JPH1090543A - 半導体偏波回転素子 - Google Patents
半導体偏波回転素子Info
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- JPH1090543A JPH1090543A JP24625296A JP24625296A JPH1090543A JP H1090543 A JPH1090543 A JP H1090543A JP 24625296 A JP24625296 A JP 24625296A JP 24625296 A JP24625296 A JP 24625296A JP H1090543 A JPH1090543 A JP H1090543A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ＴＥ偏波成分とＴＭ偏波成分の結合効率の高
い短い素子長の偏波回転素子を提供する。また、製造歩
留りの向上を図る。 【解決手段】 半導体基板の上面の曲がり導波路を滑ら
かに繋げて蛇行導波路とした半導体偏波回転素子であっ
て、前記蛇行導波路に沿いかつ少なくとも界分布の染み
出しが生じる側の半導体基板部分に溝が設けられてい
る。前記蛇行導波路は両端部分がＳ字型導波路の一部で
構成されその間はＳ字型導波路で構成されている。前記
曲がり導波路の曲率半径は一定である。
い短い素子長の偏波回転素子を提供する。また、製造歩
留りの向上を図る。 【解決手段】 半導体基板の上面の曲がり導波路を滑ら
かに繋げて蛇行導波路とした半導体偏波回転素子であっ
て、前記蛇行導波路に沿いかつ少なくとも界分布の染み
出しが生じる側の半導体基板部分に溝が設けられてい
る。前記蛇行導波路は両端部分がＳ字型導波路の一部で
構成されその間はＳ字型導波路で構成されている。前記
曲がり導波路の曲率半径は一定である。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光通信，光交換，
光情報処理等に用いる半導体偏波回転素子に関するもの
である。
光情報処理等に用いる半導体偏波回転素子に関するもの
である。
【０００２】
【従来の技術】光通信，光交換，光情報処理といった光
を利用したシステムの構築を考えると、光ファイバや光
導波路，光スイッチ，光受光器，光増幅器等の光素子が
必要不可欠になる。しかしこれらの素子は、光ファイバ
と結合したり、集積化を行うことで実用的部品にする必
要がある。特に集積化することは、ミクロン精度で必要
とされる光ファイバと半導体素子との光軸合わせを省く
ことが出来るので、堅牢となり信頼性の増加が予想でき
る。
を利用したシステムの構築を考えると、光ファイバや光
導波路，光スイッチ，光受光器，光増幅器等の光素子が
必要不可欠になる。しかしこれらの素子は、光ファイバ
と結合したり、集積化を行うことで実用的部品にする必
要がある。特に集積化することは、ミクロン精度で必要
とされる光ファイバと半導体素子との光軸合わせを省く
ことが出来るので、堅牢となり信頼性の増加が予想でき
る。
【０００３】ところで通常の光ファイバにおいては、光
源からの偏波面を維持する機能は有しておらず、半導体
光スイッチや半導体レーザ型光増幅器といった光機能素
子に入力されるときには、環境の変化に応じて信号光の
偏波状態が変動する可能性がある。
源からの偏波面を維持する機能は有しておらず、半導体
光スイッチや半導体レーザ型光増幅器といった光機能素
子に入力されるときには、環境の変化に応じて信号光の
偏波状態が変動する可能性がある。
【０００４】しかしながら前記のような半導体デバイス
の導波路構造は、一般に導波層または活性層が等方的で
なく、幅が数ミクロンあるのに対して厚みがサブミクロ
ンオーダであることや、導波層のスイッチング特性また
は活性層の増幅特性が偏波状態によって異なる。そのた
め入力信号光の偏波状態によって出力特性が大きく変動
する。
の導波路構造は、一般に導波層または活性層が等方的で
なく、幅が数ミクロンあるのに対して厚みがサブミクロ
ンオーダであることや、導波層のスイッチング特性また
は活性層の増幅特性が偏波状態によって異なる。そのた
め入力信号光の偏波状態によって出力特性が大きく変動
する。
【０００５】そこで偏波依存性を解消する方法として、
偏波ダイバーシティの例（H.Heidrich,F.Fidorra,M.Ham
acher,K.Kaiser,K.Li,D.Trommer,and G.Unterborrsch:"
Monolithically Integrated Heterodyne Receivers bas
ed on InP",20th European Conference on Optical Com
munication(ECOC'94),pp.77-80,1994)が報告されてい
る。ここではＴＥ成分で発振する局発光源の出力にＴＭ
成分を持たせるため偏波回転素子を集積化している。
偏波ダイバーシティの例（H.Heidrich,F.Fidorra,M.Ham
acher,K.Kaiser,K.Li,D.Trommer,and G.Unterborrsch:"
Monolithically Integrated Heterodyne Receivers bas
ed on InP",20th European Conference on Optical Com
munication(ECOC'94),pp.77-80,1994)が報告されてい
る。ここではＴＥ成分で発振する局発光源の出力にＴＭ
成分を持たせるため偏波回転素子を集積化している。
【０００６】偏波回転素子としては、たとえば図９に示
すように、左右非対称な導波路が、その左右を反転させ
