JP4154663B2 - 光スイッチ - Google Patents
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Description
【０００１】
本発明は、キャリア注入による屈折率変化により光信号の伝送経路を切り換える光スイッチに関し、特にクロストークを低減することが可能な光スイッチに関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在の通信ネットワークであるＬＡＮ（Local Area Network）やＷＡＮ（Wide Area Network）等では、通常電気信号をもって情報を伝送する通信方式となっている。
【０００３】
光信号をもって情報を伝送する通信方法は大量のデータを伝送する基幹ネットワークやその他一部のネットワークで用いられているだけである。また、これらのネットワークは”point to point”の通信であり、”フォトニックネットワーク”と言える通信網までは発達していないのが現状である。
【０００４】
このような”フォトニックネットワーク”を実現するためには、電気信号の送信先を切り換えるルータやスイッチングハブ等といった装置と同様の機能を有する”光ルータ”や”光スイッチングハブ”等が必要になる。
【０００５】
また、このような装置では高速に伝送経路を切り換える光スイッチが必要になり、ニオブ酸リチウムやＰＬＺＴ（Lead Lanthanum Zirconate Titanate）等の強誘電体を用いたものや、半導体に光路導波路を形成し半導体中にキャリアを注入して屈折率を変化させ光信号の伝送経路を切り換えるものが存在する。
【０００６】
そして、従来の半導体に光路導波路を形成し半導体中にキャリアを注入して屈折率を変化させ光信号の伝送経路を切り換える光スイッチに関連する先行技術文献としては次のようなものがある。
【０００７】
【特許文献１】
特開平４−３２０２１９号公報
【非特許文献１】
「2x2 Optical Waveguide Switch with Bow-Tie Electrode Based on Carrier-Injection Total Internal Reflection in SiGe Alloy」, Baojun Li and Soo-Jin Chua, p206-p208, IEEE PHOTONICS TECHNOLOGY LETTERS, VOL.13, NO.3, MARCH 2001
【０００８】
図４及び図５はこのような従来の光スイッチの一例を示す平面図及び断面図である。図４において１はＧａＡｓやＩｎＰ等の半導体の基板、２は”Ｘ字状”の光導波路を有するｎ型の光導波路層、３は電子が注入されるＮ電極、４は正孔が注入されるＰ電極である。
【０００９】
図４において基板１上には”Ｘ字状”の光導波路を有する光導波路層２が形成され、”Ｘ字状”の光導波路の交差部分には長方形状のＮ電極３が形成される。また、”Ｘ字状”の光導波路の交差部分の近傍であってＮ電極３に並行して長方形状のＰ電極４が形成される。
【００１０】
一方、図５は図４中”Ａ−Ａ’”における断面図であり、１，２，３及び４は図４と同一符号を付してあり、５はｐ型のＧａＡｓ等のコンタクト層、６はｎ型のＡｌＧａＡｓ等のクラッド層、７はｎ型のＧａＡｓやＩｎＧａＡｓ等のキャップ層、８はＳｉＯ２ 等の絶縁膜、９ａ，９ｂ及び９ｃは絶縁層であるポリイミド層、１０ａ及び１０ｂは配線パターンである。
【００１１】
基板１上にはコンタクト層５、クラッド層６及び光導波路層２が台形状になるように順次形成され、光導波路層２上の一部にはキャップ層７が形成される。
【００１２】
基板１、コンタクト層５、クラッド層６及び光導波路層２上であってキャップ層７及びコンタクト層５の一部以外には絶縁膜８が形成される。また、キャップ層７及びコンタクト層５の一部にＮ電極３及びＰ電極４がそれぞれ形成される。
【００１３】
絶縁膜８上にはポリイミド層９ａ，９ｂ及び９ｃがそれぞれ形成され、配線パターン１０ａはポリイミド層９ａ上に形成されると共にＮ電極３に接続され、配線パターン１０ｂはポリイミド層９ｃ上に形成されると共にＰ電極４に接続される。
【００１４】
ここで、図４に示す従来例の動作を図５を参照しながら説明する。光スイッチが”ＯＦＦ”の場合、Ｎ電極３及びＰ電極４には電流が供給されない。
【００１５】
このため、”Ｘ字状”の光導波路の交差部分の屈折率の変化は生じないため、例えば、図４中”ＰＩ０１”から入射した光信号は交差部分を直進して図４中”ＰＯ０１”に示す部分から出射される。
【００１６】
一方、光スイッチが”ＯＮ”の場合、Ｎ電極３から電子が注入され、Ｐ電極４からは正孔が注入され、このため、前記交差部分にはキャリア（電子、正孔）が注入される。
【００１７】
このため、プラズマ効果によって”Ｘ字状”の光導波路の交差部分の屈折率が低くなるように変化するため、例えば、図４中”ＰＩ０１”から入射した光信号は交差部分に生じた低屈折率部分で全反射されて図４中”ＰＯ０２”に示す部分から出射される。
【００１８】
この結果、電極に電流を供給して”Ｘ字状”の光導波路の交差部分にキャリア（電子、正孔）を注入して交差部分の屈折率を制御することにより、光信号の出射される位置を制御、言い換えれば、光信号の伝播経路を切り換えることが可能になる。
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、図４及び図５に示す従来例では、光スイッチが”ＯＮ”の場合、プラズマ効果によって”Ｘ字状”の光導波路の交差部分の屈折率が低くなるように変化するものの、当該低屈折率部分の屈折率は一定ではないため入射される光信号の一部が当該低屈折率部分を透過して図４中”ＰＯ０１”に示す部分に漏れ出してしまう、言い換えれば、光通信におけるクロストークが発生してしまうと言った問題点があった。
従って本発明が解決しようとする課題は、クロストークを低減することが可能な光スイッチを実現することにある。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
このような課題を達成するために、本発明のうち請求項１記載の発明は、
キャリア注入による屈折率変化により光信号の伝送経路を切り換える光スイッチにおいて、
半導体基板と、この半導体基板上に形成されたコンタクト層と、このコンタクト層上に形成されたクラッド層と、このクラッド層上であって前記光信号が一方から入射され途中で２つに分岐して出射される光導波路が形成された光導波路層と、この光導波路層上の一部に形成されたキャップ層と、このキャップ層が形成されていない前記光導波路層上に形成された絶縁膜と、前記キャップ層上であって前記光導波路の分岐部分からキャリア注入がなく光スイッチがＯＦＦ時に前記光信号が出射される側の光導波路部分の途中にかけて形成されるＮ電極と、前記コンタクト層上であって前記Ｎ電極に並行して形成されるＰ電極とを備えたことにより、光スイッチが”ＯＮ”時のクロストークを低減することが可能になる。
【００２１】
請求項２記載の発明は、
キャリア注入による屈折率変化により光信号の伝送経路を切り換える光スイッチにおいて、
