JPH02244104A - ガラス光導波路 - Google Patents
ガラス光導波路Info
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- JPH02244104A JPH02244104A JP6378589A JP6378589A JPH02244104A JP H02244104 A JPH02244104 A JP H02244104A JP 6378589 A JP6378589 A JP 6378589A JP 6378589 A JP6378589 A JP 6378589A JP H02244104 A JPH02244104 A JP H02244104A
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
[a業上の利用分野]
本発明は、光スィッチや光リミッタなどの導波路型機能
性光部品を実現するためのガラス先導波路に関する。
性光部品を実現するためのガラス先導波路に関する。
[従来の技術]
非線形光導波路としては、化合物半導体を使用した光導
波路と、半導体微粒子を添加した市販の色ガラスフィル
ターを使用したものが報告されている。化合物半導体を
使用した非線形先導波路ではInGaAsP系半導体を
使用し、波長1.5μmにおいて動作する非線形カップ
ラや双安定素子(SEED)が実現しているが、欠陥が
少ない高品質な膜を作製することが難しく、未だ実用レ
ベルには達していない、一方、市販の色ガラスフィルタ
を使用したものでは、イオン交換法やスパッタ等の方法
により導波路を形成しているが、市販されている色ガラ
スフィルタでは使用可能波長範囲が0.5〜0.9μl
であり、光通信等への適用や半導体装置ザダイオード(
LD)との組み合わせに難点があった。加えて、光通信
等への応用を考えた場合、重要となる光ファイバへの接
続についても、半導体光導波路/光ファイバ、あるいは
イオン交換導波路/光フアイバ間の接続は相互の屈折率
の違いが大きいために困難である。
波路と、半導体微粒子を添加した市販の色ガラスフィル
ターを使用したものが報告されている。化合物半導体を
使用した非線形先導波路ではInGaAsP系半導体を
使用し、波長1.5μmにおいて動作する非線形カップ
ラや双安定素子(SEED)が実現しているが、欠陥が
少ない高品質な膜を作製することが難しく、未だ実用レ
ベルには達していない、一方、市販の色ガラスフィルタ
を使用したものでは、イオン交換法やスパッタ等の方法
により導波路を形成しているが、市販されている色ガラ
スフィルタでは使用可能波長範囲が0.5〜0.9μl
であり、光通信等への適用や半導体装置ザダイオード(
LD)との組み合わせに難点があった。加えて、光通信
等への応用を考えた場合、重要となる光ファイバへの接
続についても、半導体光導波路/光ファイバ、あるいは
イオン交換導波路/光フアイバ間の接続は相互の屈折率
の違いが大きいために困難である。
一方、石英系光ファイバとの整合性がよいパッシブな光
導波路の作製法としては火炎堆積法が報告されている。
導波路の作製法としては火炎堆積法が報告されている。
この方法でガラス薄膜を作製するには、まずターンテー
ブル上に基板を並べ、これを回転させると共に、ガラス
微粒子合成トーチに02ガス、H2ガスを供給し、トー
チ吹き出し部に酸水素炎を形成し、基板上に吹き付ける
。次に、トーチにガラス原料(SiCl2等)を送入す
ると、酸水素火炎中で加水分解反応が生じ、基板上にガ
ラス微粒子が堆積される。この際ターンテーブルを回転
させるなどにより、基板上に均一の厚さにガラス微粒子
が堆積できる。ガラス微粒子を堆積させた基板を、電気
炉等により高温に加熱することで透明なガラス薄膜が形
成できる。屈折率の異なるガラス薄膜を堆積した後に、
リアクティブ・イオンエツチング等により導波路を形成
する。この方法によれば、低損失かつ光ファイバとの整
合性に優れたパッシブな光回路を構成できるが、光非線
形の大きなガラスの使用等については、これまでに実現
された報告はなかった。
ブル上に基板を並べ、これを回転させると共に、ガラス
微粒子合成トーチに02ガス、H2ガスを供給し、トー
チ吹き出し部に酸水素炎を形成し、基板上に吹き付ける
。次に、トーチにガラス原料(SiCl2等)を送入す
ると、酸水素火炎中で加水分解反応が生じ、基板上にガ
ラス微粒子が堆積される。この際ターンテーブルを回転
