JPH05210127A

JPH05210127A - 全反射型光導波路スイッチ

Info

Publication number: JPH05210127A
Application number: JP27151592A
Authority: JP
Inventors: Yoshiyuki Kamata; 良行鎌田; Hisaharu Yanagawa; 久治柳川
Original assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Current assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Priority date: 1991-10-15
Filing date: 1992-10-09
Publication date: 1993-08-20

Abstract

(57)【要約】【目的】初期漏話が低い全反射型半導体光スイッチを
提供する。【構成】光導波路１，２が交差し、その交差部３に光
の反射面４ｂを発現させるための屈折率変化領域４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
屈折率変化領域４は、そこに発現する反射面４ｂが前記
交差部３の一方の側部に対し凹曲面をなすような形状に
なっている全反射型光導波路スイッチで、屈折率変化領
域４を動作させないときに、その反射面に相当する個所
に入射した光は、屈折率変化領域における屈折率の変化
に対し鈍感になる。そのため、初期漏話が低減する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は全反射型光導波路スイッ
チに関し、更に詳しくは、スイッチング時における初期
漏話が少ない全反射型光導波路スイッチに関する。

【０００２】

【従来の技術】光通信の分野においては、光路切替えの
ために全反射型光スイッチが使用されている。この全反
射型光スイッチの１例につき、図面に基づいて、半導体
を用いた光導波路スイッチの場合で説明する。図１は全
反射型光導波路スイッチの１例を示す概略平面図であ
る。図において、２本の光導波路１，２が交差角θで交
差して交差部３を形成している。ここで光が矢印ｐのよ
うに入射する場合、光導波路１ａ，２ａはいずれも入射
側光導波路として機能し、また光導波路１ｂ，２ｂはい
ずれも出射側光導波路として機能する。そして、各光導
波路の交差部３には、後述するような屈折率変化領域４
が形成されている。

【０００３】この屈折率変化領域４を除いた光導波路の
部分は、図１のII−II線に沿う断面図である図２に示し
たような構造になっている。例えば、半導体材料として
ＧａＡｓ，ＡｌＧａＡｓを用いた場合、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。

【０００４】このバッファ層１３の上にはｎ⁺ＡｌＧａ
Ａｓ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ｎ^-ＡｌＧ
ａＡｓから成る上部クラッド層１６、ｎ^-ＧａＡｓから
成るキャップ層１７を順次積層したのち、これらをエッ
チングしてリッジ状に光導波路が形成され、それらの全
体はＳｉＯ₂のような絶縁膜１８で被覆されている。

【０００５】一方、屈折率変化領域４においては、図１
の III−III 線に沿う断面図である図３に示したよう
に、Ｚｎのような不純物を所定量だけ上部クラッド層１
６内のコア層１５の近くにまで拡散せしめた拡散域４ａ
が形成され、交差部３の表面を被覆する絶縁膜１８が所
定の幅で交差部３の長手方向に一部除去されることによ
りスリット状の絶縁膜目抜き部１８ａが形成され、つい
でこの絶縁膜目抜き部１８ａの上に上部電極１９を装荷
した構造になっている。

【０００６】この光導波路スイッチの場合、上部電極１
９と下部電極１１の間で何らの動作も起こさせることな
く、図１で示した矢印ｐのように入射側光導波路２ａに
光を入射すると、光は、そのまま交差部３を直進して矢
印ｑのように出射側光導波路２ｂから出射していく。し
かし、上部電極１９から例えば所定値の電流を前記絶縁
膜目抜き部１８ａを介して注入すると、屈折率変化領域
４の直下に位置するコア層１５の屈折率低下が誘起され
る。その結果、交差部３には、交差角θを２等分する直
線状の位置に、低屈折率になっている屈折率変化領域４
と屈折率が低下していない光導波路との境界面４ｂが発
現する。

【０００７】したがって、入射側光導波路２ａに入射し
た光は、前記した境界面４ｂを反射面として、図１の点
線ｑ’で示したように、出射側光導波路１ｂへと光路変
更し、そこから出射していく。すなわち、電流注入によ
って、屈折率変化領域４の一方の面４ｂが全反射面とな
り、そこで光の全反射が起こるため、スイッチング機能
が発現する。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
光導波路スイッチの場合、絶縁膜目抜き部１８ａがスリ
ット状であるため、ここからＺｎを拡散して形成した屈
折率変化領域４の境界面４ｂも、その面形状は平面とな
る。そして、交差部３においては、屈折率変化領域４に
は異質の材料が含まれていることにより残余の光導波路
部分と屈折率変化領域４の屈折率は微妙に相違してお
り、たとえ電極１９から電流注入を行わないときでも、
入射側光導波路２ａに入射した光は、前記の境界面４ｂ
で反射したりまたは屈折したりして光損失が生ずる。す
なわち、スルー状態における初期漏話が大きくなる。

