JP2011033963A - Waveguide optical gate switch and multistage waveguide optical gate switch - Google Patents

Waveguide optical gate switch and multistage waveguide optical gate switch Download PDF

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JP2011033963A JP2009182141A JP2009182141A JP2011033963A JP 2011033963 A JP2011033963 A JP 2011033963A JP 2009182141 A JP2009182141 A JP 2009182141A JP 2009182141 A JP2009182141 A JP 2009182141A JP 2011033963 A JP2011033963 A JP 2011033963A
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Hiroyuki Tsuda
裕之 津田
Yuichiro Ikuma
雄一郎 伊熊
Toshiharu Saiki
敏治 斎木
Hitoshi Kawashima
整 河島
Kenji Kanetaka
健二 金高
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National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Keio University
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Keio University
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an ultra-miniature waveguide optical gate switch that is not affected by an error on manufacture, concerning the waveguide optical gate switch and multistage waveguide optical gate switch. <P>SOLUTION: The waveguide optical gate switch changes an amount of transmission of light by changing a complex index of refraction for part of an optical waveguide. The optical waveguide includes: a pair of core layers facing each other in an optical axis direction; a phase change material part arranged between the pair of core layers; and a cladding layer covering the pair of core layers and the phase change material part. Also, the optical waveguide includes a phase change means for changing a phase of the phase change material part in the phase change material part. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は導波路型光ゲートスイッチ及び多段導波路型光ゲートスイッチに関するものであり、例えば、光導波路を伝播する光信号の透過量を製造誤差の影響を受けることなく超小型且つ超高速で制御するための構成に関するものである。   The present invention relates to a waveguide-type optical gate switch and a multi-stage waveguide-type optical gate switch. For example, the transmission amount of an optical signal propagating through an optical waveguide is controlled at a small size and at a high speed without being affected by manufacturing errors. It is related with the structure for doing.

近年、光通信シムテムの進展に伴って光通信ネットワークが大容量化され、それに対応して様々な機能を有する光デバイスが開発されている。特に、光導波路を伝播する光信号の透過量を制御する光スイッチはキーデバイスとなる。   In recent years, with the progress of optical communication systems, the capacity of optical communication networks has been increased, and optical devices having various functions have been developed accordingly. In particular, an optical switch that controls the transmission amount of an optical signal propagating through an optical waveguide is a key device.

例えば、InGaAsP/InP系の方向性結合化型光スイッチにおいては、導波路部に電流を注入して、注入したキャリアのプラズマ効果によってコア層の屈折率を変化させる。それによって方向性結合部の結合長が変化して出力ポートが切り替わる。   For example, in an InGaAsP / InP directional coupled optical switch, a current is injected into a waveguide portion, and the refractive index of the core layer is changed by the plasma effect of the injected carriers. As a result, the coupling length of the directional coupling section changes and the output port is switched.

しかし、このようなInGaAsP/InP系の方向性結合化型光スイッチにおいては、出力を切り替えるためには方向性結合部の長さを100μm以上にする必要があるため、小型化が困難であるという問題がある。また、切り替えるためのスイッチ速度があまり速くないという問題もある。   However, in such an InGaAsP / InP directional coupling type optical switch, it is necessary to make the length of the directional coupling portion 100 μm or more in order to switch the output, so that it is difficult to reduce the size. There's a problem. There is also a problem that the switch speed for switching is not so fast.

そこで、このような光スイッチにおいて、小型化或いはスイッチ速度の高速化の観点から相変化材料を用いて光信号のON−OFFを行う相変化光スイッチが注目を集めている(例えば、特許文献1参照)。   Therefore, in such an optical switch, a phase change optical switch that performs ON / OFF of an optical signal using a phase change material from the viewpoint of downsizing or increasing the switch speed has attracted attention (for example, Patent Document 1). reference).

また、本発明者も相変化材料を用いた光スイッチを幾つか提案している(例えば、特許文献2または特許文献3参照)。例えば、相変化材料を用いた方向性結合器型光スイッチは、方向性結合部において互いに平行して延在する一対のコア層の間に相変化材料部を設けている。   The present inventor has also proposed several optical switches using phase change materials (see, for example, Patent Document 2 or Patent Document 3). For example, in a directional coupler type optical switch using a phase change material, a phase change material portion is provided between a pair of core layers extending in parallel with each other in the directional coupling portion.

この構成では、相変化材料部に電流パルスを印加することによって、結晶状態とアモルファス状態との間の相変化を行う。その結果、相変化材料の動作波長における複素屈折率(主に、実数部)が変化し、一対の導波路の光結合量が変化して出力ポートが切り替わるので光スイッチとして動作する。なお、片方の入出力導波路に着目すれば光ゲートスイッチである。   In this configuration, a phase change between a crystalline state and an amorphous state is performed by applying a current pulse to the phase change material portion. As a result, the complex refractive index (mainly the real part) at the operating wavelength of the phase change material is changed, and the optical coupling amount of the pair of waveguides is changed to switch the output port, thereby operating as an optical switch. If attention is paid to one of the input / output waveguides, it is an optical gate switch.

このように、方向性結合部に相変化材料部を設けることによって、方向性結合部の結合長を数μm程度にすることができ、したがって、InGaAsP/InP系の方向性結合器型光スイッチに比べて大幅な小型化が可能になる。   As described above, by providing the phase change material portion in the directional coupling portion, the coupling length of the directional coupling portion can be reduced to about several μm. Therefore, the InGaAsP / InP directional coupler type optical switch can be used. Compared to this, a significant reduction in size is possible.

特開2004−117448号公報JP 2004-117448 A 特開2006−184345号公報JP 2006-184345 A 特開2009−128718号公報JP 2009-128718 A

しかし、上述の相変化材料を用いた光スイッチの場合、相変化材料部の位置が僅かにずれたり、相変化材料の組成が僅かに設計値からずれたりするだけで導波路間の結合状態が変化することになる。したがって、作製上の誤差によって光スイッチの消光特性が劣化するという問題がある。   However, in the case of the optical switch using the above-described phase change material, the coupling state between the waveguides is changed only by slightly shifting the position of the phase change material portion or slightly deviating the composition of the phase change material from the design value. Will change. Therefore, there is a problem that the extinction characteristic of the optical switch is deteriorated due to a manufacturing error.

また、相変化材料を用いた方向性結合器型光スイッチを光ゲートスイッチとして見た場合、依然としてサイズが大きいという問題がある。   Further, when a directional coupler type optical switch using a phase change material is viewed as an optical gate switch, there is a problem that the size is still large.

したがって、本発明は、作製上の誤差の影響を受けない、超小型の導波路型光ゲートスイッチを実現することを目的とする。   Therefore, an object of the present invention is to realize an ultra-compact waveguide type optical gate switch that is not affected by manufacturing errors.

