JPH03149528A - 導波路型光スイッチ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は導波路型光スイッチに関し、更に詳しくは、ス
イッチ部でスイッチングされた導波光の主成分を増幅し
、かつ漏話成分を吸収・減衰せしめることができ、また
スイッチ部のスイッチング特性をモニタすることができ
る構造の導波路型光スイッチに関する。 （従来の技術） 第４図の斜視図で示したように、分岐角θでＹ分岐する
りフジ型先導波路を備えた導波路型光スイッチが開発さ
れている。 この光スイッチは、下部電極を裏面に形成した半導体の
基板の上に、同じく半導体材料によって下部クラッド層
、コア層、上部クラツド層を順次積層して、光の入力ポ
ートである主先導波路ｌ、この主光導波路ｌから角度θ
でＹ分岐する２本の分岐導波路２ａ、２ｂをリッジ状に
形成し、全体の表面に絶縁被覆を施して構成されている
。そして、２本の分岐光導波路２ａ、２ｂの上には、そ
の部分の絶縁被覆の一部を除去して窓を形成し、ここか
ら例えばＺｎなどを上部クラッド層に所望の深さまで拡
散せしめて上部クラブト層内にｐｎ接合面を形成したの
ち、更に前記した窓の部分に訴定材料を例えば蒸着する
ことにより上部電極３ａ。 ３ｂが形成されている。この場合、この電極形成個所が
スイッチ部として機能する。 これらの主先導波路、分岐光導波路のいずれに−おいて
も、それらのコア層を構成する半導体材料としては、導
渡せしめる使用光の動作波長（λ）に対して透明である
組成のもの、換言すれば、動作波長λに対して吸収損失
がゼロである組成の半導体が用いられでいる。したがっ
て、この光スイッチにおいては、コア層に用いる半導体
のバンドギャップ波長をλｇとしたとき、λｇ〈λの関
係が成立した状態で使用に供される。なお、ここでいう
バンドギャップ波長λｇを有する半導体とは、価電子帯
と伝導帯のエネルギーギャップがＥｇである半導体にエ
ネルギーがｈν（＝ｈｃ／λｇ。 ０：光速）の光子が投入されると、価電子帯から伝導帯
に電子の遷移が起るような半導体のことをいう。一般に
、このバンドギャップλｇは半導体の組成によって種々
の値をとる。 この光スイッチで、上記スイッチ部を何ら作動させるこ
となく主光導波路ｌから波長λの使用光を入射すると、
光は等分の出力で分岐光導波路２ａ。 ２ｂから出射する。 ここで、一方のスイッチ部を作動させる、例えば電極３
ａから所定値の電流を注入すると、その注入域の屈折率
低下が起ることにより、分岐光導波路２ａからの出力は
なくなり、主光導波路ｌに入力された光は、分岐光導波
路２ｂから出力する。 すなわち、スイッチ部の作動によって、この導波路型光
スイッチは１入力２出力光スイッチ（ＩＸ２光スイッチ
）として動作することになる。 （発明が解決しようとする課題） ところで、例えば電極３ａから電流注入して分岐光導波
路２ａ側のスイッチ部を作動せしめると、主先導波路ｌ
から入力した光は、数ｄＢ−１０ｄＢ程度の損失を受け
て分岐光導波路２ｂから出力する。また、この光スイッ
チの場合、スイッチ部では、通常−ｌθ〜−２０ｄＢ程
度の漏話が生ずる。 したがって、この光スイッチを組込んだシステムにおい
ては、上記した値程度の損失および漏話を予め見込んで
おく必要がある。 本発明は、上記したような問題を解決し、光増幅部をも
一体に内蔵し、しかも漏話を低減することもでき、更に
は、スイッチ部のスイッチング特性を経時的にモニタし
て漏話光成分をモニタすることができる新規構造の導波
路型光スイッチの提供を目的とする。　　　　　 （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、使
用光の動作波長に対して吸収損失がゼロである半導体か
ら成る主光導波路；該主光導波路と接続し、該主光導波
路と同じ半導体から成る２本の分岐光導波路；該分岐光
導波路のそれぞれの上に形成された第１の電極群；前記
それぞれの分岐光導波路の一部分に形成され、使用光の
動作波長近傍にバンドギャップ波長を有する半導体から
成る部分導波路：および、該部分導波路のそれぞれの上
に形成された第２の電極群：から成ることを特徴とする
導波路型光スイッチが提供される。 本発明の光スイッチは、第１図の平面図で示したように
、後述する半導体の積層構造体である主先導波路１１と
、この主先導波路１１−から分岐角θでＹ分岐して延び
