JPS63127226A - 光スイツチ - Google Patents
光スイツチInfo
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- JPS63127226A JPS63127226A JP27471386A JP27471386A JPS63127226A JP S63127226 A JPS63127226 A JP S63127226A JP 27471386 A JP27471386 A JP 27471386A JP 27471386 A JP27471386 A JP 27471386A JP S63127226 A JPS63127226 A JP S63127226A
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- Japan
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- mqw
- electric field
- optical switch
- semiconductor layer
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Links
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- 230000005684 electric field Effects 0.000 claims abstract description 21
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 15
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 abstract description 37
- 238000010791 quenching Methods 0.000 abstract 1
- 230000000171 quenching effect Effects 0.000 abstract 1
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 17
- 238000005253 cladding Methods 0.000 description 8
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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〕
本発明は光通信、光情報処理の分野において、光伝送路
における光信号の開閉を行なう光スィッチに関するもの
である。
における光信号の開閉を行なう光スィッチに関するもの
である。
光通信システムの超高速化やコヒーレント伝送に代表さ
れるようなシステム高度化、更に光交換機、光コンピュ
ータ等の研究の進展に伴い、光スィッチ等の光制御素子
の特性向上が強く望まれるようになっている。このよう
な要求を実現する手段として雑誌「エレクトロニクス・
レターズ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ）
」、第２１巻、１９８５年、６９３〜６９４頁に報告さ
れているような多重量子井戸（ＭＱＷ）構造の電界効果
を利用した導波型光スイッチが考えられている。
れるようなシステム高度化、更に光交換機、光コンピュ
ータ等の研究の進展に伴い、光スィッチ等の光制御素子
の特性向上が強く望まれるようになっている。このよう
な要求を実現する手段として雑誌「エレクトロニクス・
