(57)【要約】【課題】スイッチング速度が高速、かつ、耐久性に優れる光スイッチと、光磁気回路とを提供する。また、上記光磁気回路を製造する方法を提供する。【解決手段】誘電体からなる光伝達路（２）と、磁性体（３）と、磁性体（３）に磁界を印加することによって磁性体（３）の磁化状態を変化させる磁界印加部（４）とを含み、磁性体（３）は、光伝達路（２）を進行する光が磁性体（３）の表面で反射するように、光伝達路（２）の近傍に配置されている光スイッチとする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電体からなる光伝達路と、磁性体と、前記磁性体に磁界を印加することによって前記磁性体の磁化状態を変化させる磁界印加部とを含み、
前記磁性体は、前記光伝達路を進行する光が前記磁性体の表面で反射するように、前記光伝達路の近傍に配置されている光スイッチ。
【請求項２】
前記磁性体が、前記光伝達路に接して配置されている請求項１に記載の光スイッチ。
【請求項３】
前記磁性体の磁化方向が、前記磁性体の前記表面に垂直な方向である請求項１に記載の光スイッチ。
【請求項４】
前記磁界印加部が、磁界を誘起する配線を備える請求項１に記載の光スイッチ。
【請求項５】
前記磁界印加部が、前記配線によって誘起された前記磁界を集束する磁束ガイドをさらに備える請求項４に記載の光スイッチ。
【請求項６】
前記磁束ガイドが、Ｎｉ、ＣｏおよびＦｅから選ばれる少なくとも１種の元素を含む軟磁性合金膜からなる請求項５に記載の光スイッチ。
【請求項７】
前記配線と前記光伝達路とによって前記磁性体を狭持するように、前記配線が配置されている請求項４に記載の光スイッチ。
【請求項８】
前記磁界印加部が、前記磁性体を中心に対向する位置に配置された一対の配線を備える請求項４に記載の光スイッチ。
【請求項９】
前記磁性体が、強磁性材料からなる請求項１に記載の光スイッチ。
【請求項１０】
前記強磁性材料が、ホイスラー合金およびアモルファス磁性材料から選ばれる少なくとも一方である請求項９に記載の光スイッチ。
【請求項１１】
前記光伝達路が、ニオブ酸リチウムまたはタンタル酸リチウムからなる請求項１に記載の光スイッチ。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれかに記載の光スイッチと、前記光スイッチの光伝達路への光の入力および前記光伝達路からの光の出力から選ばれる少なくとも一方を行う光接続部とを含む光磁気回路。
【請求項１３】
前記光接続部が、偏光フィルターを備える請求項１２に記載の光磁気回路。
【請求項１４】
前記光伝達路に入力する光の光源をさらに含む請求項１２に記載の光磁気回路。
【請求項１５】
前記光伝達路から出力された前記光を受光する受光素子をさらに含む請求項１２に記載の光磁気回路。
【請求項１６】
誘電体からなる光伝達路と、前記光伝達路への光の入力および前記光伝達路からの光の出力から選ばれる少なくとも一方を行う光接続部とを含む光回路と、
磁性体と、前記磁性体に磁界を印加することによって前記磁性体の磁化状態を変化させる磁界印加部とを含む磁気回路とを含み、
前記光回路および前記磁気回路が、前記光伝達路を進行する光が前記磁性体の表面で反射するように配置されている光磁気回路。
【請求項１７】
前記光伝達路と前記磁性体とが接するように、前記光回路および前記磁気回路が配置されている請求項１６に記載の光磁気回路。
【請求項１８】
前記光伝達路の一部に接して前記磁性体が配置されている請求項１７に記載の光磁気回路。
【請求項１９】
（ｉ）誘電体からなる光伝達路と、前記光伝達路への光の入力および前記光伝達路からの光の出力から選ばれる少なくとも一方を行う光接続部とを含む光回路を形成する工程と、
（ｉｉ）磁性体と、前記磁性体に磁界を印加することによって前記磁性体の磁化状態を変化させる磁界印加部とを含む磁気回路を形成する工程と、
（ｉｉｉ）前記光回路と前記磁気回路とを、前記光伝達路を進行する光が前記磁性体の表面で反射するように配置する工程とを含む光磁気回路の製造方法。
【請求項２０】
（Ｉ）誘電体と磁性体とを含む積層体を形成する工程と、
（ＩＩ）前記積層体を所定の形状に加工することによって、前記誘電体からなる光伝達路を形成し、前記光伝達路と前記磁性体とが積層された光磁気回路を形成する工程とを含む光磁気回路の製造方法。
【請求項２１】
前記（ＩＩ）の工程が、
（ａ）前記積層体から前記磁性体の一部を除去する工程を含む光磁気回路の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光スイッチとそれを用いた光磁気回路、ならびに光磁気回路の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光信号は、電気信号に比べて情報容量が大きく、低損失性に優れるなどの特長を有している。このため、光信号による情報伝送は、主に長距離のバックボーンネットワーク通信などに用いられてきた。しかし、現在、上記特長を利用して、集積回路内においてこれまで電気信号によって行われていた伝送を、光信号による伝送に置き換えることが考えられている。このとき、大容量、低損失といった光信号の特長を最大限に生かした光回路を形成するためには、光−電気変換を介する必要がない光スイッチが必要である。
【０００３】
現在、従来用いられている電気スイッチに代わって、マイクロエレクトロニクス技術により形成されるＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ）の１種である反射鏡スイッチなどが、次世代の光スイッチとして注目されている（例えば、特許文献１、参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−２９６４８６号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ＭＥＭＳによる光スイッチは、機械的に動作する光スイッチであり、その動作原理からスイッチングの速度に限界があると考えられる。例えば、ＭＥＭＳによる一般的な光スイッチの応答速度は、数ｍｓｅｃのオーダーである。また、動作部分に摩耗が発生するなどにより、長期の使用の間に応答速度がさらに低下する可能性がある。そのため、よりスイッチングの速度が高速で、耐久性に優れる光スイッチが求められている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の光スイッチは、誘電体からなる光伝達路と、磁性体と、前記磁性体に磁界を印加することによって前記磁性体の磁化状態を変化させる磁界印加部とを含み、前記磁性体は、前記光伝達路を進行する光が前記磁性体の表面で反射するように、前記光伝達路の近傍に配置されている。
【０００７】
次に、本発明の光磁気回路は、上記光スイッチと、前記光スイッチの光伝達路への光の入力および前記光伝達路からの光の出力から選ばれる少なくとも一方を行う光接続部とを含んでいる。
【０００８】
また、本発明の光磁気回路は、誘電体からなる光伝達路と、前記光伝達路への光の入力および前記光伝達路からの光の出力から選ばれる少なくとも一方を行う光接続部とを含む光回路と、
磁性体と、前記磁性体に磁界を印加することによって前記磁性体の磁化状態を変化させる磁界印加部とを含む磁気回路とを含み、
前記光回路および前記磁気回路が、前記光伝達路を進行する光が前記磁性体の表面で反射するように配置されていてもよい。
【０００９】
