JPH08320507A - 空間型光偏向素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 光インターコネクションに適用した際に集積
度の向上を図ることができる空間型光偏向素子を提供す
る。 【構成】 半導体基板１７上にスイッチ領域と偏向素子
アレイ領域１６を有し、偏向素子アレイ領域１６には導
波路層２０とクラッド層２１からなる複数本のストライ
プ２７、２７、…が互いに平行に形成され、各ストライ
プ２７には回折格子２５ａ〜２５ｅが形成されるととも
に、各回折格子の溝の方向と基板の幅方向のなす角度が
基板中央側の回折格子から基板周辺側に向けて大きくな
っており、各ストライプの上方に上部電極層２２が、基
板の下方に下部電極層２３が形成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光インターコネクショ
ンに関し、例えば光コンピュータ内のボード間、プロセ
ッサ間の光スイッチング、並列光情報伝送システム等の
キーデバイスとして好適な空間型光偏向素子に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】情報処理、通信等の分野において、例え
ば光コンピュータ内のボード間、プロセッサ間等の情報
伝送用配線として従来一般の手段である電気的な配線を
用いた場合、配線が占める空間的、時間的なロスはかな
り大きなものとなってしまう。そこで、近年、この点を
改善するために空間的、時間的に情報伝送量の大きい光
を用いた、いわゆる光インターコネクション（光を用い
た相互接続）が用いられてきている。コンピュータ内で
光インターコネクションを実現する場合、光インターコ
ネクションの持つ空間的、時間的に情報伝送量が大きい
という利点を生かすためには、ボード間、プロセッサ間
等で空間的に信号の切り替えを行なう光スイッチングや
並列的な光情報伝送を実現することが必要であり、これ
ら光スイッチングや並列光情報伝送に対応し得る光デバ
イスの提供が望まれていた。

【０００３】そこで、本発明者らは、図９に示すような
空間型光偏向素子を提案した（図９（ａ）は素子の縦方
向断面図、図９（ｂ）は同横方向断面図、なお、以下の
説明では素子の光軸方向を縦方向、光軸に垂直な方向を
横方向と記載する）。図９に示す空間型光偏向素子１
は、ｎ−ＩｎＰ基板２上にｎ−ＩｎＰバッファ層３が形
成され、その上方に、井戸層とバリア層が交互に多層積
層された（図示せず）多重量子井戸（Multi Quantum We
ll 、以下、ＭＱＷと称する）層４と導波路層５がスト
ライプ状に形成され、フォトリソグラフィ・エッチング
技術により導波路層５上に回折格子６が形成されたもの
である。

【０００４】そして、ＭＱＷ層４と導波路層５からなる
ストライプ７の上方にはｎ−ＩｎＰクラッド層８が形成
されるとともに、ストライプ７の側方には横方向の光の
閉じ込めのためにＩｎＰブロック層９が埋込成長されて
いる。また、この積層構造の上面には窓部を有する上部
電極層１０が形成され、下面には下部電極層１１が形成
されている。

【０００５】上記構成の空間型光偏向素子１において上
部、下部電極層１０、１１間に電圧印加を行なうと、電
圧に見合う量だけＭＱＷ層４の屈折率が変化し、ブラッ
グの式に基づく入射光Ｓ₀ の回折が生じる際に屈折率変
化に伴って回折角が変化する。そこで、電圧の大きさを
調節することにより回折光Ｓ₁ を光軸方向に沿う鉛直面
内で所望の角度だけ偏向させて（Ｓ₂ 、Ｓ₃ ）、素子１
の外部空間に出射することができる。そこで、この回折
光Ｓ₁ の偏向機能を利用することにより光コンピュータ
における光スイッチングシステムや並列光情報伝送シス
テムにおける光インターコネクションに対してこの空間
型光偏向素子１を適用することができるのである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前述したよ
うに、この種の空間型光偏向素子は回折格子による光の
回折現象を利用して導波路層内を導波してきた光を上方
に偏向して素子の外部に出射し得るものである。この
際、出射光の強度分布は、導波路方向については導波路
長とほぼ同等の長さとなりそれ程広がることはない（図
９においては出射光Ｓ₁ 、Ｓ₂ 、Ｓ₃ を模式的に１本の
線（矢印）で示したが、実際の出射光は強度の広がりを
持っている）。一方、導波路に垂直な方向については、
導波路層の光の閉じ込め状態にも左右されるが、導波路
方向に比べて大きく広がってしまう。すなわち、出射光
のビームの断面形状は導波路に垂直な方向に長い楕円状
となる。