レターズ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ）
」、第２１巻、１９８５年、６９３〜６９４頁に報告さ
れているような多重量子井戸（ＭＱＷ）構造の電界効果
を利用した導波型光スイッチが考えられている。
この光スィッチは電界印加によるＭＱＷの吸収 ′端長
波長側に於ける吸収増大を利用したもので、ＭＱＷ構造
を用いることにより吸収端の急峻化、エキシトン共鳴吸
収の有効利用が可能となり、従来のダブルへテロ（ＤＨ
）＄１１造光導波路を用いた電界吸収型光スイッチに比
べ高効率動作が可能となる。また、キャリアの寿命に支
配されない動作機構によっているため、超高速動作が可
能で実際に１００ ｐｓｅｃ （半値全幅〉の短光パル
スを創り出した例が報告されている。
波長側に於ける吸収増大を利用したもので、ＭＱＷ構造
を用いることにより吸収端の急峻化、エキシトン共鳴吸
収の有効利用が可能となり、従来のダブルへテロ（ＤＨ
）＄１１造光導波路を用いた電界吸収型光スイッチに比
べ高効率動作が可能となる。また、キャリアの寿命に支
配されない動作機構によっているため、超高速動作が可
能で実際に１００ ｐｓｅｃ （半値全幅〉の短光パル
スを創り出した例が報告されている。
この型の光スィッチは電界印加によるＭＱＷの吸収端の
長波長側へのシフトによる吸収係数の増加を動作原理と
している。また、吸収端のシフト量はＭＱＷの井戸厚（
Ｌｚ ）に大きく依存し、同じ電界強度でもＬＺにより
吸収係数の変化量は大きく異なる。従来のものはＬｚに
関する検討が為されていないため、光スィッチとして十
分な低電圧化、高消光比化が実現されていなかった。
長波長側へのシフトによる吸収係数の増加を動作原理と
している。また、吸収端のシフト量はＭＱＷの井戸厚（
Ｌｚ ）に大きく依存し、同じ電界強度でもＬＺにより
吸収係数の変化量は大きく異なる。従来のものはＬｚに
関する検討が為されていないため、光スィッチとして十
分な低電圧化、高消光比化が実現されていなかった。
本発明の目的はこのような問題点を解決し、低電圧、高
消光比という高効率な特性が得られる光スィッチを提供
することにある。
消光比という高効率な特性が得られる光スィッチを提供
することにある。
本発明による光スィッチは、ド・ブロイ波長程度の厚み
の第１の半導体層をこの第１の半導体層よりバンド・ギ
ャップの広い第２の半導体層によりはさんだ量子井戸構
造を層厚方向に多重に有する多重量子井戸構造と、この
多重量子井戸構造の層方向に垂直に電界を印加する手段
とを有し、第１の半導体層の層厚が１２０Å以上の範囲
にあることを特徴とするものである。
の第１の半導体層をこの第１の半導体層よりバンド・ギ
ャップの広い第２の半導体層によりはさんだ量子井戸構
造を層厚方向に多重に有する多重量子井戸構造と、この
多重量子井戸構造の層方向に垂直に電界を印加する手段
とを有し、第１の半導体層の層厚が１２０Å以上の範囲
にあることを特徴とするものである。
本発明の詳細な説明するために、まずＭＱＷの電界によ
る吸収端のシフトとそれに伴なう吸収係数の変化につい
て説明する。第２図はＭＱＷに電界Ｆを印加した時とし
ない時の吸収スペクトルを示している。この様にＭＱＷ
の層方向に垂直に電界を印加すると、ＭＱＷの量子井戸
内での波動関数のシフトにより、吸収スペクトルはΔε
だけ長波長側（低エネルギー側）へシフ１〜すると同時
に吸収確率の減少が見られ、吸収係数は無電界時の吸収
係数に比べαＦ／α０だけ減少する。この時吸収端の長
波長側近傍＾ｌに着目すると、吸収係数はΔαだけ増加
する。この吸収係数の増加Δαがこの様な吸収型変調器
の動作原理となる。
る吸収端のシフトとそれに伴なう吸収係数の変化につい
