JPS6199122A - 半導体光スイツチの駆動方法 - Google Patents

半導体光スイツチの駆動方法

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JPS6199122A
JPS6199122A JP22172484A JP22172484A JPS6199122A JP S6199122 A JPS6199122 A JP S6199122A JP 22172484 A JP22172484 A JP 22172484A JP 22172484 A JP22172484 A JP 22172484A JP S6199122 A JPS6199122 A JP S6199122A
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optical switch
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optical
switch
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Masahiko Fujiwara
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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】 (産業上の利用分野) 本発明は半導体材料を用いた光スイッチの駆動方法に関
するものである。
(従来技術とその問題点) 近年の光通信システムの本格的な実用化に伴い従来にな
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
てきている。そのようなシステムで必要とされるデバイ
スとして、多数の光伝送路の接続を高速に切換える光ス
イッチがあげられる。
このような光スイッチとしては、従来プリズムレンズ若
しくは光伝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たが、スイッチング速度の高速性
、動作の信頼性、多チャンネル化等の要求を考えると、
非機械式かつ集積化が可能なスイッチが今後主流となる
と考えられる。
そのような光スイッチとしては、光信号を一旦電気信号
に変換して電気的スイッチング回路により切換えを行り
た後、再び電気信号を光信号に変換する方法も考えられ
るが、光の波長等の特性が保存でき、スイッチされる光
信号の帯域を全く制限しないことから光信号を光信号の
ま〜に切換える型の光スイッチが望ましい。そのための
光スイッチとしては音響光学(AO)効果、電気光学(
EO)効果、磁気光学(MO)効果等の物理光学効果を
利用した導波型光スイッチが良く知られている。
このような光スイッチを実現するためには上述の種々の
効果を持つ結晶材料等が利用されているが、特にSiや
GaAJAs/GaAs、 In伍m1AnP等の半導
体材料を用いた光スイッチでは、光検出器、発光素子と
のモノリシックな集積化が可能になるためこれらの材料
は特に重要である。
従来、これらの半導体材料では電気光学効果、キャリア
注入、欠乏効果を利用した方向性結合器型、Y分岐型等
の光スイッチが実現されている。
こへでは、その一つの例としてInGaAsP/I n
P系の方向性結合器型光スイッチをとりあげ、その構造
、動作について説明する。
第2図は、方向性結合器型光スイッチの構造を示す図で
ある。図に示した光スイッチは雑誌アブライド フィジ
ックス レターズ(AppliedPhysics I
ztters )第ω巻、 1982年の653〜65
5頁に記載されている光スイッチとほぼ同様のものであ
る。(100)n”−Inn版板1上に通常の液相若し
くは気相成長法によりn”−I nPガイド層2を成長
させたウェハにα若しくはkへ全面拡散を行いntIn
Pガイド層2中に極く薄いP−InP層3を形成する。
その後ウニへのエピタキシャル層側にp型オーム性電極
となモ肌々t/Auを2本のく11〉方向に平行から近
接した2本のストライプ状になるように通常のフォトリ
ングラフィ・エツチング若しくはソフト・オフ法により
形成する。この2本のTi/Pし先μドライブ状のp側
電極4aa4bをマスクとしてp−InP層3を除き、
メサ構造としn+−InP基板1側にはAuGeNiに
よるn側オーム性電極6を蒸着し、電極抵抗の低減のた
めの熱処理の後ストライプに垂直な方向に骨間により適
当な素子長となるように光の入出力端面を形成して、第
2図に示した構造を製作する。
第2図の2本のメサ部分5a*5bはそれぞれリプ・ガ
イドとなっており、それが2本位相同期して近接してい
るため分布結合し、完全結合長ちと呼ばれる距離を周期
として光パワーの移動が行われる。そこで、2本のリプ
・ガイド5a*5bを完全結合長すの間のみ結合させる
ようにすればリプ・ガイド5bに入射した光は完全にリ
プ・ガイド5bに結合しリプ・ガイド5aから出射する
こ〜でpfllI′#!L極の一方4aとn側電極との
間に逆バイアスを印加するとp−n接合からリプ・ガイ
ド5a中に空乏層が拡がり、空乏層内に電界による電気
光学効果及びキャリア欠乏効果によりリブガイドの5a
の導波層の屈折率が変化する。そのため、2本の分布結
合したリプ・ガイド間の位相同期条件がくずれ、入射端
でリプ・ガイド5bに入射した光はリプ・ガイド5aに
は結合せずそのま瓦リプ・ガイド5bから出射する。こ
のようにして2本のガイド間でスイッチの動作が実現さ
れる。InP、 GaAs、 GaR1結晶点群(4論
)に属しており、リプ・ガイドの方向をユ11>方向に
とっておくとこのような逆バイアスによるぐOO>方向
の電界による電気光学によりTEに類似のモードに対す
る屈折率は増大する。また、空乏層のキャリア欠乏効果
によっても屈折率は増加する。つまり、逆バイアスを印
加された側のリブガイド5a中の但しこ−にルはガイド
層屈折率、tは媒質の電気光学定数、Eは電界強度、e
は電荷素置、λは導波光波長、Cは光速、e−ま真空の
誘電率、moは媒質中のキャリアの有効質量をそれぞれ
表わす。
式中の第1項が電気光学効果、第2項がキャリア欠乏効
果による寄与を示している。こ又で、InPでの値とし
てtb = 3.2. r4□=1.4 XIO(FF
!/V ) 1m 7m、=0.08を用い、波長λ=
1.3μm、N=1×10−1’(cIn−”)−E 
= I X 10’ (V/rn)で考えると上式第1
項、第2項は2X10.2X10  程度となる。1×
10’V/?F!という電界強度は非常に高いものであ
るがこのような強電界によりても得られる屈折率変化は
10  のオーダという非常に小さなものである。
そのため従来InP eaAs系等の半導体材料による
方向性結合器型光スイッチでは素子の駆動電圧及び素子
長を実用的な範囲に迄低減するのが難しかった。以上の
説明はInP系の方向性結合器型光スイッチを例にとっ
たが、一般にGaAJAs/GaAs。
GaP等の■−v族化合物半導体材料では電気光学係数
はほぼ一定であり、他の構造のスイッチを考えても屈折
率の変化を利用する限り、上述の問題は半導体材料のス
イッチに共通の問題である。
(発明の目的) 本発明は、上述の問題を除去し、小型の光スイッチでも
低電圧駆動が可能な半導体光スイッチの駆動方法を提供
することにある。
(発明の構成) 本発明は、半導体材料によるチャンネル導波路により方
向性結合器、交叉若しくは分岐を形成し前記方向性結合
器、交叉若しくは分岐の光の伝搬方向に略平行な対称軸
に対してほぼ対称な部分に独立に電界印加若しくは電流
注入を行5ための第1、第2の接合を含む電極を有する
半導体光スイッチの駆動方法であって、前記第1の電極
には光スイッチの駆動信号に応じた順方向の信号を印加
し、前記第2の電極には前記順方向の信号に同期した逆
方向の信号を印加することを特徴とする半導体光スイッ
チの駆動方法である。
(本発明の作用・原理) 本発明は、半導体材料の電気光学効果、キャリア欠乏に
よる屈折率変化と、キャリア注入による屈折率変化を共
に利用するものである。電気光学効果を有する半導体導
波路に電界を印加した際の屈折率変化Δ−は先に示した
(1)式のよ5に書け、電気光学効果とキャリア欠乏効
菓を相加的に用いる場合にはΔ−の符号は正となる。一
方、電流注入によりキャリア数が増大した場合にはキャ
リア欠乏効果と同様の自由電子プラズマの効果により屈
折率が変化するが、この場合には屈折率変化Δ%yの符
号は負となり、次のように書ける。
ただし、Niは注入キャリア数である。つまり、電界印
加、電流注入により正負の符号の異なる屈折率変化が得
られることになる。半導体材料では有効に電界を印加す
るためKはp−n接合やシmットキ接合の逆バイアス印
加時の空乏層が利用されるが、この接合は頑バイアスと
することにより、効率の良い電流注入手段ともなる。従
って極く通常の電極構造により正、負の符号の異なる屈
折率変化が得られる。
方向性結合器型、交叉導波路型、Y分岐型等の光スイッ
チでは結合、交叉、分岐部で、光の伝搬方向に対して非
対称な屈折率変化を生じさせ、それによりスイッチ動作
を得ている。従来は電界の印加、電流注入により、結合
、交叉、分岐部の光伝搬方向に対して対称な一方のみの
部分の屈折率を増加若しくは減少させることによりスイ
ッチ動作を得ていたため、非常に効果が小さく、スイッ
チの小型化、低電圧化を計ることができなかりた。
しかしながら、説明したように結合、交叉、分岐部の光
の伝搬方向に対して対称な一方の部分に電界を印加し、
他方に電流注入を行えば非常に大きな屈折率分布の非対
称性を得ることが出来るため、スイッチの低電圧駆動、
小型化が可能となる。
また、Siのような電気光学効果を有していない結晶で
も接合部への逆方向電圧印加により生じる空乏層内のキ
ャリア欠乏と、順方向電流注入によるキャリア数増大を
利用することができるため、本発明による半導体光スイ
ッチの駆動方法は有効である。以下本発明の実施例につ
き、図面を用いて詳細に説明する。
(実施例) 第1図は本発明をInP系方内方向性結合器型光スイッ
チ用した場合の実施例を示す図である。光スイッチは先
に説明に用いたInP系ホモ接合リプガイド型のものを
用いて説明する。
裏面に路側オーム性電極6を有する(100)ル±−I
nP基板1上に3”u工、pガイド層2及びp”−In
P層3.p側電極4aa4bからなるリプ・ガイド5a
*5bが近接平行して設置され方向性結合器を形成して
いる。
今、素子長は完全結合長に一致しているものとする。入
射端よりリプ・ガイド5bに入射した光は光スイッチの
駆動信号が全くない時には出射端ではリプ・ガイド5a
から出射することになる。
次にスイッチの動作について説明する。
スイッチ駆動信号は端子7に加えられ、その信号に応じ
逆電圧発生器8は適描な値に変換した逆バイアス信号を
b側電極4bとル側電極60間に加える。一方、順電圧
発生器9はスイッチ駆動信号に応じた適当な値の順方向
電圧をビルトインポテンシャルを打消すためのバイアス
と共に他方のp側電極とル側電極60間に印加する。逆
バイアス信号の与えられたリプ・ガイド5b内では電気
光学効果及びキャリアの欠乏により屈折率が増加し、順
バイアス信号が印加されたリプ・ガイド5aでは注入キ
ャリアにより屈折率が減少する。そのため、2本のリプ
・ガイド間の位相同期条件がくずれるため、リプ・ガイ
ド5bに入射した光はリプ・ガイド5aには結合せず、
そのまL5bから出射しスイッチ動作が得られる。しか
も通常の電気光学効果のみを利用した光スイッチに比べ
同一形状の光スイッチではより低電圧での動作が可1 
     能となり、また同一動作電圧のスイッチを得
るための素子長は非常に小さくできる。本実施例では素
子長が完全結合長に一致した場合の例を示したが、素子
長が完全結合長より長い場合には〃反転型の電極を用い
ればよく、その場合も本発明を適用することが可能であ
る。
以上の説明では光スイッチの構造として方向性結合器星
光スイッチを考えたが、交叉導波路型やY分岐型の光ス
イッチでも交叉部分で外場により屈折率分布の非対称を
誘起する点は全く同じであり、本発明による半導体光ス
イッチの駆動方法が同様に適用できる。また材料的に見
てもInGaAsP/InP、 GaMA−iAsのよ
うな電気光学効果を有する半導体材料はもとよりSi、
Geのような結晶材料の光スイッチにも先に述べたよう
に適用できる。
また電極部分がp−n接合、シ曹ットキー接合等の接合
を含む場合には一つの電極を電界印加、電流注入に共用
できるため便利であるが、電界印加と電流注入を行う電
極を予め定めておけばMIS構造なども利用できる。
(発明の効果) 以上詳細に説明したように本発明の半導体光スイッチの
駆動方法によれば、小型のスイッチでも非常に低電圧で
駆動することができ、将来の種々の光集積回路の実現に
寄与するところ大である。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例を示す図、第2図は方向性結
合器型光スイッチを説明するための図である。 図において、1.2.3は半導体層、’iat”1be
6は電極、5ae5bはリプ・ガイド、7は端子8.9
は電圧発生器である。 p部、弁理士内反 晋

