(57)【要約】本発明は、シリコン基板（１）上にシリコン酸化物クラッド（２，４）を持つシリコン導波路（３）を提供する。導波路の長さに沿って予め定められた位置に、金属酸化物半導体（ＭＯＳ）構造が形成される。ポリシリコン層または任意の他の導電層（５）は上部クラッド（４）の上に堆積されパターン化され、電気接点が基板（１）、シリコン導波路（３）、およびポリシリコン層（５）に形成される。基板（１）、シリコン導波路（３）、およびポリシリコン層（５）を含むグループからの層のうち少なくとも二つの間に電位差を印加すると、シリコン導波路（３）の最上層および／または底層の自由キャリア濃度が電界によって変化する。電界の変化は結果的に屈折率の変化を生じ、屈折率の変化は導波路（３）を伝搬する光モードの変化を引き起こす。伝搬は電界の変化を制御することによって制御され、イオン注入（６）またはフォトキャリアの捕獲により誘発される導波路（３）の光学特性の局所変化によって増強することができる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
導波路の長さに沿って予め定められた位置に形成される金属酸化物半導体（ＭＯＳ）構造を有するシリコン基板上にシリコン酸化物クラッドを持つシリコン導波路であって、前記ＭＯＳ構造は：
ａ．シリコン基板；
ｂ．前記基板の少なくとも前記導波路の下の部分を被覆する下部シリコン酸化物クラッド層；
ｃ．前記下部シリコン酸化物クラッド層の上に形成されたシリコン層内に形成された前記シリコン導波路；
ｄ．前記導波路を被覆する上部シリコン酸化物クラッド層；
ｅ．前記上部クラッドの上に堆積されかつパターン化されたポリシリコン層または任意の他の導電層；
ｆ．前記基板、前記シリコン導波路、および前記ポリシリコン層の電気接点；および
ｇ．任意選択的に保護誘電層；
を含み、
前記基板、前記シリコン導波路、および前記ポリシリコン層を含むグループからの層のうち少なくとも二つの間に電位差を印加すると、前記シリコン導波路の最上層および／または底層の自由キャリア濃度が電界によって変化し、結果的に屈折率の変化を生じ、屈折率の前記変化は前記導波路を伝搬する光モードの変化を引き起こし、前記伝搬は前記電界の前記変化を制御することによって制御されるシリコン導波路。
【請求項２】
シリコン基板、下部シリコン酸化物クラッド層、および前記導波路が形成されるシリコン層が、シリコン・オン・インシュレータ（ＳＯＩ）構造を構成する請求項１記載のシリコン導波路。
【請求項３】
前記導波路を伝播する光モードの電界を用いた変化は、導波路の光学特性の追加的な所定の局所変化によって増強することができる請求項１記載のシリコン導波路。
【請求項４】
所定の局所変化は以下を含むグループから選択される方法によって達成される請求項３記載のシリコン導波路：
ａ．ウェハ処理中のリソグラフィ制御イオン注入；および
ｂ．後で既存のトラップに捕獲される完成したＭＯＳ構造におけるレーザ干渉空間変調内部光電子放出。
【請求項５】
導波路の光学特性の追加的な所定の局所変化は、前記導波路の長さに沿って形成されるＭＯＳ構造の各々に対して異なることができる請求項３記載のシリコン導波路。
【請求項６】
既存のトラップが酸化物−窒化物−酸化物誘電性構造である請求項４記載のシリコン導波路。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかに記載の導波路を含む電気光学デバイス。
【請求項８】
前記デバイスは以下を含むグループから選択される請求項７記載の電気光学デバイス：
ａ．マッハ−ツェンダ干渉計；および
ｂ．ブラッグ反射器。
【請求項９】
前記デバイスが光通信システムで必要な波長選択的機能のいずれをも実行することができ、前記機能は以下を含むグループから選択される請求項７記載の電気光学デバイス：
ａ．変調；
ｂ．復調；
ｃ．多重化；
ｄ．逆多重化；
ｅ．スイッチング；および
ｆ．経路指定。
【請求項１０】
導波路を伝搬する複数の光モードから選択された異なる光モードの変化を誘発するように各々設計された複数のブラッグ反射器から構成される請求項７記載の電気光学デバイス。
【請求項１１】
以下のステップを含む、請求項１〜６のいずれかに記載の導波路を作製するための方法：
ａ．適切な層厚さのＳＯＩウェハを選択する；
ｂ．薄い熱酸化物の成長；
ｃ．薄い窒化物の堆積；
ｄ．導波路パターンのフォトリソグラフィ；
ｅ．窒化物のエッチング；
ｆ．シリコンの局所的酸化またはトレンチ分離による導波路パターンの画成；
ｇ．頂部窒化物および酸化物の除去；
ｈ．ゲート酸化物の成長；
ｉ．コンタクト領域を含む周期的Ｎ＋インプラントのフォトリソグラフィ；
ｊ．ヒ素のイオン注入；
ｋ．ポリシリコン堆積；
ｌ．ポリシリコンドーピング；
ｍ．ゲート電極のフォトリソグラフィ；および
ｎ．コンタクト、メタライズ、およびパッシベーションの標準的ステップを続ける。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電気光学デバイスの分野に関する。さらに詳しくは、それはシリコン上にモノリシックに作製された電気光学デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
光電気通信システムの分野の急速な発展における重要な欠落要素は、構造全体が、導波路および制御手段の両方とも、現在の超大規模集積（ＶＬＳＩ）技術と完全に互換性のある技法を使用することによってシリコンからモノリシックに形成される、スラブ導波路を伝搬する光モードを直接電気的に制御するための手段の存在である。
【０００３】
