(57)【要約】作製裕度があり、光損失が抑制可能であり、さらには接続路の信頼性を向上させる、光学装置と光導波路とを接続する接続路を提供する。本発明の接続路は、接続路の長手方向に延びているリブ形状部（３’）を有する第１のシリコン層（３）と、一部がリブ形状部３’の上に重なるように第１のシリコン層（３）の上層に積層され、長手方向に延びている第２のシリコン層（６）とを有している。第２のシリコン層（６）は長手方向の一端部に向かって先細になるテーパー形状部（Ｗ）を有し、長手方向の一端部の端面ではリブ形状部（３’）の上方から離れた位置に位置している。
2010146926.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
接続路の長手方向に延びているリブ形状部を有する第１のシリコン層と、
一部が前記リブ形状部の上に重なるように前記第１のシリコン層の上層に積層され、前記長手方向に延びており、前記長手方向の一端部に向かって先細になるテーパー形状部を有し、前記長手方向の前記一端部の端面では前記リブ形状部の上方から離れた位置に位置する第２のシリコン層と、を有している、
光導波路と光学装置との間に介在して前記光導波路と前記光学装置とを接続する接続路。
【請求項２】
前記第２のシリコン層は、前記テーパー形状部の中間位置で、前記第１のシリコン層の前記リブ形状部に対して、該リブ形状部の上方に重なる相対位置から重ならない相対位置へ移行している、請求の範囲第１項に記載の接続路。
【請求項３】
前記第１のシリコン層の前記リブ形状部は直線状である、請求の範囲第１項または第２項に記載の接続路。
【請求項４】
前記第１のシリコン層の前記リブ形状部はＳ字形状部を有しており、前記第１のシリコン層の前記Ｓ字形状部が前記第２のシリコン層の前記テーパー形状部の側面と交わる、請求の範囲第１項に記載の接続路。
【請求項５】
前記第２のシリコン層の前記テーパー形状部の少なくとも前記リブ形状部と交わる側面は曲線状である、請求の範囲第１項から第４項のいずれか１項に記載の接続路。
【請求項６】
前記第２のシリコン層の前記テーパー形状部は、前記第１のシリコン層の前記Ｓ字形状部が有する２つの湾曲部のうち他方の端部側の湾曲部と同方向に湾曲している曲線状であり、かつ、前記第１のシリコン層の他方の端部側の前記湾曲部の曲率よりも大きな曲率を有している、請求の範囲第４項に記載の接続路。
【請求項７】
接続路の長手方向に延びているリブ形状部を有する第１のシリコン層と、
前記第１のシリコン層の上層に位置し、前記接続路の長手方向の一端部では前記第１のシリコン層と重なっておらず、前記長手方向の他端部では前記第１のシリコン層とは重なっており、前記第１のシリコン層と重なり始める位置では互いに直交していない、第２のシリコン層と、を有している、
光導波路と光学装置との間に介在して前記光導波路と前記光学装置とを接続する接続路。
【請求項８】
前記第１のシリコン層の前記リブ形状部はＳ字形状部を有しており、前記Ｓ字形状部で前記第２のシリコン層と重なり始める、請求の範囲第７項に記載の接続路。
【請求項９】
請求の範囲第１項から第８項のいずれか１項に記載の接続路で光導波路と光学装置が接続されている、光通信システム。
【請求項１０】
接続路の長手方向に延びるように形成したリブ形状部を有する第１のシリコン層の上層に、一部が前記リブ形状部の上に重なるように、かつ前記長手方向に延びるように、かつ第２のシリコン層には前記長手方向の一端部に向かって先細になるテーパー形状部を形成し、前記長手方向の前記一端部の端面を前記リブ形状部の上方から離れた位置に前記第２のシリコン層を積層する工程を含む、
光導波路と光学装置との間に介在して前記光導波路と前記光学装置とを接続させる接続路の製造方法。
【請求項１１】
前記第２のシリコン層の前記テーパー形状部を、部分的に前記第１のシリコン層の前記リブ形状部の上方に位置するように配置する、請求の範囲第１０項に記載の接続路の製造方法。
【請求項１２】
前記第１のシリコン層の前記リブ形状部を直線状に形成する、請求の範囲第１０項または第１１項に記載の接続路の製造方法。
【請求項１３】
前記第１のシリコン層の前記リブ形状部にＳ字形状部を形成し、前記第１のシリコン層の前記Ｓ字形状部と前記第２のシリコン層の前記テーパー形状部を部分的に重ねる、請求の範囲第１０項に記載の接続路の製造方法。
【請求項１４】
前記第２のシリコン層の前記テーパー形状部の少なくとも前記リブ形状部と交わる側面を曲線状に形成する、請求の範囲第１０項から第１３項のいずれか１項に記載の接続路の製造方法。
【請求項１５】
前記第２のシリコン層の前記テーパー形状部を、前記第１のシリコン層の前記Ｓ字形状部を形成する２つの湾曲部のうち他方の端部側に設けた湾曲部と同方向に、かつ前記第１のシリコン層の他方の端部側の前記湾曲部の曲率よりも大きい曲率で湾曲させる、請求の範囲第１３項に記載の接続路の製造方法。
【請求項１６】
