JP2807355B2 - 半導体光スイッチ素子 - Google Patents
半導体光スイッチ素子Info
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- JP2807355B2 JP2807355B2 JP6295791A JP6295791A JP2807355B2 JP 2807355 B2 JP2807355 B2 JP 2807355B2 JP 6295791 A JP6295791 A JP 6295791A JP 6295791 A JP6295791 A JP 6295791A JP 2807355 B2 JP2807355 B2 JP 2807355B2
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- optical waveguide
- output
- input
- output optical
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は半導体材料から成る光ス
イッチ素子に関し、更に詳しくは、偏波依存性や波長依
存性が少なく、低損失かつ高消光比であり、しかも製造
が容易な新規構造の半導体光スイッチに関する。
イッチ素子に関し、更に詳しくは、偏波依存性や波長依
存性が少なく、低損失かつ高消光比であり、しかも製造
が容易な新規構造の半導体光スイッチに関する。
【０００２】
【従来の技術】最近、半導体材料で構成した多様な導波
路型光スイッチ素子が多く提案されている。これは、こ
のタイプの光スイッチ素子はいずれも全て半導体材料で
製造されているため、他の能動素子とのモノリシックな
集積化が可能となるからである。
路型光スイッチ素子が多く提案されている。これは、こ
のタイプの光スイッチ素子はいずれも全て半導体材料で
製造されているため、他の能動素子とのモノリシックな
集積化が可能となるからである。
【０００３】このような光スイッチ素子としては、例え
ば、Photonic Switching (p35 〜p37 、１９９０年）に
K. Komatsuらが発表し、印加電圧が±２９Ｖで１４dB程
度の消光比を示す方向性結合器型のもの；ＥＣＯＣ '８
９（p531〜p534）にH. Yanagawa らが発表し、注入電流
が２５０mAで２０dB程度の消光比を示すＹ分岐型のも
の；Electronics Letters (Vol26. No.7, p476〜477 、
１９８９年）にC. Wuethrichらが発表し、印加電圧が−
１９〜−２６Ｖで１０数dB程度の消光比を示すマッハツ
エンダー型のもの；更には、IEEE J. of Quantum Elect
ronics (Vol25. No.7, July.１９８９）にF. Itoらが発
表し、注入電流が１００mAで１０数dB程度の消光比を示
すＸ分岐型のものが知られている。
ば、Photonic Switching (p35 〜p37 、１９９０年）に
K. Komatsuらが発表し、印加電圧が±２９Ｖで１４dB程
度の消光比を示す方向性結合器型のもの；ＥＣＯＣ '８
９（p531〜p534）にH. Yanagawa らが発表し、注入電流
が２５０mAで２０dB程度の消光比を示すＹ分岐型のも
の；Electronics Letters (Vol26. No.7, p476〜477 、
１９８９年）にC. Wuethrichらが発表し、印加電圧が−
１９〜−２６Ｖで１０数dB程度の消光比を示すマッハツ
エンダー型のもの；更には、IEEE J. of Quantum Elect
ronics (Vol25. No.7, July.１９８９）にF. Itoらが発
表し、注入電流が１００mAで１０数dB程度の消光比を示
すＸ分岐型のものが知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上記した４種類の光ス
イッチ素子はいずれもモノリシック集積化という点での
問題はないが、しかし、つぎのような欠点を備えてい
る。まず、方向性結合器型のものは、低損失でかつ高消
光比ではあるが、しかし偏波依存性と波長依存性を有し
ているため、実際の光ファイバ通信システムへの組み込
み時に問題を生ずる。
イッチ素子はいずれもモノリシック集積化という点での
問題はないが、しかし、つぎのような欠点を備えてい
る。まず、方向性結合器型のものは、低損失でかつ高消
光比ではあるが、しかし偏波依存性と波長依存性を有し
ているため、実際の光ファイバ通信システムへの組み込
み時に問題を生ずる。
【０００５】Ｙ分岐型のものは、出力側の光導波路にお
ける導波モードをカッオフして動作させるので、偏波無
依存でかつ波長無依存となり、消光比に関しては可成り
良好な特性を有している。しかし一方では、Ｙ分岐点に
おける放射損失が大きく、しかも、分岐角度は約２°程
