(57)【要約】  本発明は、上部クラッド２４の少なくとも光導波路コア２３と重なり合う領域の体積平均屈折率が、下部クラッド２２の少なくとも光導波路コア２３と基板２１との間の領域の体積平均屈折率よりも大きくされる。
2009063942.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に第一のクラッド、光導波路コア及び第二のクラッドがこの順に積層され、
前記第二のクラッドの少なくとも前記光導波路コアと重なり合う領域が、前記第一のクラッドの少なくとも前記光導波路コアと前記基板との間の領域の体積平均屈折率よりも体積平均屈折率が大きい材料によって形成された、光導波路。
【請求項２】
前記光導波路コアは前記第一のクラッドの表面上に形成され、
前記第二のクラッドは、体積平均屈折率が前記第一のクラッドの体積平均屈折率よりも大きい材料によって、前記光導波路コアの側面及び表面を覆って形成された、請求の範囲第１項に記載の光導波路。
【請求項３】
前記光導波路コア及び前記第二のクラッドをそれぞれ構成する材料の組成がＳｉＯxＮy、（ｘ、ｙ＝０〜１）であり、前記第一のクラッドを構成する材料がＳｉＯ2である、請求の範囲第２項に記載の光導波路。
【請求項４】
前記第一のクラッドの体積平均屈折率に対する前記第二のクラッドの体積平均屈折率の値が１．５倍以上である、請求の範囲第３項に記載の光導波路。
【請求項５】
前記光導波路コアは、前記基板の面に平行で光導波方向を横切る方向の長さが、前記基板の面に垂直な方向の長さの１．５倍以上、２．５倍以下に形成された、請求の範囲第４項に記載の光導波路。
【請求項６】
前記光導波路コアの屈折率をｎC、前記第一のクラッドの屈折率をｎL、前記第二のクラッドの屈折率をｎU、前記光導波路コアと前記第一のクラッドとの屈折率差をΔｎL＝（ｎC2−ｎL2）／（２×ｎC2）、前記光導波路コアと前記第二のクラッドとの屈折率差をΔｎU＝（ｎC2−ｎU2）／（２×ｎC2）としたとき、前記光導波路コアと前記第二のクラッドとの屈折率差ΔｎUと前記光導波路コアと前記第一のクラッドとの屈折率差ΔｎLとの比ΔｎU／ΔｎL×１００が４０％以上、６０％以下である、請求の範囲第５項に記載の光導波路。
【請求項７】
ＬＳＩチップ間が光回路を介して接続される、ＬＳＩチップ間の光インターコネクション用の光通信デバイスであって、前記光回路の少なくとも一部に請求の範囲第１項に記載の光導波路が用いられた、ＬＳＩチップ間光インターコネクション用光通信デバイス。
【請求項８】
１つのＬＳＩチップ内に電子回路及び光回路が集積された、ＬＳＩオンチップの光インターコネクション用の光通信デバイスであって、前記光回路の少なくとも一部に請求の範囲第１項に記載の光導波路が用いられた、ＬＳＩチップ間光インターコネクション用光通信デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微小な光回路内における光導波路の構造に関する。特に、本発明は、基板上に形成された細線光導波路の構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＬＳＩ内光配線技術は、Ｓｉフォトニクスによって低コストと高い量産性を実現するとともに大容量伝送及び高機能化を実現する手段として、検討が進められている。屈折率差が大きな材料を用いた光導波路を利用した光デバイスを実現すれば、従来型よりも微小かつ低消費電力の光通信デバイスを実現できる。【０００３】
