(57)【要約】【課題】駆動電圧を低減すること。【解決手段】一端が支持側部２に支持される片持ち梁５と、片持ち梁５の内部に形成される光導波路１５と、片持ち梁５に接合されるヒータ６とを備えている。ヒータ６は、電流が印加されることにより熱膨張する。片持ち梁５は、ヒータ６が熱膨張することにより、片持ち梁５の他端に対向するように配置される対向側光学装置３と光導波路１５との間を伝わる光の量が変更するように、変形する。このような光機能集積デバイスは、静電気力により光導波路を変形する他の光機能集積デバイスに比較して、対向側光学装置３と光導波路１５との間を伝わる光の量が変更するときに必要な駆動電圧を低減することができる。【選択図】図１
2010164596.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一端が支持側部に支持される片持ち梁と、
前記片持ち梁の内部に形成される光導波路と、
前記片持ち梁の他端に対向するように配置される対向側光学装置と、
前記片持ち梁に接合されるヒータとを具備し、
前記ヒータは、前記片持ち梁が形成される材料の熱膨張係数と異なる熱膨張係数を有する材料から形成される
光機能集積デバイス。
【請求項２】
請求項１において、
前記ヒータは、電流が印加されることにより熱膨張し、
前記片持ち梁は、前記ヒータが熱膨張するときに、前記対向側光学装置と前記光導波路との間を伝わる光の量が変更するように、変形する
光機能集積デバイス。
【請求項３】
請求項２において、
前記対向側光学装置に対して固定される台座をさらに具備し、
前記台座は、前記片持ち梁が接触可能な位置に配置される
光機能集積デバイス。
【請求項４】
請求項３において、
前記光の量は、前記片持ち梁が前記台座に接触するときに、最大である
光機能集積デバイス。
【請求項５】
請求項２において、
前記片持ち梁に接合される応力制御膜をさらに具備し、
前記応力制御膜は、前記ヒータに前記電流が印加されていないときに前記光の量が最大になるように、前記片持ち梁に応力を与える
光機能集積デバイス。
【請求項６】
請求項１〜請求項５のいずれかにおいて、
前記対向側光学装置は、前記光を他の装置に伝送する光ファイバーである
光機能集積デバイス。
【請求項７】
請求項１〜請求項５のいずれかにおいて、
前記対向側光学装置は、前記光を発光する発光素子である
光機能集積デバイス。
【請求項８】
請求項１〜請求項５のいずれかにおいて、
前記対向側光学装置は、前記光を受光する受光素子である
光機能集積デバイス。
【請求項９】
請求項１〜請求項８のいずれかにおいて、
前記光導波路の前記対向側光学装置に対向する端は、斜め端面に形成されている
光機能集積デバイス。
【請求項１０】
請求項１〜請求項９のいずれかにおいて、
前記対向側光学装置は、他の光導波路を備え、
前記他の光導波路の前記片持ち梁に対向する端は、斜め端面に形成されている
光機能集積デバイス。
【請求項１１】
請求項１〜請求項１０のいずれかにおいて、
前記光のスポットサイズを変換するスポットサイズコンバータ
をさらに具備する光機能集積デバイス。
【請求項１２】
請求項１〜請求項１１のいずれかにおいて、
前記片持ち梁が配置される空間に充填されるマッチングオイル
をさらに具備する光機能集積デバイス。
【請求項１３】
請求項１〜請求項１２のいずれかにおいて、
前記光の量が前記最大または前記最小のうちの一方になるように、前記ヒータに前記電流を印加する制御回路
をさらに具備する光機能集積デバイス。
【請求項１４】
請求項１〜請求項１３のいずれかにおいて、
前記ヒータは、前記片持ち梁の前記一端から前記他端までにわたって接合される
光機能集積デバイス。
【請求項１５】
内部に光導波路が形成され、一端が支持側部に支持される片持ち梁を作製するステップと、
前記片持ち梁の他端に対向するように配置される対向側光学装置を作製するステップと、
前記片持ち梁が形成される材料の熱膨張係数と異なる熱膨張係数を有する材料から形成され、前記片持ち梁に接合されるヒータを作製するステップ
とを具備する光機能集積デバイス製造方法。
【請求項１６】
請求項１５において、
前記対向側光学装置に対して固定される台座を作製するステップをさらに具備し、
前記台座は、前記片持ち梁が接触可能な位置に配置される
光機能集積デバイス製造方法。
【請求項１７】
請求項１５において、
前記片持ち梁に接合される応力制御膜を作製するステップをさらに具備し、
前記応力制御膜は、前記ヒータに前記電流が印加されていないときに前記光の量が最大になるように、前記片持ち梁に応力を与える
光機能集積デバイス製造方法。
【請求項１８】
請求項１５〜請求項１７のいずれかにおいて、
前記対向側光学装置は、前記光を他の装置に伝送する光ファイバーである
光機能集積デバイス製造方法。
【請求項１９】
請求項１５〜請求項１７のいずれかにおいて、
前記対向側光学装置は、前記光を発光する発光素子である
光機能集積デバイス製造方法。
【請求項２０】
請求項１５〜請求項１７のいずれかにおいて、
前記対向側光学装置は、前記光を受光する受光素子である
光機能集積デバイス製造方法。
【請求項２１】
請求項１５〜請求項２０のいずれかにおいて、
前記光導波路の前記対向側光学装置に対向する端を斜め端面に形成するステップ
をさらに具備する光機能集積デバイス製造方法。
【請求項２２】
請求項１５〜請求項２１のいずれかにおいて、
前記光のスポットサイズを変換するスポットサイズコンバータを作製するステップ
をさらに具備する光機能集積デバイス製造方法。
【請求項２３】
