JP2002014242A - 光導波路装置 - Google Patents
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Abstract
(57)【要約】
【課題】コアと下部クラッドおよび上部クラッドとの比
屈折率差が大きい光導波路を提供する。 【解決手段】ＳＯＩ基板の埋め込みシリコン酸化膜を下
部クラッド１０２として使用し、このＳＯＩ基板のシリ
コン層を加工することによってコア１０３を形成し、Ｓ
ＯＩ基板の表面にシリコン酸化膜を堆積することによっ
て上部クラッド１０４を形成する。シリコンとシリコン
酸化膜とは屈折率の差が大きいので、比屈折率差が大き
い光導波路を得ることができる。光導波路の比屈折率差
を大きくすることにより、光回路の小型化、低価格化が
実現される。また、ＳＯＩ基板を用いるので、製造工程
数を減らすことができる。
屈折率差が大きい光導波路を提供する。 【解決手段】ＳＯＩ基板の埋め込みシリコン酸化膜を下
部クラッド１０２として使用し、このＳＯＩ基板のシリ
コン層を加工することによってコア１０３を形成し、Ｓ
ＯＩ基板の表面にシリコン酸化膜を堆積することによっ
て上部クラッド１０４を形成する。シリコンとシリコン
酸化膜とは屈折率の差が大きいので、比屈折率差が大き
い光導波路を得ることができる。光導波路の比屈折率差
を大きくすることにより、光回路の小型化、低価格化が
実現される。また、ＳＯＩ基板を用いるので、製造工程
数を減らすことができる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、光導波路を用い
て光回路を構成した、光導波路装置に関するものであ
る。
て光回路を構成した、光導波路装置に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】従来より、光導波路を用いて光回路を構
成したデバイスが知られている。この出願では、このよ
うな装置を、光導波路装置と称する。
成したデバイスが知られている。この出願では、このよ
うな装置を、光導波路装置と称する。
【０００３】従来の光導波路としては、例えば、文献：
河内正夫、「プレーナ光波回路技術の現状と将来」NTT
R&D Vol.43 No.11,1994,p1273-1280 に開示されたもの
が知られている。
河内正夫、「プレーナ光波回路技術の現状と将来」NTT
R&D Vol.43 No.11,1994,p1273-1280 に開示されたもの
が知られている。
【０００４】この文献に開示された光導波路は、下部ク
ラッド、コアおよび上部クラッドを、それぞれ、シリコ
ン酸化膜によって形成している。この光導波路では、シ
リコン酸化膜の組成を異ならせることによって、下部ク
ラッドおよび上部クラッドの屈折率をコアの屈折率より
も高くしている。この光導波路において、下部クラッド
および上部クラッドとコアとの比屈折率差は、０．２５
〜２％程度である。また、この光導波路では、下部クラ
ッドおよび上部クラッドの膜厚は１５〜３０μｍ程度で
ある。また、コアの断面寸法は、幅が４〜１０μｍ程度
で、且つ、高さが４〜１０μｍ程度である。
ラッド、コアおよび上部クラッドを、それぞれ、シリコ
ン酸化膜によって形成している。この光導波路では、シ
リコン酸化膜の組成を異ならせることによって、下部ク
ラッドおよび上部クラッドの屈折率をコアの屈折率より
も高くしている。この光導波路において、下部クラッド
および上部クラッドとコアとの比屈折率差は、０．２５
〜２％程度である。また、この光導波路では、下部クラ
ッドおよび上部クラッドの膜厚は１５〜３０μｍ程度で
ある。また、コアの断面寸法は、幅が４〜１０μｍ程度
で、且つ、高さが４〜１０μｍ程度である。
【０００５】かかる光導波路を製造する工程では、ま
ず、シリコンウエハ上に、酸化シリコンガラス微粒子
（粒径約０．１μｍ）を吹き付けることにより、下部ク
ラッドとなる層およびコアとなる層を順次堆積する。こ
のガラス微粒子は、気体状原料（四塩化シリコンを主成
分とし、ドーパントしてＧｅＯ2 を含む）を、酸水素炎
中で加水分解することによって得られる。下部クラッド
となる層およびコアとなる層を堆積する際には、ＧｅＯ
2 ドーパントの濃度を変えることにより、ガラス微粒子
の組成を異ならせる。
ず、シリコンウエハ上に、酸化シリコンガラス微粒子
（粒径約０．１μｍ）を吹き付けることにより、下部ク
ラッドとなる層およびコアとなる層を順次堆積する。こ
のガラス微粒子は、気体状原料（四塩化シリコンを主成
分とし、ドーパントしてＧｅＯ2 を含む）を、酸水素炎
中で加水分解することによって得られる。下部クラッド
となる層およびコアとなる層を堆積する際には、ＧｅＯ
2 ドーパントの濃度を変えることにより、ガラス微粒子
の組成を異ならせる。
