JP2002519744A - 減衰作用を提供する一体型光学デバイス - Google Patents

減衰作用を提供する一体型光学デバイス

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JP2002519744A
JP2002519744A JP2000558411A JP2000558411A JP2002519744A JP 2002519744 A JP2002519744 A JP 2002519744A JP 2000558411 A JP2000558411 A JP 2000558411A JP 2000558411 A JP2000558411 A JP 2000558411A JP 2002519744 A JP2002519744 A JP 2002519744A
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optical component
light
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JP2000558411A
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スティーヴン・マーク・バックスター
ジェイムズ・スチュアート・マッケンジー
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ブッカム・テクノロジー・ピーエルシー
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    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
    • G02B6/122—Basic optical elements, e.g. light-guiding paths

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  • Optical Integrated Circuits (AREA)
  • Optical Couplings Of Light Guides (AREA)
  • Optical Head (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 本出願は、一体型光学デバイスの光透過層の端部に対する鋸歯状部の付与を記載したものである。これにより散乱バックグラウンド光がデバイス外部で結合可能となり、信号対雑音比を向上させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光学回路において使用するための一体型シリコン導波路といった一
体型光学デバイスに関するものである。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
一体型光学デバイスは、シリコンウエハの上部表面に形成されたシリコン導波
路を有することが可能である。図１はこのような構造を示しており、ここでリブ
状導波路１０がシリコンの層１２上に形成されている。シリコン層１２は、ＳＯ
Ｉ（silicon-on-insulator）であって、シリコンウエハ１６内のシリカ層１４上
でエピタキシャルにより成長したものである。導波路全体は、保護目的のために
シリカ層１８によりコーティングされている。結果として、光が導波路１０内で
伝播する。
【０００３】 光学エネルギは、実際には、領域２０内で分配される。これは直立した導波路
リブ１０内に延在しているが、主としてＳＯＩ層１２内にあり、かつ実際には導
波路リブ１０の一側にて若干延在している。
【０００４】 若干の迷光が必然的に導波路から失われる。これは、通常ＳＯＩ層１２内で伝
播するもので、内部反射により内部に維持される。結果として、迷光がチップ上
の受光ダイオード内に反射されることもあり、よってクロストーク信号が増大し
かつクロストーク信号が増大し、かつ全体としてデバイスに対する信号対雑音比
を低下させてしまう。従って、このような迷光を除去することによりデバイスの
性能が向上する。
【０００５】 ＳＯＩ層内に局所的なドープエリアを具備することが知られている。前記エリ
アは、迷光に対する吸収エリアとして作用し、迷光は熱として消散する。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、光透過層を備える一体型光学構成要素を提供しており、前記層は端
部に沿って形成された少なくとも１つの鋸歯状部を有している。
【０００７】 このような鋸歯状部は、反射すべき内部光に対して所定の角度を有し、垂直方
向の反射を最小化する。さらに、鋸歯状部は、迷光に対して多数回反射させ、迷
光のうちの少なくともいくらかは減衰する。これらの効果により、デバイスの活
性領域に戻る迷光の比率が減少する。
【０００８】 複数のこのような鋸歯状部を光透過層の端部に沿って存在することが好ましい
のは、明らかである。大部分の散乱光が比較的少ない数の適切に配置された鋸歯
状部により捕捉されるように層を構成することは可能である。しかしながら、前
記層の実質的に全ての端部が鋸歯状部を有しているならば、好ましい。鋸歯状部
は、実質的に同一にすることが可能である。しかしながら、鋸歯状部（特にその
構成）は、同一ではないように（例えば異なる角度で）鋸歯状部を形成してもよ
い。
【０００９】 鋸歯状部の先細側のなす角度が減少するにつれて、鋸歯状部内で捕捉される入
射ビームの確立が増大する。このような捕捉光ビームが多数回反射する間に、全
ての捕捉光ビームが幾分減衰される。このために、上記角度（以下、αと称す）
が最小化されることが好ましい。好適な最大角度は、光透過層の材料の内部反射
の臨界角度（以下では、θcと称す）の２倍である。αがこの角度より小さい場
合には、鋸歯状部内に内部反射することができた全てのビームが、先端へと導か
れなければならず、連続反射の際に入射角が減少する。結果として、ほぼ完全に
屈折するように十分に入射角を小さくし、透過層から出射したビームを結合して
もよい。
【００１０】 光透過層用の通常の材料はシリコンであり、通常ＳＯＩとして提供されている
。通常の絶縁体はシリカである。シリコンの屈折率は約３．５であり、（シリカ
