(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体からなる光導波路が形成されたウェハに光を照射して周期的な光強度分布を生成し、この光の照射に応じた前記半導体におけるキャリア生成により前記光導波路の屈折率を周期的に変化させて、前記光導波路にグレーティングカプラを形成することを特徴とするグレーティングカプラ形成方法。
【請求項２】
請求項１記載のグレーティングカプラ形成方法において、
光の干渉により、前記ウェハに周期的な光強度分布を生成することを特徴とするグレーティングカプラ形成方法。
【請求項３】
請求項１記載のグレーティングカプラ形成方法において、
前記ウェハに強度が周期的に変化する光を照射することにより、前記ウェハに周期的な光強度分布を生成することを特徴とするグレーティングカプラ形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光回路にグレーティングカプラを一時的に形成する技術に係り、光回路のウェハレベルでの検査に適用が可能なグレーティングカプラ形成方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
シリコンフォトニクスを始め、その他の材料系も含め、光デバイスは、ウェハ上に作製され、ウェハからチップに切り出されるという手法がとられている。光デバイスのウェハ端面には光ファイバを介して光が入力される。この場合、シリコンなどの高屈折率材料においては、導波路の断面のサイズが数百ミクロンオーダとなり、光ファイバとの端面結合の損失を低減するために、ＳＳＣ（Spot size converter）などの集積した構造が用いられている（非特許文献１参照）。
【０００３】
また、近年、シリコンフォトニクスは電子回路との親和性からＣＭＯＳの作製プロセスで光回路を作製できることが利点とされているが、その場合には、ＳＳＣ等の特異的な作製プロセスを使用せずに製作が可能なＧＣ（Grating coupler）を光回路に作り込み、ウェハ検査に使用する例がみられている（非特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】T.Shoji，T.Tsuchizawa，T.Watanabe，K.Yamada，H.Morita，“Low loss mode size converter from 0.3μm square Si wire waveguides to single mode fibres”，Electronics Letters，Vol.38，No.25，p.1669-1670，2002
【非特許文献２】Attila Mekis，Steffen Gloeckner，Gianlorenzo Masini，Adithyaram Narasimha，Thierry Pinguet，Subal Sahni，and Peter De Dobbelaer，“A Grating-Coupler-Enabled CMOS Photonics Platform”，IEEE JOURNAL OF SELECTED TOPICS IN QUANTUM ELECTRONICS，Vol.17，No.3，p.597-608，2011
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の光ファイバとチップとの端面結合においては、光の損失が問題となり、その損失を低減させるデバイスの作製プロセスは従来のＣＭＯＳ作製プロセスとの親和性に問題があった。また、光デバイスをチップに切り出して端面結合によって１チップ毎に検査をする場合には、ウェハレバルでの検査と比較して検査コストが高価になるという問題があった。
【０００６】
ＧＣを用いたウェハ検査においては、ＧＣを予め光回路に作り込む必要があり、検査箇所はＧＣを作り込んだ箇所に限定されてしまう。また、ＧＣから定常的に光を出射させる場合には、その出力光の分だけ損失となる。もしくは、検査時のみＧＣから光を出力したい場合には、ＧＣの前段に光スイッチを作り込む必要があり、光スイッチの過剰損失や、光スイッチの駆動系まで作り込む必要があるという問題があった。