【０００６】次に、これらのガラス微粒子膜を、電気炉
中で１２５０℃以上の高温に加熱することにより、透明
な酸化シリコンガラス膜を形成する。下部クラッドとな
る層とコアとなる層とでは、ガラス微粒子の組成が異な
るので、これらの層の屈折率も異なることになる。
中で１２５０℃以上の高温に加熱することにより、透明
な酸化シリコンガラス膜を形成する。下部クラッドとな
る層とコアとなる層とでは、ガラス微粒子の組成が異な
るので、これらの層の屈折率も異なることになる。
【０００７】その後、反応性イオンエッチングを用いて
コアを加工する。
コアを加工する。
【０００８】最後に、コア層の上面および側面を覆う膜
を、下部クラッド層と同じ組成のガラス微粒子で堆積
し、さらに、上述と同様の加熱処理を施すことにより、
上部クラッドを形成する。
を、下部クラッド層と同じ組成のガラス微粒子で堆積
し、さらに、上述と同様の加熱処理を施すことにより、
上部クラッドを形成する。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】上述したような従来の
光導波路には、下部クラッドおよび上部クラッドとコア
との比屈折率差が小さい（２％以下）という欠点があっ
た。
光導波路には、下部クラッドおよび上部クラッドとコア
との比屈折率差が小さい（２％以下）という欠点があっ
た。
【００１０】この比屈折率差が小さいと、コアの曲線部
の曲率半径を大きくしなければならないので（１〜２５
ｍｍ程度）、この光導波路を用いて構成する光回路全体
が大きくなってしまう。
の曲率半径を大きくしなければならないので（１〜２５
ｍｍ程度）、この光導波路を用いて構成する光回路全体
が大きくなってしまう。
【００１１】また、この比屈折率差が小さいと、単一モ
ード条件を満たすために必要な断面寸法が４〜１０μｍ
程度と大きくなってしまうので、半導体集積回路等のた
めの通常の半導体製造装置による製造が困難になってし
まう。
ード条件を満たすために必要な断面寸法が４〜１０μｍ
程度と大きくなってしまうので、半導体集積回路等のた
めの通常の半導体製造装置による製造が困難になってし
まう。
【００１２】さらに、上述したような従来の光導波路の
製造工程では、下部クラッドとなる層、コアとなる層お
よび上部クラッドとなる層をそれぞれ堆積しなければな
らなかったので、工程数が多く、製造コスト低減の妨げ
になっていた。
製造工程では、下部クラッドとなる層、コアとなる層お
よび上部クラッドとなる層をそれぞれ堆積しなければな
らなかったので、工程数が多く、製造コスト低減の妨げ
になっていた。
【００１３】このため、比屈折率差が大きく且つ製造工
程が簡単な光導波路装置が嘱望されていた。
程が簡単な光導波路装置が嘱望されていた。
【００１４】
【課題を解決するための手段】この発明に係る光導波路
装置は、光を伝搬するコアと、このコアの周囲を覆う下
部クラッドおよび上部クラッドとを備える。
装置は、光を伝搬するコアと、このコアの周囲を覆う下
部クラッドおよび上部クラッドとを備える。
【００１５】そして、コアがシリコンで形成され、且
つ、下部クラッドおよび上部クラッドが酸化シリコンで
形成されたことを特徴とする。
つ、下部クラッドおよび上部クラッドが酸化シリコンで
形成されたことを特徴とする。
【００１６】この発明では、コアをシリコンで形成し且
つ下部クラッドおよび上部クラッドをシリコン酸化膜で
形成したので、コアと下部クラッドおよび上部クラッド
との比屈折率差を大きくすることができる。したがっ
て、コアの曲線部の曲率半径を小さくすることができ、
且つ、単一モード条件を満たすために必要な断面寸法を
小さくすることができる。
つ下部クラッドおよび上部クラッドをシリコン酸化膜で
形成したので、コアと下部クラッドおよび上部クラッド
との比屈折率差を大きくすることができる。したがっ
て、コアの曲線部の曲率半径を小さくすることができ、
且つ、単一モード条件を満たすために必要な断面寸法を
小さくすることができる。
【００１７】さらに、この発明に係る光導波路装置は、
ＳＯＩ基板を用いて作製することができるので、製造工
程を簡単にすることが可能である。
ＳＯＩ基板を用いて作製することができるので、製造工
程を簡単にすることが可能である。
【００１８】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を用いて説明する。なお、図中、各構成成分の
大きさ、形状および配置関係は、本発明が理解できる程
度に概略的に示してあるにすぎず、また、以下に説明す
る数値的条件は単なる例示にすぎない。
て、図面を用いて説明する。なお、図中、各構成成分の
大きさ、形状および配置関係は、本発明が理解できる程
度に概略的に示してあるにすぎず、また、以下に説明す
る数値的条件は単なる例示にすぎない。
