JP5065333B2

JP5065333B2 - 可変光減衰器

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Publication number: JP5065333B2
Application number: JP2009118521A
Authority: JP
Inventors: 泰土澤; 浩治山田; 聖一板橋; 俊文渡辺; 英隆西; 弘幸篠島
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2009-05-15
Filing date: 2009-05-15
Publication date: 2012-10-31
Anticipated expiration: 2029-05-15
Also published as: JP2010266731A

Description

本発明は、シリコンを光の導波路とする平面光波回路および素子に利用され、導波路光強度を電気的に制御可能とする可変光減衰器に関する。

大容量光通信を実現するＤＷＤＭ（Dense Wavelength Division Multiplexing：狭帯域波長分割多重）システムでは、例えばＥＤＦＡ（Er Doped Fiber Amplifier：Ｅｒドープ光ファイバアンプ）を利用して光ファイバ中を伝搬する光信号を増加させる光増幅器とともに、光ファイバ中を伝搬する信号光強度を任意の光強度に減衰させる変光減衰器も必要となる。可変光減衰器としては、石英導波路やポリマー導波路を用いたもの、ＭＥＭＳ構造を用いたものなどが開発されている。これらの可変光減衰器の動作速度は、ミリ秒，マイクロ秒であるが、近年の通信の高速、広帯域化に対応するため、さらなる高速な動作が求められている。

ここで、高速動作を可能にした従来型のシリコン細線リブ型導波路を用いた可変光減衰器について、図６，図７を用いて説明する（特許文献１参照）。図６は、可変光減衰器の断面を示す断面図であり、図７は、平面図である。図６は、図７のＡＡ’線の断面を示している。この可変光減衰器は、シリコン基板６０１に下部クラッド６０２を備え、下部クラッド６０２の上にコア６０３およびスラブ層６０４，スラブ層６０５を備える。この構造では、コア６０３をスラブ層６０４，スラブ層６０５より厚く形成してコア６０３の有効屈折率を相対的に大きくし、上部クラッド６０６で覆って光が閉じ込められるようにしたシリコン細線リブ導波路としている。

また、コア６０３よりなる導波路の一部に、コア６０３（スラブ層６０４，スラブ層６０５）を挟むようにｐ型不純物が導入されたｐ型半導体領域６０４ａ、およびｎ型不純物が導入されたｎ型半導体領域６０５ａを備える。

この可変光減衰器では、リブ導波路の一部にコア６０３を挟むように設けられたｐ型半導体領域６０４ａとｎ型半導体領域６０５ａとからＰＩＮ構造が作られ、これらの各々に金属電極６４１と金属電極６５１とを接続して設けている。金属電極６４１と金属電極６５１とを用いてｐ型半導体領域６０４ａとｎ型半導体領域６０５ａとに順方向電流を流すことで、導波路のコア６０３内に、キャリア（電子、正孔）を侵入させ、浸入したキャリアの吸収により、リブ導波路を導波する信号光を減衰させる。コア６０３に侵入するキャリアは、上記電圧の大きさに応じた量となり、印加する電圧を可変することにより、減衰量を可変することができる。

リブ型シリコン細線導波路による可変光減衰器では、コアの幅の寸法が０．５μｍ程度と非常に小さいシリコン細線導波路を用いることが可能であり、ｐ型半導体領域６０４ａとｎ型半導体領域６０５ａとの間隔を近づけることができる。この結果、ナノ秒オーダーの非常に速い応答で光減衰できる。また、この可変光減衰器は、光の閉じこめが強くコア断面寸法の小さいシリコン細線導波路に基づくため、非常に小型に作ることができ、複数の可変光減衰器を並べた多チャンネル化や他のデバイスとの集積が容易であるという特徴もある。

特開２００４−２５８１１９号公報

ところが、上述したリブ型シリコン細線導波路による可変光減衰器では、ｐ型半導体領域６０４ａとｎ型半導体領域６０５ａとの間隔が数μｍと近いため、コア６０３内を通ってｐｎ間に流れるべき電流が、コア６０３と上部クラッド６０６との界面など、コア６０３内部でない他のルートでも流れてしまい易いという欠点があった。この結果、シリコン細線型可変光減衰器は、高速で動作できる反面、ｐｎ間に電圧をかけ流す電流の中に光減衰に関与しない電流が含まれ、光を減衰させるのに無駄に多くの電力を必要とするという問題があった。