請求項１５〜請求項２２のいずれかにおいて、
前記片持ち梁が配置される空間にマッチングオイルを充填するステップ
をさらに具備する光機能集積デバイス製造方法。
【請求項２４】
請求項１５〜請求項２３のいずれかにおいて、
前記ヒータは、前記片持ち梁の前記一端から前記他端までにわたって接合される
光機能集積デバイス製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光機能集積デバイスに関し、特に、同一の基板上に作製された光導波路を用いて光で信号処理を行う光機能集積デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
ブロードバンド時代を迎え、光ファイバーの効率的な活用に向け、複数の光波長の通信が可能なＷＤＭ（Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）伝送システムの導入が進んでいる。最近では、数十の光波長を多重化し、さらに高速な伝送を可能にするＤＷＤＭ装置（高密度波長分割多重装置）の活用も拡がっている。これに伴い、各ＷＤＭ伝送システムには、光波長毎に対応した光源が必要となり、高多重化に伴いその必要数は飛躍的に増加している。更に最近では、任意波長を各ノードでＡｄｄ／ＤｒｏｐするＲＯＡＤＭ（Ｒｅｃｏｎｆｉｇｕｒａｂｌｅ  ｏｐｔｉｃａｌ  ａｄｄ／ｄｒｏｐ  ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｒｓ）の商用化が進行している。本システムを導入すれば、波長多重による伝送容量の拡大に加え、波長を変えることによる光路切り換えが可能となり、光ネットワークの自由度が飛躍的に高まる。さらに、上記の波長多重通信システムでは、伝送容量の増大に伴ってチャンネル数が飛躍的に増大し、制御が複雑化しているという側面もある。数十個の光源を、各チャンネル毎に高度なレベルで個別制御し、なおかつ低価格化・小型化を実現するには、制御性の良い光素子を１チップに高密度に集積化することが必須となる。この要件を満たすデバイスを実現する方法として、ＰＬＣ（Ｐｌａｎａｒ  Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）技術が注目され、これまで様々な素子が１チップに集積化されてきている。
【０００３】
光ネットワークでは、波長可変レーザーや光合分波器、可変光減衰器、光スイッチ等を小型集積化することが望まれている。ガラスベースのＰＬＣデバイスは、一般的に、光機能の集積化に有利な面があるものの、一つ一つのデバイス要素のサイズがまだ大きく、多機能を１チップに集積することが困難である。中でも、可変光減衰器や光スイッチを集積化するには、マッハツェンダ干渉計を光導波路で形成することが通常であるが、このとき、強い光閉じ込め効果を持つ光導波路で作製したとしても２ｍｍ〜３ｍｍ程度の素子長が必要となり、さらなる小型化は困難である。
【０００４】
特開平０３−６５０４号公報には、小型化が可能である光遮断機能付き光分岐素子が開示されている。その光遮断機能付き光分岐素子は、シリコン基板と、該基板上に配置された石英系ガラス材質の分岐光導波路と、該分岐光導波路途中に配置された光遮断スイッチとからなることを特徴としている。その光遮断スイッチは、可動導波路部を備え、その可動導波路が静電力により駆動されることにより、光信号を通過させ、または、遮断する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平０３−６５０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
このような光遮断機能付き光分岐素子は、一般に高電圧（たとえば、５００Ｖ）が必要であるという問題点がある。
本発明の目的は、上述した課題である駆動電圧が大きいという問題点を解決する光機能集積デバイスを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明による光機能集積デバイスは、一端が支持側部に支持される片持ち梁と、その片持ち梁の内部に形成される光導波路と、その片持ち梁の他端に対向するように配置される対向側光学装置と、その片持ち梁に接合されるヒータとを備えている。そのヒータは、その片持ち梁が形成される材料の熱膨張係数と異なる熱膨張係数を有する材料から形成されている。
【０００８】
本発明による光機能集積デバイス製造方法は、内部に光導波路が形成され、一端が支持側部に支持される片持ち梁を作製するステップと、その片持ち梁の他端に対向するように配置される対向側光学装置を作製するステップと、その片持ち梁が形成される材料の熱膨張係数と異なる熱膨張係数を有する材料から形成され、その片持ち梁に接合されるヒータを作製するステップとを備えている。
【発明の効果】
【０００９】
本発明による光機能集積デバイスは、静電気力により光導波路を変形する他の光機能集積デバイスに比較して、対向側光学装置とその光導波路との間を伝わる光の量が変更するときに必要な駆動電圧を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、本発明による光機能集積デバイスの実施の形態を示す斜視図である。
【図２】図２は、光機能集積デバイスの製造途中の状態を示す斜視図である。
【図３】図３は、光機能集積デバイスの製造途中の他の状態を示す斜視図である。
【図４】図４は、光機能集積デバイスの製造途中のさらに他の状態を示す斜視図である。
【図５】図５は、光機能集積デバイスの製造途中のさらに他の状態を示す斜視図である。
