JP2004170836A

JP2004170836A - Variable light attenuator

Info

Publication number: JP2004170836A
Application number: JP2002338833A
Authority: JP
Inventors: Mitsutoshi Takahashi; 光俊高橋; Shingo Uchiyama; 真吾内山
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2002-11-22
Filing date: 2002-11-22
Publication date: 2004-06-17
Anticipated expiration: 2022-11-22
Also published as: JP3957190B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a variable light attenuator, in which optional light attenuation amount can be provided by electric control, using a waveguide having a silicon fine line as a core that is covered with a clad, such as an insulator. <P>SOLUTION: An n-type carrier supply part 105 is composed of silicon to which oxygen or nitrogen is doped, in addition to an n-type impurity, and a p-type carrier supply part 106 is composed of silicon to which oxygen or the nitrogen is doped, in addition to a p-type impurity. Even in the region where these are formed, the material of the surroundings of the core 103 is of lower refractive index, with the light being confined in the core 103. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電圧印加で容易に光の減衰を行える可変光減衰器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＤＷＤＭ（ＤｅｎｓｅＷａｖｅｌｅｎｇｔｈＤｉｖｉｓｉｏｎＭｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ：狭帯域波長分割多重）システム等では、例えばＥＤＦＡ（ＥｒＤｏｐｅｄＦｉｂｅｒＡｍｐｌｉｆｉｅｒ：Ｅｒドープ光ファイバアンプ）を利用して光ファイバ中を伝搬する光信号を増幅するとともに、光ファイバ中を伝搬する信号光を任意の光強度に減衰させる技術も必要である。
【０００３】
信号光を減衰させる可変光減衰器として、リブ型導波路を用いたものが実用化されている（非特許文献１参照）。これは、ＳＯＩ（ＳｉｌｉｃｏｎｏｎＩｎｓｕｌａｔｏｒ）基板の上に形成されたリブ型導波路の一部に、リブを挟むようにｐ形不純物が導入されたｐ形半導体領域とｎ形不純物が導入されたｎ形半導体領域とを設け、ＰＩＮ構造としたものである。この可変光減衰器では、リブの一部に設けられたＰＩＮ構造に、順方向電流を流すことで自由キャリアを発生させ、リブを導波する信号光を減衰させようとしたものである。
【０００４】
図７は、上述した従来よりある可変光減衰器の構成を示す平面図（ａ）及び断面図（ｂ）である。この可変光減衰器は、例えば石英などの絶縁基板からなる下部クラッド７０１の上に形成されたシリコン層７０２にリッジを形成してコア７０３とし、コア７０３の一部の両脇のクラッド層７０４に、ｐ形不純物導入部７０５，ｎ形不純物導入部７０６を形成したものである。なお、ｐ形不純物導入部７０５，ｎ形不純物導入部７０６には、各々金属パッド７０７，７０８が接続されている。
【０００５】
コア７０３は、クラッド層７０４より厚く形成されており、コア７０３の有効屈折率がクラッド層７０４の有効屈折率より相対的に大きなものとなっている。この有効屈折率の差により、コア７０３に光を閉じ込めることが可能となり、コア７０３が導波路として機能する。コア７０３は、例えば、幅４μｍ高さ４μｍ程度に形成され、クラッド層７０４は厚さ２μｍ程度に形成されている。なお、コア７０３のクラッド層７０４上の部分は、高さ２μｍである。このようなリブ型の導波路を導波する光は、コア７０３の部分に最大強度を持ち、クラッド層７０４に数μｍ程度広がった状態で伝搬していく。
【０００６】