そのような解決策を提供するために必要な基本的効果は公知であり、媒体中を伝搬する電磁波の波動特性に対する媒体の屈折率の影響に基づく。金属酸化物半導体（ＭＯＳ）構造においてシリコンの屈折率に対する自由キャリアの影響は、電子反射率効果を介して実証された［Ｊ．Ａ．Ｂａｔｉｓｔａ、Ａ．Ｍ．Ｍａｎｓａｎａｒｅｓ、Ｅ．Ｃ．ｄａＳｉｌｖａ、「Ｐｈｏｔｏｔｈｅｒｍａｌ  ａｎｄ  Ｅｌｅｃｔｒｏｒｅｆｌｅｃｔａｎｃｅ  ｉｍａｇｅｓ  ｏｆ  ｂｉａｓｅｄ  ｍｅｔａｌ−ｏｘｉｄｅ−ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  ｆｉｅｌｄ−ｅｆｆｅｃｔ  ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒｓ：Ｓｉｘ  ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ  ｋｉｎｄｓ  ｏｆ  ｓｕｂｓｕｒｆａｃｅ  ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ」、Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．８２（１）、ｐｐ４２３−４２６  Ｊｕｌｙ（１９９７）］。また、自由キャリアの注入に基づくマッハ−ツェンダ変調器も示された［Ｇ．Ｖ．Ｔｒｅｙｚ、Ｐ．Ｇ．Ｍａｙ、Ｊｅａｎ−Ｍａｒｃ  Ｈａｌｂｏｕｔ、「Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ  ｗａｖｅｇｕｉｄｅ  ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒｓ  ｂａｓｅｄ  ｏｎ  ｔｈｅ  ｐｌａｓｍａ  ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ  ｅｆｆｅｃｔｓ」、Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．５９（７）、ｐｐ７７１−７７３  Ａｕｇｕｓｔ（１９９１）］。加えて、自由キャリアの注入は波長の逆多重化に利用されてきた［Ｂａｏｊｕｎ  Ｌｉら、「Ｙ−Ｂｒａｎｃｈ  １．３／１．５５μｍ  ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  ｄｅｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｒ  ｂａｓｅｄ  ｏｎ  ｔｈｅ  ｐｌａｓｍａ  ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ  ｅｆｆｅｃｔ」、Ｔｈｉｎ  Ｓｏｌｉｄ  Ｆｉｌｍｓ  ３６９、ｐｐ４１９−４２２（２０００）］。しかし、ＭＯＳキャパシタ構造におけるプラズマ分散効果の光導波路のモード制御への利用に関する従来の研究を発明者らは知らない。
【０００４】
したがって、本発明の目的は、シリコン基板上にモノリシックに形成されたスラブ導波路を伝搬する光モードの電気的制御のための電気光学デバイスを提供することである。
【０００５】
本発明の別の目的は、その生産が充分に確立されたシリコン技術に完全に基づく電気光学デバイスを提供することである。
【０００６】
本発明のさらに別の目的は、ギガヘルツ周波数で動作する電気光学デバイスを提供することである。
【０００７】
本発明のさらなる目的は、生産コストが比較的低い電気光学デバイスを提供することである。
【０００８】
本発明のさらに別の目的は、シリコン基板上にモノリシックに形成されたスラブ導波路を伝搬する光モードの電気的制御のための電気光学デバイスをモノリシックに生産する方法を提供することである。
【０００９】
本発明のさらなる目的および利点は、説明が進むにつれて明らかになるであろう。
【発明の開示】
【００１０】
本発明は、金属酸化物半導体（ＭＯＳ）構造における電界効果に基づいてシリコン導波路を伝搬する光モードを制御する電気光学デバイスを提供することに関係する。本発明のデバイスは、現在のシリコンＳＯＩ（シリコン・オン・インシュレータ）ＣＭＯＳ（相補型金属酸化物半導体）技術と完全に互換性がある。該デバイスの基本構造は、シリコン酸化物クラッドを持つシリコン導波路である。上部クラッドの上に、ポリシリコン層が堆積され、パターン化される。こうして、導波路に沿って、導波路のセグメント全体にＭＯＳキャパシタが形成される。シリコン導波路とポリシリコンゲート電極との間に電位差を印加すると、ＭＯＳキャパシタの電界誘導充電によって、自由キャリア濃度の空間変調が生じる。シリコンの屈折率は自由キャリア濃度に依存するので、結果的に得られる構造は、特定のセクションに屈折率の摂動を含む電気的に切替え可能な導波路となる。
【００１１】
電界効果は、導波路の光学特性の追加的な所定の局所変化によって増強することができる。これらの変化は、ウェハ処理中のリソグラフィ制御イオン注入のような幾つかの方法によって、または後でＭＯＳ絶縁層の酸化物−窒化物−酸化物（ＯＮＯ）構造のような既存のトラップに捕獲される、完成したＭＯＳ構造におけるレーザ干渉空間変調内部光電子放出によって達成される［Ｅ．Ｓｕｚｕｋｉ、Ｈ．Ｈｉｒａｉｓｈｉ、Ｋ．Ｉｓｈｉｉ、およびＹ．Ｈａｙａｓｈｉ、「Ａ  Ｌｏｗ−Ｖｏｌｔａｇｅ  Ａｌｔｅｒａｂｌｅ  ＥＥＰＲＯＭ  ｗｉｔｈ  Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ−Ｎｉｔｒｉｄｅ−Ｏｘｉｄｅ−Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ（ＭＯＮＯＳ）Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ」、ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ  ｏｎ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｄｅｖｉｃｅｓ、Ｖｏｌ．ＥＤ−３０、Ｎｏ．２、Ｆｅｂｒｕａｒｙ  １９８３、ｐｐ．１２２−１２８］。
【００１２】
本発明の構造を利用しているデバイスの例として、マッハ−ツェンダ干渉計およびブラッグ反射器がある。第一のデバイスは変調器またはスイッチとして働き、第二のデバイスは、印加電圧ならびにイオン注入または電荷捕捉の周期性および長さに応じて、非常に波長選択的である。ブラッグ反射器は、例えば波長依存性光スイッチの主要な要素である。本発明のデバイスは、導波路が異なる波長の光信号を伝えることを可能にする。本発明のデバイスは、適切なセクションをスイッチオンすることによって、一つのチャネルだけが反射する一方、その他のチャネルは邪魔されない状態が続くので、高密度波長分割多重化（ＤＷＤＭ）が可能である。
【００１３】