【図６】図６は、本発明による光機能集積デバイスの実施の他の形態を示す斜視図である。
【図７】図７は、本発明による光機能集積デバイスの実施のさらに他の形態を示す斜視図である。
【図８】図８は、本発明による光機能集積デバイスの実施のさらに他の形態を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図面を参照して、本発明による光機能集積デバイスの実施の形態を記載する。その光機能集積デバイス１０は、図１に示されているように、シリコン基板１と支持側部２と対向側部３と片持ち梁５と細線ヒータ６とを備えている。シリコン基板１は、単結晶シリコンから形成され、板状に形成されている。支持側部２と対向側部３とは、ガラスから形成され、シリコン基板１の表面に固定されている。片持ち梁５は、ガラスから形成され、棒状に形成されている。片持ち梁５は、その棒の一端が支持側部２に一体に接合され、その棒の他端の端面７が対向側部３の一部に対向するように、形成されている。片持ち梁５は、さらに、支持側部２に接合されている一端とシリコン基板１との距離よりその一端の反対側の他端とシリコン基板１との距離が大きくなるように、反っている。
【００１２】
細線ヒータ６は、ガラスの熱膨張率より大きい熱膨張率を有する導体から形成されている。その導体としては、アルミＡｌ、クロムＣｒ、ニッケルＮｉ、チタンＴｉ、タングステンＷ、金Ａｕ、白金Ｐｔに例示される単体金属、このような金属の組合わせ、ＴｉＮやＴｉＷに例示される導電性薄膜が例示される。細線ヒータ６は、片持ち梁５のシリコン基板１に対向する面の反対側の面１１の概ね全体に接合されている。すなわち、細線ヒータ６は、片持ち梁５の支持側部２に接合されている一端から反対側の他端までにわたって面１１に接合されている。細線ヒータ６は、電流が印加されることにより発熱し、熱膨張する。片持ち梁５は、細線ヒータ６が膨張したときに、いわゆるバイメタル効果により、端面７がシリコン基板１に近づくように変形する。シリコン基板１は、さらに、片持ち梁５が変形しても片持ち梁５に接触しないように、片持ち梁５が配置されている領域にくぼみ８が形成されている。
【００１３】
支持側部２は、内部に光導波路１４が形成されている。すなわち、支持側部２は、光導波路クラッドと光導波路コアとから形成されている。その光導波路クラッドは、その光導波路コアの屈折率より小さい屈折率を有する材料から形成されている。その光導波路クラッドは、支持側部２の全体の外形を形成している。その光導波路コアは、その光導波路クラッドの内部に形成され、光導波路１４を形成している。
【００１４】
対向側部３は、内部に光導波路１６が形成されている。すなわち、対向側部３は、光導波路クラッドと光導波路コアとから形成されている。その光導波路クラッドは、その光導波路コアの屈折率より小さい屈折率を有する材料から形成されている。その光導波路クラッドは、対向側部３の全体の外形を形成している。その光導波路コアは、その光導波路クラッドの内部に形成され、光導波路１６を形成している。
【００１５】
片持ち梁５は、内部に光導波路１５が形成されている。すなわち、片持ち梁５は、光導波路クラッドと光導波路コアとから形成されている。その光導波路クラッドは、その光導波路コアの屈折率より小さい屈折率を有する材料から形成されている。その光導波路クラッドは、片持ち梁５の全体の外形を形成している。その光導波路コアは、その光導波路クラッドの内部に形成され、光導波路１５を形成している。
【００１６】
光導波路１４は、一端が光機能集積デバイス１０に搭載される他の光学装置（図示されていない）に接続され、他端が光導波路１５に接続されている。光導波路１５は、一端が光導波路１４に接続され、他端が片持ち梁５の端面７から露出している。光導波路１６は、一端が光機能集積デバイス１０に搭載されるさらに他の光学装置（図示されていない）に接続され、他端が対向側部３の片持ち梁５に対向する面から露出している。
【００１７】
光機能集積デバイス１０は、さらに、制御回路１９を備えている。制御回路１９は、光機能集積デバイス１０と別個に形成され、図示されていない電線を介して、細線ヒータ６に電気的に接続されている。制御回路１９は、その電線を介して細線ヒータ６に電流を印加する。なお、制御回路１９は、シリコン基板１に形成されることもできる。
【００１８】
図２〜図５は、光機能集積デバイス１０の製造方法を示している。その製造方法では、まず、図２に示されているように、シリコン基板２１の表面にガラス光導波路層２２が成膜される。シリコン基板２１は、単結晶シリコンから形成され、円盤状のウェハに形成されている。ガラス光導波路層２２は、ガラス光導波路層２２の外形を形成する光導波路クラッドの内部に光導波路コア２３が形成されている。光導波路コア２３は、直線状に形成されている。ガラス光導波路層２２は、シリコン基板２１に接合されている面の反対側の面に細線ヒータ２４が接合される。細線ヒータ２４は、長方形状に形成され、光導波路コア２３が沿う直線にその長方形の長い方の辺が平行になるように、かつ、ガラス光導波路層２２のうちの光導波路コア２３が配置された領域を覆うように、配置される。
【００１９】
