(57)【要約】フォトニックデバイス（１０）は、少なくとも第１および第２の光導波路（３０、５０）と、第１および第２の光導波路（３０、５０）が少なくとも部分的にお互いに重なり合う部位において第１および第２の光導波路（３０、５０）間に少なくとも部分的に挿入されたバッファー（４０）とを備え、それによって、第１および第２の光導波路（３０、５０）を通過する光信号間の干渉を少なくとも部分的に軽減する。【選択図】図１
2005508513.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも第１および第２の光導波路と、
前記第１および第２の光導波路を通過する光信号間の干渉を少なくとも部分的に軽減するために、前記第１および第２の光導波路が少なくとも部分的にお互いに重なり合う部位において、前記第１の光導波路と前記第２の光導波路との間に少なくとも部分的に挿入されたバッファーと、
を備えたフォトニックデバイス。
【請求項２】
前記光導波路が、少なくとも１つのアモルファスシリコン材料を含有する、請求項１に記載のフォトニックデバイス。
【請求項３】
前記アモルファスシリコン材料が、ａ−Ｓｉ：Ｈおよびａ−Ｓｉ：Ｆ系の合金からなる群から選択された少なくとも１つの材料を含む、請求項２に記載のフォトニックデバイス。
【請求項４】
前記アモルファスシリコン材料が、水素またはフッ素と化合した、ａ−ＳｉＣｘ（０＜ｘ＜１）、ａ−ＳｉＮｙ（０＜ｙ＜１．３３）、ａ−ＳｉＯｚ（０＜ｚ＜２），および、ａ−ＳｉＧｅｗ（０＜ｗ＜１）からなる群から選択された少なくとも１つの材料を含む、請求項２に記載のフォトニックデバイス。
【請求項５】
前記光導波路のそれぞれが、コア屈折率を有するコアを備え、
前記バッファーが、前記コア屈折率よりも適切に小さい屈折率を有する材料を含む、請求項１に記載のフォトニックデバイス。
【請求項６】
前記バッファーが、少なくとも１つの誘電体材料、少なくとも１つのオルガノシラン材料、および、少なくとも１つの流動性のある酸化物からなる群から選択された少なくとも１つの材料を含む、請求項１に記載のフォトニックデバイス。
【請求項７】
前記バッファーが、前記第１の光導波路から前記第２の光導波路を持ち上げ、前記持ち上げた高さが、十分になだらかであり、それによって、前記第２の光導波路を通過する前記光信号の前記持ち上げたことによる損失を少なくとも部分的に軽減することができる請求項１に記載のフォトニックデバイス。
【請求項８】
フォトニック集積回路を形成する方法であって、
第１の光導波路を形成し、
前記第１の光導波路の少なくとも一部分上にバッファーを形成し、
前記バッファーの少なくとも一部分上に第２の光導波路を形成することを備え、
前記バッファーが、前記第１および第２の光導波路を通過する光信号間の干渉を少なくとも部分的に軽減するようになされた、フォトニック集積回路を形成する方法。
【請求項９】
前記光導波路のそれぞれが、コア屈折率を有するコアを備え、前記バッファーを形成することが、前記コア屈折率よりも小さい屈折率を有する材料を使用することを備えた、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記バッファーを形成することが、前記コア屈折率よりも小さい屈折率を有する前記材料を使用して、層を形成し、そして、グレイスケールマスクを用いて、前記形成された層の一部分を取り除くことを備えた、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記バッファーを形成することが、前記バッファーをインクジェット印刷することを備えた、請求項８に記載の方法。
【請求項１２】
前記バッファーを形成することが、前記バッファーを吹き付けることを備えた請求項８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的には、フォトニックデバイスおよびインターコネクションに関し、より詳細には、光導波路、導波路クロッシング、および、それらを形成する方法に関する。
【発明の背景】
【０００２】
例えば、III-V族半導体のフォトニックデバイスおよび導波路を含む多くのフォトニックデバイスおよびフォトニック集積回路（ＰＩＣ）において、導波路クロッシングを使用することは、望ましいことである。そのような回路およびデバイスは、本質的に、モノリシックであってもよい。そのようなＰＩＣまたはデバイスの１つの例は、多数のチャンネルを含む光クロスコネクトの形をとってもよく、そこには、多数の導波路クロッシングが、存在してもよい。同一平面に存在する導波路クロッシングは、大きな損失およびクロストークを引き起こすことがあり、当業者には良く知られているように、深刻な場合には、デバイスおよび回路の動作を制限する。
