JPS6313016A - 光スイツチ - Google Patents
光スイツチInfo
- Publication number
- JPS6313016A JPS6313016A JP15725186A JP15725186A JPS6313016A JP S6313016 A JPS6313016 A JP S6313016A JP 15725186 A JP15725186 A JP 15725186A JP 15725186 A JP15725186 A JP 15725186A JP S6313016 A JPS6313016 A JP S6313016A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- gaas
- algaas
- optical switch
- electric field
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 title claims abstract description 30
- 230000005684 electric field Effects 0.000 claims abstract description 15
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 11
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 abstract description 36
- 239000000758 substrate Substances 0.000 abstract description 10
- 230000008878 coupling Effects 0.000 abstract description 9
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 abstract description 9
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 abstract description 9
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 3
- 229910052681 coesite Inorganic materials 0.000 abstract description 2
- 229910052906 cristobalite Inorganic materials 0.000 abstract description 2
- 229910052682 stishovite Inorganic materials 0.000 abstract description 2
- 229910052905 tridymite Inorganic materials 0.000 abstract description 2
- 229910000980 Aluminium gallium arsenide Inorganic materials 0.000 abstract 4
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 abstract 1
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 abstract 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 19
- 238000005253 cladding Methods 0.000 description 7
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 7
- 239000000463 material Substances 0.000 description 6
- 238000000862 absorption spectrum Methods 0.000 description 3
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 229910000530 Gallium indium arsenide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910003327 LiNbO3 Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000005697 Pockels effect Effects 0.000 description 1
- 238000003486 chemical etching Methods 0.000 description 1
- 238000003776 cleavage reaction Methods 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 238000001312 dry etching Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 description 1
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 1
