JPH06202052A - 光変調器とその製造法 - Google Patents
光変調器とその製造法Info
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- JPH06202052A JPH06202052A JP4312321A JP31232192A JPH06202052A JP H06202052 A JPH06202052 A JP H06202052A JP 4312321 A JP4312321 A JP 4312321A JP 31232192 A JP31232192 A JP 31232192A JP H06202052 A JPH06202052 A JP H06202052A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 伝搬損失が小さく、かつ、光を変調するまた
は光をスイッチングする性能を有する、光変調器を提供
する。 【構成】 光変調器は、基板と、下側クラッディング層
と、干渉層と、コア層とを有する反共振形反射形光導波
器に基づいて構成される。干渉層の中の自由キャリア濃
度を制御するために、この構造体の中に電子制御素子が
作成される。光を干渉層の中に結合するために、回折格
子が備えられる。
は光をスイッチングする性能を有する、光変調器を提供
する。 【構成】 光変調器は、基板と、下側クラッディング層
と、干渉層と、コア層とを有する反共振形反射形光導波
器に基づいて構成される。干渉層の中の自由キャリア濃
度を制御するために、この構造体の中に電子制御素子が
作成される。光を干渉層の中に結合するために、回折格
子が備えられる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は光変調器および光スイッ
チに関する。さらに詳細にいえば、本発明は集積化され
た光導波器変調器および光導波器スイッチに関する。
チに関する。さらに詳細にいえば、本発明は集積化され
た光導波器変調器および光導波器スイッチに関する。
【０００２】
【従来の技術および問題点】反共振形反射形光導波器
（ＡＲＲＯＷ）は、他の形式の導波器に比べて、いくつ
かの利点を有する。この導波器は、他の導波器に比べて
比較的薄い層を用いて、シリコンの上に作成することが
できる。そのために、他の電子集積回路とさらに容易に
両立することができる。また同時に、この光導波器は、
光ファイバに結合する大きなモードを有することができ
る。さらに、この光導波器は製造が比較的容易であり、
かつ、特別な材料を必要としない。
（ＡＲＲＯＷ）は、他の形式の導波器に比べて、いくつ
かの利点を有する。この導波器は、他の導波器に比べて
比較的薄い層を用いて、シリコンの上に作成することが
できる。そのために、他の電子集積回路とさらに容易に
両立することができる。また同時に、この光導波器は、
光ファイバに結合する大きなモードを有することができ
る。さらに、この光導波器は製造が比較的容易であり、
かつ、特別な材料を必要としない。
【０００３】これらの導波器は、典型的には、シリコン
基板の上に形成された二酸化シリコンの層を有する。そ
れから、二酸化シリコンの第１層の上に、シリコンの干
渉層が配置され、その後、また別の二酸化シリコンの層
が配置される。これらの材料は、比較的容易に沈着する
ことができる。２つの二酸化シリコン層で挟まれたシリ
コン層は、受動的干渉クラッディング層として機能す
る。この干渉層の厚さはそれ程重要ではない。
基板の上に形成された二酸化シリコンの層を有する。そ
れから、二酸化シリコンの第１層の上に、シリコンの干
渉層が配置され、その後、また別の二酸化シリコンの層
が配置される。これらの材料は、比較的容易に沈着する
ことができる。２つの二酸化シリコン層で挟まれたシリ
コン層は、受動的干渉クラッディング層として機能す
る。この干渉層の厚さはそれ程重要ではない。
【０００４】半導体材料で作成されたこのような層状構
造体において、この構造体を形成している材料の中に周
期的回折格子を作成することにより、垂直方向の結合が
得られる。この技術を用いることにより、干渉層と最上
部のコア層との間の光の結合を得ることができる。
造体において、この構造体を形成している材料の中に周
期的回折格子を作成することにより、垂直方向の結合が
得られる。この技術を用いることにより、干渉層と最上
部のコア層との間の光の結合を得ることができる。
【０００５】シリコンの内部または上に、活性光変調器
を作成することは困難であるのが通常である。シリコン
は、自由キャリアの濃度を変調することによってその吸
収係数や屈折率の変化が誘起されるけれども、線形電気
光学効果を示さない。すべてのシリコン導波器は、同じ
自由キャリア効果により、大きな伝搬損失を有する傾向
があり、そして形態上の重なりがよくないために、大き
な変調効率を有するように製造することが困難である。
誘電体導波器はいずれも小さな損失を有することができ
るけれども、しかし、典型的には受動的であり、そして
変調用には用いられない。垂直方向の結合特性を有する
ＡＲＲＯＷ構造体を用いることにより、誘電体導波器の
低損失伝搬特性と、自由キャリア効果を用いた光の変調
