JPH07263783A - 光配線装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 この発明は、光伝搬の経路の変更が容易に行
える光バスを提供することをその目的とする。 【構成】 平板光導波基板１と、この光導波基板１に入
射された光を反射させる複数の反射部材２〜５を備えた
光配線装置であって、２つの反射部材が光吸収スペクト
ルを変化させるとができる光変調素子３ａ，３ｂで構成
される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、並列プロセッサの光
バス等に用いられる光配線装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】並列プロセッサ間の接続網や交換機等の
ノードを光学的に実現するために、発光素子と回折格子
型レンズまたは反射鏡などの平板光学系を組み合わせた
光バスが提案されている（例えば、平成５年春季第４０
回応用物理学関係連合講演会、講演予稿集２９ｐ−ＺＣ
−５参照。）。

【０００３】これら光バスは、平板ガラス基板または半
導体基板からなる光導波基板に入射された光を基板の上
下面に形成した回折格子または反射鏡によって反射さ
せ、それを繰り返すことによって、基板中に光を伝搬さ
せ、所定の位置に光を出力することにより光接続を行う
ものである。

【０００４】ところで、この光バスは、反射鏡などの設
計により、１：ｎやｎ：ｎの伝搬が可能であり、並列プ
ロセッサ等の接続がコンパクトに行えるなどの利点を有
している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来の光バスは、その
光路の選択が反射鏡などの設計により決定されており、
発光スポットの選択が困難である。すなわち、一度作成
された光伝搬系は、反射鏡等の設計により一義的に決め
られるため、その中の任意のスポットのみに光を選択的
に伝搬させることはできない。しかし、並列プロセッサ
等に用いられる光バスとしては、そのプロセッサの処理
態様によってノード数の変更、すなわち、発光、受光ス
ポットの変更が要求されることがある。このため、この
ノードの変更があると、その都度反射鏡等の設計を変更
する必要があり、作業性が悪いなどの問題があった。

【０００６】この発明は、上述した従来の問題点を解消
するためになされたものにして、光伝搬の経路の変更が
容易に行える光バスを提供することをその目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】

【０００８】この発明は、平板光導波基板と、この光導
波基板に入射された光を反射させる複数の反射部材を備
えた光配線装置であって、前記反射部材の少なくとも１
つが光吸収スペクトルを変化させるとができる光変調素
子で構成される。

【０００９】

【作用】この発明は、上記光変調素子の光吸収スペクト
ルを変更することにより、光伝搬経路が変更する。

【００１０】

【実施例】以下、この発明の実施例を図面を参照して説
明する。

【００１１】図１はこの発明の第１の実施例を示す概略
断面図である。この実施例では、ＧａＡｓ半導体基板、
ＩｎＰ半導体基板からなる厚さ２５０〜３５０μｍ、好
ましくは３００μｍ程度の化合物半導体基板１を平板光
導波基板として用いる。半導体基板１を光導波基板とし
て用いる場合、基板１のバンドギャップよりエネルギー
の小さい光を使用光源ととして用いれば基板の吸収が少
なく光伝搬が行える。従って、ＧａＡｓ基板を平板光導
波基板として用いた場合には、波長０．９〜１．１μｍ
帯のＩｎＧａＡｓ系材料の半導体レーザや、波長１．３
μｍ、１．５５μ帯のＩｎＰ系材料の半導体レーザを光
源として用いればよい。また、ＩｎＰ基板を平板光導波
基板として用いた場合には、波長１．３μｍ、１．５５
μ帯のＩｎＰ系材料の半導体レーザを光源として用いれ
ばよい。