【０００３】
したがって、損失およびクロストークがそれらの導波路クロッシングによって発生する可能性を減少させる導波路クロッシングを提供することは、きわめて望ましいことである。
【発明の概要】
【０００４】
フォトニックデバイスは、少なくとも第１および第２の光導波路と、第１および第２の光導波路が少なくとも部分的にお互いに重なり合う部位において、第１の光導波路と第２の光導波路との間に少なくとも部分的に挿入されたバッファーとを含み、それによって、第１および第２の光導波路を通過する光信号間の干渉を少なくとも部分的に軽減する。
【０００５】
図面を参照して以下の本発明の好適な実施形態の詳細な説明を考察することによって、本発明を容易に理解することができるであろう。なお、図面において、同一号は同一部分を示す。
【好適な実施形態の詳細な説明】
【０００６】
本発明をはっきりと理解するのに必要な構成要素だけを説明するとともに、わかりやすくするために、典型的な、光デバイス、フォトニックデバイス、フォトニック集積回路（ＰＩＣ）、および、製造方法に見られる多くのその他の構成要素を省略するために、本発明の図面および説明は、簡略化されていることに注意されたい。当業者には、本発明を実施するために、その他の構成要素が、望ましくおよび／または必要とされることがわかる。しかしながら、そのような構成要素は、この技術分野においては良く知られているので、また、それらの構成要素は、本発明をより良く理解するのに役立つものではないので、ここでは、そのような構成要素については説明しない。ここに開示されることは、当業者に良く知られているそのようなデバイス、ＰＩＣ、および、方法のためのあらゆるそのような変更および修正に関することである。
【０００７】
本発明の特徴によれば、３次元（３−Ｄ）導波路クロッシングは、１つかまたはそれ以上の交差点において、少なくとも１つの導波路上または一組の導波路上に十分に滑らかなバッファー層を形成することによって実現されてもよい。光導波路は、コア屈折率を有するコアを含んでもよい。本発明の特徴によれば、バッファー層は、コア屈折率よりも適切に小さい屈折率を有する材料を含んでもよい。
【０００８】
本発明の特徴によれば、アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）材料が、導波路を形成するのに使用されてもよく、その材料には、ａ−Ｓｉ：Ｈおよびａ−Ｓｉ：Ｆ系の合金が含まれ、例えば、ａ−ＳｉＣｘ（０＜ｘ＜１）、ａ−ＳｉＮｙ（０＜ｙ＜１．３３）、ａ−ＳｉＯｚ（０＜ｚ＜２），および、ａ−ＳｉＧｅｗ（０＜ｗ＜１）のようなものがある。導波路は、プラズマ増速化学気相成長法を用いて、例えば、III-V属半導体材料のエピタキシャル成長プロセスと比較して、比較的に低い加工温度、例えば、約３００℃または２５０℃以下の温度において、成膜されてもよい。当然ながら、その他の適切な材料および方法が、使用されてもよい。
【０００９】
バッファー層は、溶液系材料を使用して形成されてもよい。バッファーの滑らかな形状は、グレイスケールマスクを用いたフォトリソグラフィーによって、あるいは、実際には、溶液系材料を例えばインクジェット印刷によって堆積させたときの表面張力によって、実現されてもよい。バッファーのための適切な材料には、限定はしないが、いくつかを挙げれば、例えば、ポリメチルシルセスキオキサンおよびポリフェノシルセスキオキサンのようなオルガノシラン材料、および、流動性のある酸化物（ＦＯＸ）のような、ＩＣ産業において使用される標準的な平坦化層材料が含まれる。さらに、バッファー層は、例えば、酸化シリコンまたは窒化シリコンを用いて、誘電体層の形をとってもよい。これらの材料は、例えば、プラズマ堆積、スパッタリング、吹付、インクジェット印刷、または、スピンコーティングのような適切な技術を用いて成膜されてもよい。
【００１０】
本発明の特徴によれば、第１の導波路または一組の導波路は、例えば、プラズマ増速化学気相成長法を用いて、形成されてもよい。そして、バッファー層が、第１の導波路または一組の導波路の一部分上に形成されてもよい。そして、第２の導波路または第２の組の導波路が、バッファー層上に成膜され、導波路クロッシング構造を形成してもよい。この導波路クロッシング構造は、小さな損失かつ小さなクロストークで導波路が交差するのを可能にする。
【００１１】
ここで、図１を参照すると、本発明の特徴に基づいた限定するものではない導波路クロッシング構造１０の断面図が示される。一般的には、導波路クロッシング構造１０は、基板２０、導波路３０、バッファー層４０、および、導波路５０を含む。導波路３０、５０は、ほぼ直角にお互いが交差しているように示されているが、必ずしもそうではなくてもよい。本発明は、例えば、ＰＩＣにおいて、少なくとも一方の導波路が他方の導波路の上に少なくとも部分的に重なるどのような状況にも同じように適用することができる。