次に、本発明の光磁気回路の製造方法は、（ｉ）誘電体からなる光伝達路と、前記光伝達路への光の入力および前記光伝達路からの光の出力から選ばれる少なくとも一方を行う光接続部とを含む光回路を形成する工程と、
（ｉｉ）磁性体と、前記磁性体に磁界を印加することによって前記磁性体の磁化状態を変化させる磁界印加部とを含む磁気回路を形成する工程と、
（ｉｉｉ）前記光回路と前記磁気回路とを、前記光伝達路を進行する光が前記磁性体の表面で反射するように配置する工程とを含んでいる。
【００１０】
また、本発明の光磁気回路の製造方法は、（Ｉ）誘電体と磁性体とを含む積層体を形成する工程と、
（ＩＩ）前記積層体を所定の形状に加工することによって、前記誘電体からなる光伝達路を形成し、前記光伝達路と前記磁性体とが積層された光磁気回路を形成する工程とを含んでいてもよい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施の形態において、同一の部分については同一の符号を付して重複する説明を省略する場合がある。
【００１２】
（実施の形態１）
本実施の形態では、本発明の光スイッチおよび光磁気回路について説明する。
【００１３】
図１は、本発明の光スイッチの一例を示す断面図である。図１に示す光スイッチ１は、誘電体からなる光伝達路２と、磁性体３と、磁性体３に磁界を印加することによって磁性体３の磁化状態（例えば、磁化方向）を変化させる磁界印加部４とを含んでいる。また、磁性体３は、光伝達路２を進行する光１１が磁性体３の表面１２で反射するように、光伝達路２の近傍に配置されている。このような光スイッチでは、磁界印加部４により磁性体３の磁化状態を変化させることによって、光伝達路２を進行する光１１の偏光の状態を制御することができる。
【００１４】
磁性体の表面に光を入射したとき、その表面で反射した光の偏光の状態は、磁性体の磁化状態によって異なる。このような現象を、カー効果（Ｋｅｒｒ  Ｅｆｆｅｃｔ：光磁気効果の１種）という。図１に示す光スイッチ１に光を入力した場合（例えば、レーザ光を光伝達路２に入射した場合）、入力された光（入力光）は光伝達路２を進行する。その際、入力光の一部または全部が磁性体３の表面で反射する。反射した光の偏光の状態は、上記カー効果により、磁性体３の磁化状態に応じて異なっている。このため、磁性体３の磁化状態を変化させることによって、光スイッチ１から出力される光（出力光）の偏光の状態を制御することができる。なお、入力光が光伝達路２を全反射の条件で進行している場合（即ち、光伝達路を進行する光が、臨界角以上の角度で磁性体と光伝達路との界面に入射する場合）は、磁性体３と光伝達路である誘電体との界面において、入力光の一部がエバネッセント光として磁性体３側に染み出していると考えられる。よって、このような条件下においても、光スイッチ１から出力される光の偏光の状態を制御することができる。
【００１５】
また、図１に示す光スイッチ１において、出力光の偏光の状態が変化する速度は、磁性体３の磁化状態が変化する速度に依存していると考えられる。磁性体３の磁化状態が変化する速度は、数百ｐｓｅｃ〜数ｎｓｅｃのオーダーとすることができる。このため、光スイッチ１は、ＭＥＭＳなどを用いた従来の光スイッチに比べて、よりスイッチング速度が高速な光スイッチとすることができる。また、光スイッチ１は、ＭＥＭＳを用いた光スイッチとは異なり、機械的に動作する部分を備えていない。このため、より耐久性に優れる光スイッチとすることができる。
【００１６】
本発明の光スイッチにおいて、磁性体３が配置される位置は、光伝達路２を進行する光の一部または全部が磁性体３の表面で反射できる限り、特に限定されない。例えば、磁性体３と光伝達路２との間に空隙が設けられていてもよい。この場合、空隙の大きさは、例えば、０．０１μｍ以下である。空隙の大きさが大きくなりすぎると、光伝達路２を進行する光が磁性体３の表面で反射できなくなる可能性がある。また、図１に示す例のように、磁性体３が光伝達路２に接して配置されていてもよい。この場合、光伝達路２を進行する光のうち、より多くの光が磁性体３の表面で反射できるため、より損失の少ない光スイッチとすることができる。
【００１７】
また、磁性体３の形状は、光伝達路２を進行する光の一部または全部が磁性体３の表面で反射できる限り、特に限定されない。より具体的には、磁性体３のうち、光伝達路２を進行する光が反射する領域の長さ（磁性体が光伝達路と接している場合においては、例えば、両者が接している距離）および面積は、特に限定されない。光伝達路２の断面積や光伝達路２を進行する光の波長、光スイッチとして必要な特性などに応じて、任意に設定すればよい。一例を挙げれば、光路方向に垂直な面における光伝達路２の断面積が０．０１μｍ２〜１００μｍ２の範囲、光伝達路２に入力される光の波長が２００ｎｍ〜２０００ｎｍの範囲である場合、上記領域の長さを、例えば、０．０５μｍ〜２μｍの範囲とすればよい。また、例えば、上記領域の面積を０．００２５μｍ２〜４μｍ２の範囲としてもよい。なお、上記領域の長さとは、光伝達路２の光路方向に対する長さである。また、光路方向とは、光伝達路２を光が全体として進行している方向であり、図１における矢印Ａに相当する方向である。以降の図においても、光スイッチにおける光路方向を矢印Ａとして示す場合がある。
【００１８】
また、光伝達路２の近傍に配置される磁性体３の数は、特に限定されない。１つであってもよいし複数であってもよい。複数の磁性体３が配置される場合、互いの相対位置は特に限定されない。光スイッチとして必要な特性に応じて、任意に設定すればよい。
【００１９】
磁性体３に用いる材料は、特に限定されず、例えば、強磁性材料を用いればよい。強磁性材料を用いた場合、磁界印加部による磁性体の磁化状態の変化をより容易に行うことができる。
【００２０】
磁性体に用いる強磁性材料は、特に限定されない。なかでも、ＰｔＭｎＳｂ、ＮｉＭｎＳｂなどのホイスラー合金や、Ｔｂ−Ｃｏ−Ｆｅ系、Ｈｏ−Ｃｏ−Ｆｅ系のアモルファス材、Ｆｅ−Ｃｏ−Ｐｔ系などの不規則合金材、Ｍｎ−Ｐｔ系などの規則合金材などを用いれば、後述する極カー効果をより強めることができ、光伝達路を進行する光の偏光の状態をより大きく変化させることができる。
【００２１】
本発明の光スイッチにおいて、磁性体３の磁化方向が、光伝達路２を進行する光が反射する表面（図１の例における表面１２）に垂直な方向であってもよい。即ち、磁性体３の磁化方向が、光伝達路２の光路方向に対して垂直な方向であってもよい（以下、このような磁性体３を、垂直磁化を有する磁性体、ともいう）。この場合、磁性体３の表面で反射した光は極カー効果と呼ばれる光磁気効果を受ける。このため、光伝達路２を進行する光の偏光の状態をより大きく変化させることができ、より損失の少ない光スイッチとすることができる。
【００２２】
光伝達路２に用いる誘電体は、入力光を透過することができる限り、特に限定されない。例えば、光学的に透明な材料である、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）やタンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３）などからなる光学結晶を用いればよい。この場合、上記光学結晶にＴｉなどを拡散させることによってプロトン交換を施した光学結晶を用いてもよい。また、光閉じこめ効果が大きいため、大きな屈折率を有する強誘電材料、例えば、チタン酸鉛（ＰＴ）、チタン酸ランタン鉛（ＰＬＴ）、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）およびチタン酸ジルコン酸ランタン鉛（ＰＬＺＴ）を含むＰＬＺＴ系材料（より具体的には、例えば、式Ｐｂ１−ｐＬａｐ（ＺｒｑＴｉ１−ｑ）１−ｐ／４Ｏ３で示される組成を有する材料であればよい。ｐ、ｑは、例えば、０＜ｐ＜０．２８、０＜ｑ＜１．０）などを用いてもよい。上記光学結晶、強誘電材料は、既存の半導体製造プロセスなどにより、任意の形状、サイズに形成することができる。また、上記光学結晶、強誘電材料を用いて光伝達路２を形成した場合、光伝達路２を導波路としてモードを設定することも可能である。