リブ形状部を有する第１のシリコン層の上層に、接続路の長手方向の一端部では前記第１のシリコン層と重ならず、前記長手方向の他端部では前記第１のシリコン層と重なるように、かつ前記第１のシリコン層と第２のシリコン層とが重なり始める位置において、両者が直交しないように前記第２のシリコン層を積層する工程を含む、
光導波路と光学装置との間に介在して前記光導波路と前記光学装置とを接続させる接続路の製造方法。
【請求項１７】
前記第１のシリコン層の前記リブ形状部にＳ字形状部を形成し、前記Ｓ字形状部で前記第２のシリコン層と重なり始めるようにする、請求の範囲第１６項に記載の接続路の製造方法。
【請求項１８】
請求の範囲第１０項から第１７項のいずれか１項に記載の接続路の製造方法で製造される接続路と、光学装置と、光導波路とを一体成形する、光通信システムの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光導波路と光学装置とを接続する接続路に関する。
【背景技術】
【０００２】
インターネットに代表される情報通信ネットワークは、人々の生活に欠くことのできないインフラとして世界中に張り巡らされている。この情報通信ネットワークのトラフィックを支えている技術として光ファイバを用いた光通信技術がある。光ファイバ通信波長帯の中でも１.３μｍ帯および１．５５μｍ帯を利用可能なシリコン・ベースの光通信デバイスは、ＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ  Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）技術を利用することで、光機能素子および電子回路をシリコンプラットフォーム上に集積化することが可能となる非常に有望なデバイスである。【０００３】
年々増加する情報通信ネットワークのトラフィックに対応する方法の１つとして、チャネルあたりの情報伝送速度を増加させる方法がある。その実現には、光通信デバイス内で情報処理を担っているＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ  Ｓｃａｌｅ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）回路からの信号を、光学装置の１つであり、高速で光信号に変換する光変調器が重要であり、このような光変調器をシリコンプラットフォームで実現することが望まれている。【０００４】
これまでに提案されている光変調器の代表的なものは、キャリアプラズマ効果を利用して、シリコン材料の屈折率を変化させ光の導波特性を変える変調器である。例えば、非特許文献１には、逆バイアス電圧を印加することで動作するｐｎ（ｐｏｓｉｔｉｖｅ−ｎｅｇａｔｉｖｅ）接合を用いた光変調器が記されている。その他にも、ＭＯＳ（Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ−Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）キャパシタを用いた光変調器などがあり、ともに高速動作が可能となっている。【０００５】
図１に、光学装置の１つであり、ＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ  ｏｎ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板に形成された導波路を利用した、シリコン・ベースの光変調器の関連技術の一例（非特許文献１参照）を示す。【０００６】
基板２４の上に、酸化物層２５と、ドープ処理したｐドープシリコン層２３とが順に積層され、ＳＯＩ基板が構成されている。リブ形状をしたｐドープシリコン層２３の上層には、逆リブ形状をしておりドープ処理したｎドープシリコン層２１が堆積し、ｎドープシリコン層２１の一方の側部に高濃度にドープ処理したｎ＋ドープシリコン層２０が位置している。また、ｐドープシリコン層２３の両側部には、高濃度にドープ処理したｐ＋ドープシリコン層２２が形成されている。ｎ＋ドープシリコン層２０とｐ＋ドープシリコン層２２には電極２７が接続されている。そして、酸化物層２５によって光変調器全体が覆われている。ｐドープシリコン層２３のリブ形状部２３’とｎドープシリコン層２１の逆リブ形状部２１’で導波路が形成されており、電極２７に逆バイアス電圧を印加することで、導波路内で光変調が行われる。【０００７】
光変調器を上記のようなｐｎ接合、またはＭＯＳキャパシタで構成した場合、光変調器と光変調器の外部に設けられている光導波路とを接続すると、光変調器の導波路の構造と光導波路の導波路の構造とが異なる。このように互いに構造が異なる両導波路の接続部分における導波路の急激な形状変化は、光の反射を生じさせてしまい、光導波路と光変調器との結合部で光の結合損失が生じてしまう。この結合損失は、光変調器への光の挿入損失の増加に加え、光変調器による光変調効率を低下させる可能性がある。そのため、光変調器と光導波路との間に結合損失を低減させる接続路を設ける必要がある。【０００８】
