JPS6138938A - Photoelectric converter formed on substrate - Google Patents

Abstract

PURPOSE:To attain highly efficient photoelectric conversion by forming a photovoltaic element on a rough part formed on the surface of an optical waveguide. CONSTITUTION:A rough surface is formed on the surface of the optical waveguide 11 of a substrate 10 and the photovoltaic element 15 is formed on the rough part. Light transmitted through the waveguide 11 is radiated and dispersed on the rough part and inputted to the element 15, so that much of the transmitted light is used for the generation of electromotive force and highly efficient photoelectric conversion can be attained.

Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 この発明は、基板に形成された光電変換装置に関し、特
に基板に集積化された光論理回路のために有用であり、
光信号から起電力を発生させるための装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a photoelectric conversion device formed on a substrate, and is particularly useful for optical logic circuits integrated on a substrate.
The present invention relates to a device for generating electromotive force from an optical signal.

近年、オプトエレクトロニクス技術の進展はめざましく
、光ＩＣの実現も開発課題の１つにあげられている。事
実、光ＩＣの基本となる論理回路、たとえば光論理和（
ＯＲ）回路や光排他的論理和回路が提案されている。出
願人も電気光学効果をもつ基板上に集積化された種々の
光論理回路を提案している（たとえば特願昭５９−．１
１７５５２〜１１７５５４号など）。これらの光論理回
路では、光信号を電気量に変換し、基板のもつ電気光学
効果を利用してこの電気量により種々の光の制御が達成
されている。In recent years, optoelectronic technology has made remarkable progress, and the realization of optical ICs has been raised as one of the development issues. In fact, the basic logic circuits of optical ICs, such as optical OR (
OR) circuits and optical exclusive OR circuits have been proposed. The applicant has also proposed various optical logic circuits integrated on a substrate with an electro-optic effect (for example, Japanese Patent Application No. 1987-1
17552-117554 etc.). In these optical logic circuits, an optical signal is converted into an electrical quantity, and various types of light control are achieved using this electrical quantity by utilizing the electro-optic effect of the substrate.

所望の光の制御を達成するためには充分な電気量、たと
えば充分に高い電圧が必要である、発明の概要 この発明は、基板に形成されｌＣ光導波路を伝播する光
を効率的に利用して、光論理回路等の動作のために必要
かつ充分な電気量が得られるような光電変換装置を提供
するものである。A sufficient amount of electricity, e.g., a sufficiently high voltage, is required to achieve the desired control of light. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention efficiently utilizes light propagating through an LC optical waveguide formed in a substrate. Thus, the present invention provides a photoelectric conversion device that can obtain a sufficient amount of electricity necessary for operating an optical logic circuit or the like.

この発明による光電変換装置は、基板に形成された光導
波路の表面に凹凸が形成され、この凹凸面に光起電力索
子が形成されていることを特徴とする。光導波路を伝播
する光は光導波路表面に形成された凹凸によって放射ま
たは散乱され、光起電力索子に入力し、光導波路を伝播
しできた光の多（が起電力発生のために利用され、効率
の高い光電変換が達成される。The photoelectric conversion device according to the present invention is characterized in that an uneven surface is formed on the surface of an optical waveguide formed on a substrate, and a photovoltaic cable is formed on this uneven surface. The light propagating through the optical waveguide is emitted or scattered by the unevenness formed on the optical waveguide surface, enters the photovoltaic cable, and the light propagating through the optical waveguide is used to generate electromotive force. , highly efficient photoelectric conversion is achieved.

実施例の説明 この発明による光電変換装置を、光論理回路の基本要素
である光ＮＯＴ回路に適用した実施例について以下に詳
述する。DESCRIPTION OF EMBODIMENTS An embodiment in which a photoelectric conversion device according to the present invention is applied to an optical NOT circuit, which is a basic element of an optical logic circuit, will be described in detail below.

まず、光ＮＯＴ論理について説明しておく。First, optical NOT logic will be explained.

