JP3474059B2 - 光学フィルタ装置及び波長選択光検出器 - Google Patents

光学フィルタ装置及び波長選択光検出器

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    • G02F1/313—Digital deflection, i.e. optical switching in an optical waveguide structure
    • G02F1/3132—Digital deflection, i.e. optical switching in an optical waveguide structure of directional coupler type
    • G02F1/3133—Digital deflection, i.e. optical switching in an optical waveguide structure of directional coupler type the optical waveguides being made of semiconducting materials

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は特定の波長の光通信
信号に対してフィルタをかけ検出するために使用される
方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】異なる搬送周波数が同じ空中を通って複
数の無線通信チャネルを与えるのと同様に、異なる光の
波長は同じ光ファイバを通して異なるチャネルを搬送す
ることができる。残念なことに光学システムにおけるチ
ャネル選択には電子同調回路に匹敵する簡単な装置はな
い。使用可能な光学デバイスは製造コストが高く、高価
な材料を使用する傾向があり且つ性能が劣る場合が多
い。
【０００３】導波管の構造では周波数選択素子は、通
常、集積回折格子のある形態を使用して製作される。こ
のような素子は通常かなり大きく製作が難しい。ほとん
どの格子は導波管の長さに沿って電子ビーム或いはホロ
グラフィック・リソグラフィ技術を使用して製作され
る。単一の格子は格子間隔に一致する波長の帯域を反射
し残りの帯域を伝送する帯域消去フィルタとして働く
（例、Sahlen等による米国特許第５４１６８６６号）。
狭帯域フィルタはこのようなフィルタを２つ使用し半波
長の整数倍だけシフトして構成される。このようなフィ
ルタは各格子の反射によってかなり広い帯域を拒絶し、
２つの格子反射鏡の間隔に相当する狭帯域を伝送する。
格子間隔は材料の光の波長でなければならないので、こ
のようなデバイスの製作は複雑なサブミクロン単位のリ
ソグラフィ技術を必要とする。
【０００４】平面導波管構造が波長選択のために使用さ
れている。これらのデバイスでは光は２次元の表面に沿
って進み、特定の波長が異なる角度で回折される。最も
一般的な実施形態はローランド円構成のリソグラフィッ
ク格子（"Monolithic InP/InGaAsP/InP grating spectr
ometer for the 1.48-1.56 mm wavelength range," App
lied Physics Letters, vol. 58, p. 1949-51, 1991）
或いは導波管整相列（"Integrated optics NxN multipl
exer on silicon," C. Dragone et al., IEEE Photonic
s Technology Letters, vol.3, p.396-399, 1991）であ
る。単一素子の格子に比べてこれらのデバイスは複数の
波長を同時に除去できるが、広い長方形の領域及び高精
度のリソグラフィ技術を必要とする。
【０００５】基本的に異なるタイプのフィルタは波長に
微妙に影響する２つの導波管の結合次第ということにな
る。指向性カプラーにおいて２つの導波管はこれらの導
波管の導波しにくいフィールドが結合するように互いに
近接して製作される。両方の導波管が同じであれば各光
の波長は両方の導波管で同じ伝播定数を持ち、光は１つ
の導波管から次の導波管に完全に結合することになる。
このような指向性カプラーでは対称性を歪めることによ
って波長の選択性が得られる。２つの導波管が非対称性
の場合、伝播定数は１つの波長を除いて全ての波長で異
なる。この１つの波長だけが導波管の間で結合する。こ
のような非対称導波管カプラーにおける波長に敏感な性
質は一般によく知られている（必要であれば米国特許第
３９５７３４１号参照）。しかしデバイスが長く且つ必
要な波長感度を持たないためにその使用には限界があ
る。デバイスの大きさが数ミリメートルから数百ミクロ
ンに減少されるならば、複数の波長作用においてデバイ
