JPS5880617A - 導波形光スイツチ素子 - Google Patents
導波形光スイツチ素子Info
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- JPS5880617A JPS5880617A JP17841681A JP17841681A JPS5880617A JP S5880617 A JPS5880617 A JP S5880617A JP 17841681 A JP17841681 A JP 17841681A JP 17841681 A JP17841681 A JP 17841681A JP S5880617 A JPS5880617 A JP S5880617A
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- optical
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
- G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour
- G02F1/015—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour based on semiconductor elements having potential barriers, e.g. having a PN or PIN junction
- G02F1/025—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour based on semiconductor elements having potential barriers, e.g. having a PN or PIN junction in an optical waveguide structure
Landscapes
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は集積化モノリシツタ光スイッチ素子に関するも
のである。
のである。
ＰＭ接合素子の注入電流でオン・オフする光スィッチの
ＪＩ成図を４７図に示す。ｌは入力層先導、たとえば半
導体レーザ素子が用いられる。Ｖは注入電流印加用電圧
、ＲＬは負荷抵抗である・スイッチ動作は電流の注入に
よって損失がなくなり、光入力信号が増幅されて田てく
ることによって行われる。このような光スイッナ素子を
用いて１×１の光！トリタススイッチを構成した例を第
２−に示す、このような構成を実現するためには、人、
出力導波路として光７アイパ、光スイッナ素子として半
導体レーザを用いて構成することがで−る。しかし半導
体レーザと光７アイパな個別に配置して結合させると、
結合用レンズ等を用いても結合効率が悪い、濃度、振動
等に対して不安定、全体が大きくなる等の欠点があった
。
ＪＩ成図を４７図に示す。ｌは入力層先導、たとえば半
導体レーザ素子が用いられる。Ｖは注入電流印加用電圧
、ＲＬは負荷抵抗である・スイッチ動作は電流の注入に
よって損失がなくなり、光入力信号が増幅されて田てく
ることによって行われる。このような光スイッナ素子を
用いて１×１の光！トリタススイッチを構成した例を第
２−に示す、このような構成を実現するためには、人、
出力導波路として光７アイパ、光スイッナ素子として半
導体レーザを用いて構成することがで−る。しかし半導
体レーザと光７アイパな個別に配置して結合させると、
結合用レンズ等を用いても結合効率が悪い、濃度、振動
等に対して不安定、全体が大きくなる等の欠点があった
。
＋ζで半導体基板″を用いて一体化する一１１！Ｉとし
て、第Ｊｗ、第参図に示すように導波路とスイツナ部と
が結合するような構成例が考えられている（特願昭！ｔ
−／ＩＯ’ｌＪＩ参照）、第Ｊｌｌｔ！第１閣の五−ム
′断薗における構造図、第＃図は第Ｊ図のＢ −Ｂ’斯
ＷＩにおける構造翳を示している。夢。
て、第Ｊｗ、第参図に示すように導波路とスイツナ部と
が結合するような構成例が考えられている（特願昭！ｔ