光ＮＯＴ論理は、電気信号のＮＯＴ論理と同じである。Optical NOT logic is the same as electrical signal NOT logic.

第１図において、入力光信号がＢｉｎ’−ｃ”表わされ
Ｃいる。この入力光信号が光ＮＯＴ論理演算された結果
出力される出力光信号が１ｏｕｔで示されている。光行
が論理値の「１」を表わし、光熱が論理値の「０」を表
わしている。In Fig. 1, the input optical signal is represented by Bin'-c''.The output optical signal output as a result of the optical NOT logic operation on this input optical signal is shown as 1out. It represents the value "1" and light heat represents the logical value "0".

入力光信号１ｉｎが「０」の場合に出力光信号ｌ０１１
ｔは「１」となり、入力が「１」の場合に出力は「０」
となる。When the input optical signal 1in is “0”, the output optical signal l011
t is "1", and if the input is "1", the output is "0"
becomes.

第２図において、基板（１０）どして１−ｉＮｂ０３結
晶が用いられ、この基板（１０）上に３つの光導波路（
１１）　　（１２）および（１３）が形成されている。In FIG. 2, a 1-iNb03 crystal is used as the substrate (10), and three optical waveguides (
11) (12) and (13) are formed.

これらの光導波路の作成は、たとえば基板（１０）表面
全面にＴｉを蒸着またはスパッタし、このＴｉ１ｌＩを
利用してＴｉによる導波路パターンをリフトオフ法によ
り形成し、さらにこのＴｉを酸素雰囲気中において９７
０℃で５時間、基板（１０）内に熱拡散させることによ
り行なわれる。These optical waveguides are created by, for example, depositing or sputtering Ti on the entire surface of the substrate (10), using this Ti1II to form a waveguide pattern of Ti by a lift-off method, and then depositing this Ti in an oxygen atmosphere at 97°C.
This is done by thermal diffusion into the substrate (10) at 0° C. for 5 hours.

第１の光導波路（１１）は、基板（１０）の一端から基
板（１０）の中央付近または基板（１０）の他端まで形
成されており、光導波路（１１）の終端部または途上に
は光起電力索子（１５）が作製されている。光起電力索
子（１５）としてはたとえばＣｄ　Ｔｅがよい。第３図
（Ａ）に拡大して示されているように、光導波路（１１
）の表面上の一部に、光の伝播する方向に直交する方向
のグレーティングが形成され、このグレーティングの上
にＣｄＴｅが蒸着されかつ適当な箇所（たとえばｃｄＴ
Ｏの上面両側）に端子を形成することにより光起電力索
子ができる。The first optical waveguide (11) is formed from one end of the substrate (10) to near the center of the substrate (10) or to the other end of the substrate (10). A photovoltaic cord (15) has been made. For example, CdTe may be used as the photovoltaic cord (15). As shown enlarged in FIG. 3(A), the optical waveguide (11
), a grating in the direction perpendicular to the direction of light propagation is formed on a part of the surface of the
By forming terminals on both sides of the upper surface of O, a photovoltaic cord is produced.

第３図（Ｂ）は、光導波路（１１）内を伝播する光のう
ち光導波路（１１）から放射される光のエネルギを、光
の進行方向の距離を横軸にして示している。光起電力索
子（１５）の手前の位置において光導波路（１１）を伝
播する先のエネルギを１としている。このグラフからも
分かるように、グレーティングの存在によって、光導波
路（１１）を伝播する光は光起電力索子（１５）に入射
する方向に放射され、かなり多くの光のエネルギが光起
電力索子（１５）で利用されている。FIG. 3(B) shows the energy of light emitted from the optical waveguide (11) among the light propagating within the optical waveguide (11), with distance in the traveling direction of the light being plotted on the horizontal axis. The energy propagating through the optical waveguide (11) at a position before the photovoltaic cable (15) is assumed to be 1. As can be seen from this graph, due to the presence of the grating, the light propagating through the optical waveguide (11) is radiated in the direction of incidence on the photovoltaic cable (15), and a considerable amount of light energy is transferred to the photovoltaic cable (15). It is used by my child (15).

