JP4040324B2

JP4040324B2 - Mirror, optical switch using the same, and manufacturing method thereof

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Publication number: JP4040324B2
Application number: JP2002039752A
Authority: JP
Inventors: 孝規清倉; 祐司上西; 高廣伊藤; 城治山口; 剛山本; 仁石井
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2001-10-24
Filing date: 2002-02-18
Publication date: 2008-01-30
Anticipated expiration: 2022-02-18
Also published as: JP2003202418A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信用光スイッチ用ミラーや、光センサー、光反射型ディスプレイ、光スキャナー等に用いるビーム偏向用ミラー等のミラー、それを用いた光スイッチならびにその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図８（ａ）は、従来の光通信用光スイッチの構成を示す図、（ｂ）、（ｃ）は（ａ）の光スイッチの１個のミラーの平面図で、光ビームのミラー面上の位置を示す図である。
８０は光スイッチ、８１は光ファイバアレイ、８２は光ファイバアレイ８１の入力ポート、８３はコリメートレンズアレイ、８４はミラー、８５はミラーアレイ、８６は光ファイバアレイ８１の出力ポート、８７は信号光、８８はモニタ光分岐手段、８９は光検出器、（ｂ）、（ｃ）において、１００は光ビームである。
図９は従来の光スキャナの構成を示す図である。
９０は光スキャナ、９１は光源、９２はビームスプリッタ、９３はミラー、９４は光ビーム、９５は光検出器、９６は光源９１のドライバである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来のミラーは、光の反射機能のみを有する。
例えば、図８に示す対向する２組のミラー８４を用いた光スイッチ８０においては、光ファイバアレイ８１の各チャネルにおける光量をモニタするために、カプラーなどからなるモニタ光分岐手段８８により、光を分岐し、光検出器８９により光を検出して光強度を測定する必要があり、部品点数が多く、構成が複雑であり、コストが増加する問題があった。
また、コリメートレンズアレイ８３等のコリメート系を用いた光スイッチ８０では、図８（ｂ）、（ｃ）に示すような、各ミラー８４に入射する光ビーム１００の位置の検出ができないという問題があった。
また、例えば、図９に示すミラー９３を有する光スキャナー９０において、光源光量を制御するためには、別の光検出器９５を配置して、光源光量をモニタし、フィードハックをかけて、光源９１のドライバ９６の駆動を制御することにより、光源９１の光量を制御する必要があり、部品点数が多く、構成が複雑であり、コストが増加する問題があった。
本発明の目的は、従来のミラーが持つ上記問題を解決し、光ビームやその位置が検出できる手段をミラー自体に設け、部品点数を低減し、構成が簡易で、コストを低減できるミラー、それを用いた光スイッチならびにその製造方法を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明のミラーは、ミラー基板面上に光反射層とともに、光検出層を設けることを特徴とし、単に光を反射するだけの従来のミラーと異なるものである。
すなわち、上記課題を解決するため、本発明においては特許請求の範囲に記載するような構成をとる。
つまり、請求項１記載のミラーは、ミラー基板に、光を検出する光検出層と、光を反射する光反射層とが積層され、かつ互いに接して設けられ、前記ミラー基板が光検出機能と光反射機能とを兼ね備えていることを特徴とする。
また、請求項２記載のミラーは、請求項１記載のミラーにおいて、前記ミラー基板の、前記光検出層と前記光反射層とを設けた面の反対面上に、ミラーグラウンド電極を設けたことを特徴とする。
また、請求項３記載のミラーは、請求項１記載のミラーにおいて、前記ミラー基板の、前記光検出層と前記光反射層とを設けた面と同じ側の面上に、ミラーグラウンド電極を設けたことを特徴とする。
また、請求項４記載のミラーは、請求項１、２または３記載のミラーにおいて、上記ミラー基板面上に設けたｎ型半導体層と、上記ｎ型半導体層上に設けた金属層との金属−半導体界面により形成されるショットキー接合を有し、上記ｎ型半導体層と上記金属層を上記光検出層とし、上記金属層を上記光反射層とすることを特徴とする。
また、請求項５記載のミラーは、請求項１、２または３記載のミラーにおいて、上記ミラー基板面上に設けたｐ型半導体層と、上記ｐ型半導体層上に設けた金属層との金属−半導体界面により形成されるショットキー接合を有し、上記ｐ型半導体層と上記金属層を上記光検出層とし、上記金属層を上記光反射層とすることを特徴とする。
また、請求項６記載のミラーは、請求項１、２または３記載のミラーにおいて、上記ミラー基板面上に設けたｎ型半導体層と、上記ｎ型半導体層上に設けた絶縁層と、上記絶縁層上に設けた金属層との金属−絶縁体−半導体界面により形成されるショットキー接合を有し、上記ｎ型半導体層と上記絶縁層と上記金属層を上記光検出層とし、上記金属層を上記光反射層とすることを特徴とする。
また、請求項７記載のミラーは、請求項１、２または３記載のミラーにおいて、上記ミラー基板面上に設けたｐ型半導体層と、上記ｐ型半導体層上に設けた絶縁層と、上記絶縁層上に設けた金属層との金属−絶縁体−半導体界面により形成されるショットキー接合を有し、上記ｐ型半導体層と上記絶縁層と上記金属層を上記光検出層とし、上記金属層を上記光反射層とすることを特徴とする。
また、請求項８記載のミラーは、請求項１、２または３記載のミラーにおいて、上記ミラー基板面上に設けた光導電性膜を上記光検出層とし、その上に、上記光の検出に必要な光量を透過し、反射率が１００％未満の上記光反射層を設けたことを特徴とする。
また、請求項９記載のミラーは、請求項１、２または３記載のミラーにおいて、上記ミラー基板面上に設けたｐ型半導体層とｎ型半導体層とにより形成されたｐ−ｎ接合を有し、上記ｐ型半導体層と上記ｎ型半導体層を上記光検出層とし、その上に、上記光の検出に必要な光量を透過し、反射率が１００％未満の上記光反射層を設けたことを特徴とする。
また、請求項１０記載のミラーは、請求項１、２または３記載のミラーにおいて、上記ミラー基板面上に設けたｐ型半導体層、絶縁層、ｎ型半導体層からなるｐ−ｉ−ｎ構造を上記光検出層とし、その上に、上記光の検出に必要な光量を透過し、反射率が１００％未満の上記光反射層を設けたことを特徴とする。
また、請求項１１記載のミラーは、請求項１、２または３記載のミラーにおいて、上記ミラー基板面上に設けた光導電性膜を上記光検出層とし、その上に、反射率が１００％未満の上記光反射層を設けたことを特徴とする。
また、請求項１２記載のミラーは、請求項１、２または３記載のミラーにおいて、上記ミラー基板面上に設けたｐ型半導体層とｎ型半導体層とにより形成されたｐ−ｎ接合を有し、上記ｐ型半導体層と上記ｎ型半導体層を上記光検出層とし、その上に、反射率が１００％未満の上記光反射層を設けたことを特徴とする。
また、請求項１３記載のミラーは、請求項１、２または３記載のミラーにおいて、上記ミラー基板面上に設けたｐ型半導体層、絶縁層、ｎ型半導体層からなるｐ−ｉ−ｎ構造を上記光検出層とし、その上に、反射率が１００％未満の上記光反射層を設けたことを特徴とする。
また、請求項１４記載のミラーは、請求項１乃至１３のいずれか記載のミラーにおいて、上記光検出層が複数個に分割され、当該ミラーに入射する光の位置検出手段を有することを特徴とする。
また、請求項１５記載のミラーは、請求項１乃至１３のいずれか記載のミラーにおいて、上記光検出層が複数個設けられ、当該ミラーに入射する光の位置検出手段を有することを特徴とする。
また、請求項１６記載の光スイッチは、入力用光ファイバアレイと、前記入力用光ファイバアレイからの光ビームを反射させるように配置した請求項１乃至１５のいずれか記載の第一のミラーを有する第一のミラーアレイと、前記第一のミラーアレイからの光ビームを反射させる請求項１乃至１５のいずれか記載の第二のミラーを有する第二のミラーアレイと、前記第二のミラーアレイからの光ビームを出力する出力用光ファイバアレイを有する光スイッチであって、前記第一のミラーからの前記第二のミラー上における光ビームの位置を検出し、前記第一のミラー上における光ビームが前記第二のミラー上に適切に照射されるように、前記第一のミラーの方向をフィードバック制御する制御装置を有することを特徴とする。
また、請求項１７記載の光スイッチの製造方法は、入力用光ファイバアレイと、前記入力用光ファイバアレイからの光ビームを反射させるように配置した請求項１乃至１５のいずれか記載の第一のミラーを有する第一のミラーアレイと、前記第一のミラーアレイからの光ビームを反射させる請求項１乃至１５のいずれか記載の第二のミラーを有する第二のミラーアレイと、前記第二のミラーアレイからの光ビームを出力する出力用光ファイバアレイを有する光スイッチの製造方法であって、前記第一のミラーの光ビームの位置検出を行い、前記入力用光ファイバアレイの入力ポート側のコリメートレンズアレイと、前記第一のミラーアレイ間の光軸調整を行うことを特徴とする。
本発明のミラーでは、ミラー基板面上に光検出層を設けるので、ミラーに入射する光を検出し、光強度を測定することが可能である。
また、光検出層を複数個設けることにより、ミラー上に入射する光ビームの位置を検出することができる。
また、本発明の光スイッチでは、光検出層によって入射光の強度、位置を検出できるので、外部検出機器を不用とし、ミラーを用いるスイッチング装置等の構成を簡易とし、コストダウンを実現できる。
また、本発明の光スイッチの製造方法では、入力ポート側のコリメートレンズアレイと、第一のミラーアレイ間の光軸が正確に調整された光スイッチを提供できる。
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて本発明の実施の形態について詳細に説明する。なお、以下で説明する図面で、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
実施の形態１
図１（ａ）は、本発明の実施の形態１のミラーの平面図、（ｂ）は（ａ）の断面図である。
１はミラー、２はミラー基板、３は光検出層、４は光反射層、５はミラー支持基板、６はミラー駆動用電極基板、７はミラー支持構造体、８はねじりばね、９はミラーグラウンド電極、１０はミラー駆動用電極、１１は４分割光検出面である。
本実施の形態１のミラー１は、ミラー基板２に、光を検出する光検出層３と、光を反射する光反射層４とが積層され、かつ互いに接して設けられ、ミラー基板２が光検出機能と光反射機能とを兼ね備えている。すなわち、ミラー基板２の表面に、面積が均等な４個の光検出層３が分割形成され、その上に、図１（ｂ）に示すように、例えば反射率Ａ％（Ａ＜ｌ００）の光反射層４が形成されている。
ミラー１の面に光が入射すると、Ａ％の光が反射され、残りの（１００−Ａ）％の光は光検出層３に届き、光検出層３を照射する面積に応じた光検出信号が得られる。
この反射率Ａ％はミラー１の用途、光検出層３の性能により決定される。
光検出信号は、４個の光検出層３と、ミラーグラウンド電極９間で、独立に検出できるので、光ビームの光強度はこれらの４個の光検出信号の合計により測定できる。
また、本実施の形態１のミラー１では、図１（ａ）に示すように、光検出層３が４個に分割され、当該ミラー１に入射する光の位置検出手段（図示省略）を有する。すなわち、これら４個の光検出層３から取り出される光検出信号の大小を図示しない比較手段により比較することにより、ミラー１の面上の中央からどちらに偏っているかが測定可能であり、光ビームの位置が検出可能である。
本実施の形態１では、ミラーグラウンド電極９をミラー基板２の裏面に形成した場合である。
ミラー基板２はねじりばね８を介して、ミラー基板２外側のミラー支持構造体７と繋がっており、ねじりばね８のねじれにより、ミラー基板２は２軸方向に傾き、ミラー基板２の面を空間的に任意の方向に向けることが可能である。
本実施の形態１では、ミラー基板２の駆動は静電駆動方式であり、ミラー駆動用電極基板６に、平面的に４分割した電極（図１（ｂ）では２個のみ図示）を形成し、それぞれに印加電圧を加えることにより、ミラー基板２とミラー駆動用電極１０との間に静電引力が働き、ミラー基板２がミラー駆動用電極基板６に引き付けられ、ねじりばね８のばね力と、この静電引力との平衡点においてつり合い、ミラー基板２の面が所定の位置に偏向する。
【０００６】
実施の形態２
図２（ａ）は、本発明の実施の形態２のミラーの平面図、（ｂ）は（ａ）の断面図である。
上記実施の形態１においては、ミラーグラウンド電極９をミラー基板２の裏面に形成したが、本実施の形態２においては、図２（ａ）に示すように、ミラーグラウンド電極９をミラー基板２の表面上の周辺に、すなわち、ミラー基板２の光検出層３と光反射層４とを設けた面と同じ側の面上に形成したものである。その他の構成、作用、効果は上記実施の形態１と同様である。
【０００７】
実施の形態３
以下、本実施の形態３のミラー１の製造方法について説明する。
図３（ａ）〜（ｇ）は、本実施の形態３のミラー１の製造方法を示す工程断面図である。（ａ）〜（ｄ）はミラー支持基板５の製造工程、（ｅ）、（ｆ）はミラー駆動用電極基板６の製造工程、（ｇ）はミラー支持基板５とミラー駆動用電極基板６との接合工程を示す。
ミラー１の構成は、図１、図２のミラーとほぼ同様である。ここでは、例えばＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板を用いた例を示す。
まず、図３（ａ）に示すように、Ｓｉ層１２／ＳｉＯ_２層（中間酸化膜）１３／Ｓｉ層（Ｓｉ基板）１４の３層からなるＳＯＩ基板１５上に光検出層３を形成し、ミラー形状、電極形状に沿ったパターニングを行う。次に、その上に、光反射層４を形成し、パターニングを行う。
次に、図３（ｂ）に示すように、電極配線１６を形成した後、ＳＯＩ基板１５の表面および裏面に、例えばＳｉＯ_２からなるエッチング用のマスクパターン１７を形成する。
次に、図３（ｃ）に示すように、このマスクパターン１７をマスクとして、Ｓｉ層（Ｓｉ活性層）１４からなるミラー基板２と、ねじりばね８の形状加工を、例えば高アスペクト加工用反応性イオンエッチング（Deep RIE(Reactive Ion Etching) またはICP(Induction Coupled Plasma) RIE）で行う。また、マスクパターン１７をマスクとして、ＳＯＩ基板１５の下層Ｓｉ層１２を例えばＫＯＨ水溶液によりエッチングする。
次に、図３（ｄ）に示すように、ミラー駆動用電極基板６との接合用金属膜（例えば下層からＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ）１８を形成し、ＳＯＩ基板１５のＳｉＯ_２層１３と、ＳｉＯ_２からなるマスクパターン（図示省略）をフッ酸で除去し、ねじりばね８により支持された可動ミラー支持基板５が完成する（ミラーグラウンド電極９は図示省略）。
次に、図３（ｅ）に示すように、Ｓｉ基板からなるミラー駆動用電極基板６に例えば下層からＴｉ／Ｐｔ／Ａｕを蒸着して、ミラー駆動用電極１０を形成し、そのパターニングを行なう。
次に、図３（ｆ）に示すように、ミラー支持基板５との接合用金属膜および半田膜（金属膜は例えば下層からＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ、半田膜は例えばＡｕＳｎ）１９を蒸着し、パターニングを行なう。
最後に、ミラー支持基板５とミラー駆動用電極基板６とを、上記ハンダを溶かして接合し、ミラー１が完成する。
図１、図２、図３に示した光検出層３としては、例えばミラー基板２面上にｎ型Ｓｉ等のｎ型半導体層を形成し、その上に半透明の薄い金属膜（例えばＰｔ、Ａｕ等）を蒸着等により形成した金属−半導体界面のショットキー接合によるものを用いることができる。この場合、この金属層を光反射層４とする。
