み、2次元平面上に周
期構造を形成するフォトニックバンド層と、前記2次元
平面に平行な被制御光の光路と、前記フォトニックバン
ド層の周期構造に電気的ストレスを印加する手段とを含
み、前記電気的ストレスによって被制御光の通過率をス
イッチする半導体光スイッチ装置を提供する。
According to another aspect of the present invention, a periodic structure is formed on a two-dimensional plane including two types of optical media having different complex refractive indexes, at least one of which is a semiconductor. A photonic band layer to be controlled, an optical path of the controlled light parallel to the two-dimensional plane, and means for applying an electric stress to the periodic structure of the photonic band layer. Provided is a semiconductor optical switch device for switching a transmittance.

【0018】電気的ストレスによっても、フォトニック
バンドを変化させることができる。フォトニックバンド
の変化に基づき、被制御光のスイッチングを行なうこと
ができる。フォトニックバンドの対称性を利用すると、
光路の方向に依存して異なるスイッチングを行なう光ス
イッチ機能を実現することもできる。
The photonic band can also be changed by electric stress. Switching of the controlled light can be performed based on the change of the photonic band. Using the symmetry of the photonic band,
It is also possible to realize an optical switch function of performing different switching depending on the direction of the optical path.

【0019】[0019]

【発明の実施の形態】図1は、本発明の実施例による半
導体光スイッチ装置を概略的に示す斜視図である。
FIG. 1 is a perspective view schematically showing a semiconductor optical switch device according to an embodiment of the present invention.

【0020】2本の光ファイバ1a、1bから出射する
光ビームは、コリメータレンズ2a、2bを介して2つ
の光路La、Lbに入射される。なお、この入射光路上
に偏光子3a、3bが配置されている。
Light beams emitted from the two optical fibers 1a and 1b are incident on two optical paths La and Lb via collimator lenses 2a and 2b. Incidentally, the polarizers 3a and 3b are arranged on this incident optical path.

【0021】2つの光路La、Lbの途中に、2次元フ
ォトニックバンド4が配置されている。2次元フォトニ
ックバンド4は、第1の複素屈折率を有する媒質中に第
2の複素屈折率を有する媒質が周期的に配置されて構成
されている。
A two-dimensional photonic band 4 is arranged in the middle of the two optical paths La and Lb. The two-dimensional photonic band 4 is configured such that a medium having a second complex refractive index is periodically arranged in a medium having a first complex refractive index.

【0022】2次元フォトニックバンド4の上方から、
制御光5が円偏光子3cを介して入射される。制御光5
の光路Lcは、被制御光の光路La、Lbに対し、直交
しない方向に設定される。すなわち、光路Lcと光路L
a、Lbの内積は0でない値をとる。偏光子3a、3b
が円偏光子である場合、出力側に偏光子を配置する必要
はない。偏光子3a、3bが直線偏光子の場合、光路L
a、Lbの出射側に、入射側の偏光子と直交する直線偏
光子(検光子)6a、6bを配置する。
From above the two-dimensional photonic band 4,
The control light 5 enters through the circular polarizer 3c. Control light 5
Is set in a direction not orthogonal to the optical paths La and Lb of the controlled light. That is, the optical path Lc and the optical path L
The inner product of a and Lb takes a value other than 0. Polarizers 3a, 3b
Is a circular polarizer, there is no need to arrange a polarizer on the output side. When the polarizers 3a and 3b are linear polarizers, the optical path L
Linear polarizers (analyzers) 6a and 6b orthogonal to the polarizers on the incident side are arranged on the emission sides of a and Lb.

【0023】次に、2次元フォトニックバンド4の構成
および機能を図2を参照して説明する。
Next, the configuration and function of the two-dimensional photonic band 4 will be described with reference to FIG.

【0024】図2(A)は、2次元フォトニックバンド
を概略的に示す斜視図である。第1の複素屈折率Nxを
有する媒質中に、第2の複素屈折率Nyを有する媒質が
周期的に埋め込まれている。この複素屈折率の周期構造
により、フォトニックバンドが構成される。
FIG. 2A is a perspective view schematically showing a two-dimensional photonic band. A medium having a second complex refractive index Ny is periodically embedded in a medium having a first complex refractive index Nx. A photonic band is formed by this complex refractive index periodic structure.

【0025】図2(B)は、フォトニックバンド構造の
概略平面図である。図2(B)は、六方対称性を有する
三角格子の場合を示す。周期構造は、図示した三角格子
の場合に限らず、正方格子、長方格子、斜方格子等、種
々の周期構造を採用することができる。
FIG. 2B is a schematic plan view of the photonic band structure. FIG. 2B shows a case of a triangular lattice having hexagonal symmetry. The periodic structure is not limited to the illustrated triangular lattice, and various periodic structures such as a square lattice, a rectangular lattice, and an oblique lattice can be adopted.

【0026】2種類の複素屈折率を有する光学媒質の一
方は、真空ないし空気であってもよいが、半導体構造に
よってフォトニックバンドを構成する場合、真空ないし
空気は比較的に取り扱いが面倒である。
One of the two types of optical media having a complex refractive index may be vacuum or air, but when a photonic band is formed by a semiconductor structure, vacuum or air is relatively troublesome to handle. .

【0027】図2(C)、(D)は、2種類の半導体光
学材料によってフォトニックバンドを形成する2つの構
成例を示す。図2(C)において、第1の半導体層4a
に選択的エッチングを行い、柱状部分を残す。なお、図
においては、第1の半導体層4aの下部が残存する場合
を示すが、第1の半導体層4aの全厚さをエッチングし
てもよい。柱状部分を残した第1の半導体層4aの上
に、第2の半導体層4bの埋込を行なう。このようにし
て、周期的に配置された第1の半導体層4aとそれを埋
め込む第2の半導体層4bによってフォトニックバンド
が形成される。
FIGS. 2C and 2D show two examples of forming a photonic band using two types of semiconductor optical materials. In FIG. 2C, the first semiconductor layer 4a
Is selectively etched to leave a columnar portion. In addition, although the figure shows a case where the lower portion of the first semiconductor layer 4a remains, the entire thickness of the first semiconductor layer 4a may be etched. The second semiconductor layer 4b is buried on the first semiconductor layer 4a leaving the columnar portions. In this way, a photonic band is formed by the first semiconductor layer 4a periodically arranged and the second semiconductor layer 4b embedded therein.

