JPH10104670A - 偏波利用光論理素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 分布ブラッグ形の半導体レーザを用いた光論
理素子で、より高速動作を可能とすることを目的とす
る。 【解決手段】 共通導波路１０３上に隣接して２種類の
活性層１０４，１０５を設けるようにした。また、活性
層１０４，１０５が形成されている前後の共通導波路１
０３上には、増幅領域に沿ってグレーティング１１３，
グレーティング１１４が形成され、それらで共振器を構
成している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、光通信，光交
換，光情報処理などの分野において、入力信号光により
出力光の偏波面を切り替えることによって、信号光の全
光論理演算を行うことのできる、偏波を利用した分布ブ
ラッグ反射器半導体レーザ形の偏波利用光論理素子に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】全光論理演算素子は、実現が期待される
全光システムにおいて、光信号の制御のために必要不可
欠なものである。図９に、従来の光論理素子の一例を示
す（文献１：H.Kawaguchi,"Optical bistability and c
haos in a semiconductor laser with saturable absor
ber" Applied Physics Letter,45,12,pp.1264-1266,198
9、文献２：「光スイッチング技術入門」石川宏監修・
行松健一編著、電気通信協会、pp.76-78,1993.）。

【０００３】この光論理素子は、分布ブラッグ形の半導
体レーザより構成され、図９に示す断面構造を有してい
る。以下この構成を説明すると、図９に示すように、ｎ
形のＩｎＰからなる基板９０１上に、ｎ形のＩｎＰから
なるクラッド層９０２が形成されている。また、この上
にバンドギャップ波長が１．６μｍとなる組成のＩｎＧ
ａＡｓＰからなる活性層９０３が形成されている。ま
た、活性層９０３上には、ｐ形のＩｎＰからなるクラッ
ド層９０４が形成され、その上にキャップ層９０５が形
成されている。そして、キャップ層９０５上に電極９０
６ａ，９０６ｂが形成され、基板９０１裏面に電極９０
７が形成されている。

【０００４】ここで、図９に示すように、この光論理素
子は、電極９０６ａ下の領域と電極９０６ｂ下の領域と
からなり、電極９０６ａおよび電極９０６ｂに注入する
電流の状態により、それぞれの領域で異なる動作状態と
することができる。そして、この光論理素子は、電極９
０６ａおよび電極９０６ｂそれぞれに注入する電流を所
定の関係とすることで、たとえば双安定動作とし、図１
０に示すような光入出力特性を得ることができる。

【０００５】この動作について説明すると、図１０にお
いて、所定のバイアス光を入力したときに点Ａで示され
る状態となるように、電極９０６ａおよび電極９０６ｂ
それぞれに注入する電流を調整しておく。この状態よ
り、光入力として新たに入力パルス光１００１を加えれ
ば、直ちに光出力は増加し、入力パルス光１００１の入
力がなくなっても、光出力は点Ｂで示される状態となり
保持される。すなわち、図１１（ａ）の入力パルスに対
して、図１１（ｂ）に示すように、光出力が保持される
というメモリ動作が可能である。

【０００６】また、図１２に示すように、電極９０６ａ
および電極９０６ｂそれぞれに注入する電流を所定の関
係とし、この光論理素子の系を点Ａの状態に保持してお
く。そして、この状態の光論理素子に、２つの入力信号
１２０１，１２０２を加えることで、図１３（ａ）〜
（ｃ）に示すようにＡＮＤ動作が得られる。また、図１
４に示すように、電極９０６ａおよび電極９０６ｂそれ
ぞれに注入する電流を所定の関係とし、この光論理素子
の系を点Ａの状態に保持しておく。そして、この状態の
光論理素子に、２つの入力信号１４０１，１４０２を加
えることで、図１５（ａ）〜（ｃ）に示すように、ＯＲ
動作が得られる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、分布
ブラック形の半導体レーザを利用した光論理素子によれ
ば、注入する電流を調整することで、メモリ，ＡＮＤ，
ＯＲといった論理動作が可能となる。しかしながら、上
述した従来の光論理素子では、光出力のオンオフ動作が
光入力のオンオフで行われる。すなわち、光出力のオン
オフの動作速度が、注入電流が光に変換される際の半導
体レーザのキャリア寿命に律速されてしまう。このた
め、従来の光論理素子では、その動作の高速化に限界が
あるという問題があった。