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 230000007017 scission Effects 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- 238000000927 vapour-phase epitaxy Methods 0.000 description 1
- 230000005428 wave function Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y20/00—Nanooptics, e.g. quantum optics or photonic crystals
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- 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
- G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
- G02F1/29—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the position or the direction of light beams, i.e. deflection
- G02F1/31—Digital deflection, i.e. optical switching
- G02F1/313—Digital deflection, i.e. optical switching in an optical waveguide structure
- G02F1/3132—Digital deflection, i.e. optical switching in an optical waveguide structure of directional coupler type
- G02F1/3133—Digital deflection, i.e. optical switching in an optical waveguide structure of directional coupler type the optical waveguides being made of semiconducting materials
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- 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
- G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
- G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour
- G02F1/015—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour based on semiconductor elements having potential barriers, e.g. having a PN or PIN junction
- G02F1/017—Structures with periodic or quasi periodic potential variation, e.g. superlattices, quantum wells
- G02F1/01708—Structures with periodic or quasi periodic potential variation, e.g. superlattices, quantum wells in an optical wavequide structure
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- 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
- G02F2202/00—Materials and properties
- G02F2202/10—Materials and properties semiconductor
- G02F2202/101—Ga×As and alloy
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Nonlinear Science (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Biophysics (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (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、光通信や、光交換等に用いる光スィッチに関
するものである。
するものである。
近年の光システムの高度化、高性能化に併い、小型の光
スィッチへの要求が高まっている。光スィッチとしては
従来、Ｌ ｉ Ｎ ｂ ０３ 、 Ｇ ａ Ａ ｅ Ａ
ｓ、ＩｎＧａＡｓＰ等の材料を用いた方向性結合器型光
スイッチが広く研究されている（雑誌アプライド・フィ
ン・ンクス・レターズ（Ａｐｐ日ｅｄ ！’ｂｙｓｉｃ
ｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ）第２７巻、１９７５年、２８９〜
２９１頁）。この光スィッチは１次電気光学効果（ポッ
ケルス効果）を利用して方向性結合した光導波路の結合
状態を変化させスイッチ動作を得るものである。
スィッチへの要求が高まっている。光スィッチとしては
従来、Ｌ ｉ Ｎ ｂ ０３ 、 Ｇ ａ Ａ ｅ Ａ
ｓ、ＩｎＧａＡｓＰ等の材料を用いた方向性結合器型光
スイッチが広く研究されている（雑誌アプライド・フィ
ン・ンクス・レターズ（Ａｐｐ日ｅｄ ！’ｂｙｓｉｃ
ｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ）第２７巻、１９７５年、２８９〜
２９１頁）。この光スィッチは１次電気光学効果（ポッ
ケルス効果）を利用して方向性結合した光導波路の結合
状態を変化させスイッチ動作を得るものである。
第５図（ａ）に、１次電気光学効果を利用した方向性結
合器型光スイッチの一例として、ＧａＡＳホモ接合光導
波路構造を有するものを示す。第５図を用いてこの構造
の製作、動作を説明する。
合器型光スイッチの一例として、ＧａＡＳホモ接合光導
波路構造を有するものを示す。第５図を用いてこの構造
の製作、動作を説明する。
ｎ”−ＧａＡｓ基板５１（キャリア濃度−：１ ｏ ｌ
８ｃｍ−’）上に気相成長法によりｎ−−ＧａＡｓガ
イド層５２（キャリア濃度５１０ ”ｃ ｍ−’）を３
μｍ程度成長する。このウェハのｎ−−ＧａＡｓガイド
層５２上にＷＳ ｉ 、Ａｌｌ、Ｐｔ／Ａｕ、Ｔｉ ／
Ａ ｕ等によるショットキー電極を全面蒸着した後、
フォトリソグラフィ法及びドライエツチングによりショ
ットキー電極を２本の近接平行したストライブ状のショ
ットキー電極５３に加工し、続いてこの電極５３をマス
クにしてｎ−−ＧａＡＳガイド層５２全５２ｍ程度の深
さエツチングし、２本のリブを形成する。最後にｎ”
−ＧａＡｓ基板５１裏面にオーム性電極５４を形成し、
へき開により入出射端面を形成する。半導体では自由キ
ャリア濃度の差により実効的な屈折率差が生じ、更にリ
ブ部と他の部分とのガイド層の厚みの差により横方向の
実効的な屈折率差が生じるため、ガイド層５２のリブ部
５２′の真下の部分は２本の近接した３次元ガイド５２
ａ、５２ｂとなる。この２本の３次元ガイドは同一形状
で近接して形成されているため方向性結合器を形成して
おり、例えば一方の３次元ガイド５２ａに光が入射した
場合、第５図（ｂ）に示すように、完全結合長ｅｃと呼
ばれる長さを周期として２本の３次元ガイド間で光パワ
ーの移動が生じる。従って素子長２を完全結合長Ｐｃに
一致するようにしておけばガイド５２ａに入射した光は
完全にガイド５２ｂに結合して出射される。この状態で
一方のショットキー電ｉ５３と電極５４の間に逆バイア
スを印加すれば電気光学効果により屈折率が変化し２つ
の三次元ガイド５２ａ、５２ｂの位相整合状態が変化し
、次第に２つの三次元ガイド５２ａ、５２ｂ間の結合が
弱くなり、つσ）には三次元ガイド５２ｂへの光パワー
の移動は生じなくなる。このようにして２本の三次元ガ
イド５２ａ、５２ｂ間で光のスイッチングが行なえる。
８ｃｍ−’）上に気相成長法によりｎ−−ＧａＡｓガ
イド層５２（キャリア濃度５１０ ”ｃ ｍ−’）を３
μｍ程度成長する。このウェハのｎ−−ＧａＡｓガイド
層５２上にＷＳ ｉ 、Ａｌｌ、Ｐｔ／Ａｕ、Ｔｉ ／
Ａ ｕ等によるショットキー電極を全面蒸着した後、
フォトリソグラフィ法及びドライエツチングによりショ
ットキー電極を２本の近接平行したストライブ状のショ
ットキー電極５３に加工し、続いてこの電極５３をマス
クにしてｎ−−ＧａＡＳガイド層５２全５２ｍ程度の深
さエツチングし、２本のリブを形成する。最後にｎ”
−ＧａＡｓ基板５１裏面にオーム性電極５４を形成し、
へき開により入出射端面を形成する。半導体では自由キ
ャリア濃度の差により実効的な屈折率差が生じ、更にリ
ブ部と他の部分とのガイド層の厚みの差により横方向の
実効的な屈折率差が生じるため、ガイド層５２のリブ部
５２′の真下の部分は２本の近接した３次元ガイド５２
ａ、５２ｂとなる。この２本の３次元ガイドは同一形状
で近接して形成されているため方向性結合器を形成して
おり、例えば一方の３次元ガイド５２ａに光が入射した
場合、第５図（ｂ）に示すように、完全結合長ｅｃと呼
ばれる長さを周期として２本の３次元ガイド間で光パワ
ーの移動が生じる。従って素子長２を完全結合長Ｐｃに
一致するようにしておけばガイド５２ａに入射した光は
完全にガイド５２ｂに結合して出射される。この状態で
一方のショットキー電ｉ５３と電極５４の間に逆バイア
スを印加すれば電気光学効果により屈折率が変化し２つ
の三次元ガイド５２ａ、５２ｂの位相整合状態が変化し
、次第に２つの三次元ガイド５２ａ、５２ｂ間の結合が
弱くなり、つσ）には三次元ガイド５２ｂへの光パワー
の移動は生じなくなる。このようにして２本の三次元ガ
イド５２ａ、５２ｂ間で光のスイッチングが行なえる。
しかし、１次電気光学効果により実用的に得られる屈折
率変化はＬｉＮｂＯ３の場合で１０−３゜ＧａＡｅＡｓ
やＩｎＧａＡｓＰで１０−４のオーダーでしかなく、光
スィッチの低電圧／小型化は難しかった。一方、半導体
材料の場合、電界印加電流注入により吸収端近傍のエネ
ルギーを持つ光に対して大きな屈折率変化が得られるこ
とが報告されている（雑誌［アイ、イー、イー、イー、
