JP2001350039A - 光アイソレータ及び光エレクトロニクス装置 - Google Patents
光アイソレータ及び光エレクトロニクス装置Info
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- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
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-
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- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 素子寸法を短縮化することが可能な光アイソ
レータを提供する。 【解決手段】 基板１上に形成され、屈折率が基板１よ
りも小さい下クラッド層２と、下クラッド層２が形成さ
れた基板上に半導体材料を用いて形成され、第１の導波
路及び第２の導波路を有する導波層３と、導波層３上に
磁気光学材料を用いて形成され、第１及び第２の導波路
を伝搬する光波の少なくとも一方に対して非相反な位相
変化を生じさせることにより、第１及び第２の導波路を
伝搬する光波どうしに位相差を生じさせる上クラッド層
４とを備える。
レータを提供する。 【解決手段】 基板１上に形成され、屈折率が基板１よ
りも小さい下クラッド層２と、下クラッド層２が形成さ
れた基板上に半導体材料を用いて形成され、第１の導波
路及び第２の導波路を有する導波層３と、導波層３上に
磁気光学材料を用いて形成され、第１及び第２の導波路
を伝搬する光波の少なくとも一方に対して非相反な位相
変化を生じさせることにより、第１及び第２の導波路を
伝搬する光波どうしに位相差を生じさせる上クラッド層
４とを備える。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光アイソレータ及
び光エレクトロニクス装置に関する。
び光エレクトロニクス装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】光アイソレータは、一方向にのみ光を透
過させ、これと反対の方向に伝搬しようとする光を阻止
する素子である。例えば、光アイソレータを半導体レー
ザの出射端に配置することによって、レーザから出射さ
れる光は光アイソレータを透過し、これを光ファイバ通
信用の光源として用いることができる。逆に、光アイソ
レータを通して半導体レーザに入射しようとする光は、
光アイソレータによって阻止され、半導体レーザに入射
することはできない。光アイソレータを半導体レーザの
出射端に置かないと半導体レーザに反射戻り光が入射
し、これが半導体レーザの発振特性を劣化させてしま
う。すなわち、光アイソレータは半導体レーザに入射し
ようとする光を遮り、半導体レーザの特性を劣化させる
ことなく、安定な発振を保つ働きをする。
過させ、これと反対の方向に伝搬しようとする光を阻止
する素子である。例えば、光アイソレータを半導体レー
ザの出射端に配置することによって、レーザから出射さ
れる光は光アイソレータを透過し、これを光ファイバ通
信用の光源として用いることができる。逆に、光アイソ
レータを通して半導体レーザに入射しようとする光は、
光アイソレータによって阻止され、半導体レーザに入射
することはできない。光アイソレータを半導体レーザの
出射端に置かないと半導体レーザに反射戻り光が入射
し、これが半導体レーザの発振特性を劣化させてしま
う。すなわち、光アイソレータは半導体レーザに入射し
ようとする光を遮り、半導体レーザの特性を劣化させる
ことなく、安定な発振を保つ働きをする。
【０００３】上述した半導体レーザに限らず、光増幅器
などの光能動素子においては、意図せず逆向きに光が入
射することによって、素子の動作特性が劣化する。光ア
イソレータは、一方向にしか光を透過しないため、光能
動素子に意図せず逆向きに光が入射することを防止する
ことができる。
などの光能動素子においては、意図せず逆向きに光が入
射することによって、素子の動作特性が劣化する。光ア
イソレータは、一方向にしか光を透過しないため、光能
動素子に意図せず逆向きに光が入射することを防止する
ことができる。
【０００４】現在、実用に供されている光アイソレータ
は、光が通過する領域において光の伝搬方向に直交する
断面内に光を閉じこめるいわゆる導波作用の無い構造
（以下、バルク型と称する）であり、半導体レーザなど
の半導体光能動素子と一体集積化することが不可能であ
る。
は、光が通過する領域において光の伝搬方向に直交する
断面内に光を閉じこめるいわゆる導波作用の無い構造
（以下、バルク型と称する）であり、半導体レーザなど
の半導体光能動素子と一体集積化することが不可能であ
る。
【０００５】また、研究段階ではあるが既に公表されて
いる導波作用のある光アイソレータ（以下、導波路型光
アイソレータと称する）も、その多くは導波層に半導体
レーザとは全く物性の異なる材料である磁気光学結晶を
用いている。そのため、半導体レーザと一体集積化する
