JP2003270593A - 光スイッチ - Google Patents
光スイッチInfo
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- JP2003270593A JP2003270593A JP2002073946A JP2002073946A JP2003270593A JP 2003270593 A JP2003270593 A JP 2003270593A JP 2002073946 A JP2002073946 A JP 2002073946A JP 2002073946 A JP2002073946 A JP 2002073946A JP 2003270593 A JP2003270593 A JP 2003270593A
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- silicon
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- Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 集積回路上に形成容易かつコンパクトで高効
率の光スイッチを提供する。 【解決手段】 シリコンにより形成された信号光通過部
１の信号光導波路１ａにシリコンのエネルギーギャップ
より低いエネルギーを有する波長帯の信号光ＳＬが通過
する。信号光導波路１ａの周囲は、信号光ＳＬの有する
エネルギーよりもエネルギーギャップの大きい二酸化シ
リコンで形成された導波路保護体１ｂにより取り囲まれ
ている。光制御部２から信号光ＳＬと交差するような制
御光ＣＬを照射する。制御光ＣＬは、シリコンのエネル
ギーギャップより高いエネルギーを有する波長帯の光で
あり、二酸化シリコンで形成された制御光導波路２ａに
より信号光通過部１に導かれる。制御光導波路２ａは、
当該制御光導波路２ａの有する幅より短い幅を有する導
波路支持体２ｂにより支持されている。
率の光スイッチを提供する。 【解決手段】 シリコンにより形成された信号光通過部
１の信号光導波路１ａにシリコンのエネルギーギャップ
より低いエネルギーを有する波長帯の信号光ＳＬが通過
する。信号光導波路１ａの周囲は、信号光ＳＬの有する
エネルギーよりもエネルギーギャップの大きい二酸化シ
リコンで形成された導波路保護体１ｂにより取り囲まれ
ている。光制御部２から信号光ＳＬと交差するような制
御光ＣＬを照射する。制御光ＣＬは、シリコンのエネル
ギーギャップより高いエネルギーを有する波長帯の光で
あり、二酸化シリコンで形成された制御光導波路２ａに
より信号光通過部１に導かれる。制御光導波路２ａは、
当該制御光導波路２ａの有する幅より短い幅を有する導
波路支持体２ｂにより支持されている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光の強度を制御す
ることにより信号光を制御する光スイッチに関する。
ることにより信号光を制御する光スイッチに関する。
【０００２】
【従来の技術】現在、次世代の更なる高速光通信を実現
させるために光信号を電気信号に変換することなく、光
の強度を制御することにより信号光を制御する光スイッ
チが研究されている。現在、電気信号、熱等の光以外の
手段によって信号光強度を制御する光スイッチや、非線
形誘電体、化合物半導体等を用い、制御光によって制御
する光スイッチ等が開発されている。
させるために光信号を電気信号に変換することなく、光
の強度を制御することにより信号光を制御する光スイッ
チが研究されている。現在、電気信号、熱等の光以外の
手段によって信号光強度を制御する光スイッチや、非線
形誘電体、化合物半導体等を用い、制御光によって制御
する光スイッチ等が開発されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、これらの光ス
イッチには、それぞれ問題がある。
イッチには、それぞれ問題がある。
【０００４】電気信号を用いる場合には、当該電気信号
を加えるために、信号光を制御するだけの所定長さを有
する電極部が必要になる等、光以外の手段によって信号
光強度を制御する光スイッチは、構造的にコンパクト化
することが困難な場合がある。特に、電気信号を用い、
直接電流を流すことによって信号光を制御する場合に
は、多くの電流を流す必要があるため効率がよくなく、
微細化が進み電力消費を極力避けたい集積回路に適用す
るのは困難な場合も生じ得る。
を加えるために、信号光を制御するだけの所定長さを有
する電極部が必要になる等、光以外の手段によって信号
光強度を制御する光スイッチは、構造的にコンパクト化
することが困難な場合がある。特に、電気信号を用い、
直接電流を流すことによって信号光を制御する場合に
は、多くの電流を流す必要があるため効率がよくなく、
微細化が進み電力消費を極力避けたい集積回路に適用す
るのは困難な場合も生じ得る。
【０００５】また、従来の制御光によって制御する光ス
イッチ等は、高速で動作させることができるが、屈折率
差の小さい媒質で構成されているため、光スイッチの信
号光および制御光の導波路を長く設定する必要があると