【００１２】図１に示すように、基板１の第２面側に基
板１に、入射ノード１１から入射された光をｎ個に分配
する回折格子２が設けられる。この実施例では、回折格
子２で、入射ノード１１に入射された半導体レーザから
の入射光が２個に分配される。分配された光は基板１内
を伝搬し、基板の第１面側に設けられたこの発明の特徴
とする光変調素子３ａ、３ｂにそれぞれ与えられる。こ
の光変調素子３ａ、３ｂは光吸収スペクトルを変化させ
るとができるように構成されており、この光変調素子３
ａ、３ｂの光吸収スペクトルを変更することにより、光
伝搬経路が変更できる。

【００１３】この光変調素子３ａ、３ｂは、例えば、多
重量子井戸構造にて形成され、光変調素子３ａ、３ｂに
加える電界を制御することで、量子閉じこめシュタルク
効果（ＱＣＳＥ）を用いて、変調素子３ａ、３ｂの光吸
収スペクトルを変更し、伝搬される光を反射または吸収
するように制御する。

【００１４】基板１の第２面側にはこの光変調素子３
ａ、３ｂが反射素子として作用した場合に、光変調素子
３ａ、３ｂにて反射され基板１内を伝搬される光を出射
ノード１２、１３へ反射させるように、方向性を有する
グレーティング反射鏡４、５が設けられている。すなわ
ち、光変調素子３ａ、３ｂが反射素子として作用すると
き、光変調素子３ａにて反射され、基板１内を伝搬する
光は反射鏡４で方向を変えられ、出射ノード１２より出
射光が出力される。また、光変調素子３ｂにて反射さ
れ、基板１内を伝搬する光は反射鏡５で方向を変えら
れ、出射ノード１３より出射光が出力される。

【００１５】さて、この発明は、光変調素子３ａ、３ｂ
を制御することにより、光伝搬経路を変更させるもので
ある。例えば、光変調素子３ａが光を反射するように、
光変調素子３ｂを光が吸収するようにそれぞれの素子に
加える電界を制御すれば、出射ノード１２からは光が出
射され、出射ノード１３からは光が出射しない。また、
光変調素子３ａが光を吸収するように、光変調素子３ｂ
を光が反射するようにそれぞれの素子に加える電界を制
御すれば、出射ノード１２からは光が出射されずに、出
射ノード１３からは光が出射する。

【００１６】このように、必要とする出射ノードの数、
場所等に応じて光変調素子３ａ、３ｂを制御することに
より、所望の光伝搬経路が得られる。

【００１７】図２はこの発明の第２の実施例を示す概略
断面図である。この第２の実施例も第１の実施例と同様
にＧａＡｓまたはＩｎＰ半導体基板１を平板光導波基板
として用いる。

【００１８】この実施例では、基板１の光入射ノード１
１に入射される光をｎ個に分配する回折格子６が設けら
れる。この実施例では、回折格子６で半導体レーザから
の入射光が２個に分配されて基板１内に入射される。分
配された光は基板１内を伝搬し、この発明の特徴とする
光変調素子３ｃ、３ｄ、３ｅ、３ｆにそれぞれ与えられ
る。前述したように、この光変調素子３ｃ、３ｄ、３
ｅ、３ｆは光吸収スペクトルを変化させるとができるよ
うに構成されており、この光変調素子３ｃ、３ｄ、３
ｅ、３ｆの光吸収スペクトルを変更することにより、光
伝搬経路が変更できる。

【００１９】また、基板１には、光変調素子３ｃ、３
ｄ、３ｅ、３ｆにて反射され基板１内を伝搬される光を
出射ノード１２、１３へ反射させるために、方向性を有
するグレーティング反射鏡７、８が設けられている。

【００２０】そして、光変調素子３ｃ、３ｄ、３ｅ、３
ｆを制御することにより光伝搬経路を変更する。例え
ば、光変調素子３ｃ、３ｅが光を反射するように、光変
調素子３ｄ、３ｆを光が吸収するようにそれぞれの素子
に加える電界を制御すれば、出射ノード１２からは光が
出射され、出射ノード１３からは光が出射しない。ま
た、光変調素子３ｃ、３ｅが光を吸収するように、光変
調素子３ｄ、３ｆが光を反射するようにそれぞれの素子
に加える電界を制御すれば、出射ノード１２からは光が
出射されずに、出射ノード１３からは光が出射する。