の保護層の影響を無視すると）約１７°の臨界角度を与える。
【００１１】
【発明の実施の形態】
添付の図面を参照して、以下、例示的に、本発明の実施形態を記載する。 図１は既に記載したものであり、よって、ここでは、さらに記載することはな
い。
【００１２】 図２、図３、及び図４は、本発明の第１実施形態を示している。シリコンウエ
ハ１６は、シリカ絶縁層１４を有しており、その上部にはエピタキシャルシリコ
ン透過層１２が位置している。記載を明瞭にするために、シリカ保護層１８は図
示していない。シリコン透過層１２の端部には、複数の鋸歯状部２２が設けられ
ている。これらは、適切なマスクにより上部シリコン層をエッチングすることに
より、真っ直ぐに形成可能である。
【００１３】 図３は、鋸歯状部の先細り側の角度を示しており、符号αにて記されている。
【００１４】 図５は第２実施形態を示し、ここでαはさらに非常に小さくされている。これ
による有利点は、以下の記載から明らかにされよう。
【００１５】 図６は第３実施形態を示し、ここでは、鋸歯が丸められているが、概略直線の
部分に沿って、ここでも角度αを成している。この構成は、若干効率が低下する
可能性があるが、製造が容易となっている。
【００１６】 図７は原理を示しており、これにより本発明の作動を考察する。単一の鋸歯状
部２２と、原則としてランダムな角度で到達する入射散乱光ビーム２４とを考え
ることが必要である。これは、鋸歯状部２２の一端により入射角θを形成し、ビ
ームが鋸歯状部の端部にて内部反射する。次に、該ビームが、角度θ−α（すな
わち、初期の入射角よりも非常に小さな角度）で、鋸歯状部の対向する端部に当
たる。図７に示した場合では、入射角θ−αが臨界角度より小さく、従って光ビ
ーム２４のうち非常に多くのビームが屈折により抜け出る。よって、透過層内部
を進む光のうちで反射した光のパワーは、大きく減衰する。
【００１７】 いくつかの入射角は、両側にて内部全反射しかつ透過層内へと逆に反射される
。しかしながら、これらは、特に、チップの端部が垂直でない場合に、又は鋸歯
状部が、図３，図５，及び図６に示したように実質的に平行に整列されていない
場合に、チップの更なる端部にて実質的に屈折する。
【００１８】 図８は、小さくされたαの有利点を示している。入射ビーム２４が、鋸歯状部
２２の第１端部にてやはり内部反射している。第１端部により大きな視射角で入
射すると（よって、θが大きく、αが小さいと）、θ−αは臨界角度よりも大き
く維持される。しかしながら、この状況の構成は、次の連続反射により、ビーム
２４が鋸歯状部２２の先端へと依然として方向付けされることを意味している。
反射が続くにつれて、θ−ｎαは結果として臨界角度よりも小さくなる。更なる
多数回反射により、着実に損失が大きくなる。よって、大半のビームが、結果と
して、鋸歯状部外では結合するが、それまでに、透過層内部に残っている光とデ
バイスパッケージ内に放出された光とが大きく減衰するように、大半のビームが
複数回の損失反射をしている。
【００１９】 よって、本発明を通して、迷光のビームが各チップ端部にて多数回反射される
。このような反射過程及び（特に）屈折過程を受けることにより、減衰効果が複
合され、かつ高度に完全に減衰することになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 ＳＯＩ導波路構造の斜視図である。
【図２】 本発明の第１実施形態の斜視図である。
【図３】 図２の実施形態の上面図である。
【図４】 図３のＩＶ−ＩＶ線視垂直断面図である。
【図５】 本発明の第２実施形態の上面図である。
【図６】 本発明の第３実施形態の上面図である。
【図７】 本発明の作動を示す図である。
【図８】 本発明の作動を示す図である。
【符号の説明】
１２ 光透過層 ２２ 鋸歯状部 α 角度
【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書
【提出日】平成１２年９月１４日（２０００．９．１４）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【特許請求の範囲】
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００４
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００４】 若干の迷光が必然的に導波路から失われる。これは、通常ＳＯＩ層１２内で伝
播するもので、内部反射により内部に維持される。結果として、迷光がチップ上
の受光ダイオード内に反射されることもあり、よってクロストーク信号が増大し
かつ全体としてデバイスに対する信号対雑音比を低下させてしまう。従って、こ
のような迷光を除去することによりデバイスの性能が向上する。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００６】
【課題を解決するための手段】 本発明は、光透過層と、該層内で一体化された１つ又は２つ以上の光学デバイ
スと、前記層の端部に沿って形成された少なくとも１つの鋸歯状部であって、実
質的に全ての光が前記層外へ透過するまで、前記光学デバイス又は複数の前記光
学デバイスから失われかつ前記層の端部で入射する迷光が多数回内部反射をする
ように構成された鋸歯状部と、を備えることを特徴とする光学チップ上に形成さ
れた一体型光学回路を提供している。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，Ｅ Ａ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ， ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，Ｇ Ｅ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ， ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，Ｍ Ｎ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ， ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，Ｚ Ｗ

