(57)【要約】【課題】偏波無依存性の導波路型磁気光学デバイスを実現する。【解決手段】単結晶ガーネット基板（１０）と、単結晶ガーネット基板（１０）上に形成された単結晶の磁性ガーネット層（１１）であって、単結晶ガーネット基板（１０）表面とは対向する表面に上段（１１ｂ）及び下段（１１ａ）からなる段差構造を有する磁性ガーネット層（１１）と、磁性ガーネット層（１１）の段差構造に接して下段（１１ａ）上に形成されたコア層（１２）と、を備え、磁性ガーネット層（１１）の段差構造における上段（１１ｂ）と下段（１１ａ）は、コア層（１２）の底面に接する第１のクラッド層と側面に接する第２のクラッド層を形成し、且つ、単結晶ガーネット基板（１０）表面に対してほぼ４５°方向に磁化されている、偏波無依存性導波路型磁気光学デバイスを提供する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
単結晶ガーネット基板と、
前記単結晶ガーネット基板上に形成された単結晶の磁性ガーネット層であって、前記単結晶ガーネット基板表面とは対向する表面に上段及び下段からなる段差構造を有する磁性ガーネット層と、
前記磁性ガーネット層の前記段差構造に接して前記下段上に形成されたコア層と、を備え、
前記磁性ガーネット層の前記段差構造における上段と下段は、前記コア層の底面に接する第１のクラッド層と側面に接する第２のクラッド層を形成し、且つ、前記単結晶ガーネット基板表面に対して４５°±１５°方向に磁化されている、偏波無依存性導波路型磁気光学デバイス。
【請求項２】
請求項１に記載のデバイスにおいて、前記コア層はアモルファスシリコンで形成される、偏波無依存性導波路型磁気光学デバイス。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のデバイスにおいて、前記デバイスはコア層から成る導波路がマッハツェンダー干渉計構造をなし、平行に並ぶ２つの導波路のアームに対して，前記磁性ガーネット層の磁化方向が，基板表面に対して４５°±１５°で、かつ、アームに対して対称となるように磁化され，非相反な磁気光学効果を生成する光アイソレータ又は光サーキュレータである、偏波無依存性導波路型磁気光学デバイス。
【請求項４】
請求項１乃至３の何れか１項に記載の偏波無依存性導波路型磁気光学デバイスを他の半導体光回路素子と共に同一の半導体基板上に組み込んだ光集積回路。
【請求項５】
単結晶ガーネット基板上に磁性ガーネット層をエピタキシャル成長させ、
前記エピタキシャル成長させた磁性ガーネット層を壁面加工して上段と下段からなる段差構造を形成し、
前記磁性ガーネット層の前記段差構造上にコア層材料を成膜し、
前記成膜されたコア材料層と前記磁性ガーネット層表面とを平坦化し、
前記平坦化されたコア材料層の一部を除去して導波路コアを形成し、
前記磁性ガーネット層を前記ガーネット基板表面に対して４５°±１５°方向に磁化する、
各ステップを備える、偏波無依存性導波路型磁気光学デバイスの製造方法。
【請求項６】
請求項５に記載の製造方法において、前記磁性ガーネット層はスパッタエピタキシーによって形成される、偏波無依存性導波路型磁気光学デバイスの製造方法。
【請求項７】
請求項５又は６に記載の製造方法において、前記コア材料層はシリコンのプラズマＣＶＤによって前記磁性ガーネット層上に形成されたアモルファスシリコン層である、偏波無依存性導波路型磁気光学デバイスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、導波路型光アイソレータ、光サーキュレータ等の磁気光学デバイス、特に偏波無依存性の磁気光学デバイス及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
磁気光学デバイス、例えば光アイソレータ、光サーキュレータ等は、磁性ガーネットに磁気光学効果を作用させて伝搬光に非相反な光学効果を与え、所期の機能を達成している。現在実用化されている光アイソレータ或いは光サーキュレータ等は、レンズ、偏光子、検光子などの独立した光学部品を用いるバルク型のデバイスであって、構造が複雑であり且つサイズ的に光集積回路へ組み込むことができない。従って、光集積回路への集積を可能とする導波路型の磁気光学デバイスの実現が不可避である。
【０００３】