半導体基板と、この半導体基板上に形成されたコンタクト層と、このコンタクト層上に形成されたクラッド層と、このクラッド層上であって前記光信号が一方から入射され途中で２つに分岐して出射される光導波路が形成された光導波路層と、この光導波路層上の一部に形成されたキャップ層と、このキャップ層が形成されていない前記光導波路層上に形成された絶縁膜と、前記キャップ層上であって前記光導波路の分岐部分に形成される第１のＮ電極と、前記コンタクト層上であって前記第１のＮ電極に並行して形成される第１のＰ電極と、前記キャップ層上であって前記第１のＮ電極及び前記第１のＰ電極にキャリア注入があり光スイッチがＯＮ時に前記光信号が出射される側の光導波路部分の中間部分に形成され光スイッチがＯＦＦ時に電子が注入される第２のＮ電極と、前記コンタクト層上であって前記第２のＮ電極に並行して形成され光スイッチがＯＦＦ時に正孔が注入される第２のＰ電極とを備えたことにより、光スイッチが”ＯＦＦ”時のクロストークを低減することが可能になる。
【００２２】
請求項３記載の発明は、
請求項１記載の発明である光スイッチにおいて、
前記キャップ層上であって前記Ｎ電極及び前記Ｐ電極にキャリア注入があり光スイッチがＯＮ時に前記光信号が出射される側の光導波路部分の中間部分に形成され光スイッチがＯＦＦ時に電子が注入される第２のＮ電極と、前記コンタクト層上であって前記第２のＮ電極に並行して形成され光スイッチがＯＦＦ時に正孔が注入される第２のＰ電極とを備えたことにより、光スイッチが”ＯＮ”時のクロストーク及び”ＯＦＦ”時のクロストークの双方を低減することが可能になる。
【００２３】
請求項４記載の発明は、
キャリア注入による屈折率変化により光信号の伝送経路を切り換える光スイッチにおいて、
半導体基板と、この半導体基板上に形成されたコンタクト層と、このコンタクト層上に形成されたクラッド層と、このクラッド層上であって前記光信号が一方から入射され途中で２つに分岐して出射される光導波路が形成された光導波路層と、この光導波路層上の一部に形成されたキャップ層と、このキャップ層が形成されていない前記光導波路層上に形成された絶縁膜と、前記キャップ層上であって前記光導波路の分岐部分からキャリア注入がなく光スイッチがＯＦＦ時に前記光信号が出射される側の光導波路部分の途中にかけて形成されるＰ電極と、前記コンタクト層上であって前記Ｐ電極に並行して形成されるＮ電極とを備えたことにより、光スイッチが”ＯＮ”時のクロストークを低減することが可能になる。
【００２４】
請求項５記載の発明は、
キャリア注入による屈折率変化により光信号の伝送経路を切り換える光スイッチにおいて、
半導体基板と、この半導体基板上に形成されたコンタクト層と、このコンタクト層上に形成されたクラッド層と、このクラッド層上であって前記光信号が一方から入射され途中で２つに分岐して出射される光導波路が形成された光導波路層と、この光導波路層上の一部に形成されたキャップ層と、このキャップ層が形成されていない前記光導波路層上に形成された絶縁膜と、前記キャップ層上であって前記光導波路の分岐部分に形成される第１のＰ電極と、前記コンタクト層上であって前記第１のＰ電極に並行して形成される第１のＮ電極と、前記キャップ層上であって前記第１のＮ電極及び前記第１のＰ電極にキャリア注入があり光スイッチがＯＮ時に前記光信号が出射される側の光導波路部分の中間部分に形成され光スイッチがＯＦＦ時に正孔が注入される第２のＰ電極と、前記コンタクト層上であって前記第２のＰ電極に並行して形成され光スイッチがＯＦＦ時に電子が注入される第２のＮ電極とを備えたことにより、光スイッチが”ＯＦＦ”時のクロストークを低減することが可能になる。
【００２５】
請求項６記載の発明は、
請求項４記載の発明である光スイッチにおいて、
前記キャップ層上であって前記Ｎ電極及び前記Ｐ電極にキャリア注入があり光スイッチがＯＮ時に前記光信号が出射される側の光導波路部分の中間部分に形成され光スイッチがＯＦＦ時に正孔が注入される第２のＰ電極と、前記コンタクト層上であって前記第２のＰ電極に並行して形成され光スイッチがＯＦＦ時に電子が注入される第２のＮ電極とを備えたことにより、光スイッチが”ＯＮ”時のクロストーク及び”ＯＦＦ”時のクロストークの双方を低減することが可能になる。
【００２６】
請求項７記載の発明は、
請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の発明である光スイッチにおいて、
前記光導波路層が、
２本の直線の光導波路が交差した光導波路を有することにより、光スイッチが”ＯＮ”時のクロストーク、若しくは、”ＯＦＦ”時のクロストークのどちらか一方を低減し、或いは、双方を低減することが可能になる。
【００２７】
請求項８記載の発明は、
請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の発明である光スイッチにおいて、
前記光導波路層が、
１本の直線の光導波路の途中から異なる角度で分岐する光導波路を有することにより、光スイッチが”ＯＮ”時のクロストーク、若しくは、”ＯＦＦ”時のクロストークのどちらか一方を低減し、或いは、双方を低減することが可能になる。
【００２８】
請求項９記載の発明は、
請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の発明である光スイッチにおいて、
前記キャップ層の代わりに、
イオン注入によって前記キャップ層の機能を代替する領域を前記光導波路層に形成したことにより、光スイッチが”ＯＮ”時のクロストーク、若しくは、”ＯＦＦ”時のクロストークのどちらか一方を低減し、或いは、双方を低減することが可能になる。
【００２９】
請求項１０記載の発明は、
請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の発明である光スイッチにおいて、
イオン注入によって前記コンタクト層の機能を代替する領域をクラッド層若しくは前記半導体基板に形成したことにより、光スイッチが”ＯＮ”時のクロストーク、若しくは、”ＯＦＦ”時のクロストークのどちらか一方を低減し、或いは、双方を低減することが可能になる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下本発明を図面を用いて詳細に説明する。図１は本発明に係る光スイッチの一実施例を示す平面図である。但し、断面の構造に関しては図５に示す従来例と同様であるので記載及びその説明は省略する。
【００３１】
図１において１及び２は図４と同一符号を付してあり、１１は電子が注入されるＮ電極、１２は正孔が注入されるＰ電極である。
【００３２】
図１において基板１上には”Ｘ字状”、言い換えれば、２本の直線の光導波路が交差した形状の光導波路を有する光導波路層２が形成され、当該”Ｘ字状”の光導波路の交差部分から光スイッチが”ＯＦＦ”時に光信号が出射される側の光導波路部分の途中にかけてＮ電極１１が形成される。
【００３３】
また、基板１上（正確にはコンタクト層５上）であって”Ｘ字状”の光導波路の交差部分の近傍から光スイッチが”ＯＦＦ”時に光信号が出射される側の光導波路部分の途中の近傍までＮ電極１１に並行してＰ電極１２が形成される。
【００３４】
例えば、Ｎ電極１１は”Ｘ字状”の光導波路の交差部分から図１中”ＰＯ２１”に示す出射用の光導波路部分の途中にかけてＮ電極１１が形成される。また、”Ｘ字状”の光導波路の交差部分に並行し、且つ、図１中”ＰＯ２１”に示す出射用の光導波路部分の途中まで当該光導波路に並行してＰ電極１２が形成される。
【００３５】
ここで、図１に示す実施例の動作を説明する。光スイッチが”ＯＦＦ”の場合、Ｎ電極１１及びＰ電極１２には電流が供給されない。
