JPS63121826A - 導波型光スイツチ - Google Patents
導波型光スイツチInfo
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- JPS63121826A JPS63121826A JP26769986A JP26769986A JPS63121826A JP S63121826 A JPS63121826 A JP S63121826A JP 26769986 A JP26769986 A JP 26769986A JP 26769986 A JP26769986 A JP 26769986A JP S63121826 A JPS63121826 A JP S63121826A
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- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 8
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 21
- IAZDPXIOMUYVGZ-UHFFFAOYSA-N Dimethylsulphoxide Chemical compound CS(C)=O IAZDPXIOMUYVGZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 1
- 238000005253 cladding Methods 0.000 description 16
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 4
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 2
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
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Landscapes
- Optical Integrated Circuits (AREA)
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、導波型光スイッチに関し、特に先導波路中を
伝搬する光の進路を電気的に制御する導波型光スイッチ
に関する。
伝搬する光の進路を電気的に制御する導波型光スイッチ
に関する。
(従来の技術)
この種の従来の導波型光スイッチの一例が電子通信学会
技術研究報告Vo 1.84.No、94゜1984年
7月23日発行、0QF84−51第101〜107頁
に示されている。この光スィッチは、方向性結合器型の
光スィッチで、化合物半導体を基板とするものであり、
レーザーダイオード、受光器等の一体化(モノリシック
集積化)が可能という特徴を持っている。
技術研究報告Vo 1.84.No、94゜1984年
7月23日発行、0QF84−51第101〜107頁
に示されている。この光スィッチは、方向性結合器型の
光スィッチで、化合物半導体を基板とするものであり、
レーザーダイオード、受光器等の一体化(モノリシック
集積化)が可能という特徴を持っている。
以下、第2図を参照して詳しく説明する。図示のように
、この光スィッチは、n InP基板15に、n I
nGaASP下部クラッド層14、n−InGaASP
導波層14. 1) InGaAsP上部クラッド層12、および上
部電極11を順に形成し、一方基板15の裏面に下部電
極を形成して成るものでおる。
、この光スィッチは、n InP基板15に、n I
nGaASP下部クラッド層14、n−InGaASP
導波層14. 1) InGaAsP上部クラッド層12、および上
部電極11を順に形成し、一方基板15の裏面に下部電
極を形成して成るものでおる。
導波層13の屈折率は電界によって大きくなるか、電極
間に印加する電圧を一定としたとき導波層により大きな
電界が生じるようにするため、りランド層12.14の
キャリア密度を1〜2X1018ff−3程度と低くす
ることにより、これらの層の抵抗を小さくし、また電圧
印加時に導波層内14内に空乏層が拡がるように、導波
層14と上部クラッド層12とでpn接合を形成してい
る。
間に印加する電圧を一定としたとき導波層により大きな
電界が生じるようにするため、りランド層12.14の
キャリア密度を1〜2X1018ff−3程度と低くす
ることにより、これらの層の抵抗を小さくし、また電圧
印加時に導波層内14内に空乏層が拡がるように、導波