ことを考えると、光アイソレータと半導体レーザの間で
光軸を精密に位置合わせする際に、リソグラフィなどの
方法を用いてレーザの導波路と光アイソレータの導波路
を一括してパターン形成することができない。これは、
精密な位置合わせ精度（通常、サブミクロンオーダー）
が必要とされる光集積回路を製作する際に大きな問題と
なる。
いる導波作用のある光アイソレータ（以下、導波路型光
アイソレータと称する）も、その多くは導波層に半導体
レーザとは全く物性の異なる材料である磁気光学結晶を
用いている。そのため、半導体レーザと一体集積化する
ことを考えると、光アイソレータと半導体レーザの間で
光軸を精密に位置合わせする際に、リソグラフィなどの
方法を用いてレーザの導波路と光アイソレータの導波路
を一括してパターン形成することができない。これは、
精密な位置合わせ精度（通常、サブミクロンオーダー）
が必要とされる光集積回路を製作する際に大きな問題と
なる。
【０００６】上述したような問題に対し、同一基板上に
光アイソレータと半導体レーザを作製する提案もなされ
ている。図６は、このような構造を有する装置の一例を
示した図である。
光アイソレータと半導体レーザを作製する提案もなされ
ている。図６は、このような構造を有する装置の一例を
示した図である。
【０００７】図６に示した構造は、化合物半導体基板５
１上に半導体材料を用いた導波層５２を、導波層５２上
に磁気光学材料からなるクラッド層５３を形成し、クラ
ッド層５３上に磁気光学材料の磁化を所定の方向に揃え
るための磁界印加手段５４を設けたものである。このよ
うな構造は、光アイソレータと半導体レーザの導波層を
同種の半導体材料で同時に結晶成長することができ、厚
さ方向の光軸合わせは自動的に達成される。また、リソ
グラフィ工程で光アイソレータと半導体レーザの導波路
パターンを同一のマスクパターンによって一括して露
光、描画できるため、横方向の光軸合わせについても問
題なく、上述したような位置合わせ精度の問題を回避す
るが可能である。
１上に半導体材料を用いた導波層５２を、導波層５２上
に磁気光学材料からなるクラッド層５３を形成し、クラ
ッド層５３上に磁気光学材料の磁化を所定の方向に揃え
るための磁界印加手段５４を設けたものである。このよ
うな構造は、光アイソレータと半導体レーザの導波層を
同種の半導体材料で同時に結晶成長することができ、厚
さ方向の光軸合わせは自動的に達成される。また、リソ
グラフィ工程で光アイソレータと半導体レーザの導波路
パターンを同一のマスクパターンによって一括して露
光、描画できるため、横方向の光軸合わせについても問
題なく、上述したような位置合わせ精度の問題を回避す
るが可能である。
【０００８】しかしながら、このような構造を有する従
来の光アイソレータでは、光が伝搬する方向に直交する
方向（横方向）の長さは、光導波路の幅（数μｍ）の数
倍〜数十倍程度（数μｍ〜１００μｍ程度）であり、小
型化の上で大きな問題にはならないが、素子長（光が伝
搬する方向に沿った素子の長さ）がミリメートルオーダ
ーとなり、光集積回路の小型化に対して大きな問題とな
る。
来の光アイソレータでは、光が伝搬する方向に直交する
方向（横方向）の長さは、光導波路の幅（数μｍ）の数
倍〜数十倍程度（数μｍ〜１００μｍ程度）であり、小
型化の上で大きな問題にはならないが、素子長（光が伝
搬する方向に沿った素子の長さ）がミリメートルオーダ
ーとなり、光集積回路の小型化に対して大きな問題とな
る。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】以上述べたように、半
導体レーザなどの半導体光能動素子と光アイソレータの
位置合わせの問題を回避するためには、同一基板上に半
導体光能動素子と光アイソレータとを集積化することが
望ましいが、従来の構造では光アイソレータの素子長が
長くなり、小型化に対して大きな問題となっていた。
導体レーザなどの半導体光能動素子と光アイソレータの
位置合わせの問題を回避するためには、同一基板上に半
導体光能動素子と光アイソレータとを集積化することが
望ましいが、従来の構造では光アイソレータの素子長が
長くなり、小型化に対して大きな問題となっていた。
【００１０】本発明は上記従来の課題に対してなされた
ものであり、同一基板上に半導体光素子と光アイソレー
タを形成した場合等において、素子寸法を短縮化するこ
とが可能な光アイソレータ及び光エレクトロニクス装置
を提供することを目的としている。
ものであり、同一基板上に半導体光素子と光アイソレー
タを形成した場合等において、素子寸法を短縮化するこ
とが可能な光アイソレータ及び光エレクトロニクス装置
を提供することを目的としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明に係る光アイソレ
ータは、基板上に形成され、屈折率が該基板よりも小さ
い下クラッド層と、前記下クラッド層が形成された基板
上に半導体材料を用いて形成され、第１の導波路及び第
２の導波路を有する導波層と、前記導波層上に磁気光学
材料を用いて形成され、前記第１及び第２の導波路を伝
搬する光波の少なくとも一方に対して非相反な位相変化