スを直列にカスケードすることが可能になる。両方の導
波管での２種類の材料において非対称の程度が大きけれ
ば感度がより高く且つ長さが短くなると期待されるが、
ただほとんどの材料では導波管の材料の屈折率を大きく
変えることはできない。例えばリチウム・ニオブ酸塩系
の導波管はチタンを拡散させて高い屈折率の領域を形成
させて作られる。このようなカプラー（必要であれば米
国特許第４１４６２９７号参照）はデバイス長さ１．５
ｃｍにおいて相対波長感度（δλ／λ）は１／３０を示
した（"Tunable optical waveguide directional coupl
er filter," R.C.Alferness et al., Applied Physics
Letters, vol.33, p.161-163, 1978）。半導体では高い
屈折率の変化が得られ、またデバイス長さ５ｍｍにおい
て相対波長感度１／８５０が得られる（"InGaAsP/InP v
ertical directional coupler filter with optimally
designed wavelength tunability", C. Wu et al., IEE
E Photonics Technology Letters, vol.4, p.457-460,
1993）。波長選択性及びデバイス長さのトレードオフは
次式で表される。
【０００６】
【数１】 （Ｌ／λ）（δλ／λ）＝５ｎ1／２π（ｎ2 2−ｎ1 2）
【０００７】ここにおいてＬはデバイスの大きさ、λは
波長、δλは波長感度、ｎ1及びｎ2はそれぞれ低屈折率
の導波管及び高屈折率の導波管である。
【０００８】光学フィルタの多くはその大きさに加え貴
重且つ高価な化合物半導体物質を必要とするので高価で
ある。これらの化合物半導体は通常、りん化インジウム
或いはひ化ガリウムをベースとする格子整合合金であ
り、これらの材料の組成はクリスタル成長の間に変化し
多様な導波管構造を形成する。化合物半導体に対してシ
リコンは低コスト且つ一般のウエハで大量に得ることが
できる。しかし様々なガラスを用いたシリコン製の導波
管は非対称導波管フィルタにおいて必要な範囲の屈折率
を有さない。
【０００９】米国特許第３９５７３４１号は非対称指向
性カプラーの基本動作特性、及びどのようにデバイスが
光学フィルタとして使用されるかを述べる。
【００１０】米国特許第４１４６２９７号は非対称指向
性カプラーがどのようにリチウム・ニオブ酸塩材料系で
実施されるか、及び付加の電極がいかに波長の同調を与
えるかを述べる。
【００１１】米国特許第５２３４５３５号はシリコン・
オン・インシュレータ基板が準備されるプロセスを述べ
る。
【００１２】Kashに付与された米国特許第５３４３５４
２号は異なる光の波長が導波管で連続的にフィルタをか
けられるデバイスを述べる。
【００１３】米国特許第５４１６８６６号は回折格子が
導波管でどのように製作されるかを示し、また特に連続
して使用される２つの格子がどのようにフィルタの同調
範囲を増すかを特に示す。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は多波長
システムのレシーバとして十分な性能を有し、市販のシ
リコン基板を使用して低コストで製作できる簡単なフィ
ルタ及び波長選択光検出器を提供することである。本発
明は小さいサイズのデバイスで高感度を有することがで
きるシリコン製の非対称指向性カプラー・フィルタの製
作方法を提供できる。このフィルタは複数の波長作用の
ためにカスケードでき、シリコン・ゲルマニウム合金を
使用して技術的に重要な通信波長１．３μｍ及び１．５
５μｍで光検出器として働くように構成できる。
【００１５】
【課題を解決するための手段】本発明の主要な構成装置
はシリコン・オン・インシュレータ（ＳＯＩ）基板を利
用する非対称指向性カプラーである（必要であれば米国
特許第５２３４５３５号参照）。ＳＯＩの材料は高速の
電子集積回路の市販製品として入手でき、様々な販売業
者から低コストで大きい基板サイズを得ることができ
る。ＳＯＩ製作プロセスで２つの標準シリコン・ウエハ
が酸化され、次に二酸化ケイ素の中間層を結合しサンド
イッチを形成する。シリコン・ウエハの１つが薄くされ
二酸化ケイ素層を下層に有する約１ミクロンの厚さの活
性層が形成される。
【００１６】本発明は非対称指向性カプラー・フィルタ
の１つの導波管のコアとしてＳＯＩ基板の薄いシリコン
層を使用する。この構造体はシリコン層の上部に被覆層
を加えて他の導波管を形成し完成する。この非対称導波
管構造体はシリコンを一方の導波管として、及び低屈折
率の誘電体を他方の導波管として有する。非対称性が高
いと波長選択性を高め且つデバイス長さを短くする。こ
のようなデバイスは一般的なシリコン処理を用いて電気