た導波路と特定の周期を持って交互に並べられた構造の
ものが知られている。
すように、左右非対称な導波路が、その左右を反転させ
た導波路と特定の周期を持って交互に並べられた構造の
ものが知られている。
【０００７】偏波回転素子は、ＩｎＰ基板１１の主面上
に、バンドギャップ波長が１．１μｍ帯のＩｎＧａＡｓ
Ｐ導波層１２，ＩｎＰサイドクラッド層１３，ＩｎＰリ
ッジ層１４が順次積層形成された構造となっている。最
上層の前記ＩｎＰリッジ層１４は、その名称でもわかる
ように所定幅を有するリッジ構造（突条構造）となって
いる。
に、バンドギャップ波長が１．１μｍ帯のＩｎＧａＡｓ
Ｐ導波層１２，ＩｎＰサイドクラッド層１３，ＩｎＰリ
ッジ層１４が順次積層形成された構造となっている。最
上層の前記ＩｎＰリッジ層１４は、その名称でもわかる
ように所定幅を有するリッジ構造（突条構造）となって
いる。
【０００８】前記ＩｎＰリッジ層１４の上面は、その中
央線を隔て、左右の面の高さ（幅員における高さ）が非
対称な面、すなわち、高い面１と低い面２となってい
る。前記高い面１と低い面２は、ＩｎＰリッジ層１４の
長手方向に沿って特定の周期で現れるようにもなってい
る。図１０では高い面１は左側に現れるとともに低い面
２は右側に現れ、図１１では高い面１は右側に現れると
ともに低い面２は左側に現れている。
央線を隔て、左右の面の高さ（幅員における高さ）が非
対称な面、すなわち、高い面１と低い面２となってい
る。前記高い面１と低い面２は、ＩｎＰリッジ層１４の
長手方向に沿って特定の周期で現れるようにもなってい
る。図１０では高い面１は左側に現れるとともに低い面
２は右側に現れ、図１１では高い面１は右側に現れると
ともに低い面２は左側に現れている。
【０００９】一般的にＴＥ偏波成分はＸ方向に、ＴＭ偏
波成分はｙ方向（ｘ方向から見て９０°の方向）に電界
を有しているので通常は直交しており、結合成分を有し
ていない。
波成分はｙ方向（ｘ方向から見て９０°の方向）に電界
を有しているので通常は直交しており、結合成分を有し
ていない。
【００１０】そこで図９乃至図１１に示されるように、
前記ＩｎＧａＡｓＰ導波層１２上のＩｎＰリッジ層１４
を左右非対称にする構造を採ることで界分布にも非対称
性が生じ、境界部の接続条件でｘ方向とｙ方向の電界成
分が結合を起こすため、ＴＥ偏波成分とＴＭ偏波成分の
結合が生じる。この結合、成分がＴＥ偏波成分とＴＭ偏
波成分との間で界分布の移行をもたらし、偏波面に対す
る回転成分を生じさせる。
前記ＩｎＧａＡｓＰ導波層１２上のＩｎＰリッジ層１４
を左右非対称にする構造を採ることで界分布にも非対称
性が生じ、境界部の接続条件でｘ方向とｙ方向の電界成
分が結合を起こすため、ＴＥ偏波成分とＴＭ偏波成分の
結合が生じる。この結合、成分がＴＥ偏波成分とＴＭ偏
波成分との間で界分布の移行をもたらし、偏波面に対す
る回転成分を生じさせる。
【００１１】図１０で示す構造とその反転した図１１の
構造を１ブロックとして直線偏波光を入射した場合、こ
の１ブロックを通過後は入射状態から角度θだけ回転さ
れた直線偏波光に変換される。そこで図９の様に多段に
ブロック（たとえばｎ個）を並べることでｎθという大
きな回転角を得ることが出来る。
構造を１ブロックとして直線偏波光を入射した場合、こ
の１ブロックを通過後は入射状態から角度θだけ回転さ
れた直線偏波光に変換される。そこで図９の様に多段に
ブロック（たとえばｎ個）を並べることでｎθという大
きな回転角を得ることが出来る。
【００１２】図１２は別の偏波回転素子の報告例による
断面構造で、ＴＥ偏波成分とＴＭ偏波成分との間の結合
をもたらすために、導波路の一部分をエッチングによっ
て段差を設け、導波路に斜めになった部分を持たせてい
る。それに伴い界分布の一番強い導波路部分で斜め成分
を有するため、ＴＥ偏波成分とＴＭ偏波成分の結合効率
を高めることが出来る。
断面構造で、ＴＥ偏波成分とＴＭ偏波成分との間の結合
をもたらすために、導波路の一部分をエッチングによっ
て段差を設け、導波路に斜めになった部分を持たせてい
る。それに伴い界分布の一番強い導波路部分で斜め成分
を有するため、ＴＥ偏波成分とＴＭ偏波成分の結合効率
を高めることが出来る。
【００１３】すなわち、この構造では、導波路に斜めに
なった部分を持たせるために、ＩｎＰ基板１１に段差を
設け、このＩｎＰ基板１１上に順次所定の厚さのバンド
ギャップ波長１．１μｍ帯のＩｎＧａＡｓＰ導波層１
２，ＩｎＰサイドクラッド層１３，ＩｎＰリッジ層１４
を積層した構造になっている。
なった部分を持たせるために、ＩｎＰ基板１１に段差を
設け、このＩｎＰ基板１１上に順次所定の厚さのバンド
ギャップ波長１．１μｍ帯のＩｎＧａＡｓＰ導波層１
２，ＩｎＰサイドクラッド層１３，ＩｎＰリッジ層１４
を積層した構造になっている。
【００１４】図１３は別の偏波回転素子の報告例（C.va
n Dam,L.H.Spiekman,F.P.G.M.van Ham,F.H.Groen,J.J.
G.M.vander Tol,I.Moerman,W.W.Pascher,M.Hamacher,H.
Heidrich,C.M.Weinert,and M.K.Smit:"Novel compact I
nP-based polarization converters using ultra short
bends",Integrated Photonics Research(IPR'96),pp.4
68-471,1996)による斜視図である。
n Dam,L.H.Spiekman,F.P.G.M.van Ham,F.H.Groen,J.J.
G.M.vander Tol,I.Moerman,W.W.Pascher,M.Hamacher,H.
Heidrich,C.M.Weinert,and M.K.Smit:"Novel compact I
nP-based polarization converters using ultra short
bends",Integrated Photonics Research(IPR'96),pp.4
68-471,1996)による斜視図である。
【００１５】すなわち、この構造では、ＩｎＰ基板２１
の上にバンドギャップ波長１．１μｍ帯のＩｎＧａＡｓ
Ｐ導波層２２，ＩｎＰサイドクラッド層２３を順次所定
の厚さに形成するとともに、前記ＩｎＰサイドクラッド
層２３上に左右に繰り返して蛇行したＩｎＰリッジ層２
４を設けた構造になっている。すなわち、曲がり導波路
の一つの形状であるＳ字型導波路（所定の曲率半径をも
つ曲がり導波路を滑らかに繋げてＳ字状とした導波路）
を複数反復延在させた蛇行形状になっている。
の上にバンドギャップ波長１．１μｍ帯のＩｎＧａＡｓ
Ｐ導波層２２，ＩｎＰサイドクラッド層２３を順次所定
の厚さに形成するとともに、前記ＩｎＰサイドクラッド
層２３上に左右に繰り返して蛇行したＩｎＰリッジ層２
４を設けた構造になっている。すなわち、曲がり導波路
の一つの形状であるＳ字型導波路（所定の曲率半径をも
つ曲がり導波路を滑らかに繋げてＳ字状とした導波路）
を複数反復延在させた蛇行形状になっている。
【００１６】この構造では、二つの円弧を滑らかに繋げ
た構成となっており、一方の導波路中を光が反時計回り
に伝搬するとすれば、他方の導波路では時計回りに伝搬
することになる。曲がり導波路では外周方向に界分布が
染み出していくことを摂動として取り扱えるので、二つ
の円弧状の導波路が前記のブロックを構成すると考えら
れる。
た構成となっており、一方の導波路中を光が反時計回り
に伝搬するとすれば、他方の導波路では時計回りに伝搬
することになる。曲がり導波路では外周方向に界分布が
染み出していくことを摂動として取り扱えるので、二つ
の円弧状の導波路が前記のブロックを構成すると考えら
れる。
【００１７】また、図１４は前記ＩｎＰ基板２１上に、
曲がり導波路としてＩｎＰリッジ層２４，バンドギャッ
プ波長１．３μｍ帯のＩｎＧａＡｓＰ導波層２５および
ＩｎＰサイドクラッド層２６を順次積層形成した例で、
同様の効果を得ることができる。
曲がり導波路としてＩｎＰリッジ層２４，バンドギャッ
プ波長１．３μｍ帯のＩｎＧａＡｓＰ導波層２５および
ＩｎＰサイドクラッド層２６を順次積層形成した例で、
同様の効果を得ることができる。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】従来の偏波回転素子に
おいて、図９の構造ではＴＥ偏波成分とＴＭ偏波成分の
結合効率が非常に小さいので直線偏波光の回転角度θも
小さくなり、偏波回転素子の素子長が長くなってしま
う。
おいて、図９の構造ではＴＥ偏波成分とＴＭ偏波成分の
結合効率が非常に小さいので直線偏波光の回転角度θも
小さくなり、偏波回転素子の素子長が長くなってしま
う。
【００１９】図１２の導波路に斜めになった部分を設け
た構造では、導波路の斜めになった部分の角度を制御よ
く形成できないため、製造歩留りを高くすることができ
ないという問題が生じていた。
た構造では、導波路の斜めになった部分の角度を制御よ
く形成できないため、製造歩留りを高くすることができ
ないという問題が生じていた。
【００２０】図１３および図１４の二つの円弧状導波路
を滑らかに繋げた構造では、閉じ込められている界分布
を変形するために導波路の外周方向に界分布を染み出さ
せているので、過剰損失が大きくなることが予想され
る。
を滑らかに繋げた構造では、閉じ込められている界分布
を変形するために導波路の外周方向に界分布を染み出さ
せているので、過剰損失が大きくなることが予想され
る。
【００２１】本発明の目的は、ＴＥ偏波成分とＴＭ偏波
成分の結合効率の高い短い素子長の偏波回転素子を提供
することにある。
成分の結合効率の高い短い素子長の偏波回転素子を提供
することにある。
【００２２】本発明の他の目的は、製造歩留りを高くす
ることができる偏波回転素子を提供することにある。
ることができる偏波回転素子を提供することにある。
【００２３】本発明の前記ならびにその他の目的と新規
な特徴は、本明細書の記述及び添付図面によって明らか
にする。
な特徴は、本明細書の記述及び添付図面によって明らか
にする。
【００２４】
【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば、下
記のとおりである。
発明のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば、下
記のとおりである。
【００２５】（１）半導体基板の上面にリッジ型光導波
路からなる曲がり導波路を滑らかに繋げて蛇行導波路と
した半導体偏波回転素子であって、前記蛇行導波路に沿
いかつ少なくとも界分布の染み出しが生じる側の半導体
基板部分に溝（トレンチ）が設けられている。前記蛇行
導波路は両端部分がＳ字型導波路の一部で構成されその
間はＳ字型導波路で構成されている。前記曲がり導波路
の曲率半径は一定である。
路からなる曲がり導波路を滑らかに繋げて蛇行導波路と
した半導体偏波回転素子であって、前記蛇行導波路に沿
いかつ少なくとも界分布の染み出しが生じる側の半導体
基板部分に溝（トレンチ）が設けられている。前記蛇行
導波路は両端部分がＳ字型導波路の一部で構成されその
間はＳ字型導波路で構成されている。前記曲がり導波路
の曲率半径は一定である。
【００２６】（２）前記手段（１）の構成において、前
記蛇行導波路の両側に沿って前記溝が設けられている。
記蛇行導波路の両側に沿って前記溝が設けられている。
【００２７】（３）前記手段（１）または（２）の構成
において、前記半導体基板の下面と前記曲がり導波路の
表面には前記曲がり導波路の導波層の屈折率を調整する
ための電圧を印加する電極が設けられている。
において、前記半導体基板の下面と前記曲がり導波路の
表面には前記曲がり導波路の導波層の屈折率を調整する
ための電圧を印加する電極が設けられている。
【００２８】前記（１）の手段によれば、曲がり導波路
に沿ってかつ近傍に溝（トレンチ）が設けられているた
め、トレンチの影響で界分布はリッジ近傍に良く閉じ込
められ、過剰損失を低減することが出来る。
に沿ってかつ近傍に溝（トレンチ）が設けられているた
め、トレンチの影響で界分布はリッジ近傍に良く閉じ込
められ、過剰損失を低減することが出来る。
【００２９】すなわち、蛇行導波路構造の採用によっ
て、ｘｙ断面のいずれの方向に対しても界分布を非対称
にすることが出来る。また、曲率の小さな導波路とする
ことで界分布の染み出しが生じるが、スラブ導波路があ
るために大きな損失を受けずに伝搬させることが出来
る。
て、ｘｙ断面のいずれの方向に対しても界分布を非対称
にすることが出来る。また、曲率の小さな導波路とする
ことで界分布の染み出しが生じるが、スラブ導波路があ
るために大きな損失を受けずに伝搬させることが出来
る。
【００３０】また、トレンチが特定周期長を有すること
でｘ軸方向に対して周期的摂動を付加することが可能で
あり、曲がり導波路だけの場合に比べ大きな界分布の変
形が生じる。このため導波路の界分布に大きな非対称性
を発生できることになり、ＴＥ偏波成分とＴＭ偏波成分
との結合効果が増加し、短い素子長で効率よく偏波を回
転することが出来、高い偏波回転角度を得ることが出来
る。
でｘ軸方向に対して周期的摂動を付加することが可能で
あり、曲がり導波路だけの場合に比べ大きな界分布の変
形が生じる。このため導波路の界分布に大きな非対称性
を発生できることになり、ＴＥ偏波成分とＴＭ偏波成分
との結合効果が増加し、短い素子長で効率よく偏波を回
転することが出来、高い偏波回転角度を得ることが出来
る。
【００３１】また、蛇行導波路は、共に確立されたフォ
トリソグラフィ技術とフォトエッチング技術によって高
精度にかつ再現性良く形成できるため製造歩留りの向上
が図れる。
トリソグラフィ技術とフォトエッチング技術によって高
精度にかつ再現性良く形成できるため製造歩留りの向上
が図れる。
【００３２】前記（２）の手段によれば、前記手段
（１）の構成において、前記蛇行導波路の両側に沿って
前記溝が設けられていることから、前記手段（１）と同
様にトレンチの影響で界分布はリッジ近傍に良く閉じ込
められ、過剰損失を低減することが出来る。
（１）の構成において、前記蛇行導波路の両側に沿って
前記溝が設けられていることから、前記手段（１）と同
様にトレンチの影響で界分布はリッジ近傍に良く閉じ込
められ、過剰損失を低減することが出来る。
【００３３】前記（３）の手段によれば、前記手段
（１）または（２）の構成において、前記半導体基板の
下面と前記曲がり導波路の表面には前記曲がり導波路の
導波層の屈折率を調整するための電圧を印加する電極が
設けられていることから、導波層の屈折率の調整が可能
になり、短い素子長で高い偏波回転角度を得ることがで
きる。
（１）または（２）の構成において、前記半導体基板の
下面と前記曲がり導波路の表面には前記曲がり導波路の
導波層の屈折率を調整するための電圧を印加する電極が
設けられていることから、導波層の屈折率の調整が可能
になり、短い素子長で高い偏波回転角度を得ることがで
きる。
【００３４】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施形態を詳細に説明する。
施形態を詳細に説明する。
【００３５】なお、実施形態を説明するための全図にお
いて、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰
り返しの説明は省略する。
いて、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰
り返しの説明は省略する。
【００３６】（実施形態１）図１乃至図４は本発明の実
施形態１の半導体偏波回転素子に係わる図であって、図
１は半導体偏波回転素子の概略を示す斜視図、図２は導
波路の形状を示す模式的平面図、図３は図１のＡ−Ａ線
に沿う模式的断面図、図４は図１のＢ−Ｂ線に沿う模式
的断面図である。
施形態１の半導体偏波回転素子に係わる図であって、図
１は半導体偏波回転素子の概略を示す斜視図、図２は導
波路の形状を示す模式的平面図、図３は図１のＡ−Ａ線
に沿う模式的断面図、図４は図１のＢ−Ｂ線に沿う模式
的断面図である。
【００３７】本実施形態１の半導体偏波回転素子は、従
来の蛇行導波路構造の半導体偏波回転素子において、導
波路の左右両側に周期的に溝を設けてＴＥ偏波成分とＴ
Ｍ偏波成分との結合部分での過剰損失を低減する構成に
なっている。
来の蛇行導波路構造の半導体偏波回転素子において、導
波路の左右両側に周期的に溝を設けてＴＥ偏波成分とＴ
Ｍ偏波成分との結合部分での過剰損失を低減する構成に
なっている。
【００３８】本実施形態１の半導体偏波回転素子は、図
１に示すように、細長矩形状のＩｎＰ基板２１の上面
に、バンドギャップ波長１．１μｍ帯のＩｎＧａＡｓＰ
導波層２２，ＩｎＰサイドクラッド層２３，ＩｎＰリッ
ジ層２４が順次積層形成されている。たとえば、前記Ｉ
ｎＧａＡｓＰ導波層２２は厚さが０．３μｍであり、Ｉ
ｎＰサイドクラッド層２３は厚さが０．２μｍであり、
ＩｎＰリッジ層２４は厚さが１．５μｍ，幅Ｗが２．０
μｍである。
１に示すように、細長矩形状のＩｎＰ基板２１の上面
に、バンドギャップ波長１．１μｍ帯のＩｎＧａＡｓＰ
導波層２２，ＩｎＰサイドクラッド層２３，ＩｎＰリッ
ジ層２４が順次積層形成されている。たとえば、前記Ｉ
ｎＧａＡｓＰ導波層２２は厚さが０．３μｍであり、Ｉ
ｎＰサイドクラッド層２３は厚さが０．２μｍであり、
ＩｎＰリッジ層２４は厚さが１．５μｍ，幅Ｗが２．０
μｍである。
【００３９】前記ＩｎＰリッジ層２４は細いリッジとな
り、前記ＩｎＰ基板２１の長手方向に沿って左右に繰り
返して蛇行した構造になっている。たとえば、曲がり導
波路の一つの形状であるＳ字型導波路、すなわち、図２
に示すように、所定の曲率半径Ｒをもつ曲がり導波路を
滑らかに繋げてＳ字状とした導波路を複数反復延在させ
た蛇行形状になっている。
り、前記ＩｎＰ基板２１の長手方向に沿って左右に繰り
返して蛇行した構造になっている。たとえば、曲がり導
波路の一つの形状であるＳ字型導波路、すなわち、図２
に示すように、所定の曲率半径Ｒをもつ曲がり導波路を
滑らかに繋げてＳ字状とした導波路を複数反復延在させ
た蛇行形状になっている。
【００４０】中心角α（０°＜α＜９０°）を有する曲
がり導波路を二つ円弧状に滑らかに繋げて半円状の曲が
り導波路（たとえば、２α＝１６５°）とし、この半円
状の曲がり導波路に反転状態の半円状の曲がり導波路を
滑らかに接続することによって、図２に示すようにＳ字
型導波路が形成できる。
がり導波路を二つ円弧状に滑らかに繋げて半円状の曲が
り導波路（たとえば、２α＝１６５°）とし、この半円
状の曲がり導波路に反転状態の半円状の曲がり導波路を
滑らかに接続することによって、図２に示すようにＳ字
型導波路が形成できる。
【００４１】このＳ字型導波路における一方の半円状の
曲がり導波路をＸとし、他方の半円状の曲がり導波路を
Ｙとすると、半円状の曲がり導波路Ｘは二つの曲がり導
波路、すなわち曲がり導波路Ｘ1と曲がり導波路Ｘ2で形
成され、半円状の曲がり導波路Ｙは二つの曲がり導波
路、すなわち曲がり導波路Ｙ1と曲がり導波路Ｙ2で形成
される。
曲がり導波路をＸとし、他方の半円状の曲がり導波路を
Ｙとすると、半円状の曲がり導波路Ｘは二つの曲がり導
波路、すなわち曲がり導波路Ｘ1と曲がり導波路Ｘ2で形
成され、半円状の曲がり導波路Ｙは二つの曲がり導波
路、すなわち曲がり導波路Ｙ1と曲がり導波路Ｙ2で形成
される。
【００４２】そして、図１に示す蛇行導波路は、前記曲
がり導波路Ｘ1，曲がり導波路Ｘ2，曲がり導波路Ｙ1お
よび曲がり導波路Ｙ2の組み合わせによって形成され
る。すなわち、前記蛇行導波路は両端部分がＳ字型導波
路の一部で構成されその間はＳ字型導波路で構成されて
いる。図１では、蛇行導波路は手前から奥に向かって曲
がり導波路は、Ｘ2，Ｙ1，Ｙ2，Ｘ1，Ｘ2，Ｙ1，Ｙ2，
Ｘ1の成分が連続して繋がる状態になっている。
がり導波路Ｘ1，曲がり導波路Ｘ2，曲がり導波路Ｙ1お
よび曲がり導波路Ｙ2の組み合わせによって形成され
る。すなわち、前記蛇行導波路は両端部分がＳ字型導波
路の一部で構成されその間はＳ字型導波路で構成されて
いる。図１では、蛇行導波路は手前から奥に向かって曲
がり導波路は、Ｘ2，Ｙ1，Ｙ2，Ｘ1，Ｘ2，Ｙ1，Ｙ2，
Ｘ1の成分が連続して繋がる状態になっている。
【００４３】一方、本実施形態１では、図１に示すよう
に、少なくとも界分布の染み出しが生じる側の半導体基
板部分に溝（トレンチ）３１が設けられている。したが
って、前記溝３１は導波路（ＩｎＰリッジ層２４）の左
右両側に周期的に設けられている。すなわち、曲がり導
波路のＸ2からＹ1にかけては、図３にも示すようにＩｎ
Ｐリッジ層２４の左側に設けられ、曲がり導波路のＹ2
からＸ1にかけては、図４にも示すようにＩｎＰリッジ
層２４の右側に設けられている。
に、少なくとも界分布の染み出しが生じる側の半導体基
板部分に溝（トレンチ）３１が設けられている。したが
って、前記溝３１は導波路（ＩｎＰリッジ層２４）の左
右両側に周期的に設けられている。すなわち、曲がり導
波路のＸ2からＹ1にかけては、図３にも示すようにＩｎ
Ｐリッジ層２４の左側に設けられ、曲がり導波路のＹ2
からＸ1にかけては、図４にも示すようにＩｎＰリッジ
層２４の右側に設けられている。
【００４４】前記溝３１は、その幅が２．０μｍであ
り、垂直に掘られ深さが１．０μｍである。また、この
溝３１とＩｎＰリッジ層２４との間隔は０．５μｍとな
っている。
り、垂直に掘られ深さが１．０μｍである。また、この
溝３１とＩｎＰリッジ層２４との間隔は０．５μｍとな
っている。
【００４５】本実施形態１の構造では、二つの円弧（半
円状の曲がり導波路Ｘ，Ｙ）を交互に滑らかに繋げた構
成となっており、一方の導波路（半円状の曲がり導波路
Ｘ）中を光が反時計回りに伝搬するとすれば、他方の導
波路（半円状の曲がり導波路Ｙ）では時計回りに伝搬す
ることになる。そして、曲がり導波路における外周方向
への界分布の染み出しを、前記溝３１によって抑止す
る。
円状の曲がり導波路Ｘ，Ｙ）を交互に滑らかに繋げた構
成となっており、一方の導波路（半円状の曲がり導波路
Ｘ）中を光が反時計回りに伝搬するとすれば、他方の導
波路（半円状の曲がり導波路Ｙ）では時計回りに伝搬す
ることになる。そして、曲がり導波路における外周方向
への界分布の染み出しを、前記溝３１によって抑止す
る。
【００４６】また、本実施形態１の構成では、導波路の
曲率Ｒが小さくなり、界分布の染み出しが生じるが、Ｉ
ｎＰリッジ層２４の下層部分はスラブ導波路を構成して
いることから、大きな損失を受けずに伝搬させることが
出来る。
曲率Ｒが小さくなり、界分布の染み出しが生じるが、Ｉ
ｎＰリッジ層２４の下層部分はスラブ導波路を構成して
いることから、大きな損失を受けずに伝搬させることが
出来る。
【００４７】本実施形態１では、ＩｎＰリッジ層２４の
曲率半径Ｒは９０μｍであり、中心角αは７０°であ
る。曲がり導波路のＸ成分とＹ成分の連結部分、すなわ
ち、Ｘ2からＹ1またはＹ2からＸ1を一つのブロックとし
た場合、４つのブロックを配列することにより、素子長
６８０μｍで８０°の偏波回転を実現することができ
た。
曲率半径Ｒは９０μｍであり、中心角αは７０°であ
る。曲がり導波路のＸ成分とＹ成分の連結部分、すなわ
ち、Ｘ2からＹ1またはＹ2からＸ1を一つのブロックとし
た場合、４つのブロックを配列することにより、素子長
６８０μｍで８０°の偏波回転を実現することができ
た。
【００４８】本実施形態１においては、蛇行導波路は、
共に確立されたフォトリソグラフィ技術とフォトエッチ
ング技術によって高精度にかつ再現性良く形成できるた
め製造歩留りの向上が図れる。
共に確立されたフォトリソグラフィ技術とフォトエッチ
ング技術によって高精度にかつ再現性良く形成できるた
め製造歩留りの向上が図れる。
【００４９】（実施形態２）図５は本発明の実施形態２
である半導体偏波回転素子の一部を示す模式的断面図で
ある。
である半導体偏波回転素子の一部を示す模式的断面図で
ある。
【００５０】本実施形態２の半導体偏波回転素子は、Ｉ
ｎＰ基板２１の上にＩｎＰリッジ層２４，ＩｎＧａＡｓ
Ｐ導波層２５，ＩｎＰサイドクラッド層２６を順次積層
形成して蛇行導波路を形成した構造である。
ｎＰ基板２１の上にＩｎＰリッジ層２４，ＩｎＧａＡｓ
Ｐ導波層２５，ＩｎＰサイドクラッド層２６を順次積層
形成して蛇行導波路を形成した構造である。
【００５１】前記ＩｎＰリッジ層２４は０．２μｍの厚
さとなり、幅は２．０μｍである。前記ＩｎＧａＡｓＰ
導波層２５はバンドギャップ波長が１．３μｍ帯のＩｎ
ＧａＡｓＰ層からなり、厚さが０．３μｍである。ま
た、前記ＩｎＰサイドクラッド層２６は厚さ１．０μｍ
となっている。
さとなり、幅は２．０μｍである。前記ＩｎＧａＡｓＰ
導波層２５はバンドギャップ波長が１．３μｍ帯のＩｎ
ＧａＡｓＰ層からなり、厚さが０．３μｍである。ま
た、前記ＩｎＰサイドクラッド層２６は厚さ１．０μｍ
となっている。
【００５２】本実施形態２では、前記実施形態１と同様
にリッジ導波路から０．５μｍ離れた左右両側に溝３１
を周期的に設けた。溝３１は深さ１．０μｍ程度で幅
２．０μｍにわたり垂直に掘られている。
にリッジ導波路から０．５μｍ離れた左右両側に溝３１
を周期的に設けた。溝３１は深さ１．０μｍ程度で幅
２．０μｍにわたり垂直に掘られている。
【００５３】本実施形態２では、曲がり導波路の曲率半
径Ｒは８０μｍであり、中心角αは７０°である。６つ
のブロックを配列することにより、素子長９００μｍで
７５°の偏波回転を実現することができた。
径Ｒは８０μｍであり、中心角αは７０°である。６つ
のブロックを配列することにより、素子長９００μｍで
７５°の偏波回転を実現することができた。
【００５４】（実施形態３）図６は本発明の実施形態３
である半導体偏波回転素子の一部を示す模式的断面図で
ある。
である半導体偏波回転素子の一部を示す模式的断面図で
ある。
【００５５】本実施形態３の半導体偏波回転素子は、図
６に示すように、ＩｎＰ基板２１の上面に、バンドギャ
ップ波長１．１μｍ帯のＩｎＧａＡｓＰ導波層２２，Ｉ
ｎＰサイドクラッド層２３，ＩｎＰリッジ層２４，バン
ドギャップ波長が１．３μｍ帯のＩｎＧａＡｓＰ導波層
２５，ＩｎＰサイドクラッド層２６が順次積層形成され
た構造になっている。
６に示すように、ＩｎＰ基板２１の上面に、バンドギャ
ップ波長１．１μｍ帯のＩｎＧａＡｓＰ導波層２２，Ｉ
ｎＰサイドクラッド層２３，ＩｎＰリッジ層２４，バン
ドギャップ波長が１．３μｍ帯のＩｎＧａＡｓＰ導波層
２５，ＩｎＰサイドクラッド層２６が順次積層形成され
た構造になっている。
【００５６】前記ＩｎＰリッジ層２４，ＩｎＧａＡｓＰ
導波層２５およびＩｎＰサイドクラッド層２６は、幅
２．０μｍのリッジを形成し、前記実施形態１と同様に
蛇行している。
導波層２５およびＩｎＰサイドクラッド層２６は、幅
２．０μｍのリッジを形成し、前記実施形態１と同様に
蛇行している。
【００５７】前記ＩｎＧａＡｓＰ導波層２２は厚さが
０．３μｍであり、ＩｎＰサイドクラッド層２３は厚さ
が０．１μｍであり、ＩｎＰリッジ層２４は厚さ１．０
μｍ，ＩｎＧａＡｓＰ導波層２５は厚さが０．３μｍ，
ＩｎＰサイドクラッド層２６は厚さが１．１μｍであ
る。
０．３μｍであり、ＩｎＰサイドクラッド層２３は厚さ
が０．１μｍであり、ＩｎＰリッジ層２４は厚さ１．０
μｍ，ＩｎＧａＡｓＰ導波層２５は厚さが０．３μｍ，
ＩｎＰサイドクラッド層２６は厚さが１．１μｍであ
る。
【００５８】本実施形態３では、前記実施形態１と同様
にリッジ導波路から０．５μｍ離れた左右両側に溝３１
を周期的に設けた。溝３１は深さ１．０μｍ程度で幅
２．０μｍにわたり垂直に掘られている。
にリッジ導波路から０．５μｍ離れた左右両側に溝３１
を周期的に設けた。溝３１は深さ１．０μｍ程度で幅
２．０μｍにわたり垂直に掘られている。
【００５９】本実施形態３では、曲がり導波路の曲率半
径Ｒは７５μｍであり、中心角αは６０°である。４つ
のブロックを配列することにより、素子長５２０μｍで
７８°の偏波回転を実現することができた。
径Ｒは７５μｍであり、中心角αは６０°である。４つ
のブロックを配列することにより、素子長５２０μｍで
７８°の偏波回転を実現することができた。
【００６０】（実施形態４）図７は本発明の実施形態４
である半導体偏波回転素子の一部を示す模式的断面図で
ある。
である半導体偏波回転素子の一部を示す模式的断面図で
ある。
【００６１】本実施形態４は前記実施形態３の構造の半
導体偏波回転素子において、導波層の屈折率の調整機能
を付与した例である。
導体偏波回転素子において、導波層の屈折率の調整機能
を付与した例である。
【００６２】すなわち、前記実施形態３の半導体偏波回
転素子において、前記ＩｎＰ基板（半導体基板）２１の
下面に電極３２を設けるとともに、前記ＩｎＰサイドク
ラッド層２６の上面に電極３３を設けた構造となってい
る。
転素子において、前記ＩｎＰ基板（半導体基板）２１の
下面に電極３２を設けるとともに、前記ＩｎＰサイドク
ラッド層２６の上面に電極３３を設けた構造となってい
る。
【００６３】本実施形態４の半導体偏波回転素子では、
前記電極３２および電極３３間に電圧や電流を印加する
ことで、導波層の屈折率を変化させることが出来るた
め、溝３１による周期的摂動に対して微調整を行うこと
が可能である。そのため、素子長５２０μｍで電流４０
ｍＡ流すことにより、８５°の偏波回転を実現すること
ができた。
前記電極３２および電極３３間に電圧や電流を印加する
ことで、導波層の屈折率を変化させることが出来るた
め、溝３１による周期的摂動に対して微調整を行うこと
が可能である。そのため、素子長５２０μｍで電流４０
ｍＡ流すことにより、８５°の偏波回転を実現すること
ができた。
【００６４】（実施形態５）図８は本発明の実施形態５
である半導体偏波回転素子の概略を示す斜視図である。
である半導体偏波回転素子の概略を示す斜視図である。
【００６５】本実施形態５は、前記実施形態１におい
て、ＩｎＰリッジ層２４の両側に、ＩｎＰリッジ層２４
に沿って溝３１を設けた例である。溝３１はＩｎＰリッ
ジ層２４から０．５μｍ離れて形成されている。
て、ＩｎＰリッジ層２４の両側に、ＩｎＰリッジ層２４
に沿って溝３１を設けた例である。溝３１はＩｎＰリッ
ジ層２４から０．５μｍ離れて形成されている。
【００６６】本実施形態５の場合も素子長の短縮化と偏
波回転角度の増大を図ることができる。
波回転角度の増大を図ることができる。
【００６７】以上本発明者によってなされた発明を実施
形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施形
態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範
囲で種々変更可能であることはいうまでもない、たとえ
ば、前記実施形態においては、ＩｎＰ基板上のＩｎＧａ
ＡｓＰ材料系について記述したが、他の材料系を用いる
ことによっても同様の効果を得ることができる。材料系
等を選ぶことにより、任意の動作波長に設定することが
可能である。
形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施形
態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範
囲で種々変更可能であることはいうまでもない、たとえ
ば、前記実施形態においては、ＩｎＰ基板上のＩｎＧａ
ＡｓＰ材料系について記述したが、他の材料系を用いる
ことによっても同様の効果を得ることができる。材料系
等を選ぶことにより、任意の動作波長に設定することが
可能である。
【００６８】また、本発明において、製造の都合上エッ
チングストップ層としてのＩｎＰやＩｎＧａＡｓＰの薄
層を用いることも可能である。
チングストップ層としてのＩｎＰやＩｎＧａＡｓＰの薄
層を用いることも可能である。
【００６９】また、導波層の位置もリッジ構造の中のど
の位置（たとえば最上部，中段，最下部など）に配する
ことも可能であるし、ストリップロード構造の中に複数
の導波層を持たせることも可能である。
の位置（たとえば最上部，中段，最下部など）に配する
ことも可能であるし、ストリップロード構造の中に複数
の導波層を持たせることも可能である。
【００７０】導波路の幾何学的形状についても、導波路
幅や溝幅は２．０μｍに限定されるものではない。ま
た、溝深さも１．０μｍに限定されるものではない。さ
らに、導波路と溝の距離についても、本実施形態のよう
にサブミクロンの場合だけではなく、１μｍ以上の場合
についても、本発明の作用は有効である。
幅や溝幅は２．０μｍに限定されるものではない。ま
た、溝深さも１．０μｍに限定されるものではない。さ
らに、導波路と溝の距離についても、本実施形態のよう
にサブミクロンの場合だけではなく、１μｍ以上の場合
についても、本発明の作用は有効である。
【００７１】また、リッジ部に対して複数の導波層を有
する場合や各導波層の組成が異なっていても、また全て
の導波層が同一組成であっても構わない。
する場合や各導波層の組成が異なっていても、また全て
の導波層が同一組成であっても構わない。
【００７２】また、実施形態４では電極を付けた例を示
したが、この手法が他の実施形態においても有効となる
ことは言うまでもない。
したが、この手法が他の実施形態においても有効となる
ことは言うまでもない。
【００７３】
【発明の効果】本願において開示される発明のうち代表
的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下
記のとおりである。
的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下
記のとおりである。
【００７４】（１）本発明によれば、リッジ型光導波路
を蛇行導波路とした半導体偏波回転素子において、前記
蛇行導波路に沿って所定部分に溝を設けてあるため、閉
じ込められている界分布を変形するために導波路の外周
方向に界分布が染み出るが、前記溝によって過剰損失の
低減が図れる結果、短い素子長で高い偏波回転を得るこ
とができる。
を蛇行導波路とした半導体偏波回転素子において、前記
蛇行導波路に沿って所定部分に溝を設けてあるため、閉
じ込められている界分布を変形するために導波路の外周
方向に界分布が染み出るが、前記溝によって過剰損失の
低減が図れる結果、短い素子長で高い偏波回転を得るこ
とができる。
【００７５】（２）本発明によれば、蛇行導波路および
溝は、共に確立されたフォトリソグラフィ技術とフォト
エッチング技術によって高精度にかつ再現性良く形成で
きるため半導体偏波回転素子の製造歩留りの向上が図れ
る。
溝は、共に確立されたフォトリソグラフィ技術とフォト
エッチング技術によって高精度にかつ再現性良く形成で
きるため半導体偏波回転素子の製造歩留りの向上が図れ
る。
【図１】本発明の実施形態１である半導体偏波回転素子
の概略を示す斜視図である。
の概略を示す斜視図である。
【図２】本実施形態１の半導体偏波回転素子の導波路の
形状を示す模式的平面図である。
形状を示す模式的平面図である。
【図３】図１のＡ−Ａ線に沿う模式的断面図である。
【図４】図１のＢ−Ｂ線に沿う模式的断面図である。
【図５】本発明の実施形態２である半導体偏波回転素子
の一部を示す模式的断面図である。
の一部を示す模式的断面図である。
【図６】本発明の実施形態３である半導体偏波回転素子
の一部を示す模式的断面図である。
の一部を示す模式的断面図である。
【図７】本発明の実施形態４である半導体偏波回転素子
の一部を示す模式的断面図である。
の一部を示す模式的断面図である。
【図８】本発明の実施形態５である半導体偏波回転素子
の概略を示す斜視図である。
の概略を示す斜視図である。
【図９】従来の半導体偏波回転素子の概略を示す斜視図
である。
である。
【図１０】図９のＡ−Ａ線に沿う模式的断面図である。
【図１１】図９のＢ−Ｂ線に沿う模式的断面図である。
【図１２】従来の他の半導体偏波回転素子の概略を示す
模式的断面図である。
模式的断面図である。
【図１３】従来の他の半導体偏波回転素子の概略を示す
斜視図である。
斜視図である。
【図１４】図１３に示す半導体偏波回転素子の一部の模
式的断面図である。
式的断面図である。
１…高い面、２…低い面、１１，２１…ＩｎＰ基板、１
２，２２…ＩｎＧａＡｓＰ導波層、１３，２３…ＩｎＰ
サイドクラッド層、１４，２４…ＩｎＰリッジ層、２５
…ＩｎＧａＡｓＰ導波層、２６…ＩｎＰサイドクラッド
層、３１…溝、３２，３３…電極。
２，２２…ＩｎＧａＡｓＰ導波層、１３，２３…ＩｎＰ
サイドクラッド層、１４，２４…ＩｎＰリッジ層、２５
…ＩｎＧａＡｓＰ導波層、２６…ＩｎＰサイドクラッド
層、３１…溝、３２，３３…電極。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 吉本 直人 東京都新宿区西新宿三丁目19番２号 日本 電信電話株式会社内
Claims (5)
- 【請求項１】 半導体基板の上面の曲がり導波路を滑ら
かに繋げて蛇行導波路とした半導体偏波回転素子であっ
て、前記蛇行導波路に沿いかつ少なくとも界分布の染み
出しが生じる側の半導体基板部分に溝が設けられている
ことを特徴とする半導体偏波回転素子。 - 【請求項２】 前記蛇行導波路の両側に沿って前記溝が
設けられていることを特徴とする請求項１に記載の半導
体偏波回転素子。 - 【請求項３】 前記半導体基板の下面と前記曲がり導波
路の表面には前記曲がり導波路の導波層の屈折率を調整
するための電圧を印加する電極が設けられていることを
特徴とする請求項１または請求項２に記載の半導体偏波
回転素子。 - 【請求項４】 前記蛇行導波路は両端部分がＳ字型導波
路の一部で構成されその間はＳ字型導波路で構成されて
いることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか
１項に記載の半導体偏波回転素子。 - 【請求項５】 前記曲がり導波路の曲率半径は一定であ
ることを特徴とする請求項４に記載の半導体偏波回転素
子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24625296A JP3446929B2 (ja) | 1996-09-18 | 1996-09-18 | 半導体偏波回転素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24625296A JP3446929B2 (ja) | 1996-09-18 | 1996-09-18 | 半導体偏波回転素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1090543A true JPH1090543A (ja) | 1998-04-10 |
| JP3446929B2 JP3446929B2 (ja) | 2003-09-16 |
Family
ID=17145766
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24625296A Expired - Fee Related JP3446929B2 (ja) | 1996-09-18 | 1996-09-18 | 半導体偏波回転素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3446929B2 (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| US7177490B2 (en) | 2003-03-20 | 2007-02-13 | Fujitsu Limited | Optical waveguide, optical device, and method of manufacturing optical waveguide |
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| CN116430510A (zh) * | 2023-06-14 | 2023-07-14 | 之江实验室 | 光波导和光波导设计方法 |
-
1996
- 1996-09-18 JP JP24625296A patent/JP3446929B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| JP2019109442A (ja) * | 2017-12-20 | 2019-07-04 | 富士通オプティカルコンポーネンツ株式会社 | 光変調器及び光モジュール |
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