上記の課題を解決するために、
(1)本発明は、光導波路の一部分の複素屈折率を変化させることによって光の透過量を変化させる導波路型光ゲートスイッチであって、前記光導波路は、光軸方向において互いに対向する一対のコア層と、前記一対のコア層の間に配置された相変化材料部と、前記一対のコア層及び前記相変化材料部を覆うクラッド層とを有するとともに、前記相変化材料部は、前記相変化材料部の相を変化させる相変化手段を有することを特徴とする。
To solve the above problem,
(1) The present invention is a waveguide-type optical gate switch that changes the amount of transmitted light by changing the complex refractive index of a part of the optical waveguide, and the optical waveguide is a pair facing each other in the optical axis direction. The core layer, a phase change material portion disposed between the pair of core layers, a clad layer covering the pair of core layers and the phase change material portion, and the phase change material portion includes It has the phase change means which changes the phase of a phase change material part, It is characterized by the above-mentioned.

このように、相変化材料部を一対のコア層の間に配置することによって、相変化材料部の複素屈折率の変化を主として虚数部の変化として利用することができる。虚数部の変化は光吸収率の変化となるので、超小型のサイズで光の透過量を制御することが可能になる。   Thus, by disposing the phase change material portion between the pair of core layers, the change in the complex refractive index of the phase change material portion can be mainly used as the change in the imaginary part. Since the change in the imaginary part becomes a change in the light absorption rate, it becomes possible to control the amount of transmitted light with a very small size.

(2)また、本発明は、上記(1)において、 前記相変化手段として、前記相変化材料部にパルス電流を流す電流印加手段、または、前記相変化材料部に直接或いは絶縁膜を介して積層された発熱部材の少なくとも一方を備えることを特徴とする。   (2) Further, in the above (1), the present invention provides, as the phase change means, a current application means for supplying a pulse current to the phase change material section, or a direct or insulating film on the phase change material section. It is characterized by including at least one of the laminated heat generating members.

相変化手段としては、相変化材料部にパルス電流を流す電流印加手段、または、相変化材料部に直接或いは絶縁膜を介して積層された発熱部材のいずれを用いても良いし、或いは、両方を用いても良い。   As the phase change means, either a current applying means for applying a pulse current to the phase change material portion, a heat generating member laminated directly or via an insulating film on the phase change material portion, or both may be used. May be used.

いずれの構成を用いても、急激な温度の上昇による溶融と急冷により光吸収係数の小さなアモルファス状態となり、溶融しない程度の相対的にゆっくりとした温度上昇と徐冷によって光吸収係数の大きな結晶状態となる。   Whichever configuration is used, the amorphous state has a small light absorption coefficient due to melting and rapid cooling due to a sudden rise in temperature, and the crystalline state with a large light absorption coefficient due to relatively slow temperature rise and slow cooling that does not melt. It becomes.

(3)また、本発明は、上記(2)において、前記相変化材料部を投影的に覆う熱拡散膜を有することを特徴とする。   (3) Further, in the above (2), the present invention is characterized by having a thermal diffusion film that covers the phase change material portion in a projective manner.

相変化、即ち、アモルファス状態−結晶状態間の変化は熱的な作用によるものであるので、相変化材料部を投影的に覆う熱拡散膜を設けることによって、加熱の影響を急速に除去することができる。   Since the phase change, that is, the change between the amorphous state and the crystalline state is due to a thermal action, the effect of heating can be rapidly removed by providing a thermal diffusion film that covers the phase change material portion in a projective manner. Can do.

(4)また、本発明は、上記(1)乃至(3)のいずれかにおいて、一対のコア層は、前記相変化材料部との対向部において、前記相変化材料部に近づくにしたがってコア層の幅が拡がるテーパ部を有することを特徴とする。   (4) Further, according to the present invention, in any one of the above (1) to (3), the pair of core layers is a core layer as it approaches the phase change material portion at a portion facing the phase change material portion. It has the taper part which the width | variety expands, It is characterized by the above-mentioned.

このように、相変化材料部の近傍において光導波路をテーパ導波路とすることによって、相変化材料部における光の放射損失を低減することができる。   As described above, by making the optical waveguide a tapered waveguide in the vicinity of the phase change material portion, it is possible to reduce the radiation loss of light in the phase change material portion.

(5)また、本発明は、上記(1)乃至(4)のいずれかにおいて、前記相変化材料部は、アモルファスシリコン、アモルファスゲルマニウム、アモルファスガリウムアンチモン、アモルファスガリウム砒素、テトラヘドラル系材料、Ge−Sb−Te系カルコゲナイド系材料、Sb−Te系カルコゲナイト材料、砒素ガラス系カルコゲナイド材料、NiO、HfO、ZrO、或いは、ZnOのいずれかからなることを特徴とする。 (5) In the present invention, in any one of the above (1) to (4), the phase change material portion may be amorphous silicon, amorphous germanium, amorphous gallium antimony, amorphous gallium arsenide, tetrahedral material, Ge-Sb. It is characterized by being made of any one of -Te chalcogenide material, Sb-Te chalcogenite material, arsenic glass chalcogenide material, NiO, HfO 2 , ZrO 2 , or ZnO.

相変化材料部を構成する相変化材料としては、相変化光ディスク等で実績があり、相変化にともなう複素屈折率の変化が大きい、上述の材料が好適である。   As the phase change material constituting the phase change material portion, the above-mentioned materials that have a proven record in phase change optical disks and the like and have a large change in complex refractive index accompanying the phase change are suitable.

(6)また、本発明は、上記(1)乃至(5)のいずれかにおいて、前記コア層は、シリコン、窒化シリコン、窒化酸化シリコン、シリコンゲルマニウム、インジウムリン、ガリウム砒素、インジウムガリウム砒素リン、インジウムアルミニウム砒素、インジウムガリウム砒素、窒化ガリウム、或いは、砒素化窒化ガリウムのいずれかからなることを特徴とする。   (6) In the present invention according to any one of the above (1) to (5), the core layer is formed of silicon, silicon nitride, silicon nitride oxide, silicon germanium, indium phosphide, gallium arsenide, indium gallium arsenide phosphorus, It is characterized by being made of any one of indium aluminum arsenide, indium gallium arsenide, gallium nitride, or arsenic gallium nitride.

コア層を構成する材料としては、半導体レーザを含む半導体光集積回路装置或いは誘電体光導波路で実績のある上述の材料が好適であり、使用する波長に応じて吸収損失の少ない材料を選択すれば良い。   As the material constituting the core layer, the above-mentioned materials having a proven record in semiconductor optical integrated circuit devices including semiconductor lasers or dielectric optical waveguides are suitable, and if a material having a small absorption loss is selected according to the wavelength used. good.

(7)また、本発明は、多段導波路型光ゲートスイッチにおいて、上記(1)乃至(6)のいずれかの導波路型光ゲートスイッチを光導波路の光軸に沿って多段に接続することを特徴とする。   (7) Further, according to the present invention, in the multistage waveguide type optical gate switch, the waveguide type optical gate switch of any one of the above (1) to (6) is connected in multiple stages along the optical axis of the optical waveguide. It is characterized by.

このように、単体の導波路型光ゲートスイッチを光導波路の光軸に沿って多段に接続することによって消光比を格別に増大することが可能になり、信頼性の高い光ゲートスイッチとすることができる。   In this way, by connecting a single waveguide type optical gate switch in multiple stages along the optical axis of the optical waveguide, the extinction ratio can be remarkably increased, and a highly reliable optical gate switch is obtained. Can do.

