JPS61270726A - 導波型光ゲ−トスイツチ - Google Patents
導波型光ゲ−トスイツチInfo
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- JPS61270726A JPS61270726A JP60112279A JP11227985A JPS61270726A JP S61270726 A JPS61270726 A JP S61270726A JP 60112279 A JP60112279 A JP 60112279A JP 11227985 A JP11227985 A JP 11227985A JP S61270726 A JPS61270726 A JP S61270726A
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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- 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
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- G02F1/01708—Structures with periodic or quasi periodic potential variation, e.g. superlattices, quantum wells in an optical wavequide structure
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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】
〔産業上の利用分野〕
本発明は光伝送路における光信号の開閉を行う光ゲート
スイッチに関するものである。
スイッチに関するものである。
近年の光通信システムの発展に伴ない、従来にない新し
い機能やサービスを提供するシステムが考えられている
。その様なシステムで必要とされるデバイスとして、超
高速切換が可能、低電圧動作、小型で集積化が容易とい
ったより高性能な光スィッチが挙げられる。従来の光ス
ィッチとしてはプリズム、レンズ若しくは先任送路自体
を移動させるいわゆる機械式のものが広く用いられてい
るが、スイッチング速度の高速性、動作の信頼性。
い機能やサービスを提供するシステムが考えられている
。その様なシステムで必要とされるデバイスとして、超
高速切換が可能、低電圧動作、小型で集積化が容易とい
ったより高性能な光スィッチが挙げられる。従来の光ス
ィッチとしてはプリズム、レンズ若しくは先任送路自体
を移動させるいわゆる機械式のものが広く用いられてい
るが、スイッチング速度の高速性、動作の信頼性。
他の光素子との集積化等の事を考えると、今後は半導体
を用いた光スィッチが主流になると考えられる。半導体
光スィッチを大別すると、その制御手段により電界効果
型と電流注入型に分けられる。
を用いた光スィッチが主流になると考えられる。半導体
光スィッチを大別すると、その制御手段により電界効果
型と電流注入型に分けられる。
電界効果型としては。
（１）電界による光の吸収端の変化を利用したフランツ
・ケルディツシュ効果を用いたもの（２）電気光学効果
による屈折率変化を利用した方向性結合器 などがあり、電流注入型としては、 （３）電流注入による利得を利用した半導体装置ザスイ
ッチ （４）吸収を利用した自由キャリア吸収を使ったもの （５）屈折率変化を利用したフリーキャリア・プラズマ
効果を用いたもの などがある。（３）〜（５）の電流注入型の半導体光ス
ィッチはそのスイッチング速度がキャリアの寿命によっ
て決まるために、数ＧＨ２以上の超高速動作を実現する
のは困難である。（１）。
・ケルディツシュ効果を用いたもの（２）電気光学効果
による屈折率変化を利用した方向性結合器 などがあり、電流注入型としては、 （３）電流注入による利得を利用した半導体装置ザスイ
ッチ （４）吸収を利用した自由キャリア吸収を使ったもの （５）屈折率変化を利用したフリーキャリア・プラズマ
効果を用いたもの などがある。（３）〜（５）の電流注入型の半導体光ス
ィッチはそのスイッチング速度がキャリアの寿命によっ
て決まるために、数ＧＨ２以上の超高速動作を実現する
のは困難である。（１）。
（２）の電界効果型のものは、そのスイッチング速度は
スイッチの素子容量によって決まってくるために数ＧＨ
ｚ以上の超高速動作は期待できるものの、実際にスイッ
チングを行うための動作電圧が高いといった欠点がある
。特に方向性結合器の場合は素子長も数ｍｍと比較的大
きく、低電圧、小型集積化等の事を同時に実現するのは
困難である。
スイッチの素子容量によって決まってくるために数ＧＨ
ｚ以上の超高速動作は期待できるものの、実際にスイッ