あるいは、ミラー基板２上にｎ型Ｓｉ等のｎ型半導体層を形成し、その上にＳｉＯ_２等の絶縁層を形成し、さらにその上に半透明の金属層（例えばＰｔ、Ａｕ等）を蒸着等により形成した金属−絶縁体−半導体界面のショットキー接合によるものを用いることができる。この場合、この金属層を光反射層４とする。
このように、ショットキー接合を用いる場合は、光検出層３の一部の金属層と光反射層４とを同一金属層で形成可能であり、製造工程を短縮できる。
なお、光検出層３を構成するｎ型半導体層に替えて、ｐ型半導体層を用いても良い。
あるいは、ミラー基板２上に光導電性膜を形成したものを用いることができる。この場合、この光導電性膜の上に、光の検出に必要な光量を透過し、反射率が１００％未満の光反射層４を設ける。
あるいは、ミラー基板２上に設けたｐ型半導体層とｎ型半導体層（どちらが上層、下層でもよい）からなるｐ−ｎフォトダイオード層を形成したものを用いることができる。この場合、このｐ−ｎフォトダイオード層の上に、光の検出に必要な光量を透過し、反射率が１００％未満の光反射層４を設ける。
あるいは、ミラー基板２上に設けたｐ型半導体層、絶縁層、ｎ型半導体層からなるｐ−ｉ−ｎフォトダイオードを形成したものを用いることができる。この場合、このｐ−ｉ−ｎフォトダイオード層の上に、光の検出に必要な光量を透過し、反射率が１００％未満の光反射層４を設ける。
また、図３の上記製造方法では、シリコンを半導体として用いたが、Ｇｅ、ＳｉＣ、ＳｉＧｅ、ＡｌＮ、ＡｌＰ、ＡｌＡｓ、ＧａＮ、ＧａＰ、ＧａＡｓ、ＧａＳｂ、ＩｎＮ、ＩｎＰ、ＩｎＡｓ、ＩｎＳｂ、ＺｎＯ、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＣｄＳ、ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅ、ＨｇＴｅ、ＧａＳ、ＧａＳｅ、ＧａＴｅ、ＩｎＳｅ、ＳｎＯ_２、ＰｂＳ、ＰｂＳｅ、ＰｂＴｅ、Ｓｂ_２Ｔｅ_３、Ｂｉ_２Ｓｅ_３、Ｂｉ_２Ｔｅ_３、ＩｎＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓ等の他の半導体を用いても本発明を実現可能であることは明らかである。
ここで、半導体がシリコンの場合には、精製が容易で、欠陥の少ない単結晶が製作しやすく、また、絶縁膜であるＳｉＯ_２膜を高品質で形成することが容易であるという利点がある。また、半導体がＩｎＧａＡｓ、ＧａＳｂ、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＩｎＡｓ、ＩｎＳｂ等の場合では、電子移動度が高く、光検出器としての応答速度が速いという利点がある。さらに、半導体が、直接遷移型半導体であるＡｌＮ、ＧａＮ、ＧａＡｓ、ＧａＳｂ、ＩｎＮ、ＩｎＰ、ＩｎＡｓ、ＩｎＳｂ、ＺｎＯ、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＣｄＳ、ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅ、ＨｇＴｅ、ＳｎＯ_２等の場合では、同一基板上において、発光ダイオードや、レーザー等の発光する構造を形成することができるという利点がある。
また、図１〜図３の上記実施の形態１〜３においては、光検出層３を４分割したものを示したが、ミラー基板２上に複数個の光検出層３を点対称に、例えばハイブリッド集積して付与した形態でも光ビームの位置検出が可能である。
【０００８】
さらに、図１〜図３の上記実施の形態１〜３においては、ミラー基板２の駆動方式として静電引力を用いたが、磁場と電流を利用したローレンツカや電磁力、ピエゾや超音波モーターのような圧電力を用いた駆動方式であっても良いことは言うまでもない。
【０００９】
実施の形態４
図４（ａ）は、本発明の実施の形態４のミラーを用いた光スイッチの構成を示す図、（ｂ）は（ａ）のミラーの平面図である。
４０は光スイッチ、４１は光ファイバアレイ、４１ａは入力用光ファイバアレイ、４１ｂは出力用光ファイバアレイ、４２は光ファイバアレイ４１ａの入力ポート、４３ａ、４３ｂはコリメートレンズアレイ、４４ａ、４４ｂはミラー、４５ａ、４５ｂはミラーアレイ、４６は光ファイバアレイ４１ｂの出力ポート、４７は信号光、４８は制御装置、１００は光ビームである。
入力ポート４２からの光ビーム１００はコリメートレンズアレイ４３ａを経て、１次ミラーアレイ４５ａのミラー４４ａ、２次ミラーアレイ４５ｂのミラー４４ｂで偏向され、所望の出力ポート４６ヘ誘導される。このとき、光ビーム１００を偏向すると同時に、光検出層３を有するミラー４４ａまたは４４ｂ面上で信号光４７の光を検出し、光強度を測定できるので、出カポート４６での信号光強度のモニタ、すなわち、モニタ光分岐手段（図８の８８）、光検出器（図８の８９）は不要である。また、本実施の形態４では、光検出層３を４個に分割した４分割光検出機能により、ミラー４４ａまたは４４ｂ上への光ビームの位置検出が可能で、この信号をミラー４４ａまたは４４ｂの位置制御に用いることもできる。
一例として、光検出層３を４個に分割した４分割光検出機能により、２次ミラーアレイ４５ｂ上のミラー４４ｂ上における光ビームの位置検出が可能で、この信号を解析して、光ビームが２次ミラーアレイ４５ｂ上のミラー４４ｂの中心に適切に照射されるように、１次ミラーアレイ上４５ａ上のミラー４４ａの方向をフィードバック制御することもできる。また、１次ミラーアレイ４５ａ上のミラー４４ａにおいて、同様の光ビームの位置検出を行うこともでき、この信号を解析して、上記光スイッチ製作時において、入力ポート４２側のコリメートレンズアレイ４３ａと１次ミラーアレイ４５ａ間の光軸調整に用いることができる。
【００１０】
すなわち、本実施の形態４の光スイッチ４０は、入力用光ファイバアレイ４１ａと、入力用光ファイバアレイ４１ａからの光ビームを反射させるように配置した実施の形態１〜３の第一のミラー４４ａを有する第一のミラーアレイ４５ａと、第一のミラーアレイ４５ａからの光ビームを反射させる実施の形態１〜３の第二のミラー４４ｂを有する第二のミラーアレイ４５ｂと、第二のミラーアレイ４５ｂからの光ビームを出力する出力用光ファイバアレイ４１ｂを有する光スイッチ４０であって、第一のミラー４４ａからの第二のミラー４４ｂ上における光ビームの位置を検出し、第一のミラー４４ａ上における光ビームが第二のミラー４４ｂ上に適切に照射されるように、第一のミラー４４ａの方向をフィードバック制御する制御装置４８を有する。
このような構成により、光検出層３によって入射光の強度、位置を検出できるので、外部検出機器を不用とし、ミラーを用いるスイッチング装置等の構成を簡易とし、コストダウンを実現できる。
また、本実施の形態４の光スイッチ４０の製造方法は、入力用光ファイバアレイ４１ａと、入力用光ファイバアレイ４１ａからの光ビームを反射させるように配置した実施の形態１〜３の第一のミラー４４ａを有する第一のミラーアレイ４５ａと、第一のミラーアレイ４５ａからの光ビームを反射させる実施の形態１〜３の第二のミラー４４ｂを有する第二のミラーアレイ４５ｂと、第二のミラーアレイ４５ｂからの光ビームを出力する出力用光ファイバアレイ４１ｂを有する光スイッチ４０の製造方法であって、第一のミラー４４ａの光ビームの位置検出を行い、入力用光ファイバアレイ４１ａの入力ポート４２側のコリメートレンズアレイ４３ａと、第一のミラーアレイ４５ａ間の光軸調整を行う。
このような構成により、入力ポート４２側のコリメートレンズアレイ４３ａと、第一のミラーアレイ４５ａ間の光軸が正確に調整された光スイッチ４０を提供できる。
【００１１】
実施の形態５
図５（ａ）は、本発明の実施の形態５のミラーを用いた光スキャナの構成を示す図、（ｂ）は（ａ）のミラーの斜視図である。
５０は光スキャナ、５１は光源、５２はミラー、５３は光ビーム、５４は光強度（光量）検出器、５５は光源５１のドライバ、（ｂ）において、５６はミラー駆動源である。
光源５１からの光ビーム５３がミラー５２の面で反射され、任意の方向に偏向される。ミラー５２の面で光ビーム５３の偏向を行うと同時に、ミラー５２に設けた光検出層３により光を検出し、光強度検出器５４により光強度の検出が可能であるので、従来必要であった光ビーム５３を分岐させるビームスプリッタ（図９の９２）や別装置として光検出器（図９の９５）を用意する必要がない。
【００１２】
実施の形態６
図６（ａ）は、本発明の実施の形態６のミラーの光検出層３からの光信号（光電流）取り出し用配線の構成を示す図、（ｂ）は光検出層３にフォトダイオード等の光起電力層を用いた場合の信号検出回路図、（ｃ）は光検出層３に光導電性膜を用いた場合の信号検出回路図である。
（ａ）において、１はミラー、３は光検出層（光検出層３の上に光反射層４が形成されている）、８はねじりばね、６０は光信号取り出し用配線、９はミラーグラウンド電極、６１はミラーグラウンド配線、（ｂ）において、６２は光、６３はフォトダイオード、６４はアノード、６５はカソード、６６はオペアンプ、（ｃ）において、６７は光導電性膜、６８は外部電源、６９は固定抵抗である。
本実施の形態６は、最もシンプルな１軸ミラーで、１個のアノードと１個のカソードを有する構成例である。図６（ａ）に示すように、光信号取り出し用配線６０とその光信号取り出し用電極パッド（アノード）６４、並びにミラーグラウンド配線６１とそのミラーグラウンド電極パッド（カソード）６５を形成して、各電極パッド６４、６５からワイヤボンディング実装により外部へ取り出す。
【００１３】
光検出層３にフォトダイオード等の光起電力層を用いた場合は、図６（ｂ）に示すように、オペアンプ６６等を用いて光電流を電圧出力として取り出す。
光検出層３に光導電性膜を用いた場合は、図６（ｃ）に示すように、光照射により抵抗が変化するので、外部電源６８から供給される電流の変化を別の固定抵抗６９を介して取り出す。
【００１４】
実施の形態７
図７（ａ）は、本発明の実施の形態７のミラーの光検出層３からの光信号（光電流）取り出し用配線の構成を示す図、（ｂ）はその信号検出回路図である。
（ａ）において、７１ａ〜７１ｄは光信号取り出し用配線、７２ａ、７２ｂはミラーグラウンド配線、（ｂ）において、７３ａ〜７３ｄは光、７４ａ〜７４ｄはフォトダイオード、７５ａ〜７５ｄはアノード、７６はカソード、７７ａ〜７７ｄはオペアンプである。
本実施の形態７は、図７（ａ）に示すように、フォトダイオード等の光起電力層を用いた光検出層３が４分割された２軸ミラーで、４個のアノードと１個のカソードを有する構成例である。
このように分割した光検出層３を備えたミラー７０は、図７（ｂ）に示すように、各光検出層３に対応した検出回路を構成し（グラウンドは共通）、それぞれの光信号出力Ｖ_ｏｕｔ１〜Ｖ_ｏｕｔ４を比較し、光ビームの偏光状況を判断することが可能である。
以上説明したように、上記実施の形態１〜７では、ミラーに反射機能に加えて、光検出機能を集積しているので、従来のミラーでは知り得なかった光ビームの光強度を他の検出器無しで測定できる。また、光検出層３を複数個に分割する多分割光検出構造、または例えば多数個のフォトダイオードチップをボンディングする等、多数の光検出部分を持つ構造にすることで、光ビームの位置検出も可能となる。また、光ビームの偏向と光検出の両方が必要な装置においては、従来必要であった検出器等の部品を用いる必要がなく、ミラーのみで構成できるため、装置を構成する場合において部品点数を削減でき、大きく経済化を図ることができる。
以上本発明を実施の形態に基づいて具体的に説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは勿論である。
【００１５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のミラーによれば、従来のミラーでは知り得なかった光ビームの光強度を他の検出器無しで測定できる。また、光検出層を複数個設けることにより光ビームの位置検出も可能となる。また、光ビームの偏向と光検出の両方が必要な装置においては、従来必要であった検出器等の部品を用いる必要がなく、ミラーのみで構成できるため、装置を構成する場合において部品点数を削減でき、大きく経済化を図ることができる。また、本発明の光スイッチによれば、光検出層によって入射光の強度、位置を検出できるので、外部検出機器を不用とし、ミラーを用いるスイッチング装置等の構成を簡易とし、コストダウンを実現できる。また、本発明の光スイッチの製造方法によれば、入力ポート側のコリメートレンズアレイと、第一のミラーアレイ間の光軸が正確に調整された光スイッチを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明の実施の形態１のミラーの平面図、（ｂ）は（ａ）の断面図である。
【図２】（ａ）は本発明の実施の形態２のミラーの平面図、（ｂ）は（ａ）の断面図である。
【図３】（ａ）〜（ｇ）は本実施の形態３のミラーの製造方法を示す工程断面図である。
【図４】（ａ）は本発明の実施の形態４のミラーを用いた光スイッチの構成を示す図、（ｂ）は（ａ）のミラーの平面図である。
【図５】（ａ）は本発明の実施の形態５のミラーを用いた光スキャナの構成を示す図、（ｂ）は（ａ）のミラーの斜視図である。
【図６】（ａ）は本発明の実施の形態６のミラーの光検出層からの光信号取り出し用配線の構成を示す図、（ｂ）は光検出層にフォトダイオード等の光起電力層を用いた場合の信号検出回路図、（ｃ）は光検出層に光導電性膜を用いた場合の信号検出回路図である。
【図７】（ａ）は本発明の実施の形態７のミラーの光検出層からの光信号取り出し用配線の構成を示す図、（ｂ）はその信号検出回路図である。
【図８】（ａ）は従来の光通信用光スイッチの構成を示す図、（ｂ）、（ｃ）は（ａ）の光スイッチの１個のミラーの平面図で、光ビームのミラー面上の位置を示す図である。
【図９】従来の光スキャナの構成を示す図である。
【符号の説明】
１…ミラー、２…ミラー基板、３…光検出層、４…光反射層、５…ミラー支持基板、６…ミラー駆動用電極基板、７…ミラー支持構造体、８…ねじりばね、９…ミラーグラウンド電極、１０…ミラー駆動用電極、１１…４分割光検出面、１２…Ｓｉ層、１３…ＳｉＯ_２層、１４…Ｓｉ層、１５…ＳＯＩ基板、１６…電極配線、１７…マスクパターン、１８…接合用金属膜、１９…接合用金属膜および半田膜、４０…光スイッチ、４１、４１ａ、４１ｂ…光ファイバアレイ、４２…入力ポート、４３ａ、４３ｂ…コリメートレンズアレイ、４４ａ、４４ｂ…ミラー、４５ａ、４５ｂ…ミラーアレイ、４６…出力ポート、４７…信号光、４８…制御装置、５０…光スキャナ、５１…光源、５２…ミラー、５３…光ビーム、５４…光強度検出器、５５…ドライバ、５６…ミラー駆動源、６０…光信号取り出し用配線、６１…ミラーグラウンド配線、６２…光、６３…フォトダイオード、６４…アノード、６５…カソード、６６…オペアンプ、６７…光導電性膜、６８…外部電源、６９…固定抵抗、７１ａ〜７１ｄ…光信号取り出し用配線、７２ａ、７２ｂ…ミラーグラウンド配線、７３ａ〜７３ｄ…光、７４ａ〜７４ｄフォトダイオード、７５ａ〜７５ｄ…アノード、７６…カソード、７７ａ〜７７ｄ…オペアンプ、８０…光スイッチ、８１…光ファイバアレイ、８２…入力ポート、８３…コリメートレンズアレイ、８４…ミラー、８５…ミラーアレイ、８６…出力ポート、８７…信号光、８８…モニタ光分岐手段、８９…光検出器、９０…光スキャナ、９１…光源、９２…ビームスプリッタ、９３…ミラー、９４…光ビーム、９５…光検出器、９６…ドライバ、１００…光ビーム。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a mirror for an optical switch for optical communication, a mirror such as a beam deflection mirror used in an optical sensor, a light reflection type display, an optical scanner, etc., an optical switch using the same, and a method for manufacturing the same.
[0002]
[Prior art]
