JP2747329B2 - Semiconductor optical switch - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、光伝送システムあるいは光集積回路におい
て用いられる光制御型の半導体光スイッチに関するもの
である。Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a light control type semiconductor optical switch used in an optical transmission system or an optical integrated circuit.

（従来の技術） 発光状態にある半導体レーザの活性層領域に、外部か
ら別のレーザ光を照射することにより、初期のレーザ光
を停止させることができる。この現象は、半導体レーザ
の「発振消衰効果」と称される（W.J.Grande and C.
L.Tangによる論文Appl.Phys.Lett.誌51巻1780頁1987年
参照）。(Prior Art) An initial laser beam can be stopped by irradiating another laser beam from outside to the active layer region of a semiconductor laser in a light emitting state. This phenomenon is called the "oscillation extinction effect" of semiconductor lasers (WJ Grande and C.
L. Tang, see Appl. Phys. Lett., Vol. 51, 1780, 1987).

一方、従来より、外部から注入光を照射する代わり
に、ストライプ状共振器構造を有する二つの半導体レー
ザを同一基板上に作製し、かつ、これら二つの共振器構
造を直交させて配置したモノリシック構造の素子が提案
されている。On the other hand, conventionally, instead of irradiating injection light from the outside, a monolithic structure in which two semiconductor lasers having a stripe-shaped resonator structure are fabricated on the same substrate, and these two resonator structures are arranged orthogonally. Have been proposed.

第２図は、このモノリシック構造を有する従来の半導
体光スイッチの構成図である。第２図において、１は基
板、２は主レーザ電極ストライプ（以下、主レーザとい
う）、３は従レーザ電極ストライプ（以下、従レーザと
いう）である。これら主レーザ２及び従レーザ３は、そ
れぞれ劈界面4a,4bからなるストライプ状共振器構造を
有し、基板１上に互いの共振器構造部が直交し重複領域
５を形成するように、モノリシックに形成されている。FIG. 2 is a configuration diagram of a conventional semiconductor optical switch having this monolithic structure. In FIG. 2, reference numeral 1 denotes a substrate, 2 denotes a main laser electrode stripe (hereinafter referred to as a main laser), and 3 denotes a subordinate laser electrode stripe (hereinafter referred to as a subordinate laser). Each of the main laser 2 and the slave laser 3 has a striped resonator structure composed of cleavage interfaces 4 a and 4 b, and is monolithically formed on the substrate 1 so that the resonator structures are orthogonal to each other to form an overlapping region 5. Is formed.

このような構成において、例えば、主レーザ２が発振
状態の時に、従レーザ３を発振させると、上記した「発
振消衰効果」により、主レーザ２からの出力光Ooutを変
調することができる。In such a configuration, for example, when the slave laser 3 is oscillated while the main laser 2 is in the oscillation state, the output light Oout from the main laser 2 can be modulated by the above-described “oscillation extinction effect”.

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、上記半導体光スイッチによれば、主レ
ーザ２及び従レーザ３の共振器構造部が直交した構成と
したため、これらが交差する重複領域５は共振器長の一
部のみとなっている。従って、主レーザ２の共振器長全
体に亘り、従レーザ３のスイッチ光（発振光）を注入す
ることができず、相互作用が不十分である。このため、
主レーザ２の発振が完全に停止することはなく、主レー
ザ２の発振光強度が数10％減少するのみであり、十分な
オン／オフ比を実現できないという欠点があった。(Problems to be Solved by the Invention) However, according to the semiconductor optical switch, since the resonator structures of the main laser 2 and the slave laser 3 are orthogonal to each other, the overlapping region 5 where they intersect has a resonator length. Only part of it. Therefore, the switch light (oscillation light) of the slave laser 3 cannot be injected over the entire cavity length of the master laser 2, and the interaction is insufficient. For this reason,
Oscillation of the main laser 2 does not completely stop, the oscillation light intensity of the main laser 2 only decreases by several tens of percent, and there is a disadvantage that a sufficient on / off ratio cannot be realized.

一方、大きな「発振消衰効果」を得るために、従レー
ザ３のストライプ幅を、主レーザ２の共振器長に近ずけ
ることが考えられる。しかしながら、これでは、従レー
ザ３のストライプ幅が大きくなるため、発振に要する電
流値が極めて大きくなってしまい、室温での連続発振が
不可能になるという問題点を有する。On the other hand, in order to obtain a large “oscillation extinction effect”, it is conceivable that the stripe width of the slave laser 3 approaches the resonator length of the main laser 2. However, in this case, since the stripe width of the slave laser 3 becomes large, the current value required for oscillation becomes extremely large, and there is a problem that continuous oscillation at room temperature becomes impossible.

本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、
その目的は、主レーザのレーザ発振を100％停止するこ
とができ、十分なオン／オフ比を得ることができる半導
体光スイッチを提供することにある。The present invention has been made in view of such circumstances,
An object of the present invention is to provide a semiconductor optical switch capable of stopping laser oscillation of a main laser by 100% and obtaining a sufficient on / off ratio.