【００２３】
光伝達路２に入力される光は、特に限定されない。単波長の光であってもよいし、複数の波長の光が混合した光であってもよい。このような光の光源には、例えば、ＧａＩｎＡｓＰ／ＩｎＰのような長波長半導体レーザや、２００ｎｍ程度の波長を有する真空紫外短波長レーザなどを用いればよい。
【００２４】
磁界印加部の構造および配置される位置などは、磁性体３の磁化状態を変化させることができる限り、特に限定されない。光スイッチとして必要な特性に応じて、任意に設定すればよい。例えば、磁界印加部４と磁性体３との間に空隙が設けられていてもよいし、両者が接していてもよい。また、必要に応じて、磁界印加部４と磁性体３との間に絶縁体などが配置されていてもよい。
【００２５】
本発明の光スイッチの別の一例について図２に示す。図２に示す光スイッチ１は、磁界印加部４が、磁界を誘起する配線４１を備えている。また、配線４１は、配線４１と光伝達路２とによって磁性体３を狭持するように配置されている。このような光スイッチでは、配線４１に電流を流すことによって磁界を発生させ、磁性体３の磁化状態を変化させることができる。このとき、配線４１に流す電流の方向を反転させれば、磁性体３の磁化方向を容易に反転させることも可能である。また、配線４１に流れる電流は、数百ｐｓｅｃのオーダーで変化させることができるため、スイッチング速度がより高速な光スイッチとすることができる。
【００２６】
配線４１に用いる材料は、導電性材料である限り、特に限定されない。例えば、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｔなどを含む材料を用いればよい。ＳｒＲｕＯ３などの導電性酸化物を用いてもよい。また、配線４１の太さ、形状などは特に限定されない。光スイッチとして必要な特性に応じて、任意に設定すればよい。
【００２７】
配線４１と磁性体３との距離は、磁性体３の磁化状態を変化させることができる限り、特に限定されない。光スイッチとして必要な特性に応じて、任意に設定すればよい。例えば、配線４１と磁性体３との間に空隙が設けられていてもよい。この場合、空隙の大きさは、例えば、０．０１μｍ以下である。また、配線４１と磁性体３とが接していてもよい。この場合、配線４１において発生した磁界をより効率よく磁性体３に印加することができる。このため、スイッチング速度がより高速な光スイッチとすることができる。なお、配線４１と磁性体３とが直接接することによって、電気的な短絡などの問題が発生する場合には、配線４１と磁性体３との間に絶縁体などの別の材料を配置してもよい。
【００２８】
本発明の光スイッチの別の一例を図３に示す。図３に示す光スイッチ１は、図２に示す例と同様に、磁界印加部４が磁界を誘起する配線４１を備えている。また、配線４１は、磁性体３の側方、光伝達路２の上方に配置されている。このように、磁性体３に対する配線４１の相対位置は、磁性体３の磁化状態を変化させることができる限り、特に限定されない。例えば、図３において、配線４１は磁性体３の１つの側面に面して配置されているが、磁性体３のその他の側面に面して配置されていてもよい。このとき、配線４１が面する磁性体３の側面は１つとは限らない。
【００２９】
また、図３に示すように、配線４１が磁性体３の側方に配置されている場合、光スイッチ１をより小型化することができる。さらに、磁性体３が垂直磁化を有する磁性体である場合、配線４１において発生した磁界をより効率よく磁性体３に印加することができる。
【００３０】
本発明の光スイッチの別の一例を図４に示す。図４に示す光スイッチ１は、図２に示す例と同様に、磁界印加部４が磁界を誘起する配線４１を備えている。また、配線４１は、磁性体３を中心に対向する位置に配置されている。この場合、一対の配線４１に互いに反位相の電流を印加すれば、磁性体３に印加する磁界をより強くすることができ、配線４１において発生した磁界をより効率よく磁性体３に印加することができる。また、図３に示す例と同様に、配線４１は磁性体３の側方に配置されているため、光スイッチ１をより小型化することができる。
【００３１】
また、図４に示す例は、図５に示すように、１つの配線４１により形成することもできる。図５に示す配線４１に電流４２を流せば、図４に示す一対の配線４１に対して互いに反位相の電流を流していることになり、磁性体３に印加する磁界をより強くすることができる。なお、図５は、図４に示す光スイッチ１を上方（矢印Ｂの方向）から見た模式図である。
【００３２】
本発明の光スイッチの別の一例を図６に示す。図６に示す光スイッチ１は、図２に示す例と同様に、磁界印加部４が磁界を誘起する配線４１を備えている。配線４１に電流４２を流すことによって磁界４３を発生させ、磁性体３の磁化状態を変化させることができる。即ち、光伝達路２を進行する偏光の状態を制御することができる。また、図６に示す例では、誘電体からなる光伝達路２および磁性体３は基板１３上に形成されている。なお、図６は模式図であり、構造を分かりやすくするために、部分に応じて縮尺を変更している。例えば、配線４１と磁性体３との距離は他の部分よりも大きく描かれている。また、電流４２の方向は、特に限定されない。
【００３３】
基板１３の材料は、例えば、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）やタンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３）などの酸化物結晶や、遷移金属（例えば、ＮｂやＣｒなど）をドープしたＳｒＴｉＯ３を用いればよい。化合物半導体（例えば、ＧａＡｓ系など）を用いてもよい。化合物半導体を用いた場合、光源となる半導体レーザをオンチップで配置することができる。また、Ｓｉを基板１３に用いてもよい。ＳｒＴｉＯ３−δなどをＳｉ基板上のバッファーに用いることによって、ＧａＡｓ系、ＳｉＧｅ系、ＩｎＰ系などの半導体（レーザ）をエピタキシャル成長などにより形成することができる。その他、光伝達路を基板１３上に形成する際には、基板１３上にバッファー層としてＣｅＯ２−δやＰｔなどを配置してもよい。なお、δは、材料中の酸素の欠損を反映する値である。
【００３４】
本発明の光スイッチにおいて、磁界印加部４が、配線４１によって誘起された磁界を集束する磁束ガイドをさらに備えていてもよい。このような光スイッチの一例を図７（ａ）および図７（ｂ）に示す。
【００３５】
図７（ａ）および図７（ｂ）に示す光スイッチ１は、磁界印加部４として、配線４１と、配線４１によって誘起された磁界を集束する磁束ガイド４４とを備えている。この場合、配線４１において発生した磁界をより効率よく磁性体３に印加することができる。このため、スイッチング速度がより高速な光スイッチとすることができる。
【００３６】