ジャーナル・オブ・カンタム・エレクトロニクス（ＩＥ
ＥＥ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｑｕａｏｔｕ＋＊ Ｅｌ
ｅｃｔｒｏｎｉｃｓ）第ＱＥ−１９巻、１９８３年、１
５２５〜１５３０頁及び［エレクトロニクス・レターズ
（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ）第２１巻
、１９８５年、５７９〜５８０頁）。
率変化はＬｉＮｂＯ３の場合で１０−３゜ＧａＡｅＡｓ
やＩｎＧａＡｓＰで１０−４のオーダーでしかなく、光
スィッチの低電圧／小型化は難しかった。一方、半導体
材料の場合、電界印加電流注入により吸収端近傍のエネ
ルギーを持つ光に対して大きな屈折率変化が得られるこ
とが報告されている（雑誌［アイ、イー、イー、イー、
ジャーナル・オブ・カンタム・エレクトロニクス（ＩＥ
ＥＥ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｑｕａｏｔｕ＋＊ Ｅｌ
ｅｃｔｒｏｎｉｃｓ）第ＱＥ−１９巻、１９８３年、１
５２５〜１５３０頁及び［エレクトロニクス・レターズ
（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ）第２１巻
、１９８５年、５７９〜５８０頁）。
しかしながらこれらの屈折率変化には屈折率の虚部つま
りは吸収係数の大きな変化が併い、低損失化を計るのが
難しかった。
りは吸収係数の大きな変化が併い、低損失化を計るのが
難しかった。
本発明の目的はこのような問題を除去し、小型。
高効率かつ低損失な光スィッチを提供することにある。
本発明は、ド・ブロイ波長程度の厚みの第１の半導体層
を前記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を層厚方向に多重に有する
多重量子井戸構造を持つ中間部を介して互いに方向性結
合し、前記多重量子井戸構造よりもバンド・ギャップが
広くかつ高屈折率な導波層を持つ光導波路と、前記中間
部の多重量子井戸構造に電界を印加する手段とから成る
ことを特徴とするものである。
を前記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を層厚方向に多重に有する
多重量子井戸構造を持つ中間部を介して互いに方向性結
合し、前記多重量子井戸構造よりもバンド・ギャップが
広くかつ高屈折率な導波層を持つ光導波路と、前記中間
部の多重量子井戸構造に電界を印加する手段とから成る
ことを特徴とするものである。
本発明は量子井戸（ＱＷ＞構造に電界を印加した際の複
素屈折率下＝ｎ−ｊｋの変化を利用したものである。ま
ずこの電界による複素屈折率下の変化について説明する
。
素屈折率下＝ｎ−ｊｋの変化を利用したものである。ま
ずこの電界による複素屈折率下の変化について説明する
。
第３図はＧ ａ Ａ ｓ ／ Ａ ｅ Ｇ ａ Ａ ｓ
による多重量子井戸（ＭＱＷ）ｍ造に電界ＥをＱＷに垂
直に印加した際の光吸収スペクトルの変化を測定した結
果である。ＭＱＷ構造とは半導体層をそれよりバンド・
ギャップの広い半導体ではさんだＱＷを層厚方向に多重
に有するもので、各ＱＷ内での電子。
による多重量子井戸（ＭＱＷ）ｍ造に電界ＥをＱＷに垂
直に印加した際の光吸収スペクトルの変化を測定した結
果である。ＭＱＷ構造とは半導体層をそれよりバンド・
ギャップの広い半導体ではさんだＱＷを層厚方向に多重
に有するもので、各ＱＷ内での電子。
正孔の２次元化によりバルクとは異なる物性を示すこと
から注目されているものである。電界ＥによりＭＱＷ中
の各ＱＷのポテンシャル構造が傾き、量子準位の移動、
電子、正孔波動関数のＱＷ内でのかたよりが生じるため
、電界Ｅを印加しない時の吸収端λｇ近傍より長波長側
では吸収係数の増大、吸収端より短波長側では逆に吸収
係数の減少が生じる。尚、ＭＱＷ構造では半導体本来の
基板吸収スペクトルに、エキシトン吸収ピークが重なっ
ており、更に不純物等による吸収端での吸収鋸引きもあ
るため、厳密には吸収端λｇの位置は特定しにくい。こ
こでは吸収スペクトラムの急激に変化する部分の接線と
吸収係数０の直線の交点の波長を吸収端と呼ぶが厳密に
は意味はない、一方、複素屈折率下＝ｎ−ｊＫのｋは吸
収係数αとに＝λα／４π（但しλは波長）の関係があ
り、更に複素屈折率πの実部ｎと虚部にはクラマース・
クローニッヒとの関係により関係付けられているため、
上述のような吸収係数αの変化は複素屈折率実部ｎの変
化ももたらす。
から注目されているものである。電界ＥによりＭＱＷ中
の各ＱＷのポテンシャル構造が傾き、量子準位の移動、
電子、正孔波動関数のＱＷ内でのかたよりが生じるため
、電界Ｅを印加しない時の吸収端λｇ近傍より長波長側
では吸収係数の増大、吸収端より短波長側では逆に吸収
係数の減少が生じる。尚、ＭＱＷ構造では半導体本来の
基板吸収スペクトルに、エキシトン吸収ピークが重なっ
ており、更に不純物等による吸収端での吸収鋸引きもあ
るため、厳密には吸収端λｇの位置は特定しにくい。こ
こでは吸収スペクトラムの急激に変化する部分の接線と
吸収係数０の直線の交点の波長を吸収端と呼ぶが厳密に
は意味はない、一方、複素屈折率下＝ｎ−ｊＫのｋは吸
収係数αとに＝λα／４π（但しλは波長）の関係があ
り、更に複素屈折率πの実部ｎと虚部にはクラマース・
クローニッヒとの関係により関係付けられているため、