層14と上部クラッド層12とでpn接合を形成してい
る。
こうすることにより、電極11.16間に電圧を印加(
pn接合に対して逆電圧となるよう上部電極11を下部
電極に対して負とする)したとき、空乏層部分の抵抗が
高くなり、電界がその部分に集中して、この高い電界に
よる電気光学効果によって屈折率が大幅に変化する。第
1図の光スィッチは、この屈折率変化を利用して、光の
スイッチングを行なわせるものである。
pn接合に対して逆電圧となるよう上部電極11を下部
電極に対して負とする)したとき、空乏層部分の抵抗が
高くなり、電界がその部分に集中して、この高い電界に
よる電気光学効果によって屈折率が大幅に変化する。第
1図の光スィッチは、この屈折率変化を利用して、光の
スイッチングを行なわせるものである。
尚、導波層のキャリア密度は、キャリアによる光の吸収
を防ぐためI X 10 ”7cm’以下としておる。
を防ぐためI X 10 ”7cm’以下としておる。
しかしながら上記の構成では屈折率変化が十分でなく、
所望のスイッチング特性が得らない場合があった。
所望のスイッチング特性が得らない場合があった。
この発明は、屈折率変化がより大きく、従ってスイッチ
ング特性のすぐれた導波型光スイッチを提供することを
目的とする。
ング特性のすぐれた導波型光スイッチを提供することを
目的とする。
C問題点を解決するための手段〕
本発明の導波型光スイッチは、基板上に形成された導波
層と、導波層の上方に形成された電極とを有し、導波層
の外部に導波層の一方の表面に近接してpn接合面を形
成し、電極に電圧を印加したときに空乏層がpn接合か
ら導波層の略全体に拡がることを特徴とするものである
。
層と、導波層の上方に形成された電極とを有し、導波層
の外部に導波層の一方の表面に近接してpn接合面を形
成し、電極に電圧を印加したときに空乏層がpn接合か
ら導波層の略全体に拡がることを特徴とするものである
。
上記のように、pn接合を導波部の外側に位置するよう
に構成すると、電圧を印加していないときに空乏層外に
位置し、電圧を印加したときに空乏層内に位置する領域
が導波層全体の中で占める割合が大きくなり、従って、
導波光に対する実効的屈折率変化が大きくなる。即ち、
空乏層領域外の部分では、プラズマ効果による屈折率低
下がおるが、本発明では、電圧を印加していない状態で
空乏層領域外の部分が、従来よりも広いので、プラズマ
効果による、導波光に対する実効的屈折率の低下をより
大幅にできる。一方、電圧を印加した状態では、空乏層
の導波層内における拡がりが、従来と略同程度であるの
で、他の条件が同じでおれば、屈折率を従来と同程度に
することができる。
に構成すると、電圧を印加していないときに空乏層外に
位置し、電圧を印加したときに空乏層内に位置する領域
が導波層全体の中で占める割合が大きくなり、従って、
導波光に対する実効的屈折率変化が大きくなる。即ち、
空乏層領域外の部分では、プラズマ効果による屈折率低
下がおるが、本発明では、電圧を印加していない状態で
空乏層領域外の部分が、従来よりも広いので、プラズマ
効果による、導波光に対する実効的屈折率の低下をより
大幅にできる。一方、電圧を印加した状態では、空乏層
の導波層内における拡がりが、従来と略同程度であるの
で、他の条件が同じでおれば、屈折率を従来と同程度に
することができる。
従って、全体として屈折率の変化を大きくすることがで
きる。
きる。
第1図は本発明一実施例の導波型光スイッチを示したも
のでおる。この導波型スイッチは、第2図と同様、方向
性結合器型の光スィッチで、第3図に示すように、所定
の結合長gにわたって2つの導波路13a、13bが近
接して配置されたものでおる。
のでおる。この導波型スイッチは、第2図と同様、方向
性結合器型の光スィッチで、第3図に示すように、所定
の結合長gにわたって2つの導波路13a、13bが近
接して配置されたものでおる。
第1図に示すように、この光スィッチは、n+GaAS
基板25上に形成されたn又はn+GaASA1下部ク
ラッド層24と、下部クラッド層24上に形成されたn
GaAS導波層23と、導波層23上に形成された上部
クラッド層22とを有する。これらの層22〜24は、
基−5= 板25上に順次エビキタシャル成長させることにより形
成される。上部クラッド層22上には上部電極21が形
成され、一方基板25の裏面即ち下面には下部電極26
が形成されている。上部クラッド層22は、導波層23
上に形成された第1の層22bと第1の層22b上に形
成された第2の層22aとから成り、第1の層22bは