−／ＩＯ’ｌＪＩ参照）、第Ｊｌｌｔ！第１閣の五−ム
′断薗における構造図、第＃図は第Ｊ図のＢ −Ｂ’斯
ＷＩにおける構造翳を示している。夢。
光波長に対応するバンドギャップエネルギより大ｌ言イ
バンドギャツプエネルギな持っている導波路、４はｅａ
ｚｎ ｉ、、 Ｐ″Ｃ′信号光波長に対応するバンド
ギャップエネルギを持っている活性層導波路、７はＰ形
のＧ＠ Ｉｎム、Ｐでアンチメルシパッ？層と呼ばれる
１ｔはＰ形のＩｎＰ、ｆはＰ形のＧａ１１．ムＩＰでキ
ャップ層と呼ばれる。１０は電流−榔用の８１０１、／
／はムＵかも成る電極、／Ｊはリード線を示している・
この構造は埋め込み形ダブルヘテ讐接合構造であり、半
導体レーザを作製する工程と同様にして作製さ１０れる
。
バンドギャツプエネルギな持っている導波路、４はｅａ
ｚｎ ｉ、、 Ｐ″Ｃ′信号光波長に対応するバンド
ギャップエネルギを持っている活性層導波路、７はＰ形
のＧ＠ Ｉｎム、Ｐでアンチメルシパッ？層と呼ばれる
１ｔはＰ形のＩｎＰ、ｆはＰ形のＧａ１１．ムＩＰでキ
ャップ層と呼ばれる。１０は電流−榔用の８１０１、／
／はムＵかも成る電極、／Ｊはリード線を示している・
この構造は埋め込み形ダブルヘテ讐接合構造であり、半
導体レーザを作製する工程と同様にして作製さ１０れる
。
すなわちキャップ層９重で１榎全域にわたって結晶成長
させ、その後でリア？ティプスバッタエッチング等で第
ＪＨに示すように導波路パターンにエツチングする。次
にＭ Ｊｕｌ ＩｎＦ参′を結晶成長さ“せ、第１１［
に示すような構造にすることがで禽る。
させ、その後でリア？ティプスバッタエッチング等で第
ＪＨに示すように導波路パターンにエツチングする。次
にＭ Ｊｕｌ ＩｎＦ参′を結晶成長さ“せ、第１１［
に示すような構造にすることがで禽る。
第参図に示す構造かられかるように、入力光信号は導波
路Ｉを伝搬して来て活性層導波路４と結合する。＋仁で
活性層導波路の注入電流がオン、オフされることによっ
て、光信号は導波路！へ出６ていったり、遮断されたり
することになる・したがって結合条件は結合長Ｉ′と結
合度で決まり、番パツメータの制御に高い精度が髪求さ
れるという欠点があった。
路Ｉを伝搬して来て活性層導波路４と結合する。＋仁で
活性層導波路の注入電流がオン、オフされることによっ
て、光信号は導波路！へ出６ていったり、遮断されたり
することになる・したがって結合条件は結合長Ｉ′と結
合度で決まり、番パツメータの制御に高い精度が髪求さ
れるという欠点があった。
★た導波路１を活性層導波路６で構成した場合には、信
号光波長に対する基礎吸収によって減衰が大禽く、信号
光を伝搬させることがで龜ない・本発明はこれらの欠点
を解決するため、導波路とスイッチ部が同一平面上にあ
り、かつ導波路の吸収損失をなくすようにしたものであ
る・以下図□−により本発明の詳細な説明する。
号光波長に対する基礎吸収によって減衰が大禽く、信号
光を伝搬させることがで龜ない・本発明はこれらの欠点
を解決するため、導波路とスイッチ部が同一平面上にあ
り、かつ導波路の吸収損失をなくすようにしたものであ
る・以下図□−により本発明の詳細な説明する。
重ず本発明の導波形光スイッチ素子を組み合わせて作製
する！）リタススイッチ素子の構造例について説明する
。
する！）リタススイッチ素子の構造例について説明する
。
第ｊｗ１、第１図および第７図は本発明導波廖光スイツ
ナ素子の一実施例で、第２図のムーム′Ｗ／Ｒ面１０−
０′断面、１１′断面の去々における構＊ｓｉである・
この場合にはＧ１１ｌ基板による光スイツチ網の構成例
を示し、１０は８１０． 、ｔｉはムＵから成る電極、
／Ｊはリード＊：、／Ｊ、はＮ形のＧａム１１％／１．
／＃’はＮ形のムＩ糞Ｇ＆ｌ、−，ムａ％／ｊはＧａＡ
ｓから成る活性層、ｌ≦はＰ形のムＪ、Ｇｔ工、ムｔｓ
、ｎはＰ形のＧａムＳで中ヤツプ層、ｌｌはムＪアＧ＆
１−アム８から虐る導波層である。
ナ素子の一実施例で、第２図のムーム′Ｗ／Ｒ面１０−
０′断面、１１′断面の去々における構＊ｓｉである・
この場合にはＧ１１ｌ基板による光スイツチ網の構成例
を示し、１０は８１０． 、ｔｉはムＵから成る電極、