第一の態様では、本発明は、シリコン基板上にシリコン酸化物クラッドを持つシリコン導波路を提供することに向けられる。導波路の長さに沿って予め定められた位置に、次の層を含む金属酸化物半導体（ＭＯＳ）構造が形成される。
ａ．シリコン基板
ｂ．基板の少なくとも導波路の下の部分を被覆する下部シリコン酸化物クラッド層
ｃ．下部シリコン酸化物クラッド層の上に形成されたシリコン層内に形成されたシリコン導波路
ｄ．導波路を被覆する上部シリコン酸化物クラッド層
ｅ．上部クラッドの上に堆積されパターン化されたポリシリコン層または任意の他の導電層
ｆ．基板、シリコン導波路、およびポリシリコン層の電気接点
ｇ．任意選択的に保護誘電層
【００１４】
基板、シリコン導波路、およびポリシリコン層を含むグループからの層のうち少なくとも二つの間に電位差を印加すると、シリコン導波路の最上層および／または底層の自由キャリア濃度が電界によって変化する。電界の変化は結果的に屈折率の変化を生じ、屈折率の変化は導波路を伝搬する光モードの変化を引き起こす。伝搬は電界の変化を制御することによって制御される。
【００１５】
本発明の好適な実施形態では、シリコン基板、下部シリコン酸化物クラッド層、および導波路が形成されるシリコン層が、シリコン・オン・インシュレータ（ＳＯＩ）構造を構成する。
【００１６】
導波路を伝播する光モードの電界誘導変化は、導波路の長さに沿って形成されるＭＯＳ構造の各々に対して異なることができる導波路の光学特性の追加的な所定の局所変化によって増強することができる。所定の局所変化を達成する方法は、次のいずれかとすることができる。
ａ．ウェハ処理中のリソグラフィ制御イオン注入
ｂ．後で既存のトラップ、例えば酸化物−窒化物−酸化物誘電性構造に捕獲される、完成したＭＯＳ構造におけるレーザ干渉空間変調内部光電子放出
【００１７】
第二の態様では、本発明は、上述した種類の導波路を含む電気光学デバイスを提供することに向けられる。該電気光学デバイスはマッハ−ツェンダ干渉計またはブラッグ反射器とすることができる。該電気光学デバイスは、変調、復調、多重化、逆多重化、スイッチング、および経路指定を含め、光通信システムで必要な波長選択的機能のいずれをも実行することができる。該電気光学デバイスは、導波路を伝搬する複数の光モードから選択された異なる光モードの変化を誘発するように各々設計された、複数のブラッグ反射器から構成することができる。
【００１８】
第三の態様では、本発明は、上述した導波路を作製するための方法を提供することに向けられる。該方法は次のステップを含む。
ａ．適切な層厚さのＳＯＩウェハを選択する
ｂ．薄い熱酸化物の成長
ｃ．薄い窒化物の堆積
ｄ．導波路パターンのフォトリソグラフィ
ｅ．窒化物のエッチング
ｆ．シリコンの局所的酸化またはトレンチ分離による導波路パターンの画成
ｇ．頂部窒化物および酸化物の除去
ｈ．ゲート酸化物の成長
ｉ．コンタクト領域を含む周期的Ｎ＋インプラントのフォトリソグラフィ
ｊ．ヒ素のイオン注入
ｋ．ポリシリコン堆積
ｌ．ポリシリコンドーピング
ｍ．ゲート電極のフォトリソグラフィ
ｎ．コンタクト、メタライズ、およびパッシベーションの標準的ステップを続ける
【００１９】
本発明の上記および他の特徴および利点は、添付の図面に関連するその好適な実施形態についての以下の例証としての、非限定的な記述を通してさらに理解されるであろう。
図面の簡単な記述
図１は、本発明の基本構造の略側面図である。
図２は、電界による自由電荷キャリア濃度の変調の領域を示す略側面図である。
図３は、自由キャリア濃度の関数としての屈折率の変化のグラフである。
図４は、自由キャリア濃度の関数としての吸収係数のグラフである。
図５は、層の厚さの関数としての伝搬定数の変化のグラフである。
図６は、本発明の好適な実施形態に係るマッハ−ツェンダ干渉計の略平面図である。
図７は、座標系および寸法を示す本発明に係る電界誘導ブラッグ反射器の略側面図である。
図８は、電界を印加しない状態の導波路の縁における屈折率を示す。
図９は、スラブ導波路の幾何学的形状を概略的に示す。
図１０は、導波路の厚さの関数としてのＳｉ導波路のＴＥ１モードの伝搬定数を示す。
図１１は、導波路の厚さの関数としての結合定数のモード依存部を示す。
図１２は、変調セクションの反射率と長さとの間の関係をグラフで示す。
図１３は、導波路の４ｍｍ長さの変調セクションの波長偏差の関数としての反射率を示す。
図１４は、最大モードパワーの分数としての主導波路から電極へのパワー漏出の量を導波路間の間隔の関数として示す。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
図１は、本発明の基本構造の略側面図である。シリコン導波路３は、ＳＯＩ（シリコン・オン・インシュレータ）ウェハの上部層に形成される。ＳＯＩウェハの下部二層はシリコン基板１および二酸化シリコン層２である。導波路の上に二酸化シリコン上部クラッド４があり、上部クラッドの上にポリシリコン層５が堆積され、パターン化されてポリシリコン電極が形成される。ポリシリコン層の代わりに他の種類の導電層を使用することができることを、当業者は理解するであろう。
【００２１】
この基本構造は、基板、埋め込みシリコン導波路、およびポリシリコン最上層に電気接点を作製するためにさらに処理され、希望するならば、最上層には保護層（図示せず）を被覆することができる。この保護層は、酸化物を含め、任意の適切な誘電体とすることができる。
【００２２】
ポリシリコンおよび／またはシリコン基板に対して相対的にシリコン導波路に電位差を印加すると、導波路の出口縁の自由キャリア濃度が、図２の層６によって示すように変調される。
【００２３】
電荷蓄積領域の幅は、ほぼ１００〜２００オングストローム程度であり、体積密度は、酸化物層が破壊されない電界強度に対し、１０１８ｃｍ−３の数倍とすることができる。
【００２４】
これらの領域は、真性シリコン（１．５ミクロンの波長で屈折率＝３．４２０５）に対する自由キャリアの体積密度の関数としての屈折率の変化をグラフで示している図３に示すようなプラズマ効果のため、異なる屈折率を持つ。図４はキャリア密度の関数としての吸収係数の依存をグラフで示している。シリコン導波路を伝搬する光ＴＥモードの構造を解くと、導波路に沿った伝搬定数が電位差の印加により変化することが分かる。
【００２５】