本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、リブ型シリコン細線導波路を利用した可変光減衰器において、無駄な電力を必要とせずに低消費電力で高速動作ができるようにすることを目的とする。

本発明に係る可変光減衰器は、シリコンよりも屈折率の小さい下部クラッド層と、この下部クラッド層の上に形成されたシリコン層からなるスラブ層と、このスラブ層の一部を厚くすることで形成されたコアと、このコアの側面からスラブ層の表面にかけての領域およびコアの上面の少なくとも一方に配置されて酸化することで形成された酸化シリコン層と、コアおよび酸化シリコン層を覆ってスラブ層の上に形成された上部クラッド層と、スラブ層のコアの近傍に設けられたｎ型キャリア供給部と、このｎ型キャリア供給部にコアを介して対向してスラブ層のコアの近傍に設けられたｐ型キャリア供給部と、ｎ型キャリア供給部及びｐ型キャリア供給部に各々接続する電極とを少なくとも備える。

上記可変光減衰器において、酸化シリコン層は、熱酸化法もしくはプラズマ酸化法により形成されていればよい。また、スラブ層は、コアの半分以下の膜厚に形成されているとよい。また、ｎ型キャリア供給部およびｐ型キャリア供給部は、コアを伝播する光が影響を受けない範囲で、コアの近傍に設けられているとよい。

以上説明したように、本発明によれば、コアの側面からスラブ層の表面にかけての領域およびコアの上面の少なくとも一方に酸化することで形成した酸化シリコン層を設けるようにしたので、リブ型シリコン細線導波路を利用した可変光減衰器において、無駄な電力を必要とせずに低消費電力で高速動作ができるようになるという優れた効果が得られる。

本発明の実施の形態１における可変光減衰器の構成を示す断面図である。本発明の実施の形態１における可変光減衰器の構成を示す平面図である。従来の構造の可変光減衰器と実施の形態１における可変光減衰器とで、光減衰量とＰＮ間に流す電流量との関係を比較した結果を示す特性図である。本発明の実施の形態２における可変光減衰器の構成を示す断面図である。本発明の実施の形態２における可変光減衰器の構成を示す平面図である。可変光減衰器の断面を示す断面図である。可変光減衰器の構成を示す平面図である。

以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。

［実施の形態１］
始めに、本発明の実施の形態１について図１，図２を用いて説明する。図１は、本発明の実施の形態１における可変光減衰器の構成を示す断面図であり、図２は、実施の形態１における可変光減衰器の構成を示す平面図である。図１は、図２のＡＡ’線の断面を示している。

この可変光減衰器は、まず、シリコン基部１０１の上に、酸化シリコン，酸窒化シリコン，窒化シリコンなどの絶縁材料からなる下部クラッド層１０２を備え、下部クラッド層１０２の上に、シリコンからなるスラブ層１０４，スラブ層１０５を備えている。下部クラッド層１０２は、例えば、層厚３μｍ程度に形成されている。また、スラブ層１０４およびスラブ層１０５に挟まれて所定の方向に延在するリッジ構造のコア１０３を備える。コア１０３の部分は、例えば、幅０．２〜０．６μｍ程度に形成され、コア１０３の下部クラッド層１０２界面からの高さは、０．２〜０．３μｍ程度に形成されている。また、スラブ層１０４，スラブ層１０５は、コア１０３の高さの半分より薄く形成されている。

この構造は、例えば、ＳＯＩ基板の埋め込み絶縁層上のシリコン（ＳＯＩ）層を、公知のフォトリソグラフィまたは電子線リソグラフィなどの一般的なリソグラフィ技術とエッチング技術とにより、コア以外の領域を薄く残すように微細加工することで形成できる。この場合、ＳＯＩ基板の埋め込み絶縁層が、下部クラッド層１０２となる。また、ＳＯＩ層を加工して形成したパターンが、コア１０３となり、残した領域がスラブ層１０４，スラブ層１０５となる。