特性またはスイッチング特性とを、組み合わせて利用す
ることができる。
を作成することは困難であるのが通常である。シリコン
は、自由キャリアの濃度を変調することによってその吸
収係数や屈折率の変化が誘起されるけれども、線形電気
光学効果を示さない。すべてのシリコン導波器は、同じ
自由キャリア効果により、大きな伝搬損失を有する傾向
があり、そして形態上の重なりがよくないために、大き
な変調効率を有するように製造することが困難である。
誘電体導波器はいずれも小さな損失を有することができ
るけれども、しかし、典型的には受動的であり、そして
変調用には用いられない。垂直方向の結合特性を有する
ＡＲＲＯＷ構造体を用いることにより、誘電体導波器の
低損失伝搬特性と、自由キャリア効果を用いた光の変調
特性またはスイッチング特性とを、組み合わせて利用す
ることができる。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明の目的および利点
の一部分は明らかであり、そして一部分は下記説明によ
り明らかになるであろう。本発明により、光導波器変調
器または光導波器スイッチが得られる。本発明の導波器
は、誘電体材料の２つの層の間に半導体材料の干渉層を
有する、反共振形反射形光導波器である。この干渉層の
中の自由キャリア効果が、この層の中の活性電子素子に
電流または電解を加えることによって制御され、それに
より、この層の中の光が変調される。
の一部分は明らかであり、そして一部分は下記説明によ
り明らかになるであろう。本発明により、光導波器変調
器または光導波器スイッチが得られる。本発明の導波器
は、誘電体材料の２つの層の間に半導体材料の干渉層を
有する、反共振形反射形光導波器である。この干渉層の
中の自由キャリア効果が、この層の中の活性電子素子に
電流または電解を加えることによって制御され、それに
より、この層の中の光が変調される。
【０００７】
【実施例】本発明およびその利点を完全に理解するため
に、下記において添付図面を参照して本発明を説明す
る。
に、下記において添付図面を参照して本発明を説明す
る。
【０００８】図１Ａは、半導体の中の自由キャリア効果
を利用したＡＲＲＯＷ変調器の側面図を示す。この変調
器１０は、基板１２を有する。通常、基板１２はシリコ
ンで作成されるが、しかし、シリコンに限定されるわけ
でない。基板１２は、不純物が添加された領域または沈
着された領域１４を有する。この不純物が添加された領
域１４は、トランジスタのゲートを構成する。このトラ
ンジスタのソースおよびドレインの配置については、下
記でさらに説明されるであろう。
を利用したＡＲＲＯＷ変調器の側面図を示す。この変調
器１０は、基板１２を有する。通常、基板１２はシリコ
ンで作成されるが、しかし、シリコンに限定されるわけ
でない。基板１２は、不純物が添加された領域または沈
着された領域１４を有する。この不純物が添加された領
域１４は、トランジスタのゲートを構成する。このトラ
ンジスタのソースおよびドレインの配置については、下
記でさらに説明されるであろう。
【０００９】基板１２の上に、導波器の下側クラッディ
ング層１６が配置される。通常、この下側クラッディン
グ層１６は、二酸化シリコンで作成される。下側クラッ
ディング層１６の上に、干渉層１８が作成される。干渉
層１８は、この実施例では、シリコンで作成される。他
の半導体材料をまた使用することができる。干渉層１８
の厚さは、この層の上側表面での反射光と下側表面での
反射光とが強め合うように干渉するような厚さでなけれ
ばならない。この場合には、コア層の中を伝搬する光モ
ードに対し、大きな反射率が得られる。
ング層１６が配置される。通常、この下側クラッディン
グ層１６は、二酸化シリコンで作成される。下側クラッ
ディング層１６の上に、干渉層１８が作成される。干渉
層１８は、この実施例では、シリコンで作成される。他
の半導体材料をまた使用することができる。干渉層１８
の厚さは、この層の上側表面での反射光と下側表面での
反射光とが強め合うように干渉するような厚さでなけれ
ばならない。この場合には、コア層の中を伝搬する光モ
ードに対し、大きな反射率が得られる。
【００１０】干渉層１８の上側表面に、周期的回折格子
２２および２４が作成される。この作成は多くの方法、
例えばエッチング法、により実行することができる。図
面には分離した２個の回折格子であるとして示されてい
るが、これらは長い回折格子の両端部であることもでき
る。これらの回折格子により、コア層と干渉層との間に
垂直方向の結合を得ることができる。干渉層１８の上
に、コア層２０が沈着される。コア層２０は、典型的に
は、二酸化シリコンまたは窒化シリコンのような、大き
な光学的透明度を有する誘電体材料で作成される。下側
クラッディング層１６の厚さは、この層の中を光が伝搬
しないように、コア層の厚さの約半分であるように選定
される。
２２および２４が作成される。この作成は多くの方法、
例えばエッチング法、により実行することができる。図
面には分離した２個の回折格子であるとして示されてい
るが、これらは長い回折格子の両端部であることもでき
る。これらの回折格子により、コア層と干渉層との間に
