JPH08211427A - 光マルチプレクサ・デマルチプレクサ - Google Patents
光マルチプレクサ・デマルチプレクサInfo
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- JPH08211427A JPH08211427A JP7020084A JP2008495A JPH08211427A JP H08211427 A JPH08211427 A JP H08211427A JP 7020084 A JP7020084 A JP 7020084A JP 2008495 A JP2008495 A JP 2008495A JP H08211427 A JPH08211427 A JP H08211427A
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Landscapes
- Optical Communication System (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 超高速光交換システムおよび光伝送システム
に使用される光マルチプレクサ・デマルチプレクサを提
供する。 【構成】 本素子は、１本の光入力導波路１、３個２段
構成の電界を印加するための電極を有した方向性結合器
２、および４本の光入力導波路３から構成され、上記方
向性結合器２は光行路切り替えを行うための屈折率変調
に、電界効果を用いているため高速の光行路切り替えが
可能であり、これを多段に接続することによってより大
規模な光シリアル・パラレル変換が可能となる。
に使用される光マルチプレクサ・デマルチプレクサを提
供する。 【構成】 本素子は、１本の光入力導波路１、３個２段
構成の電界を印加するための電極を有した方向性結合器
２、および４本の光入力導波路３から構成され、上記方
向性結合器２は光行路切り替えを行うための屈折率変調
に、電界効果を用いているため高速の光行路切り替えが
可能であり、これを多段に接続することによってより大
規模な光シリアル・パラレル変換が可能となる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、超高速光交換システム
および光伝送システムに使用される光マルチプレクサ・
デマルチプレクサに関するものである。
および光伝送システムに使用される光マルチプレクサ・
デマルチプレクサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、光伝送の超高速化に伴い、光マル
チプレクサ・デマルチプレクサへの需要が高まってい
る。従来のデマルチプレクサとしてニオブ酸リチウムを
用いた例が報告されている（例えばIEEE Jounal of Lig
htwave Technology Vol.3, P116-120(1985) ）。これ
は、１×２光スイッチ３個から構成された１×４スイッ
チであり、４Ｇｂｉｔ／ｓの入力光信号を、１Ｇｂｉｔ
／ｓの光信号に分配出力している。この材料を用いたデ
マルチプレクサは、低損失という特徴を有しているが、
以下に述べる問題点が指摘されている。 基板面積の制約から１×４以上の大規模化が困難で
ある。 大規模化のためにスイッチ素子の寸法を小さくしよ
うとすると、駆動電圧が大きくなり高速駆動が不可能に
なる。 この材料を用いた場合生じるＤＣドリフトが素子の
信頼性を損ねる点である。
チプレクサ・デマルチプレクサへの需要が高まってい
る。従来のデマルチプレクサとしてニオブ酸リチウムを
用いた例が報告されている（例えばIEEE Jounal of Lig
htwave Technology Vol.3, P116-120(1985) ）。これ
は、１×２光スイッチ３個から構成された１×４スイッ
チであり、４Ｇｂｉｔ／ｓの入力光信号を、１Ｇｂｉｔ
／ｓの光信号に分配出力している。この材料を用いたデ
マルチプレクサは、低損失という特徴を有しているが、
以下に述べる問題点が指摘されている。 基板面積の制約から１×４以上の大規模化が困難で
ある。 大規模化のためにスイッチ素子の寸法を小さくしよ
うとすると、駆動電圧が大きくなり高速駆動が不可能に
なる。 この材料を用いた場合生じるＤＣドリフトが素子の
信頼性を損ねる点である。
【０００３】一方、これらの問題点を克服するため、図
８に示す光分岐回路とゲートスイッチを用いた構成が提
案されている（例えば、特願平２−１９９６４５号、特
願平３−１７４０６９号参照）。同図中、符号４９は光
入出力導波路、５０は光合分岐回路、５１は光ゲートス
イッチ及び５２は光入出力導波路を各々図示する。これ
らの素子は前記ニオブ酸リチウムを用いた構成に比べ、
小形で低駆動電圧が可能となる。またＤＣドリフトとい
う信頼性を損ねる要因もない。しかし、この構成でデマ
ルチプレクシングを行う場合、光入出力導波路４９から
高速で入力した光信号（例えば４０ＧＨｚの光信号）
を、同等の速度で複数のゲートスイッチ５１を駆動しな
ければならず、駆動系の高コスト化が問題となる。ま
た、光信号の速度が速くなるほど、光合分岐回路５０の
段数が増加してゲートスイッチの数が増加するとゲート
スイッチ５１間の同期をとるのが非常に困難となる。
８に示す光分岐回路とゲートスイッチを用いた構成が提
案されている（例えば、特願平２−１９９６４５号、特
願平３−１７４０６９号参照）。同図中、符号４９は光
入出力導波路、５０は光合分岐回路、５１は光ゲートス