磁束ガイド４４の形状は、配線４１において発生した磁界を集束することができる限り、特に限定されない。光スイッチとして必要な特性、製造プロセス上の要求などに応じて、任意に設定すればよい。例えば、配線４１と組み合わせた場合の断面が、図７（ａ）に示すように矩形状であってもよいし、図７（ｂ）に示すように台形状であってもよい。図７（ｂ）に示す例のように台形状である場合、磁界を印加する対象である磁性体により近い位置でより多くの電流を流すことができるため、より効率よく磁性体に磁界を印加することができる。なお、図７（ａ）および図７（ｂ）に示す例では、配線４１と磁束ガイド４４とが密着した形状となっているが、必ずしも両者は密着している必要はない。ただし、両者が密着している場合、より効率よく磁性体に磁界を印加することができる。
【００３７】
磁束ガイド４４に用いる材料は、配線４１において発生した磁界を集束することができる限り、特に限定されず、例えば、強磁性材料を用いればよい。
【００３８】
磁束ガイド４４に用いる強磁性材料は、特に限定されず、例えば、Ｎｉ、ＣｏおよびＦｅから選ばれる少なくとも１種の元素を含む軟磁性合金膜を用いればよい。なかでも、原子組成比を示す式ＮｉｘＣｏｙＦｅｚにおいて、０．６≦ｘ≦０．９、０≦ｙ≦０．４および０≦ｚ≦０．３で示されるＮｉリッチな軟磁性合金膜、または、０≦ｘ≦０．４、０．２≦ｙ≦０．９５および０≦ｚ≦０．５で示されるＣｏリッチな軟磁性合金膜を用いることが好ましい。このような軟磁性材料は、保磁力が小さく、また、容易に形成することができる。
【００３９】
また、磁束ガイド４４に用いる強磁性材料は、過度に大きな保磁力を有していないことが好ましい。過度に大きい保磁力を有する強磁性材料を磁束ガイドとして用いた場合、磁束ガイド４４自身の磁化保持によって磁性体３の磁化状態の制御性が低下したり、磁束ガイド４４自身の磁化方向を変化させるためにエネルギーが余分に必要となり光スイッチとしての効率が低下したりする可能性がある。また、磁束ガイド４４に用いる強磁性材料の飽和磁界の値が大きいほど、および／または、磁束ガイド４４に用いる強磁性材料の透磁率が大きいほど、磁束ガイド４４としての厚さをより薄くすることができる。
【００４０】
本発明の光スイッチの別の一例を図８（ａ）および図８（ｂ）に示す。図８（ａ）および図８（ｂ）は、図５と同様に、光スイッチ１をその上方から見た模式図である。図８（ａ）および図８（ｂ）に示す光スイッチ１は、磁界印加部４として、配線４１と、配線４１によって誘起された磁界を集束する磁束ガイド４４を備えている。また、磁束ガイド４４は、磁界を印加する対象である磁性体３近傍にのみ配置されている。この場合、磁束ガイド４４が有する保磁力を不必要に増大させることなく、より効率よく磁性体３に磁界を印加することができる。なお、図８（ｂ）は、図８（ａ）に示す光スイッチ１をＣ−Ｃ’方向に切断した断面図である。
【００４１】
また、磁性体３近傍に磁束ガイド４４を配置するにあたっては、図９に示すように、磁束ガイド４４を分割して配置してもよい。この場合、磁束ガイド４４が有する保磁力の増大をより抑制し、かつ、より効率よく磁性体３に磁界を印加することができる。なお、図９に示す例は、磁束ガイド４４以外は図８に示す例と同様である。
【００４２】
次に、本発明の光磁気回路について説明する。
【００４３】
本発明の光磁気回路は、上述した本発明の光スイッチと、光スイッチの光伝達路への光の入力および光スイッチの光伝達路からの光の出力から選ばれる少なくとも一方を行う光接続部とを含んでいる。
【００４４】
言い換えれば、本発明の光磁気回路は、誘電体からなる光伝達路と、光スイッチの光伝達路への光の入力および光スイッチの光伝達路からの光の出力から選ばれる少なくとも一方を行う光接続部とを含む光回路を含み、かつ、磁性体と、磁性体に磁界を印加することによって磁性体の磁化状態を変化させる磁界印加部とを含む磁気回路を含んでいる。また、光回路および磁気回路が、光伝達路を進行する光が磁性体の表面で反射するように互いに配置されている。
【００４５】
このような光磁気回路では、磁性体の磁化状態を磁界印加部によって変化させることによって、光伝達路に入力した光の偏光の状態を光磁気効果の１種であるカー効果によって制御することができる。このため、スイッチング速度が高速、かつ、耐久性に優れる光磁気回路とすることができる。
【００４６】
本発明の光磁気回路の一例を図１０および図１１に示す。なお、図１１は、図１０に示す光磁気回路６を面Ｄにおいて切断した断面の一部を示す断面図である。
【００４７】
図１０および図１１に示す光磁気回路６は、誘電体からなる光伝達路２と、光伝達路２に光を入力し、かつ、光伝達路２から光を出力する光接続部５（即ち、光接続部５は光入出力部ともいえる）とを含む光回路６１を含んでいる。また、光磁気回路６は、磁性体３と、磁性体３に磁界を印加することによって磁性体３の磁化状態を変化させる磁界印加部とを含む磁気回路６２を含んでいる。このとき、光回路６１と磁気回路６２とは、光伝達路２を進行する光１７が磁性体３の表面で反射するように、基板１３上に積層されている。図１０および図１１に示す例では、磁界印加部として配線４１が配置されている。
【００４８】
また、光接続部５は偏光フィルター５１を備えており、光接続部５上には、電気信号と光信号とを相互に変換する光電変換素子の１種である受発光素子１５が配置されている。受発光素子１５は、光接続部５に入力する光の（即ち、光伝達路２に入力する光の）光源であり、光接続部５から出力された（即ち、光伝達路２から出力された）光を受光する受光素子でもある。光接続部５上に配置された複数の受発光素子１５は、受発光素子１５を制御するＬＳＩ１６に接続されている。なお、磁気回路６２のうち、磁性体３および配線４１以外の部分は、絶縁体１８によって充填されており、配線４１同士、あるいは、配線４１と磁性体３とは電気的に絶縁されている。また、光接続部５のうち、偏光フィルター５１以外の部分は、光を透過しない絶縁体１９によって充填されている。
【００４９】
磁気回路６２に充填される絶縁体１８は、絶縁性の材料あるいは半導体材料であれば、特に限定されない。例えば、ＩＩａ族〜ＶＩａ族の元素（Ｍｇ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒなど）、ランタノイド（Ｌａ、Ｃｅなど）およびＩＩｂ族〜ＩＶｂ族の元素（Ｚｎ、Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｓｉなど）から選ばれる少なくとも１種の元素と、Ｆ、Ｏ、Ｃ、ＮおよびＢから選ばれる少なくとも元素との化合物を用いればよい。絶縁体１８は、光回路６１における光伝達路２以外の部分に充填されていてもよい。また、光接続部５に充填される絶縁体１９についても絶縁性の材料あるいは半導体材料であれば、特に限定されない。例えば、ＩＩａ族〜ＶＩａ族の元素（Ｍｇ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒなど）、ランタノイド（Ｌａ、Ｃｅなど）およびＩＩｂ族〜ＩＶｂ族の元素（Ｚｎ、Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｓｉなど）から選ばれる少なくとも１種の元素と、Ｆ、Ｏ、Ｃ、ＮおよびＢから選ばれる少なくとも元素との化合物を用いてもよい。なお、上記それぞれの絶縁体は、光回路６１、磁気回路６２、光接続部５の全体に充填されていても、必要な部分のみに充填されていてもよい。また、必要のない場合は、各部分に上記それぞれの絶縁体を充填しなくてもよい。