開示の導波路型光ゲートスイッチ或いは多段導波路型光ゲートスイッチによれば、製造上の誤差の影響を受けることなく、数μmサイズの超小型で、且つ、数10ナノ秒の超高速で光導波路を導波する光信号のON−OFFの制御が可能になる。   According to the disclosed waveguide type optical gate switch or multistage waveguide type optical gate switch, it is ultra-compact with a size of several μm and is capable of optical transmission at an ultra-high speed of several tens of nanoseconds without being affected by manufacturing errors. It is possible to control ON / OFF of an optical signal guided through the waveguide.

本発明の実施の形態の導波路型光ゲートスイッチの概念的構成図である。It is a notional block diagram of the waveguide type optical gate switch of an embodiment of the invention. 消光比の相変化材料部長さd依存性の説明図である。It is explanatory drawing of the phase change material part length d dependence of an extinction ratio. 本発明の実施例1の導波路型光ゲートスイッチの概略的平面図である。It is a schematic plan view of the waveguide type optical gate switch of Example 1 of the present invention. 本発明の実施例1の導波路型光ゲートスイッチの概略的断面図である。It is a schematic sectional drawing of the waveguide type optical gate switch of Example 1 of the present invention. 本発明の実施例1の導波路型光ゲートスイッチの途中までの製造工程の説明図である。It is explanatory drawing of the manufacturing process to the middle of the waveguide type optical gate switch of Example 1 of this invention. 本発明の実施例1の導波路型光ゲートスイッチの図5以降の途中までの製造工程の説明図である。It is explanatory drawing of the manufacturing process until the middle of FIG. 5 or subsequent of the waveguide type optical gate switch of Example 1 of this invention. 本発明の実施例1の導波路型光ゲートスイッチの図6以降の途中までの製造工程の説明図である。It is explanatory drawing of the manufacturing process to the middle after FIG. 6 of the waveguide type optical gate switch of Example 1 of this invention. 本発明の実施例1の導波路型光ゲートスイッチの図7以降の途中までの製造工程の説明図である。It is explanatory drawing of the manufacturing process to the middle after FIG. 7 of the waveguide type optical gate switch of Example 1 of this invention. 本発明の実施例1の導波路型光ゲートスイッチの図8以降の製造工程の説明図である。It is explanatory drawing of the manufacturing process after FIG. 8 of the waveguide type optical gate switch of Example 1 of this invention. 本発明の実施例2の導波路型光ゲートスイッチの概略的平面図である。It is a schematic plan view of the waveguide type optical gate switch of Example 2 of the present invention. 本発明の実施例2の導波路型光ゲートスイッチの概略的断面図である。It is a schematic sectional drawing of the waveguide type optical gate switch of Example 2 of this invention. 本発明の実施例3の導波路型光ゲートスイッチの概略的平面図である。It is a schematic plan view of the waveguide type optical gate switch of Example 3 of the present invention. 本発明の実施例3の導波路型光ゲートスイッチの概略的断面図である。It is a schematic sectional drawing of the waveguide type optical gate switch of Example 3 of this invention. 本発明の実施例4の導波路型光ゲートスイッチの概略的平面図である。It is a schematic plan view of the waveguide type optical gate switch of Example 4 of the present invention. 本発明の実施例5の導波路型光ゲートスイッチの概略的平面図である。It is a schematic plan view of the waveguide type optical gate switch of Example 5 of the present invention.

ここで、図1及び図2を参照して、本発明の実施の形態を説明する。図1は本発明の実施の形態の導波路型光ゲートスイッチの概念的構成図であり、図1(a)は概略的平面図であり、また、図1(b)は図1(a)におけるA−A′を結ぶ一点鎖線に沿った断面図である。   Here, with reference to FIG.1 and FIG.2, embodiment of this invention is described. FIG. 1 is a conceptual configuration diagram of a waveguide type optical gate switch according to an embodiment of the present invention, FIG. 1 (a) is a schematic plan view, and FIG. 1 (b) is a diagram of FIG. It is sectional drawing along the dashed-dotted line which connects AA 'in FIG.

図1に示すように基板1上に設けた下部クラッド層2と上部クラッド層4との間にストライプ状のコア層3を設けて光導波路を構成するとともに、コア層3の一部を相変化材料部5に置き換えて光ゲート部を構成する。この相変化材料部5には、相変化手段6が設けられている。   As shown in FIG. 1, an optical waveguide is formed by providing a striped core layer 3 between a lower cladding layer 2 and an upper cladding layer 4 provided on a substrate 1, and a part of the core layer 3 undergoes phase change. It replaces with the material part 5 and comprises an optical gate part. The phase change material portion 5 is provided with phase change means 6.

この相変化手段6により相変化材料部5の複素屈折率を変化させることによって、相変化材料部5の相を変化させる。この時、複素屈折率の主に実数部の変化による屈折率変化ではなく、複素屈折率の主に虚数部の変化による光吸収係数の変化によりコア層3を伝播する光信号の消光比を高速に制御する。   By changing the complex refractive index of the phase change material portion 5 by the phase change means 6, the phase of the phase change material portion 5 is changed. At this time, the extinction ratio of the optical signal propagating through the core layer 3 due to the change of the light absorption coefficient mainly due to the change of the complex refractive index mainly due to the change of the imaginary part is not high speed. To control.

この場合の光導波路を構成するコア層3としては、Si、SiN、SiON、SiGe、InP、GaAs、InGaAsP、InAlAs、InGaAs、GaN、GaNAs等の半導体レーザを含む半導体光集積回路装置や誘電体導波路で実績のある材料を用いることが望ましい。材料の選択に際して、光信号の波長帯における吸収率の低い材料を選択する必要があり、例えば、1.3μm〜1.55μm帯においてはSi或いはInGaAsPが望ましい。   In this case, the core layer 3 constituting the optical waveguide includes a semiconductor optical integrated circuit device including a semiconductor laser such as Si, SiN, SiON, SiGe, InP, GaAs, InGaAsP, InAlAs, InGaAs, GaN, and GaNAs, and a dielectric waveguide. It is desirable to use materials that have been proven in waveguides. In selecting the material, it is necessary to select a material having a low absorption rate in the wavelength band of the optical signal. For example, Si or InGaAsP is desirable in the 1.3 μm to 1.55 μm band.

また、光導波路を構成する基板構造としては、コア層3を単結晶で構成するために、基板貼り合わせ技術或いはラテラルシーディング法によって形成したSOI(Semiconductor on Insulator)基板を用いることが望ましい。   Further, as the substrate structure constituting the optical waveguide, it is desirable to use an SOI (Semiconductor on Insulator) substrate formed by a substrate bonding technique or a lateral seeding method in order to constitute the core layer 3 with a single crystal.

