JPH11223738A - 光素子 - Google Patents
光素子Info
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- JPH11223738A JPH11223738A JP2706498A JP2706498A JPH11223738A JP H11223738 A JPH11223738 A JP H11223738A JP 2706498 A JP2706498 A JP 2706498A JP 2706498 A JP2706498 A JP 2706498A JP H11223738 A JPH11223738 A JP H11223738A
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- Japan
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- optical
- waveguide
- optical waveguide
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 水平方向及び垂直方向の双方に高密度で光を
分波する光分波機構を光導波路中に備え、しかも高密度
で集積できる光素子を提供する。 【解決手段】 本光素子１０は、第１の光導波路１４Ａ
と、第１の光導波路に隣接して光の進行方向に設けられ
た第２の光導波路１４Ｂと、第１の光導波路と第２の光
導波路との間に設けれた光分波部１６とを有する導波路
構造を基板１２上に備えている。光分波部は、第１の光
導波路の光出射側端部に設けられた基板に垂直な第１の
端面２４と、第１の端面に対して時計周りに４５度の角
度で交差し、基板とは反対の外方に延在するように第２
の光導波路の入射側端部に設けられた第２の端面２６と
から構成されている。
分波する光分波機構を光導波路中に備え、しかも高密度
で集積できる光素子を提供する。 【解決手段】 本光素子１０は、第１の光導波路１４Ａ
と、第１の光導波路に隣接して光の進行方向に設けられ
た第２の光導波路１４Ｂと、第１の光導波路と第２の光
導波路との間に設けれた光分波部１６とを有する導波路
構造を基板１２上に備えている。光分波部は、第１の光
導波路の光出射側端部に設けられた基板に垂直な第１の
端面２４と、第１の端面に対して時計周りに４５度の角
度で交差し、基板とは反対の外方に延在するように第２
の光導波路の入射側端部に設けられた第２の端面２６と
から構成されている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光分波機構を備え
た光素子に関し、更に詳細には、水平方向及び垂直方向
の双方に高密度で光分波でき、しかも高密度で集積可能
な光素子に関するものである。
た光素子に関し、更に詳細には、水平方向及び垂直方向
の双方に高密度で光分波でき、しかも高密度で集積可能
な光素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】データ信号やクロック信号を変換した光
信号を光素子間、或いは光素子とボード間で光導波路を
経由して伝送する光インターコネクション、更には光コ
ンピューティングを実現するべく、近時、盛んに研究が
行われていて、そのためには、高密度、低消費電力型の
半導体レーザ素子、光増幅素子或いは光進行方向変換素
子の開発が必要不可欠になっている。ここで、光の進行
方向を変える機構を備えた、高密度、低消費電力型の光
素子の従来例として、特開平１−１５２４０３号公報に
示されている光素子の構成を説明する。図６は、前掲公
報に示されている光素子の断面図である。図６の光素子
８０は、光素子の基板８２に平行な光導波路８４と、基
板面に対して傾斜している互いに平行な１対の第１及び
第２の反射面８６Ａ、Ｂとを持つ光導波路構造を備えて
いる。本光素子８０では、入力光（Ｐin）は、基板面に
垂直な方向に入射した後、第１の反射面８６Ａで反射
し、基板８２に垂直な端面８７を経由して光導波路８４
に導入される。光導波路８４を伝搬する過程で増幅、変
調、或いはスイッチングされて出射した後、第２の反射
面８６Ｂで反射して、出力光取り出し窓孔８８から、出
力光（Ｐout ）として出射する。図６中、９０は下部ク
ラッド層、９２は上部クラッド層、９４はｎ電極及び９
６はｐ電極である。このような構成の光素子を使って、
光スイッチング動作を行ったところ、スイッチング時の
消光比は３０ｄＢ、また損失は３ｄＢであった。
信号を光素子間、或いは光素子とボード間で光導波路を
経由して伝送する光インターコネクション、更には光コ
ンピューティングを実現するべく、近時、盛んに研究が
行われていて、そのためには、高密度、低消費電力型の
半導体レーザ素子、光増幅素子或いは光進行方向変換素
子の開発が必要不可欠になっている。ここで、光の進行
方向を変える機構を備えた、高密度、低消費電力型の光
素子の従来例として、特開平１−１５２４０３号公報に