を生じさせることにより、第１及び第２の導波路を伝搬
する光波どうしに位相差を生じさせる上クラッド層と、
を備えたことを特徴とする。
ータは、基板上に形成され、屈折率が該基板よりも小さ
い下クラッド層と、前記下クラッド層が形成された基板
上に半導体材料を用いて形成され、第１の導波路及び第
２の導波路を有する導波層と、前記導波層上に磁気光学
材料を用いて形成され、前記第１及び第２の導波路を伝
搬する光波の少なくとも一方に対して非相反な位相変化
を生じさせることにより、第１及び第２の導波路を伝搬
する光波どうしに位相差を生じさせる上クラッド層と、
を備えたことを特徴とする。
【００１２】前記第１及び第２の導波路は、前記上クラ
ッド層下に対応する第１の領域と、それ以外の第２の領
域とを有し、第１の領域における非相反な位相変化及び
第２の領域における光路差により、前進波に対しては第
１及び第２の導波路を伝搬した光波どうしが同位相とな
り、後退波に対しては第１及び第２の導波路を伝搬した
光波どうしが逆位相となるよう構成されていることが好
ましい。
ッド層下に対応する第１の領域と、それ以外の第２の領
域とを有し、第１の領域における非相反な位相変化及び
第２の領域における光路差により、前進波に対しては第
１及び第２の導波路を伝搬した光波どうしが同位相とな
り、後退波に対しては第１及び第２の導波路を伝搬した
光波どうしが逆位相となるよう構成されていることが好
ましい。
【００１３】前記下クラッド層は、半導体又は半導体の
酸化物によって構成されていることが好ましい。
酸化物によって構成されていることが好ましい。
【００１４】本発明に係る光エレクトロニクス装置は、
前記光アイソレータと、該光アイソレータが形成された
基板と同一基板上に形成され、該光アイソレータに入射
光を供給する半導体光素子と、を備えたことを特徴とす
る。
前記光アイソレータと、該光アイソレータが形成された
基板と同一基板上に形成され、該光アイソレータに入射
光を供給する半導体光素子と、を備えたことを特徴とす
る。
【００１５】前記光アイソレータの導波層は、前記半導
体光素子を構成する半導体材料を用いて形成されている
ことが好ましい。
体光素子を構成する半導体材料を用いて形成されている
ことが好ましい。
【００１６】
【作用】本発明によれば、屈折率が基板よりも小さい下
クラッド層を設けたことにより、上クラッド層を構成す
る磁気光学材料内の光エネルギーを増大させることがで
きるため、磁気光学材料がもたらす非相反な位相変化
（光波の伝搬方向によってふるまいが異なること）を増
大させることができ、光アイソレータの素子寸法を短縮
化することができる。したがって、光アイソレータと光
アイソレータに入射光を供給する半導体光素子とを同一
基板上に形成することにより、光アイソレータと半導体
光素子との位置合わせの問題を回避できることは勿論、
素子寸法の短縮化により光エレクトロニクス装置の小型
化を達成することができる。
クラッド層を設けたことにより、上クラッド層を構成す
る磁気光学材料内の光エネルギーを増大させることがで
きるため、磁気光学材料がもたらす非相反な位相変化
（光波の伝搬方向によってふるまいが異なること）を増
大させることができ、光アイソレータの素子寸法を短縮
化することができる。したがって、光アイソレータと光
アイソレータに入射光を供給する半導体光素子とを同一
基板上に形成することにより、光アイソレータと半導体
光素子との位置合わせの問題を回避できることは勿論、
素子寸法の短縮化により光エレクトロニクス装置の小型
化を達成することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面を
参照して説明する。
参照して説明する。
【００１８】図１は、本発明の実施形態について示した
図であり、同一基板上に光アイソーレータ及び半導体光
能動素子（本例では半導体レーザ）を形成した光エレク
トロニクス装置の主要部の構造を示したものである。図
２は、図１のＡ−Ａ’に沿って切断したときの構造を示
した図である。
図であり、同一基板上に光アイソーレータ及び半導体光
能動素子（本例では半導体レーザ）を形成した光エレク
トロニクス装置の主要部の構造を示したものである。図
２は、図１のＡ−Ａ’に沿って切断したときの構造を示
した図である。
【００１９】基板として化合物半導体基板（１．３μｍ
／１．５５μｍ波長帯であればＩｎＰ）１を用い、この
化合物半導体基板１上には結晶成長された下クラッド層
２（例えば、ＡｌＩｎＡｓＯx 層）が形成されている。
下クラッド層２の屈折率は、化合物半導体基板１の屈折
率よりも小さい。下クラッド層２が形成された化合物半
導体基板１には、半導体材料を用いて結晶成長された導
波層３（例えば、Ｇａ 1-x Ｉｎx Ａｓ1-y Ｐy 層）が形
成されている。導波層３上には、磁性ガーネットなどの
磁気光学材料からなる上クラッド層４が形成されてい
る。また、上クラッド層４上には、磁気光学材料の磁化
を所定の方向に揃えるために外部から磁界を印可する磁
界印加手段５が設けられている。
／１．５５μｍ波長帯であればＩｎＰ）１を用い、この
化合物半導体基板１上には結晶成長された下クラッド層
