リブ型光導波路デバイス及びその製造方法
【課題】 リブ型光導波路デバイス及びその製造方法に関し、光導波路における光閉じ込め効果を減少させることなく、単結晶コアの側面ラフネスを低減する。
【解決手段】 ＳｉＯ２からなる下部クラッド層と、前記下部クラッド上に設けられたＳｉ１−ｘＧｅｘ（但し、０≦ｘ≦０．３）からなる単結晶コアと、前記単結晶コアの側面に拡散防止膜を介して設けられた屈折率緩和層と、前記単結晶コアの上面と前記拡散防止膜及び屈折率緩和層の露出面を覆うＳｉＯ２からなる下部クラッド層とを有する光導波路を備え、前記屈折率緩和層の屈折率を、前記単結晶コアの屈折率より小さく且つ前記上部クラッド層の屈折率より大きくする。
【解決手段】 ＳｉＯ２からなる下部クラッド層と、前記下部クラッド上に設けられたＳｉ１−ｘＧｅｘ（但し、０≦ｘ≦０．３）からなる単結晶コアと、前記単結晶コアの側面に拡散防止膜を介して設けられた屈折率緩和層と、前記単結晶コアの上面と前記拡散防止膜及び屈折率緩和層の露出面を覆うＳｉＯ２からなる下部クラッド層とを有する光導波路を備え、前記屈折率緩和層の屈折率を、前記単結晶コアの屈折率より小さく且つ前記上部クラッド層の屈折率より大きくする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リブ型光導波路デバイス及びその製造方法に関するものであり、例えば、単結晶Ｓｉ１−ｘＧｅｘを単結晶コアに用いたリブ型光導波路デバイスにおける単結晶コアの側面のラフネスを低減するための構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
変調信号である電気信号を光信号に変換する光変調器や、減衰量を表わす電気信号に応じて光信号を減衰させる光減衰器等の光デバイスは、近年の光通信分野において、重要な役割を果たしている。近年の光通信技術の進展とともにこれらの光デバイスは、高性能化及び小型化が求められている。
【０００３】
特に、波長多重方式を用いた光通信においては、各波長チャンネルの光強度を等しくすることが重要となり、そのためには、光ファイバーに可変光減衰器を接続する必要がある。このよう光変調器や光減衰器を構成するものとして、マッハツェンダー型光干渉計が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
近年、このような光デバイスを、極微小なシリコン光導波路を用いて実現することが提案されており（例えば、特許文献２参照）、このシリコン光導波路は、一般には、基板貼り合わせ技術で作製したＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板を用いている。
【０００５】
ＳＯＩ基板の単結晶Ｓｉ層をストライプ状に加工してコアとし、埋込酸化膜（ＢＯＸ層）を下部クラッド層とし、コアの上にシリコン酸化膜を設けて上部クラッド層を形成している。このシリコン光導波路ではＳｉとＳｉＯ２との高屈折率差を利用し、急峻な曲がり導波路が作製されるため、コアサイズや偏向半径が非常に小さく、集積光デバイスに適しているという特徴がある。
【０００６】
しかし、Ｓｉを導波路にエッチング加工した際に、単結晶Ｓｉコアの側面が非平坦面となるため、ＳｉとＳｉＯ２との高屈折率差により、単結晶Ｓｉコアの側面のラフネスが伝播損失の要因となっている。
【０００７】
この問題点を解決するため、単結晶Ｓｉコアより屈折率が緩やかに小さくなる屈折率勾配を持つクラッドを設けて、単結晶Ｓｉコアの側面ラフネスの影響を低減させることが提案されている（例えば、特許文献３参照）。また、単結晶Ｓｉコアを熱酸化してラフネスを低減させることも提案されている（例えば、特許文献４参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００９−２２２７９６号公報