【００３６】
このため、”Ｘ字状”の光導波路の交差部分の屈折率の変化は生じないため、例えば、図１中”ＰＩ２１”から入射した光信号は交差部分を直進して図１中”ＰＯ２１”に示す部分から出射される。
【００３７】
一方、光スイッチが”ＯＮ”の場合、Ｎ電極１１から電子が注入され、Ｐ電極１２からは正孔が注入され、このため、前記交差部分にはキャリア（電子、正孔）が注入される。
【００３８】
従って、プラズマ効果によって”Ｘ字状”の光導波路の交差部分の屈折率が低くなるように変化するため、例えば、図１中”ＰＩ２１”から入射した光信号は交差部分に生じた低屈折率部分で全反射されて図１中”ＰＯ２２”に示す部分から出射される。
【００３９】
この時、”Ｘ字状”の光導波路の交差部分から図１中”ＰＯ２１”に示す出射用の光導波路部分の途中までＮ電極１１が形成されているので、当該光導波路部分の途中までプラズマ効果によって低屈折率部分が生じることになる。
【００４０】
これにより、低屈折率部分の屈折率は一定ではないため入射される光信号の一部が当該低屈折率部分を透過して図１中”ＰＯ２１”に示す部分に漏れ出してしまう現象を低減させることができる。すなわち、クロストークを低減することが可能になる。
【００４１】
この結果、Ｎ電極１１を”Ｘ字状”の光導波路の交差部分から一方の出射用の光導波路部分の途中にかけて形成し、Ｐ電極１２を”Ｘ字状”の光導波路の交差部分の近傍から一方の出射用の光導波路部分の途中の近傍までＮ電極１１に並行して形成することにより、光スイッチが”ＯＮ”時のクロストークを低減することが可能になる。
【００４２】
また、図１に示す実施例では、光スイッチが”ＯＮ”時のクロストークを低減させることを可能にしているが、光スイッチが”ＯＦＦ”時のクロストークを低減させることも可能である。
【００４３】
図２はこのような本発明に係る光スイッチの他の実施例を示す平面図である。図２において１，２，３及び４は図４と同一符号を付してあり、１３は電子が注入される第２のＮ電極、１４は正孔が注入される第２のＰ電極である。
【００４４】
図２において基板１上には”Ｘ字状”の光導波路を有する光導波路層２が形成され、”Ｘ字状”の光導波路の交差部分には長方形状のＮ電極３が形成される。また、”Ｘ字状”の光導波路の交差部分の近傍であってＮ電極３に並行して長方形状のＰ電極４が形成される。
【００４５】
また、光スイッチが”ＯＮ”時に光信号が出射される側の光導波路の中間部分には長方形状のＮ電極１３が形成され、当該Ｎ電極１３の近傍にはＮ電極１３に並行して長方形状のＰ電極１４が形成される。
【００４６】
ここで、図２に示す他の実施例の動作を説明する。但し、光スイッチが”ＯＮ”の場合の動作は従来例と同様であるので説明は省略する。
【００４７】
一方、光スイッチが”ＯＦＦ”の場合、Ｎ電極３及びＰ電極４には電流が供給されない。このため、”Ｘ字状”の光導波路の交差部分の屈折率の変化は生じないため、例えば、図２中”ＰＩ３１”から入射した光信号は交差部分を直進して図２中”ＰＯ３１”に示す部分から出射される。
【００４８】
但し、光スイッチが”ＯＦＦ”の場合、Ｎ電極１３から電子が注入され、Ｐ電極１４からは正孔が注入される。このため、光スイッチが”ＯＮ”時に光信号が出射される側の光導波路の中間部分（以下、単に中間部分と呼ぶ。）にはキャリア（電子、正孔）が注入される。
【００４９】
従って、プラズマ効果によって中間部分の屈折率が低くなるように変化するため、例えば、図２中”ＰＩ３１”から入射した光信号が図２中”ＰＯ３２”に示す部分に漏れ出したとしても、中間部分に形成された低屈折率部分で全反射されて、光スイッチが”ＯＦＦ”時のクロストークを低減させることが可能になる。
【００５０】
この結果、光スイッチが”ＯＮ”時に光信号が出射される側の光導波路の中間部分に長方形状のＮ電極１３を、当該Ｎ電極１３の近傍にＮ電極１３に並行して長方形状のＰ電極１４をそれぞれ形成することにより、光スイッチが”ＯＦＦ”時のクロストークを低減することが可能になる。
【００５１】
また、図２では光スイッチが”ＯＦＦ”時のクロストークのみを低減させているが、光スイッチが”ＯＮ”時のクロストーク及び”ＯＦＦ”時のクロストークの双方を低減させても構わない。
【００５２】
図３はこのようなは本発明に係る光スイッチの他の実施例を示す平面図である。図３において１，２，１１及び１２は図１と同一符号を付してあり、１３及び１４は図２と同一符号を付してある。
【００５３】
図３において基板１上には”Ｘ字状”の光導波路を有する光導波路層２が形成され、”Ｘ字状”の光導波路の交差部分から光スイッチが”ＯＦＦ”時に光信号が出射される側の光導波路部分の途中にかけてＮ電極１１が形成される。また、”Ｘ字状”の光導波路の交差部分の近傍から光スイッチが”ＯＦＦ”時に光信号が出射される側の光導波路部分の途中の近傍までＮ電極１１に並行してＰ電極１２が形成される。
【００５４】
また、光スイッチが”ＯＮ”時に光信号が出射される側の光導波路の中間部分には長方形状のＮ電極１３が形成され、当該Ｎ電極１３の近傍にはＮ電極１３に並行して長方形状のＰ電極１４が形成される。
【００５５】
ここで、図２に示す他の実施例の動作を説明する。但し、光スイッチが”ＯＮ”の場合の動作は図１に示す実施例と同様であるので説明は省略する。
【００５６】
一方、光スイッチが”ＯＦＦ”の場合、Ｎ電極１１及びＰ電極１２には電流が供給されない。このため、”Ｘ字状”の光導波路の交差部分の屈折率の変化は生じないため、例えば、図３中”ＰＩ４１”から入射した光信号は交差部分を直進して図３中”ＰＯ４１”に示す部分から出射される。
【００５７】
但し、光スイッチが”ＯＦＦ”の場合、Ｎ電極１３から電子が注入され、Ｐ電極１４からは正孔が注入される。このため、光スイッチが”ＯＮ”時に光信号が出射される側の光導波路の中間部分（以下、単に中間部分と呼ぶ。）にはキャリア（電子、正孔）が注入される。
【００５８】
従って、プラズマ効果によって中間部分の屈折率が低くなるように変化するため、例えば、図３中”ＰＩ４１”から入射した光信号が図３中”ＰＯ４２”に示す部分に漏れ出したとしても、中間部分に形成された低屈折率部分で全反射されて、光スイッチが”ＯＦＦ”時のクロストークを低減させることが可能になる。
【００５９】
この結果、Ｎ電極１１を”Ｘ字状”の光導波路の交差部分から一方の出射用の光導波路部分の途中にかけて形成し、Ｐ電極１２を”Ｘ字状”の光導波路の交差部分の近傍から一方の出射用の光導波路部分の途中の近傍までＮ電極１１に並行して形成することにより、光スイッチが”ＯＮ”時のクロストークを低減することが可能になる。
【００６０】
また、光スイッチが”ＯＮ”時に光信号が出射される側の光導波路の中間部分に長方形状のＮ電極１３を、当該Ｎ電極１３の近傍にＮ電極１３に並行して長方形状のＰ電極１４をそれぞれ形成することにより、光スイッチが”ＯＦＦ”時のクロストークを低減することが可能になる。
【００６１】
なお、図１〜図３に示す実施例では基板１上に形成された”Ｘ字状”の光導波路を有する光導波路層２を例示しているが、勿論、出射用の光導波路を２つ有する光導波路でれば”ｙ字状”であっても、その他の形状であっても構わない。
【００６２】
ここで、”ｙ字状”の光導波路とは、１本の直線の光導波路の途中から異なる角度で分岐する形状である。
【００６３】