nGaAsA lで形成されてあり、第2の層22aは
p又はp GaAsAlで形成されており、第1の層2
2bと第2の層22aの界面はpn接合を形成している
。また、第1の層22bと導波層23の界面はへテロ接
合を形成している。
基板25上に形成されたn又はn+GaASA1下部ク
ラッド層24と、下部クラッド層24上に形成されたn
GaAS導波層23と、導波層23上に形成された上部
クラッド層22とを有する。これらの層22〜24は、
基−5= 板25上に順次エビキタシャル成長させることにより形
成される。上部クラッド層22上には上部電極21が形
成され、一方基板25の裏面即ち下面には下部電極26
が形成されている。上部クラッド層22は、導波層23
上に形成された第1の層22bと第1の層22b上に形
成された第2の層22aとから成り、第1の層22bは
nGaAsA lで形成されてあり、第2の層22aは
p又はp GaAsAlで形成されており、第1の層2
2bと第2の層22aの界面はpn接合を形成している
。また、第1の層22bと導波層23の界面はへテロ接
合を形成している。
クラッド層24およびクラッド層22の第2の@22a
(Dキャリア密度は1×1016〜lX1017cm−
3であり、抵抗が低くしである。一方、導波層23およ
びクラッド層22の第1の層22bのキャリア密度は2
×1017〜lX1018cm−3程度としである。キ
ャリアを生じさせるためのドナーとしては、例えば3i
、l’−e、3nが用いられる。
(Dキャリア密度は1×1016〜lX1017cm−
3であり、抵抗が低くしである。一方、導波層23およ
びクラッド層22の第1の層22bのキャリア密度は2
×1017〜lX1018cm−3程度としである。キ
ャリアを生じさせるためのドナーとしては、例えば3i
、l’−e、3nが用いられる。
本実施例で上記のように、導波層23のキャリア密度を
高くするのは、プラズマ効果による屈折率の変化を積極
的に利用するためでおる。即ち、プラズマ効果による屈
折率の変化は、電極21゜26に電圧を印加しないとき
の導波層23内の平均的キャリア密度と電圧を印加した
ときの導波層23内の平均的キャリア密度の差に比例す
る。また、電圧を印加しないときのキャリア密度と、電
圧印加によって形成された空乏層内のキャリア密度の比
は10:1程度である。従って屈折率の変化へnは電圧
を印加しないときのキャリア密度に1−0.1=0.9
を掛(ブた値に比例する。従って、電圧を印加しないと
きのキャリア密度が高い程、プラズマ効果による屈折率
の変化は大きい。
高くするのは、プラズマ効果による屈折率の変化を積極
的に利用するためでおる。即ち、プラズマ効果による屈
折率の変化は、電極21゜26に電圧を印加しないとき
の導波層23内の平均的キャリア密度と電圧を印加した
ときの導波層23内の平均的キャリア密度の差に比例す
る。また、電圧を印加しないときのキャリア密度と、電
圧印加によって形成された空乏層内のキャリア密度の比
は10:1程度である。従って屈折率の変化へnは電圧
を印加しないときのキャリア密度に1−0.1=0.9
を掛(ブた値に比例する。従って、電圧を印加しないと
きのキャリア密度が高い程、プラズマ効果による屈折率
の変化は大きい。
電圧を印加しないときのキャリア密度が2×1017c
m−3でおる場合、屈折率の変化Δnは1×10−3程
度である。一方、キャリア密度か1×1017cm−3
でおれば、屈折率の変化△nは5×10−4程度て必る
。尚、キャリア密度を高くすると光の吸収が大きくなる
が、そのロスは上記の程度のキャリア密度でおれば10
dB/cm程度に抑えられる。
m−3でおる場合、屈折率の変化Δnは1×10−3程
度である。一方、キャリア密度か1×1017cm−3
でおれば、屈折率の変化△nは5×10−4程度て必る
。尚、キャリア密度を高くすると光の吸収が大きくなる
が、そのロスは上記の程度のキャリア密度でおれば10
dB/cm程度に抑えられる。
以下、第4図および第5図を参照して詳細に説明する。
第4図は第2図の構造に対応し、第5図は第1図の構造
に対応する。第4図および第5図で、Gは導波光の界分
布、12U、22Uは導波層’13.23と下部クラッ
ドl112.22との界面13U、23Uは導波層13
,23と上部クラッド層14.24との界面、24Mは
上部クラッド層24の第1の層24bと第2の層24a
の界面である。また、33.37は電圧を印加しないと
きの空乏層の下端を示し、34.38は電圧を印加した
ときの空乏層の下端を示している。さらに35.39は
電圧を印加しないときのn領域内の空乏層の拡がりを示
