JP2011033963A - 導波路型光ゲートスイッチ及び多段導波路型光ゲートスイッチ - Google Patents

Abstract

【課題】 導波路型光ゲートスイッチ及び多段導波路型光ゲートスイッチに関し、作製上の誤差の影響を受けない、超小型の導波路型光ゲートスイッチを実現する。
【解決手段】 光導波路の一部分の複素屈折率を変化させることによって光の透過量を変化させる導波路型光ゲートスイッチであって、光導波路は、光軸方向において互いに対向する一対のコア層と、一対のコア層の間に配置された相変化材料部と、一対のコア層及び相変化材料部を覆うクラッド層とを有するとともに、相変化材料部に、相変化材料部の相を変化させる相変化手段を設ける。
【選択図】 図１

Description

本発明は導波路型光ゲートスイッチ及び多段導波路型光ゲートスイッチに関するものであり、例えば、光導波路を伝播する光信号の透過量を製造誤差の影響を受けることなく超小型且つ超高速で制御するための構成に関するものである。

近年、光通信シムテムの進展に伴って光通信ネットワークが大容量化され、それに対応して様々な機能を有する光デバイスが開発されている。特に、光導波路を伝播する光信号の透過量を制御する光スイッチはキーデバイスとなる。

例えば、ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ系の方向性結合化型光スイッチにおいては、導波路部に電流を注入して、注入したキャリアのプラズマ効果によってコア層の屈折率を変化させる。それによって方向性結合部の結合長が変化して出力ポートが切り替わる。

しかし、このようなＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ系の方向性結合化型光スイッチにおいては、出力を切り替えるためには方向性結合部の長さを１００μｍ以上にする必要があるため、小型化が困難であるという問題がある。また、切り替えるためのスイッチ速度があまり速くないという問題もある。

そこで、このような光スイッチにおいて、小型化或いはスイッチ速度の高速化の観点から相変化材料を用いて光信号のＯＮ−ＯＦＦを行う相変化光スイッチが注目を集めている（例えば、特許文献１参照）。

また、本発明者も相変化材料を用いた光スイッチを幾つか提案している（例えば、特許文献２または特許文献３参照）。例えば、相変化材料を用いた方向性結合器型光スイッチは、方向性結合部において互いに平行して延在する一対のコア層の間に相変化材料部を設けている。

この構成では、相変化材料部に電流パルスを印加することによって、結晶状態とアモルファス状態との間の相変化を行う。その結果、相変化材料の動作波長における複素屈折率（主に、実数部）が変化し、一対の導波路の光結合量が変化して出力ポートが切り替わるので光スイッチとして動作する。なお、片方の入出力導波路に着目すれば光ゲートスイッチである。

このように、方向性結合部に相変化材料部を設けることによって、方向性結合部の結合長を数μｍ程度にすることができ、したがって、ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ系の方向性結合器型光スイッチに比べて大幅な小型化が可能になる。

特開２００４−１１７４４８号公報 特開２００６−１８４３４５号公報 特開２００９−１２８７１８号公報

しかし、上述の相変化材料を用いた光スイッチの場合、相変化材料部の位置が僅かにずれたり、相変化材料の組成が僅かに設計値からずれたりするだけで導波路間の結合状態が変化することになる。したがって、作製上の誤差によって光スイッチの消光特性が劣化するという問題がある。

また、相変化材料を用いた方向性結合器型光スイッチを光ゲートスイッチとして見た場合、依然としてサイズが大きいという問題がある。

したがって、本発明は、作製上の誤差の影響を受けない、超小型の導波路型光ゲートスイッチを実現することを目的とする。

上記の課題を解決するために、
（１）本発明は、光導波路の一部分の複素屈折率を変化させることによって光の透過量を変化させる導波路型光ゲートスイッチであって、前記光導波路は、光軸方向において互いに対向する一対のコア層と、前記一対のコア層の間に配置された相変化材料部と、前記一対のコア層及び前記相変化材料部を覆うクラッド層とを有するとともに、前記相変化材料部は、前記相変化材料部の相を変化させる相変化手段を有することを特徴とする。

このように、相変化材料部を一対のコア層の間に配置することによって、相変化材料部の複素屈折率の変化を主として虚数部の変化として利用することができる。虚数部の変化は光吸収率の変化となるので、超小型のサイズで光の透過量を制御することが可能になる。