ともに、幅方向にも屈折のための場所が必要であるた
め、構造上光スイッチを小さくすることができなかっ
た。
イッチ等は、高速で動作させることができるが、屈折率
差の小さい媒質で構成されているため、光スイッチの信
号光および制御光の導波路を長く設定する必要があると
ともに、幅方向にも屈折のための場所が必要であるた
め、構造上光スイッチを小さくすることができなかっ
た。
【０００６】さらに、化合物半導体を用いる光スイッチ
においては、シリコン集積回路に用いる場合、化合物半
導体が当該基板であるシリコンと馴染み難く、シリコン
基板上に当該光スイッチを形成することは困難な場合が
あった。
においては、シリコン集積回路に用いる場合、化合物半
導体が当該基板であるシリコンと馴染み難く、シリコン
基板上に当該光スイッチを形成することは困難な場合が
あった。
【０００７】本発明は、かかる従来技術の問題点を解決
するべくなされたもので、集積回路上に形成容易かつコ
ンパクトで高効率の光スイッチを提供することを目的と
する。
するべくなされたもので、集積回路上に形成容易かつコ
ンパクトで高効率の光スイッチを提供することを目的と
する。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明に係る光スイッチ
は、シリコンのエネルギーギャップより小さいエネルギ
ーを有する波長帯の信号光が通過するためのシリコンで
形成された信号光導波路および前記信号光導波路の周囲
を信号光が飛び出さないように保護するための二酸化シ
リコンで形成された導波路保護体を有する信号光通過部
と、前記信号光を制御するためのシリコンのエネルギー
ギャップより大きいエネルギーを有する波長帯の制御光
を前記信号光通過部に導くための二酸化シリコンで形成
された制御光導波路および前記制御光導波路を支持する
ための導波路支持体を有する光制御部を具備し、前記信
号光通過部と前記光制御部とは、前記信号光と前記制御
光とが、交差するように形成され、前記導波路支持体
は、前記制御光導波路の有する幅より短い幅を有するも
のである。
は、シリコンのエネルギーギャップより小さいエネルギ
ーを有する波長帯の信号光が通過するためのシリコンで
形成された信号光導波路および前記信号光導波路の周囲
を信号光が飛び出さないように保護するための二酸化シ
リコンで形成された導波路保護体を有する信号光通過部
と、前記信号光を制御するためのシリコンのエネルギー
ギャップより大きいエネルギーを有する波長帯の制御光
を前記信号光通過部に導くための二酸化シリコンで形成
された制御光導波路および前記制御光導波路を支持する
ための導波路支持体を有する光制御部を具備し、前記信
号光通過部と前記光制御部とは、前記信号光と前記制御
光とが、交差するように形成され、前記導波路支持体
は、前記制御光導波路の有する幅より短い幅を有するも
のである。
【０００９】本発明にかかる光スイッチによれば、シリ
コンにより形成された信号光通過部の信号光導波路に信
号光が通過する。信号光は、シリコンのエネルギーギャ
ップより低いエネルギーを有する波長帯の光であるた
め、シリコン中にエネルギーが奪われることなく通過す
ることができる。信号光導波路の周囲は、信号光導波路
より屈折率の高い二酸化シリコンで形成された導波路保
護体により取り囲まれている。これによって、信号光導
波路を通過する信号光は、信号光導波路と導波路保護体
との界面において、信号光導波路側に全反射される。こ
のため、信号光通過部を通過する信号光は、信号光導波
路内に閉じ込められ、損失なく伝搬することができる。
コンにより形成された信号光通過部の信号光導波路に信
号光が通過する。信号光は、シリコンのエネルギーギャ
ップより低いエネルギーを有する波長帯の光であるた
め、シリコン中にエネルギーが奪われることなく通過す
ることができる。信号光導波路の周囲は、信号光導波路
より屈折率の高い二酸化シリコンで形成された導波路保
護体により取り囲まれている。これによって、信号光導
波路を通過する信号光は、信号光導波路と導波路保護体
との界面において、信号光導波路側に全反射される。こ
のため、信号光通過部を通過する信号光は、信号光導波
路内に閉じ込められ、損失なく伝搬することができる。
【００１０】このような信号光通過部を通過する信号光
を制御する際に、光制御部から信号光と交差するような
制御光を照射する。制御光は、シリコンのエネルギーギ
ャップより高いエネルギーを有する波長帯の光である。
制御光は、信号光と波長帯が異なるため、信号光に直接
影響を与えることがない。
を制御する際に、光制御部から信号光と交差するような
制御光を照射する。制御光は、シリコンのエネルギーギ
ャップより高いエネルギーを有する波長帯の光である。
制御光は、信号光と波長帯が異なるため、信号光に直接
影響を与えることがない。
【００１１】この制御光は、シリコンを酸化することに
よりシリコン上に容易に形成することができる二酸化シ
リコンで形成された制御光導波路により信号光通過部に
導かれる。制御光導波路は、当該制御光導波路の有する
幅より短い幅を有する導波路支持体により支持されてい
る。これにより、制御光導波路を通過する制御光が導波
路支持体を通過する際に、土台となる基板等に制御光が
透過して損失するのを抑制することができる。