し、36.40は電圧を印加したときのn領域内の空乏
層の拡がりを示している。
に対応する。第4図および第5図で、Gは導波光の界分
布、12U、22Uは導波層’13.23と下部クラッ
ドl112.22との界面13U、23Uは導波層13
,23と上部クラッド層14.24との界面、24Mは
上部クラッド層24の第1の層24bと第2の層24a
の界面である。また、33.37は電圧を印加しないと
きの空乏層の下端を示し、34.38は電圧を印加した
ときの空乏層の下端を示している。さらに35.39は
電圧を印加しないときのn領域内の空乏層の拡がりを示
し、36.40は電圧を印加したときのn領域内の空乏
層の拡がりを示している。
光の界分布の拡がりは、導波層とクラッド層の屈折率差
を0.1とすることにより、厚さが1μm以下の導波層
に対しては導波層の厚さの2倍程度と小さくすることが
できる。さらに、電極間に10V程度の、pn接合に対
して逆の電圧を印加すると、空乏層は2倍程度に拡がる
。
を0.1とすることにより、厚さが1μm以下の導波層
に対しては導波層の厚さの2倍程度と小さくすることが
できる。さらに、電極間に10V程度の、pn接合に対
して逆の電圧を印加すると、空乏層は2倍程度に拡がる
。
まず、第2図のようにpn接合が導波層の上端面と一致
している場合について、第4図を参照して説明する。
している場合について、第4図を参照して説明する。
第4図に示したように電圧を印加しないときの空乏層の
下端33を導波層の中央に設定すると、10Vの電圧を
印加したときは、空乏層の下端は導波層の下端に略一致
する。−例として、導波層の厚みが0.2μmであると
すると、電圧を印加しないときと電圧を印加したときと
では空乏層の下端の位置が0.1μm程度変化する。即
ち、導波層の下半分では、電圧を印加していないときと
、電圧を印加したときでキャリア密度が異り、プラズマ
効果による屈折率の変化が生じる。第4図では斜線を施
した部分が、この部分(プラズマ効果により屈折率が変
化する部分)に対応する。従って導波光に対する実効的
屈折率変化△neは△nにβ−(斜線部の面積)/(光
の界分布全部の面積)を乗じた値になる。
下端33を導波層の中央に設定すると、10Vの電圧を
印加したときは、空乏層の下端は導波層の下端に略一致
する。−例として、導波層の厚みが0.2μmであると
すると、電圧を印加しないときと電圧を印加したときと
では空乏層の下端の位置が0.1μm程度変化する。即
ち、導波層の下半分では、電圧を印加していないときと
、電圧を印加したときでキャリア密度が異り、プラズマ
効果による屈折率の変化が生じる。第4図では斜線を施
した部分が、この部分(プラズマ効果により屈折率が変
化する部分)に対応する。従って導波光に対する実効的
屈折率変化△neは△nにβ−(斜線部の面積)/(光
の界分布全部の面積)を乗じた値になる。
β〜0.3であるので、本実施例のように、電圧を印加
しないとのキャリア密度を2×1017cm とした
とき△n=1X10−3で逼るので、Δne=0.3x
1X10 −3xlO−4となる。
しないとのキャリア密度を2×1017cm とした
とき△n=1X10−3で逼るので、Δne=0.3x
1X10 −3xlO−4となる。
これに、電気光学効果による屈折率変化が加わる。
電気光学効果による屈折率の変化は6X10−4程度で
必る。従って、 3x10’+6x’l0−4=9x10−4 ・・−(
1)が総合的屈折率変化である。一方、キャリア密度が
1×1017cm−3でおると、Δn=5X10−”で
必るのでΔne=0.3x5X10−’=1.5x10
−4でおり、これに電気光学効果による屈折率・・・(
2) となる。従ってキャリア密度を高めたことにより、屈折
率変化が (9x10 )/(7,5X10−4>−1,2倍に
増加する。動作電圧が同じ必れば素子長を1/1.2倍
にできる。
必る。従って、 3x10’+6x’l0−4=9x10−4 ・・−(
1)が総合的屈折率変化である。一方、キャリア密度が
1×1017cm−3でおると、Δn=5X10−”で
必るのでΔne=0.3x5X10−’=1.5x10
−4でおり、これに電気光学効果による屈折率・・・(
2) となる。従ってキャリア密度を高めたことにより、屈折
率変化が (9x10 )/(7,5X10−4>−1,2倍に
増加する。動作電圧が同じ必れば素子長を1/1.2倍
にできる。
次に、pn接合を導波層の外部に形成したことの作用効
果につ説明する。電圧を印加しない状態では空乏層の下
端は導波層の上部例えば導波層の上端から1/4の位置
