JPS6145230A - 光スイツチ - Google Patents

光スイツチ

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JPS6145230A
JPS6145230A JP16635684A JP16635684A JPS6145230A JP S6145230 A JPS6145230 A JP S6145230A JP 16635684 A JP16635684 A JP 16635684A JP 16635684 A JP16635684 A JP 16635684A JP S6145230 A JPS6145230 A JP S6145230A
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light
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optical
optical switch
carrier
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Hitoshi Nakamura
均 中村
Tadashi Fukuzawa
董 福沢
Koji Ishida
宏司 石田
Hiroyoshi Matsumura
宏善 松村
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Hitachi Ltd
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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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は光導波路が交叉する光分岐部の屈折率をキャリ
ア注入により変化せしめ、その結果生じる反射率の変化
によりスイッチングを行う反射型光スイッチに係わシ、
特に光分岐部を電流狭窄構造にすることにより消光比の
向上を図ることに関する。
〔発明の背景〕
従来のキャリア注入を利用した光スイッチは、Mika
mi et、 al、 、 @Waveguide o
pticalswitch in InGaAs/In
P  using free −carrier pl
asma dispprsion ’ (Electr
onicsLett、 、 VOl、 2G、 48.
15 th March 1984゜p228〜229
)K記載されているが、この構造忙おいては注入された
中ヤリアが広がるため屈折率を変化させる領域が広く、
また屈折率を変化させる領域と変化させない領域の境界
も広がるととkなる。その結果、スイッチング機能を発
揮させるためには多くの電流を注入する必要があシ、ま
た屈折率が変化した領域への光のしみ出しがあるため消
光比も良くない。またスイッチング機能や消光比を向上
させるためにキャリア注入領域を長くすると吸収損失が
増加したシ、大型になった)して実用上の支障をきたす
〔発明の目的〕
本発明の目的は、キャリア注入型光スイッチの構造を、
光分岐部に注入するキャリアが広がらないような狭窄構
造とすることによシ、消費電力。
消光比、挿入損失などのスイッチング特性が秀れた光ス
イ、ツチを提供することにある。
〔発明の概要〕
本発明者は、キャリア注入型光スイッチにおいてキャリ
ア注入部を狭窄構造とすることができるか否かについて
研究を行なった結果、正電極から光分岐部を経て負電極
に至る電流経路の少なくとも一ケ所に電流狭窄部を設け
るとと忙よシスイツチング特性が向上することを見出し
た。さらに狭窄効果を大きくする電流狭窄構造として、
■キャリア注入によル屈折率が変化する部分をその部分
を構成する物質よりバンドギャップが大きく、かつ屈折
率が小さい物質からなる基板およびガイド層で挾む、■
キャリア注入くよシ屈折率が変化する領域FC@する電
流経路内の領域の一部の導電型を、上記屈折率が変化す
る領域の導電型と異ならしめる、■上記ガイド層の一部
の導電型を屈折率が変化する領域の導電型と異ならしめ
る、ことが主要な要件として見出された。
第1図を用いて本発明をさらに説明する。屈折率がキャ
リア注入によって変化する領域を有する光導波層1を、
光導波層1を形成する材料よシバンドギャップが大きく
、屈折率が小さい材料で形成された基板11およびガイ
ド層2で挾んでいる。
第1図(a)は光導波層11C接する基板11の一部8
の導電型を光導波層lと異ならしめた場合を示し、第1
図(b)および(C)はガイド層2の一部である電流狭
窄領域3の導電型を先導波層lの導電型と異ならしめた
場合を示す。上記において基板11の表面く光導波層1
よりバンドギャップが大きく屈折率が小さい薄層を設け
てから光導波層lを形成してもよい。また実際の素子に
おいては、第1図(a)。
(b)および(C)の構造が組み合わされることもある
ここでキャリア注入屋反射光スイッチのスイッチング動
作を説明する。第2図はlX2Y凰反射光スイッチの上
面図を拡大し、光の通路を示した図である。キャリア注
入により屈折率が変化する部分25に入射口31よシ入
射した光が達するような構造になっている。いまキャリ
アが注入されず、したがって屈折率が変化しない時は入
射光の大部分は経路36を通って出射口i32より出射
し、出射口133からはもれた光が出射する。光分岐部
にキャリアが注入されると屈折率が変化する部分25の
屈折率は小さくなシ、したがって入射光はそこで反射し
て経路35を通シ、その大部分は出射口J133よシ出
射する。すなわち光の経路が出射口■から■にスイッチ
される。ここで出射光の光量ともれた光の比が消光比で
あり、これが本発明によシ大幅に向上される。
なお本発明においてキャリアを注入する電極の極性は用
いた材料や構造により逆になることがあることは当然で
ある。
以上の説明では第1図(a)および(b)に示すように
光導波層lと電流狭窄領域3は接しているが、実イド層
2の下部まで形成される必要はない。
本発明によシ注入キャリアの空間分布を急峻にすること
が可能となシ、屈折率が変化する領域も空間的に急峻に