／Ｊはリード＊：、／Ｊ、はＮ形のＧａム１１％／１．
／＃’はＮ形のムＩ糞Ｇ＆ｌ、−，ムａ％／ｊはＧａＡ
ｓから成る活性層、ｌ≦はＰ形のムＪ、Ｇｔ工、ムｔｓ
、ｎはＰ形のＧａムＳで中ヤツプ層、ｌｌはムＪアＧ＆
１−アム８から虐る導波層である。
第３図かｈｌｌらかなように、この構造はダブルへチー
形埋め込みレーずと同じ構造であるから、電流注入のオ
ン、オフによって光信号をオン、オフすることが可能で
ある・活性層の厚さは約０．Ｊμｍ＠度とする。したが
ってｘｍｏ、参程度に選ぶとすると、この構造での発振
波長唸、約００ｔｖ声観となる。そこで光信号波長とし
ては、このＯ０ｌツμ讃を選ぶものとする。
形埋め込みレーずと同じ構造であるから、電流注入のオ
ン、オフによって光信号をオン、オフすることが可能で
ある・活性層の厚さは約０．Ｊμｍ＠度とする。したが
ってｘｍｏ、参程度に選ぶとすると、この構造での発振
波長唸、約００ｔｖ声観となる。そこで光信号波長とし
ては、このＯ０ｌツμ讃を選ぶものとする。
一方、導波路部９分では第１図に示しているように、導
波路層ＩＩの成分比ｙ ｅ Ｏ，Ｊ ｌｌ度に設定する
・今、成分比ｙとムｚ、ＧａエーアムＳにおけるバンド
ギャップエネルギ旬および屈折率ｎは次式で与えられる
ことが細られている。
波路層ＩＩの成分比ｙ ｅ Ｏ，Ｊ ｌｌ度に設定する
・今、成分比ｙとムｚ、ＧａエーアムＳにおけるバンド
ギャップエネルギ旬および屈折率ｎは次式で与えられる
ことが細られている。
Ｍｙ ｍ ／、１ＩＪｌ ＋ ／、Ｊ４４７ ＋ ０．
Ｊ４ ｙ−−−−−（１）ｎ箇７．４−０．ツｙ
・−・−一（Ｓ）ｙｍＯｓＪ’の場合
についてバンドギャップエネルギから計算されるλｂと
導波層とそのｊＩＩＩ２１の媒質との比屈折率！ｌｌノ
は、次式から求めることができるＯ λｂｗｚ ｈｏ／罵炉 −一−−−（
！Ｉ）ｊｍ（ｎアー０．５！ ” ”ｙｍｏｓ４ ）”
ｙ−８，、−−−ｔｉ）ただしｈはブランクの電歇を、
Ｏは光速な表わす。
Ｊ４ ｙ−−−−−（１）ｎ箇７．４−０．ツｙ
・−・−一（Ｓ）ｙｍＯｓＪ’の場合
についてバンドギャップエネルギから計算されるλｂと
導波層とそのｊＩＩＩ２１の媒質との比屈折率！ｌｌノ
は、次式から求めることができるＯ λｂｗｚ ｈｏ／罵炉 −一−−−（
！Ｉ）ｊｍ（ｎアー０．５！ ” ”ｙｍｏｓ４ ）”
ｙ−８，、−−−ｔｉ）ただしｈはブランクの電歇を、
Ｏは光速な表わす。
（８）式、（４）式よりλｂ ” Ｏｓ ４１ Ｐｍ、
Δγ参襲となる。
Δγ参襲となる。
これより信号光波長の方が０．１７声篤と長いので、エ
ネルギが小さく、信号光は導波層中では吸収されず、し
かも比屈折率差が４１％程度と充分高いので、単一モー
ド導波路として機能する。また第７′”図に示すように
、導波路ＩＩとスイッチ部である活性層／１は延長線上
にあり、光の結合に関しても問題がない。
ネルギが小さく、信号光は導波層中では吸収されず、し
かも比屈折率差が４１％程度と充分高いので、単一モー
ド導波路として機能する。また第７′”図に示すように
、導波路ＩＩとスイッチ部である活性層／１は延長線上
にあり、光の結合に関しても問題がない。
次に本発明の導波形光スイッチ素子の構造の製造性につ
いて説明゛する。第２図Ｇｌその作製過程を”示してい
る・（＆）に示すように、まず通常の結晶成長法によっ
て活性層／３４でを基板全体にわたって成長させる。次
に伽）に示すように、スイッチ部となる部分／１を除い
て導波路部゛となるところに五ｔの組成がＯ，Ｊ程度と
なるように、五ｌイオン、ム８イオンのイオンインプラ
ンナーシ冒ンまたはム１ム虐を拡散等の手段によって５
．Ｊ声程度組成を変化させる◎その後、（０）に示すよ
うに、熱皓理等を行った後、さらにＰ形のムｊ ｘＧａ
ｘ 、ｘムｓ／４、Ｐ−のＧ＆ム８〃の各層を成長さ
せる。次に導波路パターン化するために反応性リアタテ
イブスパッタ法等によってクラツディングとなる部分（
／ダ′の位置の部分）をＨ形のＧａム！ｌ Ｗ／Ｊに達
するまでエツチングし、さらにその周囲にタラツデイン
グ層ｌ＃’（７ｉ−ムｊｘＧａよ一８五Ｓ）を延長させ
て埋め込み廖とする。その後、ス゛イツ千部分への電極
付けは、通常の半導体レーザ製造における巻金と同様な