て説明する。第２図はＭＱＷに電界Ｆを印加した時とし
ない時の吸収スペクトルを示している。この様にＭＱＷ
の層方向に垂直に電界を印加すると、ＭＱＷの量子井戸
内での波動関数のシフトにより、吸収スペクトルはΔε
だけ長波長側（低エネルギー側）へシフ１〜すると同時
に吸収確率の減少が見られ、吸収係数は無電界時の吸収
係数に比べαＦ／α０だけ減少する。この時吸収端の長
波長側近傍＾ｌに着目すると、吸収係数はΔαだけ増加
する。この吸収係数の増加Δαがこの様な吸収型変調器
の動作原理となる。
また、ΔεとαＦ／α０はＭ Ｑ Ｗのウェル厚Ｌｚと
電界強度ＦによりΔε＝ＣＩ Ｆ２Ｌｚ ４゜αＦ ／
ｌｌｏ ＝Ｉ Ｃ２Ｆ２ＬＺ６と表わせる。ここでＣ
１，Ｃ２は比例定数であり、ＧａＡｓ基板１上 ＧａＡ
ｓＭＱＷにおいてはＦをＫ Ｖ ／ ｃＩｌ、 Ｌ ｚ
を１００人単位で表わした時、Ｃ１＝１．１７Ｘ １０
−３． Ｃ２＝１、月Ｘｌ０−’である。
電界強度ＦによりΔε＝ＣＩ Ｆ２Ｌｚ ４゜αＦ ／
ｌｌｏ ＝Ｉ Ｃ２Ｆ２ＬＺ６と表わせる。ここでＣ
１，Ｃ２は比例定数であり、ＧａＡｓ基板１上 ＧａＡ
ｓＭＱＷにおいてはＦをＫ Ｖ ／ ｃＩｌ、 Ｌ ｚ
を１００人単位で表わした時、Ｃ１＝１．１７Ｘ １０
−３． Ｃ２＝１、月Ｘｌ０−’である。
第３図にはＦ＝６０ＫＶ／Ｃ１１とした時のＬ２に対す
るΔε（ｍ ｅ Ｖ ）とαＦ／α０を示した。Ｆ＝６
０ＫＶ／ｃｍは光スィッチの低電圧化、高消光比化に必
要な値の１例として選んだ。これより一定の電界強度の
場合、Ｌｚを大きくとれば得られる吸収端のシフト量Δ
εは大きくなるが、吸収係数減衰比αＦ／α０は減少す
ることがわかる。吸収端の裾の部分での吸収係数の増加
量Δαを考えた場合、Δαはほぼ吸収端のエネルギーシ
フト量Δεと吸収係数の減衰の割合αＦ／α０の積に比
例し、Δα＝０３ ・Δε・αＦ／α０で表わされると
考えられる。ここで０３は吸収端の急峻性を表わす比例
定数である。
るΔε（ｍ ｅ Ｖ ）とαＦ／α０を示した。Ｆ＝６
０ＫＶ／ｃｍは光スィッチの低電圧化、高消光比化に必
要な値の１例として選んだ。これより一定の電界強度の
場合、Ｌｚを大きくとれば得られる吸収端のシフト量Δ
εは大きくなるが、吸収係数減衰比αＦ／α０は減少す
ることがわかる。吸収端の裾の部分での吸収係数の増加
量Δαを考えた場合、Δαはほぼ吸収端のエネルギーシ
フト量Δεと吸収係数の減衰の割合αＦ／α０の積に比
例し、Δα＝０３ ・Δε・αＦ／α０で表わされると
考えられる。ここで０３は吸収端の急峻性を表わす比例
定数である。
以上のことより第４図にＬＺに対するΔαを示した。Ｆ
＝ ６０ Ｋ Ｖ ／ ｃｒａと一定の時、ΔαはＬ
ｚが１３０〜１４０人の範囲において極大値をもつ。ま
たＦ＝８０ＫＶ／ｃｎの時はＬｚ〜１２０人にＦ ＝
４０ Ｋ Ｖ ／ ｃＩｌの時はＬｚ〜１５０人に吸収
係数増加量Δαは極大値をもつ。低電圧化に必要な電界
強度をＦ＜８０ＫＶ／ａｍとすると、その電界強度にお
ける吸収係数増加量の極大値Δα＋ｅａｘはウェル厚が
Ｌｚ＞１２０人で存在する。ウェル厚Ｌｚの上限は量子
サイズ効果が失なわれない限界の値として選ばれる。従
って、この範囲のＬ２をもつＭＱＷを用いることにより
同一電界強度においては他のＬｚ（例えば〜１００人）
をもつＭＱＷに比べ大きな吸収変化が得られ、高効率な
光スィッチが実現できる。本発明はこの事実を利用した
ものである。
＝ ６０ Ｋ Ｖ ／ ｃｒａと一定の時、ΔαはＬ
ｚが１３０〜１４０人の範囲において極大値をもつ。ま
たＦ＝８０ＫＶ／ｃｎの時はＬｚ〜１２０人にＦ ＝
４０ Ｋ Ｖ ／ ｃＩｌの時はＬｚ〜１５０人に吸収
係数増加量Δαは極大値をもつ。低電圧化に必要な電界