よりシリコン上に容易に形成することができる二酸化シ
リコンで形成された制御光導波路により信号光通過部に
導かれる。制御光導波路は、当該制御光導波路の有する
幅より短い幅を有する導波路支持体により支持されてい
る。これにより、制御光導波路を通過する制御光が導波
路支持体を通過する際に、土台となる基板等に制御光が
透過して損失するのを抑制することができる。
【００１２】シリコンで形成された信号光導波路にシリ
コンのエネルギーギャップより高いエネルギーを有する
制御光を照射することにより、信号光導波路中に電子−
正孔対が発生する。信号光導波路中に所定の電子−正孔
対が発生すると自由キャリア効果が生じ、電子−正孔対
によってエネルギーが消費される。エネルギー保存則に
より、自由キャリア効果の相互作用として信号光のエネ
ルギーが減衰される。すなわち、信号光は、光スイッチ
を通過することができなくなる。制御光の照射を止める
と電子−正孔対が発生しなくなるため、信号光のエネル
ギーの減衰がなくなり、再び信号光が光スイッチを通過
することができるようになる。
コンのエネルギーギャップより高いエネルギーを有する
制御光を照射することにより、信号光導波路中に電子−
正孔対が発生する。信号光導波路中に所定の電子−正孔
対が発生すると自由キャリア効果が生じ、電子−正孔対
によってエネルギーが消費される。エネルギー保存則に
より、自由キャリア効果の相互作用として信号光のエネ
ルギーが減衰される。すなわち、信号光は、光スイッチ
を通過することができなくなる。制御光の照射を止める
と電子−正孔対が発生しなくなるため、信号光のエネル
ギーの減衰がなくなり、再び信号光が光スイッチを通過
することができるようになる。
【００１３】このようにして、互いに馴染みのよいシリ
コンおよび二酸化シリコンで光スイッチを容易に形成す
ることができる。また、制御光の照射を制御することに
より、自由キャリア効果を利用して容易かつ電力を消費
することなく信号光を制御することができる。さらに、
屈折率や光路長に関係なく光スイッチを構成することが
できるため、光スイッチをコンパクトに形成することが
できる。
コンおよび二酸化シリコンで光スイッチを容易に形成す
ることができる。また、制御光の照射を制御することに
より、自由キャリア効果を利用して容易かつ電力を消費
することなく信号光を制御することができる。さらに、
屈折率や光路長に関係なく光スイッチを構成することが
できるため、光スイッチをコンパクトに形成することが
できる。
【００１４】好ましくは、前記信号光通過部および光制
御部は、シリコン基板上に二酸化シリコン層が積層され
た基板上に形成され、前記導波路支持体は、二酸化シリ
コンで形成されるように構成される。
御部は、シリコン基板上に二酸化シリコン層が積層され
た基板上に形成され、前記導波路支持体は、二酸化シリ
コンで形成されるように構成される。
【００１５】集積回路基板としては、シリコン基板上に
二酸化シリコンが積層されたシリコン集積回路が多く用
いられる。この場合、シリコン集積回路の二酸化シリコ
ン層上に、信号光通過部の導波路保護体および光制御部
の導波路支持体が同じ二酸化シリコンで形成される。
二酸化シリコンが積層されたシリコン集積回路が多く用
いられる。この場合、シリコン集積回路の二酸化シリコ
ン層上に、信号光通過部の導波路保護体および光制御部
の導波路支持体が同じ二酸化シリコンで形成される。
【００１６】このように、互いに馴染みのよい材料によ
り光スイッチをシリコン集積回路基板上に形成するた
め、シリコン集積回路上に容易に光スイッチを形成する
ことができる。
り光スイッチをシリコン集積回路基板上に形成するた
め、シリコン集積回路上に容易に光スイッチを形成する
ことができる。
【００１７】好ましくは、信号光導波路は、所定のシリ
コン結晶欠陥を内包されてなるように構成される。
コン結晶欠陥を内包されてなるように構成される。
【００１８】この場合、シリコンで信号光導波路を形成
する際に、予め所定のシリコン結晶欠陥が内包される。
シリコン中にシリコン結晶欠陥が内包されていると電子
−正孔対が発生し易いことが知られている。
する際に、予め所定のシリコン結晶欠陥が内包される。
シリコン中にシリコン結晶欠陥が内包されていると電子
−正孔対が発生し易いことが知られている。
【００１９】このようなシリコン結晶欠陥を信号光導波
路に内包させることにより、制御光照射による電子−正
孔対の発生を促進させることができる。したがって、制
御光を照射してから信号光が減衰するまでの応答速度を
向上させることができる。
路に内包させることにより、制御光照射による電子−正
孔対の発生を促進させることができる。したがって、制
御光を照射してから信号光が減衰するまでの応答速度を
向上させることができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照しつつ、本
発明の実施の形態を説明する。図１は本発明の一実施の
形態における光スイッチの概略図である。
発明の実施の形態を説明する。図１は本発明の一実施の
形態における光スイッチの概略図である。
【００２１】本発明に係る光スイッチは、シリコンのエ
ネルギーギャップより小さいエネルギーを有する波長帯