【０００７】そこで、マザーボードに配した空間型光偏
向素子と子ボードに配した多数の受光素子との間で光イ
ンターコネクションを構成しようとする場合、空間型光
偏向素子の導波路に垂直な方向については光信号の分解
能が極めて悪いという欠点があった。したがって、子ボ
ード上の多数の受光素子に光信号を送信したいという要
求があっても、導波路に垂直な方向に空間型光偏向素子
を接近させて配置することができず、敢えてそのように
配置すると信号のクロストークという問題が生じること
になる。この問題が光インターコネクションにおける集
積度の向上にとって大きな障害となっていた。

【０００８】本発明は、上記の事情に鑑みてなされたも
のであって、光スイッチングや並列光情報伝送システム
における光インターコネクションに適用した際に集積度
の向上を図ることができる空間型光偏向素子を提供する
ことを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、請求項１に記載の空間型光偏向素子は、半導体基
板上に、導波路層とクラッド層からなる複数本のストラ
イプが前記半導体基板の幅方向に並べられて互いに平行
に形成され、これらストライプには前記導波路層に入射
された光を上方に回折させるための回折格子がそれぞれ
形成されるとともに、これら各回折格子の溝の方向と前
記半導体基板の幅方向のなす角度が素子中央側の回折格
子から素子周辺側の回折格子に向けて大きくなる方向に
変化するものとされ、前記ストライプの上方に回折光を
出射する窓部を有する上部電極層が形成され、前記半導
体基板の下方に下部電極層が形成されてなる偏向素子ア
レイ領域を有することを特徴とするものである。

【００１０】また、請求項２に記載の空間型光偏向素子
は、半導体基板上に、導波路層とクラッド層からなる複
数本のストライプが前記導波路層の入射面側から出射面
側に向けて放射状に形成され、これらストライプには前
記導波路層に入射された光を上方に回折させるための回
折格子がそれぞれ形成されるとともに、それら全ての回
折格子にわたって回折格子の溝の方向が前記半導体基板
の幅方向に平行なものとされ、前記ストライプの上方に
回折光を出射する窓部を有する上部電極層が形成され、
前記半導体基板の下方に下部電極層が形成されてなる偏
向素子アレイ領域を有することを特徴とするものであ
る。

【００１１】また、請求項３に記載の空間型光偏向素子
は、前記偏向素子アレイ領域の前記導波路層の入射面側
に、入射光を分岐しその分岐光を前記偏向素子アレイ領
域の各導波路層に向けて導波するための導波路層を有す
るスイッチ領域が設けられたことを特徴とするものであ
る。

【００１２】また、請求項４に記載の空間型光偏向素子
は、前記上部電極層の窓部を通して外部空間に露出する
前記クラッド層の上面に出射光を少なくとも前記半導体
基板の幅方向に集束するための光集束部が形成されたこ
とを特徴とするものである。

【００１３】

【作用】本発明の空間型光偏向素子によれば、各ストラ
イプの導波路層に光を入射するとその光が回折格子の作
用により上方に向けて回折され窓部から素子の外部空間
に出射されるが、その際に上部、下部電極層間に電圧印
加または電流注入を行なうと電圧または電流の大きさに
依存して各導波路層の屈折率が変化し、それに伴って光
の回折角（偏向角）がそれぞれ変化する。