【０００７】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、グレーティングカプラをウェハ上の任意の箇所に一時的に形成することができ、グレーティングカプラによる定常的な光損失を抑えることができるグレーティングカプラ形成方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明のグレーティングカプラ形成方法は、半導体からなる光導波路が形成されたウェハに光を照射して周期的な光強度分布を生成し、この光の照射に応じた前記半導体におけるキャリア生成により前記光導波路の屈折率を周期的に変化させて、前記光導波路にグレーティングカプラを形成することを特徴とするものである。
また、本発明のグレーティングカプラ形成方法の１構成例は、光の干渉により、前記ウェハに周期的な光強度分布を生成することを特徴とするものである。
また、本発明のグレーティングカプラ形成方法の１構成例は、前記ウェハに強度が周期的に変化する光を照射することにより、前記ウェハに周期的な光強度分布を生成することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、光導波路が形成されたウェハに一時的にグレーティングカプラを形成することができ、グレーティングカプラが不要になった時点で物理的刺激の印加を止めることで、グレーティングカプラを消すことができる。本発明では、グレーティングカプラを予め光回路に作り込む必要がないので、本発明のグレーティングカプラ形成方法を光回路の検査に適用した場合、検査箇所がグレーティングカプラを作り込んだ箇所に限定されることがなく、任意の箇所に自由にグレーティングカプラを形成して検査をすることができる。また、本発明では、グレーティングカプラが不要になった時点でグレーティングカプラを消すことができるので、グレーティングカプラによる定常的な光損失が発生することがない。また、本発明のグレーティングカプラ形成方法を光回路の検査に適用した場合、ウェハ上に形成された光回路の検査をチップに切り出すことなく、ウェハの状態のまま行うことができ、ウェハレベルで検査を行うことで、チップの選別を行い、不要なパッケージ化や検査を省くことができるため、低コスト化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るグレーティングカプラ形成方法を説明する図である。
【図２】グレーティングカプラの計算結果を示す図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態に係るグレーティングカプラ形成方法を説明する断面図である。
【図４】本発明の第３の実施の形態に係るグレーティングカプラ形成方法を説明する断面図である。
【図５】本発明の第１の参考例に係るグレーティングカプラ形成方法を説明する断面図である。
【図６】本発明の第３の参考例に係るグレーティングカプラ形成方法を説明する図である。
【図７】本発明の第４の参考例で対象となるウェハの構造を示す平面図および断面図である。
【図８】本発明の第４の参考例に係るグレーティングカプラ形成方法を説明する図である。
【図９】本発明の第５の参考例で対象となるウェハの構造を示す平面図および断面図である。
【図１０】本発明の第５の参考例に係るグレーティングカプラ形成方法を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
［第１の実施の形態］
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１（Ａ）〜図１（Ｃ）は本発明の第１の実施の形態に係るグレーティングカプラ形成方法を説明する断面図であり、図１（Ａ）はシリコンウェハにグレーティングカプラ（以下、ＧＣ）が形成される原理を説明する図、図１（Ｂ）はシリコンウェハ上での光強度分布、シリコンウェハ上でのキャリア（自由電子）分布、およびシリコンの屈折率分布を示す図、図１（Ｃ）はシリコンウェハから光が放射される様子を説明する断面図である。
【００１４】
本実施の形態は、シリコンウェハに対する物理的刺激として光照射を用い、光の干渉によりシリコンウェハに周期的な光強度分布を生成し、光と導波路材料の相互作用により屈折率変化を生じさせて、シリコン導波路に一時的にＧＣを形成し、シリコン導波路への光入出力を可能とするものである。
