JP3023357B1 - Nonlinear optical waveguide device - Google Patents
Nonlinear optical waveguide deviceInfo
- Publication number
- JP3023357B1 JP3023357B1 JP11061370A JP6137099A JP3023357B1 JP 3023357 B1 JP3023357 B1 JP 3023357B1 JP 11061370 A JP11061370 A JP 11061370A JP 6137099 A JP6137099 A JP 6137099A JP 3023357 B1 JP3023357 B1 JP 3023357B1
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- optical waveguide
- layer
- nonlinear optical
- nitride semiconductor
- guide layer
- 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.)
- Expired - Fee Related
Links
Landscapes
- Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)
- Optical Integrated Circuits (AREA)
Abstract
【要約】
【課題】 屈折率の小さな窒化物半導体サブバンド間吸
収層に対する光導波モードの結合を改善すると共に、サ
ブバンド間吸収層が接触している非線形光導波路部と接
触していない線形光導波路部の接合部に存在するモード
不整合を緩和し、反射や放射損失の少ない光結合をはか
る。
【解決手段】 下部クラッド層１２上に光ガイド層１３
と上部クラッド層１４が積層されたメサ構造の線形光導
波路部４と、下部クラッド層１２と光ガイド層１３から
なるメサ構造の上に、窒化物半導体量子井戸層１１が形
成された非線形光導波路部６とを備えた非線形光導波素
子において、窒化物半導体量子井戸層１１は光ガイド層
１３に直接接するように設けられ、線形光導波路部４の
非線形光導波路部６との接続部に、非線形光導波路部６
に向かって上部クラッド層１４の厚さを徐々に減少させ
たモード整合部５が設けられている。Abstract: PROBLEM TO BE SOLVED: To improve the coupling of an optical waveguide mode to a nitride semiconductor intersubband absorption layer having a small refractive index and to make a linear optical waveguide not in contact with a nonlinear optical waveguide portion in which the intersubband absorption layer is in contact. Mode mismatch existing at the junction of the waveguide is alleviated, and optical coupling with less reflection and radiation loss is achieved. SOLUTION: An optical guide layer 13 is provided on a lower clad layer 12.
A nonlinear optical waveguide in which a nitride semiconductor quantum well layer 11 is formed on a mesa structure including a mesa structure including a lower cladding layer 12 and an optical guide layer 13; In the nonlinear optical waveguide device including the portion 6, the nitride semiconductor quantum well layer 11 is provided so as to be in direct contact with the optical guide layer 13, and the nonlinear optical waveguide portion 4 is connected to the nonlinear optical waveguide portion 6 at a non-linear portion. Optical waveguide 6
A mode matching section 5 is provided in which the thickness of the upper cladding layer 14 is gradually reduced toward the top.
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、超短光パルスに応
答する光スイッチ，光デマルチプレクサ，波長変換素子
等の半導体非線形光導波素子に係わり、特に窒化物半導
体量子井戸のサブバンド間遷移を利用した非線形光導波
素子に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor nonlinear optical waveguide device such as an optical switch, an optical demultiplexer, and a wavelength conversion device, which responds to an ultrashort optical pulse. The present invention relates to a nonlinear optical waveguide element used.
【０００２】[0002]
【従来の技術】来るべきマルチメディア時代の基幹伝送
系においては、毎秒数百ギガ〜数テラビットの大量の情
報が光ファイバーを飛び交うことになる。このような情
報を自由に処理できる光ノードの実現には、超短光パル
スで制御される超高速光スイッチが必要である。目的が
周期的な光デマルチプレクシングであれば、デマルチプ
レクシングの周期で内部状態が元の状態に復帰する物理
現象を利用できる。しかし、信号光をビット単位でスイ
ッチングするためには、信号１スロット分の時間内に元
の状態に復帰していなければならない。このようなビッ
ト・モード動作可能な超高速光スイッチの原理として、
窒化物半導体量子井戸中のサブバンド間遷移の利用が考
えられている（例えば、特開平８−１７９３８７号公
報、N.Suzukiand N.Iizuka, Japanese Journal of Appl
ied Physics, vol.36,pp.L1006-L1008,1997年等）。2. Description of the Related Art In a backbone transmission system in the coming multimedia age, a large amount of information of several hundred gigabits to several terabits per second flies over an optical fiber. To realize an optical node that can freely process such information, an ultrahigh-speed optical switch controlled by ultrashort optical pulses is required. If the purpose is periodic optical demultiplexing, a physical phenomenon in which the internal state returns to the original state in the cycle of demultiplexing can be used. However, in order to switch the signal light in bit units, the signal light must return to the original state within the time corresponding to one signal slot. The principle of such a high-speed optical switch capable of operating in bit mode is as follows.
Utilization of transition between subbands in a nitride semiconductor quantum well has been considered (for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-179287, N. Suzukiand N. Iizuka, Japanese Journal of Appl.
ied Physics, vol.36, pp.L1006-L1008, 1997).
【０００３】サブバンド間の緩和時間はバンド間の緩和
時間と比べて３桁程度高速である。特に、窒化物半導体
の量子井戸を用いれば、光通信で重要な近赤外域でのサ
ブバンド間遷移を実現できる上、ＬＯフォノンと電子の
相互作用が大きいのでサブバンド間緩和時間をＧａＡｓ
系と比べて一桁以上速くできる。ＧａＮ系量子井戸にお
けるサブバンド間緩和時間は、遷移波長１．５５μｍで
室温で約１００ｆｓと短いので、そのサブバンド間吸収
の飽和を利用すれば、１Ｔｂ／ｓ程度の超高速繰り返し
のビット・モード光スイッチング動作も可能となると考
えられる。半導体を利用しているので、小型，軽量，安
定な光スイッチを実現でき、量産化が可能なことは言う
までもない。窒化物半導体は特に強靭な半導体材料であ
り、温度上昇に対しても強い。The relaxation time between subbands is about three orders of magnitude faster than the relaxation time between bands. In particular, if a quantum well of a nitride semiconductor is used, transition between sub-bands in the near-infrared region, which is important for optical communication, can be realized.
Can be more than an order of magnitude faster than systems. The relaxation time between subbands in a GaN-based quantum well is as short as about 100 fs at room temperature at a transition wavelength of 1.55 μm. It is considered that optical switching operation is also possible. Since a semiconductor is used, a small, light and stable optical switch can be realized, and it goes without saying that mass production is possible. A nitride semiconductor is a particularly tough semiconductor material, and is resistant to a rise in temperature.
【０００４】導体中を伝搬する光パルスは波長分散や非
線形性の影響で歪むから、高速の非線形光応答を得るた
めには非線形光導波路部の長さをそれほど長くできな
い。一方で、ハンドリングや外部との結合との観点から
は、ある程度の長さが必要である。従って、非線形光導
波路部の入出力部に線形光導波路を設ける必要が出てく
る。複数の非線形光導波路からなる集積化非線形光導波
素子の場合は、パルスの安定なタイミング同期を得ると
いう観点からも、集積化が必須である。しかも、モード
分散により超短光パルスの波形が崩れるのを避けるため
には、単一モード光導波路を用いて構成する必要があ
る。An optical pulse propagating in a conductor is distorted by the influence of chromatic dispersion and nonlinearity. Therefore, the length of the nonlinear optical waveguide cannot be so long to obtain a high-speed nonlinear optical response. On the other hand, from the viewpoint of handling and coupling with the outside, a certain length is required. Therefore, it is necessary to provide a linear optical waveguide at the input / output section of the nonlinear optical waveguide section. In the case of an integrated nonlinear optical waveguide element composed of a plurality of nonlinear optical waveguides, integration is essential from the viewpoint of obtaining stable timing synchronization of pulses. Moreover, in order to prevent the waveform of the ultrashort optical pulse from being disrupted by mode dispersion, it is necessary to use a single mode optical waveguide.