【００１４】そこで、請求項１に記載の空間型光偏向素
子には、複数の導波路層が半導体基板の幅方向に並んで
互いに平行に形成され、また、各回折格子の溝の方向と
半導体基板の幅方向のなす角度が基板中央側の回折格子
から基板周辺側の回折格子に向けて大きくなっている。
すなわち、各回折格子の溝の方向が、素子中央側の回折
格子では光の導波方向に対して垂直に近く、周辺側の回
折格子になる程、光の導波方向に対して素子の外側に向
いている。したがって、光が上方に回折される場合に、
素子中央側の導波路層からは鉛直方向上方に出射される
が、周辺側の導波路層になる程、光の出射方向が鉛直方
向からずれていき、導波路層の入射面側から見たときに
各導波路層からの出射光は放射状になる。

【００１５】また、請求項２に記載の空間型光偏向素子
には、複数の導波路層がその入射面側から出射面側に向
けて放射状に形成され、全ての回折格子にわたって回折
格子の溝の方向が半導体基板の幅方向に平行となってい
る。すなわち、請求項１に記載の素子が複数のストライ
プにわたって導波路層の方向を共通に、回折格子の溝の
角度を変化させたのに対して、請求項２に記載の素子は
回折格子の溝の方向を共通に、導波路層の方向を変化さ
せ全体として放射状にしたものであり、複数のストライ
プにわたる光の導波方向と回折格子の溝のなす角度の関
係は請求項１、請求項２ともに共通である。したがっ
て、請求項２に記載の空間型光偏向素子の場合も、光が
上方に回折される場合に、素子中央側の導波路層からは
鉛直方向上方に出射されるが、周辺側の導波路層になる
程、光の出射方向が鉛直方向からずれていき、導波路層
の入射面側から見たときに各導波路層からの出射光が放
射状になる。

【００１６】また、請求項３に記載の空間型光偏向素子
においては、偏向素子アレイ領域の入射面側に設けられ
たスイッチ領域の導波路層に対して光を入射すると、入
射光が分岐され、その分岐光が偏向素子アレイ領域の各
導波路層に向けてそれぞれ導波されることによって、偏
向素子アレイ領域への光の入射がなされる。

【００１７】また、請求項４に記載の空間型光偏向素子
においては、上部電極層の窓部を通して外部空間に露出
するクラッド層の上面に形成された光集束部により、各
導波路層からの光が放射状に出射される際に各出射光が
少なくとも半導体基板の幅方向に集束される。

【００１８】

【実施例】以下、本発明の第１の実施例を図１ないし図
５を参照して説明する。図１は本実施例の空間型光偏向
素子１４の全体構成を示す図であって、この空間型光偏
向素子１４はスイッチ領域１５と偏向素子アレイ領域１
６から構成されている。また、図２は本発明の特徴点を
示す偏向素子アレイ領域１６のみの構成を示す図であ
る。図中符号１７は半導体基板、１８はバッファ層、１
９はＭＱＷ層、２０は導波路層、２１はクラッド層、２
２は上部電極層、２３は下部電極層、２４は絶縁層、２
５ａ〜２５ｅは回折格子である。

【００１９】図１に示すように、半導体基板１７はｎ−
ＩｎＰを材料としてチップ状に形成したものであり、こ
の半導体基板１７上にｎ−ＩｎＰバッファ層１８、ＭＱ
Ｗ層１９が順次積層されている。ＭＱＷ層１９はＩｎＧ
ａＡｓＰからなる井戸層とＩｎＰからなるバリア層が交
互に多層積層（図示は省略する）されており、いわゆる
ＭＱＷ構造をなす層である。そして、半導体基板１７か
らＭＱＷ層１９までの積層構造はスイッチ領域１５と偏
向素子アレイ領域１６で共通である。