垂直方向の結合を得ることができる。干渉層１８の上
に、コア層２０が沈着される。コア層２０は、典型的に
は、二酸化シリコンまたは窒化シリコンのような、大き
な光学的透明度を有する誘電体材料で作成される。下側
クラッディング層１６の厚さは、この層の中を光が伝搬
しないように、コア層の厚さの約半分であるように選定
される。
【００１１】図１Ｂは、変調器１０の１つの実施例の端
面図である。基板１２は、ゲート１４の他に、ソース接
触体２６およびドレイン接触体２８を有する。下側クラ
ッディング層１６は沈着またはエッチングにより作成さ
れ、そして、干渉層１８が基板１２およびそのソース接
触体とドレイン接触体に「タッチ・ダウン」接触するよ
うに、下側クラッディング層１６が配置される。この接
触により、もし必要ならば、基板の中の回路によった変
調器を制御することができる。または、コア層を通して
上側から接触を行うこともできる。光を横方向に対して
閉じ込めるために、コア層２０が導波器リブまた他の構
造体３０を有する時、コアの端部の下のクラッディング
層はどのようであってもよい。このことにより、この変
調器を製造する際の処理工程の設計に、より多くの自由
度を得ることができる。
面図である。基板１２は、ゲート１４の他に、ソース接
触体２６およびドレイン接触体２８を有する。下側クラ
ッディング層１６は沈着またはエッチングにより作成さ
れ、そして、干渉層１８が基板１２およびそのソース接
触体とドレイン接触体に「タッチ・ダウン」接触するよ
うに、下側クラッディング層１６が配置される。この接
触により、もし必要ならば、基板の中の回路によった変
調器を制御することができる。または、コア層を通して
上側から接触を行うこともできる。光を横方向に対して
閉じ込めるために、コア層２０が導波器リブまた他の構
造体３０を有する時、コアの端部の下のクラッディング
層はどのようであってもよい。このことにより、この変
調器を製造する際の処理工程の設計に、より多くの自由
度を得ることができる。
【００１２】図２Ａは、変調器の中を通る光の経路を示
す。光は、図の矢印３２Ａで示されているように、図の
左側からコア層２０の中に入射する。この光は回折格子
２２の上を進み、そしてこの回折格子と結合して、矢印
３２Ｂで示されているように、この回折格子を通りぬけ
て干渉層１８の中に進む。干渉層１８はまわりのコア層
２０やクラッディング層１６よりも大きな屈折率を有す
るから、干渉層１８はその中を光が伝搬する従来の誘電
体導波器として動作する。矢印３２Ｃで示されているよ
うに、光が干渉層１８の中にある間、下記で説明される
ように、制御回路または制御素子を用いて自由キャリア
濃度を制御することができ、そしてそれにより、光を変
調することができる。このことを達成する１つの方法
は、干渉層１８の中に不純物を添加してソース領域およ
びドレイン領域を作成し、そしてゲート１４に電圧を加
える方法である。この場合、もし得られたトランジスタ
がオフになるならば、ソース領域とドレイン領域の間の
自由キャリア濃度はシリコンの中で大幅に低下するであ
ろう。このトランジスタは、多分、欠乏モードまたは増
強モードのいずれかで動作するであろう。いずれの場合
でも、自由キャリア濃度の変化により、干渉層１８の中
を伝搬する光が感ずる屈折率が変化するであろう。例え
ば、自由キャリア濃度が増大すると、波長１．３μｍの
光に対する屈折率は減少するであろう。
す。光は、図の矢印３２Ａで示されているように、図の
左側からコア層２０の中に入射する。この光は回折格子
２２の上を進み、そしてこの回折格子と結合して、矢印
３２Ｂで示されているように、この回折格子を通りぬけ
て干渉層１８の中に進む。干渉層１８はまわりのコア層
２０やクラッディング層１６よりも大きな屈折率を有す
るから、干渉層１８はその中を光が伝搬する従来の誘電
体導波器として動作する。矢印３２Ｃで示されているよ
うに、光が干渉層１８の中にある間、下記で説明される
ように、制御回路または制御素子を用いて自由キャリア
濃度を制御することができ、そしてそれにより、光を変
調することができる。このことを達成する１つの方法
は、干渉層１８の中に不純物を添加してソース領域およ
びドレイン領域を作成し、そしてゲート１４に電圧を加
える方法である。この場合、もし得られたトランジスタ
がオフになるならば、ソース領域とドレイン領域の間の
自由キャリア濃度はシリコンの中で大幅に低下するであ
ろう。このトランジスタは、多分、欠乏モードまたは増
強モードのいずれかで動作するであろう。いずれの場合
でも、自由キャリア濃度の変化により、干渉層１８の中
を伝搬する光が感ずる屈折率が変化するであろう。例え
ば、自由キャリア濃度が増大すると、波長１．３μｍの
光に対する屈折率は減少するであろう。
【００１３】ソース領域とドレイン領域の間の自由キャ
リア濃度を制御することにより、干渉層に最終的に結合
する光を制御することができる。シリコンの従来の受動
層は、光を変調するための活性素子に同調している。
リア濃度を制御することにより、干渉層に最終的に結合
する光を制御することができる。シリコンの従来の受動
層は、光を変調するための活性素子に同調している。