上述のような吸収係数αの変化は複素屈折率実部ｎの変
化ももたらす。
第４図はこのような関係をもとに、ある電界強度に於け
る吸収係数変化（Δα）、屈折率変化（Δｎ）のスペク
トルの概要を示したものである。
る吸収係数変化（Δα）、屈折率変化（Δｎ）のスペク
トルの概要を示したものである。
尚、簡単のためエキシ１−ン共鳴吸収等による微細構造
は省略した。第４図よりλｇ〈λ〈λ１の範囲ではΔα
は正、Δｎは負、λ１〈λではΔα。
は省略した。第４図よりλｇ〈λ〈λ１の範囲ではΔα
は正、Δｎは負、λ１〈λではΔα。
△ｎ共に正の符号を持つことがわかる。複素屈折率は、
下＝ ｎ −ｊ ｋ ＝ ｎ−ｊλα／４πの型に書け
るのでλｇくλ〈λ１の範囲では電界の印加により下は
実部、虚部共に減少しており、実部、虚部の変化は相加
的に働き非常に大きな効果を得ることができる。
下＝ ｎ −ｊ ｋ ＝ ｎ−ｊλα／４πの型に書け
るのでλｇくλ〈λ１の範囲では電界の印加により下は
実部、虚部共に減少しており、実部、虚部の変化は相加
的に働き非常に大きな効果を得ることができる。
本発明は、このような効果を方向性結合器型光スイッチ
の光導波路間の部分に適用することにより低損失かつ、
小型／高効率な光スィッチを得るものである。
の光導波路間の部分に適用することにより低損失かつ、
小型／高効率な光スィッチを得るものである。
第１図（ａ＞は本発明による光スィッチの実施例の斜視
図である。ここではＧ ａ Ａ ｓ ／ Ａ ｅ Ｇ
ａＡｓ系材料を用いた場合につき説明する。
図である。ここではＧ ａ Ａ ｓ ／ Ａ ｅ Ｇ
ａＡｓ系材料を用いた場合につき説明する。
まず第１図（ａ＞の構造の製造方法について説明する。
ｎ”−ＧａＡｓ基板１上にｎ＋−ＧａＡＳバッファ層２
（厚み１μｍ）、ｎ” −ＡｆＧａＡｓクラッド層３（
アルミ組成比ｘ＝０．２８゜厚み１μｍ）、ｎ−Ａｆｆ
ＧａＡｓガイド層４（ｘ＝０．１８．厚み０．６μｍ）
、１−ＧａＡｓ／Ａｊ’ＧａＡｓ多重量子井戸（ＭＱＷ
）構造中間層５ （ＧａＡｓウェル：１００人、Ａｆｆ
ＧａＡｓ （ｘ＝０．５５）バリア：１００人、２５周
期全層厚０．４９μｍ）、ｐ−ＡｔＡ！ＧａＡｓガイド
層６（ｘ＝０．１８．厚み０．６μｍ）、ｐ−Ａｊ’Ｇ
ａＡｓクラッド層７ （ｘ＝０．２８：厚みｉμｍ）、
ｐ−ＧａＡｓキャップ層８（暑み１μｍ＞をＭＢＥ法に
より連続成長した後、ｎ” −ＧａＡｓ基板１及びｐ−
ＧａＡｓキャップ層８にｎ、ｐ型オーム性電極９．１０
を形成した。
（厚み１μｍ）、ｎ” −ＡｆＧａＡｓクラッド層３（
アルミ組成比ｘ＝０．２８゜厚み１μｍ）、ｎ−Ａｆｆ
ＧａＡｓガイド層４（ｘ＝０．１８．厚み０．６μｍ）
、１−ＧａＡｓ／Ａｊ’ＧａＡｓ多重量子井戸（ＭＱＷ
）構造中間層５ （ＧａＡｓウェル：１００人、Ａｆｆ
ＧａＡｓ （ｘ＝０．５５）バリア：１００人、２５周
期全層厚０．４９μｍ）、ｐ−ＡｔＡ！ＧａＡｓガイド
層６（ｘ＝０．１８．厚み０．６μｍ）、ｐ−Ａｊ’Ｇ
ａＡｓクラッド層７ （ｘ＝０．２８：厚みｉμｍ）、
ｐ−ＧａＡｓキャップ層８（暑み１μｍ＞をＭＢＥ法に
より連続成長した後、ｎ” −ＧａＡｓ基板１及びｐ−
ＧａＡｓキャップ層８にｎ、ｐ型オーム性電極９．１０
を形成した。
ここで本実施例に用いたＭＱＷ構造について説明する。
ＧａＡｓ／Ａｊ’ＧａＡｓ ＭＱＷではそのポテンシ
ャル構造により、電子、正孔共にＧａＡｓウェル中に閉
じ込められる。電子、正孔それぞれの井戸深さは価電子
帯、伝導帯のバンド不連続量により決まる。井戸深さが
充分深いと近似すれば層厚方向を２方向として、電子の
全エネルギーは２方向に量子化され Ｅ ＝ −（−）＋−足＝（Ｉ＜ Ｗ’＋ ｋ 、２）
ｈ２ ｎπ ２ｒｒｉ” Ｌ２２ｍ’ となる。但しここに、ｈはディラック定数、ばは電子の
有効質量、ｎは量子数（ｎ＝１．２．３゜・・・）、Ｌ
ｚは井戸幅である。バルク状態での電子エネルギーは全
運動量をｐとしてｐ ２７２ ｍ’ と書ける。これ
に対応するエネルギー波動の波長はドブロイ波長λＤと
呼ばれ、λｏ＝ｈ／ｐ（ｈニブランク定数）と書けるが
、ＱＷ構造に於て量子効化が顕著になるためにはＬ２Ｓ
λ０であることが必要である。今考えている系ではλＤ
は２００〜３００人であることから、ここではＧａＡｓ
ウクル厚として１００人を採用した。またＡｊ７ＧａＡ
ｓバリアの厚みはあまり薄いとウェル間の結合が生じる
ため１００人として各ウェル間の結合が起きないような
構造をとっている。
ャル構造により、電子、正孔共にＧａＡｓウェル中に閉
じ込められる。電子、正孔それぞれの井戸深さは価電子
帯、伝導帯のバンド不連続量により決まる。井戸深さが
充分深いと近似すれば層厚方向を２方向として、電子の
全エネルギーは２方向に量子化され Ｅ ＝ −（−）＋−足＝（Ｉ＜ Ｗ’＋ ｋ 、２）
ｈ２ ｎπ ２ｒｒｉ” Ｌ２２ｍ’ となる。但しここに、ｈはディラック定数、ばは電子の
有効質量、ｎは量子数（ｎ＝１．２．３゜・・・）、Ｌ
ｚは井戸幅である。バルク状態での電子エネルギーは全
運動量をｐとしてｐ ２７２ ｍ’ と書ける。これ
に対応するエネルギー波動の波長はドブロイ波長λＤと
呼ばれ、λｏ＝ｈ／ｐ（ｈニブランク定数）と書けるが
、ＱＷ構造に於て量子効化が顕著になるためにはＬ２Ｓ
λ０であることが必要である。今考えている系ではλＤ
は２００〜３００人であることから、ここではＧａＡｓ
ウクル厚として１００人を採用した。またＡｊ７ＧａＡ
ｓバリアの厚みはあまり薄いとウェル間の結合が生じる