（２）また、本発明は、上記（１）において、 前記相変化手段として、前記相変化材料部にパルス電流を流す電流印加手段、または、前記相変化材料部に直接或いは絶縁膜を介して積層された発熱部材の少なくとも一方を備えることを特徴とする。

相変化手段としては、相変化材料部にパルス電流を流す電流印加手段、または、相変化材料部に直接或いは絶縁膜を介して積層された発熱部材のいずれを用いても良いし、或いは、両方を用いても良い。

いずれの構成を用いても、急激な温度の上昇による溶融と急冷により光吸収係数の小さなアモルファス状態となり、溶融しない程度の相対的にゆっくりとした温度上昇と徐冷によって光吸収係数の大きな結晶状態となる。

（３）また、本発明は、上記（２）において、前記相変化材料部を投影的に覆う熱拡散膜を有することを特徴とする。

相変化、即ち、アモルファス状態−結晶状態間の変化は熱的な作用によるものであるので、相変化材料部を投影的に覆う熱拡散膜を設けることによって、加熱の影響を急速に除去することができる。

（４）また、本発明は、上記（１）乃至（３）のいずれかにおいて、一対のコア層は、前記相変化材料部との対向部において、前記相変化材料部に近づくにしたがってコア層の幅が拡がるテーパ部を有することを特徴とする。

このように、相変化材料部の近傍において光導波路をテーパ導波路とすることによって、相変化材料部における光の放射損失を低減することができる。

（５）また、本発明は、上記（１）乃至（４）のいずれかにおいて、前記相変化材料部は、アモルファスシリコン、アモルファスゲルマニウム、アモルファスガリウムアンチモン、アモルファスガリウム砒素、テトラヘドラル系材料、Ｇｅ−Ｓｂ−Ｔｅ系カルコゲナイド系材料、Ｓｂ−Ｔｅ系カルコゲナイト材料、砒素ガラス系カルコゲナイド材料、ＮｉＯ、ＨｆＯ_２、ＺｒＯ_２、或いは、ＺｎＯのいずれかからなることを特徴とする。

相変化材料部を構成する相変化材料としては、相変化光ディスク等で実績があり、相変化にともなう複素屈折率の変化が大きい、上述の材料が好適である。

（６）また、本発明は、上記（１）乃至（５）のいずれかにおいて、前記コア層は、シリコン、窒化シリコン、窒化酸化シリコン、シリコンゲルマニウム、インジウムリン、ガリウム砒素、インジウムガリウム砒素リン、インジウムアルミニウム砒素、インジウムガリウム砒素、窒化ガリウム、或いは、砒素化窒化ガリウムのいずれかからなることを特徴とする。

コア層を構成する材料としては、半導体レーザを含む半導体光集積回路装置或いは誘電体光導波路で実績のある上述の材料が好適であり、使用する波長に応じて吸収損失の少ない材料を選択すれば良い。

（７）また、本発明は、多段導波路型光ゲートスイッチにおいて、上記（１）乃至（６）のいずれかの導波路型光ゲートスイッチを光導波路の光軸に沿って多段に接続することを特徴とする。

このように、単体の導波路型光ゲートスイッチを光導波路の光軸に沿って多段に接続することによって消光比を格別に増大することが可能になり、信頼性の高い光ゲートスイッチとすることができる。

開示の導波路型光ゲートスイッチ或いは多段導波路型光ゲートスイッチによれば、製造上の誤差の影響を受けることなく、数μｍサイズの超小型で、且つ、数１０ナノ秒の超高速で光導波路を導波する光信号のＯＮ−ＯＦＦの制御が可能になる。

本発明の実施の形態の導波路型光ゲートスイッチの概念的構成図である。 消光比の相変化材料部長さｄ依存性の説明図である。 本発明の実施例１の導波路型光ゲートスイッチの概略的平面図である。 本発明の実施例１の導波路型光ゲートスイッチの概略的断面図である。 本発明の実施例１の導波路型光ゲートスイッチの途中までの製造工程の説明図である。 本発明の実施例１の導波路型光ゲートスイッチの図５以降の途中までの製造工程の説明図である。 本発明の実施例１の導波路型光ゲートスイッチの図６以降の途中までの製造工程の説明図である。 本発明の実施例１の導波路型光ゲートスイッチの図７以降の途中までの製造工程の説明図である。 本発明の実施例１の導波路型光ゲートスイッチの図８以降の製造工程の説明図である。 本発明の実施例２の導波路型光ゲートスイッチの概略的平面図である。 本発明の実施例２の導波路型光ゲートスイッチの概略的断面図である。 本発明の実施例３の導波路型光ゲートスイッチの概略的平面図である。 本発明の実施例３の導波路型光ゲートスイッチの概略的断面図である。 本発明の実施例４の導波路型光ゲートスイッチの概略的平面図である。 本発明の実施例５の導波路型光ゲートスイッチの概略的平面図である。