光起電力索子（１５）に入射しなかった光は光導波路（
１１）をさらに伝播していって他の用途に用いられるか
、または他の用途が無い場合には光起電力索子＜１５）
の位置が光導波路（１１）の終端とされる。この場合に
は、光導波路（１１）の端面で反射した光の一部もまた
光起電力索子（１５）に入射するであろう。The light that did not enter the photovoltaic cable (15) passes through the optical waveguide (
11) is further propagated and used for other purposes, or if there is no other use, photovoltaic cord <15)
The position is defined as the termination of the optical waveguide (11). In this case, a portion of the light reflected at the end face of the optical waveguide (11) will also enter the photovoltaic cord (15).

第２図において、第２の光導波路（１２）は基板（１０
〉の一端から他端まで形成されている。In FIG. 2, the second optical waveguide (12) is connected to the substrate (10
〉 is formed from one end to the other end.

第３の光導波路（１３）はその一端部が第２の光導波路
（１２）の一部に近接し、かつ伯の部分においては第２
の光導波路（１２）から離れてｌ、Ｎる。One end of the third optical waveguide (13) is close to a part of the second optical waveguide (12), and
l, N away from the optical waveguide (12).

第２の光導波路（１２）と第３の光導波路（１３）との
互いに近接１ノだ部分は方向性結合器を構成している。The portions of the second optical waveguide (12) and the third optical waveguide (13) that are close to each other and separated by one width constitute a directional coupler.

この方向性結合器を構成Ｊ−る光導波路部分上には１対
の電極（１４）が設りられてしする。この電極（１４）
には配線パターン（１６）によって光起電力索子（１５
）の両端子が接続され、索子（１５）の起電力が電極（
１４）に印加されるようになっている。電極（１４）、
配線パターン（１６）および光起電力索子（１５）の端
子はＡＩを所定のパターンにリフトオフすることにより
作製される。A pair of electrodes (14) are provided on the optical waveguide portion constituting this directional coupler. This electrode (14)
The wiring pattern (16) connects the photovoltaic cable (15) to
) are connected, and the electromotive force of the cord (15) is applied to the electrode (
14). electrode (14),
The wiring pattern (16) and the terminal of the photovoltaic cord (15) are made by lifting off the AI into a predetermined pattern.

方向性結合器は近接した２木の平行光導波路間で光のパ
ワーのやりとりを生じさけるｂのである。光導波路（１
２）と（１３）との互いに近接（）た部分によって構成
される方向性結合器は、一方の光導波路（１２）を伝播
する光の１００％−のパワーが他方の光導波路（１３〉
に移行するようにその相互作用長、結合係数、位相定数
等が設定されている。A directional coupler prevents the exchange of optical power between two adjacent parallel optical waveguides. Optical waveguide (1
A directional coupler constituted by portions of (2) and (13) that are close to each other is such that 100% of the power of the light propagating in one optical waveguide (12) is transferred to the other optical waveguide (13).
The interaction length, coupling coefficient, phase constant, etc. are set so that the transition occurs.

ＬｉＮｂＯ３は電気光学効果をもつ結晶であるから、こ
の結晶に電界を印加するとその屈折率が変化Ｊる。光起
電力索子（１５）から発生した電圧が電極（１４）に印
加されると、光導波路（１２）　　（１３）の電極直下
における屈折率が変化し光導波路（１２＞　　（１３）
のこれらの部分における位相定数が変化する（Ｚカット
ＬｉＮｂＯ３の場合）、または光導波路＜１２＞　　（
１３）におけるこれらの光導波路部分間の屈折率が変化
することにより結合の強さが変化する（Ｙカットし１Ｎ
ｔ１０３の場合）。このような結合の強さ、位相整合の
変化によって、光導波路（１２）　　（１３）の近接部
分から構成される方向性結合器においては光パワーの移
行が生じなくなる。Since LiNbO3 is a crystal with an electro-optic effect, when an electric field is applied to this crystal, its refractive index changes. When the voltage generated from the photovoltaic cord (15) is applied to the electrode (14), the refractive index of the optical waveguide (12) (13) directly under the electrode changes, and the optical waveguide (12> (13)
(in the case of Z-cut LiNbO3) or the optical waveguide <12> (
13) The coupling strength changes by changing the refractive index between these optical waveguide parts (Y cut 1N
In the case of t103). Due to such changes in coupling strength and phase matching, no optical power shift occurs in the directional coupler formed from the adjacent portions of the optical waveguides (12) and (13).