ガラス光導波路層２２は、次いで、図３に示されているように、ガラス光導波路層２２が支持側部２と対向側部３と片持ち梁５とに形成されるように、部分的にレジスト２５が成膜される。ガラス光導波路層２２は、次いで、ＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｉｏｎ  Ｅｔｃｈｉｎｇ）により、レジスト２５に被覆されていない部分がエッチングされる。ガラス光導波路層２２は、このようなエッチングにより、図４に示されているように、支持側部分３２と対向側部分３３と片持ち梁部分３５とに形成される。さらに、光導波路コア２３は、このようなエッチングにより、光導波路３６と光導波路３７と光導波路３８とに形成される。光導波路３６は、支持側部分３２の内部に形成される。光導波路３７は、片持ち梁部分３５の内部に形成される。光導波路３８は、対向側部分３３の内部に形成される。
【００２０】
シリコン基板２１は、支持側部分３２と対向側部分３３と片持ち梁部分３５とが形成され、レジスト２５が除去された後に、シリコンの等方性選択エッチングされる。シリコン基板２１は、等方性選択エッチングされることにより、図５に示されているように、くぼみ２８が形成されたシリコン基板３９に形成される。このとき、片持ち梁部分３５は、シリコン基板３９から分離して、片持ち梁構造に形成される。片持ち梁部分３５は、さらに、ガラスの熱膨張係数が細線ヒータ２４の熱膨張係数よりも小さいために、細線ヒータ２４の成膜時の残留応力の影響によりシリコン基板３９から離れる方向に反る。
【００２１】
次いで、細線ヒータ２４は、様々な電流値の電流が印加され、光導波路３７と光導波路３８との間を伝わる光の量が測定される。その測定結果に基づいて、光導波路３７と光導波路３８との間を伝わる光の量が最大になるように片持ち梁部分３５が変形するときに、細線ヒータ２４に印加される電流の電流値が算出され、細線ヒータ２４に電流が印加されないときに光導波路３７と光導波路３８の間を光が伝わらないことが確認される。
【００２２】
制御回路１９は、光導波路１５と光導波路１６との間を光が伝わるように、または、その間を光が伝わらないように、細線ヒータ６に電流を印加する。すなわち、制御回路１９は、その求められた所定の電流値の電流を細線ヒータ６に印加し、または、細線ヒータ６に電流を印加しない。細線ヒータ６は、制御回路１９により所定の電流が印加されたときに、その印加された電流の電流値に対応する発熱量だけ発熱し、その発熱量に対応する膨張量だけ膨張する。片持ち梁５は、その膨張量に対応する変位量だけ変形し、このとき、光導波路１５と光導波路１６との間を伝わる光の量が最大になるように変形する。片持ち梁５は、細線ヒータ６に電流が印加されないときに、図１に示されているような初期的な形状に変形し、このとき、光導波路１５と光導波路１６との間を光が伝わらなくなるように変形する。すなわち、光機能集積デバイス１０は、いわゆる光スイッチとして、動作する。
【００２３】
なお、光機能集積デバイス１０は、可変光減衰器として動作させることもできる。このとき、細線ヒータ６は、様々な電流値の電流が印加され、光導波路１５と光導波路１６との間を伝わる光の量が測定される。その測定結果に基づいて、光導波路１５と光導波路１６との間を光が伝わるときの減衰率と細線ヒータ６に印加される電流の電流値とが対応付けられる。制御回路１９は、その対応付けに基づいて、所望の減衰率に対応する電流値の電流を細線ヒータ６に印加することにより、光導波路１５と光導波路１６との間をその所望の減衰率で光が伝わるようにすることができる。
【００２４】
このような光機能集積デバイス１０は、細線ヒータ２４の抵抗値を適切な値に設計することで、静電力を用いて光導波路が形成された片持ち梁を変形する他の光機能集積デバイスに比較して、光スイッチとして動作するときに３Ｖ〜５Ｖに例示される比較的低い電圧を細線ヒータ６に印加することにより、片持ち梁５を変形させることができる。光機能集積デバイス１０は、さらに、片持ち梁５が断熱形状であることから、熱の利用効率がよい。このため、光機能集積デバイス１０は、消費電力が小さいという特徴もある。
【００２５】
片持ち梁５は、光機能集積デバイス１０の素子サイズの小型化の点で、短いことが好ましい。このような光機能集積デバイス１０は、たとえば、片持ち梁５の長さが２００μｍ程度でも、可変光減衰器および光スイッチとして十分に機能し、駆動電圧を十分に低減することができる。すなわち、片持ち梁５は、シリコン基板１のうちの従来素子の１／１０以下の長さで、幅がガラスエッチング領域を含めて５０μｍ程度の領域に形成することができる。このため、このような光機能集積デバイス１０は、小型な光デバイスの作製および高集積化に適している。また、このような光機能集積デバイス１０は、特性上も、物理的に光結合をずらして光強度減衰を行うため、非常に高い消光比を簡単に実現することができる。
【００２６】
このような光機能集積デバイス１０は、さらに、細線ヒータ６に電流が印加されていない初期状態で、光導波路１５と光導波路１６との光軸が一致している必要がなく、より容易に作成されることができる。
【００２７】
なお、細線ヒータ６は、片持ち梁５の面１１の一部分に形成される他の細線ヒータに置換されることもできる。このような光機能集積デバイスも、既述の実施の形態における光機能集積デバイス１０と同様にして、駆動電圧を低減することができる。光機能集積デバイス１０は、さらに、このような光機能集積デバイスに比較して、細線ヒータ６が一様に膨張して変形応力が片持ち梁５の全体に分散するために、片持ち梁５が繰り返し変形することによる破壊を防止することができる。
【００２８】
細線ヒータ６の膨張量は、発熱量・電流に対応し、片持ち梁５は、中間状態を実現しやすい。このため、光機能集積デバイス１０は、静電力を用いて光導波路が形成された片持ち梁を変形する他の光機能集積デバイスに比較して、光導波路１５と光導波路１６とが最大光結合するように片持ち梁５をより確実に変形させることができる。光機能集積デバイス１０は、さらに、光導波路１５と光導波路１６とを伝わる光の減衰率をより正確に調整することができる。すなわち、光機能集積デバイス１０は、特に、可変光減衰器として利用することに適している。
