JPH0396926A - 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】 本発明は半導体から或る光スイッチに関し、更に詳しく
は、消光比の劣化を抑制することができる光スイッチに
関する。

（従来の技術） 半導体材料で構成されるＹ分岐光導波路型の光スイッチ
は、例えば、第５図の斜視図、第６図の平面図で示した
ような構造になっている。これらの図において、主光導
波路Ａは入射ポートであり、この主光導波路Ａから分岐
角θ゜でＹ分岐する２本の分岐側光導波路Ｂｌ，Ｂ２は
いずれも出射ポートになる。そして、これら分岐側光導
波路の少なくとも１本（図では両方）には、斜線で示し
たように屈折率制御部Ｃ＋，Ｃｚが形成されている。

これらの光導波路において、主光導波路Ａ、分岐側光導
波路Ｂｌ，Ｂ２は、いずれも第５図，第６図の■一■線
に沿う断面図である第７図で示したように、同じ断面構
造になっている。すなわち、ＡｕＧｅＮｉ／Ａｕのよう
な材料から成る下部電極１の上に、ｎ”ＧａＡｓのよう
な半導体から成るｎ＋型半導体層２、ｎ”Ａ　ＩＩ　Ｇ
ａＡｓのようなｎ＋型半導体から成る下部クラッド層３
、ｎ　　ＧａＡｓのようなｎ一型半導体から或るコア層
４が順次積層されている。

コア層４の上には、ｎ−ＡｎＧａＡｓのようなｎ型半導
体の上部クラッド層５が積層され、その一部はりッジに
なっており光導波路を形成している。

この上部クラッド層５の上面にはｎ−　ＧａＡｓのよう
なｎ−型半導体から成るキャップ層６か積層され、更に
その上面の全体はＳｉＯ２のような材料の絶縁薄膜７で
被覆されている。

一方、分岐側先導波路の屈折率制御部Ｃ，，Ｃ２が形成
されている個所は、第５図，第６図の■■線に沿う断面
図である第８図に示したような断面構造になっている。

すなわち、キャップ層６までの構或は主先導波路Ａや分
岐側光導波路Ｂｌ＋Ｂ２と同様であるが、屈折率制御部
ＣＩ＋Ｃ２に相当する個所の絶縁薄膜７を所定の幅と所
定の長さを有するスリット状に除去して窓７ａ，７ｂが
形成され、ここから上部クラッド層５の所定の深さまで
Ｚｎを拡散せしめてＺｎ拡散層８を形成したのち、窓７
ａ，７ｂを完全に覆う状態でＣｒ／Ａｕのような材料を
例えば蒸着して上部電極９ａ，９ｂが形威されている。

この場合、第６図の平面図で示したように、屈折率制御
部Ｃ１の上流側端部Ｃ＋＋の面は、主先導波路Ａと分岐
側先導波路Ｂ，との屈折点Ａ１および２本の分岐側先導
波路Ｂｌ，Ｂ２が分岐角θ゜をもって物理的に分岐する
分岐点Ａ３の間を結ぶ面（屈折率制御部Ｃ２の上流側端
部Ｃ　２　ｍの面の場合は、屈折点Ａ２と物理的な分岐
点Ａ３を結ぶ面）になっており、下流側端部Ｃｌｂは分
岐側光導波路Ｂ＋の最も下流側の先端になっている（下
流側端部Ｃ２ｂの場合は、分岐側先導波路Ｂ２の最も下
流側の先端になっている）。

この構造の光スイッチの場合、例えば一方の分岐側先導
波路（これを分岐側先導波路Ｂ１とする）に上部電極９
ａから所定値の電滝を注入したりまたは上部電極９ａと
ｎ＋型半導体層２の間に所定値の電圧を印加すると、そ
の部分における屈折率制御部Ｃ１の屈折率が低下して光
波の伝搬は完全に停止する。その結果、主先導波路Ａか
ら入射した光波は、全て、屈折率制御部が作動していな
い他方の分岐側先導波路Ｂ２から出射して、光路の切替
え、すなわちスイッチング作用が実現する。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、上記した構造のＹ分岐光導波路型の光ス
イッチにおいては、２本の分岐側先導波路Ｂ，，Ｂ２の
間には必ず放射モード光が発生する。