【００２０】次に、スイッチ領域１５においては、上記
ＭＱＷ層１９上に１本の導波路が複数本（この場合５
本）に分岐した形の導波路層２０ａが形成されている。
このスイッチ領域１５の部分は光路の切り替えを行な
う、いわゆる周知一般の光スイッチであって、本実施例
では一例として、導波路の分岐部に設けた電極２６、２
６、…により屈折率変化を生じさせて光を全反射させる
型の内部全反射型光スイッチを適用している。なお、内
部全反射型光スイッチに限ることなく、方向性結合器型
光スイッチ等、他の型の光スイッチを適用してもよい。

【００２１】一方、図２に示すように、偏向素子アレイ
領域１６においては、ＭＱＷ層１９上面の基板１７の幅
方向には、スイッチ領域１５の導波路層２０ａから連続
した導波路層２０、２０、…と、その上部に形成された
クラッド層２１、２１、…からなる複数本（この場合５
本）のストライプ２７、２７、…が互いに平行に形成さ
れている。ここでは、導波路層２０はＩｎＧａＡｓＰに
より形成され、クラッド層２１はｐ−ＩｎＰにより形成
されている。そして、これら各ストライプ２７の延びる
方向がそれぞれ入射光Ｓ₀ の導波方向となっている。

【００２２】また、各ストライプ２７における導波路層
２０の上面には、一定の周期を持つ三角波形の回折格子
２５ａ〜２５ｅがそれぞれ形成されている。この回折格
子２５ａ〜２５ｅは導波路層内を導波する光Ｓ₀ を上方
に向けて回折させるためのものである。そして、この素
子１４を平面視した際に、これら各回折格子２５ａ〜２
５ｅの溝の方向と基板１７の幅方向のなす角度は、基板
中央の回折格子２５ｃで０°（溝の方向が光Ｓ₀ の導波
方向に対して垂直）であるのに対して、基板最外周の回
折格子２５ａ、２５ｅに向けて０°から漸次大きくなる
（溝の方向が光Ｓ₀ の導波方向に対して直角より小さく
なる）方向に変化し、かつ、各回折格子２５ａ〜２５ｅ
における各溝の両端は、基板中央側端部が導波路層２０
の入射面側（図２における手前側）、基板周辺側端部が
導波路層の出射面側（図２における奥側）に位置してい
る。

【００２３】一方、各ストライプ２７は、後述する上部
電極層２２と下部電極層２３との間で注入電流を遮断す
るための、アンドープのＩｎＰ（以下、ｕ−ＩｎＰと記
載する）からなる絶縁層２４により埋め込まれている。
なお、絶縁層２４としてはｕ−ＩｎＰを用いる代わり
に、上側がｎ−ＩｎＰ、下側がｐ−ＩｎＰの積層構造を
用いて基板とクラッド層がなす導電型に対して逆接合
（ｐ−ｎ−ｐ−ｎ）となるような構造としたり、絶縁材
料であるポリイミド等の樹脂を用いた構造としてもよ
い。

【００２４】また、各ストライプ２７のクラッド層２１
の上面には、上部電極層２２（図２では左端のストライ
プのみについて図示し、残りは省略する）がそれぞれ形
成され、半導体基板１７の下面全面には下部電極層２３
が形成されている。そして、各上部電極層２２には、上
方に回折した光を素子外部へ出射させるための矩形の窓
部２８が形成されている。これら上部、下部電極層２
２、２３は、ともにＣｒとＡｕとの積層、またはｎ側は
Ａｕ−Ｇｅ−Ｎｉ合金とＡｕとの積層、ｐ側はＡｕ−Ｚ
ｎ合金とＡｕとの積層、さらにはこれらの上にＣｒとＡ
ｕを積層した構造となっている。

【００２５】上記構成の空間型光偏向素子１４を使用す
る際は、スイッチ領域１５の電極２６、２６、…、およ
び偏向素子アレイ領域１６の上部電極層２２、２２、…
と下部電極層２３の間に電源を接続する。そして、スイ
ッチ領域１５の導波路層２０ａに対して光Ｓ₀ を入射す
るとともにスイッチ領域１５の電極２６、２６、…に電
圧を印加して屈折率を変化させると、入射光が分岐して
偏向素子アレイ領域１６に入射される。