なお、図１〜図３に示す実施例の断面構造（図４に示す従来例と同様、）では絶縁膜８の上にポリイミド層９ａ，９ｂ及び９ｃを形成しその上に配線パターン１０ａ及び１０ｂを形成している構造を例示しているがポリイミド層及び配線パターンに関しては必須の構成要素ではない。
【００６４】
また、図１〜図３に示す実施例の断面構造（図４に示す従来例と同様、）では、伝播する光信号を閉じ込めるためコンタクト層５、クラッド層６や光導波路層２を台形状に形成しているが、必須の構成ではない。
【００６５】
また、図１等の説明に際してはキャップ層上にＮ電極１１等を、コンタクト層上にＰ電極１２等を形成する構成となっているが、Ｎ電極とＰ電極の形成位置を入れ替えても勿論構わない。
【００６６】
本願の光スイッチに関しては、光の伝播する光導波路内にキャリアを導入して、その部分での屈折率を低下させることにより光を全反射させてスイッチングを実現している。そして、当該キャリアを効果的に蓄積させるためにＰＮ接合を形成しているので、ＰＮ接合の極性を逆にしても原理的に動作は可能である。
【００６７】
具体的には、実施例の断面図に相当する図５におけるｎ型のキャップ層７、ｎ型の光導波路層２、ｎ型のクラッド層６及びｐ型のコンタクト層５をそれぞれ、ｐ型のキャップ層、ｐ型の光導波路層、ｐ型のクラッド層６及びｎ型のコンタクト層として形成すれば良い。
【００６８】
また、キャップ層７は電極と光導波路層との間の抵抗を低減するためのものであって、光スイッチの動作に関しては本質的な構成要素ではない。
【００６９】
また、図１等に示す実施例（図５に示す断面図）ではＰＮ接合の位置をクラッド層とコンタクト層との間に形成しているが、勿論、これに限定される訳ではなく、光導波路層とクラッド層との間にＰＮ接合を形成しても構わない。
【００７０】
図１等に示す実施例（図５に示す断面図）ではキャップ層７及びコンタクト層５を形成しているが、キャップ層７或いはコンタクト層５の機能を代替する領域を光導波路層２或いはクラッド層６等に設けることにより、当該キャップ層７及びコンタクト層５を省略しても構わない。
【００７１】
具体的には、イオン注入によってキャップ層７或いはコンタクト層５の機能を代替する領域を光導波路層２或いはクラッド層６や半導体基板１等に形成するにより、当該キャップ層７及びコンタクト層５を省略することが可能になる。
【００７２】
【発明の効果】
以上説明したことから明らかなように、本発明によれば次のような効果がある。
請求項１，４，７，８，９及び請求項１０の発明によれば、Ｎ電極（Ｐ電極）を光導波路の分岐部分から一方の出射用の光導波路部分の途中にかけて形成し、Ｐ電極（Ｎ電極）を光導波路の交差部分の近傍から一方の出射用の光導波路部分の途中の近傍までＮ電極（Ｐ電極）に並行して形成することにより、光スイッチが”ＯＮ”時のクロストークを低減することが可能になる。
【００７３】
また、請求項２，５，７，８，９及び請求項１０の発明によれば、光スイッチが”ＯＮ”時に光信号が出射される側の光導波路の中間部分に長方形状の第２のＮ電極（Ｐ電極）を、第２のＮ電極（Ｐ電極）の近傍に第２のＮ電極（Ｐ電極）に並行して長方形状の第２のＰ電極（Ｎ電極）をそれぞれ形成することにより、光スイッチが”ＯＦＦ”時のクロストークを低減することが可能になる。
【００７４】
また、請求項３，６，７，８，９及び請求項１０によれば、第１のＮ電極（Ｐ電極）を光導波路の分岐部分から一方の出射用の光導波路部分の途中にかけて形成し、第１のＰ電極（Ｎ電極）を光導波路の交差部分の近傍から一方の出射用の光導波路部分の途中の近傍までＮ電極（Ｐ電極）に並行して形成すると共に、光スイッチが”ＯＮ”時に光信号が出射される側の光導波路の中間部分に長方形状の第２のＮ電極（Ｐ電極）を、第２のＮ電極（Ｐ電極）の近傍に第２のＮ電極（Ｐ電極）に並行して長方形状の第２のＰ電極（Ｎ電極）をそれぞれ形成することにより、光スイッチが”ＯＮ”時のクロストーク及び”ＯＦＦ”時のクロストークの双方を低減することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る光スイッチの一実施例を示す平面図である。
【図２】本発明に係る光スイッチの他の実施例を示す平面図である。
【図３】本発明に係る光スイッチの他の実施例を示す平面図である。
【図４】従来の光スイッチの一例を示す平面図である。
【図５】従来の光スイッチの一例を示す断面図である。
【符号の説明】
１ 基板
２ 光導波路
３，１１，１３ Ｎ電極
４，１２，１４ Ｐ電極
５ コンタクト層
６ クラッド層
７ キャップ層
８ 絶縁膜
９ａ，９ｂ，９ｃ ポリイミド層
１０ａ，１０ｂ 配線パターン
本発明は、キャリア注入による屈折率変化により光信号の伝送経路を切り換える光スイッチに関し、特にクロストークを低減することが可能な光スイッチに関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在の通信ネットワークであるＬＡＮ（Local Area Network）やＷＡＮ（Wide Area Network）等では、通常電気信号をもって情報を伝送する通信方式となっている。
【０００３】
光信号をもって情報を伝送する通信方法は大量のデータを伝送する基幹ネットワークやその他一部のネットワークで用いられているだけである。また、これらのネットワークは”point to point”の通信であり、”フォトニックネットワーク”と言える通信網までは発達していないのが現状である。
【０００４】
このような”フォトニックネットワーク”を実現するためには、電気信号の送信先を切り換えるルータやスイッチングハブ等といった装置と同様の機能を有する”光ルータ”や”光スイッチングハブ”等が必要になる。
【０００５】
また、このような装置では高速に伝送経路を切り換える光スイッチが必要になり、ニオブ酸リチウムやＰＬＺＴ（Lead Lanthanum Zirconate Titanate）等の強誘電体を用いたものや、半導体に光路導波路を形成し半導体中にキャリアを注入して屈折率を変化させ光信号の伝送経路を切り換えるものが存在する。
【０００６】
そして、従来の半導体に光路導波路を形成し半導体中にキャリアを注入して屈折率を変化させ光信号の伝送経路を切り換える光スイッチに関連する先行技術文献としては次のようなものがある。
【０００７】
【特許文献１】
特開平４−３２０２１９号公報
【非特許文献１】
「2x2 Optical Waveguide Switch with Bow-Tie Electrode Based on Carrier-Injection Total Internal Reflection in SiGe Alloy」, Baojun Li and Soo-Jin Chua, p206-p208, IEEE PHOTONICS TECHNOLOGY LETTERS, VOL.13, NO.3, MARCH 2001
【０００８】
図４及び図５はこのような従来の光スイッチの一例を示す平面図及び断面図である。図４において１はＧａＡｓやＩｎＰ等の半導体の基板、２は”Ｘ字状”の光導波路を有するｎ型の光導波路層、３は電子が注入されるＮ電極、４は正孔が注入されるＰ電極である。
【０００９】
図４において基板１上には”Ｘ字状”の光導波路を有する光導波路層２が形成され、”Ｘ字状”の光導波路の交差部分には長方形状のＮ電極３が形成される。また、”Ｘ字状”の光導波路の交差部分の近傍であってＮ電極３に並行して長方形状のＰ電極４が形成される。