ここで、図１及び図２を参照して、本発明の実施の形態を説明する。図１は本発明の実施の形態の導波路型光ゲートスイッチの概念的構成図であり、図１（ａ）は概略的平面図であり、また、図１（ｂ）は図１（ａ）におけるＡ−Ａ′を結ぶ一点鎖線に沿った断面図である。

図１に示すように基板１上に設けた下部クラッド層２と上部クラッド層４との間にストライプ状のコア層３を設けて光導波路を構成するとともに、コア層３の一部を相変化材料部５に置き換えて光ゲート部を構成する。この相変化材料部５には、相変化手段６が設けられている。

この相変化手段６により相変化材料部５の複素屈折率を変化させることによって、相変化材料部５の相を変化させる。この時、複素屈折率の主に実数部の変化による屈折率変化ではなく、複素屈折率の主に虚数部の変化による光吸収係数の変化によりコア層３を伝播する光信号の消光比を高速に制御する。

この場合の光導波路を構成するコア層３としては、Ｓｉ、ＳｉＮ、ＳｉＯＮ、ＳｉＧｅ、ＩｎＰ、ＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓＰ、ＩｎＡｌＡｓ、ＩｎＧａＡｓ、ＧａＮ、ＧａＮＡｓ等の半導体レーザを含む半導体光集積回路装置や誘電体導波路で実績のある材料を用いることが望ましい。材料の選択に際して、光信号の波長帯における吸収率の低い材料を選択する必要があり、例えば、１．３μｍ〜１．５５μｍ帯においてはＳｉ或いはＩｎＧａＡｓＰが望ましい。

また、光導波路を構成する基板構造としては、コア層３を単結晶で構成するために、基板貼り合わせ技術或いはラテラルシーディング法によって形成したＳＯＩ（Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板を用いることが望ましい。

また、相変化材料部５は、α−Ｓｉ、α−Ｇｅ、α−ＧａＳｂ、α−ＧａＡｓ、α−Ｓｅ等のテトラヘドラル系材料、Ｇｅ−Ｓｂ−Ｔｅ系カルコゲナイド系材料、Ｓｂ−Ｔｅ系カルコゲナイト材料、ＡｓＳｅ_３或いはＡｓＳ_３等のカルコゲナイド材料、ＮｉＯ、ＨｆＯ_２、ＺｒＯ_２、或いは、ＺｎＯ等の遷移金属酸化物材料等の相変化型光ディスク等で実績のある材料が望ましい。特に、相変化に伴う光吸収率の変化の大きなＧｅ_２−Ｓｂ_２−Ｔｅ_５或いはＧｅ_６−Ｓｂ_２−Ｔｅ_９等のＧｅ−Ｓｂ−Ｔｅ系カルコゲナイド系材料が望ましい。

この場合の材料の選択に際しては、アモルファス状態において光信号の波長帯における吸収率の低い材料を選択する必要があり、また、コア層の屈折率にマッチングした屈折率を有する材料が望ましい。

相変化手段６としては、相変化材料部５にパルス電流を流す電流印加手段或いは相変化材料部５に直接或いは絶縁膜を介して積層された発熱部材を用いれば良く、両者を併用しても良い。いずれにして、相変化手段６からの電流による熱作用或いは発熱材料による加熱による相変化を利用する。なお、電流を流す場合の電極材料としては、Ａｕ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｗ，Ｍｏ、ＴａやＴｉＮを用いれば良く、特に、高融点材料であるＷ，Ｍｏ、ＴａやＴｉＮが望ましい。

いずれの構成を用いても、急激な温度の上昇による溶融と急冷により光吸収係数の小さなアモルファス状態となり、溶融しない程度の相対的にゆっくりとした温度上昇と徐冷によって光吸収係数の大きな結晶状態となる。

