JPH0355525A - 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） 本発明は光導波路の交差部に屈折変化領域が形成されて
いる全反射型の導波路光スイッチに関し、更に詳しくは
、例えば電流注入型の屈折率変化領域において、注入電
流が少なくても良好な全反射を行なうことができる導波
路型光スイッチに関する。

（従来の技術） 導波路型光スイッチとしては、例えば、第６図の斜視図
および第６図の■−■線に沿う断面図で示す第７図のよ
うな構造のものが半導体材料で製造されている。

すなわち、下部電極ｌの上に、ｎ＋半導体から戊る基板
層２、ｎ＋半導体のバッファ層３が順次積層され、更に
このバッファ・層３の上にｎ＋半導体から成る下部クラ
ッド層４、ｎ″″半導体から成るコア層５が順次積層さ
れ、このコア層の上にはリッジ状にｎ一半導体から威る
２本の上部クラッド層６が交差角θを成して形成されて
いる。上部クラッド層６の上面には導電性のキャップ層
７が形成され、その表面は絶縁薄膜８で被覆されている
。

このように形成された２本の先導波路Ａ，　　Ｂの交差
部Ｃの略中央には路長方向に適宜な幅のスリット状窓８
ａが形成され、ここからＺｎがコア層５に至るまで拡散
されてＺｎ拡散領域１０が形成され、この上に上部電極
９がキャップ層７と接触した状態で添着されている。

このような構造の導波路型光スイッチにおいて、上部電
極９から電流を注入しない場合には、先導波路Ａ，　Ｂ
の入力ボードＡ＋．Ｂ＋から入射した光はそのまま直進
してそれぞれ出力ポートＡｈＢ，から出射していく。

上部電極９から所定値の電流を注入すると、上部クラッ
ド層６とコア層５の界面を構成するｐｎ接合に接合から
流れ込む注入電流に伴うプラズマ分散効果やバンドフィ
リング効果によって、電流注入部の屈折率が低下し、交
差部Ｃの中央路長方向に光の全反射面が発現する。

そのため、例えば、入カポー｝Ａ＋から入射した光は、
発現した全反射面で全反射して出力ボートＢ！から出射
していく。

このように、光導波路Ａ，　Ｂの交差部に形成した電流
注入域は、その部分の屈折率変化領域になっている。

また、第８図に示したように、光導波路の交差部Ｃの路
長方向の中央に、極めて細い電流注入領域９゛を形威す
れば、交差部Ｃには薄い反射面を形成することができる
ので、入力ポートＡ１からの光を出力ボートＢ！に、入
カポー｝Ｂ＋からの光を出力ボートＡ　ｔにそれぞれ出
射することが可能な２×２光スイッチを形成することも
できる。

（発明が解決しようとする課題） ところで、上記した従来構造の導波路型光スイッチの場
合、１回の全反射でスイッチング動作を実現しなければ
ならないため、交差部の屈折率変化領域においてはその
屈折率変化を大としなければならない。そのためには、
この領域に多量の電流を注入することが必要になる。

しかしながら、多量の電流を注入すると、導波路の温度
上昇が大となり、スイッチを構戊する半導体が劣化して
しまうという不都合を招く。注入電流を少なくして上記
事態の発生を防止することもできるが、そのときには、
先導波路の交差角を小さくすればよい。しかしながら、
そのような処置は、漏話を大きくすることになり不都合
である。

また、第８図で示したような２×２光スイッチの場合に
は、電流注入域９′を極めて薄く形成することか必要に
なるが、しかしながら、そのように精度の高い上部電極
を形戊することは極めて困難である。

本発明は、上記したような問題を解決し、低電流の注入
であっても確実に全反射面を発現することができる全反
射型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） 上記目的を達成するために、本発明においては、互いに
交差する光導波路の交差部に全反射面を発現せしめる屈
折率変化領域が形或されている導波路型光スイッチにお
いて、前記交差部の前記屈折率変化領域の全反射面は、
該全反射面への入射光が複数回反射できるような角度で
前記交差部内に形成されていることを特徴とする導波路
型光スイッチが提供される。

（作用） 本発明の光スイッチの場合、２本の先導波路の交差部に
おける屈折率変化領域が入射光を複数回全反射せしめる
ような反射面を発現せしめるように形成されている。し
たがって、入力ボートから入射した入射光は屈折率変化
領域の反射面で複数回反射したのち出力ポート側に出射
していくことになるが、そのとき、各反射面における入
射光と反射面が成す角度は、従来の場合よりも小さくな
る。

換言すれば、屈折率変化領域に全反射面を発現せしめる
ために必要な注入電流は、前記した小さい角度で入射光
を全反射せしめることができる全反射面を発現させる程
度の小さい電流値であればよいことになる。