ため１００人として各ウェル間の結合が起きないような
構造をとっている。
この構造での各層の屈折率分布は第１図（ａ＞中に示し
たように設定されており、ガイド層４とガイド層６はＭ
ＱＷ中間層５を介して方向性結合している。通常のＡ
ｅ Ｇ ａ Ａ ｓ混晶ではアルミ組成化Ｘが小さい程
バンドギャップが小さくかつ屈折率が高いが、ＭＱＷｉ
ｆＲ造の場合、バンドギャップと屈折率が独立に制御で
き、第１図（ａ）の構造ではＭＱＷ中間層の屈折率は上
、下のガイド層に比べ低いが、バンドギャップは小さく
なるように設定しである（バンドギャップ波長はＭＱＷ
中間層が０．８４．ｃｚｍ、Ａｊ７ＧａＡｓガイド層は
０゜７５μｍ）。
たように設定されており、ガイド層４とガイド層６はＭ
ＱＷ中間層５を介して方向性結合している。通常のＡ
ｅ Ｇ ａ Ａ ｓ混晶ではアルミ組成化Ｘが小さい程
バンドギャップが小さくかつ屈折率が高いが、ＭＱＷｉ
ｆＲ造の場合、バンドギャップと屈折率が独立に制御で
き、第１図（ａ）の構造ではＭＱＷ中間層の屈折率は上
、下のガイド層に比べ低いが、バンドギャップは小さく
なるように設定しである（バンドギャップ波長はＭＱＷ
中間層が０．８４．ｃｚｍ、Ａｊ７ＧａＡｓガイド層は
０゜７５μｍ）。
次に本実施例の動作について説明する。説明の便のため
素子長はガイド層４とガイド層６による方向性結合器の
完全結合長ＩＣの奇数倍にとっておく。この実施例では
ｅｃは１００μｍ程度である。この条件のもとではガイ
ド層４に入射したＭＱＷ層バンドギャップ波長より長波
長側の光（ここではλ＝０．８６μｍ）はガイド層６に
結合して出射する。次に電極９．１０間に逆バイアスを
印加すると、ＭＱＷ中間層５に電界が印加され、先に説
明したように複素屈折率の実部、虚部が共に変化する。
素子長はガイド層４とガイド層６による方向性結合器の
完全結合長ＩＣの奇数倍にとっておく。この実施例では
ｅｃは１００μｍ程度である。この条件のもとではガイ
ド層４に入射したＭＱＷ層バンドギャップ波長より長波
長側の光（ここではλ＝０．８６μｍ）はガイド層６に
結合して出射する。次に電極９．１０間に逆バイアスを
印加すると、ＭＱＷ中間層５に電界が印加され、先に説
明したように複素屈折率の実部、虚部が共に変化する。
その変化量は電圧５■程度で屈折率変化Δｎ〜−３Ｘ１
０−３、吸収係数変化Δα〜１００１００Ｏ″が得られ
る。従って、５■程度の非常に小さな電圧でガイド層４
．ガイド層６間の結合を完全に解除することができる。
０−３、吸収係数変化Δα〜１００１００Ｏ″が得られ
る。従って、５■程度の非常に小さな電圧でガイド層４
．ガイド層６間の結合を完全に解除することができる。
吸収係数の大きく変化するＭＱＷ中間層５の光の存在す
る割合は非常に小さく、しかも吸収係数が大きくなった
際には複素屈折率が実部、虚部とも低下するため、更に
吸収を受ける割合が低下する。従ってスイッチとしての
導波損失は１ｄＢ程度以下にすることができる。
る割合は非常に小さく、しかも吸収係数が大きくなった
際には複素屈折率が実部、虚部とも低下するため、更に
吸収を受ける割合が低下する。従ってスイッチとしての
導波損失は１ｄＢ程度以下にすることができる。
本実施例では説明の便のためガイドがブレーナ・ガイド
の場合について説明したが、例えば第１図（ｂ）に示す
ように、デバイス全体をストライプ状にメサエッチした
構造やメサエッチした後、周囲を埋込んだ埋込みへテロ
（ＢＨ）構造の採用により三次元ガイド化することが可
能である。
の場合について説明したが、例えば第１図（ｂ）に示す
ように、デバイス全体をストライプ状にメサエッチした
構造やメサエッチした後、周囲を埋込んだ埋込みへテロ
（ＢＨ）構造の採用により三次元ガイド化することが可
能である。
第２図は本発明による光スィッチの第２の実施例の斜視
図を示している。
図を示している。
まず、本実施例の製作方法について説明する。
ｎ”−ＧａＡｓ基板２１上にｎ” −ＧａＡｓバッファ
層２２（厚み２μｍ）、ｎ−Ａｊ７ＧａＡｓ層（ｘ＝０
． ２８）２Ｂ、 １−ＧａＡｓ／ＡｆＧａＡｓ
ＭＱＷ層２４ （ＧａＡウェル、ＡｆｆＧａＡｓ （ｘ
＝０．５５）バリア共に厚み１００人、２０周期）、ｐ
−ＡＪ７ＧａＡｓ層（ｘ＝０．２８＞２５、ｐ−ＧａＡ
ｓキャップ層２６をＭＢＥ法により連続成長した後、ケ
ミカルエツチングによりｎ−ＧａＡｓバッファ層に達す
る迄近接平行した２本の溝を形成した。次にこの２本の
溝をＬＰＥ法を用いて１−ＡｅＧａＡｓクラッド層（ｘ
＝０．２８＞２７，１＝Ａｊ７ＧａＡｓガイド層２８（
ｘ＝０．１８＞、１＝ＡｆＧａＡｓグラッド層２９（ｘ
＝０．２８＞により埋込む。Ｓ ｉ ０２層３０に形成
したスリットを介して２本の溝の中央部にのみ接触する
ようにｐ型オーム性電極９を、またｎ”−ＧａＡｓ基板
２１にｎ型オーム性電極１０を形成し、第２図に示した
構造を得な。２本の溝の幅は役２μｍ、２本の溝の間の
メサは幅約１゜５μｍである。
層２２（厚み２μｍ）、ｎ−Ａｊ７ＧａＡｓ層（ｘ＝０
． ２８）２Ｂ、 １−ＧａＡｓ／ＡｆＧａＡｓ
ＭＱＷ層２４ （ＧａＡウェル、ＡｆｆＧａＡｓ （ｘ
＝０．５５）バリア共に厚み１００人、２０周期）、ｐ
−ＡＪ７ＧａＡｓ層（ｘ＝０．２８＞２５、ｐ−ＧａＡ
ｓキャップ層２６をＭＢＥ法により連続成長した後、ケ
ミカルエツチングによりｎ−ＧａＡｓバッファ層に達す
る迄近接平行した２本の溝を形成した。次にこの２本の
溝をＬＰＥ法を用いて１−ＡｅＧａＡｓクラッド層（ｘ