【００５０】
このような光磁気回路では、電気信号を受発光素子１５に入力することによって、受発光素子１５において発生させた光を直線偏光からなる光信号として光伝達路２に入力することができる。光伝達路２に入力された光信号は、光伝達路２を進行しながら磁性体３の表面で反射することによって、その偏光の状態が制御される。即ち、光伝達路２に入力された光信号の進路上にあるそれぞれの磁性体３の磁化状態を制御すれば、その進路上の特定の偏光フィルター５１から光信号を出力することができる。出力された光信号は、例えば、受発光素子１５によって再び電気信号に変換することができる。
【００５１】
本発明の光磁気回路では、光接続部５は、光伝達路２に光を入力および／または光伝達路２から光を出力できる限り、その構造、材料などは特に限定されない。図１０および図１１の例に示すような構造以外にも、例えば、光伝達路２の一方の端に光伝達路２に光を入力する光接続部５（光入力部）を配置し、光伝達路２の他方の端に光伝達路２から光を出力する光接続部５（光出力部）を配置してもよい。このとき、光入力部と光出力部のいずれか一方のみを配置してもよい。
【００５２】
また、本発明の光磁気回路では、光源をさらに含んでいてもよい。この場合、より小型の光磁気回路とすることができる。光源には、例えば、図１０および図１１の例に示す受発光素子や半導体レーザなどを用いればよい。半導体レーザを用いる場合、光磁気回路と一体化してもよい。
【００５３】
本発明の光磁気回路では、光伝達路と磁性体とが接していてもよい。光スイッチの説明において上述したように、より損失の少ない光磁気回路とすることができる。
【００５４】
以上のような光磁気回路は、例えば、実施の形態２に示す光磁気回路の製造方法によって得ることができる。また、本発明の光磁気回路は、例えば、通信用光スイッチなど、光キャリア制御の基本素子としての用途に用いることができる。
【００５５】
（実施の形態２）
本実施の形態では、本発明の光磁気回路の製造方法について説明する。
【００５６】
図１２に本発明の光磁気回路の製造方法の一例を示す。まず、図１２（ａ）に示すように、誘電体からなる光伝達路２と、光伝達路２への光の入力および／または光伝達路２からの光の出力を行う光接続部とを含む光回路６１を形成する。なお、図１２（ａ）に示す例において、光接続部は、光伝達路２に光を入力する光入力部５２と、光伝達路２から光を出力する光出力部５３とからなる（工程（ｉ））。
【００５７】
次に、図１２（ｂ）に示すように、磁性体３と配線４１とを含む磁気回路６２を形成する（工程（ｉｉ））。配線４１は、磁性体３に磁界を印加することによって磁性体３の磁化状態を変化させる磁界印加部として働く。なお、上記工程（ｉ）および上記工程（ｉｉ）を実施する順序は特に限定されない。例えば、工程（ｉｉ）を先に行ってもよいし、工程（ｉ）と工程（ｉｉ）とを同時に行ってもよい。
【００５８】
次に、図１２（ｃ）に示すように、光回路６１と磁気回路６２とを、光伝達路２を進行する光が磁性体３の表面で反射するように積層し（工程（ｉｉｉ））、光磁気回路６を得る。
【００５９】
このような製造方法とすることによって、スイッチング速度が高速、かつ、耐久性に優れる光磁気回路を製造することができる。また、予め光回路と磁気回路とを別々に作製した場合、両者を最適な位置関係で積層したり、光回路と磁気回路とを自由に組み合わせたりすることができる。なお、光接続部は、光入力部および光出力部のいずれか一方のみであってもよいし、図１０および図１１の例で示したように、光の入力と光の出力との双方を行う光接続部であってもよい。
【００６０】
上記工程（ｉ）において、光回路６１を形成する方法は、特に限定されない。例えば、基板上に光伝達路２を形成した後に、その一部にプロトンなどの注入を行い、注入した領域を光入力部５２および／または光出力部５３として光回路６１を形成してもよい。また、化合物半導体からなる基板を用い、この基板上に、埋め込み型の送受信系（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  ａｎｄ  Ｄｅｔｅｃｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ：ＬＥＡＤ）を形成することによって光回路６１を形成してもよい。この場合、光入力部５２は、例えば、ＩｎＧａＡｓＰ系の光ＩＣとして実現されているＤＦＢデバイスや、Ｆａｂｒｙ−Ｐｅｒｏｔデバイスなどであってもよい（参考文献：Ｈ．Ｉｎｏｕｅら：Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ  ｖｏｌ．５１  ｐｐ．１５７７  （１９８７））。光出力部５３は、例えば、アバランシュ型デバイスやＦｒａｎｚ−Ｋｅｌｄｙｓｈ型デバイスなどであってもよい。
【００６１】
このような光回路６１の一例を、図１３に示す。図１３に示す光回路６１は、基板１３上に光伝達路２が形成され、その一方の端に光入力部としてレーザ５２が形成されている。また、光伝達路２の他方の端に光出力部として光検出器５５が形成されている。このような光回路６１は、電流駆動を行うことができる。なお、レーザ５２および／または光検出器５５は、基板１３上に実装されていてもよい。また、必要に応じ、レーザ５４と光伝達路２との間、および／または、光伝達路２と光検出器５５との間にレンズなどの光学系を配置してもよい。
【００６２】
また、上記工程（ｉｉ）において、磁気回路６２を形成する方法は、特に限定されない。例えば、パルスレーザデポジション（ＰＬＤ）、イオンビームデポジション（ＩＢＤ）、クラスターイオンビーム、ＲＦ、ＤＣ、ＥＣＲ、ヘリコン、ＩＣＰ、対向ターゲットなどのスパッタリング法、分子線エピタキシー（ＭＢＥ）、イオンプレーティングなどのＰＶＤ法、その他、ＣＶＤ法、メッキ法あるいはゾルゲル法などの手法を用いて、基板上に磁性体３および配線４１を積層すればよい。その際、必要に応じて、半導体プロセスなどで用いられるイオンミリング、ＲＩＥ、ＦＩＢなどの物理的あるいは化学的エッチング法や、ステッパー、ＥＢ法などを用いたフォトリソグラフィー技術を組み合わせて微細加工を行ってもよい。また、ＣＭＰやクラスターイオンビームエッチングなどによって表面の平坦化を行ってもよい。具体的な例は実施例に後述する。なお、磁界印加部としては、図１２の例に示す配線４１に限らず、磁性体３に磁界を印加することができれば、その構造などは特に限定されない。
【００６３】
また、上記工程（ｉｉｉ）において、光回路６１および磁気回路６２は、例えば、レジストや紫外線硬化型のエポキシ樹脂材などで両回路を接着することによって積層すればよい。また、積層する際には、両回路にマーカーなどを予め配置することによって位置合わせを行ってもよい。また、両回路を積層する際には、それぞれの相対位置などは特に限定されない。光磁気回路６として必要な特性に応じて任意に設定すればよい。光伝達路２と磁性体３との相対位置については、上述の光スイッチの場合と同様であればよい。なかでも、光伝達路２と磁性体３とが接するように光回路６１と磁気回路６２とを積層した場合、より損失の少ない光磁気回路６とすることができる。
【００６４】
また、上記工程（ｉｉｉ）において、光回路６１と磁気回路６２とを積層する際には、予め少なくとも一方の回路にマーカーを設定しておき、そのマーカーに併せて両回路を積層してもよい。このような製造方法では、より精度よく光磁気回路を製造することができる。
【００６５】