シリコン導波路（ｚ方向）に沿った波の伝搬がｅ−ｊβｚの形であるならば、伝搬定数βの変化は、図５に、０．１μの導波路の厚さおよび１０１８ｃｍ−３の電荷体積密度の場合の層の厚さの関数として示される。図２ないし５に示す結果を出すために必要な物理的および数学的関係を、以下でブラッグ反射器に関してより詳細に論じる。
【００２６】
約３ｍｍの長さおよび１００オングストロームの厚さの電荷層の場合、全位相の変化はπである。したがって位相変調器が形成される。さらに、本発明の活性化導波路がマッハ−ツェンダ干渉計で一つのアームとして働く一方、第二のアームが電気的に活性化しない同様の導波路である場合、全面的破壊干渉が発生するので、出力は消え、振幅変調器が形成される。
【００２７】
本発明の好適な実施形態に係るマッハ−ツェンダ干渉計のＳｉ導波路および二つのポリシリコン電極の一方だけを描いた平面図を図６に示す。本発明に係る干渉計の構造は、ＳＯＩウェハの上部層に形成され、ポリシリコン電極を持つ、平面導波路３に基づく。干渉計の一つのアームには、その断面図が図１に示されたＭＯＳキャパシタ１０が形成される。矢印１１および１２はそれぞれ光入力および出力を表わす。
【００２８】
シリコン平面導波路３の幅はほぼ１０μ程度であり、それは工学的に平面導波路とみなすのに充分な幅であり、標準的なフォトリソグラフィ技術により実現することができる。干渉計アームの長さは約５ｍｍであり、したがって充分な変調度を得ることができる。
【００２９】
ここで上述した基本的形状構成は、光スイッチ、ルータ、変調器等のような広範囲の電気光学デバイスに適用することができ、それらが波長選択的であれば、それらはＤＷＤＭ通信方法に利用するように適応可能である。波長選択性は、本発明に従って、導波路の光学特性の所定の局所的変化の周期的電界効果ゾーンによって達成することができる。これらのゾーンは、ウェハの処理中にリソグラフィ制御イオン注入のような幾つかの方法によって、または後でＭＯＳ絶縁層の酸化物−窒化物−酸化物（ＯＮＯ）構造のような既存のトラップに捕獲される、完成したＭＯＳ構造におけるレーザ干渉空間変調内部光電子放出によって形成することができる。
【００３０】
これらのより非標準的なデバイスの例証であって非限定的な例として、１．５μの波長で動作するブラッグ反射器の基本的特性および設計上の考慮事項について今から論じる。以下の説明で使用する詳細な寸法およびパラメータは全て、単に例証のためのものであることが、経験者には明白であろう。原則的に、層の厚さ、層の寸法、ドーピングの種類、ドーピングレベル等を含め、全てのこれらのパラメータの値は、特定の適用の最適化のために幅広く変化させることができる。
【００３１】
ＭＯＳ導波路にブラッグフィルタを実現するために、導波路に沿って自由キャリアの分布を周期的に変化させることができなければならない。本発明の好適な実施形態では、この特徴は、シリコン導波路の最上層に周期的にイオン注入することによって得られる。注入領域は、印加される電位に対して様々に反応し、こうして周期的自由キャリア濃度が導波路の外層に生じる。
【００３２】
図７は、本発明の構造を使用して構築した電界誘導ブラッグ反射器の略側面図であり、座標系および寸法が示される。本発明のデバイスの基本構造は、ＳＯＩ（シリコン・オン・インシュレータ）ウェハの上部層に形成されたｐ−シリコン導波路３である。ＳＯＩウェハの下部の二層はシリコン基板１および二酸化シリコン層２である。
【００３３】
ｐ−シリコン導波路３は２ｄ１の厚さを持ち、その長さに沿って特定のセクションに周期的Ｎ＋イオン注入領域６を含む。イオン注入Ｎ＋領域の深さはａであり、構造の周期はΛであり、単純にするために注入Ｎ＋領域の幅はΛ／２である。導波路の上に、厚さｂを有する二酸化シリコンの上部クラッド４がある。上部クラッドの上には、ポリシリコン層５が堆積され、パターン化されて、厚さ２ｄ２のポリシリコン電極が形成される。こうして、導波路に沿って、周期的注入領域の上に金属酸化物半導体（ＭＯＳ）キャパシタが作製される。シリコン層の屈折率はｎＳであり、酸化物層のそれはｎＯであり、摂動領域の屈折率はｎＰである。
【００３４】
デバイスの動作は、自由キャリアのプラズマ効果による屈折率の変動に基づく。この主題は周知であり［Ｂ．Ｊｅｎｓｅｎ  ｉｎ  Ｅ．Ｄ．Ｐａｌｌｉｃｋ  Ｅｄ．、「Ｈａｎｄｂｏｏｋ  ｏｆ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｃｏｎｓｔａｎｔｓ  ｏｆ  Ｓｏｌｉｄｓ」、第１巻、Ａｃａｄｅｍｉｃ  Ｐｒｅｓｓ（１９８５）、９章、１６９−１７０頁］、次のように要約することができる。
【００３５】
プラスマ周波数ωＰは次のように定義される。
2005520189.tif 000003
ここで、Ｎは自由キャリアの体積密度［ｍ−３］であり、
ｅは電子電荷であり、
ｍｅｆｆは実効質量（電荷または正孔）である。
シリコンの場合、ｍｅ＝０．２６ｍ０、ｍｈ＝０．３８ｍ０、ε∞＝１１．７である。
【００３６】
τを平均散乱時間とする。シリコンの場合、τ＝１０−１３秒である。次のように定義する。
2005520189.tif 000004
【００３７】
屈折率のプロットは、シリコンでは１．５μの波長で自由キャリア濃度の関数として変化し、真性シリコンに関して、電子（上の線）および正孔（下の線）について図３に示す。シリコンにおける１．５μの波長の吸収係数のプロットを自由キャリア濃度の関数として、同じく電子（上の線）および正孔（下の線）について、図４に示す。
【００３８】
図３から、約２×１０１８ｃｍ−３の濃度の場合、屈折率の約０．００２の変化が期待されることが分かる。また、図４から、この濃度で、吸収係数が約０．１ｃｍ−１であることが分かる。したがって、数ミリの長さを持つデバイスの場合、吸収効果は無視することができる。
【００３９】
上に示した通り、自由キャリアによるシリコンの屈折率は、自由電荷キャリアの体積密度およびそれらの型（ｎまたはｐ）から導出される。最低近似では、様々な領域の自由電荷キャリアの分布は矩形の形状であり、電界に依存するとみなされる。電圧を印加しなければ、ｎ型注入領域は約２×１０１８ｃｍ−３の体積密度で深さａまで自由電荷を担持する。注入領域間のｐ型の領域は、約１０１７ｃｍ−３の体積密度で自由正孔を担持する。したがって、図７を参照すると、屈折率は導波路の上部のａの深さまでｚ軸に沿って、図８に示すように変化する。
