(57)【要約】【課題】他の回路が集積されたバルク半導体基板に一体に集積可能な、光導波路及び光カップラを含む光素子及びその製造方法を提供する。【解決手段】本発明の光導波路及びカップラ素子及びその製造方法は、バルク半導体基板、例えば、バルクシリコン基板からなる基板にトレンチを形成し、下部クラッド層をトレンチ内に形成し、コア領域を下部クラッド層上に形成して得られる。反射要素、例えば、分布ブラッグ反射器が、光カップラ及び／または光導波路の下部に形成されうる。このような光素子は、シリコンフォトニクス技術によって、チップまたは基板上に他の半導体回路、例えばＤＲＡＭメモリ回路チップ内に一体に集積されうる。【選択図】図１Ａ
2011118399.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板を含む基板と、
前記基板に位置するトレンチと、
前記トレンチに位置する第１クラッド層と、
前記第１クラッド層の上に位置し、最上面と第１、第２の側壁を有する少なくとも１つのコア領域と、を含むことを特徴とする光素子。
【請求項２】
前記基板は、バルク単結晶シリコンから構成され、前記トレンチは、前記基板の表面に対して実質的に垂直な第１、第２の側壁を含むことを特徴とする請求項１に記載の光素子。
【請求項３】
前記光素子は、少なくとも１つの光導波路及び少なくとも１つの光カップラを含み、前記コア領域の第１側壁は、前記トレンチの第１側壁から距離ｄ１にあり、前記コア領域の第２側壁は、前記トレンチの第２側壁から距離ｄ２にあることを特徴とする請求項２に記載の光素子。
【請求項４】
前記距離ｄ１及びｄ２は、０．２７μｍより大きく、前記光導波路での漏れ損失は、１ｄＢ／ｍｍより少ないことを特徴とする請求項３に記載の光素子。
【請求項５】
前記第１クラッド層の最上面は、前記基板の最上面より低く、前記距離ｄ１及びｄ２は、０．３５μｍより大きく、前記光導波路での漏れ損失は、１ｄＢ／ｍｍより少ないことを特徴とする請求項３に記載の光素子。
【請求項６】
前記光導波路は、前記光カップラに結合されており、前記光カップラは、前記第１クラッド領域の最上部の一部分に位置するグレーティング、垂直グレーティング・カップラ、光ビーム方向変更素子、光送受信器及び光電変換素子、電光変換素子のうち少なくとも一つによって構成され、前記光カップラは、前記光導波路の最上面と実質的に同一面に位置する最上面を含むことを特徴とする請求項３に記載の光素子。
【請求項７】
前記第１クラッド層と隣接して位置するか、あるいは前記第１クラッド層の内部に位置する反射要素をさらに含み、前記反射要素は、金属反射器、ブラッグ反射器及び分布ブラッグ反射器のうち少なくとも一つによって構成され、
前記反射要素は、少なくとも第１物質層及び第２物質層を含み、前記第１物質層及び第２物質層それぞれは、第１物質層及び第２物質層と異なる屈折率を有する第３物質層と接触していることを特徴とする請求項１に記載の光素子。
【請求項８】
少なくとも前記コア領域の最上面と第１、第２側壁との一部分をカバーするように位置する第２クラッド層をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の光素子。
【請求項９】
前記コア領域は、欠陥性単結晶シリコン、単結晶シリコン、大グレイン多結晶シリコン及び結晶化された非晶質シリコンのうち少なくとも一つによって構成されることを特徴とする請求項１に記載の光素子。
【請求項１０】
バルク単結晶シリコン基板を含む半導体基板からなる基板と、
前記基板に位置するトレンチと、
前記基板の表面に実質的に垂直、または前記トレンチの底より上方に大きいトレンチ幅を有するように外側に傾いたトレンチ側壁と、
前記基板の最上面と同一平面、それより下方の平面、及び上方の平面のうち実質的にいずれか１つに上面を有するように、前記トレンチに位置する第１クラッド層と、
前記第１クラッド層上に位置し、欠陥性単結晶シリコン、単結晶シリコン、大グレイン多結晶シリコン及び結晶化された非晶質シリコンのうち少なくとも一つを含むコア領域と、を含み、
前記コア領域は、少なくとも一つの光導波路と、前記光導波路に結合され、前記光導波路の最上面と実質的に同一平面にある最上面を有する少なくとも１つの垂直光カップラとを備えるように位置し、
前記コア領域の最上面と側壁との少なくとも一部分をカバーするように位置する第２クラッド層と、をさらに含むことを特徴とする光素子。
【請求項１１】
シリコン基板を含む半導体基板からなる基板にトレンチを形成する段階と、
前記トレンチ内部に実質的に第１クラッド層を形成する段階と、
前記第１クラッド層上にコア領域を形成する段階と、を含むことを特徴とする光素子の製造方法。
【請求項１２】
前記第１クラッド層は、一般化学式ＳｉｘＮｙＯｚを有する誘電物質から形成され、前記第１クラッド層の最上面は、実質的に前記基板の最上面と同一平面にあるか、または前記基板の最上面より低い平面にあるかのうちいずれか一つであり、前記基板は、バルク単結晶シリコンから構成されることを特徴とする請求項１１に記載の光素子の製造方法。
【請求項１３】
前記コア領域を利用し、少なくとも１つの光導波路及び少なくとも１つの光カップラを形成する段階をさらに含むことを特徴とする請求項１１に記載の光素子の製造方法。
【請求項１４】
前記第１クラッド層の下方、上方、及び内部のうちいずれか一つに位置し、前記少なくとも１つの光導波路、光カップラ、及び前記光導波路と前記光カップラとが結合される領域のうち、少なくとも一つに隣接して位置する反射層を形成する段階をさらに含むことを特徴とする請求項１３に記載の光素子の製造方法。
【請求項１５】
前記コア領域の最上面と側壁とのうち少なくとも一部分をカバーする第２クラッド層を形成する段階をさらに含むことを特徴とする請求項１１に記載の光素子の製造方法
【請求項１６】
前記コア領域を形成する段階は、欠陥性単結晶シリコン、単結晶シリコン、大グレイン多結晶シリコン、結晶化多結晶シリコン及び結晶化非晶質シリコンのうち少なくとも１層を形成する段階をさらに含むことを特徴とする請求項１１に記載の光素子の製造方法。
【請求項１７】
前記基板の上面に対して実質的に垂直な側壁を有するトレンチを形成する段階をさらに含むことを特徴とする請求項１２に記載の光素子の製造方法。
【請求項１８】
前記光導波路の最上面と同じ平面にある最上面を有するように、光カップラを形成する段階をさらに含むことを特徴とする請求項１３に記載の光素子の製造方法。
【請求項１９】
光グレーティング、垂直グレーティング・カップラ、光電変換器、電光変換器及び光送受信器のうち少なくとも一つを形成する段階をさらに含むことを特徴とする請求項１１に記載の光素子の製造方法。
【請求項２０】
前記反射層を形成する段階は、金属反射層、ブラッグ反射器及び分布ブラッグ反射器のうち少なくとも一つを形成する段階を含み、前記反射層は、少なくとも第１物質層及び第２物質層を含み、前記第１物質層及び第２物質層それぞれは、前記第１物質層及び第２物質層と異なる屈折率を有する第３物質層と接触するように形成する段階を含むことを特徴とする請求項１４に記載の光素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光素子及びその製造方法に係り、さらに詳細には、光通信を具現するのに使われる、他の回路が集積されたバルク半導体基板に一体に集積できる、光導波路及び光カップラを含む光素子、並びにその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
光ファイバ、光導波路及び光カップラのような光素子は、多様な装置やシステムで、高速及び低電力通信のために使われる。光接続（ｏｐｔｉｃａｌ  ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ）は、半導体メモリ素子、モジュール及びシステムで、大容量、高速及び低電力の通信を達成するために使われてきた。かようなシステムで、光ファイバは、モジュール間の通信のために使われうる。光ファイバは、メモリ・モジュールと素子に光カップラによってカップリングされ、光信号は、光導波路によってモジュール内及びメモリ素子内で伝送されうる。
【０００３】
小型化の要請によって、メモリ・モジュール、素子及びシステムで光接続は、一般的に光導波路及び光カップラが半導体ウェーハに集積されることを必要とする。一般的に、集積光導波路及び光カップラは、単結晶シリコン基板またはウェーハ上に形成されたシリコン酸化膜のような絶縁物質層を含むＳＯＩ（ｓｉｌｉｃｏｎ−ｏｎ−ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板上に形成される。絶縁物質層は、光導波路のための下部クラッド層として機能する。下部クラッド層の屈折率より高い屈折率を有する非晶質（ａｍｏｒｐｈｏｕｓ）シリコンのような光導波路のコア物質が下部クラッド層上に形成される。コア層の屈折率より低い屈折率を有する物質層のような上部クラッド層は、光導波路のクラッドを完成させるために、コア層上部及び／または周囲に形成されうる。上部クラッド層は、シリコン酸化層、ポリシリコン層、またはコアより低い屈折率を有する他の物質層でありうる。例えば、空気が上部クラッド層として機能しうる。
【０００４】
一般的な素子が形成されているＳＯＩウェーハは、一般的な半導体ウェーハよりはるかに高価である。また、一般的な集積光素子は、ＳＯＩ基板に形成され、他の回路、例えば、メモリ素子回路は、一般的にＳＯＩ基板に形成されないので、他の回路、例えば、メモリ素子回路と光素子の完全にモノリシックな集積は、具現できない。従って、光素子は、一般的に他のチップ及び／または他のパッケージ上に分離された素子として形成するしかない。これが、素子、モジュール及びシステムの、サイズと複雑性の増大と単価の高騰を招く原因となる。
【０００５】
小型、高速、低電力、且つ経済的なメモリ素子、モジュール及びシステムへの必要性が高まるにつれて、さらに廉価に製造され、サイズが小さく、高速及び低電力損失で動作し、単一チップまたはウェーハ上に他の回路と効率的に集積できる光接続素子及びシステムへの要求が大きくなっている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の第１の課題は、他の回路が集積されたバルク半導体基板に一体に集積可能な光導波路を提供することである。
本発明の第２の課題は、他の回路が集積されたバルク半導体基板に一体に集積可能な光カップラを提供することである。
本発明の第３の課題は、光導波路及び光カップラを含む集積光素子と共に一体に集積可能な半導体素子、例えばメモリ素子を提供することである。
本発明の第４の課題は、光導波路及び光カップラを含む光素子を含む光接続システムを有するモジュール、例えば、メモリ・モジュールを提供することである。
本発明の第５の課題は、光接続システム、例えば、メモリ・システムのための光接続システムであって、その中のメモリ・モジュール上のメモリ素子が、一体に集積された光導波路及び光カップラを含む光素子を含むような光接続システムを提供することである。
本発明の第６の課題は、その中のメモリ・モジュール上のメモリ素子が一体に集積された光導波路及び光カップラを含む光素子を含むような、メモリ素子、メモリ・モジュール、メモリ・システム及び接続システムの製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一側面（ａｓｐｅｃｔ）に係る光素子は、半導体基板を含む基板と、前記基板に位置するトレンチと、前記トレンチに位置する第１クラッド層（下部クラッド層）と、前記第１クラッド層の上に位置し、最上面と第１、第２の側壁を有する少なくとも１つのコア領域と、から構成される。
【０００８】
一実施形態で、前記基板は、バルク単結晶シリコンから構成され、前記トレンチは、前記基板の表面に対して実質的に垂直な第１、第２の側壁を含む。
一実施形態で、前記光素子は、少なくとも１つの光導波路及び少なくとも１つの光カップラを含み、前記コア領域の第１側壁は、前記トレンチの第１側壁から距離ｄ１にあり、前記コア領域の第２側壁は、前記トレンチの第２側壁から距離ｄ２にある。
一実施形態で、前記距離ｄ１及びｄ２は、０．２７μｍより大きく、前記光導波路での漏れ損失（ｌｅａｋａｇｅ  ｌｏｓｓ）は、１ｄＢ／ｍｍより少ない。
一実施形態で、前記第１クラッド層の最上面（ｔｏｐ  ｓｕｒｆａｃｅ）は、前記基板の最上面より低く、前記距離ｄ１及びｄ２は、０．３５μｍより大きく、前記光導波路での漏れ損失は、１ｄＢ／ｍｍより少ない。
一実施形態で、前記光導波路は、光カップラに結合（カップリング）されており、前記光カップラは、前記第１クラッド領域の最上部の一部分に位置するグレーティング、垂直グレーティング・カップラ、光ビーム方向変更素子、光送受信器及び光電変換素子、電光変換素子のうち少なくとも一つによって構成され、前記光カップラは、光導波路の最上面と実質的に同一面に位置する最上面を含む。
一実施形態で、前記光素子は、前記第１クラッド層と隣接して位置するか、または前記第１クラッド層の内部に位置する反射要素をさらに含み、前記反射要素は、金属反射器、ブラッグ反射器及び分布ブラッグ反射器のうち少なくとも一つによって構成され、前記反射要素は、少なくとも第１物質層及び第２物質層を含み、第１物質層及び第２物質層それぞれは、第１物質層及び第２物質層と異なる屈折率を有する第３物質層と接触している。
一実施形態で、前記光素子は、少なくとも前記コア領域の最上面と第１、第２側壁との一部分をカバーするように位置する第２クラッド層（上部クラッド層）をさらに含む。
一実施形態で、前記コア領域は、欠陥性単結晶シリコン、単結晶シリコン、大グレイン多結晶シリコン及び結晶化された非晶質シリコンのうち少なくとも一つによって構成される。
【０００９】
本発明の他の側面に係る光素子は、バルク単結晶シリコン基板を含む半導体基板からなる基板と、前記基板に位置するトレンチと、前記基板の表面に実質的に垂直、またはトレンチの底より上方に大きいトレンチ幅を有するように外側に傾いたトレンチ側壁と、前記基板の最上面と同一平面、それより下方の平面、及び上方の平面のうち実質的にいずれか１つに最上面を有するように、前記トレンチに位置する第１クラッド層（下部クラッド層）と、前記第１クラッド層上に位置し、欠陥性単結晶シリコン、単結晶シリコン、大グレイン多結晶シリコン及び結晶化された非晶質シリコンのうち少なくとも一つを含むコア領域と、を含み、前記コア領域は、少なくとも一つの光導波路と、前記光導波路に結合され、光導波路の最上面と実質的に同一平面にある最上面を有する少なくとも１つの垂直光カップラとを備えるように位置し、前記コア領域の最上面と側壁との少なくとも一部分をカバーするように位置する第２クラッド層（上部クラッド層）とをさらに含むことを特徴とする。
【００１０】
本発明のさらに他の側面に係る光素子の製造方法は、シリコン基板を含む半導体基板からなる基板にトレンチを形成する段階と、トレンチ内部に実質的に第１クラッド層（下部クラッド層）を形成する段階と、かつ前記第１クラッド層上にコア領域を形成する段階と、を含むことを特徴とする。
【００１１】
一実施形態で、前記第１クラッド層は、一般式ＳｉｘＮｙＯｚを有する誘電物質から形成され、前記第１クラッド層の最上面は、実質的に基板の最上面と同一平面にあるか、または前記基板の最上面より低い平面にあるかのうちいずれか一つであり、前記基板は、バルク単結晶シリコンから構成される。
一実施形態で、前記光素子の製造方法は、前記コア領域を利用し、少なくとも１つの光導波路及び少なくとも１つの光カップラを形成する段階をさらに含む。
一実施形態で、前記光素子の製造方法は、前記第１クラッド層の下方、上方、及び内部のうちいずれか一つに位置し、前記少なくとも１つの光導波路、光カップラ、及び前記光導波路と前記光カップラとが結合（カップリング）される領域のうち、少なくとも一つに隣接して位置する反射層を形成する段階をさらに含む。
一実施形態で、前記光素子の製造方法は、コア領域の最上面と側壁とのうち少なくとも一部分をカバーする第２クラッド層を形成する段階をさらに含む。
一実施形態で、前記コア領域を形成する段階は、欠陥性単結晶シリコン、単結晶シリコン、大グレイン多結晶シリコン、結晶化多結晶シリコン及び結晶化非晶質シリコンのうち少なくとも１層を形成する段階をさらに含む。
一実施形態で、前記光素子の製造方法は、前記基板の上面に対して実質的に垂直な側壁を有するトレンチを形成する段階をさらに含む。
一実施形態で、前記光素子の製造方法は、光導波路の最上面と同じ平面にある最上面を有するように光カップラを形成する段階をさらに含む。
一実施形態で、前記光素子の製造方法は、光グレーティング、垂直グレーティング・カップラ、光電変換器、電光変換器及び光送受信器のうち少なくとも一つを形成することをさらに含む。