【００１４】この層の中を伝搬する光に対し横方向の閉
じ込めを行うことは、横方向の閉じ込めコア層モードに
効率よく戻るように結合するために、好ましいことであ
る。このことは、例えば、干渉層に不純物を添加するこ
とにより、その屈折率を変えることで得ることができ
る。例えば、シリコン層の屈折率を大きくするために、
ゲルマニュームを用いることができる。制御素子を作成
するための不純物添加はまた、横方向の閉じ込めに貢献
するであろう。
じ込めを行うことは、横方向の閉じ込めコア層モードに
効率よく戻るように結合するために、好ましいことであ
る。このことは、例えば、干渉層に不純物を添加するこ
とにより、その屈折率を変えることで得ることができ
る。例えば、シリコン層の屈折率を大きくするために、
ゲルマニュームを用いることができる。制御素子を作成
するための不純物添加はまた、横方向の閉じ込めに貢献
するであろう。
【００１５】図２Ｂは変調器の平面図であって、ソース
領域とドレイン領域の１つの可能な配置を示す。コア層
２０が上に配置され、そして中央にリブ３０が備えられ
る。回折格子２２および２４が点線で示されている。こ
れらの回折格子は、コア層と干渉層との界面にある。回
折格子は、干渉層の表面に配置されるのが好ましいが、
干渉層材料の内部またはコア層材料の内部に作成するこ
ともできる。ソース領域およびドレイン領域は干渉層の
中にあり、そして斜線を付した領域がそれらの間のシリ
コンの中の活性領域である。ゲート１４はこの領域の下
にあり、そして下側クラッディング層の内部または上に
ある。ゲート１４の位置を明確に示すために、また異な
った斜線が付されている。トランジスタの状態により、
すなわち、オン状態であるかまたはオフ状態であるかに
より、光は変調されるまたは吸収されるであろう。
領域とドレイン領域の１つの可能な配置を示す。コア層
２０が上に配置され、そして中央にリブ３０が備えられ
る。回折格子２２および２４が点線で示されている。こ
れらの回折格子は、コア層と干渉層との界面にある。回
折格子は、干渉層の表面に配置されるのが好ましいが、
干渉層材料の内部またはコア層材料の内部に作成するこ
ともできる。ソース領域およびドレイン領域は干渉層の
中にあり、そして斜線を付した領域がそれらの間のシリ
コンの中の活性領域である。ゲート１４はこの領域の下
にあり、そして下側クラッディング層の内部または上に
ある。ゲート１４の位置を明確に示すために、また異な
った斜線が付されている。トランジスタの状態により、
すなわち、オン状態であるかまたはオフ状態であるかに
より、光は変調されるまたは吸収されるであろう。
【００１６】図２Ｃは、この構造体の端面図である。ソ
ース領域２７およびドレイン領域２９はいずれもＮ形か
またはＰ形かの、同じ形の不純物が添加されており、い
ずれも同じ斜線が付されて示されている。ゲート領域１
４は、典型的には、この場合のように基板の中にあり、
そしてソース領域とドレイン領域との間の不純物が添加
されていない領域の下にある。ゲート領域は、ソース領
域およびドレイン領域から電気的に分離されなければな
らない。前記で説明したように、この制御素子に電圧を
加えることにより、自由キャリア濃度が制御される。さ
らに、ソース領域およびドレイン領域に対する接触体領
域を基板１２の中に配置することができ、そしてそれら
の位置でこれらの領域が基板１２に接触する。
ース領域２７およびドレイン領域２９はいずれもＮ形か
またはＰ形かの、同じ形の不純物が添加されており、い
ずれも同じ斜線が付されて示されている。ゲート領域１
４は、典型的には、この場合のように基板の中にあり、
そしてソース領域とドレイン領域との間の不純物が添加
されていない領域の下にある。ゲート領域は、ソース領
域およびドレイン領域から電気的に分離されなければな
らない。前記で説明したように、この制御素子に電圧を
加えることにより、自由キャリア濃度が制御される。さ
らに、ソース領域およびドレイン領域に対する接触体領
域を基板１２の中に配置することができ、そしてそれら
の位置でこれらの領域が基板１２に接触する。
【００１７】図３Ａおよび図３Ｂは、自由キャリア効果
を制御するためのまた別の実施例を示す。図３Ａは、こ
のような実施例の平面図である。前記で示したような干
渉層の中のトランジスタの代わりに、Ｐ−Ｉ−Ｎダイオ
ードを用いることができる。Ｐ−Ｉ−Ｎダイオードを備
えた領域を明確に示すために、その領域に斜線が付され
ている。図に示されているように、Ｐ形不純物が添加さ
れた領域３４の下側境界面は、閉じ込め構造体３０の上
側端部にある。Ｉ形領域３６には不純物が添加されてい
なく、そしてＩ形領域３６は閉じ込め構造体３０の下に
ある。Ｎ形不純物が添加された領域３８の上側境界面
は、図に示されているように、閉じ込め構造体３０の下
側端部にある。図に示されているように、Ｎ形不純物が
添加された領域３８の上側境界面は、閉じ込め構造体３
０の下側端部にある。Ｐ形不純物添加およびＮ形不純物
添加はいずれも屈折率を小さくするから、この構造体に
よりまた、干渉層の真性領域の中に横方向の光閉じ込め
が得られる。実際には、このＰ−Ｉ−Ｎ構造体は前記で
説明した構造体に比べてさらに容易に製造することがで