チングを行うための動作電圧が高いといった欠点がある
。特に方向性結合器の場合は素子長も数ｍｍと比較的大
きく、低電圧、小型集積化等の事を同時に実現するのは
困難である。
（１）のフランツ・ケルディツシュ効果を利用したもの
は方向性結合器に比べ素子長が１ｆｆＩＩｆｆ１前後と
小さく、また光の吸収を利用したゲート型スイッチであ
るために、低電圧化の可能性があり、スイッチの性能と
しては優れている。
は方向性結合器に比べ素子長が１ｆｆＩＩｆｆ１前後と
小さく、また光の吸収を利用したゲート型スイッチであ
るために、低電圧化の可能性があり、スイッチの性能と
しては優れている。
フランツ・ケルディツシュ効果というのは、電界印加に
よりそれに応じて基礎吸収端が長波長側へ遷移するとい
う効果である。スイッチの導波層（ここで導波層とは光
が伝搬する半導体層のことである）のバンドギャップ波
長λｇを光源の波長λよりも少し短めにとっておくと、
電界が加わらない時はλがλｇよりも長いために光の吸
収は起こらないが、電界が加わり基礎吸収端が長波長側
へ遷移しλ以上になるとそれに応じた光の吸収が起こる
。この効果を利用すると電界によって光の吸収を制御す
るゲートスイッチを製作することができる。以下、フラ
ンツ・ケルディツシュ効果を用いた従来の導波型の光ゲ
ートスイッチについて説明する。
よりそれに応じて基礎吸収端が長波長側へ遷移するとい
う効果である。スイッチの導波層（ここで導波層とは光
が伝搬する半導体層のことである）のバンドギャップ波
長λｇを光源の波長λよりも少し短めにとっておくと、
電界が加わらない時はλがλｇよりも長いために光の吸
収は起こらないが、電界が加わり基礎吸収端が長波長側
へ遷移しλ以上になるとそれに応じた光の吸収が起こる
。この効果を利用すると電界によって光の吸収を制御す
るゲートスイッチを製作することができる。以下、フラ
ンツ・ケルディツシュ効果を用いた従来の導波型の光ゲ
ートスイッチについて説明する。
第３図にＩｎＰ系の材料を用いた場合のフランツ・ケル
ディツシュ効果を用いた導波型光ゲートスイッチの斜視
図を示す。ｎ”−ＩｎＰ基板１１の上にＩｎＰよりも屈
折率の高い単層のｎ−−ＩｎＧａＡｓＰ導波層１２、さ
らにその上にｎ−−Ｉｎ２層１３が第３図の様に積層さ
れ、ｒｒ −ｒ ｎ Ｐ層１３の中にｐ゛−ＩｎＰ１４
が逆バイアス電界を導波層１２に有効に印加させるよう
に拡散されている。
ディツシュ効果を用いた導波型光ゲートスイッチの斜視
図を示す。ｎ”−ＩｎＰ基板１１の上にＩｎＰよりも屈
折率の高い単層のｎ−−ＩｎＧａＡｓＰ導波層１２、さ
らにその上にｎ−−Ｉｎ２層１３が第３図の様に積層さ
れ、ｒｒ −ｒ ｎ Ｐ層１３の中にｐ゛−ＩｎＰ１４
が逆バイアス電界を導波層１２に有効に印加させるよう
に拡散されている。
また電極１５．電極１６は逆バイアス印加用の電極であ
る。ｐ＋側の電極１５はストライブ状であり、その両側
のＩｎ２層１３は第３図に示すように途中までエツチン
グされ導波層１２がリブ型の３次元導波路を形成する構
造となっている。入射光１７は導波型光ゲートスイッチ
の導波層１２に入射される。この場合、ｎ−−ＩｎＧａ
ＡｓＰ導波層１２のバンドギャップ波長λｇは光源の波
長λよりも少し短かめの組成にされているので、電界が
印加されてない時は入射光１７は導波層１２内で吸収を
受けずにそのまま出射光１８として出力される。しかし
、一旦導波層１２に電界が印加されると、ｎ−−ＩｎＧ
ａＡｓＰ導波層１２の基礎吸収端は長波長側へ遷移し、
波長λの光は導波層１２内で吸収を受ける結果、出力光
１８を取り出すことはできない。この様にして導波型光
ゲートスイッチが得られる。
る。ｐ＋側の電極１５はストライブ状であり、その両側
のＩｎ２層１３は第３図に示すように途中までエツチン
グされ導波層１２がリブ型の３次元導波路を形成する構
造となっている。入射光１７は導波型光ゲートスイッチ
の導波層１２に入射される。この場合、ｎ−−ＩｎＧａ
ＡｓＰ導波層１２のバンドギャップ波長λｇは光源の波
長λよりも少し短かめの組成にされているので、電界が
印加されてない時は入射光１７は導波層１２内で吸収を
受けずにそのまま出射光１８として出力される。しかし
、一旦導波層１２に電界が印加されると、ｎ−−ＩｎＧ
ａＡｓＰ導波層１２の基礎吸収端は長波長側へ遷移し、
波長λの光は導波層１２内で吸収を受ける結果、出力光
１８を取り出すことはできない。この様にして導波型光
ゲートスイッチが得られる。
このようなフランツ・ケルディツシュ効果を利用した従
来の単層構造の導波型ゲートスイッチについて第４図を
用いて、スイッチング電圧又は電界、バンドギャップ波
長及び光源波長、消光比。
来の単層構造の導波型ゲートスイッチについて第４図を
用いて、スイッチング電圧又は電界、バンドギャップ波
長及び光源波長、消光比。
素子長などに関して定量的に述べる。第４図は「アプラ
イド・フィジクス・レターズ（Ａｐｐｌ。
イド・フィジクス・レターズ（Ａｐｐｌ。