一実施形態で、前記反射層を形成する段階は、金属反射層、ブラッグ反射器及び分布ブラッグ反射器のうち少なくとも一つを形成する段階を含み、前記反射層は、少なくとも第１物質層及び第２物質層を含み、前記第１物質層及び第２物質層それぞれは、前記第１物質層及び第２物質層と異なる屈折率を有する第３物質層と接触するように形成する段階を含む。
【００１２】
本発明の一側面に係る光導波路は、半導体基板を含む基板と、前記基板に位置するトレンチと、前記トレンチに位置する第１クラッド層（下部クラッド層）と、前記第１クラッド層の上に位置し、最上面と第１、第２の側壁を有する少なくとも１つのコア領域と、から構成される。
【００１３】
一実施形態で、前記基板は、バルクシリコン基板から構成される。
一実施形態で、前記コア領域の第１側壁は、前記トレンチの第１側壁から距離ｄ１にあり、前記コア領域の第２側壁は、前記トレンチの第２側壁から距離ｄ２にあり、前記コア領域は、幅ｗを有し、幅ｗは、前記第１側壁と第２側壁との間の距離であり、前記距離ｄ１及びｄ２は、前記基板による光導波路で要求される光損失によって選択される。
一実施形態で、前記距離ｄ１及びｄ２は、少なくとも０．２７μｍであり、前記基板による前記光導波路での漏れ損失は、１ｄＢ／ｍｍより少ない。
一実施形態で、前記コア領域の第１側壁は、前記コア領域に隣接した第２コア領域の第１側壁から距離ｄ３にあり、前記コア領域の第２側壁は、前記コア領域に隣接した第３コア領域の第１側壁から距離ｄ４にあり、前記距離ｄ３及びｄ４は、隣接したコア領域による光導波路で要求される光損失によって選択される。一実施形態で、距離ｄ３及びｄ４は、少なくとも０．３５μｍより小さければ、コア領域に隣接した光導波路での漏れ損失は、１ｄＢ／ｍｍより少ないか、同じでありうる。
一実施形態で、第１クラッド層の最上面は、半導体基板の最上面と平坦である。一実施形態で、第１クラッド層の最上面は、半導体基板の最上面より低い。
一実施形態で、前記光導波路は、光カップラに結合（カップリング）されている。一実施形態で、前記光カップラは、垂直グレーティング・カップラである。一実施形態で、反射要素の少なくとも一部分は、少なくとも１つの前記光カップラ及び前記光導波路が形成された領域に位置する。一実施形態で、前記反射要素は、第１クラッド層に位置する。
一実施形態で、前記光導波路は、前記コア領域の上面及び側壁を覆い包む第２クラッド層（上部クラッド層）を含むことができる。
一実施形態で、前記コア領域は、多結晶シリコン及び非晶質シリコンのうちいずれか一つを結晶化して形成された欠陥性単結晶シリコンである。
一実施形態で、前記コア領域は、前記第１クラッド層より大きい屈折率を有する。
【００１４】
本発明の他の側面に係る光カップラは、半導体基板を含む基板と、前記基板に形成されたトレンチと、前記トレンチに形成された第１クラッド層（下部クラッド層）と、前記第１クラッド層上に形成されたコア領域と、前記コア領域の上部に形成されたグレーティングと、を含む。
【００１５】
一実施形態で、前記基板は、バルク単結晶シリコンである。
一実施形態で、前記第１クラッド層の最上面は、前記基板の最上面と平坦である。
一実施形態で、前記第１クラッド層の最上面は、前記基板の最上面より低い。
一実施形態で、前記光カップラは、光導波路にカップリングされている。
一実施形態で、反射要素の少なくとも一部分は、少なくとも１つの前記光カップラ及び前記光導波路が形成された領域に位置する。
一実施形態で、前記反射要素は、第１クラッド層内に位置する。
一実施形態で、前記光カップラは、前記コア領域の上面及び側壁を覆い包む第２クラッド層（上部クラッド層）を含む。
一実施形態で、前記コア領域は、多結晶シリコン及び非晶質シリコンのうちいずれか一つを結晶化して形成された欠陥性単結晶シリコンである。
一実施形態で、前記コア領域は、前記第１クラッド層より大きい屈折率を有する。
【００１６】
本発明の他の側面に係る光素子は、シリコン基板を含む基板と、前記基板に形成された光導波路と、前記光導波路に結合（カップリング）された光カップラと、を含む。前記光導波路は、前記基板に形成されたトレンチ、前記トレンチに形成された第１クラッド層（下部クラッド層）、及び前記第１クラッド層上に形成されたコア領域を含む。前記光カップラは、前記光導波路のカップリング端部領域に形成される。
【００１７】
一実施形態で、前記第１クラッド層の最上面は、半導体基板の最上面と平坦である。
一実施形態で、前記第１クラッド層の最上面は、半導体基板の最上面より低い。
一実施形態で、前記光カップラは、前記コア領域に形成されたグレーティングによって構成される。
一実施形態で、前記光カップラは、垂直グレーティング・カップラである。
一実施形態で、反射要素の少なくとも一部分は、少なくとも１つの前記光カップラ及び光導波路が形成された領域に位置する。
一実施形態で、前記反射要素は、第１クラッド層内に位置する。
一実施形態で、前記光素子は、コア領域の上面及び側壁を覆い包む第２クラッド層（上部クラッド層）を含む。
一実施形態で、前記コア領域は、多結晶シリコン及び非晶質シリコンのうちいずれか一つを結晶化して形成された欠陥性単結晶シリコンである。
一実施形態で、前記コア領域は、前記第１クラッド層より大きい屈折率を有する。
【００１８】
本発明の他の側面に係る光素子は、半導体基板を含む基板と、前記基板に形成されたトレンチと、前記トレンチに形成された第１クラッド層（下部クラッド層）と、前記第１クラッド層上に形成されたコア領域と、前記コア領域の上部の一部分に形成されたグレーティングを含む。
【００１９】
一実施形態で、前記光素子は、前記第１クラッド層と前記コア領域の少なくとも一部分を含む光導波路を含む。
一実施形態で、前記光素子は、前記第１クラッド層と前記コア領域の少なくとも一部分を含む光カップラを含む。
一実施形態で、前記光カップラは、前記コア領域に形成されたグレーティングによって構成される。
一実施形態で、前記光素子は、前記第１クラッド層及びコア領域の他の領域を含み、前記光導波路は、前記光カップラに結合（カップリング）されている。
一実施形態で、前記光素子は、光信号と電気信号とを変換する変換ユニットをさらに含む。
一実施形態で、前記光素子は、光信号を伝送して送受信する送受信器をさらに含む。
一実施形態で、前記第１クラッド層の最上面は、前記基板の最上面と平坦である。
一実施形態で、前記第１クラッド層の最上面は、前記基板の最上面より低い。
一実施形態で、前記反射要素は、前記第１クラッド層に位置する。
一実施形態で、前記光素子は、前記コア領域の上面及び側壁を覆い包む第２クラッド層（上部クラッド層）を含む。
一実施形態で、前記コア領域は、多結晶シリコン及び非晶質シリコンのうちいずれか一つを結晶化して形成された欠陥性単結晶シリコンである。
一実施形態で、前記コア領域は、前記第１クラッド層より大きい屈折率を有する。
【００２０】
本発明の他の側面に係る光導波路の製造方法によれば、トレンチがシリコン基板を含む半導体基板からなる基板に形成される。第１クラッド層（下部クラッド層）が前記トレンチに形成される。コア領域は、前記第１クラッド層上に形成される。
【００２１】
一実施形態で、前記シリコン基板は、バルクシリコン基板である。
一実施形態で、前記第１クラッド層の最上面は、前記基板の最上面と平坦である。
一実施形態で、前記第１クラッド層の最上面は、前記基板の最上面より低い。
一実施形態で、前記光導波路は、光カップラに結合（カップリング）されている。
一実施形態で、反射要素の少なくとも一部分は、少なくとも１つの前記光カップラ及び前記光導波路が形成された領域に位置する。
一実施形態で、前記反射要素は、前記第１クラッド層に位置する。
一実施形態で、前記製造方法は、前記コア領域の上面及び側壁を覆い包む第２クラッド層（上部クラッド層）を形成することをさらに含む。
一実施形態で、前記コア領域は、多結晶シリコン及び非晶質シリコンのうちいずれか一つを結晶化して形成された欠陥性単結晶シリコンである。
【００２２】
本発明の他の側面に係る光カップラの製造方法によれば、トレンチがシリコン基板を含む半導体基板からなる基板に形成される。第１クラッド層（下部クラッド層）が前記トレンチに形成される。コア領域が前記第１クラッド層上に形成される。グレーティングが前記コア領域の上部の一部に形成される。
【００２３】
一実施形態で、前記半導体基板は、バルク単結晶シリコンである。
一実施形態で、前記第１クラッド層の最上面は、前記基板の最上面と平坦である。
一実施形態で、前記第１クラッド層の最上面は、前記基板の最上面より低い。
一実施形態で、前記光カップラは、光導波路に結合（カップリング）されている。
一実施形態で、前記反射要素の少なくとも一部分は、少なくとも１つの前記光カップラ及び光導波路が形成された領域に位置する。
一実施形態で、前記反射要素は、前記第１クラッド層に形成される。
一実施形態で、前記光カップラは、前記コア領域の上面及び側壁を覆い包む第２クラッド層（上部クラッド層）を形成することを含む。
一実施形態で、前記コア領域は、多結晶シリコン及び非晶質シリコンのうちいずれか一つを結晶化して形成された欠陥性単結晶シリコンである。
【００２４】
本発明の他の側面に係る光素子の製造方法は、シリコン基板を含む半導体基板からなる基板にトレンチを形成し、第１クラッド層（下部クラッド層）を前記トレンチに形成し、前記第１クラッド層上にコア領域を形成し、前記コア領域の上部の一部にグレーティングを形成することを含む。
【００２５】
一実施形態で、前記光素子は、前記第１クラッド層とコア領域の少なくとも一部分を含む光導波路を含む。
一実施形態で、前記光素子は、前記第１クラッド層とコア領域の少なくとも一部分を含む光カップラを含む。
一実施形態で、前記光カップラは、前記コア領域に形成されたグレーティングによって構成される。
一実施形態で、前記光素子は、前記第１クラッド層及びコア領域の他の領域を含み、前記光導波路は、前記光カップラに結合（カップリング）されている。
一実施形態で、前記光素子は、光信号と電気信号とを変換する変換ユニットをさらに含む。
一実施形態で、前記光素子は、光信号を伝送して送受信する送受信器をさらに含む。
一実施形態で、前記第１クラッド層の最上面は、前記基板の最上面と平坦である。
一実施形態で、前記第１クラッド層の最上面は、前記基板の最上面より低い。
一実施形態で、反射要素は、前記第１クラッド層に位置する。
一実施形態で、前記光素子は、前記コア領域の上面及び側壁を覆い包む第２クラッド層（上部クラッド層）を含む。
一実施形態で、前記コア領域は、多結晶シリコン及び非晶質シリコンのうちいずれか一つを結晶化して形成された欠陥性単結晶シリコンである。
【発明の効果】
【００２６】
本発明の思想によれば、光導波路及び光カップラを含む光素子を通常の半導体集積回路技術の範疇で形成し、これらの光素子を他のメモリなどの半導体素子と一体に集積できるので、光接続を用いた各種モジュール・システムの小型化、高速化、低電力化、且つ経済化の要請に応えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１Ａ】本発明の思想の一実施形態による光導波路の概略断面図である。
【図１Ｂ】距離ｄ１及びｄ２の関数による、図１Ａの光導波路の基板を介した光漏れ損失のグラフである。
【図２】図１Ａの光導波路を含む素子の一定部分の概略的な断面図である。
【図３Ａ】本発明の思想の他の実施形態による光導波路の概略断面図である。
【図３Ｂ】距離ｄ５及びｄ６の関数による、図３Ａの光導波路の基板を介した光漏れ損失のグラフである。
【図４Ａ】本発明の思想の一実施形態により、図１Ａの光導波路を製造する方法について説明するための概略断面図である。
【図４Ｂ】本発明の思想の一実施形態により、図１Ａの光導波路を製造する方法について説明するための概略断面図である。
【図４Ｃ】本発明の思想の一実施形態により、図１Ａの光導波路を製造する方法について説明するための概略断面図である。
【図４Ｄ】本発明の思想の一実施形態により、図１Ａの光導波路を製造する方法について説明するための概略断面図である。
【図４Ｅ】本発明の思想の一実施形態により、図１Ａの光導波路を製造する方法について説明するための概略断面図である。
【図４Ｆ】本発明の思想の一実施形態により、図１Ａの光導波路を製造する方法について説明するための概略断面図である。
【図４Ｇ】本発明の思想の一実施形態により、図１Ａの光導波路を製造する方法について説明するための概略断面図である。
【図５Ａ】本発明の思想の一実施形態により、図３Ａの光導波路を製造する方法について説明するための概略断面図である。
【図５Ｂ】本発明の思想の一実施形態により、図３Ａの光導波路を製造する方法について説明するための概略断面図である。
【図５Ｃ】本発明の思想の一実施形態により、図３Ａの光導波路を製造する方法について説明するための概略断面図である。
【図５Ｄ】本発明の思想の一実施形態により、図３Ａの光導波路を製造する方法について説明するための概略断面図である。
【図５Ｅ】本発明の思想の一実施形態により、図３Ａの光導波路を製造する方法について説明するための概略断面図である。
【図５Ｆ】本発明の思想の一実施形態により、図３Ａの光導波路を製造する方法について説明するための概略断面図である。
【図５Ｇ】本発明の思想の一実施形態により、図３Ａの光導波路を製造する方法について説明するための概略断面図である。
【図６】本発明の思想の一実施形態による、集積光導波路に係わる垂直光カップリングについて説明するための概略斜視図である。
【図７】本発明の思想の一実施形態による光カップラの概略斜視図である。
【図８】本発明の思想の他の実施形態による光カップラの概略斜視図である。
【図９】本発明の思想の他の実施形態による光カップラの概略斜視図である。
【図１０】本発明の思想の他の実施形態による光カップラの概略斜視図である。
【図１１】本発明の思想の他の実施形態による光カップラの概略斜視図である。
【図１２】本発明の思想の他の実施形態による光カップラの概略斜視図である。
【００２８】
【図１３】分布ブラッグ反射器を含むように変形された図７の本発明の思想の実施形態の概略斜視図である。
【図１４】分布ブラッグ反射器を含むように変形された図８の本発明の思想の実施形態の概略斜視図である。
【図１５】分布ブラッグ反射器を含むように変形された図９の本発明の思想の実施形態の概略斜視図である。
【図１６】分布ブラッグ反射器を含むように変形された図１０の本発明の思想の実施形態の概略斜視図である。
【図１７】分布ブラッグ反射器を含むように変形された図１１の本発明の思想の実施形態の概略斜視図である。
【図１８】分布ブラッグ反射器を含むように変形された図１２の本発明の思想の実施形態の概略斜視図である。
【図１９】本発明の思想による光カップラの他の実施形態の光カップラの概略斜視図である。
【図２０Ａ】本発明の思想の一実施形態により、図７に説明された光カップラの製造方法について説明する概略斜視図である。
【図２０Ｂ】本発明の思想の一実施形態により、図７に説明された光カップラの製造方法について説明する概略斜視図である。
【図２０Ｃ】本発明の思想の一実施形態により、図７に説明された光カップラの製造方法について説明する概略斜視図である。
【図２０Ｄ】本発明の思想の一実施形態により、図７に説明された光カップラの製造方法について説明する概略斜視図である。
【図２０Ｅ】本発明の思想の一実施形態により、図７に説明された光カップラの製造方法について説明する概略斜視図である。
【図２０Ｆ】本発明の思想の一実施形態により、図７に説明された光カップラの製造方法について説明する概略斜視図である。
【図２１Ａ】本発明の思想の一実施形態により、図８に説明された光カップラの製造方法について説明する概略斜視図である。
【図２１Ｂ】本発明の思想の一実施形態により、図８に説明された光カップラの製造方法について説明する概略斜視図である。
【図２１Ｃ】本発明の思想の一実施形態により、図８に説明された光カップラの製造方法について説明する概略斜視図である。
【図２１Ｄ】本発明の思想の一実施形態により、図８に説明された光カップラの製造方法について説明する概略斜視図である。
【図２１Ｅ】本発明の思想の一実施形態により、図８に説明された光カップラの製造方法について説明する概略斜視図である。
【図２１Ｆ】本発明の思想の一実施形態により、図８に説明された光カップラの製造方法について説明する概略斜視図である。
【図２２Ａ】本発明の思想の一実施形態により、図９に説明された光カップラの製造方法について説明する概略斜視図である。
【図２２Ｂ】本発明の思想の一実施形態により、図９に説明された光カップラの製造方法について説明する概略斜視図である。
【図２２Ｃ】本発明の思想の一実施形態により、図９に説明された光カップラの製造方法について説明する概略斜視図である。
【図２２Ｄ】本発明の思想の一実施形態により、図９に説明された光カップラの製造方法について説明する概略斜視図である。
【図２２Ｅ】本発明の思想の一実施形態により、図９に説明された光カップラの製造方法について説明する概略斜視図である。
【図２２Ｆ】本発明の思想の一実施形態により、図９に説明された光カップラの製造方法について説明する概略斜視図である。