強度をＦ＜８０ＫＶ／ａｍとすると、その電界強度にお
ける吸収係数増加量の極大値Δα＋ｅａｘはウェル厚が
Ｌｚ＞１２０人で存在する。ウェル厚Ｌｚの上限は量子
サイズ効果が失なわれない限界の値として選ばれる。従
って、この範囲のＬ２をもつＭＱＷを用いることにより
同一電界強度においては他のＬｚ（例えば〜１００人）
をもつＭＱＷに比べ大きな吸収変化が得られ、高効率な
光スィッチが実現できる。本発明はこの事実を利用した
ものである。
以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。
第１図は本発明による光スィッチの１実施例を示すもの
である。まず、本実施例の光スィッチの製作について説
明する。ｎ” −ＧａＡｓ基板１上にｎ”−ＧａＡｓバ
’ｙファ層２、ｎ＋−八ｅ ＧａＡｓクラ・ンド層３、
ｉ −ＧａＡｓ基板Ｉ ＧａＡｓＭ Ｑ Ｗガイド層４
、ｐ＋−Ａｅ ＧａＡｓクラッド層５、Ｐ” −ＧａＡ
ｓキャブ層６を分子線エピタキシャル（ＭＢＥ）法によ
り成長する。次に、ウェハ・エピタキシャル層側にＴｉ
／Ｐｔを蒸着し、幅３〜８μｍの導波路パターンとなる
メタル・ストライブ電極７をフォトリソグラフィ法によ
り形成し、続いてメタル・ストライプ電極７をマスクと
してｐ＋−Ａｅ ＧａＡｓクラッド層５迄をエツチング
して除去する。ウェハ裏面にはオーミック電極となる人
ｕＧｅＮｉ電極８を蒸着し熱処理によりアロイ化する。
である。まず、本実施例の光スィッチの製作について説
明する。ｎ” −ＧａＡｓ基板１上にｎ”−ＧａＡｓバ
’ｙファ層２、ｎ＋−八ｅ ＧａＡｓクラ・ンド層３、
ｉ −ＧａＡｓ基板Ｉ ＧａＡｓＭ Ｑ Ｗガイド層４
、ｐ＋−Ａｅ ＧａＡｓクラッド層５、Ｐ” −ＧａＡ
ｓキャブ層６を分子線エピタキシャル（ＭＢＥ）法によ
り成長する。次に、ウェハ・エピタキシャル層側にＴｉ
／Ｐｔを蒸着し、幅３〜８μｍの導波路パターンとなる
メタル・ストライブ電極７をフォトリソグラフィ法によ
り形成し、続いてメタル・ストライプ電極７をマスクと
してｐ＋−Ａｅ ＧａＡｓクラッド層５迄をエツチング
して除去する。ウェハ裏面にはオーミック電極となる人
ｕＧｅＮｉ電極８を蒸着し熱処理によりアロイ化する。
また最後に図示はしていないがボンディング用パッド部
にＴｉ／Ａｕを部分的に積層し、入出射端面をへき開に
より形成する。
にＴｉ／Ａｕを部分的に積層し、入出射端面をへき開に
より形成する。
次に、この実施例の光スィッチの動作について説明する
。ＭＱＷではバンドギャップはウェル２バリア間のポテ
ンシャル高さとウェル厚Ｌｚにより、屈折率はウェル、
バリアの組成とその厚みの比により制御できるため混晶
に比べ導波路の設計の自由度が高い。ここではｉ −Ｇ
ａＡｓ基板ｆ ＧａＡｓＭ ＱＷガイド層４のウェル厚
Ｌｚ”１３５人、バリ１４１３５人を１３周期、バリア
のＡｆｆ ＧａＡｓ層の八ｌの組成比ｘ＝Ｏｊとし、ｎ
” −Ａｅ ＧａＡｓクラッド層３、ｐ ” −人ｆ
ｆ ＧａＡｓクラッド層５の層厚をそれぞれ１μｍ、＾
ｌの組成比ｘ ＝ ０．４５とする。
。ＭＱＷではバンドギャップはウェル２バリア間のポテ
ンシャル高さとウェル厚Ｌｚにより、屈折率はウェル、
バリアの組成とその厚みの比により制御できるため混晶
に比べ導波路の設計の自由度が高い。ここではｉ −Ｇ
ａＡｓ基板ｆ ＧａＡｓＭ ＱＷガイド層４のウェル厚
Ｌｚ”１３５人、バリ１４１３５人を１３周期、バリア
のＡｆｆ ＧａＡｓ層の八ｌの組成比ｘ＝Ｏｊとし、ｎ
” −Ａｅ ＧａＡｓクラッド層３、ｐ ” −人ｆ
ｆ ＧａＡｓクラッド層５の層厚をそれぞれ１μｍ、＾
ｌの組成比ｘ ＝ ０．４５とする。
ここでＭＱＷのバンドギャップ波長はλｇ〜８５５ｎｍ