高屈折率差の材料を用いた光導波路としては、Ｓｉ基板上のＳｉを光導波路コアとして利用する構造（L.  Pavesi  and  D.  J.  Lockwood編「SiliconPhotonics」Springer,2003年、pp．269-271.（文献１）  参照）が知られている。代表的な光導波路としては、リッジ導波路、リブ導波路、細線導波路、フォトニック結晶線欠陥導波路が知られている。また、ＧａＡｓなどの化合物半導体が用いられた光導波路に関する技術もたくさん提案されている（S.  Noda  and  T.  Baba編「Roadmap  onPhotonic  Crystals」,  Kluwer  Academic  Publishers,  2003年,  pp.45-49.  （文献２）参照）。【０００４】
このような光導波路は、デバイスとして導波路そのものが機能を有する場合や、微小光回路上に集積化された様々な機能素子（発光素子、受光素子、光分岐素子、光結合素子、光分波素子、光合波素子、光変調素子、光スイッチング素子、光メモリ素子、光バッファ素子など）の間をつなぐ光配線素子として使われる場合も多い。そのような観点から考えると、これら各種の機能素子を接続する光導波路や、導波路そのものが機能デバイスとして働く導波路デバイスにおいて、光導波路を伝搬する電磁場モードがスムーズに伝播して、光導波路そのものが低伝搬損失であることは、光導波路を有するあらゆる光デバイスにおいて極めて重要である。【０００５】
そのような観点からこれまでは、様々な材料系の導波路において、材料そのものの吸収によって伝搬損失を低減する技術（G.-L.  Bona,  R.  Germann  and  B.  J.Offrein,  “SiON  high-refractive-index  waveguide  and  planar  lightwavecircuits”,  IBM  J.  Res.  &  Dev.  47  (28)  239-249  (2003).（文献３）、  Chung-Yen  Chao  and  L.  JayGuo,”Thermal-flow  technique  for  reducing  surface  roughness  and  controllinggap  size  in  polymer  microring  resonators”,  Applied  Physics  Letters,  84,2479  (2004).（文献４）、  特開平０９−０３３７４２号公報、特開２００４−１４４９３５号公報、特開２００５−０６２５３８号公報参照）、導波路の製造過程で含有されてしまう構造揺らぎを低減する技術（Kevin  K.  Lee,  Desmond  R.  Lim,Lionel  C.  Kimerling,  Jangho  Shin,  and  Franco  Cerrina,  “Fabrication  ofultralow-loss  Si/SiO2  waveguides  by  roughness  reduction”,Optics  Letters,  26,  1888  (2001).（文献５）、  Jun-ichi  Takahashi,  TaiTsuchizawa,  Toshifumi  Watanabe,  and  Sei-ichi  Itabashi,  “Oxidation-inducedimprovement  in  the  sidewall  morphology  and  cross-sectional  profile  of  siliconwire  waveguides”,    Journal  of  Vacuum  Science  &  TechnologyB,22,2522  (2004).（文献６）、  特開２００５−１４０８１５号公報参照）などが提案されている。
【発明の開示】
【０００６】