【０００８】たとえば、大容量のデータ転送が必要とさ
れ、最低でも１０ＧＢｉｔ／ｓの転送量が求められると
き、その光スイッチング速度は最低でも１０ＧＨｚが必
要となる。そして、今日では、より大容量のデータ転送
能力が必要とされ、４０ＧＨｚを越える光スイッチング
動作が求められている。しかし、従来では、光スイッチ
ング速度が平均で１ＧＨｚ程度であり、最高の状態とし
ても、２〜３ＧＨｚで動作させることが限界であり、上
述の要求にはほど遠い状態である。

【０００９】この発明は、以上のような問題点を解消す
るためになされたものであり、分布ブラッグ形の半導体
レーザを用いた光論理素子で、より高速動作を可能とす
ることを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この発明の偏波利用光論
理素子は、まず、半導体基板上に形成された下部クラッ
ド層、この上に形成されて所定波長の導波光を反射して
残りは透過する第１のグレーティングが形成されている
共通導波路、この上に形成された上部クラッド層、この
上に形成されたキャップ層、この上に形成された第１の
電極からなる第１の領域を備えるようにした。また、第
１の領域に続いて半導体基板上に形成された下部クラッ
ド層上に形成された第１の活性層、この上に形成された
上部クラッド層、この上に形成されたキャップ層、この
上に形成された第２の電極からなる第２の領域を備える
ようにした。また、第２の領域に続いて半導体基板上に
形成された下部クラッド層上に形成された第２の活性
層、この上に形成された上部クラッド層、この上に形成
されたキャップ層、この上に形成された第３の電極から
なる第３の領域を備えるようにした。また、第３の領域
に続いて半導体基板上に形成された下部クラッド層上に
形成されて所定波長の導波光を反射して残りは透過する
第２のグレーティングが形成されている第２の共通導波
路、この上に形成された上部クラッド層、この上に形成
されたキャップ層、この上に形成された第４の電極から
なる第４の領域を備えるようにした。加えて、半導体基
板裏面に形成された第５の電極を備えるようにした。そ
して、第１の活性層は第２の活性層に比較して半導体基
板と水平方向の偏波光をより増幅し、第２の活性層は第
１の活性層に比較して半導体基板と垂直方向の偏波光を
より増幅するようにし、第１のグレーティングは第２の
グレーティングに比較して、半導体基板と水平方向の偏
波光をより反射し、第２のグレーティングは第１のグレ
ーティングに比較して半導体基板と垂直方向の偏波光を
より反射するようにした。この構成とすることにより、
第１のグレーティング、第１，第２の活性層、および、
第２のグレーティングとが共振器構造となる。そして、
たとえば、活性層１と活性層２とを双安定動作とし、半
導体基板と水平方向の偏波光を入力して第１の活性層で
これを増幅している状態で、半導体基板と垂直方向の偏
波光を入力すれば、第１の活性層からの半導体基板と水
平方向の偏波光の出力が減衰し、第２の活性層からの半
導体基板と垂直方向の偏波光の出力が支配的となる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下この発明の実施の形態を図を
参照して説明する。 実施の形態１ 図１は、この発明の実施の形態における偏波利用光論理
素子の構成を示す断面図である。以下、この偏波利用光
論理素子の構成を説明すると、図１に示すように、ま
ず、ｎ側電極１０１が、ｎ形のＩｎＰからなる基板１０
２裏面に形成されている。また、バンドギャップ波長が
１．３μｍとなる組成のＩｎＧａＡｓＰからなる共通導
波路（共通導波層）１０３が、基板１０２表面に形成さ
れている。この共通導波路１０３は、クラッド層として
の機能も有している。そして、この共通導波路１０３上
に異なる特性を有する活性層１０４と活性層１０５が形
成されている。

