(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方から入射された光信号を途中で２つに分岐して出射する光導波路が形成され、前記分岐する部分でキャリア注入によるキャリア濃度変化により屈折率変化を生じさせて光信号の伝送経路を切り換える光スイッチにおいて、
前記光信号が伝搬されるコア層またはこのコア層を含む光導波路層内に量子ドットまたは量子ワイヤを挿入し、
前記入射された光信号は、キャリア注入されていないと前記２つに分岐された光導波路のうち第一の光導波路に出射され、キャリア注入されると第二の光導波路に出射され、
前記量子ドットまたは前記量子ワイヤの大きさは、前記量子ドットまたは前記量子ワイヤでキャリアが消滅するときの発光再結合によって発生する光の波長が、前記光信号の波長と異なるものになるような大きさであって、
前記量子ドットまたは前記量子ワイヤでキャリアが消滅するときの発光再結合によって発生する光を除去する波長選択フィルタを設けたことを特徴とする光スイッチ。
【請求項２】
光導波路層は、前記光導波路を伝搬する伝搬光が閉じ込められる領域であることを特徴とする請求項１記載の光スイッチ。
【請求項３】
前記光導波路がスラブ型の光導波路であることを特徴とする請求項１または２記載の光スイッチ。
【請求項４】
前記光導波路は、２本の直線の光導波路が交差したことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の光スイッチ。
【請求項５】
前記光導波路は、１本の直線の光導波路の途中から異なる角度で分岐する光導波路を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の光スイッチ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一方から入射された光信号を途中で２つに分岐して出射する光導波路が形成され、分岐する部分でキャリア注入による屈折率変化により光信号の伝送経路を切り換える光スイッチに関し、詳しくは、光応答速度を高速化できる光導波路型の半導体光スイッチに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
現在の通信ネットワークであるＬＡＮ（Local Area Network）やＷＡＮ（Wide Area Network）等では、通常電気信号をもって情報を伝送する通信方式となっている。
【０００３】
光信号をもって情報を伝送する通信方法は大量のデータを伝送する基幹ネットワークやその他一部のネットワークで用いられているだけである。また、これらのネットワークは”point to point”の通信であり、”フォトニックネットワーク”と言える通信網までは発達していないのが現状である。
【０００４】
このような”フォトニックネットワーク”を実現するためには、電気信号の送信先を切り換えるルータやスイッチングハブ等といった装置と同様の機能を有する”光ルータ”や”光スイッチングハブ”等が必要になる。さらに、これらの装置の測定を行う光通信用測定機器等も必要になる。
【０００５】
そして、このような装置（光通信システムや光通信用測定機器）では高速に伝送経路を切り換える光スイッチが必要となる。ここで、半導体に光導波路を形成し、さらに電流注入領域を設け、半導体中に電流（キャリア）を注入して屈折率を変化させ光信号の伝送経路を切り換える従来の光スイッチの説明をする。
【０００６】
図３および図４は従来の光スイッチの一例を示す平面図および断面図である（例えば、非特許文献１参照）。図３において基板１は、”Ｘ字状”の光導波路２が形成される。電極３は、”Ｘ字状”の光導波路２の交差部分に形成される。電極４は、”Ｘ字状”の光導波路２の交差部分の近傍であって電極３に並行して形成される。
【０００７】
一方、図４は図３中”Ａ−Ａ’”における断面図である。図４において、基板５はｐ型のＳｉ等である。コア層６はｐ型のＳｉＧｅ層であり、基板５上に形成される。そして、入射光の大部分は、このコア層６で導波され伝搬される。また、コア層６には”Ｘ字状”の光導波路２が形成される。コンタクト用のｎ＋領域７は、光導波路２の交差部分に形成される。コンタクト用のｐ＋領域８は、交差部分の近傍に形成される。