FIG. 8A is a diagram showing a configuration of a conventional optical switch for optical communication, and FIGS. 8B and 8C are plan views of one mirror of the optical switch of FIG. 8A on the mirror surface of the light beam. FIG.
80 is an optical switch, 81 is an optical fiber array, 82 is an input port of the optical fiber array 81, 83 is a collimating lens array, 84 is a mirror, 85 is a mirror array, 86 is an output port of the optical fiber array 81, and 87 is signal light , 88 are monitor light branching means, 89 is a photodetector, and in (b) and (c), 100 is a light beam.
FIG. 9 is a diagram showing a configuration of a conventional optical scanner.
Reference numeral 90 is an optical scanner, 91 is a light source, 92 is a beam splitter, 93 is a mirror, 94 is a light beam, 95 is a photodetector, and 96 is a driver for the light source 91.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
A conventional mirror has only a light reflecting function.
For example, in the optical switch 80 using two sets of opposing mirrors 84 shown in FIG. 8, in order to monitor the amount of light in each channel of the optical fiber array 81, light is monitored by a monitor light branching means 88 made of a coupler or the like. It is necessary to branch and detect the light by the light detector 89 to measure the light intensity, and there are problems that the number of parts is large, the configuration is complicated, and the cost is increased.
Further, in the optical switch 80 using a collimating system such as the collimating lens array 83, there is a problem that the position of the light beam 100 incident on each mirror 84 cannot be detected as shown in FIGS. there were.
Further, for example, in the optical scanner 90 having the mirror 93 shown in FIG. 9, in order to control the light source light amount, another light detector 95 is disposed, the light source light amount is monitored, a feed hack is applied, and the light source It is necessary to control the light amount of the light source 91 by controlling the driving of the driver 96 of 91, and there is a problem that the number of parts is large, the configuration is complicated, and the cost is increased.
An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems of conventional mirrors, and to provide a means for detecting the light beam and its position in the mirror itself, to reduce the number of parts, to simplify the configuration, and to reduce the cost. It is an object to provide an optical switch using the above and a manufacturing method thereof.
[0004]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, the mirror of the present invention is characterized in that a light detection layer and a light detection layer are provided on the mirror substrate surface, which is different from a conventional mirror that merely reflects light.
That is, in order to solve the above problems, the present invention adopts a configuration as described in the claims.
That is, the mirror according to claim 1 is a mirror base. On the board A light detection layer for detecting light and a light reflection layer for reflecting light And the mirror substrate has both a light detection function and a light reflection function. It is characterized by that.
According to a second aspect of the present invention, in the mirror according to the first aspect, a mirror ground electrode is provided on a surface of the mirror substrate opposite to the surface on which the light detection layer and the light reflection layer are provided. It is characterized by.
The mirror according to claim 3 is the mirror according to claim 1, wherein a mirror ground electrode is provided on the same side of the mirror substrate as the surface on which the light detection layer and the light reflection layer are provided. It is characterized by that.
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided the mirror according to the first, second, or third aspect, wherein the n-type semiconductor layer provided on the mirror substrate surface and the metal layer provided on the n-type semiconductor layer are metal. A Schottky junction formed by a semiconductor interface, wherein the n-type semiconductor layer and the metal layer are the photodetecting layer, and the metal layer is the light reflecting layer.
According to a fifth aspect of the present invention, in the mirror according to the first, second, or third aspect, the metal is composed of a p-type semiconductor layer provided on the mirror substrate surface and a metal layer provided on the p-type semiconductor layer. A Schottky junction formed by a semiconductor interface, wherein the p-type semiconductor layer and the metal layer are the photodetection layer, and the metal layer is the light reflection layer.
The mirror according to claim 6 is the mirror according to claim 1, 2, or 3, wherein the n-type semiconductor layer provided on the mirror substrate surface, the insulating layer provided on the n-type semiconductor layer, and A Schottky junction formed by a metal-insulator-semiconductor interface with a metal layer provided on the insulating layer, the n-type semiconductor layer, the insulating layer, and the metal layer as the photodetection layer; The layer is the light reflecting layer.
A mirror according to claim 7 is the mirror according to claim 1, 2 or 3, wherein a p-type semiconductor layer provided on the mirror substrate surface, an insulating layer provided on the p-type semiconductor layer, and A Schottky junction formed by a metal-insulator-semiconductor interface with a metal layer provided on the insulating layer, the p-type semiconductor layer, the insulating layer, and the metal layer as the photodetection layer; The layer is the light reflecting layer.
The mirror according to claim 8 is the mirror according to claim 1, 2 or 3, wherein the photoconductive film provided on the mirror substrate surface is used as the light detection layer, and the light detection layer is provided on the photoconductive layer. The above-described light reflecting layer that transmits a necessary amount of light and has a reflectance of less than 100% is provided.
The mirror according to claim 9 has a pn junction formed by a p-type semiconductor layer and an n-type semiconductor layer provided on the mirror substrate surface in the mirror according to claim 1, 2 or 3. Then, the p-type semiconductor layer and the n-type semiconductor layer are used as the light detection layer, and the light reflection layer that transmits a light amount necessary for detecting the light and has a reflectance of less than 100% is provided thereon. It is characterized by that.
The mirror according to claim 10 is a mirror according to claim 1, 2 or 3, wherein the pin structure comprises a p-type semiconductor layer, an insulating layer, and an n-type semiconductor layer provided on the mirror substrate surface. Is the light detection layer, and the light reflection layer having a reflectance of less than 100% is provided on the light detection layer.
The mirror according to claim 11 is the mirror according to claim 1, 2 or 3, wherein the photoconductive film provided on the mirror substrate surface is the photodetection layer, and the reflectance is 100%. Less than the above light reflecting layer is provided.