【００１５】
シリコンウェハ１には、シリコンフォトニクスの光回路が形成されており、シリコン基板２と、シリコン基板２上のシリコン酸化膜３と、シリコン酸化膜３上のシリコン導波路４と、シリコン導波路４上のシリコン酸化膜５とが形成されている。なお、図１（Ａ）〜図１（Ｃ）では、シリコンウェハ１と平行な方向をＸ方向、シリコンウェハ１の法線方向をＺ方向としている。
【００１６】
本実施の形態では、２光束干渉法により光を干渉させる。具体的には、シリコンウェハ１に対して、図１（Ａ）に示すように２方向からシリコンが吸収する波長帯の光１０，１１を照射する。シリコンのバンドギャップエネルギー以上のエネルギーを持つ波長の光はシリコンに吸収され、約１１２７ｎｍ以下の波長の光がシリコンに吸収される。２方向から入射した光１０，１１は干渉し、シリコンウェハ１上で図１（Ｂ）に示すように光強度Ｉの周期的な分布を形成する。
【００１７】
この光強度Ｉの分布の周期Λは、光の波長、入射角度で決定される。図１（Ａ）に示すように２つの光１０，１１の入射角度をシリコンウェハ１の法線とのなす角として、それぞれθ１，θ２とすると、周期Λは次式のようになる。λは光１０，１１の波長である。
Λ＝λ／（ｓｉｎθ１＋ｓｉｎθ２）                              ・・・（１）
【００１８】
通信波長帯である１５５０ｎｍ用のシリコン光回路の場合、周期が約６３０ｎｍのＧＣを使用することで、シリコン導波路４内の光を垂直方向の放射光へ結合できる。この場合、例えばシリコンウェハ１に波長８５０ｎｍの光１０，１１をθ１＝θ２＝４２ｄｅｇ．で照射することで、周期が約６３０ｎｍの光強度分布をシリコンウェハ１上に形成することができる。
【００１９】
シリコンは、光を吸収するとキャリア（自由電子）が生成されるため、このキャリアの生成により、シリコンの屈折率の実部、虚部が変化する（文献「RICHARD A.SOREF，AND BRIAN R.BENNETT，“Electrooptical Effects in Silicon”，ＩＥＥＥ  Journal of Quantum Electronics，Vol.QE-23，No.1，p.123-129，1987」）。したがって、シリコンウェハ１に周期的な光強度分布を生成することにより、図１（Ｂ）に示すようにシリコンウェハ１を構成するシリコンにキャリア密度ρの周期的な分布を形成することができ、シリコンの屈折率の実部ｎ、虚部αを周期的に変化させることが可能となる。つまり、シリコン導波路４にＧＣを形成することができる。
【００２０】
周期６３０ｎｍでキャリアが１０20ｃｍ-1の密度で生成された屈折率変化によるＧＣの効果をＦＤＴＤ（Finite-difference time-domain method）により計算した結果を図２に示す。図２では、シリコンウェハ１の断面を表しているが、シリコン導波路４の上部を空気層６としている。シリコン導波路４の左端から光が伝搬すると、ＧＣがない場合には、そのまま光が右方向へと伝搬する。
【００２１】
一方、本実施の形態では、光でシリコンの屈折率の実部ｎ、虚部αを周期的に変化させてＧＣを形成することによって、シリコン導波路４を伝搬する光がシリコン導波路４から放射し上部の空気層６、下部のシリコン酸化膜３に伝搬する。図２におけるシリコンの屈折率変化は、屈折率の実部ｎの変化Δｎ＝１０-1ｃｍ-1、虚部αの変化Δα＝１０3ｃｍ-1である。図２に示すように、シリコンウェハ１のシリコンには、屈折率の高い部分１２と屈折率の低い部分１３とが周期的に形成されており、屈折率の明暗が形成されている。図２の例では、屈折率の高い部分１２と屈折率の低い部分１３とがそれぞれ３２個、すなわち屈折率の明暗が３２個形成されている。
【００２２】
シリコン導波路４に周期的な屈折率変化があると、グレーティングとして機能するため、従来のＧＣと同様に、シリコン導波路４を伝搬する光がシリコン導波路４から放射される。屈折率の周期数（屈折率の明暗の数）が多いほど、光が放射する領域が長くなるので、光の放射が多くなる。図２の例では、シリコン導波路４を伝搬する光のうち、上部の空気層６に放射された光の量は約１０％である。放射光の強度は、ＦＤＴＤによって計算することができる。
【００２３】