また、屈折率制御部ＣＩ，Ｃ２の長さは有限であり、そ
れらの下流側端部Ｃ　Ｈ，　　Ｃ２ｂよりも下流側に位
置している分岐側先導波路の部分は、常時、光波の伝搬
が可能な状態になっている。

このようなことから、屈折率制御部ＣＩ，Ｃ２よりも下
流側の分岐側先導波路では、上記した放射モード光が導
波モード光に再結合するという現象か起り、その消光比
の劣化を招く。

このような問題を解消するためには、通常、２本の分岐
側光導波路Ｂｌ，Ｂ２の間の分岐角θを非常に小さくし
て放射モード光の発生を抑制するという対策が採られて
いる。

しかしながら、上記対策の場合には、素子長の著しい増
加を不可避とするため、光スイッチは大型化するという
欠点が生ずる。

本発明は、上記した問題を解決し、素子長の増加を招く
ことなく消光比の劣化を抑制することができる光スイッ
チの提供を目的とする。

（課題を解決するための手段・作用） ところで、放射モード光の光強度は分岐角θが大きくな
るに伴なって大きくなる。また、分岐側光導波路の間に
位置する上部クラッド層においては、そこを伝搬してい
く放射モード光は、伝搬につれて広がっていくため、そ
の光強度は次第に小さくなっていく。

したがって、放射モード光の光強度は、分岐角θの大小
、物理的な分岐点Ａ３から下流側に位置する屈折率制御
部ＣＩ，Ｃ２の長さの大小によって規制されるものと考
えられる。

このような観点から、本発明者らは、分岐角θと屈折率
制御部の前記長さとが消光比の大小に与える関係につい
て調査した。

例えば、光波の伝搬が抑制されている一方の分岐側先導
波路の屈折率制御部の比屈折率差Δを七ロとし、消光比
１０ｃｌＢを得る場合につき、分岐角θと屈折率制御部
の長さｌとの関係を調査したところ、第１図のような相
関関係の存在することが判明した。

なお、ここでいう比屈折率差Δとは、屈折率制御部の実
効屈折率と２つの屈折率制御部間に位置する上部クラッ
ド部分の実効屈折率との差を、上記した上部クラッド部
分の実効屈折率で除した値のことである。また、この場
合の屈折率制御部の長さｌとは、全体の長さのうち、第
ｌ図で示したように、物理的な分岐点Ａ３から下流側端
部Ｃ＋ｂ（またはＣ２ｂ）までの距離を分岐角θの２等
分線の方向に測定したときの長さを表す。

したがって、物理的な分岐点Ａ３から下流側端部Ｃ１，
（またはＣ２，）までの実際の長さＬと前記したｌとの
間には、ｊ！＝ＬＸｃｏｓ（θ／２）の関係が或立して
いる。

第１図から明らかなように、ｌ≧１００×θにすると、
放射モード光の再結合が抑制されて１０ｄＢ以上の消光
比を得ることができる。すなわち、分岐角θと屈折率制
御部の長さＬとの間では、Ｌ≧１００×θ／ｃｏｓ（θ
／２）となるようにすれば、消光比の劣化の少ない光ス
イッチを得ることができる。

以上の知見に基づき、本発明においては、主先導波路と
該主光導波路から分岐角θ゜で分岐している２本の分岐
側先導波路から成り、該分岐側先導波路の少なくとも１
本に屈折率制御部が形成されている光スイッチにおいて
、前記屈折率制御部の全長のうち、前記分岐側光導波路
間の物理的分岐点から前記屈折率制御部の下流側端部ま
での長さが１００×θ／ｃｏｓ（θ／２）μｍ以上にな
っていることを特徴とする光スイッチが提供される。

なお、本発明の光スイッチは半導体材料から構成されて
いるが、用いる半導体材料としては、例えば、ＧａＡｓ
，　Ａ　１　ｘＧａ＋−＋＋Ａｓ，　ＩｎＰ．　Ｉｎｙ
Ｇａ＋−ｙＡ　ｓｘ　Ｐ　ｌ−！などをあげることがで
きる。