度の小角であってＹ分岐点近傍の光導波路の間隔が極め
て狭くなっているため、２本の出力側の光導波路に互い
がショートしないように電極を装荷するときの製作精度
が厳しくなるという問題がある。
ける導波モードをカッオフして動作させるので、偏波無
依存でかつ波長無依存となり、消光比に関しては可成り
良好な特性を有している。しかし一方では、Ｙ分岐点に
おける放射損失が大きく、しかも、分岐角度は約２°程
度の小角であってＹ分岐点近傍の光導波路の間隔が極め
て狭くなっているため、２本の出力側の光導波路に互い
がショートしないように電極を装荷するときの製作精度
が厳しくなるという問題がある。
【０００６】また、マッハツエンダー型のものは、偏波
依存性でかつ波長依存性であるうえに、更には低消光比
であるという問題がある。最後に、Ｘ分岐型のものは、
電流注入によるプラズマ効果を利用して動作するので、
偏波無依存でかつ波長無依存でもあるが、しかし、初期
漏話が大きいため高消光比のものが得られず、しかも電
流注入による吸収損失の増大などの問題がある。
依存性でかつ波長依存性であるうえに、更には低消光比
であるという問題がある。最後に、Ｘ分岐型のものは、
電流注入によるプラズマ効果を利用して動作するので、
偏波無依存でかつ波長無依存でもあるが、しかし、初期
漏話が大きいため高消光比のものが得られず、しかも電
流注入による吸収損失の増大などの問題がある。
【０００７】このように、従来から知られている上記４
種類の光スイッチ素子は、偏波依存性でかつ波長依存性
であるかまたは損失が大きいかいずれかの問題がある。
そして、低消光比であることを共通にしている。現在の
光通信システムにおいては、少なくとも２０dB以上の消
光比が要求されているが、この目標値を達成するために
は、上記した光スイッチ素子の場合、その製作精度を一
層厳しく設定しなければならなくなる。
種類の光スイッチ素子は、偏波依存性でかつ波長依存性
であるかまたは損失が大きいかいずれかの問題がある。
そして、低消光比であることを共通にしている。現在の
光通信システムにおいては、少なくとも２０dB以上の消
光比が要求されているが、この目標値を達成するために
は、上記した光スイッチ素子の場合、その製作精度を一
層厳しく設定しなければならなくなる。
【０００８】本発明は上記した問題の全てを解決し、偏
波無依存、波長無依存であり、低損失かつ比較的高消光
比であり、しかも製造が容易であり、更には、出力比を
任意に調節することができる新規構造の半導体光スイッ
チ素子の提供を目的とする。
波無依存、波長無依存であり、低損失かつ比較的高消光
比であり、しかも製造が容易であり、更には、出力比を
任意に調節することができる新規構造の半導体光スイッ
チ素子の提供を目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ために、本発明においては、互いに平行に配設され、か
つ、電気信号導入用電極が装荷されている２本の出力用
光導波路、ならびに、前記出力用光導波路間の中心位置
に配設され、入力端から光の伝搬方向にかけて路幅が漸
減するテーパ光導波路部と該テーパ光導波路部に光接続
する直線光導波路部とから成り、かつ、少なくとも前記
テーパ光導波路部には電気信号導入用電極が装荷されて
いる１本の入力用光導波路を備えていることを特徴とす
る半導体光スイッチ素子が提供される。
ために、本発明においては、互いに平行に配設され、か
つ、電気信号導入用電極が装荷されている２本の出力用
光導波路、ならびに、前記出力用光導波路間の中心位置
に配設され、入力端から光の伝搬方向にかけて路幅が漸
減するテーパ光導波路部と該テーパ光導波路部に光接続
する直線光導波路部とから成り、かつ、少なくとも前記
テーパ光導波路部には電気信号導入用電極が装荷されて
いる１本の入力用光導波路を備えていることを特徴とす
る半導体光スイッチ素子が提供される。
【００１０】本発明の光スイッチ素子の基本構成を平面
パターン図として図１に示す。また、後述する電極装荷
部付近を概略斜視図として図２に示す。本発明の光スイ
ッチ素子においては、まず、路幅がいずれもＷである等
幅の２本の出力用光導波路１，２が、路幅中心間の距離
２Ｓの間隔を置いて互いに高さｇでリッジ状に平行配設
されている。そして、各出力用光導波路１，２には、そ
れぞれ同じく路幅がＷである曲線光導波路３，４を介し
て、路幅Ｗの直線光導波路５，６が互いの路幅中心間の
距離Ｇ0 で光接続されて出力端を構成している。
パターン図として図１に示す。また、後述する電極装荷
部付近を概略斜視図として図２に示す。本発明の光スイ
ッチ素子においては、まず、路幅がいずれもＷである等
幅の２本の出力用光導波路１，２が、路幅中心間の距離
２Ｓの間隔を置いて互いに高さｇでリッジ状に平行配設
されている。そして、各出力用光導波路１，２には、そ