【０００５】窒化物半導体で低損失の単一モード導波路
を実現することは困難なので、例えばＩｎＧａＡｓＰ／
ＩｎＰ光導波路の一部に窒化物半導体量子井戸を貼り付
けた構成が考えられている（例えば、特開平８−２４０
８２０号公報，特開平８−２９７２６３号公報，特開平
９−２２２６１９号公報，特願平９−２０５８３８号公
報）。このような構成では、ＩｎＧａＡｓ（Ｐ）／Ｉｎ
Ｐ光増幅器と組み合わせることで、光導波路の損失を補
償することも可能である。Since it is difficult to realize a low-loss single-mode waveguide using a nitride semiconductor, for example, InGaAsP /
A configuration in which a nitride semiconductor quantum well is attached to a part of an InP optical waveguide has been considered (for example, Japanese Patent Laid-Open No. 8-240).
820, JP-A-8-297263, JP-A-9-222519, and Japanese Patent Application No. 9-205838. In such a configuration, InGaAs (P) / In
By combining with a P optical amplifier, it is also possible to compensate for the loss of the optical waveguide.
【０００６】しかしながら、この種の非線形光導波素子
にあっては、次のような問題があった。即ち、これまで
に提案されている複合非線形光導波路の構成では、Ｉｎ
ＧａＡｓＰ光導波層と窒化物半導体量子井戸層の間に薄
いながらＩｎＧａＮ緩衝層やＩｎＰクラッド層が設けら
れていた。ところが、窒化物半導体量子井戸の屈折率
（近赤外域においてｎ＝２〜２．５）はＩｎＧａＡｓＰ
／ＩｎＰ系の屈折率（ｎ＞３．２）に比べてかなり低い
ので、ＩｎＧａＮ緩衝層やＩｎＰクラッド層の中で急激
にパワーが減少し、窒化物半導体量子井戸層には殆ど光
をしみ込ませることができなかった。However, this kind of nonlinear optical waveguide device has the following problems. That is, in the configuration of the composite nonlinear optical waveguide proposed so far, In
An InGaN buffer layer and an InP cladding layer are provided between the GaAsP optical waveguide layer and the nitride semiconductor quantum well layer, although they are thin. However, the refractive index (n = 2 to 2.5 in the near infrared region) of the nitride semiconductor quantum well is InGaAsP.
Since the refractive index is considerably lower than the refractive index of the / InP system (n> 3.2), the power is sharply reduced in the InGaN buffer layer and the InP clad layer, and almost all of the light penetrates into the nitride semiconductor quantum well layer. I couldn't do that.
【０００７】また、従来の構成においては、窒化物半導
体が接触している非線形光導波路部と接触していない線
形光導波路部の接合部に大きなモード不整合が存在して
いたので、本来の動作に害を成す反射が生じたり、放射
損失が生じたりして、高効率の光結合がはかれないとい
う問題もあった。In addition, in the conventional configuration, a large mode mismatch exists at the junction between the nonlinear optical waveguide with which the nitride semiconductor is in contact and the linear optical waveguide with which the nitride semiconductor is not in contact. There is also a problem that high-efficiency optical coupling cannot be achieved due to harmful reflection or radiation loss.
【０００８】[0008]
【発明が解決しようとする課題】このように従来、Ｉｎ
ＧａＡｓＰ／ＩｎＰ系と窒化物半導体系を複合一体化し
た非線形光導波路部を用いることにより、低損失な単一
モード導波路で超高速非線形光応答を実現することが可
能になるものの、非線形光導波路部において窒化物半導
体量子井戸層と基本導波モードの重なりを十分に大きく
とれないという問題があった。また、線形光導波路部と
非線形光導波路部の接続部においてモード不整合による
反射光や放射損が生じ、高効率の光結合がはかれないと
いう問題があった。As described above, the conventional In
The use of a nonlinear optical waveguide section in which a GaAsP / InP system and a nitride semiconductor system are combined and integrated makes it possible to realize an ultra-high-speed nonlinear optical response with a low-loss single-mode waveguide. There was a problem that the overlap between the nitride semiconductor quantum well layer and the fundamental waveguide mode could not be sufficiently large in the portion. Also, there is a problem that reflected light and radiation loss occur due to mode mismatch at the connection between the linear optical waveguide and the nonlinear optical waveguide, and high-efficiency optical coupling cannot be achieved.
【０００９】本発明は、上記の事情を考慮して成された
もので、その目的とするところは、非線形光導波路部に
おいては窒化物半導体量子井戸層と基本導波モードの重
なりを十分に大きくとれ、かつ線形光導波路部と非線形
光導波路部の接続部においてはモード不整合による反射
光や放射損を抑制することができ、低パワー動作可能で
高効率の非線形光導波素子を提供することにある。The present invention has been made in view of the above circumstances, and it is an object of the present invention to make the overlap between the nitride semiconductor quantum well layer and the fundamental waveguide mode sufficiently large in the nonlinear optical waveguide portion. To provide a highly efficient nonlinear optical waveguide element that can operate at low power and can suppress reflected light and radiation loss due to mode mismatch at the connection between the linear optical waveguide section and the nonlinear optical waveguide section. is there.
【００１０】[0010]
【課題を解決するための手段】（構成）上記課題を解決
するために本発明は、次のような構成を採用している。(Structure) In order to solve the above-mentioned problem, the present invention employs the following structure.
【００１１】即ち本発明は、窒化物半導体量子井戸のサ
ブバンド間遷移を利用した非線形光導波素子において、
下部クラッド層上に該クラッド層よりも屈折率の高い光
ガイド層が積層され、この光ガイド層上に該ガイド層よ
りも屈折率の低い上部クラッド層が積層されたメサ構造
の線形光導波路部と、前記下部クラッド層と光ガイド層
からなるメサ構造の上に、前記光ガイド層に直接接する
ように窒化物半導体量子井戸層が形成された非線形光導
波路部とを具備してなり、 (1) 前記線形光導波路部の前記非線形光導波路部との接
続部に、非線形光導波路部に向かって上部クラッド層の
厚さを徐々に減少させたモード整合部が設けられている
ことを特徴とする。That is, the present invention provides a nonlinear optical waveguide device utilizing the intersubband transition of a nitride semiconductor quantum well.
A linear optical waveguide having a mesa structure in which an optical guide layer having a higher refractive index than the clad layer is laminated on the lower clad layer, and an upper clad layer having a lower refractive index than the guide layer is laminated on the optical guide layer. And a non-linear optical waveguide on which a nitride semiconductor quantum well layer is formed so as to be in direct contact with the optical guide layer, on a mesa structure including the lower cladding layer and the optical guide layer, A mode matching portion in which the thickness of the upper cladding layer is gradually reduced toward the nonlinear optical waveguide portion is provided at a connection portion between the linear optical waveguide portion and the nonlinear optical waveguide portion. .