このように形成したコア１０３は、これより屈折率が小さい材料からなる上部クラッド層１０６により覆われている。上部クラッド層１０６は、層厚２〜６μｍ程度である。従って、コア１０３は、コア１０３より屈折率の小さい下部クラッド層１０２と上部クラッド層１０６との挟まれて形成されている。また、コア１０３以外の領域では、下部クラッド層１０２と上部クラッド層１０６との間に、スラブ層１０４，スラブ層１０５が挟まれた状態となっている。これらにより、リブ型導波路が構成されている。

上部クラッド層１０６は、下部クラッド層１０２と同様に、酸化シリコン，酸窒化シリコン，窒化シリコンなどから構成すればよい。また、上部クラッド層１０６は、ポリイミド樹脂，エポキシ樹脂、シリコーン樹脂などの有機樹脂材料を用いるようにしても良い。材料に起因する損失が少なく、屈折率の設計が容易であり、シリコン細線を利用した光デバイスの作製プロセスとの整合性が良く、環境に対する変化が小さな材料であれば、どのような材料を上部クラッド層１０６に用いるようにしても良い。

また、コア１０３を中心とした導波路の導波方向の一部領域において、コア１０３の両脇近傍のスラブ層１０４およびスラブ層１０５に、ｎ型キャリア供給部１０４ａおよびｐ型キャリア供給部１０５ａを備えている。ｎ型キャリア供給部１０４ａおよびｐ型キャリア供給部１０５ａは、各々コア１０３の近傍にコア１０３を挟んで対向配置されている。また、ｎ型キャリア供給部１０４ａおよびｐ型キャリア供給部１０５ａには、一部が上部クラッド層１０６の上に露出している電極１４１および電極１５１が各々接続している。

ｎ型キャリア供給部１０４ａおよびｐ型キャリア供給部１０５ａは、電極１４１，１５１に電圧を印加しない状態において、コア１０３を中心とした導波路を導波する光の減衰に影響しない範囲で、コア１０３に可能な範囲で近い位置に形成されていればよい。また、ｎ型キャリア供給部１０４ａおよびｐ型キャリア供給部１０５ａは、コア１０３に対してキャリアが注入できる範囲に形成されていればよい。ｎ型キャリア供給部１０４ａおよびｐ型キャリア供給部１０５ａは、イオン注入法，拡散法，およびプラズマドーピング法など、公知の不純物導入技術を用いることで容易に形成できる。

この可変光減衰器では、ｎ型キャリア供給部１０４ａ，ｐ型キャリア供給部１０５ａが形成されているスラブ層１０４，スラブ層１０５を、コア１０３の高さの半分より薄く形成している。この構造により、コア１０３を導波する光は、スラブ層１０４およびスラブ層１０５にしみ出すことがほとんど無く、コア１０３の部分に集中してシングルモードを形成する。このため、本実施の形態における可変光減衰器によれば、導波路の中の光強度の大きな領域に不純物が導入された領域が存在せず、信号光を減衰させずに伝搬させること可能となっている。

また、この可変光減衰器によれば、ｎ型キャリア供給部１０４ａおよびｐ型キャリア供給部１０５ａを、よりコア１０３に近づけることができる。たとえば、コア１０３のエッジから０．５μｍまで、ｎ型キャリア供給部１０４ａおよびｐ型キャリア供給部１０５ａを近づけても、電圧を印加しないときには信号光を減衰させずに信号光を伝搬させることが可能である。コア１０３の幅を０，５μｍとすれば、ｎ型キャリア供給部１０４ａとｐ型キャリア供給部１０５ａとの間隔は、１．５μｍ程度することができる。