【０００８】
絶縁膜１１はＳｉＯ２等であり、ｎ＋領域７、ｐ＋領域８の上を除くコア層６の上に形成される。ｎ側電極９は、ｎ＋領域７の上に形成される。ｐ側電極１０は、ｐ＋領域８の上に形成される。
【０００９】
続いて、図３、図４に示す従来例の動作を説明する。
光スイッチが”ＯＦＦ”の場合、電極３（電極９）および電極４（電極１０）には電流が供給されない。このため、図３に示す”Ｘ字状”の光導波路２の交差部分の屈折率の変化は生じないため、例えば、図３中”ＰＩ０１”に示す入射端から入射した光信号は交差部分を直進して図３中”ＰＯ０１”に示す出射端から出射される。
【００１０】
一方、光スイッチが”ＯＮ”の場合、ｐ側電極１０からｎ＋領域７を通ってｎ側電極９に電流が流れる。つまり、電極３（電極９）から電子が注入され、電極４（電極１０）からは正孔が注入される。このため、交差部分にはキャリア（電子、正孔）が注入される。そして、ｎ＋領域７側に近い光導波路のキャリア濃度が増加する。
【００１１】
このキャリア濃度の増加により図３に示す”Ｘ字状”の光導波路２の交差部分の屈折率が低くなるように変化する。例えば、図３中”ＰＩ０１”に示す入射端から入射した光信号は交差部分に生じた低屈折率の領域（光導波路２内のｎ＋領域７側に近い領域）と屈折率変化がほとんどない領域（光導波路２内の残り半分の領域）との境で全反射されて図３中”ＰＯ０２”に示す出射端から出射される。
【００１２】
この結果、電極に電流を供給して”Ｘ字状”の光導波路２の交差部分にキャリア（電子、正孔）を注入して交差部分の屈折率を制御することにより、光信号の出射される位置を制御、言い換えれば、光信号が伝搬される伝送経路を切り換えることが可能になる。
【００１３】
従って、光導波路２内で、電流注入によってキャリア濃度が増加して屈折率変化が生じる領域と生じない領域との境を明確にして、光反射が生じるようにする方が効率よく光反射領域を生成できる。
【００１４】
また、半導体材料のバンド間遷移の光吸収端波長のシフトに起因する（バンドフィリング効果）（例えば、非特許文献２参照）屈折率変化に基づいた原理、あるいはキャリア濃度による屈折率変化はプラズマ分散効果に基づいて生じることから（例えば、非特許文献３参照）、同じキャリア濃度の時には、キャリア（自由電子と自由正孔）の有効質量が小さい方が屈折率変化が大きくなる。このため、有効質量が小さい材料系を用いることにより、より低い電流注入量（電流密度）で大きい屈折率変化が生じ、低電流駆動の光スイッチを実現できる。
【００１５】
次に、キャリア（自由電子と自由正孔）の有効質量が小さい材料系を用いた従来の光スイッチの断面図の一例を図５に示す（例えば、非特許文献４参照）。
【００１６】
図５において、基板１２はＩｎＰ等である。コア層１３は、例えば４元層のｎ型のＩｎＧａＡｓＰ層であり、基板１２の上に形成される。ｎ型のＩｎＰ層１４は、コア層１３の上に形成される。ｎ型のＩｎＧａＡｓＰ層１５は、ｎ型のＩｎＰ層１４の上に形成される。絶縁膜１６はＳｉＯ２ 等であり、ＩｎＧａＡｓＰ層１５の上に形成される。ｐ側電極１７は、絶縁膜１６の上に形成され、ｎ側電極１８は、基板１２の裏面に形成される。
【００１７】
図５に示す光スイッチは、基板１２上にコア層１３、ＩｎＰ層１４およびＩｎＧａＡｓＰ層１５が順次形成され、コア層１３までエッチングすることによって”Ｘ字状”の光導波路が形成される。
【００１８】
そして、図５中”ＤＲ１１”に示す部分にはｐ型不純物が拡散される。そして、図５中”ＤＲ１１”に示す部分に接触するように電極１７が形成され、基板１２の裏面には電極１８が形成される。
【００１９】
図５に示す従来例においては、キャリア（自由電子と自由正孔）の有効質量が小さい材料系を用いることにより、より低い電流注入量（電流密度）で大きな屈折率変化が得られ、低電流駆動の光スイッチを実現することができる。
【００２０】
続いて、電流狭窄によって、屈折率変化領域を限定する構成の光スイッチを説明する。図６および図７は、交差部分の光導波路内にｐ型領域を設けて電流搾取を行い、高いキャリア濃度の領域を制限して屈折率変化領域を限定する従来の光スイッチの一例を示す平面図および断面図である（例えば、非特許文献５参照）。
【００２１】