光アイソレータは光を一方向のみに透過する素子であり、レーザーなどの能動素子を反射戻り光から保護するために用いられる。反射戻り光の偏波状態はランダムであるため、光アイソレータも偏波無依存動作が求められる。光サーキュレータにおいても同様である。光集積回路では、検光子、偏光子を組み込むことが困難であり、従って、導波路型の磁気光学デバイスで偏波無依存性を達成するためには、導波路自体で偏波無依存動作を実現する必要がある。しかしながら、現在までに、偏波無依存性の導波路構造を有する光アイソレータ又は光サーキュレータは実現されていない。
【０００４】
特許文献１は、磁性ガーネット／シリコン／二酸化ケイ素による三層構造の磁気光学導波路を備えた光アイソレータを提案している。このデバイスでは、シリコンのコア層表面に磁性ガーネットをウエハボンディングすることによって、縦偏波（ＴＭモード）に対する光非相反性を備えた光アイソレータを構成している。しかしながらこのデバイスは、横偏波（ＴＥモード）に対する光非相反性を達成していない。
【０００５】
非特許文献１は、導波路型の光アイソレータにおいて偏波無依存動作が可能な構造を提案している。この光アイソレータでは、導波路のコア層を磁性ガーネット、クラッド層をホトレジストで構成し、磁性ガーネットの導波路に４５度方向の磁場を印加する構造によって偏波無依存動作が可能であるとしている。ところがこのデバイスでは磁気光学効果の利用効率が小さく、実用的な光アイソレーションを達成していない。またコア層に屈折率の小さな磁性ガーネットを用いているので、シリコンでコア層を形成する場合と比べて素子サイズがかなり大きくなり、光集積回路への組み込みの実現性は低い。
【０００６】
導波路型磁気光学デバイスの現時点での技術水準を示す文献として、以下の特許文献２、非特許文献２〜６がある。特許文献２は波長依存性を低減させて利用可能な動作波長域を広げた導波路型広帯域光アイソレータを開示している。非特許文献２および３は、導波路型光アイソレータの縦偏波（ＴＭ）動作実証例を示しており、非特許文献４は特許文献１の導波路型光アイソレータにおいて縦偏波に対して発生する光非相反移相量を測定し、横偏波では光非相反移相効果が発生しないことを実験で示している。非特許文献５は、磁性ガーネットの磁化構造を工夫することによって提供される偏波無依存な導波路型光アイソレータの構成を提案しているが、磁化構造の制御が複雑かつ困難であって、実用には供さない。非特許文献６は、偏波ダイバーシティ（偏波分離・合成）構成によって偏波無依存バルク型光アイソレータが形成できることを提案しているが、このデバイスはバルク型光アイソレータであって導波路型ではない。非特許文献７は、強磁性金属を用いて横偏波に対して動作する導波路型光アイソレータの動作実証例を示しているが、このデバイスは偏波無依存性ではない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第４１７１８３１号公報
【特許文献２】特許第５１８２７９９号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】Ｊ．Ｆｕｊｉｔａ，Ｍ．Ｌｅｖｙ，Ｒ．Ｍ．Ｏｓｇｏｏｄ，Ｊｒ．，Ｌ．Ｗｉｌｋｅｎｓ，  ａｎｄ  Ｈ．Ｄｏｔｓｃｈ，“Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ−ｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔ  ｗａｖｅｇｕｉｄｅ  ｏｐｔｉｃａｌ  ｉｓｏｌａｔｏｒ  ｂａｓｅｄ  ｏｎ  ｎｏｎｒｅｃｉｐｒｏｃａｌ  ｐｈａｓｅ  ｓｈｉｆｔ，”ＩＥＥＥ  Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ｌｅｔｔｅｒｓ，ｖｏｌ．１２，Ｎｏ．１１，ｐｐ．１５１０−１５１２（２０００）
【非特許文献２】Ｙ．Ｓｈｏｊｉ，Ｔ．Ｍｉｚｕｍｏｔｏ，Ｈ．Ｙｏｋｏｉ，Ｉ．Ｗ．Ｈｓｉｅｈ，  ａｎｄ  Ｒ．Ｍ．Ｏｓｇｏｏｄ，Ｊｒ．，“Ｍａｇｎｅｔｏ−ｏｐｔｉｃａｌ  ｉｓｏｌａｔｏｒ  ｗｉｔｈ  ｓｉｌｉｃｏｎ  ｗａｖｅｇｕｉｄｅｓ  ｆａｂｒｉｃａｔｅｄ  ｂｙ  ｄｉｒｅｃｔ  ｂｏｎｄｉｎｇ，”Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ，ｖｏｌ．９２，Ｎｏ．７，ｐ．０７１１１７  （２００８）