【００２９】
【図２３Ａ】本発明の思想の一実施形態により、図１０に説明された光カップラの製造方法について説明する概略斜視図である。
【図２３Ｂ】本発明の思想の一実施形態により、図１０に説明された光カップラの製造方法について説明する概略斜視図である。
【図２３Ｃ】本発明の思想の一実施形態により、図１０に説明された光カップラの製造方法について説明する概略斜視図である。
【図２３Ｄ】本発明の思想の一実施形態により、図１０に説明された光カップラの製造方法について説明する概略斜視図である。
【図２３Ｅ】本発明の思想の一実施形態により、図１０に説明された光カップラの製造方法について説明する概略斜視図である。
【図２３Ｆ】本発明の思想の一実施形態により、図１０に説明された光カップラの製造方法について説明する概略斜視図である。
【図２４Ａ】本発明の思想の一実施形態により、図１１に説明された光カップラの製造方法について説明する概略斜視図である。
【図２４Ｂ】本発明の思想の一実施形態により、図１１に説明された光カップラの製造方法について説明する概略斜視図である。
【図２４Ｃ】本発明の思想の一実施形態により、図１１に説明された光カップラの製造方法について説明する概略斜視図である。
【図２４Ｄ】本発明の思想の一実施形態により、図１１に説明された光カップラの製造方法について説明する概略斜視図である。
【図２４Ｅ】本発明の思想の一実施形態により、図１１に説明された光カップラの製造方法について説明する概略斜視図である。
【図２４Ｆ】本発明の思想の一実施形態により、図１１に説明された光カップラの製造方法について説明する概略斜視図である。
【図２５Ａ】本発明の思想の一実施形態により、図１２に説明された光カップラの製造方法について説明する概略斜視図である。
【図２５Ｂ】本発明の思想の一実施形態により、図１２に説明された光カップラの製造方法について説明する概略斜視図である。
【図２５Ｃ】本発明の思想の一実施形態により、図１２に説明された光カップラの製造方法について説明する概略斜視図である。
【図２５Ｄ】本発明の思想の一実施形態により、図１２に説明された光カップラの製造方法について説明する概略斜視図である。
【図２５Ｅ】本発明の思想の一実施形態により、図１２に説明された光カップラの製造方法について説明する概略斜視図である。
【図２６Ａ】本発明の思想の一実施形態により、図１３に説明された光カップラの製造方法について説明する概略斜視図である。
【図２６Ｂ】本発明の思想の一実施形態により、図１３に説明された光カップラの製造方法について説明する概略斜視図である。
【図２６Ｃ】本発明の思想の一実施形態により、図１３に説明された光カップラの製造方法について説明する概略斜視図である。
【図２６Ｄ】本発明の思想の一実施形態により、図１３に説明された光カップラの製造方法について説明する概略斜視図である。
【図２６Ｅ】本発明の思想の一実施形態により、図１３に説明された光カップラの製造方法について説明する概略斜視図である。
【図２６Ｆ】本発明の思想の一実施形態により、図１３に説明された光カップラの製造方法について説明する概略斜視図である。
【図２６Ｇ】本発明の思想の一実施形態により、図１３に説明された光カップラの製造方法について説明する概略斜視図である。
【図２６Ｈ】本発明の思想の一実施形態により、図１３に説明された光カップラの製造方法について説明する概略斜視図である。
【図２６Ｉ】本発明の思想の一実施形態により、図１３に説明された光カップラの製造方法について説明する概略斜視図である。
【００３０】
【図２７Ａ】本発明の思想の一実施形態により、図１４に説明された光カップラの製造方法について説明する概略斜視図である。
【図２７Ｂ】本発明の思想の一実施形態により、図１４に説明された光カップラの製造方法について説明する概略斜視図である。
【図２７Ｃ】本発明の思想の一実施形態により、図１４に説明された光カップラの製造方法について説明する概略斜視図である。
【図２７Ｄ】本発明の思想の一実施形態により、図１４に説明された光カップラの製造方法について説明する概略斜視図である。
【図２７Ｅ】本発明の思想の一実施形態により、図１４に説明された光カップラの製造方法について説明する概略斜視図である。
【図２７Ｆ】本発明の思想の一実施形態により、図１４に説明された光カップラの製造方法について説明する概略斜視図である。
【図２７Ｇ】本発明の思想の一実施形態により、図１４に説明された光カップラの製造方法について説明する概略斜視図である。
【図２８Ａ】本発明の思想の一実施形態により、図１５に説明された光カップラの製造方法について説明する概略斜視図である。
【図２８Ｂ】本発明の思想の一実施形態により、図１５に説明された光カップラの製造方法について説明する概略斜視図である。
【図２８Ｃ】本発明の思想の一実施形態により、図１５に説明された光カップラの製造方法について説明する概略斜視図である。
【図２８Ｄ】本発明の思想の一実施形態により、図１５に説明された光カップラの製造方法について説明する概略斜視図である。
【図２８Ｅ】本発明の思想の一実施形態により、図１５に説明された光カップラの製造方法について説明する概略斜視図である。
【図２８Ｆ】本発明の思想の一実施形態により、図１５に説明された光カップラの製造方法について説明する概略斜視図である。
【図２８Ｇ】本発明の思想の一実施形態により、図１５に説明された光カップラの製造方法について説明する概略斜視図である。
【図２８Ｈ】本発明の思想の一実施形態により、図１５に説明された光カップラの製造方法について説明する概略斜視図である。
【図２８Ｉ】本発明の思想の一実施形態により、図１５に説明された光カップラの製造方法について説明する概略斜視図である。
【図２９Ａ】本発明の思想の一実施形態により、図１６に説明された光カップラの製造方法について説明する概略斜視図である。
【図２９Ｂ】本発明の思想の一実施形態により、図１６に説明された光カップラの製造方法について説明する概略斜視図である。
【図２９Ｃ】本発明の思想の一実施形態により、図１６に説明された光カップラの製造方法について説明する概略斜視図である。
【図２９Ｄ】本発明の思想の一実施形態により、図１６に説明された光カップラの製造方法について説明する概略斜視図である。
【図２９Ｅ】本発明の思想の一実施形態により、図１６に説明された光カップラの製造方法について説明する概略斜視図である。
【図２９Ｆ】本発明の思想の一実施形態により、図１６に説明された光カップラの製造方法について説明する概略斜視図である。
【図２９Ｇ】本発明の思想の一実施形態により、図１６に説明された光カップラの製造方法について説明する概略斜視図である。
【図２９Ｈ】本発明の思想の一実施形態により、図１６に説明された光カップラの製造方法について説明する概略斜視図である。
【００３１】
【図３０Ａ】本発明の思想の一実施形態により、図１７に説明された光カップラの製造方法について説明する概略斜視図である。
【図３０Ｂ】本発明の思想の一実施形態により、図１７に説明された光カップラの製造方法について説明する概略斜視図である。
【図３０Ｃ】本発明の思想の一実施形態により、図１７に説明された光カップラの製造方法について説明する概略斜視図である。
【図３０Ｄ】本発明の思想の一実施形態により、図１７に説明された光カップラの製造方法について説明する概略斜視図である。
【図３０Ｅ】本発明の思想の一実施形態により、図１７に説明された光カップラの製造方法について説明する概略斜視図である。
【図３０Ｆ】本発明の思想の一実施形態により、図１７に説明された光カップラの製造方法について説明する概略斜視図である。
【図３０Ｇ】本発明の思想の一実施形態により、図１７に説明された光カップラの製造方法について説明する概略斜視図である。
【図３０Ｈ】本発明の思想の一実施形態により、図１７に説明された光カップラの製造方法について説明する概略斜視図である。
【図３１】本発明の思想の実施形態に適用され、下部（底）クラッドの厚みに係わる光カップリング効率のグラフである。
【図３２】本発明の思想の実施形態によって、光導波路及び光カップラを含む光素子、並びにその製造方法が適用されうる処理システムの概略ブロック図である。
【図３３】本発明の思想の他の実施形態によって、光導波路及び光カップラを含む光素子、並びにその製造方法が適用されうる処理システムの概略ブロック図である。
【図３４】本発明の思想の他の実施形態によって、光導波路及び光カップラを含む光素子、並びにその製造方法が適用されうる処理システムの概略ブロック図である。
【図３５】メモリ回路が形成されたチップ（ダイ）と同じチップ（ダイ）上に集積された本発明の思想の光カップラ及び光導波路を有するメモリ回路、例えば、ＤＲＡＭメモリ回路の概略機能図である。
【図３６】本発明の思想の一実施形態による、本発明の思想の光導波路及び光カップラが適用されうるコンピュータまたは処理システムの一部分の概略斜視図である。
【図３７】本発明の思想の一実施形態による、本発明の思想の光導波路及び光カップラが適用されうるコンピュータまたは処理システムの一部分の概略斜視図である。
【図３８Ａ】本発明の思想が適用されうる光接続、例えば、光導波路の概略斜視図である。
【図３８Ｂ】本発明の思想が適用されうる光接続、例えば、光導波路の概略斜視図である。
【図３８Ｃ】本発明の思想が適用されうる光接続、例えば、光導波路の概略斜視図である。
【図３９】本発明の思想の一実施形態による光素子を含むパッケージ素子の概略断面図である。
【図４０】本発明の思想が適用されうる一般的な処理システム、通信システムまたはディスプレイ・システムの概略ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下、添付図面に示すように、本発明の思想の特徴（ｆｅａｔｕｒｅｓ）及び利点（ａｄｖａｎｔａｇｅ）は、本発明の思想の望ましい実施形態のさらに詳細な説明を介して明確になるであろう。添付図面で説明するように、同じ参照番号は、他の図面で同じ部材を示している。図面は、必ずしも同一縮尺で表わしておらず、代わりに、本発明の思想の原理を強調して説明するように提供する。図面で、例えば膜または領域の厚みは、明細書の明確性のために誇張してある。
【００３３】
添付図面を参照すれば、多様な例示的実施形態について説明している。ここでは、若干の例示的実施形態について説明するが、本発明の思想は、多様な形態でもって具現され、ここに説明される例示的実施形態に限定されるものではない。
【００３４】
ある構成要素または層が、他の要素または層の上に位置する、連結される、またはカップリングされる、と説明する場合、ある構成要素または層が他の構成要素または層と、他の構成要素又は層が介在することなく直接的に接触して位置する、連結される、またはカップリングされる場合もあるが、ある構成要素または層と他の構成要素または層の間に他の構成要素または層が介在する場合もある。以下で同じ構成要素は、同じ部材を示す。ここに使われる用語、「及び／または」は、例示された部品の一つまたはそれ以上の組み合わせを含む。
【００３５】
第１，第２，第３のような用語は、多様な構成要素、部品、領域、層及び／または部分を表現するために使うものであり、このような構成要素、部品、領域、層及び／または部分は、このような用語に限定されるものではない。このような用語は、構成要素、部品、領域、層及び／または部分を区分するために使うものである。従って、以下に説明される第１構成要素，部品，領域，層，部分は、本発明の思想を外れない限り、第２構成要素，部品，領域，層または部分でありうる。
比較用語、例えば、下、下部、上部、上は、図面に説明された他の構成要素または特徴との関係について説明するためのものである。比較用語は、図面に表示された方向に加え、素子の動作や使用において、異なる方向を含むことができる。例えば、図面にある素子が逆さまになっているとき、下にある構成要素や特徴は、他の構成要素や特徴の上に位置しうる。従って、「下」という用語は、上下方向を含むことができる。素子は、９０°あるいは他の方向に回転移動することがあり、それによって適宜相対的な説明を行なう。
【００３６】
ここで使用した用語は、単に特定の例示的実施形態について説明するために使うものであり、本発明の思想を限定しようとする意図はない。単数の表現は、文脈上明白に取り立てて意図しない限り、複数の表現を含む。ここで、「包含する」または「有する」のような用語は、明細書上に記載された特徴、数字、段階、動作、構成要素、部分品またはそれらを組み合わせたものが存在することを指定しようとするものであり、一つまたはそれ以上の他の特徴や数字、段階、動作、構成要素、部分品またはそれらを組み合わせたものの存在または付加の可能性をあらかじめ排除するものではない。
【００３７】
例示的実施形態は、断面図を参照して説明する。断面図は、理想化した例示的実施形態や中間構造物の概略的な説明である。本発明の実施形態は、多様な変更を加えることができ、さまざまな形態を有することができるが、その中の特定実施形態を図面に例示し、詳細に説明しようとするものである。しかし、それは、本発明をこの特定の開示形態について限定しようとするものではなく、本発明の思想及び技術範囲に含まれるあらゆる変更、均等物ないし代替物を含むものであると理解せねばならない。例えば、四角形と説明されたイオン注入領域は、円形または閉曲線形であってもよい。イオン注入領域の境界線は、イオン注入領域とイオン注入されていない領域との２分線ではなく、イオン濃度は当然、境界線の内外で傾斜している。また、イオン注入によって形成する埋め込み領域は、埋め込み領域と、イオン注入がなされる表面との間の領域に形成されうる。このように図面に説明される領域は、例示的なものであり、それらの形状は、素子領域の実際の形状について説明するためのものではなく、本発明の思想の範囲を限定しようとするものではない。
【００３８】
本発明の思想によれば、多様な光素子、例えば、光導波路及び光カップラが提供される。また、提供されるのは、本発明の思想の光素子を使用する回路配線（接続）システムである。具体的には、ある例示的実施形態は、半導体メモリ回路、例えば、ＤＲＡＭ（ｄｙｎａｍｉｃ  ｒａｎｄｏｍ−ａｃｃｅｓｓ  ｍｅｍｏｒｙ）回路と共に使われた光配線システムを提供する。本発明の思想は、本発明の光素子及び配線システムを使用するモジュール、例えば、メモリ・モジュール、ＤＲＡＭモジュール、ＤＩＭＭ（ｄｕａｌ  ｉｎｌｉｎｅ  ｍｅｍｏｒｙ  ｍｏｄｕｌｅ）モジュール、及びＤＲＡＭ  ＤＩＭＭモジュールを提供する。また、提供されるのは、本発明の思想による光素子、配線システム、及び／またはモジュールを使用するコンピュータ及び／またはプロセシング・システムである。
【００３９】
以下、本発明の思想の多様な例示的実施形態について、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００４０】
図１Ａは、本発明の思想の一実施形態による光導波路１００の概略断面図である。光導波路１００は、バルク半導体基板、例えば、バルクシリコン・ウェーハやバルクシリコン基板を含むバルク半導体基板からなる基板１０の内部または上面上に形成される。基板１０は、最上面（前表面）１０ａ及び底面（背面）１０ｂを含む。トレンチ領域１２は、前表面１０ａを貫通して基板１０の内部に形成される。トレンチ領域１２は、側壁１２ａ及び１２ｂを有し、トレンチ幅ＴＷを有する。
【００４１】
第１クラッド層（以下、下部クラッド層という）１４が、トレンチ１２に形成される。下部クラッド層１４は、シリコン酸化物、シリコン窒化物またはシリコン酸化窒化物のような絶縁物質からなる。本実施形態で、下部クラッド層１４の最上面は、基板１０の最上面１０ａと平ら（平坦）である。かようなものは、トレンチ１２内に下部クラッド層物質を形成した後、例えば、化学機械的研磨（ＣＭＰ）により得られる。
【００４２】
コア領域２２ａは、下部クラッド層１４の最上面上に形成される。コア領域２２ａは、下部クラッド層１４の屈折率より高い屈折率を有する物質からなる。例示的実施形態によれば、コア領域２２ａは、欠陥性単結晶シリコンから形成される。すなわち、コア領域２２ａは、低い結晶性、すなわち、単結晶バルクシリコンからなる基板の結晶欠陥より高い百分率の結晶欠陥を有する単結晶シリコンから形成される。コア領域２２ａは、光導波路１００のコアの役割を行う。光は、コア領域２２ａを介して伝播し、光は、コア領域２２ａと下部クラッド層１４との屈折率差によって、コア領域２２ａに閉じ込められる。すなわち、下部クラッド層１４の低い屈折率が、下部クラッド層１４より高い屈折率を有するコア領域２２ａの内部に伝播する光を閉じ込める。
【００４３】
図１Ａに示していないが、光導波路１００は、コア領域２２ａの上面及び第１、第２の側壁（図で左右の側壁、以下同様）と下部クラッド層１４の上面を覆う第２クラッド層（以下、上部クラッド層という）をさらに含むことができる。下部クラッド層１４と同様に、上部クラッド層は、シリコン酸化物、シリコン窒化物またはシリコン酸化窒化物のような絶縁物質からなる。選択的に、上部クラッド層は省略できる。その場合、空気（ａｉｒ）が光導波路の上部クラッド層の役割を行う。上部クラッド層は、下部クラッド層１４と同じ役割を行う。具体的には、上部クラッド層は、上部クラッド層の屈折率が、コア領域２２ａより低いので、コア領域２２ａの内部に伝播する光を閉じ込める。
