JPH0473606A - 半導体偏光ビームスプリッタ - Google Patents
半導体偏光ビームスプリッタInfo
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- JPH0473606A JPH0473606A JP18633990A JP18633990A JPH0473606A JP H0473606 A JPH0473606 A JP H0473606A JP 18633990 A JP18633990 A JP 18633990A JP 18633990 A JP18633990 A JP 18633990A JP H0473606 A JPH0473606 A JP H0473606A
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Landscapes
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- Polarising Elements (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
（産業上の利用分野）
本発明は、半導体光集積回路の構成要素となる導波路型
偏光ビームスプリッタに関する。
偏光ビームスプリッタに関する。
（従来の技術）
任意の偏光角で入射した光ビームをＴＥとＴＭモードの
光ビームに分ける偏光ビームスプリッタは、光の周波数
や位相情報を高度に利用するコヒーレント光通信の分野
で重要であり、特に偏波ダイハーシチ受信方式において
必須のデバイスどなっている。その中で、半導体導波路
型の偏光ビームスプリッタは、半導体レーザ・光検出器
・光スィッチ、３ｄＢカツプラー等の半導体素子とのモ
ノリシック集積が可能という特徴を持ら、将来の光通信
ネットワークシステムを構築する半導体光集積回路の基
本素子として期待されている。従来技術の一例としてエ
ルマン（Ｍ、 Ｅｒｍａｎ）らによる報告がある（ヨー
ロッパ光通信会議（ＥＣＯＣ’８９）、ＴｈＢ２０−１
．１９８９年）。従来例は、光結合が起こるほどに近接
させた２本のリブ型光導波路（いわゆる方向性結合器型
である）の一方に金属を装荷した構造であり、先導波路
の実効屈折率の値がＴＥモードとＴＭモードの導波光で
異なることを利用したものである。実効屈折率の値がＴ
ＥモードとＴＭモードで異なると、方向性結合器の光結
合長がＴＥモードとＴＭモードで異なることになり、素
子長を選べばＴＥとＴＭモードの導波光を分離出来る。
光ビームに分ける偏光ビームスプリッタは、光の周波数
や位相情報を高度に利用するコヒーレント光通信の分野
で重要であり、特に偏波ダイハーシチ受信方式において
必須のデバイスどなっている。その中で、半導体導波路
型の偏光ビームスプリッタは、半導体レーザ・光検出器
・光スィッチ、３ｄＢカツプラー等の半導体素子とのモ
ノリシック集積が可能という特徴を持ら、将来の光通信
ネットワークシステムを構築する半導体光集積回路の基
本素子として期待されている。従来技術の一例としてエ
ルマン（Ｍ、 Ｅｒｍａｎ）らによる報告がある（ヨー
ロッパ光通信会議（ＥＣＯＣ’８９）、ＴｈＢ２０−１
．１９８９年）。従来例は、光結合が起こるほどに近接
させた２本のリブ型光導波路（いわゆる方向性結合器型
である）の一方に金属を装荷した構造であり、先導波路
の実効屈折率の値がＴＥモードとＴＭモードの導波光で
異なることを利用したものである。実効屈折率の値がＴ
ＥモードとＴＭモードで異なると、方向性結合器の光結
合長がＴＥモードとＴＭモードで異なることになり、素
子長を選べばＴＥとＴＭモードの導波光を分離出来る。
従来例では、素子長が９００．４ｍから１１００／ｉｍ
の範囲でＴＥモードＴＭモードの導波光に対して共に消
光比１５ｄＢ程度が得られている。
の範囲でＴＥモードＴＭモードの導波光に対して共に消
光比１５ｄＢ程度が得られている。
（発明が解決しようとする課題）
上述した従来の偏光ビームスプリッタにおいては、原理
的にＴＭモードの導波光が導波路上に装荷した金属によ
り吸収され光損失が生じること、導波路幅において０．
１□ｍ以下の加工精度が必要であり、素子を再現性よく
製作することが困難であることなどの問題点を有してい
る。
的にＴＭモードの導波光が導波路上に装荷した金属によ
り吸収され光損失が生じること、導波路幅において０．
１□ｍ以下の加工精度が必要であり、素子を再現性よく
製作することが困難であることなどの問題点を有してい
る。
本発明の目的はこれらの問題点を解決し、製作容易で、
低損失な半導体導波路型偏光ビームスプノッタを提供す
ることにある。
低損失な半導体導波路型偏光ビームスプノッタを提供す
ることにある。
（課題を解決するための手段）
前述の課題を解決するため本発明の半導体偏光ビームス
プリッタは、半導体基板上のＹ分岐光導波路が、超格子
構造を有する光ガイド層と前記光ガイド層より屈折率が
低いクラッド層とから構成され、前記光ガイド層の超格
子構造がＹ分岐部の一部で混晶化し消失していることを
特徴としている。
プリッタは、半導体基板上のＹ分岐光導波路が、超格子
構造を有する光ガイド層と前記光ガイド層より屈折率が
低いクラッド層とから構成され、前記光ガイド層の超格
子構造がＹ分岐部の一部で混晶化し消失していることを
特徴としている。
（作用）
ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＰまたはＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓに
代表される超格子構造を有する先導波路は、ＴＥとＴＭ
モードの導波光に対して異なる屈折率の値（それぞれｎ
ＴＥ、１１Ｔ８とする）を示し、これが混晶化すると屈
折率が変化し、ＴＥとＴＭモードの導波光に対して同じ
値（ｎｏとする）とる。これらの開には、ｎＴ８〉ｎｏ
＞ｎＴＭの関係が存在する。従って、第１図に示すよう
に超格子構造導波路のＹ分岐部の一部を混晶した本発明
では、ＴＥモードの導波光に対しては全反射し、ＴＭモ
ードの導波光に対しては透過させることが出来る。ＴＥ
とＴＭモードの導波光に対する混晶化前後の屈折率変化
（それぞれ”ＴＥ ＝ ＩＩＴＥ −ｎＯ１△ｒｌＴＭ
＝ ”Ｏ”ＴＭである）は、どちらも約４Ｘ１０
とおおきく、Ｙ分岐角は約４°素子長は１００□ｍ以下
と小型化が図れ低損失化が可能である。更に、本発明の
構造では、導波路幅の加工精度は０．５ｐｍ程度で十分
であり、０．１μｍの加工精度を必要とした従来例と比
べ製作が容易で特性の再現性に優れているという特徴を
持つ。
代表される超格子構造を有する先導波路は、ＴＥとＴＭ
モードの導波光に対して異なる屈折率の値（それぞれｎ
ＴＥ、１１Ｔ８とする）を示し、これが混晶化すると屈
折率が変化し、ＴＥとＴＭモードの導波光に対して同じ
値（ｎｏとする）とる。これらの開には、ｎＴ８〉ｎｏ
＞ｎＴＭの関係が存在する。従って、第１図に示すよう
に超格子構造導波路のＹ分岐部の一部を混晶した本発明
では、ＴＥモードの導波光に対しては全反射し、ＴＭモ
ードの導波光に対しては透過させることが出来る。ＴＥ
とＴＭモードの導波光に対する混晶化前後の屈折率変化
（それぞれ”ＴＥ ＝ ＩＩＴＥ −ｎＯ１△ｒｌＴＭ
＝ ”Ｏ”ＴＭである）は、どちらも約４Ｘ１０
とおおきく、Ｙ分岐角は約４°素子長は１００□ｍ以下
と小型化が図れ低損失化が可能である。更に、本発明の
構造では、導波路幅の加工精度は０．５ｐｍ程度で十分
であり、０．１μｍの加工精度を必要とした従来例と比
べ製作が容易で特性の再現性に優れているという特徴を
持つ。
従って、製作容易で低損失な半導体導波路型偏光ビーム
スプリッタが実現できる。
スプリッタが実現できる。
（実施例）
次に図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する。
第１図（ａ）は本発明の実施例の主要部を示す半導体導
波路型偏光ビームスプリッタの平面図、第１図（ｂ）は
第１図（ａ）のＡ−Ｂ線断面図である。
波路型偏光ビームスプリッタの平面図、第１図（ｂ）は
第１図（ａ）のＡ−Ｂ線断面図である。
この実施例はＩｎＰからなる半導体基板１０上に形成さ
れたＹ分岐先導波路が、ＩｎＧａＡｓ（Ｐ）／ＩｎＰ超
格子からなる光ガイド層１２とＩｎＰからなる第１．第
２のクラッド層１１．１３から構成され、前記光ガイド
層１２の超格子構造がＹ分岐部の一部で混晶化し消失し
ているものである。
れたＹ分岐先導波路が、ＩｎＧａＡｓ（Ｐ）／ＩｎＰ超
格子からなる光ガイド層１２とＩｎＰからなる第１．第
２のクラッド層１１．１３から構成され、前記光ガイド
層１２の超格子構造がＹ分岐部の一部で混晶化し消失し
ているものである。
次に、この実施例の製造方法について説明する。ｎ−Ｉ
ｎＰからなる半導体基板１０上に、気相成長法または分
子線成長法などによりノンドープＩｎＰからなる第１の
クラッド層１１（厚さ１μｍ）、ＩｎＰと格子整合する
ノンドープＩｎＧａＡｓ（Ｐ）（厚さ２８人）とノンド
ープＩｎＰ（厚さ４６人）の１００周期の超格子からな
る光ガイド層１２を成長させる。次に、プラズマＣＶＤ
法とホトリックラフイの手法を用いＳｉＮｘ膜を選択的
に形成し８００°Ｃの熱処理を行い、ＳｉＮｘ膜下の超
格子構造を混晶化させ消失させる（いわゆるキャップア
ニール混晶化法）ことにより混晶化領域１４を形成する
。次に、ＳｉＮｘを除去した後、気相成長法または分子
線成長法などによりノンドープＩｎＰからなる第２のク
ラッド層１３（厚さ１ｐｍ）を成長させる。更に、塩素
ガスを用いてドライエツチング技術を用いて導波路幅３
□ｍ、エツチング深さ０．８□ｍ、分岐角４°のＹ分岐
光導波路１５を形成する。ここでは第１と第３の光導波
路が直線となるようにした。この場合、混晶化領域１４
はＹ分岐光導波路１５平面上で第１図（ａ）に示したＹ
分岐部の位置にくる必要がある。混晶化領域と、第１の
光導波路とのなす角度は分岐角の半分の２°とした。最
後に、半導体基板１ｏは研磨により１１００４ｚの厚さ
にされ、へき開により光入射面、光出射面が形成され、
半導体導波路型偏光ビームスプリッタが完成する。
ｎＰからなる半導体基板１０上に、気相成長法または分
子線成長法などによりノンドープＩｎＰからなる第１の
クラッド層１１（厚さ１μｍ）、ＩｎＰと格子整合する
ノンドープＩｎＧａＡｓ（Ｐ）（厚さ２８人）とノンド
ープＩｎＰ（厚さ４６人）の１００周期の超格子からな
る光ガイド層１２を成長させる。次に、プラズマＣＶＤ
法とホトリックラフイの手法を用いＳｉＮｘ膜を選択的
に形成し８００°Ｃの熱処理を行い、ＳｉＮｘ膜下の超
格子構造を混晶化させ消失させる（いわゆるキャップア
ニール混晶化法）ことにより混晶化領域１４を形成する
。次に、ＳｉＮｘを除去した後、気相成長法または分子
線成長法などによりノンドープＩｎＰからなる第２のク
ラッド層１３（厚さ１ｐｍ）を成長させる。更に、塩素
ガスを用いてドライエツチング技術を用いて導波路幅３
□ｍ、エツチング深さ０．８□ｍ、分岐角４°のＹ分岐
光導波路１５を形成する。ここでは第１と第３の光導波
路が直線となるようにした。この場合、混晶化領域１４
はＹ分岐光導波路１５平面上で第１図（ａ）に示したＹ
分岐部の位置にくる必要がある。混晶化領域と、第１の
光導波路とのなす角度は分岐角の半分の２°とした。最
後に、半導体基板１ｏは研磨により１１００４ｚの厚さ
にされ、へき開により光入射面、光出射面が形成され、
半導体導波路型偏光ビームスプリッタが完成する。
次にこの実施例の半導体導波路型偏光ビームスプリッタ
動作について説明する。作用のところでも述べた力飄Ｉ
ｎＧａＡｓ／ＩｎＰに代表される超格子構造を有する光
導波路は、ＴＥとＴＭモードの導波光に対して異なる屈
折率の値（それぞれｎＴＥ、ｎＴＭどする）を示し、混
晶化するとＴＥとＴＭモードの導波光に対してほぼ同じ
値（ｎｏとする）とる。これらの間には、ｎＴＥ＞ｎｏ
＞ｎＴＭの関係が存在するため、第１の先導波路４に入
射した光１のＴＥモード成分はＹ分岐部で全反射し第２
の光導波路５に導波され、一方ＴＭモード成分は混晶化
領域１４を透過し第３の先導波路６に導波される。ＴＥ
とＴＭモードの導波光に対する混晶化前後の屈折率変化
（それぞれΔｎＴＥ＝ｎＴＦ、−ｎｏ、ΔｎＴＭ＝ｎｏ
−ｎＴＭである）は、どちらも約４×１０−３とおおき
く、Ｙ分岐角は約４°素子長は１００μｍ以下と小型化
が図れ導波路損失として０．１ｄＢが可能である。更に
、本発明の構造では、導波路幅の加工精度は０．５μｍ
程度で十分である。従って、製作容易で低損失な半導体
導波路型偏光ビームスプリッタが実現できる。
動作について説明する。作用のところでも述べた力飄Ｉ
ｎＧａＡｓ／ＩｎＰに代表される超格子構造を有する光
導波路は、ＴＥとＴＭモードの導波光に対して異なる屈
折率の値（それぞれｎＴＥ、ｎＴＭどする）を示し、混
晶化するとＴＥとＴＭモードの導波光に対してほぼ同じ
値（ｎｏとする）とる。これらの間には、ｎＴＥ＞ｎｏ
＞ｎＴＭの関係が存在するため、第１の先導波路４に入
射した光１のＴＥモード成分はＹ分岐部で全反射し第２
の光導波路５に導波され、一方ＴＭモード成分は混晶化
領域１４を透過し第３の先導波路６に導波される。ＴＥ
とＴＭモードの導波光に対する混晶化前後の屈折率変化
（それぞれΔｎＴＥ＝ｎＴＦ、−ｎｏ、ΔｎＴＭ＝ｎｏ
−ｎＴＭである）は、どちらも約４×１０−３とおおき
く、Ｙ分岐角は約４°素子長は１００μｍ以下と小型化
が図れ導波路損失として０．１ｄＢが可能である。更に
、本発明の構造では、導波路幅の加工精度は０．５μｍ
程度で十分である。従って、製作容易で低損失な半導体
導波路型偏光ビームスプリッタが実現できる。
尚、上記実施例に於いては寸法例も示したが、結晶成長
や混晶化及びエツチングの様子は成長法・条件などで大
幅に変化するからそれらと共に適切な寸法を採用すべき
ことは言うまでもない。半導体導波路型偏光ビームスプ
リッタの材料としては、ＩｎＧａＡｓ（Ｐ）／ＩｎＰ系
につき説明したが、これに限定されるものではなく 、
ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＡｌＡｓ系、ＧａＡｓ／ＧａＡｌＡ
ｓ系の材料でもよく、超格子の混晶化の方法としては、
ギャップアニール混晶化法を用いたが、Ｚｎ、 Ｃｄな
どの不純物拡散法、Ｓｉ、Ｈ等のイオン注入法を用いて
もよい。Ｙ分岐導波路の７字の形や分岐角、混晶化領域
も必要に応じて自由に変形できる。混晶化領域で、一方
のモードのみ反射され、他方は透過し、それぞれ導波さ
れるようにすれば良い。
や混晶化及びエツチングの様子は成長法・条件などで大
幅に変化するからそれらと共に適切な寸法を採用すべき
ことは言うまでもない。半導体導波路型偏光ビームスプ
リッタの材料としては、ＩｎＧａＡｓ（Ｐ）／ＩｎＰ系
につき説明したが、これに限定されるものではなく 、
ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＡｌＡｓ系、ＧａＡｓ／ＧａＡｌＡ
ｓ系の材料でもよく、超格子の混晶化の方法としては、
ギャップアニール混晶化法を用いたが、Ｚｎ、 Ｃｄな
どの不純物拡散法、Ｓｉ、Ｈ等のイオン注入法を用いて
もよい。Ｙ分岐導波路の７字の形や分岐角、混晶化領域
も必要に応じて自由に変形できる。混晶化領域で、一方
のモードのみ反射され、他方は透過し、それぞれ導波さ
れるようにすれば良い。
（発明の効果）
以上詳細に説明したように、本発明によれば製作容易で
低損失な半導体導波路型偏光ビームスプリッタが得られ
、コヒーレント光通信システム等に用いられる将来の半
導体光集積回路の実現に貢献すること犬である。
低損失な半導体導波路型偏光ビームスプリッタが得られ
、コヒーレント光通信システム等に用いられる将来の半
導体光集積回路の実現に貢献すること犬である。
第１図（ａ）は本発明の実施例の主要部を示す半導体導
波路型偏光ビームスプリッタの平面図、第１図化）は第
１図（ａ）のＡ−Ｂ線断面図である。 図に於て、 １・・・入射光、２・・・出射光１（ＴＥモード）、３
・・・出射光２（ＴＭモード）、４・・・第１の先導波
路、５・・・第２の先導波路、６川第３の先導波路、１
０・・・ＩｎＰ半導体基板、 １１・・・ＩｎＰからなる第２のクラッド層、１２−Ｉ
ｎＧａＡｓ（Ｐ）／ＩｎＰ超格子からなる光ガイド層、
１３・・・ＩｎＰからなる第２のクラッド層、１４・、
・混晶化領域、１５・・・先導波路である。
波路型偏光ビームスプリッタの平面図、第１図化）は第
１図（ａ）のＡ−Ｂ線断面図である。 図に於て、 １・・・入射光、２・・・出射光１（ＴＥモード）、３
・・・出射光２（ＴＭモード）、４・・・第１の先導波
路、５・・・第２の先導波路、６川第３の先導波路、１
０・・・ＩｎＰ半導体基板、 １１・・・ＩｎＰからなる第２のクラッド層、１２−Ｉ
ｎＧａＡｓ（Ｐ）／ＩｎＰ超格子からなる光ガイド層、
１３・・・ＩｎＰからなる第２のクラッド層、１４・、
・混晶化領域、１５・・・先導波路である。
Claims (1)
- 半導体基板上のＹ分岐光導波路が、超格子構造を有する
光ガイド層と前記光ガイド層より屈折率が低いクラッド
層とから構成され、前記光ガイド層の超格子構造がＹ分
岐部の一部で混晶化し消失していることを特徴とする半
導体偏光ビームスプリッタ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18633990A JPH0473606A (ja) | 1990-07-13 | 1990-07-13 | 半導体偏光ビームスプリッタ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18633990A JPH0473606A (ja) | 1990-07-13 | 1990-07-13 | 半導体偏光ビームスプリッタ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0473606A true JPH0473606A (ja) | 1992-03-09 |
Family
ID=16186624
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18633990A Pending JPH0473606A (ja) | 1990-07-13 | 1990-07-13 | 半導体偏光ビームスプリッタ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0473606A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100364761B1 (ko) * | 2000-06-02 | 2002-12-16 | 엘지전자 주식회사 | 전기광학 폴리머 편광 분리기 및 그 제조방법 |
| KR101371832B1 (ko) * | 2012-09-25 | 2014-03-12 | 한국과학기술원 | 반도체를 이용한 광소자 |
-
1990
- 1990-07-13 JP JP18633990A patent/JPH0473606A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100364761B1 (ko) * | 2000-06-02 | 2002-12-16 | 엘지전자 주식회사 | 전기광학 폴리머 편광 분리기 및 그 제조방법 |
| KR101371832B1 (ko) * | 2012-09-25 | 2014-03-12 | 한국과학기술원 | 반도체를 이용한 광소자 |
| WO2014051208A1 (ko) * | 2012-09-25 | 2014-04-03 | 한국과학기술원 | 반도체를 이용한 광소자 |
| CN104662456A (zh) * | 2012-09-25 | 2015-05-27 | 韩国科学技术院 | 使用半导体的光器件 |
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