ところが、上述した文献３〜６や特開平０９−０３３７４２号公報、特開２００４−１４４９３５号公報、特開２００５−０６２５３８号公報、特開２００５−１４０８１５号公報に記載されている、低損失光導波路を実現する技術は、光導波路が通常作製される基板による影響がない場合だけを扱っている。そのため、基板に光導波路の電磁場モードが影響を受けて大きな伝搬損失を生むような場合には、その伝搬損失の増大を防ぐために利用することができない。
【０００７】
一方、ＬＳＩ回路と光導波路とを集積化することを考慮したとき、ＬＳＩ回路に関して埋め込み絶縁膜の薄膜化を図った場合、基板の材料の吸収の影響や、基板の屈折率がクラッドと異なることなどによる影響を無視できなくなる可能性がある。
【０００８】
本発明の目的は、このような課題を解決し、基板と光導波路コアとの間に位置するクラッドの厚さが薄くされた場合であっても、基板の影響による伝搬損失を低減することができる光導波路を提供することである。
【０００９】
本発明の光導波路は、基板上に第一のクラッド（下部クラッド）、光導波路コア及び第二のクラッド（上部クラッド）がこの順に積層されており、第二のクラッドの少なくとも光導波路コアと重なり合う領域が、第一のクラッドの少なくとも光導波路コアと基板との間の領域の体積平均屈折率よりも体積平均屈折率が大きい材料によって形成されている。
【００１０】
なお、本明細書において「上」又は「上部」とは、基板を最下層として水平に配置した場合に、基板から離れる方向を指している。また、「下」又は「下部」とは、基板に近づく方向を指している。
【００１１】
光導波路コアは第一のクラッドの表面上に形成され、第二のクラッドは、体積平均屈折率が第一のクラッドの体積平均屈折率よりも大きい材料を用いて、光導波路コアの側面及び表面を覆って形成されることが望ましい。
【００１２】
光導波路コア及び第二のクラッドをそれぞれ構成する材料の組成がＳｉＯxＮy、（ｘ、ｙ＝０〜１）であり、第一のクラッドを構成する材料がＳｉＯ2であることが望ましい。
【００１３】
また、第一のクラッドの体積平均屈折率に対する第二のクラッドの体積平均屈折率の値が１．５倍以上であることが望ましい。
【００１４】
光導波路コアは、基板の面に平行で光導波方向を横切る方向の長さ（幅）が、基板の面に垂直な方向の長さ（高さ）の１．５倍以上、２．５倍以下に形成されることが望ましい。
【００１５】
光導波路コアの屈折率をｎC、第一のクラッドの屈折率をｎL、第二のクラッドの屈折率をｎU、光導波路コアと第一のクラッドとの屈折率差をΔｎL＝（ｎC2−ｎL2）／（２×ｎC2）、光導波路コアと第二のクラッドとの屈折率差をΔｎU＝（ｎC2−ｎU2）／（２×ｎC2）としたとき、光導波路コアと第二のクラッドとの屈折率差ΔｎUと、光導波路コアと第一のクラッドとの屈折率差ΔｎLとの比ΔｎU／ΔｎL×１００が、４０％以上、６０％以下であることが望ましい。
【００１６】
本発明の光導波路は、ＬＳＩチップ間が光回路を介して接続されるＬＳＩチップ間の光インターコネクション用の光通信デバイスにおける光回路の少なくとも一部に用いることができる。また、１つのＬＳＩチップ内に電子回路及び光回路が集積された、ＬＳＩオンチップの光インターコネクション用の光通信デバイスにおける光回路の少なくとも一部に用いることができる。
【００１７】
本発明によれば、本発明に関連する技術において基板の材料の吸収の影響や基板の屈折率がクラッドと異なることなどの基板の影響によって、光導波路を伝搬する電磁場モードの伝搬損失が増大し、あるいは基板の影響によって漏洩モードになってしまう程度に、基板と光導波路コアとの間に位置する下部クラッドの厚さが薄くされた場合であっても、光導波路コアの反対側に位置する上部クラッドの屈折率を大きく設定することで、伝搬損失を十分に低減することができる。
【００１８】