Ｐｈｙｓ、 Ｌｅｔｔ、 ３４（１９７９）７４４）Ｊ
に記載されているものを引用したのものであり、電界に
よる吸収係数の変化を横軸を波長にして示したものであ
る。この場合、ＩｎＧａＡｓＰのフランツ・ケルディツ
シュ効果について説明する。第４図中の実線は、ＩｎＧ
ａＡＳＰに加わる電界Ｅがゼロの場合と５Ｘ１０’Ｖ／
ａｍの場合における波長と吸収係数の関係を示してる。
に記載されているものを引用したのものであり、電界に
よる吸収係数の変化を横軸を波長にして示したものであ
る。この場合、ＩｎＧａＡｓＰのフランツ・ケルディツ
シュ効果について説明する。第４図中の実線は、ＩｎＧ
ａＡＳＰに加わる電界Ｅがゼロの場合と５Ｘ１０’Ｖ／
ａｍの場合における波長と吸収係数の関係を示してる。
ここではＩｎＧａＡｓＰのバンドギャップ波長λｇ＝１
．２０μｍとしている。
．２０μｍとしている。
従来の単層構造の場合、λｇ ＝１．２０μｍとなる組
成で導波層を製作しても基礎吸収端の形状は１゜２０μ
ｍのところできれいには切れず、長波長側へ大きく裾（
テイル）をひいてしまうために、第４に示す様にＥ＝Ｏ
Ｖ／ｃｍの場合においてもλ＝１゜２８μｍ以下の波長
の光はそれに応じた吸収を受ける。従ってＥ”ＯＶ／ｃ
ｍｌごおいて光源の光が吸収を受けない様にするには、
ＩｎＧａＡｓＰのバンドギャップ波長λｇと入射光の波
長λは０．０８μｍ〜０．１μｍ程度広く離さなければ
ならない。ここでバンドギャップ波長λｇ＝１．２０μ
ｍ、入射光の波長λ＝１．２９μｍの場合について述べ
る。層厚１μｍの導波層に電界を印加すると、第４図よ
り５■で５０ｃ＋ｎ−’の吸収係数が得られることがわ
かる。
成で導波層を製作しても基礎吸収端の形状は１゜２０μ
ｍのところできれいには切れず、長波長側へ大きく裾（
テイル）をひいてしまうために、第４に示す様にＥ＝Ｏ
Ｖ／ｃｍの場合においてもλ＝１゜２８μｍ以下の波長
の光はそれに応じた吸収を受ける。従ってＥ”ＯＶ／ｃ
ｍｌごおいて光源の光が吸収を受けない様にするには、
ＩｎＧａＡｓＰのバンドギャップ波長λｇと入射光の波
長λは０．０８μｍ〜０．１μｍ程度広く離さなければ
ならない。ここでバンドギャップ波長λｇ＝１．２０μ
ｍ、入射光の波長λ＝１．２９μｍの場合について述べ
る。層厚１μｍの導波層に電界を印加すると、第４図よ
り５■で５０ｃ＋ｎ−’の吸収係数が得られることがわ
かる。
ゲートスイッチとして必要な素子長を１ｍｍ以下。
消光比を２０ｄＢ以上とすると、その時の吸収係数は４
６ｃｍ−’以上が必要となってくる。従って従来の単層
構造の場合、フランツ・ケルディツシュ効果を利用して
素子長ｌ１１１ｍ以下、消光比２０ｄＢ以上の導波型光
ゲートスイッチを得ようとすると、スイッチング電圧は
５■以上が必要である。
６ｃｍ−’以上が必要となってくる。従って従来の単層
構造の場合、フランツ・ケルディツシュ効果を利用して
素子長ｌ１１１ｍ以下、消光比２０ｄＢ以上の導波型光
ゲートスイッチを得ようとすると、スイッチング電圧は
５■以上が必要である。
また、この場合のスイッチング速度について考える。フ
ランツ・ケルディツシュ効果を利用した導波型光ゲート
スイッチを含む電界による効果を利用したスイッチにお
いてはスイッチング速度はスイッチの素子容量によって
決まってくるため、素子長１ ｍｍ 、電界が印加され
る厚み１μｍ１幅５μｍとすると１２ＧＨｚの変調が可
能ということになる。その様な可能性はあるものの、実
際にＬＯＧＨｚ以上の超高速変調を行うためにはその超
高速の駆動回路が必要であり、そのためのスイッチング
電圧は２■以下が必要となってくる。前述した様に、従
来の単層構造の結晶においては基礎吸収端の裾びきのた
めにバンドギャップ波長λｇと光源の波長λを近づける
ことはできず、従って所望の一吸収係数を得る為の電圧
は高く、２■以下に下げることは困難であった。
ランツ・ケルディツシュ効果を利用した導波型光ゲート
スイッチを含む電界による効果を利用したスイッチにお
いてはスイッチング速度はスイッチの素子容量によって
決まってくるため、素子長１ ｍｍ 、電界が印加され
る厚み１μｍ１幅５μｍとすると１２ＧＨｚの変調が可
能ということになる。その様な可能性はあるものの、実
際にＬＯＧＨｚ以上の超高速変調を行うためにはその超
高速の駆動回路が必要であり、そのためのスイッチング
電圧は２■以下が必要となってくる。前述した様に、従
来の単層構造の結晶においては基礎吸収端の裾びきのた
めにバンドギャップ波長λｇと光源の波長λを近づける
ことはできず、従って所望の一吸収係数を得る為の電圧
は高く、２■以下に下げることは困難であった。
この様に従来の単層構造の結晶におけるフランツ・ケル
ディツシュ効果を利用した導波型光ゲートスイッチにお
いては超高速変調の可能性はあるものの、それに応じた
低電圧化が困難であったため、その可能性が十分に生か
されていなかった。
ディツシュ効果を利用した導波型光ゲートスイッチにお
いては超高速変調の可能性はあるものの、それに応じた