【００１２】まず、活性層１０４は膜厚０．１μｍで、
バンドギャップ波長が１．６μｍとなる組成のＩｎＧａ
ＡｓＰから構成されている。そして、図１（ｂ）の平面
図に示すように、活性層１０４は、幅１μｍ長さ３００
μｍに形成されている。一方、活性層１０５は膜厚０．
５μｍに形成され、バンドギャップ波長が１．６μｍと
なる組成のＩｎＧａＡｓＰから構成されている。また、
図１（ｂ）に示すように、活性層１０５は、幅０．５μ
ｍ長さ３００μｍに形成されている。そして、図１
（ａ）および図１（ａ）の光出力がされる面よりみた図
１（ｂ）に示すように、以上の活性層１０４，１０５上
にクラッド層１０６が形成されている。

【００１３】また、活性層１０４，１０５が形成されて
いる前後の共通導波路１０３上には、増幅領域に沿って
グレーティング１１３，グレーティング１１４が形成さ
れ、それらで共振器を構成している。グレーティング１
１３，１１４は、入射光の一部は透過し、一部は反射す
るものである。そして、この上にｐ−ＩｎＰ層１０７が
形成され、キャップ層１０８を介して、電極１０９〜１
１２が形成されている。以上示したように、この実施の
形態１では、共通導波路１０３上に隣接して２種類の活
性層１０４，１０５を設けるようにしたことが特徴であ
る。

【００１４】次に、その活性層１０４と活性層１０５に
関して説明する。まず、活性層１０４が形成されている
領域は、電極１１０と電極１０１との間に電流を注入す
ることでレーザ発振動作をする。ここで、この活性層１
０４は、その構造から明らかなように、ＴＥ（transver
se electric）光に対する光の閉じこめ係数がＴＭ（tra
nsverse magnetic）光に比べて大きい。なお、ＴＥ光と
は基板１０２と水平方向の偏波光であり、ＴＭ光とは基
板１０２と垂直方向の偏波光である。一方、活性層１０
５が形成されている領域は、電極１１１と電極１０１と
の間に電流を注入することでレーザ発振動作をする。そ
して、この活性層１０５は、その構造から明らかなよう
に、ＴＭ光に対する光の閉じこめ係数がＴＥ光に比べて
大きい。

【００１５】すなわち、電極１０９下の第１領域と電極
１１０下の第２領域および電極１１２下の第４領域にお
いて、主にＴＥ光が発振するような分布ブラッグ反射形
の半導体レーザが構成されている。そして、第２領域で
は、光入力されたＴＥ光をより効率よく増幅する。ま
た、第１領域と電極１１１下の第３領域および第４領域
において、主にＴＭ光が発振するような分布ブラッグ反
射形の半導体レーザが構成されている。そして、第３領
域では、光入力されたＴＭ光をより効率よく増幅する。

【００１６】そして、電極１０９と電極１１２に注入す
る電流量を調整することで、第２領域におけるＴＥ光の
ゲインと第３領域におけるＴＭ光のゲインを制御するこ
とができる。そして、たとえば、全体として、ＴＥ光と
ＴＭ光が互いに競合しあう双安定動作状態とすることが
できる。たとえば、この双安定動作では、光入力がない
状態で、活性層１０４よりＴＥ光が発振される状態で
は、活性層１０５からのＴＭ光の発振が抑えられる。ま
た、活性層１０５よりＴＭ光が発振される状態では、活
性層１０４からのＴＥ光の発振が抑制され、ＴＭ光の出
力状態となっている。