According to a twelfth aspect of the present invention, the mirror according to the first, second, or third aspect has a pn junction formed by a p-type semiconductor layer and an n-type semiconductor layer provided on the mirror substrate surface. The p-type semiconductor layer and the n-type semiconductor layer are used as the light detection layer, and the light reflection layer having a reflectance of less than 100% is provided thereon.
A mirror according to a thirteenth aspect is the mirror according to the first, second, or third aspect, wherein the pin structure includes a p-type semiconductor layer, an insulating layer, and an n-type semiconductor layer provided on the mirror substrate surface. Is the light detection layer, and the light reflection layer having a reflectance of less than 100% is provided thereon.
A mirror according to claim 14 is the mirror according to any one of claims 1 to 13, characterized in that the light detection layer is divided into a plurality of parts and has a means for detecting the position of light incident on the mirror. To do.
A mirror according to a fifteenth aspect is the mirror according to any one of the first to thirteenth aspects, wherein a plurality of the light detection layers are provided, and a position detecting unit for light incident on the mirror is provided. .
The optical switch according to claim 16 includes the input optical fiber array and the first mirror according to any one of claims 1 to 15 arranged so as to reflect a light beam from the input optical fiber array. A first mirror array comprising: a second mirror array comprising a second mirror according to any one of claims 1 to 15 which reflects a light beam from the first mirror array; and the second mirror array. An optical switch having an output optical fiber array for outputting a light beam from the first mirror, detecting a position of the light beam on the second mirror from the first mirror, and light on the first mirror It has a control device that feedback-controls the direction of the first mirror so that the beam is appropriately irradiated onto the second mirror.
The optical switch manufacturing method according to claim 17 is the first optical fiber array according to any one of claims 1 to 15, wherein the input optical fiber array and the light beam from the input optical fiber array are arranged to be reflected. A first mirror array having a plurality of mirrors, a second mirror array having a second mirror according to any one of claims 1 to 15, which reflects a light beam from the first mirror array, and the second mirror array A method of manufacturing an optical switch having an output optical fiber array that outputs a light beam from a mirror array of the first mirror, wherein the position of the light beam of the first mirror is detected, and the input optical fiber array has an input port side The optical axis is adjusted between the collimating lens array and the first mirror array.
In the mirror of the present invention, since the light detection layer is provided on the mirror substrate surface, it is possible to detect light incident on the mirror and measure the light intensity.
Further, by providing a plurality of light detection layers, the position of the light beam incident on the mirror can be detected.
In the optical switch of the present invention, since the intensity and position of incident light can be detected by the light detection layer, an external detection device is not required, the configuration of a switching device using a mirror is simplified, and cost reduction can be realized.
Further, according to the method for manufacturing an optical switch of the present invention, it is possible to provide an optical switch in which the optical axis between the collimating lens array on the input port side and the first mirror array is accurately adjusted.
[0005]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the drawings described below, components having the same function are denoted by the same reference numerals, and repeated description thereof is omitted.
Embodiment 1
FIG. 1A is a plan view of a mirror according to Embodiment 1 of the present invention, and FIG. 1B is a cross-sectional view of FIG.
1 is a mirror, 2 is a mirror substrate, 3 is a light detection layer, 4 is a light reflection layer, 5 is a mirror support substrate, 6 is a mirror drive electrode substrate, 7 is a mirror support structure, 8 is a torsion spring, and 9 is a mirror. A ground electrode, 10 is a mirror driving electrode, and 11 is a quadrant light detection surface.
The mirror 1 according to the first embodiment includes a mirror substrate 2 In , A light detection layer 3 for detecting light, and a light reflection layer 4 for reflecting light Are provided in contact with each other, and the mirror substrate 2 has both a light detection function and a light reflection function. That is, On the surface of the mirror substrate 2, four photodetecting layers 3 having an equal area are divided and formed. As shown in FIG. 1B, for example, light reflection with a reflectance of A% (A <100) is performed. Layer 4 is formed.
When light is incident on the surface of the mirror 1, A% of light is reflected, and the remaining (100-A)% of light reaches the light detection layer 3, and a light detection signal corresponding to the area irradiated with the light detection layer 3 Is obtained.
The reflectance A% is determined by the use of the mirror 1 and the performance of the light detection layer 3.
Since the light detection signal can be detected independently between the four light detection layers 3 and the mirror ground electrode 9, the light intensity of the light beam can be measured by the sum of these four light detection signals.
Further, in the mirror 1 according to the first embodiment, as shown in FIG. 1A, the light detection layer 3 is divided into four parts and has a position detection means (not shown) of light incident on the mirror 1. . That is, by comparing the magnitudes of the photodetection signals extracted from these four photodetection layers 3 with a comparison means (not shown), it is possible to measure which is deviated from the center on the mirror 1 surface. Can be detected.
In the first embodiment, the mirror ground electrode 9 is formed on the back surface of the mirror substrate 2.
The mirror substrate 2 is connected to a mirror support structure 7 outside the mirror substrate 2 via a torsion spring 8, and the torsion of the torsion spring 8 causes the mirror substrate 2 to tilt in two axial directions, so that the surface of the mirror substrate 2 is in space. In any direction.
In the first embodiment, the mirror substrate 2 is driven by an electrostatic drive system, and electrodes divided into four planes (only two are shown in FIG. 1B) are formed on the mirror drive electrode substrate 6. By applying an applied voltage to each, an electrostatic attractive force acts between the mirror substrate 2 and the mirror driving electrode 10, the mirror substrate 2 is attracted to the mirror driving electrode substrate 6, and the spring force of the torsion spring 8 is The surface of the mirror substrate 2 is deflected to a predetermined position by balancing at the equilibrium point with the electrostatic attractive force.
