JPH03278030A - 全反射型光導波路スイッチ - 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） 本発明は電流注入域を有する全反射型先導波路スイッチ
に関し、更に詳しくは、漏話の少ない全反射型光導波路
スイッチに関する。

（従来の技術） 光通信の分野においては、光路切替えのために、全反射
型光導波路スイッチが使用される。この全反射型光導波
路スイッチの１例につき、図面に基づいて、半導体を用
いた先導波路スイッチの場合で説明する。

第５図は全反射型先導波路スイッチの１例を示す概略斜
視図であり、第６図はＶＩ−ＶＩ線に沿う断面図である
。

図において、２本の先導波路１．　２が交差角θでＸ字
型に交差している。ここで、先導波路１ａ。

２ａはいずれも入射側光導波路であり、先導波路ｌｂ、
２ｂはいずれも出射側光導波路である。そして、各先導
波路の交差部３には、後述するような電流注入域４が形
成されている。

各光導波路がＧａＡｓ、ＡｆＧａＡｓのような半導体材
料で構成される場合につき、上記電流注入域４の構造を
説明する。

第６図で示したように、例えばＡｕＧｅＮｉ／Ａｕのよ
うな材料から成る下部電極１１の背面にＧａＡｓから成
る基板１２が形成され、更にその上にバッファ層１３と
してｎ”ＧａＡｓが積層されている。

このバッファ層１３の上には、ｎ＋Ａｊ７ＧａＡｓから
成る下部クラッド層１４．ｎ”’ＧａＡｓから成るコア
層１５が順次形成され、更にその上にはリッジ状にｎ　
Ａ／ＧａＡｓから成る上部クラッド層１６が積層され、
この上部クラッド層１６の上部にｎ　ＧａＡｓから成る
キャップ層１７を形成したのち、全体は５ｉｎｓのよう
な絶縁膜１８で被覆されている。

そして、交差部３の表面を被覆する絶縁膜１８の一部を
所定の幅で長手方向に除去して窓１８ａを形成し、この
窓１８ａから上部クラッド層１６の一部領域（図では路
幅方向の右側部分）にコア層１５の近傍に至るまで、Ｚ
ｎのような不純物の所定量をドープ（拡散）して不純物
領域１９を形成し、最後に、この窓１８ａを封鎖するよ
うに、例えばＣｒ／Ａｕのような材料を蒸着せしめて上
部電極２０を形成して電流注入域２１が構成されている
。

この先導波路スイッチにおいて、電流注入域２１から所
定値の電流を注入すると、不純物領域１９の屈折率が低
下し、入射側光導波路１ａから入射した光は、出射側光
導波路１ｂへと直進することなく、不純物領域１９と他
の上部クラッド層（不純物がドープされていない部分）
１６ａとの界面１９ａを反射面として反射し出射側光導
波路２ｂへと光路変更する。すなわち、この先導波路ス
イッチは電流注入域１９への電流注入によりスイッチン
グ動作が発現する全反射型光導波路スイッチとして機能
する。

（発明が解決しようとする課題） ところで、上部クラッド層１６の一部領域にＺｎのよう
な不純物をドープして形成した不純物領域１９の屈折率
は、電流注入する場合は当然として、電流注入を行わな
い場合であっても、不純物をドープしない上部クラッド
層１６の部分１６ａの屈折率よりも低くなる。

例えば、今、下部クラッド層１４．上部クラッド層１６
の屈折率が波長１．３μｍの光に対していずれも３．３
６であるとし、コア層１５の屈折率が３．４であるとす
る。そして、不純物領域１９におけるＺｎのドープ量が
ｌＸｌ０”ｃｍ”でかつ均一にコア層１５の直上まで拡
散していると仮定する。

その場合、上部クラッド層の部分１６ａを含む光導波路
部分の等価屈折率は３．３８２０となり、また不純物領
域１９を含む光導波路部分の等価屈折率は３．３８１６
になる。すなわち、前者と後者の間には、電流注入を行
なわない場合であっても、約０．００４の屈折率差が生
じている。