また、このような熱反応による相変化の切替えを急速に行うためには、相変化材料部５における温度を急速に排出する必要があるので、相変化材料部５を投影的に覆うように放熱体を設けることが望ましい。放熱体としてはＡｕやＡｌを用いれば良いがヒートシンク等で実績があり且つ安価なＡｌを用いることが望ましい。

また、コア層３は相変化材料部５の近傍においてテーパ導波路状にしても良く、相変化材料部５が透過状態における放射損失を低減することが可能である。

なお、クラッド層、特に、埋込層も兼ねる上部クラッド層の材料としては、相変化材料部５を構成する材料の拡散（マイグレーション）を防止する材料が望ましい。例えば、Ｇｅ−Ｓｂ−Ｔｅ系材料の場合には、ＳｉＯ_２にＺｎＳを添加したＳｉＯ_２−ＺｎＳがある。また、光ゲートスイッチの消光を確実にするためには、光ゲートスイッチを光導波路の光軸に沿って多段に接続して多段導波路構造にすれば良い。

図２は、消光比の相変化材料部長さｄ依存性の説明図であり、ここでは、Ｇｅ_２−Ｓｂ_２−Ｔｅ_５を相変化材料として用い、幅１．００μｍ、高さ０．３３μｍの断面を有する相変化材料部５とし、波長が１．５５μｍの光信号を透過させる場合の透過率と消光比をシミュレーションした結果を示したものである。なお、Ｇｅ_２−Ｓｂ_２−Ｔｅ_５の結晶状態における複素屈折率は５．１＋０．５ｉであり、アモルファス状態における複素屈折率は３．６＋０．０１ｉである。

図に示すように、透過率〔ｄＢ〕は相変化材料部長さｄの増加に伴って低下する。一方、消光比〔ｄＢ〕は、ｄ＝１．０μｍまでは相変化材料部長さｄの増加に伴って低下し、１．０μｍを超えると飽和状態になる。但し、飽和状態になる理由は不明であるがシミュレーションの設定条件によるものと考えられる。いずれにしても、ｄ＝１．０μｍ以上にすることで、消光比を−３０ｄＢ以下にすることができることが分かる。

以上を前提として、次に、図３乃至図９を参照して本発明の実施例１の導波路型光ゲートスイッチを説明する。図３は、本発明の実施例１の導波路型光ゲートスイッチの概略的断面図であり、図４（ａ）は図３におけるＡ−Ａ′を結ぶ一点鎖線に沿った概略的平面図であり、また、図４（ｂ）は図３におけるＢ−Ｂ′を結ぶ一点鎖線に沿った概略的断面図である。

図に示すように、多結晶シリコン基板１１上に厚さが、１５０〜２００ｎｍのＳｉＯ_２下部クラッド層１２と厚さが、１５０〜２００ｎｍのＳｉＯ_２上部クラッド層２３との間に単結晶シリコンコア層１４，１５を設け、単結晶シリコンコア層１４と単結晶シリコンコア層１４の間に、Ｇｅ_２−Ｓｂ_２−Ｔｅ_５からなる相変化材料部１８を設ける。

この場合の単結晶シリコンコア層１４，１５の断面は、幅が３５０〜４００ｎｍであり、高さが２２０ｎｍ程度である。また、相変化材料部１８のサイズは、厚さが２２０ｎｍ程度、幅が７００〜１０００ｎｍ、長さｄが１．０μｍ〜１．５μｍとする。また、単結晶シリコンコア層１４，１５と相変化材料部１８との間の間隔は５０ｎｍ程度とし、相変化材料部１８の構成元素が単結晶シリコンコア層１４，１５に直接マイグレーションすることを抑制する。

また、図４（ｂ）に示すように、相変化材料部１８には一対のＴｉＮ電極２１，２２が設けられ、このＴｉＮ電極２１，２２を覆うように相変化材料部１８と単結晶シリコンコア層１４，１５の間隙を埋める埋込層及び上部クラッド層を兼ねるＳｉＯ_２上部クラッド層２３が形成されている。また、このＳｉＯ_２上部クラッド層２３にはＴｉＮ電極２１，２２の一部を露出する電極引出部２４，２５が設けられ、ここからＴｉＮ電極２１，２２を介してパルス電流が相変化材料部１８に印加される。