[0006]
Embodiment 2
2A is a plan view of a mirror according to Embodiment 2 of the present invention, and FIG. 2B is a cross-sectional view of FIG.
In the first embodiment, the mirror ground electrode 9 is formed on the back surface of the mirror substrate 2, but in the second embodiment, the mirror ground electrode 9 is formed on the mirror substrate 2 as shown in FIG. It is formed on the periphery on the surface, that is, on the same side as the surface on which the light detection layer 3 and the light reflection layer 4 of the mirror substrate 2 are provided. Other configurations, operations, and effects are the same as those in the first embodiment.
[0007]
Embodiment 3
Hereinafter, the manufacturing method of the mirror 1 of this Embodiment 3 is demonstrated.
3A to 3G are process cross-sectional views illustrating a method for manufacturing the mirror 1 according to the third embodiment. (A)-(d) is the manufacturing process of the mirror support substrate 5, (e), (f) is the manufacturing process of the mirror drive electrode substrate 6, (g) is the mirror support substrate 5, the mirror drive electrode substrate 6, and The joining process is shown.
The configuration of the mirror 1 is almost the same as the mirror of FIGS. Here, for example, an example using an SOI (Silicon On Insulator) substrate is shown.
First, as shown in FIG. 3A, the Si layer 12 / SiO ₂ The photodetection layer 3 is formed on an SOI substrate 15 composed of three layers (intermediate oxide film) 13 / Si layer (Si substrate) 14, and patterning is performed along the mirror shape and the electrode shape. Next, the light reflection layer 4 is formed thereon and patterned.
Next, as shown in FIG. 3B, after the electrode wiring 16 is formed, on the front and back surfaces of the SOI substrate 15, for example, SiO 2 ₂ An etching mask pattern 17 is formed.
Next, as shown in FIG. 3C, using the mask pattern 17 as a mask, the mirror substrate 2 composed of the Si layer (Si active layer) 14 and the torsion spring 8 are processed into, for example, a reaction for high aspect processing. Ion etching (Deep RIE (Reactive Ion Etching) or ICP (Induction Coupled Plasma) RIE). Further, using the mask pattern 17 as a mask, the lower Si layer 12 of the SOI substrate 15 is etched by, for example, a KOH aqueous solution.
Next, as shown in FIG. 3D, a metal film (for example, Ti / Pt / Au from the lower layer) 18 for bonding to the mirror driving electrode substrate 6 is formed, and the SiO 2 of the SOI substrate 15 is formed. ₂ Layer 13 and SiO ₂ The mask pattern (not shown) is removed with hydrofluoric acid to complete the movable mirror support substrate 5 supported by the torsion spring 8 (the mirror ground electrode 9 is not shown).
Next, as shown in FIG. 3E, for example, Ti / Pt / Au is vapor-deposited on the mirror driving electrode substrate 6 made of a Si substrate from the lower layer to form the mirror driving electrode 10, and the patterning is performed. .
Next, as shown in FIG. 3 (f), a metal film and a solder film for bonding to the mirror support substrate 5 (a metal film, for example, Ti / Pt / Au from a lower layer, and a solder film, for example, AuSn) 19 are vapor-deposited. Patterning is performed.
Finally, the mirror support substrate 5 and the mirror driving electrode substrate 6 are joined by melting the solder, and the mirror 1 is completed.
As the light detection layer 3 shown in FIGS. 1, 2, and 3, for example, an n-type semiconductor layer such as n-type Si is formed on the mirror substrate 2, and a semitransparent thin metal film (for example, Pt) is formed thereon. , Au, etc.) by Schottky junction at the metal-semiconductor interface formed by vapor deposition or the like can be used. In this case, this metal layer is used as the light reflecting layer 4.
Alternatively, an n-type semiconductor layer such as n-type Si is formed on the mirror substrate 2, and SiO 2 is formed thereon. ₂ It is possible to use a metal-insulator-semiconductor interface Schottky junction in which an insulating layer such as, for example, is formed, and a semitransparent metal layer (for example, Pt, Au, etc.) is further formed thereon by vapor deposition. In this case, this metal layer is used as the light reflecting layer 4.
Thus, when a Schottky junction is used, a part of the metal layer of the light detection layer 3 and the light reflection layer 4 can be formed of the same metal layer, and the manufacturing process can be shortened.
Note that a p-type semiconductor layer may be used instead of the n-type semiconductor layer constituting the light detection layer 3.
Or what formed the photoconductive film | membrane on the mirror board | substrate 2 can be used. In this case, a light reflecting layer 4 that transmits a light amount necessary for detecting light and has a reflectance of less than 100% is provided on the photoconductive film.
Or what formed the pn photodiode layer which consists of a p-type semiconductor layer and n-type semiconductor layer (which may be an upper layer or a lower layer) provided on the mirror substrate 2 can be used. In this case, a light reflecting layer 4 that transmits a light amount necessary for light detection and has a reflectance of less than 100% is provided on the pn photodiode layer.
Or what formed the p-i-n photodiode which consists of a p-type semiconductor layer provided on the mirror substrate 2, an insulating layer, and an n-type semiconductor layer can be used. In this case, a light reflecting layer 4 that transmits a light amount necessary for light detection and has a reflectance of less than 100% is provided on the pin photodiode layer.
In the manufacturing method of FIG. 3, silicon is used as a semiconductor, but Ge, SiC, SiGe, AlN, AlP, AlAs, GaN, GaP, GaAs, GaSb, InN, InP, InAs, InSb, ZnO, ZnS, ZnSe, CdS, CdSe, CdTe, HgTe, GaS, GaSe, GaTe, InSe, SnO ₂ , PbS, PbSe, PbTe, Sb ₂ Te ₃ , Bi ₂ Se ₃ , Bi ₂ Te ₃ It is apparent that the present invention can be realized even if other semiconductors such as InGaAs and AlGaAs are used.
Here, when the semiconductor is silicon, it is easy to purify and a single crystal with few defects can be easily manufactured. ₂ There is an advantage that it is easy to form a film with high quality. Further, when the semiconductor is InGaAs, GaSb, GaAs, InP, InAs, InSb, or the like, there are advantages that electron mobility is high and response speed as a photodetector is fast. Further, the semiconductor is a direct transition type semiconductor such as AlN, GaN, GaAs, GaSb, InN, InP, InAs, InSb, ZnO, ZnS, ZnSe, CdS, CdSe, CdTe, HgTe, SnO. ₂ In such a case, there is an advantage that a light emitting diode or a light emitting structure such as a laser can be formed on the same substrate.
In the first to third embodiments shown in FIGS. 1 to 3, the light detection layer 3 is divided into four parts, but a plurality of light detection layers 3 are point-symmetrically arranged on the mirror substrate 2, for example, It is possible to detect the position of the light beam even in a hybrid integrated form.