（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するため、請求項（１）では、第１の
導電型の第１の半導体層と、第１の活性層と、第２の導
電型の第２の半導体層と、第２の活性層と、第１の導電
型の第３の半導体層とを表記した順に積層したストライ
プ状半導体積構造を有し、かつ、前記第１及び第３の半
導体層の各々に形成した第１の導電型の第１及び第２の
電極層と、前記第２の半導体層に形成した第２の導電型
の第３の電極層とを備え、さらに、前記第２の活性層は
隣接した２次の回析格子からなるストライプ方向の共振
器構造を有し、前記第１の活性層は前記第２の活性層と
は異なるストライプ方向の共振器構造を有するようにし
た。(Means for Solving the Problems) In order to achieve the above object, in claim (1), a first semiconductor layer of a first conductivity type, a first active layer, and a first semiconductor layer of a second conductivity type are provided. And a second semiconductor layer, a second active layer, and a third semiconductor layer of a first conductivity type, in which the first and third semiconductor layers are stacked in the stated order. A first conductivity type first and second electrode layer formed on each of the layers; and a second conductivity type third electrode layer formed on the second semiconductor layer. The second active layer has a resonator structure in a stripe direction composed of adjacent secondary diffraction gratings, and the first active layer has a resonator structure in a stripe direction different from that of the second active layer. I made it.

また、請求項（２）では、前記２次の回析格子を前記
第２の活性層に隣接した当該第２の活性層より大きなバ
ンドギャップ・エネルギを有する組成よりなる導波層に
形成した。In claim (2), the second-order diffraction grating is formed in a waveguide layer adjacent to the second active layer and having a composition having a bandgap energy larger than that of the second active layer.

また、請求項（３）では、前記第２の電極層を、スト
ライプの長手方向に分割した。In claim (3), the second electrode layer is divided in the longitudinal direction of the stripe.

また、請求項（４）では、１次の回析格子を、前記第
１の活性層に隣接した当該第１の活性層より大きなバン
ドギャップ・エネルギを有する組成よりなる導波層に形
成した。Further, in claim (4), the primary diffraction grating is formed in a waveguide layer adjacent to the first active layer and having a composition having a bandgap energy larger than that of the first active layer.

さらにまた、請求項（５）では、前記第１の電極層
を、ストライプ方向の長手方向に分割した。Furthermore, in claim (5), the first electrode layer is divided in the longitudinal direction in the stripe direction.

（作 用） 請求項（１）によれば、第１の電極層と第３の電極層
間に、所定の閾値以上の電流を供給すると、第１の活性
層を含む領域は発振状態となる。(Operation) According to claim (1), when a current equal to or more than a predetermined threshold is supplied between the first electrode layer and the third electrode layer, the region including the first active layer enters an oscillation state.

一方、第２の電極層と第３の電極層間に、所定の閾値
以上の電流を供給すると、第２の活性層を含む領域は発
振状態となる。On the other hand, when a current equal to or more than a predetermined threshold is supplied between the second electrode layer and the third electrode layer, the region including the second active layer enters an oscillation state.

このとき、第２の活性層領域の発振光は、２次の回析
格子により、ストライプ方向に垂直な方向、即ち、各層
の積層方向に出射されて、第１の活性層のストライプ方
向の全面に亘り注入される。これにより、十分な「発振
消衰効果」が生じ、第１の活性層領域の発振が停止す
る。At this time, the oscillation light in the second active layer region is emitted by the secondary diffraction grating in the direction perpendicular to the stripe direction, that is, in the direction in which the layers are stacked, and the entire surface of the first active layer in the stripe direction. Is injected over. As a result, a sufficient “oscillation extinction effect” occurs, and oscillation of the first active layer region stops.

また、請求項（２）によれば、第２の活性層への発振
光の影響が導波層により緩和される。According to claim (2), the influence of the oscillating light on the second active layer is reduced by the waveguide layer.

また、請求項（３）によれば、例えば、分割電極の一
方には電流を供給せず、他方に所定の値のバイアス電流
を供給し、第２の活性層領域に外部から、この領域の発
振波長近傍の波長を有する制御用レーザ光を注入するこ
とにより、当該領域は発振を開始し、制御用レーザ光の
入射が停止されても、発振状態を維持する（メモリ機能
を有する）。According to claim (3), for example, a current is not supplied to one of the divided electrodes, but a bias current having a predetermined value is supplied to the other of the divided electrodes. By injecting a control laser beam having a wavelength near the oscillation wavelength, the region starts oscillating, and maintains an oscillation state (has a memory function) even when the injection of the control laser beam is stopped.