また、ＳｉＯ_２上部クラッド層２３の上には、相変化材料部１８を覆うように厚さが、例えば、２００ｎｍ〜３００ｎｍ程度のＡｌ放熱体２８を設けており、相変化材料部１８における発熱がＡｌ放熱体２８により急速に放熱されることになる。

例えば、相変化材料部１８をアモルファス状態にして光透過状態にするためには、相変化材料部１８のサイズによるが、例えば、１０ナノ秒程度の短い数Ｖのパルス電圧を印加して電流を流し数ｍＷのエネルギーで相変化材料部１８を急速に温度上昇させて溶融したのち急冷してアモルファス状態にする。

一方、相変化材料部１８を単結晶状態にする場合には、アモルファス状態にする場合により振幅の小さな電圧を１００ナノ秒程度印加して、相変化材料部１８を溶融しない程度に比較的ゆっくり温度上昇させたのち徐冷すれば良い。

次に、図５乃至図９を参照して、本発明の実施例１の導波路型光ゲートスイッチの製造工程を説明する。なお、各図における上段の図は概略的平面図であり、下段の図は上段の図におけるＡ−Ａ′或いはＢ−Ｂ′を結ぶ一点鎖線に沿った概略的断面図である。

まず、図５（ａ）に示すように、単結晶シリコン基板１１上に、ＳｉＯ_２下部クラッド層１２となる厚さが、例えば、２００ｎｍのＳｉＯ_２膜及び厚さが、例えば、２２０ｎｍの単結晶シリコン層１３を順次積層したＳＯＩ基板を用意する。

次いで、図５（ｂ）に示すように、単結晶シリコン層１３を例えば、幅が４００ｎｍになるようにストライプ状にエッチングするとともに、相変化材料部を形成するための間隙を形成することによって、一対の単結晶シリコンコア層１４，１５を形成する。

次いで、図６に示すように、相変化材料部を形成するための間隙を開口部としたレジストパターン１６を形成したのち、スパッタ法で例えば、Ｇｅ_２−Ｓｂ_２−Ｔｅ_５組成のＧＳＴ膜１７を例えば２２０ｎｍの厚さに堆積する。次に、レジストパターン１６とともに、レジストパターン１６上のＧＳＴ膜１７をリフトオフで除去することによって相変化材料部１８が形成される。

次いで、図７に示すように、一端が相変化材料部１８に掛かる電極パターンを開口部とするレジストパターン１９を形成したのち、スパッタ法で厚さが、例えば、２００ｎｍのＴｉＮ膜２０を堆積する。次に、レジストパターン１９とともに、レジストパターン１９上のＴｉＮ膜２０をリフトオフで除去することによって一対のＴｉＮ電極２１，２２を形成する。

次いで、図８に示すように、全面にＳｉＯ_２膜を堆積させたのち、単結晶シリコンコア層１４，１５の上で厚さが例えば、２００ｎｍになるようにＣＭＰ（化学機械研磨）法で平坦化する。次いで、ＴｉＮ電極２１，２２に対する電極引出部２４，２５をエッチングにより形成する。

次いで、図９に示すように、相変化材料部１８を覆うように例えば５０μｍ×１００μｍの開口部を有するレジストパターン２６を形成し、スパッタ法により厚さが、例えば、３００ｎｍのＡｌ膜２７を堆積させる。

最後に、レジストパターン２６とともに、レジストパターン２６上のＡｌ膜２７をリフトオフで除去してＡｌ放熱体２８を形成することによって、図３及び図４に示した導波路型光ゲートスイッチの基本構造が完成する。

このように、本発明の実施例１においては、相変化材料部の複素屈折率における主に虚数部の変化による光吸収係数の変化を利用しているので、光ゲートスイッチのサイズを１μｍ乃至数μｍの超小型にすることができる。

また、ゲート型の光スイッチであるため、方向性結合型の光スイッチのように結合長は問題にならないので、製造誤差に対するトレランスが大きく、信頼性の高い光スイッチを構成することが可能になる。

また、相変化材料部はエネルギーを印加しないかぎり相は変化しないのでメモリ性を有していることになり、スイッチング時のみ電力を消費するので低電力化が可能になる。したがって、温度制御のためにペルチェ効果素子等を設けることが不要になる。