【００２１】このように、必要とする出射ノードの数、
場所等に応じて光変調素子３ｃ，３ｄ，３ｅ，３ｆを制
御することにより、所望の光伝搬経路が得られる。

【００２２】図３及び図４はこの発明の第３及び第４実
施例を示し、この実施例は、出射ノード１２、１３に位
置する箇所に光変調素子３ｇ、３ｈを設け、この光変調
素子３ｇ，３ｈを制御することにより、出射ノード１
２、１３からの出射光を制御している。図３に示す実施
例は、図１に示す実施例において、基板１の第１面に設
けた光変調素子３ａ，３ｂの代わりに反射鏡９、１０を
設け、出射ノード１２、１３に光変調素子３ｇ，３ｈを
設けている。

【００２３】また、図４に示す実施例は、図１に示す実
施例において、基板１の第１、第２面に設けた光変調素
子３ｃ，３ｄ，３ｅ，３ｆの代わりに反射鏡１４、１
５、１６、１７を設け、出射ノード１２、１３に光変調
素子３ｇ，３ｈを設けている。

【００２４】そして、出射ノード１２、１３に設けられ
た光変調素子３ｇ、３ｈに加える電界を制御することに
より、光の透過及び吸収を制御し、出射ノード１２、１
３からの出射光の制御する。

【００２５】図５はこの発明の第５実施例を示すもの
で、光導波路基板としてガラス基板２０を用いている。
ガラス基板２０には光の方向を変える反射鏡２１、２２
が設けられ、そして、このガラス基板２０に近接し、反
射鏡２１から伝搬された光を反射し、反射鏡２２の方へ
光の方向を変える位置に、光変調素子３を配置したもの
である。

【００２６】そして、光変調素子３を制御することによ
り、光伝搬経路を変更させるものである。すなわち、光
変調素子３が光を反射するように、素子に加える電界を
制御すれば、出射ノードからは光が出射される。また、
光変調素子３が光を吸収するように、素子に加える電界
を制御すれば、出射ノードからは光が出射されない。

【００２７】次に、この発明の光配線装置の製造方法に
つき図６及び図７を参照して説明する。光配線装置とし
ては図６に示すように、最も簡単な構造で基板１の第１
面に光変調素子３を、基板１の第２面にグレーティング
反射鏡２、４を設けた構造のものを例にとり説明する。

【００２８】基板として、膜圧３００μｍ程度のノンド
ープのＧａＡｓ基板１を用意する（図７（ａ）参照）。
そして、この基板１上にＭＢＥ，ＭＯＣＶＤ法により光
変調素子３となる多重量子井戸を順次積層成長させる。
この多重量子井戸は、使用する光の波長をうまく吸収端
に合わせて設計する。井戸層の厚さを薄くすると吸収端
は短波長側になり、障壁層の厚さを薄くすると吸収端は
長波長側になる。使用する素子の組成比によっても対応
波長が変化する。例えば、ＩｎＧａＡｓ／Ａｌ_xＧａ_1-x
Ａｓの組成の場合には、ｘの量を変えることで波長の調
整が行え、ｘを大きくすると短波長側になる。また、Ｉ
ｎ_xＧａ_1-xＡｓ／ＧａＡｓの組成の場合には、ｘの量を
大きくすると長波長側になる。但し、多重量子井戸の電
界効果を大きくするには、井戸層が厚い方がよいので、
井戸層の厚さのみで対応波長を変化させるには限界があ
るので、組成等も考慮して波長の調整を行えばよい。