[0008]
Further, in Embodiments 1 to 3 in FIGS. 1 to 3, electrostatic attraction is used as the driving method of the mirror substrate 2, but Lorentzka, electromagnetic force, piezo, and ultrasonic motor using a magnetic field and current are used. Needless to say, a drive system using such a piezoelectric power may be used.
[0009]
Embodiment 4
FIG. 4A is a diagram showing a configuration of an optical switch using a mirror according to Embodiment 4 of the present invention, and FIG. 4B is a plan view of the mirror of FIG.
40 is an optical switch, 41 is an optical fiber array, 41a is an input optical fiber array, 41b is an output optical fiber array, 42 is an input port of the optical fiber array 41a, 43a and 43b are collimating lens arrays, and 44a and 44b are mirrors. 45a and 45b are mirror arrays, 46 is an output port of the optical fiber array 41b, 47 is signal light, 48 is a control device, and 100 is a light beam.
The light beam 100 from the input port 42 passes through the collimator lens array 43a, is deflected by the mirror 44a of the primary mirror array 45a, and the mirror 44b of the secondary mirror array 45b, and is guided to a desired output port 46. At this time, since the light beam 100 is deflected and at the same time, the light of the signal light 47 can be detected on the mirror 44a or 44b surface having the light detection layer 3 to measure the light intensity, the signal light intensity can be monitored at the output port 46. That is, the monitor light branching means (88 in FIG. 8) and the photodetector (89 in FIG. 8) are unnecessary. In the fourth embodiment, the position of the light beam on the mirror 44a or 44b can be detected by the 4-split light detection function in which the light detection layer 3 is divided into four, and this signal is sent to the mirror 44a or 44b. It can also be used for position control.
As an example, the position of the light beam on the mirror 44b on the secondary mirror array 45b can be detected by the four-split light detection function in which the light detection layer 3 is divided into four parts. The direction of the mirror 44a on the primary mirror array 45a can also be feedback controlled so that the center of the mirror 44b on the secondary mirror array 45b is appropriately irradiated. The same position of the light beam can be detected at the mirror 44a on the primary mirror array 45a. This signal is analyzed, and the collimator lens array 43a on the input port 42 side is analyzed when the optical switch is manufactured. It can be used to adjust the optical axis between the primary mirror arrays 45a.
[0010]
In other words, the optical switch 40 according to the fourth embodiment includes the input optical fiber array 41a and the first mirror 44a according to the first to third embodiments arranged so as to reflect the light beam from the input optical fiber array 41a. , A second mirror array 45b having the second mirror 44b of the first to third embodiments that reflects the light beam from the first mirror array 45a, and a second mirror array An optical switch 40 having an output optical fiber array 41b that outputs the light beam from 45b, detects the position of the light beam on the second mirror 44b from the first mirror 44a, and detects the first mirror 44a. A control device 48 that feedback-controls the direction of the first mirror 44a so that the upper light beam is appropriately irradiated onto the second mirror 44b. A.
With such a configuration, since the intensity and position of incident light can be detected by the light detection layer 3, an external detection device is not required, the configuration of a switching device using a mirror is simplified, and cost reduction can be realized.
Further, the manufacturing method of the optical switch 40 according to the fourth embodiment includes the input optical fiber array 41a and the first embodiment according to the first to third embodiments arranged so as to reflect the light beam from the input optical fiber array 41a. A first mirror array 45a having the second mirror 44a, a second mirror array 45b having the second mirror 44b of the first to third embodiments for reflecting the light beam from the first mirror array 45a, and a second A method of manufacturing an optical switch 40 having an output optical fiber array 41b for outputting a light beam from the mirror array 45b, wherein the position of the light beam of the first mirror 44a is detected, and the input optical fiber array 41a Optical axis adjustment between the collimating lens array 43a on the input port 42 side and the first mirror array 45a is performed.
With such a configuration, it is possible to provide the optical switch 40 in which the optical axis between the collimating lens array 43a on the input port 42 side and the first mirror array 45a is accurately adjusted.
[0011]
Embodiment 5
FIG. 5A is a diagram showing a configuration of an optical scanner using the mirror according to the fifth embodiment of the present invention, and FIG. 5B is a perspective view of the mirror of FIG.
50 is an optical scanner, 51 is a light source, 52 is a mirror, 53 is a light beam, 54 is a light intensity (light quantity) detector, 55 is a driver of the light source 51, and in (b), 56 is a mirror drive source.
The light beam 53 from the light source 51 is reflected by the surface of the mirror 52 and deflected in an arbitrary direction. Since the light beam 53 is deflected on the surface of the mirror 52, the light can be detected by the light detection layer 3 provided on the mirror 52 and the light intensity can be detected by the light intensity detector 54. There is no need to prepare a beam splitter (92 in FIG. 9) for branching the light beam 53 or a photodetector (95 in FIG. 9) as a separate device.
[0012]
Embodiment 6
FIG. 6A is a diagram showing the configuration of the optical signal (photocurrent) extraction wiring from the photodetection layer 3 of the mirror according to the sixth embodiment of the present invention, and FIG. (C) is a signal detection circuit diagram in the case where a photoconductive film is used for the photodetection layer 3.
In (a), 1 is a mirror, 3 is a light detection layer (a light reflection layer 4 is formed on the light detection layer 3), 8 is a torsion spring, 60 is an optical signal extraction wiring, and 9 is a mirror ground. Electrode, 61, mirror ground wiring, (b), 62, light, 63, photodiode, 64, anode, 65, cathode, 66, operational amplifier, (c), 67, photoconductive film, 68, external power supply 69 are fixed resistors.
The sixth embodiment is a simplest uniaxial mirror and has a configuration having one anode and one cathode. As shown in FIG. 6A, an optical signal extraction wiring 60 and its optical signal extraction electrode pad (anode) 64, and a mirror ground wiring 61 and its mirror ground electrode pad (cathode) 65 are formed. The electrode pads 64 and 65 are taken out by wire bonding mounting.
[0013]
When a photovoltaic layer such as a photodiode is used for the photodetection layer 3, as shown in FIG. 6B, a photocurrent is taken out as a voltage output using an operational amplifier 66 or the like.