【００２６】ここで、偏向素子アレイ領域１６において
光が入射された導波路層２０上の上部、下部電極層２
２、２３間に電圧を適宜印加してＭＱＷ層１９の屈折率
を変化させると、屈折率変化に伴って回折角が変化し、
すなわち、回折光が光の導波方向に沿う面内においてそ
の出射角度が変化し、各窓部２８から素子１４の外部に
それぞれ出射される。なお、上部、下部電極層２２、２
３間に印加する電圧の極性はいずれが正または負であっ
てもよいし、電圧印加に代えて電流を注入する方法でも
ＭＱＷ層１９の屈折率を変化させることが可能である。

【００２７】本実施例の空間型光偏向素子１４において
は、偏向素子アレイ領域１６に電圧印加を行なった場合
のＭＱＷ層１９の最大屈折率変化量は０．２％程度であ
り、この値からブラッグの式を用いて計算すると各スト
ライプ２７からの出射光Ｓ₁を光の導波方向に沿う面内
で５°程度の範囲において偏向させることができる。こ
の際、図３に示すように、複数のストライプ２７、２
７、…（なお、図３では図示の都合上、ストライプの本
数を４本とする）からそれぞれ光Ｓ₁ 〜Ｓ₄ が出射され
るが、各回折格子の溝の方向が、基板中央の回折格子か
ら周辺の回折格子になる程、光の導波方向に対して外側
に向いている。したがって、図４に示すように、光が上
方に回折されたときに、出射光は基板中央側のストライ
プ２７からは鉛直に近い方向（Ｓ₂ 、Ｓ₃ ）に出射され
るが、周辺側のストライプ２７になる程、光の出射方向
が鉛直方向からずれ（Ｓ₁ 、Ｓ₄ ）、入射面側から見た
ときに各ストライプ２７からの光が放射状に出射される
ことになる。

【００２８】そこで、マザーボードに配置した空間型光
偏向素子と子ボードに配置した複数の受光素子との間で
光インターコネクションを構成する場合に、導波路に垂
直な方向に関する光信号の分解能が従来の素子を用いた
場合に比べて向上する。従来は、導波路に垂直な方向に
空間型光偏向素子を接近配置して多数の受光素子に対し
て光信号を送信することができなかったが、図５に示す
ように、本実施例の空間型光偏向素子１４によれば、こ
の素子１つで導波路に垂直な方向に並ぶ子ボード２９上
の多数の受光素子群３０ａ〜３０ｄに対してクロストー
クを生じることなく光信号を送ることが可能となる。し
たがって、この空間型光偏向素子１４の適用により光イ
ンターコネクションにおける集積度の向上を図ることが
できる。

【００２９】また、本実施例の空間型光偏向素子１４は
スイッチ領域１５を有しているので、スイッチ領域１５
の１本の導波路層２０ａに光ファイバ等を介して信号源
を接続し、後はスイッチを機能させるだけで偏向素子ア
レイ領域１６から出射光が得られるため、別体の光スイ
ッチや複数の入射用光ファイバを要することがなく、光
ファイバ接続等を含むシステム組立作業の簡単化、部品
点数の低減を図ることができる。

【００３０】さらに、本実施例では、各ストライプ２７
毎に上部電極層２２を設け、各導波路層２０下のＭＱＷ
層１９に対して個別に電圧印加を行なう構成としたた
め、各出射光毎に偏向角の制御、すなわち光スイッチン
グを独立して行なうことができる。

【００３１】以下、本発明の第２の実施例を図６ないし
図８を参照して説明する。図６は本実施例の空間型光偏
向素子３１の全体構成を示す図であって、この空間型光
偏向素子３１も第１実施例と同様、スイッチ領域３２と
偏向素子アレイ領域３３から構成されている。また、図
７は偏向素子アレイ領域３３のみの構成を示す図であ
る。

