JP2002539464A - 迷光を吸収するための方法および光集積回路 - Google Patents

迷光を吸収するための方法および光集積回路

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JP2002539464A JP2000523573A JP2000523573A JP2002539464A JP 2002539464 A JP2002539464 A JP 2002539464A JP 2000523573 A JP2000523573 A JP 2000523573A JP 2000523573 A JP2000523573 A JP 2000523573A JP 2002539464 A JP2002539464 A JP 2002539464A
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Abstract

(57)【要約】 基板の１つ以上のドーピングされた領域（１）を含んでなる光吸収手段を有し、光伝導性の基板上に形成される光集積回路であって、その光学回路（２）の素子によってガイドされない基板中の迷光を吸収するために、そのドーピング濃度は、その基板の光学回路（２）を形成する領域のものより高い光集積回路。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 （技術分野） 本発明は、光集積回路中の迷光を吸収する方法と、迷光を吸収する光吸収手段
を備える光集積回路とに関する。
【０００２】 （背景技術） 光集積回路の設計において、回路を形成する素子によってガイドされない光に
対処しなければならない場合が多い。光ファイバまたはレーザカプラといった多
くの光源から発生し、導波路カプラおよび湾曲部、または散乱ビーム・ダンプか
ら散乱するこのような迷光は、それらの素子を使用するデバイスの性能に深刻な
影響を及ぼす可能性がある。光学チップ中の迷光は、チップ上の装置および出力
光ファイバに入り、それらのデバイスの性能を著しく制限する場合がある。
【０００３】 このような問題に対処する従来の方法は、迷光がチップの敏感な部分に入るこ
とができないように、光集積チップ上にデバイスを物理的に配列することと、チ
ップの所定の部品から迷光を分離する分離溝を使用することとを含んでなる。
【０００４】 これらのアプローチの限界は、光集積チップから迷光を除去するのではなく、
チップ内に迷光を有することによる問題の最小化を図っていることである。
【０００５】 （発明の開示） 本発明の第1の態様によると、光伝導性の基板上に形成された光集積回路中の
迷光を吸収する方法であって、基板の選択された領域にドーピングするステップ
を含み、そのような領域において光学回路の素子によってガイドされない光の吸
収を増加させる方法が提供される。
【０００６】 本発明の第２の態様によると、光伝導性の基板上に形成された光集積回路であ
って、その基板の中の迷光を吸収する光吸収手段を備え、その光吸収手段は、光
学回路の素子によってガイドされない基板中の迷光を吸収するために、光学回路
を形成する基板の領域よりも高いドーピング濃度にドーピングされた基板の１つ
以上の領域を含んでなる光集積回路が提供される。
【０００７】 本発明のその他の特徴は、以下の説明から、および詳細に関しての従属請求項
から明らかになるであろう。
【０００８】 本発明は、添付の図面を参照しながら、単に例示する目的においてのみ説明さ
れる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
（発明を実施するための最良の形態） イオン化不純物原子（すなわちドーピング原子）から発生する自由電荷キャリ
アは、通常電気通信で使用されている波長、すなわち1310nmおよび1550nmにおい
てシリコンの屈折率を変化させ、線形光吸収を増加させることが知られている。
その詳細な計測結果は、ホウ素（ｐ型ドーパント）およびリン（ｎ型ドーパント
）などの一般的な不純物原子に関する文献（例えばR.A ソレフ(Soref)およびB.R
.ベネット （Benett）著「エレクトロ−オプティカル・エフェクト・イン・シリ
コン（Electro-optical Effect in Silicon）」ＩＥＥＥジャーナル・オブ・ク
アンタムエレクトロニクス（IEEE Journal of Quantum Electronics） QE-23(1)
p.123、 1987年）に記載されている。この効果は、導波路にわたして加えられ
る電圧に伴って、自由電荷キャリアが導波路に注入されるように配列されて、光
集積スイッチおよび変換器の中で使用される。