また、バイアス電流を上記より低い所定の値に設定
し、ここで所定の閾値以上の光パワーの制御用レーザ光
が入射されると、第２の活性層領域は発振を開始し、制
御用レーザ光の入射が停止されると、発振を停止する。Further, when the bias current is set to a predetermined value lower than the above, and a control laser beam having an optical power equal to or higher than a predetermined threshold is incident here, the second active layer region starts oscillating, and the control laser When light incidence is stopped, oscillation stops.

従って、この状態において、第２の活性層領域に制御
用レーザ光が入射されると、第２の活性層領域は発振
し、この発振光は２次の回析格子の作用により発振状態
にあった第１の活性層領域に注入されて、このときの
み、第１の活性層領域の発振が停止し、制御用レーザ光
の入射が停止されると再び第１の活性領域は発振状態に
復帰する、いわゆる光インバータ動作が行なわれる。Therefore, in this state, when the control laser beam is incident on the second active layer region, the second active layer region oscillates, and the oscillated light is oscillated by the action of the secondary diffraction grating. Is injected into the first active layer region, and only at this time, the oscillation of the first active layer region stops, and when the injection of the control laser beam stops, the first active region returns to the oscillation state again. That is, a so-called optical inverter operation is performed.

また、請求項（４）によれば、第１の活性層領域は１
次の回析格子を含む共振器構造によりレーザ発振する。According to claim (4), the first active layer region is 1
Laser oscillation is performed by the next resonator structure including the diffraction grating.

また、請求項（５）によれば、分割された第１の電極
へのバイアス電流値が所望の値に設定され、かつ第２の
活性層領域への制御用レーザ光の波長を第２の活性層の
ゲイン波長の範囲内に設定することにより、第１の活性
層領域の発振波長の変換が行なわれる。According to claim (5), the value of the bias current to the divided first electrode is set to a desired value, and the wavelength of the control laser beam to the second active layer region is set to the second value. By setting the gain within the range of the gain wavelength of the active layer, the oscillation wavelength of the first active layer region is converted.

（実施例） 第１図は、本発明による半導体光スイッチの第１の実
施例を示す構成図である。第１図において、11は基板
で、例えば第１の導電型（以下、ｐ型という）InP単結
晶より構成されている。12はｐ型InP基板11上面に形成
した第１の半導体層（クラッド層）で、ｐ型InP層より
構成されている。(Embodiment) FIG. 1 is a configuration diagram showing a first embodiment of a semiconductor optical switch according to the present invention. In FIG. 1, reference numeral 11 denotes a substrate, which is made of, for example, a first conductivity type (hereinafter, referred to as p-type) InP single crystal. Reference numeral 12 denotes a first semiconductor layer (cladding layer) formed on the upper surface of the p-type InP substrate 11, which is composed of a p-type InP layer.

13は第１の半導体層12上面に形成した第１の活性層
で、バンドギャップ・エネルギ波長1.55μｍのノンドー
プInGaAsP層より構成されている。Reference numeral 13 denotes a first active layer formed on the upper surface of the first semiconductor layer 12, which is composed of a non-doped InGaAsP layer having a bandgap energy wavelength of 1.55 μm.

14は第１の活性層13上面に形成した第２の半導体層
で、第２の導電型（以下、ｎ型という）InP層より構成
されている。Reference numeral 14 denotes a second semiconductor layer formed on the upper surface of the first active layer 13 and is formed of a second conductivity type (hereinafter, referred to as n-type) InP layer.

15は２次の回析格子で、後記する方法によって半導体
層14上面の一部に形成されている。Reference numeral 15 denotes a secondary diffraction grating, which is formed on a part of the upper surface of the semiconductor layer 14 by a method described later.

16は回析格子15上面に形成された導波層で、バンドギ
ャップ・エネルギ波長1.3μｍのｎ型InGaAsP層より構成
されている。Reference numeral 16 denotes a waveguide layer formed on the upper surface of the diffraction grating 15, which is composed of an n-type InGaAsP layer having a band gap energy wavelength of 1.3 μm.

17は導波層16上面に形成した第２の活性層で、バンド
ギャップ・エネルギ波長1.55μｍのノンドープInGaAsP
層より構成されている。Reference numeral 17 denotes a second active layer formed on the upper surface of the waveguide layer 16 and is a non-doped InGaAsP having a bandgap energy wavelength of 1.55 μm.
It is composed of layers.

18は第２の活性層17の上面全体に亘って形成された第
３の半導体層で、ｐ型InP層により構成されている。Reference numeral 18 denotes a third semiconductor layer formed over the entire upper surface of the second active layer 17, and is constituted by a p-type InP layer.

19は第３の半導体層18の上面に形成したｐ型電極層
で、バンドギャップ・エネルギ波長1.3μｍのInGaAsP層
より構成されている。Reference numeral 19 denotes a p-type electrode layer formed on the upper surface of the third semiconductor layer 18, which is composed of an InGaAsP layer having a band gap energy wavelength of 1.3 μm.