また、相変化材料部5は、α−Si、α−Ge、α−GaSb、α−GaAs、α−Se等のテトラヘドラル系材料、Ge−Sb−Te系カルコゲナイド系材料、Sb−Te系カルコゲナイト材料、AsSe或いはAsS等のカルコゲナイド材料、NiO、HfO、ZrO、或いは、ZnO等の遷移金属酸化物材料等の相変化型光ディスク等で実績のある材料が望ましい。特に、相変化に伴う光吸収率の変化の大きなGe−Sb−Te或いはGe−Sb−Te等のGe−Sb−Te系カルコゲナイド系材料が望ましい。 Further, the phase change material portion 5 includes tetrahedral materials such as α-Si, α-Ge, α-GaSb, α-GaAs, α-Se, Ge-Sb-Te chalcogenide materials, and Sb-Te chalcogenite materials. A material having a proven record in a phase change optical disk such as a chalcogenide material such as AsSe 3 or AsS 3 , a transition metal oxide material such as NiO, HfO 2 , ZrO 2 , or ZnO is desirable. In particular, the change in the optical absorption due to the phase change large Ge 2 -Sb 2 -Te 5 or Ge 6 -Sb 2 -Te 9 Ge- Sb-Te chalcogenide based materials and the like are desirable.

この場合の材料の選択に際しては、アモルファス状態において光信号の波長帯における吸収率の低い材料を選択する必要があり、また、コア層の屈折率にマッチングした屈折率を有する材料が望ましい。   In selecting the material in this case, it is necessary to select a material having a low absorption factor in the wavelength band of the optical signal in the amorphous state, and a material having a refractive index matching the refractive index of the core layer is desirable.

相変化手段6としては、相変化材料部5にパルス電流を流す電流印加手段或いは相変化材料部5に直接或いは絶縁膜を介して積層された発熱部材を用いれば良く、両者を併用しても良い。いずれにして、相変化手段6からの電流による熱作用或いは発熱材料による加熱による相変化を利用する。なお、電流を流す場合の電極材料としては、Au、Cu、Al、W,Mo、TaやTiNを用いれば良く、特に、高融点材料であるW,Mo、TaやTiNが望ましい。   The phase change means 6 may be a current application means for applying a pulse current to the phase change material section 5 or a heat generating member laminated on the phase change material section 5 directly or via an insulating film. good. In any case, the thermal action by the current from the phase change means 6 or the phase change by heating by the heat generating material is utilized. Note that Au, Cu, Al, W, Mo, Ta, or TiN may be used as an electrode material in the case of passing a current, and W, Mo, Ta, or TiN that are high melting point materials are particularly desirable.

いずれの構成を用いても、急激な温度の上昇による溶融と急冷により光吸収係数の小さなアモルファス状態となり、溶融しない程度の相対的にゆっくりとした温度上昇と徐冷によって光吸収係数の大きな結晶状態となる。   Regardless of which configuration is used, the amorphous state has a small light absorption coefficient due to melting and rapid cooling due to a rapid rise in temperature, and a crystalline state with a large light absorption coefficient due to relatively slow temperature rise and slow cooling that does not melt. It becomes.

また、このような熱反応による相変化の切替えを急速に行うためには、相変化材料部5における温度を急速に排出する必要があるので、相変化材料部5を投影的に覆うように放熱体を設けることが望ましい。放熱体としてはAuやAlを用いれば良いがヒートシンク等で実績があり且つ安価なAlを用いることが望ましい。   Further, in order to rapidly switch the phase change by such a thermal reaction, it is necessary to rapidly discharge the temperature in the phase change material portion 5, so heat is dissipated so as to cover the phase change material portion 5 in a projected manner. It is desirable to provide a body. Au or Al may be used as the heat radiating body, but it is desirable to use Al which has a proven record in heat sinks and is inexpensive.

また、コア層3は相変化材料部5の近傍においてテーパ導波路状にしても良く、相変化材料部5が透過状態における放射損失を低減することが可能である。   Further, the core layer 3 may be formed in a tapered waveguide shape in the vicinity of the phase change material portion 5, and the phase change material portion 5 can reduce the radiation loss in the transmission state.

なお、クラッド層、特に、埋込層も兼ねる上部クラッド層の材料としては、相変化材料部5を構成する材料の拡散(マイグレーション)を防止する材料が望ましい。例えば、Ge−Sb−Te系材料の場合には、SiOにZnSを添加したSiO−ZnSがある。また、光ゲートスイッチの消光を確実にするためには、光ゲートスイッチを光導波路の光軸に沿って多段に接続して多段導波路構造にすれば良い。 In addition, as a material of the cladding layer, in particular, the upper cladding layer that also serves as the buried layer, a material that prevents diffusion (migration) of the material constituting the phase change material portion 5 is desirable. For example, in the case of a Ge-Sb-Te-based material may SiO 2 -ZnS addition of ZnS to SiO 2. In order to ensure the extinction of the optical gate switch, the optical gate switch may be connected in multiple stages along the optical axis of the optical waveguide to form a multistage waveguide structure.

図2は、消光比の相変化材料部長さd依存性の説明図であり、ここでは、Ge−Sb−Teを相変化材料として用い、幅1.00μm、高さ0.33μmの断面を有する相変化材料部5とし、波長が1.55μmの光信号を透過させる場合の透過率と消光比をシミュレーションした結果を示したものである。なお、Ge−Sb−Teの結晶状態における複素屈折率は5.1+0.5iであり、アモルファス状態における複素屈折率は3.6+0.01iである。 Figure 2 is an explanatory view of a phase change material portion length d dependence of the extinction ratio, where, using a Ge 2 -Sb 2 -Te 5 as a phase change material, width 1.00 .mu.m, a height of 0.33μm The results of simulating the transmittance and extinction ratio when the phase change material portion 5 having a cross section and transmitting an optical signal having a wavelength of 1.55 μm are shown. Note that the complex refractive index in the crystalline state of Ge 2 —Sb 2 —Te 5 is 5.1 + 0.5i, and the complex refractive index in the amorphous state is 3.6 + 0.01i.

図に示すように、透過率〔dB〕は相変化材料部長さdの増加に伴って低下する。一方、消光比〔dB〕は、d=1.0μmまでは相変化材料部長さdの増加に伴って低下し、1.0μmを超えると飽和状態になる。但し、飽和状態になる理由は不明であるがシミュレーションの設定条件によるものと考えられる。いずれにしても、d=1.0μm以上にすることで、消光比を−30dB以下にすることができることが分かる。   As shown in the figure, the transmittance [dB] decreases as the phase change material portion length d increases. On the other hand, the extinction ratio [dB] decreases as the phase change material part length d increases until d = 1.0 μm, and becomes saturated when exceeding 1.0 μm. However, although the reason for the saturation state is unknown, it is considered to be due to the simulation setting conditions. In any case, it can be seen that by setting d = 1.0 μm or more, the extinction ratio can be made −30 dB or less.

以上を前提として、次に、図3乃至図9を参照して本発明の実施例1の導波路型光ゲートスイッチを説明する。図3は、本発明の実施例1の導波路型光ゲートスイッチの概略的断面図であり、図4(a)は図3におけるA−A′を結ぶ一点鎖線に沿った概略的平面図であり、また、図4(b)は図3におけるB−B′を結ぶ一点鎖線に沿った概略的断面図である。   Based on the above, the waveguide type optical gate switch according to the first embodiment of the present invention will be described next with reference to FIGS. FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of the waveguide type optical gate switch according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 4A is a schematic plan view along the alternate long and short dash line connecting AA ′ in FIG. FIG. 4B is a schematic cross-sectional view taken along the alternate long and short dash line connecting BB ′ in FIG. 3.