例えば特許文献１の図２９および図３０に見られるように、光変調器の入出力部分において、２段に積層されたシリコン（Ｓｉ）の各層の入力部と出力部のそれぞれに単一の先端の尖ったテーパー（入力増加テーパー、出力減少テーパー、入力減少テーパー、および出力増加テーパーのいずれか）を形成することで、光導波路と光変調器との接続部分での光損失の低減を図っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特表２００６−５１５０８２号公報
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】A.  Liu  et  al.,  OPTICS  EXPRESS,  vol.15  no.2  (2007)  pp.  660-668.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、特許文献１の図２９および図３０に示されているような２段に積層されたシリコン（Ｓｉ）層の接続路には問題点がある。それは、接続路内に形成されたＳｉ層のテーパーの先端にある程度広い幅を有していることに起因して結合損失が生じることである。さらに、接続路内の上部Ｓｉと下部Ｓｉの作製誤差による位置ずれに起因して結合損失が増大するという問題がある。【００１２】
この問題点について、図２Ａ〜図３を用いて、より具体的に説明する。【００１３】
図２Ａ〜図３は、関連技術の一例であり、光導波路と接続路とを接続した場合の接続路付近の概略図であり、図２Ａは、図３の位置ＡＡ’における光導波路の接続路側端部の断面の概略図、図２Ｂは図３の位置ＡＡ’における接続路の断面の概略図、図３は光導波路と接続路とを接続したときの上面図である。図３の位置ＡＡ’より下方に光導波路、位置ＢＢ’より上方に、光学装置の１つである、図１に示す光導波路が接続されるが、光変調器に関しては図示していない。また、酸化物層２５を省略して図示している。【００１４】
図２Ａに示すように、光導波路は、基板２４と、酸化物層２５と、ドープ処理したｐドープシリコン層２３とで形成されたＳＯＩ基板が設けられており、ｐドープシリコン層２３は導波路となるリブ形状部２３’を有している。【００１５】
図２Ｂに示すように、接続路の光導波路側の端部は、図２Ａに示す光導波路と同様にＳＯＩ基板が設けられ、ｐドープシリコン層２３に形成されたリブ形状部２３’を有する。リブ形状部２３’の上層には多結晶シリコン層２６が設けられている。【００１６】
図３に示すように、多結晶シリコン２６はｐドープシリコン２３からなるリブ形状部２３’上にテーパー形状を有しており、位置ＡＡ’  において、多結晶シリコン２６のテーパーの先端が位置している。【００１７】
図３に示すように、多結晶シリコン層２６のテーパーの先端はある程度広い幅を有している。理論上、テーパーの先端が原子レベルで尖っている場合は光損失が生じないのだが、実際には、テーパーの先端を細くするには限界がある。したがって、テーパーの先端の幅の分だけ、導波路の形状が急激に変化することになり、この部分で光が反射してしまい、光散乱損失が生じる。【００１８】
また、上部Ｓｉ層（図２Ａ〜図３では多結晶シリコン層２６）と下部Ｓｉ層（図２Ａ〜図３ではｐドープシリコン層のリブ形状部２３’）を作製するときには、作製誤差が生じるため位置ずれが起こる。仮にテーパーの先端の位置が光の伝搬方向に対して垂直方向にずれると、テーパーの先端が導波路の中心からずれるため光フィールドの中心位置がずれたり、テーパーが導波路上で左右非対称になることで伝送される光が予定とは別モードになってしまったりすることに起因する光損失が生じてしまう。さらに、作製誤差により結合損失が増減することから、結合損失が接続路ごとに異なり、信頼性の面でも課題が残る。【００１９】
本発明の目的は、上述した課題である、関連技術の接続路では作製裕度が低く、光損失が生じやすく、さらに接続路の信頼性が低い、という問題を解決する、光学装置と光導波路とを接続する接続路を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明の接続路には、接続路の長手方向に延びているリブ形状部を有する第１のシリコン層と、一部がリブ形状部の上に重なるように第１のシリコン層の上層に積層され、長手方向に延びている第２のシリコン層とが設けられている。第２のシリコン層は長手方向の一端部に向かって先細になるテーパー形状部を有し、長手方向の一端部の端面ではリブ形状部の上方から離れた位置に位置している。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によると、光学装置と光導波路とを接続路を介して接続したときに、結合損失をより小さくし、かつ接続路の作製裕度や信頼性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】関連技術の光変調器の一例の断面の概略図である。
