JPH09105959A - 光スイッチ - Google Patents
光スイッチInfo
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- JPH09105959A JPH09105959A JP29646095A JP29646095A JPH09105959A JP H09105959 A JPH09105959 A JP H09105959A JP 29646095 A JP29646095 A JP 29646095A JP 29646095 A JP29646095 A JP 29646095A JP H09105959 A JPH09105959 A JP H09105959A
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- JP
- Japan
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- optical
- stripe
- layer
- optical switch
- substrate
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 小型、低分散で分離能力がすぐれ、高集積化
が可能な光スイッチを得る。 【解決手段】 半導体基板２１と所定幅・厚さ・周囲よ
り高い屈折率を有し、基板と同系帯状の半導体が定角度
で交叉する光導波路２５、２６と、導波路を交叉部対角
線位置で遮断、バンドギャップが使用波長に近い基板と
同系の半導体ストライプ層２４に電流印加して光の進路
を切換える。
が可能な光スイッチを得る。 【解決手段】 半導体基板２１と所定幅・厚さ・周囲よ
り高い屈折率を有し、基板と同系帯状の半導体が定角度
で交叉する光導波路２５、２６と、導波路を交叉部対角
線位置で遮断、バンドギャップが使用波長に近い基板と
同系の半導体ストライプ層２４に電流印加して光の進路
を切換える。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光通信システムに
おいて光を伝搬する光ファイバ内の各光信号を、他の数
本の光ファイバのそれぞれ任意の一本に導くことを可能
にした光スイッチに関する。
おいて光を伝搬する光ファイバ内の各光信号を、他の数
本の光ファイバのそれぞれ任意の一本に導くことを可能
にした光スイッチに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の光スイッチでは、光伝送媒質の音
響光学効果による光の偏向を用いたもの、媒質の電気光
学効果による光の偏向を用いたもの、方向性結合器の結
合係数を電気光学効果により変えるもの、方向性結合器
と光位相変調器を組み合わせたものなどが提案されてい
るが、これらはいずれも低損失特性、低漏話特性、高速
性などの光導波路スイツチの基本的な特性をすべて完全
に満足させるに至っていない。また、方向性結合器型で
は１〜２μｍの精密加工技術が必要であり、さらにま
た、長さが長く、光導波路間の分離距離が得られない等
の欠点があり、また、光の偏向を用いたものでは、複雑
な構造を有する電極が必要であり、また、大きな分離角
が得られないなどの欠点があった。このため、光スイッ
チのマトリックス数が多くなると素子長さが数ｃｍ以上
となり、伝送損失の増大をまねくという本質的な欠点が
あった。
響光学効果による光の偏向を用いたもの、媒質の電気光
学効果による光の偏向を用いたもの、方向性結合器の結
合係数を電気光学効果により変えるもの、方向性結合器
と光位相変調器を組み合わせたものなどが提案されてい
るが、これらはいずれも低損失特性、低漏話特性、高速
性などの光導波路スイツチの基本的な特性をすべて完全
に満足させるに至っていない。また、方向性結合器型で
は１〜２μｍの精密加工技術が必要であり、さらにま
た、長さが長く、光導波路間の分離距離が得られない等
の欠点があり、また、光の偏向を用いたものでは、複雑
な構造を有する電極が必要であり、また、大きな分離角
が得られないなどの欠点があった。このため、光スイッ
チのマトリックス数が多くなると素子長さが数ｃｍ以上
となり、伝送損失の増大をまねくという本質的な欠点が
あった。
【０００３】ここでは、特に本発明と関係が深い光偏向
型光スイッチの問題点について、図面を用いてさらに詳
しく説明する（この種の光スイッチについては、特開昭
５４−７９５１号公報参照）。
型光スイッチの問題点について、図面を用いてさらに詳
しく説明する（この種の光スイッチについては、特開昭
５４−７９５１号公報参照）。
【０００４】図３は光偏向型光スイッチ（別名、光反射
型とも呼ばれている。）を示す平面図、図４は図３のII
−II断面の一部を示す図である。１はニオブ酸リチウム
（ＬｉＮｂＯ3）等の電気光学効果を有する結晶基板、
２−１、２−２、３−１、３−２は結晶基板１の表面に
形成された光導波路で、結晶基板１の表面からＴｉなど
の金属を拡散することにより形成される。４−１、４−