20はｐ型InP基板11の下面全体に亘って形成した第１
のｐ型電極で、Au−Zn−Niより構成されている。Reference numeral 20 denotes a first formed over the entire lower surface of the p-type InP substrate 11.
And made of Au-Zn-Ni.

21はｐ型電極層19の上面全体に亘って形成された第２
のｐ型電極で、Au−Zn−Niより構成されている。Reference numeral 21 denotes a second electrode formed over the entire upper surface of the p-type electrode layer 19.
And made of Au-Zn-Ni.

22はｎ型共通電極（第３の電極）で、第２の半導体14
上面の回析格子15の形成領域以外の領域に形成されてお
り、Au−Ge−Niより構成されている。Reference numeral 22 denotes an n-type common electrode (third electrode), and the second semiconductor 14
It is formed in a region other than the region where the diffraction grating 15 is formed on the upper surface, and is made of Au-Ge-Ni.

次に、上記構成による半導体光スイッチの作製方法に
ついて説明する。Next, a method for manufacturing the semiconductor optical switch having the above configuration will be described.

まず、液相成長法（LPE）、分子線エピタキシィ（MB
E）あるいは有機金属気相成長法（MOCVD）などの結晶成
長法を用いて、基板11上に、第１の半導体層12、第１の
活性層13、続いて第２の半導体層14を全面にエピタキシ
ィ成長する。First, liquid phase epitaxy (LPE), molecular beam epitaxy (MB
E) Alternatively, a first semiconductor layer 12, a first active layer 13, and then a second semiconductor layer 14 are entirely formed on a substrate 11 by using a crystal growth method such as metal organic chemical vapor deposition (MOCVD). Grows epitaxy.

次に、２次の回析格子のパターンを第２の半導体層14
の上面に、ホログラフィック露光あるいは電子線描画法
により描いてから、エッチング法により凹凸のパターン
に加工する。Next, a second diffraction grating pattern is formed on the second semiconductor layer 14.
Is drawn on the upper surface by holographic exposure or electron beam lithography, and then processed into an uneven pattern by etching.

次に回析格子15の上面に、ｎ型の導波層16、第２の活
性層17、ｐ型の第３の半導体層18及びｐ型電極層19まで
引き続き、エキタキシィ成長する。このエピキタキシィ
成長の後、ストライプ構造を残し、他の部分を第２の半
導体層14の上面が露出するまで、エッチングにより除去
する。Next, on the upper surface of the diffraction grating 15, the n-type waveguide layer 16, the second active layer 17, the p-type third semiconductor layer 18, and the p-type electrode layer 19 are successively grown by epitaxial growth. After this epitaxy growth, the other portions are removed by etching until the upper surface of the second semiconductor layer 14 is exposed, leaving the stripe structure.

次いで、ｐ型InP基板11の下面及びｐ型電極層19の上
面にAu−Zn−Niからなる第１のｐ型電極20及び第２のｐ
型電極21をそれぞれ形成し、かつ、露出した第１の半導
体層14上面にはAu−Ge−Niからなるｎ型共通電極22を形
成することにより、半導体光スイッチの作製が完了す
る。Next, on the lower surface of the p-type InP substrate 11 and the upper surface of the p-type electrode layer 19, a first p-type electrode 20 made of Au-Zn-Ni and a second p-type electrode 20 are formed.
Forming the type electrodes 21 and forming the n-type common electrode 22 made of Au-Ge-Ni on the exposed upper surface of the first semiconductor layer 14 completes the fabrication of the semiconductor optical switch.

このように作製された第１図の半導体光スイッチは、
活性層が縦方向に２段に形成されており、第１の半導体
層12、第１の活性層13並びに第２の半導体層14からなる
劈界面を共振器構造とする半導体レーザ（以下、主レー
ザという）Ａと、第２の半導体層14、２次の回析格子1
5、導波層16、第２の活性層17並びに第３の半導体層18
からなる２次の回析格子15を共振器構造とする半導体レ
ーザ（以下、従レーザという）Ｂとを有し、これら、主
レーザＡ及び従レーザＢは互いに独立に発振することが
できる（詳細はNagai氏らの論文、Japan.J.Appl.Phys.
誌21巻３号L173−L175頁（1982）参照）。The thus manufactured semiconductor optical switch of FIG.
An active layer is formed in two stages in the vertical direction, and a semiconductor laser (hereinafter referred to as a main laser) having a cleavage interface composed of a first semiconductor layer 12, a first active layer 13, and a second semiconductor layer 14 having a resonator structure. A), the second semiconductor layer 14, the second diffraction grating 1
5, waveguide layer 16, second active layer 17, and third semiconductor layer 18
And a semiconductor laser B (hereinafter referred to as a slave laser) having a secondary diffraction grating 15 composed of a resonator as a resonator structure. The main laser A and the slave laser B can oscillate independently of each other (details). Is a paper by Nagai et al., Japan.J.Appl.Phys.
Journal Vol. 21, No. 3, pp. L173-L175 (1982)).