図６において半導体の基板１９は、”Ｘ字状”の光導波路２０が形成される。電極２１は、”Ｘ字状”の光導波路２０の交差部分に形成される。
【００２２】
一方、図７は図６中”Ｂ−Ｂ’”における断面図である。図７において、基板２２は、例えば、ＩｎＰ等である。下部クラッド層２３は、例えば、ｎ型のＩｎＰ層であり、基板２２の上に形成される。コア層２４は、ｎ型のＩｎＧａＡｓＰ層であり、下部クラッド層２３の上に形成される。上部クラッド層２５は、ｎ型のＩｎＰ層であり、コア層２４の上に形成される。コンタクト層２６は、ｎ型のＩｎＧａＡｓＰ層であり、上部クラッド層２５の上に形成される。
【００２３】
図７中”ＤＲ３１”〜”ＤＲ３３”に示す部分にはｐ型不純物であるＺｎが拡散される。酸化膜２７は、ＳｉＯ２ 等であり、図７中”ＤＲ３３”に示す拡散領域以外のコンタクト層２６の上に形成される。ｐ側電極２８は、図７中”ＤＲ３３”に示す拡散領域上に形成される。ｎ側電極２９は、基板２２の裏面に形成される。
【００２４】
ここで、図６および図７に示す従来例の動作を説明する。光スイッチが”ＯＦＦ”の場合、電極２１（電極２８）および図示しない基板１９裏面の電極（図７中の電極２９に相当する。）には電流が供給されない。
【００２５】
このため、”Ｘ字状”の光導波路２０の交差部分の屈折率の変化は生じないため、例えば、図６中”ＰＩ２１”から入射した光信号は交差部分を直進して図６中”ＰＯ２１”に示す部分から出射される。
【００２６】
一方、光スイッチが”ＯＮ”の場合、電極２１（電極２８）および図示しない基板１９裏面の電極（図７中の電極２９に相当する。）に電流が供給され交差部分にキャリア（電子、正孔）が注入される。
【００２７】
このため、プラズマ効果によって”Ｘ字状”の光導波路２０の交差部分の電極２１直下の屈折率が低くなるように変化するため、例えば、図６中”ＰＩ２１”から入射した光信号は交差部分に生じた低屈折率部分との境で全反射されて図６中”ＰＯ２２”に示す部分から出射される。
【００２８】
この結果、電極に電流を供給して”Ｘ字状”の光導波路２０の交差部分にキャリア（電子、正孔）を注入して交差部分の屈折率を制御することにより、光信号の出射される位置を制御、言い換えれば、光信号が伝搬される伝送経路を切り換えることが可能になる。
【００２９】
【非特許文献１】Baujun Li, Guozheng Li, Enke Liu, Zuimin Jiang, Chengwen Pei and Xun Wang,「1.55μm reflerction-type optical waveguide switch based on SiGe/Si plasma dispersion effect」, Appl. Phys. Lett., Vol.75, No.1, pp.1-3, (1999)
【非特許文献２】応用物理学会, 光学懇話会編者, 「光集積回路−基礎と応用−」, 初版, 朝倉書店, 1988年4月10日, 第5章, p104
【非特許文献３】Baujun Li, and Soo-Jin Chua, 「2×2 Optical Waveguide Switch with Bow-Tie Electrode Based on Carrier-Injection Total Internal Reflection in SiGe Alloy」, IEEE Photon. Tech. Lett. Vol.13, No.3, pp.206-208, 13(2001)
【非特許文献４】Hiroaki Inoue, Hitoshi Nakamura, Kenichi Morosawa, Yoshimitsu Sasaki, Toshio Katsuyama, and Naoki Chinone, 「An 8mm Length Nonblocking 4×4 Optical Switch Array」, IEEE Journal on Selected Areas in Communications, Vol.6, No.7, pp.1262-1266, (1988)