れぞれ同じく路幅がＷである曲線光導波路３，４を介し
て、路幅Ｗの直線光導波路５，６が互いの路幅中心間の
距離Ｇ0 で光接続されて出力端を構成している。
【００１１】出力用光導波路１，２の上には、後述する
電極７，８が装荷され、ここから出力用光導波路１，２
にそれぞれ独立して電気信号が導入できるようになって
いる。出力用光導波路１，２の間には、前記した間隔２
Ｓの中心位置に入力用光導波路９がリッジ状に配設され
ている。
電極７，８が装荷され、ここから出力用光導波路１，２
にそれぞれ独立して電気信号が導入できるようになって
いる。出力用光導波路１，２の間には、前記した間隔２
Ｓの中心位置に入力用光導波路９がリッジ状に配設され
ている。
【００１２】この入力用光導波路９は、出力用光導波路
１，２の一方の端部１ａ，２ａと同一面内に位置する入
力端９ａから光の伝搬方向にかけてその路幅が漸減する
テーパ光導波路部９ｂと、そのテーパ光導波路部９ｂに
光接続する直線光導波路部９ｃとを備えている。すなわ
ち、入力端９ａの路幅をａ、ここから光の伝搬方向への
所望の長さをＬ、長さＬの地点における路幅をｂとした
とき、このテーパ光導波路部９ｂは、路幅が（ａ−ｂ）
／２Ｌの傾きで漸減し、更に、Ｌの地点からは路幅ｂの
直線光導波路部９ｃが光接続して延在している。
１，２の一方の端部１ａ，２ａと同一面内に位置する入
力端９ａから光の伝搬方向にかけてその路幅が漸減する
テーパ光導波路部９ｂと、そのテーパ光導波路部９ｂに
光接続する直線光導波路部９ｃとを備えている。すなわ
ち、入力端９ａの路幅をａ、ここから光の伝搬方向への
所望の長さをＬ、長さＬの地点における路幅をｂとした
とき、このテーパ光導波路部９ｂは、路幅が（ａ−ｂ）
／２Ｌの傾きで漸減し、更に、Ｌの地点からは路幅ｂの
直線光導波路部９ｃが光接続して延在している。
【００１３】そして、少なくともテーパ光導波路部９ｂ
の上には、電極１０が装荷されて、ここからテーパ光導
波路部９ｂに所定の電気信号を導入できるようになって
いる。ここで、上記した各パラメータは、長さＬの部分
（テーパ光導波路部９ｂ）ではこのテーパ光導波路部９
ｂと出力用光導波路１，２の間で導波モードの結合が起
こり得るような値に設定され、また同時に、直線光導波
路部９ｃと出力用光導波路１，２の間では導波モードの
結合が起こらないような値に設定されている。
の上には、電極１０が装荷されて、ここからテーパ光導
波路部９ｂに所定の電気信号を導入できるようになって
いる。ここで、上記した各パラメータは、長さＬの部分
（テーパ光導波路部９ｂ）ではこのテーパ光導波路部９
ｂと出力用光導波路１，２の間で導波モードの結合が起
こり得るような値に設定され、また同時に、直線光導波
路部９ｃと出力用光導波路１，２の間では導波モードの
結合が起こらないような値に設定されている。
【００１４】すなわち、上記した各光導波路を形成する
際に、入力用光導波路９の入力端９ａから光を入力した
とき、その入力光の全てが出力用光導波路１または２に
結合して出力端５または６から出力するように、出力用
光導波路１または２と入力用光導波路９との路幅中心間
の間隔Ｓ、テーパ光導波路部９ｂの路幅ａ，ｂや長さＬ
が設定される。
際に、入力用光導波路９の入力端９ａから光を入力した
とき、その入力光の全てが出力用光導波路１または２に
結合して出力端５または６から出力するように、出力用
光導波路１または２と入力用光導波路９との路幅中心間
の間隔Ｓ、テーパ光導波路部９ｂの路幅ａ，ｂや長さＬ
が設定される。
【００１５】
【作用】まず、本発明の光スイッチ素子は、平行配置さ
れた２本の出力用光導波路の中心位置にテーパ状の入力
用光導波路が配置されているので、この入力用光導波路
から光を入力すると、Y. CaiらがＯＱＥ８８−１４０．
ｐ１７〜ｐ２３で発表したように、ＴＥモードに対して
もまたＴＭモードに対しても略同じような光結合効率が
得られ、同時に、この結合効率の波長依存性は少ない。
すなわち、偏波依存性と波長依存性が少なくなる。
れた２本の出力用光導波路の中心位置にテーパ状の入力
用光導波路が配置されているので、この入力用光導波路
から光を入力すると、Y. CaiらがＯＱＥ８８−１４０．
ｐ１７〜ｐ２３で発表したように、ＴＥモードに対して
もまたＴＭモードに対しても略同じような光結合効率が
得られ、同時に、この結合効率の波長依存性は少ない。
すなわち、偏波依存性と波長依存性が少なくなる。
【００１６】今、全ての電極を動作させることなく、入
力用光導波路９の入力端９ａから光を入力すると、出力
用光導波路１、出力用光導波路２、入力用光導波路９を
伝搬する光パワーの出力比は、ｘ1 ：ｘ1 ：１−２ｘ1
（ここで、ｘ1 は出力用光導波路を伝搬する光パワーで
ある）になる。すなわち、出力用光導波路１，２の出力
端５，６からは同一強度の光パワーが出力する。
力用光導波路９の入力端９ａから光を入力すると、出力