次に、上記構成による動作を説明する。 Next, the operation of the above configuration will be described.

例えば、第１のｐ型電極20とｎ型共通電極22間に、所
定の閾値以上の電流を供給すると、主レーザＡは発振状
態となる。For example, when a current equal to or greater than a predetermined threshold is supplied between the first p-type electrode 20 and the n-type common electrode 22, the main laser A enters an oscillation state.

この状態で、第２のｐ型電極21とｎ型共通電極22間
に、所定の閾値以上の電流を供給すると、従レーザＢは
発振状態となる。In this state, when a current equal to or greater than a predetermined threshold is supplied between the second p-type electrode 21 and the n-type common electrode 22, the slave laser B enters an oscillation state.

このとき、従レーザＢの発振光は、２次の回析格子15
により、ストライプ方向に対して垂直な方向、即ち、基
板11面に垂直な方向に出射される。従って、この出射光
は、内蔵されたレーザ、即ち、主レーザＡのストライプ
全面に亘り注入される。これにより、十分な大きさの
「発振消衰効果」が生じ、主レーザＡの発振が停止す
る。At this time, the oscillation light of the slave laser B is
As a result, light is emitted in a direction perpendicular to the stripe direction, that is, in a direction perpendicular to the surface of the substrate 11. Therefore, the emitted light is injected over the entire surface of the stripe of the built-in laser, that is, the main laser A. As a result, a sufficiently large “oscillation extinction effect” occurs, and the oscillation of the main laser A stops.

以上のように、本第１の実施例によれば、第１及び第
２の活性層13及び17を縦方向に２段形成し、劈界面を用
いたストライプ方向に光を反射する共振器構造を有する
主レーザＡと、２次の回析格子15を用いた共振器構造を
有する従レーザＢとを２段階にモノリシックに集積した
ので、従レーザＢの発振光により、発振状態にある主レ
ーザＡのレーザ発振を100％停止することができ、十分
なオン／オフ比を有する半導体光スイッチを実現してい
る。また、埋め込み構造としているため、低い閾値電流
値を実現している。As described above, according to the first embodiment, the first and second active layers 13 and 17 are formed in two stages in the vertical direction, and the resonator structure that reflects light in the stripe direction using the cleavage interface is used. And the secondary laser B having a resonator structure using the second-order diffraction grating 15 are monolithically integrated in two stages. The laser oscillation of A can be stopped 100%, and a semiconductor optical switch having a sufficient on / off ratio is realized. Further, a low threshold current value is realized because of the buried structure.

第３図は、本発明による半導体光スイッチの第２の実
施例を模式的に示した横断面図である。本第２の実施例
と前記第１の実施例の異なる点は、第２のｐ型電極21
を、ストライプ方向に２分割し、ｐ型電極21a,21bを形
成したことにあり、主レーザＡ及び従レーザＢの構成
は、第１の実施例と同様である。FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing a second embodiment of the semiconductor optical switch according to the present invention. The difference between the second embodiment and the first embodiment is that the second p-type electrode 21
Is divided into two in the stripe direction to form p-type electrodes 21a and 21b, and the configurations of the main laser A and the sub-laser B are the same as in the first embodiment.

このような構成において、分割した一方のｐ型電極21
aには、電流I1を供給せず（I1＝０）、他方のｐ型電極2
1bに所定の値の電流I2を供給することにより、あるい
は、二つの電極への供給電流I1とI2の大きさに差を持た
せることにより、従レーザＢは、光出力（Ｌ）−電流
（I2）の関係に双安定動作を示すようになる。In such a configuration, one of the divided p-type electrodes 21
a, no current I1 is supplied (I1 = 0), and the other p-type electrode 2
By supplying a current I2 of a predetermined value to 1b, or by providing a difference between the supply currents I1 and I2 to the two electrodes, the slave laser B generates an optical output (L) -current ( Bistable operation is shown in the relationship of I2).

第４図は、ｐ型電極21aに電流I1を供給せず、Ｐ型電
極21bに電流I2を供給した場合の、従レーザＢの双安定
動作を説明するための図である。第４図において、横軸
はｐ型電極21bへの供給電流I2を、縦軸は従レーザＢの
光出力Ｌをそれぞれ表している。FIG. 4 is a diagram for explaining the bistable operation of the slave laser B when the current I1 is supplied to the P-type electrode 21b without supplying the current I1 to the p-type electrode 21a. In FIG. 4, the horizontal axis represents the supply current I2 to the p-type electrode 21b, and the vertical axis represents the light output L of the slave laser B.

電流I1を供給しない（I1＝０）ｐ型電極21aの下部の
第２の活性層17は、可飽和領域として作用することが知
られており、第４図に示すように、双安定動作を示す。It is known that the second active layer 17 below the p-type electrode 21a that does not supply the current I1 (I1 = 0) acts as a saturable region, and as shown in FIG. Show.