させるなどにより、基板上に均一の厚さにガラス微粒子
が堆積できる。ガラス微粒子を堆積させた基板を、電気
炉等により高温に加熱することで透明なガラス薄膜が形
成できる。屈折率の異なるガラス薄膜を堆積した後に、
リアクティブ・イオンエツチング等により導波路を形成
する。この方法によれば、低損失かつ光ファイバとの整
合性に優れたパッシブな光回路を構成できるが、光非線
形の大きなガラスの使用等については、これまでに実現
された報告はなかった。
[発明が解決しようとする課題]
上述したように、大きな光非線形を有し、かつ石英系光
ファイバとの接続の容易な先導波路はこれまで実現され
ていない。
ファイバとの接続の容易な先導波路はこれまで実現され
ていない。
本発明は、光導波路として石英系光ファイバとの接続等
に有利な石英系導波路を基本にして、半導体の持つ高い
光非線形性と、石英系導波路の持つ構造設計の容易さ、
および光ファイバとの接続性の良さを併せ持つガラス先
導波路を提供することを目的とする。
に有利な石英系導波路を基本にして、半導体の持つ高い
光非線形性と、石英系導波路の持つ構造設計の容易さ、
および光ファイバとの接続性の良さを併せ持つガラス先
導波路を提供することを目的とする。
[課題を解決するための手段]
本発明はコアとなるガラスと、その周囲をかこむコアよ
り低屈折率のクラッドとなるガラスが基板上に堆積され
たガラス先導波路において、コアおよびクラッドの少な
くとも一方に、基板に平行な半導体薄膜が少なくとも一
層埋め込まれていることを特徴とする。
り低屈折率のクラッドとなるガラスが基板上に堆積され
たガラス先導波路において、コアおよびクラッドの少な
くとも一方に、基板に平行な半導体薄膜が少なくとも一
層埋め込まれていることを特徴とする。
[作 用コ
第1図に本発明による先導波路の構造を示す。
基板1上にバッファ層2、クラッド層5およびコア層3
の石英ガラス膜が堆積しである。コア層3、バッファ層
2およびクラッド層5のガラス組成としては、Sin、
を主成分にGeO2,p2o、、 Tie2゜B、O,
、F等を添加した石英系ガラス、あるいはGeO2を主
成分にSiO2,P2O,、Tie、、 B20.、
F等を添加したゲルマニウム系ガラス等広範囲のガラス
系が使用される。本発明の主要な点は、第1図中の半導
体薄膜層4である。この半導体薄膜層の膜厚としては、
使用する光波長において散乱損失が無視できることが必
要であり、その目的から膜厚の上限値としは0.1μm
以下であることが必要である。基板に平行な面内におい
てエツチング等により複数個の部分に分割した構造も可
能である。
の石英ガラス膜が堆積しである。コア層3、バッファ層
2およびクラッド層5のガラス組成としては、Sin、
を主成分にGeO2,p2o、、 Tie2゜B、O,
、F等を添加した石英系ガラス、あるいはGeO2を主
成分にSiO2,P2O,、Tie、、 B20.、
F等を添加したゲルマニウム系ガラス等広範囲のガラス
系が使用される。本発明の主要な点は、第1図中の半導
体薄膜層4である。この半導体薄膜層の膜厚としては、
使用する光波長において散乱損失が無視できることが必
要であり、その目的から膜厚の上限値としは0.1μm
以下であることが必要である。基板に平行な面内におい
てエツチング等により複数個の部分に分割した構造も可
能である。
この構造の特徴は、従来ガラス中に微粒子化して添加す
ることが難しかったGaAs等の化合物半導体を薄膜形
状で使用することにより、実効的に微粒子化して添加さ
れたガラスと同程度の非線形特性と、作製上の容易さと
を併せ持たせることができる。
ることが難しかったGaAs等の化合物半導体を薄膜形
状で使用することにより、実効的に微粒子化して添加さ
れたガラスと同程度の非線形特性と、作製上の容易さと
を併せ持たせることができる。
半導体薄膜層を埋め込むことによって、その禁制帯幅に
対応した波長の近傍に吸収端が生じ、光非線形特性が得
られる。従って使用する半導体の種類を選ぶことによっ
て、0.3μ11〜3.0μmの広い波長範囲にわた)
て先非線形導波路を実現できる。
対応した波長の近傍に吸収端が生じ、光非線形特性が得
られる。従って使用する半導体の種類を選ぶことによっ
て、0.3μ11〜3.0μmの広い波長範囲にわた)
て先非線形導波路を実現できる。
例えば0.3 μrrr帯ではZnOを、0.5〜0.
9 t、t m帯ではCd5Se系を、0.8μm帯で
はGaAs−GaAu系を1.0μmiはSLを、1.