となる。この時、使用波長λ＝８８０ｎｍにおいてｎ
” −ｋｅ ＧａＡｓクラ’ｙド層３、ｉ −ＭＱＷガ
イド層４、ｐ” ｋｅ ＧａＡｓクラッド層５の屈折
率はそれぞれ３ｊ４ｊ、５６，３．３４となり前述した
各層の厚さより単一モード・ガイドを実現することがで
きる。
となる。この時、使用波長λ＝８８０ｎｍにおいてｎ
” −ｋｅ ＧａＡｓクラ’ｙド層３、ｉ −ＭＱＷガ
イド層４、ｐ” ｋｅ ＧａＡｓクラッド層５の屈折
率はそれぞれ３ｊ４ｊ、５６，３．３４となり前述した
各層の厚さより単一モード・ガイドを実現することがで
きる。
このような光ガイドにＭＱＷガイド層の吸収端８５５ｎ
ｍより長波長側の光（ここではλ−８８０ｎｒｎを用い
た）を入射させ、電極７，８間に逆バイアスを印加する
とＭＱＷ層には電界が印加され、それに応じた吸収が生
じ、導波光はＭＱＷ内で吸収され出力端より出射されず
光スィッチはＯＦＦ状態となる。ここではＭＱＷのウェ
ル厚を１３５人としているために２Ｖ （Ｆ〜６０ＫＶ
／ＣＩｍ）と非常に低い電圧で十分な吸収係数の増加が
得られ、素子長５００μｍの光スィッチでも２０ｄ８と
高い消光比が得られる。これは従来のし２〜１００人の
ＭＱＷに比べれば同一電界強度において約２倍の吸収係
数変化量であり、これにより従来のものよりも高消光比
化あるいは低電圧化、又は素子長を短くすることによる
低導波損失化が実現できる。
ｍより長波長側の光（ここではλ−８８０ｎｒｎを用い
た）を入射させ、電極７，８間に逆バイアスを印加する
とＭＱＷ層には電界が印加され、それに応じた吸収が生
じ、導波光はＭＱＷ内で吸収され出力端より出射されず
光スィッチはＯＦＦ状態となる。ここではＭＱＷのウェ
ル厚を１３５人としているために２Ｖ （Ｆ〜６０ＫＶ
／ＣＩｍ）と非常に低い電圧で十分な吸収係数の増加が
得られ、素子長５００μｍの光スィッチでも２０ｄ８と
高い消光比が得られる。これは従来のし２〜１００人の
ＭＱＷに比べれば同一電界強度において約２倍の吸収係
数変化量であり、これにより従来のものよりも高消光比
化あるいは低電圧化、又は素子長を短くすることによる
低導波損失化が実現できる。
この実施例では、装荷型の導波構造を採っているが、特
にこれに限らず埋め込み構造などを用いてもよい。また
導波構造でなくてもＭＱＷの層方向に垂直に光を入射す
る固型構造を採ってもよい。またＭＱＷのウェル、バリ
アの組成も実施例に限るものではなく、更に同様な効果
が得られれば他の半導体材料を用いてもよい。
にこれに限らず埋め込み構造などを用いてもよい。また
導波構造でなくてもＭＱＷの層方向に垂直に光を入射す
る固型構造を採ってもよい。またＭＱＷのウェル、バリ
アの組成も実施例に限るものではなく、更に同様な効果
が得られれば他の半導体材料を用いてもよい。
以上詳細に説明したように、本発明によれば超高速変調
が可能な２Ｖ程度という低電圧で動作し、更に消光比が
十分とれる吸収型の光スィッチを得ることができ、光通
信、光情報処理等の分野に非常に大きく貢献することが
できる。
が可能な２Ｖ程度という低電圧で動作し、更に消光比が
十分とれる吸収型の光スィッチを得ることができ、光通
信、光情報処理等の分野に非常に大きく貢献することが
できる。
第１図は本発明の一実施例の斜視図、第２図は電界印加
によるＭ Ｑ Ｗの吸収スペクトルの変化を示す図、第
３図はＭＱＷに一定の電界を印加した場合の吸収端のエ
ネルギーシフト量と吸収係数の減衰比のウェル厚依存性
を示す図、第４図はＭＱ 。 Ｗに一定の電界を印加した場合の吸収係数の増加量のウ
ェル厚依存性を示す図である。 １−１− ｎ ” −ＧａＡｓ基板、２− ｎ ＋−〇
ａＡｓバッファ層、３−ｎ ”−Ａｅ ＧａＡｓクラッ
