(57)【要約】【課題】半導体ベースのゲイン光学移送装置、方法および装置。【解決手段】本発明の１つの様態において、本発明の一実施形態に置ける装置が、光路に沿って導かれる光線が貫通する半導体基板を備える。複数の浮動充電調節領域が光路に沿って配置される。前記複数の浮動充電調節領域のそれぞれにおいて、光線の位相が電荷濃度に応答する。複数のトンネル絶縁層が、前記複数の浮動充電調節領域のそれぞれと前記半導体基板との間に配置される。複数の制御ノードが、前記複数の浮動充電調節領域の近傍に配置される。前記複数の制御ノードの各々が、前記複数の浮動充電調節領域の対応する１つの電荷濃度を制御する。複数のブロック絶縁層が、前記複数の制御ノードのそれぞれと前記複数の浮動充電調節領域との間に配置される。
2005536766.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板に配置された光路によって光線を導くステップと、
光路に沿って配置された複数の浮動充電調節領域を貫通する光線を導くステップと、
複数の浮動充電調節領域中の電荷濃度に応じて光線の位相を移相するステップと、
電源によって複数の浮動充電調節領域中の電荷濃度を調節するステップと、
電源を切断する事により、複数の浮動充電調節領域の電荷濃度を実質的に固定するステップと
を備える、方法。
【請求項２】
電源を切断する事により、複数の浮動充電調節領域の電荷濃度を実質的に固定するステップが、電源に接続されたスイッチを切断するステップを備える、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
電源によって複数の浮動充電調節領域中の電荷濃度を調節するステップが、
電源に接続されたスイッチを投入するステップと
電源の出力電圧を調節するステップと
を更に備える、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
電源の出力電圧を調節するステップが、半導体基板から、複数の浮動充電調節領域と半導体基板の間に配置されたトンネル絶縁層を横切って、複数の浮動充電調節領域へと電荷キャリヤを誘引するために、第１閾値より大きな値に出力電圧を調節するステップを備える、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
電源の出力電圧を調節するステップが、複数の浮動充電調節領域から、複数の浮動充電調節領域と半導体基板の間に配置されたトンネル絶縁層を横切って、半導体基板へと電荷キャリヤを導くために、第２閾値より小さな値に出力電圧を調節するステップを備える、請求項３に記載の方法。
【請求項６】
電源の出力電圧を調節するステップが、光路に沿った複数の浮動充電調節領域の近傍における半導体基板中の電荷濃度を同調するために第１閾値と第２閾値との間の値に出力電圧を調節するステップを備え、
光線の位相が光路に沿った半導体基板中の電荷の濃度に応答する、
請求項３に記載の方法。
【請求項７】
電源の出力電圧を調節するステップが、電源に接続され、光路に沿った少なくとも１つの制御ノードの電荷濃度を同調するために第１閾値と第２閾値との間の値に出力電圧を調節するステップを備え、
制御ノードが、トンネル絶縁層を横切って複数の浮動充電調節領域の少なくとも１つに容量結合され、
光線の位相が、光路に沿った制御ノード中の電荷濃度に応答する、
請求項３に記載の方法。
【請求項８】
光路に沿って導かれる光線が貫通する半導体基板と、
光路に沿って配置された複数の浮動充電調節領域と、
前記複数の浮動充電調節領域のそれぞれと前記半導体基板との間に配置された複数のトンネル絶縁層と
前記複数の浮動充電調節領域の近傍に配置された複数の制御ノードと、
前記複数の制御ノードのそれぞれと前記複数の浮動充電調節領域との間に配置された複数のブロック絶縁層と
を備え、
前記複数の浮動充電調節領域のそれぞれにおいて、光線の位相が電荷濃度に応答し、
前記複数の制御ノードの各々が、前記複数の浮動充電調節領域の対応する１つの電荷濃度を制御する、
装置。
【請求項９】
前記半導体基板に配置される光導波路を更に備え、光路が前記光導波路を貫通するようにルーティングされる、請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
前記光導波路が光学リブ導波管である、請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
前記複数の浮動充電調節領域のそれぞれの電荷濃度を制御するために、前記複数の制御ノードの少なくとも１つに選択的に接続された可変電源を更に備える、請求項８に記載の装置。
【請求項１２】
前記可変電源と前記複数の制御ノードの少なくとも１つを接続するスイッチを更に備え、  
前記スイッチが投入されている場合、前記複数の浮動充電調節領域中のそれぞれの電荷濃度が前記可変電源に応じて変化し、
前記スイッチが切断されている場合、前記複数の浮動充電調節領域中のそれぞれの電荷濃度が前記可変電源とは独立している、
請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
前記スイッチが投入されている場合、光路に沿った前記半導体基板中の電荷濃度が、前記可変電源に応答し、
前記スイッチが切断されている場合、光路に沿った前記半導体基板中の電荷濃度が、前記可変電源とは独立している、
請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
前記複数の制御ノードが光路に沿って配置され、
前記スイッチが投入されている場合、光路に沿った前記複数の制御ノード中の電荷濃度が、前記可変電源に応答し、
前記スイッチが切断されている場合、光路に沿った前記複数の制御ノード中の電荷濃度が、前記可変電源とは独立している、
請求項１２に記載の装置。
【請求項１５】
前記可変電源が、可変電圧源を備える、請求項１２に記載の装置。
【請求項１６】
前記半導体基板がシリコンを含む、請求項８に記載の装置。
【請求項１７】
前記複数の浮動充電調節領域中がポリシリコンを含む、請求項８に記載の装置。
【請求項１８】
複数の制御ノードがポリシリコンを含む、請求項８に記載の装置。
【請求項１９】
前記半導体基板がシリコン・オン・インシュレーター（ＳＯＩ）ウェーハに含まれる、請求項８に記載の装置。
【請求項２０】
前記半導体基板が、ＩＩＩ−Ｖ半導体材料を含む、請求項８に記載の装置。
【請求項２１】
前記複数の浮動充電調節領域のそれぞれの電荷濃度が、前記複数の浮動充電調節領域の電子の濃度である、請求項８に記載の装置。
【請求項２２】
前記複数の浮動充電調節領域のそれぞれの電荷濃度が、前記複数の浮動充電調節領域の正孔の濃度である、請求項８に記載の装置。
【請求項２３】
複数の絶縁層と、前記複数の絶縁層のうちの２つの間に配置される第１半導体層を含む複数の半導体層とを備えるシリコン・オン・インシュレーター（ＳＯＩ）ウェーハと、
前記複数の絶縁層の前記２つ間の前記第１半導体層に配置された光導波路と、
前記第１半導体層の中の前記光導波路に沿って配置された複数の浮動ポリシリコン領域と、
前記複数の浮動ポリシリコン領域の電荷濃度を制御するために、前記複数の浮動ポリシリコン領域の近傍に配置された複数の制御ノードと、
前記複数の浮動ポリシリコン領域の電荷濃度を制御するために、前記複数の制御ノードの少なくとも１つに切り替え可能に接続される可変電源と
を備え、
前記光導波路を貫通して導かれる光線が、前記複数の浮動ポリシリコン領域を貫通して導かれ、
前記複数のポリシリコン領域のそれぞれが、トンネル絶縁層と相対して前記第１半導体層から離間し、
複数の制御ノードの各々が、前記ブロック絶縁層と相対して前記複数の浮動ポリシリコン領域から離間し、
光線の位相が、前記複数のポリシリコン領域の電荷濃度に応答する、
装置。
【請求項２４】
前記電源が電圧源を備える、請求項２３に記載の装置。
【請求項２５】
前記電源と前記複数の制御ノードの少なくとも１つとの間に接続されたスイッチを更に備える、請求項２３に記載の装置。
【請求項２６】
前記スイッチが投入されている場合、前記複数の浮動ポリシリコン領域中の電荷濃度が電源に応答する、請求項２５に記載の装置。
【請求項２７】
前記スイッチが切断されている場合、前記複数の浮動ポリシリコン領域中の電荷濃度は電源とは独立している、請求項２５に記載の装置。
【請求項２８】
前記複数の浮動ポリシリコン領域中の電荷濃度が、前記複数の浮動ポリシリコン領域中の電子濃度を含む、請求項２３に記載の装置。
【請求項２９】
前記複数の浮動ポリシリコン領域中の電荷濃度が、前記複数の浮動ポリシリコン領域中の正孔濃度を含む、請求項２３に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、広義には光学デバイスに関し、より詳細には、移送装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
インターネット・データ・トラフィックの成長率が音声トラフィックを追随するにつれて、高速で効率的な光スイッチの必要が増加しており、光通信の必要性を後押ししている。通常用いられるものとして、２つの種類の光学デバイスが公知である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
スイッチング・デバイスのような機械的なデバイスは、光ファイバ間の光路に配置される物理的な構成要素を一般に備える。これらの構成要素はスイッチング動作を引き起こすために移動させられる。最近、マイクロ・エレクトロ・メカニカル・システム（ＭＥＭＳ）が、小型の機械的なスイッチ用に用いられている。ＭＥＭＳは、シリコンベースであり、多かれ少なかれ従来のシリコン処理技術を使用して加工されるので広く普及している。しかしながら、通常のＭＥＭＳ技術は、物理的な部品や構成要素の実際の機械的動作に依存するので、例えばミリ秒のオーダーの応答時間のアプリケーションのような、より低速の光学アプリケーションへの利用が通常は制限されてしまう。
【０００４】