２、４−３、４−４はそれぞれ交叉する二つの光導波路
の交叉部、５−１、５−２、５−３、５−４は各交叉部
の表面にそれぞれの長い方の対角線を挟む位置に形成さ
れた一対の電極で、図示を省略しているが、それぞれ引
出線で入力端子に接続され、選択的に一対の電極間に所
定値の電圧が印加されるように構成され、光導波路の各
交叉部に電界を印加する電界印加用電極を構成してい
る。
型とも呼ばれている。）を示す平面図、図４は図３のII
−II断面の一部を示す図である。１はニオブ酸リチウム
（ＬｉＮｂＯ3）等の電気光学効果を有する結晶基板、
２−１、２−２、３−１、３−２は結晶基板１の表面に
形成された光導波路で、結晶基板１の表面からＴｉなど
の金属を拡散することにより形成される。４−１、４−
２、４−３、４−４はそれぞれ交叉する二つの光導波路
の交叉部、５−１、５−２、５−３、５−４は各交叉部
の表面にそれぞれの長い方の対角線を挟む位置に形成さ
れた一対の電極で、図示を省略しているが、それぞれ引
出線で入力端子に接続され、選択的に一対の電極間に所
定値の電圧が印加されるように構成され、光導波路の各
交叉部に電界を印加する電界印加用電極を構成してい
る。
【０００５】このように構成された光スイッチアレイ
は、例えば、光導波路２−１を図において矢印Ａ方向に
伝搬する光６を交叉部４−１で光導波路３−１を伝搬す
るように矢印Ｂ方向に切換えようとする場合、電界印加
用電極５−１に電圧を印加し、光導波路の交叉部４−１
の電極５−１で挟まれた部分で屈折率を低下させる。こ
のようにすると光６は屈折率が低下した部分で反射さ
れ、矢印Ｂ方向に伝搬方向が切り換えられる。
は、例えば、光導波路２−１を図において矢印Ａ方向に
伝搬する光６を交叉部４−１で光導波路３−１を伝搬す
るように矢印Ｂ方向に切換えようとする場合、電界印加
用電極５−１に電圧を印加し、光導波路の交叉部４−１
の電極５−１で挟まれた部分で屈折率を低下させる。こ
のようにすると光６は屈折率が低下した部分で反射さ
れ、矢印Ｂ方向に伝搬方向が切り換えられる。
【０００６】この場合、電界印加用電極５−１を構成す
る一対の電極５−１の極性および印加すべき電圧は、結
晶基板１の種類および結晶軸の方向等によって相違する
から適宜選択する必要がある。また、屈折率を低下させ
る程度は、入射する光が全反射するように電界印加用電
極５−１と光導波路２−１とのなす角θを選択する必要
がある。
る一対の電極５−１の極性および印加すべき電圧は、結
晶基板１の種類および結晶軸の方向等によって相違する
から適宜選択する必要がある。また、屈折率を低下させ
る程度は、入射する光が全反射するように電界印加用電
極５−１と光導波路２−１とのなす角θを選択する必要
がある。
【０００７】結晶基板１としてＬｉＮｂＯ3を用い、Ｔ
ｉを十分に拡散して光導波路を形成した場合、波長６３
２８Åの光に対する光導波路および交叉部の屈折率は約
２．２２になる。結晶基板１の電気光学係数γは約３０
×１０-12ｍ／Ｖであり、電気光学効果による交叉部４
−１の屈折率変化Δｎは、 Δｎ＝１／２ｎ3γＥ（ただしＥは電界強度） で表わされるので、この場合、Ｅ＝５Ｖ／μｍの電界強
度でΔｎ＝０．０００５となる。この電界が印加された
交叉部４−１の屈折率は約２．２１９５となり、全反射
角は８８．７８４度であるから、光導波路２−１と電界
印加用電極５−１とのなす角度θは１．２１６度以下に
なるように構成すればよい。すなわち、１．１度とすれ
ば分離角（２θ）は２．２度となり、光導波路２−１と
３−１とを２．２度以下で交叉するように構成すればよ
い。印加する電界強度を大きくすれば角度θも大きくな
る。しかしながら、たとえＥ＝５０Ｖ／μｍのような大
きな電界強度を加えても分離角（２θ）は７．７度と小
さいものである。
ｉを十分に拡散して光導波路を形成した場合、波長６３
２８Åの光に対する光導波路および交叉部の屈折率は約
２．２２になる。結晶基板１の電気光学係数γは約３０
×１０-12ｍ／Ｖであり、電気光学効果による交叉部４
−１の屈折率変化Δｎは、 Δｎ＝１／２ｎ3γＥ（ただしＥは電界強度） で表わされるので、この場合、Ｅ＝５Ｖ／μｍの電界強
度でΔｎ＝０．０００５となる。この電界が印加された
交叉部４−１の屈折率は約２．２１９５となり、全反射
角は８８．７８４度であるから、光導波路２−１と電界
印加用電極５−１とのなす角度θは１．２１６度以下に
なるように構成すればよい。すなわち、１．１度とすれ
ば分離角（２θ）は２．２度となり、光導波路２−１と
３−１とを２．２度以下で交叉するように構成すればよ
い。印加する電界強度を大きくすれば角度θも大きくな
る。しかしながら、たとえＥ＝５０Ｖ／μｍのような大
きな電界強度を加えても分離角（２θ）は７．７度と小
さいものである。
【０００８】通常、光ファイバは直径が１２５μｍ程度
であり、光ファイバと光スイッチを結合させるには、光
導波路２−１、２−２および３−１、３−２の間隔は１
２５μｍ以上でなければならない。分離角（２θ）が