にある。電圧を印加したときは空乏層の下端が導波層の
下端より少し下に位置するようになっている。例えば、
電圧を印加しないときと電圧を印加したときの空乏層の
下端の位置の差が導波層の厚さに等しく定められる。例
えば、導波層の厚さは0.1μmである。こうすると、
β−(斜線部の面積〉/(光の界分布全部の面積)が0
.5程度となり、導波光に対する実効的屈折率変化Δn
eは、電圧を印加していないときのキャリア密度がI
X 1017cm’の場合、Δne=o、5X5X 1
0’=2.5X10−4となる。これに電気光学効果に
よる屈折接変化6×10−4を加えると、 2.5x10 +6x1o−4=8.5x10−4・
・・(3) となる。即ち、pn接合が導波層の上端にある場合((
2)式)と比べ、 (8,5X10’) / (7,5x10−4> =8
.5/7.5=1.3倍に増加する。また、キャリア密
度を2 X ’l O17r:m−3とした場合は、Δ
ne=o、5x1x’l0−3=5x10−4となる。
果につ説明する。電圧を印加しない状態では空乏層の下
端は導波層の上部例えば導波層の上端から1/4の位置
にある。電圧を印加したときは空乏層の下端が導波層の
下端より少し下に位置するようになっている。例えば、
電圧を印加しないときと電圧を印加したときの空乏層の
下端の位置の差が導波層の厚さに等しく定められる。例
えば、導波層の厚さは0.1μmである。こうすると、
β−(斜線部の面積〉/(光の界分布全部の面積)が0
.5程度となり、導波光に対する実効的屈折率変化Δn
eは、電圧を印加していないときのキャリア密度がI
X 1017cm’の場合、Δne=o、5X5X 1
0’=2.5X10−4となる。これに電気光学効果に
よる屈折接変化6×10−4を加えると、 2.5x10 +6x1o−4=8.5x10−4・
・・(3) となる。即ち、pn接合が導波層の上端にある場合((
2)式)と比べ、 (8,5X10’) / (7,5x10−4> =8
.5/7.5=1.3倍に増加する。また、キャリア密
度を2 X ’l O17r:m−3とした場合は、Δ
ne=o、5x1x’l0−3=5x10−4となる。
これに電気光学効果による屈折率変化6X10−4を加
えると、 5X”10 +6X10’=11X10’・・・(4
) となる。(2)式と比べると、 (11x10−4) / (7,5xl O−4> =
11/7.5=1.47倍に増加する。動作電圧が同じ
であれば素子長を短くすることができる。
えると、 5X”10 +6X10’=11X10’・・・(4
) となる。(2)式と比べると、 (11x10−4) / (7,5xl O−4> =
11/7.5=1.47倍に増加する。動作電圧が同じ
であれば素子長を短くすることができる。
以上のように本発明によれば、pn接合を導波層の外部
に位置させ、電極に電圧を印加しない状態ではキャリア
密度が高く、電圧を印加した状態では空乏層となってキ
ャリア密度が低くなる部分の占める割合を大きくしたの
で、プラズマ効果による屈折率変化を大ぎくすることが
できる。また、電圧を印加しない状態でのキャリア密度
、即ち不純物濃度を高くすることにより、プラズマ効果
による屈折率の変化を一層大きくすることができる。
に位置させ、電極に電圧を印加しない状態ではキャリア
密度が高く、電圧を印加した状態では空乏層となってキ
ャリア密度が低くなる部分の占める割合を大きくしたの
で、プラズマ効果による屈折率変化を大ぎくすることが
できる。また、電圧を印加しない状態でのキャリア密度
、即ち不純物濃度を高くすることにより、プラズマ効果
による屈折率の変化を一層大きくすることができる。
第1図は本発明一実施例の導波型光スイッチの一部を切
り出して示す斜視図、第2図は従来の導波型光スイッチ
を示す斜視図、第3図は第1図の光スィッチの導波路の
パターンを示す平面図、第4図および第5図は光の界分
布および空乏層の拡がりを示す線図である。 21.26−・・電極、22a、22b、24−・・ク
ラッド層、23・・・導波層、25・・・基板。 本1発明−大方包イ列0光スイッチ 茶 l @ Uの光スィッチ 第2 図 芋3 図
り出して示す斜視図、第2図は従来の導波型光スイッチ
を示す斜視図、第3図は第1図の光スィッチの導波路の
パターンを示す平面図、第4図および第5図は光の界分
布および空乏層の拡がりを示す線図である。 21.26−・・電極、22a、22b、24−・・ク
ラッド層、23・・・導波層、25・・・基板。 本1発明−大方包イ列0光スイッチ 茶 l @ Uの光スィッチ 第2 図 芋3 図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 基板上に形成された導波層と、 上記導波層の上方に形成された電極とを有し、上記導波