き、かつ、キャリア濃度をさらによく制御することがで
きる。
を制御するためのまた別の実施例を示す。図３Ａは、こ
のような実施例の平面図である。前記で示したような干
渉層の中のトランジスタの代わりに、Ｐ−Ｉ−Ｎダイオ
ードを用いることができる。Ｐ−Ｉ−Ｎダイオードを備
えた領域を明確に示すために、その領域に斜線が付され
ている。図に示されているように、Ｐ形不純物が添加さ
れた領域３４の下側境界面は、閉じ込め構造体３０の上
側端部にある。Ｉ形領域３６には不純物が添加されてい
なく、そしてＩ形領域３６は閉じ込め構造体３０の下に
ある。Ｎ形不純物が添加された領域３８の上側境界面
は、図に示されているように、閉じ込め構造体３０の下
側端部にある。図に示されているように、Ｎ形不純物が
添加された領域３８の上側境界面は、閉じ込め構造体３
０の下側端部にある。Ｐ形不純物添加およびＮ形不純物
添加はいずれも屈折率を小さくするから、この構造体に
よりまた、干渉層の真性領域の中に横方向の光閉じ込め
が得られる。実際には、このＰ−Ｉ−Ｎ構造体は前記で
説明した構造体に比べてさらに容易に製造することがで
き、かつ、キャリア濃度をさらによく制御することがで
きる。
【００１８】図３Ｂは、この構造体を端面図である。層
２０が閉じ込め構造体３０を備えているのが示されてい
る。Ｐ形不純物が添加された領域３４は、干渉層の中の
閉じ込め構造体の左にある。この干渉層が、半導体基板
１２と接触しているのが示されている。これは、電気的
接触の容易さと、装置の集積化をより良くするためだけ
である。このような構造体にするのは光学的な理由によ
るものではなく、および設計された処理工程でこのよう
にされたとも考えられるべきではない。
２０が閉じ込め構造体３０を備えているのが示されてい
る。Ｐ形不純物が添加された領域３４は、干渉層の中の
閉じ込め構造体の左にある。この干渉層が、半導体基板
１２と接触しているのが示されている。これは、電気的
接触の容易さと、装置の集積化をより良くするためだけ
である。このような構造体にするのは光学的な理由によ
るものではなく、および設計された処理工程でこのよう
にされたとも考えられるべきではない。
【００１９】このＰ−Ｉ−Ｎ構造体は、下記のようにし
て、自由キャリア濃度を制御する。この構造体が逆方向
にバイアスされる時、干渉層の中の真性領域ではキャリ
アが欠乏する。この構造体が順方向にバイアスされる
時、キャリアはこの領域の中に持続的に注入され、そし
てこれらの注入されたキャリアが再結合し、それによ
り、電流が流れることができる。
て、自由キャリア濃度を制御する。この構造体が逆方向
にバイアスされる時、干渉層の中の真性領域ではキャリ
アが欠乏する。この構造体が順方向にバイアスされる
時、キャリアはこの領域の中に持続的に注入され、そし
てこれらの注入されたキャリアが再結合し、それによ
り、電流が流れることができる。
【００２０】図４は、本発明の１つの実施例の製造工程
を示す。第１段階４０では、シリコン基板または他の半
導体材料の基板が用意される。この基板は、シリコンや
ヒ化ガリウム、または他の半導体材料であることがで
き、そして電子制御回路を備えることもできるしまたは
備えないこともできる。次の段階４２は、下側クラッデ
ィング層を作成する段階である。この下側クラッディン
グ層は、通常、二酸化シリコンまたは窒化シリコンで作
成される。この層を作成する方法は沢山あるが、シリコ
ンの場合、１つの方法は熱酸化を用いる方法である。
を示す。第１段階４０では、シリコン基板または他の半
導体材料の基板が用意される。この基板は、シリコンや
ヒ化ガリウム、または他の半導体材料であることがで
き、そして電子制御回路を備えることもできるしまたは
備えないこともできる。次の段階４２は、下側クラッデ
ィング層を作成する段階である。この下側クラッディン
グ層は、通常、二酸化シリコンまたは窒化シリコンで作
成される。この層を作成する方法は沢山あるが、シリコ
ンの場合、１つの方法は熱酸化を用いる方法である。
【００２１】もし基板がヒ化ガリウムであるならば、ク
ラッディング層およびコア層は、ヒ化アルミニュム・ガ
リウム（Ａｌx Ｇａ1-x Ａｓ）であることができる。干
渉層はヒ化ガリウム、またはアルミニュム濃度の小さい
ヒ化アルミニュム・ガリウムであることができる。これ
は次の段階４４に対する１つの選択である。この段階４
４では、干渉層が作成される。再び、この層を作成する
のに用いられる方法はエピタクシャル法を含めて沢山あ
るが、Ｓｉ−ＳｉＯ2 装置に対する好ましい実施例は、
通常、化学蒸気沈着法を用いることである。段階４８で
は、複数個の回折格子が、またはただ１個の長い回折格
子が用いられる場合には１個の回折格子が、この干渉層
の上に作成される。この段階は多くの方法で実行するこ
とができる。その中の１つの方法が、下記で説明され
る。干渉層がフォトレジストで被覆され、そしてこのフ
ォトレジストが適切に除去され、それにより、回折格子
パターンが作成される。その後、干渉層がエッチングさ
れて、回折格子が作成される。電子ビーム・パターン作
成法を用いるまた別の方法もある。
ラッディング層およびコア層は、ヒ化アルミニュム・ガ
リウム（Ａｌx Ｇａ1-x Ａｓ）であることができる。干
渉層はヒ化ガリウム、またはアルミニュム濃度の小さい
ヒ化アルミニュム・ガリウムであることができる。これ
は次の段階４４に対する１つの選択である。この段階４
４では、干渉層が作成される。再び、この層を作成する
のに用いられる方法はエピタクシャル法を含めて沢山あ
るが、Ｓｉ−ＳｉＯ2 装置に対する好ましい実施例は、
通常、化学蒸気沈着法を用いることである。段階４８で
は、複数個の回折格子が、またはただ１個の長い回折格
子が用いられる場合には１個の回折格子が、この干渉層
の上に作成される。この段階は多くの方法で実行するこ
とができる。その中の１つの方法が、下記で説明され
る。干渉層がフォトレジストで被覆され、そしてこのフ
ォトレジストが適切に除去され、それにより、回折格子
パターンが作成される。その後、干渉層がエッチングさ
れて、回折格子が作成される。電子ビーム・パターン作
成法を用いるまた別の方法もある。
【００２２】段階４６は、用いられる制御素子に依存し
て、処理工程中に種々の時点で出てくることができる。
この場合には、制御素子は、干渉層の中に作成される横
方向Ｐ−Ｉ−Ｎダイオードである。この干渉層は、Ｐ形
不純物添加領域およびＮ形不純物添加領域を作成するた
めに、不純物添加されなければならない。
て、処理工程中に種々の時点で出てくることができる。
この場合には、制御素子は、干渉層の中に作成される横
方向Ｐ−Ｉ−Ｎダイオードである。この干渉層は、Ｐ形
不純物添加領域およびＮ形不純物添加領域を作成するた
めに、不純物添加されなければならない。
【００２３】制御素子が構造体の他のいずれかの位置に
作成される実施例がもし用いられるならば、明らかに、
制御素子段階４６は処理工程の他の位置段階で行われる
であろう。コア層は、段階５０において、多くの可能性
から選定された化学蒸気沈着法を用いて作成されるのが
最適であろう。
作成される実施例がもし用いられるならば、明らかに、
制御素子段階４６は処理工程の他の位置段階で行われる
であろう。コア層は、段階５０において、多くの可能性
から選定された化学蒸気沈着法を用いて作成されるのが
最適であろう。
【００２４】もし閉じ込め構造体の使用が有益であると
判定されるならば、この構造体は段階５２で作成するこ
とができる。可能な１つの処理工程は下記の通りであ
る。先ず、コア層がフォトレジストで被覆される。その
後、このフォトレジストに露光が行われ、閉じ込め構造
体を定めるパターンが作成される。次に、このコア層に
対し、湿式エッチングまたは乾式エッチングのいずれか
を用いて、エッチングが行われる。その中で装置が動作
する環境により、実際には、この段階は必ずしも必要で
はない。前記の説明では、上側クラッディング層は空気
であると仮定された。しかし、もし特別の必要が生ずる
ならば、コア層の上に上側クラッディング層を配置する
ことができる。
判定されるならば、この構造体は段階５２で作成するこ
とができる。可能な１つの処理工程は下記の通りであ
る。先ず、コア層がフォトレジストで被覆される。その
後、このフォトレジストに露光が行われ、閉じ込め構造
体を定めるパターンが作成される。次に、このコア層に
対し、湿式エッチングまたは乾式エッチングのいずれか
を用いて、エッチングが行われる。その中で装置が動作
する環境により、実際には、この段階は必ずしも必要で
はない。前記の説明では、上側クラッディング層は空気
であると仮定された。しかし、もし特別の必要が生ずる
ならば、コア層の上に上側クラッディング層を配置する
ことができる。
【００２５】本発明は、従来のＡＲＲＯＷ導波器の受動
素子を、変調の活性素子にしている。このことにより、
本発明の装置は、前記で説明したＡＲＲＯＷ導波器のす
べての利点を有し、かつさらに、変調の利点を有する。
このようにして得られた装置は、さらに効率よく光ファ
イバに結合するように、厚いコア層と共に薄いクラッデ
ィング層を有する。長距離伝送に対し、この誘電体コア
は小さな損失を有する。さらに、このような装置の製造
の処理工程は、標準的集積回路の処理工程と両立可能で
ある。このことにより、下にある回路と共に集積が可能
であり、および下にある回路によって制御可能である、
というさらに別の利点が得られる。
素子を、変調の活性素子にしている。このことにより、
本発明の装置は、前記で説明したＡＲＲＯＷ導波器のす
べての利点を有し、かつさらに、変調の利点を有する。
このようにして得られた装置は、さらに効率よく光ファ
イバに結合するように、厚いコア層と共に薄いクラッデ
ィング層を有する。長距離伝送に対し、この誘電体コア
は小さな損失を有する。さらに、このような装置の製造
の処理工程は、標準的集積回路の処理工程と両立可能で
ある。このことにより、下にある回路と共に集積が可能
であり、および下にある回路によって制御可能である、
というさらに別の利点が得られる。
【００２６】集積化された光導波器変調器に対し特定の
実施例が説明されたが、これは本発明がこの実施例に限
定されることを意味するものではない。
実施例が説明されたが、これは本発明がこの実施例に限
定されることを意味するものではない。
【００２７】以上の説明に関し更に以下の項を開示す