【特許文献２】特開２０１０−２６６７６６号公報
【特許文献３】特表２００４−５０３７９９号公報
【特許文献４】特表２００４−５１０１８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、屈折率勾配を持つクラッドをリブ型導波路デバイスに導入すると、単結晶Ｓｉコアへの光閉じ込め効果が減少するという問題がある。即ち、単結晶Ｓｉコア上面やスラブ部にＳｉＯ２より屈折率の低い屈折率勾配を持つクラッドが形成され、光閉じ込め効果を減少させることになる。
【００１０】
また、リブ型光導波路デバイスではスラブ部にｐｉｎ領域を形成する場合があるが、ｐ＋及びｎ＋等のイオン注入後の活性化熱処理において、屈折率勾配を持つクラッドに用いた材料が単結晶Ｓｉコア中に拡散し、電流注入による屈折率変化の妨げになる恐れがある。したがって、電流注入による屈折率変化を行なうリブ型導波路デバイスとして良好な動作は難しいという問題がある。
【００１１】
また、単結晶Ｓｉコアを熱酸化するとＳｉの結晶方位で酸化膜厚が変化し、設計と異なる単結晶Ｓｉコアが形成されてしまい等価的な単結晶Ｓｉコア幅が長手方向で変化してしまうという問題がある。特に、マッハツェンダー型光干渉計等のように屈曲した導波路構造を形成する場合には、屈曲部において側面に露出する結晶方位が変化するため所期の効果が得られないという問題がある。
【００１２】
したがって、本発明は、光導波路における光閉じ込め効果を減少させることなく、単結晶コアの側面ラフネスを低減することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
開示する一観点からは、ＳｉＯ２からなる下部クラッド層と、前記下部クラッド上に設けられたＳｉ１−ｘＧｅｘ（但し、０≦ｘ≦０．３）からなる単結晶コアと、前記単結晶コアの側面に拡散防止膜を介して設けられた屈折率緩和層と、前記単結晶コアの上面と前記拡散防止膜及び屈折率緩和層の露出面を覆うＳｉＯ２からなる上部クラッド層とを有する光導波路を備え、前記屈折率緩和層の屈折率が、前記単結晶コアの屈折率より小さく且つ前記上部クラッド層の屈折率より大きいことを特徴とするリブ型光導波路デバイスが提供される。
【００１４】
また、開示する別の観点からは、Ｓｉ基板上にＳｉＯ２膜を介して設けた単結晶Ｓｉ１−ｘＧｅｘ（但し、０≦ｘ≦０．３）膜の少なくとも上部をエッチングして単結晶コアを形成する工程と、全面に拡散防止膜及び屈折率緩和層を堆積する工程と、異方性エッチングにより前記拡散防止膜及び前記屈折率緩和層をエッチングして、前記単結晶コアの側面にのみ前記拡散防止膜を介して前記屈折率緩和層を残存させる工程と、前記単結晶コア、前記拡散防止膜及び前記屈折率緩和層を覆うようにＳｉＯ２膜を堆積する工程と、異方性エッチングにより前記ＳｉＯ２膜をエッチングして上部クラッド層を形成する工程とを有することを特徴とするリブ型光導波路デバイスの製造方法が提供される。
【発明の効果】
【００１５】
開示のリブ型光導波路デバイス及びその製造方法によれば、光導波路における光閉じ込め効果を減少させることなく、単結晶コアの側面ラフネスを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施の形態のリブ型光導波路デバイスの構成説明図である。
【図２】本発明の実施例１のリブ型光導波路デバイスの途中までの製造工程の説明図である。
【図３】本発明の実施例１のリブ型光導波路デバイスの図２以降の製造工程の説明図である。
