JP2723754B2 - 半導体方向性結合器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、複数の半導体光導波路
とこれらに挟まれた相互作用領域とからなる半導体方向
性結合器に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図２は従来の半導体方向性結合器の一例
を示すもので、ｎ型半導体基板１上にｎ型下部クラッド
層２及びノンドープコア層３を堆積し、その上に複数、
ここでは２つの互いに平行に配置された半導体光導波路
ａ，ｂを形成するｐ型上部クラッド層４を堆積し、さら
にｎ型半導体基板１の下部にｎ型オーミック電極５を取
付けるとともに、ｐ型上部クラッド層４上にｐ型オーミ
ック電極６を取付けてなっている（麦 他「半導体方向
性結合器型光モードスプリッタ」１９９０年電子情報通
信学会秋季大会予稿集Ｃ−２１６）。

【０００３】前記構成において、ｎ型オーミック電極５
とｐ型オーミック電極６との間に順バイアス電流を注入
する又は逆バイアス電圧を印加する、という電気的作用
を加えると、半導体光導波路ａ，ｂとこれらに挟まれた
相互作用領域ｃとの屈折率が調整され、方向性結合器と
して機能する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、通常の単一
モード光ファイバを通して伝送される信号光にはＴＥ偏
波の導波光とＴＭ偏波の導波光とが存在する。このた
め、方向性結合器においてはＴＥ偏波に対する結合係数
とＴＭ偏波に対する結合係数とを等しくする必要があ
る。

【０００５】しかしながら、一般に、半導体光導波路に
電気的作用を加えると各結合係数が異なる変化を示すた
め、前述した従来の半導体方向性結合器、即ち半導体光
導波路ａ，ｂと相互作用領域ｃとに同様な電気的作用を
加える半導体方向性結合器では、ＴＥ偏波に対する結合
係数とＴＭ偏波に対する結合係数とを個別に調整でき
ず、偏波依存性が生ずるという問題があった。

【０００６】本発明は前記従来の問題点に鑑み、導波光
に対して偏波無依存動作可能な半導体方向性結合器を提
供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明では前記目的を達
成するため、半導体基板上に設けられた複数の半導体光
導波路と、これらに挟まれた相互作用領域とからなる半
導体方向性結合器において、前記複数の半導体光導波路
の側面に絶縁性薄膜を形成するとともに、各半導体光導
波路及び相互作用領域にそれぞれ電極を形成し、該電極
を通して半導体光導波路にバイアス電圧を印加し且つ相
互作用領域にバイアス電流を注入する又は半導体光導波
路にバイアス電流を注入し且つ相互作用領域にバイアス
電圧を印加するようになした半導体方向性結合器を提案
する。

【０００８】

【作用】本発明によれば、複数の半導体光導波路とこれ
らに挟まれた相互作用領域とは絶縁性薄膜によって電気
的に絶縁されるとともに、各電極を介して異なる電気的
作用が加えられ、これによってＴＥ偏波に対する結合係
数とＴＭ偏波に対する結合係数とが個別に調整される。

【０００９】

【実施例】図１は本発明の半導体方向性結合器の一実施
例を示すもので、図中、１１はｎ型ＩｎＰ基板である。
また、１２はｎ型ＩｎＰ下部クラッド層、１３はノンド
ープＩｎＧａＡｓＰコア層、１４はｐ型ＩｎＰ上部クラ
ッド層であって、これらは半導体光導波路Ａ，Ｂを構成
する。また、１５は絶縁性薄膜、１６は相互作用領域を
構成するｎ型ＩｎＰ層、１７，１８はｎ型オーミック電
極、１９はｐ型オーミック電極である。この半導体方向
性結合器の製造は以下の工程で行う。

【００１０】(1) ｎ型ＩｎＰ基板１１上にＭＯＶＰＥ法
を用いて厚さ０．５μｍのｎ型ＩｎＰ下部クラッド層１
２、厚さ０．２μｍのノンドープＩｎＧａＡｓＰコア層
１３、厚さ１μｍのｐ型ＩｎＰ上部クラッド層１４を順
次、エピタキシャル成長させる。 (2) ハロゲン系ＲＩＥ法を用いて幅２μｍ、長さ５００
μｍ、間隔２μｍの二本のストライプ状にｎ型ＩｎＰ基
板１１が露出するまでエッチングを行う。 (3) 前記ストライプ、即ち半導体光導波路Ａ，Ｂの側面
にプラズマＣＶＤ法を用いて厚さ０．１μｍの窒化硅素
膜１５を形成する。 (4) ｎ型ＩｎＰ基板１１が露出した部分にＭＯＶＰＥ法
を用いて選択的に厚さ１．７μｍのｎ型ＩｎＰ層１６を
埋め込み成長させる。 (5) ｎ型ＩｎＰ基板１１の裏面及び二つの半導体光導波
路Ａ，Ｂ間のｎ型ＩｎＰ層１６、即ち相互作用領域Ｃ上
にそれぞれｎ型オーミック電極１７及び１８を形成し、
二つの半導体光導波路Ａ，Ｂ上にｐ型オーミック電極１
９を形成する。