このような屈折率差が生じていて、交差角θが４°、し
たがって入射角は２°である場合には、入射光のパワー
を１とすると、光のスルー状態において、入射した光は
出射側光導波路２ｂ側へ約２．９１ＸｌＯ−”程度反射
していくことになる。すなわち、スルー状態において漏
話が発生する。

本発明においては、光のスルー状態における上記問題を
解決し、漏話が少なく低損失の全反射型光導波路スイッ
チの提供を目的とする。

（課題を解決するための手段） 上記したスルー状態における光の漏話は、上記クラッド
層１６の一部領域への不純物ドープそのものがもたらす
結果である。すなわち、前記した例において、上部クラ
ッド層を構成するｎ−Ａ　Ｉ　ＧａＡｓのような組成の
半導体にＺｎの所定量をドープすると、その結果として
その不純物領域の屈折率が低下する。そして、そのこと
に伴って上部クラッド層の他の領域（不純物がドープさ
れていない領域）との間に屈折率差が生ずる。

したがって、本発明者らは、不純物領域の母材半導体を
予め高い屈折率の組成となるように構成し、ドープされ
た不純物に基づく屈折率の低下を補正するようにすれば
、前記した上部クラッド層の他の領域との屈折率差を小
さくすることができ、そのことによりスルー状態におけ
る光の漏話を低減できるとの着想を抱き、本発明の全反
射型光導波路スイッチを開発するに至った。

すなわち、本発明の全反射型光導波路スイッチは、光導
波路が交差し、その交差部における上部クラッド層の一
部領域に不純物をドープして成る不純物領域を有する電
流注入域が形成されている全反射型光導波路スイッチに
おいて、前記不純物領域が、不純物のドープに基づく屈
折率の低下を補正し得る組成の材料から成ることを特徴
とする特（作用） 本発明の全反射型光導波路スイッチは、上部クラッド層
の一部領域に形成される不純物領域が、その不純物のド
ープによってもたらされる屈折率の低下を相殺できるよ
うな高屈折率の組成の材料で構成されている。

したがって、不純物領域を含む光導波路部分の等価屈折
率は、前記材料が配設されていないときよりも高い値と
なる。それゆえ、不純物がドープされていない領域の上
部クラッド層を含む光導波路部分の等価屈折率との差は
小さくなり、その結果、光のスルー状態において、不純
物領域の反射面での反射は少なくなる。すなわち、スル
ー状態における漏話は少なくなる。

この場合、材料の組成を変え、また層厚を調節すること
により、上記した屈折率差をゼロにすることができ、そ
の結果、スルー状態における漏話を完全に消去すること
ができるようになる。

（実施例） 以下に、本発明の実施例を添付図面に基づいて説明する
。第１図は、先導波路材料としてＧａＡｓＡ／ＧａＡｓ
を用いたときにおける電流注入域の断面図である。そし
て、第２図は、第１図に示した電流注入域を形成するに
際し、その前段で形成される光導波路の断面図である。

まず、第２図において、ＡｕＧｅＮｉ／Ａｕから成る下
部電極１１の背面にはＧａ　Ａｓから成る厚み２００μ
ｍの基板１２．厚み０．５μｍのｎ”ＧａＡｓのバッフ
ァ層１３が形成されている。

ついで、このバッファ層１３の上には、ｎ　＋ＡｌＧａ
Ａｓから成る厚み３μｍの下部クラッド層１４．ｎ−Ｇ
ａＡｓから成る厚み１μｍのコア層１５が順次形成され
、このコア層１５の上には、ｎ　ＡｌＧａＡｓから成る
厚み０．８μｍの上部クラッド層１６がリッジ状に形成
され、その上部にｎ　”−Ｇ　ａＡ　ｓから成る厚み０
．２μｍのキャップ層１７が形成されて全体の表面はＳ
ｉＯｘ絶縁膜１８で被覆されている。