２．２度の場合には、光スイッチ部の長さＬは３．３ｍ
ｍと長くなり、光スイッチアレイの数が多くなると、光
集積化が困難になる。このように反射型は光スイッチの
動作電圧が高い上に、光スイッチの全長が非常に長くな
るという欠点がある。これは、ＬｉＮｂＯ3の電気光学
係数が小さいことによる。
であり、光ファイバと光スイッチを結合させるには、光
導波路２−１、２−２および３−１、３−２の間隔は１
２５μｍ以上でなければならない。分離角（２θ）が
２．２度の場合には、光スイッチ部の長さＬは３．３ｍ
ｍと長くなり、光スイッチアレイの数が多くなると、光
集積化が困難になる。このように反射型は光スイッチの
動作電圧が高い上に、光スイッチの全長が非常に長くな
るという欠点がある。これは、ＬｉＮｂＯ3の電気光学
係数が小さいことによる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】これらの問題を解決す
る方法としては、電気光学効果が大きい、例えばＳＢＮ
（Ｓｒ−Ｂａ−Ｎｂ−Ｏ）のような材料の単結晶を用い
ることが考えられる。しかし、これらの結晶は電場と光
との相乗効果による光ダメージで、光導波路中に光散乱
中心を生じる可能性があり、非常に不安定である。
る方法としては、電気光学効果が大きい、例えばＳＢＮ
（Ｓｒ−Ｂａ−Ｎｂ−Ｏ）のような材料の単結晶を用い
ることが考えられる。しかし、これらの結晶は電場と光
との相乗効果による光ダメージで、光導波路中に光散乱
中心を生じる可能性があり、非常に不安定である。
【００１０】本発明は、上述の従来技術の欠点を除き、
小型、低分散で分離能力がすぐれ、かつ、高集積化が可
能な光スイッチを得ることを目的とする。
小型、低分散で分離能力がすぐれ、かつ、高集積化が可
能な光スイッチを得ることを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】前記目的は、化合物半導
体基板と、前記基板上に形成され、所定の幅と厚みなら
びに周囲より高い屈折率をもつ前記基板と同系の化合物
半導体の帯状層からなり、かつ鋭角をなす所定の角度で
互いに交叉する少なくとも一本づつの光導波路と、平行
四辺形をなす前記光導波路の交叉部の長い方の対角線位
置で前記両光導波路を遮断するように形成され、かつバ
ンドギャップが使用する光の波長に近接する少なくとも
一つの前記基板と同系の化合物半導体層からなる所定の
幅と厚みをもつストライプ層とを備え、前記ストライプ
層に電流を印加してその屈折率を変化させ、前記ストラ
イプ層部分で前記一方の光導波路内を伝搬してきた前記
光を反射または回折させて、前記他方の光導波路に前記
光の進路を切り換えるように構成することにより達成さ
れる。
体基板と、前記基板上に形成され、所定の幅と厚みなら
びに周囲より高い屈折率をもつ前記基板と同系の化合物
半導体の帯状層からなり、かつ鋭角をなす所定の角度で
互いに交叉する少なくとも一本づつの光導波路と、平行
四辺形をなす前記光導波路の交叉部の長い方の対角線位
置で前記両光導波路を遮断するように形成され、かつバ
ンドギャップが使用する光の波長に近接する少なくとも
一つの前記基板と同系の化合物半導体層からなる所定の
幅と厚みをもつストライプ層とを備え、前記ストライプ
層に電流を印加してその屈折率を変化させ、前記ストラ
イプ層部分で前記一方の光導波路内を伝搬してきた前記
光を反射または回折させて、前記他方の光導波路に前記
光の進路を切り換えるように構成することにより達成さ
れる。
【００１２】また前記目的は、光スイッチにおいて前記
光導波路の少なくとも一方が２本以上で構成されている
場合、前記２本以上の光導波路が互いに所定の間隔で平
行に配列されていることにより達成され、あるいは、前
記光スイッチを構成する前記化合物半導体がIII−Ｖ族
系またはII−VI族系化合物半導体であることによって達
成される。
光導波路の少なくとも一方が２本以上で構成されている
場合、前記２本以上の光導波路が互いに所定の間隔で平
行に配列されていることにより達成され、あるいは、前
記光スイッチを構成する前記化合物半導体がIII−Ｖ族
系またはII−VI族系化合物半導体であることによって達
成される。
【００１３】
【発明の実施の形態】媒質の屈折率を変化させるには、
通常、上述の電気光学効果を用いているが、それ以外に
ＧａＡｓやＩｎＰ系のIII−Ｖ族化合物半導体の吸収端
の移動によっても屈折率を変化させることができる。半
導体レーザの励起のレベルが零バイアスからしきい値バ
イアスまでに高くなったときには、レーザ発振値におけ
る吸収は光導波路損失が無視できるくらいに十分な利得
の状態（吸収係数が負）に変化する。この利得変化の最
も大きな所は、レーザ発振値より少し高いエネルギーで
生じる。しかしながら、注入されたキャリアの増加によ
る利得変化は、利得自身が正の値（すなわち増幅状態）
になったのではなく、光吸収損失が吸収端の移動によっ
て小さくなったために生じるのである。すなわち、利得
変化は屈折率の虚数部が減少するために生じるのであ