示されている光素子の構成を説明する。図６は、前掲公
報に示されている光素子の断面図である。図６の光素子
８０は、光素子の基板８２に平行な光導波路８４と、基
板面に対して傾斜している互いに平行な１対の第１及び
第２の反射面８６Ａ、Ｂとを持つ光導波路構造を備えて
いる。本光素子８０では、入力光（Ｐin）は、基板面に
垂直な方向に入射した後、第１の反射面８６Ａで反射
し、基板８２に垂直な端面８７を経由して光導波路８４
に導入される。光導波路８４を伝搬する過程で増幅、変
調、或いはスイッチングされて出射した後、第２の反射
面８６Ｂで反射して、出力光取り出し窓孔８８から、出
力光（Ｐout ）として出射する。図６中、９０は下部ク
ラッド層、９２は上部クラッド層、９４はｎ電極及び９
６はｐ電極である。このような構成の光素子を使って、
光スイッチング動作を行ったところ、スイッチング時の
消光比は３０ｄＢ、また損失は３ｄＢであった。
【０００３】高密度、低消費電力型の光素子の別の従来
例として、図７に１×４分岐のモノリシック光スイッチ
素子９８を示す。図７の光素子９８は、光増幅器１００
と、１×４の分岐状受動導波路１０２とを備え、選択Ｍ
ＯＶＰＥ法による一括成長法により形成されている。光
増幅器１００の活性層に５８ｍＡの電流を注入したと
き、ファイバ間利得は０ｄＢであり、導波路１０２の損
失は０．２ｄＢ／cmであった。またスイッチング時の消
光比は、３５ｄＢ以上であった。
例として、図７に１×４分岐のモノリシック光スイッチ
素子９８を示す。図７の光素子９８は、光増幅器１００
と、１×４の分岐状受動導波路１０２とを備え、選択Ｍ
ＯＶＰＥ法による一括成長法により形成されている。光
増幅器１００の活性層に５８ｍＡの電流を注入したと
き、ファイバ間利得は０ｄＢであり、導波路１０２の損
失は０．２ｄＢ／cmであった。またスイッチング時の消
光比は、３５ｄＢ以上であった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】前述したように、光イ
ンターコネクション、光コンピューティング等の実現に
は、高密度で光分波する機構を備えた、高密度、低消費
電力型の光素子の実現が必要不可欠となっている。しか
し、上述の図６に示した従来の面入出力型の光増幅、光
変調、光スイッチ素子は、垂直方向に光の進行方法を変
換する機構を備えているものの、水平方向に光を分波す
る機構を備えていないという弱点がある。一方、図７に
別の従来例として挙げた光スイッチ素子は、水平面内で
光を分波、増幅、或いはスイッチする機構を有するもの
の、垂直方向に光を分波する機構を備えていないので、
高密度に光素子を集積することが難しいという問題があ
った。以上のように、従来の高密度、低消費電力型の光
素子、例えば上述の光増幅、スイッチ素子は、垂直方向
及び水平方向のいずれか一方にのみ光を分波する機構を
備えているだけであって、これでは高密度で集積するこ
とは難しく、高密度、低消費電力型の光素子実現の要望
に応えていなかった。
ンターコネクション、光コンピューティング等の実現に
は、高密度で光分波する機構を備えた、高密度、低消費
電力型の光素子の実現が必要不可欠となっている。しか
し、上述の図６に示した従来の面入出力型の光増幅、光
変調、光スイッチ素子は、垂直方向に光の進行方法を変
換する機構を備えているものの、水平方向に光を分波す
る機構を備えていないという弱点がある。一方、図７に
別の従来例として挙げた光スイッチ素子は、水平面内で
光を分波、増幅、或いはスイッチする機構を有するもの
の、垂直方向に光を分波する機構を備えていないので、
高密度に光素子を集積することが難しいという問題があ
った。以上のように、従来の高密度、低消費電力型の光
素子、例えば上述の光増幅、スイッチ素子は、垂直方向
及び水平方向のいずれか一方にのみ光を分波する機構を
備えているだけであって、これでは高密度で集積するこ
とは難しく、高密度、低消費電力型の光素子実現の要望
に応えていなかった。
【０００５】そこで、本発明の目的は、水平方向及び垂
直方向の双方に高密度に光を分波する光分波機構を光導
波路中に備え、しかも高密度で集積できる光素子を提供
することである。
直方向の双方に高密度に光を分波する光分波機構を光導
波路中に備え、しかも高密度で集積できる光素子を提供
することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に関わる光素子は、第１の光導波路と、光の
進行方向に第１の光導波路に隣接して設けられた第２の
光導波路と、第１の光導波路と第２の光導波路との間に
設けれた光分波部とを有する導波路構造を基板上に備
え、光分波部は、第１の光導波路の光出射側端部に設け
られた基板に対し垂直な第１の端面と、光進行方向に見
て第１の端面に対して時計周りに４０から５０°の範囲
の角度で交差し、基板とは反対の外方に延在するように
第２の光導波路の入射側端部に設けられた第２の端面と
から構成されていることを特徴とする光素子。
に、本発明に関わる光素子は、第１の光導波路と、光の
進行方向に第１の光導波路に隣接して設けられた第２の
光導波路と、第１の光導波路と第２の光導波路との間に
設けれた光分波部とを有する導波路構造を基板上に備
え、光分波部は、第１の光導波路の光出射側端部に設け
られた基板に対し垂直な第１の端面と、光進行方向に見
て第１の端面に対して時計周りに４０から５０°の範囲
の角度で交差し、基板とは反対の外方に延在するように
第２の光導波路の入射側端部に設けられた第２の端面と
から構成されていることを特徴とする光素子。
【０００７】第１及び第２の端面の形成方法に制約はな
いが、好適には、第１及び第２の端面はドライエッチン
グにより形成されたエッチング面である。また、第２の
端面の第１の端面に対する時計周り角度は、４０から５
０°の範囲であるが、好適には４５°及びその近傍であ
る。導波路構造は、コア層とクラッド層とからなる石英
ガラス系の導波路でも、ダブルヘテロ接合の半導体積層
構造として形成されている導波路でも良い。既知の構成
の光増幅機構、光変調機構及び光スイッチング機構の少
なくとも一つを第１の光導波路の前に備えていることに
より、光インターコネクション、更には光コンピューテ
ィングに最適な光素子を実現できる。
いが、好適には、第１及び第２の端面はドライエッチン
グにより形成されたエッチング面である。また、第２の
端面の第１の端面に対する時計周り角度は、４０から５
０°の範囲であるが、好適には４５°及びその近傍であ
る。導波路構造は、コア層とクラッド層とからなる石英
ガラス系の導波路でも、ダブルヘテロ接合の半導体積層
構造として形成されている導波路でも良い。既知の構成
の光増幅機構、光変調機構及び光スイッチング機構の少
なくとも一つを第１の光導波路の前に備えていることに
より、光インターコネクション、更には光コンピューテ
ィングに最適な光素子を実現できる。
【０００８】本発明の構成によれば、基板に対し垂直な
第１の端面と、第１の端面に対して時計周りに４５度の
角度で交差し、基板とは反対の外方に延在する第２の端
面とを有する光分波部を光進行方向で光導波路の途中に
設けることにより、光を水平方向、及び垂直方向に高密
度に分波する機構を光導波路中に備えた光素子、特に面
入出力型として好適な光素子を実現している。また、光
分波機構を有する半導体導波路と、半導体光増幅器等と
を組み合わせて集積することにより、低電力で光信号の
減衰を補償する光増幅素子、或いは消光比の高い光スイ
ッチ素子等を実現することができる。
第１の端面と、第１の端面に対して時計周りに４５度の
角度で交差し、基板とは反対の外方に延在する第２の端
面とを有する光分波部を光進行方向で光導波路の途中に
設けることにより、光を水平方向、及び垂直方向に高密
度に分波する機構を光導波路中に備えた光素子、特に面
入出力型として好適な光素子を実現している。また、光
分波機構を有する半導体導波路と、半導体光増幅器等と
を組み合わせて集積することにより、低電力で光信号の
減衰を補償する光増幅素子、或いは消光比の高い光スイ
ッチ素子等を実現することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下に、実施形態例を挙げ、添付
図面を参照して、本発明の実施の形態を具体的かつ詳細
に説明する。実施形態例１ 本実施形態例は、本発明に係る光素子の実施形態の一例
であって、図１は本実施形態例の光素子の断面を示す図
である。本実施形態例の光素子１０は、光分波機構を備
えた光素子であって、図１に示すように、基板１２上に
第１の光導波路領域１４Ａ及び第２の光導波路領域１４
Ｂからなる光導波路１４を有し、第１の光導波路領域１
４Ａと第２の光導波路領域１４Ｂとの間に光分波部１６
を備えている。第１及び第２の光導波路領域１４Ａ、Ｂ
は、シリコン基板１２上に、順次、積層された下部クラ
ッド層１８、コア層２０及び上部クラッド層２２とから
構成されている。第１の光導波路領域１４Ａは、光進行
方向の先端部に基板に垂直な第１の端面２４を備え、第
２の光導波路領域１４Ｂは光進行方向の基端部に第１の
端面２４に対して角度α＝４５°の傾斜面からなる第２
の端面２６を備えている。光分波部１６は、第１の端面
２４と第２の端面２６とから構成され、第１の光導波路
領域１４Ａ及び第２の光導波路領域１４Ｂに対する光分
波及び光出入部として機能する。
図面を参照して、本発明の実施の形態を具体的かつ詳細
に説明する。実施形態例１ 本実施形態例は、本発明に係る光素子の実施形態の一例
であって、図１は本実施形態例の光素子の断面を示す図
である。本実施形態例の光素子１０は、光分波機構を備
えた光素子であって、図１に示すように、基板１２上に
第１の光導波路領域１４Ａ及び第２の光導波路領域１４
Ｂからなる光導波路１４を有し、第１の光導波路領域１
４Ａと第２の光導波路領域１４Ｂとの間に光分波部１６
を備えている。第１及び第２の光導波路領域１４Ａ、Ｂ
は、シリコン基板１２上に、順次、積層された下部クラ
ッド層１８、コア層２０及び上部クラッド層２２とから
構成されている。第１の光導波路領域１４Ａは、光進行
方向の先端部に基板に垂直な第１の端面２４を備え、第
２の光導波路領域１４Ｂは光進行方向の基端部に第１の
端面２４に対して角度α＝４５°の傾斜面からなる第２
の端面２６を備えている。光分波部１６は、第１の端面
２４と第２の端面２６とから構成され、第１の光導波路
領域１４Ａ及び第２の光導波路領域１４Ｂに対する光分
波及び光出入部として機能する。
【００１０】次に、図１を参照して、光素子１０を作製
する方法について述べる。先ず、火炎加水分解堆積法
（ＦＨＤ）により、シリコン基板１２上に数１０μm の
石英系ガラス膜からなる下部クラッド層１８及びコア層
２０を成膜する。次いで、フォトリソグラフィと反応性
イオンエッチング（ＲＩＥ）による微細加工技術を用い
て約８μm の厚膜に加工し、コアリッジを形成する。次
に、石英系ガラス膜からなる上部クラッド層２２を成膜
した後、透明化してガラス導波路を形成し、次いで、第
１の端面２４及び第２の端面２６の形成に移行する。端
面の形成では、先ず、光分波部１６の形成領域以外を覆
うマスクを上部クラッド層２２上に形成する。次いで、
マスクした基板を反応性イオンビームエッチング（ＲＩ
ＢＥ）装置に導入し、反応ガスとしてＣＦ4 を用い、基
板を保持する基板ホルダの角度をイオンビームに対し
て、４５°の角度に設定して、エッチングする。これに
より、４５°のエッチング面２６を形成することができ
る。次いで、イオンビームに対して基板ホルダを直交さ
せてエッチングし、基板１２の上面で４５°のエッチン
グ面２６と交差する基板に垂直なエッチング面２４を形
成する。
する方法について述べる。先ず、火炎加水分解堆積法
（ＦＨＤ）により、シリコン基板１２上に数１０μm の
石英系ガラス膜からなる下部クラッド層１８及びコア層
２０を成膜する。次いで、フォトリソグラフィと反応性
イオンエッチング（ＲＩＥ）による微細加工技術を用い
て約８μm の厚膜に加工し、コアリッジを形成する。次
に、石英系ガラス膜からなる上部クラッド層２２を成膜
した後、透明化してガラス導波路を形成し、次いで、第
１の端面２４及び第２の端面２６の形成に移行する。端
面の形成では、先ず、光分波部１６の形成領域以外を覆
うマスクを上部クラッド層２２上に形成する。次いで、
マスクした基板を反応性イオンビームエッチング（ＲＩ
ＢＥ）装置に導入し、反応ガスとしてＣＦ4 を用い、基
板を保持する基板ホルダの角度をイオンビームに対し
て、４５°の角度に設定して、エッチングする。これに
より、４５°のエッチング面２６を形成することができ
る。次いで、イオンビームに対して基板ホルダを直交さ
せてエッチングし、基板１２の上面で４５°のエッチン
グ面２６と交差する基板に垂直なエッチング面２４を形
成する。
【００１１】本実施形態例の光素子１０の光分波部１６
では、第１の導波路領域１４Ａを伝搬する光Ｐｗｇが、
基板に垂直な第１の端面２４から出射し、第１の端面２
４に対して４５°の角度を成す第２の端面２６で一部反
射して出射（Ｐout ）し、残りは第２の導波路領域１４
Ｂに入射（Ｐin）する。以上の構成により、本実施形態
例の光素子１０では、光は垂直方向と水平方向とに同時
に高密度で分波することができる。
では、第１の導波路領域１４Ａを伝搬する光Ｐｗｇが、
基板に垂直な第１の端面２４から出射し、第１の端面２
４に対して４５°の角度を成す第２の端面２６で一部反
射して出射（Ｐout ）し、残りは第２の導波路領域１４
Ｂに入射（Ｐin）する。以上の構成により、本実施形態
例の光素子１０では、光は垂直方向と水平方向とに同時
に高密度で分波することができる。
【００１２】実施形態例２ 本実施形態例は、本発明に係る光素子の実施形態の別の
例であって、本発明に係る光素子を並列かつ直列多段に
接続した例である。図２は本実施形態例の光素子の接続
を示したものである。本実施形態例の光素子３０は、Ｙ
分岐導波路を有し、基板に対して４５°の角度で傾斜す
るエッチング面からなる反射面３４を光進行方向の基端
部に備え、実施形態例１と同じ構成の第１の光素子３２
Ａと、同じくＹ分岐導波路を有し、実施形態例１と同じ
構成の第２の光素子３２Ｂとを並列かつ直列多段に接続
してなる導波路を備えている。光（Ｐin１）は、第１の
光素子３２Ａの基板裏側から入射して反射面３４で全反
射し、第１の光素子３２Ａの導波路を伝搬する（Ｐｗｇ
１）。導波路は、途中でＹ分岐３６によりＰｗｇ２及び
Ｐｗｇ３に水平分波される。Ｙ分岐３６での損失は１ｄ
Ｂ程度であった。分波された一方の光Ｐｗｇ２は、第１
の光素子３２Ａの垂直な端面３８から出射し、光分波部
４０の第２の端面４２で一部反射（Ｐout ）し、残りは
第１の光素子３２Ａの第２の導波路領域に入射（Ｐin
２）する。更に、第２の光素子３２Ｂでも、第１の光素
子３２Ａと同じ光分波作用が行われる。多数の光分波部
４０（図２では、簡単に２個の光分波部のみ図示）で
は、それぞれ、光が入射、出射することが可能であり、
これにより、高密度、超並列及び超直列の光素子実現が
可能となる。
例であって、本発明に係る光素子を並列かつ直列多段に
接続した例である。図２は本実施形態例の光素子の接続
を示したものである。本実施形態例の光素子３０は、Ｙ
分岐導波路を有し、基板に対して４５°の角度で傾斜す
るエッチング面からなる反射面３４を光進行方向の基端
部に備え、実施形態例１と同じ構成の第１の光素子３２
Ａと、同じくＹ分岐導波路を有し、実施形態例１と同じ
構成の第２の光素子３２Ｂとを並列かつ直列多段に接続
してなる導波路を備えている。光（Ｐin１）は、第１の
光素子３２Ａの基板裏側から入射して反射面３４で全反
射し、第１の光素子３２Ａの導波路を伝搬する（Ｐｗｇ
１）。導波路は、途中でＹ分岐３６によりＰｗｇ２及び
Ｐｗｇ３に水平分波される。Ｙ分岐３６での損失は１ｄ
Ｂ程度であった。分波された一方の光Ｐｗｇ２は、第１
の光素子３２Ａの垂直な端面３８から出射し、光分波部
４０の第２の端面４２で一部反射（Ｐout ）し、残りは
第１の光素子３２Ａの第２の導波路領域に入射（Ｐin
２）する。更に、第２の光素子３２Ｂでも、第１の光素
子３２Ａと同じ光分波作用が行われる。多数の光分波部
４０（図２では、簡単に２個の光分波部のみ図示）で
は、それぞれ、光が入射、出射することが可能であり、
これにより、高密度、超並列及び超直列の光素子実現が
可能となる。
【００１３】実施形態例１及び２では、石英ガラス系導
波路を有する光素子を例にしているが、導波路は、ダブ
ルヘテロ接合の半導体積層構造の導波路であっても良
い。また、実施形態例１又は２では、半導体導波路と、
電極を有する半導体能動素子とを組み合わせて集積し、
損失を補償したり、或いはスイッチ動作を行うようにし
たりしても良い。
波路を有する光素子を例にしているが、導波路は、ダブ
ルヘテロ接合の半導体積層構造の導波路であっても良
い。また、実施形態例１又は２では、半導体導波路と、
電極を有する半導体能動素子とを組み合わせて集積し、
損失を補償したり、或いはスイッチ動作を行うようにし
たりしても良い。
【００１４】実施形態例３ 本実施形態例は、本発明に係る光素子の実施形態の更に
別の例であって、図３は、本実施形態例の光素子の断面
を示す図である。本実施形態例の光素子５０は、半導体
導波路と半導体増幅器とを組み合わせて集積した光素子
であって、導波路領域５０Ａと、光増幅器領域５０Ｂ
と、光分波領域５０Ｃとから構成されている。光増幅器
領域５０Ｂは、光増幅器として形成され、ｎ−ＩｎＰ基
板５２上に、順次、エピタキシャル成長させたｎ−Ｉｎ
Ｐクラッド層５４、量子井戸構造の活性層及び光閉じ込
め層を含むＩｎＧａＡｓＰ層５６、ｐ−ＩｎＰクラッド
層５８及びＧａＩｎＡｓキャップ層６０のダブルヘテロ
接合構造を備え、更に、基板５２の裏面及びキャップ層
６０の上面にそれぞれ、ｎ電極及びｐ電極として、Ａｕ
ＧｅＮｉ／Ａｕ層６２及びＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ層６４を有
する。導波路領域５０Ａは、光導波路構造として、ｎ−
ＩｎＰ基板５２上に、順次、エピタキシャル成長させた
ｎ−ＩｎＰクラッド層５４、量子井戸構造の活性層及び
光閉じ込め層を含むＩｎＧａＡｓＰ層５６及びｐ−Ｉｎ
Ｐクラッド層５８の積層構造を備えている。また、導波
路領域５０Ａの基端側端面６５は、基板５２に対して４
５°の傾斜を有するエッチング面からなる反射面となっ
ている。光分波領域５０Ｃは、導波路領域５０Ａと同じ
構成の第１及び第２の導波路領域６６Ａ、Ｂと、第１及
び第２の導波路領域６６Ａ、Ｂの間に設けられた光分波
部６８を備えている。光分波部６８は、第１の導波路領
域６６Ａの出射側端部に設けられた基板に垂直な第１の
端面７０と、第２の導波路領域６６Ｂの入射側端部に設
けられ、第１の端面に対して４５°の角度を成す第２の
端面７２とから構成されている。
別の例であって、図３は、本実施形態例の光素子の断面
を示す図である。本実施形態例の光素子５０は、半導体
導波路と半導体増幅器とを組み合わせて集積した光素子
であって、導波路領域５０Ａと、光増幅器領域５０Ｂ
と、光分波領域５０Ｃとから構成されている。光増幅器
領域５０Ｂは、光増幅器として形成され、ｎ−ＩｎＰ基
板５２上に、順次、エピタキシャル成長させたｎ−Ｉｎ
Ｐクラッド層５４、量子井戸構造の活性層及び光閉じ込
め層を含むＩｎＧａＡｓＰ層５６、ｐ−ＩｎＰクラッド
層５８及びＧａＩｎＡｓキャップ層６０のダブルヘテロ
接合構造を備え、更に、基板５２の裏面及びキャップ層
６０の上面にそれぞれ、ｎ電極及びｐ電極として、Ａｕ
ＧｅＮｉ／Ａｕ層６２及びＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ層６４を有
する。導波路領域５０Ａは、光導波路構造として、ｎ−
ＩｎＰ基板５２上に、順次、エピタキシャル成長させた
ｎ−ＩｎＰクラッド層５４、量子井戸構造の活性層及び
光閉じ込め層を含むＩｎＧａＡｓＰ層５６及びｐ−Ｉｎ
Ｐクラッド層５８の積層構造を備えている。また、導波
路領域５０Ａの基端側端面６５は、基板５２に対して４
５°の傾斜を有するエッチング面からなる反射面となっ
ている。光分波領域５０Ｃは、導波路領域５０Ａと同じ
構成の第１及び第２の導波路領域６６Ａ、Ｂと、第１及
び第２の導波路領域６６Ａ、Ｂの間に設けられた光分波
部６８を備えている。光分波部６８は、第１の導波路領
域６６Ａの出射側端部に設けられた基板に垂直な第１の
端面７０と、第２の導波路領域６６Ｂの入射側端部に設
けられ、第１の端面に対して４５°の角度を成す第２の
端面７２とから構成されている。
【００１５】図３及び図４を参照して、本実施形態例の
光素子５０の作製方法を説明する。先ず、ｎ−ＩｎＰ基
板５２上にＳｉＮのマスクパターンを形成する。マスク
パターンは、図４に示すように、基板５２の導波路領域
５０Ａ、光増幅器領域５０Ｂ及び光分波領域５０Ｃの各
形成領域に沿って、それぞれ、Ｍａ、Ｍｂ及びＭｃの形
状パターンを有し、マスク間隔Ｄは、１５μm で、Ｍａ
及びＭｃのマスク幅Ｗ 1 は２μm 、Ｍｂのマスク幅Ｗ2
は３０μm である。次に、ＭＯＣＶＤ法によりｎ−Ｉｎ
Ｐ基板５２上にｎ−ＩｎＰクラッド層５４、量子井戸構
造の活性層及び光閉じ込め層を含むＩｎＧａＡｓＰ層５
６、及びｐ−ＩｎＰクラッド層５８を結晶成長する。マ
スク幅に依存したエピタキシャル成長速度の遅速によ
り、導波路領域５０Ａ、５０Ｃでは、波長１．３μm の
光に対して０．２ｄＢ／cmという低損失な半導体導波路
となる。本実施形態例では、マスクを形成した後にｎ−
ＩｎＰクラッド層５４を成膜しているが、順序を代え
て、ｎ−ＩｎＰクラッド層５４を成膜した後に、ｎ−Ｉ
ｎＰクラッド層５４上にマスクを形成して良い。更に、
光増幅器領域５０Ｂでは、ＧａＩｎＡｓキャップ層６０
を成膜し、裏面及び表面にそれぞれ、ｎ及びｐ電極とし
て、ＡｕＧｅＮｉ／Ａｕ層６２、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ層６
４を蒸着する。また、導波路領域５０Ａの基端側端面６
５及び光分波領域５０Ｃの第２の端面７２として、４５
°のエッチング面を形成する。エッチングの際には、実
施形態例１と同様に、エッチング面形成領域以外を覆う
マスクを半導体積層構造の上面に形成する。次いで、マ
スクした基板を反応性イオンビームエッチング（ＲＩＢ
Ｅ）装置に導入し、反応ガスとしてＣＨ4 ／水素／アル
ゴンを用い、基板を保持する基板ホルダの角度をイオン
ビームに対して、４５°の角度に設定して、エッチング
する。これにより、４５°のエッチング面６５、７２を
形成することができる。次いで、イオンビームに対して
基板ホルダを直交させてエッチングし、基板５２の上面
で４５°のエッチング面７２と交差する基板に垂直なエ
ッチング面７０を形成する。
光素子５０の作製方法を説明する。先ず、ｎ−ＩｎＰ基
板５２上にＳｉＮのマスクパターンを形成する。マスク
パターンは、図４に示すように、基板５２の導波路領域
５０Ａ、光増幅器領域５０Ｂ及び光分波領域５０Ｃの各
形成領域に沿って、それぞれ、Ｍａ、Ｍｂ及びＭｃの形
状パターンを有し、マスク間隔Ｄは、１５μm で、Ｍａ
及びＭｃのマスク幅Ｗ 1 は２μm 、Ｍｂのマスク幅Ｗ2
は３０μm である。次に、ＭＯＣＶＤ法によりｎ−Ｉｎ
Ｐ基板５２上にｎ−ＩｎＰクラッド層５４、量子井戸構
造の活性層及び光閉じ込め層を含むＩｎＧａＡｓＰ層５
６、及びｐ−ＩｎＰクラッド層５８を結晶成長する。マ
スク幅に依存したエピタキシャル成長速度の遅速によ
り、導波路領域５０Ａ、５０Ｃでは、波長１．３μm の
光に対して０．２ｄＢ／cmという低損失な半導体導波路
となる。本実施形態例では、マスクを形成した後にｎ−
ＩｎＰクラッド層５４を成膜しているが、順序を代え
て、ｎ−ＩｎＰクラッド層５４を成膜した後に、ｎ−Ｉ
ｎＰクラッド層５４上にマスクを形成して良い。更に、
光増幅器領域５０Ｂでは、ＧａＩｎＡｓキャップ層６０
を成膜し、裏面及び表面にそれぞれ、ｎ及びｐ電極とし
て、ＡｕＧｅＮｉ／Ａｕ層６２、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ層６
４を蒸着する。また、導波路領域５０Ａの基端側端面６
５及び光分波領域５０Ｃの第２の端面７２として、４５
°のエッチング面を形成する。エッチングの際には、実
施形態例１と同様に、エッチング面形成領域以外を覆う
マスクを半導体積層構造の上面に形成する。次いで、マ
スクした基板を反応性イオンビームエッチング（ＲＩＢ
Ｅ）装置に導入し、反応ガスとしてＣＨ4 ／水素／アル
ゴンを用い、基板を保持する基板ホルダの角度をイオン
ビームに対して、４５°の角度に設定して、エッチング
する。これにより、４５°のエッチング面６５、７２を
形成することができる。次いで、イオンビームに対して
基板ホルダを直交させてエッチングし、基板５２の上面
で４５°のエッチング面７２と交差する基板に垂直なエ
ッチング面７０を形成する。
【００１６】本実施形態例の光素子５０では、基板５２
の裏面側から入射した光信号は、反射鏡６５で全反射し
て導波路領域５０Ａに入射し、光増幅器領域５０Ｂで増
幅され、光分波部６８で第２の端面（反射鏡）７２で一
部垂直方向に反射して出射する。光増幅器領域５０Ｂで
電流注入を行うことにより３５ｄＢ以上の利得を得るこ
とができた。残りの光は、光分波領域５０Ｃの第２の導
波路領域６６Ｂに入射し、後段に設けられた第２の光増
幅器領域（図示せず）で増幅される。また、目的のポー
トに光をＯＮ／ＯＦＦすることが可能な光スイッチ素子
として本実施形態例の光素子５０を適用することができ
る。本実施形態例の光素子５０を光スイッチ素子に適用
した際には、注入電流０ｍＡと注入電流２５ｍＡの間
で、４０ｄＢという高い消光比が得られた。
の裏面側から入射した光信号は、反射鏡６５で全反射し
て導波路領域５０Ａに入射し、光増幅器領域５０Ｂで増
幅され、光分波部６８で第２の端面（反射鏡）７２で一
部垂直方向に反射して出射する。光増幅器領域５０Ｂで
電流注入を行うことにより３５ｄＢ以上の利得を得るこ
とができた。残りの光は、光分波領域５０Ｃの第２の導
波路領域６６Ｂに入射し、後段に設けられた第２の光増
幅器領域（図示せず）で増幅される。また、目的のポー
トに光をＯＮ／ＯＦＦすることが可能な光スイッチ素子
として本実施形態例の光素子５０を適用することができ
る。本実施形態例の光素子５０を光スイッチ素子に適用
した際には、注入電流０ｍＡと注入電流２５ｍＡの間
で、４０ｄＢという高い消光比が得られた。
【００１７】実施形態例４ 実施形態例３の光素子５０をＹ分岐で接続して多段直列
かつ並列配置の高密度、超直列・並列光素子を形成する
こともできる。本実施形態例の光素子を形成する際に
は、図５に示すように、図４と同じ構成のＳｉＮ選択成
長マスクパターン７４をＩｎＰ基板上に形成する。図５
中、７６は光素子を接続するＹ分岐を有する光導波路で
ある。
かつ並列配置の高密度、超直列・並列光素子を形成する
こともできる。本実施形態例の光素子を形成する際に
は、図５に示すように、図４と同じ構成のＳｉＮ選択成
長マスクパターン７４をＩｎＰ基板上に形成する。図５
中、７６は光素子を接続するＹ分岐を有する光導波路で
ある。
【００１８】
【発明の効果】本発明の構成によれば、第１の光導波路
の光出射側端部に設けた基板に垂直な第１の端面と、第
１の端面に対して時計周りに４５度の角度で交差し、基
板とは反対の外方に延在する第２の端面とから構成され
ている光分波部を光導波路の途中に設けることにより、
光を水平方向及び垂直方向に高密度に分波することがで
きる。また、半導体基板上に、半導体光増幅器、光スイ
ッチ等と、光分波機構を有する半導体導波路とを集積し
て、低電力で光信号の減衰を補償し、かつ高密度で光分
波する光増幅分波機構を備えた光素子、或いは高い消光
比の光分波スイッチ機構を備えた光素子を実現できる。
の光出射側端部に設けた基板に垂直な第１の端面と、第
１の端面に対して時計周りに４５度の角度で交差し、基
板とは反対の外方に延在する第２の端面とから構成され
ている光分波部を光導波路の途中に設けることにより、
光を水平方向及び垂直方向に高密度に分波することがで
きる。また、半導体基板上に、半導体光増幅器、光スイ
ッチ等と、光分波機構を有する半導体導波路とを集積し
て、低電力で光信号の減衰を補償し、かつ高密度で光分
波する光増幅分波機構を備えた光素子、或いは高い消光
比の光分波スイッチ機構を備えた光素子を実現できる。
【図１】実施形態例１の光素子の積層断面を示す図であ
る。
る。
【図２】実施形態例２の光素子の接続を示した図であ
る。
る。
【図３】実施形態例３の光素子の積層断面を示す図であ
る。
る。
【図４】実施形態例３の光素子を作製する際に必要なマ
スクパターンの形状を示す平面図である。
スクパターンの形状を示す平面図である。
【図５】実施形態例４の光素子を作製する際に必要なマ
スクパターンの形状を示す平面図である。
スクパターンの形状を示す平面図である。
【図６】従来の高密度、低消費電力型の光素子の積層断
面を示す図である。
面を示す図である。
【図７】従来のモノリシック光スイッチ素子の構成を示
す模式図である。
す模式図である。
１０ 実施形態例１の光素子 １２ 基板 １４ 導波路 １４Ａ 第１の光導波路領域 １４Ｂ 第２の光導波路領域 １６ 光分波部 １８ 下部クラッド層 ２０ コア層 ２２ 上部クラッド層 ２４ 第１の端面 ２６ 第２の端面 ３０ 実施形態例２の光分波回路 ３２Ａ、Ｂ 第１の光素子及び第２の光素子 ３４ ４５°のエッチング面からなる端面 ３６ Ｙ分岐 ３８ 垂直な端面 ４０ 第２の端面 ５０ 実施形態例３の光素子 ５０Ａ、Ｂ、Ｃ 導波路領域、光増幅器領域、光分波領
域 ５２ ｎ−ＩｎＰ基板 ５４ ｎ−ＩｎＰクラッド層 ５６ 量子井戸構造の活性層及び光閉じ込め層を含むＩ
ｎＧａＡｓＰ層 ５８ ｐ−ＩｎＰクラッド層 ６０ ＧａＩｎＡｓキャップ層 ６２ ＡｕＧｅＮｉ／Ａｕ層 ６４ Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ層 ６６Ａ、Ｂ 第１及び第２の導波路領域 ６８ 光分波部 ７０ 第１の端面 ７２ 第２の端面 ８０ 従来の光素子 ８２ 基板 ８４ 光導波路 ８６Ａ、Ｂ 第１及び第２の反射面 ８８ 出力光取り出し窓孔 ９８ 従来の別の光素子 １００ 光増幅器 １０２ 分岐状受動導波路
域 ５２ ｎ−ＩｎＰ基板 ５４ ｎ−ＩｎＰクラッド層 ５６ 量子井戸構造の活性層及び光閉じ込め層を含むＩ
ｎＧａＡｓＰ層 ５８ ｐ−ＩｎＰクラッド層 ６０ ＧａＩｎＡｓキャップ層 ６２ ＡｕＧｅＮｉ／Ａｕ層 ６４ Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ層 ６６Ａ、Ｂ 第１及び第２の導波路領域 ６８ 光分波部 ７０ 第１の端面 ７２ 第２の端面 ８０ 従来の光素子 ８２ 基板 ８４ 光導波路 ８６Ａ、Ｂ 第１及び第２の反射面 ８８ 出力光取り出し窓孔 ９８ 従来の別の光素子 １００ 光増幅器 １０２ 分岐状受動導波路
Claims (4)
- 【請求項１】 第１の光導波路と、光の進行方向に第１
の光導波路に隣接して設けられた第２の光導波路と、第
１の光導波路と第２の光導波路との間に設けれた光分波
部とを有する導波路構造を基板上に備え、 光分波部は、第１の光導波路の光出射側端部に設けられ
た基板に対し垂直な第１の端面と、光進行方向に見て第
１の端面に対して時計周りに４０から５０°の範囲の角
度で交差し、基板とは反対の外方に延在するように第２
の光導波路の入射側端部に設けられた第２の端面とから
構成されていることを特徴とする光素子。 - 【請求項２】 第１及び第２の端面がドライエッチング
により形成されたエッチング面であることを特徴とする
請求項１に記載の光素子。 - 【請求項３】 導波路構造がダブルヘテロ接合の半導体
積層構造として形成されていることを特徴とする請求項
１又は２に記載の光素子。 - 【請求項４】 光増幅機構、光変調機構及び光スイッチ
ング機構の少なくとも一つを第１の光導波路の前に備え
ていることを特徴とする請求項３に記載の光素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2706498A JPH11223738A (ja) | 1998-02-09 | 1998-02-09 | 光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2706498A JPH11223738A (ja) | 1998-02-09 | 1998-02-09 | 光素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11223738A true JPH11223738A (ja) | 1999-08-17 |
Family
ID=12210654
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2706498A Pending JPH11223738A (ja) | 1998-02-09 | 1998-02-09 | 光素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11223738A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6677972B2 (en) | 2000-08-01 | 2004-01-13 | Canon Kabushiki Kaisha | Scanning optical apparatus and image forming apparatus using the same |
| WO2012153817A1 (ja) * | 2011-05-10 | 2012-11-15 | 日本電気株式会社 | 光回路 |
-
1998
- 1998-02-09 JP JP2706498A patent/JPH11223738A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6677972B2 (en) | 2000-08-01 | 2004-01-13 | Canon Kabushiki Kaisha | Scanning optical apparatus and image forming apparatus using the same |
| WO2012153817A1 (ja) * | 2011-05-10 | 2012-11-15 | 日本電気株式会社 | 光回路 |
| JPWO2012153817A1 (ja) * | 2011-05-10 | 2014-07-31 | 日本電気株式会社 | 光回路 |
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