【００１９】第１の実施の形態 まず、この発明の第１の実施の形態に係る光導波路装置
について、図１〜図４を用いて説明する。
について、図１〜図４を用いて説明する。
【００２０】図１は、この実施の形態に係る光導波路装
置の構成を概略的に示す断面図である。
置の構成を概略的に示す断面図である。
【００２１】図１に示したように、この光導波路装置１
００は、シリコン基板１０１上に形成された、下部クラ
ッド１０２、コア１０３および上部クラッド１０４によ
って構成されている。
００は、シリコン基板１０１上に形成された、下部クラ
ッド１０２、コア１０３および上部クラッド１０４によ
って構成されている。
【００２２】下部クラッド１０２は、酸化シリコンによ
って形成される。後述するように、この下部クラッド１
０２としては、ＳＯＩ(Silicon On Insulator)ウエハの
埋め込み酸化シリコン膜が使用される。
って形成される。後述するように、この下部クラッド１
０２としては、ＳＯＩ(Silicon On Insulator)ウエハの
埋め込み酸化シリコン膜が使用される。
【００２３】コア１０３は、シリコンによって形成され
る。後述するように、このコア１０３は、ＳＯＩウエハ
のシリコン層を加工することによって形成される。
る。後述するように、このコア１０３は、ＳＯＩウエハ
のシリコン層を加工することによって形成される。
【００２４】上部クラッド１０４は、酸化シリコンによ
って形成される。上部クラッド１０４は、下部クラッド
１０２と同じ屈折率を有する。後述するように、この上
部クラッド１０４は、ＳＯＩウエハ上に酸化シリコンを
堆積することによって、形成される。
って形成される。上部クラッド１０４は、下部クラッド
１０２と同じ屈折率を有する。後述するように、この上
部クラッド１０４は、ＳＯＩウエハ上に酸化シリコンを
堆積することによって、形成される。
【００２５】次に、図１に示した光導波路装置の製造方
法について、図２を用いて説明する。
法について、図２を用いて説明する。
【００２６】この実施の形態では、図２（Ａ）に示した
ような、ＳＯＩウエハ２０１を使用する。ＳＯＩウエハ
２０１は、シリコン基板１０１上に、厚さ１〜５μｍの
埋め込みシリコン酸化膜１０２と、厚さ０．１〜０．３
μｍのシリコン層２０２とを積層することによって構成
されている。
ような、ＳＯＩウエハ２０１を使用する。ＳＯＩウエハ
２０１は、シリコン基板１０１上に、厚さ１〜５μｍの
埋め込みシリコン酸化膜１０２と、厚さ０．１〜０．３
μｍのシリコン層２０２とを積層することによって構成
されている。
【００２７】光導波路装置１００を製造する際には、ま
ず、ＳＯＩウエハ２０１を、１％のフッ化水素酸溶液で
２０秒間洗浄し、さらに、純水で５分間リンスする。
ず、ＳＯＩウエハ２０１を、１％のフッ化水素酸溶液で
２０秒間洗浄し、さらに、純水で５分間リンスする。
【００２８】次に、ＳＯＩウエハ２０１のシリコン層２
０２上にレジストを塗布した後、通常の光露光技術等を
用いて、図２（Ｂ）に示したようなレジストパターン２
０３を形成する。
０２上にレジストを塗布した後、通常の光露光技術等を
用いて、図２（Ｂ）に示したようなレジストパターン２
０３を形成する。
【００２９】続いて、このレジストパターン２０３をマ
スクとしたエッチングによりシリコン層２０２をパター
ニングして、図２（Ｃ）に示したようなコア１０３を形
成する。エッチング法としては、例えばドライエッチン
グを使用することができる。さらに、このときのエッチ
ングガスとしては、例えば、ＣＦ4 に２０％のＯ3 を添
加してなるガスを使用することができる。
スクとしたエッチングによりシリコン層２０２をパター
ニングして、図２（Ｃ）に示したようなコア１０３を形
成する。エッチング法としては、例えばドライエッチン
グを使用することができる。さらに、このときのエッチ
ングガスとしては、例えば、ＣＦ4 に２０％のＯ3 を添
加してなるガスを使用することができる。
【００３０】最後に、図２（Ｄ）に示したように、上部
クラッド１０４として、厚さ１〜５μｍのシリコン酸化
膜を堆積する。堆積技術としては、例えば、並行平板型
プラズマ化学気相成長法、スパッタ法、蒸着法等を使用
することができる。さらに、このときの原料ガスとして
は、テトラエトキシシランおよびＯ2 を使用することが
できる。
クラッド１０４として、厚さ１〜５μｍのシリコン酸化
膜を堆積する。堆積技術としては、例えば、並行平板型
プラズマ化学気相成長法、スパッタ法、蒸着法等を使用
することができる。さらに、このときの原料ガスとして
は、テトラエトキシシランおよびＯ2 を使用することが
できる。
【００３１】次に、このようにして製造された光導波路
装置の特性について説明する。
装置の特性について説明する。
【００３２】光通信で用いられる波長は一般に１．３〜
１．６μｍ程度であるが、かかる波長におけるシリコン
