JP3199735B2 - 光集積回路 - Google Patents
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
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- Physics & Mathematics (AREA)
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- Optical Integrated Circuits (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 本発明は、基板上に被着された導波体を有しており、
基板と導波体コアとの間に高い導電性を有する膜が被着
されており、さらに導波体コアよりも小さい屈折率を有
する膜が被着されている光集積回路に関する。
基板と導波体コアとの間に高い導電性を有する膜が被着
されており、さらに導波体コアよりも小さい屈折率を有
する膜が被着されている光集積回路に関する。
光集積回路は支持体材料(基板)から形成され、光学
的構造体はこの基板上に被着されるか、またはこの基板
内に挿入されている。この場合に特に重要なのは減衰度
の低い光導波体を製造できることである。基本構造体で
ある導波体から出発して、多種の構成部品、例えばカプ
ラ、干渉計、周波数フィルタその他を実現することがで
きる。
的構造体はこの基板上に被着されるか、またはこの基板
内に挿入されている。この場合に特に重要なのは減衰度
の低い光導波体を製造できることである。基本構造体で
ある導波体から出発して、多種の構成部品、例えばカプ
ラ、干渉計、周波数フィルタその他を実現することがで
きる。
電磁波を案内する導波体を実現するために、電磁界の
伝搬はそれぞれ導波体によって予め定められた方向へ制
限される。このために、案内すべき電磁界を外部環境か
ら“絶縁”することが必要となる。
伝搬はそれぞれ導波体によって予め定められた方向へ制
限される。このために、案内すべき電磁界を外部環境か
ら“絶縁”することが必要となる。
光通信技術においてまず第一に誘電的絶縁の手段が用
いられる。導波体のいわゆるコア領域には、コアを包囲
する材料(いわゆるカバー領域)よりも屈折率の大きい
材料が設けられている。これにより、このカバーの方向
へ案内される電磁界はエネルギ散逸なくほぼ指数的に減
少する。その結果、カバーの境界には著しく小さい電界
強度しか存在しなくなるため、ここに現われる電磁界の
減衰は実質的に問題とはならなくなる。この種の電磁波
案内はグラファイバでは光集積導波体の方式で多く適用
されている。
いられる。導波体のいわゆるコア領域には、コアを包囲
する材料(いわゆるカバー領域)よりも屈折率の大きい
材料が設けられている。これにより、このカバーの方向
へ案内される電磁界はエネルギ散逸なくほぼ指数的に減
少する。その結果、カバーの境界には著しく小さい電界
強度しか存在しなくなるため、ここに現われる電磁界の
減衰は実質的に問題とはならなくなる。この種の電磁波
案内はグラファイバでは光集積導波体の方式で多く適用
されている。
光集積導波体に関連してさらに高さ方向断面による電
磁波の案内が知られており、この場合、電磁界伝搬はコ
ア領域の側面の狭幅化により制限される。能動的光学素
子において導波の目的で適用される利得コントロールの
方法が知られている。この場合、導波体のコア領域にカ
バーの周辺よりも高い利得を有する領域が形成される。
磁波の案内が知られており、この場合、電磁界伝搬はコ
ア領域の側面の狭幅化により制限される。能動的光学素
子において導波の目的で適用される利得コントロールの
方法が知られている。この場合、導波体のコア領域にカ
バーの周辺よりも高い利得を有する領域が形成される。
本発明の課題は光集積回路の製造法を改善することで
ある。例えば基板上で実施される工程ステップにより製
造可能な電磁界の案内および/または制御のための手段
を提供することである。
ある。例えば基板上で実施される工程ステップにより製
造可能な電磁界の案内および/または制御のための手段
を提供することである。
この課題は、高い導電性を有する膜に切欠が設けられ
ており、この切欠は基板中に設けられた光電素子との光
結合のために用いられる構成により解決される。
ており、この切欠は基板中に設けられた光電素子との光