イッチ及び５２は光入出力導波路を各々図示する。これ
らの素子は前記ニオブ酸リチウムを用いた構成に比べ、
小形で低駆動電圧が可能となる。またＤＣドリフトとい
う信頼性を損ねる要因もない。しかし、この構成でデマ
ルチプレクシングを行う場合、光入出力導波路４９から
高速で入力した光信号（例えば４０ＧＨｚの光信号）
を、同等の速度で複数のゲートスイッチ５１を駆動しな
ければならず、駆動系の高コスト化が問題となる。ま
た、光信号の速度が速くなるほど、光合分岐回路５０の
段数が増加してゲートスイッチの数が増加するとゲート
スイッチ５１間の同期をとるのが非常に困難となる。
【０００４】また、光マルチプレクサ・デマルチプレク
サは必然的に光り入出力ポートがアレイとなる。したが
って、モジュールを作製する上でアレイ光ファイバをア
レイメントしなければならない。しかし、半導体光マル
チプレクサ・デマルチプレクサの入出力光のスポットサ
イズは１μｍ程度と小さく、アレイファイバとの高効率
結合は極めて難しく、モジュール化をする上で歩留まり
を下げる大きな原因となっていた。
サは必然的に光り入出力ポートがアレイとなる。したが
って、モジュールを作製する上でアレイ光ファイバをア
レイメントしなければならない。しかし、半導体光マル
チプレクサ・デマルチプレクサの入出力光のスポットサ
イズは１μｍ程度と小さく、アレイファイバとの高効率
結合は極めて難しく、モジュール化をする上で歩留まり
を下げる大きな原因となっていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】以上説明したように、
従来の小形化・高速化を図った半導体光マルチプレクサ
・デマルチプレクサは、高速光信号の同期の困難、駆動
系の高コスト化、さらにモジュール化における低歩留ま
りといった問題があった。
従来の小形化・高速化を図った半導体光マルチプレクサ
・デマルチプレクサは、高速光信号の同期の困難、駆動
系の高コスト化、さらにモジュール化における低歩留ま
りといった問題があった。
【０００６】本発明の目的は、上記問題点の解決を図
り、半導体集積素子の特徴である小形化・高速化を維持
しつつ、構成素子間の同期が容易にでき、かつ低コスト
で駆動系を構築でき、さらにモジュール化時の歩留まり
を向上させた光マルチプレクサ・デマルチプレクサを提
供することにある。
り、半導体集積素子の特徴である小形化・高速化を維持
しつつ、構成素子間の同期が容易にでき、かつ低コスト
で駆動系を構築でき、さらにモジュール化時の歩留まり
を向上させた光マルチプレクサ・デマルチプレクサを提
供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的を解決するた
め、本発明の請求項１では、光マルチプレクサ・デマル
チプレクサの構成要素である分岐回路として高速で光の
経路を切り替えることが可能な導波路形光スイッチ素子
を適用することとし、その構成は、半導体基板と、当該
基板上に形成された少なくとも１本の光入力または出力
導波路と、当該同一基板上において前記光入力導波路に
光結合する位置に配した少なくとも１個の電界印加ある
いは電流注入することによって光の経路を切り替える導
波路形光スイッチと、当該同一基板上において前記導波
路形光スイッチに光結合する位置に配した少なくとも２
本の光出力あるいは入力導波路と、前記導波路形光スイ
ッチを駆動する電極とを具備することを特徴とする。
め、本発明の請求項１では、光マルチプレクサ・デマル
チプレクサの構成要素である分岐回路として高速で光の
経路を切り替えることが可能な導波路形光スイッチ素子
を適用することとし、その構成は、半導体基板と、当該
基板上に形成された少なくとも１本の光入力または出力
導波路と、当該同一基板上において前記光入力導波路に
光結合する位置に配した少なくとも１個の電界印加ある
いは電流注入することによって光の経路を切り替える導
波路形光スイッチと、当該同一基板上において前記導波
路形光スイッチに光結合する位置に配した少なくとも２
本の光出力あるいは入力導波路と、前記導波路形光スイ
ッチを駆動する電極とを具備することを特徴とする。
【０００８】請求項２では、光マルチプレクサ・デマル
チプレクサの構成要素である分岐回路として高速で光の
経路を切り替えることが可能な導波路形光スイッチ素子
を適用するとともに、スポットサイズ変換機能を有する
テーパ形光導波路をマルチプレクサ・デマルチプレクサ
の光入力端あるいは出力端に集積することとし、その構
成は、半導体基板と、当該基板上に形成された少なくと
も１本の光導波層がテーパ形状である光入出力導波路
と、当該同一基板上において前記光入力導波路に光結合
する位置に配した少なくとも１個の電界印加あるいは電
流注入することによって光の経路を切り替える導波路形
光スイッチと、当該同一基板上において前記導波路形光
スイッチに光結合する位置に配した少なくとも２本の光
導波層がテーパ形状である光出力あるいは入力導波路
と、前記導波路形光スイッチと導波路形光受光器を駆動
する電極とを具備することを特徴とする。
チプレクサの構成要素である分岐回路として高速で光の
経路を切り替えることが可能な導波路形光スイッチ素子
を適用するとともに、スポットサイズ変換機能を有する
テーパ形光導波路をマルチプレクサ・デマルチプレクサ
の光入力端あるいは出力端に集積することとし、その構
成は、半導体基板と、当該基板上に形成された少なくと
も１本の光導波層がテーパ形状である光入出力導波路