【００４０】
負の電圧をゲートに印加すると、ｎ型領域に空乏領域が形成され、したがってこれらの領域の屈折率差が低減する。ｐ型区間では、正孔の蓄積が形成され、したがって屈折率差が増大する。その結果として、ある電圧Ｖで、二つの領域の屈折率の変化が等しくなり、ｚ軸に沿った屈折率変調が除去される。選択波長における反射光の量は印加電圧に依存する。
【００４１】
本発明のブラッグ反射器はこうして、導波路に沿って伝わる多数の異なる波長から所定の波長を持つ信号を分離するため、および電圧を変動させることによって信号を変調するための両方に使用することができる。本発明の好適な実施形態では、全ての光通信システム用のデバイスは、各々が上述した原理に従って特定の波長用に設計された多数のブラッグ反射器から構成され、それらは導波路の長さに沿って直列に形成される。
【００４２】
実際には、電荷キャリアは図示したようにきれいに分布されない。横方向ＰＮ接合はそれらの間に空乏領域を持つが、Λの２分の１の周期を持ち、したがって変調の除去は完全ではない。しかし、残留変調もΛの２分の１の周期を持ち、したがってデバイスの動作に直接的に干渉しない。厳密な形状を得るために、電界強度の関数としての電荷分布の詳細なシミュレーションが必要である。
【００４３】
導波路を伝搬する光モードは屈折率変調と相互作用し、その一部は散乱する。適切な設計により、各周期からの後方散乱フラクションは他の後方散乱フラクションと建設的に干渉して、モードの反射を引き起こす。
【００４４】
関連モード（ＴＥ１）の空間的構造を今から示す。図９はスラブ導波路の形状を概略的に示し、ここでｎ１は二酸化シリコンクラッド層の屈折率であり、ｎ２は導波路の屈折率である。
【００４５】
電磁界は、図９に示すような導波路で、ヘルムホルツ方程式に従わなければならない。ＴＥモードの電界および磁界は次の通りであることを示すことができる。
2005520189.tif 000005
ここでＡおよびＢは積分定数であり、ｐ、ｈおよびβは伝搬定数である。電磁界は＋ｄおよび−ｄで境界条件に従わなければならないので、一つの積分定数だけが任意であり、二つの間の関係は次のように書くことができる。
Ａ＝Ｂｃｏｓ（ｈｄ）
【００４６】
さらに、境界条件は伝搬定数の間に相互関係（分散関係）を課す。それらは次のように書くことができる。
2005520189.tif 000006
【００４７】
これらの方程式は解くことができる。酸化物クラッドを持つシリコン導波路のＴＥｌモードの伝搬定数を導波路の厚さ（２ｄ）の関数として図１０に示す。ここでｐは導波路の外側であり、ｈは内側である。
【００４８】
任意の積分定数は、ｙ方向すなわち均等方向の単位長さあたりのパワー束が１になるように選択する。すなわち、
2005520189.tif 000007
【００４９】
積分を実行し、解くと、次の結果が得られる。
2005520189.tif 000008
【００５０】
コルゲート導波路の場合、結合波理論（Ａｍｎｏｎ  Ｙａｒｉｖ、「Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ」第４版、Ｓａｕｎｄｅｒｓ  Ｃｏｌｌｅｇｅ  Ｐｕｂｌｉｓｈｉｎｇ、ｐｐ．４２９−４９９）は、前進波と後方反射波との間の結合定数が、次式に比例することを示している。
2005520189.tif 000009
また、方形波屈折率変調の一次高調波だけを含めるように変更すると、次のような結合定数κが得られる。
2005520189.tif 000010
【００５１】
結合波理論を上述し計算したモードパラメータに適用すると、特定の値の反射を得るために必要な変調領域の長さを決定する結合定数が得られる。一次に対して上で導出された結合「定数」の一般式は、次のように書くことができる。
2005520189.tif 000011
ここで、Ｉは変調格子高調波次数である。現在の計算では、Ｉの値は１であり、λは波長（ミクロン単位）であり、β、ｐおよびｈは光モードの伝搬定数である。モード依存部は導波路の厚さ２ｄ１に依存する。これらの関係は上に記載されている。上記の説明から、連結定数のモード依存部を導波路の厚さの関数として計算することができる。計算の結果を、λ＝１．５μの場合について図１１に示す。
【００５２】
図１１から、０．０６４μの導波路の厚さの場合に、最大値が得られることが分かる。この説明の残りでは、この数字を導波路の厚さに使用する。この変数が波長と共に選択されると、他の全てが導波路理論から得られる。導波路の特徴は次のように要約することができる。
導波路の厚さ２ｄ１＝０．０６４μ、ｄ１＝０．０３２μ
波長λ＝１．５μ
Ｓｉの屈折率（λ＝１．５μのとき）ｎＳ＝３．４２０５
酸化物の屈折率ｎ０＝１．４６
屈折率変調Δ（ｎ２）＝２ｎΔｎ＝２＊３．４２０５＊２×１０−３＝０．０１３７
格子間隔π／β１＝Λ＝０．４０２２μ
Ｎ＋領域の幅Λ／２＝０．２０１１μ
Ｎ＋領域の深さａ＝０．０３μ
Ｚ伝搬定数β１＝７．８１０７μ−１
Ｘ伝搬定数（内側）ｈ１＝１２．０１１６μ−１
Ｘ伝搬定数（外側）ｐ１＝４．８５８６μ−１
補助定数ｕ１＝０．４１４６
結合定数κＳ＝５．３  １０−４μ−１
【００５３】
モードの反射率は、次式の通り、変調セクションの長さに依存する。
ρ＝ｔａｎｈ（κｓＬ）
【００５４】
反射率と変調セクションの長さとの間のこの関係をグラフで図１２に示す。
【００５５】
異なる波長の光信号は、格子周期から低減されるので、異なる挙動をする。導波路の４ｍｍ長さの変調セクションの場合の波長偏差の関数としての反射率を図１３に示す。共振波長は１．５μであり、共振波長からのオフセットまたは偏差はオングストローム単位で測定される。
【００５６】
デバイスのスイッチングに使用されるポリシリコン電極はそれ自体光導波路である。それはシリコン導波路の近くに位置するので、結合が発生し、主導波路からそれに（かつその逆に）光エネルギが流れることができる。この結合が充分に強ければ、それは本書で上述した通り、主導波路の動作を相殺する。
【００５７】
