JP2014146002A - 光デバイスおよびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】実施の形態の光デバイスは、レーザ光源と、レーザ光源から出力される光を伝搬する第1の光導波路と、第1の光導波路から入力される光をn個(nは2以上の整数)の光に分配する第1の分配器と、第1の分配器から出力されるn個の光を伝搬するn本の第2の光導波路と、各々の前記第2の光導波路に伝搬された光をm個(mは2以上の整数)の光に分配するn個の第2の分配器と、n個の第2の分配器から出力されるn×m個の光を伝搬するマトリックス状に配置されるn×m本の第3の光導波路と、第3の光導波路毎に電圧または電流を印加し、第3の光導波路を伝搬する光の位相を制御する制御電極と、制御電極により位相が制御された光を出力する出力端面と、を備える。
【選択図】図1
Description
本実施の形態の光デバイスは、レーザ光源と、レーザ光源から出力される光を伝搬する第1の光導波路と、第1の光導波路から入力される光をn個(nは2以上の整数)の光に分配する第1の分配器と、第1の分配器から出力されるn個の光を伝搬するn本の第2の光導波路と、各々の第2の光導波路に伝搬された光をm個(mは2以上の整数)の光に分配するn個の第2の分配器と、n個の第2の分配器から出力されるn×m個の光を伝搬するマトリックス状に配置されるn×m本の第3の光導波路と、第3の光導波路毎に電圧または電流を印加し、第3の光導波路を伝搬する光の位相を制御する制御電極と、制御電極により位相が制御された光を出力する出力端面と、を備える。
上部電極30aと下部電極30bは、例えば、金属の電極である。
本実施の形態の光デバイスは、制御電極に印加する電圧または電流を制御する位相制御回路をさらに備える。そして、位相制御回路が半導体基板上の集積回路で形成され、半導体基板上にレーザ光源、第1、第2および第3の光導波路、第1および第2の分配器、制御電極、出力端面が形成される。
本実施の形態の光デバイスは、基板と、基板上に形成され、クラッド材からなる第1の配線分離層と、第1の配線分離層上に形成され、クラッド材からなる第1の配線層内クラッドと、左右を第1の配線層内クラッドに挟まれクラッド材よりも屈折率の高い第1のコア材からなる第1の光導波路とを含む第1の光配線層と、第1の配線分離層上方に形成され、クラッド材からなる第2の配線層内クラッドと、左右を第2の配線層内クラッドに挟まれ、第1の光導波路と離間して略平行に伸長し、第1のコア材からなる第2の光導波路とを含む第2の光配線層と、第1の光配線層と第2の光配線層との間に形成され、クラッド材からなる周囲層と、周囲層で挟まれ、第1の光導波路の上面および第2の光導波路の下面に接触し、第1のコア材よりも高い屈折率の第2のコア材からなる接続部とを含む第2の配線分離層と、を備える。そして、第1の光導波路、接続部、第2の光導波路を上記基板に平行な面に投影した場合に、接続部が、第1の光導波路および第2の光導波路のいずれよりも内側となる構成となっている。
本実施の形態の光デバイスは、基板と、基板上に形成され、クラッド材からなる第1の配線分離層と、第1の配線分離層上に形成され、クラッド材からなる第1の配線層内クラッドと、左右を第1の配線層内クラッドに挟まれクラッド材よりも屈折率の高い第1のコア材からなる第1の光導波路とを含む第1の光配線層と、第1の光配線層上に形成され、クラッド材よりも屈折率が高く、第1のコア材よりも屈折率の低い境界材からなる第1の境界層と、第1の境界層上方に形成され、境界材からなる第2の境界層と、第2の境界層上に形成され、クラッド材からなる第2の配線層内クラッドと、左右を第2の配線層内クラッドに挟まれ、第1の光導波路と略平行に伸長し、第1のコア材からなる第2の光導波路とを含む第2の光配線層と、第1の境界層と第2の境界層との間に形成され、前記クラッド材からなる周囲層と、前記周囲層で挟まれ、前記第1の境界層の上面および前記第2の境界層の下面に接触し、前記境界材よりも高い屈折率の第2のコア材からなる接続部とを含む第2の配線分離層と、を備える。そして、第1の光導波路、接続部、第2の光導波路を基板に平行な面に投影した場合に、第1の光導波路、接続部、第2の光導波路がすべて重なる領域を有する。