スイッチング・デバイス、干渉計、移相器等のような公知の電気光学デバイスにおいて、デバイス内に電界を形成するためにデバイス中の選択された部品に電圧が連続的に印加される。電界は、デバイス中の選択された材料の光学的性質と、光線の電気光学効果を変化させる。通常、電気光学デバイスは、電圧可変の光学的挙動と光学的透明度を組み合わせる電気光学材料を利用する。
【０００５】
幾つかの公知の電気光学デバイスの速度は、例えばナノ秒のオーダーと非常に高速であるが、公知の電気光学デバイスの１つの欠点は、これらのデバイスが作動するために一般に比較的高電圧を必要とするということである。従って、高電圧を生成し、かつ大量の電力消費に対応するために、公知の電気光学デバイスを制御するために利用される外部回路が特別に製作される。さらに、デバイスの寸法がスケールダウンし続け、回路の密度が増加するにつれて、今日の電気光学スイッチの外部高電圧制御回路の統合化はますます興味深い課題となっている。
【０００６】
公知の電気光学デバイスの別の欠点は、これらのデバイスが作動するためには連続的に電圧が印加されなければならない、という事である。従って、これらの公知のデバイスを操作するために、電力が連続的に消費されてしまう。さらに、電力不足がある場合、これらのデバイスは最早全く機能しなくなる。その結果、例えばこれらの公知の電気工学デバイスを使用する光通信システムの保全性は、このような電力不足の場合には危険にさらされる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
添付の図面は、本発明を例示するものであり、本発明を限定するものではない。
【０００８】
半導体ベースの光学移相装置のための方法および装置が開示される。以下の説明において、多数の具体的な詳細が、本発明の完全な理解を提供するために記載される。しかしながら、具体的な詳細が本発明を実践するために必ずしも使用される必要が無いという事が、当業者にとって明らかである。更に、周知の材料または方法は、本発明を不明瞭にすることを避けるために詳述しなかった。
【０００９】
本願明細書の全体に亘る「一実施形態」あるいは「実施形態」への参照は、該実施形態に関して記載された特定の特徴、構造あるいは特性が本発明の少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味する。従って、本願明細書の全体に亘る「一実施形態」あるいは「実施形態」と言う語句の出現は、必ずしも同一の実施形態の事を言及しているとは限らない。更に、複数の特定の特徴、構造あるいは特性は、１つ以上の実施形態において、任意の適切な方法において統合化され得る。
【００１０】
本発明の様々な実施形態の概要として、半導体ベースの光学移相装置が光学アプリケーションに供給される。様々な実施形態において、光学移相装置のセッティングは、二重ポリシリコン構造によって実質的にラッチされ得る。従って、開示された光学移相装置の実施形態は、電力を連続的に供給する事無く、光線の移送を連続的に変化させる。開示された光学の移相装置の実施形態は、例えば干渉計、光通信スイッチ、位相アレイまたは同種のもののような波長分割多重（ＷＤＭ）波長管理デバイスのような、様々な光学アプリケーション用の有用な構成部分で有り得る。
【００１１】
例証するために、図１は、本発明の教示における光学移相装置１０１の一実施形態の側面図の一例である。一実施形態において、光学移相装置１０１は、複数の複数の浮動充電調節領域１２３が配置された半導体基板１０３を備える。一実施形態において、半導体基板１０３はシリコンを備え、また、複数の浮動充電調節領域１２３は、ポリシリコンを備える。図示された実施形態中で示されるように、複数の浮動充電調節領域１２３は、複数のトンネル絶縁層１１７によって半導体基板１０３から絶縁される。一実施形態において、光学移相装置１０１は、これらは複数のブロック絶縁層１１９を横切って複数の浮動充電調節領域１２３のそれぞれの近傍に配置される複数の複数の制御ノード１２１を更に備える。一実施形態において、複数の制御ノード１２１はポリシリコンを備える。一実施形態において、半導体基板１０３はＰ型シリコンと浮動充電調節領域の１２３とを備え、また、複数の制御ノード１２１はＮ形ポリシリコンを備える。他の実施形態において、極性が逆転し、半導体基板１０３がＮ形シリコンおよび複数の浮動充電調節領域１２３を備え、複数の複数の制御ノード１２１がＰ形ポリシリコンを備えても良い、と言う事が認識される。
【００１２】
半導体基板１０３、複数のトンネル絶縁層１１７、複数の浮動充電調節領域１２３、複数のブロック絶縁層１１９および複数の制御ノード１２１の開示された構造が、半導体ベースの光導波路の光路に沿って配置された複数の二重積層型コンデンサと比較され得る事が認識される。この例を仮定し、二重積層型コンデンサのそれぞれが３枚の「プレート」を備え、そのそれぞれが絶縁層によって分離される。第１プレートは、接地されて、半導体基板１０３であって良い。第２即ち浮動中心プレートは複数の浮動充電調節領域１２３であって良い。第３プレートは電源に切り替え可能に接続される複数の制御ノード１２１であって良い。後に議論されるように、自由な電荷の濃度が格納・調節されるような、少なくとも中心プレート即ち複数の浮動充電調節領域１２３を貫通する光線を導く事によって、本発明の教示における移相または調節が実現される。