【０００９】本発明は、スイッチング動作時における光
損失を小さくして初期漏話を低減することができる全反
射型光導波路スイッチを提供することを目的とする。

【００１０】

【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、光導波路が交差し、その交
差部に光の反射面を発現させるための屈折率変化領域が
形成されている全反射型光導波路スイッチにおいて、前
記屈折率変化領域は、そこに発現する反射面が前記交差
部の一方の側部に対し凹部をなす形状になっていること
を特徴とする全反射型光導波路スイッチが提供される。

【００１１】このスイッチの全体構造は、交差部におい
て、屈折率変化領域４と残余の光導波路との境界面の形
状が異なっていることを除いては、図１で示した従来構
造の全反射型光導波路スイッチと異なることはない。す
なわち、屈折率変化領域４の境界面の形状は、図４で示
したように、入射側光導波路１ａと入射側光導波路２ａ
との交差点Ａ₁から出射側光導波路１ｂと出射側光導波
路２ｂとの交差点Ａ₂までの部分が、交差部３における
入射側光導波路２ａ（および出射側光導波路１ｂ）側の
側部に対し、凹みを描いて変化するような凹面になって
いる。

【００１２】この場合の凹面は、例えば一定の曲率半径
Ｒを有する円弧が形成する曲面であってもよいし、ま
た、楕円のように曲率半径が徐々に変化している曲線が
形成する曲面であってもよい。この光スイッチの製造方
法の例を具体的に説明する。例えば、図２，図３におい
て、ｎ⁺ＧａＡｓ基板１２の上に、ＭＯＣＶＤ法によ
り、例えばｎ⁺ＧａＡｓから成るバッファ層１３，例え
ばｎ⁺ＡｌＧａＡｓから成る下部クラッド層１４，例え
ばｎ^-ＧａＡｓから成るコア層１５，例えばｎ ^-ＡｌＧ
ａＡｓから成る上部クラッド層１６，例えばｎ^-ＧａＡ
ｓから成るキャップ層１７を順次堆積する。

【００１３】ついで、図４における絶縁膜目抜き部１８
ａの個所を除いた他の表面をマスキングし、この絶縁膜
目抜き部１８ａからＺｎを拡散して、コア層１５の上面
までにＺｎ拡散層４ａを形成する。この拡散層４ａの面
形状は、図４における交差点Ａ₁とＡ₂の間で曲線にな
っていて、その曲線の曲率半径ＲがＲになっているよう
な円弧を描く曲面である。

【００１４】その後、前記マスキングを除去し、更に、
キャップ層１７，上部クラッド層１６を、導波する光が
シングルモードとなるようにエッチングして、入射側光
導波路１ａ，２ａ、出射側光導波路１ｂ，２ｂおよび交
差部３を交差角がθとなるようにリッジ状に形成する。
ついで、全面に例えばＳｉＯ₂から成る絶縁膜１８を形
成したのち、図１で示した絶縁膜目抜き部１８ａの個所
をエッチング除去し、ここに例えばＴｉ／Ｐｔ／Ａｕか
ら成る上部電極１９を装荷する。そして最後に、ＧａＡ
ｓ基板１２の下面を研磨し、ここに、例えばＡｕＧｅＮ
ｉ／Ａｕから成る下部電極１１を装荷する。

【００１５】なお、以上の説明ではスイッチの構成材料
を半導体としたが、本発明においては、これに限定され
ることなく、例えば、ＬｉＮｂＯ₃のような誘電体で構
成してもよい。また、屈折率変化領域の材料構成などを
変えることにより、上部電極からは電圧印加してスイッ
チング動作をさせてもよい。

【００１６】

【作用】本発明の全反射型光導波路スイッチの交差部に
おいては、屈折率変化領域と残余の光導波路部分との材
質の違いによって生じている屈折率差に基づく境界面
（反射面）は、凹部になっている。したがって、屈折率
変化領域を動作させないときに、入射側光導波路から前
記境界面に伝搬してきた光は、平面状の境界面の場合に
比べて、屈折率変化領域との屈折率の変化に対して鈍感
となるため、初期漏話の低減が達成されるようになる。