【００４４】
コア領域２２ａは、幅ｗを有する。コア領域２２ａの左側壁は、トレンチ１２の左側壁１２ａから距離ｄ１に位置する。コア領域２２ａの右側壁は、トレンチ１２の右側壁１２ｂから距離ｄ２に位置する。距離ｄ１及びｄ２は、本発明の思想によって選択され、光導波路１００のコア領域２２ａでの光の伝播に際して引き起こされる、トレンチ１２の側壁１２ａ，１２ｂ及び基板１０を介した光漏れ損失を低減し最小化する。図１Ｂは、距離ｄ１及びｄ２の関数として表わした、図１Ａの光導波路の基板１０への光漏れ損失のグラフである。図１Ｂのグラフに示したように、この実施形態では、距離ｄ１及びｄ２が０．２７μｍより小さくないとき、基板側への光漏れ損失は、１．０ｄＢ／ｍｍより大きくない。このように、基板１０側への、許容可能な光漏れ損失を得るために、距離ｄ１及びｄ２は、数式：０．２７μｍ≦ｄ１，ｄ２≦ＴＷ−ｗ−０．２７μｍによって表現される。多くの場合に、さらに大きい光漏れ損失も許与されうる。本発明の思想によれば、ｄ１及びｄ２が０．１μｍより小さくない場合、基板１０側への光漏れ損失は、２４ｄＢ／ｍｍより大きくない。従って基板１０側への許容可能な光漏れ損失を得るために、距離ｄ１及びｄ２は、数式：０．１μｍ≦ｄ１，ｄ２≦ＴＷ−ｗ−０．１μｍによって表現される。
【００４５】
図２は、図１Ａの光導波路１００を含む光導波路１００の一部分の概略的な断面図である。
図１Ａの光導波路１００の構成要素及び特徴と同じ図２の光導波路１００の構成要素及び特徴については、反復して説明しない。図２に示す光導波路１００の一部分は、図１Ａの光導波路１００に加えて別のコア領域２２ｂを含み、コア領域２２ｂは、図１Ａのコア領域２２ａと同時に形成され、ダミーのコア領域として機能する。ダミーのコア領域２２ｂは、光導波路１００に隣接して形成された別の光導波路のコア領域でありうる。コア領域２２ａの左側壁は、左側のダミーのコア領域２２ｂの右側壁から距離ｄ３に位置し、コア領域２２ａの右側壁は、右側のダミーのコア領域２２ｂの左側壁から距離ｄ４に位置する。距離ｄ３及びｄ４は、隣接したコア領域によって、光導波路１００での光漏れ損失を低減または最小化するために、本発明の思想から選択されうる。本発明の思想によれば、一実施形態で、距離ｄ３及びｄ４は、０．３５μｍより小さくないとき、隣接コア領域による光漏れ損失は、１ｄＢ／ｍｍより大きくない。すなわち、１ｄＢ／ｍｍより大きくない光漏れ損失を得るためには、ｄ３，ｄ４≧０．３５μｍである。
【００４６】
図３Ａは、本発明の思想の他の実施形態による光導波路２００の概略断面図である。図１Ａの光導波路の構成要素及び特徴と同じ図３Ａの光導波路２００の構成要素及び特徴については、反復して説明しない。光導波路２００は、バルクシリコン・ウェーハやバルクシリコン基板を含む半導体基板からなる基板１０の内部または上面上に形成される。基板１０は、最上面（前表面）１０ａ、及び底面（背面）１０ｂを有する。トレンチ領域１２は、前表面１０ａを経て基板１０に形成される。トレンチ領域１２は、側壁１２ａ及び１２ｂを有し、トレンチ幅ＴＷを有する。
【００４７】
下部クラッド層４４は、トレンチ１２に形成される。下部クラッド層４４は、シリコン酸化物、シリコン窒化物、シリコン酸化窒化物のような絶縁物質からなる。本実施形態では、下部クラッド層４４の最上面は、基板１０の最上面１０ａより低い。
【００４８】
コア領域５２ａは、下部クラッド層４４の最上面上に形成される。コア領域５２ａは、下部クラッド層４４の屈折率より高い屈折率を有する物質からなる。例えば、本実施形態では、コア領域５２ａは、欠陥性単結晶シリコンから形成される。すなわち、コア領域５２ａは、単結晶バルクシリコンからなる基板１０より低い結晶性、すなわち、高い百分率の結晶欠陥を有する単結晶シリコンから形成される。コア領域５２ａは、光導波路２００のコアとして機能する。光は、コア領域５２ａを介して伝播し、光は、コア領域５２ａと下部クラッド層４４との屈折率差によって、コア領域５２ａに閉じ込められる。すなわち、低い屈折率の下部クラッド層４４を伝播する光を、下部クラッド層より高い屈折率を有するコア領域５２ａの内部に閉じ込める。
【００４９】
図３Ａに示していないが、光導波路２００は、コア領域５２ａの上面及び側壁と下部クラッド層４４の上面を覆う上部クラッド層をさらに含むことができる。下部クラッド層４４と同様に、上部クラッド層は、シリコン酸化物、シリコン窒化物またはシリコン酸化窒化物のような絶縁物質からなる。選択的に、上部クラッド層は省略できる。その場合、空気が、光導波路の上部クラッド層の役割を行う。上部クラッド層は、下部クラッド層４４と同一機能を有する。具体的には、上部クラッド層は、上部クラッド層の屈折率がコア領域５２ａの屈折率より低いので、伝播光をコア領域５２ａの内部に閉じ込める役割を行う。
【００５０】
コア領域５２ａは、幅ｗを有する。コア領域５２ａの左側壁は、トレンチ１２の左側壁１２ａから距離ｄ５に位置する。コア領域５２ａの右側壁は、トレンチ１２の右側壁１２ｂから距離ｄ６に位置する。距離ｄ５及びｄ６は、トレンチ１２の本発明の思想によって選択され、光導波路２００のコア領域５２ａでの光の伝播に際して引き起こされる、側壁１２ａ及び１２ｂ及び基板１０を介した光漏れ損失を低減し最小化する。図３Ｂは、距離ｄ５及びｄ６の関数として表わした、図３Ａの光導波路２００の基板１０を介した光漏れ損失グラフである。図３Ｂに示したように、この実施形態では、距離ｄ５及びｄ６は０．３５μｍより小さくないとき、基板側への光漏れ損失は、１．０ｄＢ／ｍｍより大きくない。このように、基板１０への、許容可能な光漏れ損失を得るために、距離ｄ５及びｄ６は、数式０．３５μｍ≦ｄ５，ｄ６≦ＴＷ−ｗ−０．３５μｍによって表現される。多くの場合に、さらに大きい光漏れ損失も許与されうる。本発明の思想によれば、距離ｄ５及びｄ６が０．１５μｍより小さくないならば、基板側への光漏れ損失は、２２ｄＢ／ｍｍより少ないか、あるいはそれと同一である。従って、基板１０への許容可能な光漏れ損失を得るために、距離ｄ５及びｄ６は、式０．１５μｍ≦ｄ５，ｄ６≦ＴＷ−ｗ−０．１５μｍによって表現される。
【００５１】
図１Ａ及び３Ａで説明された光導波路１００及び２００の実施形態の違いは、次の通りである。図１Ａの実施形態では、下部クラッド層１４の最上面は、基板１０の最上面と平坦であるのに対して、図３Ａの実施形態では、下部クラッド層４４の最上面は、基板１０の最上面より低い。すなわち、図３Ａの実施形態では、コア領域５２ａは、トレンチ１２内にリセス、即ち、埋め込まれている。これら２種の実施形態において光導波路をバルクシリコンからなる基板１０に作り込む場合、光導波路には、シリコンフォトニクス（ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ）が適用でき、ＣＭＯＳ（ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ  ｍｅｔａｌ  ｏｘｉｄｅ  ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）回路や半導体メモリ回路のような他の回路と共にチップやウェーハ上に容易に集積できる。一応用例ではコア領域は、他の回路要素との容易な集積のために、図１Ａのコア領域２２ａのように、トレンチ１２の最上部上での形成が要求される。他の応用例ではコア領域は、他の回路要素との容易な集積のために、図３Ａのコア領域５２ａのように、トレンチ１２内での形成が要求される。
【００５２】
図３Ａの光導波路で、コア領域５２ａは、高さｈ１であり、下部クラッド層４４の最上面と基板１０の最上面との間の距離が高さｈ２である。図３Ａの実施形態は、ｈ１及びｈ２が同一であるが、必ずしもそうである必要はない。例えば、ｈ１がｈ２より大きい場合も小さい場合もありうる。相対的な高さｈ１及びｈ２は、同じチップまたはウェーハ上で、他の回路と光導波路２００との容易な集積のために選択されうる。
【００５３】
図４Ａないし図４Ｇは、本発明の思想の一実施形態により、図１Ａの光導波路１００を製造する方法について説明するための概略断面図である。図４Ａを参照すれば、基板１０としてバルク半導体基板、ここではバルクシリコン基板が提供される。基板１０は、最上面（前表面）１０ａ、及び底面（背面）１０ｂを有する。基板１０は、選択的にエッチングされ、基板１０に、側壁１２ａ及び１２ｂを有するトレンチ１２が形成される。トレンチ１２の深さは、トレンチ１２内に形成される下部クラッド層の所望の厚さに基づいて決定される。次に、下部クラッド層１４がトレンチ１２内に形成される。下部クラッド層１４は、下部クラッド層１４上に後の工程で形成される光導波路のコア領域より低い屈折率を有する絶縁物質から形成される。下部クラッド層１４の物質は、例えば、シリコン酸化物、シリコン窒化物またはシリコン酸化窒化物である。本実施形態では、下部クラッド層１４の最上面は、基板１０の最上面１０ａと平坦である。これは、下部クラッド層の物質でトレンチ１２を充填した後、下部クラッド層の物質に対して研磨工程、例えば、化学機械的研磨（ＣＭＰ）を施して得られる。
【００５４】
図４Ｂを参照すれば、非晶質半導体物質層、例えば、非晶質シリコン層１６が、下部クラッド層１４及び基板１０の最上面１０ａの上に形成される。非晶質シリコン層１６は、例えば、化学気相蒸着（ＣＶＤ）、原子層蒸着（ＡＬＤ）または他の類似した工程によって形成されうる。次に、図４Ｃを参照すれば、非晶質シリコン層１６は、少なくとも部分的に結晶化され、欠陥性単結晶シリコン層１８に変化する。すなわち、欠陥性単結晶シリコン層１８は、低い結晶性、すなわち、単結晶バルクシリコンからなる基板１０より高い比率の結晶欠陥を有する単結晶シリコンからなる。非晶質シリコン層１６の結晶化は、例えば、レーザ・エピタキシャル成長（ＬＥＧ）、固相エピタキシ（ＳＰＥ）、エピタキシャル・ラテラル過成長（ＥＬＯ）、選択的エピタキシャル成長（ＳＥＧ）、固相結晶化（ＳＰＣ）または他の類似した方法によって行われる。
【００５５】
図４Ｄを参照すれば、マスク・パターン２０が、欠陥性単結晶シリコン層１８上に形成され、光導波路のコア領域を画定する。マスク・パターン２０は、例えば、フォトレジスト及び／またはフォトレジストとハードマスク物質との組み合わせによって形成される。次に、図４Ｅを参照すれば、構造物は、マスク・パターン２０をエッチング・マスクとして選択的にエッチングされ、欠陥性単結晶シリコン層１８のマスキングされていない領域を除去し、光導波路１００のコア領域２２ａと２２ｂを形成する。コア領域２２ｂは、ダミーのコア領域、他の隣接した光導波路のコア領域や、配線などの他の目的に使われるコア領域である。
【００５６】
次に、図４Ｆを参照すれば、マスク・パターン２０が除去される。次に、図４Ｇを参照すれば、上部クラッド層２３がコア領域２２ａ、２２ｂの上面及び側壁と、下部クラッド層１４の上面を覆うように形成される。下部クラッド層１４と同様に、上部クラッド層２３は、シリコン酸化物、シリコン窒化物またはシリコン酸化窒化物のような絶縁物質から形成される。選択的に、上部クラッド層２３は省略できる。その場合、本実施形態では空気が光導波路の上部クラッド層の役割を行う。上部クラッド層２３は、下部クラッド層１４と同一機能を有する。具体的には、上部クラッド層２３は、上部クラッド層２３の屈折率がコア領域２２ａの屈折率より低いので、伝播する光をコア領域２２ａに閉じ込める役割を行う。
【００５７】
図５Ａないし図５Ｇは、本発明の思想の一実施形態により、図３Ａの光導波路２００を製造する方法について説明するための概略断面図である。図５Ａを参照すれば、基板１０としてバルク半導体基板、ここではバルクシリコン基板が提供される。基板１０は、最上面（前表面）１０ａと、底面（背面）１０ｂを有する。基板１０は、選択的にエッチングされ、基板１０に、側壁１２ａ及び１２ｂを有するトレンチ１２が形成される。トレンチ１２の深さは、トレンチ１２に形成される下部クラッド層の所望の厚さに基づいて決定される。次に、下部クラッド層４４は、トレンチ１２内に形成される。下部クラッド層４４は、下部クラッド層４４上に後の工程で形成される光導波路のコア領域より低い屈折率を有する絶縁物質から形成される。下部クラッド層４４の物質は、例えば、シリコン酸化物、シリコン窒化物またはシリコン酸化窒化物である。本実施形態では、下部クラッド層４４の最上面は、基板１０の最上面１０ａより低く形成する。
【００５８】
図５Ｂを参照すれば、非晶質半導体物質層、例えば、非晶質シリコン層４６が、下部クラッド層４４及び基板１０の最上面１０ａの上部に形成される。非晶質シリコン層４６は、例えば、化学気相蒸着（ＣＶＤ）、原子層蒸着（ＡＬＤ）または他の類似した工程によって形成されうる。次に、図５Ｃを参照すれば、非晶質シリコン層４６は、少なくとも部分的に結晶化され、欠陥性単結晶シリコン層４８に変化する。すなわち、欠陥性単結晶シリコン層４８は、低い結晶性、すなわち、単結晶バルクシリコンからなる基板１０より高い比率の結晶欠陥を有する単結晶シリコンから形成される。非晶質シリコン層４６の結晶化は、例えば、レーザ・エピタキシャル成長（ＬＥＧ）、固相エピタキシ（ＳＰＥ）、エピタキシャル・ラテラル過成長（ＥＬＯ）、選択的エピタキシャル成長（ＳＥＧ）、固相結晶化（ＳＰＣ）または他の類似した方法によって行われる。
【００５９】
図５Ｄを参照すれば、マスク・パターン５０が、欠陥性単結晶シリコン層４８上に形成され、光導波路のコア領域を画定する。マスク・パターン５０は、例えば、フォトレジスト及び／またはフォトレジストとハードマスク物質との組み合わせによって形成できる。次に、図５Ｅを参照すれば、構造物は、マスク・パターン５０をエッチング・マスクとして選択的にエッチングされ、欠陥性単結晶シリコン層４８のマスキングされていない領域を除去し、光導波路２００のコア領域５２ａと５２ｂを形成する。コア領域５２ｂは、ダミーのコア領域、他の隣接した光導波路のコア領域や、配線などの他の目的に使われるコア領域である。
【００６０】
次に、図５Ｆを参照すれば、マスク・パターン５０が除去される。次に、図５Ｇを参照すれば、上部クラッド層５３がコア領域５２ａ、５２ｂの上面及び側壁と、下部クラッド層４４の上面を覆うように形成される。下部クラッド層４４と同様に、上部クラッド層５３は、シリコン酸化物、シリコン窒化物またはシリコン酸化窒化物のような絶縁物質から形成されうる。選択的に、上部クラッド層５３は省略できる。その場合、本実施形態では空気が光導波路の上部クラッド層の役割を行う。上部クラッド層５３は、下部クラッド層４４と同一機能を有する。具体的には、上部クラッド層５３は、上部クラッド層５３の屈折率がコア領域５２ａの屈折率より低いので、伝播する光をコア領域５２ａに閉じ込める役割を行う。
【００６１】
本発明の思想による集積光導波路は、他の素子、例えば、外部素子と、ここで説明される本発明の思想の多様な実施形態とによる光カップラによって、光学的にカップリングされる。図６は、本発明の思想の一実施形態による、集積光導波路に係わる垂直光カップラについて説明するための概略斜視図である。
【００６２】
図６を参照すれば、本発明の思想の実施形態によれば、光導波路１５０は、前述の本発明の思想の多様な実施形態と同様に、半導体基板、例えばシリコン基板からなる基板１０に集積される。光導波路１５０を外部装置と、光エネルギーを送信及び受信するようにカップリングするために、光導波路１５０の端部は、図６に、第１入力ファイバ１２１及び第２出力ファイバ１２３として示す光ファイバにカップリングされている。本発明の思想の実施形態によれば、光導波路１５０の端部は、光導波路１５０の断面より大サイズの断面を有するファイバ端部を受容するために、垂直方向ではなく水平方向（幅方向）にテーパされたテーパ部１６０及び１７０を備える。テーパ部１６０及び１７０は、それぞれ幅の広いカップリング端部１９０及び１８０に連結され、カップリング端部１９０及び１８０の上に、光カップラが形成される。
【００６３】
本発明の思想の実施形態によれば、前記光カップラはグレーティング１５３、１５５を備える垂直グレーティング・カップラ（以下、ＶＧＣという）１５２、１５４を含む。入力ファイバ１２１の一端から放出される光は、カップリング端部１９０上のＶＧＣ（１５２）に形成されたグレーティング１５３に入射される。光は、グレーティング１５３によって光導波路１５０のコアにカップリングされ、光導波路１５０を介して伝播される。光導波路１５０の出力端側に伝播される光は、カップリング端部１８０上のＶＧＣ（１５４）に形成されたグレーティング１５５に入射される。グレーティング１５５は、光導波路１５０外部にある出力ファイバ１２３の端部に光をカップリングする。ＶＧＣのグレーティング構造は光の伝播方向を、垂直方向と水平方向との間で転換する。