図１４に、本発明の光磁気回路の製造方法の別の一例を示す。まず、図１４（ａ）に示すように、誘電体７１と磁性体７２とを含む積層体７を形成する（工程（Ｉ））。なお、図１４（ａ）に示す積層体７は、誘電体７１および磁性体７２の他に、導電体７４と、導電体７４および磁性体７２を電気的に絶縁するための絶縁体７３とを含んでいる。
【００６６】
次に、図１４（ｂ）に示すように、積層体７を所定の形状に加工することによって、誘電体からなる光伝達路などを形成し、光伝達路２と磁性体３とが積層された光磁気回路６を形成する（工程（ＩＩ））。なお、図１４（ｂ）に示す光磁気回路６では、図１４（ａ）に示す誘電体７１から光伝達路２が、図１４（ａ）に示す磁性体７２から磁性体３が、図１４（ａ）に示す導電体７４から磁界印加部である配線４１が、図１４（ａ）に示す絶縁体７３から、配線４１と磁性体３との絶縁を保つための絶縁体１８が形成されている。なお、光伝達路２の両端には、光接続部である光入力部５２と光出力部５３とが配置されているが、両者の配置は、上記工程（Ｉ）と上記工程（ＩＩ）との間に行ってもよいし、上記工程（ＩＩ）の後に行ってもよい。また、積層体７に導電体７４が含まれない場合、磁界印加部である配線４１の配置を、上記工程（Ｉ）と上記工程（ＩＩ）との間に行ってもよいし、上記工程（ＩＩ）の後に行ってもよい。
【００６７】
このような製造方法とすることによって、スイッチング速度が高速、かつ、耐久性に優れる光磁気回路を製造することができる。
【００６８】
また、図１４に示す製造方法では、上記工程（ＩＩ）が、（ａ）前記積層体から前記磁性体の一部を除去する工程を含んでいる。このような製造方法とすることによって、光磁気回路内における光スイッチの配置を微細に調整することができる。また、光磁気回路自体の小型化もより容易に行うことができる。
【００６９】
上記工程（Ｉ）において、積層体７を形成する方法は、特に限定されない。例えば、パルスレーザデポジション（ＰＬＤ）、イオンビームデポジション（ＩＢＤ）、クラスターイオンビーム、ＲＦ、ＤＣ、ＥＣＲ、ヘリコン、ＩＣＰ、対向ターゲットなどのスパッタリング法、分子線エピタキシー（ＭＢＥ）、イオンプレーティングなどのＰＶＤ法、その他、ＣＶＤ法、メッキ法あるいはゾルゲル法などの手法を用いて形成すればよい。また、積層体７を形成する際には、誘電体７１が光伝達路となった際に、上記光伝達路を進行する光が磁性体の表面で反射することができるように、誘電体７１と磁性体７２とを積層すればよい。また、実施例に後述するが、誘電体７１を予め光伝達路の形状（例えば、リブ形状）に加工していてもよい。
【００７０】
上記工程（ＩＩ）において、積層体を所定の形状に加工する方法は、特に限定されない。また、上記工程（ａ）において、積層体から磁性体の一部を除去する方法は、特に限定されない。それぞれ、例えば、半導体プロセスなどで用いられるイオンミリング、ＲＩＥ、ＦＩＢなどの物理的あるいは化学的エッチング法や、ステッパー、ＥＢ法などを用いたフォトリソグラフィー技術を用いればよい。また、これらを組み合わせたり、ＣＭＰやクラスターイオンビームエッチングなどを用いて表面の平坦化を行ったりしてもよい。なお、積層体を所定の形状に加工する際には、例えば、光磁気回路として必要な形状に加工すればよい。
【００７１】
図１４に示す例では、積層体７の一部として、光磁気回路の形成時に磁界印加部となる導電体７４を配置しているが、磁界印加部（あるいは、磁界印加部となる導電体）を配置する時期は、特に限定されない。例えば、上記工程（Ｉ）と上記工程（ＩＩ）との間に行ってもよいし、上記工程（ＩＩ）の後に行ってもよい。
【００７２】
なお、本実施の形態における光伝達路、磁性体、配線、光接続部などについては、実施の形態１に示した光伝達路、磁性体、配線、光接続部などと同様であればよい。
【００７３】
【実施例】
以下、実施例を用いて本発明をさらに詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施例に限定されない。
【００７４】
（実施例１）
本実施例では、図６に示すような光スイッチを作製し、磁性体に磁界を印加して実際の動作を確認した。
【００７５】
最初に、本実施例における光スイッチの作製方法について説明する。
【００７６】
まず、ＭｇＯからなる基板上に、ＬｉＮｂＯ３からなる光伝達路をマグネトロンスパッタ法により形成した。光路方向に垂直かつ基板に垂直な方向における光伝達路の長さは１μｍとし、光路方向に垂直かつ基板に平行な方向における光伝達路の長さは１０μｍとした（即ち、光路方向に垂直な方向における光伝達路の断面積は、１０μｍ２）。また、光伝達路の光路方向の長さは、１０ｍｍとした。
【００７７】
次に、光伝達路の上に、ポジレジストを用いたリフトオフ工程により磁性体を積層した。磁性体は、ＴｂＣｏＦｅアモルファス合金磁性膜を用いた。磁性体の厚さは４００ｎｍ、また光路方向に対する磁性体の長さは１０μｍとした。なお、磁性体の積層は、磁性体が垂直磁化を有するように行った。
【００７８】
次に、磁性体および光伝達路上にＡｌ２Ｏ３からなる絶縁体（厚さ０．５μｍ）を積層し、さらにその上にＣｕを主成分とする配線（断面積２．５μｍ２（０．５μｍ×５μｍ））を積層して、図６に示すような光スイッチを作製した。なお、絶縁膜および配線の積層には、マグネトロンスパッタ法を用いた。
【００７９】
このような光スイッチでは、磁性体と、磁性体に磁界を印加する配線との距離は約０．５μｍ程度であり、配線に電流を印加することによって磁性体の磁化状態を変化させられると考えられる。
【００８０】
上記のように準備した光スイッチに対し、レーザ（波長４８８ｎｍ）および偏光光学系を用いて、光伝達路の一方の端から直線偏光を入射した。その際、磁性体の磁化状態を変化させ、光伝達路の他方の端から出射される光の出力強度を測定することによって、光スイッチとしての応答を評価した。以下にその評価方法を示す。
【００８１】
まず、配線に３０ｍＡの電流を印加し、その際の光の出力強度（Ｐｏｕｔ＋３０）を測定した。出力強度の測定は、光伝達路に入射した直線偏光と直交ニコルの関係にある偏光フィルターを光伝達路の出射端に配置し、偏光フィルターを透過した光の強度を測定することによって行った。光の強度の測定には、フォトダイオードを用いた。次に、配線に印加する電流をパルス状に変化させて先ほどとは逆の方向に印加し（電流の大きさは３０ｍＡ）、その際の光の出力強度（Ｐｏｕｔ−３０）を測定した。最後に、測定した光の出力強度と、光伝達路に入射した直線偏光の強度（Ｐｉｎ）との比Ｍｐを求め、光スイッチとしての応答を評価した。なお、Ｍｐは、以下の式で与えられる値である。
【００８２】
Ｍｐ＝（｜Ｐｏｕｔ＋３０−Ｐｏｕｔ−３０｜／Ｐｉｎ）×１００（％）
評価の結果、Ｍｐ値は３０％〜６０％程度となり、本実施例の光スイッチによって光信号のスイッチングが可能であることがわかった。光磁気回路とする際には、例えば、光伝達路の両端に偏光フィルターなどを含む光接続部を配置すればよい。その後、上記Ｍｐ値程度の閾値を設定し、例えば、閾値以上の出力強度であればＯＮ、閾値以下の出力強度であればＯＦＦと設定すれば、光信号のスイッチングを行うことができる。
【００８３】
本実施例の光スイッチにおいて、Ｍｐ値の変化は、磁性体の磁化状態によって光伝達路に入射された光の偏光の状態が変化することに起因している。また、磁性体が垂直磁化を有しているため、光が磁性体の表面において反射する際には極カー効果が働くと考えられる。
【００８４】