【図２Ａ】関連技術の接続路の一例であり、図３の位置ＡＡ’における光導波路の接続路側端部の断面の概略図である。
【図２Ｂ】関連技術の接続路の一例であり、図３の位置ＡＡ’における接続路の断面の概略図である。
【図３】関連技術の接続路の一例の上面の概略図である。
【図４Ａ】本発明に係る接続路の一実施形態を示した概略図であり、図５Ｃの位置ＡＡ’における、光導波路の接続路側端部の断面の概略図である。
【図４Ｂ】本発明に係る接続路の一実施形態を示した概略図であり、図５Ｃの位置ＡＡ’における、接続路の光導波路側端部の断面の概略図である。
【図５Ａ】本発明に係る接続路の一実施形態を示した概略図であり、図５Ｃの位置ＢＢ’における、接続路の光変調器側端部の断面の概略図である。
【図５Ｂ】本発明に係る接続路の一実施形態を示した概略図であり、図５Ｃの位置ＢＢ’における、光変調器の接続路側端部の断面の概略図である。
【図５Ｃ】本発明に係る接続路の一実施形態を示した概略図であり、接続路で光導波路と光変調器を接続したときの上面の概略図である。
【図６Ａ】本発明に係る接続路の他の実施形態を示した概略図であり、図６Ｃの位置ＡＡ’における、接続路の光導波路側端部の断面の概略図である。
【図６Ｂ】本発明に係る接続路の他の実施形態を示した概略図であり、図６Ｃの位置ＢＢ’における、接続路の光変調器側の端部の断面の概略図である。
【図６Ｃ】本発明に係る接続路の他の実施形態を示した概略図であり、接続路の上面の概略図である。
【図７Ａ】本発明に係る接続路のさらに他の実施形態を示した概略図であり、図７Ｃの位置ＡＡ’における、接続路の光導波路側端部の断面の概略図である。
【図７Ｂ】本発明に係る接続路のさらに他の実施形態を示した概略図であり、図７Ｃの位置ＢＢ’における、接続路の光変調器側端部の断面の概略図である。
【図７Ｃ】本発明に係る接続路のさらに他の実施形態を示した概略図であり、接続路の上面の概略図である。
【図８Ａ】本発明に係る接続路のさらに他の実施形態を示した概略図であり、図８Ｃの位置ＡＡ’における、接続路の光導波路側端部の断面の概略図である。
【図８Ｂ】本発明に係る接続路のさらに他の実施形態を示した概略図であり、図８Ｃの位置ＢＢ’における、接続路の光変調器側端部の断面の概略図である。
【図８Ｃ】本発明に係る接続路のさらに他の実施形態を示した概略図であり、接続路の上面の概略図である。
【図９】光変調器の入出力側両方に、図８Ａ〜図８Ｃにおける接続路を接続したときの上面の概略図である。
【図１０】図８Ａ〜図８Ｃにおける接続路を用いたマッハ・ツェンダー干渉計型の光強度変調器の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下に、添付の図面に基づき、本発明の実施の形態を説明する。なお、同一の機能を有する構成には添付図面中、同一の番号を付与し、その説明を省略することがある。
【００２４】
以下に説明する接続路は、光導波路と光学装置の１つである光変調器との間に介在して光導波路と光変調器とを接続させるものである。なお、実際の光導波路、接続路、および光変調器は酸化物層で覆われているが、上面を示した図では内部構造の変化をわかりやすくするために、それらを覆っている酸化物層を省略して図示している。
【００２５】
本発明に係る接続路の第１の実施形態について説明する。
【００２６】
図４Ａ〜図５Ｃは、本発明に係る接続路の第１の実施形態を示した概略図であり、図４Ａは図５Ｃの位置ＡＡ’における、光導波路の接続路側端部の断面の概略図、図４Ｂは図５Ｃの位置ＡＡ’における、接続路の光導波路側端部の断面の概略図、図５Ａは図５Ｃの位置ＢＢ’における、接続路の光変調器側端部の断面の概略図、図５Ｂは図５Ｃの位置ＢＢ’における光変調器の接続路側端部の断面の概略図、図５Ｃは接続路で光導波路と光変調器を接続したときの上面の概略図である。
【００２７】
なお、図５Ｃにおいて、位置ＡＡ’より下方が光導波路、位置ＡＡ’と位置ＢＢ’の間が接続路、位置ＢＢ’より上方が光変調器である。
【００２８】
図４Ａに示すように、光導波路には、基板４と、酸化物層５と、ドープ処理したｐドープシリコン層３とで形成されたＳＯＩ基板が設けられている。ｐドープシリコン層３は、リブ形状部３’を有しており、このリブ形状部３’が導波路となっている。そして、光導波路全体は酸化物層５で覆われている。
【００２９】
図４Ｂに示すように、接続路の光導波路側の端部には、基板４と、酸化物層５と、第１のシリコン層３（以下「ドープ処理したｐドープシリコン層」とする）とで形成されたＳＯＩ基板が設けられている。前述の光導波路と同様にＳＯＩ基板のｐドープシリコン層３はリブ形状部３’を有しており、このリブ形状部３’が導波路となっている。さらに、リブ形状部３’の上層であり、かつリブ形状部３’とは間隔を有する位置に第２のシリコン層６（以下「多結晶シリコン層」とする）が設けられている。