【００１２】(2) 前記非線形光導波路部の光ガイド層の
厚さを、前記線形光導波路部の光ガイド層の厚さよりも
厚く形成してなることを特徴とする。(2) The thickness of the light guide layer of the non-linear optical waveguide portion is larger than the thickness of the light guide layer of the linear optical waveguide portion.
【００１３】(3) 上記(1)と(2)の両方の構成を採用した
ことを特徴とする。(3) It is characterized by adopting both the constitutions (1) and (2).
【００１４】(4) 上記の(1)(2)(3) の何れかの構成にお
いて、基板としてＩｎＰ又はＧａＡｓを用いること。(4) In any of the above configurations (1), (2) and (3), InP or GaAs is used as a substrate.
【００１５】（作用）線形光導波路部は、基本モードの
対称性が良いので導波損失が小さく、外部との結合効率
も高くできる。一方、非線形光導波路部は、光ガイド層
にピークを持ち、下部クラッド層に向かっては線形光導
波路部と同様に徐々にパワーが減少し、光ガイド層上部
に接する窒化物半導体量子井戸層の内部では急激にパワ
ーが減少するような、上下非対称性の強い基本モードプ
ロファイルを有している。しかし、光ガイド層と窒化物
半導体量子井戸層が直接に接しているので、間に薄いク
ラッド層や緩衝層を設けていた従来の構成と比べて遥か
に大きなパワーが窒化物半導体量子井戸層に結合する。
従って、従来よりも低エネルギーのパルス光による高効
率の非線形光応答を実現することができる。(Operation) Since the linear optical waveguide has good symmetry of the fundamental mode, the waveguide loss is small and the coupling efficiency with the outside can be increased. On the other hand, the nonlinear optical waveguide portion has a peak in the optical guide layer, the power gradually decreases toward the lower cladding layer as in the case of the linear optical waveguide portion, and the power of the nitride semiconductor quantum well layer in contact with the upper portion of the optical guide layer is increased. Inside, it has a fundamental mode profile with strong vertical asymmetry such that the power rapidly decreases. However, since the light guide layer and the nitride semiconductor quantum well layer are in direct contact with each other, much higher power is applied to the nitride semiconductor quantum well layer than in the conventional configuration in which a thin cladding layer or buffer layer is provided. Join.
Therefore, it is possible to realize a highly efficient nonlinear optical response using pulsed light having lower energy than in the past.
【００１６】また、(1) の構成の非線形光導波素子のモ
ード整合部においては、上部クラッド層の厚さの変化に
伴って基本モード形状が徐々に変化し、非線形光導波路
部との接続部におけるモード不整合が抑えられている。
さらに、(2) の構成の非線形光導波素子のモード整合部
においては、線形光導波路部の基本導波モードの重心位
置と非線形光導波路部の基本導波モードの重心位置を合
わせることができるので、モード不整合を緩和すること
ができる。従って、いずれの構成においても、光制御素
子としての動作を阻害する反射光や放射光の発生が抑制
され、線形光導波路部と非線形光導波路部の高効率な接
続をはかることが可能となる。さらに、(1)と(2)を組み
合わせることにより、光結合効率のより一層の向上をは
かることが可能となる。In the mode matching portion of the nonlinear optical waveguide element having the configuration (1), the fundamental mode shape gradually changes with the change in the thickness of the upper cladding layer, and the connection portion with the nonlinear optical waveguide portion. Are suppressed.
Further, in the mode matching section of the nonlinear optical waveguide element having the configuration (2), the center of gravity of the basic waveguide mode of the linear optical waveguide section can be matched with the center of gravity of the basic waveguide mode of the nonlinear optical waveguide section. , Mode mismatch can be reduced. Therefore, in any of the configurations, the generation of reflected light and radiated light that hinder the operation as the light control element is suppressed, and it is possible to connect the linear optical waveguide section and the nonlinear optical waveguide section with high efficiency. Further, by combining (1) and (2), it is possible to further improve the optical coupling efficiency.
【００１７】[0017]
【発明の実施の形態】以下、本発明の詳細を図示の実施
形態によって説明する。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The details of the present invention will be described below with reference to the illustrated embodiments.
【００１８】（第１の実施形態）図１は、本発明の第１
の実施形態に係わる１：２光ゲートスイッチを上部から
見た概略構成図である。なお、光入出力部や信号光・制
御光分離部を含むモジュール構成は、従来技術と同様で
あるため、記載を省略した。(First Embodiment) FIG. 1 shows a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic configuration diagram of a 1: 2 optical gate switch according to the embodiment viewed from above. The module configuration including the light input / output unit and the signal light / control light separation unit is the same as that of the related art, and thus the description is omitted.
【００１９】本実施形態の光ゲートスイッチは、ＩｎＰ
基板１上に形成された、信号入力用線形光導波路部２、
これに接続されたＹ分岐部３、Ｙ分岐部３の各々の出力
に接続された線形光導波路部４（４ａ，４ｂ）、その各
々に接続された第１のモード整合部５（５ａ，５ｂ）、
その各々に接続された非線形光導波路部６（６ａ，６
ｂ）、その各々に接続された第２のモード整合部７（７
ａ，７ｂ）、さらにその先に接続された信号出力用線形
光導波路部８（８ａ，８ｂ）等からなる。ＩｎＰ基板１
の光導波路から少し離れた部分には、台地部９が形成さ
れている。非線形光導波路部５と台地部９の一部を含む
部分の上には、サファイヤ基板１０上に成長された窒化
物半導体層１１が接着されている。図示されていない
が、光導波路の端面には無反射コートが施されている。The optical gate switch according to the present embodiment is composed of InP.
A signal input linear optical waveguide section 2 formed on a substrate 1;
The Y-branch unit 3 connected thereto, the linear optical waveguide unit 4 (4a, 4b) connected to the output of each of the Y-branch units 3, and the first mode matching unit 5 (5a, 5b) connected to each of them. ),
The nonlinear optical waveguide portions 6 (6a, 6a) connected to each
b), the second mode matching sections 7 (7
a, 7b) and a signal output linear optical waveguide section 8 (8a, 8b) connected to the end thereof. InP substrate 1
A plateau portion 9 is formed at a portion slightly away from the optical waveguide. A nitride semiconductor layer 11 grown on a sapphire substrate 10 is adhered on a portion including the nonlinear optical waveguide portion 5 and a part of the plateau portion 9. Although not shown, the end face of the optical waveguide is coated with a non-reflective coating.
【００２０】図２は、図１の光ゲートスイッチの光導波
路２，３，４ａ，５ａ，６ａ，７ａ，８ａに沿った切断
面ＸＸ’の断面層構造を模式的に示す図、図３はこの光
ゲートスイッチの台地部９の切断面ＹＹ’の断面層構造
を模式的に示す図である。また、図４は図１の光ゲート
スイッチの線形光導波路部の断面形状を模式的に示す
図、図５は図１の光ゲートスイッチの非線形光導波路部
の断面形状を模式的に示す図である。FIG. 2 is a diagram schematically showing a sectional layer structure of a cut surface XX 'along the optical waveguides 2, 3, 4a, 5a, 6a, 7a, 8a of the optical gate switch of FIG. It is a figure which shows typically the cross section layer structure of the cut surface YY 'of the plateau part 9 of this optical gate switch. 4 is a diagram schematically illustrating a cross-sectional shape of a linear optical waveguide portion of the optical gate switch of FIG. 1, and FIG. 5 is a diagram schematically illustrating a cross-sectional shape of a nonlinear optical waveguide portion of the optical gate switch of FIG. is there.