用光導波路１、出力用光導波路２、入力用光導波路９を
伝搬する光パワーの出力比は、ｘ1 ：ｘ1 ：１−２ｘ1
（ここで、ｘ1 は出力用光導波路を伝搬する光パワーで
ある）になる。すなわち、出力用光導波路１，２の出力
端５，６からは同一強度の光パワーが出力する。
【００１７】ここで、例えば電極７からのみ所定の電気
信号を導入する。電気信号としては、所定値の電流や電
圧である。このような電気信号が導入されると、電極直
下に位置する出力用光導波路を構成する半導体材料にお
いてはプラズマ効果やバンドフィリング効果が発現する
ことによってその屈折率が低下する。そのときの屈折率
低下の度合いは、導入した電気信号の大きさによって規
定される。例えば、電気信号が電流であり、この注入電
流値がある値以上になると、電流注入を受けた出力用光
導波路はそこを伝搬する導波モードの全てをカットオフ
するようになる。すなわち、電流注入を受けた出力用光
導波路は、物理的な形状としては存在していても、電磁
気的には光導波路として存在しない状態にすることがで
きる。
信号を導入する。電気信号としては、所定値の電流や電
圧である。このような電気信号が導入されると、電極直
下に位置する出力用光導波路を構成する半導体材料にお
いてはプラズマ効果やバンドフィリング効果が発現する
ことによってその屈折率が低下する。そのときの屈折率
低下の度合いは、導入した電気信号の大きさによって規
定される。例えば、電気信号が電流であり、この注入電
流値がある値以上になると、電流注入を受けた出力用光
導波路はそこを伝搬する導波モードの全てをカットオフ
するようになる。すなわち、電流注入を受けた出力用光
導波路は、物理的な形状としては存在していても、電磁
気的には光導波路として存在しない状態にすることがで
きる。
【００１８】したがって、入力用光導波路９に入力され
た光の全ては、電気信号が導入されていない他の出力用
光導波路２と結合してその出力端６から出力する。つい
で、電極７への電気信号の導入を停止して電極８からの
み電気信号を導入すると、電極８の直下に位置する出力
用光導波路２では導波モードのカットオフが行なわれ、
入力用光導波路９に入力した光は、導波モードのカット
オフ状態が解除された出力用光導波路１と結合してその
出力端５から出力する。
た光の全ては、電気信号が導入されていない他の出力用
光導波路２と結合してその出力端６から出力する。つい
で、電極７への電気信号の導入を停止して電極８からの
み電気信号を導入すると、電極８の直下に位置する出力
用光導波路２では導波モードのカットオフが行なわれ、
入力用光導波路９に入力した光は、導波モードのカット
オフ状態が解除された出力用光導波路１と結合してその
出力端５から出力する。
【００１９】すなわち、電極７，８を動作させることに
より、出力用光導波路１，２の間で０←→１のスイッチ
ング動作を実現することができる。また、この光スイッ
チ素子の場合、電極１０から例えば所定値の電流を注入
することによって、その直下に位置するテーパ光導波路
部９ｂの屈折率を低下せしめて、出力用光導波路１また
は２を伝搬する光の再結合を防止することにより、テー
パ光導波路部９ｂからの光出力を常時ゼロにして、入力
用光導波路９に入力した光を出力用光導波路１と出力光
導波路２に分配する光カプラ素子として機能させること
もできる。
より、出力用光導波路１，２の間で０←→１のスイッチ
ング動作を実現することができる。また、この光スイッ
チ素子の場合、電極１０から例えば所定値の電流を注入
することによって、その直下に位置するテーパ光導波路
部９ｂの屈折率を低下せしめて、出力用光導波路１また
は２を伝搬する光の再結合を防止することにより、テー
パ光導波路部９ｂからの光出力を常時ゼロにして、入力
用光導波路９に入力した光を出力用光導波路１と出力光
導波路２に分配する光カプラ素子として機能させること
もできる。
【００２０】この場合、電極７，８から導入する電気信
号の値をそれぞれ独立して任意に選定すれば、各電極の
直下に位置する出力用光導波路における屈折率低下量を
適宜に変化させることができるので、出力用光導波路
１，出力用光導波路２からの出力比をｘ2 ：１−ｘ
2 （ｘ2 は一方の出力用光導波路からの出力パワー）に
することができる。
号の値をそれぞれ独立して任意に選定すれば、各電極の
直下に位置する出力用光導波路における屈折率低下量を
適宜に変化させることができるので、出力用光導波路
１，出力用光導波路２からの出力比をｘ2 ：１−ｘ
2 （ｘ2 は一方の出力用光導波路からの出力パワー）に
することができる。
【００２１】
【実施例】図１の平面パターン図および図２の概略斜視
図で示したような光スイッチ素子を製造した。図におい
て、ａ：4.０μｍ，ｂ：2.０μｍ，Ｌ：１4.２８５mm，
Ｗ：3.６μｍ，Ｓ：5.８μｍ，各光導波路の路高ｇ：1.