一つの導波路から別の隣接する導波路に漏出する光パワーの量を支配する関係の導出は単純である（ＳａｌｅｈおよびＴｅｉｃｈ、「Ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌｓ  ｏｆ  Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ」、Ｊｏｈｎ  Ｗｉｌｅｙ  ＆  Ｓｏｎｓ．Ｉｎｃ．、ｐｐ．２６４−２６９）。結果は、パワーが伝搬方向に沿って導波路の一つに供給されると、それは第二の導波路に漏出し、さらにそれは最初の導波路へ逆漏出することなどを示す。パワーの量は伝搬方向に沿ってｓｉｎ２（γｚ）として挙動する。第二の導波路に供給される最大パワーは次式によって得られる。
2005520189.tif 000012
ここで添字１および２は適切な導波路を指し、酸化物層の厚さｂは二つの間の距離である。
【００５８】
二つの導波路間の結合のこれらの方程式から、主導波路から電極に漏出することのできる最大量のパワーは、ポリシリコンの厚さおよび酸化物の厚さ（ｂ）の関数として計算することができる。図１４は、最大モードパワーの分数としての主導波路から電極へのパワー漏出の量を、ミクロン単位で測定された酸化物の厚さ（導波路間の間隔）の関数として示す。図１４のグラフでは、主導波路は０．０６４μの厚さを持ち、電極は線ａ、ｂ、ｃ、およびｄでそれぞれ１μ、０．３μ、０．２μ、および０．１μの厚さを持つ。
【００５９】
図１４から、実行可能なパラメータが存在することが分かる。例えば、２００オングストロームの厚さの酸化物クラッドを持つ１μｍの厚さの電極は、わずか０．６％のパワーを結合するだけである。
【００６０】
本書で上述した通り、特定のデバイスの実現においては、大部分のパラメータに多種多様な変化がある。この説明の残りでは、パラメータの値は、標準的なＳＯＩ  ＣＭＯＳプロセスと互換性が得られるように選択する。
【００６１】
５ボルトで動作するデバイスおよび２ＭＶ／ｃｍの最大印加電界を持つために、２５０Ａのゲート酸化物の厚さを選択する。ガウスの法則に従ってＭＯＳキャパシタにおける最大誘導電荷は次の通りである。
Ｎｍａｘ＝Ｃｏｘ×Ｖｇｍａｘ／ｑ＝４．３×１０１２ｃｍ−２
【００６２】
Ｎ＋領域の総注入量は、−５Ｖをゲートに印加したときに、Ｎ＋領域が部分的に空乏化し、約３×１０１２ｃｍ−２の自由電子が残るように、７．３×１０１２ｃｍ−２とする。同じゲート電圧で、約４．３×１０１２ｃｍ−２の表面正孔密度を持つ蓄積層がＰ領域に形成される。ゲート電圧を変化すると、電子および正孔の表面密度は反対方向に変化する。
【００６３】
負ゲート電圧の特定の値で、二つの型の自由キャリアの屈折率に対する影響は同じになり、したがって導波路に沿った屈折率の変調が除去される。電磁波と自由正孔の相互作用は自由電子のそれより弱いと予想される。したがって、負ゲート電圧を印加する場合、零変調の状態に達するために、電子の表面密度に比較して、正孔はより高い表面密度が選択される。零ゲート電圧の条件下では、自由電子の高い表面密度と自由正孔の低い密度があるので、屈折率の最大限の変調が存在する。
【００６４】
屈折率の変調の振幅は、ゲート電極の両方の極性を操作することによって、容易に二倍になる。ＮおよびＰ領域のドーピングレベルは、一つの極性では変調が発生せず、逆の極性で最大変調が得られるように変更する。
【００６５】
また、シリコン層は基板から分離されるという事実のため、ゲート電極に加えて、基板にも電圧を印加することができることにも触れる必要がある。この事実は、シリコン基板を追加の底部ゲートとして使用することによって、効果を追加的に倍加するために利用することができる。幾つかのデバイスを同一シリコンダイ上に集積する場合、基板に注入されたウェルは底部ゲートとして選択的に使用される。
【００６６】
本発明のデバイスの動作の背後の概念は、導波路のシリコンコアの屈折率の値の比較的小さい電気的に誘導される変化の生成に基づく。ほぼ０．１％程度のこの小さい変化は、周期的なドーピング構造の何千個もの要素のコヒーレントな貢献によって増強される。この小さい効果を利用できるようにするために、同一周期を持つが電界に依存しない波伝搬の変調への貢献をデバイスの製造プロセスから除去しなければならない。
【００６７】
事後処理電子捕獲の方法で、この制約は自動的に満たされる。しかし、誘発変調を処理する場合、この制約は、デバイスの構造およびその処理に厳格な制約を課す。例えば、ゲート電極の構造の変調の使用は、それが導波路にずっと強い変調を誘発するので、禁止される。Ｎ＋領域を形成するドナーのイオン注入後にゲート酸化物層を成長させると、同様の問題が生じる。これは、Ｎ＋シリコンが軽くドープされたシリコンより速く酸化するという事実のためである。その結果生じるシリコン層厚さおよび酸化物の厚さにおける変調は、導波路に阻害的固定変調を導入する。同じ理由から、シリコン層へのイオン注入は熱酸化物成長の後で実行され、インプラント損傷の熱アニールはポリシリコンゲート電極の堆積後に実行される。
【００６８】
本発明の好適な実施形態では、導波路を含むデバイスは、次の主要なステップを含む以下の処理手順によって作製することができる。
ａ）適切な層厚さを持つが、２５０Åのゲート酸化物の成長を含め、全ての酸化ステップによって使用される最上シリコン層までの追加的厚さをも持つＳＯＩウェハを選択する。最上シリコン層は１０１７ｃｍ−３のアクセプタ密度を持つＰ型である。
ｂ）薄い熱酸化物の成長
ｃ）薄い窒化物の堆積
ｄ）導波路パターンのフォトリソグラフィ
ｅ）窒化物のエッチング
ｆ）シリコンの局所的酸化またはトレンチ分離による導波路パターンの画成
ｇ）頂部窒化物および酸化物の除去
ｈ）ゲート酸化物の成長
ｉ）コンタクト領域を含む周期的Ｎ＋インプラントのフォトリソグラフィ
ｊ）ヒ素のイオン注入：注入量＝７．３×１０１２ｃｍ−２、エネルギ＝６０ＫｅＶ
ｋ）ポリシリコン堆積
ｌ）ポリシリコンドーピング
ｍ）ゲート電極のフォトリソグラフィ
ｎ）コンタクト、メタライズ、およびパッシベーションの標準的ステップを続ける
【００６９】
限定ではなく、例証として意図された上記のプロセスに多くの代替例があることは、当業者には明らかであろう。
【００７０】
上記ステップｉ）に関して、本書で上述した通り、本発明の好適な実施形態の説明で使用した例に選択された波長は１．５μである。この場合、反射モードの幅は約１５Å、すなわち波長の０．１％である。これは、リソグラフィの周期に同程度の大きさの所要精度を課す。従来のリソグラフィはこの精度を持たないかもしれない。本発明のデバイスを処理するときに使用できる、この問題を克服する少なくとも三通りの方法がある。