When a photoconductive film is used for the light detection layer 3, as shown in FIG. 6C, the resistance changes due to light irradiation, so that the change in current supplied from the external power supply 68 is changed to another fixed resistance 69. Take out through.
[0014]
Embodiment 7
FIG. 7A is a diagram showing a configuration of an optical signal (photocurrent) extraction wiring from the light detection layer 3 of the mirror according to the seventh embodiment of the present invention, and FIG. 7B is a signal detection circuit diagram thereof.
In (a), 71a to 71d are optical signal extraction wirings, 72a and 72b are mirror ground wirings, and in (b), 73a to 73d are light, 74a to 74d are photodiodes, 75a to 75d are anodes, and 76 is a cathode. , 77a to 77d are operational amplifiers.
As shown in FIG. 7A, the seventh embodiment is a biaxial mirror in which a photodetection layer 3 using a photovoltaic layer such as a photodiode is divided into four, and includes four anodes and one anode. It is a structural example which has a cathode.
As shown in FIG. 7B, the mirror 70 having the light detection layer 3 divided in this way constitutes a detection circuit corresponding to each light detection layer 3 (the ground is common), and outputs each optical signal. V _out 1 to V _out 4 can be compared to determine the polarization state of the light beam.
As described above, in the first to seventh embodiments, since the light detection function is integrated in the mirror in addition to the reflection function, the light intensity of the light beam, which cannot be known by the conventional mirror, is detected by other methods. Can be measured without a vessel. In addition, the light detection layer 3 is divided into a plurality of light detection structures, or a structure having a large number of light detection portions such as bonding a large number of photodiode chips, so that the position of the light beam can be detected. It becomes possible. In addition, in an apparatus that requires both light beam deflection and light detection, it is not necessary to use components such as detectors that have been required in the past. It can be reduced and the economy can be greatly improved.
Although the present invention has been specifically described above based on the embodiment, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and it is needless to say that various changes can be made without departing from the scope of the invention.
[0015]
【The invention's effect】
As described above, according to the mirror of the present invention, it is possible to measure the light intensity of a light beam that could not be known by a conventional mirror without using another detector. Further, the position of the light beam can be detected by providing a plurality of light detection layers. In addition, in an apparatus that requires both light beam deflection and light detection, it is not necessary to use parts such as detectors that have been required in the past. It can be reduced and the economy can be greatly improved. In addition, according to the optical switch of the present invention, since the intensity and position of incident light can be detected by the light detection layer, an external detection device is not required, the configuration of a switching device using a mirror can be simplified, and cost reduction can be realized. . Further, according to the method for manufacturing an optical switch of the present invention, it is possible to provide an optical switch in which the optical axis between the collimating lens array on the input port side and the first mirror array is accurately adjusted.
[Brief description of the drawings]
1A is a plan view of a mirror according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 1B is a cross-sectional view of FIG.
2A is a plan view of a mirror according to a second embodiment of the present invention, and FIG. 2B is a cross-sectional view of FIG.
FIGS. 3A to 3G are process cross-sectional views illustrating a manufacturing method of a mirror according to a third embodiment.
4A is a diagram showing a configuration of an optical switch using a mirror according to a fourth embodiment of the present invention, and FIG. 4B is a plan view of the mirror in FIG. 4A.
5A is a diagram showing a configuration of an optical scanner using a mirror according to a fifth embodiment of the present invention, and FIG. 5B is a perspective view of the mirror of FIG. 5A.
FIG. 6A is a diagram showing a configuration of an optical signal extraction wiring from a photodetection layer of a mirror according to a sixth embodiment of the present invention, and FIG. (C) is a signal detection circuit diagram when a photoconductive film is used for the photodetection layer.
7A is a diagram showing a configuration of an optical signal extraction wiring from a photodetection layer of a mirror according to a seventh embodiment of the present invention, and FIG. 7B is a signal detection circuit diagram thereof.
8A is a diagram showing a configuration of a conventional optical switch for optical communication, and FIGS. 8B and 8C are plan views of one mirror of the optical switch of FIG. It is a figure which shows the upper position.
FIG. 9 is a diagram illustrating a configuration of a conventional optical scanner.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Mirror, 2 ... Mirror substrate, 3 ... Light detection layer, 4 ... Light reflection layer, 5 ... Mirror support substrate, 6 ... Mirror drive electrode substrate, 7 ... Mirror support structure, 8 ... Torsion spring, 9 ... Mirror Ground electrode, 10 ... mirror driving electrode, 11 ... quadrant light detection surface, 12 ... Si layer, 13 ... SiO ₂ Layer, 14 ... Si layer, 15 ... SOI substrate, 16 ... electrode wiring, 17 ... mask pattern, 18 ... joining metal film, 19 ... joining metal film and solder film, 40 ... optical switch, 41, 41a, 41b ... Optical fiber array, 42 ... Input port, 43a, 43b ... Collimating lens array, 44a, 44b ... Mirror, 45a, 45b ... Mirror array, 46 ... Output port, 47 ... Signal light, 48 ... Control device, 50 ... Optical scanner, DESCRIPTION OF SYMBOLS 51 ... Light source, 52 ... Mirror, 53 ... Light beam, 54 ... Light intensity detector, 55 ... Driver, 56 ... Mirror drive source, 60 ... Optical signal extraction wiring, 61 ... Mirror ground wiring, 62 ... Light, 63 ... Photodiode, 64 ... anode, 65 ... cathode, 66 ... op amp, 67 ... photoconductive film, 68 ... external power source, 69 ... fixed resistor, 71a to 71d ... Signal extraction wiring, 72a, 72b ... mirror ground wiring, 73a-73d ... light, 74a-74d photodiode, 75a-75d ... anode, 76 ... cathode, 77a-77d ... op amp, 80 ... optical switch, 81 ... optical fiber Array, 82 ... Input port, 83 ... Collimating lens array, 84 ... Mirror, 85 ... Mirror array, 86 ... Output port, 87 ... Signal light, 88 ... Monitor light branching means, 89 ... Photo detector, 90 ... Optical scanner, DESCRIPTION OF SYMBOLS 91 ... Light source, 92 ... Beam splitter, 93 ... Mirror, 94 ... Light beam, 95 ... Photo detector, 96 ... Driver, 100 ... Light beam.

Claims

The mirror board, a light detection layer for detecting light, and a light reflecting layer for reflecting light are laminated and provided in contact with each other, that the mirror substrate has both a light detection and light reflection function Mirror characterized by.

The mirror according to claim 1, wherein a mirror ground electrode is provided on a surface of the mirror substrate opposite to a surface on which the light detection layer and the light reflection layer are provided.

The mirror according to claim 1, wherein a mirror ground electrode is provided on a surface of the mirror substrate on the same side as the surface on which the light detection layer and the light reflection layer are provided.

The n-type semiconductor layer and the metal have a Schottky junction formed by a metal-semiconductor interface between an n-type semiconductor layer provided on the mirror substrate surface and a metal layer provided on the n-type semiconductor layer. 4. The mirror according to claim 1, wherein the light detection layer is a layer, and the light reflection layer is the metal layer.

It has a Schottky junction formed by a metal-semiconductor interface between a p-type semiconductor layer provided on the mirror substrate surface and a metal layer provided on the p-type semiconductor layer, and the p-type semiconductor layer and the metal 4. The mirror according to claim 1, wherein the light detection layer is a layer, and the light reflection layer is the metal layer.

A shot formed by a metal-insulator-semiconductor interface of an n-type semiconductor layer provided on the mirror substrate surface, an insulating layer provided on the n-type semiconductor layer, and a metal layer provided on the insulating layer. 4. The device according to claim 1, comprising a key junction, wherein the n-type semiconductor layer, the insulating layer, and the metal layer are the photodetection layer, and the metal layer is the light reflection layer. mirror.

A shot formed by a metal-insulator-semiconductor interface of a p-type semiconductor layer provided on the mirror substrate surface, an insulating layer provided on the p-type semiconductor layer, and a metal layer provided on the insulating layer. 4. The structure according to claim 1, comprising a key junction, wherein the p-type semiconductor layer, the insulating layer, and the metal layer are the light detection layer, and the metal layer is the light reflection layer. mirror.

The photoconductive film provided on the mirror substrate surface is used as the photodetection layer, and the photoreflective layer that transmits the amount of light necessary for detecting the light and has a reflectance of less than 100% is provided thereon. The mirror according to claim 1, 2, or 3.

A p-n junction formed by a p-type semiconductor layer and an n-type semiconductor layer provided on the mirror substrate surface, wherein the p-type semiconductor layer and the n-type semiconductor layer serve as the photodetection layer; 4. The mirror according to claim 1, wherein the light reflecting layer that transmits a light amount necessary for detecting the light and has a reflectance of less than 100% is provided.

A p-i-n structure composed of a p-type semiconductor layer, an insulating layer, and an n-type semiconductor layer provided on the mirror substrate surface is used as the photodetection layer, and a light amount necessary for detecting the light is transmitted thereon. 4. The mirror according to claim 1, wherein the light reflecting layer having a reflectance of less than 100% is provided.

4. A photoconductive film provided on the mirror substrate surface is used as the photodetection layer, and the light reflection layer having a reflectance of less than 100% is provided thereon. mirror.

A p-n junction formed by a p-type semiconductor layer and an n-type semiconductor layer provided on the mirror substrate surface, wherein the p-type semiconductor layer and the n-type semiconductor layer serve as the photodetection layer; 4. The mirror according to claim 1, wherein the light reflecting layer having a reflectance of less than 100% is provided.

A p-i-n structure comprising a p-type semiconductor layer, an insulating layer, and an n-type semiconductor layer provided on the mirror substrate surface is used as the light detection layer, and the light reflection layer having a reflectance of less than 100% is provided thereon. The mirror according to claim 1, wherein the mirror is provided.

The mirror according to any one of claims 1 to 13, wherein the light detection layer is divided into a plurality of parts and has a position detecting means for light incident on the mirror.

The mirror according to any one of claims 1 to 13, wherein a plurality of the light detection layers are provided, and a position detection unit for light incident on the mirror is provided.

An input optical fiber array, a first mirror array having a first mirror according to any one of claims 1 to 15, which is arranged so as to reflect a light beam from the input optical fiber array, and the first A second mirror array having the second mirror according to any one of claims 1 to 15 for reflecting a light beam from the mirror array, and an output optical fiber for outputting the light beam from the second mirror array An optical switch having an array for detecting a position of a light beam on the second mirror from the first mirror, wherein the light beam on the first mirror is suitably on the second mirror; An optical switch comprising a control device that feedback-controls the direction of the first mirror so as to be irradiated.

An input optical fiber array, a first mirror array having a first mirror according to any one of claims 1 to 15, which is arranged so as to reflect a light beam from the input optical fiber array, and the first A second mirror array having the second mirror according to any one of claims 1 to 15 for reflecting a light beam from the mirror array, and an output optical fiber for outputting the light beam from the second mirror array A method of manufacturing an optical switch having an array, wherein the position of a light beam of the first mirror is detected, and between the collimating lens array on the input port side of the input optical fiber array and the first mirror array An optical switch manufacturing method comprising adjusting an optical axis.