２（例えば、ＡｌＩｎＡｓＯx 層）が形成されている。
下クラッド層２の屈折率は、化合物半導体基板１の屈折
率よりも小さい。下クラッド層２が形成された化合物半
導体基板１には、半導体材料を用いて結晶成長された導
波層３（例えば、Ｇａ 1-x Ｉｎx Ａｓ1-y Ｐy 層）が形
成されている。導波層３上には、磁性ガーネットなどの
磁気光学材料からなる上クラッド層４が形成されてい
る。また、上クラッド層４上には、磁気光学材料の磁化
を所定の方向に揃えるために外部から磁界を印可する磁
界印加手段５が設けられている。
【００２０】下クラッド層２は、非相反な位相変化を増
大させる目的で設けられたものであり、少なくとも図に
示すような位置に挿入されていればよいが、光アイソレ
ータ領域の基板上全面に形成されていてもよい。また、
下クラッド層２には、一般的に半導体層又は半導体層を
形成した後にこれを酸化して得られる酸化物層を用いる
ことができる。例えば、アルミニウムを含む化合物半導
体（例えば、ＡｌＩｎＡｓ）を結晶成長によって導波層
の下に形成し、その後で化合物半導体を酸化することに
より、下クラッド層の屈折率を低減することができる。
大させる目的で設けられたものであり、少なくとも図に
示すような位置に挿入されていればよいが、光アイソレ
ータ領域の基板上全面に形成されていてもよい。また、
下クラッド層２には、一般的に半導体層又は半導体層を
形成した後にこれを酸化して得られる酸化物層を用いる
ことができる。例えば、アルミニウムを含む化合物半導
体（例えば、ＡｌＩｎＡｓ）を結晶成長によって導波層
の下に形成し、その後で化合物半導体を酸化することに
より、下クラッド層の屈折率を低減することができる。
【００２１】導波層３は、半導体レーザの導波層を構成
する半導体材料を用いて、半導体レーザの導波層と同一
工程で形成される。すなわち、光アイソレータと半導体
レーザの導波層を同種の半導体材料によって同時に結晶
成長した後、同一のリソグラフィ工程によって光アイソ
レータと半導体レーザの導波路パターンが一括して形成
される。
する半導体材料を用いて、半導体レーザの導波層と同一
工程で形成される。すなわち、光アイソレータと半導体
レーザの導波層を同種の半導体材料によって同時に結晶
成長した後、同一のリソグラフィ工程によって光アイソ
レータと半導体レーザの導波路パターンが一括して形成
される。
【００２２】また、１．３μｍ／１．５５μｍの光ファ
イバ通信波長帯においては、上クラッド層４の磁気光学
材料として、組成式Ｒ3 Ｆｅ5 Ｏ12（Ｒは希土類元素を
表す）で表される希土類鉄ガーネットが通常用いられ
る。この場合、磁気光学材料には適当な基板上に結晶成
長されたものが用いられるが（この基板は上クラッド層
４と磁界印加手段５との間に位置する）、図ではこの基
板は省略している。
イバ通信波長帯においては、上クラッド層４の磁気光学
材料として、組成式Ｒ3 Ｆｅ5 Ｏ12（Ｒは希土類元素を
表す）で表される希土類鉄ガーネットが通常用いられ
る。この場合、磁気光学材料には適当な基板上に結晶成
長されたものが用いられるが（この基板は上クラッド層
４と磁界印加手段５との間に位置する）、図ではこの基
板は省略している。
【００２３】また、本例では磁界印加手段５として、同
極性が対向するように配置された一対の小型永久磁石を
用いているが、上クラッド層４に用いる磁気光学材料の
磁化を所定の方向に揃えるために、小型永久磁石と同様
の機能を有するものであればよい。また、磁界印加手段
５を設けずに、上クラッド層４に用いる磁気光学材料自
体を予め磁化させておくようにしてもよい。
極性が対向するように配置された一対の小型永久磁石を
用いているが、上クラッド層４に用いる磁気光学材料の
磁化を所定の方向に揃えるために、小型永久磁石と同様
の機能を有するものであればよい。また、磁界印加手段
５を設けずに、上クラッド層４に用いる磁気光学材料自
体を予め磁化させておくようにしてもよい。
【００２４】図１の構造と従来技術の項で説明した図６
の構造との対比からわかるように、図１に示した構造で
は、導波層３の直下に基板１に比べて屈折率の低い下ク
ラッド層２を設けていることに特徴がある。この下クラ
ッド層２の屈折率が、従来形のクラッド層すなわち基板
材料に比べて低いために、上クラッド層４の磁気光学材
料がもたらす非相反な位相変化を増大させることがで
き、これによって光アイソレータの小型化が達成され
る。
の構造との対比からわかるように、図１に示した構造で
は、導波層３の直下に基板１に比べて屈折率の低い下ク
ラッド層２を設けていることに特徴がある。この下クラ
ッド層２の屈折率が、従来形のクラッド層すなわち基板
材料に比べて低いために、上クラッド層４の磁気光学材
料がもたらす非相反な位相変化を増大させることがで
き、これによって光アイソレータの小型化が達成され
る。
【００２５】次に、本実施形態に係る光アイソレータの
動作原理について図３を参照して説明する。図３は、図
１に示した光アイソレータの主要部の構造を模式的に示
したものである。
動作原理について図３を参照して説明する。図３は、図
１に示した光アイソレータの主要部の構造を模式的に示