【００１０】
一方、図５は図４中”Ａ−Ａ’”における断面図であり、１，２，３及び４は図４と同一符号を付してあり、５はｐ型のＧａＡｓ等のコンタクト層、６はｎ型のＡｌＧａＡｓ等のクラッド層、７はｎ型のＧａＡｓやＩｎＧａＡｓ等のキャップ層、８はＳｉＯ２ 等の絶縁膜、９ａ，９ｂ及び９ｃは絶縁層であるポリイミド層、１０ａ及び１０ｂは配線パターンである。
【００１１】
基板１上にはコンタクト層５、クラッド層６及び光導波路層２が台形状になるように順次形成され、光導波路層２上の一部にはキャップ層７が形成される。
【００１２】
基板１、コンタクト層５、クラッド層６及び光導波路層２上であってキャップ層７及びコンタクト層５の一部以外には絶縁膜８が形成される。また、キャップ層７及びコンタクト層５の一部にＮ電極３及びＰ電極４がそれぞれ形成される。
【００１３】
絶縁膜８上にはポリイミド層９ａ，９ｂ及び９ｃがそれぞれ形成され、配線パターン１０ａはポリイミド層９ａ上に形成されると共にＮ電極３に接続され、配線パターン１０ｂはポリイミド層９ｃ上に形成されると共にＰ電極４に接続される。
【００１４】
ここで、図４に示す従来例の動作を図５を参照しながら説明する。光スイッチが”ＯＦＦ”の場合、Ｎ電極３及びＰ電極４には電流が供給されない。
【００１５】
このため、”Ｘ字状”の光導波路の交差部分の屈折率の変化は生じないため、例えば、図４中”ＰＩ０１”から入射した光信号は交差部分を直進して図４中”ＰＯ０１”に示す部分から出射される。
【００１６】
一方、光スイッチが”ＯＮ”の場合、Ｎ電極３から電子が注入され、Ｐ電極４からは正孔が注入され、このため、前記交差部分にはキャリア（電子、正孔）が注入される。
【００１７】
このため、プラズマ効果によって”Ｘ字状”の光導波路の交差部分の屈折率が低くなるように変化するため、例えば、図４中”ＰＩ０１”から入射した光信号は交差部分に生じた低屈折率部分で全反射されて図４中”ＰＯ０２”に示す部分から出射される。
【００１８】
この結果、電極に電流を供給して”Ｘ字状”の光導波路の交差部分にキャリア（電子、正孔）を注入して交差部分の屈折率を制御することにより、光信号の出射される位置を制御、言い換えれば、光信号の伝播経路を切り換えることが可能になる。
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、図４及び図５に示す従来例では、光スイッチが”ＯＮ”の場合、プラズマ効果によって”Ｘ字状”の光導波路の交差部分の屈折率が低くなるように変化するものの、当該低屈折率部分の屈折率は一定ではないため入射される光信号の一部が当該低屈折率部分を透過して図４中”ＰＯ０１”に示す部分に漏れ出してしまう、言い換えれば、光通信におけるクロストークが発生してしまうと言った問題点があった。
従って本発明が解決しようとする課題は、クロストークを低減することが可能な光スイッチを実現することにある。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
このような課題を達成するために、本発明のうち請求項１記載の発明は、
キャリア注入による屈折率変化により光信号の伝送経路を切り換える光スイッチにおいて、
半導体基板と、この半導体基板上に形成されたコンタクト層と、このコンタクト層上に形成されたクラッド層と、このクラッド層上であって前記光信号が一方から入射され途中で２つに分岐して出射される光導波路が形成された光導波路層と、この光導波路層上の一部に形成されたキャップ層と、このキャップ層が形成されていない前記光導波路層上に形成された絶縁膜と、前記キャップ層上であって前記光導波路の分岐部分からキャリア注入がなく光スイッチがＯＦＦ時に前記光信号が出射される側の光導波路部分の途中にかけて形成されるＮ電極と、前記コンタクト層上であって前記Ｎ電極に並行して形成されるＰ電極とを備えたことにより、光スイッチが”ＯＮ”時のクロストークを低減することが可能になる。
【００２１】
請求項２記載の発明は、
キャリア注入による屈折率変化により光信号の伝送経路を切り換える光スイッチにおいて、
半導体基板と、この半導体基板上に形成されたコンタクト層と、このコンタクト層上に形成されたクラッド層と、このクラッド層上であって前記光信号が一方から入射され途中で２つに分岐して出射される光導波路が形成された光導波路層と、この光導波路層上の一部に形成されたキャップ層と、このキャップ層が形成されていない前記光導波路層上に形成された絶縁膜と、前記キャップ層上であって前記光導波路の分岐部分に形成される第１のＮ電極と、前記コンタクト層上であって前記第１のＮ電極に並行して形成される第１のＰ電極と、前記キャップ層上であって前記第１のＮ電極及び前記第１のＰ電極にキャリア注入があり光スイッチがＯＮ時に前記光信号が出射される側の光導波路部分の中間部分に形成され光スイッチがＯＦＦ時に電子が注入される第２のＮ電極と、前記コンタクト層上であって前記第２のＮ電極に並行して形成され光スイッチがＯＦＦ時に正孔が注入される第２のＰ電極とを備えたことにより、光スイッチが”ＯＦＦ”時のクロストークを低減することが可能になる。
【００２２】
請求項３記載の発明は、
請求項１記載の発明である光スイッチにおいて、
前記キャップ層上であって前記Ｎ電極及び前記Ｐ電極にキャリア注入があり光スイッチがＯＮ時に前記光信号が出射される側の光導波路部分の中間部分に形成され光スイッチがＯＦＦ時に電子が注入される第２のＮ電極と、前記コンタクト層上であって前記第２のＮ電極に並行して形成され光スイッチがＯＦＦ時に正孔が注入される第２のＰ電極とを備えたことにより、光スイッチが”ＯＮ”時のクロストーク及び”ＯＦＦ”時のクロストークの双方を低減することが可能になる。
【００２３】
請求項４記載の発明は、
キャリア注入による屈折率変化により光信号の伝送経路を切り換える光スイッチにおいて、
半導体基板と、この半導体基板上に形成されたコンタクト層と、このコンタクト層上に形成されたクラッド層と、このクラッド層上であって前記光信号が一方から入射され途中で２つに分岐して出射される光導波路が形成された光導波路層と、この光導波路層上の一部に形成されたキャップ層と、このキャップ層が形成されていない前記光導波路層上に形成された絶縁膜と、前記キャップ層上であって前記光導波路の分岐部分からキャリア注入がなく光スイッチがＯＦＦ時に前記光信号が出射される側の光導波路部分の途中にかけて形成されるＰ電極と、前記コンタクト層上であって前記Ｐ電極に並行して形成されるＮ電極とを備えたことにより、光スイッチが”ＯＮ”時のクロストークを低減することが可能になる。
【００２４】
請求項５記載の発明は、
キャリア注入による屈折率変化により光信号の伝送経路を切り換える光スイッチにおいて、
半導体基板と、この半導体基板上に形成されたコンタクト層と、このコンタクト層上に形成されたクラッド層と、このクラッド層上であって前記光信号が一方から入射され途中で２つに分岐して出射される光導波路が形成された光導波路層と、この光導波路層上の一部に形成されたキャップ層と、このキャップ層が形成されていない前記光導波路層上に形成された絶縁膜と、前記キャップ層上であって前記光導波路の分岐部分に形成される第１のＰ電極と、前記コンタクト層上であって前記第１のＰ電極に並行して形成される第１のＮ電極と、前記キャップ層上であって前記第１のＮ電極及び前記第１のＰ電極にキャリア注入があり光スイッチがＯＮ時に前記光信号が出射される側の光導波路部分の中間部分に形成され光スイッチがＯＦＦ時に正孔が注入される第２のＰ電極と、前記コンタクト層上であって前記第２のＰ電極に並行して形成され光スイッチがＯＦＦ時に電子が注入される第２のＮ電極とを備えたことにより、光スイッチが”ＯＦＦ”時のクロストークを低減することが可能になる。