１．ウェハに直接書き込むためにｅビームを使用する
２．ウェハに直接書き込むためにレーザ干渉法を使用する
３．動作中にデバイスの温度変化によって従来のリソグラフィ周期の固定シフトを補償する
【００７１】
デバイスが複数の光入力／出力を有するスイッチングマトリックスである場合、第二レベルの導波路が構築される。これらの導波路はシリコン窒化物コアおよびシリコン酸化物クラッドを持つことができる。これらの導波路は、特定の第一レベルシリコン導波路に光学的に結合され、他のシリコン導波路とクロスオーバする。これらの第二レベルの導波路はまた、入力／出力光ファイバへの結合を改善するのにも役立つことができる。これは、それらの縦断面が約３ミクロンの高さであるのに比べて、第一レベルのシリコン導波路の場合約０．２ミクロンであるためである。
【００７２】
本発明の技術は完全にシリコンに基づいており、超大規模集積（ＶＬＳＩ）製造で一般的に使用される要素から成る。その結果、多くの他の電気光学技術およびデバイスに比較したときに、提案した技術は極めて信頼性が高い。また、本発明のデバイスの製造は、単一ウェハ上に多くの機能デバイスが得られる、極めて効率的かつ高歩留りのシリコン技術に基づいている。本発明のデバイスは単結晶シリコンから作られるという事実は、Ｖ溝技術を使用する自動ピグテーリングの比較的優れた候補にする。すなわち、本発明のデバイスは電気光学システムに容易に一体化される。本発明の電気光学デバイスがギガヘルツ周波数で動作するという事実は、高度ＳＯＩ  ＣＭＯＳ技術がこの周波数範囲で機能するという事実の直接的な帰結として起きる。これらの全ての事実の結果、本書で上述した利点に加えて、本発明の技術およびデバイスは、先行技術に勝る著しい改善を提供する。
【００７３】
本発明の実施形態を例証として説明したが、本発明は、その精神から逸脱することなく、あるいは請求の範囲を超えることなく、多くの変形、変化、および適応を施して実行することができることは理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】本発明の基本構造の略側面図である。
【図２】電界による自由電荷キャリア濃度の変調の領域を示す略側面図である。
【図３】自由キャリア濃度の関数としての屈折率の変化のグラフである。
【図４】自由キャリア濃度の関数としての吸収係数のグラフである。
【図５】層の厚さの関数としての伝搬定数の変化のグラフである。
【図６】本発明の好適な実施形態に係るマッハ−ツェンダ干渉計の略平面図である。
【図７】座標系および寸法を示す本発明に係る電界誘導ブラッグ反射器の略側面図である。
【図８】電界を印加しない状態の導波路の縁における屈折率を示す。
【図９】スラブ導波路の幾何学的形状を概略的に示す。
【図１０】導波路の厚さの関数としてのＳｉ導波路のＴＥ１モードの伝搬定数を示す。
【図１１】導波路の厚さの関数としての結合定数のモード依存部を示す。
【図１２】変調セクションの反射率と長さとの間の関係をグラフで示す。
【図１３】導波路の４ｍｍ長さの変調セクションの波長偏差の関数としての反射率を示す。
【図１４】最大モードパワーの分数としての主導波路から電極へのパワー漏出の量を導波路間の間隔の関数として示す。
【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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【図１３】
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【図１４】
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【手続補正書】
【提出日】平成16年5月11日(2004.5.11)
【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】
導波路の長さに沿って予め定められた区域に形成される金属酸化物半導体（ＭＯＳ）構造を有するシリコン基板の上のシリコン・オン・インシュレータ（ＳＯＩ）で実現されるシリコン酸化物クラッドを持つシリコン導波路であって、前記ＭＯＳ構造は：
（ａ）機械的支持体として使用されるシリコン基板；
（ｂ）前記基板の少なくとも前記導波路の下の部分を被覆する下部シリコン酸化物クラッド層；
（ｃ）前記下部シリコン酸化物クラッド層の上に形成されたシリコン層内に形成されたシリコン導波路コア；
（ｄ）前記導波路を被覆する上部シリコン酸化物クラッド層；
（ｅ）前記上部クラッドの上に堆積されかつパターン化された導電層；
（ｆ）前記基板、前記シリコン導波路コア、および前記導電層の電気接点；および
（ｇ）任意選択的に保護誘電層；
を含み、
前記層（ｃ）、（ｄ）、および（ｅ）はＭＯＳキャパシタを形成し、そこでは前記導波路のシリコンコアは半導電下部電極であり、前記導電層は上部ゲート電極であり、前記シリコンコアにおける屈折率の値は電界の印加によって前記シリコンコアにおける自由電荷キャリア、電子および／または正孔の濃度を変化することによって変化され、前記電界は前記上部ゲート電極と前記シリコン導波路コアの間に電圧を印加する結果である場合において、前記導波路を通って伝搬する光モードが酸化シリコンによって全ての方向に制限され、それは全ての側上の前記シリコン導波路コアを包囲することを特徴とするシリコン導波路。
【請求項２】
前記導電層がポリシリコン層であることを特徴とする請求項１に記載のシリコン導波路。
【請求項３】
シリコン基板、下部シリコン酸化物クラッド層、および前記導波路が形成されるシリコン層が、シリコン・オン・インシュレータ（ＳＯＩ）構造を構成する請求項１記載のシリコン導波路。
【請求項４】
前記導波路を伝播する光モードの電界を変化する効果は、前記導波路の光学特性の追加的な所定の局所周期的変化によって増強することができる請求項１記載のシリコン導波路。
【請求項５】
所定の局所周期的変化は以下を含むグループから選択される方法によって達成される請求項４記載のシリコン導波路：
（ａ）ウェハ処理中のリソグラフィ制御イオン注入；および