これらの各層はいずれも例えばＭＯＣＶＤ法で形成され
、また、前記した上部クラッド層１６はＡ１組成が０．
１（原子比）である。そのため、この光導波路の等価屈
折率は、波長１．３μｍの光に対し３．３８２０程度と
なるように組成選定されている。

ついで、第３図で示したように、不純物領域を形成すべ
き個所の絶縁膜１８と上部クラッド層１６の一部をエツ
チング除去して、コア層１５にまで至る凹部２２を形成
する。

その後、絶縁膜１８をマスク材として、前記凹部２２に
、例えば、Ｚｎをｌ　Ｘ　ｌ　Ｏ”ｃｍ−”のドープ量
となるようにドーピングしながら、ｐ”ＡｌＧａＡｓか
ら成る厚み０．８μｍの堆積層２３、更にその上にｐ”
ＧａＡｓから成る厚み０．２μｍの上部層２４を形成す
る。そして最後に、全体の表面をＣｒ／Ａｕで被覆して
上部電極２０を形成することにより電流注入域２１が構
成される（第１図）。

第１図で示した光導波路において、堆積層２３がドープ
Ｚｎの存在する不純物領域１９になっている。

この不純物領域１９は、Ｚｎのドープによって、その両
脇に位置する上部クラッド層の部分１６ａ。

１６ｂよりも屈折率は小さくなるのであるが、しかし、
堆積層の組成におけるＡｌ含有量が０．０９（原子比）
であり、その屈折率は波長１．３μｍの光に対し３．３
８２０程度であるため、Ｚｎのドープによる屈折率の低
下は相殺されることになり、この不純物領域１９と両脇
の上部クラッド層の部分１６ａ、１６ｂとの間の屈折率
差は小さくなる。

したがって、光のスルー状態において、不純物領域１９
の反射面１９ａで光の反射は少なくなり漏話は低減する
。

なお、実施例では、用いる半導体材料がＧａＡｓ。

ＡｌＧａＡｓの場合について説明したが、材料はこれら
に限定されるものではなく、例えば、ＧａＡｓを１ｎＧ
ａＡｓＰ、ＡｌＧａＡｓをＩｎＰに変更してもよい。

また、第４図に示したように、堆積層２３を先導波路の
中央位置に形成すれば、その両側の面２３ａ。

２３ｂをそれぞれ反射面とする２人力・２出力光スイツ
チとして使用することができる。

４゜ （発明の効果） 以上の説明で明らかなように、本発明の全反射型先導波
路スイッチは、光のスルー状態における漏話を低減する
ことができ、その工業的価値は極めて大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明スイッチにおける電流注入域の断面図、
第２図は電流注入域を形成する前段における先導波路の
断面図、第３図は第２図の先導波路をエツチングした場
合を示す断面図、第４図は本発明による２人力・２出力
光スイツチの断面図、第５図は全反射型光スイッチの１
例を示す斜視図、第６図は第５図のＶＩ−ＶＩ線に沿う
断面図である。 ｌａ、２ａ・・・入射側光導波路１ｂ、２ｂ・・・出射
側先導波路、３・・・交差部、１１・・・下部電極、１
２・・・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。 １６ｂ・・・不純物がドープされていない上部クラッド
層部分、１７・・・キャップ層、１８・・・絶縁膜、１
８ａ・・・窓、１９・・・不純物領域、ｌ　９ａ、　　
２３ａ、　２３ｂ・・・反射面、２０・・・上部電極、
２１・・・電流注入域、２２・・・凹部、２３・・・堆
積層（不純物領域）、２４・・・上部屑。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 光導波路が交差し、その交差部における上部クラッド層
   の一部領域に不純物をドープして成る不純物領域を有す
   る電流注入域が形成されている全反射型光導波路スイッ
   チにおいて、前記不純物領域が、不純物のドープに基づ
   く屈折率の低下を補正し得る組成の材料から成ることを
   特徴とする全反射型光導波路スイッチ。