3および1.5 μm帯ではInGaAsP系を、さら
に長波長側ではHgTeを使えばよい。MnO2等の酸
化物系半導体を使用することもできる。
9 t、t m帯ではCd5Se系を、0.8μm帯で
はGaAs−GaAu系を1.0μmiはSLを、1.
3および1.5 μm帯ではInGaAsP系を、さら
に長波長側ではHgTeを使えばよい。MnO2等の酸
化物系半導体を使用することもできる。
半導体層をコア、クラッドの両方に埋め込むことも可能
である。
である。
[実施例]
以下に図面を参照して本発明の詳細な説明する。
五五■ユ
第1図は、本発明の第1の実施例を示す図である。1は
基板(シリコン基板)、2はバッファ(クラッド)・ガ
ラス膜、3はコア・ガラス、4は半導体薄膜(アモルフ
ァス・シリコン)、5はクラッド・ガラス膜である0、
作製手順について以下に示す。
基板(シリコン基板)、2はバッファ(クラッド)・ガ
ラス膜、3はコア・ガラス、4は半導体薄膜(アモルフ
ァス・シリコン)、5はクラッド・ガラス膜である0、
作製手順について以下に示す。
■シリコン基板1上にバッファ層およびコア層用ガラス
多孔質体を火炎堆積法により堆積する。
多孔質体を火炎堆積法により堆積する。
堆積では、ガラス原料としてバッファ層では5ICIt
a 、 PCfLs 、 BClsを使用し、堆積時間
は20分とした。ガラス化後の膜厚は20μ重であった
。コア層では5iCIl a 、 PCft3 、 B
CJ23 。
a 、 PCfLs 、 BClsを使用し、堆積時間
は20分とした。ガラス化後の膜厚は20μ重であった
。コア層では5iCIl a 、 PCft3 、 B
CJ23 。
GeCj!、を供給し、堆積時間は5分とした。ガラス
化後の膜厚は4μmであった。
化後の膜厚は4μmであった。
■バッファおよびコア用の多孔質膜が堆積しである基板
を、電気炉で1400℃に加熱し、透明化した。
を、電気炉で1400℃に加熱し、透明化した。
■ガラス薄膜が堆積した基板上にアモルファス・シリコ
ンをスパッタにより厚さ0.05μm堆積させた。堆積
は、高周波電力は800Wで^r雰囲気下(10−’T
orr)で行った0次にアモルファスシリコン部分の表
面を熱酸化するために、電気炉中(酸素雰囲気)で12
00℃で表面をlor+m酸化させた。さらに、アモル
ファス・シリコンの上に、コア用多孔質体を■と同じ条
件で堆積しガラス化処理を行った。膜厚は4μ論であっ
た。
ンをスパッタにより厚さ0.05μm堆積させた。堆積
は、高周波電力は800Wで^r雰囲気下(10−’T
orr)で行った0次にアモルファスシリコン部分の表
面を熱酸化するために、電気炉中(酸素雰囲気)で12
00℃で表面をlor+m酸化させた。さらに、アモル
ファス・シリコンの上に、コア用多孔質体を■と同じ条
件で堆積しガラス化処理を行った。膜厚は4μ論であっ
た。
■リアクティブ・イオンエツチングにより幅5μ冒のス
トライブ状にアモルファス・シリコン層およびコア・ガ
ラス層を加工した。
トライブ状にアモルファス・シリコン層およびコア・ガ
ラス層を加工した。
■工程■で作製した基板上にさらにクラッド用多孔質体
を堆積し、ガラス化した。クラッド用ガラスの堆積条件
は、原料としてSii 4.PCIt 3゜BCj2s
を使用し、堆積時間は20分とした。ガラス化処理温度
は、1000℃とした。クラッドの膜厚は20μmであ
った。
を堆積し、ガラス化した。クラッド用ガラスの堆積条件
は、原料としてSii 4.PCIt 3゜BCj2s
を使用し、堆積時間は20分とした。ガラス化処理温度
は、1000℃とした。クラッドの膜厚は20μmであ
った。
以上の方法により作製した光導波路の透過率特性を第2
2に示す。透過率特性において、シリコンのバンドギャ
ップに対応して、波長1.1μl近傍に吸収のエツジが
観測される。この導波路を使用して、波長1.064μ
mのYAGレーザを使用して、ポンプ・プローブ法によ
り評価した光非線形屈折率は2.5 X 10−” I
Il”/ Wであり、非線形光導波路として充分な特性
が確認できた。
2に示す。透過率特性において、シリコンのバンドギャ
ップに対応して、波長1.1μl近傍に吸収のエツジが
観測される。この導波路を使用して、波長1.064μ
mのYAGレーザを使用して、ポンプ・プローブ法によ
り評価した光非線形屈折率は2.5 X 10−” I
Il”/ Wであり、非線形光導波路として充分な特性
が確認できた。
東五jユ
第3図は、本発明の342の実施例を示す図である。6
は分割された半導体薄膜層である。
は分割された半導体薄膜層である。
作製手順は、実施例1と同じである。実施例1と異なる
のは、半導体層を基板に平行な面内で縦横1μIの正方
形にエツチングにより分割した点にある。
のは、半導体層を基板に平行な面内で縦横1μIの正方
形にエツチングにより分割した点にある。
この構造においても、導波路を形成した後にポンプ・プ
ローブ法により非線形屈折率を測定したところ、2 X
10−” 12/ *であり、非線形光導波路として
充分な特性が確認できた。
ローブ法により非線形屈折率を測定したところ、2 X
10−” 12/ *であり、非線形光導波路として
充分な特性が確認できた。
東五■ユ
コア内に基板と平行に半導体薄膜層を3層形成した。形
成した半導体の組成はGaAJ2 Asであり、同一組
成の薄膜におけるバンドギャグ波長は0.83μ層であ
った。
成した半導体の組成はGaAJ2 Asであり、同一組
成の薄膜におけるバンドギャグ波長は0.83μ層であ
った。
半導体層の各層の厚さは0.05μm、各層の間隔は2
μ閣である。コアガラス等のガラス化処理の際の温度と
しては、Asぬけを避けるためにガラス組成におけるP
2O,の比率を上げて、ガラス化処理温度を1150℃
とした。