【００３０】
図５Ａに示すように、接続路の光変調器側の端部には、光導波路側の端部と同様にＳＯＩ基板のｐドープシリコン層３のリブ形状部３’による導波路が形成されている。リブ形状部３’の上部は多結晶シリコン層６によって覆われている。また、接続路全体が酸化物層５で覆われている。
【００３１】
図５Ｂに示すように、光学装置の１つである光変調器には、基板４と、酸化物層５と、ドープ処理したｐドープシリコン層３とで形成されたＳＯＩ基板が設けられている。ｐドープシリコン層３はリブ形状部３’を有している。また、ｐドープシリコン層３の両側部には、高濃度にドープ処理されたｐ＋ドープシリコン層１２が設けられている。リブ形状部３’の上部にはドープ処理されたｎドープシリコン層１１が設けられており、このｎドープシリコン層は、逆リブ形状部１１’を有している。この２つのリブ形状部３’、１１’により、導波路が形成されている。ｎドープシリコン層１１の側部には高濃度にドープ処理されたｎ＋ドープシリコン層１０が設けられている。そして、ｐ＋ドープシリコン層１２とｎ＋ドープシリコン層１０のそれぞれには電極１７が接続され、電極１７が接続されている部分以外は酸化物層５に覆われている。
【００３２】
次に、図５Ｃに示すように、ｐドープシリコン層３のリブ形状部３’つまり導波路は、光導波路と光変調器との間を、接続路を介して接続されている。接続路内でｐドープシリコン層３のリブ形状部３’、つまり導波路は接続路の長手方向に延びる直線状になっている。また、接続路の光変調器側の端部における多結晶シリコン層６の幅と、光変調器のｎドープシリコン層１１とｎ＋ドープシリコン層１０の合計の幅とが等しくなっている。多結晶シリコン層６は、ｎドープシリコン層１１とｎ＋ドープシリコン層１０とに接続されている。
【００３３】
接続路の多結晶シリコン層６は、接続路の長手方向に延び、一部がリブ形状部３’の上に重なるようにｐドープシリコン層３の上に積層されている。具体的には、多結晶シリコン層６は、光変調器側の端部ではｐドープシリコン層３のリブ形状部３’上を覆っている。また、多結晶シリコン層６は、光導波路側の端部に近づくにつれて、多結晶シリコン層６の一方の側面が他方の側面に近づく、つまり先細になる直線状のテーパー形状部Ｗを有している。そして、多結晶シリコン層６は、テーパー形状部Ｗの途中（中間位置）でｐドープシリコン層３のリブ形状部３’に対して、リブ形状部の上方に重なる相対位置から重ならない相対位置へ移行している。したがって、多結晶シリコン層６は、光導波路側の端部では、ｐドープシリコン層３のリブ形状部の上方から離れた位置に位置している。なお、他方の側面は、光の進行方向に沿う直線状である。
【００３４】
このように多結晶シリコン層６がテーパー形状部Ｗを有する接続路の構成にすることで、ｐドープシリコン層３のリブ形状部３’の上部を多結晶シリコン層６が徐々に覆うようになる。上述したが、導波路の急激な形状変化があると、具体的には、ｐドープシリコン層３と多結晶シリコン層６とが重なり始める位置で両者が直交してしまうと、導波路内を伝播する光はそこで反射をしてしまい、光損失が生じてしまう。関連技術では、上部Ｓｉ層（本実施形態では多結晶シリコン層６に相当）のテーパー形状の先端がある程度広い幅を有することで結合損失が生じていた。しかしながら、本実施形態では多結晶シリコン層６のテーパー形状の先端をｐドープシリコン層３からなる導波路とは間隔を有した位置に設けた。さらに、ｐドープシリコン層３と多結晶シリコン６とが重なり始める位置で両者が直交しないように、徐々に導波路の形状を変化させることで、光損失の発生を低減させることができる。
【００３５】
さらに、多結晶シリコン層６とｐドープシリコン層３の作製誤差により多結晶シリコン層６とｐドープシリコン層３の位置が予定の配置位置よりも前後左右にずれたとしても、作製誤差に比べて多結晶シリコン層６のテーパー形状部Ｗやｐドープシリコン層３のリブ形状部３’は十分に大きい。そのため、多結晶シリコン層６とｐドープシリコン層３との位置ずれに起因する接続路での光損失が生じることがない。
【００３６】
前述した関連技術では、接続路の作製裕度が小さかったため、接続路ごとに光損失が異なってしまうことがあった。しかし、本発明の接続路は非常に作製裕度の高い接続路であるため、製造もしやすく、接続路ごとに光損失が異なることがないため、信頼性が非常に高くなっている。
【００３７】
本発明に係る接続路の第２の実施形態について説明する。なお、光導波路と光変調器の構造は上述の実施形態と同様なので、以下では接続路のみを説明する。
【００３８】
図６Ａ〜図６Ｃは、本発明に係る接続路の第２の実施形態を示した概略図であり、図６Ａは、図６Ｃの位置ＡＡ’における、接続路の光導波路側端部の断面の概略図、図６Ｂは、図６Ｃの位置ＢＢ’における、接続路の光変調器側の端部の断面の概略図、図６Ｃは接続路の上面の概略図である。
【００３９】