今、電流バイアスを第４図に示すｂ点に設定し、従レ
ーザＢに外部から、従レーザＢの発振波長近傍の波長の
制御用レーザ光（以下、制御光）CLを注入することによ
り、従レーザＢはメモリ動作を行なう。即ち、制御光CL
が入射されると、従レーザＢは発振を開始し、制御光CL
の入射が停止されても（オフ）、発振状態を維持する。Now, the current bias is set to the point b shown in FIG. 4, and a control laser beam (hereinafter, control light) CL having a wavelength near the oscillation wavelength of the slave laser B is externally injected into the slave laser B. The slave laser B performs a memory operation. That is, the control light CL
Is incident, the slave laser B starts oscillating, and the control light CL
Even if the incidence of light is stopped (OFF), the oscillation state is maintained.

また、電流バイアス点を第４図に示すａ点に設定すれ
ば、微分動作を行なう。即ち、制御光CLとして所定の閾
値以上の光パワーが入射されると、従レーザＢは発振を
開始し、制御光CLがオフになると、発振を停止する。If the current bias point is set to the point a shown in FIG. 4, a differentiation operation is performed. That is, the slave laser B starts oscillating when the optical power equal to or higher than the predetermined threshold is input as the control light CL, and stops oscillating when the control light CL is turned off.

なお、従レーザＢの共振器は、２次の回析格子15にて
構成されている。従って、前述のように制御光のオン・
オフにより制御された従レーザＢの発振光は、内蔵され
た主レーザＡの発振状態を制御することができる。The resonator of the slave laser B is constituted by a secondary diffraction grating 15. Therefore, as described above,
The oscillation light of the slave laser B, which is controlled by turning off, can control the oscillation state of the built-in main laser A.

その結果、第５図に示すような光インバータ動作が可
能となる。例えば、従レーザＢの電流バイアスを、第４
図に示すａ点に設定すると、制御光CLが入射された瞬間
のみ、主レーザＡの発振状態をオフ状態にすることがで
きる。As a result, an optical inverter operation as shown in FIG. 5 becomes possible. For example, the current bias of the slave laser B is
By setting the point a in the drawing, the oscillation state of the main laser A can be turned off only at the moment when the control light CL is incident.

なお、従レーザＢに入射された制御光CLが、入射側と
別の端面から漏れること、及び従レーザＢの発振光がそ
の端面から出射されることを防止するためには、従レー
ザＢの出射端面に吸収の大きい媒質、即ち、バンドギャ
ップ・エネルギの大きい媒質を設けるか、あるいは、エ
ッチングにより端面を斜めに加工すればよい。本実施例
においては、従レーザＢの共振器構造は、２次の回析格
子15を用いて構成されているから、端面加工の影響はな
い。In order to prevent the control light CL incident on the slave laser B from leaking from an end face different from the incident side, and to prevent the oscillation light of the slave laser B from being emitted from the end face, A medium having a large absorption, that is, a medium having a large band gap energy may be provided on the emission end face, or the end face may be processed obliquely by etching. In this embodiment, since the resonator structure of the slave laser B is constituted by using the secondary diffraction grating 15, there is no influence of the end face processing.

第６図は、本発明による半導体光スイッチの第３の実
施例を模式的に示した横断面図である。本第３の実施例
と前記第２の実施例の異なる点は、第１の活性層13と第
２の半導体層14間に導電層16と同一構成の導電層16aを
形成し、さらに、１次の回析格子15aを形成し、主レー
ザＡを劈界面ではなく、１次の回析格子15aを用いた共
振器構造とし、かつ、第１のｐ型電極20をストライプ方
向に２分割して、ｐ型電極20a,20bを形成したことにあ
る。FIG. 6 is a cross-sectional view schematically showing a third embodiment of the semiconductor optical switch according to the present invention. The difference between the third embodiment and the second embodiment is that a conductive layer 16a having the same configuration as the conductive layer 16 is formed between the first active layer 13 and the second semiconductor layer 14, and The next diffraction grating 15a is formed, the main laser A has a resonator structure using the primary diffraction grating 15a instead of the cleavage interface, and the first p-type electrode 20 is divided into two in the stripe direction. Thus, the p-type electrodes 20a and 20b are formed.

一般に、回析格子を共振器として用いた半導体レー
ザ、即ち、DFB型、DBR型の半導体レーザにおいては、分
割された電極へのバイアス電流値を制御することによ
り、発振波長を正確に制御できることが知られている。Generally, in a semiconductor laser using a diffraction grating as a resonator, that is, a DFB type or a DBR type semiconductor laser, it is possible to control the oscillation wavelength accurately by controlling the bias current value to the divided electrodes. Are known.

第６図の構成において、従レーザＢへの制御光CLの入
射に伴い、主レーザＡの発振が制御されることは、前記
第１及び第２の実施例と同様であり、その説明はここで
は省略する。In the configuration shown in FIG. 6, the oscillation of the main laser A is controlled in accordance with the incidence of the control light CL on the slave laser B, as in the first and second embodiments. Will be omitted.