μ閣である。コアガラス等のガラス化処理の際の温度と
しては、Asぬけを避けるためにガラス組成におけるP
2O,の比率を上げて、ガラス化処理温度を1150℃
とした。
導波路を形成した後に、ML動作5HG−YAG同期同
期励起Dy−レーザ素は5tyry19を使用し発振波
長は0.84μm)を使用して非線形性を評価したとこ
ろ、石英ガラスより充分大きな値が得られた。
期励起Dy−レーザ素は5tyry19を使用し発振波
長は0.84μm)を使用して非線形性を評価したとこ
ろ、石英ガラスより充分大きな値が得られた。
五直■盈
コア・クラッド界面から1μIクラツド側に入った部分
に、基板と平行にアモルファスシリコン層を3層形成し
た。形成した半導体層の膜厚は0.05μIであり、膜
間の間隔で1μmであった。
に、基板と平行にアモルファスシリコン層を3層形成し
た。形成した半導体層の膜厚は0.05μIであり、膜
間の間隔で1μmであった。
各stlは、実施例1と同様に熱酸化処理を行っている
。
。
導波路を形成した後に、MLL作YAGレーザを使用し
て非線形性を評価したところ、石英ガラスより充分大き
な値が得られた。
て非線形性を評価したところ、石英ガラスより充分大き
な値が得られた。
寒」0I旦
実施例1と同様にアモルファスシリコン層を形成した後
に、上部コア層を熱CVD法で堆積させた。使用した原
料は、5in4とPH3を使用して行った。コア層を堆
積した後にアニーリング処理(900℃1時間)を行っ
た。その後、リアクティブ・イオンエツチングにより導
波路を形成した後に、スパッタ法によりクラッド層を形
成した。スパッタでは、ターゲットとして5lo2を使
用し、10−”Torrの^「中で高周波電力600W
で5時間行い、クラッド層として9μmの膜厚を得た。
に、上部コア層を熱CVD法で堆積させた。使用した原
料は、5in4とPH3を使用して行った。コア層を堆
積した後にアニーリング処理(900℃1時間)を行っ
た。その後、リアクティブ・イオンエツチングにより導
波路を形成した後に、スパッタ法によりクラッド層を形
成した。スパッタでは、ターゲットとして5lo2を使
用し、10−”Torrの^「中で高周波電力600W
で5時間行い、クラッド層として9μmの膜厚を得た。
導波路を形成した後に、ML劾佳作YAGレーザ使用し
て非線形性を評価したところ、石英ガラスより充分大き
な値が得られた。
て非線形性を評価したところ、石英ガラスより充分大き
な値が得られた。
[発明の効果]
以上説明したように、本発明の構造によれば、従来の石
英系光導波路において開発された作製方法に大きな変更
を加えることなく、半導体微粒子添加ガラスと同程度の
非線形性を有する光導波路が実現できる利点がある。
英系光導波路において開発された作製方法に大きな変更
を加えることなく、半導体微粒子添加ガラスと同程度の
非線形性を有する光導波路が実現できる利点がある。
導波路用ガラス膜の作製方法としては、火炎堆積法、熱
CVD法(減圧、常圧)、スパッタ法等の非常に広い方
法が適用できる。
CVD法(減圧、常圧)、スパッタ法等の非常に広い方
法が適用できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の非線形光導波路の第1の実施例を説明
する斜視図、 第2図は本発明の第1の実施例における透過率特性の測
定結果を示す図、 第3図は本発明の第2の実施例の形状を示す斜視図であ
る。 1・・・基板(シリコン基板)、 2・・・バッファ(クラッド)層、 3・・・コア層、 4・・・半導体薄膜層、 5・・・クラッド層、 6・・・分割された半導体薄膜層。
する斜視図、 第2図は本発明の第1の実施例における透過率特性の測
定結果を示す図、 第3図は本発明の第2の実施例の形状を示す斜視図であ
る。 1・・・基板(シリコン基板)、 2・・・バッファ(クラッド)層、 3・・・コア層、 4・・・半導体薄膜層、 5・・・クラッド層、 6・・・分割された半導体薄膜層。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1)コアとなるガラスと、その周囲をかこむ前記コアよ
り低屈折率のクラッドとなるガラスが基板上に堆積され
たガラス光導波路において、前記コアおよびクラッドの
少なくとも一方に、前記基板に平行な半導体薄膜が少な
くとも一層埋め込まれていることを特徴とするガラス光
導波路。 2)前記半導体の禁制帯幅が波長で表示して0.3μm
以上、3.0μm以下であることを特徴とする請求項1
に記載のガラス光導波路。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6378589A JPH02244104A (ja) | 1989-03-17 | 1989-03-17 | ガラス光導波路 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6378589A JPH02244104A (ja) | 1989-03-17 | 1989-03-17 | ガラス光導波路 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02244104A true JPH02244104A (ja) | 1990-09-28 |
Family
ID=13239376
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6378589A Pending JPH02244104A (ja) | 1989-03-17 | 1989-03-17 | ガラス光導波路 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02244104A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH09304663A (ja) * | 1996-05-14 | 1997-11-28 | Nec Corp | 光結合回路及びその製造方法 |