と、当該同一基板上において前記光入力導波路に光結合
する位置に配した少なくとも１個の電界印加あるいは電
流注入することによって光の経路を切り替える導波路形
光スイッチと、当該同一基板上において前記導波路形光
スイッチに光結合する位置に配した少なくとも２本の光
導波層がテーパ形状である光出力あるいは入力導波路
と、前記導波路形光スイッチと導波路形光受光器を駆動
する電極とを具備することを特徴とする。
【０００９】請求項３では、光デマルチプレクサの構成
要素である分岐回路として高速で光の経路を切り替える
ことが可能な導波路形光スイッチ素子を適用するととも
に、導波路形光受光器を集積することとし、その構成
は、半導体基板と、当該基板上に形成された少なくとも
１本の光入出力導波路と、当該同一基板上において前記
光入力導波路に光結合する位置に配した少なくとも１個
の電界印加あるいは電流注入することによって光の経路
を切り替える導波路形光スイッチと、当該同一基板上に
おいて前記導波路形光スイッチに光結合する位置に配し
た少なくとも２個の導波路形光受光器と、前記導波路形
光スイッチと導波路形光受光器を駆動する電極とを具備
することを特徴とする。
要素である分岐回路として高速で光の経路を切り替える
ことが可能な導波路形光スイッチ素子を適用するととも
に、導波路形光受光器を集積することとし、その構成
は、半導体基板と、当該基板上に形成された少なくとも
１本の光入出力導波路と、当該同一基板上において前記
光入力導波路に光結合する位置に配した少なくとも１個
の電界印加あるいは電流注入することによって光の経路
を切り替える導波路形光スイッチと、当該同一基板上に
おいて前記導波路形光スイッチに光結合する位置に配し
た少なくとも２個の導波路形光受光器と、前記導波路形
光スイッチと導波路形光受光器を駆動する電極とを具備
することを特徴とする。
【００１０】請求項４では、光デマルチプレクサの構成
要素である分岐回路として高速で光の経路を切り替える
ことが可能な導波路形光スイッチ素子を適用するととも
に、スポットサイズ変換機能を有するテーパ形光導波路
をデマルチプレクサの入力端に集積し、かつ導波路形光
受光器を集積するととし、その構成は、半導体基板と、
当該基板上に形成された少なくとも１本の光導波層がテ
ーパ形状である光入出力導波路と、当該同一基板上にお
いて前記光入力導波路に光結合する位置に配した少なく
とも１個の電界印加あるいは電流注入することによって
光の経路を切り替える導波路形光スイッチと、当該同一
基板上において前記導波路形光スイッチに光結合する位
置に配した少なくとも２個の導波路形光受光器と、前記
導波路形光スイッチと導波路形光受光器を駆動する電極
とを具備することを特徴とする。
要素である分岐回路として高速で光の経路を切り替える
ことが可能な導波路形光スイッチ素子を適用するととも
に、スポットサイズ変換機能を有するテーパ形光導波路
をデマルチプレクサの入力端に集積し、かつ導波路形光
受光器を集積するととし、その構成は、半導体基板と、
当該基板上に形成された少なくとも１本の光導波層がテ
ーパ形状である光入出力導波路と、当該同一基板上にお
いて前記光入力導波路に光結合する位置に配した少なく
とも１個の電界印加あるいは電流注入することによって
光の経路を切り替える導波路形光スイッチと、当該同一
基板上において前記導波路形光スイッチに光結合する位
置に配した少なくとも２個の導波路形光受光器と、前記
導波路形光スイッチと導波路形光受光器を駆動する電極
とを具備することを特徴とする。
【００１１】
【作用】本発明によれば、本マルチプレクサ・デマルチ
プレクサは、分岐回路として高速で光の経路を切り替え
ることが可能な導波路形光スイッチ素子を適用してい
る。これを多段に接続することによってより大規模な光
シリアル・パラレル変換が可能となる。また多段に接続
することによって光の経路から見て後段（デマルチプレ
クサの場合）あるいは前段（マルチプレクサの場合）の
導波路光スイッチ素子はより低速での駆動が可能とな
り、これら構成素子を駆動するときの同期が非常に容易
になる。また低速で駆動できるため、低コストで駆動系
を構築できる。
プレクサは、分岐回路として高速で光の経路を切り替え
ることが可能な導波路形光スイッチ素子を適用してい
る。これを多段に接続することによってより大規模な光
シリアル・パラレル変換が可能となる。また多段に接続
することによって光の経路から見て後段（デマルチプレ
クサの場合）あるいは前段（マルチプレクサの場合）の
導波路光スイッチ素子はより低速での駆動が可能とな
り、これら構成素子を駆動するときの同期が非常に容易
になる。また低速で駆動できるため、低コストで駆動系
を構築できる。
【００１２】また、光マルチプレクサ・デマルチプレク
サの構成要素である分岐回路として高速で光の経路を切
り替えることが可能な導波路形光スイッチ素子を適用す
るとともに、スポットサイズ変換機能を有するテーパ形
光導波路をマルチプレクサ・デマルチプレクサの光入力
端あるいは出力端に集積することにより、アレイファイ
バとの光結合が容易になり、モジュール化時の歩留まり
が大幅に向上する。
サの構成要素である分岐回路として高速で光の経路を切
り替えることが可能な導波路形光スイッチ素子を適用す
るとともに、スポットサイズ変換機能を有するテーパ形
光導波路をマルチプレクサ・デマルチプレクサの光入力
端あるいは出力端に集積することにより、アレイファイ
バとの光結合が容易になり、モジュール化時の歩留まり
が大幅に向上する。