第６図の半導体光スイッチでは、このような主レーザ
Ａの発振状態の制御の機能に加えて、主レーザＡの発振
波長が、分割したｐ型電極20a,20bへの電流値により制
御可能なことにより、「波長変換素子」としての動作が
可能となっている。In the semiconductor optical switch of FIG. 6, in addition to such a function of controlling the oscillation state of the main laser A, the oscillation wavelength of the main laser A can be controlled by the current value to the divided p-type electrodes 20a and 20b. This enables operation as a “wavelength conversion element”.

即ち、主レーザＡのバイアス電流値を設定しておき、
この状態で、制御光CLを従レーザＢに入射し、従レーザ
Ｂを発振させると、設定された波長のレーザ光Aout（第
３図）が主レーザＡより出力する。このとき、制御光CL
の波長は、従レーザＢを構成する第２の活性層17のゲイ
ン波長の範囲内であればよい。That is, the bias current value of the main laser A is set beforehand,
In this state, when the control light CL is incident on the slave laser B and the slave laser B is oscillated, the laser light Aout (FIG. 3) having the set wavelength is output from the master laser A. At this time, the control light CL
May be within the range of the gain wavelength of the second active layer 17 constituting the slave laser B.

従って、波長ｍのレーザ光が入射した時、波長ｎのレ
ーザ光が出力されるように、バイアス電流値を与えてお
けば、波長変換が可能となる。Therefore, if a bias current value is given so that laser light of wavelength n is output when laser light of wavelength m is incident, wavelength conversion becomes possible.

なお、上記第１乃至第３の実施例においては、第１の
活性層13と第２の活性層17との中間層にｎ型の半導体層
を用いたが、これに限定されるものではなく、ｐ型の半
導体層を用いる構成も勿論可能である。In the first to third embodiments, an n-type semiconductor layer is used as an intermediate layer between the first active layer 13 and the second active layer 17, but the present invention is not limited to this. Of course, a configuration using a p-type semiconductor layer is also possible.

また、本実施例においては、InP系の半導体光スイッ
チについて説明したが、GaAs系等、他のIII−Ｖ化合物
を用いた半導体光スイッチも実現可能である。Further, in the present embodiment, an InP-based semiconductor optical switch has been described. However, a semiconductor optical switch using another III-V compound, such as a GaAs-based switch, can be realized.

（発明の効果） 以上説明したように、請求項（１）によれば、第１の
導電型の第１の半導体層と、第１の活性層と、第２の導
電型の第２の半導体層と、第２の活性層と、第１の導電
型の第３の半導体層とを表記した順に積層したストライ
プ状半導体積層構造を有し、かつ、前記第１及び第３の
半導体層の各々に形成した第１の導電型の第１及び第２
の電極層と、前記第２の半導体層に形成した第２の導電
型の第３の電極層とを備え、さらに、前記第２の活性層
は隣接した２次の回析格子からなるストライプ方向の共
振器構造を有し、前記第１の活性層は前記第２の活性層
とは異なるストライプ方向の共振器構造を有するように
したので、いわゆる十分な大きさの「発振消衰効果」に
より、第１の活性層を有する主レーザの発振を十分なオ
ン／オフ比をもって停止させることができる半導体光ス
イッチを提供できる利点がある。(Effects of the Invention) As described above, according to claim (1), the first semiconductor layer of the first conductivity type, the first active layer, and the second semiconductor of the second conductivity type Layer, a second active layer, and a third semiconductor layer of the first conductivity type, each of which has a stripe-shaped semiconductor stacked structure stacked in the order described, and wherein each of the first and third semiconductor layers is First and second of the first conductivity type formed in
And a third electrode layer of a second conductivity type formed on the second semiconductor layer, wherein the second active layer has a stripe direction formed of an adjacent secondary diffraction grating. Since the first active layer has a resonator structure in a stripe direction different from that of the second active layer, the first active layer has a sufficiently large “oscillation extinction effect”. There is an advantage that it is possible to provide a semiconductor optical switch that can stop the oscillation of the main laser having the first active layer with a sufficient on / off ratio.

また、請求項（２）によれば、上記請求項（１）の効
果に加えて、第２の活性層の劣化を防止することがで
き、ひいては従レーザの寿命を延ばすことができる。According to claim (2), in addition to the effect of claim (1), deterioration of the second active layer can be prevented, and the life of the slave laser can be extended.

また、請求項（３）によれば、請求項（１）または請
求項（２）の効果に加えて、光インバータ動作のが可能
となる利点がある。According to claim (3), in addition to the effect of claim (1) or claim (2), there is an advantage that an optical inverter operation can be performed.

また、請求項（４）または請求項（５）によれば、上
記請求項（１）乃至請求項（３）の効果に加えて、波長
変換素子としての機能を得ることができる。Further, according to claim (4) or (5), in addition to the effects of claims (1) to (3), a function as a wavelength conversion element can be obtained.