０μｍである。したがって、テーパ光導波路部９ｂの路
幅の傾きは0.０００１４である。
図で示したような光スイッチ素子を製造した。図におい
て、ａ：4.０μｍ，ｂ：2.０μｍ，Ｌ：１4.２８５mm，
Ｗ：3.６μｍ，Ｓ：5.８μｍ，各光導波路の路高ｇ：1.
０μｍである。したがって、テーパ光導波路部９ｂの路
幅の傾きは0.０００１４である。
【００２２】この光スイッチ素子のテーパ光導波路部９
ｂ，直線光導波路部９ｃは、それぞれ、図１の III−II
I 線に沿う断面図である図３，図１のIV−IV線に沿う断
面図である図４で示すような構成になっている。すなわ
ち、ＡｕＧｅＮｉ／Ａｕから成る下部電極１１の上に、
ＭＯＣＶＤ法によって、ｎ+ ＧａＡｓから成る基板１
２，ｎ+ ＧａＡｓから成る厚み0.５μｍのバッファ層１
３，ｎ+ Ｇａ0.9 Ａｌ0.1 Ａｓから成る厚み3.０μｍの
下部クラッド層１４，ｎ- ＧａＡｓから成る厚み1.０μ
ｍのコア層１５がこの順序で積層されている。更にこの
コア層１５の上には、ｎ- Ｇａ0.9 Ａｌ0.1 Ａｓから成
るクラッド１６ａ，ｐ- Ｇａ0.9 Ａｌ0.1 Ａｓから成る
クラッド１６ｂから成るリッジ状の上部クラッド層１
５，ｐ+ ＧａＡｓから成るキャップ１７が順次ＭＯＣＶ
Ｄ法で積層され、その上面はＳｉＯ2 膜のような絶縁膜
１８で被覆されている。
ｂ，直線光導波路部９ｃは、それぞれ、図１の III−II
I 線に沿う断面図である図３，図１のIV−IV線に沿う断
面図である図４で示すような構成になっている。すなわ
ち、ＡｕＧｅＮｉ／Ａｕから成る下部電極１１の上に、
ＭＯＣＶＤ法によって、ｎ+ ＧａＡｓから成る基板１
２，ｎ+ ＧａＡｓから成る厚み0.５μｍのバッファ層１
３，ｎ+ Ｇａ0.9 Ａｌ0.1 Ａｓから成る厚み3.０μｍの
下部クラッド層１４，ｎ- ＧａＡｓから成る厚み1.０μ
ｍのコア層１５がこの順序で積層されている。更にこの
コア層１５の上には、ｎ- Ｇａ0.9 Ａｌ0.1 Ａｓから成
るクラッド１６ａ，ｐ- Ｇａ0.9 Ａｌ0.1 Ａｓから成る
クラッド１６ｂから成るリッジ状の上部クラッド層１
５，ｐ+ ＧａＡｓから成るキャップ１７が順次ＭＯＣＶ
Ｄ法で積層され、その上面はＳｉＯ2 膜のような絶縁膜
１８で被覆されている。
【００２３】出力用光導波路１，２の上面を被覆する絶
縁膜１８の一部をスリット状に除去して窓１９ａが形成
され、ここからキャップ１７の上に例えばＴｉ／Ｐｔ／
Ａｕを蒸着することによって電極７，８が装荷されてい
る。また、テーパ光導波路部９ｂにおいても、図３で示
したように、絶縁膜１８の一部をスリット状に除去して
窓１９ｂが形成され、ここからキャップ１７の上に例え
ばＴｉ／Ｐｔ／Ａｕを蒸着して電極１０が装荷されてい
る。
縁膜１８の一部をスリット状に除去して窓１９ａが形成
され、ここからキャップ１７の上に例えばＴｉ／Ｐｔ／
Ａｕを蒸着することによって電極７，８が装荷されてい
る。また、テーパ光導波路部９ｂにおいても、図３で示
したように、絶縁膜１８の一部をスリット状に除去して
窓１９ｂが形成され、ここからキャップ１７の上に例え
ばＴｉ／Ｐｔ／Ａｕを蒸着して電極１０が装荷されてい
る。
【００２４】なお、これらの電極７，８，１０は、出力
用光導波路１，２、テーパ光導波路部９ｂの全長に亘っ
てその全面を被覆するように装荷されていてもよく、ま
た、一部を被覆した状態で装荷されていてもよい。リッ
ジ状の上部クラッド層は、前記した各半導体材料を積層
したのちそこにエッチング処理を施して図１で示したよ
うな平面パターンとして形成するが、そのときの深さｇ
は、クラッド１６ａとクラッド１６ｂが形成するｐｎ接
合面１６ｃよりも深くなるようにエッチング処理を行な
う。
用光導波路１，２、テーパ光導波路部９ｂの全長に亘っ
てその全面を被覆するように装荷されていてもよく、ま
た、一部を被覆した状態で装荷されていてもよい。リッ
ジ状の上部クラッド層は、前記した各半導体材料を積層