【００１７】そして、たとえば、活性層１０５よりＴＭ
光が発振されてＴＭ光が出力されている状態で、ＴＥ光
が入力されると、ＴＭ光を発振している活性層１０５で
は、あまりＴＥ光を増幅しないが、活性層１０４ではＴ
Ｅ光をより効果的に増幅してＴＥ光の発振状態となる。
そして、この結果、活性層１０５のＴＭ光の発振は抑制
され、活性層１０４の発振によるＴＥ光の出力状態に変
化する。すなわち、上述の双安定動作状態として、ＴＭ
光が出力されている状態で、ＴＥ光の入力をオンオフす
ることで、ＴＥ光の出力状態とＴＭ光の出力状態とを切
り替えることができる。

【００１８】そして、このＴＥ光とＴＭ光との偏波間の
モード競合（双安定動作）は光出力が一定のまま行われ
る。したがって、ＴＥ光の出力状態とＴＭ光の出力状態
との切り替えにおいて、注入電流が光出力に変換される
動作の切り替えは行われない。この結果、このＴＥ光の
出力状態とＴＭ光の出力状態との切り替えは、素子内部
のキャリア寿命に動作速度が律速されることがなく、非
常に高速動作を行うことが可能となる。そして、入力光
（ＴＥ光）のオンオフは、変調器を用いてたとえば４０
ＧＨｚで行うことが可能であり、この実施の形態１の偏
波利用光論理素子を用いれば、変調器の光出力を補償し
ながら、４０ＧＨｚという高速動作が可能となる。

【００１９】以下、この実施の形態１における偏波利用
光論理素子の動作形態について説明する。第１に、図２
に示すようなメモリ機能を有する動作特性を得ることが
できる。たとえば、活性層１０４の発振するＴＥ光の波
長を１５５０ｎｍ，活性層１０５の発振するＴＭ光の波
長を１５６０ｎｍとし、それらの波長間隔を１０ｎｍと
する。これは、電極１０９と電極１１２に注入する電流
量により制御する。また、ＴＥ光とＴＭ光のゲイン差を
０．６ｄＢ（ＴＥ＜ＴＭ）となるように、第２領域と第
３領域それぞれに注入する電流を設定する。そして、入
力されるＴＥ光を図２（ａ）の点Ａの状態としておく。
この状態において、光入力パルス２１が入力されること
で、偏波利用光論理素子からのＴＥ光出力は、図２
（ａ）の点Ｂの状態となり、保持される。

【００２０】一方、今度はＴＭ光を入力することで、Ｔ
Ｅ光出力は減衰し、変わってＴＭ光出力状態となり、点
Ｂの状態より点Ａの状態に戻る。すなわち、この実施の
形態１の偏波利用光論理素子によれば、ＴＥ光入力とＴ
Ｍ光入力を切り替えることで、ＴＥ光出力に注目した場
合、図２（ａ）に示す特性を得ることができる。そし
て、たとえば、図２（ｂ），（ｃ）に示すように、ＴＥ
光パルス入力とＴＭ光パルス入力を切り替えることで、
この偏波利用光論理素子は、図２（ｄ），（ｅ）に示す
ＴＥ光出力とＴＭ光出力の切り替えができる。

【００２１】第２に、図３に示すように、ＡＮＤもしく
はＮＡＮＤ動作を得ることができる。たとえば、活性層
１０４と活性層１０５の発振波長の波長間隔を３ｎｍと
するとともに、それらのゲイン差を１．０ｄＢ（ＴＥ＜
ＴＭ）とする。すなわち、ＴＥ光出力がほとんどない図
３（ａ）の点Ａの状態より、２つのＴＥ光入力３１，３
２が入力されると、初めてＴＥ光出力状態に移行する状
態とする。このことにより、図３（ｂ），（ｃ）に示す
ように、２つのＴＥ光入力を用いることで、この偏波利
用光論理素子は、図３（ｄ），（ｅ）に示すＴＥ光出力
とＴＭ光出力の切り替えができる。すなわち、２つのＴ
Ｅ光入力により、ＴＥ光出力に着目すればＡＮＤ動作を
得ることができ、ＴＭ光出力に着目すればＮＡＮＤ動作
を得ることができる。

【００２２】第３に、図４に示すように、ＯＲもしくは
ＮＯＲ動作を得ることができる。たとえば、活性層１０
４と活性層１０５の発振波長の波長間隔を３ｎｍとする
とともに、ゲイン差を０．１ｄＢ（ＴＥ＜ＴＭ）とす
る。すなわち、ＴＥ光出力がほとんどない図４（ａ）の
点Ａの状態より、ＴＥ光入力４１が入力されると、初め
てＴＥ光出力状態に移行する状態とする。なお、それに
加えてＴＥ光入力４２が入力されても、ＴＥ光出力状態
が保持される。このことにより、図４（ｂ），（ｃ）に
示すように、２つのＴＥ光入力を用いることで、この偏
波利用光論理素子は、図４（ｄ），（ｅ）に示すＴＥ光
出力とＴＭ光出力の切り替えができる。すなわち、２つ
のＴＥ光入力により、ＴＥ光出力に着目すればＯＲ動作
を得ることができ、ＴＭ光出力に着目すればＮＯＲ動作
を得ることができる。なお、ＴＥ入力１つとした単一入
力では、ＮＯＴ動作となる。

【００２３】実施の形態２ ところで、上記実施の形態１では、主にＴＥ光を増幅す
る活性層と、主にＴＭ光を増幅する活性層とを隣接配置
するようにしたが、これに限るものではない。図５に示
すように、活性層１０４と活性層１０５とがグレーティ
ング１１６を挾むように配置されていてもよい。この実
施の形態２の偏波利用光論理素子では、グレーティング
１１６の領域には電極１１５により電流を注入する。そ
して、この偏波利用光論理素子は、電極１０９下の第１
の領域と、電極１１０下の第２の領域と、電極１１５下
の第３の領域と、電極１１１下の第４の領域と、電極１
１２下の第５の領域とから構成されている。

【００２４】また、この偏波利用光論理素子では、ま
ず、活性層１０４が形成されている領域は、電極１１０
と電極１０１との間に電流を注入することでレーザ発振
動作をする。一方、活性層１０５が形成されている領域
は、電極１１１と電極１０１との間に電流を注入するこ
とでレーザ発振動作をする。すなわち、第１領域と第２
領域および第３領域において、主にＴＥ光が発振するよ
うな分布ブラッグ反射形の半導体レーザが構成されてい
る。また、第３領域と第４領域および第５領域におい
て、主にＴＭ光が発振するような分布ブラッグ反射形の
半導体レーザが構成されている。

【００２５】そして、活性層１０４の発振波長は領域１
に注入する電流で制御し、活性層１０５の発振波長は領
域５に注入する電流で制御することになる。このため、
この実施の形態２では、活性層１０４の発振波長と活性
層１０５の発振波長とを、それぞれ個別に制御すること
がより簡単にできるようになる。そして、この実施の形
態２の偏波利用光論理素子においても、上述のことに加
えて領域２と領域４それぞれに注入する電流量により、
活性層１０４，１０５におけるゲインを調整すること
で、前述した実施の形態２の偏波利用光論理素子と同様
の効果を得ることができる。

【００２６】実施の形態３ 以下、この発明の第３の実施の形態について説明する。
図５は、この実施の形態３における偏波利用光論理素子
の構成を示す断面図である。図５に示すように、この偏
波利用光論理素子では、新たに半導体層１２０を設けて
いる。この半導体層１２０は、活性層１０４上に形成さ
れ、また連続して下部活性層１０５ａ上に形成されてい
る。そして、上記実施の形態１，２における活性層１５
が、この実施の形態３では下部活性層１５０ａと半導体
層１２０の一部と上部活性層１５０ｂとで構成されてい
る。なお、他は図１と同様である。