【００２１】なお、図１から図５は、非常に薄い部分や
細い部分を見やすくするために誇張して大きく描いてお
り、実際の寸法や比は反映されていない。また、図１で
線形光導波路部４を直線状に描いたが、実際には曲線状
に構成されており、前後の直線導波路と滑らかに接続さ
れている。FIGS. 1 to 5 are exaggerated and enlarged to make very thin and thin portions easy to see, and do not reflect actual dimensions and ratios. Although the linear optical waveguide section 4 is drawn in a straight line in FIG. 1, it is actually formed in a curved line, and is smoothly connected to the front and rear linear waveguides.
【００２２】線形光導波路部２，３，４，８は、ＩｎＰ
メサ下部クラッド１２、厚さ０．６μｍのＩｎＧａＡｓ
Ｐ光ガイド層１３、厚さ１μｍのＩｎＰ上部クラッド層
１４からなるメサ構造よりなる。なお、ＩｎＧａＡｓＰ
光ガイド層１３は下半分１３ａがＰＬ波長１．０８μｍ
相当の組成、上半分１３ｂがＰＬ波長１．３μｍ相当の
組成とした。線形光導波路のモード整合部５，７におい
ては、ＩｎＰ上部クラッド層１４が非線形光導波路部６
に向かって薄くなるようにテーパ状に加工されている。
非線形光導波路部６は、線形光導波路部のメサ構造から
ＩｎＰ上部クラッド層１４をエッチング除去したメサ構
造の上に、窒化物半導体層１１が直接接着して構成され
ている。The linear optical waveguide sections 2, 3, 4, and 8 are made of InP.
Mesa lower cladding 12, 0.6 μm thick InGaAs
It has a mesa structure including a P light guide layer 13 and an InP upper cladding layer 14 having a thickness of 1 μm. Note that InGaAsP
The lower half 13a of the light guide layer 13 has a PL wavelength of 1.08 μm.
The upper half 13b had a composition corresponding to a PL wavelength of 1.3 μm. In the mode matching sections 5 and 7 of the linear optical waveguide, the InP upper cladding layer 14 is
It is processed in a tapered shape so as to become thinner toward.
The nonlinear optical waveguide section 6 is configured by directly bonding a nitride semiconductor layer 11 on a mesa structure obtained by etching and removing the InP upper cladding layer 14 from the mesa structure of the linear optical waveguide section.
【００２３】台地部９も光導波路と同様の層構造からな
り、ＩｎＰ上部クラッド層１４の残っている部分１５、
ＩｎＰ上部クラッド層１４が除去されて窒化物半導体層
１１が接着された部分１６、ならびにＩｎＰ上部クラッ
ド層１４がテーパ状に加工された部分１７とからなる。
なお、台地部９においてはテーパ部１７は必須でないの
で、設けなくてもよい。窒化物半導体層１１とＩｎＧａ
ＡｓＰ光ガイド層１３の接触部１６の面積を大きくとれ
るので、堅固な接着が実現される。The plateau 9 also has the same layer structure as the optical waveguide, and the remaining portion 15 of the InP upper cladding layer 14
It comprises a portion 16 where the nitride semiconductor layer 11 is adhered by removing the InP upper cladding layer 14 and a portion 17 where the InP upper cladding layer 14 is tapered.
Note that the tapered portion 17 is not essential in the plateau portion 9 and thus may not be provided. Nitride semiconductor layer 11 and InGa
Since the area of the contact portion 16 of the AsP light guide layer 13 can be increased, firm adhesion is realized.
【００２４】窒化物半導体層１１は、サファイヤ基板１
０上に形成されており、厚さ２μｍのＧａＮ層１８とＡ
ｌＮ／ＩｎＧａＮ多重量子井戸サブバンド間吸収層１９
とからなる。非線形光導波路部６と台地部９のうち上部
クラッド層１４が除去された部分１６に適合するよう
に、窒化物半導体層１１がドライエッチング加工されて
いる。接着面においては、ＩｎＧａＡｓＰ光ガイド層１
３とサブバンド間吸収層１６とが直接接している。The nitride semiconductor layer 11 is formed on the sapphire substrate 1
GaN layer 18 having a thickness of 2 μm and A
1N / InGaN multiple quantum well intersubband absorption layer 19
Consists of The nitride semiconductor layer 11 is dry-etched so as to conform to the portion 16 of the nonlinear optical waveguide portion 6 and the plateau portion 9 from which the upper cladding layer 14 has been removed. On the bonding surface, the InGaAsP light guide layer 1
3 and the inter-subband absorption layer 16 are in direct contact.
【００２５】ＡｌＮ／ＩｎＧａＮ多重量子井戸サブバン
ド間吸収層１９は、波長１．５５μｍ付近に伝導帯サブ
バンド間吸収のピークを有し、周期約３ｎｍ、５０対の
量子井戸からなり、合計厚さは約１５０ｎｍである。量
子井戸全体に１×１０19ｃｍ -3のＳｉがドープされてお
り、井戸層には２×１０19ｃｍ-3程度の電子がたまって
いる。AlN / InGaN multiple quantum well sub-van
The inter-gate absorption layer 19 has a conduction band sub-band at a wavelength of about 1.55 μm.
It has a peak of interband absorption, a period of about 3 nm, and 50 pairs.
Consisting of quantum wells, the total thickness is about 150 nm. amount
1 × 10 for the whole child well19cm -3Of Si is doped
2 × 1019cm-3Accumulated electrons
I have.
【００２６】線形光導波路部２の端部から、中心波長
１．５５μｍ、データレート１Ｔｂ／ｓ、パルス幅５０
０ｆｓの信号光が入射し、Ｙ分岐部３で二分岐され、そ
れぞれ線形光導波路部４ａ，４ｂとモード整合部５ａ，
５ｂを通して非線形光導波路部６ａ，６ｂに入射する。
信号光出力用線形光導波路８ａ（又は８ｂ）からは、ゲ
ートを開きたい所定の信号光パルスと非線形光導波路部
６ａ、（又は６ｂ）の信号入力側端でタイミングが合う
ように、中心波長１．５５μｍ、パルス幅５００ｆｓの
御光パルスが入射される。非線形光導波路部６ａ，６ｂ
でサブバンド間吸収を起こさせるために、信号光も制御
光も基板面に対して垂直な偏光（ＴＭモード）で入射さ
れる。信号光はサブバンド間吸収を飽和させない程度の
比較的小さなパワーで、制御光は強い吸収飽和を引き起
こすのに十分なパワーを有しているものとする。From the end of the linear optical waveguide 2, a center wavelength of 1.55 μm, a data rate of 1 Tb / s, and a pulse width of 50
The signal light of 0 fs enters and is branched into two at the Y branch part 3, and the linear optical waveguide parts 4a and 4b and the mode matching parts 5a and
The light enters the nonlinear optical waveguide portions 6a and 6b through 5b.
From the signal light output linear optical waveguide 8a (or 8b), the central wavelength 1 is set so that the timing of a predetermined signal light pulse whose gate is to be opened and the signal input side end of the nonlinear optical waveguide section 6a (or 6b) are matched. A control light pulse having a pulse width of .55 μm and a pulse width of 500 fs is incident. Nonlinear optical waveguide portions 6a, 6b
In order to cause inter-sub-band absorption, both the signal light and the control light are incident on the substrate surface with a polarization perpendicular to the substrate surface (TM mode). It is assumed that the signal light has a relatively small power that does not saturate the intersubband absorption, and the control light has a power sufficient to cause strong absorption saturation.