したのちそこにエッチング処理を施して図１で示したよ
うな平面パターンとして形成するが、そのときの深さｇ
は、クラッド１６ａとクラッド１６ｂが形成するｐｎ接
合面１６ｃよりも深くなるようにエッチング処理を行な
う。
【００２５】この素子において、入力用光導波路９の入
力端９ａから波長1.３μｍ，1.55μｍであるＴＥモード
の導波光をそれぞれ入力した。光を入力しながら、電極
７からのみ電流を注入した。出力用光導波路１，出力用
光導波路２，入力用光導波路９からの出力と注入電流値
との関係を図５に示した。図中、○印は出力用光導波路
１，△印は出力用光導波路２，□印は入力用光導波路の
場合を表し、実線は波長1.３μｍ，破線は波長1.55μｍ
の場合を表す。
力端９ａから波長1.３μｍ，1.55μｍであるＴＥモード
の導波光をそれぞれ入力した。光を入力しながら、電極
７からのみ電流を注入した。出力用光導波路１，出力用
光導波路２，入力用光導波路９からの出力と注入電流値
との関係を図５に示した。図中、○印は出力用光導波路
１，△印は出力用光導波路２，□印は入力用光導波路の
場合を表し、実線は波長1.３μｍ，破線は波長1.55μｍ
の場合を表す。
【００２６】なお、注入電流を０mA，１５０mAにした状
態で、ＴＥモードに代えてＴＭモードの導波光を入力し
て同様の試験を行なったところ、図５と同様の結果が得
られた。図５から明らかなように、電極７からの注入電
流が０mAの場合、1.３μｍ，1.55μｍの導波光（ＴＥモ
ード）に対し、出力用光導波路１，出力用光導波路２，
入力用光導波路９における出力比は、それぞれ、0.42：
0.42：0.16，0.43：0.43：0.14になっている。ここで、
出力用光導波路１と出力用光導波路２に着目すると、注
入電流が０mAの場合は、出力が等分になっているが、し
かし注入電流を２５０mA以上にすると、出力用光導波路
１の出力は０，出力用光導波路２の出力は１となって、
０←→１のスイッチング特性が発現する。このように、
注入電流を２５０mA以上にすると、この素子は光スイッ
チとして機能する。そして、このスイッチング特性は、
偏波および波長に対する依存性が抑制されている。
態で、ＴＥモードに代えてＴＭモードの導波光を入力し
て同様の試験を行なったところ、図５と同様の結果が得
られた。図５から明らかなように、電極７からの注入電
流が０mAの場合、1.３μｍ，1.55μｍの導波光（ＴＥモ
ード）に対し、出力用光導波路１，出力用光導波路２，
入力用光導波路９における出力比は、それぞれ、0.42：
0.42：0.16，0.43：0.43：0.14になっている。ここで、
出力用光導波路１と出力用光導波路２に着目すると、注
入電流が０mAの場合は、出力が等分になっているが、し
かし注入電流を２５０mA以上にすると、出力用光導波路
１の出力は０，出力用光導波路２の出力は１となって、
０←→１のスイッチング特性が発現する。このように、
注入電流を２５０mA以上にすると、この素子は光スイッ
チとして機能する。そして、このスイッチング特性は、
偏波および波長に対する依存性が抑制されている。
【００２７】つぎに、出力用光導波路１，２への電流注
入は行わず、入力用光導波路９のテーパ光導波路部９ｂ
にのみ電流注入を行った。このときの出力用光導波路
１，２からの出力パワー比の変化を図６に示した。図６
から明らかなように、電極１０からの注入電流を５０mA
程度にすると、出力用光導波路１，出力用光導波路２，
入力用光導波路９からの光パワーの出力比は0.５：0.
５：０になる。
入は行わず、入力用光導波路９のテーパ光導波路部９ｂ
にのみ電流注入を行った。このときの出力用光導波路
１，２からの出力パワー比の変化を図６に示した。図６
から明らかなように、電極１０からの注入電流を５０mA
程度にすると、出力用光導波路１，出力用光導波路２，
入力用光導波路９からの光パワーの出力比は0.５：0.