【００１３】また、光デマルチプレクサの構成要素であ
る分岐回路として高速で光の経路を切り替えることが可
能な導波路形光スイッチ素子を適用するとともに、スポ
ットサイズ変換機能を有するテーパ形光導波路をデマル
チプレクサの入力端に集積し、かつ導波路形光受光器を
集積することにより、出力側のアレイ導波路とアレイフ
ァイバとの結合が不要となり、モジュール作製時の工程
が大幅に簡略でき、歩留まりも向上する。また、導波路
形光受光器で光信号を電気信号に変換してしまうため、
外部に光−電気変換器を要することなく、直接電気信号
のままその後の信号処理をすることができる。
る分岐回路として高速で光の経路を切り替えることが可
能な導波路形光スイッチ素子を適用するとともに、スポ
ットサイズ変換機能を有するテーパ形光導波路をデマル
チプレクサの入力端に集積し、かつ導波路形光受光器を
集積することにより、出力側のアレイ導波路とアレイフ
ァイバとの結合が不要となり、モジュール作製時の工程
が大幅に簡略でき、歩留まりも向上する。また、導波路
形光受光器で光信号を電気信号に変換してしまうため、
外部に光−電気変換器を要することなく、直接電気信号
のままその後の信号処理をすることができる。
【００１４】
【実施例】以下、本発明に係る好適な実施例を説明する
が、本発明はこれらに限定されるものではない。
が、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００１５】＜実施例１＞図１には、本発明の実施例１
を説明する上面図を示す。図１に示すように、本素子
は、１本の光入力導波路１、３個２段構成の電界を印加
するための電極を有した方向性結合器２、および４本の
光入力導波路３から構成されている。
を説明する上面図を示す。図１に示すように、本素子
は、１本の光入力導波路１、３個２段構成の電界を印加
するための電極を有した方向性結合器２、および４本の
光入力導波路３から構成されている。
【００１６】図２には、その断面図を示す。図２に示す
ように、本素子は、上からｐ側電極１１、0.２μｍ厚の
ｐ−ＩｎＧａＡｓ層１２、1.５μｍ厚のｐ−ＩｎＰ層１
３、１０ｎｍ厚のｉ−ＩｎＧａＡｓＰ層１４、５０ｎｍ
厚のｉ−ＩｎＰ層１５、0.４μｍ厚のｉ−ＩｎＧａＡｌ
Ａｓ／ＩｎＡｌＡｓＭＱＷ層１６、1.０μｍ厚のｎ−Ｉ
ｎＰ層１７、ｎ−ＩｎＰ基板１８、ｎ側電極５３から構
成されている。なお、上記ｉ−ＩｎＧａＡｌＡｓ／Ｉｎ
ＡｌＡｓＭＱＷ層１６は、９ｎｍ厚のＩｎＧａＡｌＡｓ
ウェル層と５ｎｍ厚のＩｎＡｌＡｓバリア層とから構成
されている。
ように、本素子は、上からｐ側電極１１、0.２μｍ厚の
ｐ−ＩｎＧａＡｓ層１２、1.５μｍ厚のｐ−ＩｎＰ層１
３、１０ｎｍ厚のｉ−ＩｎＧａＡｓＰ層１４、５０ｎｍ
厚のｉ−ＩｎＰ層１５、0.４μｍ厚のｉ−ＩｎＧａＡｌ
Ａｓ／ＩｎＡｌＡｓＭＱＷ層１６、1.０μｍ厚のｎ−Ｉ
ｎＰ層１７、ｎ−ＩｎＰ基板１８、ｎ側電極５３から構
成されている。なお、上記ｉ−ＩｎＧａＡｌＡｓ／Ｉｎ
ＡｌＡｓＭＱＷ層１６は、９ｎｍ厚のＩｎＧａＡｌＡｓ
ウェル層と５ｎｍ厚のＩｎＡｌＡｓバリア層とから構成
されている。
【００１７】次に素子の作製方法を示す。ｎ−ＩｎＰ基
板１８上に、ｎ−ＩｎＰ層１７、ｉ−ＩｎＧａＡｌＡｓ
／ＩｎＡｌＡｓＭＱＷ層１６、ｉ−ＩｎＰ層１５、ｉ−
ＩｎＧａＡｓＰ層１４、ｐ−ＩｎＰ層１３そしてｐ−Ｉ
ｎＧａＡｓ層１２をＭＯＶＰＥで成長する。次いでｐ側
電極１１を形成した後、フォトリソグラフィで導波路パ
ターンを描画する。次に塩素ガスを用いた反応性イオン
ビームエッチング（ＲＩＢＥ）でｐ−ＩｎＧａＡｓ層１
２をエッチングする。その後、塩酸と燐酸の混合液によ
ってｐ−ＩｎＰ層１３をエッチングし、導波路を形成す
る。その後、再びＲＩＢＥより方向性結合器間の電気的
分離溝を形成し、素子間絶縁を行う。本素子に用いられ
ている方向性結合器の結合長は1.２ｍｍ、導波路幅は２
μｍ、ギャップ幅は２μｍである。
板１８上に、ｎ−ＩｎＰ層１７、ｉ−ＩｎＧａＡｌＡｓ
／ＩｎＡｌＡｓＭＱＷ層１６、ｉ−ＩｎＰ層１５、ｉ−
ＩｎＧａＡｓＰ層１４、ｐ−ＩｎＰ層１３そしてｐ−Ｉ
ｎＧａＡｓ層１２をＭＯＶＰＥで成長する。次いでｐ側
電極１１を形成した後、フォトリソグラフィで導波路パ
ターンを描画する。次に塩素ガスを用いた反応性イオン
ビームエッチング（ＲＩＢＥ）でｐ−ＩｎＧａＡｓ層１
２をエッチングする。その後、塩酸と燐酸の混合液によ
ってｐ−ＩｎＰ層１３をエッチングし、導波路を形成す
る。その後、再びＲＩＢＥより方向性結合器間の電気的
分離溝を形成し、素子間絶縁を行う。本素子に用いられ
ている方向性結合器の結合長は1.２ｍｍ、導波路幅は２
μｍ、ギャップ幅は２μｍである。
【００１８】本素子に用いられている方向性結合器２は
光行路切り替えを行うための屈折率変調に、電界効果を
用いているため高速の光行路切り替えが可能である。図
３に、本素子を用いたデマルチプレクシングの実験結果
を示す。図３に示すように、１段目の方向性結合器によ
って、１０Ｇｂｉｔ／ｓの入力光信号（図３（ａ）参
照）を、５Ｇｂｉｔ／ｓに切り分けている（図３（ｂ）
参照）。次に、２段目の方向性結合器によって、さらに
この光信号を2.５Ｇｂｉｔ／ｓに切り分けている（図３
（ｃ）参照）。ここで用いた方向性結合器は、１段目の
１０Ｇｂｉｔ／ｓの光信号を切り替えられる高速な光ス
イッチング速度を要求されるが、２段目の方向性結合器
は５Ｇｂｉｔ／ｓの光信号を切り替えられる程度の光ス
イッチング速度でよい。