限定される。その結果、光信号の反射層である屈折率の
変化する領域への光のしみ出しが減少して光信号の吸収
損失が減少し、またスイッチングの消光比も向上する。
さらに電流密度が大きくできるので注入電流が少なくて
も良好なスイッチング特性を示す光スイッチを構成する
ことができる。
〔発明の実施例〕
以下、本発明の詳細な説明する。
実施例1 第3図は第2図に示したIXZY型反射光反射光スイツ
チ岐部の拡大図で、第4図(b)は第4図(a)のa−
a’における断面図である。
まず第5図を用いて製作工程を説明する。基板11とし
てキャリア密度が2 X I O” cm−”のnfi
工nPを用いた。基板11の表面にZn拡散領域20を
形成するC第5図(a)参照)。次に第5図(b)に示
すようにLPE法により、InGJiASP層17゜I
nP層18およびInGaAsPICよるキャップ層1
9を順次成長させる。続いてIrlP層18およ、っ 
    ぴキャップ層19の一部にzn拡散を行ない電
流経路部21を形成した。次に第3図に示す光分岐路の
形状になるようにInGaAsP光導波層17゜InP
ガイド層18およびキャップ層19を硫酸系エツチング
液およびり/酸系エツチング液を用いてエッチした。続
いてA u −7,nを蒸着して電極13を設けた≠井
=te(ロ)参罷命。最後に基板11の背面にA u 
−Q e −N iを蒸着して電極22を形成して光ス
イッチを完成した。
このスイッチの入射口31に波長1.5μmの多モード
光を入射してスイッチング特性を測定した。
電圧を印加しない場合には出射口■32からの出力P鳳
と出射口[33からの出力P2の比(消光比)Pt/P
sは100/1であった。次に3Vを印加(電流20m
A)l、た場合のPt/Pりは1/28であった。この
結果は実用上充分なものである。
本素子の寸法は1 tm X O,5waで、X型導波
路の分岐角は10°、導波路の幅は15μmである。
本実施例ではn−工np基板ll上に7.n拡散を行っ
て電流狭窄を行なったが、この他酸素イオンまたはプロ
トンを打ち込んだ後アニーリングを行なって高抵抗層を
形成しても同様な光スイッチが得られた。
実施例2 第6図に示すX型2X2反射光スイッチの実施例を説明
する。
第6図(a)は上面図、第6図[有])は第6図(a)
のa−a’における断面図、第6図(C)は第6図(a
)のb−b’における断面図である。
半絶縁性Ink(バンドギャップ:1.35eV。
屈折率: 3.2 (波長1.5μmにて))を基板3
9に用いた。基板39上に光導波路32.正電極33お
よび負電極34が構成されている。光導波路32はn型
InGaASF(キャリア密度=5×1016cm−”
 、バンドギャップ:0.96V、屈折率:14(波長
1.5μmにて))で形成された光導波層41(膜厚1
 ttm ) 、n型Ink(キャリア密度:5XlO
”3−”、  バンドギャップ;L35ev、屈折率:
32(波長1.5μmGCテ))”t’影形成れた光ガ
イド層1(膜厚1μm)およびn型InGaAsP(キ
ャリア密度; 5 X 10” cm−” +バンドギ
ャップ1.1eVI屈折率:3.3(波長1.5μmに
て))で形成されたキャップ層4(膜厚0、1μm)で
構成されている。
製作工程を述べる。まず基板39の上にSi打込みによ
るnull領域43を形成する。次にLPE法により光
導波層1.ガイド層3およびキャップ層4を形成した。
続いて7.n拡散によってp型領域となった電流経路部
21を形成した。次にドライエツチングによシ光導波路
30を形成し、蒸着法により正電極13および負電極3
4を形成すると光スイッチが完成する。
この光スイッチの素子寸法はl ws X O,5mで
あシ、先導波路の分岐角は8°、光導波路の幅は10μ
mとした。
この光スイッチの動作は実施例と同様であったが、本実
施例の場合は、電極が片面にのみあるので集積化への応
用が容易である。
この光スイッチの入射口I37および入射口■38のそ
れぞれに波長1.5μmの多モード光を入射して特性を
測定した。
入射口j37および入射口[38に入射した時の出射口
■32からの出力をP1%出射口[33からの出力をP
2とすると、電圧を印加しない場合は、P t / P
 2が25/1、電圧(Z5V。
15mA)を印加した場合はPt/Pgが1/28であ
った。
このような良いスイッチング特性は狭窄構造圧したこと
により、キャリア注入に伴う屈折率の変化領域が急峻に
形成されていることによる。
〔発明の効果〕
本発明によれば小屋で消光比の大きい実用的な光スイッ
チが提供できるので光伝送・通信システムの構築を容易
にし、市場の拡大を図る効果がある。
本実施例で示したXff12X2光スイツチは方向性結
合器減光スイッチ、すなわちモード変換製光スイッチと
しても動作する。光導波路が単一モード動作をしている
時には光導波路が交叉する分岐部分で偶モードと奇モー
ドの2つのモードが伝播し、電極が分岐部分の中央に設
置されているので屈折率変化によシ偶モード光の位相の
みが変化する。その結果偶モード光と奇モード光の重な
シが出射口Iと■で相違することになシ、スイッチング
が行われる。
【図面の簡単な説明】
第1図および第2図は本発明の概要を示す図、第3図は
実施例1に示す光スイッチの上面図および断面図、第4
図は実施例1の光スイッチの上面図、第5図は実施例1
の工程図、および第6図は実施例2の光スイッチの上面
図および断面図である。 l・・・光導波層、2・・・ガイド層、3・・・ガイド
層2の一部で電流狭窄換域、4・・・キャンプ層、5.
13および34・・・電極、11・・・基板、17・・
・InGaASp光導波層、18・・・n −In p
ガイド層、19・・・n−工nQaAs キャップ層、
20・・・基板11上の7、n拡散領域、21・・・電
流経路部(Zn拡散部分)、22・・・電極、25・・
・キャリア注入によシ屈折率が変化する部分、30・・
・先導波路、31・・・入射口、32・・・出射口11
33・・・出射On、35および36・・・光の経路、
37・・・入射口1138・・・入射口■、39・・・
半絶縁性11IP基板、43・・・Si打第 1  図 、viz  図 、vi3  口 葛 4[2] ¥J s 図 第 6121