加えて、本実施の形態における可変光減衰器では、電極１４１および電極１５１に挟まれた領域のコア１０３の上面に、この領域のコア１０３を酸化することで形成した酸化シリコン層１０７を備える。例えば、よく知られた熱酸化法、もしくはプラズマ酸化法により、酸化シリコン層１０７が形成できる。酸化シリコン層１０７は、層厚５ｎｍ程度であればよい。酸化シリコン層１０７を備えることで、後述する電圧印加において、不要な電流の流れが防止でき、低消費電力化を図ることができるようになる。なお、酸化シリコン層１０７は、コア１０３（導波路）の全域に形成されていてもよい。

製造について簡単に説明すると、まず、ＳＯＩ基板を用意し、次いで、表面シリコン層（ＳＯＩ層）を５ｎｍ程度酸化処理する。この酸化処理で形成した酸化層が、コア１０３上部の酸化シリコン層１０７となる。このときシリコンの酸化処理は、熱酸化またはプラズマ酸化法を用いる。次に、公知のフォトリソグラフィまたは電子線リソグラフィなどの一般的なリソグラフィ技術とエッチング技術とにより、コア１０３以外の領域を薄く残すようにＳＯＩ層を微細加工する。次に、スラブ層１０４，スラブ層１０５の一部に公知の不純物導入技術でｎ型キャリア供給部１０４ａおよびｐ型キャリア供給部１０５ａを形成する。

次に、公知のプラズマＣＶＤ技術などにより、コア１０３より屈折率が小さい材料からなる上部クラッド層１０６を成膜することで、シリコンリブ導波路を形成する。この場合、ＳＯＩ基板の埋め込み絶縁層が、下部クラッド層１０２となる。また、微細加工により形成したパターンが、コア１０３となり、残したＳＯＩ層領域がスラブ層１０４，スラブ層１０５となる。これらコア１０３とスラブ層１０４，スラブ層１０５の上に形成した膜が、上部クラッド層１０６になる。また、はじめに形成した酸化層がコア１０３上面の薄い酸化層シリコン１０７となる。上述した製造方法例の場合、コア１０３の全域にわたって、コア１０３の上面に酸化層シリコン１０７が形成されていることになる。

ｎ型キャリア供給部１０４ａおよびｐ型キャリア供給部１０５ａは、上部クラッド層１０６を形成するまえに、イオン注入法，拡散法，およびプラズマドーピング法などの不純物導入技術を用いることで容易に形成できる。ｎ型キャリア供給部１０４ａおよびｐ型キャリア供給部１０５ａに接続する電極１４１および電極１５１は、上部クラッド層１０６にコンタクトホールを開けて、電極金属を埋め込むこと形成できる。

ここで、本実施の形態における可変光減衰器の動作について説明する。この可変光減衰器では、電極１４１および電極１５１に電圧を印加することで、ｎ型キャリア供給部１０４ａおよびｐ型キャリア供給部１０５ａからキャリアをコア１０３に注入し、コア１０３からなる導波路を導波（伝搬）する信号光の強度を減衰させる。また、電極１４１および電極１５１に印加する電圧の大きさを変化させることで、ｎ型キャリア供給部１０４ａおよびｐ型キャリア供給部１０５ａからコア１０３に注入されるキャリアの量を変化させ、上述した光減衰を可変とする。

加えて、本実施の形態における可変光減衰器は、さらに、酸化することで形成した絶縁性の高い酸化シリコン層１０７を備えているので、電極１４１，１５１に電圧を印加したとき、コア１０３と上部クラッド層１０６との界面を伝わって流れるリーク電流が抑えられ、電流はほぼすべてコア１０３の内部を流れるようになる。このため、本実施の形態における可変光減衰器は、従来の構造に比較して、より低電力で動作させることができる。

従来の構造では、リブ型構造のコアは、上部クラッドに直接覆われていた。上部クラッド層は、シリコン酸化膜などをプラズマＣＶＤによって形成されるのが一般的であるが、この場合、コアは反応などにより表面の組成が変わるわけではなく、コアの上に上部クラッド層となる膜が堆積されるだけである。このため、シリコンであるコアと堆積膜である上部クラッドとは、界面で融合するわけではなく、密着性はよくない。