光行路切り替えを行うための屈折率変調に、電界効果を
用いているため高速の光行路切り替えが可能である。図
３に、本素子を用いたデマルチプレクシングの実験結果
を示す。図３に示すように、１段目の方向性結合器によ
って、１０Ｇｂｉｔ／ｓの入力光信号（図３（ａ）参
照）を、５Ｇｂｉｔ／ｓに切り分けている（図３（ｂ）
参照）。次に、２段目の方向性結合器によって、さらに
この光信号を2.５Ｇｂｉｔ／ｓに切り分けている（図３
（ｃ）参照）。ここで用いた方向性結合器は、１段目の
１０Ｇｂｉｔ／ｓの光信号を切り替えられる高速な光ス
イッチング速度を要求されるが、２段目の方向性結合器
は５Ｇｂｉｔ／ｓの光信号を切り替えられる程度の光ス
イッチング速度でよい。
【００１９】なお、ここでは方向性結合器３個を用いた
２段構成１×４マルチプレクサ・デマルチプレクサにつ
いて述べたが、これが３段構成１×８、４段構成１×１
６と規模が増大しても同様の効果を得ることが可能であ
る。
２段構成１×４マルチプレクサ・デマルチプレクサにつ
いて述べたが、これが３段構成１×８、４段構成１×１
６と規模が増大しても同様の効果を得ることが可能であ
る。
【００２０】また、ここでは高速の光行路切り替えを行
うために方向性結合器を用いたが、マッハツェンダ干渉
計を用いた２×２光スイッチを用いてもよい。
うために方向性結合器を用いたが、マッハツェンダ干渉
計を用いた２×２光スイッチを用いてもよい。
【００２１】また、ここでは光行路切り替えを行うため
の屈折率変調に量子閉じ込め効果（ＱＣＳＥ）を用いた
が、ポッケルス効果やフランツケルディッシュ効果を用
いてもよい。また、電流注入における屈折率変調を行っ
てもよい。
の屈折率変調に量子閉じ込め効果（ＱＣＳＥ）を用いた
が、ポッケルス効果やフランツケルディッシュ効果を用
いてもよい。また、電流注入における屈折率変調を行っ
てもよい。
【００２２】また、ここではＱＣＳＥを得るために導波
路のコアにＩｎＧａＡｌＡｓ／ＩｎＡｌＡｓＭＱＷを用
いたが、ウェルにＩｎＧａＡｓを用いてもよい。また、
ＩｎＧａＡｓＰ系のＭＱＷを用いてもよい。
路のコアにＩｎＧａＡｌＡｓ／ＩｎＡｌＡｓＭＱＷを用
いたが、ウェルにＩｎＧａＡｓを用いてもよい。また、
ＩｎＧａＡｓＰ系のＭＱＷを用いてもよい。
【００２３】＜実施例２＞図４は本発明の第２の実施例
を説明する斜視図である。本素子の概要は、スポットサ
イズ変換導波路部１９、光行路の切り替え動作を行う方
向性結合器部２０、引き出しｐ側電極パッド２１から構
成されている。
を説明する斜視図である。本素子の概要は、スポットサ
イズ変換導波路部１９、光行路の切り替え動作を行う方
向性結合器部２０、引き出しｐ側電極パッド２１から構
成されている。
【００２４】図５に本素子の断面図を示し、光ファイバ
２２で光を入射させるようにしている。同図に示すよう
に、本実施例の素子は、スポットサイズ変換部のクラッ
ドであるｉ−ＩｎＰ層２３、ｐ側電極２４、ｐ−ＩｎＧ
ａＡｓ層２５、ｐ−ＩｎＰ層２６、ｉ−ＩｎＧａＡｓＰ
層２７、ｉ−ＩｎＰ層２８、ｉ−ＩｎＧａＡｌＡｓ／Ｉ
ｎＡｌＡｓＭＱＷ層２９、ｎ−ＩｎＰ層３０、1.１μｍ
組成のｎ−ＩｎＧａＡｓＰｓ層３１、ｎ−ＩｎＰ層３
２、ｎ−ＩｎＰ基板３３、ｎ側電極５４から構成されて
いる。
２２で光を入射させるようにしている。同図に示すよう
に、本実施例の素子は、スポットサイズ変換部のクラッ
ドであるｉ−ＩｎＰ層２３、ｐ側電極２４、ｐ−ＩｎＧ
ａＡｓ層２５、ｐ−ＩｎＰ層２６、ｉ−ＩｎＧａＡｓＰ
層２７、ｉ−ＩｎＰ層２８、ｉ−ＩｎＧａＡｌＡｓ／Ｉ
ｎＡｌＡｓＭＱＷ層２９、ｎ−ＩｎＰ層３０、1.１μｍ
組成のｎ−ＩｎＧａＡｓＰｓ層３１、ｎ−ＩｎＰ層３
２、ｎ−ＩｎＰ基板３３、ｎ側電極５４から構成されて
いる。
【００２５】次に素子の作製例を示す。ｎ−ＩｎＰ基板
３３上に、1.０μｍ厚のｎ−ＩｎＰ層３２、1.１μｍ組
成で８０ｎｍ厚のｎ−ＩｎＧａＡｓＰｓ層３１、0.２μ
ｍ厚のｎ−ＩｎＰ層３０、0.４μｍ厚のｉ−ＩｎＧａＡ
ｌＡｓ／ＩｎＡｌＡｓＭＱＷ層２９、５０ｎｍ厚のｉ−
ＩｎＰ層２８、１０ｎｍ厚のｉ−ＩｎＧａＡｓＰ層２
７、1.５μｍ厚のｐ−ＩｎＰ層２６、0.２μｍ厚のｐ−
ＩｎＧａＡｓ層２５をＭＯＶＰＥ法で連続成長する。次
にスポットサイズ変換部のｉ−ＩｎＰ層２８、ｉ−Ｉｎ
ＧａＡｓＰ層２７、ｐ−ＩｎＰ層２６、ｐ−ＩｎＧａＡ
ｓ層２５をドライエッチングまたはウェットエッチング
によって除去する。次に、ｉ−ＩｎＧａＡｌＡｓ／Ｉｎ
ＡｌＡｓＭＱＷ層２９をフォトリソグラフィによって長
さ３００μｍにわたりテーパ状に描画する。次に、ＲＩ
ＢＥによってｉ−ＩｎＧａＡｌＡｓ／ＩｎＡｌＡｓＭＱ
Ｗ層２９をテーパ形状に加工する。次に、スポットサイ
ズ変換部のクラッドｉ−ＩｎＰ層２３をＭＯＶＰＥによ
り成長する。その後、ｐ−ＩｎＧａＡｓ層２５の表面に
ｐ側電極２４を形成した後、フォトリソグラフィで導波
路パターンを描画する。次に、塩素ガスを用いた反応性
イオンビームエッチング（ＲＩＢＥ）でｐ−ＩｎＧａＡ
ｓ層２６をエッチングする。その後、塩酸と燐酸の混合
液によってｐ−ＩｎＰ層２３および２６をエッチング
し、導波路を形成する。導波路幅方向性結合器部が２μ
ｍ、スポットサイズ変換部が１０μｍである。その後、
再びＲＩＢＥより方向性結合器間の電気的分離溝を形成
し、素子間絶縁を行う。最後に、ｎ側電極５４を素子の
裏面に形成する。
３３上に、1.０μｍ厚のｎ−ＩｎＰ層３２、1.１μｍ組
成で８０ｎｍ厚のｎ−ＩｎＧａＡｓＰｓ層３１、0.２μ