結合のために用いられる構成により解決される。
本発明による光集積回路は、基板に対して材料の技術
的処理が良好かつ自由に行える材料を選定できる利点を
有する。実現すべき導波体構造体内で光学的電磁界が基
板から遮断されるため、良好に処理できる材料を光学的
特性を考慮することなく選定できる。
的処理が良好かつ自由に行える材料を選定できる利点を
有する。実現すべき導波体構造体内で光学的電磁界が基
板から遮断されるため、良好に処理できる材料を光学的
特性を考慮することなく選定できる。
本発明による光集積回路に設けられている小さい屈折
率を有する膜は、厚さが小さいため公知の方法で被着で
きる。さらに本発明による光集積回路の場合、基板内の
光電素子との結合を有利に行える。
率を有する膜は、厚さが小さいため公知の方法で被着で
きる。さらに本発明による光集積回路の場合、基板内の
光電素子との結合を有利に行える。
光集積回路を製造するための公知の技術では、基板上
に透光性の膜が被着される。この膜は構成部品の所望の
機能に応じてパターン化され、処理される。しかしこの
パターン化は光学的特性に基いて選定された材料につい
て実施され、この材料では加工のしやすさは考慮されて
いない。本発明による光集積回路の場合、パターン化は
実質的に基板において行われ、これにより基板上に設け
られる膜のパターン化を部分的に省略できる。ただし光
学膜のパターン化を本発明の光集積回路の場合に完全に
行わないというわけではない。
に透光性の膜が被着される。この膜は構成部品の所望の
機能に応じてパターン化され、処理される。しかしこの
パターン化は光学的特性に基いて選定された材料につい
て実施され、この材料では加工のしやすさは考慮されて
いない。本発明による光集積回路の場合、パターン化は
実質的に基板において行われ、これにより基板上に設け
られる膜のパターン化を部分的に省略できる。ただし光
学膜のパターン化を本発明の光集積回路の場合に完全に
行わないというわけではない。
本発明の実施形態によれば、高い導電性を有する膜の
中に切欠が設けられており、この切欠は基板中に設けら
れた光電素子との光結合のために用いられる。または高
い導電性を有する膜の切欠は、導波の制御のために用い
られる。
中に切欠が設けられており、この切欠は基板中に設けら
れた光電素子との光結合のために用いられる。または高
い導電性を有する膜の切欠は、導波の制御のために用い
られる。
この実施形態では、導波体そのものに関するパターン
化は導波体の領域において行われ、基板では行われな
い。
化は導波体の領域において行われ、基板では行われな
い。
従属請求項に示された構成により、請求項1に示され
た構成の発展形態および改善態様が得られる。
た構成の発展形態および改善態様が得られる。
基板に対しては 族半導体(ゲルマニウム、シリコン
またはゲルマニウム/シリコン合金)がまたは 族/
族半導体(GaAs/AlGaAs、InP/InGaAsP)が適している。
ただし基本的には、本発明の光集積回路の構造体に対し
て別の材料も使用できる。
またはゲルマニウム/シリコン合金)がまたは 族/
族半導体(GaAs/AlGaAs、InP/InGaAsP)が適している。
ただし基本的には、本発明の光集積回路の構造体に対し
て別の材料も使用できる。
高い導電性を有する膜に対する材料としてアルミニウ
ム、金、銀、銅が用いられるが、シリサイドおよび窒化
チタンも用いられる。導体膜と光学的に透明な膜との接
着性を改善する目的で、金属の導体膜の被着後に、例え
ばPSG[(SiO2)x(P2O5)y]から成る粘着膜を被着
できる。これは半導体技術においてそれ自体は公知の工
程である。PSGは透光性であり、後続のガラス膜の被着
を可能にする。
ム、金、銀、銅が用いられるが、シリサイドおよび窒化
チタンも用いられる。導体膜と光学的に透明な膜との接
着性を改善する目的で、金属の導体膜の被着後に、例え
ばPSG[(SiO2)x(P2O5)y]から成る粘着膜を被着
できる。これは半導体技術においてそれ自体は公知の工
程である。PSGは透光性であり、後続のガラス膜の被着
を可能にする。
次に本発明の実施例を図面を用いて説明する。
第1図はパターン化されていない基板を有する実施例
を示す図であり、第2図は構造体のV形溝エッチングを
導波体軸線に垂直に示す断面図であり、第3図はブラッ
グ構造体を形成する実施例における導波体の断面図であ
