(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光スイッチ（10）であって、
基板（12）に埋め込まれた断熱物（14）と、
基板（12）の断熱物（14）上に製作されたヒータ（16）と、及び
ヒータの上に構成された光交差部分（20）とからなり、
前記断熱物の水平方向の広がりが、前記ヒータの水平方向の広がりと実質的に同様であり、前記断熱物が前記基板内に埋め込まれ、かつ前記基板から分離されている、光スイッチ（10）。
【請求項２】
前記断熱物（14）が、前記ヒータ（16）によって覆われる領域と実質的に同じ領域を覆う、請求項１に記載の光スイッチ（10）。
【請求項３】
前記断熱物（14）が、酸化けい素、窒化けい素、炭化けい素、窒化アルミニウム及び酸化アルミニウムからなるグループから選択された材料からなる、請求項１に記載の光スイッチ（10）。
【請求項４】
前記断熱物（14）が１０〜１２μｍ（ミクロン）の厚さである、請求項１に記載の光スイッチ（10）。
【請求項５】
前記断熱物（14）が１．７〜１５μｍ（ミクロン）の厚さである、請求項１に記載の光スイッチ（10）。
【請求項６】
前記ヒータ（16）が、ＴａＡｌ（タンタルアルミニウム）、ＴａＮ（窒化タンタル）、Ｎｉ（ニッケル）、ポリシリコン及びＣｒ（クロム）からなるグループから選択された材料から作られている、請求項１に記載の光スイッチ（10）。
【請求項７】
前記光交差部分（20）が、チャンバ（28）において交わる端部をそれぞれ有する第１及び第２の導波路セグメント（22、24）を含み、前記チャンバ（28）が流体を有する、請求項１に記載の光スイッチ（10）。
【請求項８】
光スイッチ（10）を製作する方法であって、その方法が、
基板内に断熱物（14）を埋め込むステップと、
前記断熱物（14）の上にヒータ（16）を製作するステップと、及び
前記ヒータ（16）の上に光交差部分（20）を構成するステップとからなり、
前記断熱物の水平方向の広がりが、前記ヒータの水平方向の広がりと実質的に同様であり、前記断熱物が前記基板内に埋め込まれ、かつ前記基板から分離されている、方法。
【請求項９】
光スイッチ（10）を製作する方法であって、その方法が、
基板（12）の表面にトレンチをエッチングで形成するステップと、
前記トレンチに酸化物の薄い層を形成するステップと、
断熱物（14）を前記トレンチに充填するステップと、
前記表面を平坦化するステップと、
前記断熱物（14）の上にヒータ（16）を製作するステップと、及び
前記ヒータの上に光交差部分（20）を構成するステップとからなり、
前記断熱物の水平方向の広がりが、前記ヒータの水平方向の広がりと実質的に同様であり、前記断熱物が前記基板内に埋め込まれ、かつ前記基板から分離されている、方法。
【請求項１０】
前記トレンチが１．７〜１５μｍ（ミクロン）の深さを有する、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記トレンチを画定するためにフォトマスキングのステップをさらに含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
前記トレンチのエッチングに続いて、前記トレンチの側壁に酸化物の薄い層（13）を形成するステップをさらに含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１３】
前記トレンチに充填するステップが、化学気相成長（ＣＶＤ）プロセスを使用して行なわれる、請求項９に記載の方法。
【請求項１４】
前記トレンチに充填するステップが、テトラエチルオルソシリケート（ＴＥＯＳ）堆積技術を使用して行なわれる、請求項９に記載の方法。
【請求項１５】
前記トレンチに充填するステップが、スピンオンガラス（ＳＯＧ）堆積技術を使用して行なわれる、請求項９に記載の方法。
【請求項１６】
前記断熱物（14）が、前記ヒータ（16）によって覆われる領域と実質的に同じ領域を覆う、請求項９に記載の方法。
【請求項１７】
前記断熱物（14）が、酸化けい素、窒化けい素、炭化けい素、窒化アルミニウム及び酸化アルミニウムからなるグループから選択された材料からなる、請求項９に記載の方法。
【請求項１８】
前記ヒータ（16）が、ＴａＡｌ（タンタルアルミニウム）、ＴａＮ（窒化タンタル）、Ｎｉ（ニッケル）、ポリシリコン及びＣｒ（クロム）からなるグループから選択された材料を使用して作られる、請求項９に記載の方法。
【請求項１９】
前記光交差部分（20）が、チャンバ（28）において交わる端部をそれぞれ有する第１及び第２の導波路セグメント（22、24）を含み、前記チャンバ（28）が流体を有する、請求項９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱活性化光スイッチの技術に関する。より具体的には、本発明は、効率のよい熱活性化光スイッチ、及びその製作方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子及びデータ通信の分野において、急速に増加するユーザの数、さらに高い通信アクセス速度、さらに長い接続時間、並びにオーディオ、ビデオ及び高解像度のグラフィックスのような豊富な媒体の利用のため、帯域幅の需要が急増している。従来の電気ネットワークより広い帯域幅を有する光ネットワークは、ますます一般的になっている。