の信号光ＳＬが通過するためのシリコンで形成された信
号光導波路１ａおよび前記信号光導波路１ａの周囲を信
号光ＳＬが飛び出さないように保護するための二酸化シ
リコンで形成された導波路保護体１ｂを有する信号光通
過部１と、前記信号光ＳＬを制御するためのシリコンの
エネルギーギャップより大きいエネルギーを有する波長
帯の制御光ＣＬを前記信号光通過部１に導くための二酸
化シリコンで形成された制御光導波路２ａおよび前記制
御光導波路２ａを支持するための導波路支持体２ｂを有
する光制御部２を具備し、前記信号光通過部１と前記光
制御部２とは、前記信号光ＳＬと前記制御光ＣＬとが、
交差するように形成され、前記導波路支持体２ｂは、前
記制御光導波路２ａの有する幅より短い幅を有するもの
である。
ネルギーギャップより小さいエネルギーを有する波長帯
の信号光ＳＬが通過するためのシリコンで形成された信
号光導波路１ａおよび前記信号光導波路１ａの周囲を信
号光ＳＬが飛び出さないように保護するための二酸化シ
リコンで形成された導波路保護体１ｂを有する信号光通
過部１と、前記信号光ＳＬを制御するためのシリコンの
エネルギーギャップより大きいエネルギーを有する波長
帯の制御光ＣＬを前記信号光通過部１に導くための二酸
化シリコンで形成された制御光導波路２ａおよび前記制
御光導波路２ａを支持するための導波路支持体２ｂを有
する光制御部２を具備し、前記信号光通過部１と前記光
制御部２とは、前記信号光ＳＬと前記制御光ＣＬとが、
交差するように形成され、前記導波路支持体２ｂは、前
記制御光導波路２ａの有する幅より短い幅を有するもの
である。
【００２２】本発明にかかる光スイッチによれば、シリ
コンにより形成された信号光通過部１の信号光導波路１
ａに信号光ＳＬが通過する。信号光ＳＬは、シリコンの
エネルギーギャップより低いエネルギーを有する波長帯
の光であるため、シリコン中にエネルギーが奪われるこ
となく通過することができる。信号光導波路１ａの周囲
は、信号光導波路１ａより屈折率の高い二酸化シリコン
で形成された導波路保護体１ｂにより取り囲まれてい
る。これによって、信号光導波路１ａを通過する信号光
ＳＬは、信号光導波路１ａと導波路保護体１ｂとの界面
において、信号光導波路１ａ側に全反射される。このた
め、信号光通過部１を通過する信号光ＳＬは、信号光導
波路１ａ内に閉じ込められ、損失なく伝搬することがで
きる。
コンにより形成された信号光通過部１の信号光導波路１
ａに信号光ＳＬが通過する。信号光ＳＬは、シリコンの
エネルギーギャップより低いエネルギーを有する波長帯
の光であるため、シリコン中にエネルギーが奪われるこ
となく通過することができる。信号光導波路１ａの周囲
は、信号光導波路１ａより屈折率の高い二酸化シリコン
で形成された導波路保護体１ｂにより取り囲まれてい
る。これによって、信号光導波路１ａを通過する信号光
ＳＬは、信号光導波路１ａと導波路保護体１ｂとの界面
において、信号光導波路１ａ側に全反射される。このた
め、信号光通過部１を通過する信号光ＳＬは、信号光導
波路１ａ内に閉じ込められ、損失なく伝搬することがで
きる。
【００２３】このような信号光通過部１を通過する信号
光ＳＬを制御する際に、光制御部２から信号光ＳＬと交
差するような制御光ＣＬを照射する。制御光ＣＬは、シ
リコンのエネルギーギャップより高いエネルギーを有す
る波長帯の光である。制御光ＣＬは、信号光ＳＬと波長
帯が異なるため、信号光ＳＬに直接影響を与えることが
ない。
光ＳＬを制御する際に、光制御部２から信号光ＳＬと交
差するような制御光ＣＬを照射する。制御光ＣＬは、シ
リコンのエネルギーギャップより高いエネルギーを有す
る波長帯の光である。制御光ＣＬは、信号光ＳＬと波長
帯が異なるため、信号光ＳＬに直接影響を与えることが
ない。
【００２４】この制御光ＣＬは、シリコンを酸化するこ
とによりシリコン上に容易に形成することができる二酸
化シリコンで形成された制御光導波路２ａにより信号光
通過部１に導かれる。制御光導波路２ａは、当該制御光
導波路２ａの有する幅より短い幅を有する導波路支持体
２ｂにより支持されている。これにより、制御光導波路
２ａを通過する制御光ＣＬが導波路支持体２ｂを通過す
る際に、土台となる基板３，４等に制御光ＣＬが透過し
て損失するのを抑制することができる。
とによりシリコン上に容易に形成することができる二酸
化シリコンで形成された制御光導波路２ａにより信号光
通過部１に導かれる。制御光導波路２ａは、当該制御光
導波路２ａの有する幅より短い幅を有する導波路支持体
２ｂにより支持されている。これにより、制御光導波路
２ａを通過する制御光ＣＬが導波路支持体２ｂを通過す
る際に、土台となる基板３，４等に制御光ＣＬが透過し
て損失するのを抑制することができる。
【００２５】シリコンで形成された信号光導波路１ａに
シリコンのエネルギーギャップより高いエネルギーを有
する制御光ＣＬを照射することにより、信号光導波路１
ａ中に電子−正孔対が発生する。信号光導波路１ａ中に
所定の電子−正孔対が発生すると自由キャリア効果が生
じ、電子−正孔対によってエネルギーが消費される。
シリコンのエネルギーギャップより高いエネルギーを有
する制御光ＣＬを照射することにより、信号光導波路１