【００２９】
なお、光導波路１５の光導波路１６に対向する端面は、光導波路１５が沿う直線に対して垂直でない面、いわゆる斜め端面に形成されることもできる。このとき、光機能集積デバイス１０は、光導波路１４から光導波路１５に伝わる光が、光導波路１５の光導波路１６に対向する端面を反射して光導波路１４に伝わることを低減する端面反射防止効果を奏する。さらに、光導波路１６の光導波路１５に対向する端面は、光導波路１６が沿う直線に対して垂直でない面、いわゆる斜め端面に形成されることもできる。このとき、光機能集積デバイス１０は、光導波路１６を伝わる光が、光導波路１６の光導波路１５に対向する端面を反射することを低減する端面反射防止効果を奏する。
【００３０】
なお、片持ち梁５が配置される空間には、マッチングオイルが充填されることもできる。このような光機能集積デバイスは、光導波路１４から光導波路１５に伝わる光が、光導波路１５の光導波路１６に対向する端面を反射すること低減する端面反射防止効果を奏する。このような光機能集積デバイスは、さらに、そのマッチングオイルの粘性により片持ち梁５が意図しない変位を抑えることができるため、外部から振動を与えられた場合の悪影響を低減することができる。
【００３１】
なお、光機能集積デバイス１０は、光導波路１６の光導波路１５に対向する端面にスポットサイズコンバータをさらに備えることもできる。そのスポットサイズコンバータは、光導波路１６の端面部分で、光のフィールドが広がるように、光のスポットサイズを変換する。このようなスポットサイズコンバータとしては、先細り型あるいは先広がり型、セグメント型などが例示される。このようなスポットサイズコンバータによれば、光導波路１５と光導波路１６との最大光結合時に光の損失を少なくすることができる。
【００３２】
図６は、本発明による光機能集積デバイスの実施の他の形態を示している。その光機能集積デバイス４０は、既述の実施の形態における光機能集積デバイス１０と概ね同様に形成され、すなわち、シリコン基板４１と支持側部４２と対向側部４３と片持ち梁４５と細線ヒータ４６とを備えている。シリコン基板４１は、単結晶シリコンから形成され、板状に形成されている。支持側部４２と対向側部４３とは、ガラスから形成され、シリコン基板４１の表面に固定されている。片持ち梁４５は、ガラスから形成され、棒状に形成されている。片持ち梁４５は、その棒の一端が支持側部４２に一体に接合され、その棒の他端の端面４７が対向側部４３の一部に対向するように、形成されている。片持ち梁４５は、さらに、支持側部４２に接合されている一端とシリコン基板４１との距離よりその一端の反対側の他端とシリコン基板４１との距離が大きくなるように、反っている。
【００３３】
細線ヒータ４６は、ガラスの熱膨張率より大きい熱膨張率を有する導体から形成されている。細線ヒータ４６は、片持ち梁４５のシリコン基板４１に対向する面の反対側の面５１の概ね全体に接合されている。すなわち、細線ヒータ４６は、片持ち梁４５の支持側部４２に接合されている一端から反対側の他端までにわたって面５１に接合されている。細線ヒータ４６は、電流が印加されることにより発熱し、熱膨張する。片持ち梁４５は、細線ヒータ４６が膨張したときに、いわゆるバイメタル効果により、端面４７がシリコン基板４１に近づくように変形する。
【００３４】
支持側部４２は、内部に光導波路５４が形成されている。対向側部４３は、内部に光導波路５６が形成されている。片持ち梁４５は、内部に光導波路５５が形成されている。光導波路５４は、一端が光機能集積デバイス４０に搭載される他の光学装置（図示されていない）に接続され、他端が光導波路５５に接続されている。光導波路５５は、一端が光導波路５４に接続され、他端が片持ち梁４５の端面４７から露出している。光導波路５６は、一端が光機能集積デバイス４０に搭載されるさらに他の光学装置（図示されていない）に接続され、他端が対向側部４３の片持ち梁４５に対向する面から露出している。このとき、光導波路５５と光導波路５６との間を伝わる光の量は、既述の実施の形態における光導波路３７と光導波路３８との間を伝わる光の量と同様にして、片持ち梁４５が変形することにより変化する。
【００３５】
シリコン基板４１は、さらに、片持ち梁４５が配置されている領域にくぼみ４８が形成され、くぼみ４８に台座４９が形成されている。台座４９は、片持ち梁４５が台座４９に接触したときに、光導波路５５と光導波路５６との間を伝わる光の量が最大になるように、形成されている。
【００３６】
このような光機能集積デバイス４０の製造では、シリコン基板とガラス光導波路層の間に極薄い犠牲層があらかじめ形成されている基板が形成される。その犠牲層は、ガラス光導波路およびシリコン基板に対して選択的にエッチングされる材料、高融点金属膜から形成されている。その材料としては、ＰＳＧ（ｐｈｏｓｐｈｏｓｉｌｉｃａｔｅ  ｇｌａｓｓ）が例示される。その高融点金属としては、ＷＳｉが例示される。そのガラス光導波路層は、次いで、エッチングされ、支持側部４２と対向側部４３と片持ち梁４５とに形成される。そのシリコン基板は、そのガラス光導波路層がエッチングされた後に、シリコンの等方性選択エッチングされる。そのシリコン基板は、等方性選択エッチングされることにより、くぼみ４８と台座４９とが形成される。その犠牲層は、そのシリコン基板にくぼみ４８と台座４９とが形成された後に、選択エッチングされる。このような選択エッチングにより、片持ち梁４５は、台座４９から分離し、台座４９から離れる方向に反り、光機能集積デバイス４０に形成される。