る２本の分岐光導波路１２゜１３から成り、分岐点の略
直後の各分岐光導波路の上には第１の電極群１２ａ、１
３ａが形成されて各分岐光導波路におけるスイッチ部を
それぞれ構成し、また、これらスイッチ部から離隔した
下流側の分岐光導波路の一部分が後述する別種の半導体
で形成され、更にその上に第２の電極群１２ｂ。 １３ｂが形成されることにより各分岐光導波路における
増幅・吸収部を構成した構造になっている。 この光スイッチにおいて、主光導波路１１および２本の
分岐光導波路は、いずれも使用光の動作波長（λ）に対
して透明である同一組成の半導体で構成され、増幅・吸
収部である部分導波路のみが、別種の半導体で構成され
ている。 そして、スイッチ部および増幅・吸収部における断面構
造は、半導体の組成が異なるだけで他の要素は同一であ
る。それを、第１図の■−■線に沿う断面図である第２
図に即して説明する。 第一２図において、下部電極２１の上には、ｎ＋型半導
体の基板２２．ｎ＋型半導体の下部クラブド層２３．ｎ
−型半導体のコア層２４．ｎ−型半導体でリッジ形状を
した上部クラッド層２５．ｎ−型半導体のキャップ層２
６が順次積層され、全体の上面は絶縁被膜２７で被覆さ
れている。この絶縁被膜２７の一部は除去されて窓２７
ａが形成され、ここからＺｎをキャップ層２６と上部ク
ラッド層２５の所定深さまで拡散せしめてＺｎ拡散域２
８として上部クラブト層２５の中にｐｎ接合面２８ａを
形成したのち、窓２７ａを塞いだ状態で上部電極２９が
形成される。この上部電極２９が、第１図における電極
１２ａ、　１２ｂ、　１３ａ、　１３ｂとなっている。 スイッチ部の場合、コア層２４は動作波長λに対して透
明な半導体から成り、増幅・吸収部である部分導波路の
場合は、コア層２４が動作波長λを自らのバンドギャッ
プ波長（λｇ）とするような半導体で構成されている。 （作用） 例えば、主先導波路１１に動作波長がλである光を入力
し、電極１２ａから所定値の電流を注入して分岐光導波
路１２のスイッチ部を作動せしめる。このとき、分岐光
導波路１３のスイッチ部は作動せしめない。 注入キャリアの働きによって分岐光導波路Ｉ２のスイッ
チ部の屈折率が低下して、人力光は分岐光導波路１３へ
とスイッチングされてい（。このとき、必然的に分岐光
導波路１２への漏話が起るので、分岐光導波路１３を導
波する光の出力は主光導波路１１への入力よりも減衰す
る。 減衰した導波光は部分導波路である増幅・吸収部に達す
る。この増幅・吸収部では所定値の電流が電極１３ｂか
ら注入される。このとき、分岐光導波路１２例の電極１
２ｂからは電離注入しない。 この増幅・吸収部における部分導波路のコア層を構成す
る半導体は、導波光の動作波長λの近傍に自らのバンド
ギャップ波長λｇをもっている。 そのため、注入電流のエネルギーも加算されて、この部
分導波路の半導体においては、伝導帯から価電子帯への
電子の遷移が起って、いわゆる誘導放出が現出し、導波
光は増幅されることになる。 すなわち、スイッチ部で減衰した導波光は、この部分導
波路を透過する過程で増幅されて分岐光導波路１３から
出力する。 一方、分岐光導波路１２例へ漏話した光成分は、分岐光
導波路１２例の増幅・吸収部の部分導波路において、微
小ではあるが吸収されて低減する。 また、電極１３ａから電流注入し、同時に電極１２ｂに
も電流注入すると、上記したのと逆の作用により、分岐
光導波路１２から増幅された光出力が得られる。 更に、本発明の光スイッチは、スイッチ部のスイッチン
グ特性をモニタすることもできる。 一般に、電流注入によってスイッチング動作が起こる半
導体構成のスイッチ部においては、そのスイッチング特
性は経時的に劣化する。例えば、ＩｎＧａＡｓＰ発光ダ
イオードの各雰囲気温度における、動作波長１．３μｍ
の光出力の経時変化は、第３図に示したような傾向にあ
る。第３図から明らかなように、各雰囲気温度において
、光出力は経時的に減少していく。すなわち、光スイッ
チにおいてもスイッチング特性が経時的に劣化していく
ことが予想される。 前記したように、この光スイッチにおいて、例えば分岐
光導波路１２の電極１２ａから電流注入する場合には、
下流側に位置する電極１２ｂには電流を注入しない。そ
こで、この電極１２ｂに逆バイアスを印加できる抵抗回
路を接続すると、スイッチ部で漏話した光成分の光出力
を測定するフォトダイオードとしてその回路は動作する
ことになる。したが？て、この増幅・吸収部の上・下電