ａ中に電子−正孔対が発生する。信号光導波路１ａ中に
所定の電子−正孔対が発生すると自由キャリア効果が生
じ、電子−正孔対によってエネルギーが消費される。
【００２６】ここで、自由キャリア効果について説明す
る。シリコンのエネルギーギャップ以上のエネルギーを
有する制御光ＣＬが照射されると、シリコンの価電子帯
から伝導帯へ電子が励起される。電子の励起に伴って正
孔も価電子体に生じ、それぞれにおいて、電子-正孔対
が形成される。この電子-正孔対は自由キャリアとして
自由に信号光導波路内を移動することができる。この電
子−正孔対の運動によりエネルギーが消費される。ま
た、電子−正孔対が存在することにより、結果として部
分的に信号光導波路１ａの内部抵抗が小さくなり、イン
ピーダンスの不整合が生じる。このような不整合部分に
おいては、信号光ＳＬは反射、拡散されてしまう。この
ように、自由キャリア効果が生じると信号光導波路１ａ
内においてエネルギーが消費される。
る。シリコンのエネルギーギャップ以上のエネルギーを
有する制御光ＣＬが照射されると、シリコンの価電子帯
から伝導帯へ電子が励起される。電子の励起に伴って正
孔も価電子体に生じ、それぞれにおいて、電子-正孔対
が形成される。この電子-正孔対は自由キャリアとして
自由に信号光導波路内を移動することができる。この電
子−正孔対の運動によりエネルギーが消費される。ま
た、電子−正孔対が存在することにより、結果として部
分的に信号光導波路１ａの内部抵抗が小さくなり、イン
ピーダンスの不整合が生じる。このような不整合部分に
おいては、信号光ＳＬは反射、拡散されてしまう。この
ように、自由キャリア効果が生じると信号光導波路１ａ
内においてエネルギーが消費される。
【００２７】エネルギー保存則により、自由キャリア効
果の相互作用として信号光ＳＬのエネルギーが減衰され
る。すなわち、信号光ＳＬは、光スイッチを通過するこ
とができなくなる。制御光ＣＬの照射を止めると電子−
正孔対が発生しなくなるため、信号光のエネルギーの減
衰がなくなり、再び信号光ＳＬが光スイッチを通過する
ことができるようになる。
果の相互作用として信号光ＳＬのエネルギーが減衰され
る。すなわち、信号光ＳＬは、光スイッチを通過するこ
とができなくなる。制御光ＣＬの照射を止めると電子−
正孔対が発生しなくなるため、信号光のエネルギーの減
衰がなくなり、再び信号光ＳＬが光スイッチを通過する
ことができるようになる。
【００２８】このようにして、互いに馴染みのよいシリ
コンおよび二酸化シリコンで光スイッチを容易に形成す
ることができる。また、制御光ＣＬの照射を制御するこ
とにより、自由キャリア効果を利用して容易かつ電力を
消費することなく信号光ＳＬを制御することができる。
さらに、屈折率や光路長に関係なく光スイッチを構成す
ることができるため、光スイッチをコンパクトに形成す
ることができる。
コンおよび二酸化シリコンで光スイッチを容易に形成す
ることができる。また、制御光ＣＬの照射を制御するこ
とにより、自由キャリア効果を利用して容易かつ電力を
消費することなく信号光ＳＬを制御することができる。
さらに、屈折率や光路長に関係なく光スイッチを構成す
ることができるため、光スイッチをコンパクトに形成す
ることができる。
【００２９】なお、信号光ＳＬは、単一モード伝搬する
光であっても多モード伝搬する光であっても構わない
が、単一モード伝搬する光を信号光ＳＬとして用いた場
合、信号光導波路１ａの幅が小さくても伝搬するため、
光スイッチをよりコンパクトに形成することができる。
光であっても多モード伝搬する光であっても構わない
が、単一モード伝搬する光を信号光ＳＬとして用いた場
合、信号光導波路１ａの幅が小さくても伝搬するため、
光スイッチをよりコンパクトに形成することができる。
【００３０】本実施の形態においては、前記信号光通過
部１および光制御部２は、シリコン基板３上に二酸化シ
リコン層４が積層された基板上に形成され、前記導波路
支持体２ｂは、二酸化シリコンで形成されるように構成
される。
部１および光制御部２は、シリコン基板３上に二酸化シ
リコン層４が積層された基板上に形成され、前記導波路
支持体２ｂは、二酸化シリコンで形成されるように構成
される。
【００３１】集積回路基板としては、シリコン基板３上
に二酸化シリコンが積層されたシリコン集積回路が多く
用いられる。この場合、シリコン集積回路の二酸化シリ
コン層４上に、信号光通過部１の導波路保護体１ｂおよ
び光制御部２の導波路支持体２ｂが同じ二酸化シリコン
で形成される。
に二酸化シリコンが積層されたシリコン集積回路が多く
用いられる。この場合、シリコン集積回路の二酸化シリ
コン層４上に、信号光通過部１の導波路保護体１ｂおよ
び光制御部２の導波路支持体２ｂが同じ二酸化シリコン
で形成される。
【００３２】このように、互いに馴染みのよい材料によ
り光スイッチをシリコン集積回路基板上に形成するた
め、シリコン集積回路上に容易に光スイッチを形成する
ことができる。
り光スイッチをシリコン集積回路基板上に形成するた
め、シリコン集積回路上に容易に光スイッチを形成する
ことができる。
【００３３】本実施の形態においては、信号光導波路１
ａは、所定のシリコン結晶欠陥を内包されてなるように