【００３７】
光機能集積デバイス６０は、さらに、光機能集積デバイス４０を光スイッチとして動作させる制御回路（図示されていない）を備えている。その制御回路は、所定の電流値の電流を細線ヒータ４６に印加し、または、細線ヒータ４６に電流を印加しない。細線ヒータ４６は、その制御回路により所定の電流が印加されたときに、発熱し、膨張する。このとき、片持ち梁４５は、シリコン基板４１に近づくように変形し、台座４９に接触する。このとき、光導波路５５と光導波路５６との間を伝わる光の量が最大になる。片持ち梁４５は、細線ヒータ４６に電流が印加されないときに、図６に示されているような初期的な形状に変形し、このとき、光導波路５５と光導波路５６との間を光が伝わらなくなるように変形する。すなわち、その所定の電流値は、片持ち梁４５が台座４９に接触するまで変形するように、十分に大きい。
【００３８】
なお、光機能集積デバイス４０は、可変光減衰器として動作させることもできる。このとき、細線ヒータ４６は、様々な電流値の電流が印加され、光導波路５５と光導波路５６との間を伝わる光の量が測定される。その測定結果に基づいて、光導波路５５と光導波路５６との間を光が伝わるときの減衰率と細線ヒータ４６に印加される電流の電流値とが対応付けられる。その制御回路は、その対応付けに基づいて、所望の減衰率に対応する電流値の電流を細線ヒータ４６に印加することにより、光導波路５５と光導波路５６との間をその所望の減衰率で光が伝わるようにすることができる。
【００３９】
このような光機能集積デバイス４０は、既述の実施の形態における光機能集積デバイス１０と同様にして、小型化、高集積化、低電圧駆動、非常に高い消光比を簡単に実現することができる。このような光機能集積デバイス４０は、さらに、光結合が最大となる位置で片持ち梁４５を固定することができ、特に光スイッチの場合には、高速な光スイッチングの実現と、安定した最大結合を得ることができる。
【００４０】
なお、台座４９は、片持ち梁４５が台座４９に接触したときに、光導波路５５と光導波路５６との間を伝わる光の量が最大以外の値になるように、形成されることもできる。たとえば、台座４９は、片持ち梁４５が台座４９に接触したときに、光導波路５５と光導波路５６との間を伝わる光の量が最小になるように、形成されることもできる。このような光機能集積デバイス４０は、既述の実施の形態における光機能集積デバイス１０と同様にして、小型化、高集積化、低電圧駆動、非常に高い消光比を簡単に実現することができる。
【００４１】
図７は、本発明による光機能集積デバイスの実施のさらに他の形態を示している。その光機能集積デバイス６０は、既述の実施の形態における光機能集積デバイス１０と概ね同様に形成され、すなわち、シリコン基板６１と支持側部６２と対向側部６３と片持ち梁６５とＳｉＮ膜７２と細線ヒータ６６とを備えている。シリコン基板６１は、単結晶シリコンから形成され、板状に形成されている。支持側部６２と対向側部６３とは、ガラスから形成され、シリコン基板６１の表面に固定されている。片持ち梁６５は、ガラスから形成され、棒状に形成されている。片持ち梁６５は、その棒の一端が支持側部６２に一体に接合され、その棒の他端の端面６７が対向側部６３の一部に対向するように、形成されている。ＳｉＮ膜７２は、支持側部６２と対向側部６３と片持ち梁６５とのシリコン基板６１に対向する面の反対側の面の全体に成膜されている。ＳｉＮ膜７２は、片持ち梁６５に応力を印加して、片持ち梁６５の端面６７がシリコン基板６１から離れるように反ることを防止している。
【００４２】
細線ヒータ６６は、ガラスの熱膨張率より大きい熱膨張率を有する導体から形成されている。細線ヒータ６６は、片持ち梁６５のシリコン基板６１に対向する面の反対側の面７１の概ね全体に接合されている。すなわち、細線ヒータ６６は、片持ち梁６５の支持側部６２に接合されている一端から反対側の他端までにわたって面７１に接合されている。細線ヒータ６６は、電流が印加されることにより発熱し、熱膨張する。片持ち梁６５は、細線ヒータ６６が膨張したときに、いわゆるバイメタル効果により、端面６７がシリコン基板６１に近づくように変形する。
【００４３】
支持側部６２は、内部に光導波路７４が形成されている。対向側部６３は、内部に光導波路７６が形成されている。片持ち梁６５は、内部に光導波路７５が形成されている。光導波路７４は、一端が光機能集積デバイス６０に搭載される他の光学装置（図示されていない）に接続され、他端が光導波路７５に接続されている。光導波路７５は、一端が光導波路７４に接続され、他端が片持ち梁６５の端面６７から露出している。光導波路７６は、一端が光機能集積デバイス６０に搭載されるさらに他の光学装置（図示されていない）に接続され、他端が対向側部６３の片持ち梁６５に対向する面から露出している。このとき、光導波路７５と光導波路７６との間を伝わる光の量は、既述の実施の形態における光導波路３７と光導波路３８との間を伝わる光の量と同様にして、片持ち梁６５が変形することにより変化する。
【００４４】
シリコン基板６１は、さらに、片持ち梁６５が配置されている領域にくぼみ６８が形成されている。くぼみ６８は、光導波路７５と光導波路７６との間を伝わる光の量が最小になるまで片持ち梁６５が変形することができるように、深く形成されている。
【００４５】