低電圧化が困難であったため、その可能性が十分に生か
されていなかった。
また、ここではＩｎＰ系の材料について説明したが、導
波層に電界を印加する手段を有していればＧａＡｓ系の
材料を用いても、また、構造も第３図以外の構造を考え
たとしても、はぼ同様な説明が成り立つ。
波層に電界を印加する手段を有していればＧａＡｓ系の
材料を用いても、また、構造も第３図以外の構造を考え
たとしても、はぼ同様な説明が成り立つ。
また、導波型の光ゲートスイッチではないが、印加電界
による光の吸収を利用したものに、文献［アプライド・
フィジクス・レターズ（Ａｐｐｌ、 Ｐｈｙｓ、Ｌｅｔ
ｔ、 ４４（１９８４）１６） Ｊに記載されているＧ
ａＡｓ／ＧａＡＪＡｓを用いた「ハイスピード・オプテ
ィカル・モジニレ−ジョン」というものがある。これは
５００Ａ以下の禁制帯幅の異なる半導体層を交互に積層
し多層構造を形成し、そこに電界を印加しその制御を行
なっているが、その多層構造のヘテロ界面と光の入射、
伝搬方向が垂直であり、導波構造を有していないため、
光の吸収が起こる領域が短く、基礎吸収端に非常に近い
ところではフランツ・ケルディツシュ効果よりも吸収の
大きいエキシトンの吸収を使っても十分な吸収は得られ
ていないためスイッチの性能としては不十分なものであ
る。また入射光が層方向に対し垂直であるために他素子
例えば導波型の半導体レーザとの集積化などに難があっ
た。
による光の吸収を利用したものに、文献［アプライド・
フィジクス・レターズ（Ａｐｐｌ、 Ｐｈｙｓ、Ｌｅｔ
ｔ、 ４４（１９８４）１６） Ｊに記載されているＧ
ａＡｓ／ＧａＡＪＡｓを用いた「ハイスピード・オプテ
ィカル・モジニレ−ジョン」というものがある。これは
５００Ａ以下の禁制帯幅の異なる半導体層を交互に積層
し多層構造を形成し、そこに電界を印加しその制御を行
なっているが、その多層構造のヘテロ界面と光の入射、
伝搬方向が垂直であり、導波構造を有していないため、
光の吸収が起こる領域が短く、基礎吸収端に非常に近い
ところではフランツ・ケルディツシュ効果よりも吸収の
大きいエキシトンの吸収を使っても十分な吸収は得られ
ていないためスイッチの性能としては不十分なものであ
る。また入射光が層方向に対し垂直であるために他素子
例えば導波型の半導体レーザとの集積化などに難があっ
た。
以上の様に従来は、低電圧動作で超高速変調が可能、し
かも高い消光比が得られ、集積化にも適するような光ゲ
ートスイッチは得られ゛ていなかった。
かも高い消光比が得られ、集積化にも適するような光ゲ
ートスイッチは得られ゛ていなかった。
本発明の目的は上述したような従来の印加電界によって
光の吸収を制御する光ゲートスイッチの欠点を除去し、
小型かつ集積化に適し、低電圧で動作し、超高埠変調が
可能な導波型光ゲートスイッチを提供することにある。
光の吸収を制御する光ゲートスイッチの欠点を除去し、
小型かつ集積化に適し、低電圧で動作し、超高埠変調が
可能な導波型光ゲートスイッチを提供することにある。
本発明の導波型光ゲートスイッチは、半導体の吸収損失
を印加電界によって制御する導波型光ゲートスイッチに
おいて、前記導波型光ゲートスイッチの光を吸収する部
分が半導体層と前記半導体層の禁制帯幅より大きい禁制
帯幅を有する半導体層とが交互に積層された多層構造を
有し、かつ前記多層構造のヘテロ界面が光の伝搬方向と
平行であり、光の伝搬方向と垂直な断面で前記多層構造
の平均屈折率より低い屈折率の半導体が前記多層構造を
両側からはさみ前記多層構造が導波構造を形成している
ことを特徴としている。
を印加電界によって制御する導波型光ゲートスイッチに
おいて、前記導波型光ゲートスイッチの光を吸収する部
分が半導体層と前記半導体層の禁制帯幅より大きい禁制
帯幅を有する半導体層とが交互に積層された多層構造を
有し、かつ前記多層構造のヘテロ界面が光の伝搬方向と
平行であり、光の伝搬方向と垂直な断面で前記多層構造
の平均屈折率より低い屈折率の半導体が前記多層構造を
両側からはさみ前記多層構造が導波構造を形成している
ことを特徴としている。
本発明は上述の構成をとることにより従来技術の問題点
を解決した。導波層を上述した多層構造（以下これを多
重量子井戸構造と呼ぶ）にした場合においても、その導
波層に電界を印加することにより基礎吸収端の長波長側
の吸収係数が増大してフランツ・ケルディツシュ効果が
みられる。また、電界印加がない場合は、多重量子井戸
構造による量子効果（エネルギー準位が量子化される）
のためにバンドギャップ波長付近での裾びきがなくなり
基礎吸収端が非常に急峻化される。従って、基礎吸収端
の裾びきのために、導波層のバンドギャップ波長λｇと
光源波長λを大きく離しておかねばならなかった従来の
光ゲートスイッチに比べ、導波層を多重量子井戸構造に
することにより、光源波長λを導波層のバンドギャップ
波長λｇの長波長近傍に設定することができ、小さな電
界変化により大きな吸収係数の変化を得ることができる