したものである。
【００２６】前進波、すなわち半導体レーザから出力さ
れた光は、ポート１１から光アイソレータに入射する。
この光波は、分岐・結合器２１によって、同振幅で同位
相の光波に分岐され、それぞれ導波路３１と導波路３２
を伝搬する。導波路３１と導波路３２を伝搬する光波
は、磁気光学材料によって生じる非相反な位相変化を受
ける。導波路３１と導波路３２が受ける非相反な位相変
化（導波路３１の位相変化量−導波路３２の位相変化
量）が−π／２になるように調節されている。通常は外
部から磁界を印加し、磁気光学材料の示す磁気光学効果
が飽和している状態で使用するため、非相反な位相変化
量は、導波路の層構造（上クラッド層、導波層及び下ク
ラッド層の各屈折率と、磁気光学材料がどの層に用いら
れているか）と、光波が磁気光学材料の影響を受ける伝
搬長とで決まる。導波路３１と導波路３２は、各々の導
波路を伝搬する光波が、非相反位相変化に加えて＋π／
２の位相変化を受けるように光路差が設けてある。導波
路３１及び導波路３２を伝搬し、分岐・結合器２２に到
達した光波は、ポート１２から出力されるように結合さ
れる。
れた光は、ポート１１から光アイソレータに入射する。
この光波は、分岐・結合器２１によって、同振幅で同位
相の光波に分岐され、それぞれ導波路３１と導波路３２
を伝搬する。導波路３１と導波路３２を伝搬する光波
は、磁気光学材料によって生じる非相反な位相変化を受
ける。導波路３１と導波路３２が受ける非相反な位相変
化（導波路３１の位相変化量−導波路３２の位相変化
量）が−π／２になるように調節されている。通常は外
部から磁界を印加し、磁気光学材料の示す磁気光学効果
が飽和している状態で使用するため、非相反な位相変化
量は、導波路の層構造（上クラッド層、導波層及び下ク
ラッド層の各屈折率と、磁気光学材料がどの層に用いら
れているか）と、光波が磁気光学材料の影響を受ける伝
搬長とで決まる。導波路３１と導波路３２は、各々の導
波路を伝搬する光波が、非相反位相変化に加えて＋π／
２の位相変化を受けるように光路差が設けてある。導波
路３１及び導波路３２を伝搬し、分岐・結合器２２に到
達した光波は、ポート１２から出力されるように結合さ
れる。
【００２７】後退波、すなわちポート１２から光アイソ
レータを通って半導体レーザに向かう光波は、分岐・結
合器２２によって同振幅で同位相の光波に分岐され、そ
れぞれ導波路３１と導波路３２を伝搬する。磁気光学効
果によって発生する非相反な位相変化は、前進波に対す
る非相反な位相変化と異符号で生ずる。すなわち、導波
路３１と導波路３２が受ける非相反な位相変化は＋π／
２になる。導波路３１と３２との光路差によって生ずる
位相変化＋π／２に、この非相反な位相変化＋π／２が
加わり、導波路３１と導波路３２を伝搬して分岐・結合
器２１に到達した光波は、互いにπの位相差を持つこと
になる。このような光波が分岐・結合器２１に入射した
場合、分岐・結合器が有する特性により、出力光はポー
ト１１からではなく、ポート１３とポート１４から出力
される。
レータを通って半導体レーザに向かう光波は、分岐・結
合器２２によって同振幅で同位相の光波に分岐され、そ
れぞれ導波路３１と導波路３２を伝搬する。磁気光学効
果によって発生する非相反な位相変化は、前進波に対す
る非相反な位相変化と異符号で生ずる。すなわち、導波
路３１と導波路３２が受ける非相反な位相変化は＋π／
２になる。導波路３１と３２との光路差によって生ずる
位相変化＋π／２に、この非相反な位相変化＋π／２が
加わり、導波路３１と導波路３２を伝搬して分岐・結合
器２１に到達した光波は、互いにπの位相差を持つこと
になる。このような光波が分岐・結合器２１に入射した
場合、分岐・結合器が有する特性により、出力光はポー
ト１１からではなく、ポート１３とポート１４から出力
される。
【００２８】このように、ポート１１から入射した前進
波はポート１２から出力されるが、ポート１２から入射
した後退波（反射波）はポート１１からは出力されない
ため、ポート１１とポート１２の間でアイソレータ動作
が得られる。
波はポート１２から出力されるが、ポート１２から入射
した後退波（反射波）はポート１１からは出力されない
ため、ポート１１とポート１２の間でアイソレータ動作
が得られる。
【００２９】次に、下クラッド層の屈折率がデバイス長
に及ぼす影響について説明する。
に及ぼす影響について説明する。
【００３０】上述した動作原理からわかるように、分岐
・結合器の長さ、非相反位相効果を与える部分（以下、
非相反移相器長と称する）及びπ／２の光路差を与える
長さによって、光アイソレータの素子長が決まる。これ
らの中で、π／２の光路差は、波長の１／４、すなわち
サブミクロン程度の長さであり、素子全体の長さに占め
る割合は無視できるほど短い。また、分岐・結合器の長
さは、結合導波路の設計によって変化するが、概ね数百
μｍ程度である。したがって、アイソレータの長さを短
くするためには、非相反移相器長を短縮することが効果
的である。
・結合器の長さ、非相反位相効果を与える部分（以下、
非相反移相器長と称する）及びπ／２の光路差を与える
長さによって、光アイソレータの素子長が決まる。これ