【図４】本発明の実施例２のリブ型光導波路デバイスの途中までの製造工程の説明図である。
【図５】本発明の実施例２のリブ型光導波路デバイスの図４以降の途中までの製造工程の説明図である。
【図６】本発明の実施例２のリブ型光導波路デバイスの図５以降の途中までの製造工程の説明図である。
【図７】本発明の実施例２のリブ型光導波路デバイスの図６以降の途中までの製造工程の説明図である。
【図８】本発明の実施例２のリブ型光導波路デバイスの図７以降の製造工程の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
ここで、図１を参照して、本発明の実施の形態のリブ型光導波路デバイスを説明する。図１（ａ）は本発明の実施の形態のリブ型光導波路デバイスの概略的平面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）におけるＡ−Ａ′を結ぶ一点鎖線に沿った概略的断面図であり、図１（ｃ）はスラブ導波路構造を設けた場合の概略的断面図である。
【００１８】
本発明の実施の形態のリブ型光導波路デバイスは、Ｓｉ基板１上に設けられたＳｉＯ２からなる下部クラッド層２上にＳｉ１−ｘＧｅｘ（但し、０≦ｘ≦０．３）からなる単結晶コア３を設ける。単結晶コア３の側面には拡散防止膜４を介して設けられた屈折率緩和層５と、単結晶コア３の上面と拡散防止膜４及び屈折率緩和層５の露出面を覆うようにＳｉＯ２からなる上部クラッド層６を設ける。
【００１９】
屈折率緩和層５の屈折率は、単結晶コア３の屈折率より小さく且つ上部クラッド層６の屈折率より大きくする必要があり、Ｓｉ１−ｘＧｅｘ（但し、０≦ｘ≦０．３）の屈折率ｎｃは３．４７、ＳｉＯ２の屈折ｎＳｉＯ２は２．５であるので、２．０〜２．６とすることが望ましい。このような条件を満たす材料であれば何でも良いが、エッチング容易性等からはＺｎＯが好適である。
【００２０】
拡散防止膜４は、屈折率緩和層５の構成元素が単結晶コア３に固相拡散するのを防止するために設けるものであるが、あまり厚いと屈折率緩和層５を設ける意味がなくなるので、１ｎｍ〜４ｎｍ、より好適には２ｎｍ〜３ｎｍとする。拡散防止膜４としては、ＳｉＯ２、ＳｉＮ或いはＳｉＯNが好適である。
【００２１】
このような構造にすることによって、熱処理をおこなっても屈折率緩和層５を構成する元素が単結晶コア３に拡散するのを防ぎ、単結晶コア３の光学特性が変化することがない。さらに、単結晶コア３の側面に設けた拡散防止膜４は薄いので、伝搬する光は屈折率が２．５程度の屈折率緩和層５中にも染み出し単結晶コア３の側面ラフネスとＳｉＯ２との高屈折率差による伝播損失の低減がなされる。
【００２２】
また、図１（ｃ）に示すように、スラブ導波路構造を設ける場合には、Ｓｉ１−ｘＧｅｘ（但し、０≦ｘ≦０．３）を途中までエッチングして単結晶コア３とスラブ導波路構造７とを形成する。また、上部クラッド層６をマスクにして不純物を交互に導入することによって、ｐ＋型領域８とｎ＋型領域９とを形成する。
【００２３】
このようなｐｉｎ接合構造を用いて電流を注入すると単結晶コア３の屈折率を変化させることができ、マッハツェンダー型光干渉計、光変調素子或いは光減衰素子等の光機能素子を構成することができる。
【実施例１】
【００２４】
以上を前提として、次に、図２及び図３を参照して、本発明の実施例１のリブ型光導波路デバイスを説明する。まず、図２（ａ）に示すように、基板貼り合わせ技術により作製したＳＯＩ基板１０を用意する。ＳＯＩ基板１０は、Ｓｉ基板１１に埋込ＳｉＯ２膜１２を介して厚さが２５０ｎｍの単結晶Ｓｉ層１３が設けられており、この単結晶Ｓｉ層１３には、Ｂが１×１０１５ｃｍ−３程度ドーピングしてある。この場合、埋込ＳｉＯ２膜１２が下部クラッド層となる。
【００２５】
次いで、図２（ｂ）に示すように、ＳｉＨ４：２０％／Ｈｅ：８０％＋Ｎ２Ｏを原料ガスとするＣＶＤ法により、７９０℃において、１００ｎｍの厚さのＳｉＯ２膜１４を堆積させる。次いで、レジストパターン１５をマスクとしてＣＦ４ガスを用いたＲＩＥ（反応性イオンエッチング）（１００ｍＴｏｏｒ，１５０Ｗ）によりＳｉＯ２膜１４をエッチングする。次いで、ＨＢｒガスを用いたＲＩＥ（５０ｍＴｏｒｒ，２００Ｗ）により単結晶Ｓｉ層１３をエッチングしてＳｉコア１６を形成する。
【００２６】
次いで、図２（ｃ）に示すように、レジストパターン１５を除去したのち、再び、ＳｉＨ４：２０％／Ｈｅ：８０％＋Ｎ２Ｏを原料ガスとするＣＶＤ法により、７９０℃において、拡散防止膜となる３ｎｍの厚さのＳｉＯ２膜１７を堆積させる。次いで、（Ｃ２Ｈ５）２Ｚｎガスを用いたＡＬＤ（原子層堆積）法を用いて、２００℃において１００ｎｍの厚さのＺｎＯ膜１８を堆積させる。
【００２７】
次いで、図３（ｄ）に示すように、ＢＣｌ３／Ａｒ（１００ｓｃｃｍ／１００ｓｃｃｍ）ガスを用いたＲＩＥによる異方性エッチングによりＺｎＯ膜１８及びＳｉＯ２膜１７をエッチング（１Ｔｏｒr，２００Ｗ）してＺｎＯ屈折率緩和層１９を形成する。
【００２８】
次いで、図３（ｅ）に示すように、再び、ＳｉＨ４：２０％／Ｈｅ：８０％＋Ｎ２Ｏを原料ガスとするＣＶＤ法により、７９０℃において、１５０ｎｍの厚さのＳｉＯ２膜２０を堆積させる。
【００２９】
次いで、図３（ｆ）に示すように、ＣＦ４／Ａｒ（１００ｓｃｃｍ／１００ｓｃｃｍ）ガスを用いたＲＩＥによる異方性エッチングによりＳｉＯ２膜２０をエッチング（１Ｔｏｒr，１５０Ｗ）して上部クラッド層２１を形成する。なお、残存するＳｉＯ２膜１４も上部クラッド層となる。以上の工程により、本発明の実施例１のリブ型光導波路デバイスの基本構成が完成する。
【００３０】
本発明の実施例１のリブ型光導波路デバイスにおいては、Ｓｉコアの側面にＳｉＯ２からなる拡散防止層を介して屈折率が２．５程度のＺｎＯ屈折率緩和層を設けているので、ＺｎＯ屈折率緩和層中にも光が染み出しＳｉコアの側面ラフネスが低減される。その結果、ＳｉコアをＳｉＯ２で直接覆った場合に比べて、ＳｉＯ２との高屈折率差による伝播損失の低減がなされる。
【００３１】
さらに、Ｓｉコアと上下のクラッド層との間にはＺｎＯ屈折率緩和層が存在しないので、
光閉じ込め効果を損なうことのないＳｉ導波路デバイスの提供が可能になる。
【実施例２】
【００３２】
次に、図４乃至図７を参照して、本発明の実施例２のリブ型光導波路デバイスを説明する。まず、図４（ａ）に示すように、実施例１と同様に、基板貼り合わせ技術により作製したＳＯＩ基板３０を用意する。ＳＯＩ基板３０は、Ｓｉ基板３１に埋込ＳｉＯ２膜３２を介して厚さが２５０ｎｍの単結晶Ｓｉ０．９Ｇｅ０．１層３３が設けられており、この単結晶Ｓｉ０．９Ｇｅ０．１層３３には、Ｂが１×１０１５ｃｍ−３程度ドーピングしてある。この場合、埋込ＳｉＯ２膜３２が下部クラッド層となる。
【００３３】
次いで、図４（ｂ）及び図４（ｃ）に示すように、ＳｉＨ４：２０％／Ｈｅ：８０％＋Ｎ２Ｏを原料ガスとするＣＶＤ法により、７９０℃において、１００ｎｍの厚さのＳｉＯ２膜３４を堆積させる。次いで、レジストパターン３５をマスクとしてＣＦ４ガスを用いたＲＩＥ（１００ｍＴｏｏｒ，１５０Ｗ）によりＳｉＯ２膜３４をエッチングする。次いで、ＨＢｒガスを用いたＲＩＥ（５０ｍＴｏｒｒ，２００Ｗ）により単結晶Ｓｉ０．９Ｇｅ０．１層３３をエッチングする。この時、単結晶Ｓｉ０．９Ｇｅ０．１層３３を５０ｎｍ残すようにエッチングして単結晶コア３６とスラブ導波路部３７とを形成する。
【００３４】