本発明の光導波路は、伝搬損失を低減し、必要とする光源出力を低減することができるので、ＬＳＩチップ間及びＬＳＩオンチップにおける光インターコネクションに要する消費電力を低減することができる。また、所望の伝搬損失の仕様を実現しようとする場合に、基板と光導波路コアとの間に位置する下部クラッドの厚さをより一層薄くすることができる。このことは、ＬＳＩ回路と光導波路の集積化において、ＬＳＩに関する埋め込み絶縁膜の薄膜化を実現できることを意味している。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】光導波路を作製するために用いるＳｉウェハの一例を示す断面図である。
【図２】光導波路の構造を示す断面図である。
【図３】光導波路の分散関係を示す図である。
【図４】下部クラッドと上部クラッドの屈折率が等しい場合における、基板に垂直方向に対する導波モードの光パワー密度分布を示す図である。
【図５】下部クラッドと上部クラッドとの間に屈折率差が存在する場合における、基板に垂直方向に対する導波モードの光パワー密度分布を示す図である。
【図６】伝搬損失に関する基板−導波路コア間の距離依存性（ＴＥ−ｌｉｋｅモード）を示す図である。
【図７】伝搬損失に関する基板−導波路コア間の距離依存性（ＴＭ−ｌｉｋｅモード）を示す図である。
【図８】伝搬損失に関する導波路コア−クラッド間の屈折率差依存性（ＴＥ−ｌｉｋｅモード）を示す図である。
【図９】伝搬損失に関する導波路コア−クラッド間の屈折率差依存性（ＴＭ−ｌｉｋｅモード）を示す図である。
【図１０】材料組成と材料屈折率との関係を示す図である。
【図１１】ＬＳＩチップ間の光インターコネクション用の光通信デバイスの構成例を示す断面図である。
【図１２】ＬＳＩオンチップの光インターコネクション用の光通信デバイスの構成例を示す断面図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の具体的な実施形態について、図面を参照して説明する。【００２１】
図１は光導波路を作製するために用いられるＳｉウェハの一例を示す断面図である。このＳｉウェハは、Ｓｉ基板１１の上に、酸化絶縁膜のＳｉＯ2層１２を挟み込むような配置でＳｉ層１３が形成された構成である。Ｓｉ層１３の表面は、空気層１４になっている。このようなＳｉウェハは、半導体のスケーリングによる性能の向上を維持するとともにスケーリングに頼らずに性能の向上を実現できるテクノロジーブースタとして知られている。この構成は、膜厚や組成分布に関して高品質であり、比較的大面積な基板を得ることが可能であるので、Ｓｉフォトニクスにおいて各種の光導波路デバイスを作製するための基礎構造体として最もよく用いられている。【００２２】
図２は基板上に形成された光導波路の構造を示す断面図である。図１に示したＳｉウェハのＳｉ基板１１及びＳｉＯ2層１２をそのまま基板２１及び下部クラッド（第１のクラッド）２２として用いて、Ｓｉ層１３を加工して光導波路コア２３を形成し、上部クラッド（第２のクラッド）２４を有限の厚さの積層膜として形成することによって、光導波路が作製される。すなわち、この光導波路は、光導波路コア２３が下部クラッド２２の表面上に形成されており、上部クラッド２４が光導波路コア２３の側面及び表面を覆って形成された構造となる。ここで、光導波路コア２３の幅、すなわち基板２１の面に平行で光導波方向を横切る方向の長さをｗcore、光導波路コア２３の高さ、すなわち基板２１の面に垂直な方向の長さをｈcore、下部クラッド２２の高さ、すなわち基板２１と光導波路コア２３との間隔をｈをする。上部クラッド２４の材料としては、体積平均屈折率が下部クラッド２２の体積平均屈折率よりも大きい材料が用いられる。【００２３】