| US8836212B2 (en) | 2007-01-11 | 2014-09-16 | Qd Vision, Inc. | Light emissive printed article printed with quantum dot ink |
| US9276168B2 (en) | 2007-07-23 | 2016-03-01 | Qd Vision, Inc. | Quantum dot light enhancement substrate and lighting device including same |
| US9874674B2 (en) | 2006-03-07 | 2018-01-23 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Compositions, optical component, system including an optical component, devices, and other products |
| US9929325B2 (en) | 2012-06-05 | 2018-03-27 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Lighting device including quantum dots |
| US9951438B2 (en) | 2006-03-07 | 2018-04-24 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Compositions, optical component, system including an optical component, devices, and other products |
-
1989
- 1989-03-17 JP JP6378589A patent/JPH02244104A/ja active Pending
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH09304663A (ja) * | 1996-05-14 | 1997-11-28 | Nec Corp | 光結合回路及びその製造方法 |
| US9874674B2 (en) | 2006-03-07 | 2018-01-23 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Compositions, optical component, system including an optical component, devices, and other products |
| US9951438B2 (en) | 2006-03-07 | 2018-04-24 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Compositions, optical component, system including an optical component, devices, and other products |
| US10393940B2 (en) | 2006-03-07 | 2019-08-27 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Compositions, optical component, system including an optical component, devices, and other products |
| US8836212B2 (en) | 2007-01-11 | 2014-09-16 | Qd Vision, Inc. | Light emissive printed article printed with quantum dot ink |
| US9276168B2 (en) | 2007-07-23 | 2016-03-01 | Qd Vision, Inc. | Quantum dot light enhancement substrate and lighting device including same |
| US9680054B2 (en) | 2007-07-23 | 2017-06-13 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Quantum dot light enhancement substrate and lighting device including same |
| US10096744B2 (en) | 2007-07-23 | 2018-10-09 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Quantum dot light enhancement substrate and lighting device including same |
| US9929325B2 (en) | 2012-06-05 | 2018-03-27 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Lighting device including quantum dots |
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