なお、図４（ｂ）は平面図であり、図４（ｃ）は図４（ｂ）におけるＡ−Ａ′を結ぶ一点鎖線に沿った概略的断面図であり、ここでは、単結晶コア３６は、マッハツェンダー型光干渉計の入力導波路３６１、分岐導波路３６２、第１アーム導波路３６３、第２アーム導波路３６４、合波導波路３６５、及び、出力導波路３６６となる。
【００３５】
次いで、図５（ｄ）に示すように、レジストパターン３５を除去したのち、再び、ＳｉＨ４：２０％／Ｈｅ：８０％＋Ｎ２Ｏを原料ガスとするＣＶＤ法により、７９０℃において、拡散防止膜となる３ｎｍの厚さのＳｉＯ２膜３８を堆積させる。次いで、（Ｃ２Ｈ５）２Ｚｎガスを用いたＡＬＤ（原子層堆積）法を用いて、２００℃において１００ｎｍの厚さのＺｎＯ膜３９を堆積させる。
【００３６】
次いで、図５（ｅ）に示すように、ＢＣｌ３／Ａｒ（１００ｓｃｃｍ／１００ｓｃｃｍ）ガスを用いたＲＩＥによる異方性エッチングによりＺｎＯ膜３９及びＳｉＯ２膜３８をエッチング（１Ｔｏｒr，２００Ｗ）してＺｎＯ屈折率緩和層４０を形成する。
【００３７】
次いで、図５（ｆ）に示すように、再び、ＳｉＨ４：２０％／Ｈｅ：８０％＋Ｎ２Ｏを原料ガスとするＣＶＤ法により、７９０℃において、１５０ｎｍの厚さのＳｉＯ２膜４１を堆積させる。
【００３８】
次いで、図６（ｇ）に示すように、ＣＦ４／Ａｒ（１００ｓｃｃｍ／１００ｓｃｃｍ）ガスを用いたＲＩＥによる異方性エッチングによりＳｉＯ２膜４１をエッチング（１Ｔｏｒr，１５０Ｗ）して上部クラッド層４２を形成する。なお、残存するＳｉＯ２膜３４も上部クラッド層となる。
【００３９】
次いで、図６（ｈ）に示すように、レジストパターン４３をマスクとして、スラブ導波路部３７の露出部にＢをイオン注入することによってｐ＋型領域４４，４５を形成する。
【００４０】
次いで、図６（ｉ）に示すように、レジストパターン４３を除去したのち、新たなレジストパターン４６を形成し、このレジストパターン４６をマスクとしてスラブ導波路部３７の露出部にＰをイオン注入することによってｎ＋型領域４７を形成する。
【００４１】
次いで、レジストパターン４６を除去したのち、ＲＴＡ（Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎｎｅａｌ）によって、１０００℃で１０秒間のアニールを行って注入したＢ及びＰの活性化を行って電極領域とする。
【００４２】
次いで、図７（ｊ）に示すように、上部クラッド層を兼ねる層間膜として、再び、ＳｉＨ４：２０％／Ｈｅ：８０％＋Ｎ２Ｏを原料ガスとするＣＶＤ法により、７９０℃において、１μｍの厚さのＳｉＯ２膜４８を堆積させる。
【００４３】
次いで、図７（ｋ）に示すように、レジストパターン４９をマスクとして、ＣＦ４ガスを用いたＲＩＥ（１００ｍＴｏｏｒ，３００Ｗ）によりＳｉＯ２膜４８をエッチングして、ｐ＋型領域４４，４５及びｎ＋型領域４７に達するコンタクトホール５０〜５２を形成する。
【００４４】
次いで、図７（ｌ）に示すように、スパッタリング法により１μｍの厚さにＡｌ膜を堆積したのち、レジストパターン５３をマスクとしてＣｌ２ガスを用いたＲＩＥによりＡｌ膜をエッチングすることによって電極５４〜５６を形成する。
【００４５】
最後に、図８（ｍ）及び図８（ｎ）に示すように、レジストマスク５３を除去することによって、本発明の実施例２のリブ型光導波路デバイスの基本構造が完成する。なお、図８（ｍ）は平面図であり、図８（ｎ）は図８（ｍ）におけるＡ−Ａ′を結ぶ一点鎖線に沿った概略的断面図である。また、Ａｌ膜を堆積させる前にＣｏを堆積させ、アニールを行ってシリサイド層を予め形成しておいても良い。
【００４６】
この電極５４と電極５５との間と、電極５５と電極５６との間に異なった電圧を印加することによって第１アーム導波路３６３と第２アーム導波路３６４に異なった電流を注入され、その結果、屈折率変化が異なった値となり、第１アーム導波路３６３を伝搬する光と第２アーム導波路３６４を伝搬する光に位相差ができるので、光干渉計として動作することになる。
【００４７】
本発明の実施例２においては、単結晶導波路は屈曲しているが、この場合も、単結晶コアの側面に拡散防止層を介して屈折率が２．５程度のＺｎＯ屈折率緩和層を設けているので、ＺｎＯ屈折率緩和層中にも光が染み出しＳｉコアの側面ラフネスが低減される。
【００４８】
また、本発明の実施例２においては、ＺｎＯ屈折率緩和層を形成したのちに、注入した不純物を活性化させるための熱処理を行っているが、ＺｎＯ屈折率緩和層と単結晶コアとの間にＳｉＯ２膜を設けているので、Ｚｎが単結晶コアに拡散することはない。
【００４９】
また、本発明の実施例２においては、スラブ導波路部を設け、このスラブ導波路部にｐ＋型領域及びｎ＋型領域からなる電極領域を形成しているので、電流注入により単結晶コアの屈折率を任意に変化させることができる。
【００５０】
なお、上記の各実施例の説明においては、上部クラッド層を異方性エッチングによるサイドウォール状のＳｉＯ２膜で形成しているが、通常のレジパターンを用いたエッチング工程形成しても良いものである。この場合には、ＳｉＯ２膜１４，３４は必ずしも必要ではない。
【００５１】
ここで、実施例１及び実施例２を含む本発明の実施の形態に関して、以下の付記を付す。
（付記１）ＳｉＯ２からなる下部クラッド層と、前記下部クラッド層上に設けられたＳｉ１−ｘＧｅｘ（但し、０≦ｘ≦０．３）からなる単結晶コアと、前記単結晶コアの側面に拡散防止膜を介して設けられた屈折率緩和層と、前記単結晶コアの上面と前記拡散防止膜及び屈折率緩和層の露出面を覆うＳｉＯ２からなる上部クラッド層とを有する光導波路を備え、前記屈折率緩和層の屈折率が、前記単結晶コアの屈折率より小さく且つ前記上部クラッド層の屈折率より大きいことを特徴とするリブ型光導波路デバイス。
（付記２）前記単結晶コアと前記下部クラッド層との間にスラブ導波路構造を有し、前記スラブ導波路構造が、前記光導波路の光軸と直交する方向にｐｉｎ接合構造が形成されていることを特徴とする付記１に記載のリブ型光導波路デバイス。
（付記３）前記ｐｉｎ接合構造が形成されたスラブ導波路構造を有する光導波路を２本並行に設け、前記２本の光導波路がマッハツェンダー型光干渉計の２本のアーム導波路となることを特徴とする付記２に記載のリブ型光導波路デバイス。
（付記４）前記屈折率緩和層の屈折率が、２．０〜２．６であることを特徴とする付記１乃至付記３のいずれか１に記載のリブ型光導波路デバイス。
（付記５）前記屈折率緩和層が、ＺｎＯからなることを特徴とする付記１乃至付記３のいずれか１に記載のリブ型光導波路デバイス。
（付記６）前記拡散防止膜が、ＳｉＯ２、ＳｉＮ或いはＳｉＯＮのいずれかからなることを特徴とする付記１乃至付記５のいずれか１に記載のリブ型光導波路デバイス。
（付記７）Ｓｉ基板上にＳｉＯ２膜を介して設けた単結晶Ｓｉ１−ｘＧｅｘ（但し、０≦ｘ≦０．３）膜の少なくとも上部をエッチングして単結晶コアを形成する工程と、全面に拡散防止膜及び屈折率緩和層を堆積する工程と、異方性エッチングにより前記拡散防止膜及び前記屈折率緩和層をエッチングして、前記単結晶コアの側面にのみ前記拡散防止膜を介して前記屈折率緩和層を残存させる工程と、前記単結晶コア、前記拡散防止膜及び前記屈折率緩和層を覆うようにＳｉＯ２膜を堆積する工程と、異方性エッチングにより前記ＳｉＯ２膜をエッチングして上部クラッド層を形成する工程とを有することを特徴とするリブ型光導波路デバイスの製造方法。