【非特許文献３】Ｙ．Ｓｏｂｕ，Ｙ．Ｓｈｏｊｉ，Ｋ．Ｓａｋｕｒａｉ，  ａｎｄ  Ｔ．Ｍｉｚｕｍｏｔｏ，“ＧａＩｎＡｓＰ／ＩｎＰ  ＭＺＩ  ｗａｖｅｇｕｉｄｅ  ｏｐｔｉｃａｌ  ｉｓｏｌａｔｏｒ  ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  ｗｉｔｈ  ｓｐｏｔ  ｓｉｚｅ  ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ，”Ｏｐｔｉｃｓ  Ｅｘｐｒｅｓｓ，ｖｏｌ．２１，Ｎｏ．１３，ｐｐ．１５３７３−１５３８１（２０１３）
【非特許文献４】Ｔ．Ｍｉｚｕｍｏｔｏ  ａｎｄ  Ｙ．Ｎａｉｔｏ，“Ｎｏｎｒｅｃｉｐｒｏｃａｌ  ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ  ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ  ｏｆ  ＹＩＧ  ｔｈｉｎ  ｆｉｌｍ，”ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓ．ｏｎ  Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ  Ｔｈｅｏｒｙ  ａｎｄ  Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ，ｖｏｌ．ＭＴＴ−３０，Ｎｏ．６，ｐｐ．９２２−９２５（１９８２）
【非特許文献５】Ｏ．Ｚｈｕｒｏｍｓｋｙｙ，Ｈ．Ｄｏｅｔｓｃｈ，Ｍ．Ｌｏｈｍｅｙｅｒ，Ｌ．Ｗｉｌｋｅｎｓ，  ａｎｄ  Ｐ．Ｈｅｒｔｅｌ，“Ｍａｇｎｅｔｏｏｐｔｉｃａｌ  ｗａｖｅｇｕｉｄｅ  ｗｉｔｈ  ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ−ｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔ  ｎｏｎｒｅｃｉｐｒｏｃａｌ  ｐｈａｓｅ  ｓｈｉｆｔ，”ＩＥＥＥ  Ｊ．Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｖｏｌ．１９，Ｎｏ．２，ｐｐ．２１４−２２１（２００１）
【非特許文献６】Ｋ．Ｓｈｉｒａｉｓｈｉ，“Ｎｅｗ  ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｐｏｌａｒｉｓａｔｉｏｎ−ｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔ  ｉｓｏｌａｔｏｒ  ｕｓｉｎｇ  ａ  ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ−ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ  ｏｎｅ，”Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ，ｖｏｌ．２７，Ｎｏ．４，ｐｐ．３０２−３０３（１９９１）
【非特許文献７】Ｈ．Ｓｈｉｍｉｚｕ  ａｎｄ  Ｙ．Ｎａｋａｎｏ，“Ｆｉｒｓｔ  ｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｉｏｎ  ｏｆ  ＴＥ  ｍｏｄｅ  ｎｏｎｒｅｃｉｐｒｏｃａｌ  ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ  ｉｎ  ａｎ  ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ  ａｃｔｉｖｅ  ｗａｖｅｇｕｉｄｅ  ｆｏｒ  ａｎ  ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  ｏｐｔｉｃａｌ  ｉｓｏｌａｔｏｒ，”Ｊａｐａｎｅｓｅ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ，ｖｏｌ．４３，Ｎｏ．１２Ａ，ｐｐ．Ｌ１５６１−Ｌ１５６３（２００４）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
従って本発明は、実用に供しうる偏波無依存性導波路型磁気光学デバイス及びその製造方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の課題を解決するために、本発明の第１の態様では、単結晶ガーネット基板と、前記単結晶ガーネット基板上に形成された単結晶の磁性ガーネット層であって、前記単結晶ガーネット基板表面とは対向する表面に上段及び下段からなる段差構造を有する磁性ガーネット層と、前記磁性ガーネット層の前記段差構造に接して前記下段上に形成されたコア層と、を備え、前記磁性ガーネット層の前記段差構造における上段と下段は、前記コア層の底面に接する第１のクラッド層と側面に接する第２のクラッド層を形成し、且つ、前記単結晶ガーネット基板表面に対してほぼ４５°（４５°±１５°）方向に磁化されている、偏波無依存性導波路型磁気光学デバイスを構成する。
【００１１】
上記第１の態様において、前記コア層はアモルファスシリコンで形成しても良い。また、前記デバイスは光アイソレータ又は光サーキュレータであっても良い。更に、上記の偏波無依存性導波路型磁気光学デバイスを他の半導体光素子と共に同一の半導体基板上に組み込んで光集積回路を構成しても良い。
【００１２】
前記課題を達成するために、本発明の第２の態様では、単結晶ガーネット基板上に磁性ガーネット層をエピタキシャル成長させ、前記エピタキシャル成長させた磁性ガーネット層を壁面加工して上段と下段からなる段差構造を形成し、前記磁性ガーネット層の前記段差構造上にコア層材料を成膜し、前記成膜されたコア材料層と前記磁性ガーネット層表面とを平坦化し、前記平坦化されたコア材料層の一部を除去して導波路コアを形成し、前記磁性ガーネット層を前記ガーネット基板表面に対してほぼ４５°（４５°±１５°）方向に磁化する、各ステップを備える、偏波無依存性導波路型磁気光学デバイスの製造方法を提供する。
【００１３】
この製造方法において、前記磁性ガーネット層はスパッタエピタキシーによって形成しても良い。更に、前記コア材料層はシリコンのプラズマＣＶＤによって前記磁性ガーネット層上に形成されたアモルファスシリコン層であっても良い。
【発明の効果】
【００１４】
現在までに、導波路型光アイソレータ等の磁気光学デバイスの偏波無依存動作の実証例はなく、磁性ガーネットを用いたものとしては縦偏波（ＴＭ）のみの実証例がある。実用化の際は、横偏波（ＴＥ）はフィルタで順方向・逆方向とも遮断し縦偏波のみの利用となる。したがって、透過させたい順方向の入力光を別途縦偏波に制御する必要があり、伝送路内でランダムな偏波回転を受けた光信号に対しては高機能な偏波制御回路を用いなくてはならない。現状ではそうした運用は非現実的であり、偏波無依存動作を提供するバルク型の磁気光学デバイスが用いられている。しかしながら、バルク型の磁気光学デバイス、例えば光アイソレータは他の導波路デバイスとの集積化は困難であるため、集積型光モジュールの開発において大きな課題となっている。本発明により偏波無依存性の磁気光学デバイスが実現されれば偏波制御回路が不要となるため、集積型光モジュールの発展に大きく貢献することが期待される。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】（ａ）は縦偏波に対して、（ｂ）は横偏波に対して光相反位相効果を発現するための導波路構造の原理を示す図。
【図２】本発明の一実施形態に係る偏波無依存性導波路型磁気光学デバイスの導波路構造を示す図。
【図３】図２に示す導波路構造の製造プロセスの一部を示す図。
【図４】図３に示す製造プロセルのその後のプロセスを示す図。
【図５】図４に示す製造プロセスのその後のプロセスを示す図。
【図６】本発明の一実施例に係る偏波無依存性導波路型光アイソレータの構造を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下に本発明の種々の実施形態を、図面を参照して説明する。なお以下の図面は、本発明の理解を容易にするために各層の関係を実際のものとは異なった大きさで表している。また、各図面において、同一の符号は同一又は類似の構成要素を示す。
【００１７】
導波路型磁気光学デバイスに用いられる光非相反移相効果は、原理的には、縦偏波（ＴＭ）にはコアの上部または下部に、横偏波（ＴＥ）にはコアの側壁に磁性ガーネット層を形成することで効果を発現する。
【００１８】