【００２７】図６は、サブバンド間吸収とその緩和過程
を模式的に示す図である。図の上下方向はエネルギーの
大きさ、横方向は井戸面内の波数である。初期状態で
は、電子は第１サブバンド２０のエネルギーの低い状態
２０ａにのみ分布している。波長１．５５μｍ付近のＴ
Ｍ偏波光が入射すると、これらの電子は第２サブバンド
２１に励起される。ピークパワーの大きな制御光パルス
が入射すると、瞬時に大部分の電子が励起されるので、
強い吸収飽和が起こる。励起された電子は、ＬＯフォノ
ンを吐き出しながら、約１１０ｆｓの時定数で第１サブ
バンド２０のエネルギーの高い（波数も大きい）状態２
０ｂに緩和する。FIG. 6 is a diagram schematically showing the intersubband absorption and its relaxation process. The vertical direction in the figure is the magnitude of the energy, and the horizontal direction is the wave number in the well plane. In the initial state, electrons are distributed only in the low energy state 20a of the first subband 20. T around 1.55 μm wavelength
When the M-polarized light enters, these electrons are excited to the second sub-band 21. When a control light pulse with a large peak power is incident, most of the electrons are instantaneously excited.
Strong absorption saturation occurs. The excited electrons emit a LO phonon and have a high energy (large wave number) state 2 of the first subband 20 with a time constant of about 110 fs.
0b.
【００２８】波数の大きな状態はバンド非放物線性のた
めサブバンド間遷移波長が長いので、この状態では元の
波長１．５５μｍの吸収は回復しない。波長１．５５μ
ｍのサブバンド間遷移エネルギーが０．８ｅＶであるの
に対してＬＯフォノンのエネルギーは８８ｍｅＶなの
で、第１サブバンドに緩和した電子は８〜９個のＬＯフ
ォノンを放出することで元の低いエネルギー状態２０ａ
に緩和することができる。１個のＬＯフォノン放出に要
する時定数は約１０ｆｓなので、サブバンド内緩和に要
する時間は約９０ｆｓである。即ち、強い励起光パルス
が消えてから正味２００ｆｓ程度で元の強い吸収が回復
することになる。In the state where the wave number is large, the transition wavelength between sub-bands is long due to the non-parabolic band property. Therefore, in this state, the absorption at the original wavelength of 1.55 μm is not recovered. 1.55μ wavelength
Since the inter-subband transition energy of m is 0.8 eV and the energy of LO phonon is 88 meV, the electrons relaxed to the first subband emit 8 to 9 LO phonons to reduce the original low energy. State 20a
Can be relaxed. Since the time constant required for emitting one LO phonon is about 10 fs, the time required for relaxation in the sub-band is about 90 fs. That is, the original strong absorption is restored at about 200 fs net after the strong excitation light pulse disappears.
【００２９】従って、非線形光導波路部６ａ（又は６
ｂ）は、制御光がないときは信号光に対して不透明であ
るが、制御光パルスが通過した後２００ｆｓ程度の間の
みほぼ透明になり、信号光に対してゲートが開いた状態
となる。回復時間が短いので、１Ｔｂ／ｓの信号光に対
しても十分に応答する。この効果を利用して、信号光パ
ルスを二つの分岐に振り分けたり、同時に両方に分岐し
たり遮断したりする超高速光ゲートスイッチが実現され
る。Therefore, the nonlinear optical waveguide 6a (or 6
b) is opaque to the signal light when there is no control light, but becomes almost transparent only for about 200 fs after the control light pulse passes, and the gate is opened for the signal light. Since the recovery time is short, it sufficiently responds to the signal light of 1 Tb / s. By utilizing this effect, an ultra-high-speed optical gate switch that splits a signal light pulse into two branches, or simultaneously branches or blocks both, is realized.
【００３０】図７は、非線形光導波路部６の断面形状と
ＴＭ基本導波モードの分布（磁界の振幅の等高線で表
す。この光導波路はＴＭ光に対して単一モード導波路に
なる。）を模式的に示す図である。この非線形光導波路
部６は、光ガイド層１３の下部にピークを有し、下部ク
ラッド層１２側では徐々にパワーが減ずるが、屈折率が
小さな窒化物半導体層側１１では急激にパワーが減衰す
る、非対称性の強いモード分布を有している。FIG. 7 shows the cross-sectional shape of the nonlinear optical waveguide portion 6 and the distribution of the TM fundamental waveguide mode (represented by contour lines of the amplitude of the magnetic field. This optical waveguide is a single mode waveguide for TM light). It is a figure which shows typically. The nonlinear optical waveguide section 6 has a peak below the light guide layer 13, and the power gradually decreases on the lower clad layer 12 side, but the power abruptly decreases on the nitride semiconductor layer side 11 having a small refractive index. Has a strong mode distribution with asymmetry.
【００３１】ここで、従来構造のように間に１５０ｎｍ
程度のクラッド層や緩衝層などが存在していたとすれ
ば、その厚さの範囲で光パワーが殆ど減衰してしまうの
で、サブバンド間吸収層に結合する光パワーは導波光の
０．０５％にも満たない。これに対して本実施形態で
は、光ガイド層１３とサブバンド間吸収層１９が直接接
しているので、１％以上の光パワーをサブバンド間吸収
層１９に結合させることができる。窒化物半導体量子井
戸の伝導帯には１０19ｃｍ-3台の高密度の電子が存在す
るので、薄くても大きな吸収があり、この程度の結合が
あれば十分である。Here, as in the conventional structure, a distance of 150 nm is used.
If a cladding layer or a buffer layer of a certain degree is present, the optical power is almost attenuated within the range of the thickness, and the optical power coupled to the intersubband absorption layer is 0.05% of the guided light. Even less. On the other hand, in the present embodiment, since the light guide layer 13 and the inter-subband absorption layer 19 are in direct contact, it is possible to couple 1% or more of optical power to the inter-subband absorption layer 19. Since the conduction band of the nitride semiconductor quantum well contains electrons at a high density of the order of 10 19 cm −3 , there is a large absorption even if it is thin, and this level of coupling is sufficient.
【００３２】図８は、線形光導波路部２，４，８の断面
形状とＴＭ基本導波モード分布を模式的に示す図であ
る。線形光導波路部２，４，８は、光ガイド層１３を中
心に、上下のクラッド層１２，１４に対称性良く広がっ
たモード分布を有している。従って、外部との結合効率
が高く低損失である。しかし、図７の非線形光導波路部
６と直接接続されていた従来構成では、線形光導波路部
と非線形光導波路部のモード不整合が大きく、反射や放
射モードの発生により高効率の光結合がはかれなかっ
た。また、接続部で強い制御光が反射されると、信号光
より強い戻り光となり、出力側で信号光の有無を判断で
きなくなってしまう。放射モードも、基板裏面等で反射
して、雑音光となる恐れがあった。FIG. 8 is a diagram schematically showing the cross-sectional shape of the linear optical waveguide sections 2, 4, and 8 and the TM fundamental waveguide mode distribution. The linear optical waveguide sections 2, 4, and 8 have a mode distribution that is spread symmetrically with respect to the upper and lower clad layers 12, 14 with the optical guide layer 13 as a center. Therefore, the coupling efficiency with the outside is high and the loss is low. However, in the conventional configuration directly connected to the nonlinear optical waveguide section 6 in FIG. 7, the mode mismatch between the linear optical waveguide section and the nonlinear optical waveguide section is large, and high-efficiency optical coupling due to the generation of reflection and radiation modes is not achieved. I wasn't. Further, when the strong control light is reflected at the connection portion, the return light becomes stronger than the signal light, and the output side cannot determine the presence or absence of the signal light. The radiation mode may also be reflected on the back surface of the substrate and become noise light.