る。誘電率の実数部、虚数部は、クラマース−クローニ
ッヒ（Kramers-Kronig）の関係式で関係づけられるた
め、この利得変化は屈折率の実数部をも必然的に変化さ
せる。
通常、上述の電気光学効果を用いているが、それ以外に
ＧａＡｓやＩｎＰ系のIII−Ｖ族化合物半導体の吸収端
の移動によっても屈折率を変化させることができる。半
導体レーザの励起のレベルが零バイアスからしきい値バ
イアスまでに高くなったときには、レーザ発振値におけ
る吸収は光導波路損失が無視できるくらいに十分な利得
の状態（吸収係数が負）に変化する。この利得変化の最
も大きな所は、レーザ発振値より少し高いエネルギーで
生じる。しかしながら、注入されたキャリアの増加によ
る利得変化は、利得自身が正の値（すなわち増幅状態）
になったのではなく、光吸収損失が吸収端の移動によっ
て小さくなったために生じるのである。すなわち、利得
変化は屈折率の虚数部が減少するために生じるのであ
る。誘電率の実数部、虚数部は、クラマース−クローニ
ッヒ（Kramers-Kronig）の関係式で関係づけられるた
め、この利得変化は屈折率の実数部をも必然的に変化さ
せる。
【００１４】数値例を示すために、ＧａＡｓ活性層をも
つ埋込みヘテロ構造半導体レーザにおける屈折率の実数
部変化のスペクトラムを図５に示す。これからもわかる
ように、屈折率の変化が大きい所はレーザ発振値よりも
わずかに大きな光子エネルギーの所で生じている。図５
における２つの曲線１および２は、半導体レーザに電流
を加えた時に注入されるキャリア濃度が、それぞれ１×
１０18ｃｍ-3、０．５×１０18ｃｍ-3である場合を示
す。図５から判るように、通常レーザ発振する注入キャ
リア濃度が１×１０18ｃｍ-3以上では、屈折率の変化量
は、レーザ発振の光子エネルギーの近傍では絶対値で±
０．０３以上にも達する。この０．０３という屈折率差
は図３に示したような全反射型光スイッチでは、２つの
光導波路２−１と３−１との分離角（２θ）が１５．２
度と驚異的に増大する。また、屈折率差のプラスとマイ
ナスを有効に利用すれば（すなわち屈折率差０．０６を
利用すれば）、分離角（２θ）は２１．６度とさらに大
きくなる。この分離角は注入キャリア濃度を増せば増加
するものである。
つ埋込みヘテロ構造半導体レーザにおける屈折率の実数
部変化のスペクトラムを図５に示す。これからもわかる
ように、屈折率の変化が大きい所はレーザ発振値よりも
わずかに大きな光子エネルギーの所で生じている。図５
における２つの曲線１および２は、半導体レーザに電流
を加えた時に注入されるキャリア濃度が、それぞれ１×
１０18ｃｍ-3、０．５×１０18ｃｍ-3である場合を示
す。図５から判るように、通常レーザ発振する注入キャ
リア濃度が１×１０18ｃｍ-3以上では、屈折率の変化量
は、レーザ発振の光子エネルギーの近傍では絶対値で±
０．０３以上にも達する。この０．０３という屈折率差
は図３に示したような全反射型光スイッチでは、２つの
光導波路２−１と３−１との分離角（２θ）が１５．２
度と驚異的に増大する。また、屈折率差のプラスとマイ
ナスを有効に利用すれば（すなわち屈折率差０．０６を
利用すれば）、分離角（２θ）は２１．６度とさらに大
きくなる。この分離角は注入キャリア濃度を増せば増加
するものである。
【００１５】しかしながら、この領域の光吸収損失が大
きいことはいうまでもない。図６にその吸収係数のスペ
クトラムを示す。曲線１および曲線２はそれぞれ注入キ
ャリア濃度が１．０×１０18ｃｍ-3および０．５×１０
18ｃｍ-3の場合のものである。レーザ発振値近傍では約
２×１０2ｃｍ-1の吸収係数をもっている。これは光伝
送損失で８６９ｄＢ／ｃｍに相当する。光の伝送損失を
０．５ｄＢ／ｃｍ以下におさえるには、この領域の長さ
を５μｍ以下にする必要がある。図３に示したような光
スイッチでは、光の伝送損失をできるだけ小さくするこ
とが望ましい。すなわち、全反射部、例えば図３の光導
波路の交叉部４−１における一対の電極５−１下の全反
射部厚み（図４に示すｄ）を５μｍ程度にすれば、上記
説明より分離角（２θ）が大きく、しかも低損失な光ス
イッチが構成できる。分離角から光スイッチ部の長さ
は、１０×１０素子数の場合でも１ｍｍ以下になる。ま
た、分離角が大きいと、単一モードスイッチだけでな
く、多モードスイッチとしても使用できるという特徴を
もつ。この場合はいうまでもなく、全反射部以外は低損
失な光導波路、例えば１０14ｃｍ-3程度のキャリア濃度
をもつＧａＡｓ高抵抗層で構成する必要がある。
きいことはいうまでもない。図６にその吸収係数のスペ
クトラムを示す。曲線１および曲線２はそれぞれ注入キ
ャリア濃度が１．０×１０18ｃｍ-3および０．５×１０
18ｃｍ-3の場合のものである。レーザ発振値近傍では約
２×１０2ｃｍ-1の吸収係数をもっている。これは光伝
送損失で８６９ｄＢ／ｃｍに相当する。光の伝送損失を
０．５ｄＢ／ｃｍ以下におさえるには、この領域の長さ
を５μｍ以下にする必要がある。図３に示したような光
スイッチでは、光の伝送損失をできるだけ小さくするこ
