JP5161152B2

JP5161152B2 - 可変光減衰器の作製方法

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Publication number: JP5161152B2
Application number: JP2009125126A
Authority: JP
Inventors: 泰土澤; 英隆西
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2009-05-25
Filing date: 2009-05-25
Publication date: 2013-03-13
Anticipated expiration: 2029-05-25
Also published as: JP2010271624A

Description

本発明は、シリコンを光の導波路とする平面光波回路および素子に利用され、導波路光強度を電気的に制御可能とする可変光減衰器の作製方法に関する。

大容量光通信を実現するＤＷＤＭ（Dense Wavelength Division Multiplexing：狭帯域波長分割多重）システムでは、例えばＥＤＦＡ（Er Doped Fiber Amplifier：Ｅｒドープ光ファイバアンプ）を利用し、光ファイバ中を伝搬する光信号を増加させる光増幅器とともに、光ファイバ中を伝搬する信号光強度を任意の光強度に減衰させる光減衰器も必要なデバイスとなる。このようなデバイスとしては、石英導波路やポリマー導波路を用いた可変光減衰器や、ＭＥＭＳ構造を用いた可変光減衰器などが開発されている。これらの動作速度はミリ秒，マイクロ秒であり、近年の通信の高速、広帯域化に対応するため、さらに高速に動作する可変光減衰器が求められている。

高速動作にできる可変光減衰器として、シリコン細線導波路を用いた可変光減衰器が提案されている（特許文献１参照）。この可変光減衰器について、図５の斜視図および図６の断面図を用いて説明する。この可変光減衰器は、シリコンからなる基板５０１の上に下部クラッド層５０２を備え、この下部クラッド層５０２の上に、シリコンからなるリブ型構造のコア５１１を備えている。コア５１１の両側には、スラブ層５１２およびスラブ層５１３を備え、これらが、上部クラッド５１６で覆われている。

また、スラブ層５１２およびスラブ層５１３の一部には、コア５１１を挟んで配置されたｐ型半導体領域５１４とｎ型半導体領域５１５とを備える。ｐ型半導体領域５１４にはｐ型不純物が導入され、ｎ型半導体領域５１５には、ｎ型不純物が導入され、ｐ型半導体領域５１４，コア５１１，およびｎ型半導体領域５１５によりＰＩＮダイオード構造を形成している。このようなＰｉｎ構造のｐ型半導体領域５１４およびｎ型半導体領域５１５に、金属電極５１７および金属電極ド５１８を用いて順方向電流を流し、コア５１１内に、キャリア（電子、正孔）を注入すれば、注入したキャリアの吸収により、コア５１１よりなるリブ導波路を導波する信号光を減衰させることができる。

コア５１１に注入するキャリア量は、金属電極５１７および金属電極ド５１８に流す電流量により変化させることができるので、光減衰量を可変することができる。さらにこの可変光減衰器では、リブ型導波路としてコア幅の寸法が０．５μｍ程度と非常に小さいシリコン細線導波路を用いるので、ｐ型半導体領域５１４とｎ型半導体領域５１５との間隔を近づけることができ、すばやくコアにキャリアを注入できる。この結果、ナノ秒オーダーの非常に速い応答で光を減衰させることができる。

また、この可変光減衰器は、光の閉じこめが強くコア断面寸法の小さいシリコン細線導波路に基づくため、非常に小型に作ることができ、複数の可変光減衰器を並べた多チャンネル化や他のデバイスとの集積が容易である。

また、このシリコン細線リブ導波路型の可変光減衰器は、次に示すことにより、現在主に用いられているＬＳＩの製造技術で容易に作製することができる。まず、例えば、ＳＯＩ（Silicon on Insulator）基板を用い、ＳＯＩ基板のＳＯＩ層を公知のリソグラフィ技術とエッチング技術とによ加工してコア形状を形成する。次に、コアの両側のスラブ層にイオン注入などでｐ型およびｎ型不純物を導入する。次に、コアおよびスラブ層の上にＣＶＤ法などで酸化シリコンを堆積して上部クラッドを形成する。この後、上部クラッド層に、ｐ型およびｎ型不純物を導入した箇所に貫通するコンタクトホールを形成し、ここに電極金属を埋め込む。