【００３３】これに対し、本実施形態の光スイッチで
は、徐々に上部クラッド層１４の厚さが変化するモード
整合部５，７が設けられている。図９に、上部ＩｎＰク
ラッド層１４の厚さが０．０５μｍまで薄くなった部分
の基本導波モード（等価屈折率＝３．２０８）を示す。
図７の非線形光導波路部の基本導波モード（等価屈折率
＝３．２０７）とほぼ同じようなモード分布が実現され
ており、非線形光導波路部６との高効率な結合が実現さ
れる。また、本来の動作を阻害する反射光や放射光を生
じることもない。On the other hand, in the optical switch of the present embodiment, the mode matching portions 5 and 7 in which the thickness of the upper cladding layer 14 gradually changes are provided. FIG. 9 shows a fundamental waveguide mode (equivalent refractive index = 3.208) in a portion where the thickness of the upper InP cladding layer 14 is reduced to 0.05 μm.
A mode distribution substantially similar to the fundamental waveguide mode (equivalent refractive index = 3.207) of the nonlinear optical waveguide section of FIG. 7 is realized, and highly efficient coupling with the nonlinear optical waveguide section 6 is realized. Further, there is no generation of reflected light or radiated light which hinders the original operation.
【００３４】従って、本発明の第１の実施形態の光ゲー
トスイッチによれば、低パワーで高効率の超高速光ゲー
ト機能が実現される。本実施形態の光ゲートスイッチ
は、さらに多数集積化して１：ｎのスイッチに応用する
ことができる。Therefore, according to the optical gate switch of the first embodiment of the present invention, an ultra-high-speed optical gate function with low power and high efficiency is realized. The optical gate switch according to the present embodiment can be further integrated in a large number and applied to a 1: n switch.
【００３５】（第２の実施形態）図１０は、本発明の第
２の実施形態に係わる光ゲートスイッチの線形光導波路
部４と非線形光導波路部６の接続部付近の、光導波路に
沿った断面構造を模式的に示す図である。上部から見た
光ゲートスイッチの構成は、第１の実施形態と類似であ
るので、対応する部位には第１の実施形態と同じ番号を
付した。基本的な動作原理は第１の実施形態と同じなの
で、その説明は省略する。(Second Embodiment) FIG. 10 shows an optical gate switch according to a second embodiment of the present invention along the optical waveguide in the vicinity of the connection between the linear optical waveguide section 4 and the nonlinear optical waveguide section 6. It is a figure which shows a cross-sectional structure typically. Since the configuration of the optical gate switch viewed from above is similar to that of the first embodiment, the corresponding parts are given the same numbers as in the first embodiment. Since the basic operation principle is the same as that of the first embodiment, the description is omitted.
【００３６】本実施形態が第１の実施形態と異なるの
は、テーパ状のモード整合部を挿入する代わりに、光ガ
イド層の厚さを変えている点である。即ち、非線形光導
波路部６では光ガイド層１３の厚さを０．６μｍである
のに対して、線形光導波路部４の光ガイド層１３の厚さ
を０．４μｍと薄くしてある。The present embodiment differs from the first embodiment in that the thickness of the light guide layer is changed instead of inserting a tapered mode matching portion. That is, the thickness of the light guide layer 13 in the nonlinear optical waveguide section 6 is 0.6 μm, whereas the thickness of the light guide layer 13 in the linear optical waveguide section 4 is 0.4 μm.
【００３７】第１の実施形態の説明で示したように、非
線形光導波路部６では、屈折率の低い窒化物半導体層１
１の影響により、基本導波モードのパワー分布が線形光
導波路部４のそれより基板側に偏る傾向がある。しかる
に、本実施形態によれば、線形光導波路部４の光ガイド
層１３を薄くすることにより、パワー分布の中心位置を
非線形光導波路部６のパワー分布の中心付近に合わせる
ことができる。従って、接続部におけるモード不整合が
緩和され、高効率の結合を実現することができる。ま
た、反射光や放射光も抑制することができる。As described in the description of the first embodiment, in the nonlinear optical waveguide section 6, the nitride semiconductor layer 1 having a low refractive index is used.
Due to the influence of 1, the power distribution of the fundamental waveguide mode tends to be more deviated toward the substrate than that of the linear optical waveguide portion 4. However, according to this embodiment, the center position of the power distribution can be adjusted to the vicinity of the center of the power distribution of the nonlinear optical waveguide portion 6 by making the light guide layer 13 of the linear optical waveguide portion 4 thin. Therefore, mode mismatch at the connection portion is reduced, and high-efficiency coupling can be realized. Also, reflected light and emitted light can be suppressed.
【００３８】（変形例、応用例）本発明は、このほか、
種々様々な変形や応用が可能である。例えば、第１の実
施形態では、上部ＩｎＰクラッド層１４の中に複数の薄
いＩｎＧａＡｓＰエッチ制御層２２を挿入し、ステップ
状にパターニングと選択エッチングを繰り返すことで、
図１１のようなステップ状のモード整合部を形成するこ
とができる。また、第２の実施形態では、光ガイド層１
３の間に薄いＩｎＰ層をエッチングストップ層として挿
入してもよい。線形光導波路部ではエッチストップ層上
部の光ガイド層をエッチングしたのち、ＩｎＰ上部クラ
ッド層１４を選択成長すると、図１０と類似の構造を再
現性良く作製することが可能である。(Modifications and Applications) The present invention provides
Various modifications and applications are possible. For example, in the first embodiment, a plurality of thin InGaAsP etch control layers 22 are inserted into the upper InP cladding layer 14, and patterning and selective etching are repeated in a stepwise manner.
A step-like mode matching section as shown in FIG. 11 can be formed. In the second embodiment, the light guide layer 1
3, a thin InP layer may be inserted as an etching stop layer. In the linear optical waveguide portion, by etching the light guide layer above the etch stop layer and then selectively growing the InP upper cladding layer 14, a structure similar to that of FIG. 10 can be manufactured with good reproducibility.
【００３９】また、上述の実施形態では、制御光はいず
れも反対方向から入射させていたが、この構成では光サ
ーキュレータが必要になる。このような構成をとる代わ
りに、制御光を横方向（或いは斜め方向）からサファイ
ヤ基板上に形成されたマルチモード窒化物半導体光導波
層１１を介して非線形光導波路部６まで伝搬させること
もできる。この場合、制御光は非線形光導波路部で屈折
率の高いＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓＰ側へ引き込まれなが
ら、窒化物半導体量子井戸でサブバンド間吸収を受ける
ことになる。In the above-described embodiment, the control lights are all incident from opposite directions. However, this configuration requires an optical circulator. Instead of taking such a configuration, the control light can be propagated from the lateral direction (or the oblique direction) to the nonlinear optical waveguide section 6 via the multimode nitride semiconductor optical waveguide layer 11 formed on the sapphire substrate. . In this case, the control light is intersubband-absorbed in the nitride semiconductor quantum well while being drawn into the InP / InGaAsP side having a high refractive index in the nonlinear optical waveguide portion.