このようなリブ型の導波路構造の可変光減衰器では、金属パッド７０７から金属パッド７０８に電流が流れる方向に電圧を印加することで、ｐ形不純物導入部７０５とｎ形不純物導入部７０６に挟まれた領域を通過する光を減衰させることができる。上述したように電圧を印加することで、コア７０３に対し、ｐ形不純物導入部７０５からは正孔が注入され、ｎ形不純物導入部７０６からは電子が注入され、これら注入されたキャリアがコア７０３を伝搬する光を吸収することによって、コア７０３を伝搬する光を減衰させる。
【０００７】
コア７０３に注入されるキャリアは、上記電圧の大きさに応じた量となり、印加する電圧を可変することにより、減衰量を可変することができる。
ここで、不純物が導入されている部分は、電圧が印加されていなくても光を吸収する。従って、ｐ形不純物導入部７０５とｎ形不純物導入部７０６は、コア７０３より所定距離離して形成することになる。
【０００８】
一方、近年では、より集積度を向上させた光集積回路を作製するために、断面方向の寸法を０．２〜０．５μｍと非常に小さくしたシリコン細線をコアとした導波路が開発されている。これは、下部クラッド上のシリコン層にコアとクラッド層とを形成するのではなく、例えば、図８の斜視図に示すように、酸化シリコンや窒化シリコンなどの絶縁体からなる下部クラッド８０１の上に、シリコンの細線からなるコア８０２を形成し、コア８０２を酸化シリコンや窒化シリコンなどの絶縁体からなる上部クラッド８０３で覆ったものである。このようにシリコン細線をコアに用いることで、前述したリブ型の導波路を用いる場合よりも、より小さな光集積回路を構成することが可能となる。
【０００９】
【非特許文献１】
”ＰｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓｏｆｔｈｅＳＰＩＥ” ＴｈｅＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＳｏｃｉｅｔｙｆｏｒＯｐｔｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ．ｖｏｌ４２９３，ｐ１−９（２００１）
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上述したシリコン細線による導波路では、シリコン細線による導波路は、コアと同じ材料からなるクラッド層がない代わりに、シリコン細線からなるコアとこれを覆うシリコン酸化物などのクラッドから構成されているため、キャリアを注入するための不純物導入領域を、コア周囲のクラッドに形成することができない。このように、シリコン細線を用いて前述した不純物導入部を利用した光減衰器を構成することが、困難であるという問題があった。
【００１１】
ここで、コアの両側に接するように不純物を導入したシリコン層を配置することで、可変光減衰器とするためのキャリアを注入する層を設けることは可能である。しかしながらこの場合、不純物が導入された領域とコアとは屈折率差がほとんど無いため、導波路の中の光強度の大きな領域に不純物が導入された領域が配置されることになる。このように、導波路の中の光強度の大きな領域に不純物が導入された領域が存在すると、電圧が印加されていなくても、この領域で光が吸収されて減衰してしまう。これでは、例えば信号光を減衰させずに伝搬させることができない。
【００１２】
本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、シリコン細線をコアとしてこれを絶縁物などのクラッドで覆った導波路で、電気制御により任意の光減衰量を与えられる可変光減衰器を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る可変光減衰器は、下部クラッド層と、この下部クラッド層上に形成されたシリコンからなるコアと、このコアの一部に接するｎ形キャリア供給部と、このｎ形キャリア供給部にコアを介して対向してコアに接するｐ形キャリア供給部と、コアを覆うように下部クラッド層上に形成された上部クラッド層と、ｎ形キャリア供給部及びｐ形キャリア供給部に各々形成された電極とを少なくとも備え、ｎ形キャリア供給部は、ｎ形不純物に加えて酸素もしくは窒素が添加されたシリコンから構成され、ｐ形キャリア供給部は、ｐ形不純物に加えて酸素もしくは窒素が添加されたシリコンから構成されているようにしたものである。
この可変光減衰器では、ｎ形キャリア供給部及びｐ形キャリア供給部が形成された領域においても、コアの周囲がより屈折率の低い材料となっており、光がコアに閉じ込められる状態となっている。
【００１４】
上記可変光減衰器において、上部クラッド層は、酸素もしくは窒素が添加されたシリコンから構成されていてもよい。このとき、ｎ形キャリア供給部は、上部クラッド層の一部にｎ形不純物が導入された領域であり、ｐ形キャリア供給部は、上部クラッド層の一部にｐ形不純物が導入された領域であるようにしてもよい。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。
［実施の形態１］
図１は、本発明の第１の実施の形態における可変光減衰器の構成例を示す平面図である。また、図２，図３は、図１に示した可変光減衰器の断面を模式的に示す断面図であり、図２は、図１のＡＡ’線の断面を示し、図３は、図１のＢＢ’線の断面を示している。以下、これら図１，図２，図３を参照し、本実施の形態における可変光減衰器について説明する。
【００１６】
本実施の形態における可変光減衰器では、まず、単結晶シリコンからなる基板１０１の上に、酸化シリコンからなる下部クラッド層１０２を備え、下部クラッド層１０２の上に、導波路を構成するコア１０３が形成されている。コア１０３は、断面視、幅及び厚さがともに０．２〜０．５μｍ程度のシリコン細線となっている。
【００１７】
また、コア１０３の上部及び両側面を覆うように、酸素が添加されたシリコン（例えばポリシリコン）からなる上部クラッド層１０４が形成され、コア１０３とともに導波路を構成している。シリコンは、酸素が添加されることで、屈折率が低下する（Ｗ．Ｃ．Ｌａｉｅｔ．ａｌ ”ＧｒｏｗｔｈａｎｄＣｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎｏｆＰＥＣＶＤＳｅｍｉ−ｉｎｓｕｌａｔｉｎｇＰｏｌｙｓｉｌｉｃｏｎＦｉｌｍｓａｎｄＲｅｓｉｓｔｏｒｓ” ＪｏｕｒｎａｌｏｆＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＭａｔｅｒｉａｌｓ，ｖｏｌ．１９，ｐ．４１９−４２３，１９９０．）。従って、コア１０３は、コア１０３より低い屈折率の上部クラッド層１０４で覆われていることになる。
【００１８】
加えて、本実施の形態の可変光減衰器では、導波路の一部の上部クラッド層１０４に、ｐ形の不純物が導入されたｐ形キャリア供給部１０５と、ｎ形の不純物が導入されたｎ形キャリア供給部１０６とが、コア１０３を挟むように形成されている。ｐ形キャリア供給部１０５には、ｐ側電極１０７が接触して設けられ、ｎ形キャリア供給部１０６には、ｎ側電極１０８が接触して設けられている。
ｐ形キャリア供給部１０５は、上部クラッド層１０４の一部に、例えばイオン注入法などにより、ホウ素などの不純物を導入することで形成できる。同様に、ｎ形キャリア供給部１０６は、例えばイオン注入法などにより、リンやヒ素などを導入することで形成できる。
【００１９】
以上に構成を示した図１，２，３に示す可変光減衰器によれば、コア１０３を中心とした導波路の一部領域に、ｐ形キャリア供給部１０５，コア１０３，ｎ形キャリア供給部１０６とからなるＰＩＮダイオード構造が設けられている。従って、ｐ側電極１０７とｎ側電極１０８との間に順方向の電圧を印加することで、これらに挟まれたシリコン細線であるコア１０３に、電子とホールとを注入することができる。
【００２０】
上述したように順方向に電圧を印加することで、コア１０３に対し、ｐ形キャリア供給部１０５からは正孔が注入され、ｎ形キャリア供給部１０６からは電子が注入され、これら注入されたキャリアがコア１０３を伝搬する光を吸収することによって、コア１０３を伝搬する光を減衰させる。また、ｐ側電極１０７とｎ側電極１０８とに印加する電圧の大きさを変化させることで、ｐ形キャリア供給部１０５及びｎ形キャリア供給部１０６からコア１０３に注入されるキャリアの量も変化し、上述した光の減衰を可変とすることが可能となる。
【００２１】
また、酸素が添加されたシリコンからなるｐ形キャリア供給部１０５及びｎ形キャリア供給部１０６は、コア１０３より屈折率が小さいため、これらの領域においても、光はコア１０３に閉じ込められた状態となっている。言い換えると、本実施の形態における可変光減衰器では、コア１０３に対してキャリアを供給するｐ形キャリア供給部１０５及びｎ形キャリア供給部１０６が、光強度の大きな領域外に配置されている。この結果、この可変光減衰器では、ｐ側電極１０７とｎ側電極１０８とに電圧を印加しない状態において、導波している光が、ｐ形キャリア供給部１０５及びｎ形キャリア供給部１０６により減衰されてしまうことが抑制されるようになる。
【００２２】
［実施の形態２］
つぎに、本発明の第２の実施の形態について説明する。図４は、本実施の形態における可変光減衰器の構成例を示す平面図である。また、図５，図６は、図４に示した可変光減衰器の断面を模式的に示す断面図であり、図５は、図４のＡＡ’線の断面を示し、図６は、図４のＢＢ’線の断面を示している。以下、これら図４，図５，図６を参照し、本実施の形態における可変光減衰器について説明する。
【００２３】
本実施の形態における可変光減衰器では、まず、単結晶シリコンからなる基板２０１の上に、酸化シリコンからなる下部クラッド層２０２を備え、下部クラッド層２０２の上に、導波路を構成するコア２０３が形成されている。コア２０３は、断面視、幅及び厚さがともに０．２〜０．５μｍ程度のシリコン細線となっている。
【００２４】
また、本実施の形態の可変光減衰器では、コア２０３の一部領域に、酸素を含みかつｐ形の不純物が導入されたシリコンからなるｐ形キャリア供給部２０５と、酸素を含みかつｎ形の不純物が導入されたシリコンからなるｎ形キャリア供給部２０６とが、コア２０３を挟むように形成されている。なお、ｐ形キャリア供給部２０５には、ｐ側電極２０７が接触して設けられ、ｎ形キャリア供給部２０６には、ｎ側電極２０８が接触して設けられている。
【００２５】