図３に、光導波路の分散関係を示す。縦軸は規格化導波路屈折率を示し、横軸は波長を示している。ここでは、図２に示した光導波路構造において、光導波路コア２３の幅ｗcore、＝２．２μｍ、高さｈcore＝１．１μｍ、光導波路コア２３と上下クラッド２２、２４との屈折率差Δｎを２．７％に設定した。下部クラッド２２及び上部クラッド２４の膜厚は十分に大きくした（上下左右対称な導波路構造）。長波長側から０次モード、１次モード、２次モード・・と名前をつけたときに、０次〜２次モードまでをＴＥ−ｌｉｋｅモードとＴＭ−ｌｉｋｅモードの両方について示す。なお、ＴＥ−ｌｉｋｅモードとは、基板に垂直方向に法線を有する鏡映面に関する対称操作において、偶のパリティをもつモードを指している。また、ＴＭ−ｌｉｋｅモードとは、奇のパリティをもつモードをいう。さらに０次から２次のモードに関してのみ言えば、基板に平行な方向の電場成分及び基板に垂直な方向の磁場成分が大きい電磁場モードがＴＥ−ｌｉｋｅモードである。また、基板に垂直な方向の電場成分及び基板に平行な方向の磁場成分が大きい電磁場モードがＴＭ−ｌｉｋｅモードである。ＴＥ−ｌｉｋｅモードとＴＭ−ｌｉｋｅモードはほとんど差がなく、分散関係が重なって示されている。【００２４】
図４は、下部クラッド２２と上部クラッド２４の屈折率が等しい場合について、基板２１に垂直な方向における導波モードの光パワー密度分布を示す図である。波長は８５０ｎｍとし、ＴＥ−ｌｉｋｅモードとＴＭ−ｌｉｋｅモードの両方の０次モードについて示す。図４における横軸は光導波路の高さ方向（基板２１に垂直な方向）における位置を示し、「ゼロ」の位置は、光導波路コア２３の中心を示す。導波モードの光パワー密度分布は、光導波路の上下クラッドの領域において対称であり、指数関数的な減衰を示すことがわかる。【００２５】
図５は、上部クラッド２４の体積平均屈折率が下部クラッド２２の体積平均屈折率よりも大きい場合について、図４と同様の光パワー密度分布を示す図である。ここで、光導波路コア２３の屈折率をｎC、下部のクラッド２２の屈折率をｎL、上部クラッド２４の屈折率をｎU、光導波路コア２３と下部クラッド２２との屈折率差をΔｎL＝（ｎC2−ｎL2）／（２×ｎC2）、光導波路コア２３と上部クラッド２４との屈折率差をΔｎU＝（ｎC2−ｎU2）／（２×ｎC2）とし、光導波路コア２３と上部クラッド２４との屈折率差ΔｎUと、光導波路コア２３と下部のクラッド２２との屈折率差ΔｎLとの比ΔｎU／ΔｎL×１００が３７％である例を実線で示す。また、ΔｎU／ΔｎL×１００が１００％である場合における分布、すなわち図４と同じ分布を比較のために破線で示す。
【実施例１】
【００２６】
図６は伝搬損失に関する基板−光導波路コア間の距離依存性を示す図であり、図２における下部クラッド２２の高さｈを変化させたときの、図２に示した光導波路構造におけるＴＥ−ｌｉｋｅモードの０次の導波モードの伝搬損失を示す。ここでは、光導波路コア２３と上部クラッド２４との屈折率差ΔｎUと、光導波路コア２３と下部のクラッド２２との屈折率差ΔｎLとの比ΔｎU／ΔｎL×１００が、１００％、７５％及び５０％である場合をそれぞれ示している。波長は８５０ｎｍである。【００２７】
波長が８５０ｎｍの場合には、基板２１を形成するＳｉが電磁場を吸収し、Ｓｉの屈折率が下部クラッド２２の屈折率よりも大きいので、基板２１と光導波路コア２３の底面までの距離（＝下部クラッド２２の高さｈ）が小さくなったときに、伝搬損失が急激に増大する。一方、上部クラッド２４の屈折率を増大させたとき、ΔｎU／ΔｎLが小さくなり、同じ値のｈに対してΔｎU／ΔｎLが小さくなるのに従って、伝搬損失が小さくなっている。【００２８】
このように、上部クラッド２４の屈折率を、下部クラッド２２の屈折率よりも大きくすることで、基板２１による損失が軽減されて、更に低導波路損失の光導波路を実現できる。
【実施例２】
【００２９】