【００２５】
請求項６記載の発明は、
請求項４記載の発明である光スイッチにおいて、
前記キャップ層上であって前記Ｎ電極及び前記Ｐ電極にキャリア注入があり光スイッチがＯＮ時に前記光信号が出射される側の光導波路部分の中間部分に形成され光スイッチがＯＦＦ時に正孔が注入される第２のＰ電極と、前記コンタクト層上であって前記第２のＰ電極に並行して形成され光スイッチがＯＦＦ時に電子が注入される第２のＮ電極とを備えたことにより、光スイッチが”ＯＮ”時のクロストーク及び”ＯＦＦ”時のクロストークの双方を低減することが可能になる。
【００２６】
請求項７記載の発明は、
請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の発明である光スイッチにおいて、
前記光導波路層が、
２本の直線の光導波路が交差した光導波路を有することにより、光スイッチが”ＯＮ”時のクロストーク、若しくは、”ＯＦＦ”時のクロストークのどちらか一方を低減し、或いは、双方を低減することが可能になる。
【００２７】
請求項８記載の発明は、
請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の発明である光スイッチにおいて、
前記光導波路層が、
１本の直線の光導波路の途中から異なる角度で分岐する光導波路を有することにより、光スイッチが”ＯＮ”時のクロストーク、若しくは、”ＯＦＦ”時のクロストークのどちらか一方を低減し、或いは、双方を低減することが可能になる。
【００２８】
請求項９記載の発明は、
請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の発明である光スイッチにおいて、
前記キャップ層の代わりに、
イオン注入によって前記キャップ層の機能を代替する領域を前記光導波路層に形成したことにより、光スイッチが”ＯＮ”時のクロストーク、若しくは、”ＯＦＦ”時のクロストークのどちらか一方を低減し、或いは、双方を低減することが可能になる。
【００２９】
請求項１０記載の発明は、
請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の発明である光スイッチにおいて、
イオン注入によって前記コンタクト層の機能を代替する領域をクラッド層若しくは前記半導体基板に形成したことにより、光スイッチが”ＯＮ”時のクロストーク、若しくは、”ＯＦＦ”時のクロストークのどちらか一方を低減し、或いは、双方を低減することが可能になる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下本発明を図面を用いて詳細に説明する。図１は本発明に係る光スイッチの一実施例を示す平面図である。但し、断面の構造に関しては図５に示す従来例と同様であるので記載及びその説明は省略する。
【００３１】
図１において１及び２は図４と同一符号を付してあり、１１は電子が注入されるＮ電極、１２は正孔が注入されるＰ電極である。
【００３２】
図１において基板１上には”Ｘ字状”、言い換えれば、２本の直線の光導波路が交差した形状の光導波路を有する光導波路層２が形成され、当該”Ｘ字状”の光導波路の交差部分から光スイッチが”ＯＦＦ”時に光信号が出射される側の光導波路部分の途中にかけてＮ電極１１が形成される。
【００３３】
また、基板１上（正確にはコンタクト層５上）であって”Ｘ字状”の光導波路の交差部分の近傍から光スイッチが”ＯＦＦ”時に光信号が出射される側の光導波路部分の途中の近傍までＮ電極１１に並行してＰ電極１２が形成される。
【００３４】
例えば、Ｎ電極１１は”Ｘ字状”の光導波路の交差部分から図１中”ＰＯ２１”に示す出射用の光導波路部分の途中にかけてＮ電極１１が形成される。また、”Ｘ字状”の光導波路の交差部分に並行し、且つ、図１中”ＰＯ２１”に示す出射用の光導波路部分の途中まで当該光導波路に並行してＰ電極１２が形成される。
【００３５】
ここで、図１に示す実施例の動作を説明する。光スイッチが”ＯＦＦ”の場合、Ｎ電極１１及びＰ電極１２には電流が供給されない。
【００３６】
このため、”Ｘ字状”の光導波路の交差部分の屈折率の変化は生じないため、例えば、図１中”ＰＩ２１”から入射した光信号は交差部分を直進して図１中”ＰＯ２１”に示す部分から出射される。
【００３７】
一方、光スイッチが”ＯＮ”の場合、Ｎ電極１１から電子が注入され、Ｐ電極１２からは正孔が注入され、このため、前記交差部分にはキャリア（電子、正孔）が注入される。
【００３８】
従って、プラズマ効果によって”Ｘ字状”の光導波路の交差部分の屈折率が低くなるように変化するため、例えば、図１中”ＰＩ２１”から入射した光信号は交差部分に生じた低屈折率部分で全反射されて図１中”ＰＯ２２”に示す部分から出射される。
【００３９】
この時、”Ｘ字状”の光導波路の交差部分から図１中”ＰＯ２１”に示す出射用の光導波路部分の途中までＮ電極１１が形成されているので、当該光導波路部分の途中までプラズマ効果によって低屈折率部分が生じることになる。
【００４０】
これにより、低屈折率部分の屈折率は一定ではないため入射される光信号の一部が当該低屈折率部分を透過して図１中”ＰＯ２１”に示す部分に漏れ出してしまう現象を低減させることができる。すなわち、クロストークを低減することが可能になる。
【００４１】
この結果、Ｎ電極１１を”Ｘ字状”の光導波路の交差部分から一方の出射用の光導波路部分の途中にかけて形成し、Ｐ電極１２を”Ｘ字状”の光導波路の交差部分の近傍から一方の出射用の光導波路部分の途中の近傍までＮ電極１１に並行して形成することにより、光スイッチが”ＯＮ”時のクロストークを低減することが可能になる。
【００４２】
また、図１に示す実施例では、光スイッチが”ＯＮ”時のクロストークを低減させることを可能にしているが、光スイッチが”ＯＦＦ”時のクロストークを低減させることも可能である。
【００４３】
図２はこのような本発明に係る光スイッチの他の実施例を示す平面図である。図２において１，２，３及び４は図４と同一符号を付してあり、１３は電子が注入される第２のＮ電極、１４は正孔が注入される第２のＰ電極である。
【００４４】
図２において基板１上には”Ｘ字状”の光導波路を有する光導波路層２が形成され、”Ｘ字状”の光導波路の交差部分には長方形状のＮ電極３が形成される。また、”Ｘ字状”の光導波路の交差部分の近傍であってＮ電極３に並行して長方形状のＰ電極４が形成される。
【００４５】
また、光スイッチが”ＯＮ”時に光信号が出射される側の光導波路の中間部分には長方形状のＮ電極１３が形成され、当該Ｎ電極１３の近傍にはＮ電極１３に並行して長方形状のＰ電極１４が形成される。
【００４６】
ここで、図２に示す他の実施例の動作を説明する。但し、光スイッチが”ＯＮ”の場合の動作は従来例と同様であるので説明は省略する。
【００４７】
一方、光スイッチが”ＯＦＦ”の場合、Ｎ電極３及びＰ電極４には電流が供給されない。このため、”Ｘ字状”の光導波路の交差部分の屈折率の変化は生じないため、例えば、図２中”ＰＩ３１”から入射した光信号は交差部分を直進して図２中”ＰＯ３１”に示す部分から出射される。
