JP6261015B2 - 光デバイス及びその製造方法 - Google Patents
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Description
光通信の波長帯である0.8ミクロン〜1.6ミクロンの波長の領域を含む波長領域において、1.6以上2.1以下の屈折率で1×10−4未満の消衰係数を有する光伝送用デバイス材料として適用可能なアモルファスインジウムガリウム亜鉛酸化物薄膜の製膜条件を探索した。エリプソメトリにて薄膜の屈折率と消衰係数を測定するために、RFスパッタ装置を用いて、室温のSi基板上にInGaZnO膜を400nm堆積した。スパッタターゲットとして密度95%以上で金属組成比がIn:Ga:Zn=1:1:1の多結晶焼結体を用いて、アルゴンと酸素の混合ガスを用いて酸素分圧を変化させ、RFパワー150Wで堆積した。エリプソメトリは、室温で波長350nm〜1700nmの波長範囲で測定し、ガウス型振動子モデルを用い、フィッティングにより屈折率nと消衰係数kを求めた。酸素分圧が5×10−4Paで400nm堆積した薄膜の屈折率nと消衰係数kを表に示す(表中の実施例1の欄)。合わせて、それよりも酸素分圧が大きい場合の薄膜の屈折率nと消衰係数kも表に示す(表中の比較例の欄)。
次に、光通信波長帯における3次元的な光伝送デバイスを作製するために必要となる、異方性と選択性の優れた反応性イオンエッチングについて調べた。まず、RFスパッタ装置を用いて、酸化膜が形成されているSi基板上に、室温でInGaZnO膜を300nm堆積した。次に、複数の方法でエッチング加工を実施して比較した。
本発明の実施の形態として、光導波路の例を図を参照して説明する。図2は、コア1とクラッド2からなる埋め込み型矩形光導波路の断面構造である。図2のように、コア1の断面形状を正方形として、そのまわりをクラッド2で囲んだ構造である。コア1の材料としてIn−Ga−Zn−O系アモルファス酸化物を用い、クラッド2の材料としてSiO2を用いることができる。図中、Hはコアの高さ、Wはコアの幅を示す。インジウム、ガリウム及び亜鉛を含むアモルファス酸化物を備える光導波路においては、そのコアの断面形状は適宜設計できるが、加工性がよいことから、高さH/幅Wが1以上である断面構造が高精度で実現できる。
本発明の実施の形態として、光閉じ込め作用・増幅作用を目的とした光に対する周期的な構造を作製した例を示す。光に対する周期的な構造は、高屈折率を有する周期的に配置された基材と低屈折率を有する周期的に配置された基材から構成される構造であり、フォトニック結晶と呼ばれる素子がこの構造によって実現される。図5に、130nmの溝を480nm周期で形成した例の電子顕微鏡写真を示す。本発明では、数10nm〜数100nmの周期で数10nm〜数100nmの溝を形成したり、または数10nm〜数100nmの周期で数10nm〜数100nmの柱状構造体を形成したりすることができるので、In−Ga−Zn−O系アモルファス酸化物を用いたフォトニック結晶を作成することができる。
本発明の実施の形態は、周期的に孔が開けられた構造体を作製した例を示す。図6に、厚み267nmのIGZO膜と厚み290nmのSiO2の積層膜を用いて、幅870nmの貫通孔を1.2μm周期で開けた構造体の作製例を示す。図6は作製した構造体の電子顕微鏡写真の部分拡大図である。図6では、断面が矩形形状のIGZO/SiO2積層体(図中SiO2が下でIGZOが上)が空中に浮かんでいる構造が示され、上下の黒い部分は何もない部分(エア)であり、矩形形状を連結するように見える白いバー部分は土台の部分(シリコン)である。図中、それぞれ隣り合う矩形形状の間の黒い部分が、貫通している孔の部分である。このように本発明のIGZOを用いることにより、周期的に孔が開いたエアブリッジ構造を作成することができるので、IGZOを用いたフォトニック結晶に応用することができる。
2 クラウド
Claims (7)
- 波長480nm乃至1700nmにおける屈折率が1.6以上2.1以下で消衰係数が1×10−23以上1×10−4未満である、インジウム、ガリウム及び亜鉛を含むアモルファス酸化物を、備えることを特徴とする光伝送用の光デバイス。
- 光導波路が、底面と側面との間の角度である傾斜角が87度以上90度以下である断面構造のインジウム、ガリウム及び亜鉛を含むアモルファス酸化物を備え、前記アモルファス酸化物は、波長480nm乃至1700nmにおける屈折率が1.6以上2.1以下で消衰係数が1×10−23以上1×10−4未満であることを特徴とする光伝送用の光デバイス。
- 前記光導波路は酸化シリコンのクラッド層を備えることを特徴とする請求項2記載の光デバイス。
- 前記光導波路は有機物のクラッド層を備えることを特徴とする請求項2記載の光デバイス。
- 周期的な構造を有するフォトニック結晶の光デバイスであって、
前記構造は、底面と側面との間の角度である傾斜角が87度以上90度以下である断面形状を周期的に繰り返す、インジウム、ガリウム及び亜鉛を含むアモルファス酸化物を備え、
前記アモルファス酸化物は、波長480nm乃至1700nmにおける屈折率が1.6以上2.1以下で消衰係数が1×10−23以上1×10−4未満であることを特徴とする光デバイス。 - 周期的な構造を有するフォトニック結晶の光デバイスであって、
前記構造は、インジウム、ガリウム及び亜鉛を含むアモルファス酸化物に孔が周期的に開けられた構造であり、
前記アモルファス酸化物は、波長480nm乃至1700nmにおける屈折率が1.6以上2.1以下で消衰係数が1×10−23以上1×10−4未満であることを特徴とする光デバイス。 - 5×10 −4 Pa以下の酸素分圧中でスパッタ法により、波長480nm乃至1700nmにおける屈折率が1.6以上2.1以下で消衰係数が1×10−23以上1×10−4未満である、インジウム、ガリウム及び亜鉛を含むアモルファス酸化物を製造することを特徴とする光伝送用の光デバイスの製造方法。
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