【０００３】
光信号（光）の切り換えのために、流体及びバブル（泡）技術に基づく光スイッチが利用されている。これらのスイッチにおいて、複数の光路が、マトリクスとして平面導波回路（ＰＬＣ）上に、又は幾つかの交差部分において交差する導波路において配置されており、それぞれの交差部分がスイッチである。交差部分において、光は、導波路と同じ光学特性を有する流体を介して伝わる。その結果、光は、交差部分を介して邪魔されることなく進む。
【０００４】
光が、新しい経路に再ルーティングされる必要がある場合、交差部分にバブルが生成される。バブルは流体に取って代わり、交差部分の光学特性を変化させ、光を新しい経路に反射させる。バブルは、交差部分における流体の加熱によって生成され、かつ熱の除去によって除去される。バブルは、高速で信頼性のある切り換え機能を提供するように、急速に発生して除去され得る。例えば、バブルは、数マイクロ秒内に発生することができる。さらに、バブルは、交差部分における熱を維持することによって持続することができる。実際には、交差部分における熱の維持によって、光の切り換え（交換）は、無期限にわたって維持され得る。熱は、一般に高抵抗の抵抗である加熱要素を介して電流又は電力を印加することにより、概して供給される。熱は、加熱要素を介した電力の連続的な印加によって維持される。
【０００５】
バブルの発生及び維持の間に、熱は、周囲の材料に（とくにヒータを製作した基板に）放散されて失われる。熱の放散と損失は、いくつかの問題をまねく。第１に、スイッチは非効率的である。すなわち、印加された電力の多くは、流体を加熱するために利用される代わりに、基板に失われる。第２に、バブルを発生して維持するために必要な電力は、このように熱損失なしに行なうために必要な電力よりも大きい。熱損失の故に、概してスイッチ、特にヒータは、比較的大きな電力要件を有する。大電力要件は、電力コストを増加させるだけでなく、全システムを通して部品コストも増加させる。この理由は、要件が比較的大きな電力を取り扱うことができる部品の使用を必要とするためである。
【０００６】
第３に、放散された熱は、周囲の回路に悪影響を及ぼす。第４に、ヒータは、大きな電力要件のために比較的高いパワー密度を有する。このことは、溶融のような早期のヒータの問題をまねく。第５に、大電力、したがって大電流の要件は、実施困難な特別の高電圧大電流のオンチップ回路を必要とすることがある。最後に、熱損失のために、スイッチオン時間は、熱損失のないスイッチオン時間より長くなる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、上述の問題を克服する光スイッチが必要とされている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明によって必要性は満たされる。本発明の１つの態様によれば、光スイッチは、基板上に断熱物（insulator）を有する。ヒータが、基板の断熱物上に製作され、光交差部分（optical intersection）が、ヒータの上に構成される。
【０００９】
本発明の別の態様によれば、光スイッチを製作する方法が開示される。第１に、断熱物が製作される。それからヒータが、断熱物の上に製作される。最後に、光交差部分が、ヒータの上に構成される。
【００１０】
本発明のその他の態様及び利点は、本発明の原理を一例として示した添付図面に関連してなされる以下の詳細な説明から明らかになるであろう。
【００１１】
【発明の実施の形態】
例証のために図面に示すように、本発明は、基板上に断熱物を有する光スイッチにおいて具現化される。ヒータは、基板の断熱物の上に製作され、かつ光交差部分は、ヒータの上に構成される。断熱物は、熱の損失を減少させるので、スイッチは、より効率的であり、バブルを発生して維持するために、より少ない電力しか必要なく、周囲の回路は、あまり影響を受けず、そしてスイッチオン時間が減少する。さらに、より少ない電力がヒータに印加されるので、ヒータの信頼性が増加する。
【００１２】
図１を参照すると、光スイッチ１０（「スイッチ１０」）は、本発明の一実施形態を示す。スイッチ１０は、基板１２上に製作される。典型的な基板１２は、けい素（Ｓｉ）ベースの基板１２である。断熱物１４は基板上にある。本明細書において、制限するわけではないが、基板１２に接触した、基板１２により支持された、基板１２に非常に接近した、基板１２に埋め込まれた、及び基板１２に組み込まれた位置を示すための機能的な用語として、前置詞の用語「上（on）」が使用されている。実際には、例示された実施形態に関して、断熱物１４は、基板１２に埋め込まれている。断熱物１４及び基板１２は、研磨した（whetting）酸化物１３の薄い層によって分離され得る。
【００１３】
ヒータ１６は、断熱物１４の上に製作される。ヒータ１６は、ＴａＡｌ（タンタルアルミニウム）、ＴａＮ（窒化タンタル）、Ｎｉ（ニッケル）、Ｃｒ（クロム）、ポリシリコン又は他の適切な材料のような材料を使用する高抵抗の抵抗から作成され得る。ヒータ１６は、典型的にはヒータ回路層１８内に製作される。ヒータ回路層１８は、複数の副層(sub-layer)を含んでいてもよく、副層は、ヒータ１６に電力を供給するための回路を形成する。