の屈折率ｎSiおよび酸化シリコンの屈折率ｎSiO2は、ｎ
Si≒３．５、ｎSiO2≒１．４５である。ここで、シリコ
ンと酸化シリコンとの比屈折率差は、Δｎ＝｛（ｎSi−
ｎSiO2）／ｎSi｝×１００で与えられる。したがって、
この実施の形態に係る光導波路装置１００の比屈折率差
Δｎは、約５８％になる。この比屈折率差Δｎは、上述
した従来の光導波路装置の比屈折率差（０．２５〜２
％）と比較して、平均で約５０倍である。
１．６μｍ程度であるが、かかる波長におけるシリコン
の屈折率ｎSiおよび酸化シリコンの屈折率ｎSiO2は、ｎ
Si≒３．５、ｎSiO2≒１．４５である。ここで、シリコ
ンと酸化シリコンとの比屈折率差は、Δｎ＝｛（ｎSi−
ｎSiO2）／ｎSi｝×１００で与えられる。したがって、
この実施の形態に係る光導波路装置１００の比屈折率差
Δｎは、約５８％になる。この比屈折率差Δｎは、上述
した従来の光導波路装置の比屈折率差（０．２５〜２
％）と比較して、平均で約５０倍である。
【００３３】このため、この実施の形態に係る光導波路
装置１００では、コアの曲線部の曲率半径を、０．５〜
１．０ｍｍとすることができる。この値は、上述した従
来の光導波路装置の場合（１〜２５ｍｍ）と比較して、
平均で１０分の１以下である。図３は、光導波路装置１
００の、コアの曲率半径と曲げ損失との関係を示すグラ
フである。図３から判るように、コアの曲率半径が０．
５ｍｍ以上であれば、曲げ損失はほとんど無い。
装置１００では、コアの曲線部の曲率半径を、０．５〜
１．０ｍｍとすることができる。この値は、上述した従
来の光導波路装置の場合（１〜２５ｍｍ）と比較して、
平均で１０分の１以下である。図３は、光導波路装置１
００の、コアの曲率半径と曲げ損失との関係を示すグラ
フである。図３から判るように、コアの曲率半径が０．
５ｍｍ以上であれば、曲げ損失はほとんど無い。
【００３４】また、この実施の形態の光導波路装置１０
０では、比屈折率差が高いことから、単一モード条件を
満たすためには、断面寸法が幅０．２μｍ以下且つ高さ
０．２μｍ以下であればよい。すなわち、この実施の形
態では、断面寸法を、従来の場合（幅４〜１０μｍ且つ
高さ４〜１０μｍ）の２０分の１以下にすることができ
る。したがって、この実施の形態に係る光導波路装置１
００は、通常の半導体装置で、容易に製造することがで
きる。図４（Ａ）は、光導波路装置１００の、基板１０
１に垂直な方向についての界分布の計算結果を示すグラ
フであり、光導波路装置１００の下部クラッド１０２、
コア１０３、上部クラッド１０４の厚さを１μｍ、０．
１５μｍ、１μｍとした場合の例である。図４（Ａ）の
計算結果から、この光導波路装置１００では、半径約
０．５μｍ内に光が強く閉じこめられていることが判
る。また、図４（Ｂ）は、光導波路装置１００のニアフ
ィールドパターンの測定結果を示すグラフである。図４
（Ｂ）の測定結果から、光導波路装置１００では、半径
約０．３μｍ内に光が強く閉じこめられていることが判
る。図４（Ａ）、（Ｂ）のグラフから、この実施の形態
の光導波路装置１００では光が単一モードで伝搬してい
ることが確認できた。このことは、比屈折率差を大きく
すれば、コアの断面寸法を小さくしても、単一モードに
よる低損失な光導波路が実現できることを示している。
０では、比屈折率差が高いことから、単一モード条件を
満たすためには、断面寸法が幅０．２μｍ以下且つ高さ
０．２μｍ以下であればよい。すなわち、この実施の形
態では、断面寸法を、従来の場合（幅４〜１０μｍ且つ
高さ４〜１０μｍ）の２０分の１以下にすることができ
る。したがって、この実施の形態に係る光導波路装置１
００は、通常の半導体装置で、容易に製造することがで
きる。図４（Ａ）は、光導波路装置１００の、基板１０
１に垂直な方向についての界分布の計算結果を示すグラ
フであり、光導波路装置１００の下部クラッド１０２、
コア１０３、上部クラッド１０４の厚さを１μｍ、０．
１５μｍ、１μｍとした場合の例である。図４（Ａ）の
計算結果から、この光導波路装置１００では、半径約
０．５μｍ内に光が強く閉じこめられていることが判
る。また、図４（Ｂ）は、光導波路装置１００のニアフ
ィールドパターンの測定結果を示すグラフである。図４
（Ｂ）の測定結果から、光導波路装置１００では、半径
約０．３μｍ内に光が強く閉じこめられていることが判
る。図４（Ａ）、（Ｂ）のグラフから、この実施の形態
の光導波路装置１００では光が単一モードで伝搬してい
ることが確認できた。このことは、比屈折率差を大きく
すれば、コアの断面寸法を小さくしても、単一モードに
よる低損失な光導波路が実現できることを示している。
【００３５】以上説明したように、この実施の形態に係
る光導波路装置１００によれば、コア１０３と下部クラ
ッド１０２および上部クラッド１０４との比屈折率差を