図に示すように、多結晶シリコン基板11上に厚さが、150〜200nmのSiO下部クラッド層12と厚さが、150〜200nmのSiO上部クラッド層23との間に単結晶シリコンコア層14,15を設け、単結晶シリコンコア層14と単結晶シリコンコア層14の間に、Ge−Sb−Teからなる相変化材料部18を設ける。 As shown in the figure, a single crystal silicon core is formed between a SiO 2 lower cladding layer 12 having a thickness of 150 to 200 nm and a SiO 2 upper cladding layer 23 having a thickness of 150 to 200 nm on a polycrystalline silicon substrate 11. the layers 14 and 15 is provided, between the single-crystal silicon core layer 14 monocrystalline silicon core layer 14, providing a Ge 2 -Sb 2 -Te of five phase change material portion 18.

この場合の単結晶シリコンコア層14,15の断面は、幅が350〜400nmであり、高さが220nm程度である。また、相変化材料部18のサイズは、厚さが220nm程度、幅が700〜1000nm、長さdが1.0μm〜1.5μmとする。また、単結晶シリコンコア層14,15と相変化材料部18との間の間隔は50nm程度とし、相変化材料部18の構成元素が単結晶シリコンコア層14,15に直接マイグレーションすることを抑制する。   In this case, the cross sections of the single crystal silicon core layers 14 and 15 have a width of 350 to 400 nm and a height of about 220 nm. In addition, the phase change material portion 18 has a thickness of about 220 nm, a width of 700 to 1000 nm, and a length d of 1.0 μm to 1.5 μm. Further, the interval between the single crystal silicon core layers 14 and 15 and the phase change material portion 18 is set to about 50 nm, and the constituent elements of the phase change material portion 18 are prevented from directly migrating to the single crystal silicon core layers 14 and 15. To do.

また、図4(b)に示すように、相変化材料部18には一対のTiN電極21,22が設けられ、このTiN電極21,22を覆うように相変化材料部18と単結晶シリコンコア層14,15の間隙を埋める埋込層及び上部クラッド層を兼ねるSiO上部クラッド層23が形成されている。また、このSiO上部クラッド層23にはTiN電極21,22の一部を露出する電極引出部24,25が設けられ、ここからTiN電極21,22を介してパルス電流が相変化材料部18に印加される。 4B, the phase change material portion 18 is provided with a pair of TiN electrodes 21 and 22, and the phase change material portion 18 and the single crystal silicon core are covered so as to cover the TiN electrodes 21 and 22. A SiO 2 upper clad layer 23 that also serves as a buried layer and an upper clad layer filling the gap between the layers 14 and 15 is formed. Further, the SiO 2 upper cladding layer 23 is provided with electrode lead portions 24 and 25 for exposing a part of the TiN electrodes 21 and 22, and a pulse current is passed through the TiN electrodes 21 and 22 from the phase change material portion 18. To be applied.

また、SiO上部クラッド層23の上には、相変化材料部18を覆うように厚さが、例えば、200nm〜300nm程度のAl放熱体28を設けており、相変化材料部18における発熱がAl放熱体28により急速に放熱されることになる。 Further, an Al radiator 28 having a thickness of, for example, about 200 nm to 300 nm is provided on the SiO 2 upper cladding layer 23 so as to cover the phase change material portion 18, and heat generation in the phase change material portion 18 is generated. The heat is rapidly dissipated by the Al radiator 28.

例えば、相変化材料部18をアモルファス状態にして光透過状態にするためには、相変化材料部18のサイズによるが、例えば、10ナノ秒程度の短い数Vのパルス電圧を印加して電流を流し数mWのエネルギーで相変化材料部18を急速に温度上昇させて溶融したのち急冷してアモルファス状態にする。   For example, in order to make the phase change material portion 18 in an amorphous state and in a light transmission state, depending on the size of the phase change material portion 18, for example, a pulse voltage of a short voltage of about 10 nanoseconds is applied to generate a current. The phase change material portion 18 is rapidly heated and melted with an energy of several mW, and then rapidly cooled to an amorphous state.

一方、相変化材料部18を単結晶状態にする場合には、アモルファス状態にする場合により振幅の小さな電圧を100ナノ秒程度印加して、相変化材料部18を溶融しない程度に比較的ゆっくり温度上昇させたのち徐冷すれば良い。   On the other hand, when the phase change material portion 18 is in a single crystal state, a voltage having a small amplitude is applied for about 100 nanoseconds when the phase change material portion 18 is in an amorphous state, and the temperature is relatively slow so as not to melt the phase change material portion 18. After raising the temperature, it should be gradually cooled.

次に、図5乃至図9を参照して、本発明の実施例1の導波路型光ゲートスイッチの製造工程を説明する。なお、各図における上段の図は概略的平面図であり、下段の図は上段の図におけるA−A′或いはB−B′を結ぶ一点鎖線に沿った概略的断面図である。   Next, with reference to FIGS. 5 to 9, a manufacturing process of the waveguide type optical gate switch according to the first embodiment of the present invention will be described. In addition, the upper figure in each figure is a schematic plan view, and the lower figure is a schematic cross-sectional view along an alternate long and short dash line connecting AA 'and BB' in the upper figure.

まず、図5(a)に示すように、単結晶シリコン基板11上に、SiO下部クラッド層12となる厚さが、例えば、200nmのSiO膜及び厚さが、例えば、220nmの単結晶シリコン層13を順次積層したSOI基板を用意する。 First, as shown in FIG. 5A, a SiO 2 film having a thickness of, for example, 200 nm and a single crystal having a thickness of, for example, 220 nm are formed on the single crystal silicon substrate 11 to form the SiO 2 lower cladding layer 12. An SOI substrate in which silicon layers 13 are sequentially stacked is prepared.

次いで、図5(b)に示すように、単結晶シリコン層13を例えば、幅が400nmになるようにストライプ状にエッチングするとともに、相変化材料部を形成するための間隙を形成することによって、一対の単結晶シリコンコア層14,15を形成する。   Next, as shown in FIG. 5B, the single crystal silicon layer 13 is etched in a stripe shape so as to have a width of, for example, 400 nm, and a gap for forming a phase change material portion is formed. A pair of single crystal silicon core layers 14 and 15 are formed.

次いで、図6に示すように、相変化材料部を形成するための間隙を開口部としたレジストパターン16を形成したのち、スパッタ法で例えば、Ge−Sb−Te組成のGST膜17を例えば220nmの厚さに堆積する。次に、レジストパターン16とともに、レジストパターン16上のGST膜17をリフトオフで除去することによって相変化材料部18が形成される。 Then, as shown in FIG. 6, after forming the resist pattern 16 was opening a gap for forming a phase change material portion, for example, a sputtering method, Ge 2 -Sb 2 -Te 5 Composition of GST film 17 For example to a thickness of 220 nm. Next, the phase change material portion 18 is formed by removing the GST film 17 on the resist pattern 16 together with the resist pattern 16 by lift-off.