構成される。
ａは、所定のシリコン結晶欠陥を内包されてなるように
構成される。
【００３４】この場合、シリコンで信号光導波路１ａを
形成する際に、予め所定のシリコン結晶欠陥が内包され
る。シリコン中にシリコン結晶欠陥が内包されていると
電子−正孔対が発生し易いことが知られている。
形成する際に、予め所定のシリコン結晶欠陥が内包され
る。シリコン中にシリコン結晶欠陥が内包されていると
電子−正孔対が発生し易いことが知られている。
【００３５】このようなシリコン結晶欠陥を信号光導波
路１ａに内包させることにより、制御光照射による電子
−正孔対の発生を促進させることができる。したがっ
て、制御光を照射してから信号光が減衰するまでの応答
速度を向上させることができる。
路１ａに内包させることにより、制御光照射による電子
−正孔対の発生を促進させることができる。したがっ
て、制御光を照射してから信号光が減衰するまでの応答
速度を向上させることができる。
【００３６】なお、本実施の形態においては、内包させ
る前記シリコン結晶欠陥は、前記信号光導波路１ａの前
記制御光ＣＬが照射される部位近傍に内包させる。この
場合、制御光ＣＬを照射しない際に、信号光ＳＬを信号
光通過部１において減衰させることなく、効率よく通過
させることができる。
る前記シリコン結晶欠陥は、前記信号光導波路１ａの前
記制御光ＣＬが照射される部位近傍に内包させる。この
場合、制御光ＣＬを照射しない際に、信号光ＳＬを信号
光通過部１において減衰させることなく、効率よく通過
させることができる。
【００３７】ここで、本実施の形態における光スイッチ
において、信号光通過部１および光制御部２の位置関係
について説明する。図２は図１の光スイッチの側面図で
ある。図２（ａ）は制御光ＣＬ照射方向からの側面図で
あり、図２（ｂ）は信号光照射方向からの側面図であ
る。
において、信号光通過部１および光制御部２の位置関係
について説明する。図２は図１の光スイッチの側面図で
ある。図２（ａ）は制御光ＣＬ照射方向からの側面図で
あり、図２（ｂ）は信号光照射方向からの側面図であ
る。
【００３８】信号光ＳＬおよび制御光ＣＬが交差するの
であれば、信号光導波路１ａおよび制御光導波路２ａ
は、どのような角度をもって配置されてもよいが、本実
施の形態においては、前記制御光導波路２ａおよび前記
信号光導波路１ａは、前記制御光ＣＬが前記信号光ＳＬ
に対して垂直に入射されるように配置されるように構成
される。
であれば、信号光導波路１ａおよび制御光導波路２ａ
は、どのような角度をもって配置されてもよいが、本実
施の形態においては、前記制御光導波路２ａおよび前記
信号光導波路１ａは、前記制御光ＣＬが前記信号光ＳＬ
に対して垂直に入射されるように配置されるように構成
される。
【００３９】この場合、信号光通過部１における制御光
ＣＬの照射部位を短くすることができるため、光スイッ
チをよりコンパクトに形成することができる。また、信
号光導波路１ａにシリコン結晶欠陥を内包させる場合、
結晶欠陥をより効率よく内包させることができるため、
信号光に影響を与えることなく応答速度の速い光スイッ
チを形成することができる。
ＣＬの照射部位を短くすることができるため、光スイッ
チをよりコンパクトに形成することができる。また、信
号光導波路１ａにシリコン結晶欠陥を内包させる場合、
結晶欠陥をより効率よく内包させることができるため、
信号光に影響を与えることなく応答速度の速い光スイッ
チを形成することができる。
【００４０】本実施の形態においては、図２に示される
ように、前記制御光導波路２ａは、前記制御光ＣＬの一
部が前記導波路保護体１ｂにも入射されるように配置さ
れるように構成される。
ように、前記制御光導波路２ａは、前記制御光ＣＬの一
部が前記導波路保護体１ｂにも入射されるように配置さ
れるように構成される。
【００４１】この場合、制御光導波路２ａからの制御光
ＣＬの一部がまっすぐ信号光導波路１ａに照射される。
また、制御光ＣＬの一部が導波路保護体１ｂを通って導
波路保護体１ｂの外面部すなわち空気との界面で反射さ
れつつ、信号光導波路１ａの周囲を巡回するように導波
路保護体１ｂ内を通過する。その後、前記界面で反射し
た信号光導波路１ａに衝突した部位で制御光ＣＬは、自
由キャリア効果を生じさせる。
ＣＬの一部がまっすぐ信号光導波路１ａに照射される。
また、制御光ＣＬの一部が導波路保護体１ｂを通って導
波路保護体１ｂの外面部すなわち空気との界面で反射さ
れつつ、信号光導波路１ａの周囲を巡回するように導波
路保護体１ｂ内を通過する。その後、前記界面で反射し
た信号光導波路１ａに衝突した部位で制御光ＣＬは、自
由キャリア効果を生じさせる。
【００４２】これにより、制御光ＣＬが信号光導波路１
ａに照射される表面積がより大きくなり自由キャリア効
果の発生を促進させることができ、応答速度をより早く
することができる。
ａに照射される表面積がより大きくなり自由キャリア効
果の発生を促進させることができ、応答速度をより早く
することができる。
【００４３】続いて、本実施の形態における光スイッチ
の形成方法について説明する。本実施の形態において
は、シリコン基板上にエピタキシャル成長させることに
より各部を積層させる。エピタキシャル成長とは、物質
を真空中で気化または蒸発させ、下地単結晶表面上に吸
着、成長させるとその下地結晶の影響を受けて成長面お
よび軸方向がその下地結晶のものと一致して単結晶状の
薄膜ができる現象を利用したものである。
の形成方法について説明する。本実施の形態において
は、シリコン基板上にエピタキシャル成長させることに
より各部を積層させる。エピタキシャル成長とは、物質
を真空中で気化または蒸発させ、下地単結晶表面上に吸
着、成長させるとその下地結晶の影響を受けて成長面お
よび軸方向がその下地結晶のものと一致して単結晶状の
薄膜ができる現象を利用したものである。
【００４４】本発明の光スイッチは、シリコンとそれを
酸化して得られる二酸化シリコンのみで構成されてい
る。よってシリコン基板上に各部を容易にエピタキシャ
ル成長させることができる。この際、成長基板として用
いたシリコン基板を本実施の形態におけるシリコン基板
３としてそのまま光スイッチ全体を形成することが可能
である。
酸化して得られる二酸化シリコンのみで構成されてい
る。よってシリコン基板上に各部を容易にエピタキシャ
ル成長させることができる。この際、成長基板として用
いたシリコン基板を本実施の形態におけるシリコン基板
３としてそのまま光スイッチ全体を形成することが可能
である。
【００４５】特に、本実施の形態においては、分子線エ
ピタキシー法（ＭＢＥ；MolecularBeam Epitaxy法）が
用いられる。ＭＢＥ法は、１０-10Torr程度の長光真空
中で基板に分子線または原子線を入射させ、基板上にエ
ピタキシャル成長層を形成する方法であって、高度に制
御された真空蒸着法である。このようなＭＢＥ法を用い
ることによって、より高精度かつコンパクトに光スイッ
チを形成することができる。
ピタキシー法（ＭＢＥ；MolecularBeam Epitaxy法）が
用いられる。ＭＢＥ法は、１０-10Torr程度の長光真空
中で基板に分子線または原子線を入射させ、基板上にエ
ピタキシャル成長層を形成する方法であって、高度に制
御された真空蒸着法である。このようなＭＢＥ法を用い
ることによって、より高精度かつコンパクトに光スイッ
チを形成することができる。
【００４６】本実施の形態においては、前記信号光導波
路１ａおよび／または前記制御光導波路２ａの断面は四
角形状であるように形成される。
路１ａおよび／または前記制御光導波路２ａの断面は四
角形状であるように形成される。
【００４７】この場合、積層し易い四角形状に信号光導
波路１ａおよび／または制御光導波路２ａを形成するこ
とにより、光スイッチの形成をより容易にすることがで
きる。また、これらを四角形状に形成することにより、
信号光導波路１ａから信号光が透過してしまったり、制
御光導波路２ａから制御光が透過してしまうことを抑制
し、信号光ＳＬおよび制御光ＣＬの損失をより小さくす
ることができる。
波路１ａおよび／または制御光導波路２ａを形成するこ
とにより、光スイッチの形成をより容易にすることがで
きる。また、これらを四角形状に形成することにより、
信号光導波路１ａから信号光が透過してしまったり、制
御光導波路２ａから制御光が透過してしまうことを抑制
し、信号光ＳＬおよび制御光ＣＬの損失をより小さくす
ることができる。
【００４８】なお、一枚の基板上に複数の光スイッチを
並列に形成することも可能である。さらに、これらの光
スイッチを用い、並列に接続させることも可能である。
並列に形成することも可能である。さらに、これらの光
スイッチを用い、並列に接続させることも可能である。
【００４９】この場合、１つの集積回路基板上に複数の
光スイッチを設置する場合においても複数の光スイッチ
を一度に形成することができる。また、積層方向に複数
の光スイッチを形成して多層化することも可能である。
光スイッチを設置する場合においても複数の光スイッチ
を一度に形成することができる。また、積層方向に複数
の光スイッチを形成して多層化することも可能である。
【００５０】
【発明の効果】本発明に係る光スイッチによれば、互い
に馴染みのよいシリコンおよび二酸化シリコンで光スイ
ッチを容易に形成することができる。また、制御光の照
射を制御することにより、自由キャリア効果を利用して
容易かつ電力を消費することなく信号光を制御すること
ができる。さらに、屈折率や光路長に関係なく光スイッ
チを構成することができるため、光スイッチをコンパク
トに形成することができる。
に馴染みのよいシリコンおよび二酸化シリコンで光スイ
ッチを容易に形成することができる。また、制御光の照
射を制御することにより、自由キャリア効果を利用して
容易かつ電力を消費することなく信号光を制御すること
ができる。さらに、屈折率や光路長に関係なく光スイッ
チを構成することができるため、光スイッチをコンパク
トに形成することができる。
【図１】本発明の一実施の形態における光スイッチの概
略図である。
略図である。
【図２】図１の光スイッチの側面図である。
１…信号光通過部 １ａ…信号光導波路 １ｂ…導波路
保護体 ２…光制御部 ２ａ…制御光導波路 ２ｂ…導波路支持体 ３…シリコ
ン基板 ４…二酸化シリコン層 ＳＬ…信号光 ＣＬ…
制御光
保護体 ２…光制御部 ２ａ…制御光導波路 ２ｂ…導波路支持体 ３…シリコ