なお、従来のＧＣの原理は文献「G.Roelkens，et al.，“Grating-Based optical fiber interfaces for silicon-on-insulator photonic integrated circuits”，IEEE journal of selected topics in quantum electronics，Vol.17，No.3，p.571-580，2011」に記載されている。
【００２４】
また、本実施の形態では、従来のＧＣと同様に、屈折率変化のピッチと有効屈折率（伝搬モード）とに依存して光の放射角度が変わる。すなわち、上下方向に放射する光、透過する光の大小は、屈折率変化のピッチと屈折率分布と有効屈折率（伝搬モード）とをパラメータとして変化する。
【００２５】
こうして、本実施の形態では、図１（Ｃ）に示すようにシリコンウェハ１にＧＣ７を形成し、シリコン導波路４を伝搬する導波光１４をシリコン導波路４から放射させることができる。シリコンウェハ１の上部に放射される放射光１５は、シリコンウェハ１の上部にフォトダイオードなどのセンサや光ファイバを設けることで受光できる。
【００２６】
放射光１５の放射方向は、ＧＣ７の形状、ウェハの材料によって決まる。シリコンウェハ１に一次元の等間隔ピッチの格子状のＧＣ７を形成した場合、放射光１５の放射方向は下記の式で表される。
ｓｉｎΘ＝ｎｅｆｆ（λ）／ｎ＋（ｍλ）／（ｎΛ）                ・・・（２）
式（２）において、Θは基板垂直方向からの放射方向の角度、ｎｅｆｆ（λ）は有効屈折率、ｎはシリコン導波路４の屈折率、λは光の波長、ΛはＧＣ７のピッチ、ｍは次数である。式（２）は文献「David J.Lockwood，“Silicon Photonics II”，Springer，p.73-76，2010」に記載されている。
【００２７】
以上のように、本実施の形態では、光回路が形成されたシリコンウェハに一時的にＧＣを形成することができ、ＧＣが不要になった時点で光１０，１１の照射を止めることで、ＧＣを消すことができる。本実施の形態では、ＧＣを予め光回路に作り込む必要がないので、本実施の形態のＧＣ形成方法を光回路の検査に適用した場合、検査箇所がＧＣを作り込んだ箇所に限定されることがなく、任意の箇所に自由にＧＣを形成して検査をすることができる。
【００２８】
また、本実施の形態では、ＧＣが不要になった時点でＧＣを消すことができるので、ＧＣによる定常的な光損失が発生することがない。また、本実施の形態のＧＣ形成方法を光回路の検査に適用した場合、ウェハ上に形成された光回路の検査をチップに切り出すことなく、ウェハの状態のまま行うことができ、ウェハレベルで検査を行うことで、チップの選別を行い、不要なパッケージ化や検査を省くことができるため、低コスト化が可能となる。
【００２９】
なお、本実施の形態では、光の出力について説明しているが、これに限るものではなく、光の入力も可能である。すなわち、シリコンウェハ１に形成したＧＣ７に対して、放射光１５の放射方向と逆方向に光を入射させることで、シリコン導波路４に光を結合させることが可能である。
【００３０】
また、シリコンウェハ１に２つのＧＣを一時的に形成すれば、一方のＧＣから検査用の光をシリコン導波路４に入射させ、他方のＧＣから光を取り出すことで、２つのＧＣ間のシリコン導波路４の光学特性を測定することができる。また、シリコンウェハ１上のシリコン導波路４に受光部が形成されている場合には、シリコンウェハ１に１つのＧＣを一時的に形成して光を入射させ、受光部で受光することで、ＧＣと受光部間のシリコン導波路４の光学特性を測定することができる。また、シリコン導波路４に光源が形成されている場合には、シリコンウェハ１に１つのＧＣを一時的に形成して、光源光をＧＣから取り出し、その光を検出することで、光源とＧＣ間のシリコン導波路４の光学特性を測定することができる。
【００３１】
また、本実施の形態では、ＧＣを形成する対象となる材料としてシリコンを用いているが、半導体、誘電体、フォトリフラクティブ材料であるＧａ1-yＡｌyＡｓ、ＧａＡｓ1-xＳｂx、ＩｎxＧａ1-xＡｓyＰy、ＬｉＮｂＯ3、ＬｉＴａＯ3、ＢａＴｉＯ3、ＧａＡｓ、ＺｎＯ、ＮＨ4Ｈ2ＰＯ4、ＫＨ2ＰＯ4など、光と相互作用を起こして屈折率変化を発生させることができる材料に本実施の形態を適用可能である。