。
を解決した。導波層を上述した多層構造（以下これを多
重量子井戸構造と呼ぶ）にした場合においても、その導
波層に電界を印加することにより基礎吸収端の長波長側
の吸収係数が増大してフランツ・ケルディツシュ効果が
みられる。また、電界印加がない場合は、多重量子井戸
構造による量子効果（エネルギー準位が量子化される）
のためにバンドギャップ波長付近での裾びきがなくなり
基礎吸収端が非常に急峻化される。従って、基礎吸収端
の裾びきのために、導波層のバンドギャップ波長λｇと
光源波長λを大きく離しておかねばならなかった従来の
光ゲートスイッチに比べ、導波層を多重量子井戸構造に
することにより、光源波長λを導波層のバンドギャップ
波長λｇの長波長近傍に設定することができ、小さな電
界変化により大きな吸収係数の変化を得ることができる
。
この様に導波層を多重量子井戸構造にすることにより、
非常に低電圧で従って超高速変調も可能なフランツ・ケ
ルディツシュ効果を用いた導波型光ゲートスイッチが得
られる。
非常に低電圧で従って超高速変調も可能なフランツ・ケ
ルディツシュ効果を用いた導波型光ゲートスイッチが得
られる。
以下、本発明の実施例について図面を参照して詳細に説
明する。第１図は本発明の１つの実施例を示す図であり
、多重量子井戸構造におけるフランツ・ケルディツシュ
効果を用いた導波型光ゲートスイッチの斜視図を示す。
明する。第１図は本発明の１つの実施例を示す図であり
、多重量子井戸構造におけるフランツ・ケルディツシュ
効果を用いた導波型光ゲートスイッチの斜視図を示す。
尚、本実施例ではＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ系の半導体材
料を用いたちのにつき説明する。
料を用いたちのにつき説明する。
本実施例の導波型光ゲートスイッチは、次のようなプロ
セスで製作される。ｎ”−ＩｎＰ基板１の上に気相成長
等の方法により導波層となるべき多重量子井戸層２を積
層する。この多重量子井戸構造は、ｎ−−ＩｎＧａＡｓ
Ｐ量子井戸層と、この層の禁制帯幅より大きい禁制帯幅
を有する層厚２００人のｎ−−ＩｎＰ層、すなわち障壁
層とを２５ 。
セスで製作される。ｎ”−ＩｎＰ基板１の上に気相成長
等の方法により導波層となるべき多重量子井戸層２を積
層する。この多重量子井戸構造は、ｎ−−ＩｎＧａＡｓ
Ｐ量子井戸層と、この層の禁制帯幅より大きい禁制帯幅
を有する層厚２００人のｎ−−ＩｎＰ層、すなわち障壁
層とを２５ 。
周期交互に積層し多層構造とした。更に多重量子井戸層
の上にｎ−−ＩｎＰ層３を積層し、ｐ−ｎ接合を形成す
るために、ｎ−−ＩｎＰ層３の中で導波路となる部分の
上にｐ”−ＩｎＰ層４を亜鉛（Ｚｎ）の選択的拡散によ
り形成する。更に、ｐ＋−ＩｎＰ層４の上に金−亜鉛を
用いオーミック接触を形成し、ｐ側のストライブ電極５
を取りつけ、ストライブ電極５をマスクとしてストライ
ブ電極５の両側のＩｎＰ層３をエツチングによりＩｎＰ
層３の途中まで削除してリブ型導波路を形成する。
の上にｎ−−ＩｎＰ層３を積層し、ｐ−ｎ接合を形成す
るために、ｎ−−ＩｎＰ層３の中で導波路となる部分の
上にｐ”−ＩｎＰ層４を亜鉛（Ｚｎ）の選択的拡散によ
り形成する。更に、ｐ＋−ＩｎＰ層４の上に金−亜鉛を
用いオーミック接触を形成し、ｐ側のストライブ電極５
を取りつけ、ストライブ電極５をマスクとしてストライ
ブ電極５の両側のＩｎＰ層３をエツチングによりＩｎＰ
層３の途中まで削除してリブ型導波路を形成する。
その後、ｎ”−１ｎＰ基板１に金−錫を用いオーミック
接触を形成し、ｎ側電極６を取りつける。
接触を形成し、ｎ側電極６を取りつける。
なお、多重量子井戸層２をはさむｎ”−ＩｎＰ基板１お
よびｎ−−ＩｎＰ層３の各屈折率は、多重量子井戸層２
の平均屈折率より低くなるように選定する。ここで述べ
た製作プロセスはあくまでも一例であって、ｎ−−１ｎ
ＧａＡｓＰ量子井戸層。
よびｎ−−ＩｎＰ層３の各屈折率は、多重量子井戸層２
の平均屈折率より低くなるように選定する。ここで述べ
た製作プロセスはあくまでも一例であって、ｎ−−１ｎ
ＧａＡｓＰ量子井戸層。
量子−ＩｎＰ障壁層より成る多重量子井戸構造である導
波層２に電界が印加できる構造がとれればよく、特に製
作プロセスは限定されない。
波層２に電界が印加できる構造がとれればよく、特に製
作プロセスは限定されない。
以上のようにして製作され、かつ上述したような構造の
導波型光ゲートスイッチにおいて、多重量子井戸構造の
ヘテロ界面に平行に光を入射させる場合に、導波層２へ
の入射光７は電極５と電極６０間に逆バイアス電圧を加
えない時、即ち導波層２に電界が印加されていない場合
、層方向に対して垂直方向にはｎ−ＩｎＧａＡｓＰ、ｎ
−−ＩｎＰ多重量子井戸構造による導波層２の平均的な
屈折率と、その導波層２をはさむＩｎＰ基板１及びＩｎ
Ｐ層３の屈折率との差により、水平方向にはリブ型構造
による等価的な屈折率差のために閉じ込められ３次元的