＝０．２８＞２７，１＝Ａｊ７ＧａＡｓガイド層２８（
ｘ＝０．１８＞、１＝ＡｆＧａＡｓグラッド層２９（ｘ
＝０．２８＞により埋込む。Ｓ ｉ ０２層３０に形成
したスリットを介して２本の溝の中央部にのみ接触する
ようにｐ型オーム性電極９を、またｎ”−ＧａＡｓ基板
２１にｎ型オーム性電極１０を形成し、第２図に示した
構造を得な。２本の溝の幅は役２μｍ、２本の溝の間の
メサは幅約１゜５μｍである。
次に本実施例の動作について説明する。２本の溝部分に
埋込まれた１−ＡｅＧａＡｓガイド層２８は、上２８間
のＭＱＷ層２４を含むメサを介して方向性結合器を形成
している。このなめ一方の光導波路に入射した光は光の
進行と共に周期的に導波路間を移動する。ここで電極９
．１０間に逆バイアスを印加すれば、２本の溝中央のメ
サ部のＭＱＷ層２４に電界がかかり、その複素屈折率が
変化し、方向性結合器の結合が解除される。従って、素
子長を完全結合長の奇数倍にとっておくことにより光ス
イツチ動作が得られる。
埋込まれた１−ＡｅＧａＡｓガイド層２８は、上２８間
のＭＱＷ層２４を含むメサを介して方向性結合器を形成
している。このなめ一方の光導波路に入射した光は光の
進行と共に周期的に導波路間を移動する。ここで電極９
．１０間に逆バイアスを印加すれば、２本の溝中央のメ
サ部のＭＱＷ層２４に電界がかかり、その複素屈折率が
変化し、方向性結合器の結合が解除される。従って、素
子長を完全結合長の奇数倍にとっておくことにより光ス
イツチ動作が得られる。
以上で説明した実施例ではＧ ａ Ａ ｓ ／ Ａ Ｉ
Ｇ ａＡｓ系材料を用いた場合について述べたが、本
発明がＧａＩｎＡｓＰ／ＩｎＰ、ＩｎＧａＡｓ／’Ｉｎ
Ａｊ’Ａｓ等の材料にも適用可能なことは言う迄もない
。また電界印加の手段としては実施例のｐ−ｎ接合の他
、ショットキー接合、ＭＩＳ構造も適用可能である。
Ｇ ａＡｓ系材料を用いた場合について述べたが、本
発明がＧａＩｎＡｓＰ／ＩｎＰ、ＩｎＧａＡｓ／’Ｉｎ
Ａｊ’Ａｓ等の材料にも適用可能なことは言う迄もない
。また電界印加の手段としては実施例のｐ−ｎ接合の他
、ショットキー接合、ＭＩＳ構造も適用可能である。
以上詳細に説明したように、本発明によれば、小型、高
効率かつ低損失な光スィッチが得られる。
効率かつ低損失な光スィッチが得られる。
第１図、第２図は本発明による光スィッチの実施例を説
明するための斜視図、第３図、第４図は本発明に用いる
ＭＱＷ構造の電界による複素屈折率変化を説明するため
の特性図、第５図は従来の光スイツチ構造、動作を説明
するための斜視図である。 ２−−−ｎ＋−ＧａＡｓバッファ層、３−ｎ” −Ａｅ
ＧａＡｓクラッド層、４・−ｎ” −ＡＩ！ＧａＡｓガ
イド層、５−・−ｉ −Ｇ ａ Ａ ｓ ／ Ａ ｅ
Ｇ ａ Ａ ｓ多重量子井戸構造中間層、６・・・ｐ−
Ａ！！ＧａＡｓガイド層、７・・・ｐ−ＡｆｆＧａＡｓ
クラッド層、８・・・ｐ−ＧａＡｓキャップ層、９，１
０・・・オーム性電極、２１・・・ｎ”−ＧａＡｓ基板
、２２−・−ｎ” −ＧａＡｓバッファ層、２３・−・
’ｎ−ＡｆＧａＡｓ層、２４・−ｉ −Ｇ ａ Ａ ｓ
／ Ａ Ｉ Ｇ ａ Ａ ｓ Ｍ Ｑ Ｗ層、２５
・・・ｐ−ＡｅＧａＡｓ層、２６−ｐ −Ｇ ａ Ａ
ｓキャップ層、２７ ・−ｉ −Ａ Ｉ！ Ｇ ａ Ａ
ｓクラッド層、２８−−− ｉ −Ａ Ｉ Ｇ ａ
Ａ ｓガイド層、２９・・・１−ＡＩＧａＡｓクラッド
層、３Ｏ−３ｉ０２層、５２ ’ ・・・リブ、５２ａ
、５２ｂ・・・三次元ガイド。
明するための斜視図、第３図、第４図は本発明に用いる
ＭＱＷ構造の電界による複素屈折率変化を説明するため
の特性図、第５図は従来の光スイツチ構造、動作を説明
するための斜視図である。 ２−−−ｎ＋−ＧａＡｓバッファ層、３−ｎ” −Ａｅ
ＧａＡｓクラッド層、４・−ｎ” −ＡＩ！ＧａＡｓガ
イド層、５−・−ｉ −Ｇ ａ Ａ ｓ ／ Ａ ｅ
Ｇ ａ Ａ ｓ多重量子井戸構造中間層、６・・・ｐ−
Ａ！！ＧａＡｓガイド層、７・・・ｐ−ＡｆｆＧａＡｓ
クラッド層、８・・・ｐ−ＧａＡｓキャップ層、９，１
０・・・オーム性電極、２１・・・ｎ”−ＧａＡｓ基板
、２２−・−ｎ” −ＧａＡｓバッファ層、２３・−・
’ｎ−ＡｆＧａＡｓ層、２４・−ｉ −Ｇ ａ Ａ ｓ
／ Ａ Ｉ Ｇ ａ Ａ ｓ Ｍ Ｑ Ｗ層、２５
・・・ｐ−ＡｅＧａＡｓ層、２６−ｐ −Ｇ ａ Ａ
ｓキャップ層、２７ ・−ｉ −Ａ Ｉ！ Ｇ ａ Ａ
ｓクラッド層、２８−−− ｉ −Ａ Ｉ Ｇ ａ
Ａ ｓガイド層、２９・・・１−ＡＩＧａＡｓクラッド
層、３Ｏ−３ｉ０２層、５２ ’ ・・・リブ、５２ａ
、５２ｂ・・・三次元ガイド。
Claims (1)
- ド・ブロイ波長程度の厚みの第１の半導体層を前記半導
体層よりバンド・ギャップの広い第２の半導体層により
はさんだ量子井戸を層厚方向に多重に有する多重量子井
戸構造を持つ中間部を介して互いに方向性結合し、前記
多重量子井戸構造よりもバンド・ギャップが広くかつ高
屈折率な導波層を持つ光導波路と、前記中間部の多重量
子井戸構造に電界を印加する手段とから成ることを特徴
とする光スイッチ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15725186A JPS6313016A (ja) | 1986-07-03 | 1986-07-03 | 光スイツチ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15725186A JPS6313016A (ja) | 1986-07-03 | 1986-07-03 | 光スイツチ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6313016A true JPS6313016A (ja) | 1988-01-20 |
