JP2873303B2 - 半導体光導波路 - Google Patents
半導体光導波路Info
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- JP2873303B2 JP2873303B2 JP63154829A JP15482988A JP2873303B2 JP 2873303 B2 JP2873303 B2 JP 2873303B2 JP 63154829 A JP63154829 A JP 63154829A JP 15482988 A JP15482988 A JP 15482988A JP 2873303 B2 JP2873303 B2 JP 2873303B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、光通信あるいは光情報処理に不可欠な光信
号処理用導波路デバイスを構成する低損失半導体光導波
路に関するものである。
号処理用導波路デバイスを構成する低損失半導体光導波
路に関するものである。
半導体基板上に積層した半導体薄膜の上部をメサ形状
にし、メサ形状の直下の半導体薄膜中に光導波路を構成
したものは既に発表されている（R.J.DERI,E.KAPON,and
L.M.SCHIAVONE,Electronics Letters vol.23,pp.845−
847,1987）。第６図は従来の半導体光導波路の断面構造
を示すものである。n+−GaAs基板１上に厚さ６μｍのｎ
−Al0.15Ga0.85As層２と厚さ1.45μｍのｎ−GaAs層３が
順次積層されており、ｎ−GaAs層３の一部がメサ形状に
加工され、メサ直下のｎ−GaAs層２中に光導波路が形成
されている。第６図においてメサの高さｈが0.31μｍ
で、メサの幅ｗが３μｍである直線光導波路に波長1.52
μｍの光を入射させた場合の伝搬損失は0.67dB/cmであ
る。一方、第６図においてｈが0.31μｍでｗが３μｍで
ある光導波路を、円弧の４分の１の形状にして光の伝搬
方向を90度だけ曲げるような曲線光導波路とした場合
の、波長1.52μｍでの過剰損失を円弧の半径の関数とし
て表わしたものが第７図である。半径が小さくなるにし
たがって過剰損失が急激に増加しており、例えば半径が
2.5mm以下になると過剰損失は10dBを超えている。
にし、メサ形状の直下の半導体薄膜中に光導波路を構成
したものは既に発表されている（R.J.DERI,E.KAPON,and
L.M.SCHIAVONE,Electronics Letters vol.23,pp.845−
847,1987）。第６図は従来の半導体光導波路の断面構造
を示すものである。n+−GaAs基板１上に厚さ６μｍのｎ
−Al0.15Ga0.85As層２と厚さ1.45μｍのｎ−GaAs層３が
順次積層されており、ｎ−GaAs層３の一部がメサ形状に
加工され、メサ直下のｎ−GaAs層２中に光導波路が形成
されている。第６図においてメサの高さｈが0.31μｍ
で、メサの幅ｗが３μｍである直線光導波路に波長1.52
μｍの光を入射させた場合の伝搬損失は0.67dB/cmであ
る。一方、第６図においてｈが0.31μｍでｗが３μｍで
ある光導波路を、円弧の４分の１の形状にして光の伝搬
方向を90度だけ曲げるような曲線光導波路とした場合
の、波長1.52μｍでの過剰損失を円弧の半径の関数とし
て表わしたものが第７図である。半径が小さくなるにし
たがって過剰損失が急激に増加しており、例えば半径が
2.5mm以下になると過剰損失は10dBを超えている。
このように従来技術の半導体光導波路では積層された
層間の界面に平行な方向の光閉じ込めが弱いために、光
導波路を曲線形状にすると損失が急激に増加する。
層間の界面に平行な方向の光閉じ込めが弱いために、光
導波路を曲線形状にすると損失が急激に増加する。
光信号処理を目的とした導波路型デバイスでは直線導
波路ばかりでなく、曲線導波路も不可欠であるため、従
来技術の半導体光導波路を用いて導波路型デバイスを構
成すると、曲線部分での損失増大によってデバイス性能
が著しく劣化してしまうという欠点をもつ。
波路ばかりでなく、曲線導波路も不可欠であるため、従
来技術の半導体光導波路を用いて導波路型デバイスを構