なお、実際は図６Ｃにおいて、位置ＡＡ’より下方に光導波路、位置ＢＢ’より上方に光変調器が接続されている。また、上述の実施形態と同様な構成については説明を省略する。
【００４０】
図６Ａに示すように、接続路の光導波路側の端部は、基板４と、酸化物層５と、ドープ処理したｐドープシリコン層３とで形成されたＳＯＩ基板が設けられている。また、ＳＯＩ基板のｐドープシリコン層３はリブ形状部３’を有しており、このリブ形状部３’が導波路となっている。さらに、リブ形状部３’の上層であり、かつリブ形状部３’とは間隔を有する位置に多結晶シリコン層６が設けられている。
【００４１】
図６Ｂに示すように、接続路の光変調器側の端部には、光導波路側の端部と同様にＳＯＩ基板のｐドープシリコン層３のリブ形状部３’により導波路が形成されている。そして、リブ形状部３’の上部は多結晶シリコン層６によって覆われている。そして、接続路全体は酸化物層５で覆われている。
【００４２】
接続路の光導波路側の端部と、光変調器側の端部とで、多結晶シリコン層６は同様の位置に設けられている。光導波路側の端部ではｐドープシリコン層３のリブ形状部３’と多結晶シリコン層６とは重なり合わず間隔を有している。しかしながら、光変調器側の端部ではリブ形状部３’が多結晶シリコン層６の下に位置して重なり合っており、リブ形状部３’は光導波路側の端部と光変調器側の端部とでは異なった位置にある。
【００４３】
図６Ｃに示すように、光変調器側の端部から光導波路側の端部まで多結晶シリコン層６は直線状であり、幅を変化させることなく形成されている。本実施形態では、ｐドープシリコン層３に形成されたリブ形状部３’は、光変調器側の端部と光導波路側の端部では位置が異なる。さらに、光変調器側の端部と光導波路側の端部との間にＳ字形状部Ｘを有している。そして、このｐドープシリコン層３のリブ形状部３’のＳ字形状部Ｘ上において、多結晶シリコン層６が重なるようになっている。
【００４４】
ｐドープシリコン層３のリブ形状部３’のＳ字形状部Ｘと、多結晶シリコン層６の直線状の側部が重なりあうため、光の進行方向に対して垂直にリブ形状部３’と多結晶シリコン層６とが徐々に重なる。そのため、光損失を低減させることができる。また、多結晶シリコン層６とｐドープシリコン層３の作製誤差による位置ずれが生じても、導波路のＳ字形状部Ｘで多結晶シリコン層６とｐドープシリコン層３とが重なり始めればよい。作製誤差による位置ずれに比べ導波路のＳ字状の部分Ｘは大きいため、作製誤差による位置ずれが、光損失を増大させる可能性は低い。したがって、位置ずれにより結合損失が変化することはなく、常に結合損失が一定の接続路となる。このことにより、位置ずれに対して作製裕度が高く、信頼性の高い変調器と導波路の接続路を実現できる。
【００４５】
本発明に係る接続路の第３の実施形態について説明する。なお、光導波路と光変調器の構造は上述の実施形態と同様なので、以下では説明を省略する。
【００４６】
図７Ａ〜図７Ｃは、本発明に係る接続路の第３の実施形態を示した概略図であり、図７Ａは図７Ｃの位置ＡＡ’における、接続路の光導波路側端部の断面の概略図、図７Ｂは図７Ｃの位置ＢＢ’における、接続路の光変調器側端部の断面の概略図、図７Ｃは接続路の上面の概略図である。
【００４７】
なお、実際は図７Ｃにおいて、位置ＡＡ’より下方に光導波路、位置ＢＢ’より上方に光変調器が接続されている。また、上述の実施形態と同様な構成については説明を省略する。
【００４８】
図７Ａに示すように、接続路の光導波路側の端部は、基板４と、酸化物層５と、ドープ処理したｐドープシリコン層３とで形成されたＳＯＩ基板が設けられている。また、ＳＯＩ基板のｐドープシリコン層３はリブ形状部３’を有しており、この部分が導波路となっている。さらに、リブ形状部３’の上層であり、かつリブ形状部３’とは間隔を有する位置に多結晶シリコン層６が設けられている。
【００４９】
図７Ｂに示すように、接続路の光変調器側の端部は、光導波路側の端部と同様にｐドープシリコン層３のリブ形状部３’により導波路が形成されている。そして、リブ形状部３’の上部は多結晶シリコン層６によって覆われている。
【００５０】
光導波路側の端部に比べ光変調器側の端部では、ｐドープシリコン層３のリブ形状部３’は多結晶シリコン層６から離れる方向へ移動している。また、ｐドープシリコン層３のリブ形状部３’とは離れている側の多結晶シリコン層６の側部の位置は変化していない。しかしながら、リブ形状部３’に近い側の端部は、リブ形状部側へ移動し、ｐドープシリコン層３のリブ形状部３’の上部を通過し、リブ形状部３’の上部を覆っている。
【００５１】
図７Ｃに示すように、接続路内において、光変調器側の端部から光導波路側端部へ行くにつれて、ｐドープシリコン層３のリブ形状部３’は、リブ形状部３’とは離れている側の多結晶シリコン層６の側部へ近づくような緩やかなＳ字形状を有している。
【００５２】
接続路の多結晶シリコン層６は、光変調器側の端部ではｐドープシリコン層３のリブ形状部３’上を覆っている。しかし、光導波路側の端部に近づくにつれて、多結晶シリコン層の一方の側面が他方の側面に近づく、つまり先細になる直線状のテーパー形状部Ｙを有している。本実施形態では、多結晶シリコン層６は、テーパー形状部Ｙにおいて、ｐドープシリコン層３のリブ形状部３’の緩やかなＳ字形状の部分に対して、リブ形状部３’の上方に重なる相対位置から重ならない相対位置へ移行している。そして、多結晶シリコン層６の一方の側面に他方の側面が近接する。
【００５３】
第１の実施形態では、リブ形状部３’は直線状であったが、本実施形態では、緩やかなかＳ字形状を有する形状とすることで、多結晶シリコン層６がｐドープシリコン層３のリブ形状部３’上を横切るまでに要する距離が長くなる。つまり、第１の実施形態に比べて本実施形態の方がさらに徐々に導波路の形状が変化しており、より光損失を低減させることができる。
【００５４】
また、作製誤差により生じる位置ずれに対し、ｐドープシリコン層３のリブ形状部３’の緩やかなＳ字形状部、および多結晶シリコン層６のテーパー形状部Ｙは大きいため、作成誤差により光損失が増大することはなく、上述の実施形態と同様に結合損失が一定の接続路となる。したがって、作製裕度が高く、信頼性の高い接続路を実現できる。
【００５５】
本発明に係る接続路の第４の実施形態について説明する。なお、光導波路と光変調器の構造は上述の実施形態と同様なので、以下では説明を省略する。
【００５６】
図８Ａ〜図８Ｃは、本発明に係る接続路の第４の実施形態を示した概略図であり、図８Ａは図８Ｃの位置ＡＡ’における、接続路の光導波路側端部の断面の概略図、図８Ｂは図８Ｃの位置ＢＢ’における、接続路の光変調器側端部の断面の概略図、図８Ｃは接続路の上面の概略図である。
【００５７】
なお、実際は図８Ｃにおいて、位置ＡＡ’より下方に光導波路、位置ＢＢ’より上方に光変調器が接続されている。また、上述の実施形態と同様な構成については説明を省略する。
【００５８】
図８Ａおよび図８Ｂに示すように、本実施形態の接続路の光導波路側の端部の構造と、光変調器側の端部の構造は、上述した第３の実施形態と同様である（図７Ａおよび図７Ｂ参照）。
【００５９】
図８Ｃに示すように、第３の実施形態と同様、接続路内において、光変調器側の端部から光導波路側端部へ行くにつれて、ｐドープシリコン層３のリブ形状部３’は、リブ形状部３’とは離れている側の多結晶シリコン層６の側部へ近づくような緩やかなＳ字形状を有している。
【００６０】
接続路の多結晶シリコン層６は、光変調器側の端部ではｐドープシリコン層３のリブ形状部３’上を覆っており、光導波路側の端部に近づくにつれて、多結晶シリコン層６の一方の側面が他方の側面に近づくテーパー形状部Ｚを有している。第１および第３の実施形態では両側面が直線状のテーパーであったが、本実施形態では一方の側面が曲線状である。より具体的には、光導波路側から光変調器側へ行くにつれて多結晶シリコン層６の幅が徐々に大きくなる曲率の大きな曲線状である。多結晶シリコン層６のテーパー形状部Ｚとリブ形状部３’のＳ字形状部の光導波路側の曲部とは同方向に湾曲しており、多結晶シリコン層６のテーパー形状部Ｚの曲線は、リブ形状部３’の光導波路側の曲部の曲率より、大きな曲率を有している。テーパー形状部Ｚの曲線の曲率が、リブ形状部３’の光導波路側の曲部の曲率より小さいと、多結晶シリコン層６とリブ形状部が重なりづらくなり、作製裕度が小さくなってしまう。また、後述するが、多結晶シリコン層６がリブ形状部３’上に重なり始めてから、すべて重なりきるまでの距離が短くなってしまうため、光損失が生じやすくなる。
【００６１】
第３の実施形態と本実施形態の違いについて説明する。多結晶シリコン層６がｐドープシリコン層３のリブ形状部３’に対してリブ形状部３’の上方に重なる相対位置から重ならない相対位置までの直線距離が同じだと仮定する。しかしながら、本実施形態では多結晶シリコン層６のテーパーが曲線状であるため、多結晶シリコン層６は、より長い距離をかけてリブ形状部３’の上方に重なることになる。導波路の形状は少しずつ変化させたほうが良く、急激な形状の変化は光が反射しやすく、光損失が生じやすい。そのため、多結晶シリコン層６は、第３の実施形態のように直線状のテーパーを有する形状よりも、本実施形態のように曲線状のテーパーを有する形状にしたほうが、光損失を低減させることができる。
【００６２】
また、上述と同様に、作製誤差により生じる位置ずれに対し、ｐドープシリコン層３のリブ形状部３’の緩やかなＳ字形状部、および多結晶シリコン層６のテーパー形状部Ｚの方が大きいため、作製誤差により光損失が増大することはなく、上述の実施形態と同様に結合損失が一定の接続路となる。そのため、作製裕度が高く、信頼性の高い接続路を実現できる。
【００６３】
図９に、光学装置の１つである光変調器の入出力側両方に、接続路を設けたときの上面の概略図を示す。接続路として、上述した第４の実施形態の接続路を用いた。位置ＡＡ’と位置ＢＢ’の間と位置ＣＣ’と位置ＤＤ’の間が接続路であり、位置ＢＢ’と位置ＣＣ’の間が光変調器である。なお、光導波路と光変調器の構造は上述の実施形態と同様なので、以下では説明を省略する。
【００６４】
図中の矢印の方向（左から右）に光が進むと仮定し、説明する。つまり、光変調器のＢＢ’側が入力側であり、ＣＣ’側が出力側である。
【００６５】
接続路は、光変調器を挟んで光の入力側と出力側で、線対称になるように配置する。このような構成にすることで、入出力側、いずれの接続路でも製作誤差によるｐドープシリコン層３のリブ形状部３’と多結晶シリコン層６の水平面上での位置ずれ（図９に向かって上下左右の位置ずれ）に対して、入出力端の両方で作製裕度のある接続構造を実現できる。もちろん、上述のとおり、結合損失が少なく、信頼性が高い構造である。
【００６６】
図１０に、第４の実施形態の接続路を用いたマッハ・ツェンダー干渉計型の光強度変調器の概略図を示す。マッハ・ツェンダー干渉計を利用し、マッハ・ツェンダー干渉計の二本のアームにおける光位相差を干渉させることで、光強度変調信号を得ることが可能である。
【００６７】
位置ＡＡ’と位置ＢＢ’の間と、位置ＣＣ’と位置ＤＤ’の間が接続路であり、位置ＢＢ’と位置ＣＣ’の間が光変調器である。なお、光導波路と光変調器の構造は上述の実施形態と同様なので、以下では説明を省略する。
【００６８】
図中の黒色矢印は、曲線状のテーパーの向きを示している。つまり、光変調器を挟んで、入力側と出力側で線対称になるように接続路が配置される。そして２本のアームは対称ではなく、同様な構成で並列に配置される。
【００６９】
このような構成にすることで、上述した理由と同様に、製作誤差によるｐドープシリコン層３のリブ形状部３’と多結晶シリコン層６の水平面上での位置ずれ（図１０に向かって上下左右の位置ずれ）に対して、入出力端の両方で作製裕度のある接続構造を実現できる。もちろん、上述のとおり、結合損失が少なく、信頼性が高い構造である。
【００７０】
以上述べたとおり、本発明では、ｐドープシリコン層３のリブ形状部３’（導波路）上を多結晶シリコン層６が通過する部分に、関連技術のようにテーパー形状の先端部が位置していない。そのため、テーパー形状の先端部があることにより生じていた光散乱がなくなる。また、製作時の誤差による位置ずれに起因する光損失が生じることもないため、光損失が減り、さらに、作製誤差による位置ずれによる光損失が増減することもないので、信頼性の高い接続路を実現できる。また、同時に、信頼性が高く、光損失の少ない、導波路、接続路、および光学装置を用いた光通信システムも実現することができる。
【００７１】
この出願は、２００９年６月１６日に出願された日本出願特願２００９−１４３４１７を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。
【符号の説明】
【００７２】
３  ｐドープシリコン層（第１のシリコン層）
３’ｐドープシリコン層のリブ形状部（導波路）
４  基板
５  酸化物層
６  多結晶シリコン層（第２のシリコン層）
１０ｎ＋ドープシリコン層
１１ｎドープシリコン層
１１’ｎドープシリコン層のリブ形状部（導波路）
１２ｐ＋ドープシリコン層
１７電極
２０ｎ＋ドープシリコン層
２１ｎドープシリコン層
２１’ｎドープシリコン層のリブ形状部（導波路）
２２ｐ＋ドープシリコン層
２３ｐドープシリコン層
２３’ｐドープシリコン層のリブ形状部（導波路）
２５酸化物層
２７電極
Ｗ，Ｙ，Ｚ  テーパー形状部
Ｘ  Ｓ字形状部
【図１】
2010146926.tif 000003
【図２Ａ】
2010146926.tif 000004
【図２Ｂ】
2010146926.tif 000005
【図３】
2010146926.tif 000006
【図４Ａ】
2010146926.tif 000007
【図４Ｂ】
2010146926.tif 000008
【図５Ａ】
2010146926.tif 000009
【図５Ｂ】
2010146926.tif 000010
【図５Ｃ】
2010146926.tif 000011
【図６Ａ】
2010146926.tif 000012
【図６Ｂ】
2010146926.tif 000013
【図６Ｃ】
2010146926.tif 000014
【図７Ａ】
2010146926.tif 000015
【図７Ｂ】
2010146926.tif 000016
【図７Ｃ】
2010146926.tif 000017
【図８Ａ】
2010146926.tif 000018
【図８Ｂ】
2010146926.tif 000019
【図８Ｃ】
2010146926.tif 000020
【図９】
2010146926.tif 000021
【図１０】
2010146926.tif 000022
【国際調査報告】
2010146926.tif 000023
2010146926.tif 000024
2010146926.tif 000025
2010146926.tif 000026