らの中で、π／２の光路差は、波長の１／４、すなわち
サブミクロン程度の長さであり、素子全体の長さに占め
る割合は無視できるほど短い。また、分岐・結合器の長
さは、結合導波路の設計によって変化するが、概ね数百
μｍ程度である。したがって、アイソレータの長さを短
くするためには、非相反移相器長を短縮することが効果
的である。
【００３１】非相反移相器長を短縮するために、本発明
では導波層の下に位置する下クラッド層の屈折率を小さ
くすることが効果的であることを見出している。
では導波層の下に位置する下クラッド層の屈折率を小さ
くすることが効果的であることを見出している。
【００３２】導波層を屈折率３．３６のＧａ1-x Ｉｎx
Ａｓ1-y Ｐy （バンドギャップ波長１．２５μｍ）、上
クラッド層を（ＹＣｅ）3 Ｆｅ5 Ｏ12（屈折率２．２
２、ファラデー回転係数−４５００度／ｃｍ）で導波路
を形成した場合に、下クラッド層の屈折率ｎをパラメー
タとして、導波層の厚さに対して単位長さあたりの非相
反位相変化の大きさを、波長１．５５μｍで計算した結
果を図４に示す。
Ａｓ1-y Ｐy （バンドギャップ波長１．２５μｍ）、上
クラッド層を（ＹＣｅ）3 Ｆｅ5 Ｏ12（屈折率２．２
２、ファラデー回転係数−４５００度／ｃｍ）で導波路
を形成した場合に、下クラッド層の屈折率ｎをパラメー
タとして、導波層の厚さに対して単位長さあたりの非相
反位相変化の大きさを、波長１．５５μｍで計算した結
果を図４に示す。
【００３３】図４から明らかなように、ＩｎＰ基板（ｎ
＝３．１７）を直接下クラッド層として用いた場合、非
相反移相器長が最も短くなるように導波層の厚さを選ん
でも、非相反移相器として必要な伝搬長は約５．９７ｍ
ｍ（約（π／２）／０．２６３）である。これに比し
て、下クラッド層の屈折率が小さくなるほど非相反な位
相変化は大きくなる。例えば、屈折率２．５の材料（Ａ
ｌＩｎＡｓを酸化処理すると屈折率は２．３〜２．５と
なる）を用いた場合、非相反移相器長が最も短くなるよ
うに導波層の厚さを選べば、非相反移相器として必要な
伝搬長は約０．５２ｍｍ（約（π／２）／３．０）とな
る。また、下クラッド層として最も低い屈折率は１．０
であり、この場合に非相反移相器長を最も短くすること
ができるが、これは下クラッド層を除去する（空洞化す
る）ことを意味する。
＝３．１７）を直接下クラッド層として用いた場合、非
相反移相器長が最も短くなるように導波層の厚さを選ん
でも、非相反移相器として必要な伝搬長は約５．９７ｍ
ｍ（約（π／２）／０．２６３）である。これに比し
て、下クラッド層の屈折率が小さくなるほど非相反な位
相変化は大きくなる。例えば、屈折率２．５の材料（Ａ
ｌＩｎＡｓを酸化処理すると屈折率は２．３〜２．５と
なる）を用いた場合、非相反移相器長が最も短くなるよ
うに導波層の厚さを選べば、非相反移相器として必要な
伝搬長は約０．５２ｍｍ（約（π／２）／３．０）とな
る。また、下クラッド層として最も低い屈折率は１．０
であり、この場合に非相反移相器長を最も短くすること
ができるが、これは下クラッド層を除去する（空洞化す
る）ことを意味する。
【００３４】次に、図１に示したような構造を得るため
の製造工程について説明する。
の製造工程について説明する。
【００３５】まず、ＭＯＣＶＤ法などの結晶成長法を用
いて、化合物半導体基板（ＩｎＰ基板）上に下クラッド
層（ＡｌＩｎＡｓ層）及び導波層（Ｇａ1-x Ｉｎx Ａｓ
1-yＰy 層）を結晶成長させる（工程ａ）。
いて、化合物半導体基板（ＩｎＰ基板）上に下クラッド
層（ＡｌＩｎＡｓ層）及び導波層（Ｇａ1-x Ｉｎx Ａｓ
1-yＰy 層）を結晶成長させる（工程ａ）。
【００３６】半導体レーザや半導体光増幅器などの光能
動素子を一体集積化して作製する場合には、工程ａの結
晶成長の段階で、選択結晶成長法などの方法により、能
動素子の領域と光アイソレータの領域に、それぞれ適当
な組成を有する結晶層を成長させる（工程ｂ）。
動素子を一体集積化して作製する場合には、工程ａの結
晶成長の段階で、選択結晶成長法などの方法により、能
動素子の領域と光アイソレータの領域に、それぞれ適当
な組成を有する結晶層を成長させる（工程ｂ）。
【００３７】工程ｂの段階で、光アイソレータの導波層
上にクラッド層が成長された場合には、光アイソレータ
の導波層が露出するようにこれを除去する（工程ｃ）。
上にクラッド層が成長された場合には、光アイソレータ
の導波層が露出するようにこれを除去する（工程ｃ）。
【００３８】次に、光アイソレータの導波路をエッチン
グによって加工し、横方向に光波が閉じこめられて伝搬
する光導波路を形成する。この段階で、アイソレータの
導波路とレーザ（特にレーザ活性領域）の導波路のパタ
ーニングを同時に行うことによって、アイソレータ及び
レーザそれぞれの導波路の位置合わせが完了する（工程
ｄ）。
グによって加工し、横方向に光波が閉じこめられて伝搬
する光導波路を形成する。この段階で、アイソレータの
導波路とレーザ（特にレーザ活性領域）の導波路のパタ
ーニングを同時に行うことによって、アイソレータ及び
レーザそれぞれの導波路の位置合わせが完了する（工程