【0028】図2(D)においては、第1の半導体層4
a上に周期的に配置された開口を有するマスクを形成
し、開口を介して異方性エッチングを行い、柱状の凹部
を形成する。柱状の凹部を有する第1の半導体層4a上
に、第2の半導体層4bを成長し、凹部を埋め込む。凹
部を有する第1の半導体層4aと凹部中に埋め込まれた
第2の半導体層4bによって周期的に配置された2次元
構造が形成される。
In FIG. 2D, the first semiconductor layer 4
A mask having openings periodically arranged is formed on a, and anisotropic etching is performed through the openings to form columnar recesses. The second semiconductor layer 4b is grown on the first semiconductor layer 4a having the column-shaped recess, and the recess is buried. The first semiconductor layer 4a having the concave portion and the second semiconductor layer 4b embedded in the concave portion form a two-dimensional structure periodically arranged.

【0029】図2(B)に示す三角格子によって、図2
(E)に示すようなブリルアンゾーンが実現される。六
方対称性に応じ、等価的な六角形構造のブリルアンゾー
ンが形成される。六角形の頂点がJ点(J方向)であ
り、各辺の中点がX点(X方向)となる。なお、2次元
周期構造に対し、直交する方向をΓで示す。
The triangular lattice shown in FIG.
A Brillouin zone as shown in FIG. According to the hexagonal symmetry, a Brillouin zone of an equivalent hexagonal structure is formed. The vertex of the hexagon is the J point (J direction), and the midpoint of each side is the X point (X direction). The direction orthogonal to the two-dimensional periodic structure is indicated by 示 す.

【0030】図2(F)は、図2(B)に示す三角格子
に対するバンド構造の例を示す。横軸は光の波数ベクト
ル方向を示し、縦軸は入射光のフォトンエネルギを示
す。なお、図中に示した各曲線は、光が透過する透過帯
を示す。また、破線はフォトニックバンドが変化した時
の透過帯を示す。なお、フォトニックバンド4に対する
入射信号光として円偏光を用いる場合には、制御光5と
同一方向の円偏光を用いる。たとえば、フォトンエネル
ギE1の入射光をX方向から入射している場合、透過帯
上の点P1の状態となり、入射光はそのまま透過する。
FIG. 2 (F) shows an example of a band structure for the triangular lattice shown in FIG. 2 (B). The horizontal axis indicates the direction of the wave vector of the light, and the vertical axis indicates the photon energy of the incident light. Each curve shown in the figure indicates a transmission band through which light passes. The broken line indicates the transmission band when the photonic band changes. When circularly polarized light is used as the incident signal light for the photonic band 4, circularly polarized light in the same direction as the control light 5 is used. For example, when the incident light having the photon energy E1 is incident from the X direction, the state is the point P1 on the transmission band, and the incident light is transmitted as it is.

【0031】図1に示すように、2次元フォトニックバ
ンド4に制御光5として円偏光を照射すると、スピン分
布が変化し、フォトニックバンドは実線から破線のよう
に変化する。すなわち、透過帯の位置は点P1から点P
2に変化し、点P1は透過状態から反射状態に変化す
る。したがって、透過光は0状態に変化する。
As shown in FIG. 1, when the two-dimensional photonic band 4 is irradiated with circularly polarized light as the control light 5, the spin distribution changes and the photonic band changes from a solid line to a broken line. That is, the position of the transmission band is from point P1 to point P
2 and the point P1 changes from the transmission state to the reflection state. Therefore, the transmitted light changes to the zero state.

【0032】図1に示すように、2つの方向から2本の
入射光を入射する場合、同一の制御光によって異なるス
イッチングを行なうこともできる。たとえば、2本の光
路La、LbがそれぞれX方向、およびJ方向に配置さ
れており、入射光のフォトンエネルギがE2であるとす
る。すると、2つの入射光は点P2と点P3に対応する
ことになる。円偏光の制御光5を照射しない場合、バン
ドは実線の位置にあり、点P2では反射、点P3では透
過の状態にある。円偏光の制御光5を照射すると、バン
ドは実線から破線の状態に変化する。この時、同一の円
偏光を有する入射光に対し、点P2は透過、点P3は反
射の状態に変化する。このように、同一制御光により相
補的な機能を有するスイッチングを実現することができ
る。
As shown in FIG. 1, when two incident lights are incident from two directions, different switching can be performed by the same control light. For example, it is assumed that two optical paths La and Lb are arranged in the X direction and the J direction, respectively, and the photon energy of the incident light is E2. Then, the two incident lights correspond to the points P2 and P3. When the control light 5 of the circularly polarized light is not irradiated, the band is at the position indicated by the solid line, and is reflected at the point P2 and is transmitted at the point P3. When the circularly polarized control light 5 is irradiated, the band changes from a solid line to a broken line. At this time, for the incident light having the same circularly polarized light, the point P2 changes to a transmission state and the point P3 changes to a reflection state. In this manner, switching having a complementary function can be realized by the same control light.

【0033】入射光として直線偏光を用いると、制御光
5によってスピン分布が変化した場合、スピン分布によ
る入射光の偏光角の回転が生じる。出射側の偏光子6
a、6bを入射側の偏光子3a、3bと直交状態に配置
しておくと、偏光角の回転に基づく出射光の変化が生じ
る。
When linearly polarized light is used as the incident light, when the spin distribution is changed by the control light 5, the polarization angle of the incident light is rotated by the spin distribution. Outgoing side polarizer 6
If a and 6b are arranged in a state orthogonal to the polarizers 3a and 3b on the incident side, the output light changes due to the rotation of the polarization angle.

【0034】図3は、J方向とX方向に被制御光を入射
し、制御光を選択的に与えた場合のスイッチング動作を
概略的に示すグラフである。図3最上段には制御光の波
形を示す。図3第2段と第3段には、J方向の被制御光
の入力波形および出力波形を示す。図3第4段および第
5段にはX方向の被制御光の入力波形および出力波形を
示す。各グラフにおいて、横軸は時間を示し、縦軸は光
強度を示す。
FIG. 3 is a graph schematically showing a switching operation in a case where controlled light is incident in the J direction and the X direction and control light is selectively applied. 3 shows the waveform of the control light. FIG. 3 shows the input waveform and output waveform of the controlled light in the J direction in the second and third stages. 3 shows the input waveform and output waveform of the controlled light in the X direction in the fourth and fifth stages. In each graph, the horizontal axis represents time, and the vertical axis represents light intensity.