このような光機能集積デバイス６０の製造では、まず、シリコン基板の表面にガラス光導波路層が成膜され、そのガラス光導波路層のシリコン基板に接合されている面の反対側の面にＳｉＮ層がプラズマＣＶＤ（ｃｈｅｍｉｃａｌ  ｖａｐｏｒ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）により成膜される。そのプラズマＣＶＤは、光機能集積デバイス６０の完成時にＳｉＮ膜７２が所定の応力を片持ち梁６５に印加するように、投入ＲＦパワーや導入ガス条件、周波数ミキシング等が調整される。その所定の応力は、光機能集積デバイス６０の完成時に細線ヒータ６６に電流が印加されていない初期状態で光導波路７５と光導波路７６とを伝わる光の量が最大になるように光軸が一致するように、片持ち梁６５を変形させる応力を示している。そのガラス光導波路層は、次いで、エッチングされ、支持側部６２と対向側部６３と片持ち梁６５とに形成される。そのシリコン基板は、そのガラス光導波路層がエッチングされた後に、シリコンの等方性選択エッチングされる。そのシリコン基板は、等方性選択エッチングされることにより、くぼみ６８が形成される。このようなエッチングにより、片持ち梁６５は、シリコン基板６１から分離し、光機能集積デバイス６０に形成される。
【００４６】
光機能集積デバイス６０は、さらに、光機能集積デバイス６０を光スイッチとして動作させる制御回路（図示されていない）を備えている。その制御回路は、所定の電流値の電流を細線ヒータ６６に印加し、または、細線ヒータ６６に電流を印加しない。細線ヒータ６６は、その制御回路により所定の電流が印加されたときに、発熱し、膨張する。このとき、片持ち梁６５は、シリコン基板６１に近づくように変形する。このとき、光導波路７５と光導波路７６との間を伝わる光の量が最小になる。片持ち梁６５は、細線ヒータ６６に電流が印加されないときに、図７に示されているような初期的な形状に変形し、このとき、光導波路７５と光導波路７６との間を伝わる光の量が最大になるように変形する。
【００４７】
なお、光機能集積デバイス６０は、可変光減衰器として動作させることもできる。このとき、その制御回路は、所望の減衰率に対応する電流値の電流を細線ヒータ６６に印加することにより、光導波路７５と光導波路７６との間をその所望の減衰率で光が伝わるようにする。
【００４８】
このような光機能集積デバイス６０は、既述の実施の形態における光機能集積デバイス１０と同様にして、小型化、高集積化、低電圧駆動、非常に高い消光比を簡単に実現することができる。このような光機能集積デバイス６０は、さらに、細線ヒータ６６に電流が印加されていない初期状態で光導波路７５と光導波路７６とを伝わる光の量が最大になる、可変光減衰量最小あるいは光結合オン（ノーマリーオン）となる。
【００４９】
なお、ＳｉＮ膜７２は、細線ヒータ６６に電流が印加されていない初期状態で、光導波路７５と光導波路７６との間を伝わる光の量が最大以外の値になるように、形成されることもできる。たとえば、ＳｉＮ膜７２は、細線ヒータ６６に電流が印加されていない初期状態で、光導波路７５と光導波路７６との間を伝わる光の量が最小になるように、形成されることもできる。このような光機能集積デバイス６０は、既述の実施の形態における光機能集積デバイス１０と同様にして、小型化、高集積化、低電圧駆動、非常に高い消光比を簡単に実現することができる。
【００５０】
図８は、本発明による光機能集積デバイスの実施のさらに他の形態を示している。その光機能集積デバイス８０は、既述の実施の形態における光機能集積デバイス１０と概ね同様に形成され、すなわち、シリコン基板８１と支持側部８２とレーザーチップ８３と片持ち梁８５と細線ヒータ８６とを備えている。シリコン基板８１は、単結晶シリコンから形成され、板状に形成されている。支持側部８２は、ガラスから形成され、シリコン基板８１の表面に固定されている。片持ち梁８５は、ガラスから形成され、棒状に形成されている。片持ち梁８５は、その棒の一端が支持側部８２に一体に接合されている。片持ち梁５は、さらに、支持側部２に接合されている一端とシリコン基板１との距離よりその一端の反対側の他端とシリコン基板１との距離が大きくなるように、反っている。
【００５１】
レーザーチップ８３は、片持ち梁８５の支持側部８２に接合されている端の反対側の端の端面８７に対向するように、シリコン基板８１の表面に固定されている。レーザーチップ８３は、入力される電気信号に応答してレーザーを発振する。
【００５２】
細線ヒータ８６は、ガラスの熱膨張率より大きい熱膨張率を有する導体から形成されている。細線ヒータ８６は、片持ち梁８５のシリコン基板８１に対向する面の反対側の面９１の概ね全体に接合されている。すなわち、細線ヒータ８６は、片持ち梁８５の支持側部８２に接合されている一端から反対側の他端までにわたって面９１に接合されている。細線ヒータ８６は、電流が印加されることにより発熱し、熱膨張する。片持ち梁８５は、細線ヒータ８６が膨張したときに、いわゆるバイメタル効果により、端面８７がシリコン基板８１に近づくように変形する。
【００５３】
支持側部８２は、内部に光導波路９２が形成されている。レーザーチップ８３は、内部に光導波路９４が形成されている。片持ち梁８５は、内部に光導波路９３が形成されている。光導波路９２は、一端が光機能集積デバイス８０に搭載される他の光学装置（図示されていない）に接続され、他端が光導波路９３に接続されている。光導波路９３は、一端が光導波路９２に接続され、他端が片持ち梁８５の端面８７から露出している。光導波路９４は、一端がレーザーチップ８３の片持ち梁８５に対向する面から露出している。レーザーチップ８３は、光導波路９４を介して、片持ち梁８５の端面８７に向けてレーザー光を発振する。このとき、光導波路９３と光導波路９４との間を伝わる光の量は、既述の実施の形態における光導波路３７と光導波路３８との間を伝わる光の量と同様にして、片持ち梁４５が変形することにより変化する。