【００６４】
図６に示しているように、本発明の思想の実施形態による垂直グレーティング・カップラの場合、光導波路のカップリング端部は水平方向にテーパされており、垂直方向には比較的平坦である。従って、ファイバ端部は、光導波路のカップリング端部に対して垂直にカップリングすればよい。かような垂直カップリングは、光導波路及び光カップラを基板上に、または基板に形成された他の回路と共に集積する能力を向上するために望ましいことである。また、垂直カップリングは、素子サイズ、工程時間、複雑性及び費用を低減し、テストやパッケージのコストも節減する。
【００６５】
本発明の思想の他の光カップラの多様な実施形態について、以下で説明する。本発明の思想に係る光カップラは、新規且つ非自明な形態の垂直グレーティング・カップラであって、そのグレーティングは、光導波路のカップリング端部のコア領域に形成される。前述の光導波路と同様に、本発明の思想による光カップラは、バルクシリコン基板を含むバルク半導体基板からなる基板のトレンチ内に形成される。
前記光カップラの下部クラッド層は、前記光カップラの動作特性によって決定された厚さをもってトレンチの底に形成される。下部クラッド層は、シリコン酸化物、シリコン窒化物またはシリコン酸化窒化物のような絶縁物質からなる。前記光カップラ用のコア領域は、下部クラッド層上に、非晶質シリコンまたはポリシリコンを蒸着して形成される。非晶質シリコンまたはポリシリコンは結晶化され、コア層が欠陥性単結晶シリコンに変更される。欠陥性単結晶シリコンは選択的にエッチングされて前記光カップラのコア領域となる。次に前記コア領域にグレーティングを形成する。本発明の思想による光カップラは前述の光導波路と同様に、シリコンフォトニクスの要請と両立しうる回路、例えば、ＣＭＯＳ回路またはメモリ回路と共に、単一ウェーハやチップに集積されうる。従って、ウェーハやチップ上の電気配線（接続）は、光配線（接続）により代替され、素子及びシステムは、高速、縮小されたサイズ、低電力損失及び高容量を得ることができる。
【００６６】
図７は、本発明の思想の一実施形態による光カップラ１１００の概略斜視図である。図７を参照すれば、光カップラ１１００は、バルク半導体基板、例えば、バルクシリコン基板からなる基板１１２０に形成される。トレンチ１１８５は、基板１１２０内に形成される。下部クラッド層１１４０は、シリコン酸化物、シリコン窒化物またはシリコン酸化窒化物のような絶縁物質からなり、トレンチ１１４０内に形成される。以下、図面で、下部クラッド層１１４０は、その代表的物質であるシリコン酸化物（ＳｉＯ２）として表示する。光カップラ１１００のコア領域１１６０は、連結された光導波路のカップリング端部１１７０のコア領域でもある。
コア領域１１６０は、下部クラッド層１１４０の上に形成される。本実施形態で、コア領域１１６０は、欠陥性単結晶シリコン（Ｃ−Ｓｉ）によって形成される。一実施形態で、欠陥性単結晶シリコンは、非晶質シリコンを結晶化して設けられる。グレーティング１１７５は、コア領域１１６０内の上部に形成される。上部クラッド層１１８０は、一実施形態で、絶縁物質、例えば、シリコン酸化物、シリコン窒化物またはシリコン酸化窒化物からなる。上部クラッド層１１８０は、光カップラ１１００の上部に形成される。上部クラッド層１１８０は省略できる。その場合、空気が光カップラ１１００（光導波路のカップリング端部１１７０を含む）の上部クラッドの役割を行う。
【００６７】
図８は、本発明の思想の他の実施形態による光カップラ１２００の概略斜視図である。図８の実施形態は、トレンチ１２８５及び下部クラッド層１２４０の側壁が、垂直ではなく傾斜しているを除いては、図７の実施形態と実質的に同様である。トレンチ１２８５及び下部クラッド層１２４０の傾斜した側壁は、光カップラ１２００の製造を、特にトレンチ１２８５が深く形成されるときに、容易にする。傾斜したトレンチ壁は、特にトレンチが比較的深いとき、トレンチ形成工程の複雑性及びコストを低減する。光カップラ１２００は前述の図７の場合と同じコア領域１１６０を含み、コア領域１１６０は、連結された光導波路のカップリング端部１１７０のコア領域でもあり、コア領域１１６０上には、グレーティング１１７５が形成される。光カップラ１２００は、上部クラッド層１１８０を含むことができる。上部クラッド層１１８０は省略できる。その場合、空気が光カップラ１２００（光導波路のカップリング端部１１７０を含む）の上部クラッド層になる。
【００６８】
図９は、本発明の思想の他の実施形態による光カップラ１３００の概略斜視図である。図９の実施形態は、欠陥性単結晶シリコン（Ｃ−Ｓｉ）からなるコア領域１３６０が、非晶質シリコンの代わりに、ポリシリコンを結晶化して形成されることを除いては、図７の実施形態と実質的に同様である。接続された光導波路のカップリング端部１３７０のコア領域１３６０も、非晶質シリコンの代わりに、ポリシリコンを結晶化して形成される。光カップラ１３００は、トレンチ１１８５に形成された下部クラッド層１１４０を含み、下部クラッド層１１４０は、基板１１２０に形成される。上部クラッド層１１８０が光カップラ１３００の上部に形成できる。また、上部クラッド層１１８０は省略できる。その場合、空気が上部クラッド層になる。
【００６９】
図１０は、本発明の思想の他の実施形態による光カップラ１６００の概略斜視図である。図１０の実施形態は、トレンチ１６８５が下部クラッド層１６４０の物質で完全には満たされていないことを除いては、図７の実施形態と実質的に同様である。すなわち、下部クラッド層１６４０の最上面が、基板１６２０の最上面より低い。それによって、グレーティング１６７５を含むコア領域１６６０及び光導波路１６７０が、基板１６２０に対してリセスされている。図面に示していないが、上部クラッド層が光カップラ１６００の上部に形成できる。また、上部クラッド層は省略できる。その場合、空気が上部クラッド層になる。
【００７０】
図１０の光カップラ１６００の実施形態で、下部クラッド層１６４０の最上面が基板１６２０に対してリセスされているので、基板剰余領域ＡＲＥはトレンチ１６８５に対して（離隔して）隣接する。領域ＡＲＥの側壁は、コア領域１６６０の側壁から距離ＩＴＶほど離れている。領域ＡＲＥは比較的高い屈折率を有する基板１９２０と同じ物質から形成されているので、基板１６２０内にリセスされたコア領域１６６０から領域ＡＲＥへの漏れ損失が懸念されるが、距離ＩＴＶを適切に選択すれば、ＡＲＥ領域への漏れ損失を所望のレベルに抑制できる。
【００７１】
コア領域１６６０の高さは、下部クラッド層１６４０の厚さ及びトレンチ１６８５の深さによって決定される。この２つの特徴を適切に選択するならば、コア領域１６６０は、トレンチ１６８５内部に完全にリセスできる。また、コア領域１６６０の一部分は、トレンチ１６８５の上方に突出できる。リセスされた下部クラッド層１６４０の長所は、同一基板に共に製造されたＣＭＯＳトランジスタのような他の回路と、本発明の思想に係る光素子とをモノリシック集積した場合の価格及び複雑性を低減できる点にある。例えば、ＣＭＯＳトランジスタの場合、一般的な光素子（光カップラ及び光導波路）の高さに比べ、トランジスタの高さが比較的低いにも拘わらず、本発明の思想に係る光素子（光カップラ及び光導波路）は基板の最上面下にあるトレンチ１６８５に埋め込まれているので集積化が容易である。
【００７２】
図１１は、本発明の思想の他の実施形態による光カップラ１９００の概略斜視図である。図１１の光カップラ１９００は、図１０の光カップラ１６００の実施形態と実質的に同様であり、完成した構造は一般的に、図１０の光カップラ１６００の構造と同一である。２つの実施形態の差は、図２３Ａないし図２３Ｆ及び図２４Ａないし図２４Ｆを参照して後述するように、光カップラ１６００及び１９００を製造するのに使われる工程にある。
【００７３】
図１２は、本発明の思想の他の実施形態による光カップラ１１０００の概略斜視図である。図１２の実施形態は、光カップラ１１０００及び光導波路のカップリング端部１１０７０のコア領域１１０６０が、欠陥性単結晶シリコンの代わりに、非晶質シリコン（Ａ−Ｓｉ）またはポリシリコン（Ｐｏｌｙ−Ｓｉ）によって形成されることを除いては、図７の実施形態と実質的に同様である。しかしながら、コア領域１１０６０の製造に際して、非晶質シリコンまたはポリシリコンのコア層蒸着後に、前述の他の実施形態のように欠陥性単結晶シリコンを形成するための結晶化プロセスを要しない。光カップラ１１０００は、トレンチ１１８５に形成された下部クラッド層１１４０を含み、トレンチ１１８５は、バルクシリコンからなる基板１１２０内に形成される。図示していないが、上部クラッド層が、光カップラの上部に形成できる。また、上部クラッド層は省略できる。その場合、空気が上部クラッド層になる。
【００７４】
コア領域１１０６０に対する非晶質シリコンまたはポリシリコンの適用を、図１２の実施形態に係わってのみ説明したが、本明細書中に説明した、または説明する他の実施形態中のいずれの一つにも適用できる。すなわち、本願実施形態中のいずれの一つにおいても、コア領域が、欠陥性単結晶シリコンではなく、非晶質シリコンまたはポリシリコンになりうる。
【００７５】
本発明の思想の別の実施形態では、反射要素が、光カップラの下部に含まれ、また、集積された光導波路の下部に含まれうる。反射要素は、光効率、すなわち、光カップラや光導波路の光損失を減らすために提供される。本実施形態で、反射要素は、下部クラッド層に形成された分布型ブラッグ反射器（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ＿Ｂｒａｇｇ＿Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ，ＤＢＲと略す）である。ＤＢＲは、異なる屈折率を有する物質を交互に蒸着して形成される多層構造をとる。本実施形態で、ＤＢＲ構造は、３層を有することができ、このうち２層は、Ａ及びＢで表示され、層Ａ及び層Ｂと異なる屈折率を有する第３層によって分離される。層数は要求されるＤＢＲの所望の反射度によって決定される。層Ａ及び層Ｂの屈折率は、典型的に同一であるが、ＤＢＲの所望の性能によって異なりうる。
【００７６】
一実施形態で、ＤＢＲは、ＤＢＲを基板から分離するように下部クラッド層の第１の積層部分と第３の積層部分の間に形成される。コア領域直下に当るべき下部クラッド層の第２の積層部分がＤＢＲ上に形成される。下部クラッド層の第２の積層部分は、ＤＢＲが形成されない他の実施形態での下部クラッドと同一機能を行う。この層は、厚みを調節することによって、ＤＢＲから反射された光波をして、グレーティング・カップラから直接カップリングされずに出てきた（ｄｉｒｅｃｔｌｙ＿ｏｕｔｃｏｕｐｌｅｄ）光波と干渉させるのに使われうる。
【００７７】
図１３ないし図１８は、それぞれ分布ブラッグ反射器を含むように変形された、図７ないし図１２の本発明の思想の実施形態の概略斜視図である。
図１３ないし１８の各実施形態のＤＢＲは、層Ａ及び層Ｂを含む。層Ａ及び層Ｂは、屈折率が同一であるか、あるいは類似した物質によって設けられ、層Ａ及び層Ｂと屈折率が異なる物質層によって分離される。３層ＤＢＲの使用は便宜のためである。前述のようにＤＢＲは、要求される反射度によって決まる複数の層からなりうる。
図１３ないし図１８のそれぞれは、ＤＢＲが必ずしも光カップラの下部にのみ設けられることを意図していない旨を説明している点に留意して欲しい。即ち、ＤＢＲは、光導波路の下部に位置し、光導波路での光損失を減らすことができる。前述のと同じ特徴及び構成要素の説明は反復しない。図１３ないし図１８の一部実施形態では上部クラッド層１１８０を付け、残りの一部実施形態では上部クラッド層１１８０を付けていない。しかしながら前述のように、全ての実施形態は上部クラッド層１１８０を有することもあり、また省略することもある。省略される場合、空気が上部クラッド層の役割を行う。
【００７８】
図１３を参照すれば、光カップラ１１００Ａは、下部クラッド層の第１の積層部分１１４０と第３の積層部分の間にＤＢＲを含む。下部クラッド層の第２の積層部分となる追加層１１４２は、ＤＢＲ及び下部クラッド層の第１の積層部分１１４０上に形成される。追加層１１４２は、下部クラッド層の第１の積層部分１１４０と同一物質によって設けられる。
【００７９】
図１４を参照すれば、光カップラ１２００Ａは、傾斜側壁を有する下部クラッド層１２４０内にＤＢＲを含む。
【００８０】
図１５を参照すれば、光カップラ１３００Ａは、下部クラッド層の第１の積層部分１１４０と第３の積層部分の間にＤＢＲを含む。追加層１１４２は、ＤＢＲ及び下部クラッド層１１４０の上に形成される。追加層１１４２は、下部クラッド層の第１の積層部分１１４０と同一物質によって設けられる。
【００８１】
図１６を参照すれば、光カップラ１６００Ａは、下部クラッド層１６４０内にＤＢＲを含む。
【００８２】
図１７を参照すれば、光カップラ１９００Ａは、下部クラッド層１９４０内にＤＢＲを含む。
【００８３】
図１８を参照すれば、光カップラ１１０００Ａは、下部クラッド層１９４０内にＤＢＲを含む。
【００８４】
図１９は、本発明の思想による、他の実施形態の光カップラ１８００Ａの概略斜視図である。図１９を参照すれば、光カップラ１８００Ａは、下部クラッド層１１４０内にＤＢＲを含む。光カップラ１８００Ａは、図１３ないし図１５に説明された実施形態１１００Ａ及び１３００Ａと実質的に類似しているが、図１９の実施形態では、幅の狭いトレンチ１８８６と、その上の幅の広いトレンチ１８８５を含み、隣接する光導波路間の間隔はトレンチ１８８５によって決定され、基板の剰余部分ＡＲＥが比較的狭くなる。これは、隣接する光導波路間の距離が、光導波路用のトレンチ１８８６より大きいようにセッティングすることによって決定される。ＤＢＲ及び下部クラッド層１１４０は、トレンチ１８８６内に形成され、コア領域１１６０は、下部クラッド層の第１の積層部分１１４０の上方に追加層（下部クラッド層の第２の積層部分）１１４２を介して形成される。トレンチ１８８５の両側の側壁は、狭い剰余部分ＡＲＥ及び増大したＩＴＶ距離が設けられるように、離隔される。コア領域から離隔したトレンチ１８８５の側壁は、コア領域が基板１１２０と近接することによる光素子（光カップラないし光導波路）における光損失を低減できる。
【００８５】
図２０Ａないし図２０Ｆは、本発明の思想の一実施形態による、図７で説明した光カップラ１１００の製造方法について説明する概略斜視図である。
図２０Ａを参照すれば、バルク半導体基板、例えば、バルクシリコン基板からなる基板１１２０が提供される。垂直側壁を有するトレンチ１１８５が、選択的エッチングによって基板１１２０に形成される。トレンチ１１８５の深さは、トレンチ１１８５に形成される下部クラッド層の所望の厚さに基づいて決定される。下部クラッド層の厚さは、光カップラ及び光カップラに連結された光導波路に要求される性能に基づいて決定される。
【００８６】
図２０Ｂを参照すれば、下部クラッド層１１４０がトレンチ１１８５内に形成され、下部クラッド層１１４０の最上面は、基板１１２０の最上面と平坦である。下部クラッド層１１４０は、例えば、シリコン酸化物、シリコン窒化物、またはシリコン酸化窒化物のような絶縁物質から形成される。
【００８７】
図２０Ｃを参照すれば、非晶質シリコン層（Ａ−Ｓｉ）１１５５が下部クラッド層１１４０及び基板１１２０の最上面の上に形成される。図２０Ｄを参照すれば、非晶質シリコン層１１５５は結晶化され、光カップラ及び光導波路のコア領域となるべき欠陥性単結晶シリコン層（Ｃ−Ｓｉ）１１６０が形成される。結晶化方法は、レーザ・エピタキシャル成長（ＬＥＧ）、固相エピタキシ（ＳＰＥ）、エピタキシャル・ラテラル過成長（ＥＬＯ）、選択的エピタキシャル成長（ＳＥＧ）、または固相結晶化（ＳＰＣ）のいずれかの方法でありうる。
【００８８】
図２０Ｅを参照すれば、フォトレジスト及び／またはハードマスクからなるマスク（図示せず）が欠陥性単結晶シリコン層１１６０上に形成され、光カップラのコア領域上に形成されるべきグレーティング１１７５に要求されるパターンにパターニングされる。欠陥性単結晶シリコン層１１６０は、パターニングされたマスクを利用してエッチングされ、欠陥性単結晶シリコン層１１６０にグレーティング１１７５が形成される。
【００８９】
図２０Ｆを参照すれば、欠陥性単結晶シリコン層１１６０が選択的にエッチングされ、光カップラ用グレーティング１１７５を有する最終的なコア領域１１６０が設けられる。同時に、接続された光導波路のカップリング端部１１７０となるコア領域１１６０が形成される。選択的に、上部クラッド層１１８０が、光カップラ及び光導波路の上部に形成される。上部クラッド層１１８０は、下部クラッド層１１４０と同一物質によって設けられうる。
【００９０】
図２１Ａないし図２１Ｆは、本発明の思想の一実施形態による、図８で説明した光カップラ１２００の製造方法について説明する概略斜視図である。