また、コア２０３を覆うように、例えば、シリコンより低い屈折率のポリイミドからなる上部クラッド層２０４が形成され、コア２０３とともに導波路を構成している。なお、上部クラッド層２０４は、上記ポリイミドに限らず、酸化シリコン（ＳｉＯ_２），酸化窒化シリコン（ＳｉＯＮ）などの無機材料や、エポキシ，シリコーン樹脂などの有機材料など、シリコンより低い屈折率の材料を用いるようにしても同様である。前述した実施の形態では、上部クラッド層と各キャリア供給部とを、酸素を含んだシリコンから構成するようにしたが、本実施の形態では、上部クラッド層と各キャリア供給部とを、異なる材料から構成した。
【００２６】
ここで、図５にも示しように、上部クラッド層２０４は、ｐ形キャリア供給部２０５及びｎ形キャリア供給部２０６が形成されている領域においても形成されている。コア２０３のｐ形キャリア供給部２０５及びｎ形キャリア供給部２０６に挟まれた領域では、少なくともコア２０３のｐ形キャリア供給部２０５及びｎ形キャリア供給部２０６から露出している部分が、上部クラッド層２０４により覆われている。図４，図５では、上部クラッド層２０４が、ｐ形キャリア供給部２０５，ｎ形キャリア供給部２０６及びｐ側電極２０７，ｎ側電極２０８の一部を覆うように形成されている例を示している。
【００２７】
以上に構成を示した図４，５，６に示す可変光減衰器によれば、コア２０３を中心とした導波路の一部領域に、ｐ形キャリア供給部２０５，コア２０３，ｎ形キャリア供給部２０６とからなるＰＩＮダイオード構造が設けられている。従って、ｐ側電極２０７とｎ側電極２０８との間に順方向の電圧を印加することで、これらに挟まれたシリコン細線であるコア２０３に、電子とホールとを注入することができる。
【００２８】
上述したように順方向に電圧を印加することで、コア２０３に対し、ｐ形キャリア供給部２０５からは正孔が注入され、ｎ形キャリア供給部２０６からは電子が注入され、これら注入されたキャリアがコア２０３を伝搬する光を吸収することによって、コア２０３を伝搬する光を減衰させる。また、ｐ側電極２０７とｎ側電極２０８とに印加する電圧の大きさを変化させることで、ｐ形キャリア供給部２０５及びｎ形キャリア供給部２０６からコア２０３に注入されるキャリアの量も変化し、上述した光の減衰を可変とすることが可能となる。
【００２９】
また、酸素が添加されたシリコンからなるｐ形キャリア供給部２０５及びｎ形キャリア供給部２０６は、コア２０３より屈折率が小さいため、これらの領域においても、光はコア２０３に閉じ込められた状態となっている。言い換えると、本実施の形態における可変光減衰器では、コア２０３に対してキャリアを供給するｐ形キャリア供給部２０５及びｎ形キャリア供給部２０６が、光強度の大きな領域外に配置されている。この結果、この可変光減衰器では、ｐ側電極２０７とｎ側電極２０８とに電圧を印加しない状態において、導波している光が、ｐ形キャリア供給部２０５及びｎ形キャリア供給部２０６により減衰されてしまうことが抑制されるようになる。
【００３０】
なお、上述では、酸素が添加されたシリコンを用いてｐ形キャリア供給部及びｎ形キャリア供給部を形成するようにしたが、窒素が添加されたシリコンを用いてｐ形キャリア供給部及びｎ形キャリア供給部を形成するようにしても同様である。シリコンに窒素を添加することで、屈折率を小さくすることができる。また、上部クラッド層に、窒素を添加したシリコンを用いるようにしてもよい。また、酸素もしくは窒素を添加したシリコンは、単結晶シリコンであっても良く、多結晶シリコンであっても良く、また、非晶質シリコンであってもよい。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、ｎ形キャリア供給部を、ｎ形不純物に加えて酸素もしくは窒素が添加されたシリコンから構成し、ｐ形キャリア供給部を、ｐ形不純物に加えて酸素もしくは窒素が添加されたシリコンから構成したので、これらが形成されている領域においても、コアの周囲がより屈折率の低い材料となっており、光がコアに閉じ込められる状態となっている。
この結果、本発明によれば、シリコン細線をコアとしてこれを絶縁物などのクラッドで覆った導波路で、電気制御により任意の光減衰量を与えられる可変光減衰器が提供できるという優れた効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態における可変光減衰器の構成例を示す平面図である。
【図２】図１に示した可変光減衰器の断面を模式的に示す断面図である。
【図３】図１に示した可変光減衰器の断面を模式的に示す断面図である。
【図４】本発明の他の実施の形態における可変光減衰器の構成例を示す平面図である。
【図５】図４に示した可変光減衰器の断面を模式的に示す断面図である。
【図６】図５に示した可変光減衰器の断面を模式的に示す断面図である。
【図７】上述した従来よりある可変光減衰器の構成を示す平面図（ａ）及び断面図（ｂ）である。
【図８】シリコン細線による導波路構成を模式的に示す斜視図である。
【符号の説明】
１０１…基板、１０２…下部クラッド層、１０３…コア、１０４…上部クラッド層、１０５…ｐ形キャリア供給部、１０６…ｎ形キャリア供給部、１０７…ｐ側電極、１０８…ｎ側電極。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a variable optical attenuator that can easily attenuate light by applying a voltage.