【００１３】
図１の中で示されるように、一実施形態における光学移送装置は可変電源１２５を備え、可変電源１２５は接地され、導体１２９によって基板１０３に接続され、導体１３１によって複数の制御ノード１２１に接続される。一実施形態において、電源１２５は電圧源、電流源あるいはその他同種のもので、スイッチ１２７でＯＮ／ＯＦＦされて良い。一実施形態において、スイッチ１２７は電気式であっても良いし、機械式、または同種のものであっても良い。従って、図示された実施形態中で示されるように、複数の制御ノード１２１は電源１２５によって調整可能な制御電圧ＶＣに設定されるために切り替え可能に接続される。具体的に、スイッチ１２７が投入即ちクローズされる場合、電源１２５が投入され、複数の制御ノード１２１がＶＣに設定されるように接続される。スイッチ１２７が切断即ちオープンされる場合、電源１２５は切断され、複数の制御ノード１２１は電源１２５に接続されず、従って、浮動し得ない。一実施形態において、ＶＣは、例えば５〜１５ボルトの範囲の比較的低い電圧範囲である事が考慮される。
【００１４】
一実施形態において、半導体基板１０３は導波管１３５を備え、導波管１３５は、半導体基板１０３と複数の浮動充電調節領域１２３を貫通して導かれる光路１１３を備える。一実施形態において、光路１１３は複数の制御ノード１２１を貫通して導かれる。後に議論されるように、一実施形態中の導波管１３５はリブ導波管である。一実施形態において、光路１１３に沿った光線１１５は、半導体基板１０３および複数の浮動充電調節領域１２３を貫通する。一実施形態において、光線１１５は複数の制御ノード１２１を更に貫通して導かれる。一実施形態において、光線１１５は赤外線あるいは近赤外線光を含む。当業者に公知であるように、半導体基板１０３、複数の浮動充電調節領域１２３および複数の制御ノード１２１の一実施形態におけるシリコンおよびポリシリコンは、赤外線または近赤外線光に対して部分的に透過性を有する。光学移送装置１０１が光通信中で利用される実施形態において、光線１１５は、およそ１．５５あるいは１．３マイクロメートル程度の１つ以上のチャネルあるいは波長を有する。
【００１５】
一実施形態において、光学移送装置１０１は、シリコン・オン・インシュレーター（ＳＯＩ）ウェーハ１１１に含まれている。図１に示された実施形態中で示されるように、ＳＯＩウェーハ１１１は、複数の半導体および絶縁層を備える。図１は、半導体基板１０３が絶縁層１０５と１０７との間に配置され、絶縁層１０７が半導体基板１０３と別の半導体基板１０９との間に配置されることを示す。一実施形態において、絶縁層１０７は、ＳＯＩウェーハ１１１の埋設酸化物層を備え、また、絶縁層１０５は、ＳＯＩウェーハ１１１の層間絶縁膜を備える。
【００１６】
一実施形態において、絶縁層１０５および１０７は、光学移送装置１０１の光封止層として機能する。具体的には、光線１１５からの光学エネルギー即ち光が、半導体基板１０３と絶縁層１０５および１０７との間の界面から反射される。例えば、光線１１５からの光は、半導体基板１０３と絶縁層１０５あるいは１０７の間の界面に対して入射角θを有するであろう。この開示の目的のために、入射角θは、入射点における表面と直交する想像線と光線が成す角度である。図１に示された実施形態において、光線１１５は、全内反射のために、半導体基板１０３と絶縁層１０５あるいは１０７の間の界面を離れて偏向する。
【００１７】
一実施形態において、絶縁層１０５および１０７は酸化シリコンまたは同種のものを含んでおり、およそｎｏｘｉｄｅ＝１．５の屈折率を有する。半導体基板１０３はシリコンを含んでおり、およそｎＳｉ＝３．５の屈折率を有する。光線１１５の全内反射を有するために、半導体基板１０３と絶縁層１０５または１０７と間の界面に対する光線１１５の入射角θは次の関係を満たす。
【００１８】
【数１】
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【００１９】
全内反射の結果、一実施形態における光線１１５は、図１に示されるような光路１１３に沿って、半導体基板１０３中に封止され、複数の浮動充電調節領域１２３を貫通する。
【００２０】
上に要約されるように、複数の浮動充電調節領域１２３は、複数のトンネル絶縁層１１７および複数のブロック絶縁層１１９によって半導体１０３および複数の制御ノード１２１からそれぞれ絶縁される。従って、複数の浮動充電調節領域１２３は電荷即ち自由電荷キャリヤを蓄積するので、複数の浮動充電調節領域１２３は不揮発性である。後に議論されるように、この特長によって、光学移送装置１０１が、本発明の教示において、電源１２５によって連続的に電力が供給されなくても、また、電力不足の際にも作動する事が出来る。
【００２１】
一般的に、光学移送装置１０１の実施形態は、３つの基本動作モードを含んでいる。即ち、プログラミングモード、ラッチングモード、チューニングモードである。プログラミングモードにおいて、電源１２５が投入される、および（または）スイッチ１２７がクローズされる（投入される）。光学移送装置１０１をプログラムする場合、電源１２５は第１閾値電圧ＶＴＨ＋より大きな制御電圧ＶＣを提供するために調節されて良い。即ち、次式の通りである。