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、半導体基板上に形成した光導波路が交叉する光分岐
    部分の一部の屈折率をキャリアの注入によつて変化させ
    てスイッチングを行う反射型光スイッチにおいて、該キ
    ャリアの経路部分を電流狭窄構造とすることを特徴とす
    る光スイッチ。 2、上記半導体を化合物半導体とすることを特徴とする
    特許請求の範囲第1項記載の光スイッチ。 3、上記キャリアの注入を電流注入により行うことを特
    徴とする特許請求の範囲第1項記載の光スイッチ。 4、上記電流狭窄構造を、上記キャリアの経路部分の近
    傍領域の導電型と上記キャリアの経路部分の導電型とを
    異ならしめることによつて構成することを特徴とする特
    許請求の範囲第1項記載の光スイッチ。 5、半導体基板上に形成した少なくとも2つの光導波路
    が交叉する光分岐部の一部の屈折率をキャリア注入によ
    つて変化せしめてスイッチングを行う反射型光スイッチ
    において、該光分岐部を、該光分岐部を形成する材料よ
    りバンドギャップが大きく、かつ屈折率が小さい材料で
    狭み、該キャリアの経路部分を電流狭窄構造とすること
    を特徴とする光スイッチ。 6、上記半導体を化合物半導体とすることを特徴とする
    特許請求の範囲第5項記載の光スイッチ。
JP16635684A 1984-08-10 1984-08-10 光スイツチ Granted JPS6145230A (ja)

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JP16635684A JPS6145230A (ja) 1984-08-10 1984-08-10 光スイツチ
US06/762,328 US4784451A (en) 1984-08-10 1985-08-05 Waveguide optical switches

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JP16635684A JPS6145230A (ja) 1984-08-10 1984-08-10 光スイツチ

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JPS6145230A true JPS6145230A (ja) 1986-03-05
JPH0548889B2 JPH0548889B2 (ja) 1993-07-22

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63217330A (ja) * 1987-03-06 1988-09-09 Hitachi Ltd 光スイツチ
JPH01259329A (ja) * 1988-04-11 1989-10-17 Hitachi Ltd 光スイツチ
JP2005025086A (ja) * 2003-07-01 2005-01-27 Yokogawa Electric Corp 光スイッチ及びその製造方法

Non-Patent Citations (1)

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Title
ELECTRONICS LETTERS=1984 *

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