的接続部を加え、電流をシリコンの導波管に流すことよ
って波長を同調できるようになる。電気のキャリアはシ
リコンの光学的厚さを減少させるので波長の作用が変わ
る。同様にシリコンが、係わる波長範囲を少しでも吸収
するならば電気的接続部は逆バイアスされて光生成キャ
リアを捉えることになるので波長選択光検出器が形成さ
れる。デバイスが非常に短く製作できるので、各々がわ
ずかに異なるシリコンの厚さを有する複数の検出器を直
列にカスケードできる。このような構造体は異なる波長
がデバイスに沿って異なる位置の低屈折率の導波管から
抽出される先細の共振器フィルタに類似している（必要
であれば米国特許第５３４３５４２号参照）。ｎ1が
１．６、ｎ2が３．５である場合の本発明の非常に非対
称であるデバイスのフィルタは、同等の誘電体タイプに
比較して約１０００倍、及び半導体の非対称カプラー・
フィルタと比較しても約３０倍の選択能力がある。
【００１７】
【発明の実施の形態】本発明の基本フィルタが図１に断
面図で示されている。シリコン基板１００、埋込二酸化
ケイ素の被覆層１０２、及び活性シリコン層の下部導波
管１０４で構成される標準のＳＯＩウエハは更に酸化さ
れて付加の二酸化ケイ素の被覆層１０６を有する。低屈
折率の誘電体の材料が構造体に被着され上部導波管１０
８が形成される。この層はＧｅ：ＳｉＯ2、シリコン酸
窒化物（ＳｉＯＮ）などのドープされたガラス或いは重
合体であることができるが、唯一の制約は導波管として
機能するために材料は透過性であり且つ二酸化ケイ素よ
りわずかに高い屈折率を有することである。この構造体
は非対称指向性カプラー・フィルタに似ている。このシ
リコン層の下部導波管１０４は二酸化ケイ素の被覆層１
０２及び１０６を被覆領域として一方の導波管のコアを
形成し、低屈折率の誘電体の上部導波管１０８は他方の
導波管として機能し、被覆層１０６は２つの導波管の間
の波長の結合を制御する。複数の波長（１１０乃至１１
２）の光が上部導波管１０８に結合されると１つの波長
（この場合では波長１１１）だけがシリコン層の下部導
波管１０４に結合される。
【００１８】特定のアプリケーションの層の厚さは一般
の導波管計算方式を使用して計算できる（必要であれ
ば"vertical cavity devices as wavelength selective
waveguides", B. Pezeshki et.al., IEEE Journal of
Lightwave Technology vol.12,p. 1791-1801, 1994参
照）。シリコン層の下部導波管１０４の厚さは選択され
る波長を決める。最初に概算すると、この厚さが１％だ
け増すと選択された波長も１％だけ増す。一般にこの層
がかなり厚い場合、下部導波管１０４は多モード・タイ
プとなり１種類以上の波長が選択される。厚さはまた、
重ならないスペクトル範囲を決める、すなわち共振波長
間の波長分離である。この領域が厚いほどこれらの波長
間の分離度は小さい。被覆層１０６の結合領域の厚さは
デバイスの結合度、及び波長感度を決める。この二酸化
ケイ素の層が厚い場合は結合力が減少し、数式１に従っ
て波長感度は増す。簡単な無損失指向性カプラーでは下
部の被覆層１０２の二酸化ケイ素の領域はシリコン層の
下部導波管１０４のコアの結合長さで波長の損失を無く
すために十分に厚くしなければならない。上部導波管の
厚さはそれほど重要でなくデバイスの性能に重大な影響
を及ぼさないが光ファイバとの良好な外部結合を得るた
めに通常５μｍは必要である。
【００１９】上述のフィルタは上部導波管１０８から下
部導波管１０４のコアに伝達される特定の波長１１１を
選択する。上部導波管１０８はその低屈折率、及び厚み
が大きなために光ファイバへの結合が容易であり、また
この上部導波管にフィルタの入出力を理想的に結合でき
る。上述のフィルタは上部導波管１０８に入出力を結合
するとともにチャネル・ドロッピング・フィルタとして
も働く。同一接続で逆帯域通過特性を得るには、図２の
断面図で示される構造体に修正する必要がある。この場
合のデバイスの長さは２つのカップリング長さにされ、
上部導波管（図１の１０８）は２つの上部導波管２００
及び２０２のセクションに分割される。入力光の波長
（１１０乃至１１２）は上部導波管２００に入り特定の
波長１１１だけが下部導波管１０４に結合される。残り
の波長は２つの上部導波管２００及び２０２の間のスプ
リットで吸収される。選択された波長はシリコン層の下
部導波管１０４から上部導波管２０２の第２のセクショ
ンに戻されて結合し、そしてデバイスを出る。このよう
な構造体は低屈折率の上部導波管２００及び２０２のそ
れぞれのセクションだけに結合させる一方で帯域通過の
役割を行う。
【００２０】フィルタの別の実施形態は修正された光フ
ァイバ３００と上部導波管１０８を置き換えることであ