【００３２】
［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。図３は本発明の第２の実施の形態に係るＧＣ形成方法を説明する断面図である。本実施の形態は、シリコンウェハに対する物理的刺激として光照射を用い、マスクなどの周期構造とレンズを用いてシリコンウェハに周期的な光強度分布を生成し、光と導波路材料の相互作用により屈折率変化を生じさせて、シリコン導波路に一時的にＧＣを形成し、シリコン導波路への光入出力を可能とするものである。
【００３３】
ここでは、光源２０から出射した光２４をレンズ２１で平行光２５にして、生成させたい光強度分布と相似形の周期構造２２に照射する。そして、周期構造２２を透過した光２６をレンズ２３を用いて集光し、集光した光２７をシリコンウェハ１に照射する。周期構造２２を透過した光をシリコンウェハ１に照射することにより、シリコンウェハ１の平面方向（図３ではＸ方向）に沿って強度が周期的に変化する光を照射することになる。シリコンウェハ１上に周期的な光強度分布を形成することにより、第１の実施の形態で説明したとおり、シリコンウェハ１の平面方向に沿ってシリコンの屈折率が周期的に変化するため、ＧＣとして機能する。
【００３４】
こうして、本実施の形態では、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。本実施の形態では、第１の実施の形態と同様に、シリコン導波路４を伝搬する光をシリコン導波路４のＧＣが形成された箇所から放射させることもできるし、ＧＣに対して放射光の放射方向と逆方向に光を入射させることで、シリコン導波路４に光を入力することもできる。
【００３５】
シリコンウェハ１上の光強度分布の周期は、周期構造２２のサイズ、およびレンズ２１，２３の倍率によって決定される。
周期構造２２としては、マスクや回折格子を用いればよく、また能動的に制御可能なＬＣＯＳ（Liquid Crystal On Silicon）やＭＥＭＳ（Micro-Electro-Mechanical system）などの空間光変調器を用いてもよい。
【００３６】
周期構造２２の周期は用途に合わせて周期のサイズや均一性を変更してもよい。特に周期構造２２としてＬＣＯＳやＭＥＭＳのような能動的な制御が可能なデバイスを用いた場合には、光強度分布の周期や周期の均一性を能動的に制御することができる。また、周期構造２２として、反射型の回折格子や反射ミラーを用いて、光路を折り返すような光学系を用いてもよい。
【００３７】
［第３の実施の形態］
次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。図４は本発明の第３の実施の形態に係るＧＣ形成方法を説明する断面図である。本実施の形態は、シリコンウェハに対する物理的刺激として光照射を用い、アレイ状光源とレンズを用いてシリコンウェハに周期的な光強度分布を生成し、光と導波路材料の相互作用により屈折率変化を生じさせて、シリコン導波路に一時的にＧＣを形成し、シリコン導波路への光入出力を可能とするものである。
【００３８】
本実施の形態では、図３の周期構造２２の代わりに、図４のようにＶＣＳＥＬ（Vertical Cavity Surface Emitting Lasers）などのアレイ状光源３０を用いる。アレイ状光源３０から出射した個々の光３３をアレイ状レンズ３１で集光し、アレイ状レンズ３１を透過した光３４をさらにレンズ３２を用いて集光し、集光した光３５をシリコンウェハ１に照射する。
【００３９】
アレイ状光源３０を用いることで、周期的に光のＯｎ、Ｏｆｆの状態を作ることができ、シリコンウェハ１上に周期的な光強度分布を形成することができる。これにより、第１、第２の実施の形態で説明したとおり、シリコンの屈折率が周期的に変化し、ＧＣが形成される。こうして、本実施の形態では、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００４０】
なお、図４に示した構成に限らず、反射ミラーを用いて光路を折り返す光学系を用いてもよい。
第２、第３の実施の形態は、第１の実施の形態と同様に、光と相互作用を起こして屈折率変化を発生させることができる材料に適用可能である。