とが望ましい。すなわち、全反射部、例えば図３の光導
波路の交叉部４−１における一対の電極５−１下の全反
射部厚み（図４に示すｄ）を５μｍ程度にすれば、上記
説明より分離角（２θ）が大きく、しかも低損失な光ス
イッチが構成できる。分離角から光スイッチ部の長さ
は、１０×１０素子数の場合でも１ｍｍ以下になる。ま
た、分離角が大きいと、単一モードスイッチだけでな
く、多モードスイッチとしても使用できるという特徴を
もつ。この場合はいうまでもなく、全反射部以外は低損
失な光導波路、例えば１０14ｃｍ-3程度のキャリア濃度
をもつＧａＡｓ高抵抗層で構成する必要がある。
【００１６】以上は全反射部をＧａＡｓ活性層で形成し
た場合について説明したが、ＧａＡｓ−ＡｌＧａＡｓと
いった超格子で形成した場合にはさらにこの現象が顕著
に現われる。
た場合について説明したが、ＧａＡｓ−ＡｌＧａＡｓと
いった超格子で形成した場合にはさらにこの現象が顕著
に現われる。
【００１７】図７は一例としてＡｌＧａＡｓ障壁層の厚
みを９３Å、ＧａＡｓ井戸層の厚みを８３Åとして積層
した超格子における屈折率の光子エネルギスペクトラム
を示したものである。図７から判るように、光子エネル
ギが１．５ｅＶ近辺で幅０．２ｅＶの大きな分散カーブ
を示している。これは光の波長において０．８３μｍ近
辺で０．０６μｍの幅をもつことに相当する。このよう
な分散をもつ超格子にキャリアを注入していくと、分散
カーブは平坦になろうとして図５に示したものと同様に
屈折率の変化を生じる。超格子構造の場合はＧａＡｓ単
層の場合にくらべ、約３０倍程度分散が大きいため屈折
率の変化も１桁以上、すなわち±０．３が期待できる。
この場合には、図３に示した交叉する２本の光導波路の
分離角（２θ）は約４５度となり、光スイッチ長Ｌは完
全に１ｍｍ以下と小さく、より高密度な光集積化が可能
になる。また、超格子構造の場合には図８に示すように
吸収係数はレーザ発振値で急激に減少している。光伝送
損失にすると約４００ｄＢ／ｃｍとなり、ＧａＡｓ単層
の場合に比べ損失は半分以下である。このため、全反射
部の厚さも１０ｍｍ程度と大きくとることができるとい
う利点がある。以上に説明したように、全反射を生じさ
せる領域に、キャリア注入により屈折率変化を生じる半
導体媒質を用いることによって、小型で高性能な光スイ
ッチを構成することができる。
みを９３Å、ＧａＡｓ井戸層の厚みを８３Åとして積層
した超格子における屈折率の光子エネルギスペクトラム
を示したものである。図７から判るように、光子エネル
ギが１．５ｅＶ近辺で幅０．２ｅＶの大きな分散カーブ
を示している。これは光の波長において０．８３μｍ近
辺で０．０６μｍの幅をもつことに相当する。このよう
な分散をもつ超格子にキャリアを注入していくと、分散
カーブは平坦になろうとして図５に示したものと同様に
屈折率の変化を生じる。超格子構造の場合はＧａＡｓ単
層の場合にくらべ、約３０倍程度分散が大きいため屈折
率の変化も１桁以上、すなわち±０．３が期待できる。
この場合には、図３に示した交叉する２本の光導波路の
分離角（２θ）は約４５度となり、光スイッチ長Ｌは完
全に１ｍｍ以下と小さく、より高密度な光集積化が可能
になる。また、超格子構造の場合には図８に示すように
吸収係数はレーザ発振値で急激に減少している。光伝送
損失にすると約４００ｄＢ／ｃｍとなり、ＧａＡｓ単層
の場合に比べ損失は半分以下である。このため、全反射
部の厚さも１０ｍｍ程度と大きくとることができるとい
う利点がある。以上に説明したように、全反射を生じさ
せる領域に、キャリア注入により屈折率変化を生じる半
導体媒質を用いることによって、小型で高性能な光スイ
ッチを構成することができる。
【００１８】なお、上記説明ではＧａＡｓ系の半導体に
ついてだけ説明したが、ＩｎＰ、ＩｎＧａＡｓＰ、Ｇａ
Ｓｂ、ＧａＡｌＡｓＳｂ等のIII−Ｖ族化合物半導体に
ついても全く同様であり、さらに、ＣｄＳ、ＣｄＳｅ、
ＺｎＳ、ＺｎＳｅ等のII−VI族化合物半導体も同様に用
いることができる。
ついてだけ説明したが、ＩｎＰ、ＩｎＧａＡｓＰ、Ｇａ
Ｓｂ、ＧａＡｌＡｓＳｂ等のIII−Ｖ族化合物半導体に
ついても全く同様であり、さらに、ＣｄＳ、ＣｄＳｅ、
ＺｎＳ、ＺｎＳｅ等のII−VI族化合物半導体も同様に用
いることができる。
【００１９】また、本発明による光スイッチの特徴とし
ては、半導体レーザと同様な構成であるため、半導体レ
ーザと一体化し外部変調器として使用できることととも
に、従来の光スイッチがほとんど単一モードスイッチで
しか動作しないのに対して、例えば超格子構造を用いた
場合には光導波路の分離角（２θ）を４５度にしないで
２０度程度にしておくと、多モードスイッチとしても働
くという大きな特徴をもっている。
ては、半導体レーザと同様な構成であるため、半導体レ
ーザと一体化し外部変調器として使用できることととも
に、従来の光スイッチがほとんど単一モードスイッチで
しか動作しないのに対して、例えば超格子構造を用いた
場合には光導波路の分離角（２θ）を４５度にしないで