次いで、図7に示すように、一端が相変化材料部18に掛かる電極パターンを開口部とするレジストパターン19を形成したのち、スパッタ法で厚さが、例えば、200nmのTiN膜20を堆積する。次に、レジストパターン19とともに、レジストパターン19上のTiN膜20をリフトオフで除去することによって一対のTiN電極21,22を形成する。   Next, as shown in FIG. 7, after forming a resist pattern 19 having an electrode pattern whose one end is applied to the phase change material portion 18 as an opening, a TiN film 20 having a thickness of, for example, 200 nm is deposited by sputtering. . Next, a pair of TiN electrodes 21 and 22 are formed by removing the TiN film 20 on the resist pattern 19 together with the resist pattern 19 by lift-off.

次いで、図8に示すように、全面にSiO膜を堆積させたのち、単結晶シリコンコア層14,15の上で厚さが例えば、200nmになるようにCMP(化学機械研磨)法で平坦化する。次いで、TiN電極21,22に対する電極引出部24,25をエッチングにより形成する。 Next, as shown in FIG. 8, after depositing a SiO 2 film on the entire surface, the single crystal silicon core layers 14 and 15 are flattened by CMP (Chemical Mechanical Polishing) so as to have a thickness of, for example, 200 nm. Turn into. Next, electrode lead portions 24 and 25 for the TiN electrodes 21 and 22 are formed by etching.

次いで、図9に示すように、相変化材料部18を覆うように例えば50μm×100μmの開口部を有するレジストパターン26を形成し、スパッタ法により厚さが、例えば、300nmのAl膜27を堆積させる。   Next, as shown in FIG. 9, a resist pattern 26 having an opening of, for example, 50 μm × 100 μm is formed so as to cover the phase change material portion 18, and an Al film 27 having a thickness of, for example, 300 nm is deposited by sputtering. Let

最後に、レジストパターン26とともに、レジストパターン26上のAl膜27をリフトオフで除去してAl放熱体28を形成することによって、図3及び図4に示した導波路型光ゲートスイッチの基本構造が完成する。   Finally, together with the resist pattern 26, the Al film 27 on the resist pattern 26 is removed by lift-off to form an Al radiator 28, whereby the basic structure of the waveguide type optical gate switch shown in FIGS. Complete.

このように、本発明の実施例1においては、相変化材料部の複素屈折率における主に虚数部の変化による光吸収係数の変化を利用しているので、光ゲートスイッチのサイズを1μm乃至数μmの超小型にすることができる。   As described above, in the first embodiment of the present invention, since the change of the light absorption coefficient due to the change of the imaginary part mainly in the complex refractive index of the phase change material part is utilized, the size of the optical gate switch is set to 1 μm to several It can be made ultra-small with a size of μm.

また、ゲート型の光スイッチであるため、方向性結合型の光スイッチのように結合長は問題にならないので、製造誤差に対するトレランスが大きく、信頼性の高い光スイッチを構成することが可能になる。   Further, since it is a gate type optical switch, the coupling length is not a problem as in the case of a directional coupling type optical switch, so that it is possible to construct an optical switch with high tolerance for manufacturing errors and high reliability. .

また、相変化材料部はエネルギーを印加しないかぎり相は変化しないのでメモリ性を有していることになり、スイッチング時のみ電力を消費するので低電力化が可能になる。したがって、温度制御のためにペルチェ効果素子等を設けることが不要になる。   In addition, since the phase does not change unless energy is applied to the phase change material portion, it has a memory property, and power is consumed only at the time of switching, so that the power can be reduced. Therefore, it is not necessary to provide a Peltier effect element or the like for temperature control.

次に、図10及び図11を参照して本発明の実施例2の導波路型光ゲートスイッチを説明する。図10は、本発明の実施例2の導波路型光ゲートスイッチの概略的平面図であり、図11(a)は図10におけるA−A′を結ぶ一点鎖線に沿った概略的断面図であり、また、図11(b)は図10におけるB−B′を結ぶ一点鎖線に沿った概略的断面図である。この本発明の実施例2においては、相変化材料部18の相変化をアシストする発熱体を設けた以外の構成及び基本的製造工程は実施例1と同様であるので、構造を中心に説明する。   Next, a waveguide type optical gate switch according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 10 is a schematic plan view of the waveguide type optical gate switch according to the second embodiment of the present invention, and FIG. 11A is a schematic cross-sectional view taken along the alternate long and short dash line connecting AA ′ in FIG. FIG. 11B is a schematic cross-sectional view taken along the alternate long and short dash line connecting BB ′ in FIG. 10. In the second embodiment of the present invention, the configuration and the basic manufacturing process are the same as those in the first embodiment except that a heating element for assisting the phase change of the phase change material portion 18 is provided. .

この実施例2の導波路型光ゲートスイッチにおいては、相変化材料部18の直上に例えば、TiN膜からなる発熱体31をリフトオフ法で設けたものである。そのため、相変化材料部18に電流を流す一対の電極としては高融点金属のWを用いたW電極29,30をまず形成したのちに、リフトオフ法を用いて相変化材料部18及び発熱体31を順次形成する。なお、図においては、2度のリフトオフ工程で相変化材料部18及び発熱体31を形成しているが、一度の工程で相変化材料部18及び発熱体31を形成しても良く、その場合には、同じ平面形状となる。   In the waveguide type optical gate switch of the second embodiment, a heating element 31 made of, for example, a TiN film is provided immediately above the phase change material portion 18 by a lift-off method. Therefore, after first forming W electrodes 29 and 30 using refractory metal W as a pair of electrodes for passing a current to the phase change material portion 18, the phase change material portion 18 and the heating element 31 are formed by using a lift-off method. Are sequentially formed. In the figure, the phase change material portion 18 and the heating element 31 are formed by two lift-off processes. However, the phase change material portion 18 and the heating element 31 may be formed by a single process. Are the same planar shape.

この場合、発熱体31には相変化材料部18に流れる電流が並列的に流れることによって、抵抗値がW等に比べて高いTiNからなる発熱体31がジュール熱によって発熱して相変化材料部18を均一に加熱して相変化をアシストする。   In this case, since the current flowing through the phase change material portion 18 flows in parallel in the heating element 31, the heating element 31 made of TiN having a resistance value higher than that of W or the like generates heat due to Joule heat, and the phase change material portion. 18 is heated uniformly to assist the phase change.

次に、図12及び図13を参照して本発明の実施例3の導波路型光ゲートスイッチを説明する。図12は、本発明の実施例3の導波路型光ゲートスイッチの概略的平面図であり、図13(a)は図12におけるA−A′を結ぶ一点鎖線に沿った概略的断面図であり、また、図13(b)は図12におけるB−B′を結ぶ一点鎖線に沿った概略的断面図である。この本発明の実施例3においては、相変化手段として発熱体31のみを用いた以外の構成及び基本的製造工程は実施例1と同様であるので、構造を中心に説明する。   Next, a waveguide type optical gate switch according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 12 is a schematic plan view of a waveguide type optical gate switch according to a third embodiment of the present invention, and FIG. 13A is a schematic cross-sectional view along the alternate long and short dash line connecting AA ′ in FIG. FIG. 13B is a schematic cross-sectional view along the alternate long and short dash line connecting BB ′ in FIG. In the third embodiment of the present invention, the configuration and the basic manufacturing process are the same as those in the first embodiment except that only the heating element 31 is used as the phase change means.