【００３２】第２実施例の空間型光偏向素子３１が第１
実施例の素子１４と異なる点は、複数のストライプ相互
の位置関係、および回折格子の溝の方向の２点のみであ
り、素子の全体構成、および積層構造は第１実施例と全
く同様である。したがって、以下では上記異なる点のみ
説明し、共通点については図面に同一の符号を付して説
明を省略する。

【００３３】図７は偏向素子アレイ領域３３の構成を示
す図である。ＭＱＷ層２９上面の基板１７の幅方向に
は、スイッチ領域３２の導波路層２０ａと連続する導波
路層３４ａ〜３４ｅとその上部に積層されたクラッド層
３５からなる複数本（この場合５本）のストライプ３６
ａ〜３６ｅが、導波路層３４の入射面側から出射面側
（図７における手前側から奥側）に向けて放射状に形成
されている。また、各ストライプ３６における導波路層
３４の上面には、一定の周期を持つ三角波形の回折格子
３７、３７、…がそれぞれ形成されており、この素子３
１を平面視した際にこれら全ての回折格子３７の溝の方
向が半導体基板１７の幅方向に平行となっている。

【００３４】すなわち、第１実施例の空間型光偏向素子
１４が複数のストライプ２７、２７、…において導波路
層２０の方向を共通に、回折格子２５ａ〜２５ｅの溝の
角度を漸次変化させたのに対して、第２実施例の空間型
光偏向素子３１は回折格子３７の溝の方向を共通に、導
波路層３４ａ〜３４ｅの方向を漸次変化させて放射状に
したものである。したがって、複数のストライプにわた
る光の導波方向と回折格子の溝のなす角度の関係は第
１、第２実施例ともに共通である。そこで、第１実施例
の場合と同様、図８に示すように、光が上方に回折され
る際に導波路層３４ａ〜３４ｅの入射面側から見たとき
に各導波路層３４ａ〜３４ｅからの光が放射状に出射さ
れる。

【００３５】したがって、本実施例の空間型光偏向素子
３１においても、導波路に垂直な方向に並ぶ複数の受光
素子に対する光信号の分解能が上がることから光インタ
ーコネクションにおける集積度の向上が図れる、スイッ
チ領域３２を有することから光ファイバ接続等を含むシ
ステム組立作業の簡易化、部品点数の低減が図れる等、
第１実施例と同様の効果を奏することができる。

【００３６】ところで、空間型光偏向素子の製造方法に
ついて考慮すると、回折格子の溝の形成は極めて微細な
加工技術を要するため、通常、電子ビーム露光法または
干渉露光法が用いられる。そこで、第１実施例の空間型
光偏向素子１４の場合、各回折格子２５ａ〜２５ｅでそ
れぞれ角度が異なるため、電子ビーム露光法、干渉露光
法のいずれを用いるにしても処理を数回に分けて行なわ
なければならず、製造工程が複雑となり、処理時間が長
くなるという欠点を有していた。それに対して、第２実
施例の空間型光偏向素子３１の場合、全ての回折格子３
７、３７、…にわたって溝の方向が一定なため、電子ビ
ーム露光法または干渉露光法の処理が１回で済み、か
つ、複数のストライプ３６ａ〜３６ｅを放射状に形成す
ることについてはパターニングだけの問題のため、工程
を複雑にするものではない。したがって、第２実施例の
空間型光偏向素子３１の構造によれば、第１実施例の場
合に比べて製造工程が減り、処理時間を短縮することが
できる。

【００３７】なお、第１、第２実施例の空間型光偏向素
子１４、３１の構成に加えて、クラッド層２１、３５の
上面に出射光を少なくとも基板１７の幅方向に集束する
ための光集束部を設けてもよい。この光集束部は、具体
的にはクラッド層の上面自体を凸レンズ状に加工する、
クラッド層の上面に例えばポリイミド等の材料で別途作
製した凸レンズを固着する、等の種々の手段を用いるこ
とができる。そして、この種の光集束部を設けることに
より出射光の各々が基板の幅方向に集束されるため、本
発明の効果に加えて導波路に垂直な方向の光信号の分解
能をさらに向上させることができる。