【００１０】 本発明において、この効果は、チップの中の迷光を吸収するために、光学チッ
プ中に光吸収手段を設けるために使用される。
【００１１】 チップの選択された領域にドーピングすることによって、チップ中の迷光は、
自由電荷キャリアによる吸収のプロセスによって除去され得るので、それによっ
て迷光の問題とデバイスの性能に影響する制約とに直接対処することができる。
【００１２】 ドーピングされた領域は、光源または光ファイバと導波路との間の接合部に隣
接する領域、導波路の湾曲部に隣接する領域、導波路中の接合部または導波路間
の接続部に隣接する領域、ビーム・ダンプに隣接する領域、および光源と光セン
サとの間に隣接する領域など、様々な場所に形成され得る。通常、ドーピングさ
れた領域は、迷光の発生源からの光が、そのような光の影響を受けやすい回路中
の別の素子に到達することを防ぐように配置される。
【００１３】 図１は、導波路中のY接合部２に隣接するドーピングされた領域１の使用を図
示するものである。ドーピングされた領域１は、例えばY接合部のアームの部分
の外側の縁に隣接する領域のように接合部から発散する迷光のかなりの量を吸収
する領域と、Y接合部のアームの間の領域とに形成されることが好ましい。
【００１４】 図２は、レーザ・ダイオード３と導波路４との間の接続部に隣接するドーピン
グされた領域１の使用を図示するものである。レーザ・ダイオード３は、ダイオ
ードによって発光された光の大部分が導波路に沿って送られるように、導波路４
と整列している。しかしながら、レーザ・ダイオード３から分岐する光のある一
定の量は、導波路４に入らず、光学チップ中に迷光を発生させる。ドーピングさ
れた領域１は、導波路のいずれかの側のかなりの割合の迷光を遮断し、吸収する
ような位置に形成される。光源がレーザ・ダイオード３ではなく光ファイバであ
る場合にも同様の構成が使用可能である。
【００１５】 図１および図２に示すドーピングされた領域１は、典型的に、幅が約20ミクロ
ンで、長さが約100ミクロンであり得る。
【００１６】 図３は、例えばトランシーバ・チップ上の、レーザ・ダイオード５とフォトダ
イオード６との間のドーピングされた領域１の使用を図示するものである。この
ドーピングされた領域１は、レーザ・ダイオード５からフォトダイオード６へ向
かう可能性のある迷光を遮断するように配置される。ドーピングされた領域１は
、レーザ・ダイオード５またはフォトダイオード６を一周するか、または囲むよ
うに、ただし、所定の光の出口または入口からダイオードを光学的に分離するよ
うに、光がダイオードから導波路７に送られ、または導波路７から受けとられる
領域は除いて形成される。このようにして光源５からフォトダイオード６を分離
することによってその感度は増加する。代替の配列（図示しない）において、ド
ーピングされた領域は、単にレーザ・ダイオード５とフォトダイオード６との間
の長い帯を有して構成され得る。また、図３のドーピングされた領域１の様々な
部分は、典型的に、幅が約20ミクロン、長さが約100ミクロンである。
【００１７】 必要なドーピング濃度とドーピングされた領域の大きさは、使用される基板の
種類、使用されるドーパントの種類、およびデバイスの性能要件といった多くの
要素に依存する。
【００１８】 図４は、シリコン基板中のリン原子のｐドーピング濃度が1.6×10２０cm―３
３の場合の、1310nmおよび1550nmの２つの波長についての、迷光が通過するドー
ピングされた領域の長さと、吸収損失とのグラフを示すものである。このグラフ
は、上記参考文献に記載されているデータを使用して算出された。このグラフは
、ドーピング長さが７ミクロン（波長1310nmの場合）および10ミクロン（外挿に
より、波長1550nmの場合）であるとき、高い吸収レベル（60dbを超過）が発生す
ることを示す。
【００１９】 また、このグラフは、ドーパントの長さが例えば約１ミクロンなどと短い場合
であっても、利用価値のある吸収作用（約10dB）が発生することを示す。
【００２０】 図５は、1.6×10１９cm−３の低いドープ濃度のホウ素原子を使用した同様の
グラフを示すものである。この例は、図４のように有効な吸収手段を提供してい
ない（ホウ素のドーパントの濃度が低く、また、リンと比べてホウ素の単位量毎
の吸収作用が低いことに起因する）が、20ミクロンと40ミクロンとの間の長さを
有するドーピング領域を使用することによって、例えば10dB以上などの有効な吸
収レベルが実現可能である。
【００２１】 リンおよびホウ素の代わりに、またはそれに加えて、他のｎ型およびｐ型のド
ーパントが使用され得る。