ｍ厚のｎ−ＩｎＰ層３０、0.４μｍ厚のｉ−ＩｎＧａＡ
ｌＡｓ／ＩｎＡｌＡｓＭＱＷ層２９、５０ｎｍ厚のｉ−
ＩｎＰ層２８、１０ｎｍ厚のｉ−ＩｎＧａＡｓＰ層２
７、1.５μｍ厚のｐ−ＩｎＰ層２６、0.２μｍ厚のｐ−
ＩｎＧａＡｓ層２５をＭＯＶＰＥ法で連続成長する。次
にスポットサイズ変換部のｉ−ＩｎＰ層２８、ｉ−Ｉｎ
ＧａＡｓＰ層２７、ｐ−ＩｎＰ層２６、ｐ−ＩｎＧａＡ
ｓ層２５をドライエッチングまたはウェットエッチング
によって除去する。次に、ｉ−ＩｎＧａＡｌＡｓ／Ｉｎ
ＡｌＡｓＭＱＷ層２９をフォトリソグラフィによって長
さ３００μｍにわたりテーパ状に描画する。次に、ＲＩ
ＢＥによってｉ−ＩｎＧａＡｌＡｓ／ＩｎＡｌＡｓＭＱ
Ｗ層２９をテーパ形状に加工する。次に、スポットサイ
ズ変換部のクラッドｉ−ＩｎＰ層２３をＭＯＶＰＥによ
り成長する。その後、ｐ−ＩｎＧａＡｓ層２５の表面に
ｐ側電極２４を形成した後、フォトリソグラフィで導波
路パターンを描画する。次に、塩素ガスを用いた反応性
イオンビームエッチング（ＲＩＢＥ）でｐ−ＩｎＧａＡ
ｓ層２６をエッチングする。その後、塩酸と燐酸の混合
液によってｐ−ＩｎＰ層２３および２６をエッチング
し、導波路を形成する。導波路幅方向性結合器部が２μ
ｍ、スポットサイズ変換部が１０μｍである。その後、
再びＲＩＢＥより方向性結合器間の電気的分離溝を形成
し、素子間絶縁を行う。最後に、ｎ側電極５４を素子の
裏面に形成する。
【００２６】図４中の左下の２ポートのいずれかより光
ファイバによって入力された光（スポットサイズは５μ
ｍ程度）は、スポットサイズ変換器１９によって半導体
導波路と同等のスポットサイズに変換させる。その導波
光は、２段の方向性結合器２０を経てデマルチプレクシ
ングされた後、再びスポットサイズ変換器１９によっ
て、ファイバと同程度のスポットサイズに変換される。
したがって、４ポートのアレイ導波路となる出力端にお
いても、スポットサイズがファイバと同程度に拡大され
ているため、アライメントのトレランスは、結合損失１
ｄＢダウンのマージンが約ｘｙ方向とも２μｍ程あり、
モジュール化時の光結合を容易化することができる。４
ポートのアレイ導波路と４アレイの光ファイバとの結合
損失の平均は0.７ｄＢであり、光ファイバ接着時の軸ず
れによる損失増加量は４ポート平均で0.２ｄＢである。
ファイバによって入力された光（スポットサイズは５μ
ｍ程度）は、スポットサイズ変換器１９によって半導体
導波路と同等のスポットサイズに変換させる。その導波
光は、２段の方向性結合器２０を経てデマルチプレクシ
ングされた後、再びスポットサイズ変換器１９によっ
て、ファイバと同程度のスポットサイズに変換される。
したがって、４ポートのアレイ導波路となる出力端にお
いても、スポットサイズがファイバと同程度に拡大され
ているため、アライメントのトレランスは、結合損失１
ｄＢダウンのマージンが約ｘｙ方向とも２μｍ程あり、
モジュール化時の光結合を容易化することができる。４
ポートのアレイ導波路と４アレイの光ファイバとの結合
損失の平均は0.７ｄＢであり、光ファイバ接着時の軸ず
れによる損失増加量は４ポート平均で0.２ｄＢである。
【００２７】＜実施例３＞図６は、本発明の実施例３を
説明するための上面図である。図６に示すように、本実
施例の素子は、光入力導波路３４と光切り替え機能のた
めの３個の方向性結合器３５および４個の導波路形光受
光器３６から構成されている。
説明するための上面図である。図６に示すように、本実
施例の素子は、光入力導波路３４と光切り替え機能のた
めの３個の方向性結合器３５および４個の導波路形光受
光器３６から構成されている。
【００２８】図７はその断面図である。図７に示すよう
に、本実施例の素子は、ｎ−ＩｎＰ基板４４上に、方向
性結合器部分としては、ｐ側電極３７、ｐ−ＩｎＧａＡ
ｓ層３８、ｐ−ＩｎＰ層３９、ｉ−ＩｎＧａＡｓＰ層４
０、ｉ−ＩｎＰ層４１、ｉ−ＩｎＧａＡｌＡｓ／ＩｎＡ
ｌＡｓＭＱＷ層４２、ｎ−ＩｎＰ層４３で構成されてい
る。尚、各層厚は実施例１に等しいので、説明は省略す
る。また、導波路形受光器の吸収層は、ｐ−ＩｎＧａＡ
ｓ層４５で層厚は0.９μｍ、吸収層の長さは３００μ
ｍ、幅は１０μｍである。方向性結合器と受光器以外の
導波路のクラッド層はｉ−ＩｎＰ層５６である。
に、本実施例の素子は、ｎ−ＩｎＰ基板４４上に、方向
性結合器部分としては、ｐ側電極３７、ｐ−ＩｎＧａＡ
ｓ層３８、ｐ−ＩｎＰ層３９、ｉ−ＩｎＧａＡｓＰ層４
０、ｉ−ＩｎＰ層４１、ｉ−ＩｎＧａＡｌＡｓ／ＩｎＡ
ｌＡｓＭＱＷ層４２、ｎ−ＩｎＰ層４３で構成されてい
る。尚、各層厚は実施例１に等しいので、説明は省略す
る。また、導波路形受光器の吸収層は、ｐ−ＩｎＧａＡ
ｓ層４５で層厚は0.９μｍ、吸収層の長さは３００μ
ｍ、幅は１０μｍである。方向性結合器と受光器以外の
導波路のクラッド層はｉ−ＩｎＰ層５６である。
【００２９】次に素子の作製例を示す。まず、ｎ−Ｉｎ
Ｐ基板４４上に、1.０μｍ厚のｎ−ＩｎＰ層４３、0.４
μｍ厚のｉ−ＩｎＧａＡｌＡｓ／ＩｎＡｌＡｓＭＱＷ層
４２、５０ｎｍ厚のｉ−ＩｎＰ層４１、１０ｎｍ厚のｉ
−ＩｎＧａＡｓＰ層４０、1.５μｍ厚のｐ−ＩｎＰ層３
９、0.２μｍ厚のｐ−ＩｎＧａＡｓ層３８をＭＯＶＰＥ
法で連続成長する。次に受光器部のｉ−ＩｎＰ層４１、
ｉ−ＩｎＧａＡｓＰ層４０、ｐ−ＩｎＰ層３９、ｐ−Ｉ
ｎＧａＡｓ層３８をドライエッチングまたはウェットエ
ッチングによって除去する。次に受光器部の光吸収層ｐ
−ＩｎＧａＡｓ層４５、ｐ−ＩｎＰ層３９、ｐ−ＩｎＧ