ド層、４−・−１−Ｇａ＾ｓ／ｋｅ ＧａＡｓＭ Ｑ
Ｗガイド層、５ 、、、 ｐ＋−ＡＩ ＧａＡｓクラッ
ド層、６・・・ｐ”−ＧａＡｓキャップ層、７，８・・
・電極。 扁２図 Ｊ五人 箔３ 口 箭４図 シュルノ丁 １ｚ（Ｉｉ）
によるＭ Ｑ Ｗの吸収スペクトルの変化を示す図、第
３図はＭＱＷに一定の電界を印加した場合の吸収端のエ
ネルギーシフト量と吸収係数の減衰比のウェル厚依存性
を示す図、第４図はＭＱ 。 Ｗに一定の電界を印加した場合の吸収係数の増加量のウ
ェル厚依存性を示す図である。 １−１− ｎ ” −ＧａＡｓ基板、２− ｎ ＋−〇
ａＡｓバッファ層、３−ｎ ”−Ａｅ ＧａＡｓクラッ
ド層、４−・−１−Ｇａ＾ｓ／ｋｅ ＧａＡｓＭ Ｑ
Ｗガイド層、５ 、、、 ｐ＋−ＡＩ ＧａＡｓクラッ
ド層、６・・・ｐ”−ＧａＡｓキャップ層、７，８・・
・電極。 扁２図 Ｊ五人 箔３ 口 箭４図 シュルノ丁 １ｚ（Ｉｉ）
Claims (1)
- ド・ブロイ波長程度の厚みの第１の半導体層をこの第１
の半導体層よりバンド・ギャップの広い第２の半導体層
によりはさんだ量子井戸構造を層厚方向に多重に有する
多重量子井戸構造と、この多重量子井戸構造の層方向に
垂直に電界を印加する手段とを有し、前記第１の半導体
層の層厚が１２０Å以上の範囲にあることを特徴とする
光スイッチ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27471386A JPS63127226A (ja) | 1986-11-17 | 1986-11-17 | 光スイツチ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27471386A JPS63127226A (ja) | 1986-11-17 | 1986-11-17 | 光スイツチ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63127226A true JPS63127226A (ja) | 1988-05-31 |
Family
ID=17545530
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP27471386A Pending JPS63127226A (ja) | 1986-11-17 | 1986-11-17 | 光スイツチ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS63127226A (ja) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61212823A (ja) * | 1985-03-18 | 1986-09-20 | Nec Corp | 光変調器 |
| JPS61226729A (ja) * | 1985-04-01 | 1986-10-08 | Hitachi Ltd | 光素子およびその製造方法 |
-
1986
- 1986-11-17 JP JP27471386A patent/JPS63127226A/ja active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61212823A (ja) * | 1985-03-18 | 1986-09-20 | Nec Corp | 光変調器 |
| JPS61226729A (ja) * | 1985-04-01 | 1986-10-08 | Hitachi Ltd | 光素子およびその製造方法 |
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