図１（ａ）は、導波路型磁気光学デバイスで、縦偏波（ＴＭ）に対して非相反移相効果を発現するための導波路断面構造を原理的に示す図であり、図（ｂ）は、横偏波（ＴＥ）に対して非相反移相効果を発現するために必要な導波路断面構造を原理的に示す図である。図１（ａ）、（ｂ）において、１はＳｉＯ2基板、２は単結晶シリコンで形成したコア層、３ａ、３ｂは磁性ガーネットで形成したクラッド層を示す。クラッド層３ａ、３ｂ内の矢印は、それぞれ縦偏波動作及び横偏波動作を達成するための磁化方向を示している。光相反移相効果は、コアを伝搬する光に対して垂直方向に且つ非対称に磁場を印加することによって発現する。
【００１９】
既存技術では、磁性ガーネット層は単結晶ガーネット基板上に結晶成長させた場合のみ単結晶化し、ＳｉＯ2基板上でシリコンを材料とするコアの周囲に良好な結晶状態で堆積させることは困難であり、図１（ｂ）のような構造は実現されていない。従って、現状では図１（ａ）に示すように、コア層１の上部に磁性ガーネットウエハを貼り合わせる手法で製作された縦偏波動作のみの導波路型光アイソレータが実証されている（特許文献１参照）。
【００２０】
そこで、本発明では、ガーネット基板上に良質な磁性ガーネット層をまず結晶成長させ、この磁性ガーネット層に対して壁面加工を施すという発想の転換を行った。コア層は、壁面加工後に形成する。アモルファスシリコンのような堆積可能な高屈折率材料をコア層材料として利用することで、磁性ガーネット層に壁面加工を施した後のコア層の形成が可能となる。
【００２１】
図２に、本発明の一実施形態に係る偏波無依存性導波路型磁気光学デバイスの導波路断面構造を示す。図２において、１０は単結晶ガーネットの基板、１１はガーネット基板１０上に例えばスパッタエピタキシーによって結晶成長させた良質な磁性ガーネット層であって、壁面加工を施すことによって、下段部１１ａと上段部１１ｂとから成る段差構造が形成されている。１２はコア層であって、磁性ガーネット層１１の壁面に隣接して磁性ガーネットの下段部１１ｂ上にアモルファスシリコンを堆積することによって形成されている。磁性ガーネット層１１内の矢印は磁化方向を示し、本実施形態では基板１０の上面に対して４５度の角度で磁化が行われている。磁化の角度は厳密に４５°でなくても良く、４５°±１５°以内であれば良い。
【００２２】
これによって、磁性ガーネット層１１の下段部１１ｂは、その上部のコア層１２に対して縦偏波に対する非相反移相効果を発現するためのクラッド層として機能し、上段部１１ａは横偏波に対する非相反移相効果を発現するためのクラッド層として機能するようになる。その結果、導波路を伝搬する縦偏波及び横偏波の両者に対して光非相反移相効果を発現することが可能な導波路構造を得ることができる。
【００２３】
なお、コア層１２を磁性ガーネット層１１ａ上に堆積させるにあたって、別の材料からなる中間層を介在させても、本発明の偏波無依存性導波路を形成することができる。この場合、中間層の厚さは、光の電磁界が磁性ガーネット層に達する程度に薄くなければならない。中間層が厚くなればなるほど、磁気光学効果の利用効率は低下する。
【００２４】
以下に、図３−図５を参照して、図２に示す導波路構造の製造方法を説明する。まず、図３（ａ）に示すように、ガーネット基板２０上に単結晶の磁性ガーネット層２１をスパッタエピタキシー等により結晶成長させる。これによって磁性ガーネット層２１は結晶性の優れた薄膜として成膜される。
【００２５】
次に、図３（ｂ）に示すように、磁性ガーネット層２１上にＳｉＯ2被膜２２を形成した後、金属皮膜を全面に例えば真空蒸着によって形成し、その後、例えばリソグラフィ技術を利用して壁面パターンを有する金属マスク２３を形成する。金属マスク２３は例えばクロムで形成される。その後、図３（ｃ）に示すように、金属マスク２３を用いてドライエッチング等を行い、磁性ガーネット層２１に段差構造を形成する。
【００２６】
次に、図４（ａ）に示すように、金属マスク２３及びその下のＳｉＯ2層を除去した後、図４（ｂ）に示すように、段差を有する磁性ガーネット層２１上に、シリコンのプラズマＣＶＤ等によりアモルファスシリコン層２４を堆積する。次に、図４（ｃ）に示すようにアモルファスシリコン層２４に対して例えば化学機械研磨によって平坦加工を行って磁性ガーネット層２１の上段部上の不要なシリコン層を辞去する。
【００２７】
なお、図２に関して説明したように、アモルファスシリコン層２４を磁性ガーネット層２１上に堆積するにあたって、層２１と層２４間に別の材料からなる中間層を介しても良い。この場合、中間層の厚さは後に形成されるコア層を伝搬する光の電磁界が磁性ガーネット層に達する程度に薄いものである。
【００２８】
その後、図５（ａ）に示すようにＳｉＯ2被膜２５を介してホトレジスト層を形成し、これにリゾグラフィを行ってホトレジストのコアパターン２６を形成する。次に、図５（ｂ）に示すように、例えばドライエッチングによってコアパターン２６以外の部分のアモルファスシリコン層２１を除去してコア層２４ａを形成し、その後、図５（ｃ）に示すようにＳｉＯ2層２５及びコアパターン２６を除去する。これによって、コア層２４ａの底面及び側面を磁性ガーネット層２１でクラッドされた導波路構造が得られる。
【００２９】
上記の事例では、図４（ｂ）において磁性ガーネット層２１上にシリコンをプラズマＣＶＤによって堆積してコア層２４としているが、コア層材料は必ずしもシリコンでなくとも良い。クラッド層を形成する磁性ガーネット層に対して充分に高い屈折率を有し、且つ磁性ガーネット層上に成膜可能な材料、例えば、酸化チタン等を使用することもできる。
【００３０】
段差を有する磁性ガーネット層２１の磁化は、縦偏波には横方向の磁化、横偏波には縦方向の磁化が必要である（図１（ａ）及び（ｂ）参照）。従って、両偏波での光非相反移相効果は、斜め４５度に磁化することで実現できる（図２参照）。磁性ガーネットの磁化は外部磁場に容易に追従するため外部磁場の制御により操作できる。従って、導波路構造の形成後に外部磁場を印加することにより、横偏波、縦偏波同時に光非相反移相効果が得られ、偏波無依存の磁気光学デバイスが実現できる。
【００３１】
図６（ａ）、（ｂ）に、本発明で提案する導波路構造で偏波無依存動作を与える導波路型光アイソレータの実施形態を示す。図６の（ａ）は偏波無依存性導波路型光アイソレータの構成概念図であり、図６（ｂ）はこの光アイソレータに組み込まれた非相反移相器の断面構造を示す。
【００３２】
図６に示す光アイソレータはマッハツェンダー干渉計構造からなり、それぞれのアーム部を、本発明で提案する非相反移相器と、アームの光路長差により構成される相反移相器で構成している。非相反移相器では両アーム間で順方向では−π／２、逆方向では＋π／２の光非相反な位相差を与える。相反移相器では＋π／２の相反な位相差を与える。したがって、順方向ではこれらが打ち消され同位相、逆方向では足し合わされ逆位相となり、マッハツェンダー干渉計は順方向で透過、逆方向で遮断する光アイソレータとなる。
【００３３】
図６（ｂ）に、両偏波で上記の動作を実現するためのデバイス構造と磁化方向を示す。非相反移相器で非相反な位相差を得るためには、上下のアーム３０ａ、３０ｂ間で異なる符号の非相反移相効果を与える必要がある。縦偏波に対する非相反位相効果は、磁化が横方向の成分を持ち、かつ上下のアームで向きを反転することで実現できる。横偏波に対しては、磁化が縦方向の成分を持ち、かつ上下のアームで導波路構造を左右反転することで実現できる。
【００３４】
なお、図６（ａ）、（ｂ）において、アーム３０ａ、３０ｂは、例えばアモルファスシリコンのような高屈折率材料で形成されたコア層で形成される。３１は段差を有する磁性ガーネット層であり、３１ａは段差の上段部を示す。３２はガーネット基板、磁性ガーネット層３１中に示される矢印は磁化方向を示している。また、図に一実施形態の概略のサイズを記載している。
【００３５】
図６では、本発明の一実施形態としての偏波無依存性導波路型光アイソレータを示しているが、本発明で提案する導波路構造はこの実施形態に限定されるものではなく、例えば光サーキュレータに容易に適用できることは明らかである。またこのような偏波無依存性導波路型光アイソレータ、光サーキュレータを、レーザー発光装置、光電変換器、光増幅器、光スイッチ等の光回路素子と適宜組み合わせて同一の基板上に集積化して形成することで、容易に光集積回路を形成することができる。
【符号の説明】
【００３６】
１０    単結晶ガーネット基板
１１    磁性ガーネット層
１１ａ    磁性ガーネット層の下段部
１１ｂ    磁性ガーネット層の上段部
１２    アモルファスシリコンのコア層
２０    単結晶ガーネット基板
２１    磁性ガーネット層
２２    ＳｉＯ２層
２３    金属マスク
２４    アモルファスシリコン層
２５    ＳｉＯ２層
２６    コアパターン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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