【非特許文献５】K. Ishida, H. Nakamura, H. Matsumura, T. Kadoi, and  H. Inoue,「InGaAsP/InP optical switches using carrier induced refractive index change」, Appl. Phys. Lett., Vol.50, No.19, pp.141-142, (1987)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００３０】
上記に示した従来例は、電流（キャリア）注入によりキャリア濃度が増加して屈折率変化が生じる（屈折率が減少する）領域と、屈折率変化が生じない領域との境で光反射が生じて光スイッチングされ、光信号の伝送経路を切り替える。
【００３１】
従って、プラズマ分散効果に基づく屈折率変化に基づいた原理（前述の非特許文献３参照）、あるいは、半導体材料のバンド間遷移の光吸収端波長のシフトに起因する（バンドフィリング効果）（前述の非特許文献２参照）屈折率変化に基づいた原理で動作する。
【００３２】
しかしながら、キャリア濃度変化により光信号の伝送経路を光スイッチングする光スイッチの光応答速度は、キャリア寿命によって制限される。そのため、光スイッチの電流注入領域、すなわち屈折率変化領域の半導体材料と構造とに依存するキャリア寿命によって光応答速度が決定される。例えば上記に示した従来例では、駆動電流の注入を止めても、キャリアの寿命のため光スイッチの光応答速度が数１０〜数１００［ｎｓｅｃ］となり、光応答速度が遅いという問題があった。
【００３３】
そこで本発明の目的は、光応答速度を高速化できる光導波路型の半導体光スイッチを実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【００３４】
請求項１記載の発明は、
一方から入射された光信号を途中で２つに分岐して出射する光導波路が形成され、前記分岐する部分でキャリア注入によるキャリア濃度変化により屈折率変化を生じさせて光信号の伝送経路を切り換える光スイッチにおいて、
前記光信号が伝搬されるコア層またはこのコア層を含む光導波路層内に量子ドットまたは量子ワイヤを挿入し、
前記入射された光信号は、キャリア注入されていないと前記２つに分岐された光導波路のうち第一の光導波路に出射され、キャリア注入されると第二の光導波路に出射され、
前記量子ドットまたは前記量子ワイヤの大きさは、前記量子ドットまたは前記量子ワイヤでキャリアが消滅するときの発光再結合によって発生する光の波長が、前記光信号の波長と異なるものになるような大きさであって、
前記量子ドットまたは前記量子ワイヤでキャリアが消滅するときの発光再結合によって発生する光を除去する波長選択フィルタを設けたことを特徴とするものである。
【００３５】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、
光導波路層は、前記光導波路を伝搬する伝搬光が閉じ込められる領域であることを特徴とするものである。
請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の発明において、
前記光導波路がスラブ型の光導波路であることを特徴とするものである。
【００３７】
請求項４記載の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の発明において、
前記光導波路は、２本の直線の光導波路が交差したことを特徴とするものである。
請求項５記載の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の発明において、
前記光導波路は、１本の直線の光導波路の途中から異なる角度で分岐する光導波路を有することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００３８】
請求項１〜５によれば、光信号の伝送経路の切り替えが行われる部分のコア層またはこのコア層を含む光導波路層内にバンドギャップが狭い量子ドットまたは量子ワイヤを挿入するので、この量子ドットまたは量子ワイヤによる発光キャリア再結合でキャリア寿命を短くすることができる。これにより、光スイッチの光応答速度を高速化できる。
【００３９】
また、キャリア注入・光導波路型の光スイッチに量子ドットまたは量子ワイヤを挿入するだけなので、単純な光スイッチ構造で、従来の製作プロセスを用いて光応答速度を高速化した光スイッチを容易に製作することができる。従って、実用的価値が非常に高い。