ａＡｓ層３８をＭＯＶＰＥ法で成長する。その後、ｐ側
電極３７を形成した後、フォトリソグラフィで導波路パ
ターンを描画する。次に塩素ガスを用いた反応性イオン
ビームエッチング（ＲＩＢＥ）でｐ−ＩｎＧａＡｓ層３
８をエッチングする。その後、塩酸と燐酸の混合液によ
ってｐ−ＩｎＰ層３９をエッチングし、続いて硫酸と過
酸化水素水の混合液によって、ｐ−ＩｎＧａＡｓ層４５
をエッチングしてリッジ形の導波路および導波路形の受
光器を形成する。上記形成した導波路幅は、方向性結合
器部が２μｍ、受光器部が１０μｍである。次に、方向
性結合器と受光器物品とをＳｉＯ2 でカバーする。続い
て、再び、ＭＯＶＰＥ法により、ｉ−ＩｎＰ層を成長す
る。次に塩素ガスを用いた反応性イオンビームエッチン
グ（ＲＩＢＥ）で方向性結合器と受光器以外の導波路の
クラッド層のｉ−ＩｎＰ層５６を成長する。最後にｎ側
電極５５を素子の裏面に形成する。なお、本素子の光入
力導波路３４をスポットサイズ変換導波路としてもよ
い。
Ｐ基板４４上に、1.０μｍ厚のｎ−ＩｎＰ層４３、0.４
μｍ厚のｉ−ＩｎＧａＡｌＡｓ／ＩｎＡｌＡｓＭＱＷ層
４２、５０ｎｍ厚のｉ−ＩｎＰ層４１、１０ｎｍ厚のｉ
−ＩｎＧａＡｓＰ層４０、1.５μｍ厚のｐ−ＩｎＰ層３
９、0.２μｍ厚のｐ−ＩｎＧａＡｓ層３８をＭＯＶＰＥ
法で連続成長する。次に受光器部のｉ−ＩｎＰ層４１、
ｉ−ＩｎＧａＡｓＰ層４０、ｐ−ＩｎＰ層３９、ｐ−Ｉ
ｎＧａＡｓ層３８をドライエッチングまたはウェットエ
ッチングによって除去する。次に受光器部の光吸収層ｐ
−ＩｎＧａＡｓ層４５、ｐ−ＩｎＰ層３９、ｐ−ＩｎＧ
ａＡｓ層３８をＭＯＶＰＥ法で成長する。その後、ｐ側
電極３７を形成した後、フォトリソグラフィで導波路パ
ターンを描画する。次に塩素ガスを用いた反応性イオン
ビームエッチング（ＲＩＢＥ）でｐ−ＩｎＧａＡｓ層３
８をエッチングする。その後、塩酸と燐酸の混合液によ
ってｐ−ＩｎＰ層３９をエッチングし、続いて硫酸と過
酸化水素水の混合液によって、ｐ−ＩｎＧａＡｓ層４５
をエッチングしてリッジ形の導波路および導波路形の受
光器を形成する。上記形成した導波路幅は、方向性結合
器部が２μｍ、受光器部が１０μｍである。次に、方向
性結合器と受光器物品とをＳｉＯ2 でカバーする。続い
て、再び、ＭＯＶＰＥ法により、ｉ−ＩｎＰ層を成長す
る。次に塩素ガスを用いた反応性イオンビームエッチン
グ（ＲＩＢＥ）で方向性結合器と受光器以外の導波路の
クラッド層のｉ−ＩｎＰ層５６を成長する。最後にｎ側
電極５５を素子の裏面に形成する。なお、本素子の光入
力導波路３４をスポットサイズ変換導波路としてもよ
い。
【００３０】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば半
導体素子の特徴である小形化・高速化を活かしつつ、大
規模なマルチプレクシング・デマルチプレクシングを行
っても光行路切り替えを行う導波路形光スイッチ素子間
の同期が容易にでき、かつ低コストの駆動系を用いるこ
とができる。
導体素子の特徴である小形化・高速化を活かしつつ、大
規模なマルチプレクシング・デマルチプレクシングを行
っても光行路切り替えを行う導波路形光スイッチ素子間
の同期が容易にでき、かつ低コストの駆動系を用いるこ
とができる。
【００３１】さらに、スポットサイズ変換導波路をマル
チプレクサ・デマルチプレクサの光入出力端に用いるこ
とにより、モジュール化時の歩留まりを向上させた光マ
ルチプレクサ・デマルチプレクサを提供することが可能
となる。
チプレクサ・デマルチプレクサの光入出力端に用いるこ
とにより、モジュール化時の歩留まりを向上させた光マ
ルチプレクサ・デマルチプレクサを提供することが可能
となる。
【００３２】また、導波路形光受光器を集積することに
より、出力側のアレイ導波路とアレイファイバとの結合
が不要となり、モジュール作製時の工程が大幅に簡略で
き、歩留まりも向上する。
より、出力側のアレイ導波路とアレイファイバとの結合
が不要となり、モジュール作製時の工程が大幅に簡略で
き、歩留まりも向上する。
【００３３】また、導波路形光受光器で光信号を電気信
号に変換してしまうため、外部に光−電気変換器を要す
ることなく、直接電気信号のままその後の信号処理をす
ることができる。
号に変換してしまうため、外部に光−電気変換器を要す
ることなく、直接電気信号のままその後の信号処理をす
ることができる。
【図１】本発明の実施例１を説明する上面図。
【図２】本発明の実施例１を説明する断面図。
【図３】本発明の実施例１のデマルチプレクシングの実
験結果を示す図。
験結果を示す図。
【図４】本発明の実施例２を説明する斜視図。
【図５】本発明の実施例２を説明する断面図。
【図６】本発明の実施例３を説明する上面図。
【図７】本発明の実施例３を説明する断面図。
【図８】従来方式による光マルチプレクサ・デマルチプ
レクサ。
レクサ。
１ 光入力導波路 ２ 方向性結合器 ３ 光入力導波路 １１ ｐ側電極 １２ ｐ−ＩｎＧａＡｓ層 １３ ｐ−ＩｎＰ層 １４ ｉ−ＩｎＧａＡｓＰ層 １５ ｉ−ＩｎＰ層 １６ ｉ−ＩｎＧａＡｌＡｓ／ＩｎＡｌＡｓＭＱＷ層 １７ ｎ−ＩｎＰ層 １８ ｎ−ＩｎＰ基板 １９ スポットサイズ変換導波路 ２０ 方向性結合器 ２１ 引き出しｐ側電極パッド ２２ 光ファイバ ２３ ｉ−ＩｎＰ層 ２４ ｐ側電極 ２５ ｐ−ＩｎＧａＡｓ層 ２６ ｐ−ＩｎＰ層 ２７ ｉ−ＩｎＧａＡｓＰ層 ２８ ｉ−ＩｎＰ層 ２９ ｉ−ＩｎＧａＡｌＡｓ／ＩｎＡｌＡｓＭＱＷ層 ３０ ｎ−ＩｎＰ層 ３１ ｎ−ＩｎＧａＡｓＰｓ層 ３２ ｎ−ＩｎＰ層 ３３ ｎ−ＩｎＰ基板 ３４ 光入力導波路 ３５ 方向性結合器 ３６ 導波路形光受光器 ３７ ｐ側電極 ３８ ｐ−ＩｎＧａＡｓ層 ３９ ｐ−ＩｎＰ層 ４０ ｉ−ＩｎＧａＡｓＰ層 ４１ ｉ−ＩｎＰ層 ４２ ｉ−ＩｎＧａＡｌＡｓ／ＩｎＡｌＡｓＭＱＷ層 ４３ ｎ−ＩｎＰ層 ４４ ｎ−ＩｎＰ層 ４５ ｐ−ＩｎＧａＡｓ層 ４９ 光入出力導波路 ５０ 光合分岐回路 ５１ 光ゲートスイッチ ５２ 光入出力導波路 ５３ ｎ側電極 ５４ ｎ側電極 ５５ ｎ側電極