【００２２】 上述した例は、絶縁体上シリコン（SOI)チップなどのシリコン基板に関するも
のである。そのようなチップは、効率的なデバイスをそれから形成できるような
シリコンの純度に対する所定の仕様に合わせて製造される。そのような装置中の
シリコンの「背景」不純度は、一般に、10１５cm−３のオーダーとなる。ドーピ
ングされた領域１のドーピング濃度は、少なくとも10１６cm−３であることが好
ましく、少なくとも10１９または10２０cm−３であることが最も好ましい。
【００２３】 使用されるドーピングのレベルは、長さ200ミクロン以下、好ましくは40ミク
ロン以下、最も好ましくは20ミクロン以下のドーピング領域を使用して、少なく
とも10dB、好ましくは50dB以上の吸収を実現可能とするのに十分であることが好
ましい。
【００２４】 絶縁体上シリコンチップを使用する場合、そのシリコン層は、典型的に、２〜
８ミクロンの厚さを有し、一般に約４ミクロンの幅を有するリブ導波路は、リブ
の各側のシリコン層に、凹部をエッチングすることによって形成される。そして
、例えば図１および図２に示すようにリブのいずれかの側に形成されたドーピン
グされた領域１は、リブのいずれかの側のくぼみにドーパントを拡散することに
よって形成され得る。例えば、図３に示すように、ドーピングされた領域がフォ
トダイオードに隣接する場合などの別の場合においては、事前にくぼみを形成せ
ずに、ダイオードに隣接するシリコン層に拡散することによって形成される。
【００２５】 ドーピングされた領域は、一般に、相当する領域を、高温でドーパント原子を
含有する雰囲気にさらすことによって形成される。その後、その装置は、チップ
にさらにドーパントを拡散し、チップ上に酸化層を形成するために酸素雰囲気中
で再度加熱される。迷光がドーピングされた領域の下に逃げる可能性を回避する
ために、このドーパントが、例えばSOI基板中のシリコン層のような光学層の深
さ全体に延長することが望ましいことが明らかである。ドーパントの濃度は、例
えば深さ１ミクロン毎に10倍といったように、通常、光学層中の深さに伴って変
化し、好ましい構成においては、ドーピングの最小レベル（通常は層１の底部）
は必要な吸収を実現するのに十分なレベルでなければならない。
【００２６】 多くの場合、このドーピングされた領域は、吸収される光量を最大にするため
に、相応する迷光の光源に近接して形成される。例えば、この領域は、図１およ
び図２に示すように、例えばリブ導波路等のような相応する光源から５ミクロン
未満に形成されることが可能であるが、関連する素子の動作を妨害するほど近接
して形成されるべきではない。
【００２７】 そのようなドーピングされた領域は、一般に、変調器等の、回路の他の素子が
形成されるのと同時に形成され、その位置は、一般的なフォトリトグラフ（光食
刻法）技術によって正確に決定され得る。
【００２８】 一部の用途において、迷光の吸収を最大化するために、ドーピングされた領域
を、光学回路の素子自体が形成される領域から離れた光集積回路によって占有さ
れるチップの全領域上に形成することができる。しかしながら、このドーピング
された領域は、チップの導電率を増加させるため、光学回路の素子間に電気的通
路が形成されることが望ましくない場合、上述したような分離したドーピング領
域が使用されなければならない。
【００２９】 ｎ型領域とｐ型領域との間に不必要なダイオードを形成しないように、同型の
ドーパント、すなわちｎ型またはｐ型の一方のドーパントを有して構成されるこ
とが好ましい。同じ理由によって、吸収のために使用されるドーピングされた領
域は、別の目的のために供給されたｎ型およびｐ型にドーピングされた領域に過
度に近接して形成されるべきではない。
【００３０】 上述のように、ドーピングされた領域を光吸収手段として使用すると、光学チ
ップの中の迷光に起因する問題は、大幅に抑えられるので好ましい。それによっ
て、光学回路は、迷光を配慮せずに設計可能となり、チップの使用可能な空間が
より一層効率的に使用可能となり、それによってより小型のデバイスが製造可能
となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明による導波路中のY接合部に隣接するドーピングされた領域の使用を図
示する概略図である。
【図２】 本発明によるレーザ・ダイオードと導波路との間の接続部に隣接するドーピン
グされた領域の使用を図示する概略図である。
【図３】 本発明による光源と光検波器との間のドーピングされた領域の使用を図示する
概略図である。
【図４】 ｎ型ドープの特定の濃度における、２つの所定の波長についての、ドーピング
された領域の長さと吸収損失との関係を示すグラフである。