成すると、曲線部分での損失増大によってデバイス性能
が著しく劣化してしまうという欠点をもつ。
光信号処理を目的とした導波路型デバイスの高性能化
には、光導波路の直線部分および曲線部分の低損失化が
重要である。そこで本発明の目的は、半導体を用いた高
性能な光信号処理用導波路型デバイスに不可欠である、
直線部分および曲線部分のいずれにおいても低損失な半
導体光導波路を提供することにある。
には、光導波路の直線部分および曲線部分の低損失化が
重要である。そこで本発明の目的は、半導体を用いた高
性能な光信号処理用導波路型デバイスに不可欠である、
直線部分および曲線部分のいずれにおいても低損失な半
導体光導波路を提供することにある。
このような目的を達成するために、本発明による半導
体光導波路は、半導体基板上に、第１半導体からなるク
ラッド層と、前記第１半導体の屈折率より大きい屈折率
を有する第２半導体からなるガイド層と、前記第２半導
体の屈折率より小さい屈折率を有する第３半導体からな
るクラッド層とが、順次積層されたダブルヘテロ構造を
有し、当該ダブルヘテロ構造は前記第３半導体が直線状
の第１のメサ形状をなす部分と、前記第２半導体と第３
半導体が曲線状の第２のメサ形状をなす部分とを有し、
前記直線状の第１のメサ形状をなす部分と曲線状の第２
のメサ形状をなす部分は連続しており、前記第３半導体
が第１のメサ形状をなす部分の直下の第２半導体中に直
線状の第１の光導波路が形成され、前記第２および第３
の半導体が第２のメサ形状をなす部分の該第２のメサ内
の前記第２半導体中に曲線状の第２の光導波路が形成さ
れ、前記直線状の第１の光導波路と前記曲線状の第２の
光導波路が連続的に接続されていることを特徴とする。
体光導波路は、半導体基板上に、第１半導体からなるク
ラッド層と、前記第１半導体の屈折率より大きい屈折率
を有する第２半導体からなるガイド層と、前記第２半導
体の屈折率より小さい屈折率を有する第３半導体からな
るクラッド層とが、順次積層されたダブルヘテロ構造を
有し、当該ダブルヘテロ構造は前記第３半導体が直線状
の第１のメサ形状をなす部分と、前記第２半導体と第３
半導体が曲線状の第２のメサ形状をなす部分とを有し、
前記直線状の第１のメサ形状をなす部分と曲線状の第２
のメサ形状をなす部分は連続しており、前記第３半導体
が第１のメサ形状をなす部分の直下の第２半導体中に直
線状の第１の光導波路が形成され、前記第２および第３
の半導体が第２のメサ形状をなす部分の該第２のメサ内
の前記第２半導体中に曲線状の第２の光導波路が形成さ
れ、前記直線状の第１の光導波路と前記曲線状の第２の
光導波路が連続的に接続されていることを特徴とする。
本発明は半導体基板上に、屈折率の大きいガイド層を
ガイド層より屈折率の小さい上下２つのクラッド層によ
ってはさみ込む構成をもつダブルヘテロ構造を順次積層
し、上部クラッド層をメサ形状にして形成した半導体光
導波路を直線光導波路として用い、上部クラッド層とガ
イド層の全部あるいは上部クラッド層とガイド層の全部
と下部クラッド層の一部をメサ形状にして形成した半導
体光導波路を、直線光導波路に連続的に接続する曲線光
導波路として用いる。このような構成によって直線部分
での伝搬損失を低減することができ、また曲線部分にお
いても、積層された半導体界面に平行な方向の光閉じ込
めを強くすることができるために曲線部分での過剰損失
を十分に小さく抑えることが可能である。したがって、
本発明の半導体光導波路は直線部分と曲線部分とをもつ
形状とした場合の損失全体を十分低減でき、その低損失
性故に導波路型デバイスへ応用した場合にその高性能化
を可能にする。
ガイド層より屈折率の小さい上下２つのクラッド層によ
ってはさみ込む構成をもつダブルヘテロ構造を順次積層
し、上部クラッド層をメサ形状にして形成した半導体光
導波路を直線光導波路として用い、上部クラッド層とガ
イド層の全部あるいは上部クラッド層とガイド層の全部
と下部クラッド層の一部をメサ形状にして形成した半導
体光導波路を、直線光導波路に連続的に接続する曲線光
導波路として用いる。このような構成によって直線部分
での伝搬損失を低減することができ、また曲線部分にお
いても、積層された半導体界面に平行な方向の光閉じ込
めを強くすることができるために曲線部分での過剰損失