図７は、下部クラッドの高さｈに対する伝搬損失の変化を示す図である。図７は、図２における下部クラッド２２の高さｈを変化させたときに、図２に示した光導波路構造において、ＴＭ−ｌｉｋｅモードにおける０次の導波モードの伝搬損失を示す。ここでも図６と同様に、屈折率差ΔｎU、ΔｎLの比ΔｎU／ΔｎL×１００が、１００％、７５％及び５０％である場合をそれぞれ示す。波長は８５０ｎｍである。【００３０】
ＴＭ−ｌｉｋｅモードにおいてもＴＥ−ｌｉｋｅモードと同様に、基板２１のＳｉが電磁場を吸収し、下部クラッド２２の高さｈが小さくなったときに、伝搬損失が急激に増大する。一方、上部クラッド２４の屈折率を増大させたとき、ΔｎU／ΔｎLが小さくなり、同じ値のｈに対してΔｎU／ΔｎLが小さくなるのに従って伝搬損失が小さくなっている。【００３１】
このように、上部クラッド２４の屈折率を下部クラッド２２の屈折率よりも大きくすることで、基板２１による損失が軽減されて、更に低導波路損失の光導波路を実現できる。
【実施例３】
【００３２】
図８はΔｎU／ΔｎLに対する伝搬損失の変化を示す図であり、下部クラッド２２の高さｈ＝２μｍにされ、図２で示した光導波路構造においてＴＥ−ｌｉｋｅモードにおける０次の導波モードの伝搬損失を示す。ここで、図２に示した上部クラッド２４の厚さは、導波路コア２２の直上において３．５μｍにされ、波長は８５０ｎｍに設定した。【００３３】
上部クラッド２４の屈折率を増大させたときにΔｎU／ΔｎLが小さくなり、ΔｎU／ΔｎLが５０％以上、１００％以下の領域ではΔｎU／ΔｎLが小さくなるに従って伝搬損失が減少しており、本発明の効果がみてとれる。ΔｎU／ΔｎLを更に小さくした領域では、図５に示したように、上部クラッド２４への電磁場モードの光パワー密度分布が大きくなるので、上部クラッド２４の影響が顕著に現れて、図８中のデータ点に示すエラー・バー（伝搬損失の揺らぎの幅）が大きくなるとともに、伝搬損失が増大に転じてしまう。このことから、ΔｎU／ΔｎLには最適値が存在しており、ΔｎU／ΔｎL×１００＝４０％以上、６０％以下が最適であると考えられる。【００３４】
このように、上部クラッド２４の屈折率を下部クラッド２２の屈折率よりも高くし、かつ、その値を最適値（ΔｎU／ΔｎL×１００＝４０％以上、６０％以下）とすることによって、基板による損失が軽減されて、更に低導波路損失の光導波路を実現できる。
【実施例４】
【００３５】
図９はΔｎU／ΔｎLに対する伝搬損失の変化を示す図であり、下部クラッド２２の高さｈ＝２μｍとし、図２で示した光導波路構造におけるＴＭ−ｌｉｋｅモードの０次の導波モードの伝搬損失を示す。ここで、図２における上部クラッド２３の厚さは、導波路コア２２の直上において４μｍにされ、波長は８５０ｎｍに設定した。【００３６】
上部クラッド２４の屈折率を増大させたときにΔｎU／ΔｎLが小さくなり、ΔｎU／ΔｎLが５０％以上、１００％以下の領域ではΔｎU／ΔｎLが小さくなるに従って伝搬損失が減少しており、本発明の効果がみてとれる。ΔｎU／ΔｎLを更に小さくした領域では、図５に示したように上部クラッド２４への電磁場モードの光パワー密度分布が大きくなるので、上部クラッド２４の影響が顕著に現れて、図９中のデータ点に示すエラー・バー（伝搬損失の揺らぎの幅）が大きくなってしまう。このことから、ΔｎU／ΔｎLには最適値が存在しており、ΔｎU／ΔｎL×１００＝４０％以下、６０％以下の範囲が最適であると考えられる。【００３７】
このように、上部クラッド２４の屈折率を下部クラッド２２の屈折率よりも高くし、かつ、その値を最適値（ΔｎU／ΔｎL×１００＝４０％以上、６０％以下）とすることによって、基板による損失が軽減されて、更に低導波路損失の光導波路を実現できる。【００３８】