る。 （１）（イ） 基板と、（ロ） 前記基板の上に配置さ
れた下側クラッディング層と、（ハ） 前記下側クラッ
ディング層の上に配置された干渉層と、（ニ） 前記干
渉層の上に配置されたコア層と、（ホ） 前記コア層と
前記干渉層との間で光を結合させるように動作する回折
格子と、（ヘ） 前記干渉層の自由キャリア濃度を制御
し、かつ、それにより前記層の中の光の変調の制御を行
う、素子と、を有する光変調器。
る。 （１）（イ） 基板と、（ロ） 前記基板の上に配置さ
れた下側クラッディング層と、（ハ） 前記下側クラッ
ディング層の上に配置された干渉層と、（ニ） 前記干
渉層の上に配置されたコア層と、（ホ） 前記コア層と
前記干渉層との間で光を結合させるように動作する回折
格子と、（ヘ） 前記干渉層の自由キャリア濃度を制御
し、かつ、それにより前記層の中の光の変調の制御を行
う、素子と、を有する光変調器。
【００２８】（２） 第１項に記載された変調器におい
て、前記基板がシリコンである、前記変調器。
て、前記基板がシリコンである、前記変調器。
【００２９】（３） 第１項に記載された変調器におい
て、前記基板がヒ化ガリウムである、前記変調器。
て、前記基板がヒ化ガリウムである、前記変調器。
【００３０】（４） 第１項に記載された変調器におい
て、前記下側クラッディング層が二酸化シリコンであ
る、前記変調器。
て、前記下側クラッディング層が二酸化シリコンであ
る、前記変調器。
【００３１】（５） 第１項に記載された変調器におい
て、前記下側クラッディング層がヒ化アルミニュム・ガ
リウムである、前記変調器。
て、前記下側クラッディング層がヒ化アルミニュム・ガ
リウムである、前記変調器。
【００３２】（６） 第１項に記載された変調器におい
て、前記干渉層がシリコンである、前記変調器。
て、前記干渉層がシリコンである、前記変調器。
【００３３】（７） 第１項に記載された変調器におい
て、前記干渉層がヒ化ガリウムである、前記変調器。
て、前記干渉層がヒ化ガリウムである、前記変調器。
【００３４】（８） 第１項に記載された変調器におい
て、前記コア層が二酸化シリコンである、前記変調器。
て、前記コア層が二酸化シリコンである、前記変調器。
【００３５】（９） 第１項に記載された変調器におい
て、前記コア層がヒ化アルミニュム・ガリウムである、
前記変調器。
て、前記コア層がヒ化アルミニュム・ガリウムである、
前記変調器。
【００３６】（１０） 第１項に記載された変調器にお
いて、前記素子がトランジスタである、前記変調器。
いて、前記素子がトランジスタである、前記変調器。
【００３７】（１１） 第１項に記載された変調器にお
いて、前記素子がＰ−Ｉ−Ｎダイオードである、前記変
調器。
いて、前記素子がＰ−Ｉ−Ｎダイオードである、前記変
調器。
【００３８】（１２）（イ） 半導体基板を備える段階
と、（ロ） 前記基板の上に下側クラッディング層を作
成する段階と、（ハ） 前記下側クラッディング層の上
に干渉層を沈着する段階と、（ニ） 前記干渉層の上に
コア層を沈着する段階と、（ホ） 前記コア層と前記干
渉層との間で光が結合するように動作することが可能な
回折格子を変調器の中に配置する段階と、（へ） 前記
干渉層の中の自由キャリア効果を制御するために前記変
調器の中に電子素子を作成する段階と、を有する光変調
器の作成法。
と、（ロ） 前記基板の上に下側クラッディング層を作
成する段階と、（ハ） 前記下側クラッディング層の上
に干渉層を沈着する段階と、（ニ） 前記干渉層の上に
コア層を沈着する段階と、（ホ） 前記コア層と前記干
渉層との間で光が結合するように動作することが可能な
回折格子を変調器の中に配置する段階と、（へ） 前記
干渉層の中の自由キャリア効果を制御するために前記変
調器の中に電子素子を作成する段階と、を有する光変調
器の作成法。
【００３９】（１３） 第１２項に記載された作成法に
おいて、前記下側クラッディング層層を作成する前記段
階が熱酸化段階を有する、前記作成法。
おいて、前記下側クラッディング層層を作成する前記段
階が熱酸化段階を有する、前記作成法。
【００４０】（１４） 第１２項に記載された作成法に
おいて、前記干渉層を沈着する前記段階が化学蒸気沈着
段階を有する、前記作成法。
おいて、前記干渉層を沈着する前記段階が化学蒸気沈着
段階を有する、前記作成法。
【００４１】（１５） 第１２項に記載された作成法に
おいて、前記回折格子を配置する前記段階が前記干渉層
をパターンに作成しかつエッチングする段階を有する、
前記作成法。
おいて、前記回折格子を配置する前記段階が前記干渉層
をパターンに作成しかつエッチングする段階を有する、
前記作成法。
【００４２】（１６） 第１２項に記載された作成法に
おいて、前記コア層を沈着する前記段階が化学蒸気沈着
段階を有する、前記作成法。
おいて、前記コア層を沈着する前記段階が化学蒸気沈着
段階を有する、前記作成法。
【００４３】（１７） 第１２項に記載された作成法に
おいて、前記電子素子を作成する前記段階が前記干渉層
に不純物を添加する段階を有する、前記作成法。
おいて、前記電子素子を作成する前記段階が前記干渉層
に不純物を添加する段階を有する、前記作成法。
【００４４】（１８） 第１７項に記載された作成法に
おいて、前記電子素子を作成する前記段階が前記基板に
不純物を添加する段階をさらに有する、前記作成法。
おいて、前記電子素子を作成する前記段階が前記基板に
不純物を添加する段階をさらに有する、前記作成法。
【００４５】（１９） 第１７項に記載された作成法に
おいて、前記電子素子を作成する前記段階が電極を沈着
する段階をさらに有する、前記作成法。
おいて、前記電子素子を作成する前記段階が電極を沈着
する段階をさらに有する、前記作成法。
【００４６】（２０）（イ） 基板と、（ロ） 前記基
板の上に配置された下側クラッディング層と、（ハ）
前記下側クラッディング層の上に配置された干渉層と、
（ニ） 前記干渉層の上に配置されたコア層と、（ホ）
前記コア層と前記干渉層との間で光を結合させるため
の装置と、（ヘ） 前記干渉層の自由キャリア濃度を制
御し、かつ、それにより前記層の中の光の変調の制御を
行う、装置と、を有する光変調器。
板の上に配置された下側クラッディング層と、（ハ）
前記下側クラッディング層の上に配置された干渉層と、
（ニ） 前記干渉層の上に配置されたコア層と、（ホ）
前記コア層と前記干渉層との間で光を結合させるため
の装置と、（ヘ） 前記干渉層の自由キャリア濃度を制
御し、かつ、それにより前記層の中の光の変調の制御を
行う、装置と、を有する光変調器。
【００４７】（２１） 光変調器が開示される。前記変
調器（１０）はＡＲＲＯＷ導波器に基づいており、基板
（１２）と、下側クラッディング層（１６）と、干渉層
（１８）と、コア層（２０）とを有する。電子素子（１
４）がこの構造体の中に作成される。前記電子素子（１
４）は、干渉層（１８）の中の自由キャリア濃度の制御
を行う。光は、回折格子（２２，２４）により、前記素
子（１４）によって自由キャリア濃度が制御されている
干渉層（１８）の中に結合され、それにより、光がコア
層（２０）に戻して結合される前に、干渉層（１８）の
中の光の変調の制御を行う。
調器（１０）はＡＲＲＯＷ導波器に基づいており、基板
（１２）と、下側クラッディング層（１６）と、干渉層
（１８）と、コア層（２０）とを有する。電子素子（１
４）がこの構造体の中に作成される。前記電子素子（１
４）は、干渉層（１８）の中の自由キャリア濃度の制御
を行う。光は、回折格子（２２，２４）により、前記素
子（１４）によって自由キャリア濃度が制御されている
干渉層（１８）の中に結合され、それにより、光がコア
層（２０）に戻して結合される前に、干渉層（１８）の
中の光の変調の制御を行う。
【図１】自由キャリア効果を用いて光を変調することが
できるＡＲＲＯＷ導波器の図であって、Ａは側面図、Ｂ
は端面図。
できるＡＲＲＯＷ導波器の図であって、Ａは側面図、Ｂ
は端面図。
【図２】半導体干渉層の中の自由キャリア濃度を制御す
るためのトランジスタを備えたＡＲＲＯＷ変調器の図で
あって、Ａはこの変調器の中を通る光の経路を示す側面
図、Ｂはこの変調器の平面図、Ｃは変調器の端面図。
るためのトランジスタを備えたＡＲＲＯＷ変調器の図で
あって、Ａはこの変調器の中を通る光の経路を示す側面
図、Ｂはこの変調器の平面図、Ｃは変調器の端面図。
【図３】自由キャリア効果を用いて光を変調することが
できるＡＲＲＯＷ導波器のまた別の実施例の図であっ
て、Ａは側面図、Ｂは端面図。
できるＡＲＲＯＷ導波器のまた別の実施例の図であっ
て、Ａは側面図、Ｂは端面図。
【図４】自由キャリア効果を用いて光を変調することが
できるＡＲＲＯＷ導波器を作成するのに用いられる製造
処理工程図。
できるＡＲＲＯＷ導波器を作成するのに用いられる製造
処理工程図。
１２ 基板 １６ 下側クラッディング層 １８ 干渉層 ２０ コア層 ２２，２４ 回折格子 １４ 電子制御素子
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成５年１２月２９日
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図４
【補正方法】変更
【補正内容】
【図４】
Claims (2)
- 【請求項１】 （イ） 基板と、（ロ） 前記基板の上
に配置された下側クラッディング層と、（ハ） 前記下
側クラッディング層の上に配置された干渉層と、（ニ）
前記干渉層の上に配置されたコア層と、（ホ） 前記
コア層と前記干渉層との間で光を結合させるように動作
する回折格子と、（ヘ） 前記干渉層の自由キャリア濃
度を制御し、かつ、それにより前記層の中の光の変調の
制御を行う、素子と、を有する光変調器。 - 【請求項２】 （イ） 半導体基板を備える段階と、
（ロ） 前記基板の上に下側クラッディング層を作成す
る段階と、（ハ） 前記下側クラッディング層の上に干
渉層を沈着する段階と、（ニ） 前記干渉層の上にコア
層を沈着する段階と、（ホ） 前記コア層と前記干渉層
との間で光が結合するように動作することが可能な回折
格子を変調器の中に配置する段階と、（へ） 前記干渉
層の中の自由キャリア効果を制御するために前記変調器
の中に電子素子を作成する段階と、を有する光変調器の
作成法。
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