[0002]
[Prior art]
In a DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing) system, for example, an optical signal propagating in an optical fiber is amplified using an EDFA (Er Doped Fiber Amplifier) and an optical fiber. There is also a need for a technique for attenuating signal light propagating therethrough to an arbitrary light intensity.
[0003]
As a variable optical attenuator for attenuating signal light, a variable optical attenuator using a rib waveguide has been put into practical use (see Non-Patent Document 1). This is because a part of a rib-type waveguide formed on an SOI (Silicon on Insulator) substrate has a p-type semiconductor region in which a p-type impurity is introduced so as to sandwich a rib and an n-type impurity in which an n-type impurity is introduced. And a PIN-shaped semiconductor region. In this variable optical attenuator, free carriers are generated by passing a forward current through a PIN structure provided in a part of a rib to attenuate signal light guided through the rib.
[0004]
FIG. 7 is a plan view (a) and a cross-sectional view (b) showing the configuration of the conventional variable optical attenuator described above. In this variable optical attenuator, a ridge is formed on a silicon layer 702 formed on a lower clad 701 made of, for example, an insulating substrate such as quartz to form a core 703, and a clad layer 704 on both sides of a part of the core 703 is formed. , P-type impurity introduction part 705 and n-type impurity introduction part 706 are formed. The metal pads 707 and 708 are connected to the p-type impurity introduction part 705 and the n-type impurity introduction part 706, respectively.
[0005]
The core 703 is formed thicker than the cladding layer 704, and the effective refractive index of the core 703 is relatively larger than the effective refractive index of the cladding layer 704. Due to this difference in effective refractive index, light can be confined in the core 703, and the core 703 functions as a waveguide. The core 703 has a width of about 4 μm and a height of about 4 μm, for example, and the cladding layer 704 has a thickness of about 2 μm. The portion of the core 703 on the cladding layer 704 has a height of 2 μm. Light guided through such a rib-type waveguide has the maximum intensity in the core 703 and propagates in the cladding layer 704 while being spread by several μm.
[0006]
In such a variable optical attenuator having a rib-type waveguide structure, a voltage is applied in a direction in which a current flows from the metal pad 707 to the metal pad 708, so that the p-type impurity introduction section 705 and the n-type impurity introduction section 706 are applied. Light passing through the sandwiched region can be attenuated. By applying a voltage as described above, holes are injected into the core 703 from the p-type impurity introduction portion 705, electrons are injected from the n-type impurity introduction portion 706, and these injected carriers are converted into the core. The light propagating through the core 703 is attenuated by absorbing the light propagating through the core 703.
[0007]
The carrier injected into the core 703 has an amount corresponding to the magnitude of the voltage, and the amount of attenuation can be changed by changing the applied voltage.
Here, the portion where the impurity is introduced absorbs light even when no voltage is applied. Therefore, the p-type impurity introduction part 705 and the n-type impurity introduction part 706 are formed at a predetermined distance from the core 703.
[0008]
On the other hand, in recent years, in order to manufacture an optical integrated circuit with a higher degree of integration, a waveguide having a core of a silicon thin wire whose dimension in the cross-sectional direction is extremely small as 0.2 to 0.5 μm has been developed. I have. This is not to form a core and a clad layer on the silicon layer on the lower clad, but to form a layer on the lower clad 801 made of an insulator such as silicon oxide or silicon nitride as shown in a perspective view of FIG. Then, a core 802 made of a thin silicon wire is formed, and the core 802 is covered with an upper clad 803 made of an insulator such as silicon oxide or silicon nitride. By using a silicon thin wire for the core in this manner, it is possible to configure a smaller optical integrated circuit than when using the above-described rib-type waveguide.
[0009]
[Non-patent document 1]
"Proceedings of the SPIE" The International Society for Optical Engineering. vol4293, p1-9 (2001)
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the above-described waveguide using a silicon thin wire, the waveguide using a silicon thin wire has a cladding layer made of a silicon thin wire and a cladding such as silicon oxide that covers the core, instead of having a cladding layer made of the same material as the core. Therefore, an impurity introduction region for injecting carriers cannot be formed in the cladding around the core. As described above, there is a problem that it is difficult to configure the optical attenuator using the impurity introduction part using the silicon thin wire.
[0011]
Here, by arranging a silicon layer into which impurities are introduced so as to be in contact with both sides of the core, it is possible to provide a layer for injecting carriers for forming a variable optical attenuator. However, in this case, since there is almost no difference in the refractive index between the region into which the impurity is introduced and the core, the region into which the impurity is introduced is disposed in a region where the light intensity is high in the waveguide. As described above, if there is a region in which impurities are introduced in a region where the light intensity is high in the waveguide, light is absorbed and attenuated in this region even when no voltage is applied. In this case, for example, the signal light cannot be propagated without being attenuated.
[0012]
The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems, and a waveguide in which a silicon thin wire is used as a core and this is covered with a clad such as an insulator, and an arbitrary optical attenuation is given by electric control. It is an object of the present invention to provide a variable optical attenuator.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
The variable optical attenuator according to the present invention includes a lower cladding layer, a core made of silicon formed on the lower cladding layer, an n-type carrier supply unit in contact with a part of the core, and an n-type carrier supply unit. A p-type carrier supply unit which is opposed to the core via the core, an upper clad layer formed on the lower clad layer so as to cover the core, and an n-type carrier supply unit and a p-type carrier supply unit which are formed respectively. The n-type carrier supply unit is made of silicon to which oxygen or nitrogen has been added in addition to the n-type impurity, and the p-type carrier supply unit has oxygen or nitrogen in addition to the p-type impurity. It is configured to be made of added silicon.
In this variable optical attenuator, even in the region where the n-type carrier supply section and the p-type carrier supply section are formed, the periphery of the core is made of a material having a lower refractive index, and light is confined in the core. ing.
[0014]
In the above variable optical attenuator, the upper cladding layer may be made of silicon to which oxygen or nitrogen is added. At this time, the n-type carrier supply unit is a region where an n-type impurity is introduced into a part of the upper cladding layer, and the p-type carrier supply unit is a region where a p-type impurity is introduced into a part of the upper cladding layer. May be used.
[0015]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[Embodiment 1]
FIG. 1 is a plan view showing a configuration example of the variable optical attenuator according to the first embodiment of the present invention. 2 and 3 are cross-sectional views schematically showing a cross section of the variable optical attenuator shown in FIG. 1, FIG. 2 shows a cross section taken along line AA ′ of FIG. 1, and FIG. 1 shows a cross section taken along line BB ′. Hereinafter, the variable optical attenuator according to the present embodiment will be described with reference to FIGS.
[0016]
In the variable optical attenuator according to the present embodiment, first, a lower clad layer 102 made of silicon oxide is provided on a substrate 101 made of single crystal silicon, and a core 103 forming a waveguide is formed on the lower clad layer 102. Is formed. The core 103 is a thin silicon wire having a cross section, a width and a thickness of about 0.2 to 0.5 μm.
[0017]
Further, an upper clad layer 104 made of silicon (for example, polysilicon) to which oxygen is added is formed so as to cover the upper portion and both side surfaces of the core 103, and forms a waveguide together with the core 103. The refractive index of silicon is reduced by the addition of oxygen (WC Lai et. Al. "Growth and Characterization of PECVD Semi-insulating Polysilicon Films and Resistors", Journal of Electronic Materials, Journal of Electronic Materials, Journal of Electronic Materials. 419-423, 1990.). Therefore, the core 103 is covered with the upper cladding layer 104 having a lower refractive index than the core 103.
[0018]
In addition, in the variable optical attenuator of the present embodiment, the p-type carrier supply portion 105 into which the p-type impurity is introduced and the n-type impurity are introduced into a part of the upper cladding layer 104 of the waveguide. An n-type carrier supply unit 106 is formed so as to sandwich the core 103. A p-side electrode 107 is provided in contact with the p-type carrier supply unit 105, and an n-side electrode 108 is provided in contact with the n-type carrier supply unit 106.
The p-type carrier supply unit 105 can be formed by introducing an impurity such as boron into a part of the upper cladding layer 104 by, for example, an ion implantation method. Similarly, the n-type carrier supply unit 106 can be formed by introducing phosphorus, arsenic, or the like by, for example, an ion implantation method.