また、堆積し始めの時の、コアとの界面付近の堆積膜は、たとえばシリコン酸化膜の場合、シリコンが過剰な酸化膜となるように、不安定な膜質なため、絶縁特性がよくない。この結果、シリコン酸化膜などの絶縁材料を堆積しただけで上部クラッドとしている従来構造では、電極を通じて電圧を印加した場合、コアと上部クラッドの界面を伝わって流れる光減衰に関与しない無駄な電流が存在する。

これらに対し、本実施の形態における可変光減衰器では、コア１０３上面に酸化反応で形成した酸化シリコン層１０７を備えている。酸化シリコン層１０７は、コア１０３の酸化反応で形成されているため、コア１０３を構成しているシリコンと融合しており、密着性も絶縁性も高い膜である。この結果、酸化シリコン層１０７によって、上部クラッド層１０６との界面リーク電流を防ぐことができる。

酸化シリコン層１０７は、酸化反応で形成する絶縁性の良い膜であるので、層厚は５ｎｍ程度であれば十分である。さらに厚くしてもよいが、コア１０３の酸化により形成するため、コア１０３の厚みにも影響を与える、光の導波特性にも影響がでてしまう。従って、可能な範囲で、酸化シリコン層１０７は薄い方がよい。

さらに、本実施の形態における可変光減衰器では、スラブ層１０４，スラブ層１０５を薄くすることで光の閉じ込めを高め、スラブ層１０４，スラブ層１０５に光が漏れ出るのを低減しているので、ｎ型キャリア供給部１０４ａおよびｐ型キャリア供給部１０５ａを、コア１０３に近い位置に形成することができ、可変減衰動作の高速化、低エネルギー化に有利となる。

図３は、従来の構造の可変光減衰器と実施の形態１における可変光減衰器とで、光減衰量とＰＮ間（ｎ型キャリア供給部１０４ａとｐ型キャリア供給部１０５ａとの間）に流す電流量との関係を比較したものである。この測定において、ｎ型キャリア供給部１０４ａとｐ型キャリア供給部１０５ａの不純物濃度は、各々１０²⁰個／ｃｍ³、ＰＮ間距離を３μｍとして可変光減衰器を作製した。コア１０３の上面に薄い酸化シリコン層１０７を備えている本実施の形態における可変光減衰器（黒丸）では、大幅に低い電流で大きい光減衰が得られた。なお、図３において、白四角が、従来構造の可変光減衰器の結果である。本発明により、可変光減衰器動作の低消費電力化が実現できることが確認された。

［実施の形態２］
次に、本発明の実施の形態２について、図４，図５を用いて説明する。図４は、本発明の実施の形態２における可変光減衰器の構成を示す断面図であり、図５は、実施の形態２における可変光減衰器の構成を示す平面図である。図４は、図５のＡＡ’線の断面を示している。

この可変光減衰器は、まず、シリコン基部１０１の上に、酸化シリコンや窒化シリコンなどの絶縁材料からなる下部クラッド層１０２を備え、下部クラッド層１０２の上に、シリコンからなるスラブ層１０４，スラブ層１０５を備えている。下部クラッド層１０２は、例えば、層厚３μｍ程度に形成されている。また、スラブ層１０４およびスラブ層１０５に挟まれて所定の方向に延在するリッジ構造のコア１０３を備える。コア１０３の部分は、例えば、幅０．２〜０．６μｍ程度に形成され、コア１０３の下部クラッド層１０２界面からの高さは、０．２〜０．３μｍ程度に形成されている。また、スラブ層１０４，スラブ層１０５は、コア１０３の高さの半分より薄く形成されている。

またコア１０３は、これより屈折率が小さい材料からなる上部クラッド層１０６により覆われている。上部クラッド層１０６は、層厚２〜６μｍ程度である。また、上部クラッド層１０６は、下部クラッド層１０２と同様に、酸化シリコン，酸窒化シリコン，窒化シリコンなどから構成すればよい。従って、コア１０３は、コア１０３より屈折率の小さい下部クラッド層１０２と上部クラッド層１０６との挟まれて形成されている。また、コア１０３以外の領域では、下部クラッド層１０２と上部クラッド層１０６との間に、スラブ層１０４，スラブ層１０５が挟まれた状態となっている。これらにより、リブ型導波路が構成されている。