ｄ）。
【００３９】次に、アイソレータの導波層直下の下クラ
ッド層を選択的に酸化処理し、下クラッド層として屈折
率の低い層を形成する。例えば、図５に示すように、酸
化させる層の一部を露出させ、酸化雰囲気に晒すことに
よってこの層の内部へ酸化を進行させることができる。
酸化処理の方法としては、水蒸気を含む窒素ガスを流し
ながら試料を５００℃程度の温度に加熱する方法があげ
られる（工程ｅ）。
ッド層を選択的に酸化処理し、下クラッド層として屈折
率の低い層を形成する。例えば、図５に示すように、酸
化させる層の一部を露出させ、酸化雰囲気に晒すことに
よってこの層の内部へ酸化を進行させることができる。
酸化処理の方法としては、水蒸気を含む窒素ガスを流し
ながら試料を５００℃程度の温度に加熱する方法があげ
られる（工程ｅ）。
【００４０】次に、導波路上に、上クラッド層として磁
気光学材料を接合する。この際、導波層と上クラッド層
との間に、磁気光学材料以外の材料（例えば接着剤な
ど）が挿入されると、導波路を伝搬する光波に対して磁
気光学効果が有効に作用しないため、導波層と磁気光学
材料（上クラッド層）を直接接合させることが重要であ
る。ダイレクトボンディングを用いれば、このようなこ
とを達成することができる（工程ｆ）。
気光学材料を接合する。この際、導波層と上クラッド層
との間に、磁気光学材料以外の材料（例えば接着剤な
ど）が挿入されると、導波路を伝搬する光波に対して磁
気光学効果が有効に作用しないため、導波層と磁気光学
材料（上クラッド層）を直接接合させることが重要であ
る。ダイレクトボンディングを用いれば、このようなこ
とを達成することができる（工程ｆ）。
【００４１】なお、光能動素子のデバイス加工を行う必
要がある場合には、工程ｄと工程ｅの間、工程ｅと工程
ｆの間、或いは工程ｆよりも後に行えばよい。特に、酸
化処理によって光能動素子が影響を受けるおそれがある
場合には、光能動素子部分を適当な保護材で取り囲み、
酸化の影響を受けないようにする。また、ダイレクトボ
ンディングなどの接合加工の際にも、同様の配慮が必要
である。
要がある場合には、工程ｄと工程ｅの間、工程ｅと工程
ｆの間、或いは工程ｆよりも後に行えばよい。特に、酸
化処理によって光能動素子が影響を受けるおそれがある
場合には、光能動素子部分を適当な保護材で取り囲み、
酸化の影響を受けないようにする。また、ダイレクトボ
ンディングなどの接合加工の際にも、同様の配慮が必要
である。
【００４２】以上、本発明の実施形態を説明したが、本
発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その趣
旨を逸脱しない範囲内において種々変形して実施するこ
とが可能である。
発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その趣
旨を逸脱しない範囲内において種々変形して実施するこ
とが可能である。
【００４３】
【発明の効果】本発明によれば、屈折率が基板よりも小
さい下クラッド層を設けたので、磁気光学材料によって
生じる非相反な位相変化を増大させることができる。し
たがって、光アイソレータの素子寸法を短縮化すること
ができ、光エレクトロニクス装置の小型化をはかること
ができる。
さい下クラッド層を設けたので、磁気光学材料によって
生じる非相反な位相変化を増大させることができる。し
たがって、光アイソレータの素子寸法を短縮化すること
ができ、光エレクトロニクス装置の小型化をはかること
ができる。
【図１】本発明の実施形態に係り、同一基板上に光アイ
ソーレータ及び半導体光能動素子を形成した光エレクト
ロニクス装置の構造例を示した図。
ソーレータ及び半導体光能動素子を形成した光エレクト
ロニクス装置の構造例を示した図。
【図２】図１の一部を拡大して示した図。
【図３】本発明の実施形態に係る光アイソレータについ
て、主要部の構造を模式的に示した図。
て、主要部の構造を模式的に示した図。
【図４】導波層の厚さと単位長さあたりの非相反位相変
化との関係について、下クラッド層の屈折率をパラメー
タとして計算した結果を示した図。
化との関係について、下クラッド層の屈折率をパラメー
タとして計算した結果を示した図。
【図５】本発明の実施形態に係る光エレクトロニクス装
置の製造工程の一部を説明するための図。
置の製造工程の一部を説明するための図。
【図６】従来技術に係る光エレクトロニクス装置の構造
例を示した図。
例を示した図。
１…化合物半導体基板 ２…下クラッド層 ３…導波層 ４…上クラッド層 ５…磁界印加手段 １１、１２、１３、１４…ポート ２１、２２…分岐・結合器 ３１、３２…導波路
Claims (5)
- 【請求項１】基板上に形成され、屈折率が該基板よりも
小さい下クラッド層と、 前記下クラッド層が形成された基板上に半導体材料を用
いて形成され、第１の導波路及び第２の導波路を有する
導波層と、 前記導波層上に磁気光学材料を用いて形成され、前記第
１及び第２の導波路を伝搬する光波の少なくとも一方に
対して非相反な位相変化を生じさせることにより、第１
及び第２の導波路を伝搬する光波どうしに位相差を生じ