【００２９】例えば、ＧａＡｓ基板１上に膜厚３０００
Åのｎ型ＧａＡｓバッファ層３１、ｎ型の不純物濃度３
×１０¹⁸の膜厚３０００Åのｎ⁺型ＧａＡｓコンタクト
層３２を順次ＭＯＣＶＤ法等により形成する。そして、
このコンタクト層３２上にＩｎ_0.13Ｇａ_0.87Ａｓ／Ｇａ
Ａｓのペアを１０〜５０層積層した多重量子井戸層３３
をＭＯＣＶＤ法等により形成した後、ｐ型の不純物濃度
３×１０¹⁷の膜厚３０００Åのｐ型コンタクト層３４、
ｐ型の不純物濃度３×１０¹⁸の膜厚１０００Åのｐ⁺型
ＧａＡｓコンタクト層３５をＭＯＣＶＤ法等により順次
積層することにより多重量子井戸からなる光変調素子３
が形成される（図７（ｂ）参照）。この構造であれば、
波長０．９６〜０．９７μｍの光を使用することができ
る。

【００３０】続いて、この多重量子井戸構造素子からな
る光変調素子３を反射鏡として用いる場合に必要な反射
膜３６を設ける（図７（ｃ）参照）。この反射膜として
は、半導体多層膜反射鏡、ＳｉＯ₂にＡｓを積層した金
属膜、ＳｉＯ₂／ＴｉＯ₂の順に４〜５層ＥＢ蒸着法で蒸
着した誘電体多層膜、反射型グレーティング膜などを用
いることができる。それぞれの膜厚ｔはｔ＝λ／４ｎ
（λ：使用波長、ｎ：材料の屈折率）である。

【００３１】続いて、多重量子井戸３３部分をパターニ
ングする。たとえば、反射膜３６として上記したＳｉＯ
₂／ＴｉＯ₂からなる誘電体多層膜を用いた場合には、Ｃ
Ｆ₄ガスを用いた異方性プラズマエッチングにより反射
膜３６のパターニングを行い、その後、多重量子井戸３
３部分をＣｌ₂ガスを用いた反応性イオンビームエッチ
ング（ＲＩＢＥ）によりパターニングを行う。このエッ
チングは光変調素子３として必要な箇所のみを残してそ
の他の領域をすべて除去するようにしても、光変調素子
３の周囲にのみ分離溝を掘り独立させるようにしてもよ
い。従って、光入射部の多重量子井戸構造は、あえて除
去する必要はないが、光入射部に多重量子井戸構造を残
した場合には、吸収端のダレのため光の吸収が若干生じ
る。

【００３２】その後、周知の方法で、グレーティング膜
などからなる反射膜２、４をそれぞれ基板１の第２面に
形成し、光変調素子３の電極３７，３８を形成する。電
極はｎ型コンタクト電極３７用に、ＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａ
ｕ，Ａｕ／Ｓｎ等の材料が用いられ、ｐ型コンタクト電
極３８用に、Ａｕ／Ｂｅ，Ａｕ／Ｚｎ等の材料が用いら
れ、それぞれパターニングされ、図７（ｅ）に示すよう
な、この発明にかかる光配線装置が製造される。

【００３３】なお、上述した実施例においては、光変調
素子３として、電圧印加によって光の透過、吸収スペク
トルを変化させるものとして、多重量子井戸構造のもの
について説明したが、光の透過、吸収スペクトルを変化
させることができる素子であればこの発明に適用するこ
とができる。