大きくすることができるので、コアの曲率半径を小さく
することができるとともにコアの断面寸法を小さくする
ことができる。したがって、この実施の形態によれば、
従来の光導波路装置よりも、光回路を小さくすることが
可能となるとともに、通常の半導体装置での製造を容易
にすることができる。
る光導波路装置１００によれば、コア１０３と下部クラ
ッド１０２および上部クラッド１０４との比屈折率差を
大きくすることができるので、コアの曲率半径を小さく
することができるとともにコアの断面寸法を小さくする
ことができる。したがって、この実施の形態によれば、
従来の光導波路装置よりも、光回路を小さくすることが
可能となるとともに、通常の半導体装置での製造を容易
にすることができる。
【００３６】加えて、この実施の形態によれば、ＳＯＩ
ウエハを用いて光導波路装置を製造することとしたの
で、製造工程数を減らして製造コストを低減することが
可能となる。
ウエハを用いて光導波路装置を製造することとしたの
で、製造工程数を減らして製造コストを低減することが
可能となる。
【００３７】第２の実施の形態 次に、この発明の第２の実施の形態に係る光導波路装置
について、図５を用いて説明する。
について、図５を用いて説明する。
【００３８】この実施の形態は、第１の実施の形態で示
した光導波路を、１×２カプラに適用した例である。
した光導波路を、１×２カプラに適用した例である。
【００３９】図５は、この実施の形態に係る１×２カプ
ラ５００を構成を概念的に示す平面図である。
ラ５００を構成を概念的に示す平面図である。
【００４０】図５において、ＳＯＩ基板の下部クラッド
（すなわち埋め込みシリコン酸化膜）５０１上には、コ
ア５０２が設けられている。このコア５０２は、ポート
Ｐ１から入射された光を、５０％ずつ分配して、ポート
Ｐ２，Ｐ３から出射するように構成されている。なお、
下部クラッド５０１およびコア５０２の表面は上部クラ
ッドで覆われるが、図５では省略されている。
（すなわち埋め込みシリコン酸化膜）５０１上には、コ
ア５０２が設けられている。このコア５０２は、ポート
Ｐ１から入射された光を、５０％ずつ分配して、ポート
Ｐ２，Ｐ３から出射するように構成されている。なお、
下部クラッド５０１およびコア５０２の表面は上部クラ
ッドで覆われるが、図５では省略されている。
【００４１】この実施の形態でも、上述の第１の実施の
形態と同様、下部クラッド５０１および上部クラッド
（図示せず）は酸化シリコンで形成され、且つ、コア５
０２はシリコンで形成される。また、下部クラッド５０
１および上部クラッドの膜厚や、コア５０２の断面寸法
は、第１の実施の形態と同一とすることができる。
形態と同様、下部クラッド５０１および上部クラッド
（図示せず）は酸化シリコンで形成され、且つ、コア５
０２はシリコンで形成される。また、下部クラッド５０
１および上部クラッドの膜厚や、コア５０２の断面寸法
は、第１の実施の形態と同一とすることができる。
【００４２】第１の実施の形態と同様、この実施の形態
に係る１×２カプラ５００によれば、コア５０２と下部
クラッド５０１および上部クラッドとの比屈折率差を５
０倍程度にすることができるので、コアの曲線部の曲率
半径を、平均で１０分の１以下にすることができる。し
たがって、１×２カプラ５００の全体長Ｌ（図５参照）
を短くして、小型化を図ることができる。
に係る１×２カプラ５００によれば、コア５０２と下部
クラッド５０１および上部クラッドとの比屈折率差を５
０倍程度にすることができるので、コアの曲線部の曲率
半径を、平均で１０分の１以下にすることができる。し
たがって、１×２カプラ５００の全体長Ｌ（図５参照）
を短くして、小型化を図ることができる。
【００４３】また、この実施の形態によれば、第１の実
施の形態と同様、コアの断面寸法を小さくすることがで
きるので、通常の半導体装置での製造を容易にすること
ができる。
施の形態と同様、コアの断面寸法を小さくすることがで
きるので、通常の半導体装置での製造を容易にすること
ができる。
【００４４】加えて、この実施の形態に係る１×２カプ
ラ５００も、第１の実施の形態の場合と同様、ＳＯＩウ
エハを用いて製造することができ、したがって、製造工
程数を減らして製造コストを低減することが可能とな
る。
ラ５００も、第１の実施の形態の場合と同様、ＳＯＩウ
エハを用いて製造することができ、したがって、製造工
程数を減らして製造コストを低減することが可能とな
る。
【００４５】なお、ここでは、この発明に係る光導波路
を１×２カプラに使用した場合を説明したが、この発明
は、Ｎ×Ｍカプラ（Ｎ、Ｍは自然数）に適用することが
でき、さらに、他の光回路、例えば、アレイ導波路格子
型合分波器、方向性結合器、マッハツェンダー回路など
にも適用することができる。
を１×２カプラに使用した場合を説明したが、この発明