ン基板 ４…二酸化シリコン層 ＳＬ…信号光 ＣＬ…
制御光
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 新井 泰彦
大阪府吹田市山手町３丁目３番35号 学校
法人 関西大学 工学部内
(72)発明者 前田 裕
大阪府吹田市山手町３丁目３番35号 学校
法人 関西大学 工学部内
(72)発明者 田村 進
大阪府吹田市山手町３丁目３番35号 学校
法人 関西大学 工学部内
(72)発明者 中村 和広
大阪府吹田市山手町３丁目３番35号 学校
法人 関西大学 工学部内
Ｆターム(参考） 2H079 AA08 AA13 BA01 CA05 DA16
DA25 EA03 EA07 EA08
Claims (3)
- 【請求項１】 シリコンのエネルギーギャップより小さ
いエネルギーを有する波長帯の信号光が通過するための
シリコンで形成された信号光導波路および前記信号光導
波路の周囲を信号光が飛び出さないように保護するため
の二酸化シリコンで形成された導波路保護体を有する信
号光通過部と、 前記信号光を制御するためのシリコンのエネルギーギャ
ップより大きいエネルギーを有する波長帯の制御光を前
記信号光通過部に導くための二酸化シリコンで形成され
た制御光導波路および前記制御光導波路を支持するため
の導波路支持体を有する光制御部とを具備し、 前記信号光通過部と前記光制御部とは、前記信号光と前
記制御光とが、交差するように形成され、 前記導波路支持体は、前記制御光導波路の有する幅より
短い幅を有することを特徴とする光スイッチ。 - 【請求項２】 前記信号光通過部および光制御部は、シ
リコン基板上に二酸化シリコンが積層された基板上に形
成され、 前記導波路支持体は、二酸化シリコンで形成されること
を特徴とする請求項１記載の光スイッチ。 - 【請求項３】 信号光導波路は、所定のシリコン結晶欠
陥を内包されてなることを特徴とする請求項１または２
記載の光スイッチ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002073946A JP2003270593A (ja) | 2002-03-18 | 2002-03-18 | 光スイッチ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002073946A JP2003270593A (ja) | 2002-03-18 | 2002-03-18 | 光スイッチ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003270593A true JP2003270593A (ja) | 2003-09-25 |
Family
ID=29203477
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002073946A Pending JP2003270593A (ja) | 2002-03-18 | 2002-03-18 | 光スイッチ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003270593A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008262052A (ja) * | 2007-04-12 | 2008-10-30 | Shin Etsu Chem Co Ltd | 光導波路装置および光導波路装置の製造方法 |
-
2002
- 2002-03-18 JP JP2002073946A patent/JP2003270593A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008262052A (ja) * | 2007-04-12 | 2008-10-30 | Shin Etsu Chem Co Ltd | 光導波路装置および光導波路装置の製造方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| RD04 | Notification of resignation of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424 Effective date: 20040707 |
|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20050318 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20070510 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20070608 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20080111 |
|
| RD04 | Notification of resignation of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424 Effective date: 20080618 |