に導波し出射光８として取り出される。
導波型光ゲートスイッチにおいて、多重量子井戸構造の
ヘテロ界面に平行に光を入射させる場合に、導波層２へ
の入射光７は電極５と電極６０間に逆バイアス電圧を加
えない時、即ち導波層２に電界が印加されていない場合
、層方向に対して垂直方向にはｎ−ＩｎＧａＡｓＰ、ｎ
−−ＩｎＰ多重量子井戸構造による導波層２の平均的な
屈折率と、その導波層２をはさむＩｎＰ基板１及びＩｎ
Ｐ層３の屈折率との差により、水平方向にはリブ型構造
による等価的な屈折率差のために閉じ込められ３次元的
に導波し出射光８として取り出される。
次に導波層２に電界が印加された場合を考える。
その場合入射光７は導波層２の中で印加された電界に応
じた吸収を受ける。導波層２は多重量子井戸構造をとっ
ているために導波層２の中のＩｎＧａＡｓＰの基礎吸収
端はＩｎＧａＡｓＰのバンドギャップ波長２ｇ付近で急
峻化されている。従って入射光７の波長λをＩｎＧａＡ
ｓＰのバンドギャップ波長λｇの長波長近傍に設定する
侍とができ、その結果小さな電界で大きな吸収が得られ
、フランツ・ケルディツシュ効果を用いた導波型光ゲー
トスイッチの低電圧化が図れる。
じた吸収を受ける。導波層２は多重量子井戸構造をとっ
ているために導波層２の中のＩｎＧａＡｓＰの基礎吸収
端はＩｎＧａＡｓＰのバンドギャップ波長２ｇ付近で急
峻化されている。従って入射光７の波長λをＩｎＧａＡ
ｓＰのバンドギャップ波長λｇの長波長近傍に設定する
侍とができ、その結果小さな電界で大きな吸収が得られ
、フランツ・ケルディツシュ効果を用いた導波型光ゲー
トスイッチの低電圧化が図れる。
更に多重量子井戸構造におけるフランツ・ケルディツシ
ュ効果を利用した導波型光ゲートスイッチについて、第
２図を用いて、スイッチング電圧又は電界、バンドギャ
ップ波長及び光源波長、消光比、素子長などに関して定
量的に述べる。従来例と同様に材料はＩｎＧａＡｓＰを
例にとってその多重量子井戸構造におけるフランツ・ケ
ルディツシュ効果について説明する。第２図において横
軸は波長、縦軸は吸収係数を示している。また第２図中
の実線はＩｎＧａＡｓＰに加わる電界がゼロの場合と２
ｘｔｏ’Ｖ／ｃｍの場合にふける波長と吸収係数の関係
を示している。ここではＩｎＧａＡｓＰのバンドギャッ
プ波長λｇ＝１．２０μｍとしている。第２図のＥ＝Ｏ
Ｖ／ｃｍの実線で示されている様に、多重量子井戸構造
にした場合、基礎吸収端の形状はλｇのところで非常に
急峻な形となっている。従って従来の導波型光ゲートス
イッチに比べ光源波長λをλｇに非常に近づけることが
できる。そのためここではλｇ＝１．２０μｍ、入射光
の波長λ＝１．２４μｍとした場合について述べる。
ュ効果を利用した導波型光ゲートスイッチについて、第
２図を用いて、スイッチング電圧又は電界、バンドギャ
ップ波長及び光源波長、消光比、素子長などに関して定
量的に述べる。従来例と同様に材料はＩｎＧａＡｓＰを
例にとってその多重量子井戸構造におけるフランツ・ケ
ルディツシュ効果について説明する。第２図において横
軸は波長、縦軸は吸収係数を示している。また第２図中
の実線はＩｎＧａＡｓＰに加わる電界がゼロの場合と２
ｘｔｏ’Ｖ／ｃｍの場合にふける波長と吸収係数の関係
を示している。ここではＩｎＧａＡｓＰのバンドギャッ
プ波長λｇ＝１．２０μｍとしている。第２図のＥ＝Ｏ
Ｖ／ｃｍの実線で示されている様に、多重量子井戸構造
にした場合、基礎吸収端の形状はλｇのところで非常に
急峻な形となっている。従って従来の導波型光ゲートス
イッチに比べ光源波長λをλｇに非常に近づけることが
できる。そのためここではλｇ＝１．２０μｍ、入射光
の波長λ＝１．２４μｍとした場合について述べる。
多重量子井戸構造による導波層の厚み１μｍのところに
電界を印加すると第２図より２■で５０ｃｍ−’の吸収
係数が得られることがわかる。従来例の場合と同様にゲ
ートスイッチとして必要な素子長を１ｍｍ以下、消光比
２０ｄＢ以上とすると、その時の吸収係数は４６ｃｍ−
’以上が必要である。従って導波層を多重量子井戸構造
にした場合には、７ランツ・ケルディツシュ効果を利用
して、素子長１ｍｍ以下、消光比２０ｄＢ以上の導波型
光ゲートスイッチのスイッチング電圧は２■でよいこと
になる。この程度のスイッチング電圧であれば実際の駆
動回路の問題を含め１０ＧＨｚ以上の超高速変調を行う
ことができ、超高速で低電圧の導波型光ゲートスイッチ
が得られる。また、スイッチング速度の問題は従来例で
説明した様に導波型光ゲートスイッチの素子としては１
０ＧＨｚ以上の超高速変調の可能性をもっていることは
特に言うまでもない。
電界を印加すると第２図より２■で５０ｃｍ−’の吸収
係数が得られることがわかる。従来例の場合と同様にゲ
ートスイッチとして必要な素子長を１ｍｍ以下、消光比
２０ｄＢ以上とすると、その時の吸収係数は４６ｃｍ−
’以上が必要である。従って導波層を多重量子井戸構造
にした場合には、７ランツ・ケルディツシュ効果を利用