【００４１】
なお、第１〜第３の実施の形態では、ウェハに対する物理的刺激として光照射を用いるが、ウェハに照射する光と、導波光または放射光の波長帯を変えることで、ウェハに照射する光と、導波光または放射光との干渉を避けることができる。導波路を伝搬する導波光としては、損失を少なくするために材質の透過率が高い波長帯の光を利用することを想定し、ウェハに照射する光としては、ウェハに吸収させるために透過率が低い波長帯の光を利用することを想定しているので、ウェハに照射する光と導波光とが干渉することはない。また、吸収を積極的に利用する光回路で、ウェハに照射する光と導波光とが干渉したとしても、光の進む方向が異なるので問題はない。
【００４２】
［第１の参考例］
次に、本発明の第１の参考例について説明する。図５は本発明の第１の参考例に係るＧＣ形成方法を説明する断面図である。本参考例は、シリコンウェハに対する物理的刺激として熱刺激を用い、熱源アレイを用いてシリコンウェハに周期的な熱分布を生成し、屈折率変化を生じさせて、シリコンウェハに一時的にＧＣを形成し、シリコン導波路への光入出力を可能とするものである。
【００４３】
シリコンは熱によっても屈折率変化が起こる。シリコンの熱光学定数は１８×１０-6である。図５に示すように熱源アレイ４０を６３０μｍの周期で配置したプローブをシリコンウェハ１に押し当てることで、シリコンウェハ１の平面方向（図５ではＸ方向）に沿って温度が周期的に変化する熱分布を発生させることができる。シリコンウェハ１に周期的な熱分布が生じると、シリコンウェハ１の平面方向に沿ってシリコンの屈折率が周期的に変化するため、ＧＣとして機能する。
【００４４】
こうして、本参考例では、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。本参考例では、第１の実施の形態と同様に、シリコン導波路４を伝搬する光をシリコン導波路４のＧＣが形成された箇所から放射させることもできるし、ＧＣに対して放射光の放射方向と逆方向に光を入射させることで、シリコン導波路４に光を入力することもできる。
【００４５】
熱源アレイ４０としては、例えば熱したヒートシンクを用いることができる（http://www.lex.co.jp/product/lerge.html）。ヒートシンクに設けられた複数のフィン４１の先端部をシリコンウェハ１に押し当てることで、シリコンウェハ１に周期的な熱分布を発生させることができる。
【００４６】
また、Ｐ型半導体とＮ型半導体とが金属板で接続されたユニットをアレイ化したペルチェ素子を熱源アレイ４０として用いることもできる（http://www.n-tecmo.co.jp/custama/per_gen.htm）。
なお、本参考例では、ＧＣを形成する対象となる材料としてシリコンを用いているが、熱によって屈折率変化を発生させることができる材料に本参考例を適用可能である。このような材料としては、ＬｉＮｂＯ3、ＴｉＯ2、ＰｂＭｏＯ4、ソーダガラス、光学ガラス、ＰＬＺＴ、フォトポリマ等がある。
【００４７】
［第２の参考例］
次に、本発明の第２の参考例について説明する。本参考例は、シリコンウェハに対する物理的刺激として音波照射を用い、ＳＡＷデバイスアレイを用いてシリコンウェハに周期的な音圧分布を生成し、屈折率変化を生じさせて、シリコンウェハに一時的にＧＣを形成し、シリコン導波路への光入出力を可能とするものである。
【００４８】
シリコンは音波によっても屈折率変化が起こる。通常、音響光学効果によって得られるシリコンの屈折率の変化量は１０-4程度である。ＳＡＷデバイスアレイによって音圧分布を端面に生成したプローブを、シリコンウェハ１に押し当てることで、シリコンウェハ１の平面方向に沿って強度が周期的に変化する音圧分布を発生させることができる。シリコンウェハ１に周期的な音圧分布が生じると、シリコンウェハ１の平面方向に沿ってシリコンの屈折率が周期的に変化するため、ＧＣとして機能する。
【００４９】
こうして、本参考例では、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。本参考例では、第１の実施の形態と同様に、シリコン導波路４を伝搬する光をシリコン導波路４のＧＣが形成された箇所から放射させることもできるし、ＧＣに対して放射光の放射方向と逆方向に光を入射させることで、シリコン導波路４に光を入力することもできる。