【００２７】このように構成することで、以下に示すよ
うに、この偏波利用光論理素子の製造がより容易にな
る。以下、製造方法についてその概略を説明する。ま
ず、図７（ａ）に示すように、基板１０２上に共通導波
路１０３を形成し、この上に活性層１０４，１０５の材
料であるＩｎＧａＡｓＰからなる半導体膜７０１を堆積
する。ついで、この上に、図７（ｂ）に示すように、半
導体層１２０となるＩｎＰ膜７０２を成膜する。つい
で、この上に、図７（ｃ）に示すように、活性層１０５
の材料であるＩｎＧａＡｓＰからなる半導体膜７０３を
堆積する。

【００２８】次に、図７（ｄ）に示すように、レジスト
マスク７０４を用いて選択的にエッチングすることで、
上部活性層１０５ｂを形成する。これは、硫酸：過酸化
水素：水が１：１０：１の原液を水で１０倍に希釈した
エッチング液を用いたウエットエッチングにより行う。
このエッチング液によるウエットエッチングでは、Ｉｎ
Ｐ膜７０２がほとんどエッチングされず、ＩｎＧａＡｓ
Ｐからなる半導体膜７０３が選択的にエッチングされ
る。

【００２９】次に、図７（ｅ）に示すように、この上に
Ｐ形のＩｎＰ膜７０５を堆積し、図（ｆ）に示すよう
に、レジストマスク７０６をエッチングマスクとして順
次エッチングし、クラッド層１０６，半導体層１２０，
活性層１０４，および，下部活性層１０５ａを形成す
る。ついで、図８（ｇ）に示すように、共通導波路１０
３の所定位置にグレーティング１１３，１１４を形成
し、これらの上にｐ−ＩｎＰ層１０７を形成し、キャッ
プ層１０８を形成する。

【００３０】そして、図８（ｈ）に示すように、キャッ
プ層１０８上に電極１０９〜１１２を形成し、基板１０
２裏面に電極１０１を形成する。以上のことにより、電
極１１１下の第３領域には、半導体層１２０を挾んだ下
部活性層１０５ａと上部活性層１０５ｂとからなり、Ｔ
Ｍ光対する光の閉じこめ係数がＴＥ光に比べて大きい活
性層が形成される。これは、図１において、活性層１０
５に対応する。そして、電極１１０下の第２の領域には
活性層１０４が形成され、この領域では、ＴＥ光に対す
る光の閉じこめ係数がＴＭ光に比べて大きいものとなっ
ている。

【００３１】以上示したように、この実施の形態３で
は、活性層１０４，１０５ａ，１０５ｂとは異なり、所
定のエッチング条件ではそれら活性層を構成する材料の
方が選択的にエッチングされる材料からなる半導体層１
２０（ＩｎＰ膜７０２）を用いるようにした。この結
果、この実施の形態３によれば、半導体膜７０１の成膜
により活性層１０４の膜厚が制御できるようになる。こ
の結果、エッチングで膜厚制御を行うことに比較して、
活性層１０４の膜厚制御の精度がより向上する。そし
て、この実施の形態３における偏波利用光論理素子にお
いても、前述した実施の形態１で示した偏波利用光論理
素子の動作と同様であり、その効果も同様である。ま
た、上述の半導体層を用いる構成は、実施の形態２で示
した偏波利用光論理素子にも適用できることはいうまで
もない。

【００３２】なお、上述した実施の形態１〜３では、基
板にｎ形のＩｎＰを用いるようにしたが、これに限るも
のではなく、ｐ形のＩｎＰからなる基板を用いるように
してもよく、また、他の半導体を用いるようにしてもよ
い。また、活性層にＩｎＧａＡｓＰを用いるようにした
が、これに限るものではなく、ＩｎＧａＡｌＡｓ系（Ｔ
Ｅ）や、ＩｎＡｌＡｓ系（ＴＥ）、もしくは、ＡｌＧａ
Ａｓ系（ＴＭ）といった材料系を用いるようにしても同
様である。