特開２００４−２５８１１９号公報

ところが、上述したリブ型シリコン細線導波路による可変光減衰器では、高速で動作できる反面、ｐ型半導体領域５１４とｎ型半導体領域５１５との間隔が数μｍと近いため、コア５１１内を通ってｐｎ間に流れるべき電流が、コア５１１と上部クラッド５１６
との界面など、コア５１１の内部でない他の経路でも流れてしまい易いという問題がある。このため、上述したシリコン細線型可変光減衰器は、ｐｎ間に電圧をかけ流す電流の中に光減衰に関与しない電流が含まれ、光を減衰させるのに無駄に多くの電力を消費してしまうという問題があった。

本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、無駄な電力を必要とせずに低消費電力で高速動作ができるリブ型シリコン細線導波路を利用した可変光減衰器が、作製できるようににすることを目的とする。

本発明に係る可変光減衰器の作製方法は、シリコンよりも屈折率の小さい下部クラッド層を形成する工程と、下部クラッド層の上に、シリコン層を選択的に途中までエッチングすることで、コアおよびコアを挟んで配置されてコアより薄いスラブ層を形成する工程と、スラブ層の一部領域にコアを挟むようにｐ型キャリア供給部およびｎ型キャリア供給部を形成する工程と、コアの側面からスラブ層の表面にかけての領域およびコアの上面の少なくとも一方を酸化して酸化シリコン層を形成する工程と、コアおよび酸化シリコン層を覆ってスラブ層の上に上部クラッド層を形成する工程と、ｎ型キャリア供給部及びｐ型キャリア供給部に各々接続する電極を形成する工程とを少なくとも備える。

上記可変光減衰器の作製方法において、酸化シリコン層は、プラズマ酸化法により形成すればよい。また、酸化シリコン層は、電子サイクロトロン共鳴により発生する酸素ガスのプラズマを用いるとよい。酸化シリコン層の形成は、コアを形成した後に行うようにしてもよい。

以上説明したように、本発明によれば、コアの側面からスラブ層の表面にかけての領域およびコアの上面の少なくとも一方を酸化して酸化シリコン層を形成するようにしたので、リブ型シリコン細線導波路型の可変光減衰器において、不要な電流の流れを防止し低消費電力で高速動作できるようになるという優れた効果が得られる。

本発明の実施の形態１における可変光減衰器の構成を示す断面図である。本発明の実施の形態１における可変光減衰器の構成を示す平面図である。実施の形態１における可変光減衰器の作製方法を説明するための工程図である。実施の形態１における可変光減衰器の作製方法を説明するための工程図である。実施の形態１における可変光減衰器の作製方法を説明するための工程図である。実施の形態１における可変光減衰器の作製方法を説明するための工程図である。実施の形態１における可変光減衰器の作製方法を説明するための工程図である。実施の形態１における可変光減衰器の作製方法を説明するための工程図である。実施の形態１における可変光減衰器の作製方法を説明するための工程図である。実施の形態１における可変光減衰器の作製方法を説明するための工程図である。ＥＣＲプラズマ処理装置に酸素ガスを導入し、プラズマ生成室内の圧力を０．１５Ｐａとし、マイクロ波パワー４００Ｗでプラズマ生成室内に生成したＥＣＲプラズマを、発散磁場により処理室に引き出し、シリコン基板表面に照射したときの、照射時間と酸化膜厚との関係を示す特性図である。実施の形態２における可変光減衰器の作製方法を説明するための工程図である。実施の形態２における可変光減衰器の作製方法を説明するための工程図である。実施の形態２における可変光減衰器の作製方法を説明するための工程図である。実施の形態２における可変光減衰器の作製方法を説明するための工程図である。実施の形態２における可変光減衰器の作製方法を説明するための工程図である。実施の形態２における可変光減衰器の作製方法を説明するための工程図である。実施の形態２における可変光減衰器の作製方法を説明するための工程図である。実施の形態２における可変光減衰器の作製方法を説明するための工程図である。実施の形態２における可変光減衰器の作製方法を説明するための工程図である。実施の形態２における可変光減衰器の作製方法を説明するための工程図である。可変光減衰器の構成を示す斜視図である。可変光減衰器の構成を示す断面図である。