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 半導体材料によるチャンネル導波路により方向性結合器
    、交叉若しくは分岐を形成し、前記方向性結合器、交叉
    若しくは分岐の光の伝搬方向に略平行な対称軸に対して
    ほぼ対称な部分に独立に電界印加若しくは電流注入を行
    うための第1、第2の接合を含む電極を有する半導体光
    スイッチの駆動方法であって、前記第1の電極には光ス
    イッチの駆動信号に応じた順方向の信号を印加し、前記
    第2の電極には前記順方向の信号とは逆方向の極性の信
    号を印加することを特徴とする半導体光スイッチの駆動
    方法。
JP22172484A 1984-10-22 1984-10-22 半導体光スイツチの駆動方法 Granted JPS6199122A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0253390A2 (en) 1986-07-17 1988-01-20 Fuji Photo Film Co., Ltd. Photographic support and color photosensitive material
JPH02196212A (ja) * 1989-01-25 1990-08-02 Fujitsu Ltd 光変調器
US5218468A (en) * 1988-05-18 1993-06-08 British Telecommunications Public Limited Company Electro-optic device
US5276744A (en) * 1988-09-22 1994-01-04 Bt&D Technologies Limited Electro-optic device

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0253390A2 (en) 1986-07-17 1988-01-20 Fuji Photo Film Co., Ltd. Photographic support and color photosensitive material
US5218468A (en) * 1988-05-18 1993-06-08 British Telecommunications Public Limited Company Electro-optic device
US5276744A (en) * 1988-09-22 1994-01-04 Bt&D Technologies Limited Electro-optic device
JPH02196212A (ja) * 1989-01-25 1990-08-02 Fujitsu Ltd 光変調器

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