【００５４】
シリコン基板８１は、さらに、片持ち梁８５が配置されている領域にくぼみ８８が形成されている。くぼみ８８は、片持ち梁８５がシリコン基板８１に接触しないで変形することができるように、形成されている。
【００５５】
光機能集積デバイス８０は、さらに、制御回路（図示されていない）を備えている。その制御回路は、レーザーチップ８３に電気信号を出力し、レーザーチップ８３からレーザーを発振させ、または、レーザーチップ８３にそのレーザーの発振を停止させる。その制御回路は、さらに、所定の電流値の電流を細線ヒータ８６に印加し、または、細線ヒータ８６に電流を印加しない。細線ヒータ８６は、その制御回路により所定の電流が印加されたときに、発熱し、膨張する。このとき、片持ち梁８５は、シリコン基板８１に近づくように変形する。このとき、レーザーチップ８３から発振されたレーザーが光導波路９３に伝わる量が最大になる。片持ち梁８５は、細線ヒータ８６に電流が印加されないときに、レーザーチップ８３から発振されたレーザーが光導波路９３に伝わらなくなるように、図８に示されているような初期的な形状に変形する。
【００５６】
なお、光機能集積デバイス８０は、可変光減衰器として動作させることもできる。このとき、その制御回路は、所望の減衰率に対応する電流値の電流を細線ヒータ８６に印加することにより、レーザーチップ８３から発振されたレーザーが光導波路９３にその所望の減衰率で伝わるようにする。
【００５７】
このような光機能集積デバイス８０は、既述の実施の形態における光機能集積デバイス１０と同様にして、小型化、高集積化、低電圧駆動、非常に高い消光比を簡単に実現することができる。なお、レーザーチップ８３は、他の発光素子に置換されることもできる。その発光素子としては、発光ダイオードが例示される。さらに、レーザーチップ８３は、他の光学装置に置換されることもできる。その光学装置としては、光ファイバー、受光素子が例示される。このような光機能集積デバイスも、既述の実施の形態における光機能集積デバイス１０と同様にして、小型化、高集積化、低電圧駆動、非常に高い消光比を簡単に実現することができる。
【００５８】
なお、片持ち梁８５は、細線ヒータ８６に電流が印加されていない初期状態で、光導波路９３と光導波路９４との間を伝わる光の量が最小以外の値になるように、形成されることもできる。たとえば、片持ち梁８５は、ＳｉＮ膜が形成されて、細線ヒータ６６に電流が印加されていない初期状態で、光導波路９３と光導波路９４との間を伝わる光の量が最大になるように、形成されることもできる。このような光機能集積デバイス８０は、既述の実施の形態における光機能集積デバイス１０と同様にして、小型化、高集積化、低電圧駆動、非常に高い消光比を簡単に実現することができる。
【００５９】
なお、光導波路９３の光導波路９４に対向する端面は、光導波路９３が沿う直線に対して垂直でない面、いわゆる斜め端面に形成されることもできる。このとき、光機能集積デバイス８０は、光導波路９２から光導波路９３に伝わる光が、光導波路９３の光導波路９４に対向する端面を反射して光導波路９２に伝わることを低減する端面反射防止効果を奏する。さらに、光導波路９４の光導波路９３に対向する端面は、光導波路９４が沿う直線に対して垂直でない面、いわゆる斜め端面に形成されることもできる。このとき、光機能集積デバイス８０は、光導波路９４を伝わる光が、光導波路９４の光導波路９３に対向する端面を反射することを低減する端面反射防止効果を奏する。
【符号の説明】
【００６０】
１０：光機能集積デバイス
１  ：シリコン基板
２  ：支持側部
３  ：対向側部
５  ：片持ち梁
６  ：細線ヒータ
７  ：端面
８  ：くぼみ
１１：面
１４：光導波路
１５：光導波路
１６：光導波路
１９：制御回路
２１：シリコン基板
２２：ガラス光導波路層
２３：光導波路コア
２４：細線ヒータ
２５：レジスト
２８：くぼみ
３２：支持側部分
３３：対向側部分
３５：片持ち梁部分
３６：光導波路
３７：光導波路
３８：光導波路
３９：シリコン基板
４０：光機能集積デバイス
４１：シリコン基板
４２：支持側部
４３：対向側部
４５：片持ち梁
４６：細線ヒータ
４７：端面
４８：くぼみ
４９：台座
５１：面
５４：光導波路
５５：光導波路
５６：光導波路
６０：光機能集積デバイス
６１：シリコン基板
６２：支持側部
６３：対向側部
６５：片持ち梁
６６：細線ヒータ
６７：端面
６８：くぼみ
７１：面
７２：ＳｉＮ膜
７４：光導波路
７５：光導波路
７６：光導波路
８０：光機能集積デバイス
８１：シリコン基板
８２：支持側部
８３：レーザーチップ
８５：片持ち梁
８６：細線ヒータ
８７：端面
８８：くぼみ
９１：面
９２：光導波路
９３：光導波路
９４：光導波路
【図１】
2010164596.tif 000003
【図２】
2010164596.tif 000004
【図３】
2010164596.tif 000005
【図４】
2010164596.tif 000006
【図５】
2010164596.tif 000007
【図６】
2010164596.tif 000008
【図７】
2010164596.tif 000009
【図８】
2010164596.tif 000010