SiGe/Si細線導波路構造を用いた省電力光スィツチ•可変光減衰器

摘要

For active optical waveguide devices on silicon (Si)-platform, highly efficient carrier accumulation in the waveguide region is the key to realize energy-saving and compact devices. We proposed a silicon-germanium (SiGe) / silicon (Si) waveguide structure to achieve such a purpose. In the proposed structure, a type-Ⅰ hetero-interface formed by SiGe and Si is expected to confine carriers effectively in the narrow-gap SiGe waveguide core. In this report, first we will investigate carrier accumulation effect of the structure by numerical simulation. And we will demonstrate low-power operation of a small-size optical switch and a variable optical attenuator (VOA) we fabricated. The fabricated Mach-Zehnder optical switch shows alow switching power of only 1.53 mW with a compact phase shifter length of 250 μm. The switching time of the optical switch is less than 4.6 ns. The fabricated VOA shows a 30-50％ low-current operation compared to conventional Si waveguide VOA of the same device length. These results show that our proposed SiGe/Si waveguide structure holds promise for active devices with compact size and low operation power.%シリコンプラットフオーム上のキヤリァプラズマを利用した導波路型光アクティブデバイスの省電力化•小型化には,高効率なキャリア蓄積がキーとなる.それを可能とする構造として,我々は,SiGe/Si細線導波路構造を提案している.本提案構造は,SiGe/Siヘテロ構造のキャリア閉じ込め効果により,キャリアプラズマを利用するデバイスにおいて,SiGeよりなる導波路コア領域への高効率なキャリア注入が実現できる.本報告では,我々の提案構造について,数値シミュレーシヨンにおけるその効果の検証と,実際に作製した光スィツチおよび可変光減衰器(VOA)における小型,省電力動作,ならびに高速動作特性について報告する.SiGe/Si細線導波路光スィッチにおいて,位相シフタ長250μmと小型ながら,1.53mWの低消費電力でのスイッチング動作および,高速駆動時において4.6ns以下の高速スイッチングを実現した.また,SiGe/Si導波路型VOAにおいて,従来のSi細線構造VOAと比較して,同じ素子長において30-50％の省電流化を実現した.これらの結果は,我々の提案するSiGe/Si構造が,シリコンプラットフオーム上のアクティブデバイスの小型化,低電力化に有効であることを示した.