次に、図１０及び図１１を参照して本発明の実施例２の導波路型光ゲートスイッチを説明する。図１０は、本発明の実施例２の導波路型光ゲートスイッチの概略的平面図であり、図１１（ａ）は図１０におけるＡ−Ａ′を結ぶ一点鎖線に沿った概略的断面図であり、また、図１１（ｂ）は図１０におけるＢ−Ｂ′を結ぶ一点鎖線に沿った概略的断面図である。この本発明の実施例２においては、相変化材料部１８の相変化をアシストする発熱体を設けた以外の構成及び基本的製造工程は実施例１と同様であるので、構造を中心に説明する。

この実施例２の導波路型光ゲートスイッチにおいては、相変化材料部１８の直上に例えば、ＴｉＮ膜からなる発熱体３１をリフトオフ法で設けたものである。そのため、相変化材料部１８に電流を流す一対の電極としては高融点金属のＷを用いたＷ電極２９，３０をまず形成したのちに、リフトオフ法を用いて相変化材料部１８及び発熱体３１を順次形成する。なお、図においては、２度のリフトオフ工程で相変化材料部１８及び発熱体３１を形成しているが、一度の工程で相変化材料部１８及び発熱体３１を形成しても良く、その場合には、同じ平面形状となる。

この場合、発熱体３１には相変化材料部１８に流れる電流が並列的に流れることによって、抵抗値がＷ等に比べて高いＴｉＮからなる発熱体３１がジュール熱によって発熱して相変化材料部１８を均一に加熱して相変化をアシストする。

次に、図１２及び図１３を参照して本発明の実施例３の導波路型光ゲートスイッチを説明する。図１２は、本発明の実施例３の導波路型光ゲートスイッチの概略的平面図であり、図１３（ａ）は図１２におけるＡ−Ａ′を結ぶ一点鎖線に沿った概略的断面図であり、また、図１３（ｂ）は図１２におけるＢ−Ｂ′を結ぶ一点鎖線に沿った概略的断面図である。この本発明の実施例３においては、相変化手段として発熱体３１のみを用いた以外の構成及び基本的製造工程は実施例１と同様であるので、構造を中心に説明する。

この実施例３の導波路型光ゲートスイッチにおいては、相変化材料部１８の上に、埋込層及び絶縁層を兼ねるＳｉＯ_２からなる補助クラッド層３２を介して、リフトオフ法によりＴｉＮ膜からなる放熱体３１を形成し、放熱体３１に対する一対のＷ電極２９，３０を設けたものである。

この場合、発熱体３１にＷ電極２９，３０から電流を流すことによってジュール熱を発生させ、その熱によって、相変化材料部１８を均一に加熱して相変化を生起する。このＴｉＮ膜等のヒータ部材は相変化材料に比べて電気抵抗の変化が少ないので、スイッチング制御が容易になる。

次に、図１４を参照して本発明の実施例４の導波路型光ゲートスイッチを説明する。図１４は、本発明の実施例４の導波路型光ゲートスイッチの概略的平面図である。この本発明の実施例４においては、相変化材料部１８の近傍において単結晶シリコンコア層１４，１５をテーパ状にした以外の構成及び基本的製造工程は実施例１と同様であるので、平面図のみ示す。

この実施例４においては上述の図５（ｂ）に示した単結晶シリコンコア層１４，１５の形成工程において、相変化材料部１８と対向する側をテーパ導波路部３３，３４としたものである。この場合のテーパ導波路３３，３４のテーパ角は例えば１°乃至２°程度とし、相変化材料部１８と対向するテーパ導波路部３３，３４の端部の幅を単結晶シリコンコア層１４，１５のコア幅の２倍乃至３倍とする。したがって、テーパ導波路部３３，３４の長さはテーパ角等に依存するが１０μｍ程度となる。

このように、本発明の実施例４においては、相変化材料部１８の近傍をテーパ導波路部３３，３４としているので、相変化材料部１８が透過状態における光の放射損失を低減することができる。

次に、図１５を参照して本発明の実施例５の導波路型光ゲートスイッチを説明する。図１５は、本発明の実施例５の導波路型光ゲートスイッチの概略的平面図であり、上述の実施例１乃至実施例４に示した導波路型光ゲート４０〜４２をコア層４３の光軸方向に沿って多段に配置したものである。なお、各導波路型光ゲート４０〜４２を配置するピッチは例えば、１００μｍである。