【００４０】窒化物半導体層１１の成長基板はサファイ
ヤに限定されるものではなく、ＧａＮ基板，ＳｉＣ基
板，スピネル構造基板等を用いることができる。また、
窒化物半導体層１１の成長に用いた基板をプロセス途中
で剥離してしまってもよい。逆に、ＩｎＰ基板１を取り
去ることも可能である。窒化物半導体層１１とＩｎＧａ
ＡｓＰ光ガイド層１３の接着は、圧着後に熱処理して堅
固に一体化（直接接着）することが好ましいが、機械的
に圧着するだけでもよい。The growth substrate of the nitride semiconductor layer 11 is not limited to sapphire, but may be a GaN substrate, a SiC substrate, a spinel structure substrate, or the like. Also,
The substrate used for growing the nitride semiconductor layer 11 may be peeled off during the process. Conversely, the InP substrate 1 can be removed. Nitride semiconductor layer 11 and InGa
The bonding of the AsP light guide layer 13 is preferably performed by heat treatment after pressure bonding and firmly integrated (direct bonding), but may be performed only by mechanical pressure bonding.
【００４１】また、線形及び非線形の光導波路部を形成
する基板は必ずしもＩｎＰに限るものではなく他の化合
物半導体、例えばＧａＡｓでもよい。ＧａＡｓ基板を用
いた場合は、ＧａＡｓ，ＡｌＧａＡｓ，ＩｎＧａＡｌ
Ｐ，ＩｎＧａＡｓＰ等の材料を組み合わせて光導波路部
を形成すればよい。The substrate on which the linear and nonlinear optical waveguide portions are formed is not necessarily limited to InP, but may be another compound semiconductor, for example, GaAs. When a GaAs substrate is used, GaAs, AlGaAs, InGaAl
The optical waveguide may be formed by combining materials such as P and InGaAsP.
【００４２】非線形光導波素子として最も基本的な光ゲ
ートスイッチについて説明したが、本発明は、マッハツ
ェンダ干渉計型の非線形光スイッチ、モード同期半導体
レーザの過飽和吸収部、光増幅器と集積化した波長変換
素子等、様々な非線形光導波素子に応用することが可能
である。窒化物半導体量子井戸層１９内部に存在するビ
ルトイン電界（ピエゾ効果や自発分極による）やサブバ
ンド間吸収波長等の制御のために、量子井戸層１９に電
界を印加できるようにしておいてもよい。或いは、多重
量子井戸層の代わりに超格子層を用いてもよい。Although the most basic optical gate switch as a nonlinear optical waveguide device has been described, the present invention relates to a Mach-Zehnder interferometer type nonlinear optical switch, a saturable absorber of a mode-locked semiconductor laser, and a wavelength converter integrated with an optical amplifier. It can be applied to various nonlinear optical waveguide devices such as devices. An electric field may be applied to the quantum well layer 19 in order to control a built-in electric field (due to a piezo effect or spontaneous polarization), an intersubband absorption wavelength, and the like existing inside the nitride semiconductor quantum well layer 19. . Alternatively, a superlattice layer may be used instead of the multiple quantum well layer.
【００４３】[0043]
【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、超高
速応答可能な窒化物半導体量子井戸のサブバンド間遷移
を利用した非線形光導波素子において、サブバンド間吸
収層と導波モードの重なりを改善することができ、また
非線形光導波路部と線形光導波路部との高効率な結合が
はかれる。従って、低パワー動作可能で高効率の非線形
光導波素子を実現することができる。また、非線形光導
波素子の本来の動作を阻害する反射光や放射光の発生を
抑制することができる。As described above, according to the present invention, in a nonlinear optical waveguide device utilizing an intersubband transition of a nitride semiconductor quantum well capable of ultra-high speed response, an intersubband absorption layer and a waveguide mode Overlap can be improved, and highly efficient coupling between the nonlinear optical waveguide and the linear optical waveguide can be achieved. Therefore, a high-efficiency nonlinear optical waveguide device that can operate at low power can be realized. Further, it is possible to suppress the generation of reflected light and radiated light that hinder the original operation of the nonlinear optical waveguide element.
【図１】第１の実施形態に係わる１：２光ゲートスイッ
チを上部から見た概略構成図。FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a 1: 2 optical gate switch according to a first embodiment viewed from above.
【図２】第１の実施形態に係わる光ゲートスイッチの光
導波路に沿った切断面ＸＸ’の断面層構造を模式的に示
す図。FIG. 2 is a diagram schematically illustrating a cross-sectional layer structure of a cut surface XX ′ along an optical waveguide of the optical gate switch according to the first embodiment.
【図３】第１の実施形態に係わる光ゲートスイッチの台
地部９の切断面ＹＹ’の断面層構造を模式的に示す図。FIG. 3 is a diagram schematically illustrating a cross-sectional layer structure of a cut surface YY ′ of a plateau portion 9 of the optical gate switch according to the first embodiment.
【図４】第１の実施形態に係わる光ゲートスイッチの線
形光導波路部の断面形状を模式的に示す図。FIG. 4 is a diagram schematically showing a cross-sectional shape of a linear optical waveguide section of the optical gate switch according to the first embodiment.
【図５】第１の実施形態に係わる光ゲートスイッチの非
線形光導波路部の断面形状を模式的に示す図。FIG. 5 is a diagram schematically showing a cross-sectional shape of a nonlinear optical waveguide portion of the optical gate switch according to the first embodiment.
【図６】窒化物半導体量子井戸中の伝導帯サブバンド間
吸収とその緩和過程を模式的に示す図。FIG. 6 is a diagram schematically showing conduction band intersubband absorption in a nitride semiconductor quantum well and its relaxation process.
【図７】第１の実施形態に係わる光ゲートスイッチの非
線形光導波路部の断面形状とその基本導波モードを模式
的に示す図。FIG. 7 is a diagram schematically showing a cross-sectional shape of a nonlinear optical waveguide portion of the optical gate switch according to the first embodiment and its fundamental waveguide mode.
【図８】第１の実施形態に係わる光ゲートスイッチの線
形光導波路部の断面形状とその基本導波モードを模式的
に示す図。FIG. 8 is a diagram schematically showing a cross-sectional shape of a linear optical waveguide portion of the optical gate switch according to the first embodiment and its fundamental waveguide mode.
【図９】第１の実施形態に係わる光ゲートスイッチのモ
ード整合部の非線形光導波路との接続部付近の断面形状
とその基本導波モードを模式的に示す図。FIG. 9 is a diagram schematically showing a cross-sectional shape of a mode matching portion of the optical gate switch according to the first embodiment in the vicinity of a connection portion with the nonlinear optical waveguide and a fundamental waveguide mode thereof.
【図１０】第２の実施形態に係わる光ゲートスイッチの
線形光導波路部と非線形光導波路部の接続部付近の光導
波路に沿った断面構造を模式的に示す図。FIG. 10 is a diagram schematically showing a cross-sectional structure along an optical waveguide near a connection between a linear optical waveguide portion and a nonlinear optical waveguide portion of the optical gate switch according to the second embodiment.