図２１Ａを参照すれば、バルク半導体基板、例えば、バルクシリコン基板からなる基板１１２０が提供される。傾斜した側壁を有するトレンチ１２８５が、選択的なエッチングによって基板１１２０に形成される。トレンチ１２８５の深さは、トレンチ１２８５に形成される下部クラッド層の所望の厚さに基づいて決定される。下部クラッド層の厚さは、光カップラ及び光カップラに連結された光導波路に要求される性能に基づいて決定される。
【００９１】
図２１Ｂを参照すれば、下部クラッド層１２４０がトレンチ１２８５内に形成され、下部クラッド層１２４０の最上面は、基板１１２０の最上面と平坦である。下部クラッド層１２４０は、例えば、シリコン酸化物、シリコン窒化物、またはシリコン酸化窒化物のような絶縁物質から形成される。
【００９２】
図２１Ｃを参照すれば、非晶質シリコン層（Ａ−Ｓｉ）１１５５が下部クラッド層１２４０及び基板１１２０の最上面の上に形成される。図２１Ｄを参照すれば、非晶質シリコン層１１５５は結晶化され、光カップラ及び光導波路のコア領域となるべき欠陥性単結晶シリコン層（Ｃ−Ｓｉ）１１６０が形成される。結晶化方法は、レーザ・エピタキシャル成長（ＬＥＧ）、固相エピタキシ（ＳＰＥ）、エピタキシャル・ラテラル過成長（ＥＬＯ）、選択的エピタキシャル成長（ＳＥＧ）、または固相結晶化（ＳＰＣ）のいずれかの方法でありうる。
【００９３】
図２１Ｅを参照すれば、フォトレジスト及び／またはハードマスクからなるマスク（図示せず）が欠陥性単結晶シリコン層１１６０上に形成され、光カップラのコア領域上に形成されるべきグレーティング１１７５に要求されるパターンにパターニングされる。欠陥性単結晶シリコン層１１６０は、パターニングされたマスクを利用してエッチングされ、欠陥性単結晶シリコン層１１６０にグレーティング１１７５が形成される。
【００９４】
図２１Ｆを参照すれば、欠陥性単結晶シリコン層１１６０が選択的にエッチングされ、光カップラ用グレーティング１１７５を有する最終的なコア領域１１６０が設けられる。同時に、接続された光導波路のカップリング端部１１７０となるコア領域１１６０が形成される。選択的に、上部クラッド層１１８０が、光カップラ及び光導波路の上部に形成される。上部クラッド層１１８０は、下部クラッド層１１４０と同一物質によって設けられうる。
【００９５】
図２２Ａないし図２２Ｆは、本発明の思想の一実施形態による、図９で説明した光カップラ１３００の製造方法について説明する概略斜視図である。
図２２Ａを参照すれば、バルク半導体基板、例えば、バルクシリコン基板からなる基板１１２０が提供される。垂直側壁を有するトレンチ１１８５が、選択的エッチングによって基板１１２０に形成される。トレンチ１１８５の深さは、トレンチ１１８５に形成される下部クラッド層の所望の厚さに基づいて決定される。下部クラッド層の厚さは、光カップラ及び光カップラに連結された光導波路に要求される性能に基づいて決定される。
【００９６】
図２２Ｂを参照すれば、下部クラッド層１１４０がトレンチ１１８５内に形成され、下部クラッド層１１４０の最上面は、基板１１２０の最上面と平坦である。下部クラッド層１１４０は、例えば、シリコン酸化物、シリコン窒化物、またはシリコン酸化窒化物のような絶縁物質から形成される。
【００９７】
図２２Ｃを参照すれば、ポリシリコン層（ｐｏｌｙ−Ｓｉ）１３５５が下部クラッド層１１４０及び基板１１２０の最上面の上に形成される。図２２Ｄを参照すれば、ポリシリコン層１３５５は結晶化され、光カップラ及び光導波路のコア領域となるべき欠陥性単結晶シリコン層１３６０が形成される。結晶化方法は、レーザ・エピタキシャル成長（ＬＥＧ）、固相エピタキシ（ＳＰＥ）、エピタキシャル・ラテラル過成長（ＥＬＯ）、選択的エピタキシャル成長（ＳＥＧ）、または固相結晶化（ＳＰＣ）のいずれかの方法でありうる。
【００９８】
図２２Ｅを参照すれば、フォトレジスト及び／またはハードマスクからなるマスク（図示せず）が欠陥性単結晶シリコン層１３６０上に形成され、光カップラのコア領域上に形成されるグレーティング１１７５に要求されるパターンにパターニングされる。欠陥性単結晶シリコン層１３６０は、パターニングされたマスクを利用してエッチングされ、欠陥性単結晶シリコン層１３６０にグレーティング１１７５が形成される。
【００９９】
図２２Ｆを参照すれば、欠陥性単結晶シリコン層１３６０が選択的にエッチングされ、光カップラ用グレーティング１１７５を有する最終的なコア領域１３６０が設けられる。同時に、接続された光導波路のカップリング端部１３７０となるコア領域１３６０が形成される。選択的に、上部クラッド層１１８０が、光カップラ及び光導波路の上部に形成される。上部クラッド層１１８０は、下部クラッド層１１４０と同一物質によって設けられうる。
【０１００】
図２３Ａないし図２３Ｆは、本発明の思想の一実施形態による、図１０で説明した光カップラ１６００の製造方法について説明する概略斜視図である。
図２３Ａを参照すれば、バルク半導体基板、例えば、バルクシリコン基板からなる基板１６２０が提供される。垂直側壁を有するトレンチ１６８５が、選択的エッチングによって基板１６２０に形成される。トレンチ１６８５の深さは、トレンチ１６８５に形成される下部クラッド層の所望の厚さ、及び基板１６２０の上部表面に対する光カップラ及び光導波路の所望の高さに基づいて決定される。
【０１０１】
図２３Ｂを参照すれば、下部クラッド層１６４０がトレンチ１６８５内に形成され、下部クラッド層１６４０の最上面は、基板１６２０の最上面と平坦である。下部クラッド層１６４０は、例えば、シリコン酸化物、シリコン窒化物、またはシリコン酸化窒化物のような絶縁物質から形成される。
図２３Ｃを参照すれば、下部クラッド層１６４０が、トレンチ１６８５内で所望の厚さにエッチングされ、下部クラッド層１６４０の最上面が、基板１６２０の最上面より下に位置し、その結果光カップラ及び光導波路は、トレンチ１６８５内にリセスできる。下部クラッド層１６４０の厚さは、光カップラ及び光カップラに連結された光導波路の要求される性能に基づいて決定される。次に、非晶質シリコン層（Ａ−Ｓｉ）１６５５は、トレンチ１６８５内の下部クラッド層１６４０の上に形成される。
【０１０２】
図２３Ｄを参照すれば、非晶質シリコン層１６５５は結晶化され、光カップラ及び光導波路のコア領域のための欠陥性単結晶シリコン層１６６０が形成される。結晶化方法は、レーザ・エピタキシャル成長（ＬＥＧ）、固相エピタキシ（ＳＰＥ）、エピタキシャル・ラテラル過成長（ＥＬＯ）、選択的エピタキシャル成長（ＳＥＧ）、または固相結晶化（ＳＰＣ）の方法のいずれかでありうる。
【０１０３】
図２３Ｅを参照すれば、フォトレジスト及び／またはハードマスクからなるマスク（図示せず）が欠陥性単結晶シリコン層１６６０上に形成され、光カップラのコア領域上に形成されるグレーティング１６７５に要求されるパターンにパターニングされる。欠陥性単結晶シリコン層１６６０は、パターニングされたマスクを利用してエッチングされ、欠陥性単結晶シリコン層１６６０にグレーティング１６７５が形成される。
【０１０４】
図２３Ｆを参照すれば、欠陥性単結晶シリコン層１６６０が選択的にエッチングされ、光カップラ用グレーティング１６７５を有する最終的なコア領域１６６０が設けられる。同時に、接続された光導波路のカップリング端部１６７０となるコア領域１６６０が形成される。選択的に、上部クラッド層１１８０が、光カップラ及び光導波路の上部に形成される。上部クラッド層１１８０は、下部クラッド層１６４０と同一物質によって設けられうる。
【０１０５】
図２４Ａないし図２４Ｆは、本発明の思想の一実施形態による、図１１で説明した光カップラ１９００の製造方法について説明する概略斜視図である。
図２４Ａを参照すれば、バルク半導体基板、例えば、バルクシリコン基板からなる基板１９２０が提供される。垂直側壁を有するトレンチ１９８５が、選択的エッチングによって基板１９２０に形成される。トレンチ１９８５の深さは、トレンチ１９８５に形成される下部クラッド層の所望の厚さ、及び基板１９２０の上部表面に対する光カップラ及び光導波路の所望の高さに基づいて決定される。
【０１０６】
図２４Ｂを参照すれば、下部クラッド層１９４０がトレンチ１９８５内に形成されるが、下部クラッド層１９４０の最上面は、基板１６２０の最上面より低く位置する。下部クラッド層１９４０は、例えば、シリコン酸化物、シリコン窒化物、またはシリコン酸化窒化物のような絶縁物質から形成される。下部クラッド層１９４０は、トレンチ１９８５内に所定の高さに形成され、下部クラッド層１９４０の上部表面は、基板１９２０の上部表面より低く位置し、また光カップラ及び光導波路は、トレンチ１９８５内にリセスされる。下部クラッド層１９４０の厚さは、光カップラ及び光カップラに連結された光導波路の要求される性能に基づいて決定される。
【０１０７】
図２４Ｃを参照すれば、非晶質シリコン層（Ａ−Ｓｉ）１９５５は、トレンチ１９８５内の下部クラッド層１９４０上に形成される。図２４Ｄを参照すれば、非晶質シリコン層１９５５は結晶化され、光カップラ及び光導波路のコア領域となるべき欠陥性単結晶シリコン層１９６０が形成される。結晶化方法は、レーザ・エピタキシャル成長（ＬＥＧ）、固相エピタキシ（ＳＰＥ）、エピタキシャル・ラテラル過成長（ＥＬＯ）、選択的エピタキシャル成長（ＳＥＧ）、または固相結晶化（ＳＰＣ）のいずれかの方法でありうる。
【０１０８】
図２４Ｅを参照すれば、フォトレジスト及び／またはハードマスクからなるマスク（図示せず）が欠陥性単結晶シリコン層１９６０上に形成され、光カップラのコア領域上に形成されるべきグレーティング１９７５に要求されるパターンにパターニングされる。欠陥性単結晶シリコン層１９６０は、パターニングされたマスクを利用してエッチングされ、欠陥性単結晶シリコン層１９６０に、グレーティング１９７５が形成される。
【０１０９】
図２４Ｆを参照すれば、欠陥性単結晶シリコン層１９６０が選択的にエッチングされ、光カップラ用グレーティング１９７５を有する最終的なコア領域１９６０が設けられる。同時に、接続された光導波路のカップリング端部１９７０となるコア領域１９６０が形成される。選択的に、上部クラッド層１１８０が、光カップラ及び光導波路の上部に形成される（図示せず）。上部クラッド層１１８０は、下部クラッド層１６４０と同一物質によって設けられうる。
【０１１０】
前述の図２３Ａないし２３Ｆは、図１０の光カップラ１６００を製造する工程を図示したものであり、一方、前述の図２４Ａないし２４Ｆは、図１１の光カップラ１９００を製造する工程を図示したものである。光カップラ１６００及び１９００は、実質的に類似しているか、あるいは同じ構造を有することができる。２つの実施形態間の差異点は、前述した図２３Ｂ、２４Ｃと図２４Ｂ、２４Ｃを比較すると分かるように、通り製造工程にある。
【０１１１】
図２５Ａないし図２５Ｅは、本発明の思想の一実施形態による、図１２で説明した光カップラ１１０００の製造方法について説明する概略斜視図である。
図２５Ａを参照すれば、バルク半導体基板、例えば、バルクシリコン基板からなる基板１１２０が提供される。垂直側壁を有するトレンチ１１８５が、選択的エッチングによって基板１１２０に形成される。トレンチ１１８５の深さは、トレンチ１１８５に形成される下部クラッド層の所望の厚さに基づいて決定される。クラッド層の厚さは、光カップラ及び光カップラに連結された光導波路に要求される性能に基づいて決定される。
【０１１２】
図２５Ｂを参照すれば、下部クラッド層１１４０がトレンチ１１８５に形成され、下部クラッド層１１４０の最上面は、基板１１２０の最上面と平坦である。下部クラッド層１１４０は、例えば、シリコン酸化物、シリコン窒化物、またはシリコン酸化窒化物のような絶縁物質から形成される。
【０１１３】
図２５Ｃを参照すれば、非晶質シリコン（Ａ−Ｓｉ）またはポリシリコン（Ｐｏｌｙ−Ｓｉ）からなるシリコン層１１０６０が、下部クラッド層１１４０及び基板１１２０の上部に形成される。図２５Ｄを参照すれば、フォトレジスト及び／またはハードマスクからなるマスク（図示せず）がシリコン層１１０６０の上に形成され、光カップラのコア領域上に形成されるべきグレーティング１１０７５に要求されるパターンにパターニングされる。シリコン層１１０６０は、パターニングされたマスクを利用してエッチングされ、シリコン層１１０６０にグレーティング１１０７５が形成される。
【０１１４】
図２５Ｅを参照すれば、シリコン層１１０６０が選択的にエッチングされ、光カップラ用グレーティング１１０７５を有する最終的なコア領域１１０６０が設けられる。同時に、接続された光導波路のカップリング端部１１０７０となるコア領域１１０６０が形成されうる。選択的に、上部クラッド層１１８０が、光カップラ及び光導波路の上に形成されうる。上部クラッド層１１８０は、下部クラッド層１１４０と同一物質によって設けられうる。
【０１１５】
前述の通り、本発明の思想による光カップラは、光カップリング及び光伝送効率を改善して光損失を減らすために、反射要素、例えば、ＤＢＲを含むことができる。反射要素は、本発明の思想によれば、光カップラ及び／または光導波路の下部、もしくは、光カップラ及び／または光導波路の間に形成されうる。前述の通り、ＤＢＲは、異なる屈折率を有する物質を交互に蒸着して形成される多層構造である。ここで説明される本発明の思想の一実施形態で、ＤＢＲ構造は、３層を有することができ、このうち２層は、Ａ及びＢで表示され、層Ａ及び層Ｂと異なる屈折率を有する第３層によって分離される。層数は、要求されるＤＢＲの所望の反射度によって決定されうる。層Ａ及び層Ｂの屈折率は、典型的に同一であるが、ＤＢＲの所望の性能によって異なりうる。
【０１１６】
一実施形態で、ＤＢＲは、基板からＤＢＲを分離する下部クラッド層の第３の積層部分上に形成される。コア層のすぐ下に下部クラッドの第１、第２の積層部分がＤＢＲ上に形成される。下部クラッド層の第２の積層部分は、ＤＢＲが形成されない他の実施形態での下部クラッドと同じ機能を行う。この層は、厚みを調節することによって、ＤＢＲから反射された光導波をして、グレーティング・カップラからカップリングされない光導波と干渉させるのに使われうる。
【０１１７】
図２６Ａないし図２６Ｉは、本発明の思想の一実施形態による、図１３で説明した光カップラ１１００Ａの製造方法について説明する概略斜視図である。
図２６Ａを参照すれば、バルク半導体基板、例えば、バルクシリコン基板からなる基板１１２０が提供される。垂直側壁を有するトレンチ１１８５が、選択的エッチングによって、基板１１２０に形成される。トレンチ１１８５の深さは、トレンチ１１８５に形成される下部クラッド層の要求される厚さに基づいて決定される。下部クラッド層の厚さは、光カップラ及び光カップラに連結された光導波路に要求される性能に基づいて決定される。
【０１１８】
図２６Ｂを参照すれば、後述の下部クラッド層の第１の積層部分１１４０と同一物質の下部クラッド層の第３の積層部分１１４１が、トレンチ１１８５の底面及び側壁を含む基板１１２０の上表面に形成される。層Ａ及び層Ｂと異なる屈折率を有する物質層によって分離される層Ａ及び層Ｂを含むＤＢＲ構造が、層１１４１上に形成される。
図２６Ｃを参照すれば、下部クラッド層の第１の積層部分１１４０が、ＤＢＲ上のトレンチ１１８５に形成され、下部クラッド層の最上面は、基板１１２０の最上面と平坦である。下部クラッド層１１４０は、例えば、シリコン酸化物、シリコン窒化物、またはシリコン酸化窒化物のような絶縁物質から形成される。
図２６Ｄを参照すれば、下部クラッド層の第１の積層部分１１４０、下部クラッド層の第３の積層部分１１４１及びＤＢＲが素子に要求される形状及び性能特性に基づいて、所定の深さにエッチングされる。図２６Ｅを参照すれば、追加クラッド層（下部クラッド層の第２の積層部分）１１４２が、トレンチを充填するように下部クラッド層の第１の積層部分１１４０、下部クラッド層の第３の積層部分１１４１及びＤＢＲ上に形成され、追加クラッド層（下部クラッド層の第２の積層部分）１１４２の最上面は、基板１１２０の最上面と平坦になる。
【０１１９】
図２６Ｆを参照すれば、非晶質シリコン層（Ａ−Ｓｉ）１１５５が、光カップラ及び光導波路の上に形成される。図２６Ｇを参照すれば、非晶質シリコン層１１５５は結晶化され、光カップラ及び光導波路のコア領域となるべき欠陥性単結晶シリコン層１１６０が形成される。結晶化方法は、レーザ・エピタキシャル成長（ＬＥＧ）、固相エピタキシ（ＳＰＥ）、エピタキシャル・ラテラル過成長（ＥＬＯ）、選択的エピタキシャル成長（ＳＥＧ）、または固相結晶化（ＳＰＣ）のいずれかの方法でありうる。
【０１２０】
図２６Ｈを参照すれば、フォトレジスト及び／またはハードマスクからなるマスク（図示せず）が欠陥性単結晶シリコン層１１６０上に形成され、光カップラのコア領域上に形成されるべきグレーティング１１７５に要求されるパターンにパターニングされる。欠陥性単結晶シリコン層１１６０は、パターニングされたマスクを利用してエッチングされ、欠陥性単結晶シリコン層１１６０に、グレーティング１１７５が形成される。
【０１２１】
図２６Ｉを参照すれば、欠陥性単結晶シリコン層１１６０が選択的にエッチングされ、光カップラ用グレーティング１１７５を有する最終的なコア領域１１６０が設けられる。同時に、接続された光導波路のカップリング端部１１７０となるコア領域１１６０が形成される。選択的に、上部クラッド層１１８０が、光カップラ及び光導波路の上に形成されうる。上部クラッド層１１８０は、下部クラッド層１１４０と同一物質によって設けられうる。
【０１２２】
図２７Ａないし図２７Ｇは、本発明の思想の一実施形態による、図１４で説明した光カップラ１２００Ａの製造方法について説明する概略斜視図である。
本製造方法は、前述の図２６Ａないし図２６Ｉに係る方法、及び前述の図２１Ａないし図２１Ｆに係る方法と類似している。当業者であれば、図２１Ａないし図２１Ｆ、及び図２６Ａないし図２６Ｉから、本製造方法を理解することでできるであろう。従って、本製造方法の詳細な説明を反復しない。
【０１２３】
図２８Ａないし図２８Ｉは、本発明の思想の一実施形態による、図１５で説明した光カップラ１３００Ａの製造方法について説明する概略斜視図である。本製造方法は図２８Ｆ及び図２８Ｇの段階を除いて、前述の図２６Ａないし図２６Ｉに係る製造方法（図１３で説明した光カップラ１１００Ａの製造方法）と、図２６Ｆ及び図２６Ｇの段階を除いて同一である。
図２８Ｆに示したように、ポリシリコン層（Ｐｏｌｙ−Ｓｉ）１３５５は、図２６Ｆに示した非晶質シリコン層１１５５の代わりに形成される。図２８Ｇに示すように、ポリシリコン層１３５５は結晶化され、欠陥性単結晶シリコン層１３６０を形成する。図１５の光カップラ１３００Ａを製造する方法において、残りの段階は図１３の光カップラ１１００Ａの製造方法と同一であるので、詳細な説明を反復しない。
【０１２４】
図２９Ａないし図２９Ｈは、本発明の思想の一実施形態による、図１６で説明した光カップラ１６００Ａの製造方法について説明する概略斜視図である。
本製造方法は、前述の図２６Ａないし図２６Ｉに係る方法、及び前述の図２３Ａないし図２３Ｆに係る方法と類似している。当業者であれば、図２３Ａないし図２３Ｆ、及び図２６Ａないし図２６Ｉから、本製造方法を理解することができるであろう。従って、本製造方法の詳細な説明を反復しない。
【０１２５】
図３０Ａないし図３０Ｈは、本発明の思想の一実施形態による、図１７で説明した光カップラ１９００Ａの製造方法について説明する概略斜視図である。
本製造方法は、前述の図２６Ａないし図２６Ｉに係る方法、及び前述の図２４Ａないし図２４Ｆに係る方法と類似している。当業者であれば、図２４Ａないし図２４Ｆ、及び図２６Ａないし図２６Ｉから、本製造方法を理解することができるであろう。従って、本製造方法の詳細な説明を反復しない。
【０１２６】
図１８に説明された光カップラ１１０００Ａの実施形態では、コア領域１１０６０が非晶質シリコンまたはポリシリコンであり、コア領域１１０６０は、形成後に結晶化されないということを除いては、図３０Ａないし図３０Ｈに説明された実施形態と同じ方式で製造される。
【０１２７】
本発明の思想の実施形態による垂直グレーティング・カップラ（ＶＧＣ）においては、下部クラッド層の厚さによって、光カップリング効率が変化する。図３１は、前述の、垂直グレーティング・カップラを含む本発明の思想の実施形態に適用可能な、下部（底）クラッドの厚さに対する光カップリング効率のグラフである。
図３１は、波長を１．５８μｍ、グレーティング周期を６３０ｎｍ、グレーティング・エッチング深さを７０ｎｍと各々設定した場合である。図３１で、Ｘ軸は、下部クラッド層の厚みであり、Ｙ軸は、入力光パワーに対する垂直グレーティング・カップラの正規化（ｎｏｒｍａｌｉｚｅｄ）されたカップリング効率を示す。図３１で、点線は、入力光パワーが高い場合であり、実線は、入力光パワーが低い場合である。図３１に説明された結果は、波長、グレーティング周期、グレーティング・エッチング深さなどのパラメータ値の変更と共に変化する。
【０１２８】
本発明の思想による光導波路及び光カップラを含む光素子は、光通信及び光信号伝送を利用する多くの回路、モジュール及びシステムに適用できる。例えば、本発明の思想による光素子及びその製造方法は、メモリ・システムに利用された接続システム及び素子に適用されうる。すなわち、本発明の思想による光素子及びその製造方法は、中央処理装置（ＣＰＵ）と、一つまたは複数個のメモリ・モジュールとの間、メモリ・モジュール間、一つまたは複数個のメモリ・モジュール上にあるメモリ素子間、及び／または単一メモリ素子上に形成された回路間の光通信を具現するのに利用されうる。
【０１２９】
図３２は、本発明の思想の実施形態に従った、光導波路及び光カップラを含む光素子及びその製造方法が適用可能なプロセッシング（データ処理）システム２０００の概略ブロック図である。
図３２を参照すれば、システム２０００は、接続（配線）システム２０１３を経由し、少なくとも１つのメモリ・モジュール２００８と通信できるＣＰＵ  ２００２を含む。メモリ・モジュール２００８は、例えば、ＤＩＭＭ（Ｄｕａｌ＿Ｉｎ＿ｌｉｎｅ＿Ｍｅｍｏｒｙ＿Ｍｏｄｕｌｅ）である。具体的には、ＤＩＭＭ  ２００８は、例えば、ＤＲＡＭ  ＤＩＭＭ  ２００８である。ＤＩＭＭ  ２００８は、複数個の個別メモリ回路２０２０、例えば、ＤＲＡＭメモリ回路を含む。
【０１３０】
本実施形態で、ＣＰＵ  ２００２及びＤＩＭＭ  ２００８は、電気信号を発生し、処理する。配線システム２０１３は、ＣＰＵ  ２００２及びＤＩＭＭ  ２００８間の光信号を伝達する光通信チャンネル２０１２、例えば、光ファイバを含む。ＣＰＵ  ２００２及びＤＩＭＭ  ２００８は電気信号を利用しているので、光通信チャンネル上での伝達のために、ＣＰＵ２００８及びＤＩＭＭ  ２００８の電気信号を光信号に変換する電光変換が要求される。また、光通信チャンネル２０１２上の光信号を、ＣＰＵ  ２００２及びＤＩＭＭ  ２００８において処理できる電気信号に変換する光電変換が要求される。配線システム２０１３は、光通信チャンネル２０１２の両端に、光電（Ｏ／Ｅ）変換ユニット２００４及び２００６を含む。ＣＰＵ  ２００２は、電気バス２０１０を経由し、Ｏ／Ｅ変換ユニット２００４と電気信号を送受信する。ＤＩＭＭ  ２００８は、電気バス２０１４を経由し、Ｏ／Ｅ変換ユニット２００６と電気信号を送受信する。
【０１３１】
本実施形態で、Ｏ／Ｅ変換ユニット２００４及び２００６は、本発明の思想による光素子を含む。光素子は、図３２で、２０１６及び２０１８で表示する。すなわち、光回路２０１６及び２０１８は、本発明の思想による光カップラを含む。光カップラは、光通信チャンネル２０１２、例えば、光ファイバ側に、及び光通信チャンネル２０１２から、光信号を送受信する。光回路２０１６及び２０１８は、本発明の思想による光導波路を含む。Ｏ／Ｅ変換ユニット２００４及び２００６で光カップラは、光通信チャンネル２０１２上で、本発明の思想による光導波路への、及び光導波路からの光信号をカップリングする。本発明の思想による光カップラ及び光導波路は、前記で詳細に言及したように、Ｏ／Ｅ変換ユニット２００４及び２００６のＯ／Ｅ変換を行うために使われた他の回路と共に、バルク半導体基板上に形成された半導体集積回路に一体に集積されうる。
【０１３２】
図３３は、本発明の思想の他の実施形態に従った、光導波路及び光カップラを含む光素子及びその製造方法が適用可能なプロセッシングシステム２０５０の概略ブロック図である。
図３３を参照すれば、システム２０５０は、配線システム２０６３を介して、少なくとも１つのメモリ・モジュール２０５８と通信できるＣＰＵ  ２０５２を含む。メモリ・モジュール２０５８は、例えば、ＤＩＭＭである。具体的には、ＤＩＭＭ  ２０５８は、例えば、ＤＲＡＭ  ＤＩＭＭ  ２０５８である。ＤＩＭＭ  ２０５８は、複数個の個別メモリ回路２０７０、例えば、ＤＲＡＭメモリ回路を含む。
【０１３３】
本実施形態で、ＣＰＵ  ２０５２及びＤＩＭＭ  ２０５８は、電気信号及び光信号を発生し、処理する。図３２の実施形態と異なり、図３３の実施形態で、Ｏ／Ｅ変換は、ＣＰＵ  ２０５２及び／またはＤＩＭＭ  ２０５８上で行われる。従って、ＣＰＵ  ２０５２は、Ｏ／Ｅ変換ユニット２０７６を含み、ＤＩＭＭ  ２０５８は、Ｏ／Ｅ変換ユニット２０８２を含む。ＣＰＵ  ２０５２で電気回路は、一般的に２０７８で表示し、電気バス２０８０を経由し、Ｏ／Ｅ変換ユニット２０７６と電気信号で通信する。ＤＩＭＭ  ２０５８で電気回路は、メモリ回路２０７０を含み、電気バス２０８４を介して、Ｏ／Ｅ変換ユニット２０８２と電気信号で通信する。
【０１３４】
配線システム２０６３は、光通信チャンネル２０６２を含み、光通信チャンネル２０６２は、ＣＰＵ  ２０５２及びＤＩＭＭ  ２０５８間の光信号を伝達する。光通信チャンネル２０６２は、例えば、光ファイバである。ＣＰＵ  ２０５２は、光コネクタ２０７２を含む。光コネクタ２０７２を介して、Ｏ／Ｅ変換ユニット２０７６から光通信チャンネル２０６２側に光信号が伝送される。また、光コネクタ２０７２を介して、光通信チャンネル２０６２側からＯ／Ｅ変換ユニット２０７６に光信号が伝送される。ＤＩＭＭ  ２０５８は、光コネクタ２０７４を含む。光コネクタ２０７４を介して、Ｏ／Ｅ変換ユニット２０８２から光通信チャンネル２０６２側に、光信号が伝送される。また、光コネクタ２０７４を介して、光通信チャンネル２０６２側からＯ／Ｅ変換ユニット２０８２に、光信号が伝送される。
【０１３５】
本実施形態で、Ｏ／Ｅ変換ユニット２０７６及び２０８２は、本発明の思想による光素子を含む。光素子は、図３３で一括して２０７７及び２０８３で表示する。すなわち、光回路２０７７及び２０８３は、本発明の思想による１または複数個の光カップラを含む。光カップラは、光通信チャンネル２０６２、例えば、光ファイバと光信号を送受信する。
Ｏ／Ｅ変換ユニット２０７６及び２０８２において光カップラは、光通信チャンネル２０６２上で、本発明の思想による１または複数個の光導波路と光信号をカップリングする。本発明の思想による光カップラ及び光導波路は、前記で詳細に言及したように、Ｏ／Ｅ変換ユニット２０７６及び２０８２のＯ／Ｅ変換を行うために使われる他の回路と共に、バルク半導体基板上に形成された半導体集積回路に一体に集積できる。
【０１３６】
図３４は、本発明の思想の他の実施形態に従った、光導波路及び光カップラを含む光素子及びその製造方法が適用可能なプロセッシングシステム２１００の概略ブロック図である。
図３４を参照すれば、システム２１００は、配線システム２１１３を介して、少なくとも１つのメモリ・モジュール２１０８と通信できるＣＰＵ  ２１０２を含む。メモリ・モジュール２１０８は、例えば、ＤＩＭＭである。具体的には、ＤＩＭＭ  ２１０８は、例えば、ＤＲＡＭ  ＤＩＭＭ  ２１０８である。ＤＩＭＭ  ２１０８は、複数個の個別メモリ回路２１２０、例えば、ＤＲＡＭメモリ回路を含む。
【０１３７】
本実施形態で、ＣＰＵ  ２１０２及びＤＩＭＭ  ２１０８は、電気信号及び光信号を発生し、処理する。図３２の実施形態と異なり、図３４の実施形態で、Ｏ／Ｅ変換は、ＣＰＵ  ２１０２及び／またはＤＩＭＭ  ２０１０上で、具体的には、各ＤＩＭＭメモリ回路２１２０上で行われる。従って、ＣＰＵ  ２１０２は、Ｏ／Ｅ変換ユニット２１２６を含み、メモリ回路２１２０それぞれは、ＯＥ変換ユニット２１２１を含む。ＣＰＵ  ２１０２で電気回路は、一般的に２１２８で表示し、電気バス２１３０を経由し、Ｏ／Ｅ変換ユニット２１２６と電気信号で通信する。それぞれのメモリ回路２１２０において、電気回路は２１２７は、電気バス２１２５を介し、Ｏ／Ｅ変換ユニット２１２１と、電気信号で通信する。
【０１３８】
配線システム２１１３は、光通信チャンネル２１１２を含み、光通信チャンネル２１１２は、ＣＰＵ  ２１０２とＤＩＭＭ  ２１０８との間で光信号を伝達する。光通信チャンネル２１１２は、例えば、光ファイバである。ＣＰＵ  ２１０２は、光コネクタ２１２２を含む。光コネクタ２１２２を介して、Ｏ／Ｅ変換ユニット２１２６から光通信チャンネル２１１２側に光信号が伝送される。また、光コネクタ２１２２を介して、光通信チャンネル２１１２側からＯ／Ｅ変換ユニット２１２６に光信号が伝送される。ＤＩＭＭ  ２１０８は、光コネクタ２１２４を含む。光コネクタ２１２４及び光バス２１３４を介して、Ｏ／Ｅ変換ユニット２１２１から光通信チャンネル２１１２側に光信号が伝送される。また、光コネクタ２１２４を介して、光通信チャンネル２１１２側からＯ／Ｅ変換ユニット２１２１に光信号が伝送される。
【０１３９】
本実施形態で、Ｏ／Ｅ変換ユニット２１２６及び２１２１は、本発明の思想による光素子を含む。光素子は、図３４で一括して２１１６及び２１２３で表示する。すなわち、光回路２１１６及び２１２３は、本発明の思想による１または複数個の光カップラを含む。光カップラは、光通信チャンネル２１１２、例えば、光ファイバと光信号を送受信する。
Ｏ／Ｅ変換ユニット２１１６及び２１２３において光カップラは、光通信チャンネル２１１２上で、本発明の思想による１または複数個の光導波路と光信号をカップリングする。本発明の思想による光カップラ及び光導波路は、前記で詳細に言及したように、Ｏ／Ｅ変換ユニット２１２６及び２１２１のＯ／Ｅ変換を行うために使われる他の回路と共に、バルク半導体基板上に形成された半導体集積回路に一体に集積できる。特に、本発明の思想の光カップラ及び光導波路は、個別メモリ回路２１２０、例えば、ＤＲＡＭメモリ回路と同じチップ（ダイ）に集積できる。
【０１４０】
図３５は、メモリ回路が形成されたチップ（ダイ）と同じチップ（ダイ）上に集積された本発明の思想による光カップラ及び光導波路を有する回路素子５０１０、例えば、メモリ回路、より具体的にはＤＲＡＭメモリ回路の概略機能図である。回路素子５０１０は例えば、メモリセル・アレイ５０２６、並びに周辺及び関連の電気回路５０２８を含むＤＲＡＭメモリ用電気回路５０１２を含む。回路素子５０１０上では、あらゆる電気回路は、電気的コンタクト・パッド５０２４を介して、一つまたは複数個の電気バスを介して、連結されて通信する。回路素子５０１０上の電気バスは、図３５で、一般的に電気バス５０１４として図示する。
【０１４１】
入力データ信号ＤＱ  Ｉｎ、アドレス及び制御信号Ａｄｄｒ／Ｃｔｒｌ、クロック信号ＣＬＫを含む光信号、及び光源が本発明の思想の実施形態による光カップラ５０２０によって、回路素子５０１０に光学的にカップリングされる。光カップラ５０２０からの光信号は、本発明の思想の実施形態による光導波路５０１８にカップリングされる。光導波路５０１８は光バスとして機能し、メモリ回路５０１０全体を通じて光信号を伝送する。
【０１４２】
回路素子５０１０に入力される光信号は、光導波路５０１８によって、光検出器５０１６にカップリングされ、光検出器５０１６は光信号を復調して電気信号に変換する。復調及び変換された電気信号は、電気バス５０１４上の電気信号を駆動するＣＭＯＳドライバ回路５０２２に入力される。
【０１４３】
回路素子５０１０から発信される光信号、例えば、出力データ信号ＤＱｏｕｔは、光源から回路素子５０１０にカップリングされた変調されていない連続的な光信号から発生する。回路素子５０１０の多様な電気部品からの電気信号は、光変調器５０３０で持続的に光信号を変調するのに利用される。電気信号は、電気バス５０１４から変調器５０３０に配分される。変調器５０３０は、電気信号を使用して変調光信号を作り、光信号は、光導波路５０１８に沿って伝送され、光ファイバに光カップラ５０２０によってカップリングされる。
【０１４４】
図３６は、本発明の思想の一実施形態に従った、本発明の思想の光導波路及び光カップラが適用可能なコンピュータまたは処理システム３０００の一部分の概略斜視図である。
図３６を参照すれば、システム３０００は、光ＰＣＢ（ｐｒｉｎｔｅｄ  ｃｉｒｃｕｉｔ  ｂｏａｒｄ）になりうるメイン（マザー）プリント配線基板（ＰＣＢ）３００２を含む。ＣＰＵ  ３００４は、ＰＣＢ  ３００２に搭載され、ＰＣＢ  ３００２に搭載されたＯ／Ｅ変換ユニット３００６にカップリングされる、Ｏ／Ｅ変換ユニット３００６は、ＰＣＢ  ３００２上に形成された光導波路を含む光配線システム３００８にカップリングされる。光配線システム３００８は、光ソケット（光コネクタ）３０１４を介して、ＤＩＭＭ  ３０１０、例えば、ＤＲＡＭ  ＤＩＭＭに連結される。ＤＩＭＭ  ３０１０は、光ＰＣＢになりうるＤＩＭＭ＿ＰＣＢ  ３０１２上に搭載される複数個の回路３０１６、例えば、ＤＲＡＭメモリ回路を含む。光源３０１３は、例えばレーザ・ダイオードからなり、システム３０００のための光を提供する。
【０１４５】
各メモリ回路３０１６は、前記で詳細に説明したように、回路のためのＥ／Ｏ変換を提供する光信号入力／出力（Ｉ／Ｏ）インターフェース（Ｉ／Ｆ）ユニットを含む。各Ｉ／Ｏ＿Ｉ／Ｆユニットは、光信号伝送のために必要な、本発明の思想による光素子、例えば、光導波路及び光カップラを提供する。
【０１４６】
光源３０１３は、メモリ素子３０１６のＥ／Ｏ変換回路に、好ましくはコリメートされた光を提供し、Ｅ／Ｏ変換回路はＣＰＵ  ３００４に伝送すべきデータ信号によって、この光を変調する。変調された光データ信号は光配線システム３００８の光導波路に沿って伝送され、ＣＰＵ  ３００４にカップリングされたＯ／Ｅ変換ユニット３００６によってＣＰＵ  ３００４に伝達される。光源３０１３は、光をＥ／Ｏ変換ユニット３００６にも提供し、ＣＰＵ  ３００４からのデータ信号は、光配線システム３００８によって、ＤＩＭＭ  ３０１０に伝送される。
【０１４７】
図３７は、本発明の思想の一実施形態に従った、本発明の思想の光導波路及び光カップラが適用可能なコンピュータまたは処理システム３５００の一部分の概略斜視図である。図３７を参照すれば、システム３５００は、メイン（マザー）ＰＣＢ  ３００２に光学的にカップリングされて搭載されたＤＩＭＭ  ３０１０を含む。ソケット３０１４（図示せず）の一部分である搭載部材３０５６は、マザーボード３００２上のガイドホール３００２にキャプチャされたガイドピン３０５４を含む。ＤＩＭＭ  ３０１０は、ＤＩＭＭ光ＰＣＢ  ３０１２に搭載された回路素子３０１６、例えば、ＤＲＡＭメモリ素子を含む。回路素子３０１６は、本発明の思想による素子であり、本発明の思想による光導波路及び／または光カップラが、単一チップ（ダイ）上に他の回路、例えば、ＤＲＡＭメモリ回路と一体に集積されうる。
【０１４８】
回路素子３０１６は、回路チップ（ダイ）３０４０、例えば、ＤＲＡＭチップ（ダイ）を含み、回路チップ（ダイ）３０４０は、チップ（ダイ）３０４０上に、シリコンフォトニクスによって一体に集積されたＩ／Ｏ部分３０４２を含む。Ｉ／Ｏ部分３０４２は、本発明の思想による光導波路及び／または光カップラを含む。光信号は、Ｉ／Ｏ部分３０４２によって、チップ３０４０にカップリングされる。Ｉ／Ｏ部分３０４２は、光信号が、Ｉ／Ｏ部分３０４２へ、またはＩ／Ｏ部分３０４２から通過できるように、透明ウインドー部分３０４４の上部に位置する。光は、屈折率マッチング・グルー３０３７を通過し、屈折率マッチング・グルー３０３７は、Ｉ／Ｏ部分３０４２側に、またはそこから通過する光の反射を最小化し、回路素子３０１６を光ＰＣＢ  ３０１２の上部側に付着させる。
【０１４９】
回路素子３０１６の光信号Ｉ／Ｏ部３０４２への、またはＩ／Ｏ部分３０４２からの光信号は、光ＰＣＢ  ３０１２に形成された光導波路３０３２を経て伝送される。光導波路３０３２は、回路素子３０１６の下方で、参照番号３０３０のように９０°折れ曲がり、光信号Ｉ／Ｏ部３０４２及び光導波路３０３２間の光信号をガイドするように、４５度反射器を含むことができる。
【０１５０】
ＤＩＭＭ  ３０１０は、光学的にマイクロボール・レンズ・アレイ３０５０によって、マザーＰＣＢ  ３００２にカップリングされている。マイクロボール・レンズ・アレイ３０５０は、ＤＩＭＭ  ３０１０の光ＰＣＢ  ３０１２に形成された光導波路３０３２と、光マザーＰＣＢ  ３００２に形成された他の光導波路３００８との間の光信号伝送をガイドする。半反射要素３０５２は、光導波路３００８と光導波路３０３２との間で光信号をガイドする。
【０１５１】
回路素子３０１６は、電気的に及び機械的に、ソルダボール３０３６及び金属ライン３０６２によって、ＰＣＢ  ３０１２にカップリングされる。回路素子３０１６は、ポリマーモールド物質３０３４によって封止される。
【０１５２】
以上説明してきた本発明の思想による光素子は、あらゆる形態の光通信及び配線（接続）素子及びシステムに適用されうる。例えば、本発明の思想について説明する目的から、光導波路の平面形状に関しては、専らライン型の（線状）光導波路を暗黙裡に想定してその断面形状に限って記述してきたが、本発明の思想は、他の平面形状を有する光導波路に適用されうる。
図３８Ａないし図３８Ｃは、本発明の思想が適用されうる光接続、例えば、光導波路の概略斜視図である。
図３８Ａは、平板型光導波路３７０２を示し、図３８Ｂは、ライン型光導波路３７０４を示し、図３８Ｃは、光スプリッタ用光導波路３７０６を図示する。あらゆる光導波路は、光信号が伝播されるコア領域ＷＧと、コア領域より屈折率が小さく、コア領域内に光信号を制限する、コア領域を取り囲むクラッド領域とを含む。
【０１５３】
図３９は、本発明の思想の一実施形態による光素子を含むパッケージ素子１２０１の概略断面図である。パッケージ素子１２０１は、本発明の思想の実施形態による集積回路チップ（集積回路素子）１２０２が搭載されたＰＣＢ  １２０４を含む。集積回路素子１２０２は、回路ダイ上に、他の電気集積回路、例えば、シリコンフォトニクス回路と共に集積された本発明の思想による一つまたはそれ以上の光導波路及び／または光カップラを含む。ＰＣＢ  １２０４は、集積回路パッケージ１２０８内に搭載される。
【０１５４】
集積回路素子１２０２への、及び集積回路素子１２０２からの光信号は、光ファイバ１２０６によって、集積回路素子１２０２にカップリングされる。ファイバ１２０６の端部は、本発明の思想の実施形態による光カップラによって、集積回路素子１２０２にカップリングされる。パッケージ内のフレーム１２０５及び１２０３は、ファイバ１２０６を、集積回路素子１２０２に対して適切な角度で固定している。
【０１５５】
本発明の思想は、いかなる種類の処理システム、ディスプレイ・システム、通信システムまたは信号が光学的に伝送されうる他のシステムにも適用されうる。図４０は、本発明の思想が適用されうる一般的な処理、通信またはディスプレイ・システム４０００の概略ブロック図である。
図４０を参照すれば、システム４０００は、光バス４０１２によって、システム４０００の他の要素と光学的に通信されうるプロセッサ４０１０を含む。プロセッサ４０１０は、本発明の思想による光導波路及び光カップラを含むＯ／Ｅ変換回路を含む。一つまたはそれ以上の半導体メモリ素子４００２は、光学的に光バス４０１２にカップリングされている。メモリ素子４００２は、本発明の思想による一つまたはそれ以上の光導波路及び光カップラを含むＯ／Ｅ変換回路４００４を含むことができる。電源供給部４００６は、システム・バス４０１２にカップリングされうる。ユーザ・インターフェース４００８は、ユーザ側に、及びユーザ側からの入力／出力を提供する。
【０１５６】
ここで、本本発明の思想は、バルク半導体基板、例えば、バルクシリコンからなる基板に製造すると説明した。本発明の思想は、バルクシリコンからなる基板に製造される光素子に限定されるものではない。他の物質が使われうる。例えば、ガリウム−砒素、ゲルマニウムのような他の半導体物質が本発明の思想の集積光素子のための基板として使われうる。
【０１５７】
以上のように、図面と明細書とにより本発明の最適の実施形態を開示した。ここで用いた特定の用語は、単に本発明について説明するための目的で使っており、意味限定や特許請求の範囲に記載された本発明の範囲を制限するために使ったものではない。従って、本技術分野の当業者であるならば、それらから多様な変形及び均等な他の実施形態が可能であることを理解できるであろう。従って、本発明の真の技術的保護範囲は、特許請求の範囲の技術的思想によってのみ決まる。
【符号の説明】
【０１５８】
１０    （バルクシリコン）基板
１０ａ    前表面
１０ｂ    背面
１２    トレンチ領域
１２ａ、１２ｂ    側壁
１４、４４    下部クラッド層（第１クラッド層）
１６、４６    非晶質シリコン層
１８、４８    欠陥性単結晶シリコン層
２０、５０    マスク・パターン
２２ａ、２２ｂ、５２ａ、５２ｂ    コア領域
２３、５３    上部クラッド層（第２クラッド層）
１００、２００、１５０    光導波路
１２１    第１入力ファイバ
１２３    第２出力ファイバ
１６０、１７０    テーパ部
１５２、１５４    垂直グレーティング・カップラ（ＶＧＣ）
１５３、１５５    グレーティング
１８０，１９０    カップリング端部
１１００、１２００、１３００、１６００、１９００、１１０００    光カップラ
１１００Ａ、１２００Ａ、１３００Ａ、１６００Ａ、１８００Ａ、１９００Ａ、１１０００Ａ    光カップラ
１１２０、１６２０、１９２０    基板
１１４０、１２４０、１６４０、１９４０    下部クラッド層（の第１の積層部分）
１１４１    下部クラッド層の第３の積層部分
１１４２    追加（クラッド）層、下部クラッド層の第２の積層部分
１１５５、１６５５、１９５５    非晶質シリコン層（Ａ−Ｓｉ）
１１６０、１３６０、１６６０、１９６０    コア領域、欠陥性単結晶シリコン層（Ｃ−Ｓｉ）
１１７０、１３７０、１６７０、１９７０、１１０７０    光導波路のカップリング端部
１１７５、１３７５、１６７５、１９７５、１１０７５    グレーティング
１１８０    上部クラッド層
１１８５、１２８５、１６８５、１８８５、１８８６、１９８５    トレンチ
１３５５    ポリシリコン層（ｐｏｌｙ−Ｓｉ）
１１０６０    コア領域、非晶質シリコン（Ａ−Ｓｉ）又はポリシリコン（ｐｏｌｙ−Ｓｉ）からなるシリコン層
【図１Ａ】
2011118399.tif 000003
【図１Ｂ】
2011118399.tif 000004
【図２】
2011118399.tif 000005
【図３Ａ】
2011118399.tif 000006
【図３Ｂ】
2011118399.tif 000007
【図４Ａ】
2011118399.tif 000008
【図４Ｂ】
2011118399.tif 000009
【図４Ｃ】
2011118399.tif 000010
【図４Ｄ】
2011118399.tif 000011
【図４Ｅ】
2011118399.tif 000012
【図４Ｆ】
2011118399.tif 000013
【図４Ｇ】
2011118399.tif 000014
【図５Ａ】
2011118399.tif 000015
【図５Ｂ】
2011118399.tif 000016
【図５Ｃ】
2011118399.tif 000017
【図５Ｄ】
2011118399.tif 000018
【図５Ｅ】
2011118399.tif 000019
【図５Ｆ】
2011118399.tif 000020
【図５Ｇ】
2011118399.tif 000021
【図６】
2011118399.tif 000022
【図７】
2011118399.tif 000023
【図８】
2011118399.tif 000024
【図９】
2011118399.tif 000025
【図１０】
2011118399.tif 000026
【図１１】
2011118399.tif 000027
【図１２】
2011118399.tif 000028
【図１３】
2011118399.tif 000029
【図１４】
2011118399.tif 000030
【図１５】
2011118399.tif 000031
【図１６】
2011118399.tif 000032
【図１７】
2011118399.tif 000033
【図１８】
2011118399.tif 000034
【図１９】
2011118399.tif 000035
【図２０Ａ】
2011118399.tif 000036
【図２０Ｂ】
2011118399.tif 000037
【図２０Ｃ】
2011118399.tif 000038
【図２０Ｄ】
2011118399.tif 000039
【図２０Ｅ】
2011118399.tif 000040
【図２０Ｆ】
2011118399.tif 000041
【図２１Ａ】
2011118399.tif 000042
【図２１Ｂ】
2011118399.tif 000043
【図２１Ｃ】
2011118399.tif 000044
【図２１Ｄ】
2011118399.tif 000045
【図２１Ｅ】
2011118399.tif 000046
【図２１Ｆ】
2011118399.tif 000047
【図２２Ａ】
2011118399.tif 000048
【図２２Ｂ】
2011118399.tif 000049
【図２２Ｃ】
2011118399.tif 000050
【図２２Ｄ】
2011118399.tif 000051
【図２２Ｅ】
2011118399.tif 000052
【図２２Ｆ】
2011118399.tif 000053
【図２３Ａ】
2011118399.tif 000054
【図２３Ｂ】
2011118399.tif 000055
【図２３Ｃ】
2011118399.tif 000056
【図２３Ｄ】
2011118399.tif 000057
【図２３Ｅ】
2011118399.tif 000058
【図２３Ｆ】
2011118399.tif 000059
【図２４Ａ】
2011118399.tif 000060
【図２４Ｂ】
2011118399.tif 000061
【図２４Ｃ】
2011118399.tif 000062
【図２４Ｄ】
2011118399.tif 000063
【図２４Ｅ】
2011118399.tif 000064
【図２４Ｆ】
2011118399.tif 000065
【図２５Ａ】
2011118399.tif 000066
【図２５Ｂ】
2011118399.tif 000067
【図２５Ｃ】
2011118399.tif 000068
【図２５Ｄ】
2011118399.tif 000069
【図２５Ｅ】
2011118399.tif 000070
【図２６Ａ】
2011118399.tif 000071
【図２６Ｂ】
2011118399.tif 000072
【図２６Ｃ】
2011118399.tif 000073
【図２６Ｄ】
2011118399.tif 000074
【図２６Ｅ】
2011118399.tif 000075
【図２６Ｆ】
2011118399.tif 000076
【図２６Ｇ】
2011118399.tif 000077
【図２６Ｈ】
2011118399.tif 000078
【図２６Ｉ】
2011118399.tif 000079
【図２７Ａ】
2011118399.tif 000080
【図２７Ｂ】
2011118399.tif 000081
【図２７Ｃ】
2011118399.tif 000082
【図２７Ｄ】
2011118399.tif 000083
【図２７Ｅ】
2011118399.tif 000084
【図２７Ｆ】
2011118399.tif 000085
【図２７Ｇ】
2011118399.tif 000086
【図２８Ａ】
2011118399.tif 000087
【図２８Ｂ】
2011118399.tif 000088
【図２８Ｃ】
2011118399.tif 000089
【図２８Ｄ】
2011118399.tif 000090
【図２８Ｅ】
2011118399.tif 000091
【図２８Ｆ】
2011118399.tif 000092
【図２８Ｇ】
2011118399.tif 000093
【図２８Ｈ】
2011118399.tif 000094
【図２８Ｉ】
2011118399.tif 000095
【図２９Ａ】
2011118399.tif 000096
【図２９Ｂ】
2011118399.tif 000097
【図２９Ｃ】
2011118399.tif 000098
【図２９Ｄ】
2011118399.tif 000099
【図２９Ｅ】
2011118399.tif 000100
【図２９Ｆ】
2011118399.tif 000101
【図２９Ｇ】
2011118399.tif 000102
【図２９Ｈ】
2011118399.tif 000103
【図３０Ａ】
2011118399.tif 000104
【図３０Ｂ】
2011118399.tif 000105
【図３０Ｃ】
2011118399.tif 000106
【図３０Ｄ】
2011118399.tif 000107
【図３０Ｅ】
2011118399.tif 000108
【図３０Ｆ】
2011118399.tif 000109
【図３０Ｇ】
2011118399.tif 000110
【図３０Ｈ】
2011118399.tif 000111
【図３１】
2011118399.tif 000112
【図３２】
2011118399.tif 000113
【図３３】
2011118399.tif 000114
【図３４】
2011118399.tif 000115
【図３５】
2011118399.tif 000116
【図３６】
2011118399.tif 000117
【図３７】
2011118399.tif 000118
【図３８Ａ】
2011118399.tif 000119
【図３８Ｂ】
2011118399.tif 000120
【図３８Ｃ】
2011118399.tif 000121
【図３９】
2011118399.tif 000122
【図４０】
2011118399.tif 000123