【００４０】
また、量子ドットまたは量子ワイヤの大きさによって、量子ドットまたは量子ワイヤでキャリアが消滅するときの発光再結合によって発生する光の波長を、光スイッチに入射される光信号の波長と異なるようにするので、量子ドットまたは量子ワイヤが挿入されたことによる光吸収の増加を低減することができる。
【００４１】
そして、波長選択フィルタが、量子ドットまたは量子ワイヤでキャリアが消滅するときの発光再結合によって発生する光を除去するので、発光キャリア再結合で発生した光の影響を容易に遮断することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４２】
以下図面を用いて本発明の実施の形態を説明する。
図１は、本発明に係る光スイッチの一実施例を示す平面図である。また、図２は、本発明に係る光スイッチの一実施例を示す断面図である。
図１において半導体の基板３０上には、”Ｘ字状”の光導波路３１が形成される。電極３２は、”Ｘ字状”の光導波路３１の交差部分（光信号を分岐する部分であり、光スイッチ部とも呼ばれる）に形成される。
【００４３】
一方、図２は図１中”Ｃ−Ｃ’”における断面図である。図２において、基板３３はＩｎＰ等である。ｎ＋ 型のＩｎＰ層３４は、基板３３の上に形成される。下部クラッド層３５は、ｎ型のＩｎＰ層であり、ＩｎＰ層３４の上に形成される。
【００４４】
コア層３６は、量子ドット構造が挿入され、下部クラッド層３５の上に形成される。具体的には、例えば、コア層のｎ型のＩｎＧａＡｓＰ層３６ａ内にＩｎＡｓ量子ドット３６ｂが挿入される。そして、例えば、厚さ１００〜２００［ｎｍ］程度のエネルギー（バンドギャップ）が大きいｎ型のＩｎＧａＡｓＰ層３６ａで、自己形成法で製作した２〜１０［ｎｍ］程度の大きさのバンドギャップの小さい量子ドット３６ｂを挟んで、光導波路のコア層３６に必要な厚さ、例えば、８００［ｎｍ］になるように複数繰り返された構造をしている。
【００４５】
上部クラッド層３７はｎ型のＩｎＰ層であり、コア層３６の上に形成される。コンタクト層３８はｎ型のＩｎＧａＡｓＰ層であり、上部クラッド層３７の上に形成される。図２中”ＤＲ４１”〜”ＤＲ４３”に示す部分にはｐ型不純物であるＺｎが拡散される。
【００４６】
酸化膜３９は、ＳｉＯ２ 等であり、図２中”ＤＲ４３”に示す拡散領域以外のコンタクト層３８と上位クラッド層３７の上に形成される。ｐ側電極４０は、図２中”ＤＲ４３”に示す拡散領域上に形成される。ｎ側電極４１は、基板３３の裏面に形成される。
【００４７】
このような光スイッチの製造工程を説明する。
基板３３上にＩｎＰ層３４、下部クラッド層３５を結晶成長させる。そして、平坦な下部クラッド層３５内で、ｐ側電極４０（厳密には、コンタクト層３８とｐ側電極４０が接触している部分）の直下以外の部分、すなわち、図２中”ＤＲ４１”および”ＤＲ４２”に示す部分にはｐ型不純物であるＺｎが選択拡散されて電流狭窄構造を形成する。
【００４８】
その後、不純物拡散領域が形成された下部クラッド層３５上にはコア層３６（ｎ型のＩｎＧａＡｓＰ層３６ａ内にＩｎＡｓ量子ドット３６ｂが挿入されている）、上部クラッド層３７、コンタクト層３８が結晶成長により順次形成される。なお、これらの結晶成長は、従来から用いられている結晶成長法（例えば、有機金属気相エピタキシャル成長法、分子線エピタキシャル成長法等）が適用でき、例えば、自己形成ＩｎＡｓ量子ドットにより製作することができる。
【００４９】
そして、図２中”ＤＲ４３”に示す部分（上部クラッド層３７、コンタクト層３８の一部）にはｐ型不純物であるＺｎが選択拡散される。次に、上部クラッド層３７の途中までエッチング加工を行い、スラブ型光導波路を形成する。
【００５０】
さらに、図２中”ＤＲ４３”の上部以外の部分に酸化膜３９を形成し、酸化膜３９が形成されていないコンタクト層３８に接続するようにｐ側電極４０が形成される。また、基板３３の裏面にはｎ側電極４１が形成される。
【００５１】
このような装置の動作を説明する。
光スイッチが”ＯＦＦ”の場合、電極３２（図２中のｐ側電極４０に相当する。）および基板３０裏面の図示しないｎ側電極（図２中のｎ側電極４１に相当する。）には電流が供給されない。