【００３４】図８及び図９は、この発明に適用すること
ができる他の光変調素子３の構成例を示す。図８に示す
ものは、グレーティング反射鏡のグレーティングに細工
を施し、屈折率を変化させるようにしたものである。図
８に示すように、この光変調素子３は、ＧａＡｓ基板１
上にｎ型ＧａＡｓバッファ層４１、ｎ⁺型ＧａＡｓコン
タクト層４２、ｎ型ＧａＡｌＡｓ４３が順次積層され、
このｎ型ＧａＡｌＡｓ４３上にノンドープの一対のＧａ
Ａｓ（またはＧａＡｌＡｓ）４４、４５の間にグレーテ
ィングを施すことにより形成されたグレーティング反射
部が設けられる。この上にｐ型ＧａＡｌＡｓ４６、ｐ型
ＧａＡｓコンタクト層４７が設けられている。また、反
射部の膜厚ｔはｔ＝λ／４ｎ（λ：使用波長、ｎ：材料
の屈折率）である。そして、ｎ電極４９、ｐ電極４８に
電圧を印加し、反射部にキャリアを注入することにより
屈折率を変えることによって、反射する光の波長を設計
値からずらして光伝搬経路を変更させる。すなわち、ｎ
型電極４９、ｐ型電極４８の電圧印加を制御すること
で、光伝搬経路の変更を制御する。

【００３５】図９に示す光変調素子３は電圧制御を行う
代わりに光によって、素子のオンオフ制御を行うように
したものである。図９に示すように、この光変調素子３
は、ＧａＡｓ基板１上にｐ型ＧａＡｓバッファ層５１、
ｐ⁺型ＧａＡｓコンタクト層５２が順次形成される。そ
して、このコンタクト層５２上にＩｎ_0.13Ｇａ_0.87Ａｓ
／ＧａＡｓのペアを１０〜５０層積層した多重量子井戸
層５３を設けた後、この多重量子井戸層５３上に膜厚ｔ
＝λ／４ｎのｎ型半導体多層膜反射鏡５４を設け、この
上にｎ型ＡｌＧａＡｓ５５、ｐ型ＧａＡｓ５６、ｎ型Ｇ
ａＡｓ５７からなるヘテロフォトトランジスタ５８を設
ける。そして、このトランジスタ５８に制御光を入射す
ることにより、素子のオンオフ制御を行う。

【００３６】更に、光変調素子として、反射鏡と基板と
の間に液晶シャッタを設けたものを用い、この液晶シャ
ッタにより、反射鏡への光の透過、遮断を制御するよう
に構成することもできる。

【００３７】

【発明の効果】以上説明したように、この発明は、光変
調素子の光吸収スペクトルを変更することにより、光伝
搬経路を変更させることができるので、光伝搬経路の変
更が容易に行える。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１の実施例を示す概略断面図であ
る。

【図２】この発明の第２の実施例を示す概略断面図であ
る。

【図３】この発明の第３の実施例を示す概略断面図であ
る。

【図４】この発明の第４の実施例を示す概略断面図であ
る。

【図５】この発明の第５の実施例を示す概略断面図であ
る。

【図６】この発明の光配線装置の製造例を説明するため
の基本素子構造を示す概略断面図である。

【図７】この発明の光配線装置の製造例を工程別に示す
概略断面図である。

【図８】この発明に用いられる光変調素子の異なる実施
例を示す概略断面図である。

【図９】この発明に用いられる光変調素子の更に異なる
実施例を示す概略断面図である。

【符号の説明】

１ 基板 ２、４、５、７、８、９、１０、１４、１５、１６、１
７、２１、２２ 反射鏡 ３、３ａ〜３ｈ 光変調素子 １１ 入射ノード １２、１３ 出射ノード

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 平板光導波基板と、この光導波基板に入
   射された光を反射させる複数の反射部材を備えた光配線
   装置であって、前記反射部材の少なくとも１つが光吸収
   スペクトルを変化させるとができる光変調素子で構成さ
   れ、この光変調素子の光吸収スペクトルを変更すること
   により、光伝搬経路を変更させることを特徴とする光配
   線装置。
2. 【請求項２】 前記平板光導波路基板として、化合物半
   導体基板を用い、この基板に量子井戸構造を有する光変
   調素子を設けたことを特徴とする請求項１に記載の光配
   線装置。
3. 【請求項３】 前記平板光導波基板としてガラス基板を
   用い、入射された光が反射する箇所に近接して前記光変
   調素子を配設することを特徴とする請求項１に記載の光
   配線装置。