さて、第２図に示された光ＮＯＴ回路の動作を統一的に
説明づる。入力光信号■ｉｎは第１の光導波路（１１）
に導入される。第２の光導波路（１２）には、基準光ｌ
１ｎＲが常時入力している。Now, the operation of the optical NOT circuit shown in FIG. 2 will be explained in a unified manner. The input optical signal ■in is the first optical waveguide (11)
will be introduced in The second optical waveguide (12) includes a reference light l
1nR is always input.

出力光信号Ｉｏｕｔは第３の光導波路（１３）から得ら
れる。The output optical signal Iout is obtained from the third optical waveguide (13).

入力光信Ｑ　Ｉ、ｎが「○」の場合には、光起電力索子
（１５）から起電力は発生しないので、電極（１４）に
は電圧は印加されない。したがって、光導波路（１２）
を伝播する光は方向性結合器から光導波路（１３〉にそ
の１００％が移行し、出力光信号１ｏｕｔは「１」とな
る。When the input optical signal Q I,n is "○", no electromotive force is generated from the photovoltaic cable (15), so no voltage is applied to the electrode (14). Therefore, the optical waveguide (12)
100% of the light propagating through the directional coupler is transferred to the optical waveguide (13), and the output optical signal 1out becomes "1".

入力光信号１ｉｎが「１」の場合には、光導波路（１１
）を伝播する光によって光起電力索子（１５）に電圧が
発生し、これが電極（１４）に印加される。したがって
、光導波路（１２）を伝播する光は、方向性結合器から
光導波路（１３）に移行せずに、光導波路り１２〉を伝
播していく。When the input optical signal 1in is "1", the optical waveguide (11
) generates a voltage in the photovoltaic cord (15), which is applied to the electrode (14). Therefore, the light propagating through the optical waveguide (12) does not transfer from the directional coupler to the optical waveguide (13), but instead propagates through the optical waveguide (12).

このため、出力光信Ｈ１ｏｕｔはｒＯＪとなる。Therefore, the output optical signal H1out becomes rOJ.

上述の説明においては方向性結合器における光パワーの
移行量を理想的に１００％としているが、もちろん１０
０％である必要はない。なぜなら、光導波路（１３）か
ら出ノコされる光信号ｌ　ｏｕｔのパワーをレベル弁別
して論理値「１」、ｒＯＪを判別すればよいからである
。In the above explanation, the amount of optical power transfer in the directional coupler is ideally 100%, but of course it is 100%.
It does not need to be 0%. This is because the logical value "1" and rOJ can be determined by level-discriminating the power of the optical signal l out output from the optical waveguide (13).

第４図（Ａ＞は変形例を示している。ここでは、光導波
路（１１）の上面が粗面とされ、この粗面上に光起電力
索子（１５）が形成されている。FIG. 4 (A>) shows a modified example. Here, the upper surface of the optical waveguide (11) is made into a rough surface, and the photovoltaic cable (15) is formed on this rough surface.

この場合にも、同図（Ｂ）より明らかなように、光導波
路（１１）を伝播する光の多くが粗面で敗乱し光起電力
索子（１５）に大剣する。In this case as well, as is clear from the figure (B), most of the light propagating through the optical waveguide (11) is disrupted by the rough surface and hits the photovoltaic cable (15).

いずれにしても、光起電力索子（１５）は光導波路（１
１）表面に形成された凹凸面上に形成されているので、
光導波路（１１）を伝播してきた光の多くが光起電力索
子に入力して利用される。In any case, the photovoltaic cable (15) is connected to the optical waveguide (1
1) Since it is formed on an uneven surface,
Most of the light propagated through the optical waveguide (11) is input to the photovoltaic cable and used.

したがって、効率が高く、かつ大ぎな起電力が得られ、
上述のような電気光学効果を利用した光信号の制衝１用
に適用することができる。Therefore, high efficiency and large electromotive force can be obtained,
It can be applied to optical signal suppression 1 using the electro-optic effect as described above.

この発明が応用される光論理回路は上述の光ＮＯＴ回路
に限られないのはいうま′ｒ：Ｌ）すいし、この発明は
光論理回路以外の基板上に形成された索子等に応用可能
である。光起電力索子は、ＣｄＴｅに限らず、プラズマ
ＣＶＤ法により作製されるａ−３ｉなど種々のもので実
現（・きる。It goes without saying that the optical logic circuit to which this invention is applied is not limited to the above-mentioned optical NOT circuit, and the invention can be applied to cables etc. formed on substrates other than optical logic circuits. be. Photovoltaic cords can be realized not only by CdTe but also by various materials such as a-3i produced by plasma CVD method.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第１図は光ＮＯＴ論理演算を示ず波形図、第２図はこの
発明を光ＮＯＴ回路に適用した実施例を示す斜視図、第
３図（Ａ＞は第２図のＩ−■線にそう拡大断面図、第３
図（Ｂ）は光導波路から放射される光エネルギを示すグ
ラフ、第４図は変形例を示すものであって、第４図（Ａ
）は第３図（△）相当の断面図、第４図（Ｂ）は光導波
路から放射される光エネルギを示すグラフである。 （１０）・・・基板、（１１）　　（１２）　　（１３
＞・・・光導波路、（１５）・・・光起電力索子。 以上 特許出願人　　立石電機　株式会社 ＠１図 １゜ 図面の浄書−（内容に変更なし） 第８図 ＣＢ） ｒｌｉｊｉ（５ｉ１＋　、’ｌ）：　ｉ１’＋４　′°
；　（、：　ｆ　、ｉｇ　すＬ　）第４図 距　岨−−→− 手続補正書Ｃ方式） ％式％ ２、発明の名称　基板に形成された光電変換装置３、補
正をする音 事件との関係　　　　特許出願人 住　　所京都市右京区花園土堂町１０番地氏名・名称　
（２９４）立石電機株式会社４、代　理　Å 以上Fig. 1 is a waveform diagram that does not show the optical NOT logic operation, Fig. 2 is a perspective view showing an embodiment in which the present invention is applied to an optical NOT circuit, and Fig. 3 (A> is a line I-■ in Fig. 2). So enlarged cross-sectional view, 3rd
Figure (B) is a graph showing the optical energy radiated from the optical waveguide, and Figure 4 shows a modified example.
) is a cross-sectional view corresponding to FIG. 3 (Δ), and FIG. 4 (B) is a graph showing the optical energy radiated from the optical waveguide. (10)...Substrate, (11) (12) (13
>... Optical waveguide, (15)... Photovoltaic cord. Applicant for the above patents: Tateishi Electric Co., Ltd. @1 Figure 1゜ Engraving of the drawing - (No change in content) Figure 8 CB) rliji (5i1+, 'l): i1'+4'°
(,:f,igsuL) 4th figure distance 岨--→- Procedural amendment C method) % formula % 2. Title of invention Photoelectric conversion device 3 formed on a substrate, sound incident to be corrected Related Patent Applicant Address: 10 Hanazono Tsuchido-cho, Ukyo-ku, Kyoto City Name/Name
(294) Tateishi Electric Co., Ltd. 4, Representative A

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 基板に形成された光導波路の表面に凹凸が形成され、こ
の凹凸面上に光起電力索子が形成されている、基板に形
成された光電変換装置。A photoelectric conversion device formed on a substrate, in which a surface of an optical waveguide formed on the substrate has an uneven surface, and a photovoltaic cable is formed on the uneven surface.