なお、配線に印加する電流パルスに対する出力光の応答速度を同時に評価したところ、数百ｐｓ幅の立ち上がり／立ち下がり時間を有する電流パルスに対し、数百ｐｓ〜数ｎｓオーダーでの出力光の変化が観測できた。よって、本発明の光スイッチによって、従来のＭＥＭＳスイッチに対して３桁以上速いスイッチング速度が実現できることがわかる。
【００８５】
（実施例２）
本実施例では、図９に示すような光スイッチを作製し、磁性体に磁界を印加して実際の動作を確認した。なお、光スイッチの評価は実施例１と同様の手法を用いて行った。ただし、配線に印加する電流の大きさは１８ｍＡとした。
【００８６】
まず、ＭｇＯからなる基板上に、ＬｉＮｂＯ３からなる光伝達路をマグネトロンスパッタ法により形成した。光伝達路の光路方向に垂直かつ基板に垂直な方向における長さは１μｍとし、光路方向に垂直かつ基板に平行な方向における長さは１０μｍとした。また、光伝達路の光路方向の長さは、１０ｍｍとした。
【００８７】
次に、光伝達路の上に、ポジレジストを用いたリフトオフ工程により磁性体を積層した。磁性体は、ＴｂＣｏＦｅアモルファス合金磁性膜を用いた。磁性体の厚さは４００ｎｍ、また光路方向に対する磁性体の長さは１０μｍとした。なお、磁性体の積層は、磁性体が垂直磁化を有するように行った。
【００８８】
次に、磁性体および光伝達路上にＡｌ２Ｏ３からなる絶縁体（厚さ０．５μｍ）を配置し、さらにその上にＣｕを主成分とする配線（断面積２．５μｍ２（０．５μｍ×５μｍ））を配置した。なお、絶縁膜および配線の配置には、マグネトロンスパッタ法を用いた。このような光スイッチでは、磁性体と、磁性体に磁界を印加する配線との距離は約０．５μｍ程度であり、配線に電流を印加することによって磁性体の磁化状態を変化させられると考えられる。
【００８９】
次に、配線上にＮｉＦｅ（パーマロイ）からなる磁束ガイドを配置し、図９に示すような光スイッチを作製した。個別の磁束ガイドは上記配線を覆うように配置し、隣り合う磁束ガイド間の間隔（ピッチ）は１μｍとした。磁束ガイドの厚さは、１００ｎｍとした。磁束ガイドは、ポジレジストを用いたリフトオフ工程により配置した。なお、磁束ガイドを設けない光スイッチも同時に作製した（その他の構成は、磁束ガイドを配置した光スイッチと全く同一である）。
【００９０】
このようにして準備した光スイッチの評価を行ったところ、磁束ガイドを設けない場合、５０％〜６０％のＭｐ値が得られ、本実施例の光スイッチによって光信号のスイッチングが可能であることがわかった。また、実施例１に比べて低い電流値で同等のＭｐ値が得られているが、これは磁性体に磁界を印加する配線の形状が異なるためと考えられる。即ち、実施例１の光スイッチよりも本実施例における光スイッチの方が、より効率よく磁性体に磁界を印加できることがわかった。
【００９１】
また、磁束ガイドを設けた場合、さらに少ない電流（±１４ｍＡ）で同等のＭｐ値を得ることができた。即ち、磁束ガイドを設けた光スイッチの方が、より効率よく磁性体に磁界を印加できることがわかった。
【００９２】
（実施例３）
本実施例では、図６に示すような光スイッチを作製し、磁性体に磁界を印加して実際の動作を確認した。なお、光スイッチの評価は実施例１と同様の手法を用いて行った。
【００９３】
まず、ＭｇＯからなる基板上に、ＬｉＮｂＯ３からなるリブ形状の光伝達路をマグネトロンスパッタ法により形成した。光伝達路の光路方向に垂直かつ基板に垂直な方向における長さは１μｍとし、光路方向に垂直かつ基板に平行な方向における長さは１０μｍとした。また、光伝達路の光路方向の長さは、１０ｍｍとした。
【００９４】
次に、光伝達路の上に、ポジレジストを用いたリフトオフ工程により磁性体を積層した。磁性体は、ＰｔＭｎＳｂ磁性膜を用いた。磁性体の厚さは４００μｍ、また光路方向に対する磁性体の長さは１０μｍとした。なお、磁性体の積層は、磁性体が垂直磁化を有するように行った。
【００９５】
次に、磁性体および光伝達路上にＡｌ２Ｏ３からなる絶縁体（厚さ０．５μｍ）を配置し、さらにその上にＣｕを主成分とする配線（断面積２．５μｍ２（０．５μｍ×５μｍ）を配置し、図６に示すような光スイッチを作製した。なお、絶縁膜および配線の配置には、マグネトロンスパッタ法を用いた。このような光スイッチでは、磁性体と、磁性体に磁界を印加する配線との距離は約０．５μｍ程度であり、配線に電流を印加することによって磁性体の磁化状態を変化させられると考えられる。
【００９６】
このようにして準備した光スイッチの評価を行ったところ、４０％〜７０％のＭｐ値が得られ、本実施例の光スイッチによって光信号のスイッチングが可能であることがわかった。
【００９７】
また、配線上にＮｉＦｅ（パーマロイ）からなる磁束ガイドを配置して図７（ａ）に示すような光スイッチとした場合、配線に±２０ｍＡ程度の電流を印加すれば、同等のＭｐ値を得ることができた。即ち、磁束ガイドの配置によって、より効率よく磁性体に磁界を印加できることがわかった。また、配線および磁束ガイドの形状を図７（ｂ）に示すように台形状とした場合、より少ない電流で同様のＭｐ値を得ることができた。
【００９８】
また、配線の形状を図５で示すような形状とし、さらに磁束ガイドを設けた場合、配線に印加する電流を磁束ガイド無しの場合に比べて１０％〜４０％低減しても４０％〜７０％のＭｐ値を得ることができた。
【００９９】
（実施例４）
本実施例では、図１５に示す方法を用いて光スイッチを作製し、その評価を行った。まず、光スイッチの作製方法について、図１５を参照しながら説明する。
【０１００】
最初に、基板１３、誘電体７１、磁性体７２、絶縁体７３および導電体７４が順に積層された積層体を形成する（図１５（ａ））。次に、導電体７４上に、光スイッチとして必要な光伝達路の形状にレジスト２０を配置し、Ａｒイオンを照射する（図１５（ｂ））。Ａｒイオンの照射によって、レジスト２０が配置された以外の部分は基板１３を残して除去され、基板１３上に光伝達路２が形成される（図１５（ｃ））。次に、導電体７４上に、光スイッチとして必要な磁性体の形状にレジスト２０を配置し、Ａｒイオンを照射する（図１５（ｄ））。Ａｒイオンの照射によって、レジスト２０が配置された以外の部分は基板１３を残して除去され、光伝達路２上に磁性体３が形成される（図１５（ｅ））。次に、全体に絶縁体１８を積層する（図１５（ｆ））。次に、リフトオフを行い、導電体７４を露出させる（図１５（ｇ））。次に、絶縁体１８の全面に、さらに導電体７４を積層する（図１５（ｈ））。次に、導電体７４上に、光スイッチとして必要な配線の形状にレジスト２０を配置し、Ａｒイオンを照射する（図１５（ｉ））。Ａｒイオンの照射によって、レジスト２０が配置された部分以外の導電体７４は除去され、配線４１が形成される（図１５（ｊ））。このようにして光スイッチを得ることができる。
【０１０１】
本実施例では、基板１３としてＭｇＯ基板を用いた。また、誘電体７１にはＴｉを拡散ドープしたＬｉＮｂＯ３を用い、磁性体７２にはＴｂＣｏＦｅ磁性膜を、絶縁体７３および絶縁体１８にはＡｌ２Ｏ３を、導電体７４にはＴａ／Ｃｕ／Ｐｔ／Ｔａからなる多層膜を用いた。また、基板１３上に誘電体７１を積層する際には、ＬＰＥ（Ｌｉｑｕｉｄ  Ｐｈａｓｅ  Ｅｐｉｔａｘｙ）法を用い、その他の材料の積層にはマグネトロンスパッタ法を用いた。なお、各部分の大きさなどは実施例１と同一とした。
【０１０２】
このように準備した光スイッチに対し、実施例１と同様の評価を行ったところ、３０％〜６０％のＭｐ値が得られ、本実施例の光スイッチによって光信号のスイッチングが可能であることがわかった。