【００３３】また、活性層に、量子井戸構造や歪み量子
井戸構造を用いるようにしてもよい。この場合、量子井
戸構造および圧縮歪み量子井戸構造を用いた活性層で
は、ＴＥ光に対する光の閉じこめ係数がＴＭ光に比べて
大きいものとなる。また、伸張歪み量子井戸構造では、
ＴＭ光に対する光の閉じこめ係数がＴＥ光に比べて大き
いものとなる。ただし、前述した実施の形態１〜３では
２つの活性層を同一の材料で構成しているので、実施の
形態１〜３の方がより簡便に偏波利用光論理素子を作製
できる。

【００３４】また、上述した実施の形態１〜３に示した
構成に限るものではなく、たとえば、第１〜第４領域そ
れぞれに電流を注入するための電極間の分離として、分
離溝を設けたり絶縁領域を設けるようにしてもよい。ま
た、活性層の幅を制御するために、リッジ構造やＰＮ接
合を使った埋め込み構造、もしくは、絶縁層を使った埋
め込み構造、また、リブ埋め込み構造といった構造で光
や電流の閉じ込めを行ってもいいことはいうまでもな
い。

【００３５】

【発明の効果】以上説明したように、この発明では、第
１と第２の活性層を備え、その前後に所定波長の導波光
を反射して残りは透過する第１と第２のグレーティング
を配置する構成とした。そして、第１の活性層は第２の
活性層に比較して半導体基板と水平方向の偏波光をより
増幅し、第２の活性層は第１の活性層に比較して半導体
基板と垂直方向の偏波光をより増幅するようにした。ま
た、第１のグレーティングは第２のグレーティングに比
較して、半導体基板と水平方向の偏波光をより反射し、
第２のグレーティングは第１のグレーティングに比較し
て半導体基板と垂直方向の偏波光をより反射するように
した。

【００３６】この構成とすることにより、第１のグレー
ティング、第１，第２の活性層、および、第２のグレー
ティングとが共振器構造となる。そして、たとえば、活
性層１と活性層２とを双安定動作とし、半導体基板と水
平方向の偏波光を入力して第１の活性層でこれを増幅し
ている状態で、半導体基板と垂直方向の偏波光を入力を
オンオフすれば、第１の活性層からの半導体基板と水平
方向の偏波光の出力と第２の活性層からの半導体基板と
垂直方向の偏波光の出力とが切り替えられる。

【００３７】この、偏波光の切り替えは、第１および第
２の活性層におけるキャリア寿命に律速されないので、
たとえば一方の偏波光の出力のオンオフが変調器を用い
て４０ＧＨｚで行える。この結果、この発明によれば、
変調器の光出力を補償しながら、４０ＧＨｚという高速
動作が可能となり、従来の光論理素子に比較してより高
速動作が可能となる。また、上述のことに加えて、この
発明によれば、従来ではできなかったＮＯＴ，ＮＡＮ
Ｄ，ＮＯＲといった負論理の実現が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の第１の実施の形態における偏波利
用光論理素子の構成を示す断面図である。

