JPS61156231A - Circuit for mixing and integrating light - Google Patents

Circuit for mixing and integrating light

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JPS61156231A
JPS61156231A JP27747984A JP27747984A JPS61156231A JP S61156231 A JPS61156231 A JP S61156231A JP 27747984 A JP27747984 A JP 27747984A JP 27747984 A JP27747984 A JP 27747984A JP S61156231 A JPS61156231 A JP S61156231A
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light
switch
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雅彦 藤原
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Abstract

PURPOSE:To give multiple functions and high performance to a light mixing and integrating circuit, by providing an epitaxial structure on an Si-single-crystal substrate, plural optoelectronic function elements which perform plural input-output of signals in a dielectric layer, and optical waveguides which connects the optoelectronic function elements with each other. CONSTITUTION:A time division multiple signal composed of four time slots transmitted by means of an optical fiber 10a is branched into to parts by optical branching 4a and the two parts are respectively made incident to a semiconductor laser amplifier array 5a and amplified. The two outputs are respectively made incident to 1X4 optical switches 4b and 4c. The 1X4 optical switch 4b acts as the writing switch to a bistable semiconductor laser array 5b which is an optical memory and causes the array to store transmitted signals at every bit. AX1 optical swtich 4d acts as the readout optical switch of the signal stored in the laser array 5b, merges time division multiple signals by replacing the time slots in accordance with control signals, and outputs the merged signals to an optical fiber 10b. On the other hand, the light made incident to the 1X4 optical switch 4c is demultiplexed and outputted to an OEIC 5c as four parallel signals. Optical information signals are outputted as electric signals of an appropriate form.

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は1つの基板上に光、電子デバイス、光導波路を
集積し種々の機能を実現する光混成集積回路に関するも
のである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Field of Industrial Application) The present invention relates to an optical hybrid integrated circuit that integrates optical, electronic devices, and optical waveguides on one substrate to realize various functions.

(従来技術及びその問題点) 大量の情報信号を高速に処理するための超高速、大容量
の情報処理装置への要求は近年増々高まってきている。
(Prior Art and its Problems) In recent years, the demand for ultra-high-speed, large-capacity information processing devices for processing large amounts of information signals at high speed has been increasing.

このような情報処理装置は従来ロジック・ゲートを基本
単位とする高集積度の電気的集積回路(LSI)によシ
実現されていた。LSIは半導体技術や実装技術の進歩
により更に高密度化、高速化、高性能化が進められてい
る。しかしLSIでは高集積化に伴うファン・アウトの
増大、配線間の干渉等のため高性能化に限界が見えはじ
めてきている。このような問題を解決するためIJIチ
ップ内、チップ間、装置間の配線を光で行なう0BIC
の概念が提唱されている。0EICでは光及び電気的素
子を混然一体に集積化し、高度な機能を実現することが
期待できる。更に近年の光通信システムの本格的実用化
に伴い、光波術の適用分野は多岐にわたシ、光センサ、
光交換機等の分野では光信号を光のままで処理する装置
も実験段階ではあるが実現されてきている。このような
装置も性能の高度化、安定化のためには、光集積回路化
が不可欠であり将来的には前述の0EICと共に光、電
気が一体となった高度な機能の実現へ発展するものと期
待される。
Such information processing devices have conventionally been realized using highly integrated electrical integrated circuits (LSIs) whose basic units are logic gates. LSIs are becoming more dense, faster, and more efficient due to advances in semiconductor technology and packaging technology. However, in LSIs, the limits to high performance are beginning to be seen due to increased fan-out and interference between wirings due to higher integration. To solve these problems, 0BIC uses light to conduct wiring within IJI chips, between chips, and between devices.
The concept of 0EIC can be expected to integrate optical and electrical elements in a mixed manner and realize advanced functions. Furthermore, with the full-scale commercialization of optical communication systems in recent years, the application fields of light wave technology have expanded to include optical sensors, optical sensors,
In the field of optical switching equipment and the like, devices that process optical signals as they are in the form of light have been realized, although they are still in the experimental stage. In order to improve and stabilize the performance of such devices, optical integrated circuits are essential, and in the future, along with the aforementioned 0EIC, it will develop into realizing advanced functions that integrate light and electricity. It is expected that

このような高度な機能を実現するだめの光、電気素子の
集積化の方法としては従来次の2つの方法が知られてい
る。第1の方法は発光、受光素子、高速の電子輸送素子
が実現可能なGaAs 、 InP系等  □の化合物
半導体材料によシ完全なモノリシックな構造を採ること
である。しかしながらこの構造では次のような問題があ
る。まず、化合物半導体材料は前述の発光、受光素子、
電子輸送素子の材料としては非常に優れているが光の制
御、スイッチングに必要な電気光学効果、音響光学効果
等は非常に小さく実用的なデバイスは得られない。また
各機能部分を結ぶための光導波路を化合物半導体材料に
より実現すると一般に光の吸収が大きくなるという問題
がある。更にはGaAs 、 InP等の基板はSiに
比べまだその特性が充分に安定化されて分らず高価であ
るという問題もある。これに対して従来知られている第
2の方法はSi、サファイア等の基板上に実現すべき機
能にふされしい異なる材料を部分的、選択的に成長する
謂ゆるヘテロ成長を利用するものである。ヘテロ成長に
関しては従来塊々の報告がある。例えば雑誌ジャバニー
カジャーナル・オブ・アプライド・フィツクス(Jap
anese Journal of Applied 
Physics ) 22巻、1983年、頁し450
〜L451に掲載のジッダ(Y、8hinoda)  
他による論文ではSi基板上にGe/W/S io、を
介して成長したGaAsホモ接合多層構造によりLED
を製作した例が報告されている。また雑誌アプライド・
フィツクス・レターズ(Applied Physic
s Letters ) 45巻、1984年頁309
〜311に掲載のウィンドホーン(’r、H。
The following two methods are conventionally known as methods for integrating optical and electrical elements to realize such advanced functions. The first method is to adopt a completely monolithic structure using compound semiconductor materials such as GaAs and InP, which can realize light emitting and light receiving elements and high-speed electron transport elements. However, this structure has the following problems. First, compound semiconductor materials are used for the aforementioned light-emitting and light-receiving elements.
Although it is an excellent material for electron transport elements, the electro-optic effect, acousto-optic effect, etc. necessary for light control and switching are very small, and practical devices cannot be obtained. Furthermore, when an optical waveguide for connecting each functional part is realized using a compound semiconductor material, there is generally a problem that light absorption increases. Furthermore, there is the problem that substrates made of GaAs, InP, etc. are expensive because their properties are not yet sufficiently stabilized compared to Si. On the other hand, the second conventionally known method utilizes so-called hetero-growth, in which different materials suitable for the desired functions are partially and selectively grown on a substrate such as Si or sapphire. be. There have been numerous reports regarding heterogeneous growth. For example, the magazine Javanica Journal of Applied Fixtures (Jap
anese Journal of Applied
Physics ) 22 volumes, 1983, 450 pages
~ Jeddah (Y, 8hinoda) published in L451
In a paper by et al., an LED was developed using a GaAs homojunction multilayer structure grown on a Si substrate via Ge/W/Sio.
There have been reports of cases where . Also the magazine Applied
Fixture Letters (Applied Physics
s Letters) Volume 45, 1984 Page 309
~ Windhorn ('r, H.) published in 311.

Windhorn)他による論文では由をコートしたS
i基板上に分子線エピタキシャル(MBE)法によりA
lGaAs系ダブルへテロ構造により半導体レーザを製
作し、低温でのパルス発振を得たことが報告されている
。虹に、雑誌アプライド・フィジクスレターズ(App
lied l’bysics Letters ) 4
5巻、1984年頁635〜536に掲載のツァウ(H
,Y。
In the paper by Windhorn et al.
A is deposited on the i-substrate by molecular beam epitaxial (MBE) method.
It has been reported that a semiconductor laser was fabricated using an lGaAs-based double heterostructure and that pulsed oscillation at low temperatures was obtained. Rainbow, the magazine Applied Physics Letters (App
Lied l'bysics Letters) 4
Tsau (H
,Y.

’I’5aur )他による論文ではSi基板上にAI
GaAB 。
'I'5aur) In the paper by et al.
GaAB.

GaAsをMBBによシ直接成長したと報告されている
。しかしながらこれらの報告例ではSi基板上への化合
物半導体材料を成長しただけで光混成集積回路の実現に
不可欠な低損失光導波路材料、光制御素子材料である誘
電体、強銹電体膜の形成については試みられていない。
It has been reported that GaAs was directly grown on MBB. However, in these reported examples, it is difficult to form low-loss optical waveguide materials, dielectric materials that are optical control element materials, and strong electric films, which are essential for realizing optical hybrid integrated circuits, by simply growing compound semiconductor materials on Si substrates. has not been attempted.

従ってこれらの従来技術によりm々の機能の光混成業積
回路を実現することは難しい。
Therefore, it is difficult to realize an optical hybrid circuit with m functions using these conventional techniques.

(発明の目的) 本発明の目的は上述の問題を除去し実現すべき機能に適
した材料による機能素子を1つの基板上に集積化するこ
とができ、従って非常に多機能、高性能かつ安価な光混
成集積回路を提供することにある。
(Objective of the Invention) The object of the present invention is to eliminate the above-mentioned problems and to allow functional elements made of materials suitable for the functions to be realized to be integrated on one substrate, thereby achieving extremely multifunctionality, high performance, and low cost. The object of the present invention is to provide an optical hybrid integrated circuit.

(発明の構成) 本発明によれば一つのSi単結晶基板上に半導体多層エ
ピタキシャル構造及び誘電体tVr中に形成された信号
の入出力の少くとも1つを光信号で行なう複数の光電子
機能素子と前記光電子機能素子間の光入出力間の接続を
行なうだめの前記S!単結晶基板上に形成された複数の
光導波路から成ることを特徴とする光混成集積回路が得
られる。
(Structure of the Invention) According to the present invention, a plurality of optoelectronic functional elements are formed on a single Si single crystal substrate in a semiconductor multilayer epitaxial structure and in a dielectric material tVr, and perform at least one input/output of a signal using an optical signal. The S! is used to connect the optical input and output between the optoelectronic functional element and the optoelectronic functional element. An optical hybrid integrated circuit is obtained which is characterized by comprising a plurality of optical waveguides formed on a single crystal substrate.

本発明は同一出願人による特願昭59−17358(発
明者三上)で提案されているSi単結晶基板上へのへテ
ロ成長技術を発展的に応用したものである。同特許の中
では、81単結晶基板若しくはS ion/S + 基
板上K Mg”−04若t、 < ハMgO/MgA1
.O。
The present invention is an advanced application of the hetero-growth technique on a Si single crystal substrate proposed in Japanese Patent Application No. 59-17358 (inventor: Mikami) by the same applicant. In the same patent, 81 single-crystal substrate or Sion/S + substrate K Mg"-04, < H MgO/MgA1
.. O.

エピタキシャル膜を介してダログスカイト型結晶構造の
誘電体層を形成した基板が提案されている。
A substrate in which a dielectric layer having a darogskite crystal structure is formed via an epitaxial film has been proposed.

とのへテロ成長技術を利用すれば単結晶6i基板上に単
にベロゲスガイド型結晶構造の誘電体のみならずGaA
lAs、 InGaAsP系等の化合物半導体装置L 
i NbO,等の他の結晶構造の誘電体も成長可能であ
ることが確認された。発光、受光素子、高速電子輸送デ
バイス用材料として優れているGaA1.As 。
By using the heterogeneous growth technique, not only a dielectric with a verges guided crystal structure but also GaA can be grown on a single crystal 6i substrate.
Compound semiconductor device L such as lAs, InGaAsP system, etc.
It has been confirmed that dielectrics with other crystal structures, such as iNbO, can also be grown. GaA1. is an excellent material for light emitting, light receiving elements, and high speed electron transport devices. As.

InGaAsPや、低損失光導波路、電気光学効果を利
用した光スィッチ、光変調器などの材料と17て優れて
いるLi NbO,を安価で品質の安定した単結晶S+
基板上に形成できることからこのへテロ成長技術を利用
することにより非常に多機畦、高性能かつ安価な光混成
集積回路を得ることができることになる。
InGaAsP, low-loss optical waveguides, optical switches using electro-optic effects, optical modulators and other materials, and LiNbO, which is superior to materials such as InGaAsP, are inexpensive and have stable quality single crystal S+.
Since it can be formed on a substrate, by utilizing this hetero-growth technique, it is possible to obtain a highly functional, high-performance, and inexpensive optical hybrid integrated circuit.

以下実施例により本発明につき、詳細に説明する。The present invention will be described in detail below with reference to Examples.

(実施例) 第1図は本発明の一実施例を示したものである。(Example) FIG. 1 shows an embodiment of the present invention.

本実施例は4チヤンネルの時分割多重光信号のデータ・
ステージ田ンを実現した例である。高抵抗(100) 
Si基板1の上にMgA l、 0.エピタキシャル膜
2、―エピタキシャル膜3を介して部分的にLiNb0
.膜4、AlGaAs多IH1潰5が形成されている。
In this embodiment, data and data of a 4-channel time division multiplexed optical signal are
This is an example of the realization of a stage stage. High resistance (100)
MgAl,0. Partially LiNb0 through epitaxial film 2, - epitaxial film 3
.. A film 4 and an AlGaAs multi-IH1 layer 5 are formed.

i、1NbO,膜4中にはチャンネル光導波路(図中直
線で表示)及びそれを用いた光分岐4a、  方向性結
合器型光スイッチを集積化した1人力4出力(lX4)
光スィッチ、4b、4c、4 X 1光スイツチ4dが
形成されている。またAlGaAs多層構造5のうちに
は2チヤンネルの半導体レーザ・アンプ・アレイ5a1
4チヤンネルの双安定半導体レーザアレイ5b、IXd
光スイッチの4つの光出力を受光して電気出力として出
力するOEl’C5Cが形成されている。
i, 1NbO, in the film 4 there is a channel optical waveguide (indicated by a straight line in the figure), an optical branch 4a using it, and a single-manpower 4-output (1X4) integrated directional coupler type optical switch.
Optical switches 4b, 4c, and 4×1 optical switch 4d are formed. Also, within the AlGaAs multilayer structure 5, there is a two-channel semiconductor laser amplifier array 5a1.
4-channel bistable semiconductor laser array 5b, IXd
An OEl'C5C is formed that receives the four optical outputs of the optical switch and outputs them as electrical outputs.

ここで、本実施例の書込み用1×4光スイツチ4b14
cと絖出し用4×1光スイツチ4dの具体例、双安定半
導体レーザアレイ5bの具体例を説明する。
Here, the writing 1×4 optical switch 4b14 of this embodiment
A specific example of the 4×1 optical switch 4d and the bistable semiconductor laser array 5b will be described.

第3図は誉込み用IX4光スイッチ4b14c又は読出
し用4×1光スイツチ4dとして用いることができる方
向性結合形光スイッチを示す。強訪電体結晶LiNb0
.40上に形成した3個の方向性結合形光スイッチ41
,42.43によって構成されている。LiNb0.結
晶上にTiを拡散して光導波路を作成し、互いに近接し
た光導波路上に電極を設置することによって上記方向性
結合形光スイッチが得られる。光導波路44を入力用、
光導波路45.46.47.48を出力用とするとき書
込み用IXd光スイッチとして用いることができ、入出
力を逆にしたときには読出し用4X1光スイツチとして
用いることができる。
FIG. 3 shows a directional coupling type optical switch that can be used as an IX4 optical switch 4b14c for loading or a 4x1 optical switch 4d for reading. Strong electric crystal LiNb0
.. Three directional coupling type optical switches 41 formed on 40
, 42.43. LiNb0. The above-mentioned directional coupling type optical switch is obtained by creating an optical waveguide by diffusing Ti on the crystal and placing electrodes on the optical waveguide close to each other. Optical waveguide 44 for input,
When the optical waveguides 45, 46, 47, 48 are used for output, they can be used as IXd optical switches for writing, and when the input and output are reversed, they can be used as 4X1 optical switches for reading.

第4図(a)は双安定半導体レーザアレイ5bの1エレ
メントの具体例を示す断面図である。構造は通常用いら
れる電流注入形の半導体レーザとほぼ同じであり、例え
ば、GaAlAs / GaAs ’p 1nGaAs
P/ InPを材料とするダブルへテロ接合構造のレー
ザである。但し、電極が一様ではなく、一部に電流の注
入されない部分が存在していることが通常の半導体レー
ザとは異なっている。上記電流の非注入領域は可飽和吸
収体として働くので第4図(a)の双安定半導体レーザ
では注入電流対光出力特性に双安定特性をもたせること
ができる。なお、電極を不均一にするかわ9に、発光領
域である活性層の部分に不均一性をもたせ、一部に可飽
和吸収領域を設置することによシ同様な双安定特性を持
たせることかできる。これらの双安定半導体レーザでは
注入型流血を適尚に選ぶことによって、外部からの注入
光に対する出射光の特性にも双安定特性が得られる。こ
のような双安定半導体レーザの詳細は文献エレクトロニ
クスφレターズ(Electronics Lette
rs )第17巻、1981年、741ページと昭和5
7年度電子通信学会光・電波部門全国大会講演論文集(
分冊2 ) 272番に述べられている。
FIG. 4(a) is a sectional view showing a specific example of one element of the bistable semiconductor laser array 5b. The structure is almost the same as a commonly used current injection type semiconductor laser, for example, GaAlAs/GaAs 'p 1nGaAs.
This is a laser with a double heterojunction structure made of P/InP. However, it differs from a normal semiconductor laser in that the electrodes are not uniform and there are some parts into which current is not injected. Since the current non-injected region acts as a saturable absorber, the bistable semiconductor laser shown in FIG. 4(a) can have bistable characteristics in the injection current vs. optical output characteristic. In addition, instead of making the electrode non-uniform, it is possible to provide similar bistable characteristics by providing non-uniformity in the active layer, which is the light-emitting region, and providing a saturable absorption region in a part. I can do it. In these bistable semiconductor lasers, by appropriately selecting the injection type bleeding, bistable characteristics can also be obtained in the characteristics of the emitted light with respect to the externally injected light. Details of such bistable semiconductor lasers can be found in the literature Electronics Letters.
rs) Volume 17, 1981, 741 pages and Showa 5
Proceedings of the 7th National Conference of the Optical and Radio Division of the Institute of Electronics and Communication Engineers (
Part 2) No. 272 states this.

第4図(b)、(C)、(d)は前記第4図(a)c7
)双安定半導体レーザの動作を説明するための図である
。第4図(b)は入射光量Pin = Qとしだ時の注
入電流亀と出射光量Poutの関係を示す図である。す
なわち注入電流iをi、から増加させたときには1=i
3で急激に出射光−jlPoutが増加し、逆に注入電
流iをitから減少させた場合には出射光i PoL4
$は1=icで急激に減少するようなヒステリミス特性
を示し1=ibにおいて出射光tP、およびPlの2つ
の安定点AおよびBを有する。第4図(C)は第4図(
b)において注入電流1=il)とした時の入射光量P
inと出射光量Poutの関係を示す図である。すなわ
ち出射光量Pout = Rの第1の安定点Aにある時
に入射光fPjnを0から増加させた場合は出射光量”
PoutはPin = Paで急撤に増加し以降入射光
量Pin = Pt から減少させた場合には出射光量
Poutはほとんど減少せずに出射光i Pout =
 PIの第2の安定点Bに移る。第4図(C)における
点A1Bはそれぞれ第4図(b)における点A、 Bと
同一の点を表わす。第4図(d)は注入電流iおよび入
射光Pinに対する双安定半導体レーザの動作を表にし
て示したものである。注入電流iがil)で入射光Pi
nが0である場合には双安定半導体レーザは前に書き込
まれたデータに応じて第4図(b)における2つの安定
点A、Bのいずれか一方に位置し、出射光量P、あるい
はP、を保守する。第4図(b)において双安定半導体
レーザが一方の安定点B(出射光tP、)を保持してい
る時に注入電流iを一度i。
Figures 4(b), (C), and (d) are shown in Figure 4(a) c7.
) is a diagram for explaining the operation of a bistable semiconductor laser. FIG. 4(b) is a diagram showing the relationship between the injection current torque and the output light amount Pout when the incident light amount Pin=Q. That is, when the injection current i is increased from i, 1=i
3, the output light -jlPout increases rapidly, and conversely, when the injection current i is decreased from it, the output light iPoL4
$ exhibits a hysteresis characteristic that rapidly decreases at 1=ic, and has two stable points A and B for the output light tP and Pl at 1=ib. Figure 4 (C) is shown in Figure 4 (
In b), the amount of incident light P when the injection current is 1 = il)
FIG. 3 is a diagram showing the relationship between in and the amount of emitted light Pout. In other words, if the incident light fPjn is increased from 0 when the output light amount Pout = R is at the first stable point A, the output light amount is
Pout suddenly increases at Pin = Pa, and then when the incident light amount is decreased from Pin = Pt, the output light amount Pout hardly decreases and the output light i Pout =
Moving to the second stable point B of PI. Point A1B in FIG. 4(C) represents the same point as points A and B in FIG. 4(b), respectively. FIG. 4(d) is a table showing the operation of the bistable semiconductor laser with respect to the injection current i and the incident light Pin. When the injection current i is il), the incident light Pi
When n is 0, the bistable semiconductor laser is located at one of the two stable points A and B in FIG. 4(b) depending on the previously written data, and the output light amount P or P , to maintain. In FIG. 4(b), when the bistable semiconductor laser maintains one stable point B (emitted light tP,), the injection current i is injected once.

とし再びil)に戻すと出射光11PoutはB−D−
Aの順に変化し以後他方の安定点A(出射光量几)を保
持する。すなわち双安定半導体レーザはリセットされる
。また第4図(C)において双安定半導体レーザが安定
点A(出射光i、 l)。)を保持している時に入射光
量゛を一度Piとし再びOに戻す出射光量PoutはA
−E−Bの願に変化し以降安定点B(出射光i p、 
>を保持する。すなわち双安定半導体レーザはセットさ
れる。さらに注入電流iが一〇で入射光量Pinがpt
である場合には出射光ii Poutは双安定半導体レ
ーザの特性に応じた値P、を示すが本発明では直接この
光量を使用しないので説明を省略する。
Then, when it is returned to il), the output light 11Pout becomes B-D-
The light changes in the order of A and thereafter maintains the other stable point A (output light amount). That is, the bistable semiconductor laser is reset. Also, in FIG. 4(C), the bistable semiconductor laser is at a stable point A (emitted light i, l). ), the output light amount Pout is A once the incident light amount is changed to Pi and is returned to O again.
-E-B, and after that the stable point B (outgoing light i p,
> is retained. That is, the bistable semiconductor laser is set. Furthermore, when the injection current i is 10, the incident light amount Pin is pt
In this case, the emitted light ii Pout shows a value P depending on the characteristics of the bistable semiconductor laser, but this light amount is not directly used in the present invention, so a description thereof will be omitted.

次に本実施例の機能について説明する。光ファイバ10
aによシ伝送された4タイムスロツトから成る時分割多
重信号(ここでは多重化伝送ピットレー) 32Mb/
s)は光分岐4aにより 2つに分岐され、それぞれ半
導体レーザアンプアレイ5aに入射し、増幅される。半
導体レーデ・アン7°・アレイの2つの出力は光導波路
によりそれぞれIX4光スイッチ4b、4cに入射する
。1×4光スイツチ4bは、光メモリである双安定半導
体レーザアレイ 5bへの書込みスイッチとして働き、
4タイム・スロットの伝送信号をビット毎に双安定半導
体レーザ・アレイに記憶させる。4X1光スイツチ4d
は双安定半導体レーザ・アレイ5bに記憶された信号の
続出し元スイッチとして111Iき制御信号に応じ時分
割多重化信号のタイム・、スロットの入替えを行なって
合流させ光ファイバ10bに出力する。一方IX4元ス
イッチ4cK入射した光は、この光スィッチによりデマ
ルチプレクスされ4つの並列信号として0EIC5cに
出力される。
Next, the functions of this embodiment will be explained. optical fiber 10
Time division multiplexed signal (here multiplexed transmission pit-ray) consisting of 4 time slots transmitted by a 32 Mb/
s) is branched into two by the optical branch 4a, each of which enters the semiconductor laser amplifier array 5a and is amplified. The two outputs of the semiconductor radar antenna 7° array are incident on IX4 optical switches 4b and 4c, respectively, via optical waveguides. The 1×4 optical switch 4b functions as a write switch to the bistable semiconductor laser array 5b, which is an optical memory.
The transmission signal of four time slots is stored bit by bit in a bistable semiconductor laser array. 4x1 light switch 4d
serves as a source switch for the signals stored in the bistable semiconductor laser array 5b, and switches the times and slots of the time-division multiplexed signals in response to the 111I control signal, merges them, and outputs them to the optical fiber 10b. On the other hand, the light incident on the IX four-way switch 4cK is demultiplexed by this optical switch and output as four parallel signals to the 0EIC 5c.

0BIC5cは各情報光信号を受光、増幅するPINフ
ォトダイオード、i;’g’rアンプ及び、各信号のデ
ユーティ・サイクルを変換し整形する電子回路から成っ
ており情報光信号を適当な形式の電気信号として出力す
る。つま)、このデータ・ステーションは時分割多重化
された光信号を交換して伝送する機能とこのステージ盲
ンで必要な信号を電気信号として取り出すfs能を持っ
ている。このうちの時分割交換機能について更にタイム
チャートを用いて詳細に説明する 第5図は、第1図に示した実施例のうち時分割交換機能
につき説明するための図である。第5図は第1図のうち
IX4光スイッチ4b、双安定半導体レーザ壷アレイ5
b、4X1光スーfツナ4dの部分を抜き出したもので
、1x4光スイツチの人、出力光等波路を順に310,
341,342,343゜344、 双安定半導体レー
ザ拳アレイ5bのエレメ/トを340.350,360
,370.4 X 1元スイッチの入出力光導波路を順
に342,352,362゜372.380  と表わ
している。
The 0BIC5c consists of a PIN photodiode that receives and amplifies each information optical signal, an i;'g'r amplifier, and an electronic circuit that converts and shapes the duty cycle of each signal. Output as a signal. Finally, this data station has the function of exchanging and transmitting time-division multiplexed optical signals and the fs function of extracting necessary signals as electrical signals in this stage blind. FIG. 5, which further explains the time division exchange function in detail using a time chart, is a diagram for explaining the time division exchange function of the embodiment shown in FIG. 1. Figure 5 shows the IX4 optical switch 4b and the bistable semiconductor laser array 5 in Figure 1.
b. This is an extracted part of the 4X1 optical switch f tuner 4d.
341, 342, 343° 344, elements of bistable semiconductor laser fist array 5b 340, 350, 360
, 370.4 X The input and output optical waveguides of the one-way switch are expressed in order as 342, 352, 362°372.380.

第6図は第1図に示した実施例の動作の中で特に時分割
交換動作を説明するためのタイムチャートである。第5
図に示した光導波路310には時分割光信号100が導
かれている。第6図の光信号400は時分割光信号io
oの情報A、B、C,Dをそれぞれ1ビツトのNRZ信
号とした場合の具体例を示す。ここで信号0.1として
それぞれ第4図に示す光no、pt を必要とする。第
5図において双安定半導体レーザ340,350,36
0,370にはそれぞれ常時第4図に示す電流値ibの
電流が注入されている。
FIG. 6 is a time chart particularly for explaining the time division exchange operation among the operations of the embodiment shown in FIG. Fifth
A time-division optical signal 100 is guided to the optical waveguide 310 shown in the figure. The optical signal 400 in FIG. 6 is a time-division optical signal io
A specific example will be shown in which information A, B, C, and D of o are each made into 1-bit NRZ signals. Here, lights no and pt shown in FIG. 4 are required as signals 0.1, respectively. In FIG. 5, bistable semiconductor lasers 340, 350, 36
A current having a current value ib shown in FIG. 4 is constantly injected into the terminals 0 and 370, respectively.

第5図において双安定半導体レーザ340への時分割光
信号100の情報Aの書き込みは次のようにして行なわ
れる。すなわちまず時分割光信号100の第1のタイム
スロット内の第1の期間において双安定半導体レーザ3
40への注入電流iを第6図410に示す如く一度10
に減じた後に再びibに戻す。
In FIG. 5, information A of the time-division optical signal 100 is written into the bistable semiconductor laser 340 as follows. That is, first, in the first period in the first time slot of the time-division optical signal 100, the bistable semiconductor laser 3
The injection current i to 40 is once 10 as shown in FIG. 6 410.
After reducing it to ib, it returns to ib.

この結果双安定半導体レーザ340の出射光量Pout
は第6図440に示すように以前に光量P、を保持し1
00の第1のタイムスロット内の前記第1の期間に続く
第2の期間において光スィッチ46によって光導波路3
10を光導波路341に接続する。第6図420は、光
スィッチ320に前記の接続動作を行なわせるために光
スイツチ駆動回路321から光スィッチ320に供給さ
れる制御電圧を示す。この結果双安定半導体レーザ34
0の入射端には第6図430に示すように時分割光信号
400の第1のタイムスロットのみを制御電圧420に
よって抽出した光信号が得られる。これによって双安定
半導体レ−f 34017)出射光量440は、入射光
量430がPtである場合には、入射光パルス430の
前縁431においてP、にセットされ、入射光量430
が0である場合にはbを保持する。このようにして双安
定半導体レーザ340には時分割光信号100の情報A
が書き込まれる。同様にして光スィッチ46、双安定半
導体レーザ350,360,370への注入電流を制御
することによって時分割光信号iooの情報B。
As a result, the amount of light emitted from the bistable semiconductor laser 340 Pout
holds the light amount P, as shown in FIG. 6 440, and 1
In the second period following the first period in the first time slot of 00, the optical waveguide 3 is
10 is connected to the optical waveguide 341. FIG. 6 420 shows a control voltage supplied from the optical switch driving circuit 321 to the optical switch 320 in order to cause the optical switch 320 to perform the above connection operation. As a result, the bistable semiconductor laser 34
At the input end of 0, an optical signal is obtained by extracting only the first time slot of the time-division optical signal 400 using the control voltage 420, as shown in FIG. 6 430. As a result, when the incident light amount 430 is Pt, the output light amount 440 of the bistable semiconductor laser is set to P at the leading edge 431 of the incident light pulse 430, and the incident light amount 430
If is 0, b is retained. In this way, the bistable semiconductor laser 340 receives the information A of the time-division optical signal 100.
is written. Information B of the time-division optical signal ioo is obtained by controlling the currents injected into the optical switch 46 and the bistable semiconductor lasers 350, 360, and 370 in the same manner.

C,Dをそれぞれ双安定半導体レーザ350,360゜
370に書き込んで行く。このようにして双安定半導体
レーザ340に書き込まれた情報Aの時分割光信号19
0への読み出しは以下のようにして行なわれる。すなわ
ち時分割光信号190の例えば第4のタイムスロットに
おいて光スィッチ330によって光導波路342を光導
波路380に接続する。第6図450は光スィッチ33
0に前記の接続動作を行なわせるだめに光スィッチ4d
に供給される制御電圧この結果光導波路380には第6
図460に示すように双安定半導体レーザ340の出射
光440を制御電圧450によって抽出した光信号が得
られる。同様にして光導波路380には更に時分割光信
号190の第1.第2.第3のタイムスロットにおいて
それぞれ双安定半導体レーザ370 、360 、35
0に保持されていた情報り、C,Bが読み出される。こ
のようにして光導波路380に得られた時分割光信号1
90においては時分割光信号100の情報AとDおよび
BとCの交換が行なわれる。
C and D are written into bistable semiconductor lasers 350, 360° and 370, respectively. The time-division optical signal 19 of information A written in the bistable semiconductor laser 340 in this way
Reading to 0 is performed as follows. That is, the optical waveguide 342 is connected to the optical waveguide 380 by the optical switch 330 in, for example, the fourth time slot of the time-division optical signal 190. 450 in FIG. 6 is the optical switch 33
0 to perform the above-mentioned connection operation, the optical switch 4d
As a result, the optical waveguide 380 has a control voltage supplied to the sixth
As shown in FIG. 460, an optical signal is obtained by extracting the emitted light 440 of the bistable semiconductor laser 340 using the control voltage 450. Similarly, the optical waveguide 380 is further provided with the first signal of the time-division optical signal 190. Second. Bistable semiconductor lasers 370, 360, 35 respectively in the third time slot
The information held at 0, C and B, are read out. The time-division optical signal 1 obtained in the optical waveguide 380 in this way
At 90, information A and D and information B and C of the time-division optical signal 100 are exchanged.

このような時分割光交換機能については、昭和59年度
電気通信学会総合全国大会論文集分冊8、頁8−295
〜296に掲載の鈴木他による論文に詳細に述べられて
いる。本実施例は上述のような磯能を1つのSi単結晶
基板上に集積したもので光導波路、光スィッチをLiN
b0.、半導体レースアンプ、双安定半導体レーザ、0
BIOをAlGaAs 系多層構造とそれぞれに適した
材料で形成しているので非常に優れた特性が期待できる
。また基板として安価で特性の安定したSiを用いて匹
るため非常に安価なものとなる。
Regarding this type of time-division optical switching function, please refer to Proceedings of the 1981 Telecommunications Engineers of Japan Comprehensive National Conference, Volume 8, pp. 8-295.
It is described in detail in the paper by Suzuki et al. published in 296-296. In this example, the above-mentioned Isono is integrated on one Si single crystal substrate, and the optical waveguide and optical switch are made of LiN.
b0. , semiconductor race amplifier, bistable semiconductor laser, 0
Since the BIO is formed with an AlGaAs multilayer structure and materials suitable for each layer, very excellent characteristics can be expected. Furthermore, since Si is used as the substrate and has stable characteristics, it is very inexpensive.

次に本実施例の製作方法について説明する。説明の便の
ためLt Nboa層とAI(jaAs多層構造の境界
領域に於ける断面図(第2図)を用いて説明する。
Next, the manufacturing method of this embodiment will be explained. For convenience of explanation, the explanation will be made using a cross-sectional view (FIG. 2) at the boundary area between the LtNboa layer and the AI (jaAs) multilayer structure.

面方位(100)のSi単結晶基板1上に特願昭57−
136051 で提案されている気相エピタキシャル(
VPE法)によp MgA1.O,エピタキシャル膜を
形成する。すなわち反応ガスとしてMgCl、AI  
にf−ICIガスを反応させて生成したAlC1,、C
□iH,ガスを用い、キャリアガスとして凡を用い成長
温度950℃で次のような生成反応によりMgA I 
* Q 2を成長した。
Patent application 1987-
136051, the vapor phase epitaxial method (
p MgA1. O, form an epitaxial film. That is, MgCl, AI as a reaction gas
AlC1,,C produced by reacting f-ICI gas with
□MgA I was produced by the following production reaction at a growth temperature of 950°C using iH gas and ion as a carrier gas.
* I grew Q2.

MgC1a +2AIC1s +40(J−+41−L
 →MgAl−0−+4CO+8HC1 そめ後頁にMgOエピタキンヤル膜3を形成した後、マ
グネトロ/スパッタ法によp LiNb0. g4を形
成した。スパッタは圧力4パスカル、成長温度500〜
900℃の条件で行なった。通常の絶縁膜上へのスパッ
タでは単なる配向膜しか得られないがMgo/MgA 
l t 047’EJ t  上ヘノ成長ではスパッタ
時に単結晶膜が得られる。膜の成長方位は成長温度によ
り制御できここでは光スィッチの製作に有利なように成
長面がC軸に画直になるように選ん疋。
MgC1a +2AIC1s +40(J-+41-L
→MgAl-0-+4CO+8HC1 After forming the MgO epitaxial film 3 on the second page, pLiNb0. g4 was formed. Sputtering pressure is 4 Pascal and growth temperature is 500 ~
The test was carried out at 900°C. Sputtering on a normal insulating film only yields a simple alignment film, but Mgo/MgA
l t 047'EJ t In top-hole growth, a single crystal film is obtained during sputtering. The growth direction of the film can be controlled by the growth temperature, and here the growth plane was chosen to be perpendicular to the C-axis, which is advantageous for fabricating an optical switch.

第2図(a)は上述の工程を経たウェハの断面を示すも
のでるる。このように形成したL lNb05層4に通
常のTi拡散若しくはプロトンイオン交換により表面に
所望のパターンの導波路)−20を形成する。その後T
i21をエツチングマスクとしてO2雰囲気中でのAr
イオンビームエツチングによシAlGaAs多層構造を
形成すべき部分のLiNb0.を除去した。その際エツ
チングがMgO膜3若しくはMgAl、0.膜2中で止
まるようにエツチング時間を制御した。第2図(b)は
上述の工程迄経たウエノ・の断面を示すものである。次
にこのウエノ1に分子線エピタキシャルMBE法によp
  n−1−GaAsバッファ層30(〜1μm)、 
 n−AI(1,3Ga6.7Asクラッド層31(〜
2μm)、アンドープA1 g、IGa 6.gAs活
性層32 (〜0.2 tim ) 、  P −AI
 6,3Ga 6,7AS クラッド層33 (〜1 
μm ) 、  P十−〇aAsキャップ層34(〜0
.5μm)から成る通常のダブルへテロ構造を形成した
。ドーパントとしてはn型はSi 、P型はBeを用い
た。この除光のLiNbU、エツチングに用いたTiマ
スグがMBE成長の際にも選択成長のマスクとなるため
pHd造はMgAl 、 0.膜上にのみ成長する。そ
の後Tiマスクを除去することにより第2図(C)に示
したようなL I L’JbOs導波路と半導体レーザ
、双安定半導体レーザ等が形成可能な1)H構造が1つ
のSi基板上に形成されたウエノ1が得られる。尚、こ
こではL r NbO5成長法としてスパン法を用いた
がLi、O,Nb、0. V、0.混合溶液からの液相
エピタキシャル(LPE )法も用いることができる。
FIG. 2(a) shows a cross section of a wafer that has undergone the above-described steps. A waveguide (20) having a desired pattern is formed on the surface of the thus formed LlNb05 layer 4 by ordinary Ti diffusion or proton ion exchange. Then T
Ar in an O2 atmosphere using i21 as an etching mask
By ion beam etching, LiNb0. was removed. At that time, etching is performed on the MgO film 3 or MgAl, 0. The etching time was controlled so that it stopped in the film 2. FIG. 2(b) shows a cross section of the wafer that has undergone the above steps. Next, p is applied to this Ueno 1 by molecular beam epitaxial MBE method.
n-1-GaAs buffer layer 30 (~1 μm),
n-AI (1,3Ga6.7As cladding layer 31 (~
2 μm), undoped A1 g, IGa 6. gAs active layer 32 (~0.2 tim), P-AI
6,3Ga 6,7AS cladding layer 33 (~1
μm), P0-○aAs cap layer 34 (~0
.. A conventional double heterostructure consisting of 5 μm) was formed. As dopants, Si was used for n-type and Be was used for p-type. Since the LiNbU for light removal and the Ti mask used for etching serve as a mask for selective growth during MBE growth, the pHd structure is MgAl, 0. Grows only on membranes. After that, by removing the Ti mask, the 1) H structure that can form L I L' JbOs waveguides, semiconductor lasers, bistable semiconductor lasers, etc. as shown in Figure 2 (C) is formed on one Si substrate. A formed Ueno 1 is obtained. Here, the span method was used as the L r NbO5 growth method, but Li, O, Nb, 0. V, 0. Liquid phase epitaxial (LPE) methods from mixed solutions can also be used.

またAlGaAs多層構造の成長はLprv、有機金属
法(MOVPE)も用いることができるがMBE法が制
御性膜の均一性の点で優れている。
Further, Lprv and metal organic method (MOVPE) can also be used to grow the AlGaAs multilayer structure, but MBE method is superior in terms of uniformity of controllable film.

第2図(C)に示したウニ・・はMBE法の成長制御性
が非常に良好なことがらLiNb0.上の導波層20と
活性層32の高さを正確に合せることが可能である。従
って、雑誌ジャパニ・−ズ・ジャーナル・オメアプライ
ド・フィツクス(Japanese JournQlo
f Applied Physics)第22巻、19
83年、頁1.653−L655に掲載の浅耕(K、A
sakawa)  他の論文に示されているようなドラ
イエツチング装置により垂直なレーザ共振器面をLjN
bOs導波層20への対向面に形成すれば半導体レーザ
出力は高い効率で導波路に結合できる。ここで形成され
ているのは全く通常のl)H構造であるからこのウェハ
を用いて 特願昭58−142922でInGaA、s
P/InP系半導体を相半導体案されているような双安
定半導体レーザと同様な構造も製作できる。しかし、特
願昭58−142922で提案されているような複雑な
構造をとらなくても電流注入を不均一にする構造であれ
ば基本となるレーザ構造はP −GaAsキャップ層、
y 34 、 P−AI6.gGa 6,7Asクラッ
ド層33を共振器方向にストジイプ状のリブ構造に加工
した開ゆるリブガイド型レーザ構造のようなより学純な
構造でもよいことは言うまでもない。第1図に示しfc
実施ψ1中の0gIC5は通常P I Nフォトダイオ
ードとFETで構成する。従ってそれを製作するだめの
層・構造は半導体レーザ等とは異なる。
The sea urchin shown in FIG. 2(C) is LiNb0. It is possible to precisely match the heights of the upper waveguide layer 20 and the active layer 32. Therefore, the magazine Japan's Journal Ome applied fixes (Japanese JourQlo)
f Applied Physics) Volume 22, 19
Asakou (K, A) published in 1983, pp. 1.653-L655.
(sakawa) The vertical laser cavity surface was etched by a dry etching device as shown in another paper.
If it is formed on the surface facing the bOs waveguide layer 20, the semiconductor laser output can be coupled to the waveguide with high efficiency. What is formed here is a completely normal l)H structure, so using this wafer, InGaA, s
It is also possible to fabricate a structure similar to a bistable semiconductor laser in which a P/InP-based semiconductor is proposed as a phase semiconductor. However, if the structure allows non-uniform current injection without the complicated structure as proposed in Japanese Patent Application No. 58-142922, the basic laser structure is a P-GaAs cap layer,
y34, P-AI6. It goes without saying that a simpler structure such as an open rib guide type laser structure in which the gGa 6,7As cladding layer 33 is processed into a striped rib structure in the cavity direction may also be used. As shown in Figure 1, fc
The 0g IC5 in the implementation ψ1 is usually composed of a PIN photodiode and a FET. Therefore, the layers and structure used to manufacture it are different from those of semiconductor lasers and the like.

しかしtV81N法ではシャドウマスクによる選択成長
が可能なので、半導体レーザを形成するためのDH構造
とは別に電子回路用のAlGaAs多層構造を形成する
ことができる。第7図は雑誌エレクトaニクス・レター
ズ(Electroniss Levers )第19
巻、1983年、貞1031〜32に掲載のワダ(Q 
、 Wada )他によるンイ論文で述べられている通
常のGaAs基板を用いた際のPINフ、i)ダイオー
ドとFETの乗積化の例を示している。
However, since selective growth using a shadow mask is possible in the tV81N method, an AlGaAs multilayer structure for electronic circuits can be formed separately from a DH structure for forming a semiconductor laser. Figure 7 is from the magazine Electronics Letters, No. 19.
Volume, 1983, Wada (Q) published in Tei 1031-32
, Wada et al.) shows an example of multiplication of a diode and a FET when using a normal GaAs substrate, as described in the paper.

半絶縁性(S f ) GaAs基板50上にn+−G
aAsコンタクト層51、n −GaAs光吸収層52
1アンツレ−ジョン用高抵抗AlGaAs層53、アン
ドープGaAsバッファ層54、n −GaAs PE
’l’  チャネル層が形成されたウェノ・を用い、選
択的Zn拡散、エツチング電極形式等のプロセスにより
P拡散領域56、PETソース57、ゲート58、ドレ
イン59、フォトダイオードP、、n側電極60 、6
1 、  フォトダイオード、FET接続用電源62 
が形成さた構造となっている。この例ではFET’は1
つ形成されているだけであるが同様のプロセスにより多
数のFETを含んだ電子回路を形成することも可能であ
る。本発明のように絶縁物上に成長したAlGaAs多
層構造は第7図で示したような半絶縁性基板上に成長し
た多層構造と全く同様な効果を持ってお、90EICの
製作に適している。
n+-G on a semi-insulating (S f ) GaAs substrate 50
aAs contact layer 51, n-GaAs light absorption layer 52
High-resistance AlGaAs layer 53 for 1 ant region, undoped GaAs buffer layer 54, n-GaAs PE
Using a wafer in which an 'l' channel layer is formed, a P diffusion region 56, a PET source 57, a gate 58, a drain 59, a photodiode P, and an n-side electrode 60 are formed by processes such as selective Zn diffusion and etching electrode type. ,6
1. Power supply 62 for photodiode and FET connection
The structure is formed by In this example, FET' is 1
Although only one FET is formed, it is also possible to form an electronic circuit including a large number of FETs by a similar process. The AlGaAs multilayer structure grown on an insulator as in the present invention has exactly the same effect as the multilayer structure grown on a semi-insulating substrate as shown in FIG. 7, and is suitable for manufacturing 90EIC. .

本実施例ではSi基板上にMgO/fMgAl、 0.
膜を介して成長する材料としてLiNb0.及びAlG
aAs  を考えたが本発明がこれらの材料に限定され
るものではないことは言う迄もない。光導波路、光制御
素子用の材料としては 特願昭59717358に於て
提案されているようなペロプスカイト型結晶構造を持つ
誘電体やY、’Fe、0..のような磁性体もMgO,
八(gAI、0.膜を介することによりSi基板上に成
長可能であり利用できる。この際MgA1.0.膜の屈
折率が1.7程度、上述の誘電体の屈折率が2程度であ
るから、MgA1.0.膜を光学的なバッファ層上記、
各誘電体を光導波路層として先導波路を形成することも
できる。また本発明に用いる光導波路としては既に良く
仰られているSin、等をバッファ層とするガラス、有
機材料によ□・るものを用いてもよい。本実施例では半
導体材料はAlGaAs系を例にとり説明したが1 n
GaAs P/I n P系、Garb。
In this example, MgO/fMgAl, 0.0.
LiNb0. as a material that grows through the film. and AlG
Although aAs is considered, it goes without saying that the present invention is not limited to these materials. Materials for optical waveguides and light control elements include dielectrics with a perovskite crystal structure as proposed in Japanese Patent Application No. 5,971,7358, Y, 'Fe, 0. .. Magnetic materials such as MgO,
8 (gAI, 0.0. It can be grown and used on a Si substrate via a film. In this case, the refractive index of the MgA1.0. film is about 1.7, and the refractive index of the above-mentioned dielectric is about 2. From above, the MgA1.0. film is used as an optical buffer layer,
It is also possible to form a leading waveguide using each dielectric as an optical waveguide layer. Furthermore, as the optical waveguide used in the present invention, one made of glass or an organic material with a buffer layer made of, for example, Sin, which has already been well-mentioned, may be used. In this example, the semiconductor material is AlGaAs based as an example, but 1 n
GaAs P/I n P system, Garb.

AIGaInP系等の借の発光受光素子材料にも適用可
能なことは明らかである。本実施例では本発明による光
混成集積回路により実現すべき機能として時分割光信号
用データ・ステーションを考えたがこれに限定されるも
のではないことは言う迄もない。本発明による光混成集
積回路中に形成する機能素子としては実施例で示した半
導体レーザアンプのような活性導波型デバイス、光スィ
ッチ。
It is clear that the present invention can also be applied to other light-emitting/receiving element materials such as AIGaInP-based materials. In this embodiment, a data station for time-division optical signals is considered as a function to be realized by the optical hybrid integrated circuit according to the present invention, but it goes without saying that the present invention is not limited to this. Functional elements formed in the optical hybrid integrated circuit according to the present invention include active waveguide devices such as the semiconductor laser amplifier shown in the embodiments, and optical switches.

光変調器、光偏向器、入出力部の一部のみに元デバイス
を持ち他は電子デバイスという0EICの他、制御用等
のだめの純然たる電子デバイスも可能である。
In addition to the 0EIC, in which only part of the optical modulator, optical deflector, and input/output section has original devices, and the rest are electronic devices, it is also possible to use pure electronic devices for control purposes, etc.

第1図に示した実施例では光混成集積回路内及び外部と
の光信号の接続は総て基板に水平な方向で行なわれてい
る。しかし、多数の光混成集積回路間の光信号の送受を
考えると各光混成集積回路基板を層状に重ね各基板に垂
直に光信号の送受を行なう方式も考えられる。その場合
には光混成集積回路中に含まれる発光、受光素子の少く
とも一部は基板に垂直な方向に光を放射若しくは基板に
垂直に入射する光を受光するものである必要がある。こ
のような発光菓子としては雑誌「アイ・イー赤イー・イ
ー・ジャーナル・オプ・カンタム会エレクトo=クス(
IEEEJourncl of QuantumEle
ctronics )第QE−11巻、1975年、貞
449−451に掲載のアルフエlffフ(Zh 、 
I 、Al ferov )他による論文に於て述べら
れているようなグレーティング結合半導体レーザや、電
子通信学会技術報告第84巻輪文番号0QE84−9頁
1〜d に掲載の石用他による論文に示されているよう
な面発行レーザなどがありこれらの素子を利用すること
ができるが導波路中に形成したグレーティング・カプラ
、プリズムφカプラを用いる方が現状では実際的である
。受光素子についてはその構造よシ通常、基板に垂直な
方向の光を受光するのは全く問題なく ur能である。
In the embodiment shown in FIG. 1, all optical signal connections within and outside the optical hybrid integrated circuit are made in a direction parallel to the substrate. However, when considering transmission and reception of optical signals between a large number of optical hybrid integrated circuits, it is also possible to consider a method in which optical hybrid integrated circuit boards are stacked in layers and optical signals are transmitted and received perpendicularly to each board. In this case, at least some of the light emitting and light receiving elements included in the optical hybrid integrated circuit must emit light in a direction perpendicular to the substrate or receive light incident perpendicularly to the substrate. This kind of luminescent confectionery is published in the magazine ``I.E.A.J.
IEEE Journal of QuantumEle
ctronics) Volume QE-11, 1975, Zh.
The grating-coupled semiconductor laser as described in the paper by I, Alferov et al., and the paper by Ishiyuki et al. published in IEICE Technical Report, Vol. There are surface-emitting lasers as shown, and these elements can be used, but it is currently more practical to use a grating coupler or a prism φ coupler formed in a waveguide. Due to its structure, the light-receiving element is normally capable of receiving light in a direction perpendicular to the substrate without any problems.

(発明の効果) 以上詳細に説明したように本発明によれば実現すべき機
能に適した材料による機能素子を1つの基板上に集積化
することができ従って非常に多機能、高性能かつ安価な
光混成果槓回路が得られ種々の高度な光、電気の混在し
た処理装置の実現に寄与するところ大でるる。
(Effects of the Invention) As explained in detail above, according to the present invention, functional elements made of materials suitable for the functions to be realized can be integrated on one substrate, resulting in extremely multifunctionality, high performance, and low cost. This will greatly contribute to the realization of a variety of advanced optical and electrical processing devices by providing an optical hybrid output circuit.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明による元混成集積回路の一実施例を示、
す図、第2図は本発明による光混成集積回路の製作工程
を説明するための図、第3図、第4図、第7図は本発明
による光混成集遺回路に集積する機能素子を説明するた
めの図、第5図、第6図はM1図に示した実施例の動作
を説明するための図である。 図に於て1はSi基板、2,3は絶縁膜、4,40は誘
電体、5,30,31,32.33,34,50.51
゜52.53.54,55.56は半導体、4a tI
′i、jt分岐。 4b、4c、4L41,42.43は元スイッチ、5a
は47.48,310,341,351,361,37
1,342゜352.362,372,380は導波路
、340,350゜360 、370は双安定牛導体レ
ーザ、100,400゜411,410,420,43
0,431,440,450゜460.190は信号、
57,58,59,60,61.62は電極である。 第1図 5a:半導体レーザアンプアレイ 5b:双安定半導体レーザアレイ 5c:0EIC 10a、10b光フアイバ 第2図 (a) 第3図 第4 (a) ==;〉 out (d)
FIG. 1 shows an embodiment of a hybrid integrated circuit according to the present invention,
Figure 2 is a diagram for explaining the manufacturing process of the optical hybrid integrated circuit according to the present invention, and Figures 3, 4, and 7 are diagrams showing the functional elements to be integrated into the optical hybrid integrated circuit according to the present invention. 5 and 6 are diagrams for explaining the operation of the embodiment shown in FIG. M1. In the figure, 1 is a Si substrate, 2 and 3 are insulating films, 4 and 40 are dielectric materials, and 5, 30, 31, 32.33, 34, 50.51
゜52.53.54, 55.56 are semiconductors, 4a tI
′i, jt branch. 4b, 4c, 4L41, 42.43 are original switches, 5a
is 47.48,310,341,351,361,37
1,342°352.362,372,380 are waveguides, 340,350°360, 370 are bistable cow conductor lasers, 100,400°411,410,420,43
0,431,440,450°460.190 is a signal,
57, 58, 59, 60, 61.62 are electrodes. Figure 1 5a: Semiconductor laser amplifier array 5b: Bistable semiconductor laser array 5c: 0EIC 10a, 10b optical fibers Figure 2 (a) Figure 3 4 (a) ==;〉 out (d)

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)Si単結晶基板上に、MgAl_2O_4エピタ
キシャル膜若しくはMgAl_2O_4エピタキシャル
膜上のNgOエピタキシャル膜を介して部分的に形成さ
れた化合物半導体多層エピタキシャル構造及び誘電体層
を有し、前記エピタキシャル構造、前記誘電体層中に形
成された信号の複数の入出力の少なくとも1つを光信号
で行なう複数の光電子機能素子と前記光電子機能素子間
の光入出力間の接続を行なうための前記Si単結晶基板
上に形成された複数の光導波路から成ることを特徴とす
る光混成集積回路。
(1) A compound semiconductor multilayer epitaxial structure and a dielectric layer partially formed on a Si single crystal substrate via an MgAl_2O_4 epitaxial film or an NgO epitaxial film on the MgAl_2O_4 epitaxial film, the epitaxial structure, the dielectric layer a plurality of optoelectronic functional elements that perform at least one of the plurality of inputs and outputs of signals formed in the body layer as an optical signal, and the Si single crystal substrate for connecting optical inputs and outputs between the optoelectronic functional elements; An optical hybrid integrated circuit comprising a plurality of optical waveguides formed in.
(2)光信号を基板に垂直に取り出す手段及び基板に垂
直に入射する信号光を受光する手段を設えたことを特徴
とする特許請求の範囲第1項記載の光混成集積回路。
(2) The optical hybrid integrated circuit according to claim 1, further comprising means for extracting an optical signal perpendicularly to the substrate and means for receiving signal light incident perpendicularly to the substrate.
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