（発明の実施例） 以下に、本発明の光スイッチの実施例を添付図面に基づ
いて説明する。

第２図は、分岐角が２°、ｌが２００μｍの場合の光ス
イッチの平面図である。このとき、Ｌは２　０　０／ｃ
ｏｓｌ°＝２００．０３　（μｍ）であり、１００×θ
／ｃｏｓ（θ／２）の値と等しい。

この光スイッチでは、消光比が１０ｄＢ以上となり、光
交換等の応用も可能である。

第３図は、分岐角θは変えずに、ｌの長さを第２図の場
合よりも更に長くして５００μｍにした場合の平面図で
ある。このとき、Ｌは５　０　０　／ｃｏｓｌ’５００
．０８　（μｍ）であり、１　０　０　Ｘ　２／ｃｏｓ
ｌ°−２００．　０３よりも大きい。この場合は、２０
ｄＢ以上の消光比を得ることができた。

第４図は、分岐角θは２°、ｌの長さを５０μｍとした
比較例光スイッチの平面図である。このとき、Ｌは５０
／ｃｏｓｌ°＝５０．００８　（μｍ）であり、前記し
た１　０　０　ｘ　２　／ｃｏｓｌ’　＝２００、０３
よりも小さい。この場合、放射モード光の再結合が顕著
に起り、結局、数ｄＢ程度の消光比しか得られず、実用
性の極めて乏しいものになった。

（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は、
分岐側先導波路間の分岐角θおよび屈折率制御部の長さ
Ｌについての第１図に示した実験データに基づいて構成
されているものである。その結果、本発明の光スイッチ
は、従来の光スイッチのように分岐角θを非常に小さく
してかつ素子長を長くするというような対策を採ること
なく、放射モード光の再結合に基づく消光比の劣化を抑
制することができる。

【図面の簡単な説明】

第ｌ図は消光比を１０ｄＢにするときの、分岐角θと屈
折率制御部の長さｌ（またはＬ）との関係を示すグラフ
、第２図は実施例光スイッチの平面図、第３図は他の実
施例光スッチの平面図、第４図は比較例光スイッチの平
面図、第５図はＹ分岐先導波路型光スイッチの斜視図、
第６図はその平面図、第７図は第５図および第６図の■
−■線に沿う断面図、第８図は第５図および第６図の■
一■線に沿う断面図である。 ｌ・・・下部電極、２・・・ｎ＋型半導体層、３・・・
下部クラッド層（ｎ＋型半導体）、４・・・コア層（ｎ
一型半導体）、５・・・上部クラッド層（ｎ一型半導体
）、６・・・キャップ層（ｎ一型半導体）、７・・・絶
縁薄膜、１ａ，１ｂ−・・窓、８　・Ｚ　ｎ拡散層、９
ａ，９ｂ−上部電極、Ａ・・主先導波路、Ａ，，Ａ２・
・・屈折点、Ａ３・・・物理的な分岐点、Ｂｌ，Ｂ２・
・・分岐側光導波路、ＣＩ，Ｃ２・・・屈折率制御部、
ＣＩ＋＋　　Ｃ２ｍ・・・屈折率制御部の上流側端部、
Ｃ＋ｂ、Ｃ２ｂ・・・屈折率制御部の下流側端部、θ・
・分岐角、Ｌ，　　ｌ・・・物理的な分岐点Ａ３から屈
折率制御部の下流側端部（Ｃ　Ｉａ＋Ｃ２，）までの距
離。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 主光導波路と該主光導波路から分岐角θ゜で分岐してい
   る２本の分岐側光導波路から成り、該分岐側光導波路の
   少なくとも１本に屈折率制御部が形成されている光スイ
   ッチにおいて、前記屈折率制御部の全長のうち、前記分
   岐側光導波路間の物理的分岐点から前記屈折率制御部の
   下流側端部までの長さが１００×θ／ＣＯＳ（θ／２）
   μｍ以上になっていることを特徴とする光スイッチ。