この実施例3の導波路型光ゲートスイッチにおいては、相変化材料部18の上に、埋込層及び絶縁層を兼ねるSiOからなる補助クラッド層32を介して、リフトオフ法によりTiN膜からなる放熱体31を形成し、放熱体31に対する一対のW電極29,30を設けたものである。 In the waveguide type optical gate switch of the third embodiment, a TiN film is formed on the phase change material portion 18 by a lift-off method through an auxiliary cladding layer 32 made of SiO 2 which also serves as a buried layer and an insulating layer. A radiator 31 is formed, and a pair of W electrodes 29 and 30 for the radiator 31 are provided.

この場合、発熱体31にW電極29,30から電流を流すことによってジュール熱を発生させ、その熱によって、相変化材料部18を均一に加熱して相変化を生起する。このTiN膜等のヒータ部材は相変化材料に比べて電気抵抗の変化が少ないので、スイッチング制御が容易になる。   In this case, Joule heat is generated by flowing current from the W electrodes 29 and 30 to the heating element 31, and the phase change material portion 18 is uniformly heated by the heat to cause a phase change. Since the heater member such as the TiN film has less change in electric resistance than the phase change material, switching control is facilitated.

次に、図14を参照して本発明の実施例4の導波路型光ゲートスイッチを説明する。図14は、本発明の実施例4の導波路型光ゲートスイッチの概略的平面図である。この本発明の実施例4においては、相変化材料部18の近傍において単結晶シリコンコア層14,15をテーパ状にした以外の構成及び基本的製造工程は実施例1と同様であるので、平面図のみ示す。   Next, a waveguide type optical gate switch according to a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 14 is a schematic plan view of a waveguide type optical gate switch according to Example 4 of the present invention. In the fourth embodiment of the present invention, the configuration and basic manufacturing process are the same as those in the first embodiment except that the single crystal silicon core layers 14 and 15 are tapered in the vicinity of the phase change material portion 18. Only the figure is shown.

この実施例4においては上述の図5(b)に示した単結晶シリコンコア層14,15の形成工程において、相変化材料部18と対向する側をテーパ導波路部33,34としたものである。この場合のテーパ導波路33,34のテーパ角は例えば1°乃至2°程度とし、相変化材料部18と対向するテーパ導波路部33,34の端部の幅を単結晶シリコンコア層14,15のコア幅の2倍乃至3倍とする。したがって、テーパ導波路部33,34の長さはテーパ角等に依存するが10μm程度となる。   In the fourth embodiment, in the step of forming the single crystal silicon core layers 14 and 15 shown in FIG. 5B described above, the side facing the phase change material portion 18 is the tapered waveguide portions 33 and 34. is there. In this case, the taper angles of the tapered waveguides 33 and 34 are, for example, about 1 ° to 2 °, and the widths of the end portions of the tapered waveguide portions 33 and 34 facing the phase change material portion 18 are set to the single crystal silicon core layers 14 and 14. The core width is 15 to 2 times to 3 times. Therefore, the lengths of the tapered waveguide portions 33 and 34 are about 10 μm although they depend on the taper angle and the like.

このように、本発明の実施例4においては、相変化材料部18の近傍をテーパ導波路部33,34としているので、相変化材料部18が透過状態における光の放射損失を低減することができる。   As described above, in the fourth embodiment of the present invention, since the vicinity of the phase change material portion 18 is the tapered waveguide portions 33 and 34, the phase change material portion 18 can reduce the radiation loss of light in the transmission state. it can.

次に、図15を参照して本発明の実施例5の導波路型光ゲートスイッチを説明する。図15は、本発明の実施例5の導波路型光ゲートスイッチの概略的平面図であり、上述の実施例1乃至実施例4に示した導波路型光ゲート40〜42をコア層43の光軸方向に沿って多段に配置したものである。なお、各導波路型光ゲート40〜42を配置するピッチは例えば、100μmである。   Next, a waveguide type optical gate switch according to a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 15 is a schematic plan view of a waveguide type optical gate switch according to the fifth embodiment of the present invention. The waveguide type optical gates 40 to 42 shown in the first to fourth embodiments are replaced with the core layer 43. It is arranged in multiple stages along the optical axis direction. In addition, the pitch which arrange | positions each waveguide type optical gate 40-42 is 100 micrometers, for example.

この実施例5においては、導波路型光ゲート40〜42を多段にしているので、一つの導波路型光ゲート40〜42における消光比が不十分であっても、多段にすることによって消光比を向上することが可能になり、それによって、信頼性の高い導波路型光ゲートスイッチを実現することができる。   In the fifth embodiment, since the waveguide type optical gates 40 to 42 are multistaged, even if the extinction ratio in one waveguide type optical gate 40 to 42 is insufficient, the extinction ratio can be increased by using multiple stages. Therefore, a highly reliable waveguide type optical gate switch can be realized.

以上、本発明の各実施例を説明してきたが、本発明は、各実施例に示した条件・構成に限られるものではない。例えば、実施例4に示したテーパ導波路は実施例2或いは実施例3にも適用されるものである。   Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the conditions and configurations shown in the embodiments. For example, the tapered waveguide shown in the fourth embodiment is also applied to the second or third embodiment.

また、実施例2或いは実施例3のように、発熱体を設ける場合には相変化材料部との上下位置関係は逆でも良い。但し、相変化材料部の光軸と単結晶シリコンコア層14,15の光軸とが一致するようにSiO下部クラッド層に凹部形成する等の製造工程を工夫する必要がある。 Further, when the heating element is provided as in the second or third embodiment, the vertical positional relationship with the phase change material portion may be reversed. However, it is necessary to devise a manufacturing process such as forming a recess in the SiO 2 lower cladding layer so that the optical axis of the phase change material portion and the optical axis of the single crystal silicon core layers 14 and 15 coincide.

また、上記の実施例4においてはテーパ導波路部と相変化材料部とを直接結合させているが、実施例1等に示したように両者の間に間隙を設けても良い。逆に、上記の実施例1乃至実施例3においても実施例4のように、単結晶シリコンコア層と相変化材料部とを直接結合させても良い。   In the fourth embodiment, the tapered waveguide portion and the phase change material portion are directly coupled. However, as shown in the first embodiment, a gap may be provided therebetween. Conversely, also in the first to third embodiments, as in the fourth embodiment, the single crystal silicon core layer and the phase change material portion may be directly coupled.

