JPH06289242A

JPH06289242A - 光導波路素子

Info

Publication number: JPH06289242A
Application number: JP5077176A
Authority: JP
Inventors: Kazuya Okamoto; 和也岡本
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1993-04-02
Filing date: 1993-04-02
Publication date: 1994-10-18

Abstract

(57)【要約】【目的】伝搬損失が小さく、所望のモード数を有する化
合物半導体系光導波路素子を提供する。【構成】基板５１と、前記基板５１上に順に配置された
第１クラッド層５２および第２クラッド層５４と、第１
クラッド層５２と第２クラッド層５４との間に配置され
たコア層５３とを有する光導波路素子である。コア層５
３は、帯状の形状を有している。第１クラッド層５２、
第２クラッド層５４、および、コア層５３は、化合物半
導体系の材料で形成されている。【効果】コア層５３が埋め込まれているため、モード数
の制御が容易である。化合物半導体系の材料で構成され
ているため、発光素子や受光素子一体に形成可能であ
る。また、第２クラッド層５４上に容易に電極等を配置
できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光計測装置等に多用さ
れる光半導体素子のうち、光導波路素子、および、光の
偏波モードを分離する偏波モードスプリッタに関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、光集積回路を実現するため
に、光源、受光素子ならびに光導波路等の光素子を基板
上に形成する技術が研究されている。

【０００３】例えば、半導体基板上に形成された光導波
路としては、リッジ装荷型の単一モードＧａＡｓ系光導
波路が知られている。この単一モードＧａＡｓ系光導波
路は、図１２に示すように、ＧａＡｓ基板１０１上に、
ＡｌＧａＡｓクラッド層１０２を配置し、このクラッド
層１０２上に、ＧａＡｓコア層１０３を配置している。
このＧａＡｓコア層１０３のうち、コアとして機能させ
たい部分の上のみに、ＡｌＧａＡｓ装荷層１０４を配置
している。そして、さらに、ＧａＡｓコア層１０３のう
ち、この装荷層１０４が配置されている部分の等価屈折
率は、空気と接している部分の等価屈折率よりも高くな
る。従って、コア層１０３のうち装荷層１０４が配置さ
れている部分は、基板１０１の面に平行な方向および法
線に平行な方向の何れの方向の光についても、周囲より
等価屈折率が高く、ＴＥモード光およびＴＭモード光を
閉じ込めて導波させる。

【０００４】ＡｌＧａＡｓクラッド層１０２中のＡｌは
空気に触れると表面に酸化Ａｌ膜を形成してしまうた
め、上層の結晶を成長させることが困難であるが、この
リッジ装荷型の単一モードＧａＡｓ系光導波路は、すべ
ての層を空気にさらすことなく連続して成長させ、成長
後に装荷層１０４をエッチングで加工するという手順を
とることができる。

【０００５】また、干渉光学系を繰り込んだ光集積回路
等には必要不可欠な、光導波路型偏光ビームスプリッタ
（以下、ＴＥ／ＴＭモードスプリッタと記述する）の開
発も進んでいる。これは、偏波（ＴＥ／ＴＭモード）を
分離する作用を有している。このようなモードスプリッ
タとしては、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ₃）系誘電
体基板を主体としたデバイスが報告されている。図１１
を用いて、金属クラッドを備えた方向性結合器型モード
スプリッタの例を説明する。基板１０５は、Ｘカットニ
オブ酸リチウムである。この基板１０５の一部を一般的
なチタン拡散によって屈折率を向上させて、単一モード
導波路部５１、５４を形成している。光波は、Ｚ方向に
伝搬する。導波路５１と導波路５４とは、所定の長さに
渡って、平行に配置されている。平行に配置されている
部分の長さは、完全結合長となっており、方向性結合器
を構成している。導波路５４の方向性結合器の部分に
は、アルミニウムを装荷してある。ここで、図１１のモ
ードスプリッタの動作原理を簡単に説明する。

【０００６】単一モード導波路５１を進行してきた光波
は、方向性結合器に到達する、結合器部において光波
は、導波路モード結合理論に基づき、ＴＥ，ＴＭ各モー
ドの伝搬定数に依存する結合が起き、導波路５１、５４
間で移行する。導波路５４上にはＡｌクラッドが装荷さ
れているが、この種の金属は、大きな負の誘電率を有す
るため、事実上ＴＭモード光波に対して等価屈折率が約
１０~⁴オーダーで減少する。そのため、ＴＭモード光波
の導波路５１、５４間の移行は、極端に抑制されるた
め、光波は結合せずに、導波路５１を進行する。一方、
ＴＥモード光は、ＴＭモードに比してＡｌクラッドの影
響を受けにくいため、先述の導波路モード結合理論に基
づき、導波路５１、５４間の位相整合条件は満足され、
光波は、導波路５１、５４間を移行して行く。以上の作
用により、導波路５４の出射端からは、ＴＥモード光が
出射することとなり、また、導波路５１の出射端からは
ＴＭモード光が出射され、所望のモードスプリッタが達
成される。この場合に消光比は−１０ｄＢ程度が報告さ
れている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
ＧａＡｓ系光導波路は、ＡｌＧａＡｓ装荷層１０４をエ
ッチングする際に生じるエッチング残渣量δにより、コ
ア層１０３の等価屈折率が大幅に変化し、所望の伝搬定
数を得ることができなくなるという問題がある。

【０００８】また、ＡｌＧａＡｓ装荷層１０４の側面
が、エッチングにより荒れるために、この荒れが伝搬光
のエバネッセント波に散乱を与え、光量を低減させてし
まうという問題があった。

【０００９】そのため、図１２のような従来のリッジ装
荷型の光導波路は、その性能が製造プロセスに大きく依
存してしまうために、伝搬損失が小さく、所望のモード
数を有する導波路を得ることは非常に困難であった。

【００１０】また、上述の図１１のモードスプリッタ
は、ニオブ酸リチウム基板上に形成されているために、
半導体基板上に形成される発光素子、受光素子等を集積
一体化することができない。また、図１１のモードスプ
リッタは、方向性結合器構造を利用しているが、方向性
結合器の性能を左右する導波路間の結合係数は、導波路
間の間隔に依存する。この導波路間の間隔は、製造プロ
セスにより容易に変化するため、結合係数の変化をきた
し、モードスプリッタにおいて必要となるモード間消光
比が大幅に低減されることになるという問題点があっ
た。

【００１１】本発明は、このような問題点に鑑みてなさ
れたもので、伝搬損失が小さく、所望のモード数を有す
る化合物半導体系光導波路素子を提供することを第１の
目的とする。

【００１２】また、本発明は、化合物半導体系光導波路
を用いて、モード間消光比が大きなモードスプリッタ作
用を有する光導波路素子を提供することを第２の目的と
する。

【００１３】

【課題を解決する為の手段】上記第１の目的を達成する
ために、本発明の第１の態様によれば、基板と、前記基
板上に順に配置された第１クラッド層および第２クラッ
ド層と、前記第１クラッド層と第２クラッド層との間に
配置されたコア層とを有する光導波路素子であって、前
記コア層は、帯状の形状を有し、前記第１クラッド層、
第２クラッド層、および、コア層は、化合物半導体系の
材料で形成されていることを特徴とする光導波路素子が
提供される。

【００１４】前記化合物半導体系の材料として、ＧａＡ
ｓ系の材料を用いることができる。この場合、前記第１
クラッド層および第２クラッド層は、ＡｌＧａＡｓ化合
物を含む材料で構成され、前記コア層は、ＧａＡｓ化合
物とを含む材料で構成されることができる。

【００１５】上記第２の目的を達成するために、本発明
の第２の態様によれば、入射した光のＴＥモード光とＴ
Ｍモード光とを分離して出射するモードスプリッタ作用
を有する光導波路素子であって、偏心した入射端を有す
るダブルモード導波路と、前記ダブルモード導波路を伝
搬した光を分岐して導波する２本の導波路とを有し、前
記ダブルモード導波路は、請求項１から９記載の光導波
路素子のうち何れか１つの導波路であり、前記ダブルモ
ード導波路は、ＴＥモード光に対する等価屈折率とＴＭ
モード光に対する等価屈折率とが異なり、また、前記ダ
ブルモード導波路の長さｌは、下式で表わされるＤ₁お
よびＤ₂とは等しくない長さであることを特徴とするモ
ードスプリッタ作用を有する光導波路素子が提供され
る。

【００１６】Ｄ₁＝Ｌ_TE・２ｍ₁≒Ｌ_TM・２ｎ₁ Ｄ₂＝Ｌ_TE（２ｍ₂＋１）≒Ｌ_TM（２ｎ₂＋１）（但し、Ｌ_TE：前記ダブルモード導波路において、予め
同相であったＴＥモードの０次モードと１次モードの位
相差がπになる長さ、Ｌ_TM：前記ダブルモード導波路において、予め同相であ
ったＴＭモードの０次モードと１次モードの位相差がπ
になる長さ、ｎ₁、ｎ₂、ｍ₁、ｍ₂：自然数）

【００１７】

【作用】本発明の第１の態様による光導波路は、化合物
半導体系の材料でクラッド層とコア層を形成している。
そして、第１クラッド層および第２クラッド層との間
に、帯状のコア層を配置し、帯状のコア層を第１クラッ
ド層と第２クラッド層との間に埋め込む構成にしたもの
である。従って、コア層の周囲は、すべて化合物半導体
系の材料のクラッド層に囲まれているため、エッチング
時に残渣層が生じても残渣層の厚さの影響は受けにく
く、コア層およびクラッド層の屈折率を任意に設定する
ことにより、従来に比べて所望の伝搬定数を容易に得る
ことができる。よって、予め、屈折率およびコアの大き
さを設計しておくことにより、シングルモード導波路や
ダブルモード導波路等の任意のモード数の導波路を容易
に形成できる。また、コア層の下側の面は第１クラッド
に接し、上側の面は第２クラッドに接しているので、第
１クラッドと第２クラッドを屈折率の異なる材料で形成
することにより、コア層を伝搬するＴＥモード光とＴＭ
モード光の等価屈折率を変えることも可能になる。

【００１８】また、第１クラッド層上に帯状のコア層を
エッチングで形成する際に、コア層の残渣が生じたとし
ても、残渣部分がコアとして作用しない大きさであれば
伝搬定数は変化はないため、残渣の許容幅が大きい。ま
た、コア層をエッチングで形成する際に第１クラッド層
をオーバーエッチングしたとしても、第２クラッド層で
覆われるため、伝搬定数に変化がない。

【００１９】また、クラッドをＡｌＧａＡｓ系の材料で
構成した場合、Ａｌの酸化物が上層の結晶成長に影響を
およぼす可能性があるが、適正な製造条件を選択するこ
とにより、上層の成長に影響を与えることはない。

【００２０】また、本発明の第２の態様のモードスプリ
ッタは、ＴＥモードとＴＭモードとで、等価屈折率の異
なるダブルモード導波路を利用して、ＴＥモード光とＴ
Ｍモード光とを分離する。ダブルモード導波路は、第１
の態様の導波路により構成される。第１の態様に示した
光導波路を用いることによって、化合物半導体からなる
ダブルモード導波路を容易に得ることができる。また、
第１クラッドと第２クラッドの組成を変えることによ
り、ＴＥモード光とＴＭモード光の等価屈折率を変えて
いる。

【００２１】化合物半導体を用いたダブルモード導波路
の入射端は、導波路の中心からずらして配置し、偏心し
た入射端にしている。偏心した入射端からダブルモード
導波路に入射したＴＥモード光は、ＴＥモードの０次モ
ードとＴＥモードの１次モードとが干渉して、ダブルモ
ード導波路内を蛇行しながら伝搬する。また、ＴＭモー
ド光は、ＴＭモードの０次モードとＴＭモードの１次モ
ードとが干渉して、ダブルモード導波路内を蛇行しなが
ら伝搬する。

【００２２】このとき、ダブルモード導波路のＴＥモー
ド光に対する等価屈折率とＴＭモード光に対する等価屈
折率とが異なるので、ＴＥモードの蛇行の周期と、ＴＭ
モードの蛇行の周期とが異なる。ＴＥモードの蛇行の半
周期（ＴＥモードの０次モードと１次モードの位相差が
πになる長さ）をＬ_TE、ＴＭモードの蛇行の半周期（Ｔ
Ｍモードの０次モードと１次モードの位相差がπになる
長さ）をＬ_TMとした場合、ダブルモード導波路の長さｌ
は、下式で表わされるＤ₁およびＤ₂とは等しくない長さ
としている。

【００２３】Ｄ₁＝Ｌ_TE・２ｍ₁≒Ｌ_TM・２ｎ₁ Ｄ₂＝Ｌ_TE（２ｍ₂＋１）≒Ｌ_TM（２ｎ₂＋１）（但し、ｎ₁、ｎ₂、ｍ₁、ｍ₂：自然数）ダブルモード導波路の長さｌが、Ｄ₁またはＤ₂と等しい
場合、ダブルモード導波路の出射端において、ＴＥモー
ド光とＴＭモード光とが出射する位置は完全に一致する
ため、モードを分離することはできない。本発明では、
ダブルモード導波路の長さｌを、Ｄ₁およびＤ₂とは等し
くない長さにすることにより、ダブルモード導波路の出
射端において、ＴＥモード光とＴＭモード光は、それぞ
れダブルモード導波路の出射端において、それぞれ異な
る方向に偏心している。この偏心によって、ＴＥモード
光の多くは、ダブルモード導波路に接続された２本の導
波路のうち一方の導波路に伝搬し、ＴＭモード光の多く
は、他方の導波路に伝搬する。これにより、ＴＥモード
光とＴＭモード光とを分離することができる。

【００２４】また、ダブルモード導波路の長さｌが、下
記Ｄ₃またはＤ₄と等しい長さである場には、ＴＥモード
光とＴＭモード光の偏心は最も大きくなり、ＴＥモード
光とＴＭモード光とを最も効率よく分離することができ
る。

【００２５】Ｄ₃＝Ｌ_TE・２ｍ₃≒Ｌ_TM（２ｎ₃＋１）Ｄ₄＝Ｌ_TE（２ｍ₄−１）≒Ｌ_TM・２ｎ₄ （但し、ｎ₃、ｎ₄、ｍ₃、ｍ₄：自然数）このように、本発明の第１の態様および第２の態様によ
れば、化合物半導体で構成された光導波路およびモード
スプリッタが提供することができるので、半導体レーザ
素子や受光素子と一体化することができ、光集積回路を
提供することができる。

【００２６】

【実施例】本発明の一実施例を図面を用いて説明する。

【００２７】（実施例１）本発明の第１の実施例の単一
モード導波路を図１（ａ）を用いて説明する。

【００２８】図１（ａ）の単一モード導波路は、単結晶
の基板５１上に、順に、下部クラッド層５２、帯状のコ
ア層５３、上部クラッド層５４、キャップ層５５を備え
ている。基板５１は、（００１）面のｎ−ＧａＡｓ単結
晶基板、下部クラッド層５２は、Ａｌ_xＧａ_1-xＡｓ（ｘ
＝０．３０）単結晶、コア層５３は、ＧａＡｓ単結晶、
上部クラッド層５２は、Ａｌ_yＧａ_1-yＡｓ（ｙ＝０．１
０）単結晶、キャップ層５５は、ＧａＡｓ単結晶で形成
した。光の進行方向は、［１０］方向もしくは［１１
０］方向（但し、は、１の上に−を付けたものを示
す）とした。帯状のコア層５３は、幅２μｍ、厚さは
０．４μｍとした。また、コア層５３の両脇には、コア
層５３のエッチング残渣層５３ａが残してある。残渣層
５３ａの厚さδは、コア層の厚さの１／４以下の０．１
μｍ以下とした。

【００２９】コア層５３は、厚さ方向幅方向の４面が下
部クラッド層５２および上部クラッド層５４に囲まれた
埋込型の導波路である。コア層５３を伝搬する光のう
ち、ＴＥモード光は、下部クラッド層５２と上部クラッ
ド層５４とによって閉じ込められる。また、ＴＭモード
光は、上部クラッド層５４に閉じ込められる。この時、
コア層５３の残渣の厚さδは、コア層の厚さの１／４以
下である場合には、クラッド層５２、５４とコア層５３
との屈折率差を調節することにより、残渣層５３ａに光
を伝搬させない条件をつくり、かつ、コア層５３のモー
ド数を任意の数にすることができる。

【００３０】まず、ここで図１（ａ）の単一モード導波
路の製造方法について説明する。本実施例では、概し
て、２回の結晶成長により製造される。まずＧａＡｓ基
板５１上に一回目の結晶成長として、ＭＯＣＶＤ（有機
金属気相成長法），ＭＢＥ（分子線エピタキシャル
法），ＬＰＥ（液相エピタキシャル法）の何れかで、下
部クラッド層５２のＡｌ_XＧａ_1-XＡｓ及びコア層５３の
ＧａＡｓを連続して成長させる。

【００３１】その後、ドライ若しくはウェットエッチン
グにより、コア層５３を帯状にエッチングし、リッジ構
造を形成する。この時、厚さ０．１μｍ以下の残渣層５
３ａを残すようにする。

【００３２】その後、２回目結晶成長として、ＬＰＥ法
で、上部クラッド層５４のＡｌ_yＧａ_1-yＡｓおよびキャ
ップ層５５のＧａＡｓを成長させる。コア層５３および
残渣層５３ａの上に、上部クラッド層５４を成長させる
場合に、コア層５３と残渣層との間に段差があるが、段
差における過冷却度の相異により、段差部分および残渣
層５３ａ上から効果的に上部クラッド層５４が成長し、
コア層５３は埋め込まれて、上部クラッド層５４層の上
部は平坦化される。

【００３３】図１（ａ）の光導波路では、下部クラッド
層５２に酸化しやすいＡｌを用いているが、本実施例で
は、コア層５３をエッチングする際に残渣層５３ａを残
しているため、下部クラッド層５２上に、酸化アルミニ
ウム膜が生じることはなく、ＧａＡｓのコア層５３およ
び残渣層５３ａ上に、容易に上部クラッド層５４を成長
させることができる。

【００３４】また、２回目の成長で上部クラッド層５４
を成長させる前に、下部クラッド層５２のＡｌ組成ｘを
調べることにより下部クラッド層５２の屈折率を調べる
ことができる。また、伝搬定数に影響を与える残渣層５
３ａの厚さδを測定することができる。下部クラッド層
５２のＡｌ組成ｘは、１回目の結晶成長をＭＢＥで成長
を行う場合には、ｆｌｕｘ値（分子線流量）をモニター
するか、若しくはＲＨＥＥＤ（反射高エネルギ電子線回
折）信号によりその成長速度を検出することから調べる
ことができる。また、１回目の結晶成長においてＭＯＣ
ＶＤやＬＰＥで行った場合には、Ｘ線回折等で調べるこ
とができる。何らかの誤差により下部クラッド層５２の
Ａｌ組成結果が異なる場合や、残渣層５３ａの厚さδが
高くなった場合などには、上部クラッド５４層を成長さ
せる前に、導波路を単一モードにするために必要な上部
クラッド層５４の屈折率を計算し直し、Ａｌ組成ｙを補
正してから上部クラッド層５４の成長を行う。このよう
に、下部クラッド層５２およびコア層５３の結晶成長時
の誤差を、上部クラッド層５４にフィードバックするこ
とにより、常に所望の単一モード条件を得ることができ
る。

【００３５】また、本実施例では、上部クラッド層５４
をＬＰＥ法で成長させているが、この時コア層５４の側
面に、メルトバック効果が生じ、コア層５４の側面が滑
らかになる。メルトバック効果は、ＧａＡｓをコア層５
３に用いた場合、８００℃成長で、特に良好に発生し、
コア層５３をエッチングする時に発生した側壁の荒れを
消滅させることが可能となる。図１３に、図１の埋め込
み型導波路の断面を電子顕微鏡で撮影した写真のスケッ
チを示す。コア層５３は、側面が滑らかな形状であり、
良好に埋め込み成長が達成されていることがわかる。我
々の実験結果では、ｉ−Ａｌ_1-yＧａ_yＡｓ上部クラッド
層５４／ｉ−ＧａＡｓコア層５３／ｉ−Ａｌ_1-xＧａ_xＡ
ｓ下部クラッド層５２／ｎ−ＧａＡｓ基板５１におい
て、コア層５３の幅２μｍの単一モード導波路で１．０
ｄＢ／ｃｍまで低減可能であった。これは従来のリッジ
装荷型と同等以上の結果といえる。

【００３６】また、本実施例の導波路は、後の実施例に
説明するように、電気光学効果を有するＧａＡｓのコア
層５３を有しているので、上部に不純物拡散等により電
極を配置して、電気光学効果による等価屈折率を変化さ
せる能動型の素子にすることが可能である。この場合、
本実施例では、上部クラッド層５４をＬＰＥにより成長
しているのでコア層５３が埋め込まれ、上面が平板状に
なっている。従って、電極を形成しやすいという利点が
ある。また、この場合、不純物拡散を行う位置を定める
アライメントマークとして、例えばＳｉＯ₂等のパター
ンを、下部クラッド層５２の上にマーキングしておけ
ば、選択成長により、キャップ層５５上に所望のアライ
メントマークを形成することが可能である。但し、結晶
面方位を十分に考慮を入れるべきであることは言うまで
もない。

【００３７】また、図１（ａ）の光導波路では、コア層
５３の残渣層５３ａを残すことによって、Ａｌ酸化物の
形成しやすい下部クラッド層５２を露出させることな
く、ＧａＡｓのコア層５３および残渣層５３ａの上に、
良好に上部クラッド層５４を形成するさせている。しか
しながら、発明者らの実験によれば、図１（ｂ）の様
に、残渣層を残さずオーバーエッチングした場合におい
ても、適正な条件を選択することにより、上部クラッド
層５４を成長させることが可能である。

【００３８】図１（ｂ）のように、コア層５３をエッチ
ングする際にオーバーエッチングすると、エッチング後
下部クラッド層５２が露出し、表面に酸化Ａｌが析出す
る。そのため、上部クラッド層５４を成長させる際に、
下部クラッド層５２の表面が酸化Ａｌで覆われているた
め、上部クラッド層５４がエピタキシャルに成長するこ
とができない。しかしながら、以下のような場合には、
良好に上部クラッド層５４を成長させることができる。
まず、下部クラッド層５２のＡｌの組成ｘが０．１以下
の場合には、良好に上部クラッド層５４が成長する。ま
た、Ａｌの組成ｘが０．１以上の場合であって、上部ク
ラッド層５４を成長させる面において、コア層５３の面
積が、下部クラッド層５２の面積と同等かそれより大き
い場合には、良好に上部クラッド層５４が成長する。こ
れは、ＧａＡｓの単結晶であるコア層５３の上部で、上
部クラッド層５４の単結晶が成長し、これが種結晶とな
り、下部クラッド層５２上に回り込むためであると推測
される。

【００３９】また、図１（ａ）、（ｂ）の光導波路にお
いては、上述の様にＴＭモード光については、上部クラ
ッド層５４がクラッドなり、ＴＭモード光については、
上部クラッド層５４と下部クラッド層５２とがクラッド
となるので、上部クラッド層と下部クラッド層の組成を
変えて屈折率を異なるものとすることにより、ＴＭモー
ド光とＴＥモード光についての等価屈折率を異なる値に
することが可能である。さらに、図１（ｃ）のよう
に、上部クラッド層５４を、クラッド層５４ａとクラッ
ド層５４ｂとに分割し、クラッド層５４ａをコア層５３
の両脇に配置する構成にすることも可能である。クラッ
ド層５４ａとクラッド層５４ｂの組成を変えて屈折率を
変えることにより、ＴＥモードとＴＭモードについての
等価屈折率を変えることができる。この構成を製造する
場合には、ＬＰＥにより、まずクラッド層５４ａの組成
で結晶成長させると、結晶がコア層５３の両脇に回り込
んで成長するため、クラッド層５４ａが形成される。ク
ラッド層５４ａが、コア層５３と等しい厚さに成長した
ら、クラッド層５４ｂの組成に変えて結晶成長させるこ
とで、図１（ｃ）の構造が製造できる。

【００４０】また、本実施例では、クラッド層５４をＬ
ＰＥ法で成長させたが、ＭＢＥ法やＭＯＣＶＤ法で成長
させることも可能である。この場合、ＬＰＥ法のように
メルトバックの効果は得られないが、上述のＡｌ組成
０．１以下またはコア層の面積５３が下部クラッド層５
２の露出面積より大きい場合には、良好に上部クラッド
層５４を成長させることができる。

【００４１】また、本実施例では、ｎ−ＧａＡｓ基板５
１の上に、ＡｌＧａＡｓクラッド層５２を成長させてい
るが、ｎ−ＧａＡｓ基板５１とＡｌＧａＡｓクラッド層
５２との間に、バッファ層として、ｉ−ＧａＡｓ層を配
置することも可能である。また、基板５１として、Ａｌ
ＧａＡｓ単結晶を用いることももちろん可能である。こ
の場合には、下部クラッド層５２を設けず、基板５１上
に直接コア層５３を成長させることによって、導波路構
造を構成することができる。

【００４２】（実施例２）次に本発明の第２の実施例と
して、第１の実施例の光導波路を用いたＴＥ／ＴＭモー
ドスプリッタについて図２を用いて説明する。

【００４３】本実施例のモードスプリッタは、ダブルモ
ード導波路２と、ダブルモード導波路２に、スプリット
すべきＴＥ／ＴＭ光を入射させるための単一モード導波
路１と、ダブルモード導波路２を伝搬した光を２つの単
一モード導波路４、５に分岐させて入射させるＹ型の分
岐導波路３を備えている。Ｙ型の分岐導波路３の分岐部
の角度はθである。単一モード導波路１の中心軸は、ダ
ブルモード導波路２の中心軸とずれるように偏心して接
合している。

【００４４】これらの導波路は、１つのＧａＡｓ単結晶
基板５１上に一体に形成されている。層構成は、実施例
１の図１（ａ）の光導波路と同様であるので説明を省略
する。ダブルモード導波路２は、コア層５３の幅を４μ
ｍにすることによりダブルモードにしている。等方性結
晶であるＧａＡｓでは、ＴＥモード／ＴＭモードは殆ど
縮退している。そこで、本実施例では、下部クラッド層
５２のＡｌ組成をｘ＝０．３０とし、上部クラッド層５
４のＡｌ組成ｙ＝０．１０とし、ＴＭモードとＴＥモー
ドの等価屈折率が異なる（縮退を解く）ようにしてあ
る。

【００４５】ここで、ダブルモード導波路２および単一
モード導波路１における各モードの等価屈折率（波長
１．０６μｍ）を下表に示す。

【００４６】ＴＥ₀₀ ＴＥ₀₁ ＴＭ₀₀ ＴＭ₀₁ ダブルモード導波路２ 3.4197 3.4156 3.4184 3.4145 単一モード導波路１ 3.4176 − 3.4164 − 偏心した入射端からダブルモード導波路２に入射したＴ
Ｅモード光は、ＴＥモードの０次モードとＴＥモードの
１次モードとが干渉して、ダブルモード導波路内を蛇行
しながら伝搬する。また、ＴＭモード光は、ＴＭモード
の０次モードとＴＭモードの１次モードとが干渉して、
ダブルモード導波路内を蛇行しながら伝搬する。ＴＥモ
ードの蛇行の半周期（ＴＥモードの０次モードと１次モ
ードの位相差がπになる長さ）をＬ_TE、ＴＭモードの蛇
行の半周期（ＴＭモードの０次モードと１次モードの位
相差がπになる長さ）をＬ_TMとした場合、ダブルモード
導波路２の長さｌは、下記Ｄ₄と等しい長さにしてあ
る。

【００４７】Ｄ₄＝Ｌ_TE（２ｍ₄−１）≒Ｌ_TM・２ｎ₄ （但し、ｎ₄、ｍ₄：自然数）次に、図２のモードスプリッタの動作について説明す
る。

【００４８】単一モード導波路１を進行してきた、ＴＥ
モードＴＭモードを双方を含む０次モード（基本モー
ド）光波は、ダブルモード導波路２の端部の偏心した位
置に入射する。入射光は、ダブルモード導波路２に偏心
して入射するため、０次モードと１次モードが干渉した
光と同等の強度分布を有しており、これによりダブルモ
ード導波路２には、ＴＥモードＴＭモードそれぞれにつ
いて、２つのモード（０次モードと１次モード）とが発
生する。偏心した入射端からダブルモード導波路に入射
したＴＥモード光は、ＴＥモードの０次モードとＴＥモ
ードの１次モードとが干渉して、ダブルモード導波路内
を蛇行しながら伝搬する。また、ＴＭモード光は、ＴＭ
モードの０次モードとＴＭモードの１次モードとが干渉
して、ダブルモード導波路内を蛇行しながら伝搬する。
ここで、等価屈折率がＴＥ／ＴＭモード間で異なるた
め、下式で示されるＴＥモードＴＭモードの両モードの
蛇行の半周期（０次モードと１次モードの位相差がπと
なる長さ）は異なる。

【００４９】Ｌ_TE＝π／Δβ_TE、Ｌ_TM＝π／Δβ_TM （但し、Δβは０次／１次両モード間の伝搬定数差を示
す。）よって、図２のように、ＴＥモード光とＴＭモー
ド光は、異なる周期で蛇行しながら伝搬し、ダブルモー
ド導波路２の長さｌが上記式を満たすため、分岐導波路
３において、ＴＥモード光は、単一モード導波路４側に
入射し、ＴＭモード光は、単一モード導波路５側に入射
し、モードスプリットが達成される。

【００５０】以上の様に、ダブルモード導波路２の長さ
ｌの最適化により、ＴＥ／ＴＭモード間のスプリットが
良好に達成されることを示したが、実際には、分岐導波
路３の角度θが小さい場合、分岐導波路３の初期におい
て、２つの分岐されたＴＥ／ＴＭモード間において、光
波の結合が起きる。そのため、分岐導波路３において光
波の結合が生じるおける長さｌｘを、ダブルモード導波
路２の長さｌに加えて、最適化することが望まれる。

【００５１】（実施例３）次に本発明の第１の実施例の
導波路を用いたモードスプリッタの別の例を図３を用い
て説明する。

【００５２】図３の実施例のモードスプリッタは、等方
性結晶であるＧａＡｓでは、ＴＥモード／ＴＭモードの
縮退を解く（等価屈折率を変える）ことなく、モードを
スプリットするものである。

【００５３】図３の実施例のモードスプリッタは、図２
に示したモードスプリッタの構成とほぼ同様であるが、
ダブルモード導波路２の長さｌ’は、ｌ’＝Ｌ_TE（２ｍ₄−１）（但し、ｍ₄：自然数）を満たす長さにしている。

【００５４】また、ダブルモード導波路２のキャップ層
５５およびクラッド層５４の一部には、軸方向に沿っ
て、図４に示すように溝部６２が設けられている。溝部
６２は、底面がコア層５３を伝搬する光のエバネッセン
トフィールド６３に達している。溝部６２は、コア層５
３のうち、導波路１が偏心して接続されている側には、
設けられていない。溝部が設けられていないコア層５３
の領域の幅ｗは、単一モード導波路１と等しい幅（２μ
ｍ）である。溝部６２の内壁には、金属クラッド６１が
配置されている。金属クラッド６１は、大きな負の誘電
率を有しコア層５３の等価屈折率が１０~⁴のオーダで減
少するために、伝搬するＴＭモード光を選択的に吸収す
る。金属クラッド６１は、ＡｌまたはＡｕ等の金属によ
り構成する。

【００５５】次に、図３のモードスプリッタの動作につ
いて説明する。

【００５６】導波路１を伝搬してきたＴＥモード光およ
びＴＭモード光は、偏心して導波路２に入射する。ＴＥ
モードについては、実施例２と同様に、０次モード１次
モードを励起し、０次モード１次モードが干渉しなが
ら、ダブルモード導波路２中を蛇行しながら進む。導波
路２の長さｌ’は、上述の様にＬ_TE／２の奇数倍に設定
されているので、分岐導波路２において、ＴＥモード光
は、入射したがｙとは反対の側に偏心し、導波路４に入
射する。

【００５７】また、一方、ダブルモード導波路２に入射
したＴＭモード光については、金属クラッド６１がエバ
ネッセントフィールド内に配置されている部分では、吸
収されてしまうため、モードが立たない。したがって、
ＴＭモード光は、金属クラッド６１が配置されていな
い、幅ｗの領域を０次モードで伝搬して、分岐導波路３
に達し、導波路５に入射する。これにより、ＴＥモード
ＴＭモードのモードスプリットが達成される。

【００５８】図３のモードスプリッタは、ダブルモード
導波路２において、ＴＥモード光とＴＭモード光の縮退
を解く必要がないので、下部クラッド層５２と、上部ク
ラッド層５４との組成を変える必要がない。また、ダブ
ルモード導波路２の長さｌ’が、Ｌ_TEの奇数倍という条
件を満たすのみでよいため、図２に示した第２の実施例
のモードスプリッタと比較して、短い長さでモードスプ
リットを達成することができる。

【００５９】また、図２および図３のモードスプリッタ
において、スプリットされたＴＥモード光を伝搬する単
一モード導波路４に、図５のような金属クラッド６４を
設けることにより、導波路４にノイズとして伝搬してい
るＴＭ光を取り除くことが可能になる。この場合、導波
路４のキャップ層５５および上部クラッド層５４に、底
面が導波路４のエバネッセントフィールド６６に達する
深さの溝部６５を設け、この溝部６５の内壁に金属クラ
ッド６４を配置する。金属クラッド６４は、コア層５３
の幅方向全体を覆うように設ける。

【００６０】（実施例４）次に、第４の実施例として、
電気光学効果を利用したモードスプリッタについて、図
７、図８（ａ）を用いて説明する。

【００６１】図７のモードスプリッタは、図２のモード
スプリッタと同様な構成であるが、ダブルモード導波路
２に電界を印加して、電気光学効果により、ＴＥモード
ＴＭモードの縮退を解いている。ダブルモード導波路２
の基板５１は、ｎ型ＧａＡｓ基板を用い、図８（ａ）に
示すように、上部クラッド層５４にｐ型拡散領域７４を
形成し、ｐ型拡散領域７４上にＡｕ電極７２配置し、ま
た、基板５１の裏面にＡｕ電極７３を配置し、コア層５
３の法線方向に電界を印加している。ｐ型拡散領域７２
は、ダブルモード導波路２のコア層５３の中心軸に沿う
部分のみに配置されている。またキャップ層５５と電極
７２との間には、さらにフィールド絶縁膜７１が配置さ
れている。フィールド絶縁膜７１は、ＳｉＯ₂で形成し
ている。

【００６２】ここで、電気光学効果による屈折率変化に
ついて簡単に説明する。

【００６３】物質（電気光学結晶）に加えた電界により
その物質の屈折率が変化する現象を電気光学効果と称す
るが、これには屈折率変化量Δｎが電界強度Ｅに比例す
る１次電気光学効果と屈折率変化量Δｎが電界強度Ｅ²
に比例する２次電気光学効果とがある。１次電気光学効
果による屈折率変化は、ある結晶軸に沿って電圧（電
界）を印加した時に下記の数式で示される屈折率楕円体
（異方性結晶中の光の伝搬の様子を示す）がどのように
変化し、あるいは回転するかを考えることで求めること
が可能である。

【００６４】Ｘ²／ｎ_x ²＋Ｙ²／ｎ_y ²＋Ｚ²／ｎ_z ²＝１ ……（１）電圧が印加された場合、上式のＸ，Ｙ，Ｚ，は主軸では
なくなるため、屈折率楕円体はより一般的な下式で示さ
れることになる。

【００６５】Ｂ₁₁Ｘ²＋Ｂ₂₂Ｙ²＋Ｂ₃₃Ｚ²＋２Ｂ₂₃ＹＺ＋２Ｂ₃₁ＺＸ＋２Ｂ₁₂ＸＹ＝１ ……（２）これら数式の各係数は、電気光学定数テンソルと印加電
界ベクトル（Ｅ⁰＝（Ｅｘ⁰，Ｅｙ⁰，Ｅｚ⁰））により与えられる。

【００６６】また、ある結晶群（Ｔｄ型）に属するIII
−Ｖ属化合物半導体の一次電気光学定数テンソルは下式
の右辺第一項に示された成分を有することが知られてい
る。

【００６７】

【数１】

【００６８】そしてこの式に外部印加電界成分Ｅ_i ⁰を代
入することにより、電界印加時の屈折率楕円体の一般式
を導入できる。こうして得られた二次形式を座標変換し
屈折率楕円体の標準形にすることにより、光波の感ずる
偏波方向に依存した屈折率が得られる。

【００６９】本実施例のコア層５３では、結晶面が（０
０１）で表されるＧａＡｓを利用し、［１０］方向、
もしくは、［１１０］方向（但し、は１の上に一を付
けたものを示す）に光波が伝搬しているので、コア層５
３に垂直な電界Ｅを印加した場合の屈折率変化ΔｎはＴＥモードでは｜Δｎ｜_TE＝１／２・ｎ₀ ³γ₄₁・
ＥＴＭモードでは｜Δｎ｜_TM＝０となる。

【００７０】したがって、導波路上に選択的に縦電界を
印加することにより、ダブルモード導波路２のＴＥモー
ド光について、等価屈折率を変化させることができる。

【００７１】よって、図７のモードスプリッタでは、図
２に示した上部クラッド層５４と下部クラッド層５２の
組成を代えることなく、電界の印加により、ＴＥモード
とＴＭモードの等価屈折率を代えて、縮退を解いてい
る。

【００７２】また、ｐ型拡散領域７４をコア層５３の中
心軸部分のみに配置しているので、電界は、中心軸のみ
に印加され、等価屈折率がコア層５３の中心軸部分のみ
で変化する。中心軸部分のみで変化した等価屈折率は、
図８（ａ）の様に中心部で最も大きな電界強度を有する
０次モード光には効果的に作用するが、中心部で電界強
度が０の１次モード光には作用しない。そのため、変化
するのは、ＴＥモード光の０次モード光の等価屈折率の
みである。従って、電界強度に応じて、ＴＥモード光の
０次モード光と１次モード光の伝搬定数差Δβが変化
し、ＴＥモードの０次モード光と１次モード光とが干渉
した光の蛇行半周期Ｌ_TEが変化する。

【００７３】ダブルモード導波路２の長さｌは、実施例
２で述べたように、下記Ｄ₄と等しい長さにしてある。

【００７４】Ｄ₄＝Ｌ_TE（２ｍ₄−１）≒Ｌ_TM・２ｎ₄ （但し、ｎ₄、ｍ₄：自然数）本実施例のモードスプリッタでは、電界の強度に応じ
て、Ｌ_TEが変化するので、図２のモードスプリッタより
も、短い長さｌのダブルモード導波路２によって、モー
ドをスプリットすることができる。また、電界によっ
て、Ｌ_TEを変化させることで、上式を満たすことができ
るので、ダブルモード導波路２の長さｌの精度の許容範
囲を大きくすることができ、しかも、上式を完全に満た
すことができるので、ＴＥモード光とＴＭモード光とを
高い消光比で良好に分離できる。

【００７５】次に図７のモードスプリッタの製造方法に
ついて説明する。

【００７６】まず、基板５１上に、実施例１で説明した
ように、下部クラッド層５２、コア層５３、上部クラッ
ド層５４、キャップ層５５を順に成長させ、導波路１、
２、３、４、５を一体に製造する。つぎに、ｐ型拡散領
域７４をダブルモード導波路２の上部クラッド層５４の
みに選択的に形成する。発明者らは、ｐ型拡散領域７４
を、簡便な開管拡散法により形成した。これは、シラノ
ール系溶剤に溶かした亜鉛錯体をスピンコート法でクラ
ッド層５４上に塗布し、通常のフォトリソ／エッチング
技術によりパターニングし、さらに表層をＳｉＯ₃，Ｓ
ｉＮ系で皮膜する。この後、不活性ガス中で８５０℃、
２０分程度の加熱し、亜鉛をクラッド層５４に拡散させ
ることにより、表面濃度〜１０²⁰ｃｍ~³、拡散深さ２．
０μｍ程度のｐ型拡散領域７４が容易に形成することが
できる。勿論、この拡散領域は、イオン注入法によって
も容易に形成できる。

【００７７】この後、フィールド絶縁膜７１を形成し、
ｐ型拡散領域７４の位置に、コンタクトホールを形成、
さらにＡｕ電極７２を蒸着し、パターニングをする。さ
らにＧａＡｓ基板５１の裏面に、Ａｕ電極７３を蒸着す
ることで素子は完成する。

【００７８】また、図８（ｂ）のように、ｐ型拡散領域
７４の代わりに、ｐ型不純物層１７４を設けることによ
っても同様の効果が得られる。

【００７９】（実施例５）次に本発明の第５の実施例と
して、電気光学効果を利用したモードスプリッタの別の
例について図９、図１０を用いて説明する。

【００８０】図９のモードスプリッタは、図７のモード
スプリッタとほぼ同様の構成であるが、ダブルモード導
波路２の両脇に、一対のｎ型拡散領域２１、２３が配置
されている。ｎ型拡散領域２１、２３には、電極２２、
２４が取り付けられている。基板５１としては、半絶縁
性ＧａＡｓ基板を用いた。

【００８１】図９のモードスプリッタでは、半絶縁性の
基板５１を用いているため、直接オーミック電極をとる
ことはできない。そこで、ｎ型拡散領域２１、２３を設
けることで、実施例１と同様なｐｉｎダイオードの構成
をとり、コア層に対して有効に電界を与えることができ
る。

【００８２】つぎに、図９、図１０のモードスプリッタ
の製造方法について説明する。まず実施例１で述べたよ
うに、基板５１上に、下部クラッド層５２、コア層５
３、上部クラッド層５４を積層し、導波路１、２、３、
４、５を一体に形成する。次に、実施例４で述べた方法
で、ｐ型拡散領域７４を形成する。

【００８３】次に、ｎ型拡散領域２１、２３を形成す
る。上部クラッド層５４上に、錫錯体をドープしたシラ
ノール系溶剤のスピンコートし、加熱してＳｎをクラッ
ド層５４中に拡散させて、ｎ型拡散領域２１、２３を形
成する。つぎに、フィールド絶縁膜７１を成膜し、スル
ーホールを設けて、電極２２、２４、７２を形成する。
さらに、基板５１の裏面に電極７３を形成する。これに
より、図９、図１０のモードスプリッタが完成する。

【００８４】図７、図９に示した電気光学効果を利用す
るモードスプリッタの導波路４に、図５に示した金属ク
ラッド６３を設けることももちろん可能であり、さらに
高い消光比を得ることができる。

【００８５】また、上述の実施例１から実施例５におい
て、ここではコア層５３をＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ等で
構成される多重量子井戸構造とすることも可能であり、
この場合、吸収端近傍においては高い複屈折性がえら
れ、高い消光比を得るうえでは有利である。

【００８６】また、上述の各実施例では、ＧａＡｓ／Ａ
ｌＧａＡｓ系材料を用いた導波路およびモードスプリッ
タついて記述したが、光通信等で多用される半導体基板
ＩｎＰ系等を用いることも可能であることは言うまでも
ない。

【００８７】さらに、本実施例では、コア埋込型の実施
例１の導波路を利用したモードスプリッタについて説明
したが、本実施例の光導波路は、モードスプリッタに限
らず、光導波路を利用した他の光学素子に用いることも
もちろん可能である。本実施例の光導波路は、任意のモ
ード数を導波路を容易に形成可能であり、また、コアが
埋め込まれているため、クラッド層に電極を設けること
も容易に行うことができる。本実施例の光導波路を用い
て、例えば、モードフィルタ、モードコンバータ等を形
成することができる。

【００８８】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、発光素子
および受光素子等が集積可能な半導体で形成され、か
つ、伝搬損失の低く、プロセス許容値の高い半導体光導
波路と、この導波路を用いたを用いた消光比の高いモー
ドスプリッタが提供される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例である単一モード導波路
構造の断面図である。

【図２】本発明の第２の実施例である受動型モードスプ
リッタの平面図である。

【図３】本発明の第３の実施例である片側金属装荷受動
型モードスプリッタの平面図である。

【図４】図３の実施例のモードスプリッタのダブルモー
ド導波路２の断面図である。

【図５】図２、図３のモードスプリッタにＴＥモードを
低減する金属クラッドを適用した場合の平面図。

【図６】図５の実施例の金属クラッドを配置した導波路
４の断面図である。

【図７】本発明の第４の実施例であるＰ型拡散領域を設
けた能動型モードスプリッタの平面図である。

【図８】図７の実施例のモードスプリッタのダブルモー
ド導波路２の断面図である。

【図９】本発明の第５の実施例である、ｐ型，ｎ型拡散
領域を設けた能動型モードスプリッタの平面図である。

【図１０】図９のモードスプリッタのダブルモード導波
路２の断面図である。

【図１１】従来の実施例である、ニオブ酸リチウム基板
を用いた、方向性結合器型モードスプリッタの平面図で
ある。

【図１２】従来の実施例である、リッジ装荷型化合物半
導体系光導波路の断面図である。

【図１３】図１の実施例である単一モード導波路の断面
の電子顕微鏡写真のスケッチ。

【符号の説明】

１、４、５…単一モード導波路、２…ダブルモード導波
路、３…分岐導波路、２１、２３…ｎ型拡散領域、２
２、２４…Ａｕ電極、５１…基板、５２…下部クラッド
層、５３…コア層、５３ａ…残渣層、５４…上部クラッ
ド層、５５…キャップ層、６１、６４…Ａｕクラッド、
６２、６５…溝部、６３、６６…エバネッセントフィー
ルド、７２、７３…Ａｕ電極、７４…ｐ型拡散領域。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板と、前記基板上に順に配置された第１
クラッド層および第２クラッド層と、前記第１クラッド
層と第２クラッド層との間に配置されたコア層とを有す
る光導波路であって、前記コア層は、帯状の形状を有し、前記第１クラッド層、第２クラッド層、および、コア層
は、化合物半導体系の材料で形成されていることを特徴
とする光導波路素子。
【請求項２】請求項１において、前記第１クラッド層お
よび第２クラッド層は、ＡｌＧａＡｓ化合物を含む材料
で構成され、前記コア層は、ＧａＡｓ化合物を含む材料
で構成されていることを特徴とする光導波路素子。
【請求項３】請求項２において、前記第１クラッド層お
よび第２クラッド層は、ノンドープのＡｌＧａＡｓ化合
物で構成され、前記コア層は、ノンドープのＧａＡｓ化
合物で構成されていることを特徴とする光導波路素子。
【請求項４】請求項１において、前記第２のクラッド層
とコア層とが接する面積は、前記第１クラッド層と第２
クラッド層とが接する面積よりも大きいことを特徴とす
る光導波路素子。
【請求項５】請求項１において、前記第１クラッド層と
第２クラッド層とが接する部分には、前記コア層を構成
する材料と同材料で構成された中間層がさらに配置さ
れ、前記中間層は、前記コア層よりも薄いことを特徴と
する光導波路素子。
【請求項６】請求項５において、前記中間層とコア層
は、一体に形成されていることを特徴とする光導波路素
子。
【請求項７】請求項１において、前記第１クラッド層と
第２クラッド層とが接する部分には、第３のクラッド層
がさらに配置されていることを特徴とする光導波路素
子。
【請求項８】請求項１において、前記第１クラッド層
は、前記第２クラッド層の等価屈折率と異なる等価屈折
率を有することを特徴とする光導波路素子。
【請求項９】請求項７において、前記第３のクラッド層
は、第１クラッド層および第２クラッド層の等価屈折率
と異なる等価屈折率を有することを特徴とする光導波路
素子。
【請求項１０】入射した光のＴＥモード光とＴＭモード
光とを分離して出射するモードスプリッタ作用を有する
光導波路素子であって、偏心した入射端を有するダブルモード導波路と、前記ダ
ブルモード導波路を伝搬した光を分岐して導波する２本
の導波路とを有し、前記ダブルモード導波路は、請求項１から９記載の光導
波路素子のうち何れか１つの導波路であり、前記ダブルモード導波路は、ＴＥモード光に対する等価
屈折率とＴＭモード光に対する等価屈折率とが異なり、また、前記ダブルモード導波路の長さｌは、下式で表わ
されるＤ₁およびＤ₂とは等しくない長さであることを特
徴とするモードスプリッタ作用を有する光導波路素子。Ｄ₁＝Ｌ_TE・２ｍ₁≒Ｌ_TM・２ｎ₁ Ｄ₂＝Ｌ_TE（２ｍ₂＋１）≒Ｌ_TM（２ｎ₂＋１）（但し、Ｌ_TE：前記ダブルモード導波路において、予め
同相であったＴＥモードの０次モードと１次モードの位
相差がπになる長さ、Ｌ_TM：前記ダブルモード導波路において、予め同相であ
ったＴＭモードの０次モードと１次モードの位相差がπ
になる長さ、ｎ₁、ｎ₂、ｍ₁、ｍ₂：自然数）
【請求項１１】請求項１０において、前記ダブルモード
導波路の第１クラッド層または第２クラッド層中には、
前記コア層の一部を長手方向に沿って覆う金属層が配置
され、前記金属層は、コア層のエバネッセント領域に位置し、前記コア層の金属層が配置されていない部分の幅は、前
記ＴＭモード光の０次モードが励起可能な大きさである
ことを特徴とするモードスプリッタ作用を有する光導波
路素子。
【請求項１２】請求項１０において、前記２本の導波路
は、請求項１から１０記載の光導波路素子のうち何れか
一つの導波路であり、前記２本の導波路の一方の導波路の第１クラッド層また
は第２クラッド層中には、前記一方の導波路のコア層の
一部を長手方向に沿って覆う金属層が配置され、前記金属層は、前記一方のコア層のエバネッセント波領
域に位置することを特徴とするモードスプリッタ作用を
有する光導波路素子。
【請求項１３】請求項１１または１２において、前記第
２のクラッド層は、溝部を有し、前記溝部の底面は、前
記コア層のエバネッセント波領域に達し、前記金属層
は、少なくとも前記溝部の底部に配置されていることを
特徴とするモードスプリッタ作用を有する光導波路素
子。
【請求項１４】ダブルモード導波路と、前記ダブルモー
ド導波路を伝搬した光を分岐して導波する２本の導波路
とを有するモードスプリッタであって、前記ダブルモード導波路は、電気光学効果を有する材料
で構成され、前記ダブルモード導波路は、伝搬する０次モード光と１
次モード光との位相差がπとなる長さを変化させるため
に前記ダブルモード導波路に電界を印加する電極を有
し、前記電極は、前記ダブルモード導波路のコアの中心軸部
分のみに電界を印加する位置に配置されていることを特
徴とするモードスプリッタ作用を有する光導波路素子。
【請求項１５】請求項１４において、前記ダブルモード
導波路は、請求項１から１０記載の光導波路素子のうち
何れか１つの導波路であることを特徴とするモードスプ
リッタ作用を有する光導波路素子。
【請求項１６】請求項１５において、前記電極は、前記
第２クラッド層上に配置された金属電極と、前記クラッ
ド層中に設けられた不純物拡散領域とを有することを特
徴とするモードスプリッタ作用を有する光導波路素子。
【請求項１７】請求項１５において、前記ダブルモード
導波路のコア層は、（００１）面のＧａＡｓ単結晶で構
成され、光を伝搬する方向が、前記ＧａＡｓ単結晶の
［１０］方向もしくは［１１０］方向（但し、は１
の上に−をつけたものを示す）であることを特徴とする
光導波路素子。
【請求項１８】化合物半導体材料から成る光導波路素子
の製造方法であって、ＧａＡｓ基板上に、ＡｌとＧａとＡｓとを含む第１クラ
ッド層を形成し、前記第１クラッド層上に、ＧａとＡｓとを含むコア層を
形成し、前記コア層をエッチングにより帯状に加工し、前記帯状のコア層および第１クラッド層上に、ＡｌＧａ
Ａｓを含む第２クラッド層を形成することを特徴とする
光導波路素子の製造方法。
【請求項１９】請求項１８において、前記第２クラッド
層を、液相エピタキシャル成長法で形成することを特徴
とする光導波路素子の製造方法。
【請求項２０】請求項１８において、前記コア層をエッ
チングにより帯状に加工する場合に、前記コア層が前記
第１クラッド層に接する部分を残すようにエッチングす
ることを特徴とする光導波路素子の製造方法。