２０度程度にしておくと、多モードスイッチとしても働
くという大きな特徴をもっている。
【００２０】なお、以上の説明には全反射型光スイッチ
を用いたが、ブラッグ回折が用いられるように、電極を
光導波路の交叉部にある最適な間隔で配置した構成にす
れば、全反射でなくブラッグ回折が得られ、光導波路の
分離角はさらに大きくなる。
を用いたが、ブラッグ回折が用いられるように、電極を
光導波路の交叉部にある最適な間隔で配置した構成にす
れば、全反射でなくブラッグ回折が得られ、光導波路の
分離角はさらに大きくなる。
【００２１】
【実施例】つぎに本発明の実施例を図面とともに説明す
る。図１は本発明による光スイッチの製造工程を示す説
明図で、（ａ）は断面図、（ｂ）は上面図、（ｃ）およ
び（ｄ）は上記（ｂ）におけるIII−III断面で示した部
分の工程図、図２は本発明による光スイッチの製造工程
図で、（ａ）は光導波路を形成した状態を示す上面図、
（ｂ）は上記状態の光スイッチを示す斜視図である。
る。図１は本発明による光スイッチの製造工程を示す説
明図で、（ａ）は断面図、（ｂ）は上面図、（ｃ）およ
び（ｄ）は上記（ｂ）におけるIII−III断面で示した部
分の工程図、図２は本発明による光スイッチの製造工程
図で、（ａ）は光導波路を形成した状態を示す上面図、
（ｂ）は上記状態の光スイッチを示す斜視図である。
【００２２】基板２１としてはＳｎドープの（１００）
ＩｎＰ基板を用い、図１（ａ）に示すように基板２１上
に分子線エピタキシャル法（ＭＢＥ法）により、ＩｎＧ
ａＡｓＰ層、ＩｎＰ層の順に積層した超格子構造の層２
２を厚さ１．５μｍに成長した。この超格子層２２のバ
ンドギャップは光の波長１．２５μｍに相当する組成を
用いている。つぎに、超格子層２２上に液相成長法（Ｌ
ＰＥ法）により厚さ約２μｍ程度のＩｎＰクラッド層２
３、さらにその上に例えばＡｕ−Ｃｒ合金からなる電極
用金属層２４を厚さ約０．３μｍに形成し、積層基板２
０を作る。
ＩｎＰ基板を用い、図１（ａ）に示すように基板２１上
に分子線エピタキシャル法（ＭＢＥ法）により、ＩｎＧ
ａＡｓＰ層、ＩｎＰ層の順に積層した超格子構造の層２
２を厚さ１．５μｍに成長した。この超格子層２２のバ
ンドギャップは光の波長１．２５μｍに相当する組成を
用いている。つぎに、超格子層２２上に液相成長法（Ｌ
ＰＥ法）により厚さ約２μｍ程度のＩｎＰクラッド層２
３、さらにその上に例えばＡｕ−Ｃｒ合金からなる電極
用金属層２４を厚さ約０．３μｍに形成し、積層基板２
０を作る。
【００２３】つぎに、本発明では電極とともに全反射部
を形成する。従来例を示す図３では電極５−１〜５−４
は光導波路２−１、２−２と３−１、３−２の交叉部４
−１〜４−４に一対の電極として存在していたが、本発
明では図（ｂ）に示すように、積層基板２０に対し、後
の工程で設ける筈の破線で囲まれた光導波路２５−１、
２５−２と２６−１、２６−２の交叉部２７−１〜２７
−４の長い方の対角線上に、一方の電極として一本のス
トライプ電極をその下の全反射部とともに設け、他方の
電極（例えばＡｕ−Ｃｒ合金からなる）を積層基板２０
の裏面に共通電極として設けるようにしたものである。
そこで、形成すべき前記ストライプ電極に対応する金属
層２４上の位置に、ストライプ電極パターンと同形のホ
トレジストパターン２８を形成する。
を形成する。従来例を示す図３では電極５−１〜５−４
は光導波路２−１、２−２と３−１、３−２の交叉部４
−１〜４−４に一対の電極として存在していたが、本発
明では図（ｂ）に示すように、積層基板２０に対し、後
の工程で設ける筈の破線で囲まれた光導波路２５−１、
２５−２と２６−１、２６−２の交叉部２７−１〜２７
−４の長い方の対角線上に、一方の電極として一本のス
トライプ電極をその下の全反射部とともに設け、他方の
電極（例えばＡｕ−Ｃｒ合金からなる）を積層基板２０
の裏面に共通電極として設けるようにしたものである。
そこで、形成すべき前記ストライプ電極に対応する金属
層２４上の位置に、ストライプ電極パターンと同形のホ
トレジストパターン２８を形成する。
【００２４】ついで、図（ｃ）に示すようにホトレジス
トパタン２８の周囲の不要部分をＩｎＰ基板２１に達す
るまで除去し、ホトレジストパタン２８の下に長さ３０
μｍ、幅４μｍのストライプ電極２４−１〜２４−４を
形成すると同時に、これらの電極下にストライプ状のＩ
ｎＰ層２３、超格子層２２を残す。つぎに図（ｄ）に示
すように、電極２４−１〜２４−４の周囲に露出してい
るＩｎＰ基板２１上に、ＬＰＥ法により厚さ１μｍのＩ
ｎＧａＡｓＰ層２９を、その上に厚さ２．５μｍのＩｎ
Ｐ層３０を成長させる。この場合、ＩｎＧａＡｓＰ層２
９およびＩｎＰ層３０のキャリア濃度は１０5ｃｍ-3程
度で、光の伝送損失は２ｄＢ／ｃｍ以下である。
トパタン２８の周囲の不要部分をＩｎＰ基板２１に達す
るまで除去し、ホトレジストパタン２８の下に長さ３０
μｍ、幅４μｍのストライプ電極２４−１〜２４−４を
形成すると同時に、これらの電極下にストライプ状のＩ