1 基板
2 下部クラッド層
3 コア層
4 上部クラッド層
5 相変化材料部
6 相変化手段
11 シリコン基板
12 SiO下部クラッド層
13 単結晶シリコン層
14,15 単結晶シリコンコア層
16,19,26 レジストパターン
17 GST膜
18 相変化材料部
20 TiN膜
21,22 TiN電極
23 SiO上部クラッド層
24,25 電極引出部
27 Al膜
28 Al放熱体
29,30 W電極
31 発熱体
32 補助クラッド層
40〜42 導波路型光ゲート
43 コア層
44 上部クラッド層
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Substrate 2 Lower clad layer 3 Core layer 4 Upper clad layer 5 Phase change material part 6 Phase change means 11 Silicon substrate 12 SiO 2 Lower clad layer 13 Single crystal silicon layers 14 and 15 Single crystal silicon core layers 16, 19 and 26 Resist Pattern 17 GST film 18 Phase change material part 20 TiN film 21, 22 TiN electrode 23 SiO 2 upper cladding layer 24, 25 Electrode extraction part 27 Al film 28 Al heat radiator 29, 30 W electrode 31 Heating element 32 Auxiliary cladding layer 40 ~ 42 waveguide type optical gate 43 core layer 44 upper clad layer

Claims (7)

光導波路の一部分の複素屈折率を変化させることによって光の透過量を変化させる導波路型光ゲートスイッチであって、
前記光導波路は、光軸方向において互いに対向する一対のコア層と、前記一対のコア層の間に配置された相変化材料部と、前記一対のコア層及び前記相変化材料部を覆うクラッド層とを有するとともに、
前記相変化材料部は、前記相変化材料部の相を変化させる相変化手段を有する導波路型光ゲートスイッチ。
A waveguide-type optical gate switch that changes a light transmission amount by changing a complex refractive index of a part of an optical waveguide,
The optical waveguide includes a pair of core layers facing each other in the optical axis direction, a phase change material portion disposed between the pair of core layers, and a clad layer covering the pair of core layers and the phase change material portion And having
The phase change material section is a waveguide type optical gate switch having phase change means for changing the phase of the phase change material section.
前記相変化手段として、前記相変化材料部にパルス電流を流す電流印加手段、または、前記相変化材料部に直接或いは絶縁膜を介して積層された発熱部材の少なくとも一方を備えている請求項1に記載された導波路型光ゲートスイッチ。   2. The phase change means includes at least one of current application means for applying a pulse current to the phase change material portion, or a heat generating member laminated directly or via an insulating film on the phase change material portion. A waveguide type optical gate switch described in 1. 前記相変化材料部を投影的に覆う熱拡散膜を有する請求項2に記載された導波路型光ゲートスイッチ。   The waveguide-type optical gate switch according to claim 2, further comprising a thermal diffusion film that projects the phase change material portion. 前記一対のコア層は、前記相変化材料部との対向部において、前記相変化材料部に近づくにしたがってコア層の幅が拡がるテーパ部を有する請求項1乃至3のいずれか1項に記載の導波路型光ゲートスイッチ。   4. The pair of core layers according to claim 1, wherein the pair of core layers has a tapered portion in which a width of the core layer increases as the phase change material portion approaches the phase change material portion. Waveguide type optical gate switch. 前記相変化材料部は、アモルファスシリコン、アモルファスゲルマニウム、アモルファスガリウムアンチモン、アモルファスガリウム砒素、テトラヘドラル系材料、Ge−Sb−Te系カルコゲナイド系材料、Sb−Te系カルコゲナイト材料、砒素ガラス系カルコゲナイド材料、NiO、HfO、ZrO、或いは、ZnOのいずれかからなる請求項1乃至請求項4のいずれか1項に記載の導波路型光ゲートスイッチ。 The phase change material portion includes amorphous silicon, amorphous germanium, amorphous gallium antimony, amorphous gallium arsenide, tetrahedral material, Ge—Sb—Te chalcogenide material, Sb—Te chalcogenite material, arsenic glass chalcogenide material, NiO, The waveguide-type optical gate switch according to any one of claims 1 to 4, wherein the waveguide-type optical gate switch is made of any one of HfO 2 , ZrO 2 , and ZnO. 前記コア層は、シリコン、窒化シリコン、窒化酸化シリコン、シリコンゲルマニウム、インジウムリン、ガリウム砒素、インジウムガリウム砒素リン、インジウムアルミニウム砒素、インジウムガリウム砒素、窒化ガリウム、或いは、砒素化窒化ガリウムのいずれかからなる請求項1乃至請求項5のいずれか1項に記載の導波路型光ゲートスイッチ。   The core layer is made of silicon, silicon nitride, silicon nitride oxide, silicon germanium, indium phosphide, gallium arsenide, indium gallium arsenide phosphorus, indium aluminum arsenide, indium gallium arsenide, gallium nitride, or gallium arsenide nitride. The waveguide type optical gate switch according to claim 1. 請求項1乃至請求項6のいずれか1項に記載の導波路型光ゲートスイッチを光導波路の光軸に沿って多段に接続した多段導波路型光ゲートスイッチ。   A multistage waveguide type optical gate switch in which the waveguide type optical gate switch according to any one of claims 1 to 6 is connected in multiple stages along the optical axis of the optical waveguide.
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Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6093208A (en) * 1983-10-27 1985-05-25 Toshiba Corp Pulse burning device
KR20140060547A (en) * 2011-08-30 2014-05-20 스코르피오스 테크놀러지스, 인코포레이티드 Integrated waveguide coupler
JP2015075640A (en) * 2013-10-09 2015-04-20 日本電信電話株式会社 Optical phase adjustment circuit and method
JP2018155963A (en) * 2017-03-17 2018-10-04 学校法人慶應義塾 Optical switch
US10895686B2 (en) 2011-08-30 2021-01-19 Skorpios Technologies, Inc. Integrated photonics mode expander
US11409039B2 (en) 2014-05-27 2022-08-09 Skorpios Technologies, Inc. Waveguide mode expander having non-crystalline silicon features
EP4350890A1 (en) * 2022-10-07 2024-04-10 Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives Phase change material based switch

Cited By (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6093208A (en) * 1983-10-27 1985-05-25 Toshiba Corp Pulse burning device
US11002925B2 (en) 2011-08-30 2021-05-11 Skorpios Technologies, Inc. Integrated waveguide coupler
JP2014525608A (en) * 2011-08-30 2014-09-29 スコーピオズ テクノロジーズ インコーポレイテッド Integrated waveguide coupler
JP2018197861A (en) * 2011-08-30 2018-12-13 スコーピオズ テクノロジーズ インコーポレイテッド Integrated waveguide coupler
US10330871B2 (en) 2011-08-30 2019-06-25 Skorpios Technologies, Inc. Integrated waveguide coupler
KR102059891B1 (en) * 2011-08-30 2019-12-27 스코르피오스 테크놀러지스, 인코포레이티드 Integrated waveguide coupler
US10895686B2 (en) 2011-08-30 2021-01-19 Skorpios Technologies, Inc. Integrated photonics mode expander
KR20140060547A (en) * 2011-08-30 2014-05-20 스코르피오스 테크놀러지스, 인코포레이티드 Integrated waveguide coupler
JP2015075640A (en) * 2013-10-09 2015-04-20 日本電信電話株式会社 Optical phase adjustment circuit and method
US11409039B2 (en) 2014-05-27 2022-08-09 Skorpios Technologies, Inc. Waveguide mode expander having non-crystalline silicon features
JP2018155963A (en) * 2017-03-17 2018-10-04 学校法人慶應義塾 Optical switch
EP4350890A1 (en) * 2022-10-07 2024-04-10 Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives Phase change material based switch
FR3140713A1 (en) * 2022-10-07 2024-04-12 Commissariat à l'Energie Atomique et aux Energies Alternatives Switch based on phase change material

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