従って、本発明による半導体光スイッチは、将来の光
伝送システムあるいは光集積回路に適用可能である。Therefore, the semiconductor optical switch according to the present invention is applicable to future optical transmission systems or optical integrated circuits.

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明による半導体光スイッチの第１の実施例
を示す構成図、第２図は従来の半導体光スイッチの構成
図、第３図は本発明による半導体光スイッチの第２の実
施例を模式的に示した横断面図、第４図は本発明に係る
従レーザの双安定動作を説明するための図、第５図は第
３図の半導体光スイッチの光インバータ動作を説明する
ための図、第６図は本発明による半導体光スイッチの第
３の実施例を模式的に示した横断面図である。 図中、11……ｐ型InP基板、12……ｐ型の第１の半導体
層、13……第１の活性層、14……ｎ型の第２の半導体
層、15……２次の回析格子、15a……１次の回析格子、1
6,16a……ｎ型の導波層、17……第２の活性層、18……
ｐ型の第３の半導体層、19……ｐ型電極層、20,20a,20b
……第１のｐ型電極、21,21a,21b……第２のｐ型電極、
22……ｎ型共通電極（第３電極）。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a configuration diagram showing a first embodiment of a semiconductor optical switch according to the present invention, FIG. 2 is a configuration diagram of a conventional semiconductor optical switch, and FIG. 3 is a semiconductor optical switch according to the present invention. FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing a second embodiment of the switch, FIG. 4 is a view for explaining the bistable operation of the slave laser according to the present invention, and FIG. 5 is a view of the semiconductor optical switch shown in FIG. FIG. 6 is a diagram for explaining the operation of the optical inverter, and FIG. 6 is a cross-sectional view schematically showing a third embodiment of the semiconductor optical switch according to the present invention. In the drawing, 11 ... p-type InP substrate, 12 ... p-type first semiconductor layer, 13 ... first active layer, 14 ... n-type second semiconductor layer, 15 ... secondary Diffraction grating, 15a: Primary diffraction grating, 1
6, 16a: n-type waveguide layer, 17: second active layer, 18:
p-type third semiconductor layer, 19... p-type electrode layer, 20, 20a, 20b
... A first p-type electrode, 21, 21a, 21b... A second p-type electrode,
22... N-type common electrode (third electrode).

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項１】第１の導電型の第１の半導体層と、第１の
活性層と、第２の導電型の第２の半導体層と、第２の活
性層と、第１の導電型の第３の半導体層とを表記した順
に積層したストライプ状半導体積層構造を有し、 かつ、前記第１及び第３の半導体層の各々に形成した第
１の導電型の第１及び第２の電極層と、前記第２の半導
体層に形成した第２の導電型の第３の電極層とを備え、 さらに、前記第２の活性層は隣接した２次の回析格子か
らなるストライプ方向の共振器構造を有し、前記第１の
活性層は前記第２の活性層とは異なるストライプ方向の
共振器構造を有する ことを特徴とする半導体光スイッチ。A first semiconductor layer of a first conductivity type, a first active layer, a second semiconductor layer of a second conductivity type, a second active layer, and a first conductivity type. And a third semiconductor layer of the first conductivity type formed on each of the first and third semiconductor layers. An electrode layer; and a third electrode layer of a second conductivity type formed on the second semiconductor layer. The second active layer is arranged in a direction of a stripe formed of an adjacent secondary diffraction grating. A semiconductor optical switch having a resonator structure, wherein the first active layer has a resonator structure in a stripe direction different from that of the second active layer. 【請求項２】前記２次の回析格子を、前記第２の活性層
に隣接した当該第２の活性層より大きなバンドギャップ
・エネルギを有する組成よりなる導波層に形成した請求
項（１）記載の半導体光スイッチ。2. The waveguide according to claim 1, wherein said second-order diffraction grating is formed in a waveguide layer adjacent to said second active layer and having a composition having a bandgap energy larger than that of said second active layer. A) a semiconductor optical switch according to the above. 【請求項３】前記第２の電極層を、ストライプの長手方
向に分割した請求項（１）または請求項（２）記載の半
導体光スイッチ。3. The semiconductor optical switch according to claim 1, wherein said second electrode layer is divided in a longitudinal direction of a stripe. 【請求項４】１次の回析格子を、前記第１の活性層に隣
接した当該第１の活性層より大きなバンドギャップ・エ
ネルギを有する組成よりなる導波層に形成した請求項
（１），（２）または（３）記載の半導体光スイッチ。4. The first diffraction grating is formed in a waveguide layer adjacent to the first active layer and having a composition having a bandgap energy larger than that of the first active layer. , (2) or (3). 【請求項５】前記第１の電極層を、ストライプ方向の長
手方向に分割した請求項（４）記載の導体光スイッチ。5. The conductive optical switch according to claim 4, wherein said first electrode layer is divided in a longitudinal direction in a stripe direction.