５：０になる。
【００２８】図７は、他の実施例を示す平面パターン図
である。この素子の場合は、入力用光導波路９の直線光
導波路部９ｃに、電極７ａ，８ａが装荷され、これら電
極７ａ，８ａはそれぞれ、出力用光導波路１，２に装荷
されている電極７，８と導通している。この素子は、他
の波長帯域に対してわずかな光が入力用光導波路９に入
力した場合であっても、電極７ａまたは電極８ａに所定
値の電流注入を行なって直線光導波路部９ｃにおけるこ
の迷光を吸収することができるため、多少の損失が生ず
るとはいえ、出力用光導波路１，２に着目すれば、同じ
く高い消光比の光スイッチとして機能することができ
る。
である。この素子の場合は、入力用光導波路９の直線光
導波路部９ｃに、電極７ａ，８ａが装荷され、これら電
極７ａ，８ａはそれぞれ、出力用光導波路１，２に装荷
されている電極７，８と導通している。この素子は、他
の波長帯域に対してわずかな光が入力用光導波路９に入
力した場合であっても、電極７ａまたは電極８ａに所定
値の電流注入を行なって直線光導波路部９ｃにおけるこ
の迷光を吸収することができるため、多少の損失が生ず
るとはいえ、出力用光導波路１，２に着目すれば、同じ
く高い消光比の光スイッチとして機能することができ
る。
【００２９】なお、以上の説明は光導波路がすべてリッ
ジ状に形成されている素子について行ったが、本発明の
光スイッチ素子はこの形態に限定されるものではなく、
全ての光導波路が埋込み型の場合であってもよい。
ジ状に形成されている素子について行ったが、本発明の
光スイッチ素子はこの形態に限定されるものではなく、
全ての光導波路が埋込み型の場合であってもよい。
【００３０】
【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明の
光スイッチ素子は、互いに平行に配設され、かつ、電気
信号導入用電極が装荷されている２本の出力用光導波
路、ならびに、前記出力用光導波路間の中心位置に配設
され、入力端から光の伝搬方向にかけて路幅が漸減する
テーパ光導波路部と該テーパ光導波路部に光接続する直
線光導波路部とから成り、かつ、少なくとも前記テーパ
光導波路部には電気信号導入用電極が装荷されている１
本の入力用光導波路を備えていることを特徴とするの
で、交互に、一方の電極から電気信号を導入してその直
下に位置する出力用光導波路における導波モードをカッ
トオフして、０←→１のスイッチング動作を実現するこ
とができる。
光スイッチ素子は、互いに平行に配設され、かつ、電気
信号導入用電極が装荷されている２本の出力用光導波
路、ならびに、前記出力用光導波路間の中心位置に配設
され、入力端から光の伝搬方向にかけて路幅が漸減する
テーパ光導波路部と該テーパ光導波路部に光接続する直
線光導波路部とから成り、かつ、少なくとも前記テーパ
光導波路部には電気信号導入用電極が装荷されている１
本の入力用光導波路を備えていることを特徴とするの
で、交互に、一方の電極から電気信号を導入してその直
下に位置する出力用光導波路における導波モードをカッ
トオフして、０←→１のスイッチング動作を実現するこ
とができる。
【００３１】電気信号が電流である場合、この注入電流
による吸収損失の増大が生ずるが、この現象は電流注入
された出力用光導波路でのみ発現する。しかし、電流注
入された出力用光導波路には光の出力がないほど高い消
光比が得られるのであり、しかも導波モードのカットオ
フ状態における損失増大は、全体の素子には無関係であ
るため、結果として、本発明の素子は高い消光比を示す
ことになる。このことは、わずかな迷光が存在する場合
も、この迷光が吸収されて出力しないので、高消光比で
あることを意味する。
による吸収損失の増大が生ずるが、この現象は電流注入
された出力用光導波路でのみ発現する。しかし、電流注
入された出力用光導波路には光の出力がないほど高い消
光比が得られるのであり、しかも導波モードのカットオ
フ状態における損失増大は、全体の素子には無関係であ
るため、結果として、本発明の素子は高い消光比を示す
ことになる。このことは、わずかな迷光が存在する場合
も、この迷光が吸収されて出力しないので、高消光比で
あることを意味する。
【００３２】また、この素子は方向性結合器構造になっ
ているため、Ｙ分岐型やＸ分岐型のような放射損失を生
ずることがなく低損失である。しかも、導波モードのカ
ットオフで動作させるので、偏波や波長に対する依存性
も抑制されることになる。更に、この素子におけるテー
パ光導波路部に装荷した電極から所定の電気信号を導入
することにより、その直下に位置する光導波路の屈折率
を任意に変化させることができ、その結果、入力した光
のパワーを出力用光導波路へ任意の割合で分配すること
ができる。
ているため、Ｙ分岐型やＸ分岐型のような放射損失を生
ずることがなく低損失である。しかも、導波モードのカ
ットオフで動作させるので、偏波や波長に対する依存性
も抑制されることになる。更に、この素子におけるテー
パ光導波路部に装荷した電極から所定の電気信号を導入
することにより、その直下に位置する光導波路の屈折率
を任意に変化させることができ、その結果、入力した光
のパワーを出力用光導波路へ任意の割合で分配すること
ができる。
【図１】本発明の光スイッチ素子の１例を示す平面パタ
ーン図である。
ーン図である。
【図２】本発明の光スイッチ素子の要部を示す概略斜視
図である。
図である。
【図３】図１の III−III 線に沿う断面図である。
【図４】図１のIV−IV線に沿う断面図である。
【図５】本発明の光スイッチ素子のスイッチング特性を