【図１１】第１の実施形態に係わる光ゲートスイッチの
モード整合部の上部クラッド層のテーパ構造の変形例を
模式的に示す図。FIG. 11 is a view schematically showing a modification of the tapered structure of the upper cladding layer of the mode matching section of the optical gate switch according to the first embodiment.
１…ＩｎＰ基板 ２，４（４ａ，４ｂ），８（８ａ，８ｂ）…線形光導波
路部 ３…Ｙ分岐 ５（５ａ，５ｂ），７（７ａ，７ｂ）…モード整合部 ６（６ａ，６ｂ）…非線形光導波路部 ９…台地部 １０…サファイヤ基板 １１…窒化物半導体層 １２…下部クラッド層 １３…光ガイド層 １４…上部クラッド層 １８…ＧａＮ層 １９…ＡｌＮ／ＩｎＧａＮ多重量子井戸サブバンド間吸
収層 ２０…第１サブバンド ２１…第２サブバンド ２２…ＩｎＧａＡｓＰエッチング制御層DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... InP board | substrate 2, 4 (4a, 4b), 8 (8a, 8b) ... Linear optical waveguide part 3 ... Y branch 5 (5a, 5b), 7 (7a, 7b) ... Mode matching part 6 (6a, 6b) ) ... nonlinear optical waveguide section 9 ... plateau section 10 ... sapphire substrate 11 ... nitride semiconductor layer 12 ... lower cladding layer 13 ... light guide layer 14 ... upper cladding layer 18 ... GaN layer 19 ... AlN / InGaN multiple quantum well subband Absorption layer 20 First subband 21 Second subband 22 InGaAsP etching control layer
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G02B 6/12 - 6/14 G02F 1/35 Continuation of the front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) G02B 6/12-6/14 G02F 1/35
Claims (2)
折率の高い光ガイド層が積層され、この光ガイド層上に
該ガイド層よりも屈折率の低い上部クラッド層が積層さ
れたメサ構造の線形光導波路部と、 前記下部クラッド層と光ガイド層からなるメサ構造の上
に、前記光ガイド層に直接接するように窒化物半導体量
子井戸層が形成された非線形光導波路部とを具備してな
り、 前記線形光導波路部の前記非線形光導波路部との接続部
に、非線形光導波路部に向かって上部クラッド層の厚さ
を徐々に減少させたモード整合部が設けられていること
を特徴とする非線形光導波素子。1. A mesa structure in which an optical guide layer having a higher refractive index than the clad layer is laminated on the lower clad layer, and an upper clad layer having a lower refractive index than the guide layer is laminated on the optical guide layer. A linear optical waveguide portion, and a non-linear optical waveguide portion in which a nitride semiconductor quantum well layer is formed on the mesa structure including the lower cladding layer and the optical guide layer so as to be in direct contact with the optical guide layer. A mode matching portion in which the thickness of the upper cladding layer is gradually reduced toward the nonlinear optical waveguide portion at a connection portion of the linear optical waveguide portion with the nonlinear optical waveguide portion. Nonlinear optical waveguide element.
折率の高い光ガイド層が積層され、この光ガイド層上に
該ガイド層よりも屈折率の低い上部クラッド層が積層さ
れたメサ構造の線形光導波路部と、 前記下部クラッド層と光ガイド層からなるメサ構造の上
に、前記光ガイド層に直接接するように窒化物半導体量
子井戸層が形成された非線形光導波路部とを具備してな
り、 前記非線形光導波路部の光ガイド層の厚さを、前記線形
光導波路部の光ガイド層の厚さよりも厚く形成してなる
ことを特徴とする非線形光導波素子。2. A mesa structure in which a light guide layer having a higher refractive index than the clad layer is laminated on the lower clad layer, and an upper clad layer having a lower refractive index than the guide layer is laminated on the light guide layer. A linear optical waveguide portion, and a non-linear optical waveguide portion in which a nitride semiconductor quantum well layer is formed on the mesa structure including the lower cladding layer and the optical guide layer so as to be in direct contact with the optical guide layer. The nonlinear optical waveguide element, wherein the thickness of the light guide layer of the nonlinear optical waveguide portion is formed to be larger than the thickness of the light guide layer of the linear optical waveguide portion.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11061370A JP3023357B1 (en) | 1999-03-09 | 1999-03-09 | Nonlinear optical waveguide device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11061370A JP3023357B1 (en) | 1999-03-09 | 1999-03-09 | Nonlinear optical waveguide device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP3023357B1 true JP3023357B1 (en) | 2000-03-21 |
| JP2000258646A JP2000258646A (en) | 2000-09-22 |
Family
ID=13169228
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11061370A Expired - Fee Related JP3023357B1 (en) | 1999-03-09 | 1999-03-09 | Nonlinear optical waveguide device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3023357B1 (en) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP6790564B2 (en) * | 2016-08-05 | 2020-11-25 | 日本電気硝子株式会社 | Manufacturing method of wavelength conversion member |
| US20220260862A1 (en) * | 2019-06-26 | 2022-08-18 | Nippon Telegraph And Telephone Corporation | Semiconductor Optical Modulator and Method of Manufacturing the Same |
-
1999
- 1999-03-09 JP JP11061370A patent/JP3023357B1/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2000258646A (en) | 2000-09-22 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6993216B2 (en) | Integrated optical switches using nonlinear optical media | |
| JP3718523B2 (en) | Enhancement of nonlinearity of optical waveguide | |
| JP4436451B2 (en) | Optical signal amplification 3-terminal device | |
| Menon et al. | All-optical wavelength conversion using a regrowth-free monolithically integrated Sagnac interferometer | |
| JPH0721599B2 (en) | Waveguide type optical switch | |
| JP5228778B2 (en) | Optical circuit element | |
| JP3023357B1 (en) | Nonlinear optical waveguide device | |
| US7064891B2 (en) | Optical wavelength converter with a semiconductor optical amplifier | |
| US20050117829A1 (en) | Peripheral coupled traveling wave electro-absorption modulator | |
| JP5164897B2 (en) | Optical filter | |
| JPH05259581A (en) | Wavelength converter | |
| US6760141B2 (en) | Semiconductor optical modulator and semiconductor optical device | |
| AU650618B2 (en) | Laser amplifier | |
| JP2007134401A (en) | Optical gate filter, optical integrated circuit and pulse laser equipment | |
| Chang et al. | Theoretical design of guided wave structure for electrooptical modulation at 10.6 µm | |
| JP2971419B2 (en) | Light switch | |
| CN108562973A (en) | Nonreciprocal light transmitting device based on photonic crystal and nonreciprocal optical transmission method | |
| Chi et al. | Nonlinear Y-junction coupler | |
| JPH0410582A (en) | Semiconductor optical element | |
| JP2850955B2 (en) | Light switch | |
| JP3425420B2 (en) | Nonlinear optical waveguide device | |
| JP2002023205A (en) | Directional coupler, optical modulator and wavelength selector | |
| JPS6330821A (en) | Optical modulator and its manufacture | |
| KR100204567B1 (en) | Electro-absorption type optical alterator and production method thereof | |
| JPH0695182A (en) | Optical switch |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313115 |
|
| R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080114 Year of fee payment: 8 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090114 Year of fee payment: 9 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100114 Year of fee payment: 10 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110114 Year of fee payment: 11 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120114 Year of fee payment: 12 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |