JPS6214121A - 光スイツチング素子 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、小結合間隔だけ離して結合長に亘って平行に
配置した２個の光導波路を含むスイッチング素子であっ
て、各光導波路は低屈折率を有する半導体基板上に形成
した高屈折率を有する半導体材料のス）　ＩＪツブで構
成して光が光導波路を構成するストリップ内に閉じ込め
られるようにしてあると共に、各光導波路の寸法は単一
モード波を伝送するようにしてあり、且つスイッチング
動作を光導波路に印加する分極手段の電位の作用により
開始するようにしてある光スイッチング素子に関するも
のである。

本発明はこれらスイッチング素子をｎ×ｎ個のマトリッ
クス状に配列して成る光スイッチングマトリックスにも
関するものである。

本発明は、光ファイバを経て伝送される光信号のスイッ
チングに使用され、例えば多数の光フアイバ間のスイッ
チングを可能にして光ファイバを経て伝送される光信号
を種々の加入者間のスイッチング中に電気信号に変換す
る必要がないようにする必要がある電気通信の分野に使
用される。

スイッチングマトリックスを構成するのに好適な上述し
た種類の光スイッチング素子は“Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　
Ｄｉｇｅｓｔ、　０ｒｌａｎｄｏ　Ｈｙａｔｔ　Ｈｏｔ
ｅｌ。

Ｋｉｓｓｉｍｅｅ、　Ｆｌｏｒｉｄａ　Ａｐｒｉｌ　２
４−２６．１９８４″′において頒布された刊行物ｒＬ
ｏｗｌｏｓｓ　ＧａＡｓ−Ｇａ、−ＸＡｌｘ　Ａｓｄｏ
ｕｂｌｅ−ｈｅｔｅｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｄｉｒｅ
ｃｔｉｏｎａｌ　ｃｏｕｐｌｅｒｊＡ、Ｃａｒｅｎｃｏ
　、Ｐ、５ａｎｓｏｎｅｔｔｉ等著により既知である。

この刊行物にはＧａＡｓのストリップから成る２個の光
導波路で構成されたスイッチング素子が開示されている
。これらのス）　ＩＪツブは、これらの光導波路とＧａ
Ａｓの平坦基板との間にあって光閉じ込め層として作用
するＧａ１−１１　Ａ１１ｌ　ＡＳ層の表面に互に平行
に並べて形成される。更に、Ｇａ、−、Ａｌｘ　Ａｓの
別の層で光導波路を構成するストリップの各々を被覆す
る。光導波路を構成するス）　ＩＪツブはその出発層の
エツチングによりレリーフ（浮出し）構造で得られる。

最后に各光導波路の表面上にショットキー型の電極を設
けると共に、基板の反対側表面にオーム接点を形成する
層を設ける。

各光導波路は単一モード波を伝送し、これら光導波路の
横方向離間距離が小さいためにこれら光導波路の一方又
は他方に加える分極電位によりこれら単一モード光導波
路の結合状態を変化させて所望のスイッチング動作を行
なわせることができる。

スイッチングマトリックスは多数の斯るスイッチング素
子を用い、１個の素子の光導波路を他の素子の光導波路
に湾曲光導波路で接合することにより得ることができる
。

しかし、斯る構造はいくつかの欠点を有する。

第１の欠点は、光導波路間の結合間隔が基板上のストリ
ップ間の横方向間隔である点にある。この間隔はスイッ
チング素子の動作に対し極めて臨界的なファクタである
。、今日、平坦表面上に形成される２個の半導体ス）　
ＩＪツブ間の横方向間隔はその制御が極めて難かしく、
いずれにしてもかなり大きくなるのが常である。上述の
刊行物に開示されている既知の装置ではこの横方向結合
間隔は２〜３μｍ程度である。また、結合長、即ち光導
波路の長さ°は横方向結合間隔と関連するため、この既
知の装置の場合には光導波路の長さは数Ｓ　ＩＪメート
ルになり、この寸法は集積装置の寸法に対し実際上極め
て大きすぎる。

更に、スイッチング素子をマトリックスを構成するよう
相互接続する湾曲光導波路部分はこの接続を小角度で行
なう必要があり、その結果として斯るマ）　ＩＪワック
ス極めて大きな表面積を占めるものとなる。他方、これ
ら光導波路部分を形成するのに使用されるエツチング法
やエピタキシャル成長法は常に異方性であり、その結果
としてこれら光導波路部分の外壁がでこぼこになり、ま
たこれら部分に光損失を生ずる段部を生ずる。

今日、電気通信の分野では電気光学回路を一層高性能に
、−着手形に、一層安価に、即ち一層簡単な構造にする
ことが望まれている。

本発明は、これらの問題を解決するために、頭書に記載
した種類のスイッチング素子において、一方の光導波路
（いわゆる第１′光導波路）を構成するストリップを基
板上の第１均一層から形成し、この第１光導波路を構成
するス）　ＩＪツブをその屈折率より低い屈折率を有す
る半導体材料の均一層（いわゆる中間層）で被覆し、他
方の光導波路（いわゆる第２光導波路）を構成するスト
リップを前記中間層の表面上の別の均一層から形成し、
前記光導波路に印加する分極手段の電位の作用により、
基板から第１の距離の位置で前記光導波路の一方にその
光軸に平行に導入された光が、ＩＩから第２の距離の位
置において他方の光導波路中をその光軸に平行に伝搬し
得るようにしてあり、第１光導波路（いわゆる下側導波
路）と第２光導波路（いわゆる上側導波路）と中間層と
の組立体が結合長に等しい長さを有する第１積層構造を
構成するようにしてあることを特徴とする。

斯る構成では中間層を極めて薄くすることができる。実
際上、基板に垂直方向の層寸法は従来技術として説明し
た上記の刊行物から既知の装置を実現するのに必要な横
方向寸法より常に著しく容易に制御することができる。

この場合、導波路間の結合間隔は極めて小さくなり、そ
の結果として結合長もこれに比例して小さくなる。これ
がため本発明により得られる装置は従来技術により得ら
れる装置より遥かに小形になる。更に、導波路間の離間
隔が小さいのみならず、この間隔が一定になるために結
合が改善され、一層高性能になる。

本発明スイッチング素子においては、平面鏡（いわゆる
第１鏡）を第１積層構造の第２導波路により伝送される
光ビームの光路内に、基板に垂直に且つこの第２導波路
の光軸に対し直角でない角度をなすよう配置し、且つ第
２導波路を構成するストリップと同一のストリップから
成る第３光導波路を、これが第２導波路からこの鏡で反
射されて出る光ビームを伝送するように基板から第２導
波路と同一の距離に設けた構成にすることもできる。

このスイッチング素子の利点は、第２導波路の光ビーム
を分極する鏡が全反射鏡であり、従ってスイッチング素
子から出る光ビームの光路の分離が損失なして得られる
という点にある。

本発明スイッチング素子においては、更に、第３光導波
路の下側に中間層を介して第４光導波路を設けて、第４
導波路が下側導波路、第３導波路が上側導波路を成すい
わゆる第２積層構造を構成し、この第２積屑構造に第１
積層構造と同一の分極手段を設け、且つ第１鏡と平行に
これと同一の構造の第２平面鏡を第２積層構造の終端に
おいて上側導波路の光路内に配置した構成にするこさが
できる。

このスイッチング素子の一実施例においては、導波路及
び中間層を構成する各層を単結晶基１反上に形成したエ
ピタキシャル層とする。

この実施例では、これらエピタキシャル層の厚さを容易
に制御することができるためにこのスイッチング素子は
極めて有効に使用することができる。

この実施例では、光が光導波路内に特に良好に閉じ込め
られ、損失か特に低くなる。実際上、従来技術の考察で
述べたように、半導体装置に適用される製造方法は全て
多かれ少なかれ異方性である。これがため、この特性を
利用して導波路の長手表面及び鏡面が結晶面になるよう
にするのが有利である。

第一１及び第２積層構造と第１及び第２鏡を具える本発
明スイッチング素子はｎ×ｎ個のこれらのスイッチング
素子を並置してｎ個の入力端子とｎ個の出力端子を有す
るスイッチングマトリックスを形成するのに特に有利で
ある。

このマ）　ＩＪフックス構造が簡単で表面積が小さくな
る利点をもたらす。更に、これによれば純粋：こ電気的
なスイッチング動作では得られない広帯域型のスイッチ
ング動作をｆ８ることができる。

図面につき本発明を説明する。

第１ａ図の平面図、第１ｂ図及びＩＣ図のｚ’ｏ軸線及
びＯ２軸線上の断面図に示すように、本発明の光スイッ
チング素子においては第１光導波路６．を構成する半導
体ス）　ＩＪツブを、この第１光導波路Ｇ１を構成する
材料の屈折率ｎ、より低い屈折率ｎＳを有する半導体材
料の平坦基板１の表面上に形成する。

本発明の光スイッチング素子においては、次いで第１光
導波路Ｇ１上にこれを構成する材料の屈折率より低い屈
折率旧を有する半導体材料の層Ｉ、いわゆる中間層を形
成する。この層は小さな厚さｄを有するものとして、第
１光導波路Ｇ、と、この導波路Ｇ１を形成する材料と同
一の種類の半導体材料の第２ストリツプから成る第２光
導波路Ｇ２との間の結合が得られるようにする。

光導波路Ｇ１及びＧ２の横断面は矩形にすることができ
る。この場合、これら導波路は第１ｄ図の横断面図に示
すように、基板に垂直方向に寸法ｅ、平行方向に寸法Ｗ
をを有するものになる。

これら導波路は単一モート波を伝送するように設計する
。基板に垂直方向の寸法ｅは次の関係式：で与えられ、
ここでｍ５＝１（この定数は第１次モードに対応）、及
びλ。は伝搬波長である。

この関係式は、この寸法ｅを、導波路が基本モードを伝
送するが制限した形で伝送してそれより上にある第１次
モードの伝搬が避けられるようにするのに十分にする必
要があることを表わしている。この関係式は”　Ｉｎｔ
ｅｇｒａｔｅｄ　Ｏｐ＋ｃｓ、Ｔｈｅｏｒｙ　ａｎｄＴ
ｅｃｈｎｏｌｏｇｙ”　　Ｒｏｂｅｒｔ　　Ｇ、　Ｈｕ
ｎｓｐｅｒｇｅｒ著、　Ｓｐｒｉｎｇｅｒ−Ｖｅｒｌａ
ｇ靴　　ベルリン、ハイデルベルク、二ニーヨークから
既知である。

基板上に第１導波路Ｇ１を構成する半導体ス）　ＩＪツ
ブと、中間層ｌと、第２導波路Ｇ２を構成する半導体ス
トリップとを積層して成る第１ｄ図に示す構造は積層構
造と称す。この構造は、基板の同一表面上に互に並行な
導波路を配置し、漢方向に結合するようにした従来の構
造と基本的にｔ口達する。

後述する分極手段により導波路６１及びＧ２に電位差を
与えると、一方の導波路のレベルにかなり天きな電界が
発生する。この電界は電気光学−次効果により分極電位
が与えられた区域の導波路の屈折率を変調し、この導波
路内に △ｎ、＝ｎ９Ｘ　ｒ　ｘＥ の屈折率の差を誘起する。ここで、ｒは材料の電気光学
定数、では電界である。これがため、積層構造の導波路
に加える分極電位に応じて、第１光導波路Ｇ、内に導入
された波長λ。を有する光は導波路Ｇ、内を伝搬しつづ
けるか、導波路Ｇ２へと伝搬する。

導波路Ｇ１及びＧ２を結合するのに必要とされる積層構
造の長さβは一方では中間層Ｉの屈折率旧の関数である
が、他方ではその厚さｄの関数である。

前述の従来構造では基板の表面上に形成する光導波路を
約３μｍの距離だけ互に離間させている。

この場合には、結合長は使用する製造方法に応じて４Ｉ
Ｉｌ■から３ｍｍにする必要がある。

これに対し、本発明では中間層（例えばエピタキシャル
層にすることができる）はその厚さを極めて容易に制御
することができ、０゜５μｍのような薄い極めて均一な
厚さの層を容易に得ることができる。斯る厚さの場合、
■−■化合物の半導体材料の場合の結合長！はβさｌ＋
ｎｎ＋になる。

これがため、本発明の装置は集積電気光学装置の分野に
おいて重要な利点を有すること明らかである。

上述したように第１図に示す積層構造ｓ１は導波路Ｇ、
及び６２間のスイッチング素子を構成する。

導波路Ｇ、により伝送される光ビームを異なる方向に−
向けるために、平面鏡鵬を第１積層構造ｓｌの終端にお
いて導波路Ｇ２の光路内に配置する。

この平面鏡Ｍ１は基板に垂直であって導波路Ｇ２の光軸
２’０に対し角度θをなす導波路Ｇ２の側壁の平坦部で
構成する。従って、この鏡Ｍ１は導波路Ｇ２で伝送され
る光ビームを角度２θで反射する。

第１ａ及びＩＣ図に示すように（第１Ｃ図は鏡Ｍ１の反
射光ビームの光軸Ｏ７に沿う第１ａ図の装置の断面図を
示す）、■、で反射された光ビームは導波路Ｇ２と同一
の寸法及び構造を有する第３光導波路Ｇ３により伝送す
ることができる。

他方、斯るスイッチング素子をスイッチングマトリック
スの製造に使用するために、第４導波路Ｇ、を第３導波
路Ｇ３と中間層Ｉを介して関連させて第１積層構造Ｓ１
と同一の第２積層構造３　／１　を形成することができ
る。

この第２積層構造Ｓ／、には更に第１積層構造Ｓ、と略
々同一の分極手段を設けると共に、鏡Ｍ、と同一の構造
の鏡）４□を導波路Ｇ３により伝送される光ビームの光
路内に鏡）４、と平行に設ける（第１ａ及びＩＣ図）。

以後、積層構造Ｓ１及びＳ　／１　の導波路Ｇ、及びＧ
４は下側導波路、導波路Ｇ２及びＧ３は上側導波路と称
す（第１ｄ図）。

従って、積層構造８１及び３　／１　に加える分極電位
の作用により、積層構造ＳＩの下側導波路の入力端Ｅに
供給された単一モードビームから出発して、−第１構造
Ｓｌの下側導波路内を伝搬しつづける単一モードビーム
か、或いは 一第１構造Ｓｌの上側導波路内へ伝搬し、第１の鏡λ１
１で反射されて第２構造Ｓ　／１　の上側導波路内を伝
搬しつづける単一モードビーム の何れかを得ることができる。

後者のビームは分極電位の作用により更に一鏡Ｍ２で反
射されるようにするか、或いは一第２構造Ｓ　／１　の
下側導波路内を伝搬するようにすることができる。

２個の積層構造Ｓｌ及びＳ／、から成るスイッチング素
子から出発して、ｎ個の入力端ＩＮ１、　ＩＮ１、・・
・ＩＮ。

とｎ個の出力端０１，０□、・・・札を具え、これら入
出力端間でスイッチング動作を行なう光スイッチングマ
トリックスを得ることができる。

このマトリックスは、ｎ×ｎ個のこれらのスイッチング
素子を、入力端ＩＮ１、　ＩＮ２．・・・ＩＮｎと整列
するマ）　ＩＪフックス列が前記第１積層構造のエレメ
ントで構成されるように並べて配置することにより得ら
れ、第１列のこれらエレメントはＳｌ　ｌ＋　Ｓｌ□。

Ｓ１０．・・・Ｓｌｈで、第２列のこれらエレメントは
Ｓ２　＋＋８２□＋　”’２３＋・・・Ｓ２ｎで表わし
、以下同様にして第ｎ列のこれらエレメントをＳ。１．
　Ｓｎ２＋　・・・Ｓ７．、で表わす。

各列の第１積層構造のエレメントはそれらの下側導波路
が互に整列するよう配置する。

他方、出力端０．、０２．・・・Ｏｏと整列するマトリ
ックスの行は第２積層構造のエレメントで構成し、第１
行のこれらのエレメントはＳ’ｚ、Ｓ’＋□、・・・Ｓ
　’　１１＋で、第２行のこれらエレメントはＳ　’２
１＋３７２□、・・・Ｓ′２、で表わし、以下同様にし
て最終行のこれらエレメントはＳ　’　ｎｌ＋　Ｓ　’
　ｎ２＋　　”’Ｓ　’　ＩＩｎで表わす。各行の第２
積層構造のエメントもそれらの下側導波路が互に整列す
るように配置する。

最后に、これらのエレメントは、各エレメントの第１平
面鏡が隣りのエレメントの第２平面鏡と相まって、外表
面が全反射する平行平面板を構成するように並置する。

このモデルに従って実現される４個の入力端と出力端を
具えるスイッチマ）　’Ｊ−ｙクスを第３図に示す。こ
れらの平行率表板を第３図にはＬｌｌ、・・・Ｌｎｎで
示しである。

各積層構造エレメントの分極手段は第３図に、これら手
段が設けられる積層構造エレメントと同一のインデック
スをつけた記号Ｅで示しである。

本発明のスイッチング素子又はこれら素子から形成され
るマトリックスを実現するためには■−■化合物の半導
体材料を選択するのが有利である。

その理由は、この材料によれば電気通信の分野で使用さ
れる１、３μｍ〜１．５５μｍの波長の光を伝搬し得る
ためである。

斯る材料を用いる本発明スイッチング素子の４つの実施
例を以下に記載する。

実施例Ｉ 第一２ａ図に示すこの実施例では、基板１は中間眉ｉと
同様にｎ゛型の砒化ガリウム（ＧａＡｓ）で構成するこ
とができる。下側及び上側導波路（例えば６１及びＧ２
）はｎ−型の砒化ガリウム（ＧａＡｓ）で構成する。実
際上、ｎ−型の砒化ガリウムはｎ゛型の砒化ガリウムよ
り高い屈折率を有し、光を導波路内に閉じ込めることが
できる。

このように構成された各積層構造に対する分極手段は上
側導波路上に形成したショットキー型の第１電極１２と
基板１上に形成したオーム接点型の第２電極１００　と
で構成する。

この積層構造の一方の導波路から他方の導波路へのスイ
ッチング動作は電位差■を第１電極１２と基板上のオー
ム接点１００との間に印加することにより行なわれる。

実施例■ 第２ｂ図に示すこの実施例では、基板１はｎ゛型型化化
ガリウムＧａＡｓ）で構成でき、下側及び上側導波路（
例えばＧ、及びＧ２）はｎ−型の砒化ガリウム（ＧａＡ
ｓ）で構成でき、中間層Ｉはｎ−型の砒化ガリウムアル
ミニウム（ＧａＡｌＡｓ）で構成できる。

このように構成された各積層構造に対する分極手段は、
基板１上又は中間層Ｉ上に形成したオーム接点型の第１
電極団０と、上側導波路上に形成したショットキー型の
第２電極で構成する。

この積層構造の一方の導波路から他方の導波路へのスイ
ッチング動作は電位差■を電極１００と１２との間に印
加することにより行なわれる。

実施例ｍ 第２Ｃ図に示すこの実施例では、基１ｆｆｌｌはｎ゛型
の砒化ガリウム（ＧａＡｌ）で構成でき、上側及び下側
導波路はロー型砒化ガリウム（ＧａＡｓ）で構成できる
。

中間層はＰ″型の砒化ガリウム（ＧａＡｓ）又はＰ″型
の砒化ガリウムアルミニウム（ＧａＡｌＡｓ）で構成で
きる（後者の材料を使用すると光損失が減少する）。

基板が半絶縁性の場合には斯る材料の層を基板と下側導
波路との間に介挿することもできる。

本例では上側導波路を更にｎ゛型の砒化ガリウム（Ｇａ
Ａｓ）の層２で被覆する。

更に、光を閉じ込めると共に装置を対称にするために、
導波路をｎ−型の砒化ガリウムアルミニウムのような材
料１０内に埋設することができる。

このように構成された各積層構造に対する分極手段は、
中間層Ｉ上に形成したオーム接点型の第１電極２１と、
基板上に形成したオーム接点型の第２電極１００と、ｎ
゛型の砒化ガリウムの上側層２上に形成したオーム接点
型の第３電極２２とで構成する。

この積層構造の一方の導波路から他方の導波路へのスイ
ッチング動作は、中間層上に形成した第１電極２１を基
準電位にすると共に第２電極１００と第１電極２１との
間及び第３電極２２と第り電極２１との間に対称な電位
差を所望のスイッチング極性で印加することにより行な
われる。

実施例■ 第２ｄ図に示すこの実施例では、基板ｌは中間層Ｉと同
様にｎ゛型の燐化インジウム（ＩｎＰ）で構成できる。

下側及び上側導波路はｎ−型の燐化インジウム（ＩｎＰ
）で構成できる。

各積層構造の分極手段は中間層■上又は基板上に形成し
たオーム接点１００とＭＩＳ（金属−絶縁体一半導体）
型の接点２３とで構成する。

この積層構造の一方の導波路から他方の導波路へのスイ
ッチング動作は電極１００及び２３間に電位差■を印加
することにより行なわれる。

有利な方法では、本発明のスイッチング素子を構成する
種々の層を単結晶基板上に成長させたエピタキシャル層
とする。実際上、斯る層は簡単な構造を有し、そのうえ
基板に垂直方向の寸法（厚さ）を容易に制御することが
できる。特に、前述したように０．５μｍ程度の極めて
薄い中間層Ｉの厚さにより形成される結合距離ｄを容易
に得ることができる。

もっと有利な方法では、本発明のスイッチング素子又は
マトリックスを、単結晶基板の優先結晶方向への局所的
な異方性エピタキシャル成長と関連する異方性エツチン
グを用いる方法により得ることができる。

実際上、従来技術の考察から明らかなように、半導体装
置に適用される全ての製造方法は多かれ少な−かれ異方
性である。従って、この特性を利用して導波路及び鏡又
は平行平面反射板が結晶面になるようにするのが極めて
有利である。この場合、光が導波路内に一層良好に閉じ
込められ、また鏡で一層良好に反射されるようになる。

本発明の装置は基板内に埋置した導波路から出発して製
造するのが好適である。実際上、これら導波路は基板に
垂直な単一モード導波路である。

しかし、これろ導波路は基板に平行な単一モード導波路
にもなる。これは、基板と同一の種類の材料で導波路の
側面を覆うことにより容易に得られる。

第４図は、これらの条件を満足すると共に実施例Ｉに類
似する装置の製造方法を示す。

この方法は次の工程を具える。

（ａ）　　例えば６・１０”／ｃｍ３の濃度にドーピン
グした、結晶面（１００）の方向に平坦面３を有する砒
化ガリウム（ＧａＡｓ）単結晶基板１を形成する（第４
ａ図）。

（ｂ）　　マスク４を用いて積層構造Ｓ１及びＳ　／１
を形成すべき区域に垂直な結晶軸［：１１０　〕又は［
１１０））の方向に幅Ｗのスロ／ト５を限界する。

こ°のマスクはシリカ（Ｓｈｏ□）で構成でき、スロッ
トの幅Ｗは３〜４μｍにすることができる。

斯くして基板の結晶面（１００）がこれらスロット内で
露出される（第４ｂ図）。

（Ｃ）　　これらスロット内の基（反を、例えば化学的
方法又はいわゆるＩｔ　ｌ　Ｅ　（リアリティブイオン
エ／チング）法によりエツチングする。この方法は、エ
ツチングエツジが基板に対し正確に垂直になり、マスク
のアンダーエツチングを生じない点で他の方法により有
利である。斯くしてスロット５内の基板内に溝６が形成
される（第４ｃ図）。

これら溝６は例えば０．５　μｍの小さな深さに亘り形
成する。マスク４を除去する。

（ｄ）　　このように形成した基板を気相エピタキシ反
応器内に入れ、軽くエツチングしてＲＩＥ法により形成
した溝の結晶表面が一層はっきり現われるようにする。

実際上、エピタキシ反応器は熱力学状態に応じてエツチ
ングもしくはエピタキシャル成長を行なうことができる
。溝６の長さ方向側面は（１１０）又は（１１０）面に
なる。

（ｅ）　　溝６の結晶表面上に、下側導波路を構成する
材料（本例ではこの材料は例えば１０”／ｃｍ３以下の
濃度にドーピングしたｎ−型の砒化ガリウム）の層７を
好ましくは気相からエピタキシャル成長し、この層で基
板と溝６を平坦に被覆する。この―の溝６の区域の厚さ
をｅにする（第一４ｄ図）、。

（ｆ）　　層７上に、中間層【を構成する材料（本例で
は例えば０．５　μｍの７さｄを有するｎ°型の砒化ガ
リウム）の平坦層８を好ましくは気相からエピタキシャ
ル成長し、次いで層８上に厚さｅの導波路構成材料の層
９を好ましくは気相から成長して上側導波路を形成する
（第４ｅ図）。

（ｇ）　　新しいマスクの開口内で最終層９を例えばＲ
ＩＥ法で小さな厚さに亘ってエツチングして上側導波路
を第４ｆ図に示すように浮き出させる。

（ｈ）　　別の新しいマスクの開口内をエツチングして
、側面がスイッチング素子の鏡或いはスイッチングマ）
　ＩＪソクスの平行反射面板を構成する溝りを形成する
（第４ｇ図）。

（１）上側導波路の表面に電極を形成すると共にこれら
層７，８．９内に基板の深さまで設けた開口内にオーム
接点１００を形成する（第４ｆ図）。

他の実施例（実施例■）では、更に積層構造の近傍に中
間層の深さまで設けた開口内の中間層上にオーム接点を
形成する必要がある。

局所エピタキシによる光導波路の形成自体についてはｒ
Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｃｒｙｓｔａｌ　Ｇｒｏｗｔｈ
　７１　（１９８５）Ｊ（オランダ、アムステルダム）
の第１４１〜１４８頁のＮ、　Ｖｏｄｊｄａｎｉ　、　
！、４．６ｆｍａｎ及びＪ、Ｂ、　Ｔｈｅｅｔｅｎの論
文”５ｔｒｕｃｔｕｒａｌ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ａｎｄ
　ｏｐｔｉｃａｌ　ｃｈａｒａｃｔｅｒ＋−ｚａｔｉｏ
ｎ　ｏｆ　ｌｏｗ−１ｏｓｓ　ＧａＡｓ　ｖｒａｖｅ　
ｇｕｉｄｅｓ　ｆａｂｒｉｃａｔｅｄｂｙ　５ｅｌｅｃ
ｔ＋ｖｅ　ｅｐｉｔａｘｙ”を参照すると有利である。

−例として、光導波路の基板に垂直方向の寸法を以下に
記す。

導波路の屈折率ｎ、３．５で、基板が６　・１０＋７／
　ｃｍ’のドーピング濃度の（ｎ”型）砒化ガリウムの
場合、屈折率の差ｎ、−ｎ、さ１０−３で、波長λ。ユ
１．３−μｍであり、ｏ＜ｅ＜７．５　μｍになる。平
行平面板りの厚さく又はこれら板を構成する２個の平面
鏡Ｈの離間隔）は１μｍ程度にし得る。

結合長βは、前述したところから明らかなように、中間
層Ｉの厚さｄ＝５μｍに対し１ｍｍ程度になる。

平行平面１ｆＬ又は鏡を形成するのに好適なエッチンク
処理は寸法ｅ程度の深さに亘って実施すること明らかで
ある。

分極手段を構成する全ての電極は、分極電位を受信する
必要のあるオーム接点を基板上に設けるのが好ましし）
ときでも基板１の表面３上に形成することができる。

この目的のために、上側層に開口を設けて電極を形成す
べき層又は基板を露出させる。次いて、電極をこの開口
内に形成する。この開口は分極すべき積層構造の近傍に
位置させる。

一般に、オーム接点は金−ゲルマニウム−ニッケル合金
（Ａｕ−Ｇｅ−Ｎｉ）で形成することができ、ショット
キー型の電極はチタン−プラチナ−金（Ｔｉ−Ｐｔ−Ａ
ｕ）の層で形成することができる。

本発明装置を得る方法は上述の方法に限定されず、他に
多くの方法が可能であること勿論である。

【図面の簡単な説明】

第１ａ図は本発明光スイッチング素子の平面図、第１ｂ
図はこのスイッチング素子の光軸Ｚ′０上の断面図、 第１ｃ図はこのスイッチング素子の光軸２υ上の断面図
、 第１ｄ図はこのスイッチング素子の横断面図、第２ａ、
　２ｂ、　２ｃ及び２ａ図は本発明光スイッチング素子
の種々の実施例の積層構造の横断面図、第３図は４×４
個のこれら光スイッチング素子から成る本発明光スイッ
チングマトリックスの一例を示す平面図、 第４図は本発明スイ・／チング素子の種々の製造工程を
示す図である。 １・・・基板 Ｇ、・・・第１　（下側）光導波路 Ｇ２・・・第２（上側）光導波路 Ｇ３・・・第３（上側ン光導波路 Ｇ４・・・第４（下側）光導波路 Ｉ・・・中間層　　　　　　Ｍ１、　Ｍ２・・・平面鏡
Ｓ１・・・第１積層構造　　　３／１・・・第２積層構
造ＩＮ１、・・・ＩＮ、・・・入力端子　０１．・・・
０．、・・・出力端子Ｓ　１１＋”’＋２＋・・・Ｓ４
４・・・第１積層構造のエレメントＳ’１１．Ｓ’ｌ□
、・・・Ｓ′３３・・・第２積層構造のエレメント ＬＩｌ＋Ｌ＋２＋・・・し、４・・・平行平面反射板Ｅ
１、、Ｅ、。、・・・Ｅ、４・・・分極手段Ｉ２・・・
ショットキー型電極 １００・・・オーム接点型電極 ２・・・上側層 ＩＱ−ｎ−型ＧａＡＩＡＳ層 ２１．２２・・・オーム接点型電極 ２３・・・ＭＩＳ型電極電極　　４・・・マスク５・・
・スロット　　　　　６・・・溝７・・・下側導波路層
　　　８・・・中間層９・・・上側導波路層

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、小結合間隔だけ離して結合長に亘って平行に配置し
   た２個の光導波路を含むスイッチング素子であって、各
   光導波路は低屈折率を有する半導体基板上に形成した高
   屈折率を有する半導体材料のストリップで構成して光が
   光導波路を構成するストリップ内に閉じ込められるよう
   にしてあると共に、各光導波路の寸法は単一モード波を
   伝送するようにしてあり、且つスイッチング動作を光導
   波路に印加する分極手段の電位の作用により開始するよ
   うにしてある光スイッチング素子において、第１光導波
   路を構成するストリップを基板上の第１均一層から形成
   し、この第１光導波路を構成するストリップをその屈折
   率より低い屈折率を有すると共に前記２個の光導波路間
   の結合間隔を構成する厚さを有する半導体材料の均一中
   間層で被覆し、第２光導波路を構成するストリップを前
   記中間層の表面上の別の均一層から形成し、前記光導波
   路に印加する分極手段の電位の作用により、基板から第
   １の距離の位置で前記光導波路の一方にその光軸に平行
   に導入された光が基板から第２の距離の位置において他
   方の光導波路中をその光軸に平行に伝搬し得るようにし
   てあり、第１ （下側）光導波路と第２（上側）光導波路と中間層との
   組立体が結合長に等しい長さを有する第１積層構造を構
   成していることを特徴とする光スイッチング装置。 ２、特許請求の範囲１に記載の光スイッチング素子にお
   いて、第１平面鏡を第１積層構造の第２導波路により伝
   送される光ビームの光路内に、基板に垂直に且つこの第
   ２導波路の光軸に対し直角でない角度をなすよう配置し
   、且つ第２導波路を構成するストリップと同一のストリ
   ップから成る第３光導波路を、これが第２導波路からこ
   の鏡で反射されて出る光ビームを伝送するように基板か
   ら第２導波路と同一の距離に設けてあることを特徴とす
   る光スイッチング素子。 ３、特許請求の範囲２に記載の光スイッチング素子にお
   いて、第３光導波路の下側に中間層を介して第４光導波
   路を設けて、第４導波路が下側導波路、第３導波路が上
   側導波路を構成する、第１積層構造と同一の構造の第２
   積層構造を構成し、この第２積層構造にも分極手段を設
   けてあることを特徴とする光スイッチング素子。 ４、特許請求の範囲３に記載の光スイッチング素子にお
   いて、第１平面鏡と平行に、これと同一の構造の第２平
   面鏡を第２積層構造の終端において上側導波路の光路内
   に配置してあることを特徴とする光スイッチング素子。 ５、特許請求の範囲１〜４の何れかに記載の光スイッチ
   ング素子において、各導波路及び中間層を構成する層が
   単結晶基板上に形成したエピタキシャル層であることを
   特徴とする光スイッチング素子。 ６、特許請求の範囲５に記載の光スイッチング素子にお
   いて、導波路が形成される基板の面が（１００）面であ
   り、各導波路が結晶軸〔１１０〕又は〔１＠１＠０〕に
   平行に形成され、各鏡が結晶面（０１０）又は（００１
   ）に沿って形成されていることを特徴とする光スイッチ
   ング素子。 ７、特許請求の範囲５に記載の光スイッチング素子にお
   いて、基板の表面に各積層構造の深さを有する溝をエッ
   チングし、この溝内に積層構造を構成する層をエピタキ
   シャル成長し、次いで第１導波路の深さを有する溝をエ
   ッチングしてこれら溝の側面がこの導波路の光軸に対し
   適当な角度をなす鏡面を構成するようにしてあることを
   特徴とする光スイッチング素子。 ８、特許請求の範囲１〜７の何れかに記載の光スイッチ
   ング素子において、基板と中間層は高ドープｎ型砒化ガ
   リウム（ＧａＡｓ）から成り、導波路は低ドープｎ型砒
   化ガリウム（ＧａＡｓ）から成り、且つ各積層構造の分
   極手段は上側導波路上に設けたショットキー型の第１電
   極と、基板又は中間層上に設けたオーム電極とで構成し
   てあることを特徴とする光スイッチング素子。 ９、特許請求の範囲１〜７の何れかに記載の光スイッチ
   ング素子において、基板は高ドープｎ型砒化ガリウム（
   ＧａＡｓ）から成り、導波路は低濃度ｎ型砒化ガリウム
   （ＧａＡｓ）から成り、中間層はｎ型砒化ガリウムアル
   ミニウム （ＧａＡｌＡｓ）から成り、且つ各積層構造の分極手段
   は基板上に設けられた第１オーム電極と、上側導波路上
   に設けたショットキー型の第２電極とで構成してあるこ
   とを特徴とする光スイッチング素子。 １０、特許請求の範囲１〜７の何れかに記載の光スイッ
   チング素子において、基板は高ドープｎ型砒化ガリウム
   （ＧａＡｓ）から成り、導波路は低ドープｎ型砒化ガリ
   ウム（ＧａＡｓ）から成り、中間層は高ドープｐ型砒化
   ガリウム （ＧａＡｓ）から成り、上側導波路を更に高ドープｎ型
   砒化ガリウム（ＧａＡｓ）の上側層で被覆し、且つ各積
   層構造の分極手段は、中間層上に設けられ基準電位に接
   続される第１オーム電極と、基板上に設けた第２オーム
   電極と、高ドープｎ型砒化ガリウムの前記上側層上に設
   けた第３オーム電極とで構成してあり、第１及び第２電
   極間又は第１及び第３電極間に対称電位差を所望のスイ
   ッチング極性に応じて供給するようにしてあることを特
   徴とする光スイッチング素子。 １１、特許請求の範囲１〜７の何れかに記載の光スイッ
   チング素子において、基板と中間層は高ドープｎ型燐化
   インジウム（ＩｎＰ）から成り、導波路は低ドープｎ型
   燐化インジウムから成り、且つ各積層構造の分極手段は
   中間層又は基板上に設けたオーム接点と、上側導波路上
   に設けたＭＩＳ（金属−絶縁体−半導体）型の接点とで
   構成してあることを特徴とする光スイッチング素子。 １２、＾−ｎ個の入力端子（ＩＮ＿１、ＩＮ＿２、…Ｉ
   Ｎ＿ｎ）とｎ個の出力端子（Ｏ＿１、Ｏ＿２…Ｏ＿ｎ）
   を具え、これら入出力端子間でスイッチング動作を行な
   う光スイッチングマトリックスにおいて特許請求の範囲
   第４項に記載のｎ×ｎ個のスイッチング素子を用い、こ
   れらスイッチング素子を、入力端子（ＩＮ＿１、ＩＮ＿
   ２、…ＩＮ＿ｎ）と整列するマトリックス列が前記第１
   積層構造のエレメントで構成され、これらエレメントの
   下側導波路が互に整列するように並置すると共に出力端
   子（Ｏ＿１、Ｏ＿２…Ｏ＿ｎ）と整列するマトリックス
   行が前記第２積層構造のエレメントで構成され、これら
   エレメントの下側導波路が互に整列するよう並置し、１
   個のエレメントの前記第１鏡が隣りのエレメントの前記
   第２鏡と相まって外表面が全反射する平行平面板を構成
   するようにしてあることを特徴とする光スイッチングマ
   トリックス。