【0035】第2段および第4段に示すように、J方向
およびX方向の被制御光は一定の時間間隔をおいたパル
ス列であるとする。
As shown in the second and fourth stages, it is assumed that the controlled light in the J and X directions is a pulse train with a fixed time interval.

【0036】制御光は、第1段のグラフに示すように、
2番目のパルスに同期してフォトニックバンドに照射さ
れるとする。制御光の照射により、J方向においては透
過状態が反射状態に変化する。したがって、制御光が照
射されている間、入射光は透過せず、2番目のパルスが
消滅する。
The control light is, as shown in the first graph,
It is assumed that the photonic band is irradiated in synchronization with the second pulse. By the irradiation of the control light, the transmission state changes to the reflection state in the J direction. Therefore, while the control light is being irradiated, the incident light is not transmitted, and the second pulse disappears.

【0037】X方向においては、制御光の照射により、
反射状態が透過状態に変化する。したがって、制御光が
照射されていない場合、出力光は消滅し、制御光が照射
されている間のみ入射光が透過する。このようにして、
2番目のパルスのみが透過し、1番目、3番目、4番目
のパルスは消滅する。
In the X direction, irradiation of control light causes
The reflection state changes to the transmission state. Therefore, when the control light is not irradiated, the output light disappears, and the incident light is transmitted only while the control light is irradiated. In this way,
Only the second pulse is transmitted and the first, third, and fourth pulses disappear.

【0038】3段目および5段目のグラフから明らかな
ように、J方向のスイッチングとX方向のスイッチング
は相補的に行なわれている。
As is clear from the third and fifth graphs, the switching in the J direction and the switching in the X direction are performed complementarily.

【0039】なお、円偏光を用いてスピン分布を励起す
る場合、スピンの緩和時間は他の緩和時間と較べ著しく
速い。したがって、極めて高速のスイッチングを実現す
ることが可能となる。また、図1においては、2つの入
射光を入射する場合を示したが、さらに多くの入射光を
用いることもできる。同一対称性の方向から入射する場
合、同一のスイッチング動作が得られる。
When the spin distribution is excited by using circularly polarized light, the relaxation time of the spin is significantly faster than other relaxation times. Therefore, extremely high-speed switching can be realized. Although FIG. 1 shows a case where two incident lights are incident, more incident lights can be used. When light is incident from the same symmetry direction, the same switching operation is obtained.

【0040】図1の実施例においては、2次元フォトニ
ックバンドを用い、光スイッチングを行なう場合を示し
たが、3次元フォトニックバンドを利用することもでき
る。
In the embodiment shown in FIG. 1, the case where optical switching is performed using a two-dimensional photonic band has been described. However, a three-dimensional photonic band can be used.

【0041】図4は、3次元フォトニックバンドを実現
する構成例を示す。基本単位を立方体とし、立方体の頂
点に第1の複素屈折率を有する球体が配置されている。
この基本単位が、3次元方向に繰り返し配置される。球
体以外の部分は、第2の複素屈折率を有する第2の媒質
によって満たされる。3次元フォトニックバンドの場
合、3次元空間における周期性(対称性)に基づいた3
次元バンドが得られる。
FIG. 4 shows an example of a configuration for realizing a three-dimensional photonic band. The basic unit is a cube, and a sphere having a first complex refractive index is arranged at the vertex of the cube.
These basic units are repeatedly arranged in a three-dimensional direction. The portion other than the sphere is filled with the second medium having the second complex refractive index. In the case of a three-dimensional photonic band, the three-dimensional photonic band is based on periodicity (symmetry) in three-dimensional space.
A dimensional band is obtained.

【0042】図2(F)に示したバンド構造は、フォト
ニックバンドの各パラメータに応じて変化する。2次元
ないし3次元周期構造の基本単位は、用いる入射光の波
長に応じて選択することができる。たとえば、励起子吸
収を用いる場合、バンド端よりわずかに長波長側の波長
を有する光を入射光に選ぶのがよい。フォトニックバン
ドの周期構造は、この波長に合わせて選択する。励起子
吸収を利用する場合、バルク状の半導体よりも、量子閉
じ込め効果を利用した半導体構造においてその効果が顕
著となる。
The band structure shown in FIG. 2F changes according to each parameter of the photonic band. The basic unit of the two-dimensional or three-dimensional periodic structure can be selected according to the wavelength of the incident light to be used. For example, when exciton absorption is used, it is preferable to select light having a wavelength slightly longer than the band edge as the incident light. The periodic structure of the photonic band is selected according to this wavelength. When the exciton absorption is used, the effect is more remarkable in a semiconductor structure using the quantum confinement effect than in a bulk semiconductor.

【0043】図5(A)、(B)、(C)は、量子閉じ
込め効果を有する半導体構造を概略的に示す。図5
(A)は、複素屈折率の異なる2種類の半導体を交互に
積層した量子井戸構造を示す。このような多重量子井戸
構造の場合、周期性は積層方向に1次元的に生じる。
FIGS. 5A, 5B and 5C schematically show a semiconductor structure having a quantum confinement effect. FIG.
(A) shows a quantum well structure in which two types of semiconductors having different complex refractive indices are alternately stacked. In the case of such a multiple quantum well structure, periodicity occurs one-dimensionally in the stacking direction.

【0044】図5(B)は、規則的に平行に配置された
量子細線構造を示す。2次元方向で自由度が制限された
量子細線の場合、量子効果はさらに強められる。
FIG. 5B shows quantum wire structures arranged regularly in parallel. In the case of a quantum wire having a limited degree of freedom in the two-dimensional direction, the quantum effect is further enhanced.

【0045】図5(C)は、3次元方向で閉じ込めを行
なった量子箱構造を示す。量子箱が2次元平面内で規則
的に配置される。
FIG. 5C shows a quantum box structure confined in a three-dimensional direction. Quantum boxes are regularly arranged in a two-dimensional plane.

【0046】図5(B)、(C)においては、量子細線
および量子箱を2次元面内に配置した場合を示したが、
図示の平面に直交する方向にも周期的に同一構造を積み
重ね、3次元の周期構造を形成してもよい。
FIGS. 5B and 5C show the case where quantum wires and quantum boxes are arranged in a two-dimensional plane.
The same structure may be periodically stacked in a direction orthogonal to the illustrated plane to form a three-dimensional periodic structure.