【００１４】
一実施形態において、断熱物１４は、ヒータ１６と実質的に同じ領域を覆う。断熱物１４は、１．７から１５μｍ（ミクロン）までの範囲の厚さを有する。一実施形態において、断熱物１４は、１０〜１２μｍ（ミクロン）の間の厚さである。断熱物１４は、酸化けい素のような酸化物、又は窒化けい素、炭化けい素、窒化アルミニウム又は酸化アルミニウムのような低い熱伝導特性を有する他の適切な材料とすることができる。
【００１５】
光交差部分２０は、ヒータ１６の上に構成される。図１において、光交差部分は、全体的に波線の長方形の箱２０によって示されている。光交差部分２０は、第１の導波路２２及び第２の導波路２４を含み、両方とも、交差部分２０において末端をなす端部を有する。第３の導波路（図示せず）、第４の導波路（図示せず）又はこれら両方も、交差部分２０において末端をなしてもよい。
【００１６】
ヒータ１６を含むヒータ回路層１８の構造、並びに第３及び第４の導波路を含む光交差部分２０の構造は、当該技術分野において既知である。例えば、Fouquet他に１９９７年１２月１６日に発行された米国特許第５，６９９，４６２号、及びDonaldに１９９８年１２月２２日に発行された米国特許第５，８５２，６８９号を参照されたい。これら両方の特許は、参照によって本明細書に組み込まれる。特に’６８９特許の図１Ａは、４つの導波路を含む光交差部分を示している。
【００１７】
引き続き図１を参照すると、光交差部分２０は、導波路２２、２４を囲みかつハウジング流体用の流体チャンバ２８を画定する導波路基板２６を含む。導波路基板２６は、チャンバ２８にアクセスするために流体用の流路３０を画定してもよい。
【００１８】
オフの状態において、スイッチ１０のチャンバ２８は、導波路と同じ光学特性を有する流体によって満たされている。したがって、チャンバ２８に入射する（例えば、導波路２２から）光信号（光）は、妨害されることなくチャンバ２８を通過する（及び、例えば、第２の導波路２４に到達する）。オン状態において、ヒータ１６に電力が送られ、チャンバ２８内にバブルが発生し、バブルは、導波路と異なった屈折率をチャンバ２８に与える。その結果、光は、異なった導波路の方に反射され、したがって交換機能を実施する。
【００１９】
光スイッチ１０は、次のように製作され得る。すなわち、第１に、断熱物１４が、基板１２上に製作される。これは、基板１２にトレンチをエッチングで形成し、断熱材料（例えば、酸化けい素、或いは窒化けい素、炭化けい素、窒化アルミニウム又は酸化アルミニウムのような低い熱伝導特性を有する他の適切な材料）をトレンチに充填し、かつ平坦化することによって達成される。例えば、トレンチのエッチングは、反応性イオンエッチングを含むウエットケミカル又はドライプラズマのようなけい素（Ｓｉ）エッチングプロセスによって行なうことができる。充填プロセスは、ＬＰＣＶＤ（低圧ＣＶＤ）、ＡＰＣＶＤ（常圧ＣＶＤ）酸化物堆積、ＰＥＣＶＤ（プラズマ増速ＣＶＤ）、ＴＥＯＳ（テトラエチルオルソシリケート）堆積、又はＳＯＧ（スピンオンガラス）のような化学気相成長（ＣＶＤ）プロセスを使用して行なうことができる。表面の平坦化は、ＣＭＰ（化学的及び機械的研磨）又はフォトレジストエッチバックのいずれかによって行なうことができる。研磨した酸化物層１３は、トレンチエッチングの後ではあるが、充填プロセスの前に形成され得る。
【００２０】
断熱物は、ヒータ１６によって覆われる領域と実質的に同じ領域を覆うことができる。断熱物１４を製作した後に、ヒータ１６は、断熱物１４の上に製作される。ヒータ回路層１８を使用するヒータ１６を製作するための技術は、当該技術分野において既知である。最後に、光交差部分２０は、ヒータ１６の上に構成される。やはり、光交差部分２０を構成するための技術は、当該技術分野において既知である。
【００２１】
本発明が新規なものであり、かつ現在の技術を越える利点を提供することは、前述のことから理解されるであろう。本発明は、熱損失及び大電力要件のような非効率的な光スイッチに関連した種々の問題を最小化し又は除去するさらに効率的な光スイッチを結果としてもたらす。本発明の特定の実施形態を前述し、及び図示したが、本発明は、このように説明されて図示された部分の特定の形又は構成に限定されるものではない。例えば、異なる構成、寸法又は材料を用いて、本発明を実施できる。本発明は、特許請求の範囲によって限定される。
【００２２】
【発明の効果】
本発明により、熱損失及び大電力要件のような非効率的な光スイッチに関連した種々の問題を最小化し又は除去するさらに効率的な光スイッチが提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態による光スイッチを示す側断面図である。
【符号の説明】
10  光スイッチ
12  基板
13  層
14  断熱物
16  ヒータ
20  光交差部分
22、24  導波路セグメント
28  チャンバ
【図１】
0003749932.tif 000002