ｎＰ層２３、超格子層２２を残す。つぎに図（ｄ）に示
すように、電極２４−１〜２４−４の周囲に露出してい
るＩｎＰ基板２１上に、ＬＰＥ法により厚さ１μｍのＩ
ｎＧａＡｓＰ層２９を、その上に厚さ２．５μｍのＩｎ
Ｐ層３０を成長させる。この場合、ＩｎＧａＡｓＰ層２
９およびＩｎＰ層３０のキャリア濃度は１０5ｃｍ-3程
度で、光の伝送損失は２ｄＢ／ｃｍ以下である。
【００２５】その後、図２の（ａ）および（ｂ）に示す
ように、ストライプ電極２４−１〜２４−４の周囲の、
先に図１（ｂ）に破線で囲んで示した光導波路２５−
１、２５−２、２６−１、２６−２を、ＩｎＧａＡｓＰ
層２９を厚さ０．５μｍだけ残して幅５μｍで高さ３μ
ｍのリッジ型に、ＩｎＰ層３０およびＩｎＧａＡｓＰ層
２９をイオンミーリング法によって除去して光導波路２
５−１、２５−２、２６−１、２６−２を形成すれば本
発明の光スイッチが得られる。この時の光導波路の分離
角（２θ）は１５度、光導波路間の間隔は１２５μｍと
した。
ように、ストライプ電極２４−１〜２４−４の周囲の、
先に図１（ｂ）に破線で囲んで示した光導波路２５−
１、２５−２、２６−１、２６−２を、ＩｎＧａＡｓＰ
層２９を厚さ０．５μｍだけ残して幅５μｍで高さ３μ
ｍのリッジ型に、ＩｎＰ層３０およびＩｎＧａＡｓＰ層
２９をイオンミーリング法によって除去して光導波路２
５−１、２５−２、２６−１、２６−２を形成すれば本
発明の光スイッチが得られる。この時の光導波路の分離
角（２θ）は１５度、光導波路間の間隔は１２５μｍと
した。
【００２６】以上のようにして作製した長さ１．６ｍｍ
の４×４光スイッチに波長１．３μｍの半導体レーザ光
を入射したところ、光導波路は単一モードではなく多モ
ード導波路であることが判った。超格子層に電流を約２
３ｍＡ流したときの光スイッチの消光比は−３０ｄＢ以
下と小さく光伝送損失も２ｄＢ以下と良好であった。
の４×４光スイッチに波長１．３μｍの半導体レーザ光
を入射したところ、光導波路は単一モードではなく多モ
ード導波路であることが判った。超格子層に電流を約２
３ｍＡ流したときの光スイッチの消光比は−３０ｄＢ以
下と小さく光伝送損失も２ｄＢ以下と良好であった。
【００２７】
【発明の効果】上記のように本発明による光スイッチ
は、化合物半導体基板と、前記基板上に形成され、所定
の幅と厚みならびに周囲より高い屈折率をもつ前記基板
と同系の化合物半導体の帯状層からなり、かつ鋭角をな
す所定の角度で互いに交叉する少なくとも一本づつの光
導波路と、平行四辺形をなす前記光導波路の交叉部の長
い方の対角線位置で前記両光導波路を遮断するように形
成され、かつバンドギャップが使用する光の波長に近接
する少なくとも一つの前記基板と同系の化合物半導体層
からなる所定の幅と厚みをもつストライプ層とを備え、
前記ストライプ層に電流を印加してその屈折率を変化さ
せ、前記ストライプ層部分で前記一方の光導波路内を伝
搬してきた前記光を反射または回折させて、前記他方の
光導波路に前記光の進路を切り換えるように構成したこ
とにより、電流を印加するだけで屈折率を大きく変える
ことができるため、簡単な構成で、かつ、多モードの光
切換にも適用できる高集積化可能な光スイッチアレイと
することができるので、実用上大きな効果が得られる。
は、化合物半導体基板と、前記基板上に形成され、所定
の幅と厚みならびに周囲より高い屈折率をもつ前記基板
と同系の化合物半導体の帯状層からなり、かつ鋭角をな
す所定の角度で互いに交叉する少なくとも一本づつの光
導波路と、平行四辺形をなす前記光導波路の交叉部の長
い方の対角線位置で前記両光導波路を遮断するように形
成され、かつバンドギャップが使用する光の波長に近接
する少なくとも一つの前記基板と同系の化合物半導体層
からなる所定の幅と厚みをもつストライプ層とを備え、
前記ストライプ層に電流を印加してその屈折率を変化さ
せ、前記ストライプ層部分で前記一方の光導波路内を伝
搬してきた前記光を反射または回折させて、前記他方の
光導波路に前記光の進路を切り換えるように構成したこ
とにより、電流を印加するだけで屈折率を大きく変える
ことができるため、簡単な構成で、かつ、多モードの光
切換にも適用できる高集積化可能な光スイッチアレイと
することができるので、実用上大きな効果が得られる。
【図１】本発明による光スイッチの一実施例における製
造工程を示す図で、（ａ）は光スイッチの断面図、
（ｂ）は上面図、（ｃ）および（ｄ）はそれぞれ部分工
程図である。
造工程を示す図で、（ａ）は光スイッチの断面図、
（ｂ）は上面図、（ｃ）および（ｄ）はそれぞれ部分工
程図である。
【図２】本発明の光スイッチ実施例における製造工程を
示す図で、（ａ）は光導波路を形成した状態を示す上面
図、（ｂ）は上記状態の光スイッチを示す斜視図であ
る。
示す図で、（ａ）は光導波路を形成した状態を示す上面
図、（ｂ）は上記状態の光スイッチを示す斜視図であ
る。
【図３】従来の全反射型光スイッチを示す平面図であ
る。
る。
【図４】図３におけるII−II断面の一部を示す図であ
る。
る。