図１０は、材料組成と材料屈折率との関係を示す図（H.Baumann  and  R.E.Sah,  Journal  ofVacuum  Science  &  Technology  A,  vol.23,  no.3,  pp.545-550  (2005),  Fig.8  （文献７）参照）である。図１０は、屈折率の変化が、材料の組成の変化によって実現できることを示している。つまり、ＳｉＯＮ膜のＳｉ、Ｏ、Ｈ、Ｎの組成の変化に応じて、屈折率を変化させることができる。【００３９】
なお、光導波路コア２３及び上部クラッド２４をそれぞれ構成する材料の組成はＳｉＯxＮy、（ｘ、ｙ＝０〜１）であり、下部クラッド２２を構成する材料がＳｉＯ2であることが望ましい。
【実施例５】
【００４０】
図１１は、本発明の光導波路を利用したＬＳＩチップ間の光インターコネクション用の光通信デバイスの構成例を示す断面図である。この光通信デバイスは、ＬＳＩチップ間が光回路を介して接続される構成であり、ＬＳＩ搭載ボード１１０１と、フォトダイオード／光源搭載ボード１１０２とを備えている。ＬＳＩ搭載ボード１１０１には、フォトダイオード／光源搭載ボード１１０２との間で光信号の入出力を行うために、凹面鏡１１０３、光信号出力光導波路１１０４及び光信号入力光導波路１１０５を備えている。フォトダイオード／光源搭載ボード１１０２には、モノリシックに形成された光源用電気配線層１１０６、フォトダイオード用電気配線層１１０７、ＶＣＳＥＬ（面発光レーザ）光源１１０８及びフォトダイオード１１０９を備えている。ＶＣＳＥＬ光源１１０８及びフォトダイオード１１０９に供給される電力は、ＬＳＩパッケージ１１１０内の回路から電気配線ビア１１１１、１１１２を介して供給される。光信号出力光導波路１１０４及び光信号入力光導波路１１０５の少なくとも一部に、本発明の光導波路が用いられる。【００４１】
光導波路部分に本発明を適用することにより、必要とする光源出力が小さくなるので、ＬＳＩ搭載ボード上におけるチップ間の光インターコネクションに要する消費電力が低減される。
【実施例６】
【００４２】
図１２は本発明の光導波路を利用したＬＳＩオンチップの光インターコネクション用の光通信デバイスの構成例を示す断面図である。この光通信デバイスは、図２に示した構造における光導波路の一部に光検出器が設けられて構成された光配線層１２０１を、充填層１２０２を介してＬＳＩチップ（ＬＳＩ層１２０３）に貼り合せて構成されている。ここでは、光検出器として、光導波路コア２３の一部に沿って半導体吸収層１２０４及び電極１２０５が設けられた構造のＭＳＭ（金属／半導体／金属）型光検出器を示す。電極１２０５は、下部クラッド２２と上部クラッド２４との間に設けられた電極パッド１２０６、及び上部クラッド２４に設けられた電気接続ビア１２０７を介して、上部クラッド２４の表面に設けられた電気接続パッド１２０８に電気的に接続されている。ＬＳＩ層１２０３は、Ｓｉ基板１２１１上に、トランジスター１２１２、Ｃｕビア配線１２１３及びＬＳＩ電極パッド１２１４を備えている。【００４３】
この構造において、光導波路コア２３を伝搬する光信号は、半導体吸収層１２０４に吸収されて電気信号に変換され、電極１２０５、電極パッド１２０６、電気接続ビア１２０７、ＬＳＩ電極パッド１２１４及びＣｕビア配線１２１３を介して、トランジスター１２１２に入力される。【００４４】
多層配線を含むＬＳＩチップ上の配線が、ＬＳＩ電極パッド、電気接続パッド、電気接続ビアを介して、光配線層の電極パッドと相互に接続されている。【００４５】
光配線層１２０１の光導波路部分に本発明を適用することによって、必要とする光源出力が小さくなるので、ＬＳＩチップ内のインターコネクションに要する消費電力が低減される。【００４６】