【００５０】
本参考例で用いるプローブとしては、表面弾性波を生成するＳＡＷデバイス（http://www.murata.co.jp/kanazawamurata/products/device/saw.html）をプローブ先端にアレイ状に複数個配置し、各ＳＡＷデバイスの表面弾性波が発生している部分をシリコンウェハ１に押し当てるようにすればよい。
【００５１】
なお、本参考例では、ＧＣを形成する対象となる材料としてシリコンを用いているが、音波によって屈折率変化を発生させることができる材料に本参考例を適用可能である。このような材料としては、音響光学材料であるＳｉＯ2、ＡｓＳ3、ＡｓＳｅ3、ＬｉＮｂＯ3、ＬｉＴａＯ3、ＺｎＯ、ＺｎＳ、ＣｄＳ、ＺｎＴｅ、ＧａＡｓ、ＧａＰ、ＴｅＯ2、ＹＩＧ等がある。
【００５２】
［第３の参考例］
次に、本発明の第３の参考例について説明する。図６（Ａ）、図６（Ｂ）は本発明の第３の参考例に係るＧＣ形成方法を説明する図であり、図６（Ａ）は本参考例で用いるプローブの下面図、図６（Ｂ）は本参考例のＧＣ形成方法を説明する断面図である。なお、図６（Ｂ）は、図６（Ａ）をＢ−Ｂ’線で切断したＢ−Ｂ’線断面図に相当する。本参考例は、シリコンウェハに対する物理的刺激として電流印加を用い、シリコンウェハのシリコン導波路に周期的な電流分布を生成し、屈折率変化を生じさせて、シリコンウェハに一時的にＧＣを形成し、シリコン導波路への光入出力を可能とするものである。
【００５３】
シリコンは電流注入によっても屈折率変化が起こる。電流注入によってシリコン内には自由電子などのキャリアが発生し、屈折率の変化量はキャリアの密度によって変化する。例えば、１０20のキャリアが発生した場合、シリコンの屈折率は−１０-1程度変化する（文献「RICHARD A.SOREF，AND BRIAN R.BENNETT，“Electrooptical Effects in Silicon”，ＩＥＥＥ  Journal of Quantum Electronics，Vol.QE-23，No.1，p.123-129，1987」）。
【００５４】
図６（Ａ）に示すように櫛歯型の電極５１，５２を対向させて配置したプローブ５０の先端を、図６（Ｂ）に示すようにシリコンウェハ１ａのシリコン導波路４に押し当て、電極５１と電極５２間に電流を流すことで、シリコンウェハ１ａの平面方向（図６（Ｂ）ではＸ方向）に沿って強度が周期的に変化する電流をシリコン導波路４に流す。シリコン導波路４に周期的な電流分布が生じると、シリコンウェハ１ａの平面方向に沿ってシリコンの屈折率が周期的に変化するため、ＧＣとして機能する。
【００５５】
こうして、本参考例では、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。本参考例では、第１の実施の形態と同様に、シリコン導波路４を伝搬する光をシリコン導波路４のＧＣが形成された箇所から放射させることもできるし、ＧＣに対して放射光の放射方向と逆方向に光を入射させることで、シリコン導波路４に光を入力することもできる。
【００５６】
なお、本参考例では、ＧＣを形成する対象となる材料としてシリコンを用いているが、電流によって屈折率変化を発生させることができる材料に本参考例を適用可能である。このような材料としては、半導体、誘電体などがある。
【００５７】
［第４の参考例］
次に、本発明の第４の参考例について説明する。図７（Ａ）は本参考例で対象となるウェハの構造を示す平面図、図７（Ｂ）は図７（Ａ）のＡ−Ａ’線断面図である。また、図８（Ａ）、図８（Ｂ）は本参考例のＧＣ形成方法を説明する図であり、図８（Ａ）は本参考例で用いるプローブの下面図、図８（Ｂ）は本参考例のＧＣ形成方法を説明する断面図である。なお、図８（Ｂ）は、図７（Ａ）、図８（Ａ）をＢ−Ｂ’線で切断したＢ−Ｂ’線断面図に相当する。本参考例は、シリコンウェハに対する物理的刺激として電界印加を用い、電気光学結晶を用いた導波路に電圧を印加し、屈折率変化を生じさせて、導波路に一時的にＧＣを形成し、導波路への光入出力を可能とするものである。
【００５８】