【図５】ＧａＡｓ埋込みヘテロ構造半導体レーザにおけ
る屈折率変化を示す図である。
る屈折率変化を示す図である。
【図６】ＧａＡｓ埋込みヘテロ構造半導体レーザにおけ
る吸収係数のスペクトルを示す図である。
る吸収係数のスペクトルを示す図である。
【図７】ＧａＡｓ−ＡｌＧａＡｓ超格子構造のレーザに
おける屈折率変化を示す図である。
おける屈折率変化を示す図である。
【図８】ＧａＡｓ−ＡｌＧａＡｓ超格子構造のレーザに
おける吸収係数のスペクトルを示す図である。
おける吸収係数のスペクトルを示す図である。
２１ 半導体基板 ２４−１、２４−２、２４−３、２４−４ ストライ
プ層 ２５−１、２５−２、２６−１、２６−２ 光導波路 ２７−１、２７−２、２７−３、２７−４ 光導波路
の交叉部
プ層 ２５−１、２５−２、２６−１、２６−２ 光導波路 ２７−１、２７−２、２７−３、２７−４ 光導波路
の交叉部
Claims (3)
- 【請求項１】化合物半導体基板と、前記基板上に形成さ
れ、所定の幅と厚みならびに周囲より高い屈折率をもつ
前記基板と同系の化合物半導体の帯状層からなり、かつ
鋭角をなす所定の角度で互いに交叉する少なくとも一本
づつの光導波路と、平行四辺形をなす前記光導波路の交
叉部の長い方の対角線位置で前記両光導波路を遮断する
ように形成され、かつバンドギャップが使用する光の波
長に近接する少なくとも一つの前記基板と同系の化合物
半導体層からなる所定の幅と厚みをもつストライプ層と
を備え、前記ストライプ層に電流を印加してその屈折率
を変化させ、前記ストライプ層部分で前記一方の光導波
路内を伝搬してきた前記光を反射または回折させて、前
記他方の光導波路に前記光の進路を切り換えるように構
成されていることを特徴とする光スイッチ。 - 【請求項２】請求項１記載の光スイッチにおいて、前記
光導波路の少なくとも一方が２本以上で構成されている
場合、前記２本以上の光導波路は互いに所定の間隔で平
行に配列されていることを特徴とする光スイッチ。 - 【請求項３】請求項１または請求項２記載の光スイッチ
において、前記光スイッチを構成する前記化合物半導体
がIII−Ｖ族系またはII−VI族系化合物半導体であるこ
とを特徴とする光スイッチ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29646095A JPH09105959A (ja) | 1995-11-15 | 1995-11-15 | 光スイッチ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29646095A JPH09105959A (ja) | 1995-11-15 | 1995-11-15 | 光スイッチ |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58242049A Division JP2583480B2 (ja) | 1983-12-23 | 1983-12-23 | 光スイッチ及び光スイッチアレイ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09105959A true JPH09105959A (ja) | 1997-04-22 |
Family
ID=17833845
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP29646095A Pending JPH09105959A (ja) | 1995-11-15 | 1995-11-15 | 光スイッチ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09105959A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006113178A (ja) * | 2004-10-13 | 2006-04-27 | Yokogawa Electric Corp | 光スイッチ |
| US7116856B2 (en) | 2003-08-21 | 2006-10-03 | Yokogawa Electric Corporation | Optical switch matrix |
-
1995
- 1995-11-15 JP JP29646095A patent/JPH09105959A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7116856B2 (en) | 2003-08-21 | 2006-10-03 | Yokogawa Electric Corporation | Optical switch matrix |
| JP2006113178A (ja) * | 2004-10-13 | 2006-04-27 | Yokogawa Electric Corp | 光スイッチ |
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