を十分に小さく抑えることが可能である。したがって、
本発明の半導体光導波路は直線部分と曲線部分とをもつ
形状とした場合の損失全体を十分低減でき、その低損失
性故に導波路型デバイスへ応用した場合にその高性能化
を可能にする。
以下に図面を参照して本発明の実施例を説明する。
第１図および第２図はそれぞれ本発明にかかる光導波
路の一実施例の直線部分および曲線部分の断面構造を示
す斜視図である。
路の一実施例の直線部分および曲線部分の断面構造を示
す斜視図である。
GaAs基板４の上に厚さ3.4μｍのAl0.3Ga0.7Asクラッ
ド層５と厚さ0.3μｍのGaAsガイド層６と厚さ1.5μｍの
Al0.3Ga0.7Asクラッド層７とを順次積層する。第１図に
示した直線部分ではAl0.3Ga0.7Asクラッド層７をメサ形
状にし、その直下のGaAsガイド層６中に光導波路を形成
する。一方、第２図に示した曲線部分ではAl0.3Ga0.7As
クラッド層７とGaAsガイド層６とをメサ形状にし、メサ
内のGaAsガイド層６中に光導波路を形成している。
ド層５と厚さ0.3μｍのGaAsガイド層６と厚さ1.5μｍの
Al0.3Ga0.7Asクラッド層７とを順次積層する。第１図に
示した直線部分ではAl0.3Ga0.7Asクラッド層７をメサ形
状にし、その直下のGaAsガイド層６中に光導波路を形成
する。一方、第２図に示した曲線部分ではAl0.3Ga0.7As
クラッド層７とGaAsガイド層６とをメサ形状にし、メサ
内のGaAsガイド層６中に光導波路を形成している。
第１図の光導波路は、メサ形成時にできるメサ側壁の
凹凸による光の散乱に起因する損失を低減するような低
損失化に有利な構造となっており、第１図の断面構造を
もつ直線導波路の伝搬損失はメサ部の高さｈが1.43μ
ｍ、メサ部の幅ｗが1.5μｍの場合に波長1.55μｍの光
に対して0.69dB/cmという小さい値となる。一方、第２
図の断面構造をもつ曲線導波路では、メサ側壁での散乱
により伝搬損失は、第１図の断面構造をもつ導波路に比
べ増加するものの、積層された半導体界面に平行な方向
の光閉じ込めは第１図の導波路に比べ著しく大きくな
る。第２図の断面構造をもつ導波路を用いれば、曲線形
状の導波路を形成した場合の過剰損失を低減することが
可能である。
凹凸による光の散乱に起因する損失を低減するような低
損失化に有利な構造となっており、第１図の断面構造を
もつ直線導波路の伝搬損失はメサ部の高さｈが1.43μ
ｍ、メサ部の幅ｗが1.5μｍの場合に波長1.55μｍの光
に対して0.69dB/cmという小さい値となる。一方、第２
図の断面構造をもつ曲線導波路では、メサ側壁での散乱
により伝搬損失は、第１図の断面構造をもつ導波路に比
べ増加するものの、積層された半導体界面に平行な方向
の光閉じ込めは第１図の導波路に比べ著しく大きくな
る。第２図の断面構造をもつ導波路を用いれば、曲線形
状の導波路を形成した場合の過剰損失を低減することが
可能である。
第３図にAl0.3Ga0.7Asクラッド層７の直線状に伸びた
メサ部８と、Al0.3Ga0.7Asクラッド層７とGaAsガイド層
６の曲線状に伸びたメサ部９が接続されている状態を示
す。光導波路はクラッド層７のメサの直下のガイド層６
およびガイド層６のメサ部内に連続して設けられる。
メサ部８と、Al0.3Ga0.7Asクラッド層７とGaAsガイド層
６の曲線状に伸びたメサ部９が接続されている状態を示
す。光導波路はクラッド層７のメサの直下のガイド層６
およびガイド層６のメサ部内に連続して設けられる。
実際に、第４図に示すような互いに等しい二つの円弧
を連続的に接続した形状をもつＳ字形曲線光導波路８を
形成した場合の過剰損失の測定結果を第５図に示す。第
４図のＳ字形導波路は、横方向の平行移動量を200μｍ
一定にし、円弧の半径Ｒを500μｍから10mmの間で変化
させた複数の種類があるので、第５図では過剰損失の測
定値をＳ字形の曲率半径の関数として表わしている。第
５図では、比較のために第１図の断面構造をもつ導波路
の測定値を第２図の断面構造をもつ導波路と合わせて示
している。第１図の導波路では曲率半径が2mm以下にな
ると過剰損失が急激に増大するけれども、第２図の導波
路では曲率半径が500μｍにまで小さくなっても過剰損