すなわち、光導波路間の交差角を小さくすることなく、
小さい注入電流でも、入射光に対する全反射面の発現が
可能となるので、スイッチング作用は実現できるように
なる。

（発明の実施例） 以下に、半導体材料を用いて製造した場合における本発
明の実施例を添付図面に基づいて詳細に説明する。第１
図は実施例の光スイッチの概略斜視図、第２図は第１図
の■一■線に沿う断面図、第３図は交差部近傍の平面図
である。

第２図で示したように、下部電極１１の上にはｎ　”Ｇ
　ａＡ　ｓ半導体から或る基板１　２，ｎ”ＧａＡｓ半
導体から成るバッファ層１３が順次積層され、更にその
上には、ｎ”ＧａＡｉ！Ａｓ半導体から成る下部クラッ
ド層！４．ｎ−ＧａＡｓ半導体から成るコア層１５が積
層されている。このコア層ｌ５の上には、ｎ′″ＧａＡ
ＩＡｓ半導体から成る上部クラッド層１６がリッジ状に
形威され、その頂部にはｎ′″ＧａＡｓ半導体から或る
キャップ層ｌ７が積層され、それらの表面は絶縁薄膜１
８で被覆されている。

上記したりッジは、交差角θを威して交差する２本の先
導波路Ａ，　Ｂを構成している。これら光導波路Ａ，　
Ｂの交差部Ｃは、その一方の路幅方向が、第Ｆ図および
第３図に示したように、所定幅だけ拡輻して拡幅部Ｄを
形成している。

そして、交差部Ｃには、図の斜線で示したような形状で
、屈折率変化領域Ｅが形成されている。

すなわち、この屈折率変化領域Ｅは、交差部Ｃの表面の
路長方向に所定幅のスリット窓１８ａを形或し、ここか
らＺｎをコア層１５に至るまでの深さで拡散せしめるこ
とにより上部クラッド層１６の一部をＺｎ拡散領域２０
とすることにより形威されている。

この場合、屈折率変化領域Ｅの拡幅部Ｄ側における境界
Ｅ＋が反射面となる。この実施例光スイッチの場合は、
この境界Ｅ＋が、拡幅部Ｄの縁辺を入力ポートＢｔ側に
延長したときにこの人カボ−　｝　Ｂ　＋と交差する個
所Ｅ！からθ／４の角度を成して交差部Ｃの中央Ｅ３に
まで延在し、この交差部Ｃの中央Ｅ，からは、拡幅部Ｄ
の縁辺を出力ボートＡ，側に延長したときにこの出力ボ
ートＡ！と交差する個所Ｅ，まで同じくθ／４の角度で
傾斜して延在する面として形成されている。

つぎに作用をについて説明する。

ます、上部電極ｌ９から所定値の電流を注入すると、Ｚ
ｎ拡散領域２０の下側に位置するコア層ｌ５、すなわち
屈折率変化領域Ｅの屈折率は低下するので、交差部Ｃに
は、Ｅ＊　　Ｅｘ　　Ｅｓに連なる反射面が形成される
。したがって、入カポー１’Ｂ＋から入封した光ｐ１は
、屈折率変化領域ＥのＥｔ　ＥＪ面の点ｐＡで面と角度
θ／４を成して入射し、同じく面と角度θ／４を成して
反射し、拡幅部Ｄ内をその縁辺と平行に導波して、屈折
率変化領域ＥのＥｓ　　ＥＩ面の点ｐｌｌで面と角度θ
／４を成して入射し、同じく面と角度θ／４を威して反
射し、出力ポートＡｔに沿って光ｐ！として出射してい
く。すなわち、入力ポートＢＩから入射した入射光は、
屈折率変化領域Ｅで２回反射して出力ポートＡｔから出
射していく。

一般に、屈折率がｎｌ＋ｎｆｆｉである２つの光媒体が
交差角θで交差しているときの境界面における反射率は
、次式： で表される。

例えば、第６図に示した従来の光スイッチにおいて、光
導波路の路幅がいずれもｌＯμｍ，その交差角θを５°
　（したがって、（１）式のθは５°／２＝２．５’）
、電流注入を行なわないときの導波路の屈折率（ｎ　＋
）を３．４とすると、（１）式から、屈折率変化領域の
屈折率（ｎ，）を３．　３　９　７にすれば境界での全
反射を可能にすることができる。

この屈折率変化がプラズマ分散効果のみに基づいて生起
するものと仮定した場合、上記の屈折率低下：△ｎ＝ｎ
＊　−ｎ＋　＝３Ｘ１　０−”を行なわせるためには、
次式： Δｎ＝乙９ｘｌＯ−”Ｎ　　　−　・−・（２）（ただ
し、Ｎはキャリア濃度二個／ｄを表す）を満足せしめる
ような電流注入が必要になる。