り、第4図は高い導電性を有する膜の断続によりブラッ
グ構造体が実現されている導波体の伝搬方向の断面図、
第5図はブラッグ反射器を形成する実施例の切欠の平面
図であり、第6図は別の実施例の断面図であり、第7図
は本発明を説明するための種々のフィル度経過の図であ
る。
を示す図であり、第2図は構造体のV形溝エッチングを
導波体軸線に垂直に示す断面図であり、第3図はブラッ
グ構造体を形成する実施例における導波体の断面図であ
り、第4図は高い導電性を有する膜の断続によりブラッ
グ構造体が実現されている導波体の伝搬方向の断面図、
第5図はブラッグ反射器を形成する実施例の切欠の平面
図であり、第6図は別の実施例の断面図であり、第7図
は本発明を説明するための種々のフィル度経過の図であ
る。
第1図に示されている光集積回路において、基板1の
上に導体膜2と1μmの厚さのSiO2膜3が被着されてい
る。その上に、例えばリンを有するSiO2から成る導波体
コア4が設けられている。コアの屈折率はSiO2膜3の屈
折率よりも大である。導波体コア4の屈折率が周囲の媒
質(空気)よりも高いことにより、側面および上方への
波の案内が可能となる。必要に応じて被着されるカバー
膜は、導波体コア4よりも小さい屈折率を有さなくては
ならない。
上に導体膜2と1μmの厚さのSiO2膜3が被着されてい
る。その上に、例えばリンを有するSiO2から成る導波体
コア4が設けられている。コアの屈折率はSiO2膜3の屈
折率よりも大である。導波体コア4の屈折率が周囲の媒
質(空気)よりも高いことにより、側面および上方への
波の案内が可能となる。必要に応じて被着されるカバー
膜は、導波体コア4よりも小さい屈折率を有さなくては
ならない。
電気的絶縁による導波体の製造の簡単な手段は、基板
上のV字形のV字形の溝エッチングである。このことは
第2図に示されている。
上のV字形のV字形の溝エッチングである。このことは
第2図に示されている。
基板5のパターン化(例えばブラッグ構造体による)
の後に導体膜6が被着される。この導体膜6は薄く構成
されており、その表面が構造体を有する。次に、小さい
屈折率を有する膜7と、導波体を形成するカバー膜8と
が被着される。
の後に導体膜6が被着される。この導体膜6は薄く構成
されており、その表面が構造体を有する。次に、小さい
屈折率を有する膜7と、導波体を形成するカバー膜8と
が被着される。
本発明による光集積回路の場合、ブラッグ構造体は、
導体膜の適切なパターン化により形成される。そのため
例えば基板にブラッグ構造体が設けられ、続いて導電性
の膜が被着される。その実施例が第3図に示されてい
る。相応にパターン化された基板9の上に、導体膜10、
小さい屈折率を有する膜11、および導波体として用いら
れるカバー膜12が積層される。
導体膜の適切なパターン化により形成される。そのため
例えば基板にブラッグ構造体が設けられ、続いて導電性
の膜が被着される。その実施例が第3図に示されてい
る。相応にパターン化された基板9の上に、導体膜10、
小さい屈折率を有する膜11、および導波体として用いら
れるカバー膜12が積層される。
導体膜をパターン化する際に導体膜の中に孔ないし長
手方向の孔が形成され、導波体構造体が作成される。こ
の構造体の伝搬方向での断面は例えば第4図に示されて
いる。導電膜14の周期的な断続状態が導波体領域15の内
部に実効屈折率の周期的な変化を生じさせる。誘電体の
中間膜は13で示されている。
手方向の孔が形成され、導波体構造体が作成される。こ
の構造体の伝搬方向での断面は例えば第4図に示されて
いる。導電膜14の周期的な断続状態が導波体領域15の内
部に実効屈折率の周期的な変化を生じさせる。誘電体の
中間膜は13で示されている。
基板上にpn接合を形成できる。所属のダイオードが遮
断領域から導通領域へ切り換えられると、電荷キャリヤ
注入が行われ、その結果屈折率が変化する。導体膜が薄
い絶縁膜により基板から電気的に絶縁されている場合、
電圧を導体膜へ印加することにより屈折率を変化させる
類似の効果が得られる。この場合、誘導により電荷キャ
リヤ密度が影響される。導体膜における切欠部を用い
て、これにより電磁界、ひいては導波体の光伝送特性を
制御することができる。
断領域から導通領域へ切り換えられると、電荷キャリヤ
注入が行われ、その結果屈折率が変化する。導体膜が薄
い絶縁膜により基板から電気的に絶縁されている場合、