【００１２】
基板２０は、構造１０のための支持面を構成する。基板２０は、例えば、シリコン（ｃ−Ｓｉ）などの、あるいは、ＩｎＰ、ＧａＡｓ、または、ＧａＮのような良く知られている適切な半導体基板などの、適切などのような材料の形をとってもよい。そのような基板の製造および動作特性は、当業者には良く知られている。
【００１３】
導波路３０、５０は、リブ導波路またはリッジ導波路のような適切などのような形をとってもよく、アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）材料から形成されてもよく、アモルファスシリコンのａ−Ｓｉ：Ｈおよびａ−Ｓｉ：Ｆ系の合金が含まれ、例えば、ａ−ＳｉＣｘ（０＜ｘ＜１）、ａ−ＳｉＮｙ（０＜ｙ＜１．３３）、ａ−ＳｉＯｚ（０＜ｚ＜２），および、ａ−ＳｉＧｅｗ（０＜ｗ＜１）のようなものがある。そのような材料の動作特性は、III-V族半導体材料との良好な適合性、小さな損失、および、良好な物理的順応性を備えていることが良く知られている。さらに、そのような導波路を形成する方法は、関連する技術分野において良く知られており、例えば、ＲＦまたはＤＣアシストプラズマ増速化学気相成長法、フォトリソグラフィー、および、エッチングを含む。
【００１４】
当然ながら、当業者によって類似する特性を提供することが知られているその他の材料または方法も使用されてよい。
【００１５】
導波路３０、５０は、適切などのような形状および寸法をとってもよい。例えば、導波路３０、５０は、ほぼ直線および／または曲線の部分を含んでもよい。
【００１６】
例えば、導波路３０と５０とが、交差することによって、それらの導波路３０および５０が、少なくとも部分的にお互いに重なり合う部位において、バッファー層４０が、導波路３０と５０との間に少なくとも部分的に挿入され、それによって、導波路３０と５０との重ね合わせによる損失を、導波路３０および５０を通過する光信号間におけるクロストークのような干渉も含めて、少なくとも部分的に軽減することができる。当然ながら、クロストークには、一般的に、干渉によって引き起こされる妨害も含まれる。
【００１７】
バッファー層４０は、支持面から十分になだらかに高くなる十分に滑らかな表面形状を形成してもよく、それによって、導波路３０および５０が、少なくとも部分的に重なり合う部位において、あるいは、例えば、交差する部位において、導波路５０を導波路３０の上に持ち上げることができ、かつ、導波路５０を通過する光信号の持ち上げられたことによる損失を少なくとも部分的に軽減することができる。本発明の特徴によれば、バッファー層４０の大きさ（おおよその直径で考えて）と、支持面からのバッファー層４０の高さとの比（「アスペクト比」）は、約５：１〜約１００：１（これらも含む）であってもよい。
【００１８】
ここで、さらに、図３を参照すると、本発明の特徴に基づいた導波路（例えば、図１の導波路３０）およびバッファー（例えば、図１のバッファー４０）の拡大斜視図が、示される。図３のバッファーは、例えば、吹付を用いて形成されてもよい。
【００１９】
再び、図１を参照すると、上述したように、バッファー層４０は、例えば、ポリメチルシルセスキオキサンおよびポリフェノシルセスキオキサンのようなオルガノシラン材料、酸化シリコンおよび窒化シリコンのような流動性のある酸化物（ＦＯＸ）または誘電体から形成されてもよい。本発明の特徴によれば、そのような材料の固有特性のために、バッファー層４０は、導波路３０および５０が、少なくとも部分的に重なり合う部位、例えば、交差する部位において、導波路３０および５０に望ましい遮蔽効果を提供し、それによって、当業者には容易にわかるように、さもなければ害を及ぼす可能性のある損失およびクロストークの作用を軽減する。そのような材料に類似する特性を提供するその他の材料が、もちろん、それらが、例えば、導波路３０，５０を形成するのに使用される適切な加工方法に同じように適合するのであれば、当然ながら使用されてもよい。
【００２０】
本発明の特徴によれば、１つかまたはそれ以上の導波路５０が、ただ１つのバッファー層４０によって、１つかまたはそれ以上の導波路３０の上に持ち上げられてもよい。すなわち、複数の導波路５０が、バッファー４０によって、ただ１つの導波路３０と交差するように、あるいは、複数の導波路３０と交差するように、持ち上げられてもよい。あるいは、ただ１つの導波路５０が、バッファー４０によって、ただ１つの導波路３０と交差するように、あるいは、複数の導波路３０と交差するように、持ち上げられてもよい。