して、素子長１ｍｍ以下、消光比２０ｄＢ以上の導波型
光ゲートスイッチのスイッチング電圧は２■でよいこと
になる。この程度のスイッチング電圧であれば実際の駆
動回路の問題を含め１０ＧＨｚ以上の超高速変調を行う
ことができ、超高速で低電圧の導波型光ゲートスイッチ
が得られる。また、スイッチング速度の問題は従来例で
説明した様に導波型光ゲートスイッチの素子としては１
０ＧＨｚ以上の超高速変調の可能性をもっていることは
特に言うまでもない。
また、ここではＩｎＧａＡｓＰのバンドギャップ波長を
λｇ＝１．２０μｍ、入射光の波長をλ＝１゜２４μｍ
としたが、これはあくまでも−例である。
λｇ＝１．２０μｍ、入射光の波長をλ＝１゜２４μｍ
としたが、これはあくまでも−例である。
入射光の波長λをそのλのゆらぎ等でλがλｇ以下にな
ることのない範囲内でλｇにもっと近づければ、更に低
電圧化、高消光比化が図れることは第２図より明らかで
ある。また、導波路形状に関しても特に実施例に限定さ
れるものではなく、導波層に有効に電界が印加でき光が
３次元的に導波する構造であればよい。また、多重量子
井戸構造における各層厚についても、実施例では量子井
戸層２００人、障壁層２００人としたが、これも特に規
定はなく量子井戸層が５００Å以下であり、基礎吸収端
の急峻化といった量子効果が現れる層厚であればよい。
ることのない範囲内でλｇにもっと近づければ、更に低
電圧化、高消光比化が図れることは第２図より明らかで
ある。また、導波路形状に関しても特に実施例に限定さ
れるものではなく、導波層に有効に電界が印加でき光が
３次元的に導波する構造であればよい。また、多重量子
井戸構造における各層厚についても、実施例では量子井
戸層２００人、障壁層２００人としたが、これも特に規
定はなく量子井戸層が５００Å以下であり、基礎吸収端
の急峻化といった量子効果が現れる層厚であればよい。
更に、量子井戸層と障壁層の周期に関しても、実施例に
限定するものではない。また、半導体材料に関してもＩ
ｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ系の材料のみならずＧａＡＳ／Ａ
Ｉ！ＧａＡＳ系の材料などを用いてもよい。
限定するものではない。また、半導体材料に関してもＩ
ｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ系の材料のみならずＧａＡＳ／Ａ
Ｉ！ＧａＡＳ系の材料などを用いてもよい。
以上詳細に説明したように本発明によれば、従来の単層
構造におけるフランツ・ケルディツシュ効果を用いた導
波型光ゲートスイッチに比べ低電圧化（今まで５■程度
で動作していたものが２Ｖ以下で動作する）が可能とな
り、それに伴って超高速変調が可能な導波型光ゲートス
イッチを得ることができ、将来の光機能素子、光回路、
又はそれらを集積化、システム化した光通信及び光情報
処理シテスム等の実現に寄与するところ大である。
構造におけるフランツ・ケルディツシュ効果を用いた導
波型光ゲートスイッチに比べ低電圧化（今まで５■程度
で動作していたものが２Ｖ以下で動作する）が可能とな
り、それに伴って超高速変調が可能な導波型光ゲートス
イッチを得ることができ、将来の光機能素子、光回路、
又はそれらを集積化、システム化した光通信及び光情報
処理シテスム等の実現に寄与するところ大である。
第１図は本発明による導波型光ゲートスイッチの一実施
例を説明するための図、 第２図は第１図の導波型光ゲートスイッチにおける入射
光波長λとその吸収係数の関係を導波層にかかる電界が
Ｅ＝ＯＶ／ｃｍとＥ＝２Ｘ１０’Ｖ／ｃｍの場合につい
て示す図、 第３図は従来のバルクにおけるフランツ・ケルディツシ
ュ効果を用いた導波型光ゲートスイッチを説明するため
の図、 第４図は第３図のバルクの導波型光ゲートスイッチにお
ける入射光波長λとその吸収係数の関係を導波層にかか
る電界がＥ＝ＯＶ／ａｍとＥ＝５×１０’Ｖ／ｃｍの場
合について示す図である。 １ 、１１−ｎ” −１ｎ Ｐ基板 ２・−・ｒｖ−ＩｎＧａＡｓＰ、ｎ−−ＩｎＰの多重量
子井戸層 ３ 、１３−−・ｎ−−Ｉ ｎ Ｐ屑 ４ 、１ｔ・・ｐ” −Ｉ ｎ Ｐ４ ５、６．１５．１６・・・電極 ７．１７・・・入射光 ８．１８・・・出射光 １２・ｎ−−Ｉ ｎＧ ａ Ａ ｓ Ｐ導波層代理人
弁理士 岩 佐 義 幸 第１図 第２図
例を説明するための図、 第２図は第１図の導波型光ゲートスイッチにおける入射
光波長λとその吸収係数の関係を導波層にかかる電界が
Ｅ＝ＯＶ／ｃｍとＥ＝２Ｘ１０’Ｖ／ｃｍの場合につい
て示す図、 第３図は従来のバルクにおけるフランツ・ケルディツシ
ュ効果を用いた導波型光ゲートスイッチを説明するため
の図、 第４図は第３図のバルクの導波型光ゲートスイッチにお
ける入射光波長λとその吸収係数の関係を導波層にかか
る電界がＥ＝ＯＶ／ａｍとＥ＝５×１０’Ｖ／ｃｍの場
合について示す図である。 １ 、１１−ｎ” −１ｎ Ｐ基板 ２・−・ｒｖ−ＩｎＧａＡｓＰ、ｎ−−ＩｎＰの多重量