【００３８】また、両実施例における偏向素子アレイ領
域１６、３３の上部電極層２２の構成については、各ス
トライプ２７、３６ａ〜３６ｅ毎に上部電極層２２を設
け、各ストライプ２７、３６ａ〜３６ｅ毎に個別に電圧
印加を行なう構成としたが、素子１４、３１の上面を全
面的に覆うとともに各ストライプ２７、３６ａ〜３６ｅ
上に窓部を設けた上部電極層を形成し、全てのストライ
プ２７、３６ａ〜３６ｅに対して同時に電圧印加を行な
う構成としてもよい。

【００３９】そして、半導体基板１７の材料としてｎ−
ＩｎＰを、クラッド層２１、３５の材料としてｐ−Ｉｎ
Ｐを用いたが、これらの導電型は逆であっても良いし、
ＩｎＰ系に限らず、ＧａＡｓ系等、他の化合物半導体材
料を用いることもできる。さらに、ＭＱＷ層１９の材料
としても実施例のＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰの他、ＩｎＧ
ａＡｓＰ／ＩｎＧａＡｓＰ等のＩｎＰ系材料、ＡｌＧａ
Ａｓ／ＧａＡｓ等のＧａＡｓ系材料を用いても良い。ま
た、本発明を適用し得る光偏向素子の基本構造はこれら
実施例に限るものではない。例えばＭＱＷ構造またはバ
ルクの単層構造の導波路層を有するもの、光閉込補償
層、裏面反射膜のような他の層を有するもの、回折格子
の形成位置が異なるもの等、種々の構造を持つ空間型光
偏向素子に対して本発明を適用することが可能である。

【００４０】

【発明の効果】以上、詳細に説明したように、請求項１
に記載の空間型光偏向素子によれば、複数の導波路層が
互いに平行に形成され、また、各回折格子の溝の方向と
半導体基板の幅方向のなす角度が基板中央側の回折格子
から基板周辺側の回折格子に向けて大きくなっている。
すなわち、各回折格子の溝の方向が、素子中央側の回折
格子では光の導波方向に対して垂直に近く、周辺側の回
折格子になる程、光の導波方向に対して外側に向いてい
る。したがって、光が上方に回折される際に導波路層の
入射面側から見たときに各導波路層からの光が放射状に
出射されることになる。

【００４１】そこで、この空間型光偏向素子を用いた光
インターコネクションを実現する場合に、導波路に垂直
な方向に関する光信号の分解能が従来の空間型光偏向素
子を用いた場合に比べて向上する。したがって、この空
間型光偏向素子によれば、導波路に垂直な方向に並ぶ複
数の受光素子に対してクロストークを生じることなく光
信号を送ることが可能となる。したがって、この空間型
光偏向素子の適用により光インターコネクションにおけ
る集積度の向上を図ることができる。

【００４２】また、請求項１に記載の空間型光偏向素子
が複数のストライプにおいて導波路層の方向を共通に、
回折格子の溝の角度を変化させたのに対して、請求項２
に記載の空間型光偏向素子は回折格子の溝の方向を共通
に、導波路層の方向を変化させ全体として放射状にした
ものであり、複数のストライプにわたる光の導波方向と
回折格子の溝のなす角度の関係は請求項１、請求項２と
もに共通である。したがって、この場合も各導波路層か
らの出射光が放射状となるため、請求項１と同様の効果
を奏することができる。さらに、請求項２に記載の空間
型光偏向素子によれば、全ての回折格子にわたって溝の
方向が一定なため、溝の形成に係わる電子ビーム露光法
または干渉露光法を含む製造工程が簡単になり、処理時
間を短縮することができる。