Claims (4)
- 【請求項１】 半導体基板と、当該基板上に形成された
少なくとも１本の光入力または出力導波路と、当該同一
基板上において前記光入力導波路に光結合する位置に配
した少なくとも１個の電界印加あるいは電流注入するこ
とによって光の経路を切り替える導波路形光スイッチ
と、当該同一基板上において前記導波路形光スイッチに
光結合する位置に配した少なくとも２本の光出力あるい
は入力導波路と、前記導波路形光スイッチを駆動する電
極とを具備することを特徴とする光マルチプレクサ・デ
マルチプレクサ。 - 【請求項２】 半導体基板と、当該基板上に形成された
少なくとも１本の光導波層がテーパ形状である光入出力
導波路と、当該同一基板上において前記光入力導波路に
光結合する位置に配した少なくとも１個の電界印加ある
いは電流注入することによって光の経路を切り替える導
波路形光スイッチと、当該同一基板上において前記導波
路形光スイッチに光結合する位置に配した少なくとも２
本の光導波層がテーパ形状である光出力あるいは入力導
波路と、前記導波路形光スイッチと導波路形光受光器を
駆動する電極とを具備することを特徴とする光マルチプ
レクサ・デマルチプレクサ。 - 【請求項３】 半導体基板と、当該基板上に形成された
少なくとも１本の光入出力導波路と、当該同一基板上に
おいて前記光入力導波路に光結合する位置に配した少な
くとも１個の電界印加あるいは電流注入することによっ
て光の経路を切り替える導波路形光スイッチと、当該同
一基板上において前記導波路形光スイッチに光結合する
位置に配した少なくとも２個の導波路形光受光器と、前
記導波路形光スイッチと導波路形光受光器を駆動する電
極とを具備することを特徴とする光デマルチプレクサ。 - 【請求項４】 半導体基板と、当該基板上に形成された
少なくとも１本の光導波層がテーパ形状である光入出力
導波路と、当該同一基板上において前記光入力導波路に
光結合する位置に配した少なくとも１個の電界印加ある
いは電流注入することによって光の経路を切り替える導
波路形光スイッチと、当該同一基板上において前記導波
路形光スイッチに光結合する位置に配した少なくとも２
個の導波路形光受光器と、前記導波路形光スイッチと導
波路形光受光器を駆動する電極とを具備することを特徴
とする光デマルチプレクサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7020084A JPH08211427A (ja) | 1995-02-08 | 1995-02-08 | 光マルチプレクサ・デマルチプレクサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7020084A JPH08211427A (ja) | 1995-02-08 | 1995-02-08 | 光マルチプレクサ・デマルチプレクサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08211427A true JPH08211427A (ja) | 1996-08-20 |
Family
ID=12017247
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7020084A Pending JPH08211427A (ja) | 1995-02-08 | 1995-02-08 | 光マルチプレクサ・デマルチプレクサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08211427A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2019235392A1 (ja) * | 2018-06-08 | 2019-12-12 | 日本電信電話株式会社 | 光スイッチ装置 |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS58215632A (ja) * | 1982-06-09 | 1983-12-15 | Nec Corp | 多チヤンネル光スイツチ及びその駆動方法 |
| JPS6076721A (ja) * | 1983-10-03 | 1985-05-01 | Nec Corp | 光変調器 |
| JPS6450016A (en) * | 1987-08-20 | 1989-02-27 | Nec Corp | Demultiplexing and photodetecting device |
| JPH0519308A (ja) * | 1991-07-15 | 1993-01-29 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 光分岐スイツチ |
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