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 光透過層を備え、該層は端部に沿って形成された少なくとも
    １つの鋸歯状部を有し、これにより光を多数回内部反射させ、よって前記光を減
    衰させることを特徴とする一体型光学構成要素。
  2. 【請求項２】 前記光透過層の各端部に沿って複数の前記鋸歯状部が存在す
    ることを特徴とする請求項１記載の一体型光学構成要素。
  3. 【請求項３】 前記層の実質的に全ての端部が鋸歯状部を有していることを
    特徴とする請求項２記載の一体型光学構成要素。
  4. 【請求項４】 前記各鋸歯状部は実質的に同一のものであることを特徴とす
    る請求項２又は３記載の一体型光学構成要素。
  5. 【請求項５】 前記各鋸歯状部はそれぞれ異なるように形成したものである
    ことを特徴とする請求項２乃至４の何れか１項記載の一体型光学構成要素。
  6. 【請求項６】 前記鋸歯状部は異なる角度で形成されたものであることを特
    徴とする請求項５記載の一体型光学構成要素。
  7. 【請求項７】 前記鋸歯状部の先細り側でなす角度（α）は、前記光透過層
    の材料の内部反射の臨界角度の２倍よりも小さいことを特徴とする請求項１乃至
    ６の何れか１項記載の一体型光学構成要素。
  8. 【請求項８】 前記透過層はシリコンから成ることを特徴とする請求項１乃
    至７の何れか１項記載の一体型光学構成要素。
  9. 【請求項９】 ＳＯＩデバイスであることを特徴とする請求項８記載の一体
    型光学構成要素。
  10. 【請求項１０】 添付の図２乃至図８を参照して記載され及び／又は図示し
    たことを特徴とする請求項１乃至９の何れか１項記載の一体型光学構成要素。
JP2000558411A 1998-07-07 1999-07-06 減衰作用を提供する一体型光学デバイス Withdrawn JP2002519744A (ja)

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GB9814764.8 1998-07-07
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EP (1) EP1110111A2 (ja)
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KR (1) KR20010053423A (ja)
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AU (1) AU4630499A (ja)
CA (1) CA2336664A1 (ja)
GB (1) GB2339301B (ja)
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EP1110111A2 (en) 2001-06-27
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WO2000002071A3 (en) 2000-02-17
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CA2336664A1 (en) 2000-01-13
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AU4630499A (en) 2000-01-24
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CN1308730A (zh) 2001-08-15
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