電圧を導体膜へ印加することにより屈折率を変化させる
類似の効果が得られる。この場合、誘導により電荷キャ
リヤ密度が影響される。導体膜における切欠部を用い
て、これにより電磁界、ひいては導波体の光伝送特性を
制御することができる。
この効果の適用が第5図に示されている。この場合、
基板16の上に導体膜17が被着されている。その上の誘電
体の中間膜ならびに導波体は、第5図には示されていな
い。第3図の実施例の場合と同様に2つのブラッグ格子
18、19が示されており、それらの間に伝搬方向へ延在し
て導体膜の破断部20が設けられている。第5図に図示さ
れていない対向電極に対して導体膜17における電圧を変
化することにより、基板17の屈折率を変化させることが
できる。そのため第5図に示された波フィルタの特性を
制御できる。
基板16の上に導体膜17が被着されている。その上の誘電
体の中間膜ならびに導波体は、第5図には示されていな
い。第3図の実施例の場合と同様に2つのブラッグ格子
18、19が示されており、それらの間に伝搬方向へ延在し
て導体膜の破断部20が設けられている。第5図に図示さ
れていない対向電極に対して導体膜17における電圧を変
化することにより、基板17の屈折率を変化させることが
できる。そのため第5図に示された波フィルタの特性を
制御できる。
伝送特性の制御のもう1つの方法は、導波体を、電界
強度に依存する屈折率を有する材料から構成する点にあ
る。この材料は例えばポリマーである。この場合第6図
に示されているように導体膜10は電極として使用でき
る。他方、導波体12′の上方に設けられている導体膜23
は、対向電極として用いられる。ここで導体膜23は誘電
体の中間膜24によっても導波体12′から分離されてい
る。これにより著しく高い減衰が回避される。
強度に依存する屈折率を有する材料から構成する点にあ
る。この材料は例えばポリマーである。この場合第6図
に示されているように導体膜10は電極として使用でき
る。他方、導波体12′の上方に設けられている導体膜23
は、対向電極として用いられる。ここで導体膜23は誘電
体の中間膜24によっても導波体12′から分離されてい
る。これにより著しく高い減衰が回避される。
次に第7図のa、b、c、dを用いて、公知の光集積
回路における電界強度特性および本発明による光集積回
路の電界強度特性を説明する。ここでは膜の厚さが横軸
に示されているが、電界強度については詳細に示すため
に小さい値が拡大されて記入されている。4つの図にお
いて厚さ5μmを有する導波体が前提とされている。
回路における電界強度特性および本発明による光集積回
路の電界強度特性を説明する。ここでは膜の厚さが横軸
に示されているが、電界強度については詳細に示すため
に小さい値が拡大されて記入されている。4つの図にお
いて厚さ5μmを有する導波体が前提とされている。
第7図のaに示されている公知の光集積回路の場合、
波を案内する目的で著しく小さい屈折率を有する例えば
10μmの膜が設けられている。この膜の中で電界強度が
漸進点に減衰する。導波体から遠い方の、著しく小さい
屈折率を有する膜表面において電界強度は近似的に0で
あり、そのため光導体中のわずかな減衰が生ずる。前述
のように、この種の厚い膜は半導体において用いられて
いる技術では著しく製造が困難である。また基板への光
学的結合が困難である。
波を案内する目的で著しく小さい屈折率を有する例えば
10μmの膜が設けられている。この膜の中で電界強度が
漸進点に減衰する。導波体から遠い方の、著しく小さい
屈折率を有する膜表面において電界強度は近似的に0で
あり、そのため光導体中のわずかな減衰が生ずる。前述
のように、この種の厚い膜は半導体において用いられて
いる技術では著しく製造が困難である。また基板への光
学的結合が困難である。
しかし導波体で実施される導体膜による波の案内は、
第7図のbに示されているように、導波体中で著しく大
きな減衰が生じることを意味する。この場合、SiO2Pか
ら成る導波体にアルミニウムAlから成る金属膜が続く。
この金属膜では、大きい電界強度のため相応に高い損失
が生じる。
第7図のbに示されているように、導波体中で著しく大
きな減衰が生じることを意味する。この場合、SiO2Pか
ら成る導波体にアルミニウムAlから成る金属膜が続く。
この金属膜では、大きい電界強度のため相応に高い損失
が生じる。
第7図のcに示されている本発明による光集積回路の