【００５２】
このため、”Ｘ字状”の光導波路３１の交差部分の屈折率の変化は生じないため、例えば、図１中”ＰＩ４１”から入射した光信号は交差部分を直進して図１中”ＰＯ４１”に示す部分から出射される。
【００５３】
一方、光スイッチが”ＯＮ”の場合、電極３２および基板３０裏面の図示しないｎ側電極に電流が供給され光導波路３１の交差部分にキャリア（電子、正孔）が注入される。
【００５４】
具体的には、ｐ側電極４０から注入された電流は、図２中”ＤＲ４３”に示す不純物拡散領域、コア層３６を流れ、下部クラッド層３５内、図２中”ＤＲ４１”および”ＤＲ４２”に示す不純物拡散領域の間の部分を流れて基板３３側に流れ込む
【００５５】
すなわち、光導波路３１の交差部分のうち、幅方向の約半分（一部）の領域の電流密度が高くなり、プラズマ効果によって当該高電流密度部分の屈折率が低くなるように変化する。従って、例えば、図１中”ＰＩ４１”から入射した光信号は”Ｘ字状”の光導波路３１の交差部分に生じた低屈折率部分との境で全反射されて図１中”ＰＯ４２”に示す部分から出射される。
【００５６】
続いて、電流注入が終了した後の動作（つまり、駆動電流の注入を止め”ＯＮ”から”ＯＦＦ”への動作）を説明する。一般的に、ｐ側電極４０からｐｎ接合を通して電流注入（順方向バイアス電流）されたキャリアは、順方向バイアス電圧を止めるとｐｎ接合による電界がおよぶ範囲ではドリフトしながら、あるいは、この電界に影響されない領域ではキャリアが拡散しながら消滅していく。この消滅過程には、伝導帯の自由電子と価電子帯の自由正孔の直接的な再結合（発光再結合または発光キャリア再結合とも呼ばれる）、熱的なエネルギー変換（フォノンを含む遷移）を伴う再結合（非発光再結合）等の再結合過程が関与している。
【００５７】
図２に示す本発明の構造では、バンドギャップの小さい量子ドット３６ｂに自由電子と自由正孔が束縛されて、量子サイズ効果により決定される発光再結合によりキャリアが消滅する。このとき、空間的に狭い（０次元井戸層）領域に閉じ込められた正孔、電子対の発光寿命は、非常に短くなる（例えば、１［ｎｓ］未満）（例えば、J. Bellessa, V. Volitis, R. Grousson, X. L. Wang, M. Ogura, and H. Matsuhata,「Quantum-size effects on radiative lifetimes and relaxation of excitons in semiconductor nanostructures」, PHYSICAL REVIEW B, Vol.58, No.15, pp9933-9940, (15 October 1998)参照、以下非特許文献６と呼ぶ）。
【００５８】
この結果、順方向バイアス電圧を止めた後の電流注入されたキャリアの寿命が、量子ドット３６ｂの無い場合と比較して非常に短くなる。従って、”ＯＮ”から”ＯＦＦ”での光応答速度の高速化が図れる。
【００５９】
なお、発光再結合で発生する光の波長は、量子ドット３６ｂの大きさで制御できるので、例えば、光スイッチを光通信に用いる場合は、光通信に用いられる波長１．５［μｍ］帯よりも十分に短い波長１．４［μｍ］以下に設定するとよい。
【００６０】
また、出射端ＰＯ４１、ＰＯ４２か出射端Ｐｏ４１、Ｐｏ４２の後段に、波長選択フィルタを設けてもよい。つまり、光通信に用いられる波長帯の光のみを通過させ、発光再結合で発生する光を通過させないとよい。このように、波長選択フィルタが、必要な波長の光のみを通過し、量子ドット構造でキャリアが消滅するときの発光再結合によって発生する光を除去するので、発光再結合で発生した光の影響を容易に遮断することができる。
【００６１】
以上のように、コア層３６に量子ドット構造を挿入するので、駆動電流の注入を止めた後のキャリアの寿命が非常に短くなる。つまり、空間的に狭い領域に閉じ込められた正孔、電子対の発光寿命が非常に短くなる。これにより、キャリアの寿命が非常に短くなり、、光スイッチの光応答速度を高速化できる。
【００６２】
また、キャリア注入・光導波路型の光スイッチに量子ドット構造を挿入するだけなので、単純な光スイッチ構造で、従来の製作プロセスを用いて光応答速度を高速化した光スイッチを容易に製作することができる。従って、実用的価値が非常に高い。