【０１０３】
また、図１６〜図１９に示すように、誘電体を予めリブ形状に加工して光伝達路とした場合においても、ほぼ同様のＭｐ値を示す光スイッチを得ることができた。なお、図１６〜図１９において、図１５と同じ材料を用いた部分には、同一の符号を記し、詳細な説明を省略する。図１９（ｉ）に示す工程において導電体７４上に積層される導電体７５（導電体７５は、図１９（ｊ）に示す工程において、磁束ガイド４４となる）には、Ｎｉ−Ｆｅ（パーマロイ）を用いた。各部分の大きさなどは実施例１と同一とし、各層の積層は、マグネトロンスパッタ法などを用いて行った。また、図１６（ｄ）から図１６（ｅ）に至る工程、図１８（ｇ）から図１８（ｈ）に至る工程、図１９（ｉ）から図１９（ｈ）に至る工程ではリフトオフが行われている。
【０１０４】
図１８に示す方法を用いた場合、図４（ｂ）や図５に示すような構造を有する光スイッチを容易に得ることができる。また、図１９に示す方法を用いた場合、図８に示すような構造を有する光スイッチを容易に得ることができる。
【０１０５】
また、図１６〜図１９に示す例において、誘電体を予めリブ形状に加工することによって形成した光伝達路２を用いる代わりに、ＬｉＮｂＯ３からなる膜状の誘電体を準備し、上記誘電体に選択的にＴｉを拡散ドープすることで光伝達路の形成を行った場合においても、ほぼ同様の結果を示す光スイッチを得ることができた。
【０１０６】
また、光伝達路となる誘電体として、プロトン交換したＬｉＮｂＯ３や、Ｎｂを拡散ドープしたＳｒＴｉＯ３、ＰＺＴ膜（ＰＺＴ：（Ｐｂ、Ｚｒ）ＴｉＯ３）などを用いた場合などにおいても、ほぼ同様の結果を示す光スイッチを得ることができた。
【０１０７】
なお、図１５〜図１９に示す各方法において、照射するイオンとしてはＡｒイオンに限定されない。例えば、Ｋｒイオン、Ｘｅイオンなどを用いてもよい。
【０１０８】
（実施例５）
本実施例では、図１２に示す工程によって図６に示すような光スイッチを作製し、磁性体に磁界を印加して実際の動作を確認した。なお、光スイッチの評価は実施例１と同様の手法を用いて行った。
【０１０９】
本実施例では、基板としてＭｇＯ基板を、誘電体（厚さ１μｍ）にはＮｂを拡散ドープしたＳｒＴｉＯ３（透明性を確保するため、Ｎｂの含有量は０．０５ａｔ．％〜０．５ａｔ．％程度とした）を、磁性体（厚さ０．４μｍ）にはＰｔＭｎＳｂ磁性膜を用いた。なお、磁性体の積層は磁性体が垂直磁化を有するように行い、その際、基板の温度を５００℃とした。また、絶縁体（厚さ０．５μｍ）にはＡｌ２Ｏ３を、導電体（厚さ０．５μｍ）にはＴａ／Ｃｕ／Ｐｔ／Ｔａからなる多層膜を用いた。なお、各層の積層にはマグネトロンスパッタ法を用いた。このような光スイッチでは、磁性体と、磁性体に磁界を印加する配線との距離は約０．５μｍ程度であり、配線に電流を印加することによって磁性体の磁化状態を変化させられると考えられる。
【０１１０】
このようにして準備した光スイッチの評価を行ったところ、３０％〜６０％のＭｐ値が得られ、本実施例の光スイッチによって光信号のスイッチングが可能であることがわかった。
【０１１１】
（実施例６）
本実施例では、図２０に示すような光回路と磁気回路とを用いて図６に示すような光スイッチを作製し、磁性体に磁界を印加して実際の動作を確認した。なお、光スイッチの評価は実施例１と同様の手法を用いて行った。
【０１１２】
図２０（ａ）に示す光回路６１は、ＭｇＯからなる基板１３上に、Ｔｉを拡散ドープしたＬｉＮｂＯ３からなる光伝達路２が積層されている。また、基板１３上には、マーカー２１が配置されている。
【０１１３】
図２０（ｂ）に示す磁気回路６２は、ＭｇＯからなる基板１３上にＴｂＣｏＦｅからなる磁性体３と、Ｃｕからなる配線４１とが積層されている。また、基板１３上には、図２０（ａ）に示す光回路６１に設けられたマーカー２１に対応した凹部が形成されている。
【０１１４】
このような光回路６１と磁気回路６２とを、マーカー２１と凹部とを合わせながら積層して、図１１に示すような光磁気回路を作製した。なお、各部分の大きさは、実施例１と同様とした。
【０１１５】
また、マーカー２１としてはレジストあるいはポリイミドを用い、光回路６１と磁気回路６２との積層は、リソグラフィー時に用いたレジストや、紫外線硬化型のエポキシ樹脂材などを用いて両回路を接着することによって行った。
【０１１６】
このようにして準備した光スイッチの評価を行ったところ、３０％〜６０％のＭｐ値が得られ、本実施例の光スイッチによって光信号のスイッチングが可能であることがわかった。
【０１１７】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、スイッチング速度が高速で、耐久性に優れる光スイッチおよび光磁気回路を得ることができる。また、上記光磁気回路を製造する方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光スイッチの一例を示す断面模式図である。
【図２】本発明の光スイッチの一例を示す断面模式図である。
【図３】本発明の光スイッチの一例を示す断面模式図である。
【図４】本発明の光スイッチの一例を示す断面模式図である。
【図５】本発明の光スイッチの一例を示す模式図である。
【図６】本発明の光スイッチの一例を示す模式図である。
【図７】図７（ａ）および図７（ｂ）は、本発明の光スイッチの一例を示す断面模式図である。
【図８】図８（ａ）は、本発明の光スイッチの一例を示す模式図である。図８（ｂ）は、図８（ａ）に示す光スイッチの断面を示す断面模式図である。
【図９】本発明の光スイッチの一例を示す模式図である。
【図１０】本発明の光磁気回路の一例を示す模式図である。
【図１１】図１０に示す光磁気回路の断面の一部を示す断面模式図である。
【図１２】本発明の光磁気回路の製造方法の一例を示す断面模式図である。
【図１３】本発明の光磁気回路に用いられる光回路の一例を示す断面模式図である。
【図１４】本発明の光磁気回路の製造方法の一例を示す断面模式図である。
【図１５】本発明の光磁気回路の製造方法の一例を示す模式図である。
【図１６】本発明の光磁気回路の製造方法の一例を示す模式図である。
【図１７】本発明の光磁気回路の製造方法の一例を示す模式図である。
【図１８】本発明の光磁気回路の製造方法の一例を示す模式図である。
【図１９】本発明の光磁気回路の製造方法の一例を示す模式図である。
【図２０】図２０（ａ）は、本発明の光磁気回路に用いられる光回路の一例を示す模式図である。図２０（ｂ）は、本発明の光磁気回路に用いられる磁気回路の一例を示す模式図である。
【符号の説明】
１    光スイッチ
２    光伝達路
３    磁性体
４    磁化印加部
５    光接続部
６    光磁気回路
７    積層体
１１、１７  光
１２  表面
１３  基板
１４、１８、１９、７３  絶縁体
１５  受発光素子
１６  ＬＳＩ
２０  レジスト
２１  マーカー
４１  配線
４２  電流
４３  磁界
４４  磁束ガイド
５１  偏光フィルター
５２  光入力部
５３  光出力部
５４  レーザ
５５  光検出器
６１  光回路
６２  磁気回路
７１  誘電体
７２  磁性体
７４、７５  導電体
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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