JP5029369B2 - 光導波路 - Google Patents
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Description
2 外部領域
3 ブリッジ
4 基板
5 スリットの孔
701,703 p型半導体
702 n型半導体
704 電極
705 Siコア
706 下部クラッド
707 上部クラッド
以下に、本発明の第一の実施例としての光導波路構造およびその作製法を示す。最初に、表面のSi層の厚さが200〜300nm程度、その下の埋め込み酸化膜(BOX)層の厚さが1〜3μm程度のSOI基板を準備する。そのようなSOI基板は現在市販されており、容易に入手可能である。次に、表面のSi層に図4に示すようにSi層を貫通するスリット状の孔5を開けて、導波路コア領域を形成する。このような加工は、市販のICP装置などのSiのドライエッチャーを用いればよい。そして、加工した表面Si層を厚さ1μm以上のシリカ層でカバーすれば、Siをコアとするチャネル導波路が形成される。このような構造を作ることにより、スリット構造によるブリッジ3を介して、外部領域2からコア1に電流を注入したり、電圧を印加したりできるようになる。導波路コア1は、ブリッジ3を介して外部領域2と電気的に繋がっているが、導波路を伝搬する光は、コア領域1に十分閉じ込められており、外部領域2の影響を殆ど受けなくすることができる。このように、光がコア領域に十分閉じ込められて、外部領域の影響を殆ど受けなくするためには、スリット5のサイズとしては例えば幅200nm、長さ1μm以上の長方形あって、100nm間隔で配置されていればよい。ここに記したスリットのサイズはあくまでも目安であって、より正確には電磁界解析によって導波モードの電磁界分布を計算し、光の電磁界が外部領域に被る割合を極力小さくすればよい。
次に、本発明の第二の実施例としての光導波路構造のより好ましい形態について示す。第一の実施例に示す導波構造においては、前記したように、ブラッグ反射が起こる波長帯が存在し、その波長帯を避けて用いる必要がある。それに対して図5に示すように、導波路コア1の両側でスリットの孔5の位置をちょうどπだけずらした構造では、ブラッグ反射は起こらず、広い波長範囲に渡って機能させることができる。図5の構造では、孔の位置をシフトさせたことを除いては、第一の実施例の導波路と構造および作製は全く同様である。
上記の実施例に示した光導波路構造を用いて、電気的に特性を制御可能な様々な光導波路デバイスを実現できる。図7に示すのはその一例としてのマッハ・ツェンダー干渉計型光スイッチである。同図(a)はブランチ部分の拡大平面図、(b)はマッハ・ツェンダー干渉計型光スイッチの概略透視斜視図を示す。この光スイッチの場合、マッハ・ツェンダー干渉計の二つのブランチのそれぞれにSi細線導波路コア705が形成され、その両側にブリッジを介して外部領域が形成されている。導波路コアは下部クラッド706及び上部クラッド707に囲まれている。同図(a)に示すように、各々のブランチの導波路コアの部分にpn接合が形成されており、各々のブランチの導波路コアに外部領域に設けられた電極704から電流を流すことによってキャリア・プラズマ効果によって各ブランチの導波路コアの屈折率を制御し、光のスイッチングを実現するものである。この素子の場合、外部領域は3つに別れているが、その各々に不純物をドープすることによって、p型或いはn型の領域を形成している。この図に示した構造では、マッハ・ツェンダー干渉計の二つのブランチに挟まれた領域がn型半導体702からなり、マッハ・ツェンダー干渉計の二つのブランチの外側の領域は共にp型半導体701及び703からなる。pとnの領域は逆でもよい。従ってこのスイッチの場合、マッハ・ツェンダー干渉計の二つのブランチに挟まれた領域であるn型半導体702からなる外部領域に共通電極を形成し、p型半導体701及び703からなる外部領域に形成された電極にプラス、マイナス逆の電圧を印加すれば、一方のブランチのコアにはキャリアが注入され(キャリア・プラズマ効果によって屈折率が低くなる)、もう一方のブランチのコアからはキャリアが引き抜かれ(キャリア・プラズマ効果によって屈折率が高くなる)て、プッシュプルな動作を行わせることができる。従って、プッシュプル動作をさせない場合に比べて約半分の電圧でスイッチング動作をさせることができる。
Claims (6)
- 半導体をコアとし、絶縁性材料をクラッドとして有する光導波路であって、
前記コアの近傍に2つの外部領域を有し、前記コアと前記外部領域とが、ブリッジ構造によって電気的に接続されていることにより、前記コアに前記外部領域からブリッジ構造を介して電流注入或いは電圧印加を可能とする構造を有し、
前記コアが半導体層の一部からなり、前記半導体層は、前記コアの形成される第1の不純物濃度領域と、該第1の不純物濃度領域の両側に前記第1の不純物濃度領域よりも高濃度の不純物を含む第2の不純物濃度領域とを少なくとも有し、多数の孔を導波路の長さ方向に沿って、前記第1の不純物濃度領域と第2の不純物濃度領域の境界に端部を有して前記第1の不純物濃度領域の両側の前記第2の不純物濃度領域のそれぞれに1列に形成することによって前記ブリッジ構造が形成され、
前記コアと前記外部領域とは、前記多数の孔によって光学的に分離されていることを特徴とする光導波路。 - 請求項1の光導波路において、前記半導体層に導入される不純物は、前記コアの両側で異なる導電型の不純物であって、前記コアの中又はその近傍に両導電型の接合界面を形成する様に導入されていることを特徴とする光導波路。
- 請求項1又は2の光導波路において、前記多数の孔がスリット状を成していることを特徴とする光導波路。
- 請求項3の光導波路において、スリット状の孔が導波路の長さ方向に沿って周期的に配列されていることを特徴とする光導波路。
- 請求項4の光導波路において、導波路の長さ方向に沿って周期的に配列されているスリット状の孔の位置が、前記導波路コアの両側で位相がπだけずれていることを特徴とする光導波路。
- 請求項1乃至5のいずれか1項に記載の光導波路において、前記外部領域に電極を形成して電圧を印加することにより、導波路コアの形成される前記第1の不純物濃度領域に電流を注入或いは電圧を印加して、導波路特性の電気的制御が可能な光導波路。
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