（ｂ）後で上部クラッド層の既存のトラップに捕獲される完成したＭＯＳ構造におけるレーザ干渉空間変調内部光電子放出。
【請求項６】
導波路の光学特性の追加的な所定の局所変化は、前記導波路の長さに沿って形成されるＭＯＳ構造の各々に対して異なることができる請求項４記載のシリコン導波路。
【請求項７】
前記導波路を被覆する上部クラッド層は酸化物−窒化物−酸化物誘電性構造であり、既存のトラップが前記酸化物−窒化物−酸化物誘電性構造にある請求項５記載のシリコン導波路。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれかに記載の導波路を含む電気光学デバイス。
【請求項９】
前記デバイスは以下を含むグループから選択される請求項８記載の電気光学デバイス：
（ａ）マッハ−ツェンダ干渉計；および
（ｂ）ブラッグ反射器。
【請求項１０】
前記デバイスが光通信システム、特にＷＤＭ光通信システムで必要な波長選択的機能のいずれをも実行することができ、前記機能は以下を含むグループから選択される請求項８記載の電気光学デバイス：
（ａ）一時的変調；
（ｂ）波長多重化；
（ｃ）波長逆多重化；
（ｄ）光スイッチング、特に波長選択的スイッチング；および
（ｅ）経路指定。
【請求項１１】
導波路を伝搬する複数の光モードから選択された異なる光モードの変化を誘発するように各々設計された複数のブラッグ反射器から構成される請求項８記載の電気光学デバイス。
【請求項１２】
以下のステップを含む、請求項１〜７のいずれかに記載の導波路を作製するための方法：
（ａ）適切な層厚さのＳＯＩウェハを選択する；
（ｂ）薄い熱酸化物の成長；
（ｃ）薄い窒化物の堆積；
（ｄ）導波路パターンのフォトリソグラフィ；
（ｅ）窒化物のエッチング；
（ｆ）導波路コアの両側上の酸化物クラッドで終わるシリコンの局所的酸化またはトレンチ分離による導波路パターンの画成；
（ｇ）頂部窒化物および酸化物の除去；
（ｈ）上部クラッド層を形成するゲート酸化物の成長；
（ｉ）コンタクト領域を含む周期的Ｎ＋またはＰ＋インプラントのフォトリソグラフィ；
（ｊ）Ｎ＋またはＰ＋ドーパントのイオン注入；
（ｋ）ポリシリコン堆積；
（ｌ）ポリシリコンドーピング；
（ｍ）ゲート電極のフォトリソグラフィ；および
（ｎ）コンタクト、メタライズ、およびパッシベーションの標準的ＣＭＯＳプロセスを続ける。
【手続補正書】
【提出日】平成16年11月16日(2004.11.16)
【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】
下記のものを含む光学デバイス：
ｘ，ｚ軸の座標系及び前記ｚ軸に沿った長さを規定し、かつ導波路として作用する単結晶シリコンウェハ；及び
前記長さに沿って第一及び第二の屈折率を交互に有する領域であって、電界誘導ブラッグ格子を形成するように電界の付与によって制御可能である領域の少なくとも一つの区域。
【請求項２】
前記単結晶シリコンウェハがｐ型であり、前記第一及び第二の屈折率を交互に有する領域がｎ型領域を形成するためにイオン注入によって形成される請求項１に記載の光学デバイス。
【請求項３】
前記ｎ型が前記ウェハの処理中にリソグラフィ制御イオン注入によって形成される請求項２に記載の光学デバイス。
【請求項４】
前記単結晶シリコンウェハがｎ型であり、前記第一及び第二の屈折率を交互に有する領域がｐ型領域を形成するためにイオン注入によって形成される請求項１に記載の光学デバイス。
【請求項５】
前記ｐ型領域が前記ウェハの処理中にリソグラフィ制御イオン注入によって形成される請求項４に記載の光学デバイス。
【請求項６】
下記のものをさらに含む請求項１に記載の光学デバイス：
前記ｘ軸に沿った、近い側と遠い側；
前記導波路に第一クラッドを形成するための、前記単結晶シリコンウェハの前記近い側上の第一の二酸化シリコン層；及び
前記導波路に第二クラッドを形成するための、前記単結晶シリコンウェハの前記遠い側上の第二の二酸化シリコン層。
【請求項７】
パターン化電極として形成される、前記第一の二酸化シリコン層の近い側上のポリシリコン層をさらに含む請求項６に記載の光学デバイス。
【請求項８】
前記パターン化電極が前記導波路内で、前記第一及び第二屈折率を交互に有する領域の少なくとも一つの区域の少なくとも一部と直接整列され、前記電界の前記付与は前記パターン化電極と前記少なくとも一部の間であり、前記導波路は前記少なくとも一部において第二電極として作用する請求項７に記載の光学デバイス。
【請求項９】
前記電界の前記付与が前記第一及び第二の屈折率を交互に有する領域を除去し、かくして前記電界によって前記ブラッグ格子を除去する請求項８に記載の光学デバイス。
【請求項１０】
前記第一の二酸化シリコン層の近い側上の窒化シリコン層；及び
前記窒化シリコン層の近い側上の第三の二酸化シリコン層をさらに含む請求項６に記載の光学デバイスであって、
かくして前記導波路の近い側上に酸化物−窒化物−酸化物を構成し、前記第一及び第二屈折率を交互に有する領域がレーザ干渉空間変調内部光電子放出によって形成され、それは結果として前記酸化物−窒化物−酸化物構造に捕獲される光学デバイス。
【請求項１１】
パターン化電極として形成される、前記第三の二酸化シリコン層の近い側上のポリシリコン層をさらに含む請求項１０に記載の光学デバイス。
【請求項１２】
前記パターン化電極が前記導波路内で、前記第一及び第二屈折率を交互に有する領域の少なくとも一つの区域の少なくとも一部と直接整列され、前記電界の前記付与は前記パターン化電極と前記少なくとも一部の間であり、前記導波路は前記少なくとも一部において第二電極として作用する請求項１１に記載の光学デバイス。
【請求項１３】
前記電界の前記付与が前記第一及び第二の屈折率を交互に有する領域を除去し、かくして前記電界によって前記ブラッグ格子を除去する請求項１２に記載の光学デバイス。
【請求項１４】
前記第二の二酸化シリコン層の遠い側上にシリコン基板をさらに含む請求項６に記載の光学デバイス。
【請求項１５】
前記導波路内の前記第一及び第二屈折率を交互に有する領域の前記少なくとも一つの区域が前記第一及び第二屈折率を交互に有する領域の幾つかの区域を含む請求項１に記載の光学デバイス。
【国際調査報告】
2005520189.tif 000027
2005520189.tif 000028
2005520189.tif 000029