工程で行う仁とができる・ 以上説明したように、本発明の導波形光スイッチ素子の
構造は、°導波路と光スイツチ部が同一延長線“上にあ
るので、ス）ロータが小さい、挿入損失が小さい、高速
のスイツチンシかで龜る、広帯域信号を適すことができ
る、木彫にＹ）リタススイッチを構成できる、半永久的
に使用で自る等の利点のほかにも、光の結合効率および
安電性が良ハこと、また製造時における製作精度の詐容
度が大白いこと、集積化に適していること等の利点があ
る。
いて説明゛する。第２図Ｇｌその作製過程を”示してい
る・（＆）に示すように、まず通常の結晶成長法によっ
て活性層／３４でを基板全体にわたって成長させる。次
に伽）に示すように、スイッチ部となる部分／１を除い
て導波路部゛となるところに五ｔの組成がＯ，Ｊ程度と
なるように、五ｌイオン、ム８イオンのイオンインプラ
ンナーシ冒ンまたはム１ム虐を拡散等の手段によって５
．Ｊ声程度組成を変化させる◎その後、（０）に示すよ
うに、熱皓理等を行った後、さらにＰ形のムｊ ｘＧａ
ｘ 、ｘムｓ／４、Ｐ−のＧ＆ム８〃の各層を成長さ
せる。次に導波路パターン化するために反応性リアタテ
イブスパッタ法等によってクラツディングとなる部分（
／ダ′の位置の部分）をＨ形のＧａム！ｌ Ｗ／Ｊに達
するまでエツチングし、さらにその周囲にタラツデイン
グ層ｌ＃’（７ｉ−ムｊｘＧａよ一８五Ｓ）を延長させ
て埋め込み廖とする。その後、ス゛イツ千部分への電極
付けは、通常の半導体レーザ製造における巻金と同様な
工程で行う仁とができる・ 以上説明したように、本発明の導波形光スイッチ素子の
構造は、°導波路と光スイツチ部が同一延長線“上にあ
るので、ス）ロータが小さい、挿入損失が小さい、高速
のスイツチンシかで龜る、広帯域信号を適すことができ
る、木彫にＹ）リタススイッチを構成できる、半永久的
に使用で自る等の利点のほかにも、光の結合効率および
安電性が良ハこと、また製造時における製作精度の詐容
度が大白いこと、集積化に適していること等の利点があ
る。
＃！Ｉ１図は光スイツチ素子の原理的構成図、第２図は
Ｊｘ２光マトリクス・スイッチの構成鍔面、第３図は郷
来の素子構造でｇコ図の八−五′断面構造図、第参図は
従来の素子構造で第２図のＢ −Ｂ’断面構造図、第３
図、第６図および第７図は各々本発明の導波形光スイッ
チ素子の一実施例の構造を示し、ムー五′断面、ａ−ａ
’断面、Ｂ −Ｂ’断面の各構造図、第を図は本発明の
導波形光スイッチ素子の製造工程の説明図である。 ｌ−・入力光導波路、コ・・・出力光導波路、Ｊ・・・
２１１１合素子、４（、４Ｉ’ ・Ｎ−ＩｎＰ 、 １
−Ｎ−Ｇ５ＬＩｎＡｌＩＰ％ｔ−Ｇａ１ｎＡｓＰ、 ？
・Ｐ−Ｇａ１ｎＡｓＰＳＩ ・Ｐ−１ｎＰ ％９ ・
Ｐ−ＧａＩｎムａＰ、 ｔｏ−８ｉｎ、、／／ −’
Ａｕ電極、／Ｊ ・、−リード線、／Ｊ ・Ｎ −Ｇａ
ＪＬｓ、ｔｅ 、 ｔ４＋’−Ｎ −Ａｊｏ、。 Ｇａｏ、６ム８．１１ ・・・ＧａＡａ、／４−１’−
ム’０．４ＧａＯ０６ムｓ１／７−Ｐ ＝ ＧａＡａ
、 ｔｌ−・・ム’ＯＪＧ＆０．８五８゜第１図 第−２図 第３図 第４図 ｆ 第５図 第６図 第７図 ど−−ｆ３ １ 第８図 〜１３
Ｊｘ２光マトリクス・スイッチの構成鍔面、第３図は郷
来の素子構造でｇコ図の八−五′断面構造図、第参図は
従来の素子構造で第２図のＢ −Ｂ’断面構造図、第３
図、第６図および第７図は各々本発明の導波形光スイッ
チ素子の一実施例の構造を示し、ムー五′断面、ａ−ａ
’断面、Ｂ −Ｂ’断面の各構造図、第を図は本発明の
導波形光スイッチ素子の製造工程の説明図である。 ｌ−・入力光導波路、コ・・・出力光導波路、Ｊ・・・
２１１１合素子、４（、４Ｉ’ ・Ｎ−ＩｎＰ 、 １
−Ｎ−Ｇ５ＬＩｎＡｌＩＰ％ｔ−Ｇａ１ｎＡｓＰ、 ？
・Ｐ−Ｇａ１ｎＡｓＰＳＩ ・Ｐ−１ｎＰ ％９ ・
Ｐ−ＧａＩｎムａＰ、 ｔｏ−８ｉｎ、、／／ −’
Ａｕ電極、／Ｊ ・、−リード線、／Ｊ ・Ｎ −Ｇａ
ＪＬｓ、ｔｅ 、 ｔ４＋’−Ｎ −Ａｊｏ、。 Ｇａｏ、６ム８．１１ ・・・ＧａＡａ、／４−１’−
ム’０．４ＧａＯ０６ムｓ１／７−Ｐ ＝ ＧａＡａ
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Claims (1)
- Ｌ 光信号をＰＭ接合素子の注入電流でオン、オフする
光スィッチにおいて、信号光波長に対応するバンドギャ
ップエネルギヲ持った半導体媒質でＰＭ接合構造な持っ
た導波層を構成し、スイッチ部以外の導波層のバンドギ
ャップエネルギを信号光波長に対応するバンドギャップ
エネルギより大吉（するように、前記半導体媒質の組成
を持たせて導波路パターン化し、さらに導波層のｆｆｆ
ｉにクラッド層を形成した仁とを特徴とする零波彫光ス
イッチ素子。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17841681A JPS5880617A (ja) | 1981-11-09 | 1981-11-09 | 導波形光スイツチ素子 |
| DE3210980A DE3210980C2 (de) | 1981-04-01 | 1982-03-25 | Optisches Schaltelement und optische Schaltmatrix |
| FR8205325A FR2503394B1 (fr) | 1981-04-01 | 1982-03-29 | Element de commutation optique et matrice de commutation optique avec de tels elements |
| CA000399956A CA1178703A (en) | 1981-04-01 | 1982-03-31 | Optical switch |
| US06/364,486 US4521069A (en) | 1981-04-01 | 1982-04-01 | Optical switch |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17841681A JPS5880617A (ja) | 1981-11-09 | 1981-11-09 | 導波形光スイツチ素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5880617A true JPS5880617A (ja) | 1983-05-14 |
Family
ID=16048109
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17841681A Pending JPS5880617A (ja) | 1981-04-01 | 1981-11-09 | 導波形光スイツチ素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5880617A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60242723A (ja) * | 1984-05-17 | 1985-12-02 | Nec Corp | 光スイツチ回路 |
| JPS60260017A (ja) * | 1984-06-07 | 1985-12-23 | Kokusai Denshin Denwa Co Ltd <Kdd> | 光変調素子 |
| JPS6252523A (ja) * | 1985-09-02 | 1987-03-07 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 光スイツチ |
| JPH02244116A (ja) * | 1989-03-17 | 1990-09-28 | Hitachi Ltd | 光学特性変調器および光学素子 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JPS51134594A (en) * | 1975-05-16 | 1976-11-22 | Mitsubishi Electric Corp | Semiconductor leser device |
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