【００４８】
但し、光スイッチが”ＯＦＦ”の場合、Ｎ電極１３から電子が注入され、Ｐ電極１４からは正孔が注入される。このため、光スイッチが”ＯＮ”時に光信号が出射される側の光導波路の中間部分（以下、単に中間部分と呼ぶ。）にはキャリア（電子、正孔）が注入される。
【００４９】
従って、プラズマ効果によって中間部分の屈折率が低くなるように変化するため、例えば、図２中”ＰＩ３１”から入射した光信号が図２中”ＰＯ３２”に示す部分に漏れ出したとしても、中間部分に形成された低屈折率部分で全反射されて、光スイッチが”ＯＦＦ”時のクロストークを低減させることが可能になる。
【００５０】
この結果、光スイッチが”ＯＮ”時に光信号が出射される側の光導波路の中間部分に長方形状のＮ電極１３を、当該Ｎ電極１３の近傍にＮ電極１３に並行して長方形状のＰ電極１４をそれぞれ形成することにより、光スイッチが”ＯＦＦ”時のクロストークを低減することが可能になる。
【００５１】
また、図２では光スイッチが”ＯＦＦ”時のクロストークのみを低減させているが、光スイッチが”ＯＮ”時のクロストーク及び”ＯＦＦ”時のクロストークの双方を低減させても構わない。
【００５２】
図３はこのようなは本発明に係る光スイッチの他の実施例を示す平面図である。図３において１，２，１１及び１２は図１と同一符号を付してあり、１３及び１４は図２と同一符号を付してある。
【００５３】
図３において基板１上には”Ｘ字状”の光導波路を有する光導波路層２が形成され、”Ｘ字状”の光導波路の交差部分から光スイッチが”ＯＦＦ”時に光信号が出射される側の光導波路部分の途中にかけてＮ電極１１が形成される。また、”Ｘ字状”の光導波路の交差部分の近傍から光スイッチが”ＯＦＦ”時に光信号が出射される側の光導波路部分の途中の近傍までＮ電極１１に並行してＰ電極１２が形成される。
【００５４】
また、光スイッチが”ＯＮ”時に光信号が出射される側の光導波路の中間部分には長方形状のＮ電極１３が形成され、当該Ｎ電極１３の近傍にはＮ電極１３に並行して長方形状のＰ電極１４が形成される。
【００５５】
ここで、図２に示す他の実施例の動作を説明する。但し、光スイッチが”ＯＮ”の場合の動作は図１に示す実施例と同様であるので説明は省略する。
【００５６】
一方、光スイッチが”ＯＦＦ”の場合、Ｎ電極１１及びＰ電極１２には電流が供給されない。このため、”Ｘ字状”の光導波路の交差部分の屈折率の変化は生じないため、例えば、図３中”ＰＩ４１”から入射した光信号は交差部分を直進して図３中”ＰＯ４１”に示す部分から出射される。
【００５７】
但し、光スイッチが”ＯＦＦ”の場合、Ｎ電極１３から電子が注入され、Ｐ電極１４からは正孔が注入される。このため、光スイッチが”ＯＮ”時に光信号が出射される側の光導波路の中間部分（以下、単に中間部分と呼ぶ。）にはキャリア（電子、正孔）が注入される。
【００５８】
従って、プラズマ効果によって中間部分の屈折率が低くなるように変化するため、例えば、図３中”ＰＩ４１”から入射した光信号が図３中”ＰＯ４２”に示す部分に漏れ出したとしても、中間部分に形成された低屈折率部分で全反射されて、光スイッチが”ＯＦＦ”時のクロストークを低減させることが可能になる。
【００５９】
この結果、Ｎ電極１１を”Ｘ字状”の光導波路の交差部分から一方の出射用の光導波路部分の途中にかけて形成し、Ｐ電極１２を”Ｘ字状”の光導波路の交差部分の近傍から一方の出射用の光導波路部分の途中の近傍までＮ電極１１に並行して形成することにより、光スイッチが”ＯＮ”時のクロストークを低減することが可能になる。
【００６０】
また、光スイッチが”ＯＮ”時に光信号が出射される側の光導波路の中間部分に長方形状のＮ電極１３を、当該Ｎ電極１３の近傍にＮ電極１３に並行して長方形状のＰ電極１４をそれぞれ形成することにより、光スイッチが”ＯＦＦ”時のクロストークを低減することが可能になる。
【００６１】
なお、図１〜図３に示す実施例では基板１上に形成された”Ｘ字状”の光導波路を有する光導波路層２を例示しているが、勿論、出射用の光導波路を２つ有する光導波路でれば”ｙ字状”であっても、その他の形状であっても構わない。
【００６２】
ここで、”ｙ字状”の光導波路とは、１本の直線の光導波路の途中から異なる角度で分岐する形状である。
【００６３】
なお、図１〜図３に示す実施例の断面構造（図４に示す従来例と同様、）では絶縁膜８の上にポリイミド層９ａ，９ｂ及び９ｃを形成しその上に配線パターン１０ａ及び１０ｂを形成している構造を例示しているがポリイミド層及び配線パターンに関しては必須の構成要素ではない。
【００６４】
また、図１〜図３に示す実施例の断面構造（図４に示す従来例と同様、）では、伝播する光信号を閉じ込めるためコンタクト層５、クラッド層６や光導波路層２を台形状に形成しているが、必須の構成ではない。
【００６５】
また、図１等の説明に際してはキャップ層上にＮ電極１１等を、コンタクト層上にＰ電極１２等を形成する構成となっているが、Ｎ電極とＰ電極の形成位置を入れ替えても勿論構わない。
【００６６】
本願の光スイッチに関しては、光の伝播する光導波路内にキャリアを導入して、その部分での屈折率を低下させることにより光を全反射させてスイッチングを実現している。そして、当該キャリアを効果的に蓄積させるためにＰＮ接合を形成しているので、ＰＮ接合の極性を逆にしても原理的に動作は可能である。
【００６７】
具体的には、実施例の断面図に相当する図５におけるｎ型のキャップ層７、ｎ型の光導波路層２、ｎ型のクラッド層６及びｐ型のコンタクト層５をそれぞれ、ｐ型のキャップ層、ｐ型の光導波路層、ｐ型のクラッド層６及びｎ型のコンタクト層として形成すれば良い。
【００６８】
また、キャップ層７は電極と光導波路層との間の抵抗を低減するためのものであって、光スイッチの動作に関しては本質的な構成要素ではない。
【００６９】
また、図１等に示す実施例（図５に示す断面図）ではＰＮ接合の位置をクラッド層とコンタクト層との間に形成しているが、勿論、これに限定される訳ではなく、光導波路層とクラッド層との間にＰＮ接合を形成しても構わない。
【００７０】
図１等に示す実施例（図５に示す断面図）ではキャップ層７及びコンタクト層５を形成しているが、キャップ層７或いはコンタクト層５の機能を代替する領域を光導波路層２或いはクラッド層６等に設けることにより、当該キャップ層７及びコンタクト層５を省略しても構わない。
【００７１】
具体的には、イオン注入によってキャップ層７或いはコンタクト層５の機能を代替する領域を光導波路層２或いはクラッド層６や半導体基板１等に形成するにより、当該キャップ層７及びコンタクト層５を省略することが可能になる。
【００７２】
【発明の効果】
以上説明したことから明らかなように、本発明によれば次のような効果がある。
請求項１，４，７，８，９及び請求項１０の発明によれば、Ｎ電極（Ｐ電極）を光導波路の分岐部分から一方の出射用の光導波路部分の途中にかけて形成し、Ｐ電極（Ｎ電極）を光導波路の交差部分の近傍から一方の出射用の光導波路部分の途中の近傍までＮ電極（Ｐ電極）に並行して形成することにより、光スイッチが”ＯＮ”時のクロストークを低減することが可能になる。
【００７３】
また、請求項２，５，７，８，９及び請求項１０の発明によれば、光スイッチが”ＯＮ”時に光信号が出射される側の光導波路の中間部分に長方形状の第２のＮ電極（Ｐ電極）を、第２のＮ電極（Ｐ電極）の近傍に第２のＮ電極（Ｐ電極）に並行して長方形状の第２のＰ電極（Ｎ電極）をそれぞれ形成することにより、光スイッチが”ＯＦＦ”時のクロストークを低減することが可能になる。