【００２２】
【数２】
2005536766.tif 000004
【００２３】
ＶＣがＶＴＨ＋より大きい場合、図１に示される実施形態中で示されるように、自由電荷キャリヤ１３３は複数のトンネル絶縁層１１７を貫通して、半導体基板１０３から複数の浮動充電調節領域１２３の中へと取り出される。従って、半導体基板１０３および複数の制御ノード１２１を横切って印加されたＶＣに起因する電界が、プログラミング用の閾値を超過する場合、複数のトンネル絶縁層１１７は、複数の浮動充電調節領域１２３上のネットの電流の流れおよび電荷のビルドアップを許可する。
【００２４】
光学移送装置１０１をプログラムする場合、電源１２５は第２閾値電圧ＶＴＨ−未満の制御電圧ＶＣを提供するために調節されて良い。即ち、次式の通りである。
【００２５】
【数３】
2005536766.tif 000005
【００２６】
ＶＣがＶＴＨ−未満である場合、図１に示された実施形態中で示されるように、自由電荷キャリヤ１３３は、複数の浮動充電調節領域１２３から複数のトンネル絶縁層１１７を貫通して半導体基板１０３へと駆動される。従って、制御電圧ＶＣが第２閾値電圧ＶＴＨ−未満である場合、複数のトンネル絶縁層１１７は複数の浮動充電調節領域１２３から半導体基板１０３へのネットの電流の流れおよび放電を可能にする。
【００２７】
図１に示される例において、簡潔さを保つために、図１の複数の浮動充電調節領域１２３の左端のみの入力および（または）出力として自由電荷キャリヤ１３３が示されている、と言う事が認識される。本発明の教示において、自由電荷キャリヤ１３３は、複数のトンネル酸化物層１１７のそれぞれを横切って、複数の浮動充電調節領域１２３の全てから半導体基板１０３へ出力され、また、半導体基板１０３から全ての複数の浮動充電調節領域１２３へと入力される、と言う事が認識される。
【００２８】
ラッチングモードにおいて、電源１２５は切断されている。即ちスイッチ１２７がオープン（切断）である。ラッチングモードは、電力不足の場合、および電源１２５が連続的に切断された状態の際に自動的に開始される、という事が認識される。この運転モードでは、複数のトンネル絶縁層１１７および複数のブロック絶縁層１１９が、半導体基板１０３および複数の制御ノード１２１に出入りする自由電荷キャリヤ１３３のフローを実質的にブロックするので、複数の浮動充電調節領域１２３中の自由電荷キャリヤ１３３の濃度が実質的に固定される。実際、ラッチングモードにおいて、複数の浮動充電調節領域１２３上の電荷は固定され、α粒子インパクト、熱放出等の様なメカニズムによる消散は非常に遅い。
【００２９】
チューニングモードにおいて、電源１２５は投入されており、および（または）スイッチ１２７はクローズ（投入）である。光学移送装置１０１を同調する場合、電源１２５は第１および第２閾値電圧ＶＴＨ＋とＶＴＨ−との間である制御電圧ＶＣを提供するために調節される。
【００３０】
【数４】
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【００３１】
ＶＣがＶＴＨ−とＶＴＨ＋との間である場合、複数の浮動充電調節領域１２３中の自由電荷キャリヤ１３３の濃度は実質的に固定される。しかしながら、半導体基板１０３および（または）複数の制御ノード１２１中の光路に沿った自由電荷キャリヤ１３３の分配および（または）濃度は、ＶＣに応じて微調整されて良い。説明のため、自由電荷キャリヤ１３３が電子であると仮定した場合、ＶＣがよりポジティブ側になり、複数の制御ノード１２１もまたよりポジティブになる。従って、自由電荷キャリヤ１３３の電子は、複数の制御ノード１２１の近傍により集中するように、複数の浮動充電調節領域１２３中で再分配される。反対に、ＶＣがそれ程ポジティブでなくなるにつれて、複数の制御ノード１２１はそれほどポジティブでなくなる。従って、自由電荷キャリヤ１３３の電子は、複数の制御ノード１２１の近傍にあまり集中しないように、複数の浮動充電調節領域１２３中で再分配される。半導体基板１０３中の電荷キャリヤの濃度は、同様に光路１１３に沿って影響される。従って、複数の制御ノード１２１に印加された制御電圧ＶＣを調節または同調することによって、自由電荷キャリヤ１３３は、電界をスクリーニングするために複数の浮動充電調節領域１２３中で再分配され、また、複数のトンネル絶縁層１１７および複数のブロック絶縁層１１９上の収支の平衡を保つために、電荷キャリヤは電源１２５接地端子およびＶＣ端子によって供給される。従って、上述されるようなチューニングモードにおける複数の浮動充電調節領域１２３中の自由電荷キャリヤ１３３の再分配で、半導体基板１０３および（または）複数の制御ノード１２１中の光路１１３に沿った自由電荷キャリヤ１３３の分配は、複数のトンネル絶縁層１１７、複数のブロック絶縁層１１９を横切ってそれぞれ影響される。
【００３２】