る。図３に示される光ファイバは片側を磨いてＤ形状と
しコア３０２を露出させる。次にファイバは処理された
ＳＯＩの材料に単に接着される。特定の光の波長はファ
イバのコア３０２から抽出され下部導波管１０４に入
る。光学構成装置にかかる費用はファイバをデバイスに
結合する際に要求される高い精度から生ずるためファイ
バ中に光を導くことによって高価な位置合せのプロセス
を省略できる。
【００２１】このようなフィルタはまた、電流を流すこ
とによって波長を同調することが可能である。上述のよ
うに選択された光の波長は下部導波管１０４のシリコン
・コア領域の光学的厚さ次第である。この光学的厚さが
キャリアを注入することによって変化するならばデバイ
スは新しい波長に同調する。このような構造体に電流を
加えるには一般的なシリコン処理を行うだけであり、こ
れが図４に示された構造体である。ドープされていない
シリコン層の下部導波管１０４でデバイスの両側にｎ型
領域４００とｐ型領域４０２が形成される。空乏領域４
０４が上部導波管の下のシリコン層のｎ型領域とｐ型領
域との間に形成される。この空乏領域は隣接するドーピ
ングされたｎ型領域４００及びｐ型領域４０２よりもわ
ずかに高い指数を有するので横方向への導波管の役割を
行う。次にｎ型とｐ型の注入で形成されたダイオードを
順方向バイアスすることによって空乏領域にキャリアが
注入される。これらのキャリアは屈折率を変え且つ位相
整合波長を異なる値に変える。
【００２２】上述のフィルタは異なる波長を１つのファ
イバから他のファイバに伝える多波長ネットワークで有
用である。最終の信号受信には波長感知光検出器が必要
である。本発明の構造体は導波管の１つとして半導体を
使用しているので図４に示される同じ構造体を波長選択
光検出器として使用できる。この場合では２つの修正が
必要である。第１にシリコン層の下部導波管１０４は係
わる波長をわずかに吸収するように製作されなければな
らない。これはシリコンのバンドギャップ（０．９５μ
ｍ乃至１．０６μｍ）を越える波長でデバイスを動作さ
せるか、或いはシリコン層にシリコン・ゲルマニウム合
金の薄層を挿入させることによって得られる。このシリ
コン・ゲルマニウム・カンタム・ウェルは１．３μｍ乃
至１．５５μｍの技術的に重要な通信波長で吸収を生じ
させる。一般にこれらの波長で動作しシリコン・ゲルマ
ニウム合金を使用する導波管光検出器は従来技術で知ら
れ、その吸収量は組成及びカンタム・ウェル数を制御し
て調節できる（必要であれば"Integrated rib waveguid
e-photodetector using Si/SiGe multiple quantumwell
s for long wavelengths", V.P.Kesan et al. Material
s Research Society Symposium Proceedings, vol.220,
p.483-488, 1991参照）。低屈折率の上部導波管をＳＯ
Ｉ上に製作された光検出器に付け加えると、通信波長で
の波長選択光検出が可能になる。一般的な設計上の制限
はシリコン層の導波管での光の吸収長さは、結合長さと
およそ同じでなければならない（必要であれば"vertica
l cavity devices as wavelength selective waveguide
s", B.Pezeshki et al., IEEE Journal of Lightwave T
echnology vol.12, p.1791-1801, 1994参照）。光検出
器として動作させるにはｎ型領域４００とｐ型領域４０
２を順方向バイアスする代わりに逆バイアス電圧をかけ
て光生成キャリアを捉える。
【００２３】本発明の２つの導波管は非対称性が強いた
め、数式１で記述されるように強力な波長感度が短い結
合長さで得られる。そのため異なるデバイスを直列にカ
スケードすれば多波長作用を得ることができる。この実
施形態の概略図が図５で示されている。係わる波長をわ
ずかに吸収するシリコン層の下部導波管１０４はその厚
みがデバイスの長さに沿って変化するように先細にされ
るか或いは各段階にエッチングされる。従ってデバイス
の各部分はわずかに異なる波長に応答する。ｎ型領域４
００及びｐ型領域４０２の各接合部は分離されているの
で複数のダイオードが得られ、各重要なポイントでｐ−
ｎ接合を有することになる。異なる波長５００を有する
光が上部導波管１０８に結合されると各波長は異なるダ
イオードに抽出され、その波長に相当する光電流が発生
させられる。この多波長フォトダイオードは並列データ
通信の複数のチャネルを同時に受信できる。
【００２４】様々な層の厚さ及び組成が一般の手法を用
いて計算できるが１．５４μｍで動作するＴＥフィルタ
の数値例は本発明の原理を明らかにする。SiBond L.L.