【００１１】前記構成において、電極１７及び１９間の
半導体光導波路Ａ，Ｂに逆バイアス電圧を印加し、電極
１７及び１８間の相互作用領域Ｃに電流を注入して動作
させると、半導体光導波路Ａ，Ｂと相互作用領域Ｃとは
絶縁性薄膜１５によって電気的に絶縁されているので、
両者にそれぞれ異なる電気的作用が加わることになる。

【００１２】図３は前述した半導体方向性結合器に電気
的作用を加えた時の結合係数の変化の測定結果を示すも
のである。同図(a) は電極１７及び１９間に電圧を印加
した場合の結果であり、電気光学効果によってＴＥ偏波
の結合係数のみが大きく変化している。一方、同図(b)
は電極１７及び１８間に電流を注入した場合の結果であ
り、プラズマ効果によってＴＥ偏波、ＴＭ偏波とも同程
度の変化が起きている。

【００１３】ここで、前記半導体方向性結合器を結合係
数πの結合器として使用する場合の調整法を説明する
と、まず、図３(b) を参考にして、電極１７及び１８間
の電流を調整してＴＭ偏波の結合係数をπとする。この
状態で図３(a) を参考にして、電極１７及び１９間の電
圧を調整してＴＥ偏波の結合係数をπとする。この際、
電極１７及び１９間の電圧の調整により、図３(a) に示
すようにＴＭ偏波の結合係数もわずかに変化するので、
さらに電流の調整と電圧の調整を繰返す。以上の操作に
より、本半導体方向性結合器が結合係数πの結合器とし
て偏波無依存で動作することが確認された。

【００１４】前記実施例では相互作用領域以外の埋め込
み層も相互作用領域と同じｎ型ＩｎＰとしたが、ここに
用いる材料は光導波路の実効屈折率よりも低い材料であ
れば導電型（ｎ型か、ｐ型か）に関係なく同様の効果が
期待できる。また、前記実施例では半導体光導波路と相
互作用領域とを電気的に絶縁するために窒化硅素膜を用
いたが、酸化硅素膜や酸化チタン膜等の他の誘電体薄膜
を用いても同様の効果が期待できる。また、半導体光導
波路を多重量子井戸（ＭＱＷ）構造としても同様の効果
が期待できる。さらに、前記実施例では半導体光導波路
に電圧を印加し、相互作用領域に電流を注入したが、半
導体光導波路に電流を注入し、相互作用領域に電圧を印
加した場合でも同様に偏波無依存で動作させることが可
能である。なお、この場合は相互作用領域にｐｎ接合を
形成すれば良い。さらに、半導体光導波路又は相互作用
領域に電流を注入する方法としては、それぞれの長さ方
向のほぼ両端に電極を形成して、これらの電極間に長さ
方向に電流を流すことも可能である。

【００１５】前記実施例では半導体方向性結合器につい
て説明したが、同様にして半導体方向性結合器型偏波分
離器、半導体方向性結合器型光スイッチ、半導体方向性
結合器型変調器等の光素子を製作することも可能であ
る。

【００１６】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、複
数の半導体光導波路の側面に絶縁性薄膜を形成するとと
もに、各半導体光導波路及び相互作用領域にそれぞれ電
極を形成し、前記電極を通して半導体光導波路にバイア
ス電圧を印加し且つ相互作用領域にバイアス電流を注入
する又は半導体光導波路にバイアス電流を注入し且つ相
互作用領域にバイアス電圧を印加するようになしたた
め、ＴＥ偏波に対する結合係数とＴＭ偏波に対する結合
係数とを個別に調整でき、従って、導波光に対して偏波
無依存動作可能な半導体方向性結合器を実現できる利点
がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の半導体方向性結合器の一実施例を示す
構成図

【図２】従来の半導体方向性結合器の一例を示す構成図

【図３】図１の半導体方向性結合器における印加電圧及
び注入電流に対する結合係数の変化の測定結果を示す図

【符号の説明】

１１…ｎ型ＩｎＰ基板、１２…ｎ型ＩｎＰ下部クラッド
層、１３…ノンドープＩｎＧａＡｓＰコア層、１４…ｐ
型ＩｎＰ上部クラッド層、１５…絶縁性薄膜、１６…ｎ
型ＩｎＰ層、１７，１８…ｎ型オーミック電極、１９…
ｐ型オーミック電極、Ａ，Ｂ…半導体光導波路、Ｃ…相
互作用領域。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体基板上に設けられた複数の半導体
   光導波路と、これらに挟まれた相互作用領域とからなる
   半導体方向性結合器において、 前記複数の半導体光導波路の側面に絶縁性薄膜を形成す
   るとともに、各半導体光導波路及び相互作用領域にそれ
   ぞれ電極を形成し、 該電極を通して半導体光導波路にバイアス電圧を印加し
   且つ相互作用領域にバイアス電流を注入する又は半導体
   光導波路にバイアス電流を注入し且つ相互作用領域にバ
   イアス電圧を印加するようになしたことを特徴とする半
   導体方向性結合器。