上述されたプログラミング、ラッチングおよびチューニングモードの実施形態において、複数の浮動充電調節領域１２３と複数の制御ノード１２１との間の複数のブロック絶縁層１１９を貫通するトンネル電流がもし存在していたとしても些細であると言う事が認識される。さらに、自由電荷キャリヤ１３３として電子即ち陰電荷を用いて自由電荷キャリヤ１３３が記述されたのは説明目的のためであると言う事に注目されたい。他の実施形態において、これらの電荷の極性、シリコンおよびポリシリコンのドーピングおよび電源１２５の電圧は逆転していても良いという事が認識される。従って、このような実施形態において、正孔即ち陽電荷キャリヤが、本発明の教示において、複数の浮動充電調節領域１２３へスイープされるか、複数の浮動充電調節領域１２３から駆動される。
【００３３】
一実施形態において、光線１１５の位相は、プラズマ光学効果によって光路１１３に沿って自由電荷キャリヤ１３３を貫通して伝播するにつれて応答し、変化し、調整される。具体的に、プラズマ光学効果は、半導体基板１０３、複数の浮動充電調節領域１２３および複数の制御ノード１２１を貫通する光線１１５の光路１１３に沿って存在する光学電界ベクトルおよび自由電荷キャリヤ１３３の間の相互作用によって発生する。光線１１５の電界は自由電荷キャリヤ１３３を極性化する。また、これは、媒体の局所比誘電率に有効に乱れを与える。従って、これによって光線１１５の光波の伝搬速度の乱れが生じ、屈折率は媒体中の真空における光速度の比率であるので、従って光の屈折率の乱れが生じる。光学エネルギーが使い果たされると、自由電荷キャリヤ１３３は電界によって加速され、電磁波の吸収へと導かれる。一般に、屈折率の摂動は複素数であり、その実数部は速度変化を引き起こし、虚数部は自由電荷キャリヤの吸収に関連する。移相量φは、以下の式で与えられる。
【００３４】
【数５】
2005536766.tif 000007
【００３５】
ただし、λは光学波長であり、Ｌは相互作用長さである。シリコン中のプラズマ光学効果の場合には、電子（ΔＮｅ）および正孔（ΔＮｈ）の濃度の変化に起因する屈折率の変化Δｎが、次の式より与えられる。
【００３６】
【数６】
2005536766.tif 000008
【００３７】
ただし、ｎ０はシリコンの公称屈折率であり、ｅは電子の電荷であり、ｃは光速であり、ε０は真空の誘電率であり、ｍｅ＊およびｍｈ＊はそれぞれ電子と正孔の実効質量であり、ｂｅおよびｂｈはフィッティング・パラメタである。
【００３８】
図２は、本発明の教示における、光学移送装置１０１の一実施形態の断面図である。図２に示される光学移送装置１０１の断面は、図１に示されるＡ−Ａ’断面と対応する。図示されるように、光学移送装置１０１の導波管１３５の断面は、絶縁層１０５と１０７の間に配置された半導体基板１０３を備える。制御ノード１２１および浮動充電調節領域１２３は導波管１３５内に配置される。トンネル絶縁層１１７は、半導体基板１０３から浮動充電調節領域１２３を絶縁し、ブロック絶縁層１１９は、浮動充電調節領域１２３および制御ノード１２１を相互に絶縁する。図示された実施形態において、電源１２５は導体１２９によって半導体基板１０３に接続される。電源１２５は、導体１３１およびスイッチ１２７によって制御ノード１２１へと更に接続される。
【００３９】
図示されるように、リブ導波管１３５は、リブ領域２３９およびスラブ領域２３７を備える。図２に示された実施形態において、単一モード光線１１５の強度分布はリブ導波管１３５を貫通して伝播するように示される。図示されるように、光線１１５の強度分布は、大多数の光線１１５がリブ領域２３９の一部分を貫通してリブ導波管１３５の内部へ向かって伝播している状態である。さらに、光線１１５の一部分は、スラブ領域２３７の一部分を貫通してリブ導波管１３５の内部へと伝播する。さらに、光線１１５の強度分布で示されるように、リブ領域２３９の「上部の２角」およびスラブ領域２３７の「両サイド」において、ビーム１１５の伝播光学モードの強度は無視出来るほど小さい。従って、浮動充電調節領域１２３が、図示されるようにリブ導波管１３５の内側部分に配置されるので、大多数の光線１１５は浮動充電調節領域１２３を貫通して導かれる。従って、本発明の教示において、光線１１５の移相は浮動充電調節領域１２３中の自由電荷キャリヤの電荷濃度の調節によって実現される。
【００４０】
前述の詳細な説明において、本発明の方法と装置は、特定の典型的な実施形態に関して記載された。しかしながら、様々な変更態様と改変が本発明のより広い趣旨および範囲から逸脱すること無く為され得る事は明白である。従って、本願明細書および図面は、制限的であるというよりはむしろ例示的であると認識される。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の教示における、半導体基板に配置された浮動充電調節領域を含む光学移相装置の一実施形態の側面図である。
【図２】本発明の教示における、半導体基板に配置された制御ノードおよび浮動充電調節領域の一実施形態の断面図である。
【図１】
2005536766.tif 000009
【図２】
2005536766.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】平成17年1月17日(2005.1.17)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板に配置された光路によって光線を導くステップと、
光路に沿って配置された複数の浮動充電調節領域を貫通する光線を導くステップと、
複数の浮動充電調節領域中の電荷濃度に応じて光線の位相を移相するステップと、
電源によって複数の浮動充電調節領域中の電荷濃度を調節するステップと、
電源を切断する事により、複数の浮動充電調節領域の電荷濃度を実質的に固定するステップと
を備える、方法。
【請求項２】
電源を切断する事により、複数の浮動充電調節領域の電荷濃度を実質的に固定するステップが、電源に接続されたスイッチを切断するステップを備える、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
電源によって複数の浮動充電調節領域中の電荷濃度を調節するステップが、
電源に接続されたスイッチを投入するステップと、
電源の出力電圧を調節するステップと
を更に備える、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
電源の出力電圧を調節するステップが、半導体基板から、複数の浮動充電調節領域と半導体基板の間に配置されたトンネル絶縁層を横切って、複数の浮動充電調節領域へと電荷キャリヤを誘引するために、第１閾値より大きな値に出力電圧を調節するステップを備える、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
電源の出力電圧を調節するステップが、複数の浮動充電調節領域から、複数の浮動充電調節領域と半導体基板の間に配置されたトンネル絶縁層を横切って、半導体基板へと電荷キャリヤを導くために、第２閾値より小さな値に出力電圧を調節するステップを備える、請求項３に記載の方法。
【請求項６】
電源の出力電圧を調節するステップが、光路に沿った複数の浮動充電調節領域の近傍における半導体基板中の電荷濃度を同調するために第１閾値と第２閾値との間の値に出力電圧を調節するステップを備え、
光線の位相が光路に沿った半導体基板中の電荷の濃度に応答する、請求項３に記載の方法。
【請求項７】
電源の出力電圧を調節するステップが、電源に接続され、光路に沿った少なくとも１つの制御ノードの電荷濃度を同調するために第１閾値と第２閾値との間の値に出力電圧を調節するステップを備え、
制御ノードが、トンネル絶縁層を横切って複数の浮動充電調節領域の少なくとも１つに容量結合され、
光線の位相が、光路に沿った制御ノード中の電荷濃度に応答する、請求項３に記載の方法。
【請求項８】
光路に沿って導かれる光線が貫通する半導体基板と、
光路に沿って配置された複数の浮動充電調節領域と、
前記複数の浮動充電調節領域のそれぞれと前記半導体基板との間に配置された複数のトンネル絶縁層と、
前記複数の浮動充電調節領域の近傍に配置された複数の制御ノードと、
前記複数の制御ノードのそれぞれと前記複数の浮動充電調節領域との間に配置された複数のブロック絶縁層と
を備え、
前記複数の浮動充電調節領域のそれぞれにおいて、光線の位相が電荷濃度に応答し、
前記複数の制御ノードの各々が、前記複数の浮動充電調節領域の各々の電荷濃度を制御する、装置。
【請求項９】
前記半導体基板に配置される光導波路を更に備え、光路が前記光導波路を貫通して導かれる、請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
前記光導波路が光学リブ導波管である、請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
前記複数の浮動充電調節領域のそれぞれの電荷濃度を制御するために、前記複数の制御ノードの少なくとも１つに選択的に接続された可変電源を更に備える、請求項８に記載の装置。
【請求項１２】
前記可変電源と前記複数の制御ノードの少なくとも１つを接続するスイッチを更に備え、
前記スイッチが投入されている場合、前記複数の浮動充電調節領域中のそれぞれの電荷濃度が前記可変電源に応じて変化し、
前記スイッチが切断されている場合、前記複数の浮動充電調節領域中のそれぞれの電荷濃度が前記可変電源とは独立している、請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
前記スイッチが投入されている場合、光路に沿った前記半導体基板中の電荷濃度が、前記可変電源に応答し、
前記スイッチが切断されている場合、光路に沿った前記半導体基板中の電荷濃度が、前記可変電源とは独立している、請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
前記複数の制御ノードが光路に沿って配置され、
前記スイッチが投入されている場合、光路に沿った前記複数の制御ノード中の電荷濃度が、前記可変電源に応答し、
前記スイッチが切断されている場合、光路に沿った前記複数の制御ノード中の電荷濃度が、前記可変電源とは独立している、請求項１２に記載の装置。
【請求項１５】
前記可変電源が、可変電圧源を備える、請求項１２に記載の装置。
【請求項１６】
前記半導体基板がシリコンを含む、請求項８に記載の装置。
【請求項１７】
前記複数の浮動充電調節領域がポリシリコンを含む、請求項８に記載の装置。
【請求項１８】
複数の制御ノードがポリシリコンを含む、請求項８に記載の装置。
【請求項１９】
前記半導体基板がシリコン・オン・インシュレーター（ＳＯＩ）ウェーハに含まれる、請求項８に記載の装置。
【請求項２０】
前記半導体基板が、ＩＩＩ−Ｖ半導体材料を含む、請求項８に記載の装置。
【請求項２１】
前記複数の浮動充電調節領域のそれぞれの電荷濃度が、前記複数の浮動充電調節領域の電子の濃度である、請求項８に記載の装置。
【請求項２２】
前記複数の浮動充電調節領域のそれぞれの電荷濃度が、前記複数の浮動充電調節領域の正孔の濃度である、請求項８に記載の装置。
【請求項２３】
複数の絶縁層と、前記複数の絶縁層のうちの２つの間に配置される第１半導体層を含む複数の半導体層とを備えるシリコン・オン・インシュレーター（ＳＯＩ）ウェーハと、
前記複数の絶縁層の前記２つ間の前記第１半導体層に配置された光導波路と、
前記第１半導体層の中の前記光導波路に沿って配置された複数の浮動充電調節領域と、
前記複数の浮動充電調節領域の電荷濃度を制御するために、前記複数の浮動充電調節領域の近傍に配置された複数の制御ノードと、
前記複数の浮動充電調節領域の電荷濃度を制御するために、前記複数の制御ノードの少なくとも１つに切り替え可能に接続される可変電源と
を備え、
前記光導波路を貫通して導かれる光線が、前記複数の浮動充電調節領域を貫通して導かれ、
前記複数の浮動充電調節領域のそれぞれが、トンネル絶縁層と相対して前記第１半導体層から離間し、
複数の制御ノードの各々が、前記ブロック絶縁層と相対して前記複数の浮動充電調節領域から離間し、
光線の位相が、前記複数の浮動充電調節領域の電荷濃度に応答する、装置。
【請求項２４】
前記電源が電圧源を備える、請求項２３に記載の装置。
【請求項２５】
前記電源と前記複数の制御ノードの少なくとも１つとの間に接続されたスイッチを更に備える、請求項２３に記載の装置。
【請求項２６】
前記スイッチが投入されている場合、前記複数の浮動充電調節領域中の電荷濃度が電源に応答する、請求項２５に記載の装置。
【請求項２７】
前記スイッチが切断されている場合、前記複数の浮動充電調節領域中の電荷濃度は電源とは独立している、請求項２５に記載の装置。
【請求項２８】
前記複数の浮動充電調節領域中の電荷濃度が、前記複数の浮動充電調節領域中の電子濃度を含む、請求項２３に記載の装置。
【請求項２９】
前記複数の浮動充電調節領域中の電荷濃度が、前記複数の浮動充電調節領域中の正孔濃度を含む、請求項２３に記載の装置。
【請求項３０】
半導体基板に配置された光路によって光線を導くステップと、
光路に沿って配置された複数の浮動充電調節領域を貫通する光線を導くステップと、
複数の浮動充電調節領域中の電荷濃度に応じて光線の位相を移相するステップと、
電源によって複数の浮動充電調節領域中の電荷濃度を調節するステップと
を備える、方法。
【請求項３１】
複数の絶縁層と、前記複数の絶縁層のうちの２つの間に配置される第１半導体層を含む複数の半導体層とを備えるシリコン・オン・インシュレーター（ＳＯＩ）ウェーハと、
前記複数の絶縁層の前記２つ間の前記第１半導体層に配置された光導波路と、
前記第１半導体層の中の前記光導波路に沿って配置された複数の浮動充電調節領域と、
前記複数の浮動充電調節領域の電荷濃度を制御するために、前記複数の浮動充電調節領域の近傍に配置された複数の制御ノードと、
前記複数の浮動充電調節領域の電荷濃度を制御するために、前記複数の制御ノードの少なくとも１つに切り替え可能に接続される可変電源と
を備える、装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００２】
インターネット・データ・トラフィックの成長率が音声トラフィックを追随するにつれて、高速で効率的な光スイッチの必要が増加しており、光通信の必要性を後押ししている。通常用いられるものとして、２つの種類の光学デバイスが公知である。なお、本出願の国際調査において、下記の文献が発見されている。
【特許文献１】米国特許出願公開第２００２／９３７１７号明細書
【特許文献２】米国特許第６２９８１７７号明細書
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４０】
前述の詳細な説明において、本発明の方法と装置は、特定の典型的な実施形態に関して記載された。しかしながら、様々な変更態様と改変が本発明のより広い趣旨および範囲から逸脱すること無く為され得る事は明白である。従って、本願明細書および図面は、制限的であるというよりはむしろ例示的であると認識される。なお、半導体基板１０３は、ＩＩＩ−Ｖ半導体材料を含んでもよい。
【国際調査報告】
2005536766.tif 000011
2005536766.tif 000012
2005536766.tif 000013