C.（Hudson Valley Research Park, 1580 Route 52, Ho
pewell Junction, NY 12533）から入手できる標準のＳ
ＯＩウエハは厚さ２．５μｍのシリコン層の下部導波管
１０４と共に厚さ１ミクロンの埋込タイプの二酸化ケイ
素の被覆層１０２を有する。次にこの市販のウエハは酸
化させられてウエハ上部に付加の１ミクロン厚の二酸化
ケイ素層が形成される。プロセス中においてシリコンの
約０．５μｍが減耗される。酸化後、重合体の上部導波
管１０８が層上に形成される。市販の重合体導波管の材
料（製品名Ultradel 9020 Amocoケミカル社から入手可
能（Amoco Chemical, P.O.Box 3011, Naperville, IL 6
0566））を使用して単一のモード・リッジ導波管が２ス
テップのプロセスで形成される。最初に厚さ５μｍのブ
ランケット層を付着し、それから厚さ１μｍ、幅１０μ
ｍのリッジがフォトリソグラフィ技術で作り出される。
屈折率１．５５を有するこの構造体は横方向及び縦方向
の両方向で効果的な単一モードとなり高位モードで導波
管から抜け出る。
【００２５】重合体の上部導波管１０８の伝播定数を計
算すると６．３３μｍ-1を得る。これは１．５４μｍの
波長におけるシリコン層の下部導波管１０４の第９番目
のモードの伝播定数と一致する。この位相整合波長は下
部導波管１０４のシリコン層の厚さにおよそ比例する。
すなわち、厚さ２μｍから１％を減らして１．９８μｍ
にすると位相整合波長は１．５４μｍから１．５２５μ
ｍに減少する。このようにフィルタは導波管のシリコン
層の厚さを補整することによって何れの特定の波長で設
計することができる。シリコン層の下部導波管１０４の
第９番目のモードは垂直線に対して２７．４度の光線角
度に相当し、上部被覆層１０６及び下部導波管１０４の
厚さ１ミクロンのそれぞれの被覆領域の反射率は９９．
８５％及び９９．７％になる。下部の被覆層の有限反射
率はデバイス長さの合計を約２ｍｍ以下に限定し、必要
であれば下部の二酸化ケイ素層の厚さを増して増やすこ
とができる。上部の二酸化ケイ素層の反射率は結合長
さ、デバイスの大きさ及びフィルタの感度を制御する。
この場合の結合は偶数と奇数のモードの有効指数を０．
００２だけ分割させ、約４００μｍの結合長さ及び波長
感度０．８ｎｍを生む。このようにチャネル・ドロッピ
ング・フィルタでは処理されたウエハは４００μｍの長
さに裂かれ上部導波管１０８は光ファイバに結合されて
デバイスの入出力を形成する。
【００２６】なお、本願に関連する米国特許文献とし
て、以下のものを掲げる。 第３９５７３４１号 ５／１９７６ Taylor 第４１４６２９７号 ３／１９７７ Alferness 第５２３４５３５号 ８／１９９３ Beyer at al. 第５３４３５４２号 ８／１９９４ Kash et. al. 第５４１６８６６号 ５／１９９５ Sahlen et. al.