【００１７】

【実施例】

実施例１ｎ⁺ＧａＡｓ基板１２の上に、ＭＯＣＶＤ法により、ｎ
⁺ＧａＡｓで厚み0.５μｍのバッファ層１３，ｎ⁺Ａｌ
_0.2Ｇａ_0.8Ａｓで厚み3.０μｍの下部クラッド層１
４，ｎ^-ＧａＡｓで厚み0.８μｍのコア層１５，ｎ^-Ａ
ｌ_0.2Ｇａ_0.8Ａｓで厚み0.８μｍの上部クラッド層１
６，ｎ^-ＧａＡｓで厚み0.２μｍのキャップ層１７を順
次積層した断面構造で、曲率半径Ｒが５mm，交差角θが
４°である図４で示したような光スイッチを製造した。

【００１８】この光導波路スイッチにつき、波長1.５５
μｍの光に対するスイッチング特性を図５に示す。図５
において、○印は、入射側光導波路２ａから光を入射し
たときにおける出射側光導波路２ｂからの出射パワーを
表し、●印は出射側光導波路１ｂからの出射パワーを表
す。

【００１９】図５から明らかなように、上部電極１９か
らの電流注入を行わないときは、入射した光は交差部３
を直進して出射側光導波路２ｂへ伝播していき、また注
入電流が増加するにつれて、出射側光導波路１ｂからの
出射パワーは増大し、約２００ｍＡでスイッチング動作
が実現している。更に、図５で明らかなように、この光
スイッチは、その初期漏話が約１8.５ｄＢである。この
値は、屈折率変化領域の反射面が平面である図１のよう
な構造の光スイッチの初期漏話は約9.２ｄＢであること
からすると、非常に光損失の少ない光スイッチになって
いる。

【００２０】実施例２下部クラッド層１４，上部クラッド層１６の半導体組成
を、それぞれ、ｎ⁺Ａｌ_0.1Ｇａ_0.9Ａｓ，ｎ^-Ａｌ
_0.1Ｇａ_0.9Ａｓにしたこと、ｎ^-ＧａＡｓから成るコ
ア層１５の厚みを1.０μｍにしたこと、また、交差角θ
を５°にしたことを除いては、実施例１と同様にして光
導波路スイッチを製造した。

【００２１】この光導波路スイッチにつき、波長1.５５
μｍの光に対するスイッチング特性を図６に示す。図６
において、○印は、入射側光導波路２ａから光を入射し
たときにおける出射側光導波路２ｂからの出射パワーを
表し、●印は出射側光導波路１ｂからの出射パワーを表
す。

【００２２】図６から明らかなように、この光スイッチ
は約１００ｍＡでスイッチング動作をし始め、また、そ
の初期漏話は１6.０ｄＢである。更にこの光スイッチ
は、動作時漏話が１7.８ｄＢになり、初期漏話特性とと
もに動作時漏話特性も非常に向上している。なお、交差
角θを５°，屈折率変化領域を図１で示した形状にした
光スイッチの場合、その初期漏話は１2.４ｄＢ，動作時
漏話は１8.０ｄＢであった。

【００２３】実施例３交差角θを６°にしたことを除いては、実施例２と同様
の構造の光導波路スイッチを製造した。この光導波路ス
イッチにつき、波長1.５５μｍの光に対するスイッチン
グ特性を図７に示す。

【００２４】図７において、○印は、入射側光導波路２
ａから光を入射したときにおける出射側光導波路２ｂか
らの出射パワーを表し、●印は出射側光導波路１ｂから
の出射パワーを表す。図７から明らかなように、この光
スイッチは約１３０ｍＡでスイッチング動作をし始め、
また、その初期漏話は１8.７ｄＢである。

【００２５】更にこの光スイッチは、動作時漏話が9.９
ｄＢである。なお、交差角θを６°，屈折率変化領域を
図１で示した形状にした光スイッチの場合、その初期漏
話は１7.６ｄＢ，動作時漏話は9.６ｄＢであった。実施例４図８で示したように、交差部３の平面形状を側部が互い
に平行で幅広な形状となるように形成したことを除いて
は、実施例２と同様の構造の光導波路スイッチを製造し
た。

【００２６】この光導波路スイッチにつき、波長1.５５
μｍの光に対するスイッチング特性を図９に示す。図９
において、○印は、入射側光導波路２ａから光を入射し
たときにおける出射側光導波路２ｂからの出射パワーを
表し、●印は出射側光導波路１ｂからの出射パワーを表
す。

【００２７】図９から明らかなように、この光スイッチ
は約８０ｍＡでスイッチング動作をし始め、また、その
初期漏話は１5.５ｄＢである。更にこの光スイッチは、
動作時漏話が１8.５ｄＢになり、初期漏話特性とともに
動作時漏話特性も非常に向上している。なお、交差部３
の平面形状は実施例４と同一の幅広形状とし、交差角θ
を５°，屈折率変化領域を図１で示した形状にした光ス
イッチの場合、その初期漏話は１3.２ｄＢ，動作時漏話
は１5.３ｄＢであった。

【００２８】実施例５交差角θを６°にしたことを除いては、実施例４と同様
の構造の光導波路スイッチを製造した。この光導波路ス
イッチにつき、波長1.５５μｍの光に対するスイッチン
グ特性を図１０に示す。

【００２９】図１０において、○印は、入射側光導波路
２ａから光を入射したときにおける出射側光導波路２ｂ
からの出射パワーを表し、●印は出射側光導波路１ｂか
らの出射パワーを表す。図１０から明らかなように、こ
の光スイッチは約１１０ｍＡでスイッチング動作をし始
め、また、その初期漏話は１7.６ｄＢである。

【００３０】更にこの光スイッチは、動作時漏話が１0.
６ｄＢである。なお、実施例５の構造において、交差角
θを６°，屈折率変化領域を図１で示した形状にした光
スイッチの場合、その初期漏話は１7.３ｄＢ，動作時漏
話は8.１ｄＢであった。実施例６図１１で示したように、交差部３の平面形状を、両側部
が曲率半径５mmの楕円が描く曲面となるように形成した
こと、交差角θを４°にしたことを除いては、実施例２
と同様の構造の光導波路スイッチを製造した。この光ス
イッチの初期漏話は１7.２ｄＢであった。

【００３１】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明の
全反射型光導波路スイッチは、光導波路が交差し、その
交差部に光の反射面を発現させるための屈折率変化領域
が形成されている全反射型光導波路スイッチにおいて、
前記屈折率変化領域は、そこに発現する反射面が前記交
差部の一方の側部に対し凹部をなすような形状になって
いるので、この反射面に入射した光は屈折率変化領域に
おける屈折率の変化に対し鈍感になり、その結果、初期
漏話の低減を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の全反射型光導波路スイッチを示す概略平
面図である。

【図２】図１のII−II線に沿う断面図である。

【図３】図１の III−III 線に沿う断面図である。

【図４】本発明の光スイッチを示す概略平面図である。

【図５】図４の光スイッチのスイッチング特性を示すグ
ラフである。

【図６】図４の他の光スイッチのスイッチング特性を示
すグラフである。

【図７】更に別の光スイッチのスイッチング特性を示す
グラフである。

【図８】本発明の光スイッチの他の例を示す概略平面図
である。

【図９】図８の光スイッチのスイッチング特性を示すグ
ラフである。

【図１０】図８の他の光スイッチのスイッチング特性を
示すグラフである。

【図１１】本発明の更に別の光スイッチを示す概略平面
図である。

【符号の説明】

１光導波路１ａ入射側光導波路１ｂ出射側光導波路２光導波路２ａ入射側光導波路２ｂ出射側光導波路３交差部４屈折率変化領域４ａＺｎ拡散域４ｂ反射面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１７キャップ層１８絶縁膜１８ａ絶縁膜目抜き部１９上部電極

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光導波路が交差し、その交差部に光の反
射面を発現させるための屈折率変化領域が形成されてい
る全反射型光導波路スイッチにおいて、前記屈折率変化
領域は、そこに発現する反射面が前記交差部の一方の側
部に対し凹部をなす形状になっていることを特徴とする
全反射型光導波路スイッチ。
【請求項２】前記光導波路が、半導体または誘電体で
形成されている請求項１の全反射型光導波路スイッチ。
【請求項３】前記凹部が、円弧の一部または楕円の一
部が描く曲面である請求項１の全反射型光導波路スイッ
チ。
【請求項４】前記光導波路の交差角が４°〜６°であ
り、前記凹部を構成する曲線が曲率半径５mmの円弧であ
る請求項１の全反射型光導波路スイッチ。
【請求項５】前記屈折率変化領域が、電流注入または
電圧印加によって動作する請求項１の全反射型光導波路
スイッチ。