【図５】 ｐ型ドープの特定の濃度における、２つの所定の波長についての、ドーピングさ
れた領域の長さと吸収損失との関係を示すグラフである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 マッケンジー，ジェームス，スチュアート イギリス国，ユービー８ ２ピーエル，ミ ドルセックス，アクスブリッジ，ザ グリ ーンウェイ 67−69，フラット ６ Ｆターム(参考） 2H047 KA01 QA07 RA00 TA23

Claims (15)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 光伝導性の基板に形成された光集積回路の中の迷光を吸収す
    る方法であって、基板の選択された領域における光学回路の素子によってガイド
    されない迷光の吸収を増加させるため、基板の選択された領域にドーピングする
    ステップを有してなり、ドーピングされた領域が前記素子の動作を妨害しないよ
    うに前記素子から離れて配置されている迷光吸収方法。
  2. 【請求項２】 前記基板はシリコンを含んでなる請求項１に記載の迷光吸収
    方法。
  3. 【請求項３】 ドーパントの濃度は基板の厚さ全体にわたり10１６cm−３以
    上であり、好ましくは、基板全体にわたり10１９cm−３以上となるようにドーパ
    ントがシリコン基板に拡散または注入されている請求項１に記載の迷光吸収方法
    。
  4. 【請求項４】 前記選択された領域は、光源または光ファイバと導波路との
    間の接続部に隣接した領域、導波路の湾曲部に隣接した領域、導波路中の接合部
    または導波路の間の接続部に隣接した領域、ビーム・ダンプに隣接した領域、光
    源の周辺の領域、光源と光センサとの間の領域のうち１つ以上を含んでなる請求
    項１ないし３のいずれかに記載の迷光吸収方法。
  5. 【請求項５】 光伝導性の基板上に形成され、基板の選択された領域に光吸
    収手段を有する光集積回路であって、前記光吸収手段は光学回路の素子によって
    ガイドされない基板の中の迷光を吸収するために、そのドーピング濃度が基板の
    光学回路を形成する領域よりも高い１つ以上のドーピングされた領域を含んでな
    り、そのドーピングされた領域は、それらの動作を妨害しないように前記素子か
    ら離れて配置されている光集積回路。
  6. 【請求項６】 ｎ型ドーパント、好ましくはリンが使用される請求項５に記
    載の光集積回路。
  7. 【請求項７】 ｐ型ドーパント、好ましくはホウ素が使用される請求項５に
    記載の光集積回路。
  8. 【請求項８】 前記ドーピングされた領域は、光源または光ファイバと導波
    路との間の接続部に隣接した領域、導波路の湾曲部に隣接した領域、導波路中の
    接合部または導波路間の接続部に隣接した領域、ビーム・ダンプに隣接した領域
    、光源周辺の領域、光源と光センサとの間の領域のうち１つ以上に設けられてい
    る請求項５ないし７のいずれかに記載の光集積回路。
  9. 【請求項９】 前記ドーピングされた領域の長さは、少なくとも１ミクロン
    で、好ましくは少なくとも７ミクロンである請求項５ないし８のいずれかに記載
    の光集積回路。
  10. 【請求項１０】ドーピングされた領域は、光伝導性の基板の深さ全体にわた
    り延在している請求項５ないし９のいずれかに記載の光集積回路。
  11. 【請求項１１】 絶縁体上シリコン（ＳＯＩ）チップに形成されている請求
    項５ないし１０のいずれかに記載の光集積回路。
  12. 【請求項１２】 前記１つ以上のドーピングされた領域は、ドーパントとし
    てリンを使用して形成されている請求項１１に記載の光集積回路。
  13. 【請求項１３】 ドーパントのレベルは、10１６cm−３、好ましくは少なく
    とも10２０cm−３以上である請求項１２に記載の光集積回路。
  14. 【請求項１４】 前記１つ以上のドーピングされた領域は、ドーパントとし
    てホウ素を使用して形成されている請求項１１に記載の光集積回路。
  15. 【請求項１５】 ドーパントのレベルは、10１６cm−３、好ましくは少なく
    とも10１９cm−３以上である請求項１４に記載の光集積回路。
JP2000523573A 1997-11-29 1998-04-20 迷光を吸収するための方法および光集積回路 Pending JP2002539464A (ja)

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