[0019]
According to the variable optical attenuator shown in FIGS. 1, 2, and 3 having the above-described configuration, the p-type carrier supply unit 105, the core 103, and the n-type carrier supply are provided in a part of the waveguide around the core 103. A PIN diode structure including the unit 106 is provided. Therefore, by applying a forward voltage between the p-side electrode 107 and the n-side electrode 108, electrons and holes can be injected into the core 103, which is a thin silicon wire sandwiched therebetween.
[0020]
By applying a voltage in the forward direction as described above, holes are injected into the core 103 from the p-type carrier supply unit 105, and electrons are injected from the n-type carrier supply unit 106. The carrier absorbs the light propagating through the core 103, thereby attenuating the light propagating through the core 103. Further, by changing the magnitude of the voltage applied to the p-side electrode 107 and the n-side electrode 108, the amount of carriers injected into the core 103 from the p-type carrier supply unit 105 and the n-type carrier supply unit 106 also changes. However, the above-described light attenuation can be made variable.
[0021]
Further, since the p-type carrier supply unit 105 and the n-type carrier supply unit 106 made of oxygen-added silicon have a smaller refractive index than the core 103, light is confined in the core 103 even in these regions. Has become. In other words, in the variable optical attenuator in the present embodiment, the p-type carrier supply unit 105 and the n-type carrier supply unit 106 that supply carriers to the core 103 are arranged outside the region where the light intensity is large. As a result, in this variable optical attenuator, in a state where no voltage is applied to the p-side electrode 107 and the n-side electrode 108, the guided light is transmitted by the p-type carrier supply unit 105 and the n-type carrier supply unit 106. Attenuation is suppressed.
[0022]
[Embodiment 2]
Next, a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 4 is a plan view showing a configuration example of the variable optical attenuator in the present embodiment. 5 and 6 are cross-sectional views schematically showing a cross section of the variable optical attenuator shown in FIG. 4, FIG. 5 is a cross-sectional view taken along line AA ′ of FIG. 4, and FIG. 4 shows a section taken along line BB ′. Hereinafter, the variable optical attenuator according to the present embodiment will be described with reference to FIGS.
[0023]
In the variable optical attenuator according to the present embodiment, first, a lower clad layer 202 made of silicon oxide is provided on a substrate 201 made of single crystal silicon, and a core 203 constituting a waveguide is formed on the lower clad layer 202. Is formed. The core 203 is a thin silicon line having a cross-sectional view, a width and a thickness of about 0.2 to 0.5 μm.
[0024]
Further, in the variable optical attenuator of the present embodiment, a p-type carrier supply unit 205 made of silicon containing oxygen and having p-type impurities introduced therein is partially provided in the core 203, And an n-type carrier supply portion 206 made of silicon into which the impurity is introduced. The p-type carrier supply unit 205 is provided with a p-side electrode 207 in contact therewith, and the n-type carrier supply unit 206 is provided with an n-side electrode 208 in contact therewith.
[0025]
Further, an upper cladding layer 204 made of, for example, polyimide having a lower refractive index than silicon is formed so as to cover the core 203, and constitutes a waveguide together with the core 203. Note that the upper cladding layer 204 is not limited to the above-mentioned polyimide, but is made of a material having a lower refractive index than silicon, such as an inorganic material such as silicon oxide (SiO ₂ ) or silicon oxynitride (SiON), or an organic material such as epoxy or silicone resin. The same applies to the case of using. In the above-described embodiment, the upper cladding layer and each carrier supply unit are made of silicon containing oxygen. In the present embodiment, however, different materials are used for the upper cladding layer and each carrier supply unit. It consisted of.
[0026]
Here, as shown in FIG. 5, the upper cladding layer 204 is also formed in a region where the p-type carrier supply unit 205 and the n-type carrier supply unit 206 are formed. In a region between the p-type carrier supply unit 205 and the n-type carrier supply unit 206 of the core 203, at least a portion of the core 203 exposed from the p-type carrier supply unit 205 and the n-type carrier supply unit 206 is formed by an upper clad. Covered by layer 204. 4 and 5 show an example in which the upper cladding layer 204 is formed so as to cover the p-type carrier supply unit 205, the n-type carrier supply unit 206, and a part of the p-side electrode 207 and the n-side electrode 208. ing.
[0027]
According to the variable optical attenuator shown in FIGS. 4, 5, and 6 having the above configuration, the p-type carrier supply unit 205, the core 203, and the n-type carrier supply are provided in a part of the waveguide around the core 203. A PIN diode structure including the section 206 is provided. Therefore, by applying a forward voltage between the p-side electrode 207 and the n-side electrode 208, electrons and holes can be injected into the core 203, which is a thin silicon wire sandwiched therebetween.