=1.55μm)を代入するとL0〜1.64μmとなり、実際の接続部長(1.45μm)より約13%大きな見積もりとなる。このように、出射側の最初の干渉ピークを用いる場合の接続部長Lは式(IV)右辺の値に比較的近い値になり、その2倍の長さがあるとi=0のモードとi=1のモードの干渉によるピークは入射導波路面側に戻る。
12 第1の光導波路
14 クラッド層
16 第1の分配器
18 第2の光導波路
20 第2の分配器
22 第3の光導波路
28 出力端面
30a 上部電極
30b 下部電極
40 制御回路
100 基板
101 第1の配線分離層
102 第1の光配線層
103 第2の配線分離層
104 第2の光配線層
107a 第1の光導波路
107b 第1の配線層内クラッド
108a 第2の光導波路
108b 第2の配線層内クラッド
110a 接続部
110b 周囲層
200 基板
201 第1の配線分離層
202 第1の光配線層
203 第2の配線分離層
204 第2の光配線層
207a 第1の光導波路
207b 第1の配線層内クラッド
208a 第2の光導波路
208b 第2の配線層内クラッド
210a 接続部
210b 周囲層
221 第1の境界層(第1のエッチストップ層)
222 第2の境界層(第2のエッチストップ層)
Claims (20)
- レーザ光源と、
前記レーザ光源から出力される光を伝搬する第1の光導波路と、
前記第1の光導波路から入力される光をn個(nは2以上の整数)の光に分配する第1の分配器と、
前記第1の分配器から出力されるn個の光を伝搬するn本の第2の光導波路と、
各々の前記第2の光導波路に伝搬された光をm個(mは2以上の整数)の光に分配するn個の第2の分配器と、
n個の前記第2の分配器から出力されるn×m個の光を伝搬するマトリックス状に配置されるn×m本の第3の光導波路と、
前記第3の光導波路毎に電圧または電流を印加し、前記第3の光導波路を伝搬する光の位相を制御する制御電極と、
前記制御電極により位相が制御された光を出力する出力端面と、
を備えることを特徴とする光デバイス。 - 前記レーザ光源がレーザダイオードであることを特徴とする請求項1記載の光デバイス。
- 前記第1および第2の分配器が多モード干渉導波路であることを特徴とする請求項1または請求項2記載の光デバイス。
- 前記第1、第2および第3の光導波路はシリコンであることを特徴とする請求項1ないし請求項3いずれか一項記載の光デバイス。
- 前記第1、第2および第3の光導波路の周囲に、前記第1、第2および第3の光導波路よりも屈折率の低いクラッド層が存在することを特徴とする請求項1ないし請求項4いずれか記載の光デバイス。
- 前記制御電極に印加する電圧または電流を制御する位相制御回路をさらに備え、
前記位相制御回路が半導体基板上の集積回路で形成され、
前記半導体基板上に前記レーザ光源、第1、第2および第3の光導波路、前記第1および第2の分配器、前記制御電極、前記出力端面が形成されることを特徴とする請求項1記載の光デバイス。 - 基板と、
前記基板上に形成され、クラッド材からなる第1の配線分離層と、
前記第1の配線分離層上に形成され、前記クラッド材からなる第1の配線層内クラッドと、左右を前記第1の配線層内クラッドに挟まれ前記クラッド材よりも屈折率の高い第1のコア材からなる第1の光導波路とを含む第1の光配線層と、
前記第1の配線分離層上方に形成され、前記クラッド材からなる第2の配線層内クラッドと、左右を前記第2の配線層内クラッドに挟まれ、前記第1の光導波路と離間して略平行に伸長し、前記第1のコア材からなる第2の光導波路とを含む第2の光配線層と、
前記第1の光配線層と前記第2の光配線層との間に形成され、前記クラッド材からなる周囲層と、前記周囲層で挟まれ、前記第1の光導波路の上面および前記第2の光導波路の下面に接触し、前記第1のコア材よりも高い屈折率の第2のコア材からなる接続部とを含む第2の配線分離層と、を備え、