させる上クラッド層と、 を備えたことを特徴とする光アイソレータ。 - 【請求項２】前記第１及び第２の導波路は、前記上クラ
ッド層下に対応する第１の領域と、それ以外の第２の領
域とを有し、 第１の領域における非相反な位相変化及び第２の領域に
おける光路差により、前進波に対しては第１及び第２の
導波路を伝搬した光波どうしが同位相となり、後退波に
対しては第１及び第２の導波路を伝搬した光波どうしが
逆位相となるよう構成されていることを特徴とする請求
項１に記載の光アイソレータ。 - 【請求項３】前記下クラッド層は、半導体又は半導体の
酸化物によって構成されていることを特徴とする請求項
１又は２に記載の光アイソレータ。 - 【請求項４】請求項１乃至３のいずれかに記載の光アイ
ソレータと、 該光アイソレータが形成された基板と同一基板上に形成
され、該光アイソレータに入射光を供給する半導体光素
子と、 を備えたことを特徴とする光エレクトロニクス装置。 - 【請求項５】前記光アイソレータの導波層は、前記半導
体光素子を構成する半導体材料を用いて形成されている
ことを特徴とする請求項４に記載の光エレクトロニクス
装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000168945A JP2001350039A (ja) | 2000-06-06 | 2000-06-06 | 光アイソレータ及び光エレクトロニクス装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000168945A JP2001350039A (ja) | 2000-06-06 | 2000-06-06 | 光アイソレータ及び光エレクトロニクス装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001350039A true JP2001350039A (ja) | 2001-12-21 |
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ID=18671881
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|---|---|---|---|
| JP2000168945A Pending JP2001350039A (ja) | 2000-06-06 | 2000-06-06 | 光アイソレータ及び光エレクトロニクス装置 |
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|---|---|
| JP (1) | JP2001350039A (ja) |
Cited By (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3407046B1 (ja) | 2002-04-11 | 2003-05-19 | 東京工業大学長 | 干渉計型光アイソレータ及び光サーキュレータ |
| WO2007088998A1 (ja) * | 2006-01-31 | 2007-08-09 | Tokyo Institute Of Technology | 光アイソレータ |
| WO2007088991A1 (ja) * | 2006-01-31 | 2007-08-09 | Tokyo Institute Of Technology | 集積型光アイソレータ |
| WO2007094515A1 (ja) * | 2006-02-17 | 2007-08-23 | Mitsumi Electric Co., Ltd. | 導波路型光アイソレータ及び導波路型光アイソレータに用いられる磁石ホルダ |
| WO2009081487A1 (ja) * | 2007-12-25 | 2009-07-02 | Shibaura Institute Of Technology | 光非相反素子、光非相反素子製造方法 |
| WO2009081488A1 (ja) * | 2007-12-25 | 2009-07-02 | Shibaura Institute Of Technology | 光非相反素子、光非相反素子製造方法 |
| WO2009107194A1 (ja) * | 2008-02-25 | 2009-09-03 | 学校法人芝浦工業大学 | 光非相反素子製造方法 |
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| US8306371B2 (en) | 2008-08-27 | 2012-11-06 | Shibaura Institute Of Technology | Method for manufacturing optical nonreciprocal element, and optical nonreciprocal element |
| CN104749706A (zh) * | 2015-03-13 | 2015-07-01 | 华为技术有限公司 | 一种硅光隔离器 |
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