【００４３】また、請求項３に記載の空間型光偏向素子
はスイッチ領域を有しているので、別体の光スイッチや
複数本の入射用光ファイバを要することがなく、光ファ
イバ接続等を含むシステム組立作業の簡易化、部品点数
の低減を図ることができる。

【００４４】また、請求項４に記載の空間型光偏向素子
によれば、光集束部により放射状に出射される出射光の
各々が半導体基板の幅方向に集束されるため、導波路に
垂直な方向の光信号の分解能をさらに向上させることが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１実施例である空間型光偏向素子
の全体構成を示す斜視図である。

【図２】 同、空間型光偏向素子の偏向素子アレイ領域
のみの構成を示す斜視図である。

【図３】 同、空間型光偏向素子から光が出射する状態
を示す平面図である。

【図４】 同、正面図である。

【図５】 同、空間型光偏向素子を用いた光インターコ
ネクションの構成の一例を示す図である。

【図６】 本発明の第２実施例である空間型光偏向素子
の全体構成を示す斜視図である。

【図７】 同、空間型光偏向素子の偏向素子アレイ領域
のみの構成を示す斜視図である。

【図８】 同、空間型光偏向素子から光が出射する状態
を示す平面図である。

【図９】 従来の空間型光偏向素子の一例を示す（ａ）
側断面図、（ｂ）正断面図である。

【符号の説明】

１４，３１…空間型光偏向素子、１５，３２…スイッチ
領域、１６，３３…偏向素子アレイ領域、１７…半導体
基板、１９…ＭＱＷ層、２０，３４ａ〜３４ｅ…導波路
層、２０ａ…（スイッチ領域の）導波路層、２１，３５
…クラッド層、２２…上部電極層、２３…下部電極層、
２５ａ〜２５ｅ，３７…回折格子、２７，３６，３６ａ
〜３６ｅ…ストライプ、２８…窓部、Ｓ₀ …入射光、Ｓ
₁ 〜Ｓ₄…出射光

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体基板上に、導波路層とクラッド層
   からなる複数本のストライプが前記半導体基板の幅方向
   に並べられて互いに平行に形成され、 これらストライプには前記導波路層に入射された光を上
   方に回折させるための回折格子がそれぞれ形成されると
   ともに、これら各回折格子の溝の方向と前記半導体基板
   の幅方向のなす角度が素子中央側の回折格子から素子周
   辺側の回折格子に向けて大きくなる方向に変化するもの
   とされ、 前記ストライプの上方に回折光を出射する窓部を有する
   上部電極層が形成され、前記半導体基板の下方に下部電
   極層が形成されてなる偏向素子アレイ領域を有すること
   を特徴とする空間型光偏向素子。
2. 【請求項２】 半導体基板上に、導波路層とクラッド層
   からなる複数本のストライプが前記導波路層の入射面側
   から出射面側に向けて放射状に形成され、 これらストライプには前記導波路層に入射された光を上
   方に回折させるための回折格子がそれぞれ形成されると
   ともに、それら全ての回折格子にわたって回折格子の溝
   の方向が前記半導体基板の幅方向に平行なものとされ、 前記ストライプの上方に回折光を出射する窓部を有する
   上部電極層が形成され、前記半導体基板の下方に下部電
   極層が形成されてなる偏向素子アレイ領域を有すること
   を特徴とする空間型光偏向素子。
3. 【請求項３】 請求項１または２に記載の空間型光偏向
   素子において、 前記偏向素子アレイ領域の前記導波路層の入射面側に、
   入射光を分岐しその分岐光を前記偏向素子アレイ領域の
   各導波路層に向けて導波するための導波路層を有するス
   イッチ領域が設けられたことを特徴とする空間型光偏向
   素子。
4. 【請求項４】 請求項１ないし３に記載の空間型光偏向
   素子において、 前記上部電極層の窓部を通して外部空間に露出する前記
   クラッド層の上面に、出射光を少なくとも前記半導体基
   板の幅方向に集束するための光集束部が形成されたこと
   を特徴とする空間型光偏向素子。