膜構成の場合は、厚さが約1μmのSiO2から成る誘電体
の中間膜が設けられており、この中間膜へ薄いアルミニ
ウム膜Alが続く。この中間膜の作用によりアルミニウム
中の電界強度が第7図のbの場合よりも著しく低減さ
れ、これにより損失が光集積回路において用いられる導
波体長さで許容される値へ制限される。例えば0.1μm
の厚さの金属から成る導体膜も誘電体の中間膜も、公知
の方法で簡単に被着される。
膜構成の場合は、厚さが約1μmのSiO2から成る誘電体
の中間膜が設けられており、この中間膜へ薄いアルミニ
ウム膜Alが続く。この中間膜の作用によりアルミニウム
中の電界強度が第7図のbの場合よりも著しく低減さ
れ、これにより損失が光集積回路において用いられる導
波体長さで許容される値へ制限される。例えば0.1μm
の厚さの金属から成る導体膜も誘電体の中間膜も、公知
の方法で簡単に被着される。
導波体を基板中に設けられる光電素子へ結合する目的
で、導体膜が切断される。この場合に基板に生ずる電磁
界の強度特性は第7図のdに示されている。この場合電
磁界は基板内へ向かって振動的に小さい減衰度で進行す
る。これにより光電素子の良好な結合が可能となる。こ
の個所では導波体の減衰がエネルギーの各々の出力結合
と同様に必然的に高くなる。
で、導体膜が切断される。この場合に基板に生ずる電磁
界の強度特性は第7図のdに示されている。この場合電
磁界は基板内へ向かって振動的に小さい減衰度で進行す
る。これにより光電素子の良好な結合が可能となる。こ
の個所では導波体の減衰がエネルギーの各々の出力結合
と同様に必然的に高くなる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G02B 6/12 - 6/14 G02B 6/42 - 6/43 G02F 1/00 - 1/125 G02F 1/29 - 7/00
Claims (10)
- 【請求項1】基板上に被着された導波体を有しており、 基板(1、5、9、16)と導波体コア(4、8、12、1
2′、15)との間に高い導電性を有する膜(2、6、1
0、14、17)が被着されており、さらに導波体コア
(4、8、12、12′、15)よりも小さい屈折率を有する
膜(3、7、11、13)が被着されている、 光集積回路において、 高い導電性を有する膜(2、6、10、14、17)に切欠が
設けられており、該切欠は基板(1、5、9、16)内に
設けられた光電素子との光結合のために用いられる、 ことを特徴とする光集積回路。 - 【請求項2】前記小さい屈折率を有する膜(3、7、1
1、13)は2μm以下の厚さを有する、請求項1記載の
光集積回路。 - 【請求項3】前記高い導電性を有する膜(2、6、10、
14、17)は金属材料から形成されている、請求項1また
は2記載の光集積回路。 - 【請求項4】導波体コア(8、12、15)内の波の電磁界
が基板(1、5、9、16)の表面の横方向へ、および/
または該基板から離れるように誘電的に案内される、請
求項1から3までのいずれか1項記載の光集積回路。 - 【請求項5】基板(5、9)に回路を形成する構造体が
設けられており、高い導電性を有する膜(6、10)の厚
さは該構造体の深さよりも小さい、請求項1から4まで
のいずれか1項記載の光集積回路。 - 【請求項6】基板(1)が平坦な表面を有し、前記回路
を形成する構造体は相応の高い導電率を有する厚い膜
(14)に設けられている、請求項5記載の光集積回路。 - 【請求項7】高い導電性を有する膜(17)の切欠(20)
は導波を制御するために用いられる、請求項1から6ま
でのいずれか1項記載の光集積回路。 - 【請求項8】高い導電性を有する膜(14)の周期的な切
欠がブラッグ反射器を形成している、請求項1から7ま
でのいずれか1項記載の光集積回路。 - 【請求項9】導波体コア(12′)は電界強度に依存する
屈折率を有する材料から形成されており、高い導電性を
有する膜(10)と別の導体膜(23)とにより電界を案内
する電極が形成されている、請求項1から8までのいず
れか1項記載の光集積回路。 - 【請求項10】前記別の導体膜(23)と導波体コア(1
2′)との間に、小さい屈折率を有する更なる膜(24)
が挿入されている、請求項9記載の光集積回路。