は、Ｎ×Ｍカプラ（Ｎ、Ｍは自然数）に適用することが
でき、さらに、他の光回路、例えば、アレイ導波路格子
型合分波器、方向性結合器、マッハツェンダー回路など
にも適用することができる。
【００４６】第３の実施の形態 次に、この発明の第３の実施の形態に係る光導波路装置
について、図６を用いて説明する。
について、図６を用いて説明する。
【００４７】この実施の形態は、第１の実施の形態で示
した光導波路を、２×２型の対称形マッハツェンダー干
渉計回路を用いた熱光学光スイッチに適用した例であ
る。
した光導波路を、２×２型の対称形マッハツェンダー干
渉計回路を用いた熱光学光スイッチに適用した例であ
る。
【００４８】図６において、（Ａ）は、この実施の形態
に係る熱光学光スイッチ６００を構成を概念的に示す平
面図であり、（Ｂ）は、（Ａ）のＡ−Ａ断面図である。
に係る熱光学光スイッチ６００を構成を概念的に示す平
面図であり、（Ｂ）は、（Ａ）のＡ−Ａ断面図である。
【００４９】図６において、シリコン基板６０１上には
下部クラッド６０２が形成され、さらに、この下部クラ
ッド６０２上には光導波路によって２個の３ｄＢ方向性
結合器６０３，６０４が形成されている。また、これら
の３ｄＢ方向性結合器６０３，６０４のコアは、２本の
接続用光導波路６１０，６１１のコア６０５，６０６に
よって接続されている。さらに、これらのコア６０５，
６０６の上には、上部クラッド６０７を介して、ヒータ
６０８，６０９が設けられている。
下部クラッド６０２が形成され、さらに、この下部クラ
ッド６０２上には光導波路によって２個の３ｄＢ方向性
結合器６０３，６０４が形成されている。また、これら
の３ｄＢ方向性結合器６０３，６０４のコアは、２本の
接続用光導波路６１０，６１１のコア６０５，６０６に
よって接続されている。さらに、これらのコア６０５，
６０６の上には、上部クラッド６０７を介して、ヒータ
６０８，６０９が設けられている。
【００５０】上述の第１の実施の形態と同様、下部クラ
ッド６０２および上部クラッド６０７は酸化シリコンで
形成され、且つ、コア（６０５，６０６等）はシリコン
で形成されている。また、ヒータ６０８，６０９は、例
えばＣｒによって形成することができる。第１の実施の
形態と同様、下部クラッド６０２および上部クラッドの
膜厚はそれぞれ１〜５μｍとし、コアの断面寸法は幅
０．２μｍ以下且つ高さ０．２μｍ以下とする。
ッド６０２および上部クラッド６０７は酸化シリコンで
形成され、且つ、コア（６０５，６０６等）はシリコン
で形成されている。また、ヒータ６０８，６０９は、例
えばＣｒによって形成することができる。第１の実施の
形態と同様、下部クラッド６０２および上部クラッドの
膜厚はそれぞれ１〜５μｍとし、コアの断面寸法は幅
０．２μｍ以下且つ高さ０．２μｍ以下とする。
【００５１】このような構成の熱光学光スイッチ６００
では、ヒータ６０８，６０９を発熱させることにより、
石英系膜の熱光学効果を利用して、クロス／バー型のス
イッチングを行うことができる。なお、この熱光学光ス
イッチ６００の原理は、周知であるので、説明を省略す
る。
では、ヒータ６０８，６０９を発熱させることにより、
石英系膜の熱光学効果を利用して、クロス／バー型のス
イッチングを行うことができる。なお、この熱光学光ス
イッチ６００の原理は、周知であるので、説明を省略す
る。
【００５２】この発明に係る光導波路では、上述の理由
によりコアの断面寸法を小さくすることができるため、
下部クラッドおよび上部クラッドの膜厚を小さくするこ
とが可能になる。このため、この実施の形態の熱光学光
スイッチ６００では、導波路６１０，６１１を加熱する
際の熱量を小さくすることができるので、ヒータ６０
８，６０９の消費電力を低減させることができる。ま
た、この発明におけるコアの形成材料であるシリコン
は、従来の光導波路におけるコアの形成材料である酸化
シリコンと比較して熱伝導率が高く、この点でもヒータ
６０８，６０９の消費電力を低減させることができる。
この発明の発明者が検討したところ、この実施の形態に
係る熱光学光スイッチ６００では、上述した文献の光導
波路を用いた筆光学光スイッチと比較して、消費電力を
２分の１以下にすることができた。
によりコアの断面寸法を小さくすることができるため、
下部クラッドおよび上部クラッドの膜厚を小さくするこ
とが可能になる。このため、この実施の形態の熱光学光
スイッチ６００では、導波路６１０，６１１を加熱する
際の熱量を小さくすることができるので、ヒータ６０
８，６０９の消費電力を低減させることができる。ま
た、この発明におけるコアの形成材料であるシリコン
は、従来の光導波路におけるコアの形成材料である酸化
シリコンと比較して熱伝導率が高く、この点でもヒータ
６０８，６０９の消費電力を低減させることができる。