【００６３】
また、量子ドット３６ｂの大きさによって、発光再結合で発生する光の波長を制御できる。例えば量子ドット構造でキャリアが消滅するときの発光再結合によって発生する光の波長を、光通信に用いられる波長と異なる発光波長にすることができる。従って、量子ドットまたは量子ワイヤが挿入されたことによる光吸収の増加を低減することができる。
【００６４】
なお、本発明はこれに限定されるものではなく、以下のようなものでもよい。
コア層３６に量子ドット構造を挿入できるキャリア注入方式の光スイッチには、本発明を適用することができる。例えば、従来例２、３の構成の光スイッチに本発明を適用してもよい。
【００６５】
また、コア層３６に０次元井戸層の量子ドット３６ｂを挿入する構成を示したが、１次元井戸層の量子ワイヤを挿入してもよい。すなわち、空間的に狭い領域（１次元井戸層）に閉じ込められた正孔、電子対の発光寿命が非常に短くなる（例えば、前述の非特許文献６参照）。これにより、キャリアの寿命が非常に短くなり、光スイッチの光応答速度を高速化できる。
【００６６】
また、量子ドット構造としてｎ型のＩｎＧａＡｓＰ層３６ａにＩｎＡｓ量子ドット３６ｂを挿入する構成を示したが、他の材質、組成としてもよい。もちろん、基板やクラッド層等も同様である。
【００６７】
また、コア層３６内に量子ドットを挿入する構成を示したが、光信号が伝搬される層に量子ドットを挿入してもよい。つまり、光導波路３１を伝搬する伝搬光は、コア層３６だけでなく、このコア層３６よりも屈折率の低いクラッド層にも漏れて伝搬している。従って、光導波路３１として光が伝搬する際、伝搬光が閉じ込められる領域となる光導波路層（コア層と、上部・下部クラッド層のうちコア層から光がしみ出している層）に量子ドットを挿入してもよい。もちろん、量子ドットの代わりに量子ワイヤを挿入してもよい。
【００６８】
このように光導波路層に量子ドット（または量子ワイヤ）を挿入するので、キャリア濃度変化により屈折率変化が影響する領域のキャリア寿命を短縮化することができる。これにより、クラッド層への漏れ光による光応答への影響を軽減することができる。従って、光スイッチの光応答速度を高速化できる。
【００６９】
また、基板３０上に形成された”Ｘ字状”の光導波路３１を例を示したが、勿論、出射用の光導波路を２つ有する光導波路でれば”ｙ字状”であっても、その他の形状であっても構わない。ここで、”ｙ字状”の光導波路３１とは、１本の直線の光導波路の途中から異なる角度で分岐する形状である。
【００７０】
また、不純物拡散領域である”ＤＲ４３”を、光導波路３１が交差する交差部分の左半分に設ける構成を示したが、中央部分に設けてもよい。
【００７１】
さらに、基板３３の上にｎ＋ 型のＩｎＰ層３４を形成している例を示したが、必須の構成要素ではないので省略してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本発明に係る光スイッチの一実施例を示す平面図である。
【図２】本発明に係る光スイッチの一実施例を示す断面図である。
【図３】従来の光スイッチの一例を示す平面図である。
【図４】従来の光スイッチの一例を示す断面図である。
【図５】キャリアの有効質量が小さい材料系を用いた従来の光スイッチの一例を示す断面図である。
【図６】電流狭窄によって、屈折率変化領域を限定する従来の光スイッチの一例を示す平面図である。
【図７】電流狭窄によって、屈折率変化領域を限定する従来の光スイッチの一例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００７３】
３０、３３  基板
３１  光導波路
３５  下部クラッド層
３６  コア層
３６ａ  ｎ型のＩｎＧａＡｓ層
３６ｂ  ＩｎＡｓ量子ドット
３７  上部クラッド層
【図１】
0004678143.tif 000002
【図２】
0004678143.tif 000003
【図３】
0004678143.tif 000004
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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