本参考例のウェハ６０は、ＬｉＮｂＯ3基板６１と、ＬｉＮｂＯ3基板６１中に形成されたＬｉＮｂＯ3導波路６２と、バッファ層であるシリコン酸化膜６３とから構成される。ＬｉＮｂＯ3導波路６２は、Ｔｉ熱拡散やイオン交換によってＬｉＮｂＯ3基板６１中に形成することができる。
【００５９】
導波路の材料としてＬｉＮｂＯ3などの電気光学結晶を用いた場合、電気光学結晶に電界を印加するとポッケルス効果により屈折率変化が生じる。図８（Ａ）に示すように櫛歯型の電極６５，６６を対向させて配置したプローブ６４の先端を、図８（Ｂ）に示すようにウェハ６０に押し当て、電極６５と電極６６間に電圧を印加することで、ウェハ６０の平面方向（図８（Ｂ）ではＸ方向）に沿って強度が周期的に変化する電界をウェハ６０に印加する。ウェハ６０に周期的な電界を印加すると、ウェハ６０の平面方向に沿ってＬｉＮｂＯ3導波路６２の屈折率が周期的に変化するため、ＧＣとして機能する。
【００６０】
こうして、本参考例では、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。本参考例では、第１の実施の形態と同様に、ＬｉＮｂＯ3導波路６２を伝搬する光をＬｉＮｂＯ3導波路６２のＧＣが形成された箇所から放射させることもできるし、ＧＣに対して放射光の放射方向と逆方向に光を入射させることで、ＬｉＮｂＯ3導波路６２に光を入力することもできる。
【００６１】
［第５の参考例］
次に、本発明の第５の参考例について説明する。図９（Ａ）は本参考例で対象となるウェハの構造を示す平面図、図９（Ｂ）は図９（Ａ）のＣ−Ｃ’線断面図である。また、図１０（Ａ）、図１０（Ｂ）は本参考例のＧＣ形成方法を説明する図であり、図１０（Ａ）は本参考例で用いるプローブの下面図、図１０（Ｂ）は本参考例のＧＣ形成方法を説明する断面図である。なお、図１０（Ｂ）は、図９（Ａ）、図１０（Ａ）をＤ−Ｄ’線で切断したＤ−Ｄ’線断面図に相当する。本参考例は、シリコンウェハに対する物理的刺激として磁界印加を用い、磁性体材料を用いた導波路に磁界を印加し、屈折率変化を生じさせて、導波路に一時的にＧＣを形成し、導波路への光入出力を可能とするものである。
【００６２】
本参考例のウェハ７０は、非磁性体の材料からなる基板７１と、基板７１上に形成された磁性ガーネットからなる導波路７２とから構成される。導波路７２は、リブ型導波路になっている。
【００６３】
導波路の材料として磁性体材料を用いた場合、磁性体材料に磁界を印加するとファラデー効果により屈折率変化が生じる。図１０（Ａ）に示すようにＳ極の磁石７４とＮ極の磁石７５とを交互に並べて配置したプローブ７３の先端を、図１０（Ｂ）に示すようにウェハ７０に押し当てることで、ウェハ７０の平面方向（図１０（Ｂ）ではＸ方向）に沿って強度が周期的に変化する磁界をウェハ７０に印加する。ウェハ７０に周期的な磁界を印加すると、ウェハ７０の平面方向に沿って導波路７２の屈折率が周期的に変化するため、ＧＣとして機能する。
【００６４】
こうして、本参考例では、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。本参考例では、第１の実施の形態と同様に、導波路７２を伝搬する光を導波路７２のＧＣが形成された箇所から放射させることもできるし、ＧＣに対して放射光の放射方向と逆方向に光を入射させることで、導波路７２に光を入力することもできる。
【産業上の利用可能性】
【００６５】
本発明は、光回路にグレーティングカプラを一時的に形成する技術に適用することができる。
【符号の説明】
【００６６】
１，１ａ…シリコンウェハ、２…シリコン基板、３，５，６３…シリコン酸化膜、４…シリコン導波路、６…空気層、７…グレーティングカプラ、１０，１１…入射光、１４…導波光、１５…放射光、２０…光源、２１，２３，３１，３２…レンズ、２２…周期構造、３０…アレイ状光源、４０…熱源アレイ、４１…フィン、５０，６４，７３…プローブ、５１，５２，６５，６６…電極、６０，７０…ウェハ、６１…ＬｉＮｂＯ3基板、６２…ＬｉＮｂＯ3導波路、７１…基板、７２…導波路、７４，７５…磁石。
【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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