この発明の発明者が検討したところ、この実施の形態に
係る熱光学光スイッチ６００では、上述した文献の光導
波路を用いた筆光学光スイッチと比較して、消費電力を
２分の１以下にすることができた。
【００５３】さらに、熱光学光スイッチ６００では、加
熱量を小さくすることができるため、スイッチング時間
（すなわち光導波路の加熱に要する時間）を短縮するこ
とも可能である。
熱量を小さくすることができるため、スイッチング時間
（すなわち光導波路の加熱に要する時間）を短縮するこ
とも可能である。
【００５４】加えて、この実施の形態によれば、上述の
第１の実施の形態と同様、コアの曲率半径を小さくする
ことができるので、スイッチ６００全体としての小型化
を図ることができ、且つ、コアの断面寸法を小さくする
ことができるので、通常の半導体装置での製造を容易に
することができる。
第１の実施の形態と同様、コアの曲率半径を小さくする
ことができるので、スイッチ６００全体としての小型化
を図ることができ、且つ、コアの断面寸法を小さくする
ことができるので、通常の半導体装置での製造を容易に
することができる。
【００５５】また、この実施の形態の熱光学光スイッチ
６００も、ＳＯＩウエハを用いて製造することができ、
これにより、製造工程数を減らして製造コストを低減す
ることが可能となる。
６００も、ＳＯＩウエハを用いて製造することができ、
これにより、製造工程数を減らして製造コストを低減す
ることが可能となる。
【００５６】なお、この実施の形態では、この発明に係
る光導波路を、２×２型の対称形マッハツェンダー干渉
計回路を用いた熱光学光スイッチに適用した例を示した
が、Ｎ×Ｎ（Ｎは自然数）型の対称形マッハツェンダー
干渉計回路に適用することが可能である。
る光導波路を、２×２型の対称形マッハツェンダー干渉
計回路を用いた熱光学光スイッチに適用した例を示した
が、Ｎ×Ｎ（Ｎは自然数）型の対称形マッハツェンダー
干渉計回路に適用することが可能である。
【００５７】第４の実施の形態 次に、この発明の第４の実施の形態について、図７を用
いて説明する。
いて説明する。
【００５８】この実施の形態は、同一のＳＯＩ基板上に
光回路と電子回路とを形成した例である。
光回路と電子回路とを形成した例である。
【００５９】図７において、（Ａ）は、この実施の形態
に係る光導波路装置を概念的に示す平面図であり、ま
た、（Ｂ）は、（Ａ）のＢ−Ｂ断面図である。
に係る光導波路装置を概念的に示す平面図であり、ま
た、（Ｂ）は、（Ａ）のＢ−Ｂ断面図である。
【００６０】図７に示したように、シリコン基板７０１
上には、１×２カプラ７１０と電子回路部７２０，７２
０とが形成される。
上には、１×２カプラ７１０と電子回路部７２０，７２
０とが形成される。
【００６１】１×２カプラ７１０において、下部クラッ
ド７１１上には、コア７１２が設けられている。そし
て、この下部クラッド７１１およびコア７１２は、上部
クラッド７１３で覆われる。ポートＰ２は、例えば、図
示しない半導体レーザの出力光を入射して、ポートＰ１
に導く。また、ポートＰ３は、例えば、ポートＰ１から
入射した光を、図示しないフォトダイオードに対して出
射する。
ド７１１上には、コア７１２が設けられている。そし
て、この下部クラッド７１１およびコア７１２は、上部
クラッド７１３で覆われる。ポートＰ２は、例えば、図
示しない半導体レーザの出力光を入射して、ポートＰ１
に導く。また、ポートＰ３は、例えば、ポートＰ１から
入射した光を、図示しないフォトダイオードに対して出
射する。
【００６２】電子回路部７２０は、例えばＭＯＳトラン
ジスタ等を備えている。このＭＯＳトランジスタは、ソ
ース７２１、ドレイン７２２、ゲート酸化膜７２３およ
びゲート７２４を備えている。このＭＯＳトランジスタ
を覆う保護膜は、上部クラッド７０４と一体に形成され
る。電子回路部７２０としては、例えば、光導波路に対
して光を出射する半導体レーザや、光導波路の光を光電
変換するフォトダイオード、このフォトダイオードの周
辺回路（増幅回路等）、駆動回路等を採用することがで
きる。また、バイポーラトランジスタを搭載することも
可能である。
ジスタ等を備えている。このＭＯＳトランジスタは、ソ
ース７２１、ドレイン７２２、ゲート酸化膜７２３およ
びゲート７２４を備えている。このＭＯＳトランジスタ
を覆う保護膜は、上部クラッド７０４と一体に形成され
る。電子回路部７２０としては、例えば、光導波路に対
して光を出射する半導体レーザや、光導波路の光を光電
変換するフォトダイオード、このフォトダイオードの周
辺回路（増幅回路等）、駆動回路等を採用することがで
きる。また、バイポーラトランジスタを搭載することも
可能である。
【００６３】この実施の形態によれば、光導波路と電子
回路とを同一基板上に形成したので、装置全体としての
小型化、低消費電力化が可能となる。