以上の各実施例では、単純に説明するために、光導波路コアの側面及び上面が上部クラッドで覆われ、この上部クラッドに屈折率分布が存在しない構成について説明した。本発明はこのような実施例に限定されるものではなく、上部クラッドにおける少なくとも光導波路コアと重なり合う領域の体積平均屈折率が、下部クラッドにおける少なくとも光導波路コアと基板との間の領域の体積平均屈折率よりも大きくされる構成であれば、どのような構造に対しても同様に適用することができる。【００４７】
以上、実施形態を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記実施形態に限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、本願発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。【００４８】
この出願は、２００７年１１月１６日に出願された日本出願願番２００７−２９７６５０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。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【手続補正書】
【提出日】平成21年2月5日(2009.2.5)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に第一のクラッド、光導波路コア及び第二のクラッドがこの順に積層され、
前記第二のクラッドの少なくとも前記光導波路コアと重なり合う領域が、前記第一のクラッドの少なくとも前記光導波路コアと前記基板との間の領域の体積平均屈折率よりも体積平均屈折率が大きい材料によって形成された、光導波路。
【請求項２】
前記光導波路コアは前記第一のクラッドの表面上に形成され、
前記第二のクラッドは、体積平均屈折率が前記第一のクラッドの体積平均屈折率よりも大きい材料によって、前記光導波路コアの側面及び表面を覆って形成された、請求の範囲第１項に記載の光導波路。
【請求項３】
前記光導波路コア及び前記第二のクラッドをそれぞれ構成する材料の組成がＳｉＯｘＮｙ、（ｘ、ｙ＝０〜１）であり、前記第一のクラッドを構成する材料がＳｉＯ２である、請求の範囲第２項に記載の光導波路。
【請求項４】
前記第一のクラッドの体積平均屈折率に対する前記第二のクラッドの体積平均屈折率の値が１．５倍以上である、請求の範囲第３項に記載の光導波路。
【請求項５】
前記光導波路コアは、前記基板の面に平行で光導波方向を横切る方向の長さが、前記基板の面に垂直な方向の長さの１．５倍以上、２．５倍以下に形成された、請求の範囲第４項に記載の光導波路。
【請求項６】
前記光導波路コアの屈折率をｎＣ、前記第一のクラッドの屈折率をｎＬ、前記第二のクラッドの屈折率をｎＵ、前記光導波路コアと前記第一のクラッドとの屈折率差をΔｎＬ＝（ｎＣ２−ｎＬ２）／（２×ｎＣ２）、前記光導波路コアと前記第二のクラッドとの屈折率差をΔｎＵ＝（ｎＣ２−ｎＵ２）／（２×ｎＣ２）としたとき、前記光導波路コアと前記第二のクラッドとの屈折率差ΔｎＵと前記光導波路コアと前記第一のクラッドとの屈折率差ΔｎＬとの比ΔｎＵ／ΔｎＬ×１００が４０％以上、６０％以下である、請求の範囲第５項に記載の光導波路。
【請求項７】
ＬＳＩチップ間が光回路を介して接続される、ＬＳＩチップ間の光インターコネクション用の光通信デバイスであって、前記光回路の少なくとも一部に請求の範囲第１項に記載の光導波路が用いられた、ＬＳＩチップ間光インターコネクション用光通信デバイス。
【請求項８】
１つのＬＳＩチップ内に電子回路及び光回路が集積された、ＬＳＩオンチップの光インターコネクション用の光通信デバイスであって、前記光回路の少なくとも一部に請求の範囲第１項に記載の光導波路が用いられた、ＬＳＩオンチップ光インターコネクション用光通信デバイス。
【国際調査報告】
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