また、コア１０３を中心とした導波路の導波方向の一部領域において、コア１０３の両脇近傍のスラブ層１０４およびスラブ層１０５に、ｎ型キャリア供給部１０４ａおよびｐ型キャリア供給部１０５ａを備えている。ｎ型キャリア供給部１０４ａおよびｐ型キャリア供給部１０５ａは、各々コア１０３の近傍にコア１０３を挟んで対向配置されている。また、ｎ型キャリア供給部１０４ａおよびｐ型キャリア供給部１０５ａには、一部が上部クラッド層１０６の上に露出している電極１４１および電極１５１が各々接続している。これらの構成は、前述した実施の形態１と同様である。

また、本実施の形態における可変光減衰器では、コア１０３の側面およびスラブ層１０４，スラブ層１０５の表面に、酸化シリコン層１０８，酸化シリコン層１０９を備えるようにした。図５の平面図では、コア１０３（導波路）が延在する全域に、酸化シリコン層１０８および酸化シリコン層１０９を形成した場合を示している。酸化シリコン層１０８および酸化シリコン層１０９は、層厚５ｎｍ程度であればよい。

酸化シリコン層１０８および酸化シリコン層１０９を備えることで、前述した実施の形態と同様に、電極１４１，１５１に電圧を印加したとき、コア１０３と上部クラッド層１０６との界面を伝わって流れるリーク電流が抑えられ、電流はほぼすべてコア１０３の内部を流れるようになる。このため、本実施の形態における可変光減衰器においても、従来の構造に比較して、より低電力で動作させることができる。

なお、酸化シリコン層１０８，１０９は、コア１０３およびスラブ層１０４，１０５（ｎ型キャリア供給部１０４ａ，ｐ型キャリア供給部１０５ａを含む）の全域に形成されている必要はない。例えば、電極１４１および電極１５１に挟まれた領域において、コア１０３側面およびスラブ層１０４，１０５の表面に、酸化シリコン層１０８，１０９が形成されていてもよい。

なお、コア１０３の上部には、コア１０３を形成するために用いたマスク層４０１を備える。このマスク層４０１については、後述する。

次に、製造について簡単に説明する。まず、ＳＯＩ基板を用意し、公知のフォトリソグラフィまたは電子線リソグラフィなどの一般的なリソグラフィ技術とエッチング技術とにより、ＳＯＩ層を薄く残すように微細加工し、コア１０３を形成する。このコア１０３のパターニングにおいて、例えば、ＣＶＤ法などの堆積により形成した酸化シリコンからなるマスク層４０１を選択エッチングのマスクとして用いる。次に、スラブ層１０４，スラブ層１０５の一部に公知の不純物導入技術でｎ型キャリア供給部１０４ａおよびｐ型キャリア供給部１０５ａを形成する。例えば、イオン注入法，拡散法，およびプラズマドーピング法など、公知の不純物導入技術を用いればよい。

次に、熱酸化またはプラズマ酸化を行って、コア１０３の側面およびスラブ層１０４，スラブ層１０５の表面に５ｎｍ程度の酸化膜を形成する。このとき、コア１０３の形成マスクとして用いたマスク層４０１を残した状態で上記の酸化することで、コア１０３の側面およびスラブ層１０４，スラブ層１０５の表面が酸化される。コア１０３を形成するためのマスクとして用いたマスク層４０１を除去してから、酸化するようにしてもよいが、この場合、マスク層４０１を除去する工程が増えるという問題がある。エッチングマスクとして用いたマスク層４０１は、上部クラッド１０６と同じ酸化シリコンであるので、これを除去する必要はない。

ここで、プラズマ酸化する場合は、酸素ガスによりＥＣＲプラズマを発生させ、このＥＣＲプラズマをコア１０３の側面，スラブ層１０４およびスラブ層１０５の表面に照射し、これらのシリコン表面に酸化膜を形成させればよい。この場合、この可変光減衰器となる全域において、コア１０３の側面およびｎ型キャリア供給部１０４ａ，ｐ型キャリア供給部１０５ａを含むスラブ層１０４，スラブ層１０５の表面に、酸化シリコン層が形成されるようになる。