【００２１】
ここで、図２を参照すると、図１に示される導波路クロッシング構造１０を形成するのに都合のよい方法１００が、示される。方法１００は、一般的には、基板２０上に導波路３０を形成すること（１１０）、バッファー４０を導波路３０の上に形成すること（１２０）、および、導波路５０をバッファー４０の上に形成すること（１３０）を含む。
【００２２】
導波路３０を形成するのは（１１０）、当業者には良く知られているどのような方法を用いてもよい。適切な方法には、例えば、ａ−Ｓｉ材料の良く知られているプラズマ増速化学気相成長法が含まれる。例えば、導波路３０は、ｃ−Ｓｉウェーハ上に成膜された約３．２の屈折率を有するａ−Ｓｉ合金材料アンダークラッディング層上に成膜された約３．４の屈折率を有するａ−Ｓｉ合金材料層の形をとってもよい。ａ−Ｓｉ合金アンダークラッディング層は、厚さが約１μｍであってもよく、また、ａ−Ｓｉ合金コアは、厚さが約０．５μｍであってもよい。約３．２の屈折率を有するａ−Ｓｉ合金材料層は、オーバークラッディング層として提供され、例えば、約１μｍの厚さを有してもよい。ａ−Ｓｉ合金のアンダークラッディング層およびオーバークラッディング層は、例えば、ＳｉＨ４およびＮ２のＲＦまたはＤＣプラズマアシスト分解を用いて形成されてもよい。Ｎ２の場合、約０．９のＮ２からＳｉＨ４流量比が、使用されてもよく、また、基板温度は、約２５０℃に維持される。ａ−Ｓｉ合金コア層を形成するには、Ｎ２からＳｉＨ４流量比は、約０．４５であってもよく、また、基板温度は、約２５０℃に維持される。加工圧力は、約１．５トールであってもよく、また、例えば、１３．５６ＭＨｚのＲＦ電力は、約５０Ｗに維持される。
【００２３】
導波路５０を形成する前に、例えば、バッファー層材料をインクジェット印刷することによって、バッファー層４０が、導波路３０上に形成されてもよい（１２０）。また、バッファー層４０材料の吹付またはスピンコーティングが、用いられてもよく、オプションとして、例えば、導波路５０が少なくとも部分的に導波路３０と重なり合う部位において、その導波路５０を持ち上げるのに役立つほど交差領域の近くにはない材料のような不必要なバッファー層４０材料を取り除くためのそれに続くパターン化プロセスと組み合わせてもよい。さらに、例えば、酸化シリコンまたは窒化シリコンのような誘電体などの適切なバッファー層材料の層が、導波路３０上に堆積または噴霧されてもよい。当業者には容易にわかるように、適切な材料からなるこの堆積層は、バッファー４０を形成するために、良く知られているグレーデッドインデックスマスクまたはグレイスケールマスクおよびエッチングを用いて、選択的に除去されてもよい。
【００２４】
導波路５０は、導波路３０と同じように形成されてもよい（１３０）。導波路３０、５０は、III-V族半導体材料のエピタキシャル成長プロセスと比較して、比較的に低い加工温度、例えば、約３００℃または２５０℃以下の温度で成膜されてもよい。
【００２５】
当業者には、本発明の精神または範囲を逸脱せずに本発明の装置およびプロセスに様々な変更および変形がなされてもよいことは明らかである。したがって、本発明のそのような修正および変更が、添付のクレームおよびそれらに等価なものの範囲内にあれば、当然ながら、それらは、本発明に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の特徴に基づいた光導波路クロッシング構造の断面図である。
【図２】図１に示される導波路クロッシング構造を形成するのに適した方法を説明する図である。
【図３】本発明の特徴に基づいた導波路およびバッファーの斜視図である。
【図２】
2005508513.tif 000003
【国際公開パンフレット】
2005508513.tif 000004
2005508513.tif 000005
2005508513.tif 000006
2005508513.tif 000007
2005508513.tif 000008
2005508513.tif 000009
2005508513.tif 000010
2005508513.tif 000011
2005508513.tif 000012
2005508513.tif 000013
2005508513.tif 000014
2005508513.tif 000015
2005508513.tif 000016
2005508513.tif 000017
2005508513.tif 000018
2005508513.tif 000019
【国際調査報告】
2005508513.tif 000020
2005508513.tif 000021