この実施例５においては、導波路型光ゲート４０〜４２を多段にしているので、一つの導波路型光ゲート４０〜４２における消光比が不十分であっても、多段にすることによって消光比を向上することが可能になり、それによって、信頼性の高い導波路型光ゲートスイッチを実現することができる。

以上、本発明の各実施例を説明してきたが、本発明は、各実施例に示した条件・構成に限られるものではない。例えば、実施例４に示したテーパ導波路は実施例２或いは実施例３にも適用されるものである。

また、実施例２或いは実施例３のように、発熱体を設ける場合には相変化材料部との上下位置関係は逆でも良い。但し、相変化材料部の光軸と単結晶シリコンコア層１４，１５の光軸とが一致するようにＳｉＯ_２下部クラッド層に凹部形成する等の製造工程を工夫する必要がある。

また、上記の実施例４においてはテーパ導波路部と相変化材料部とを直接結合させているが、実施例１等に示したように両者の間に間隙を設けても良い。逆に、上記の実施例１乃至実施例３においても実施例４のように、単結晶シリコンコア層と相変化材料部とを直接結合させても良い。

１ 基板
２ 下部クラッド層
３ コア層
４ 上部クラッド層
５ 相変化材料部
６ 相変化手段
１１ シリコン基板
１２ ＳｉＯ_２下部クラッド層
１３ 単結晶シリコン層
１４，１５ 単結晶シリコンコア層
１６，１９，２６ レジストパターン
１７ ＧＳＴ膜
１８ 相変化材料部
２０ ＴｉＮ膜
２１，２２ ＴｉＮ電極
２３ ＳｉＯ_２上部クラッド層
２４，２５ 電極引出部
２７ Ａｌ膜
２８ Ａｌ放熱体
２９，３０ Ｗ電極
３１ 発熱体
３２ 補助クラッド層
４０〜４２ 導波路型光ゲート
４３ コア層
４４ 上部クラッド層

Claims (7)

1. 光導波路の一部分の複素屈折率を変化させることによって光の透過量を変化させる導波路型光ゲートスイッチであって、
   前記光導波路は、光軸方向において互いに対向する一対のコア層と、前記一対のコア層の間に配置された相変化材料部と、前記一対のコア層及び前記相変化材料部を覆うクラッド層とを有するとともに、
   前記相変化材料部は、前記相変化材料部の相を変化させる相変化手段を有する導波路型光ゲートスイッチ。
2. 前記相変化手段として、前記相変化材料部にパルス電流を流す電流印加手段、または、前記相変化材料部に直接或いは絶縁膜を介して積層された発熱部材の少なくとも一方を備えている請求項１に記載された導波路型光ゲートスイッチ。
3. 前記相変化材料部を投影的に覆う熱拡散膜を有する請求項２に記載された導波路型光ゲートスイッチ。
4. 前記一対のコア層は、前記相変化材料部との対向部において、前記相変化材料部に近づくにしたがってコア層の幅が拡がるテーパ部を有する請求項１乃至３のいずれか１項に記載の導波路型光ゲートスイッチ。
5. 前記相変化材料部は、アモルファスシリコン、アモルファスゲルマニウム、アモルファスガリウムアンチモン、アモルファスガリウム砒素、テトラヘドラル系材料、Ｇｅ−Ｓｂ−Ｔｅ系カルコゲナイド系材料、Ｓｂ−Ｔｅ系カルコゲナイト材料、砒素ガラス系カルコゲナイド材料、ＮｉＯ、ＨｆＯ_２、ＺｒＯ_２、或いは、ＺｎＯのいずれかからなる請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の導波路型光ゲートスイッチ。
6. 前記コア層は、シリコン、窒化シリコン、窒化酸化シリコン、シリコンゲルマニウム、インジウムリン、ガリウム砒素、インジウムガリウム砒素リン、インジウムアルミニウム砒素、インジウムガリウム砒素、窒化ガリウム、或いは、砒素化窒化ガリウムのいずれかからなる請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の導波路型光ゲートスイッチ。
7. 請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の導波路型光ゲートスイッチを光導波路の光軸に沿って多段に接続した多段導波路型光ゲートスイッチ。

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