示すグラフである。
示すグラフである。
【図６】テーパ光導波路部へ電流注入したときの出力用
光導波路からの出力比を示すグラフである。
光導波路からの出力比を示すグラフである。
【図７】本発明の光スイッチ素子の他の例を示す平面パ
ターン図である。
ターン図である。
１ 出力用光導波路 １ａ 出力用光導波路１の一方の端部 ２ 出力用光導波路 ２ａ 出力用光導波路２の一方の端部 ３，４ 曲線光導波路 ５，６ 直線光導波路（出力端） ７，８ 電気信号導入用電極 ７ａ，８ａ 電極 ９ 入力用光導波路 ９ａ 入力用光導波路９の入力端 ９ｂ テーパ光導波路部 ９ｃ 直線光導波路部 １０ 電気信号導入用電極 １１ 下部電極 １２ 基板 １３ バッファ層 １４ 下部クラッド層 １５ コア層 １６ 上部クラッド層 １６ａ クラッド １６ｂ クラッド １７ キャップ １８ 絶縁膜 １９ａ，１９ｂ 窓 ａ テーパ光導波路部９ｂの入力端の路幅 ｂ テーパ光導波路部９ｂのＬ地点における路幅 Ｌ テーパ光導波路部９ｂの長さ Ｗ 出力用光導波路１，２の路幅 Ｓ 出力用光導波路１，２の路幅中心間の距離 ｇ 光導波路の高さ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 内藤 喜之 神奈川県大和市つきみ野８−９−29 (72)発明者 麦 漢明 東京都千代田区丸の内２丁目６番１号 古河電気工業株式会社内 (72)発明者 柳川 久治 東京都千代田区丸の内２丁目６番１号 古河電気工業株式会社内 (56)参考文献 電子情報通信学会技術研究報告 ＶＯ Ｌ，ＯＱＥ88 ＮＯ．443 ＰＰ．17− 23 （1989年２月20日発行） ＹＵＡＮ ＭＩＮ ＣＡＩ ＥＴ．ＡＬ．，「テー パ状結合導波路における結合特性の解 析」 (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G02F 1/00 - 1/055 505 G02F 1/29 - 1/313 G02B 6/12 - 6/14
Claims (1)
- 【請求項１】 互いに平行に配設され、かつ、電気信号
導入用電極が装荷されている２本の出力用光導波路、な
らびに、前記出力用光導波路間の中心位置に配設され、
入力端から光の伝搬方向にかけて路幅が漸減するテーパ
光導波路部と該テーパ光導波路部に光接続する直線光導
波路部とから成り、かつ、少なくとも前記テーパ光導波
路部には電気信号導入用電極が装荷されている１本の入
力用光導波路を備えていることを特徴とする半導体光ス
イッチ素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6295791A JP2807355B2 (ja) | 1991-03-27 | 1991-03-27 | 半導体光スイッチ素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6295791A JP2807355B2 (ja) | 1991-03-27 | 1991-03-27 | 半導体光スイッチ素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05323388A JPH05323388A (ja) | 1993-12-07 |
| JP2807355B2 true JP2807355B2 (ja) | 1998-10-08 |
Family
ID=13215313
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6295791A Expired - Lifetime JP2807355B2 (ja) | 1991-03-27 | 1991-03-27 | 半導体光スイッチ素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2807355B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0869387A1 (en) * | 1997-04-02 | 1998-10-07 | Akzo Nobel N.V. | Optical switch |
| JP2004258398A (ja) * | 2003-02-26 | 2004-09-16 | Tnk Incubation:Kk | 光デバイス |
| JP5135244B2 (ja) * | 2009-01-23 | 2013-02-06 | 国立大学法人広島大学 | 光導波路スイッチ |
| CN113376740B (zh) * | 2021-06-18 | 2022-11-22 | 南京刻得不错光电科技有限公司 | 分光/合光元件及光子器件 |
-
1991
- 1991-03-27 JP JP6295791A patent/JP2807355B2/ja not_active Expired - Lifetime
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 電子情報通信学会技術研究報告 ＶＯＬ，ＯＱＥ８８ ＮＯ．４４３ ＰＰ．１７−２３ （１９８９年２月２０日発行） ＹＵＡＮＭＩＮ ＣＡＩ ＥＴ．ＡＬ．，「テーパ状結合導波路における結合特性の解析」 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05323388A (ja) | 1993-12-07 |
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