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GB2333851B (en) * | 1999-02-16 | 2000-01-19 | Bookham Technology Ltd | An optical waveguide |
AUPP930799A0 (en) * | 1999-03-18 | 1999-04-15 | University Of Sydney, The | Optical planar waveguide device and method of its fabrication |
US6785458B2 (en) * | 2001-02-11 | 2004-08-31 | Georgia Tech Research Corporation | Guided-wave optical interconnections embedded within a microelectronic wafer-level batch package |
US6807352B2 (en) * | 2001-02-11 | 2004-10-19 | Georgia Tech Research Corporation | Optical waveguides with embedded air-gap cladding layer and methods of fabrication thereof |
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GB2222465A (en) * | 1988-09-03 | 1990-03-07 | Marconi Gec Ltd | Optical waveguide having low light loss |
DE3834335A1 (de) * | 1988-10-08 | 1990-04-12 | Telefunken Systemtechnik | Halbleiterschaltung |
US5123078A (en) * | 1990-11-09 | 1992-06-16 | National Semiconductor Corp. | Optical interconnects |
US5237434A (en) * | 1991-11-05 | 1993-08-17 | Mcnc | Microelectronic module having optical and electrical interconnects |
US5313535A (en) * | 1992-02-27 | 1994-05-17 | Nynex Corporation | Optical path length modulator |
-
1991
- 1991-06-19 DE DE4120198A patent/DE4120198A1/de not_active Withdrawn
-
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- 1992-05-15 JP JP50896292A patent/JP3199735B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 1992-05-15 DE DE59207015T patent/DE59207015D1/de not_active Expired - Fee Related
- 1992-05-15 EP EP92909594A patent/EP0589902B1/de not_active Expired - Lifetime
- 1992-05-15 US US08/167,836 patent/US5434935A/en not_active Expired - Lifetime
- 1992-05-15 WO PCT/DE1992/000402 patent/WO1992022839A1/de active IP Right Grant
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Publication number | Publication date |
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US5434935A (en) | 1995-07-18 |
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