［実施の形態１］
始めに、本発明の実施の形態１について図１Ａ，図１Ｂ，図２Ａ〜図２Ｈを用いて説明する。なお、図１Ａは、本発明の実施の形態１における可変光減衰器の構成を示す断面図であり、図１Ａ，図１Ｂは、実施の形態１における可変光減衰器の構成を示す平面図であり。図１Ａは、図１ＢのＡＡ’線の断面を示している。また、図２Ａ〜図２Ｈは、本実施の形態１における可変光減衰器の作製方法を説明するための工程図である。

始めに、本実施の形態における可変光減衰器の構成について説明する。この可変光減衰器は、まず、シリコン基部１０１の上に、酸化シリコン，酸窒化シリコン，窒化シリコンなどの絶縁材料からなる下部クラッド層１０２を備え、下部クラッド層１０２の上に、シリコンからなるスラブ層１０４，スラブ層１０５を備えている。下部クラッド層１０２は、例えば、層厚３μｍ程度に形成されている。また、スラブ層１０４およびスラブ層１０５に挟まれて所定の方向に延在するリッジ構造のコア１０３を備える。コア１０３の部分は、例えば、幅０．２〜０．６μｍ程度に形成され、コア１０３の下部クラッド層１０２界面からの高さは、０．２〜０．３μｍ程度に形成されている。また、スラブ層１０４，スラブ層１０５は、コア１０３の高さの半分より薄く形成されている。

この構造は、例えば、ＳＯＩ基板の埋め込み絶縁層上のシリコン（ＳＯＩ）層を、公知のフォトリソグラフィまたは電子線リソグラフィなどの一般的なリソグラフィ技術とエッチング技術とにより、コア以外の領域を薄く残すように微細加工することで形成できる。この場合、ＳＯＩ基板の埋め込み絶縁層が、下部クラッド層１０２となる。また、ＳＯＩ層を加工して形成したパターンが、コア１０３となり、残した領域がスラブ層１０４，スラブ層１０５となる。

このように形成したコア１０３は、これより屈折率が小さい材料からなる上部クラッド層１０６により覆われている。上部クラッド層１０６は、層厚２〜６μｍ程度である。従って、コア１０３は、コア１０３より屈折率の小さい下部クラッド層１０２と上部クラッド層１０６とに挟まれて形成されている。また、コア１０３以外の領域では、下部クラッド層１０２と上部クラッド層１０６との間に、スラブ層１０４，スラブ層１０５が挟まれた状態となっている。これらにより、リブ型導波路が構成されている。

上部クラッド層１０６は、下部クラッド層１０２と同様に、酸化シリコン，酸窒化シリコン，窒化シリコンなどから構成すればよい。また、上部クラッド層１０６は、ポリイミド樹脂，エポキシ樹脂、シリコーン樹脂などの有機樹脂材料を用いるようにしても良い。材料に起因する損失が少なく、屈折率の設計が容易であり、シリコン細線を利用した光デバイスの作製プロセスとの整合性が良く、環境に対する変化が小さな材料であれば、どのような材料を上部クラッド層１０６に用いるようにしても良い。

また、コア１０３を中心とした導波路の導波方向の一部領域において、コア１０３の両脇近傍のスラブ層１０４およびスラブ層１０５に、ｎ型キャリア供給部１０４ａおよびｐ型キャリア供給部１０５ａを備えている。ｎ型キャリア供給部１０４ａおよびｐ型キャリア供給部１０５ａは、各々コア１０３の近傍にコア１０３を挟んで対向配置されている。また、ｎ型キャリア供給部１０４ａおよびｐ型キャリア供給部１０５ａには、一部が上部クラッド層１０６の上に露出している電極１４１および電極１５１が各々接続している。

ｎ型キャリア供給部１０４ａおよびｐ型キャリア供給部１０５ａは、電極１４１，１５１に電圧を印加しない状態において、コア１０３を中心とした導波路を導波する光の減衰に影響しない範囲で、コア１０３に可能な範囲で近い位置に形成されていればよい。また、ｎ型キャリア供給部１０４ａおよびｐ型キャリア供給部１０５ａは、コア１０３に対してキャリアが注入できる範囲に形成されていればよい。例えば、ｎ型キャリア供給部１０４ａおよびｐ型キャリア供給部１０５ａは、コア１０３より２μｍ程度離れた領域に形成すればよい。また、ｎ型キャリア供給部１０４ａおよびｐ型キャリア供給部１０５ａは、イオン注入法，拡散法，およびプラズマドーピング法など、公知の不純物導入技術を用いることで容易に形成できる。

この可変光減衰器では、ｎ型キャリア供給部１０４ａ，ｐ型キャリア供給部１０５ａが形成されているスラブ層１０４，スラブ層１０５を、コア１０３の高さの半分より薄く形成している。この構造により、コア１０３を導波する光は、スラブ層１０４およびスラブ層１０５にしみ出すことがほとんど無く、コア１０３の部分に集中してシングルモードを形成する。このため、本実施の形態における可変光減衰器によれば、導波路の中の光強度の大きな領域に不純物が導入された領域が存在せず、信号光を減衰させずに伝搬させること可能となっている。

本実施の形態における可変光減衰器では、電極１４１，電極１５１に電圧を印加することで、ｎ型キャリア供給部１０４ａおよびｐ型キャリア供給部１０５ｂから、キャリアをコア１０３に注入してＰＮ間に電流を流し、コア１０３を導波（伝搬）する信号光を注入されたキャリアによって吸収させることで強度を減衰させる。また、ＰＮ間に流れる電流の大きさを変化させることで、ｎ型キャリア供給部１０４ａおよびｐ型キャリア供給部１０５ｂからコア１０３に注入されるキャリアの量を変化させ、上述した信号光の減衰量を可変させることができる。

加えて、この可変光減衰器では、電極１４１および電極１５１に挟まれた領域のコア１０３の上面に、この領域のコア１０３を酸化することで形成した酸化シリコン層１０７を備える。例えば、よく知られた熱酸化法、もしくはプラズマ酸化法により、酸化シリコン層１０７が形成できる。酸化シリコン層１０７は、層厚５ｎｍ程度であればよい。酸化シリコン層１０７を備えることで、上述した電圧印加において、不要な電流の流れが防止でき、低消費電力化を図ることができるようになる。なお、酸化シリコン層１０７は、コア１０３（導波路）の全域に形成されていてもよい。

実際に、ｎ型キャリア供給部１０４ａとｐ型キャリア供給部１０５ｂの不純物濃度を、各々１０²⁰個／ｃｍ³、ＰＮ間距離を３μｍとして可変光減衰器を作製し、酸化シリコン層１０７を備える本実施の形態における可変光減衰器と、酸化シリコン層１０７を備えない可変光減衰器の特性を比較した、この結果、酸化シリコン層１０７を備えるを可変光減衰器は、酸化シリコン層１０７を備えない場合に比較して約１／３の電流で同じ光減衰が得られた。このように、酸化により形成した酸化シリコン層１０７により、可変光減衰器動作の低消費電力化が実現できることが確認された。

次に、本実施の形態１における可変光減衰器の作製方法について説明する。まず、図２Ａに示すように、シリコン基部１０１，埋め込み酸化層からなる下部クラッド層１０２，および表面シリコン層（ＳＯＩ層）２０１を備えるＳＯＩ基板を用意する。次に、図２Ｂに示すように、ＳＯＩ層２０１を酸化処理して層厚５ｎｍ程度の酸化層２０２を形成する。例えば、酸素ガスの電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）プラズマを、ＳＯＩ層２０１の表面に４分程度照射することで、酸化層２０２を形成することができる。この酸化処理で形成した酸化層２０２が、コア１０３上部の酸化シリコン層１０７となる。引き続き、例えばプラズマＣＶＤ法により、酸化層２０２の上に膜厚０．１μｍ程度の酸化シリコン膜２０３を形成する。

次に、図２Ｃに示すように、公知のフォトリソグラフィまたは電子線リソグラフィなどの一般的なリソグラフィ技術により、コア形成領域の酸化シリコン膜２０３の上に、レジストパターン２０４を形成する。次に、レジストパターン２０４をマスクとし、例えばＣ₂Ｆ₆などのフッ化水素系ガスを用いた反応性エッチング（ＲＩＥ）により、酸化シリコン膜２０３および酸化層２０２を選択的にエッチングし、図２Ｄに示すように、酸化シリコンパターン２０５および酸化シリコン層１０７を形成する。

次に、レジストパターン２０４を公知のアッシング技術により除去した後、酸化シリコンパターン２０５（酸化シリコン層１０７）をマスクパターンとし、例えばＣＦ₄やＳＦ₆などのガスを用いたＲＩＥにより、ＳＯＩ層２０１を選択的に途中までエッチングする。このエッチングにより、図２Ｅに示すように、下部クラッド層１０２の上に、コア１０３およびスラブ層１０４，スラブ層１０５を形成する。

次に、図示しないマスクパターンを用いた選択的なイオン注入などの公知の不純物導入技術により、図２Ｆに示すように、ｎ型キャリア供給部１０４ａおよびｐ型キャリア供給部１０５ａを形成する。次に、例えばプラズマＣＶＤ法により、酸化シリコンを堆積することで、図２Ｇに示すように、上部クラッド層１０６を形成する。上部クラッド層１０６は、酸化シリコンに限らず、コア１０３より屈折率の小さい材料から構成すればよい。これにより、リブ型構造のシリコン細線導波路が形成される。また、コア１０３の上面には、酸化により形成した酸化シリコン層１０７が配置された状態となる。なお、酸化シリコンパターン２０５は、上部クラッド層１０６と共に、上部のクラッド層を構成するものとなる。

次に、例えばＣ₂Ｆ₄やＳＦ₆などのガスによるＲＩＥを用いた選択的なエッチングにより、図２Ｈに示すように、コンタクトホール１６１およびコンタクトホール１６２を上部クラッド層１０６に形成する。コンタクトホール１６１は、ｎ型キャリア供給部１０４ａの表面が露出するように、上部クラッド層１０６を貫通させて形成する。また、コンタクトホール１６２は、ｐ型キャリア供給部１０５ａの表面が露出するように、上部クラッド層１０６を貫通させて形成する。

次に、形成した各コンタクトホールを充填するように金属膜を形成し、この金属膜をパターニングすることで、図１Ａに示したように、ｎ型キャリア供給部１０４ａに接続する電極１４１およびｐ型キャリア供給部１０５ａに接続する電極１５１を形成する。

なお、上部クラッド層１０６は、シリコン層（ＳＯＩ層２０１）のエッチングマスクとしている酸化シリコンパターン２０５と同じ材料を用いるのが、導波路屈折率構造の観点から望ましい。ただし、酸化シリコンパターン２０５は薄く影響が小さいので、これと異なる材料から上部クラッド層１０６を形成してもよい。例えば、屈折率がシリコン酸化膜より高い、シリコンリッチな酸化膜、シリコン窒化酸化膜、シリコン窒化膜などから上部クラッド層１０６を構成してもよい。また、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂などの有機樹脂材料を用いるようにしても良い。

ここで、図３を用い、酸素ガスのＥＣＲプラズマ照射により酸化して形成する酸化層２０２について説明する。図３は、ＥＣＲプラズマ処理装置に酸素ガスを導入し、プラズマ生成室内の圧力を０．１５Ｐａとし、マイクロ波パワー４００Ｗでプラズマ生成室内に生成したＥＣＲプラズマを、発散磁場により処理室に引き出し、シリコン基板表面に照射したときの、照射時間と酸化膜厚との関係を示す。シリコン基板は特に加熱していない。

図３に示すように、２分程度の酸素のＥＣＲプラズマ照射で、酸化層の層厚は４．５ｎｍ程度形成され、この後はほとんど増加せず、６分でも層厚５．８ｎｍという結果が得られた。また、酸素のＥＣＲプラズマを用いたシリコンの酸化では、基板をヒーターなどで加熱する必要が無いこともわかった。酸化層の形成は、シリコンが酸素プラズマにより酸化シリコンに変化する反応によるため、酸化が進み酸化層が形成されていくとシリコンが消費されシリコン層が薄くなることを意味する。シリコン導波路作製では、コアとなるシリコン層を必要以上に酸化させるとコアが薄くなることになり、導波路の特性に影響がでてしまうため、酸化層はなるべく薄い方がよい。ＥＣＲプラズマ照射による酸化は、５ｎｍ程度酸化膜が形成されると酸化反応が止まるため、本発明の導波路型の光可変減衰器の作製には非常に適している。また、ＥＣＲプラズマ酸化の膜の特性は、熱酸化膜並みに良いことが知られており、絶縁層として使用する発明の目的にも非常に適する。

［実施の形態２］
次に、本発明の実施の形態２について、図４Ａ〜図４Ｊを用いて説明する。本実施の形態２における可変光減衰器の作製方法を説明するための工程図である。

まず、図４Ａに示すように、シリコン基部１０１，埋め込み酸化層からなる下部クラッド層１０２，および表面シリコン層（ＳＯＩ層）２０１を備えるＳＯＩ基板を用意する。これは、前述した実施の形態１と同様である。次に、例えばプラズマＣＶＤ法により、ＳＯＩ層２０１の上に膜厚０．１μｍ程度の酸化シリコン膜４０１を形成する。本実施の形態では、この段階では、酸化を行わない。

次に、図４Ｂに示すように、公知のフォトリソグラフィまたは電子線リソグラフィなどの一般的なリソグラフィ技術により、コア形成領域の酸化シリコン膜４０１の上に、レジストパターン４０２を形成する。次に、レジストパターン４０２をマスクとし、例えばＣ₂Ｆ₆などのフッ化水素系ガスを用いた反応性エッチング（ＲＩＥ）により、酸化シリコン膜４０１を選択的にエッチングし、図４Ｃに示すように、酸化シリコンパターン４０３を形成する。なお、図４Ｃは、レジストパターン４０２を公知のアッシング技術により除去した後の状態を示している。

次に、酸化シリコンパターン４０３をマスクパターンとし、例えばＣＦ₄やＳＦ₆などのガスを用いたＲＩＥにより、ＳＯＩ層２０１を選択的に途中までエッチングする。このエッチング加工は、前述した実施の形態１と同様である。このエッチングにより、図４Ｄに示すように、下部クラッド層１０２の上に、コア１０３およびスラブ層１０４，スラブ層１０５を形成する。

次に、酸化シリコンパターン４０３をマスクパターンとした選択的なイオン注入などの公知の不純物導入技術により、図４Ｅに示すように、ｎ型キャリア供給部１０４ａおよびｐ型キャリア供給部１０５ａを形成する。この不純物導入は、前述した実施の形態１と同様である。

次に、本実施の形態２においては、酸素ガスのＥＣＲプラズマを、コア１０３の側面，スラブ層１０４，およびスラブ層１０５に照射する。この酸素のＥＣＲプラズマの照射では、基板加熱をせずに行う。また、この酸素のＥＣＲプラズマは、基板を傾斜させて照射し、コア１０３の側面にもプラズマが照射されるようにするとよい。この酸素のＥＣＲプラズマ照射により、図４Ｆに示すように、コア１０３の側面，スラブ層１０４，およびスラブ層１０５の表面に、酸化層１０８および酸化層１０９を形成する。酸化層１０８，酸化層１０９は、例えば、層厚５ｎｍ程度に形成すればよい。この実施の形態では、酸化シリコンパターン４０３を備えているので、コア１０３の上面は、酸化されることがない。

ここで、酸化層１０８，酸化層１０９を形成した後に、上部クラッド層を形成するが、上部クラッド層を形成する前に、酸化シリコンパターン４０３を除去し、酸化をしてコア１０３の上面も酸化するようにしてもよいが、この場合、酸化シリコンパターン４０３を除去する工程が増えるという問題がある。酸化シリコンパターン４０３は、後述する上部クラッド層を同様に、コア１０３に対して屈折率の低い酸化シリコンから構成されているので、コア１０３に対してクラッドとして機能する。このため、酸化シリコンパターン４０３は、除去する必要はない、

以上のようにして、酸化層１０８，酸化層１０９を形成した後、例えばプラズマＣＶＤ法により、酸化シリコンを堆積することで、図４Ｇに示すように、上部クラッド層１０６を形成する。上部クラッド層１０６は、酸化シリコンに限らず、コア１０３より屈折率の小さい材料から構成すればよい。これにより、リブ型構造のシリコン細線導波路が形成される。また、コア１０３の上面には、酸化により形成した酸化シリコン層１０７が配置された状態となる。なお、酸化シリコンパターン４０３は、上部クラッド層１０６と共に、上部のクラッド層を構成するものとなる。

次に、例えばＣ₂Ｆ₄やＳＦ₆などのガスによるＲＩＥを用いた選択的なエッチングにより、図４Ｈに示すように、コンタクトホール１６１およびコンタクトホール１６２を上部クラッド層１０６に形成する。コンタクトホール１６１は、ｎ型キャリア供給部１０４ａの表面が露出するように、上部クラッド層１０６を貫通させて形成する。また、コンタクトホール１６２は、ｐ型キャリア供給部１０５ａの表面が露出するように、上部クラッド層１０６を貫通させて形成する。

次に、形成した各コンタクトホールを充填するように金属膜を形成し、この金属膜をパターニングすることで、図４Ｉに示すように、ｎ型キャリア供給部１０４ａに接続する電極１４１およびｐ型キャリア供給部１０５ａに接続する電極１４１を形成する。なお、上述では、ｎ型キャリア供給部１０４ａおよびｐ型キャリア供給部１０５ａを形成した後で、酸化層１０８および酸化層１０９を形成したが、これに限るものではない。例えば、酸化層１０８および酸化層１０９を形成した後に、ｎ型キャリア供給部１０４ａおよびｐ型キャリア供給部１０５ａを形成してもよい。よく知られているように、５ｎｍ程度の極薄い酸化層１０８および酸化層１０９が形成されていても、スラブ層１０４およびスラブ層１０５に、ｎ型キャリア供給部１０４ａおよびｐ型キャリア供給部１０５ａを形成することは容易である。例えば、イオン注入法、拡散法、およびプラズマドーピング法などの、よく知られた不純物導入技術を用いればよい。

本実施の形態における可変光減衰器においても、電極１４１，電極１５１に電圧を印加することで、ｎ型キャリア供給部１０４ａおよびｐ型キャリア供給部１０５ｂから、キャリアをコア１０３に注入してＰＮ間に電流を流し、コア１０３を導波（伝搬）する信号光を注入されたキャリアによって吸収させることで強度を減衰させる。また、ＰＮ間に流れる電流の大きさを変化させることで、ｎ型キャリア供給部１０４ａおよびｐ型キャリア供給部１０５ｂからコア１０３に注入されるキャリアの量を変化させ、上述した信号光の減衰量を可変させることができる。本実施の形態においても、酸化シリコン層１０８，１０９を備えない場合に比較して約１／３の電流で同じ光減衰が得られた。

加えて、この可変光減衰器においても、電極１４１および電極１５１に挟まれた領域の
コア１０３の側面からスラブ層１０４，スラブ層１０５の表面にかけての領域に、この領域を酸化することで形成した酸化シリコン層１０８，１０９を備える。このため、上述した電圧印加において、不要な電流の流れが防止でき、低消費電力化を図ることができるようになる。なお、上述した製造方法によれば、酸化シリコン層１０８，１０９は、コア１０３およびスラブ層１０４，１０５（ｎ型キャリア供給部１０４ａ，ｐ型キャリア供給部１０５ａを含む）の全域に形成さるものとなる。ただし、酸化シリコン層１０８，１０９は、このように全域に形成されてる必要はない。例えば、電極１４１および電極１５１に挟まれた領域において、コア１０３側面およびスラブ層１０４，１０５の表面に、酸化シリコン層１０８，１０９が形成されていてもよい。

以上説明したように、本発明では、シリコンコアとこれを覆う上部クラッド層との間において、コアの側面からスラブ層の表面にかけての領域およびコアの上面の少なくとも一方に、これらを酸化して酸化シリコン層を形成するようにしたため、ＰＩＮ構造に電圧を印加したときにコア内部以外を流れる無駄なリーク電流が防止できるようになる。ここで、酸化することで形成する酸化シリコン層は、コアの上面、およびコアの側面とスラブ層の上面とのいずれか一方に形成されていてもよく、また、両方に形成されていてもよい。

１０１…シリコン基部、１０２…下部クラッド層、１０３…コア、１０４，１０５…スラブ層、１０４ａ…ｎ型キャリア供給部、１０５ａ…ｐ型キャリア供給部、１０６…上部クラッド層、１０７…酸化シリコン層、１４１，１５１…電極、１６１，１６２…コンタクトホール、２０１…表面シリコン層（ＳＯＩ層）、２０２…酸化層、２０３…酸化シリコン膜、２０４…レジストパターン、２０５…酸化シリコンパターン。

Claims

シリコンよりも屈折率の小さい下部クラッド層を形成する工程と、
前記下部クラッド層の上に、シリコン層を選択的に途中までエッチングすることで、コアおよび前記コアを挟んで配置されて前記コアより薄いスラブ層を形成する工程と、
前記スラブ層の一部領域に前記コアを挟むようにｐ型キャリア供給部およびｎ型キャリア供給部を形成する工程と、
前記コアの側面から前記スラブ層の表面にかけての領域および前記コアの上面の少なくとも一方を酸化して酸化シリコン層を形成する工程と、
前記コアおよび前記酸化シリコン層を覆って前記スラブ層の上に上部クラッド層を形成する工程と、
前記ｎ型キャリア供給部及び前記ｐ型キャリア供給部に各々接続する電極を形成する工程と
を少なくとも備えることを特徴とする可変光減衰器の作製方法。
請求項１記載の可変光減衰器の作製方法において、
前記酸化シリコン層は、プラズマ酸化法により形成することを特徴とする可変光減衰器の作製方法。
請求項２記載の可変光減衰器の作製方法において、
前記酸化シリコン層は、電子サイクロトロン共鳴により発生する酸素ガスのプラズマを用いることを特徴とする可変光減衰器の作製方法。
請求項１〜３のいずれか１項に記載の可変光減衰器の作製方法において、
酸化シリコン層の形成は、前記コアを形成した後に行うことを特徴とする可変光減衰器の作製方法。