このようにして酸化シリコン層１０８および酸化シリコン層１０９を形成した後、公知のプラズマＣＶＤ技術などにより、酸化シリコン、酸窒化シリコン，窒化シリコンを堆積して上部クラッド層１０６を形成することで、シリコンリブ導波路を完成させる。

次に、上部クラッド層１０６にコンタクトホールを開けて金属を埋め込み、ｎ型キャリア供給部１０４ａおよびｐ型キャリア供給部１０５ａに接続する電極１４１および電極１５１を形成する。上述した製造方法では、ＳＯＩ基板の埋め込み絶縁層が、下部クラッド層１０２となり、加工により形成したパターンがコア１０３となり、加工により残した領域がスラブ層１０４，スラブ層１０５となる。

以上説明したように、本発明では、シリコンコアとこれを覆う上部クラッド層との間において、コアの側面からスラブ層の表面にかけての領域およびコアの上面の少なくとも一方に、これらを酸化することで形成した酸化シリコン層を備えるようにしたため、ＰＩＮ構造に電圧を印加したときにコア内部以外を流れる無駄なリーク電流が防止できるようになる。ここで、酸化することで形成する酸化シリコン層は、コアの上面、およびコアの側面とスラブ層の上面とのいずれか一方に形成されていてもよく、また、両方に形成されていてもよい。

また、ｎ型キャリア供給部およびｐ型キャリア供給部を、影響がない範囲でコアに可能な範囲に近い位置に配置した。さらに、スラブ層の厚さをコアの半分以下にすることでリブ導波路を伝搬する光がスラブ層に漏れないようにし、ｎ型キャリア供給部およびｐ型キャリア供給部をコアに近づけられるようにした。

これらの結果、コアの内部に電流が効率よく流れるようになり、ｎ型キャリア供給部とｐ型キャリア供給部の間隔を狭くしキャリアがコアにすばやく注入されるようになり、可変光減衰器を低い消費電力で光減衰動作させることができ、かつ速い応答で光減衰させることのできるという優れた効果が得られる。

１０１…シリコン基部、１０２…下部クラッド層、１０３…コア、１０４…スラブ層、１０４ａ…ｎ型キャリア供給部、１０５…スラブ層、１０５ａ…ｐ型キャリア供給部、１０６…上部クラッド層、１０７…酸化シリコン層、１４１，１５１…電極。

Claims

シリコンよりも屈折率の小さい下部クラッド層と、
この下部クラッド層の上に形成されたシリコン層からなるスラブ層と、
このスラブ層の一部を厚くすることで形成されたコアと、
このコアの側面から前記スラブ層の表面にかけての領域および前記コアの上面の少なくとも一方に配置されて酸化することで形成された酸化シリコン層と、
前記コアおよび前記酸化シリコン層を覆って前記スラブ層の上に形成された上部クラッド層と、
前記スラブ層の前記コアの近傍に設けられたｎ型キャリア供給部と、
このｎ型キャリア供給部に前記コアを介して対向して前記スラブ層の前記コアの近傍に設けられたｐ型キャリア供給部と、
前記ｎ型キャリア供給部及び前記ｐ型キャリア供給部に各々接続する電極と
を少なくとも備えることを特徴とする可変光減衰器。
請求項１記載の可変光減衰器において、
前記酸化シリコン層は、熱酸化法もしくはプラズマ酸化法により形成されていることを特徴とする可変光減衰器。
請求項１または２記載の可変光減衰器において、
前記スラブ層は、前記コアの半分以下の膜厚に形成されていることを特徴とする可変光減衰器。
請求項１〜３のいずれか１項に記載の可変光減衰器において、
前記ｎ型キャリア供給部および前記ｐ型キャリア供給部は、前記コアを伝播する光が影響を受けない範囲で、前記コアの近傍に設けられていることを特徴とする可変光減衰器。