【0047】図1の実施例においては、制御光によって
フォトニックバンドを変化させる場合を示した。しかし
ながら、信号光を制御するのに、光を用いて行なうこと
が好適であるとは限らない。たとえば、制御信号が電気
信号である場合、電気的に制御を行なうことが望まれる
ことも多い。以下、電気的にフォトニックバンドを制御
する実施例を説明する。
In the embodiment of FIG. 1, the case where the photonic band is changed by the control light has been described. However, it is not always preferable to control the signal light using light. For example, when the control signal is an electric signal, it is often desired to perform the control electrically. Hereinafter, an embodiment in which the photonic band is electrically controlled will be described.

【0048】図6は、第2の実施例の構成を示す。図6
(A)は平面構成を示す概略平面図、図6(B)はフォ
トニックバンド構造の構成を概略的に示す斜視図、図6
(C)はスイッチ装置の積層構成を示す断面図である。
本実施例においては、0.75μm帯の半導体MQWア
ンプと同様の構造を用いた。
FIG. 6 shows the configuration of the second embodiment. FIG.
6A is a schematic plan view showing a planar configuration, FIG. 6B is a perspective view schematically showing a photonic band structure, and FIG.
FIG. 3C is a cross-sectional view illustrating a stacked configuration of the switch device.
In this embodiment, the same structure as that of the 0.75 μm band semiconductor MQW amplifier is used.

【0049】図6(C)に示すように、(001)面を
有するn+ 型GaAs基板21の表面上に、分子線エピ
タキシ(MBE)によってn型層22、23、24、2
5およびi型層25を積層する。n型層22は、厚さ約
500nm、Siドープのキャリア密度約1×1018
-3のn型GaAs層で形成されたバッファ層である。
その上のn型層23は、厚さ約15nmのGaAs層と
厚さ約15nmのAl 0.5 Ga0.5 As層とを交互に積
層した超格子層であり、全体がキャリア濃度約5×10
17cm-3になるようにSiをドープされている。
As shown in FIG. 6C, the (001) plane is
Have n+The molecular beam epitaxy is formed on the surface of the
N-type layers 22, 23, 24, 2 by taxi (MBE)
5 and the i-type layer 25 are laminated. The n-type layer 22 has a thickness of about
500 nm, Si-doped carrier density about 1 × 1018c
m-3Is a buffer layer formed of an n-type GaAs layer.
The n-type layer 23 on the GaAs layer has a thickness of about 15 nm,
Al about 15nm thick 0.5Ga0.5As layer alternately
A superlattice layer having a carrier concentration of about 5 × 10
17cm-3Si is doped so that

【0050】その上のn型層24は、キャリア密度5×
1017cm-3にSiをドープされた厚さ約1500nm
のn型Al0.5 Ga0.5 Asのクラッド層である。その
上のn型層25は、キャリア密度が約1×1017cm-3
になるように、Siをドープされた厚さ約50nmのn
型Al0.4 Ga0.6 Asのウェーブガイド層である。
The n-type layer 24 thereon has a carrier density of 5 ×
10 17 cm -3 doped with Si, about 1500 nm thick
Is a clad layer of n-type Al 0.5 Ga 0.5 As. The n-type layer 25 thereon has a carrier density of about 1 × 10 17 cm −3.
Is about 50 nm thick and n-doped with Si.
It is a waveguide layer of type Al 0.4 Ga 0.6 As.

【0051】i型層26は、厚さ約2.8nmのi型G
aAs層と、厚さ約4.0nmのi型Al0.4 Ga0.6
As層とを50対交互に積層した活性層である。なお、
50対の超格子層を積層した後、表面上にマスクパター
ンを形成し、図6(B)に示すような2次元フォトニッ
クバンドを実現するための凹部をエッチングする。Ga
AsとAlGaAsとを選択的に交互にエッチングし、
下のウェーブガイド層25が露出した時点でエッチング
を停止させる。
The i-type layer 26 is made of an i-type G having a thickness of about 2.8 nm.
an aAs layer and an i-type Al 0.4 Ga 0.6 layer having a thickness of about 4.0 nm.
An active layer in which 50 pairs of As layers are alternately stacked. In addition,
After laminating 50 pairs of superlattice layers, a mask pattern is formed on the surface, and a recess for realizing a two-dimensional photonic band as shown in FIG. 6B is etched. Ga
Selectively etching As and AlGaAs alternately;
The etching is stopped when the lower waveguide layer 25 is exposed.

【0052】エッチング終了後、マスクを除去し、Ga
Asを成長すると、凹部が優先的に埋め戻され、平坦な
面を持った成長面が出現する。その後、2次元フォトニ
ックバンドを実現した活性層26の上に、p型層の積層
をMBEによって成長する。
After the etching is completed, the mask is removed and Ga is removed.
When As is grown, the concave portion is preferentially filled back, and a growth surface having a flat surface appears. After that, a p-type layer stack is grown by MBE on the active layer 26 that has realized the two-dimensional photonic band.

【0053】最初のp型層27は、キャリア密度が約1
×1017cm-3になるようにBeをドープした厚さ約5
0nmのp型Al0.4 Ga0.6 Asで形成されたウェー
ブガイド層である。その上のp型層28は、キャリア密
度が約5×1017cm-3になるようにBeをドープした
厚さ約1500nmのp型Al0.5 Ga0.5 Asで形成
されたクラッド層である。
The first p-type layer 27 has a carrier density of about 1
X 10 17 cm -3 Be doped to a thickness of about 5
It is a waveguide layer formed of 0 nm p-type Al 0.4 Ga 0.6 As. The p-type layer 28 thereon is a clad layer formed of p-type Al 0.5 Ga 0.5 As doped with Be so as to have a carrier density of about 5 × 10 17 cm −3 and having a thickness of about 1500 nm.

【0054】その上のp型層29は、キャリア密度が約
5×1018cm-3になるようにBeをドープした、厚さ
約500nmのp型GaAsで形成されたコンタクト層
である。
The upper p-type layer 29 is a contact layer formed of p-type GaAs having a thickness of about 500 nm and doped with Be so that the carrier density becomes about 5 × 10 18 cm −3 .

【0055】このような積層構造を形成した後、GaA
s基板21下面にn側電極30a、p型コンタクト層上
にp側電極30bを形成する。
After forming such a laminated structure, GaAs
An n-side electrode 30a is formed on the lower surface of the s substrate 21, and a p-side electrode 30b is formed on the p-type contact layer.