極間の電圧を測定することによって、この増幅・吸収部
における光出力を測定することができる。 このようにして上・下電極間の電圧を経時的にモニタし
、その値と第３図で示した光出力とを対比し、スイッチ
部が障害を起したり寿命の尽きるまでの時間を予測する
ことができる。 （発明の実施例） 下部電極２１としてＡｕＧｅＮｉ／Ａｕ、半導体基板２
２として、ｎ−”ＩｎＰを用いて、第１図および第２図
に示した構造の先スイッチを製造した。 ｎ＋ＩｎＰ基板２２の上に、ｎ”　Ｉ　ｎｏ、　ｙ４Ｇ
ａ＠、　ｔｓＡｓｓ、　ｓｍＰ＠、４４（λｇ＝１．３
ｇｍ）で下部クラッド層２３゜ｎ−Ｉｎａ、ｓｙＧａｏ
、ｓｓＡＳｍ。ｙａＰｓ、ｓｓ（λｇ＝１．４ｇｍ）で
厚みがＩｇｍのコア層２４．　　ｎ−Ｉｎａ、ｔｓＧａ
ａ、ｔ。 Ａｓ＠、　ＩＩ＠Ｐ　＠、　４４（λｇ＝１．３ｇｍ）
でリッジ幅が６８ｍの上部クラッド層２５を順次形成し
、上部クラッド層２５の上に更にｎ″″ＩｎＰでキャッ
プ層２６を形成し、全体の表面をＳｉＯｘの絶縁被膜２
７で被覆して分岐角２°のＹ分岐導波路とした。 ついで、分岐光導波路１２．１３の一部絶縁被覆を除去
して窓２７ａを形成し、ここからＺｎを拡散せしめてＺ
ｎ拡散層２８を形成したのち、その上からＴ　ｉ／Ｐ　
ｔ／Ａｕを蒸着して電極１２ａ、　１３ａを添着してス
イッチ部とした。 また、分岐光導波路１２．１３の一部を、ｎ”ｊｎＰ基
板２２の上までエッチング除去したのち、その部分に、
選択成長によって、ｎ　”　Ｉ　ｎｏ、　ｓｙＧａｏ、
　ｓｓＡｇ、ｙｏＰｓ、ｓｓ　（λｇ＝１．４μｍ）で
下部クラッド層ｓ　ｎ−Ｉ　ｎｓ、　ｓｓＧａｓ、　ｓ
ｓＡｓ＠、　ｓｓＰ　ｓ、　ｔｓ（λｇ＝　１、５５μ
ｍ）で厚みＩｇｍのらア層、ｎ　−Ｉ　ｎｓ、　ｓｙＧ
＆＠、　３３ＡＳａ、ｙａＰｔｓ（λｇ＝１．４μｍ）
でリッジ幅が６μｍの上部クラッド層を形成し、更にこ
の上部クラッド層の上にｎ″ＩｎＰのキャップ層を形成
したのち、スイッチ部の場合と同様にして、電極１２ｂ
、　１３ｂを形成して増幅・吸収部とした。 この光スイッチにおいて、主光導波路１１から動作波長
λが１．５５μｍである光を入力し、電極１２ａからは
１００ｍＡの電流を注入し、かつ電極１３ｂの光出力を
測定した。 分岐光導波路１３からは、動作波長が１．５５μｍで入
力光の出力に対して７ｄＢ増の出力が得られた。 また、分岐光導波路１２からの漏話による光成分は、１
０ｄ８程度低減した。 （発明の効果） 以上の説明で明らかなように、本発明の導波路型光スイ
ッチは、スイッチ部で減衰した導波光を増幅し、しかも
漏話光成分が増幅・吸収部で吸収されることになるため
、低損失で低漏話の光スイッチとして有用である。、 また、電流注入を行なわない増幅・吸収部に抵抗回路を
接続してそこを透過する漏話光成分の光出力をモニタす
ることができ、スイッチ部におけるスイッチング特性の
劣化状態を予測することもできるため、高信頼性光スイ
ッチの組立てに用いることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明光スイッチの平面図、第２図は本発明光
スイッチのスイッチ部および増幅・吸収部を示す断面図
、第３図はスイッチ部のスイッチング特性を示すグラフ
、第４図はＹ分岐光スイッチの斜視図である。 １１−・・主光導波路、１２．１３・・・分岐光導波路
、１２ａ、１３ａ−・・スイッチ部の電極、１２ｂ、　
１３ｂ・・・増幅・吸収部の電極、２１・・・下部電極
、２２・・・半導体基板、２３・・・下部クラッド層、
２４・・・コア層、２５・・・上部クラッド層、２６・
・・キャップ層、２７・・・絶縁被膜、２７ａ・・・窓
、２８・・・Ｚｎ拡散層、２８ａ・・・ｐｎ接合面、２
９・・・上部電極。 第１図 第２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 使用光の動作波長に対して吸収損失がゼロである半導体
   から成る主光導波路；該主光導波路と接続し、該主光導
   波路と同じ半導体から成る２本の分岐光導波路；該分岐
   光導波路のそれぞれの上に形成された第１の電極群；前
   記それぞれの分岐光導波路の一部分に形成され、使用光
   の動作波長近傍にバンドギャップ波長を有する半導体か
   ら成る部分導波路；および、該部分導波路のそれぞれの
   上に形成された第２の電極群；から成ることを特徴とす
   る導波路型光スイッチ。