【００７４】
また、請求項３，６，７，８，９及び請求項１０によれば、第１のＮ電極（Ｐ電極）を光導波路の分岐部分から一方の出射用の光導波路部分の途中にかけて形成し、第１のＰ電極（Ｎ電極）を光導波路の交差部分の近傍から一方の出射用の光導波路部分の途中の近傍までＮ電極（Ｐ電極）に並行して形成すると共に、光スイッチが”ＯＮ”時に光信号が出射される側の光導波路の中間部分に長方形状の第２のＮ電極（Ｐ電極）を、第２のＮ電極（Ｐ電極）の近傍に第２のＮ電極（Ｐ電極）に並行して長方形状の第２のＰ電極（Ｎ電極）をそれぞれ形成することにより、光スイッチが”ＯＮ”時のクロストーク及び”ＯＦＦ”時のクロストークの双方を低減することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る光スイッチの一実施例を示す平面図である。
【図２】本発明に係る光スイッチの他の実施例を示す平面図である。
【図３】本発明に係る光スイッチの他の実施例を示す平面図である。
【図４】従来の光スイッチの一例を示す平面図である。
【図５】従来の光スイッチの一例を示す断面図である。
【符号の説明】
１ 基板
２ 光導波路
３，１１，１３ Ｎ電極
４，１２，１４ Ｐ電極
５ コンタクト層
６ クラッド層
７ キャップ層
８ 絶縁膜
９ａ，９ｂ，９ｃ ポリイミド層
１０ａ，１０ｂ 配線パターン
Claims (10)
- キャリア注入による屈折率変化により光信号の伝送経路を切り換える光スイッチにおいて、
半導体基板と、
この半導体基板上に形成されたコンタクト層と、
このコンタクト層上に形成されたクラッド層と、
このクラッド層上であって前記光信号が一方から入射され途中で２つに分岐して出射される光導波路が形成された光導波路層と、
この光導波路層上の一部に形成されたキャップ層と、
このキャップ層が形成されていない前記光導波路層上に形成された絶縁膜と、
前記キャップ層上であって前記光導波路の分岐部分からキャリア注入がなく光スイッチがＯＦＦ時に前記光信号が出射される側の光導波路部分の途中にかけて形成されるＮ電極と、
前記コンタクト層上であって前記Ｎ電極に並行して形成されるＰ電極と
を備えたことを特徴とする光スイッチ。 - キャリア注入による屈折率変化により光信号の伝送経路を切り換える光スイッチにおいて、
半導体基板と、
この半導体基板上に形成されたコンタクト層と、
このコンタクト層上に形成されたクラッド層と、
このクラッド層上であって前記光信号が一方から入射され途中で２つに分岐して出射される光導波路が形成された光導波路層と、
この光導波路層上の一部に形成されたキャップ層と、
このキャップ層が形成されていない前記光導波路層上に形成された絶縁膜と、
前記キャップ層上であって前記光導波路の分岐部分に形成される第１のＮ電極と、
前記コンタクト層上であって前記第１のＮ電極に並行して形成される第１のＰ電極と、
前記キャップ層上であって前記第１のＮ電極及び前記第１のＰ電極にキャリア注入があり光スイッチがＯＮ時に前記光信号が出射される側の光導波路部分の中間部分に形成され光スイッチがＯＦＦ時に電子が注入される第２のＮ電極と、
前記コンタクト層上であって前記第２のＮ電極に並行して形成され光スイッチがＯＦＦ時に正孔が注入される第２のＰ電極と
を備えたことを特徴とする光スイッチ。 - 前記キャップ層上であって前記Ｎ電極及び前記Ｐ電極にキャリア注入があり光スイッチがＯＮ時に前記光信号が出射される側の光導波路部分の中間部分に形成され光スイッチがＯＦＦ時に電子が注入される第２のＮ電極と、
前記コンタクト層上であって前記第２のＮ電極に並行して形成され光スイッチがＯＦＦ時に正孔が注入される第２のＰ電極とを備えたことを特徴とする
請求項１記載の光スイッチ。 - キャリア注入による屈折率変化により光信号の伝送経路を切り換える光スイッチにおいて、
半導体基板と、
この半導体基板上に形成されたコンタクト層と、
このコンタクト層上に形成されたクラッド層と、
このクラッド層上であって前記光信号が一方から入射され途中で２つに分岐して出射される光導波路が形成された光導波路層と、
この光導波路層上の一部に形成されたキャップ層と、
このキャップ層が形成されていない前記光導波路層上に形成された絶縁膜と、
前記キャップ層上であって前記光導波路の分岐部分からキャリア注入がなく光スイッチがＯＦＦ時に前記光信号が出射される側の光導波路部分の途中にかけて形成されるＰ電極と、
前記コンタクト層上であって前記Ｐ電極に並行して形成されるＮ電極と
を備えたことを特徴とする光スイッチ。 - キャリア注入による屈折率変化により光信号の伝送経路を切り換える光スイッチにおいて、
半導体基板と、
この半導体基板上に形成されたコンタクト層と、
このコンタクト層上に形成されたクラッド層と、
このクラッド層上であって前記光信号が一方から入射され途中で２つに分岐して出射される光導波路が形成された光導波路層と、
この光導波路層上の一部に形成されたキャップ層と、
このキャップ層が形成されていない前記光導波路層上に形成された絶縁膜と、
前記キャップ層上であって前記光導波路の分岐部分に形成される第１のＰ電極と、
前記コンタクト層上であって前記第１のＰ電極に並行して形成される第１のＮ電極と、
前記キャップ層上であって前記第１のＮ電極及び前記第１のＰ電極にキャリア注入があり光スイッチがＯＮ時に前記光信号が出射される側の光導波路部分の中間部分に形成され光スイッチがＯＦＦ時に正孔が注入される第２のＰ電極と、
前記コンタクト層上であって前記第２のＰ電極に並行して形成され光スイッチがＯＦＦ時に電子が注入される第２のＮ電極と
を備えたことを特徴とする光スイッチ。 - 前記キャップ層上であって前記Ｎ電極及び前記Ｐ電極にキャリア注入があり光スイッチがＯＮ時に前記光信号が出射される側の光導波路部分の中間部分に形成され光スイッチがＯＦＦ時に正孔が注入される第２のＰ電極と、
前記コンタクト層上であって前記第２のＰ電極に並行して形成され光スイッチがＯＦＦ時に電子が注入される第２のＮ電極とを備えたことを特徴とする
請求項４記載の光スイッチ。 - 前記光導波路層が、
２本の直線の光導波路が交差した光導波路を有することを特徴とする
請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の光スイッチ。 - 前記光導波路層が、
１本の直線の光導波路の途中から異なる角度で分岐する光導波路を有することを特徴とする
請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の光スイッチ。 - 前記キャップ層の代わりに、
イオン注入によって前記キャップ層の機能を代替する領域を前記光導波路層に形成したことを特徴とする
請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の光スイッチ。 - 前記コンタクト層の代わりに、
イオン注入によって前記コンタクト層の機能を代替する領域をクラッド層若しくは前記半導体基板に形成したことを特徴とする
請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の光スイッチ。
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