前記第1の光導波路、前記接続部、前記第2の光導波路を前記基板に平行な面に投影した場合に、前記接続部が、前記第1の光導波路および前記第2の光導波路のいずれよりも内側となることを特徴とする光デバイス。 - 前記第1のコア材および前記第2のコア材が、シリコンを主成分とするアモルファス材料であることを特徴とする請求項7記載の光デバイス。
- 前記第1および第2の光導波路が単一モード導波路であることを特徴とする請求項7または請求項8記載の光デバイス。
- 前記接続部の幅が、前記第1の光導波路および第2の光導波路のいずれの幅よりも50nm以上狭いことを特徴とする請求項7ないし請求項9いずれか一項記載の光デバイス。
- 前記第1の光導波路および第2の光導波路が、光導波路中央部の屈折率が上下端の部分の屈折率より高くなるような厚さ方向の屈折率分布をもつことを特徴とする請求項7ないし請求項10いずれか一項記載の光デバイス。
- 前記第1のコア材がa−SiC、前記第2のコア材がa−Si、前記クラッド材がSiO2であることを特徴とする請求項7ないし請求項10いずれか一項記載の光デバイス。
- 前記第1および第2のコア材が、a−SiC/a−Si/a−SiCの積層構造で形成されることを特徴とする請求項11記載の光デバイス。
- 基板と、
前記基板上に形成され、クラッド材からなる第1の配線分離層と、
前記第1の配線分離層上に形成され、前記クラッド材からなる第1の配線層内クラッドと、左右を前記第1の配線層内クラッドに挟まれ前記クラッド材よりも屈折率の高い第1のコア材からなる第1の光導波路とを含む第1の光配線層と、
前記第1の光配線層上に形成され、前記クラッド材よりも屈折率が高く、前記第1のコア材よりも屈折率の低い境界材からなる第1の境界層と、
前記第1の境界層上方に形成され、前記境界材からなる第2の境界層と、
前記第2の境界層上に形成され、前記クラッド材からなる第2の配線層内クラッドと、左右を前記第2の配線層内クラッドに挟まれ、前記第1の光導波路と略平行に伸長し、第1のコア材からなる第2の光導波路とを含む第2の光配線層と、
前記第1の境界層と前記第2の境界層との間に形成され、前記クラッド材からなる周囲層と、前記周囲層で挟まれ、前記第1の境界層の上面および前記第2の境界層の下面に接触し、前記境界材よりも高い屈折率の第2のコア材からなる接続部とを含む第2の配線分離層と、を備え、
前記第1の光導波路、前記接続部、前記第2の光導波路を前記基板に平行な面に投影した場合に、前記第1の光導波路、前記接続部、前記第2の光導波路がすべて重なる領域を有することを特徴とする光デバイス。 - 前記第1のコア材と前記第2のコア材が同一材料であることを特徴とする請求項14記載の光デバイス。
- 前記第1および第2のコア材がa−Siであり、前記境界材がSiNであることを特徴とする請求項15記載の光デバイス。
- 基板と、
前記基板上に形成され、クラッド材からなる第1の配線分離層と、
前記第1の配線分離層上に形成され、前記クラッド材からなる第1の配線層内クラッドと、左右を前記第1の配線層内クラッドに挟まれ前記クラッド材よりも屈折率の高い第1のコア材からなる第1の光導波路とを含む第1の光配線層と、
前記第1の配線分離層上方に形成され、前記クラッド材からなる第2の配線層内クラッドと、左右を前記第2の配線層内クラッドに挟まれ前記クラッド材と、前記クラッド材で挟まれ、前記第1の光導波路と離間して略平行に伸長し、前記第1のコア材からなる第2の光導波路とを含む第2の光配線層と、
前記第1の光配線層と前記第2の光配線層との間に形成され、前記クラッド材からなる周囲層と、前記周囲層で挟まれ、前記第1の光導波路と前記第2の光導波路の間に設けられ、前記クラッド材よりも高い屈折率の第2のコア材からなる接続部とを含む第2の配線分離層と、
を備え、
前記第1の光導波路、前記接続部、前記第2の光導波路を前記基板に平行な面に投影した場合に、前記第1の光導波路、前記接続部、前記第2の光導波路がすべて重なる領域を有し、
前記接続部が存在する領域における前記第1の光導波路下面から前記第2の光導波路上面までのコア層の合計厚をH、厚さで重みづけした前記コア層の平均屈折率をncore、光の中心波長をλとするとき、前記接続部の長さLが、