【００２７】また、本願に関連する参考文献として以下
のものを掲げる。 １．"Integrated optics NxN multiplexer on silico
n," C.Dragone et al., IEEE Photonics Technology Le
tters, vol.3, p. 396-399, 1991. ２．"Monolithic InP/InGaAsP/InP grating spectromet
er for the 1.48-1.56 mm wavelength range," J.B.D.S
oole et al., Applied Physics Letters, vol.58, p.19
49-51, 1991. ３．"Tunable optical waveguide directional coupler
filter," R.C.Alferness et al., Applied Physics Le
tters, vol.33, p.161-163, 1978. ４．"Integrated rib waveguide-photodetector using
Si/SiGe multiple quantum wells for long wavelength
s", V.P.Kesan et al. Materials Research Society Sy
mposium Proceedings, vol.220, p. 483-488, 1991. ５．"InGaAsP/InP vertical directional coupler filt
er with optimally designed wavelength tunability",
C.Wu et al., IEEE Photonics Technology Letters, v
ol.4, p.457-460, 1993. 6."Vertical cavity devices as waveletlgth sclectiv
e waveguides", B.Pezeshki et ,al., IEEE Journal of
Lightwave Tnchnology, vol.12 p.1791-1801, 1994. The five U.S.Patent documents cited above （'341,
'297, '535, '542, and '866） and six other docume
nts （by C.Dragone et al., J.Soole et al.,R.Alfern
ess et al., V.Kesan et al., C.Wu et al., and B.Pez
eshki et al.,respectively） are incorporated herei
n by reference.
【００２８】まとめとして、本発明の構成に関して以下
の事項を開示する。
【００２９】（１）一方はシリコンから作られたシリコ
ン導波管であり、他方は低屈折率の材料から作られた低
屈折率の導波管である２つの導波管を持つ非対称導波管
指向性カプラーを有し、上記シリコン導波管は上記低屈
折率の導波管の複数の波長から選択された波長を抽出
し、上記２つの導波管の屈折率及び厚さは上記選択され
た波長が上記２つの導波管において同じ伝播定数を持つ
ように調節され、上記選択された波長の上記シリコン導
波管への上記抽出は回折格子を必要とせずに起こすこと
ができる、光学フィルタ装置。 （２）上記低屈折率の導波管はギャップによって２つの
部分に分割され、上記２つの部分の第１の部分の上記選
択された波長が上記シリコン導波管内に抽出され、上記
低屈折率の導波管の上記２つの部分の第２の部分に再び
結合される、上記（１）記載の装置。 （３）上記低屈折率の導波管は光ファイバであることを
特徴とする、上記（１）記載の装置。 （４）上記フィルタを同調させるために上記シリコン導
波管に電流を流すためのｐｎ接合を有し、上記シリコン
導波管内に抽出される上記選択された波長は上記電流の
変化に応じて上記波長とは異なる他の波長に変化する、
上記（１）記載の装置。 （５）上記シリコン導波管はその長さに沿う異なる位置
で上記波長とは異なる波長を抽出できるように上記シリ
コン導波管の長さに沿って厚みを変化させた、上記
（１）記載の装置。 （６）ａ）シリコンから作られたシリコン導波管と、 ｂ）上記シリコン導波管が光学的に結合される低屈折率
の材料から作られた低屈折率の導波管と、 ｃ）選択された波長が上記低屈折率の導波管に閉じ込め
られた複数の波長から上記シリコン導波管内に抽出され
るとき、上記シリコン導波管に電流を誘導する手段を有
し、回折格子を必要とせずに上記選択された波長を上記
シリコン導波管内に抽出するため上記選択された波長が
上記シリコン導波管及び上記低屈折率の導波管に位相整
合されるように上記シリコン導波管及び上記低屈折率の
導波管の屈折率及び厚さが調節され、これによって上記
シリコン導波管内に抽出された上記選択された波長に対
応して上記電流を誘導する、波長選択光検出器。 （７）異なる選択された波長がデバイスの長さに沿った
異なる位置において上記シリコン導波管内に電流を誘導
するように上記シリコン導波管がその長さに沿って厚さ
が変わる、上記（６）記載の装置。 （８）上記シリコン導波管が低バンドギャップ半導体物