層の外部に上記導波層の一方の表面に近接してpn接合
面を形成し、 上記電極に電圧を印加したときに空乏層が上記pn接合
から上記導波層の略全体に拡がることを特徴とする 導波型光スイッチ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP61267699A JPH0760237B2 (ja) | 1986-11-12 | 1986-11-12 | 導波型光スイツチ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP61267699A JPH0760237B2 (ja) | 1986-11-12 | 1986-11-12 | 導波型光スイツチ |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS63121826A true JPS63121826A (ja) | 1988-05-25 |
JPH0760237B2 JPH0760237B2 (ja) | 1995-06-28 |
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ID=17448310
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP61267699A Expired - Fee Related JPH0760237B2 (ja) | 1986-11-12 | 1986-11-12 | 導波型光スイツチ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0760237B2 (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH01161204A (ja) * | 1987-12-18 | 1989-06-23 | Hitachi Ltd | 光導波路 |
JPH02259731A (ja) * | 1989-03-31 | 1990-10-22 | Furukawa Electric Co Ltd:The | 光導波路装置およびその使用方法 |
JP2009128694A (ja) * | 2007-11-26 | 2009-06-11 | Sharp Corp | 光スイッチ素子 |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS57168219A (en) * | 1981-04-09 | 1982-10-16 | Nec Corp | Manufacture of directional coupler type optical modulator |
-
1986
- 1986-11-12 JP JP61267699A patent/JPH0760237B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS57168219A (en) * | 1981-04-09 | 1982-10-16 | Nec Corp | Manufacture of directional coupler type optical modulator |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH01161204A (ja) * | 1987-12-18 | 1989-06-23 | Hitachi Ltd | 光導波路 |
JPH02259731A (ja) * | 1989-03-31 | 1990-10-22 | Furukawa Electric Co Ltd:The | 光導波路装置およびその使用方法 |
JP2009128694A (ja) * | 2007-11-26 | 2009-06-11 | Sharp Corp | 光スイッチ素子 |
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Publication number | Publication date |
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JPH0760237B2 (ja) | 1995-06-28 |
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