[0028]
By applying a voltage in the forward direction as described above, holes are injected into the core 203 from the p-type carrier supply unit 205, and electrons are injected from the n-type carrier supply unit 206. The carrier attenuates the light propagating through the core 203 by absorbing the light propagating through the core 203. Further, by changing the magnitude of the voltage applied to the p-side electrode 207 and the n-side electrode 208, the amount of carriers injected from the p-type carrier supply unit 205 and the n-type carrier supply unit 206 into the core 203 also changes. However, the above-described light attenuation can be made variable.
[0029]
In addition, since the p-type carrier supply unit 205 and the n-type carrier supply unit 206 made of oxygen-added silicon have a smaller refractive index than the core 203, light is confined in the core 203 even in these regions. Has become. In other words, in the variable optical attenuator in the present embodiment, the p-type carrier supply unit 205 and the n-type carrier supply unit 206 that supply carriers to the core 203 are arranged outside the region where the light intensity is large. As a result, in this variable optical attenuator, in a state where no voltage is applied to the p-side electrode 207 and the n-side electrode 208, the guided light is transmitted by the p-type carrier supply unit 205 and the n-type carrier supply unit 206. Attenuation is suppressed.
[0030]
In the above description, the p-type carrier supply unit and the n-type carrier supply unit are formed by using silicon to which oxygen is added. However, the p-type carrier supply unit and the n-type carrier supply unit are formed by using silicon to which nitrogen is added. The same applies to the case where a carrier supply section is formed. By adding nitrogen to silicon, the refractive index can be reduced. Further, silicon to which nitrogen is added may be used for the upper cladding layer. Further, the silicon to which oxygen or nitrogen is added may be single crystal silicon, polycrystalline silicon, or amorphous silicon.
[0031]
【The invention's effect】
As described above, in the present invention, the n-type carrier supply section is made of silicon to which oxygen or nitrogen is added in addition to the n-type impurity, and the p-type carrier supply section is made of oxygen or oxygen in addition to the p-type impurity. Since it is made of silicon to which nitrogen is added, even in the region where these are formed, the periphery of the core is made of a material having a lower refractive index, and light is confined in the core.
As a result, according to the present invention, it is possible to provide a variable optical attenuator that can provide an arbitrary amount of optical attenuation by electric control in a waveguide in which a silicon thin wire is used as a core and this is covered with a cladding such as an insulator. Is obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a plan view showing a configuration example of a variable optical attenuator according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing a cross section of the variable optical attenuator shown in FIG.
FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing a cross section of the variable optical attenuator shown in FIG.
FIG. 4 is a plan view showing a configuration example of a variable optical attenuator according to another embodiment of the present invention.
5 is a cross-sectional view schematically showing a cross section of the variable optical attenuator shown in FIG.
6 is a cross-sectional view schematically showing a cross section of the variable optical attenuator shown in FIG.
FIG. 7 is a plan view (a) and a cross-sectional view (b) showing the configuration of the conventional variable optical attenuator described above.
FIG. 8 is a perspective view schematically showing a waveguide configuration using a thin silicon wire.
[Explanation of symbols]
101: substrate, 102: lower cladding layer, 103: core, 104: upper cladding layer, 105: p-type carrier supply unit, 106: n-type carrier supply unit, 107: p-side electrode, 108: n-side electrode.

Claims

A lower cladding layer,
A core made of silicon formed on the lower cladding layer,
An n-type carrier supply unit in contact with a part of the core;
A p-type carrier supply unit opposed to the n-type carrier supply unit via the core and in contact with the core;
An upper cladding layer formed on the lower cladding layer so as to cover the core,
At least an electrode formed on each of the n-type carrier supply unit and the p-type carrier supply unit;
The n-type carrier supply unit is made of silicon to which oxygen or nitrogen is added in addition to an n-type impurity,
The variable optical attenuator, wherein the p-type carrier supply unit is made of silicon to which oxygen or nitrogen is added in addition to a p-type impurity.

The variable optical attenuator according to claim 1,
The variable optical attenuator, wherein the upper cladding layer is made of silicon to which oxygen or nitrogen is added.

The variable optical attenuator according to claim 2,
The n-type carrier supply unit is a region in which an n-type impurity is introduced into a part of the upper clad layer,
The p-type carrier supply unit is a region where a p-type impurity is introduced into a part of the upper cladding layer.