【0056】その後、積層部分をエッチングし、図6
(A)に示すような幅約5μmのリッジ構造を作成す
る。導波路の長さ方向の端面をへき開によって作成し、
光路長約100μmの長方形導波路構造を形成する。へ
き開面上に反射防止膜12a、12bをコートする。な
お、反射防止膜12a、12bの反射率は、たとえば
0.1%以下とする。
Thereafter, the laminated portion is etched, and FIG.
A ridge structure having a width of about 5 μm as shown in FIG. Create the end face in the length direction of the waveguide by cleavage,
A rectangular waveguide structure having an optical path length of about 100 μm is formed. The antireflection films 12a and 12b are coated on the cleaved surfaces. The reflectance of the antireflection films 12a and 12b is, for example, 0.1% or less.

【0057】フォトニックバンドは、活性層の材料のバ
ンド端よりも長波長側に透過帯を有するように設定して
おく。信号光は、この透過帯に合わせて波長を選択す
る。信号光を反射防止膜を備えた入射面から出射面に向
けて入射する。
The photonic band is set so as to have a transmission band on the longer wavelength side than the band edge of the material of the active layer. The wavelength of the signal light is selected in accordance with the transmission band. The signal light is incident from the incident surface provided with the antireflection film toward the emission surface.

【0058】電極30a、30b間に、逆バイアス電圧
を印加し、活性層に逆バイアス電界を印加する。活性層
26は、超格子構造で形成されており、量子閉じ込めシ
ュタルク効果(QCSE)が生じる。QCSEによって
バント端がレッドシフトし、入射光の波長が透過状態か
ら吸収状態に変化する。この変化により、活性層の複素
屈折率が変化し、フォトニックバンドの透過帯、反射帯
(吸収帯)も変化する。この変化により、信号光の透過
光強度が低減し、スイッチング動作が起こる。
A reverse bias voltage is applied between the electrodes 30a and 30b, and a reverse bias electric field is applied to the active layer. The active layer 26 has a superlattice structure, and a quantum confined Stark effect (QCSE) occurs. The band edge is red-shifted by the QCSE, and the wavelength of the incident light changes from the transmission state to the absorption state. Due to this change, the complex refractive index of the active layer changes, and the transmission band and the reflection band (absorption band) of the photonic band also change. Due to this change, the transmitted light intensity of the signal light is reduced, and a switching operation occurs.

【0059】なお、超格子層による量子井戸構造を用い
た場合を説明したが、バルク半導体を用いても、量子細
線や量子箱を用いてもよい。また、逆バイアス電圧を印
加する場合を説明したが、順バイアス電圧を印加しても
よい。この場合は、順バイアス電圧によってフォトニッ
クバンドに電流が流れ、活性層にキャリアが注入されて
屈折率変化が生じる。
Although the case where the quantum well structure using the superlattice layer is used has been described, a bulk semiconductor, a quantum wire, or a quantum box may be used. Further, the case where a reverse bias voltage is applied has been described, but a forward bias voltage may be applied. In this case, a current flows through the photonic band due to the forward bias voltage, carriers are injected into the active layer, and the refractive index changes.

【0060】なお、マスクを用いたエッチングにより2
次元フォトニックバンド構造、3次元フォトニックバン
ド構造を形成する場合を説明したが、エッチングによっ
て微細構造を作成すると、結晶性に影響を与えることが
避けがたい。エッチングを用いないで周期構造を実現す
る方法として、微傾斜基板を利用する方法(たとえばY.
Nishikawa et al. Jpn. J. Appl. Phys. 34, L915-L91
7(1995) )等を利用することも可能であろう。また、歪
みを利用して位置を制御した量子ドットを形成する方法
(たとえば、K. Mukai et al. Jpn. J. Appl. Phys. 3
3, L1710-L1712(1994) )等を利用することも可能であ
ろう。
It should be noted that the etching using the mask
Although the case where a three-dimensional photonic band structure is formed has been described, it is unavoidable to affect crystallinity when a fine structure is formed by etching. As a method of realizing a periodic structure without using etching, a method using a vicinal substrate (for example, Y.
Nishikawa et al. Jpn. J. Appl. Phys. 34 , L915-L91
7 (1995)) etc. could be used. Also, a method of forming a quantum dot whose position is controlled by using strain (for example, K. Mukai et al. Jpn. J. Appl. Phys. 3
3 , L1710-L1712 (1994)), etc.

【0061】なお、フォトニックバンドは1次元、2次
元ないし3次元の周期構造により形成することができ、
用いる材料は半導体に制限されない。異なる複素屈折率
を有する2種類の光学媒質の少なくとも一方(好ましく
はより広い面積を形成する方)を半導体で形成すればよ
い。
The photonic band can be formed by a one-dimensional, two-dimensional or three-dimensional periodic structure.
The material used is not limited to a semiconductor. At least one of the two types of optical media having different complex refractive indices (preferably, the one that forms a wider area) may be formed of a semiconductor.

【0062】図7は、本発明の他の実施例による面発光
レーザを示す。図7(A)は、面発光レーザの形状を概
略的に示す斜視図であり、図7(B)は、面発光レーザ
の積層構造を示す断面図である。図7(A)に示すよう
に、円柱状突起15の内部に面発光レーザ構造が形成さ
れ、上面にはリング状電極30bが形成される。円柱内
に2次元周期構造を有するフォトニックバンド層11が
形成されている。2次元フォトニックバンドの平面に平
行に、2本の入射光が入射されている。
FIG. 7 shows a surface emitting laser according to another embodiment of the present invention. FIG. 7A is a perspective view schematically showing a shape of a surface emitting laser, and FIG. 7B is a cross-sectional view showing a layered structure of the surface emitting laser. As shown in FIG. 7A, a surface emitting laser structure is formed inside the columnar projection 15, and a ring-shaped electrode 30b is formed on the upper surface. A photonic band layer 11 having a two-dimensional periodic structure is formed in a cylinder. Two incident lights are incident parallel to the plane of the two-dimensional photonic band.

【0063】面発光レーザの発振状態と発振していない
状態を利用して入射光のスイッチングを行なう。レーザ
の発振状態と発振していない状態とでは、活性層内のキ
ャリア密度が変化し、フォトニックバンドが変化する。
このため、フォトニックバンドの変化を利用して入射光
をスイッチングすることができる。
Switching of incident light is performed using the oscillation state and non-oscillation state of the surface emitting laser. Between the laser oscillation state and the non-oscillation state, the carrier density in the active layer changes, and the photonic band changes.
Therefore, it is possible to switch the incident light using the change in the photonic band.

【0064】図7(B)に示すように、面発光レーザは
半導体積層構造を利用して形成されている。(001)
面を有するn+ 型GaAs基板21の面上に、n型DB
R層32、n型クラッド層33、i型バリア層34、i
型活性層35をMBEによって成長する。
As shown in FIG. 7B, the surface emitting laser is formed using a semiconductor laminated structure. (001)
On the surface of the n + -type GaAs substrate 21 having a surface, n type DB
R layer 32, n-type cladding layer 33, i-type barrier layer 34, i
The active layer 35 is grown by MBE.

【0065】n型DBR層32は、共にキャリア密度約
2×1018cm-3になるようにSiをドープした厚さ約
64.2nmのn型AlAs層と厚さ54.4nmのn
型Al0.25Ga0.75Asとの25.5対の交互積層によ
って形成される。
The n-type DBR layer 32 includes an n-type AlAs layer having a thickness of about 64.2 nm doped with Si so as to have a carrier density of about 2 × 10 18 cm −3 and an n-type AlAs layer having a thickness of 54.4 nm.
It is formed by alternately laminating 25.5 pairs with Al 0.25 Ga 0.75 As.

【0066】n型クラッド層33は、キャリア密度約1
×1018cm-3になるようにSiをドープされた厚さ約
50nmのn型Al0.51Ga0.49As層で形成される。
The n-type cladding layer 33 has a carrier density of about 1
It is formed of an n-type Al 0.51 Ga 0.49 As layer with a thickness of about 50 nm doped with Si so as to have a density of × 10 18 cm −3 .

【0067】i型ガイド層34は、厚さ約50nmのi
型Al0.51Ga0.49As層で形成される。
The i-type guide layer 34 has an i-type guide layer of about 50 nm in thickness.
It is formed of a type Al 0.51 Ga 0.49 As layer.

【0068】i型活性層35として、まず厚さ約2.8
nmのi型GaAs層と、厚さ約4.0nmのi型Al
0.51Ga0.49Asとの5対の交互積層が形成される。
First, the thickness of the i-type active layer 35 is about 2.8.
nm i-type GaAs layer and about 4.0 nm thick i-type Al
Five pairs of alternate stacks with 0.51 Ga 0.49 As are formed.

【0069】交互積層を成長した後、表面上にマスクパ
ターンを形成し、交互積層内に選択的にフォトニックバ
ンドを形成するための凹部をエッチングする。エッチン
グ終了後、マスクを除去し、前述の実施例同様GaAs
の埋込成長を行なう。埋込成長によって平坦面が形成さ
れた後、成長を停止し、i型活性層35を完成する。
After growing the alternate stack, a mask pattern is formed on the surface, and a concave portion for selectively forming a photonic band in the alternate stack is etched. After the etching is completed, the mask is removed, and the GaAs is formed in the same manner as in the above embodiment.
Buried growth. After the flat surface is formed by the buried growth, the growth is stopped, and the i-type active layer 35 is completed.

【0070】その後、i型活性層35の上にi型ガイド
層36、p型クラッド層37、p型DBR層38、p型
コンタクト層39をMBEによって成長する。
Thereafter, an i-type guide layer 36, a p-type cladding layer 37, a p-type DBR layer 38, and a p-type contact layer 39 are grown on the i-type active layer 35 by MBE.

【0071】i型ガイド層36は、厚さ約46nmのi
型Al0.51Ga0.49As層によって形成される。p型ク
ラッド層37は、キャリア密度1×1018cm-3になる
ようにBeをドープした、厚さ約50nmのp型Al
0.51Ga0.49As層で形成される。
The i-type guide layer 36 has a thickness of about 46 nm.
It is formed by a type Al 0.51 Ga 0.49 As layer. The p-type cladding layer 37 is a p-type Al layer doped with Be so as to have a carrier density of 1 × 10 18 cm −3 and having a thickness of about 50 nm.
It is formed of a 0.51 Ga 0.49 As layer.

【0072】p型DBR層38は、厚さ約7.5nmの
p型Al0.51Ga0.49As層、厚さ約47.0nmのp
型AlAs層、厚さ約15.0nmのp型Al0.51Ga
0.49As層、厚さ約40.1nmのp型Al0.25Ga
0.75As層の22.5組で形成され、キャリア密度約2
×1018cm-3になるようにBeをドープされている。
The p-type DBR layer 38 includes a p-type Al 0.51 Ga 0.49 As layer having a thickness of about 7.5 nm and a p-type DBR layer 38 having a thickness of about 47.0 nm.
AlAs layer, p-type Al 0.51 Ga with a thickness of about 15.0 nm
0.49 As layer, about 40.1 nm thick p-type Al 0.25 Ga
It is formed of 22.5 pairs of 0.75 As layer and has a carrier density of about 2
Be is doped so as to be × 10 18 cm −3 .

【0073】p型コンタクト層39は、キャリア密度が
約1×1019cm-3以上になるようにBeをドープされ
た厚さ約53nmのp型GaAs層によって形成され
る。
The p-type contact layer 39 is formed of a Be-doped p-type GaAs layer having a thickness of about 53 nm so that the carrier density becomes about 1 × 10 19 cm −3 or more.

【0074】このような積層構造を形成した後、p型コ
ンタクト層39上にp側環状電極30b、基板21裏面
上にn側電極30aを形成し、表面上にエッチングマス
クを作成して図に示すような円柱状にエッチングを行な
う。基板21側から輸送される電子は、エッチング側壁
により形成された電流狭窄構造により、円柱部分に集中
して流れる。
After forming such a laminated structure, a p-side annular electrode 30b is formed on the p-type contact layer 39, an n-side electrode 30a is formed on the back surface of the substrate 21, and an etching mask is formed on the front surface. Etching is performed in a columnar shape as shown. The electrons transported from the substrate 21 side flow intensively in the cylindrical portion due to the current confinement structure formed by the etching side wall.

【0075】n側電極30a、p側電極30b間に制御
信号に基づく電流を供給し、面発光レーザをパルス発振
させる。レーザが発振した時と発振していない時とで活
性層におけるキャリア密度が変化し、フォトニックバン
ドの変化を生じさせる。フォトニックバンドの変化に応
じ、透過光強度が変化する。
A current based on a control signal is supplied between the n-side electrode 30a and the p-side electrode 30b to cause the surface emitting laser to perform pulse oscillation. The carrier density in the active layer changes between when the laser oscillates and when it does not oscillate, causing a change in the photonic band. The transmitted light intensity changes according to the change of the photonic band.

【0076】制御信号に基づき、レーザが発振し、入射
光をスイッチングするが、同時に面発光レーザから垂直
方向に制御信号に基づくクロック光パルスが発生する。
The laser oscillates based on the control signal and switches the incident light. At the same time, a clock light pulse is generated from the surface emitting laser in the vertical direction based on the control signal.

【0077】このように、本実施例においては電流注入
によって入射光のスイッチング動作が生じ、副次的に制
御信号に応じたレーザ光が発生する。
As described above, in this embodiment, the switching operation of the incident light is caused by the current injection, and the laser light corresponding to the control signal is secondarily generated.

【0078】図7(A)に示す円柱状突起15の等方的
な方向から複数の入射光を入射すると、電流注入に応
じ、複数の入射光に同一のスイッチング動作が行なわれ
る。
When a plurality of incident lights are incident from the isotropic direction of the columnar projection 15 shown in FIG. 7A, the same switching operation is performed on the plurality of incident lights in response to the current injection.

【0079】時間多重された光パルス列をその多重分だ
けに分離し、その全てに対応した時間遅延を加えて信号
光としてフォトニックバンドの等方的な方向から入射す
る。この状態で、光スイッチを動作させると、時間多重
された光パルス列からある周期で信号を取り出すこと
(クロック抽出)ができる。
The time-multiplexed optical pulse train is separated into only the multiplexed portions, and a time delay corresponding to all of the multiplexed portions is added, and the signal light is incident from the isotropic direction of the photonic band as signal light. When the optical switch is operated in this state, a signal can be extracted (clock extraction) at a certain period from the time-multiplexed optical pulse train.

【0080】なお、フォトニックバンドは信号光の入射
方向によって用いるバンド構造が決定される。フォトニ
ックバンド構造には、効果の大きいk空間領域と小さな
k空間領域が存在する。信号光のスイッチングを効果的
に行なうためには、バンドの変化が大きい方向を選択す
ることが好ましい。
The band structure used for the photonic band is determined depending on the incident direction of the signal light. The photonic band structure has a k-space region having a large effect and a k-space region having a small effect. In order to switch the signal light effectively, it is preferable to select the direction in which the band change is large.

【0081】図6、図7に示す実施例においては、電気
信号によって信号光を制御できるため、光スイッチ装置
の構成が簡単になる。
In the embodiments shown in FIGS. 6 and 7, since the signal light can be controlled by the electric signal, the configuration of the optical switch device is simplified.

【0082】以上実施例に沿って本発明を説明したが、
本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種
々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に
自明であろう。
The present invention has been described in connection with the preferred embodiments.
The present invention is not limited to these. For example, it will be apparent to those skilled in the art that various modifications, improvements, combinations, and the like can be made.

【0083】[0083]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
1次元、2次元ないし3次元フォトニックバンドを用い
て光スイッチングを行なう半導体光スイッチ装置が提供
される。
As described above, according to the present invention,
A semiconductor optical switch device that performs optical switching using a one-dimensional, two-dimensional, or three-dimensional photonic band is provided.

【0084】フォトニックバンドの構造により、種々の
スイッチング特性を実現することができるため、光スイ
ッチ装置の設計の自由度が向上する。
Since various switching characteristics can be realized by the structure of the photonic band, the degree of freedom in designing the optical switch device is improved.

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

【図1】本発明の実施例による半導体光スイッチ装置の
構成を概略的に示す斜視図である。
FIG. 1 is a perspective view schematically showing a configuration of a semiconductor optical switch device according to an embodiment of the present invention.

【図2】図1の実施例に用いた2次元フォトニックバン
ドを説明するための概略図である。図2(A)は斜視
図、図2(B)は平面図、図2(C)、(D)は断面
図、図2(E)はブリルアンゾーンを示す概念図、図2
(F)はフォトニックバンド構造を示すグラフである。
FIG. 2 is a schematic diagram for explaining a two-dimensional photonic band used in the embodiment of FIG. 2A is a perspective view, FIG. 2B is a plan view, FIGS. 2C and 2D are cross-sectional views, and FIG. 2E is a conceptual view showing a Brillouin zone.
(F) is a graph showing a photonic band structure.

【図3】図1に示す半導体光スイッチ装置の動作を説明
するためのグラフである。
FIG. 3 is a graph for explaining the operation of the semiconductor optical switch device shown in FIG. 1;

【図4】3次元フォトニックバンドを概略的に示す斜視
図である。
FIG. 4 is a perspective view schematically showing a three-dimensional photonic band.

【図5】量子閉じ込め効果を有する構造を概略的に示す
断面図および斜視図である。
5A and 5B are a cross-sectional view and a perspective view schematically showing a structure having a quantum confinement effect.

【図6】本発明の他の実施例による半導体光スイッチ装
置を示す平面図、概略斜視図、断面図である。
FIG. 6 is a plan view, a schematic perspective view, and a sectional view showing a semiconductor optical switch device according to another embodiment of the present invention.

【図7】本発明の他の実施例による半導体光スイッチ装
置を示す概略斜視図および断面図である。
FIG. 7 is a schematic perspective view and a sectional view showing a semiconductor optical switch device according to another embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 光ファイバ 2 コリメータレンズ 3、6 偏光子(検光子) 4 2次元フォトニックバンド 5 制御光 12 反射防止膜 21 基板 22 バッファ層 23 超格子層 24 クラッド層 25 ウェーブガイド層 26 活性層 27 ウェーブガイド層 28 クラッド層 29 コンタクト層 30 電極 32 n型DBR層 33 クラッド層 34 ガイド層 35 活性層 36 ガイド層 37 クラッド層 38 p型DBR層 39 p型コンタクト層 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Optical fiber 2 Collimator lens 3, 6 Polarizer (analyzer) 4 Two-dimensional photonic band 5 Control light 12 Antireflection film 21 Substrate 22 Buffer layer 23 Super lattice layer 24 Cladding layer 25 Waveguide layer 26 Active layer 27 Waveguide Layer 28 clad layer 29 contact layer 30 electrode 32 n-type DBR layer 33 clad layer 34 guide layer 35 active layer 36 guide layer 37 clad layer 38 p-type DBR layer 39 p-type contact layer

Claims (15)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 複素屈折率の異なる2種類の光学媒質で
あって、少なくとも一方の光学媒質が半導体である2種
類の光学媒質を含み、2次元平面上に周期構造を形成す
るフォトニックバンド層と、 前記2次元平面に平行な被制御光の光路と、 前記被制御光の光路と直交しない光路に沿って、前記2
次元平面上の周期構造に円偏光の制御光を照射する手段
とを有し、制御光によって被制御光の通過率をスイッチ
する半導体光スイッチ装置。
1. A photonic band layer comprising two types of optical media having different complex refractive indices, wherein at least one of the optical media includes two types of semiconductors which are semiconductors and forms a periodic structure on a two-dimensional plane. Along an optical path of the controlled light parallel to the two-dimensional plane, and an optical path that is not orthogonal to the optical path of the controlled light.
Means for irradiating circularly polarized control light to a periodic structure on a two-dimensional plane, wherein the control light switches the transmittance of the controlled light.
【請求項2】 前記被制御光の光路が複数であり、その
各々が制御光の進行方向と直交しない請求項1記載の半
導体光スイッチ装置。
2. The semiconductor optical switch device according to claim 1, wherein the controlled light has a plurality of optical paths, each of which is not orthogonal to the traveling direction of the control light.
【請求項3】 前記複数の被制御光の光路が、前記フォ
トニックバンド層の周期構造の対称性が異なる方向に沿
った複数の光路を含む請求項2記載の半導体光スイッチ
装置。
3. The semiconductor optical switch device according to claim 2, wherein the optical paths of the plurality of controlled lights include a plurality of optical paths along directions in which the periodic structures of the photonic band layers have different symmetries.
【請求項4】 前記フォトニックバンド層が、前記2次
元平面と交差する方向にも周期構造を持つ3次元周期構
造を有する請求項1〜3のいずれかに記載の半導体光ス
イッチ装置。
4. The semiconductor optical switch device according to claim 1, wherein said photonic band layer has a three-dimensional periodic structure having a periodic structure also in a direction intersecting with said two-dimensional plane.
【請求項5】 前記フォトニックバンド層の周期構造が
量子閉じ込め構造を含む請求項1〜4のいずれかに記載
の半導体光スイッチ装置。
5. The semiconductor optical switch device according to claim 1, wherein the periodic structure of the photonic band layer includes a quantum confinement structure.
【請求項6】 前記被制御光が円偏光である請求項1〜
5のいずれかに記載の半導体光スイッチ装置。
6. The controlled light is circularly polarized light.
6. The semiconductor optical switch device according to any one of 5.
【請求項7】 前記被制御光が直線偏光であり、さらに
前記被制御光の光路の出射側に配置され、入射直線偏光
に対し直交する偏光軸を有する検光子を有する請求項1
〜5のいずれかに記載の半導体光スイッチ装置。
7. The apparatus according to claim 1, wherein the controlled light is linearly polarized light, and further includes an analyzer disposed on an emission side of an optical path of the controlled light and having a polarization axis orthogonal to the incident linearly polarized light.
6. The semiconductor optical switch device according to any one of items 1 to 5,
【請求項8】 複素屈折率の異なる2種類の光学媒質で
あって、少なくとも一方が半導体である2種類の光学媒
質を含み、2次元平面上に周期構造を形成するフォトニ
ックバンド層と、 前記2次元平面に平行な被制御光の光路と、 前記フォトニックバンド層の周期構造に電気的ストレス
を印加する手段とを含み、前記電気的ストレスによって
被制御光の通過率をスイッチする半導体光スイッチ装
置。
8. A photonic band layer comprising two types of optical media having different complex refractive indices, wherein the photonic band layer includes two types of optical media, at least one of which is a semiconductor, and forms a periodic structure on a two-dimensional plane. A semiconductor optical switch including: an optical path of controlled light parallel to a two-dimensional plane; and means for applying an electrical stress to the periodic structure of the photonic band layer, wherein the optical stress switches a transmittance of the controlled light by the electrical stress. apparatus.
【請求項9】 前記電気的ストレスが電流もしくは電界
である請求項8記載の半導体光スイッチ装置。
9. The semiconductor optical switch device according to claim 8, wherein said electric stress is a current or an electric field.
【請求項10】 前記光路が、前記フォトニックバンド
層の周期構造の対称性が異なる方向に沿った複数の光路
を含む請求項8ないし9記載の半導体光スイッチ装置。
10. The semiconductor optical switch device according to claim 8, wherein the optical path includes a plurality of optical paths along directions in which the periodic structures of the photonic band layers have different symmetries.
【請求項11】 前記フォトニックバンド層が、前記2
次元平面と交差する方向にも周期構造を持つ3次元周期
構造を有する請求項6〜8のいずれかに記載の半導体光
スイッチ装置。
11. The photonic band layer according to claim 2, wherein
9. The semiconductor optical switch device according to claim 6, having a three-dimensional periodic structure having a periodic structure also in a direction intersecting with the dimensional plane.
【請求項12】 前記フォトニックバンド層の周期構造
が量子閉じ込め構造を含む請求項8〜11のいずれかに
記載の半導体光スイッチ装置。
12. The semiconductor optical switch device according to claim 8, wherein the periodic structure of the photonic band layer includes a quantum confinement structure.
【請求項13】 さらに、前記フォトニックバンド層の
上下に配置された一対の電極を含む請求項8〜12のい
ずれかに記載の半導体光スイッチ装置。
13. The semiconductor optical switch device according to claim 8, further comprising a pair of electrodes arranged above and below said photonic band layer.
【請求項14】 さらに、前記フォトニックバンド層と
前記一対の電極の一方との間に配置されたn型半導体層
と、 前記フォトニックバンド層と前記一対の電極の他方との
間に配置されたp型半導体層とを含む請求項8〜13の
いずれかに記載の半導体光スイッチ装置。
14. An n-type semiconductor layer disposed between the photonic band layer and one of the pair of electrodes, and an n-type semiconductor layer disposed between the photonic band layer and the other of the pair of electrodes. 14. The semiconductor optical switch device according to claim 8, further comprising a p-type semiconductor layer.
【請求項15】 前記n型半導体層、p型半導体層の少
なくとも一方が分布ブラッグ反射構造を有する請求項1
4記載の半導体光スイッチ装置。
15. The semiconductor device according to claim 1, wherein at least one of the n-type semiconductor layer and the p-type semiconductor layer has a distributed Bragg reflection structure.
5. The semiconductor optical switch device according to 4.
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