失は1dB程度に抑えられる。
を連続的に接続した形状をもつＳ字形曲線光導波路８を
形成した場合の過剰損失の測定結果を第５図に示す。第
４図のＳ字形導波路は、横方向の平行移動量を200μｍ
一定にし、円弧の半径Ｒを500μｍから10mmの間で変化
させた複数の種類があるので、第５図では過剰損失の測
定値をＳ字形の曲率半径の関数として表わしている。第
５図では、比較のために第１図の断面構造をもつ導波路
の測定値を第２図の断面構造をもつ導波路と合わせて示
している。第１図の導波路では曲率半径が2mm以下にな
ると過剰損失が急激に増大するけれども、第２図の導波
路では曲率半径が500μｍにまで小さくなっても過剰損
失は1dB程度に抑えられる。
したがって直線部分と曲線部分を合わせ持つ半導体光
導波路の直線部分には第１図の断面構造をもつ導波路を
用い、直線部分に連続的に接続する曲線部分には第２図
の断面構造をもつ導波路を用いる本発明の半導体光導波
路は、直線部分と曲線部分との損失を合わせた全損失の
低減が可能である。
導波路の直線部分には第１図の断面構造をもつ導波路を
用い、直線部分に連続的に接続する曲線部分には第２図
の断面構造をもつ導波路を用いる本発明の半導体光導波
路は、直線部分と曲線部分との損失を合わせた全損失の
低減が可能である。
なお、直線部分の光導波路のためのメサ部は、第１図
に示した形状に限らず、GaAsガイド層６から直接立上っ
た形状のメサであってもよい。また曲線部分のメサ部は
第２図に示した形状に限られず、メサの一部がAl0.3Ga
0.7Asクラッド層を含んでいてもよい。さらに本発明に
おけるクラッド層およびガイド層の組成は上に述べた組
成に限られず、ガイド層の屈折率が上下のクラッド層の
屈折率より大きければよい。
に示した形状に限らず、GaAsガイド層６から直接立上っ
た形状のメサであってもよい。また曲線部分のメサ部は
第２図に示した形状に限られず、メサの一部がAl0.3Ga
0.7Asクラッド層を含んでいてもよい。さらに本発明に
おけるクラッド層およびガイド層の組成は上に述べた組
成に限られず、ガイド層の屈折率が上下のクラッド層の
屈折率より大きければよい。
以上説明したように、本発明の半導体光導波路は、直
線部分の損失と曲線部分の損失とを合わせた全損失の低
減が可能であり、半導体導波路型デバイスに応用した場
合にデバイスの高性能化に極めて有効である。
線部分の損失と曲線部分の損失とを合わせた全損失の低
減が可能であり、半導体導波路型デバイスに応用した場
合にデバイスの高性能化に極めて有効である。
第１図は本発明実施例における直線部分の断面構造を示
す斜視図、 第２図は本発明実施例における曲線部分の断面構造を示
す斜視図、 第３図は本発明実施例における直線部と連続部分の接続
部を示す斜視図、 第４図は本発明によるＳ字形光導波路の一例を示す平面
図、 第５図は本発明光導波路の曲線部での過剰損失を示す特
性図、 第６図は従来の光導波路の断面構造を示す図、 第７図は従来の光導波路の曲線部での過剰損失を示す特
性図である。 １……n+−GaAs基板、 ２……ｎ−Al0.15Ga0.85As、 ３……ｎ−GaAs、 ４……GaAs基板、 5,7……Al0.3Ga0.7As、 ６……GaAs、 ８……導波路。
す斜視図、 第２図は本発明実施例における曲線部分の断面構造を示
す斜視図、 第３図は本発明実施例における直線部と連続部分の接続
部を示す斜視図、 第４図は本発明によるＳ字形光導波路の一例を示す平面
図、 第５図は本発明光導波路の曲線部での過剰損失を示す特
性図、 第６図は従来の光導波路の断面構造を示す図、 第７図は従来の光導波路の曲線部での過剰損失を示す特
性図である。 １……n+−GaAs基板、 ２……ｎ−Al0.15Ga0.85As、 ３……ｎ−GaAs、 ４……GaAs基板、 5,7……Al0.3Ga0.7As、 ６……GaAs、 ８……導波路。
Claims (1)
- 【請求項１】半導体基板上に、第１半導体からなるクラ
ッド層と、前記第１半導体の屈折率より大きい屈折率を
有する第２半導体からなるガイド層と、前記第２半導体
の屈折率より小さい屈折率を有する第３半導体からなる
クラッド層とが、順次積層されたダブルヘテロ構造を有