回路とを同一基板上に形成したので、装置全体としての
小型化、低消費電力化が可能となる。
【００６４】また、この実施の形態に係る装置７００
も、上述の各実施の形態の場合と同様、ＳＯＩウエハを
用いて製造することができる。ＳＯＩウエハを用いる場
合、光導波路の製造工程と電子回路の製造工程とを共通
化することができるので、上述の各実施の形態の場合よ
りもさらに、製造工程数を減らすことができる。
も、上述の各実施の形態の場合と同様、ＳＯＩウエハを
用いて製造することができる。ＳＯＩウエハを用いる場
合、光導波路の製造工程と電子回路の製造工程とを共通
化することができるので、上述の各実施の形態の場合よ
りもさらに、製造工程数を減らすことができる。
【００６５】なお、比屈折率差を大きくすることができ
るので曲率半径を小さくし且つコアの断面寸法を小さく
することができる点は、上述の各実施の形態と同様であ
る。
るので曲率半径を小さくし且つコアの断面寸法を小さく
することができる点は、上述の各実施の形態と同様であ
る。
【００６６】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば、比屈折率差が大きく且つ製造工程が簡単な光導波
路装置を提供することができる。
れば、比屈折率差が大きく且つ製造工程が簡単な光導波
路装置を提供することができる。
【図１】第１の実施の形態に係る光導波路装置の構成を
概略的に示す断面図である。
概略的に示す断面図である。
【図２】第１の実施の形態に係る光導波路装置の製造方
法を説明する断面工程図である。
法を説明する断面工程図である。
【図３】第１の実施の形態に係る光導波路装置の、コア
の曲率半径と曲げ損失との関係を示すグラフである。
の曲率半径と曲げ損失との関係を示すグラフである。
【図４】第１の実施の形態に係る光導波路装置の特性を
示すグラフであり、（Ａ）は界分布の計算結果を示すグ
ラフ、（Ｂ）はニアフィールドパターンの測定結果を示
すグラフである。
示すグラフであり、（Ａ）は界分布の計算結果を示すグ
ラフ、（Ｂ）はニアフィールドパターンの測定結果を示
すグラフである。
【図５】第２の実施の形態に係る光導波路装置の構成を
概略的に示す断面図である。
概略的に示す断面図である。
【図６】第３の実施の形態に係る光導波路装置の構成を
示す概略図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）の
Ａ−Ａ断面図である。
示す概略図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）の
Ａ−Ａ断面図である。
【図７】第４の実施の形態に係る光導波路装置の構成を
示す概略図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）の
Ｂ−Ｂ断面図である。
示す概略図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）の
Ｂ−Ｂ断面図である。
１００ 光導波路装置 １０１ シリコン基板 １０２ 下部クラッド １０３ コア １０４ 上部クラッド ２０１ ＳＯＩウエハ ２０２ シリコン層 ２０３ レジスト
Claims (6)
- 【請求項１】 光を伝搬するコアと、このコアの周囲を
覆う下部クラッドおよび上部クラッドとを有する光導波
路を用いた、光導波路装置において、 前記コアがシリコンで形成され、且つ、前記下部クラッ
ドおよび上部クラッドが酸化シリコンで形成されたこと
を特徴とする光導波路装置。 - 【請求項２】 前記光導波路が、Ｎ×Ｍカプラ（Ｎ、Ｍ
は自然数）を構成することを特徴とする請求項１に記載
の光導波路装置。 - 【請求項３】 前記光導波路が、対称形マッハツェンダ
ー干渉計回路を用いた熱光学光スイッチの光導波路であ
ることを特徴とする請求項１に記載の光導波路装置。 - 【請求項４】 前記下部クラッドとしての酸化シリコン
膜上に、シリコン半導体素子を有する電子回路が形成さ
れたことを特徴とする請求項１に記載の光導波路装置。 - 【請求項５】 前記下部クラッドがＳＯＩ基板の埋め込
み酸化シリコン膜からなり、前記コアが前記ＳＯＩ基板
のシリコン層をパターニングすることによって形成さ
れ、且つ、前記上部クラッドが前記ＳＯＩ基板の表面に
シリコン酸化膜を堆積することによって形成されたこと
を特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の光導波路
装置。 - 【請求項６】 前記コアの幅および高さが０．３μｍ以
下であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記
載の光導波路装置
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