【図２】 図１の偏波利用光論理素子の動作特性を示す
説明図である。

【図３】 図１の偏波利用光論理素子の他の動作特性を
示す説明図である。

【図４】 図１の偏波利用光論理素子の他の動作特性を
示す説明図である。

【図５】 この発明の第２の実施の形態における偏波利
用光論理素子の構成を示す断面図である。

【図６】 この発明の第３の実施の形態における偏波利
用光論理素子の構成を示す断面図である。

【図７】 図６の偏波利用光論理素子の製造工程を説明
するための断面図である。

【図８】 図７に続く、図６の偏波利用光論理素子の製
造工程を説明するための断面図である。

【図９】 従来の光論理素子の一例を示す断面図であ
る。

【図１０】 図９の光論理素子の動作特性を示す説明図
である。

【図１１】 図１の光論理素子の他の動作特性を示す説
明図である。

【図１２】 図１の光論理素子の他の動作特性を示す説
明図である。

【図１３】 図１の光論理素子の他の動作特性を示す説
明図である。

【図１４】 図１の光論理素子の他の動作特性を示す説
明図である。

【図１５】 図１の光論理素子の他の動作特性を示す説
明図である。

【符号の説明】

１０１…ｎ側電極、１０２…基板、１０３…共通導波路
（共通導波層）、１０４，１０５…活性層、１０６…ク
ラッド層、１０７…ｐ−ＩｎＰ層、１０８…キャップ
層、１０９，１１０，１１１，１１２…電極、１１３，
１１４…グレーティング。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体基板上に形成された下部クラッド
   層、この上に形成されて所定波長の導波光を反射して残
   りは透過する第１のグレーティングが形成されている共
   通導波路、この上に形成された上部クラッド層、この上
   に形成されたキャップ層、この上に形成された第１の電
   極からなる第１の領域と、 前記第１の領域に続いて前記半導体基板上に形成された
   前記下部クラッド層上に形成された第１の活性層、この
   上に形成された前記上部クラッド層、この上に形成され
   た前記キャップ層、この上に形成された第２の電極から
   なる第２の領域と、 前記第２の領域に続いて前記半導体基板上に形成された
   下部クラッド層上に形成された第２の活性層、この上に
   形成された前記上部クラッド層、この上に形成された前
   記キャップ層、この上に形成された第３の電極からなる
   第３の領域と、 前記第３の領域に続いて前記半導体基板上に形成された
   下部クラッド層上に形成されて所定波長の導波光を反射
   して残りは透過する第２のグレーティングが形成されて
   いる前記共通導波路、この上に形成された前記上部クラ
   ッド層、この上に形成された前記キャップ層、この上に
   形成された第４の電極からなる第４の領域と、 前記半導体基板裏面に形成された第５の電極とを備え、 前記第１の活性層は前記第２の活性層に比較して前記半
   導体基板と水平方向の偏波光をより増幅し、前記第２の
   活性層は前記第１の活性層に比較して前記半導体基板と
   垂直方向の偏波光をより増幅し、 前記第１のグレーティングは前記第２のグレーティング
   に比較して、前記半導体基板と水平方向の偏波光をより
   反射し、前記第２のグレーティングは前記第１のグレー
   ティングに比較して前記半導体基板と垂直方向の偏波光
   をより反射し、 前記第１〜第４の電極は、それぞれ前記第１〜第４の領
   域に電流を流すように形成されていることを特徴とする
   偏波利用光論理素子。
2. 【請求項２】 請求項１記載の偏波利用光論理素子にお
   いて、 前記第２の領域と第３の領域の間の前記上部クラッド層
   上に形成されて所定波長の導波光を反射して残りは透過
   する第３のグレーティングが形成されている前記共通導
   波路、この上に形成された前記上部クラッド層、この上
   に形成された前記キャップ層、この上に形成された第６
   の電極からなる第５の領域を備えたことを特徴とする偏
   波利用光論理素子。
3. 【請求項３】 請求項１または２記載の偏波利用光論理
   素子において、 前記第１の活性層は、その膜厚より入力および出力光導
   波路方向の幅が大きく、 前記第２の活性層は、その膜厚が入力および出力光導波
   路方向の幅より大きいことを特徴とする偏波利用光論理
   素子。
4. 【請求項４】 請求項１〜３いずれか１項記載の偏波利
   用光論理素子において、 前記第２の活性層は、上部活性層および前記第１の活性
   層と同一膜厚に形成された下部活性層から構成され、 前記第１の活性層および下部活性層上に形成され、前記
   上部活性層に比較してエッチングされにくい材料から構
   成された半導体層を備えたことを特徴とする偏波利用光
   論理素子。