子井戸層 ３ 、１３−−・ｎ−−Ｉ ｎ Ｐ屑 ４ 、１ｔ・・ｐ” −Ｉ ｎ Ｐ４ ５、６．１５．１６・・・電極 ７．１７・・・入射光 ８．１８・・・出射光 １２・ｎ−−Ｉ ｎＧ ａ Ａ ｓ Ｐ導波層代理人
弁理士 岩 佐 義 幸 第１図 第２図
Claims (1)
- （１）半導体の吸収損失を印加電界によって制御する導
波型光ゲートスイッチにおいて、前記導波型光ゲートス
イッチの光を吸収する部分が半導体層と前記半導体層の
禁制帯幅より大きい禁制帯幅を有する半導体層とが交互
に積層された多層構造を有し、かつ前記多層構造のヘテ
ロ界面が光の伝搬方向と平行であり、光の伝搬方向と垂
直な断面で前記多層構造の平均屈折率より低い屈折率の
半導体が前記多層構造を両側からはさみ前記多層構造が
導波構造を形成していることを特徴とする導波型光ゲー
トスイッチ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60112279A JPH0646272B2 (ja) | 1985-05-27 | 1985-05-27 | 導波型光ゲートスイッチ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60112279A JPH0646272B2 (ja) | 1985-05-27 | 1985-05-27 | 導波型光ゲートスイッチ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61270726A true JPS61270726A (ja) | 1986-12-01 |
| JPH0646272B2 JPH0646272B2 (ja) | 1994-06-15 |
Family
ID=14582719
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60112279A Expired - Lifetime JPH0646272B2 (ja) | 1985-05-27 | 1985-05-27 | 導波型光ゲートスイッチ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0646272B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01217416A (ja) * | 1988-02-26 | 1989-08-31 | Kokusai Denshin Denwa Co Ltd <Kdd> | 光変調素子 |
| JPH03501065A (ja) * | 1987-11-20 | 1991-03-07 | イギリス国 | 電気光学的導波路デバイス |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS56150724A (en) * | 1980-04-23 | 1981-11-21 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Optical frequency modulator |
| JPS6017717A (ja) * | 1983-07-12 | 1985-01-29 | Kokusai Denshin Denwa Co Ltd <Kdd> | 半導体光変調素子 |
-
1985
- 1985-05-27 JP JP60112279A patent/JPH0646272B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS56150724A (en) * | 1980-04-23 | 1981-11-21 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Optical frequency modulator |
| JPS6017717A (ja) * | 1983-07-12 | 1985-01-29 | Kokusai Denshin Denwa Co Ltd <Kdd> | 半導体光変調素子 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH03501065A (ja) * | 1987-11-20 | 1991-03-07 | イギリス国 | 電気光学的導波路デバイス |
| JPH01217416A (ja) * | 1988-02-26 | 1989-08-31 | Kokusai Denshin Denwa Co Ltd <Kdd> | 光変調素子 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0646272B2 (ja) | 1994-06-15 |
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