Family
ID=15645555
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15725186A Pending JPS6313016A (ja) | 1986-07-03 | 1986-07-03 | 光スイツチ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6313016A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5105240A (en) * | 1990-02-01 | 1992-04-14 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Light-controlled semiconductor light coupler and modulator |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60252329A (ja) * | 1984-05-29 | 1985-12-13 | Hitachi Ltd | 光スイツチ |
| JPS6120018A (ja) * | 1984-07-09 | 1986-01-28 | Oki Electric Ind Co Ltd | 導波路型光スイツチ |
| JPS62297826A (ja) * | 1986-06-18 | 1987-12-25 | Hitachi Ltd | 光スイツチ |
-
1986
- 1986-07-03 JP JP15725186A patent/JPS6313016A/ja active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60252329A (ja) * | 1984-05-29 | 1985-12-13 | Hitachi Ltd | 光スイツチ |
| JPS6120018A (ja) * | 1984-07-09 | 1986-01-28 | Oki Electric Ind Co Ltd | 導波路型光スイツチ |
| JPS62297826A (ja) * | 1986-06-18 | 1987-12-25 | Hitachi Ltd | 光スイツチ |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5105240A (en) * | 1990-02-01 | 1992-04-14 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Light-controlled semiconductor light coupler and modulator |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5825047A (en) | Optical semiconductor device | |
| JPH08220496A (ja) | 半導体光変調素子 | |
| EP0378098B1 (en) | Semiconductor optical device | |
| JPH02272785A (ja) | 半導体デバイス | |
| JPH04250428A (ja) | 半導体光機能素子 | |
| JPH0786624B2 (ja) | 方向性結合器型光スイッチ | |
| JP2503558B2 (ja) | 光スイッチ | |
| JPS6313016A (ja) | 光スイツチ | |
| CA2033246C (en) | Optical semiconductor device | |
| JPS623221A (ja) | 光変調器 | |
| EP0431974B1 (en) | Light beam deflector | |
| JPH0590636A (ja) | 量子効果デバイス | |
| JP2670051B2 (ja) | 量子井戸型光変調器 | |
| JPH0827446B2 (ja) | 量子井戸形光変調器およびその製造方法 | |
| JP2707610B2 (ja) | 非線形半導体光方向性結合器 | |
| JPH07321414A (ja) | 電界吸収形多重量子井戸光制御素子 | |
| JP2735274B2 (ja) | 光学特性変調器および光学素子 | |
| JPH0646272B2 (ja) | 導波型光ゲートスイッチ | |
| JPH025029A (ja) | 非線形光方向性結合器 | |
| JP2538567B2 (ja) | 光スイツチ | |
| JPH01118817A (ja) | 光変調器 | |
| JPH09101491A (ja) | 半導体マッハツェンダ変調装置およびその製造方法 | |
| JPH0232322A (ja) | 光スイッチ | |
| JPS6381305A (ja) | 光集積回路 | |
| JPS62190885A (ja) | 半導体レ−ザ装置 |