また、この交差部Ｃがダブルへテロ構造であると仮定し
た場合、キャリア濃度Ｎと電流密度Ｊ（Ａ／ｃＴｌ）と
の間には、次式： ｑＸｄ が威立する。ここで、τ．はキャリア寿命（ｓｅａ）、
ｄはキャリア注入の薄厚（μｍ）、ｑは素電荷（クーロ
ン）を表わす。

ここで、例えば、ｒ．　＝　Ｉ　Ｘ　１　０−”ｓｅｃ
，　　ｄ＝ｌμｍ，　　ｑ＝１．　６　０　２　Ｘ　１
　０−”Ｃとすると、（２）式、（３）式より、△ｎ＝
３Ｘ１０−’の場合は、Ｊ＝１．　７　６　ｘ　１　０
　’（Ａ／Ｃｉ）となる。すなわち、第６図に示したよ
うな光スイッチの場合は、電流密度が１．７６ｘｌｏ’
　Ａ／ｃａｆの電流注入のときに全反射が実現すること
になる。

本発明の光スイッチの場合、屈折率変化領域Ｅに関する
θは２．５°／２＝１．２５°であるから、他の条件が
上記と同一であるとすれば、Ｊ＝４．４２Ｘ１０’Ａ／
ｃｎｒの注入電流で、屈折率変化領域Ｅの境界Ｅ＋は全
反射面に変化することができる。

すなわち、本発明の構造の光スイッチの場合は、光導波
路が従来構造の場合と同じ交差角の場合であっても、約
１／４の注入電流でスイッチング機能を発揮する・こと
ができる。

第４図は、他の実施例を示す平面図で、この場合は、交
差部Ｃの両方に拡幅部を設け、ここに第１図から第３図
に示したような形状の全反射面を発現せしめる屈折率変
化領域を形成したものである。この光スイッチは低電流
の電流注入で動作する２×２光スイッチとして使用する
ことができる。

第５図は、更に他の実施例を示す平面図である。

この場合には、屈折率変化領域Ｅに３個所の全反射面が
発現することになり、入力ボートＢ．から入射した入射
光はこの３個所の全反射面で反射して出力ポートＡｔか
ら出射していくようになる。

このタイプの光スイッチはＩＸ２光スイッチとして使用
することができる。

なお、本発明の光スイッチの製造に際しては、半導体材
料の外に誘電体を使用して製造することもできる。

（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
ッチにおいては、交差する先導波路の交差部に形成され
る屈折率変化領域の全反射面で入射光は複数回反射でき
るようになっているので、この入射光と全反射面との角
度は先導波路間の交差角よりも小さくてよい。そのため
、この全反射面を発現せしめるに必要な注入電流は、こ
の光導波路の交差角において全反射面を発現せしめる場
４． 合よりも小さくてよいことになる。

また、屈折率変化領域の形成は、第８図に示した電極の
形成時におけるような精度の高さを必要としないため、
その製造は簡単である。

【図面の簡単な説明】

第ｌ図は本発明の実施例光スイッチの斜視図、第２図は
第ｌ図の■一■線に沿う断面図、第３図は先導波路の交
差部近傍の平面図、第４図は他の実施例の平面図、第５
図は更に他の実施例の平面図、第６図は従来の導波路型
光スイッチの概略斜視図、第７図は第６図の■−■線に
層断面図、第８図は従来の他の光スイッチの平面図であ
る。 １１・・・下部電極、１２・・・基板層、ｌ３・・・バ
ッファ層、１４・・・下部クラッド層、ｌ５・・・コア
層、１６・・・上部クラッド層、Ｉ７・・・キャップ層
、１８・・・絶縁薄膜、ｌ９・・・上部電極、２０・・
・Ｚｎ拡散領域、Ａ．Ｂ・・・先導波路、Ａ＋．Ｂｔ・
・・入力ポート、Ａ！Ｂ，・・・出力ポート、Ｃ・・・
交差部、Ｄ・・・拡幅部、Ｅ・・・屈折率変化領域、Ｅ
，・・・全反射面、Ｅ，・・・入力ボートとの交差個所
、Ｅｘ・・・交差部の中央、Ｅ４・・・出力ポートとの
交差個所、 ｐｌ ・・・入射光、 ｐ２ ・・・出射光。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　互いに交差する光導波路の交差部に全反射面を発現せ
   しめる屈折率変化領域が形成されている導波路型光スイ
   ッチにおいて、前記交差部の前記屈折率変化領域の全反
   射面は、該全反射面への入射光が複数回反射できるよう
   な角度で前記交差部内に形成されていることを特徴とす
   る導波路型光スイッチ。