質の１つ以上の吸収層を有する、上記（１）記載の装
置。 （９）上記シリコン導波管が低バンドギャップ半導体物
質の１つ以上の吸収層を有する、上記（６）記載の装
置。
【００３０】
【発明の効果】本発明は多波長システムのレシーバとし
て十分な性能を有し、市販のシリコン基板を使用して低
コストで製作できる簡単なフィルタ及び波長選択光検出
器を提供する。また、本発明は小さいサイズのデバイス
で高感度を有することができるシリコン製の非対称指向
性カプラー・フィルタの製作方法を提供する。
【図面の簡単な説明】
【図１】シリコン・オン・インシュレータの材料を使用
しているフィルタの断面図である。
【図２】入力及び出力が低屈折率の上部導波管に接続さ
れたフィルタがどのように複数の波長から１つの波長を
選択できるかを示す図である。
【図３】上部導波管がＤ形状の光ファイバと置き替えら
れたフィルタを示す図である。
【図４】電流注入及び電気的同調を得るためにドーピン
グ領域が加えられたフィルタを示す図である。同じ構造
体は接続部が逆バイアスされ光がシリコンに吸収される
と波長選択光検出器として使用できる。
【図５】シリコン導波管の厚さがデバイスの長さに沿っ
て変化する場合、異なる波長がどのように上部導波管か
ら同時に様々な光検出器に抽出されるかを示す図であ
る。
【符号の説明】
１００ シリコン基板 １０２、１０６ 被覆層 １０４ 下部導波管 １０８ 上部導波管 １１０、１１１、１１２、５００ 波長 ２００、２０２ 上部導波管 ３００ 光ファイバ ３０２ コア ４００ ｎ型領域 ４０２ ｐ型領域 ４０４ 空乏領域
フロントページの続き (72)発明者 ファリッド・アガシ アメリカ合衆国06811、コネチカット州 ダンバリー、ナンバー33エフ、クラップ ボード・リッジ・ロード 10 (72)発明者 バーディア・ペゼスキ アメリカ合衆国06907、コネチカット州 スタンフォード、チャットフィールド・ ストリート 27 (72)発明者 ジェフリー・アラン・カシュ アメリカ合衆国10570、ニューヨーク州 プレザントビル、グランドビュー・アベ ニュー 29 (72)発明者 ジェフリー・ジョン・ウェルサー アメリカ合衆国06830、コネチカット州 グリーンウィッチ、オールド・フィール ド・ポイント・ロード 11 (56)参考文献 特開 平６−186448（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−5334（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−196120（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−71826（ＪＰ，Ａ) ＩＥＥＥ ＰＨＯＴＯＭＣＳ ＴＥＣ ＨＮＯＬＯＧＹ ＬＥＴＴＥＲＳ，Ｖｏ ｌ．７，Ｎｏ．７，ＪＵＬＹ 1995，Ｐ 792−794 (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G02B 6/12 - 6/14

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】シリコン層から作られたシリコン導波管
    と、該シリコン導波管の上部に設けられた低屈折率の材
    料から作られた低屈折率の導波管との２つの導波管を持
    つ非対称導波管指向性カプラーを含み、 前記シリコン導波管は、前記低屈折率の導波管の複数の
    波長から選択された波長を抽出し、前記２つの導波管の
    屈折率及び厚さは前記選択された波長が前記２つの導波
    管において同じ伝播定数を持つように調節され、前記選
    択された波長の前記シリコン導波管への前記抽出は回折
    格子を必要とせずに起こすことができ、 前記シリコン導波管は、その側面が前記シリコン層に形
    成されたｎ型領域とｐ型領域とにより画定される空乏領
    域部分であって、該空乏領域部分を横方向の導波管とし
    機能させ、かつ、前記ｎ型及びｐ型領域の間を順方向バ
    イアスすることによって前記空乏領域にキャリアを注入
    して該領域の屈折率を変化させて、前記シリコン導波管
    の光学的厚さを調整して前記シリコン導波管内に抽出さ
    れる前記選択された波長を前記電流の変化に応じて変化
    させることができること特徴とする、光学フィルタ装
    置。
  2. 【請求項２】前記低屈折率の導波管はギャップによって
    ２つの部分に分割され、前記２つの部分の第１の部分の
    前記選択された波長が前記シリコン導波管内に抽出さ
    れ、前記低屈折率の導波管の前記２つの部分の第２の部
    分に再び結合される、請求項１記載の装置。
  3. 【請求項３】前記低屈折率の導波管は光ファイバである
    ことを特徴とする、請求項１記載の装置。
  4. 【請求項４】前記シリコン導波管はその長さに沿う異な
    る位置で前記波長とは異なる波長を抽出できるように前
    記シリコン導波管の長さに沿って厚みを変化させた、請
    求項１記載の装置。
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