- 基板上に第1のクラッド材を形成し、
前記第1のクラッド材上に前記第1のクラッド材よりも屈折率の高い第1のコア材からなる第1の光導波路を形成し、
前記第1の光導波路上に前記第1のコア材よりも屈折率の低い第2のクラッド材を形成し、
前記第2のクラッド材を研磨して前記第1の光導波路を露出させ、
前記第1の光導波路および前記第2のクラッド材上に前記第1のコア材よりも屈折率の低い第3のクラッド材を形成し、
前記第3のクラッド材に前記第1の光導波路に達し、開口部下部の全領域が第1の光導波路上面にあるトレンチを形成し、
前記トレンチを前記第1のコア材よりも屈折率の高い第2のコア材で埋め込み、
前記第2のコア材を研磨して前記第3のクラッド材を露出させ、
前記第3のクラッド材上に第1のコア材からなり、下面が前記第2のコア材の上面をすべて覆い、前記第1の光導波路と略平行に伸長する第2の光導波路を形成し、
前記第2の光導波路上に前記第1のコア材よりも屈折率の低い第4のクラッド材を形成することを特徴とする光デバイスの製造方法。 - 基板上に第1のクラッド材を形成し、
前記第1のクラッド材上に前記第1のクラッド材よりも屈折率の高い第1のコア材からなる第1の光導波路を形成し、
前記第1の光導波路上に前記第1のコア材よりも屈折率の低い第2のクラッド材を形成し、
前記第2のクラッド材を研磨して前記第1の光導波路を露出させ、
前記第1の光導波路および前記第2のクラッド材上に前記第1および前記第2のクラッド材よりも屈折率が高く、前記第1のコア材よりも屈折率の低いエッチストップ材からなる第1のエッチストップ層を形成し、
前記第1のエッチストップ層上に前記エッチストップ材よりも屈折率の高い第2のコア材からなる接続部を、前記第1のエッチストップ層で前記第2のコア材のエッチングを停止させることで、前記第1の光導波路の直上に形成し、
前記接続部上に、前記エッチストップ材よりも屈折率の低い第3のクラッド材を形成し、
前記第3のクラッド材を研磨して前記接続部を露出させ、
前記接続部上および前記第3のクラッド材上に前記エッチストップ材からなる第2のエッチストップ層を形成し、
前記第2のエッチストップ層上に前記第1のコア材からなる第2の光導波路を、前記第2のエッチストップ層で前記第1のコア材のエッチングを停止させることで、前記接続部の直上に形成し、
前記第2の光導波路上に前記エッチストップ材よりも屈折率の低い第4のクラッド材を形成することを特徴とする光デバイスの製造方法。 - 基板上に第1のクラッド材を形成し、
前記第1のクラッド材上に前記第1のクラッド材よりも屈折率の高い第1のコア材からなる第1の光導波路を形成し、
前記第1の光導波路上に前記第1のコア材よりも屈折率の低い第2のクラッド材を形成し、
前記第2のクラッド材を研磨して前記第1の光導波路を露出させ、
前記第1の光導波路および前記第2のクラッド材上に前記第1および前記第2のクラッド材よりも屈折率が高く、前記第1のコア材よりも屈折率の低いエッチストップ材からなる第1のエッチストップ層を形成し、
前記第1のエッチストップ層上に、前記エッチストップ材よりも屈折率の低い第3のクラッド材を形成し、
前記第3のクラッド材に前記第1のエッチストップ層でエッチングを停止させることで、前記第1の光導波路の直上に開口部を有するトレンチを形成し、
前記トレンチに、前記エッチストップ材よりも屈折率の高い第2のコア材を埋め込み、
前記第2のコア材を研磨して、前記第3のクラッド材を露出させることで前記第2のコア材からなる接続部を形成し、
前記接続部および前記第3のクラッド材上に、前記エッチストップ材からなる第2のエッチストップ層を形成し、
前記第2のエッチストップ層上に前記第1のコア材からなる第2の光導波路を、前記第2のエッチストップ層で前記第1のコア材のエッチングを停止させることで、前記接続部の直上に形成し、
前記第2の光導波路上に前記エッチストップ材よりも屈折率の低い第4のクラッド材を形成することを特徴とする光デバイスの製造方法。
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