し、当該ダブルヘテロ構造は前記第３半導体が直線状の
第１のメサ形状をなす部分と、前記第２半導体と第３半
導体が曲線状の第２のメサ形状をなす部分とを有し、前
記直線状の第１のメサ形状をなす部分と曲線状の第２の
メサ形状をなす部分は連続しており、前記第３半導体が
第１のメサ形状をなす部分の直下の第２半導体に直線状
の第１の光導波路が形成され、前記第２および第３の半
導体が第２のメサ形状をなす部分の該第２のメサ内の前
記第２半導体中に曲線状の第２の光導波路が形成され、
前記直線状の第１の光導波路と前記曲線状の第２の光導
波路が連続的に接続されていることを特徴とする半導体
光導波路。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63154829A JP2873303B2 (ja) | 1988-06-24 | 1988-06-24 | 半導体光導波路 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63154829A JP2873303B2 (ja) | 1988-06-24 | 1988-06-24 | 半導体光導波路 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01321408A JPH01321408A (ja) | 1989-12-27 |
| JP2873303B2 true JP2873303B2 (ja) | 1999-03-24 |
Family
ID=15592793
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63154829A Expired - Fee Related JP2873303B2 (ja) | 1988-06-24 | 1988-06-24 | 半導体光導波路 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2873303B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2894775B2 (ja) * | 1990-02-22 | 1999-05-24 | 日本電気株式会社 | 半導体光導波路 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS51105840A (ja) * | 1975-03-03 | 1976-09-20 | Nippon Telegraph & Telephone | Hikaridoharo |
| JPS5669603A (en) * | 1979-11-13 | 1981-06-11 | Nec Corp | Manufacture of waveguide type directional photocoupler |
| JPS63147111A (ja) * | 1986-12-10 | 1988-06-20 | Nippon Sheet Glass Co Ltd | 光導波回路 |
-
1988
- 1988-06-24 JP JP63154829A patent/JP2873303B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS51105840A (ja) * | 1975-03-03 | 1976-09-20 | Nippon Telegraph & Telephone | Hikaridoharo |
| JPS5669603A (en) * | 1979-11-13 | 1981-06-11 | Nec Corp | Manufacture of waveguide type directional photocoupler |
| JPS63147111A (ja) * | 1986-12-10 | 1988-06-20 | Nippon Sheet Glass Co Ltd | 光導波回路 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01321408A (ja) | 1989-12-27 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |