JP5609240B2 - Waveguide resonator device - Google Patents
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Description
本発明は、導波路型共振器デバイスに関するものである。 The present invention relates to a waveguide resonator device.
近年、処理されるデータ量の増加及び高速通信化等に伴い、光信号の受送信及び信号処理が多くなされており、このような光信号処理に用いられるデバイスとして、導波路型共振器デバイスがある。 In recent years, with the increase in the amount of data to be processed and high-speed communication, etc., optical signal reception / transmission and signal processing have been increased, and as a device used for such optical signal processing, a waveguide resonator device is used. is there.
このような導波路型共振器デバイスは、シリコン等の基板上に光が通る光導波路を形成し、光導波路に隣接して共振器が設けられた構造のものである。このような共振器の形状としては、円形または、楕円形のパターンが用いられている構造のものが開示されている（例えば、特許文献１）。 Such a waveguide resonator device has a structure in which an optical waveguide through which light passes is formed on a substrate such as silicon and a resonator is provided adjacent to the optical waveguide. As a shape of such a resonator, a structure using a circular or elliptical pattern is disclosed (for example, Patent Document 1).
また、光バッファとして、光導波路に沿うように長方形状の共振器を設けた構造のものが開示されている（例えば、特許文献２）。 An optical buffer having a structure in which a rectangular resonator is provided along an optical waveguide is disclosed (for example, Patent Document 2).
ところで、シリコン等の基板上に、上述したような特許文献１に示されるような共振器を形成する場合、共振器を滑らかな円形または楕円形の形状に形成することは極めて困難である。即ち、単結晶シリコン基板上において、円形または楕円形の形状に共振器を形成する場合、シリコン基板の結晶面は直線的であるのに対し、共振器は曲面により形成されるため、円形または楕円形の共振器の形状は結晶面の方位とは一致していない。よって、円形または楕円形の共振器の外形形状は、滑らかには形成されず凹凸を有する形状で形成される。このため、できるだけ滑らかな形状となるように、微細加工が可能なリソグラフィー技術や加工技術が用いられているが、このような凹凸を有する形状は、シリコンの結晶構造に起因するものであるため、十分に滑らかな形状で形成することは困難である。このように共振器の形状が凹凸を有する形状により形成された場合、光損失が生じやすくなり、また、特性のバラツキも増加するため好ましくない。 By the way, when a resonator as shown in Patent Document 1 as described above is formed on a substrate such as silicon, it is extremely difficult to form the resonator in a smooth circular or elliptical shape. That is, when a resonator is formed in a circular or elliptical shape on a single crystal silicon substrate, the crystal plane of the silicon substrate is linear, whereas the resonator is formed by a curved surface. The shape of the shaped resonator does not match the orientation of the crystal plane. Therefore, the outer shape of the circular or elliptical resonator is not formed smoothly but is formed in an uneven shape. For this reason, lithography technology and processing technology capable of microfabrication are used so as to be as smooth as possible, but the shape having such irregularities is due to the crystal structure of silicon, It is difficult to form a sufficiently smooth shape. Thus, when the resonator is formed in a shape having irregularities, light loss is likely to occur, and variation in characteristics increases, which is not preferable.
また、特許文献２に記載されているように光導波路に沿って、長方形状の共振器を形成する場合、光導波路と共振器とが沿って形成される部分が長くなると、光導波路より、共振器に光が多く伝播してしまい、光導波路における光損失が多くなってしまう。
In addition, when a rectangular resonator is formed along an optical waveguide as described in
このため、光導波路における光損失が少なく、共振器におけるバラツキの少ない構造の導波路型共振器デバイスが望まれている。 For this reason, a waveguide type resonator device having a structure with less optical loss in the optical waveguide and less variation in the resonator is desired.
本実施の形態の一観点によれば、光入力端及び光出力端を有し、前記光入力端より入射した光を伝播させる光導波路と、前記光導波路に近接して配置された所定の周波数で共振する共振器と、を有し、前記光導波路及び前記共振器は、単結晶のシリコン層により形成されるものであって、前記共振器は前記シリコン層の一部によりコアが形成されるＰＩＮ接合構造を有し、前記共振器は、直線部分と角部分を有する略多角形状で形成されており、前記共振器は、前記角部分のいずれか１つにおいて前記光導波路と最も近接して配置されており、前記光導波路は、前記シリコン層の［１ ０ ０］方向、［０ １ ０］方向、［０ ０ １］方向のいずれかに沿って形成されており、前記共振器における直線部分は、前記シリコン層の［１ １ ０］方向、［１ ０ １］方向、［０ １ １］方向のいずれかに沿って形成されていることを特徴とする。 According to one aspect of the present embodiment, an optical waveguide having an optical input end and an optical output end and propagating light incident from the optical input end, and a predetermined frequency disposed close to the optical waveguide The optical waveguide and the resonator are formed by a single crystal silicon layer, and the resonator has a core formed by a part of the silicon layer. The resonator has a PIN junction structure, and the resonator is formed in a substantially polygonal shape having a straight portion and a corner portion, and the resonator is closest to the optical waveguide in any one of the corner portions. The optical waveguide is formed along one of the [1 0 0] direction, the [0 1 0] direction, and the [0 0 1] direction of the silicon layer, and is a straight line in the resonator. moieties, [1 1 0] direction of the silicon layer [1 0 1] direction, characterized in that it is formed along one of the [0 1 1] direction.
開示の導波路型共振器デバイスでは、光導波路における光損失を少なくすることができ、また、共振器におけるバラツキを少なくすることができるため、導波路型共振器デバイスにおける特性のバラツキを低減させることができる。 In the disclosed waveguide resonator device, the optical loss in the optical waveguide can be reduced, and the variation in the resonator can be reduced, so that the variation in characteristics in the waveguide resonator device is reduced. Can do.
発明を実施するための形態について、以下に説明する。 Modes for carrying out the invention will be described below.
〔第１の実施の形態〕
（導波路型共振器デバイス）
図１及び図２に基づき、第１の実施の形態における導波路型共振器デバイスについて説明する。図１は、本実施の形態における導波路型共振器デバイスにおいて電極が形成される前の状態を示すものであり、図２は、本実施の形態における導波路型共振器デバイスの上面図である。
[First Embodiment]
(Waveguide resonator device)
The waveguide resonator device according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 1 shows a state before electrodes are formed in the waveguide resonator device according to the present embodiment, and FIG. 2 is a top view of the waveguide resonator device according to the present embodiment. .
本実施の形態における導波路型共振器デバイスは、光導波路１０及び共振器２０を有している。光導波路１０及び共振器２０は、ともに導波路部分となる領域において、シリコン層が厚く形成されており、このシリコン層には、ドーパントとして微量のボロン（Ｂ）等が導入されてＰ−層となっている。このように光導波路１０及び共振器２０は、実際には、Ｐ−層であるが、後述するＰ＋層及びＮ＋層に比べて不純物のドープ量が極めて低いため、本願明細書においては、ｉ層と称する場合がある。
The waveguide resonator device in the present embodiment includes an
図１に示すように、単結晶のシリコン基板または単結晶のシリコン層上において、光導波路１０は、［-１ １ ０］方向（［１ -１ ０］方向）に沿って形成されており、一方の端部と他方の端部を有している。一方の端部は光を入力する光入力端であり、他方の端部は光が出力される光出力端である。共振器２０は長方形状の形状で形成されており、長方形状の辺に対応する直線部分と、４隅の角に対応する角部分とを有している。共振器２０の辺に対応する直線部分２０ａと直線部分２０ｂとは相互に垂直となるものであり、直線部分２０ａは、［１ ０ ０］方向に沿って形成されており、直線部分２０ｂは、［０ １ ０］方向に沿って形成されている。尚、前述のとおり、共振器２０は長方形状の形状であるため、共振器２０において、一方の辺に対応する直線部分２０ａは２本あり、他方の辺に対応する直線部分２０ｂは２本ある。また、共振器２０は、光導波路１０に近接して、所定の周波数で共振するように形成されている。
As shown in FIG. 1, on the single crystal silicon substrate or single crystal silicon layer, the
このように、光導波路１０を［-１ １ ０］方向に沿って直線的に形成することにより、光導波路１０の外形形状は凹凸等を有することなく滑らかな形状で形成することができ、光導波路１０における各々の導波路領域を通る光の伝播損失を低くすることができる。また、共振器２０の一方の辺に対応する直線部分２０ａを［１ ０ ０］方向に沿って形成し、他方の辺に対応する直線部分２０ｂを［０ １ ０］方向に沿って形成する。これにより、直線部分２０ａ及び２０ｂにおける外形形状は、凹凸等を有することなく滑らかな形状で形成することができる。このように、共振器２０の直線部分２０ａ及び２０ｂにおける外形形状を滑らかな形状で形成することにより、共振器２０におけるバラツキを低減させることができる。この場合、共振器２０の一方の辺に対応する直線部分２０ａの方向と、他方の辺に対応する直線部分２０ｂの方向とは直交する。尚、共振器２０の４隅の角に対応する角部分２０ｃは曲線形状で形成されるが、共振器２０全体において、角部分２０ｃの領域が占める部分は極めて小さい。よって、角部分２０ｃにおける外形形状が多少凹凸等を有する形状で形成されても、共振器２０におけるバラツキに与える影響は少ないものと考えられる。
Thus, by forming the
尚、図１に示されるように、光導波路１０に対し、共振器２０の設けられている側であって、共振器２０の外側には、Ｎ＋層４６が形成されており、共振器２０の内側には、Ｐ＋層４８が形成されている。
As shown in FIG. 1, an N +
本実施の形態における導波路型共振器デバイスでは、このように形成された光導波路１０及び共振器２０上の所定の領域に、図２に示すように電極３０及び３１を設けた構造のものである。電極３０及び３１は、アルミニウム（Ａｌ）等の金属材料により形成されており、必要に応じてバリアメタル等を介して電極３０及び３１が形成される。この電極３０及び３１間に印加される電圧を制御することにより、光導波路１０を伝搬する光に対し変調等を行うことができる。
The waveguide resonator device according to the present embodiment has a structure in which
本実施の形態における導波路型共振器デバイスでは、光導波路１０は、［-１ １ ０］方向に沿って形成されている。また、共振器２０は、一方の辺に対応する直線部分２０ａが［１ ０ ０］方向、他方の辺に対応する直線部分２０ｂが［０ １ ０］方向に沿った長方形状の形状で形成されている。更に、光導波路１０と共振器２０とは共振器２０における角部分２０ｃの一つである角部２０ｃ１において最も近接している。よって、光導波路１０から共振器２０への光の伝播は共振器２０の角部分２０ｃ１において行われるため、光導波路１０と共振器２０とが近接している部分が極めて狭いことから、光導波路１０における光の光損失は極めて少ないものとなる。
In the waveguide resonator device according to the present embodiment, the
従って、本実施の形態における導波路型共振器デバイスでは、光導波路における光損失を低減させることができ、また、共振器２０におけるバラツキを減少させることができるため、導波路型共振器デバイスにおける特性のバラツキを低減させることができる。
Therefore, in the waveguide resonator device according to the present embodiment, the optical loss in the optical waveguide can be reduced, and the variation in the
尚、本実施の形態における説明では、共振器２０を長方形状の形状により形成したが、正方形状の形状であってもよく、更には、三角形の形状等の多角形の形状により形成してもよい。
In the description of the present embodiment, the
また、本実施の形態における説明では、光導波路１０を［-１ １ ０］方向に沿って形成し、共振器２０の一方の直線部分２０ａを［１ ０ ０］方向に沿って形成し、他方の直線部分２０ｂを［０ １ ０］方向に沿って形成した場合について説明した。しかしながら、本実施の形態における導波路型共振器デバイスは、これに限定されるものではない。具体的には、光導波路１０を［１ ０ ０］方向、［０ １ ０］方向、［０ ０ １］方向のいずれかに沿って形成し、共振器２０における直線部分２０ａ及び２０ｂを［１ １ ０］方向、［１ ０ １］方向、［０ １ １］方向のいずれかに沿って形成してもよい。また、光導波路１０を［１ １ ０］方向、［１ ０ １］方向、［０ １ １］方向のいずれかに沿って形成し、共振器２０における直線部分２０ａ及び２０ｂを［１ ０ ０］方向、［０ １ ０］方向、［０ ０ １］方向のいずれかに沿って形成してもよい。尚、［１ １ ０］方向とは、結晶において［１ １ ０］方向に代表される方向を意味するものであり、［-１ １ ０］方向、［１ -１ ０］方向、［-１ -１ ０］方向も含む意味である。また、［１ ０ ０］方向とは、結晶において［１ ０ ０］方向に代表される方向を意味するものであり、［-１ ０ ０］方向も含む意味である。更に、［１ ０ １］方向、［０ １ １］方向、［０ １ ０］方向、［０ ０ １］方向についても同様である。
In the description of the present embodiment, the
より具体的に説明すると、光導波路１０は、［１ １ ０］方向、［１ ０ １］方向、［０ １ １］方向のうち、いずれかの方向に沿うように形成してもよい。この場合、共振器２０は光導波路１０に対応し、共振器２０の直線部分の一方が［１ ０ ０］方向、他方が［０ １ ０］方向、一方が［１ ０ ０］方向、他方が［０ ０ １］方向、一方が［０ １ ０］方向、他方が［０ ０ １］方向となるように形成する。
More specifically, the
同様に、光導波路１０は、［１ ０ ０］方向、［０ １ ０］方向、［０ ０ １］方向のうち、いずれかの方向に沿うように形成してもよい。この場合、共振器２０は光導波路１０に対応し、共振器２０において、辺に対応する直線部分が［１ １ ０］方向または［１ ０ １］方向、［１ １ ０］方向または［０ １ １］方向、［１ ０ １］方向または［０ １ １］方向となるように形成する。
Similarly, the
（導波路型共振器デバイスの製造方法）
次に、図３に基づき、本実施の形態における導波路型共振器デバイスの製造方法について説明する。尚、図３は、図２における破線２Ａ−２Ｂにおいて切断した断面における製造工程を示すものである。
(Manufacturing method of waveguide resonator device)
Next, a method for manufacturing the waveguide resonator device according to the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 3 shows a manufacturing process in a cross section taken along a
最初に、図３（ａ）に示すように、ＳＯＩ（Silicon on Insulator）ウエハ基板４０上にＳｉＯ２層４４を形成する。ＳＯＩウエハ基板４０は、Ｓｉ基板４１上に、ＳｉＯ２層４２、Ｓｉ層４３が形成されたものであり、Ｓｉ層４３には、ボロン（Ｂ）が約１×１０１５ａｔｍｏｓ／ｃｍ３ドーピングされており、Ｐ−型となっている。ＳｉＯ２層４４は、ＳｉＨ４が２０％とＨｅが８０％の混合ガスとＮ２Ｏガスとをチャンバー内に導入して、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法により形成する。ＣＶＤ法において、ＳｉＯ２層４４を成膜する際の温度は、約７９０℃であり、約５０ｎｍ形成する。
First, as shown in FIG. 3A, an SiO 2 layer 44 is formed on an SOI (Silicon on Insulator)
次に、図３（ｂ）に示すように、ＳｉＯ２層４４上において、光導波路１０及び共振器２０が形成される領域にレジストパターン４５を形成する。具体的には、ＳｉＯ２層４４上にフォトレジストを塗布し、露光装置による露光及び現像を行うことにより、レジストパターン４５を形成する。形成されるレジストパターン４５は、光導波路１０が、［-１ １ ０］方向に沿って形成され、共振器２０が、長方形状に形成される。共振器２０は、一方の辺に対応する直線部分２０ａが［１ ０ ０］方向に沿って形成され、他方の辺に対応する直線部分２０ｂが［０ １ ０］方向に沿って形成されている。尚、共振器２０の角部分は曲線状に形成され、共振器２０と光導波路１０とは、共振器２０の角部分２０ｃの一つである角部分２０ｃ１において最も近接するように形成されている。
Next, as shown in FIG. 3B, a resist
次に、図３（ｃ）に示すように、レジストパターン４５の形成されていない領域のＳｉＯ２層４４とＳｉ層４３の一部をＲＩＥ（Reactive Ion Etching）等によるドライエッチングにより除去する。具体的には、最初にチャンバー内にＣＦ４ガスを導入し、チャンバー内の圧力を１００ｍＴｏｒｒとして、１５０Ｗの電力を印加しプラズマを発生させて、レジストパターン４５が形成されていない領域におけるＳｉＯ２層４４をドライエッチングにより除去する。この後、ＳｉＯ２層４４が除去されたレジストパターン４５の形成されていない領域において、Ｓｉ層４３の一部をドライエッチングにより除去する。具体的には、チャンバー内にＨＢｒガスを導入し、チャンバー内の圧力を５０ｍＴｏｒｒとし、２００Ｗの電力を印加しプラズマを発生させて、Ｓｉ層４３のドライエッチングを行う。このドライエッチングは、ＳｉＯ２層４２上に、Ｓｉ層４３が約５０ｎｍの厚さ残った状態で停止する。この後、レジストパターン４５を除去する。
Next, as shown in FIG. 3C, the SiO 2 layer 44 and a part of the
このようにして、Ｓｉ層４３において、ＲＩＥによるドライエッチングがされていない光導波路１０及び共振器２０となる導波路領域４３ａと、Ｓｉ層４３において厚さが約５０ｎｍとなるまでＲＩＥによるドライエッチングがされたリブ領域４３ｂとを形成する。このようにリブ領域４３ｂの形成されるものをリブ構造という。
In this way, dry etching by RIE is performed until the thickness of the
次に、図３（ｄ）に示すように、Ｎ＋層４６が形成される部分に開口部を有するレジストパターン４７を形成し、リン（Ｐ）のイオン注入を行う。具体的には、図３（ｃ）に示す構造のものの上に、フォトレジストを塗布し、露光装置による露光、現像を行うことにより、リブ領域４３ｂにおいて、Ｎ＋層４６が形成される部分に開口部を有するレジストパターン４７を形成する。この後、レジストパターン４７の開口部、即ち、Ｎ＋層４６が形成される部分にＰのイオン注入を行う。これにより、光導波路１０の共振器２０が形成されている側であって、共振器２０の外側の領域にＮ＋層４６を形成する。この後、レジストパターン４７を除去する。尚、本実施の形態における導波路型共振器デバイスにおいては、共振器２０の角部分２０ｃのうち、最も光導波路１０に近接している角部分２０ｃ１と光導波路１０との間の領域には、Ｎ＋層４６は形成されない。
Next, as shown in FIG. 3D, a resist pattern 47 having an opening is formed in a portion where the N +
次に、図３（ｅ）に示すように、Ｐ＋層４８が形成される部分に開口部を有するレジストパターン４９を形成し、Ｐ＋層４８が形成される部分にＢのイオン注入を行う。具体的には、レジストパターン４７を除去した後、再度、フォトレジストを塗布し、露光装置による露光、現像を行うことにより、リブ領域４３ｂにおいて、Ｐ＋層４８が形成される部分に開口部を有するレジストパターン４９を形成する。この後、レジストパターン４９の開口部、即ち、Ｐ＋層４８が形成される部分にＢのイオン注入を行う。これにより、共振器２０の内側の領域に、Ｐ＋層４８を形成する。
Next, as shown in FIG. 3E, a resist
次に、図３（ｆ）に示すように、Ｏ２アッシャーにより、レジストパターン４９を除去した後、ＲＴＡ（Rapid Thermal Annealing）により、温度１０００で約１０秒間のアニールを行い活性化させた後、層間膜となるＳｉＯ２層５０を成膜する。ＲＴＡによる活性化により、Ｎ＋層４６にはＰが約１×１０１８ａｔｍｏｓ／ｃｍ３ドーピングされ、Ｐ＋層４８にはＢが約１×１０１８ａｔｍｏｓ／ｃｍ３ドーピングされた状態で活性化される。この状態の上面図を図４に示す。
Next, as shown in FIG. 3 (f), after removing the resist
この後、層間膜となるＳｉＯ２層５０を成膜する。この層間膜となるＳｉＯ２層５０は、クラッド層としての機能を兼ねるものである。ＳｉＯ２層５０は、ＳｉＨ４が２０％とＨｅが８０％の混合ガスとＮ２Ｏガスとをチャンバー内に導入し、ＣＶＤ法により形成する。ＣＶＤ法において、ＳｉＯ２層５０を成膜する際の温度は、約７９０℃であり、約１μｍ形成する。 Thereafter, a SiO 2 layer 50 to be an interlayer film is formed. This SiO 2 layer 50 serving as an interlayer film also serves as a cladding layer. The SiO 2 layer 50 is formed by a CVD method by introducing a mixed gas of 20% SiH 4 and 80% He and N 2 O gas into the chamber. In the CVD method, the temperature at which the SiO 2 layer 50 is formed is about 790 ° C. and about 1 μm is formed.
次に、図３（ｇ）に示すように、層間膜となるＳｉＯ２層５０にコンタクトホール５１及び５２を形成する。具体的には、ＳｉＯ２層５０上にフォトレジストを塗布し、露光装置による露光、現像を行うことにより、コンタクトホール５１及び５２の形成される領域に開口部を有する不図示のレジストパターンを形成する。この後、チャンバー内にＣＦ４を導入し、不図示のレジストパターンの形成されていない領域におけるＳｉＯ２層５０をＮ＋層４６及びＰ＋層４８の表面が露出するまでＲＩＥ法等によるドライエッチングを行う。これにより、Ｎ＋層４６上にコンタクトホール５１を形成し、Ｐ＋層４８上にコンタクトホール５２を形成する。この後、不図示のレジストパターンを除去する。
Next, as shown in FIG. 3G, contact holes 51 and 52 are formed in the SiO 2 layer 50 serving as an interlayer film. Specifically, a photoresist is applied on the SiO 2 layer 50, and exposure and development are performed by an exposure apparatus, thereby forming a resist pattern (not shown) having openings in the regions where the contact holes 51 and 52 are formed. To do. Thereafter, CF 4 is introduced into the chamber, and the SiO 2 layer 50 in a region where a resist pattern (not shown) is not formed is dry-etched by the RIE method or the like until the surfaces of the N +
次に、図３（ｈ）に示すように、電極３０及び３１を形成する。電極３０はコンタクトホール５１内において、Ｎ＋層４６と電気的に接続されるように形成し、電極３１はコンタクトホール５２内において、Ｐ＋層４８と電気的に接続されるように形成する。共振器２０の導波路部分には、ＰＩＮ（P-Intrinsic-N）接合構造が形成される。具体的には、コンタクトホール５１及び５２を形成した後、必要に応じてバリアメタルを形成し、Ａｌ等の金属膜をスパッタリング法により約１μｍ成膜する。この後、金属膜上にフォトレジストを塗布し、露光装置による露光、現像を行い、電極３０及び３１が形成される領域上に不図示のレジストパターンを形成する。更に、この後、チャンバー内にＣｌ２を導入し、レジストパターンの形成されていない領域の金属膜をＲＩＥにより除去する。レジストパターンの形成されていない領域の金属膜をＲＩＥにより除去した後に、レジストパターンを除去することにより、電極３０及び３１が形成される。
Next, as shown in FIG. 3H,
以上より、図２に示されるような本実施の形態における導波路型共振器デバイスが作製される。尚、本実施の形態では、共振器２０の外側にＮ＋層４６を形成し、内側にＰ＋層４８を形成した場合について説明したが、共振器２０の外側にＰ＋層を形成し、内側にＮ＋層を形成したものであってもよい。また、本願明細書においては、Ｐ型またはＮ型のうち、どちらか一方を第１の導電型、他方を第２の導電型と称する場合がある。
As described above, the waveguide resonator device according to the present embodiment as shown in FIG. 2 is manufactured. In this embodiment, the case where the N +
〔第２の実施の形態〕
次に、第２の実施の形態について説明する。本実施の形態は、共振器を複数設けた構造の導波路型共振器デバイスである。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment will be described. The present embodiment is a waveguide resonator device having a structure in which a plurality of resonators are provided.
図５に基づき、本実施の形態における導波路型共振器デバイスについて説明する。尚、図５は、本実施の形態における導波路型共振器デバイスにおいて、電極が形成される前の状態を示すものである。本実施の形態は、第１の実施の形態における共振器を複数設けた構造のものである。即ち、［-１ １ ０］方向に直線的に延びる光導波路１１０の近傍に、共振器１２０及び１３０を設けたものである。共振器１２０と共振器１３０は略同一の形状に形成されており、略長方形の形状で形成されている。共振器１２０及び１３０における各々の辺のうち、一方の辺に対応する直線部分１２０ａ及び１３０ａは、［１ ０ ０］方向に沿って形成されており、他方の辺に対応する直線部分１２０ｂ及び１３０ｂは、［０ １ ０］方向に沿って形成されている。また、共振器１２０及び１３０の角部分１２０ｃ及び１３０ｃのうち各々一つの角部分１２０ｃ１及び１３０ｃ１は、光導波路１１０に最も近い位置となるように形成されている。この後、所定の領域に電極を設けることにより導波路型共振器デバイスを形成することができる。
Based on FIG. 5, the waveguide resonator device according to the present embodiment will be described. FIG. 5 shows a state before electrodes are formed in the waveguide resonator device according to the present embodiment. This embodiment has a structure in which a plurality of resonators according to the first embodiment are provided. That is, the
このように、本実施の形態における導波路型共振器デバイスにおいては、複数の略同一形状の共振器１２０及び１３０を設けることにより、伝播損失が低減され位相の変調が大きな導波路型共振器デバイスを得ることができる。
As described above, in the waveguide resonator device according to the present embodiment, by providing a plurality of
また、本実施の形態における導波路型共振器デバイスにおいては、異なる形状の共振器を複数設けた構造のものであってもよい。具体的には、図６に示すように、［-１ １ ０］方向に直線的に延びる光導波路１１０に近接して、形状及び大きさの異なる共振器１４０及び１５０を設けた構造のものであってもよい。即ち、共振器１４０及び１５０における各々の辺のうち、一方の辺１４０ａ及び１５０ａは、［１ ０ ０］方向に沿って形成されており、他方の辺１４０ｂ及び１５０ｂは、［０ １ ０］方向に沿って形成されている。また、共振器１４０及び１５０の角部分１４０ｃ及び１５０ｃのうち各々一つの角部分１４０ｃ１及び１５０ｃ１が、光導波路１１０に最も近い位置となるように形成されている。この後、所定の領域に電極を設けることにより導波路型共振器デバイスを形成することができる。
The waveguide resonator device according to the present embodiment may have a structure in which a plurality of resonators having different shapes are provided. Specifically, as shown in FIG. 6, the
このように、本実施の形態における導波路型共振器デバイスにおいては、形状の異なる共振器１４０及び１５０を設けることにより、伝播損失が低減され帯域の広い導波路型共振器デバイスを得ることができる。
As described above, in the waveguide resonator device according to the present embodiment, by providing the
尚、上記以外の内容については、第１の実施の形態と同様である。 The contents other than the above are the same as in the first embodiment.
〔第３の実施の形態〕
次に、第３の実施の形態について説明する。本実施の形態は、共振器の角部分においてＰＩＮ接合構造を有しない構造の導波路型共振器デバイスである。図７から図９に基づき本実施の形態における導波路型共振器デバイスについて説明する。尚、図７は、本実施の形態における導波路型共振器デバイスにおいて、電極が形成される前の構造を示すものである。また、図８及び図９は、本実施の形態における導波路型共振器デバイスの断面構造を示すものであり、図８は、図７における破線７Ａ−７Ｂに相当する部分において切断した断面図であり、図９は、破線７Ｃ−７Ｄに相当する部分において切断した断面図である。
[Third Embodiment]
Next, a third embodiment will be described. The present embodiment is a waveguide resonator device having a structure that does not have a PIN junction structure at the corners of the resonator. The waveguide resonator device according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 7 shows a structure before electrodes are formed in the waveguide resonator device according to the present embodiment. 8 and 9 show a cross-sectional structure of the waveguide resonator device according to the present embodiment. FIG. 8 is a cross-sectional view taken along a portion corresponding to the
本実施の形態における導波路型共振器デバイスは、［-１ １ ０］方向に沿って直線的に形成された光導波路２１０に近接して共振器２２０を設けたものである。共振器２２０は長方形状の形状で形成されており、辺に対応する直線部分と４隅の角に対応する角部分とを有している。共振器２２０の一方の辺に対応する直線部分２２０ａは、［１ ０ ０］方向に沿って形成されており、共振器２２０の他方の辺に対応する直線部分２２０ｂは、［０ １ ０］方向に沿って形成されている。また、共振器２２０の４隅の角部分２２０ｃ１、２２０ｃ２、２２０ｃ３、２２０ｃ４は曲線形状で形成されている。本実施の形態における導波路型共振器デバイスは、共振器２２０における角部分２２０ｃ１において、光導波路２１０と共振器２２０とが最も近接している。
The waveguide resonator device according to the present embodiment is provided with a
また、光導波路２１０の共振器２２０が設けられている側において、共振器２２０の外側のリブ領域には、Ｎ＋層２４６が形成されており、共振器２２０の内側のリブ領域には、Ｐ＋層２４８が形成されている。尚、角部分２２０ｃ１と光導波路２１０との間においては、Ｎ＋層２４６は形成されていない。
Further, on the side of the
更に、角部分２２０ｃ２、２２０ｃ３、２２０ｃ４の外側近傍のリブ領域においては、Ｎ＋層２４６は形成されておらず、Ｐ−領域２２１となっており、この部分では、Ｎ＋層２４６と電極２５０とは電気的に接続されていない。このため角部分２２０ｃ２、２２０ｃ３、２２０ｃ４においては、ＰＩＮ接合構造が形成されていない。
Further, in the rib region near the outside of the corner portions 220c2, 220c3, and 220c4, the N +
このように、共振器２２０の角部分２２０ｃ２、２２０ｃ３、２２０ｃ４においては、ＰＩＮ構造を形成しない構造とすることにより、電極２５０及び２５１に電界を印加して制御される領域は、共振器２２０の直線部分２２０ａ及び２２０ｂとなる。
As described above, in the corner portions 220c2, 220c3, and 220c4 of the
尚、本実施の形態における導波路型共振器デバイスは、第１の実施の形態において、図３（ｄ）に示す工程において、Ｐ−領域２２１となる領域上にもレジストパターン４７を形成することにより、製造することができる。
In the waveguide resonator device according to the present embodiment, the resist pattern 47 is also formed on the region to be the P−
本実施の形態における導波路型共振器デバイスでは、共振部分２２０におけるバラツキをより一層低減させることができる。
In the waveguide resonator device according to the present embodiment, the variation in the
尚、本実施の形態は、第２の実施の形態における導波路型共振器デバイスについても適用可能である。また、上記以外の内容については、第１の実施の形態と同様である。 The present embodiment can also be applied to the waveguide resonator device in the second embodiment. The contents other than those described above are the same as those in the first embodiment.
以上、実施の形態について詳述したが、特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された範囲内において、種々の変形及び変更が可能である。 Although the embodiment has been described in detail above, it is not limited to the specific embodiment, and various modifications and changes can be made within the scope described in the claims.
上記の説明に関し、更に以下の付記を開示する。
（付記１）
光入力端及び光出力端を有し、前記光入力端より入射した光を伝播させる光導波路と、
前記光導波路に近接して配置された所定の周波数で共振する共振器と、
を有し、
前記光導波路及び前記共振器は、単結晶のシリコン層により形成されるものであって、前記共振器は前記シリコン層の一部によりコアが形成されるＰＩＮ接合構造を有し、
前記共振器は、直線部分と角部分を有する略多角形状で形成されており、
前記共振器は、前記角部分のいずれか１つにおいて前記光導波路と最も近接して配置されており、
前記直線部分は、前記シリコン層における［１ ０ ０］方向、［０ １ ０］方向、［０ ０ １］方向、［１ １ ０］方向、［１ ０ １］方向、［０ １ １］方向のいずれかに沿って形成されていることを特徴とする導波路型共振器デバイス。
（付記２）
前記角部分は、曲線形状により形成されていることを特徴とする付記１に記載の導波路型共振器デバイス。
（付記３）
前記共振器は、正方形状または長方形状に形成されていることを特徴とする付記１または２に記載の導波路型共振器デバイス。
（付記４）
前記光導波路は、前記シリコン層の［１ ０ ０］方向、［０ １ ０］方向、［０ ０ １］方向のいずれかに沿って形成されており、
前記共振器における直線部分は、前記シリコン層の［１ １ ０］方向、［１ ０ １］方向、［０ １ １］方向のいずれかに沿って形成されていることを特徴とする付記１から３のいずれかに記載の導波路型共振器デバイス。
（付記５）
前記光導波路は、前記シリコン層の［１ １ ０］方向、［１ ０ １］方向、［０ １ １］方向のいずれかに沿って形成されており、
前記共振器における直線部分は、前記シリコン層の［１ ０ ０］方向、［０ １ ０］方向、［０ ０ １］方向のいずれかに沿って形成されていることを特徴とする付記１から３のいずれかに記載の導波路型共振器デバイス。
（付記６）
前記共振器は、複数形成されていることを特徴とする付記１から５のいずれかに記載の導波路型共振器デバイス。
（付記７）
前記複数形成される共振器の形状は略同一形状であることを特徴とする付記６に記載の導波路型共振器デバイス。
（付記８）
前記複数形成される共振器の形状は相互に異なる形状であることを特徴とする付記６に記載の導波路型共振器デバイス。
（付記９）
前記光導波路と前記共振器が形成される領域の前記シリコン層が厚く形成されており、前記光導波路と前記共振器が形成される領域以外の領域は、前記シリコン層が薄く形成されたリブ領域を有することを特徴とする付記１から８のいずれかに記載の導波路型共振器デバイス。
（付記１０）
前記共振器の内側におけるリブ領域は第１の導電型のシリコン層であり、
前記共振器の外側におけるリブ領域は第２の導電型のシリコン層であることを特徴とする付記９に記載の導波路型共振器デバイス。
（付記１１）
前記共振器において、前記ＰＩＮ接合構造は前記角部分には形成されていないことを特徴とする付記１から１０のいずれかに記載の導波路型共振器デバイス。
In addition to the above description, the following additional notes are disclosed.
(Appendix 1)
An optical waveguide having a light input end and a light output end, and propagating light incident from the light input end;
A resonator that resonates at a predetermined frequency disposed in proximity to the optical waveguide;
Have
The optical waveguide and the resonator are formed by a single crystal silicon layer, and the resonator has a PIN junction structure in which a core is formed by a part of the silicon layer,
The resonator is formed in a substantially polygonal shape having straight portions and corner portions,
The resonator is disposed closest to the optical waveguide at any one of the corner portions;
The straight line portions are [1 0 0] direction, [0 1 0] direction, [0 0 1] direction, [1 1 0] direction, [1 0 1] direction, [0 1 1] direction in the silicon layer. A waveguide type resonator device characterized by being formed along any of the above.
(Appendix 2)
2. The waveguide resonator device according to appendix 1, wherein the corner portion is formed in a curved shape.
(Appendix 3)
The waveguide resonator device according to
(Appendix 4)
The optical waveguide is formed along one of the [1 0 0] direction, the [0 1 0] direction, and the [0 0 1] direction of the silicon layer,
From the appendix 1, wherein the linear portion of the resonator is formed along one of the [1 1 0] direction, the [1 0 1] direction, and the [0 1 1] direction of the silicon layer. 4. The waveguide resonator device according to any one of 3.
(Appendix 5)
The optical waveguide is formed along one of the [1 1 0] direction, the [1 0 1] direction, and the [0 1 1] direction of the silicon layer,
From the appendix 1, wherein the linear portion of the resonator is formed along one of the [1 0 0] direction, the [0 1 0] direction, and the [0 0 1] direction of the silicon layer. 4. The waveguide resonator device according to any one of 3.
(Appendix 6)
The waveguide resonator device according to any one of appendices 1 to 5, wherein a plurality of the resonators are formed.
(Appendix 7)
The waveguide resonator device according to appendix 6, wherein the plurality of formed resonators have substantially the same shape.
(Appendix 8)
The waveguide resonator device according to appendix 6, wherein the plurality of formed resonators have different shapes.
(Appendix 9)
The silicon layer in the region where the optical waveguide and the resonator are formed is formed thick, and the region other than the region where the optical waveguide and the resonator are formed is a rib region where the silicon layer is formed thin The waveguide resonator device according to any one of appendices 1 to 8, characterized in that:
(Appendix 10)
The rib region inside the resonator is a silicon layer of the first conductivity type,
The waveguide resonator device according to appendix 9, wherein the rib region outside the resonator is a silicon layer of a second conductivity type.
(Appendix 11)
11. The waveguide resonator device according to any one of appendices 1 to 10, wherein in the resonator, the PIN junction structure is not formed at the corner portion.
１０ 光導波路
２０ 共振器
２０ａ 直線部分
２０ｂ 直線部分
２０ｃ 角部分
３０ 電極
３１ 電極
４０ ＳＯＩウエハ基板
４１ Ｓｉ基板
４２ ＳｉＯ２層
４３ Ｓｉ層
４３ａ 導波路領域
４３ｂ リブ領域
４４ ＳｉＯ２層
４５ レジストパターン
４６ Ｎ＋層
４７ レジストパターン
４８ Ｐ＋層
４９ レジストパターン
５０ ＳｉＯ２層
５１ 電極
５２ 電極
10
Claims (7)
前記光導波路に近接して配置された所定の周波数で共振する共振器と、
を有し、
前記光導波路及び前記共振器は、単結晶のシリコン層により形成されるものであって、前記共振器は前記シリコン層の一部によりコアが形成されるＰＩＮ接合構造を有し、
前記共振器は、直線部分と角部分を有する略多角形状で形成されており、
前記共振器は、前記角部分のいずれか１つにおいて前記光導波路と最も近接して配置されており、
前記光導波路は、前記シリコン層の［１ ０ ０］方向、［０ １ ０］方向、［０ ０ １］方向のいずれかに沿って形成されており、
前記共振器における直線部分は、前記シリコン層の［１ １ ０］方向、［１ ０ １］方向、［０ １ １］方向のいずれかに沿って形成されていることを特徴とする導波路型共振器デバイス。 An optical waveguide having a light input end and a light output end, and propagating light incident from the light input end;
A resonator that resonates at a predetermined frequency disposed in proximity to the optical waveguide;
Have
The optical waveguide and the resonator are formed by a single crystal silicon layer, and the resonator has a PIN junction structure in which a core is formed by a part of the silicon layer,
The resonator is formed in a substantially polygonal shape having straight portions and corner portions,
The resonator is disposed closest to the optical waveguide at any one of the corner portions;
The optical waveguide is formed along one of the [1 0 0] direction, the [0 1 0] direction, and the [0 0 1] direction of the silicon layer,
The linear portion of the resonator is formed along one of the [1 1 0] direction, the [1 0 1] direction, and the [0 1 1] direction of the silicon layer. Resonator device.
前記光導波路に近接して配置された所定の周波数で共振する共振器と、
を有し、
前記光導波路及び前記共振器は、単結晶のシリコン層により形成されるものであって、前記共振器は前記シリコン層の一部によりコアが形成されるＰＩＮ接合構造を有し、
前記共振器は、直線部分と角部分を有する略多角形状で形成されており、
前記共振器は、前記角部分のいずれか１つにおいて前記光導波路と最も近接して配置されており、
前記光導波路は、前記シリコン層の［１ １ ０］方向、［１ ０ １］方向、［０ １ １］方向のいずれかに沿って形成されており、
前記共振器における直線部分は、前記シリコン層の［１ ０ ０］方向、［０ １ ０］方向、［０ ０ １］方向のいずれかに沿って形成されていることを特徴とする導波路型共振器デバイス。 An optical waveguide having a light input end and a light output end, and propagating light incident from the light input end;
A resonator that resonates at a predetermined frequency disposed in proximity to the optical waveguide;
Have
The optical waveguide and the resonator are formed by a single crystal silicon layer, and the resonator has a PIN junction structure in which a core is formed by a part of the silicon layer,
The resonator is formed in a substantially polygonal shape having straight portions and corner portions,
The resonator is disposed closest to the optical waveguide at any one of the corner portions;
The optical waveguide is formed along one of the [1 1 0] direction, the [1 0 1] direction, and the [0 1 1] direction of the silicon layer,
Linear portion of the resonator, [1 0 0] direction of the silicon layer, [0 1 0] direction, the waveguide you characterized by being formed along one of the [0 0 1] direction Type resonator device.
前記共振器の内側におけるリブ領域は第１の導電型のシリコン層であり、 The rib region inside the resonator is a silicon layer of the first conductivity type,
前記共振器の外側におけるリブ領域は第２の導電型のシリコン層であることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の導波路型共振器デバイス。 6. The waveguide resonator device according to claim 1, wherein the rib region outside the resonator is a silicon layer of a second conductivity type.
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