（付記８）前記単結晶コアを形成する工程において、前記単結晶Ｓｉ１−ｘＧｅｘ膜の下部を残存させてスラブ導波路構造とし、前記上部クラッド層の形成工程の後に、前記スラブ導波路構造の光軸方向に沿った一方の露出部をｐ型にドープすると共に、前記スラブ導波路構造の光軸方向に沿った他方の露出部をｎ型にドープする工程を有することを特徴とする付記７に記載のリブ型光導波路デバイスの製造方法。
【符号の説明】
【００５２】
１ Ｓｉ基板
２ 下部クラッド層
３ 単結晶コア
４ 拡散防止膜
５ 屈折率緩和層
６ 上部クラッド層
７ スラブ導波路構造
８ ｐ＋型領域
９ ｎ＋型領域
１０，３０ ＳＯＩ基板
１１，３１ Ｓｉ基板
１２，３２ 埋込ＳｉＯ２膜
１３ 単結晶Ｓｉ層
１４，３４ ＳｉＯ２膜
１５，３５ レジストパターン
１６ Ｓｉコア
１７，３８ ＳｉＯ２膜
１８，３９ ＺｎＯ膜
１９，４０ ＺｎＯ屈折率緩和層
２０，４１ ＳｉＯ２膜
２１，４２ 上部クラッド層
３３ 単結晶Ｓｉ０．９Ｇｅ０．１層
３６ 単結晶コア
３６１ 入力導波路
３６２ 分岐導波路
３６３ 第１アーム導波路
３６４ 第２アーム導波路
３６５ 合波導波路
３６６ 出力導波路
３７ スラブ導波路部
４３ レジストパターン
４４，４５ ｐ＋型領域
４６ レジストパターン
４７ ｎ＋型領域
４８ ＳｉＯ２膜
４９ レジストパターン
５０〜５２ コンタクトホール
５３ レジストパターン
５４〜５６ 電極
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リブ型光導波路デバイス及びその製造方法に関するものであり、例えば、単結晶Ｓｉ１−ｘＧｅｘを単結晶コアに用いたリブ型光導波路デバイスにおける単結晶コアの側面のラフネスを低減するための構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
変調信号である電気信号を光信号に変換する光変調器や、減衰量を表わす電気信号に応じて光信号を減衰させる光減衰器等の光デバイスは、近年の光通信分野において、重要な役割を果たしている。近年の光通信技術の進展とともにこれらの光デバイスは、高性能化及び小型化が求められている。
【０００３】
特に、波長多重方式を用いた光通信においては、各波長チャンネルの光強度を等しくすることが重要となり、そのためには、光ファイバーに可変光減衰器を接続する必要がある。このよう光変調器や光減衰器を構成するものとして、マッハツェンダー型光干渉計が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
近年、このような光デバイスを、極微小なシリコン光導波路を用いて実現することが提案されており（例えば、特許文献２参照）、このシリコン光導波路は、一般には、基板貼り合わせ技術で作製したＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板を用いている。
【０００５】
ＳＯＩ基板の単結晶Ｓｉ層をストライプ状に加工してコアとし、埋込酸化膜（ＢＯＸ層）を下部クラッド層とし、コアの上にシリコン酸化膜を設けて上部クラッド層を形成している。このシリコン光導波路ではＳｉとＳｉＯ２との高屈折率差を利用し、急峻な曲がり導波路が作製されるため、コアサイズや偏向半径が非常に小さく、集積光デバイスに適しているという特徴がある。
【０００６】
しかし、Ｓｉを導波路にエッチング加工した際に、単結晶Ｓｉコアの側面が非平坦面となるため、ＳｉとＳｉＯ２との高屈折率差により、単結晶Ｓｉコアの側面のラフネスが伝播損失の要因となっている。
【０００７】
この問題点を解決するため、単結晶Ｓｉコアより屈折率が緩やかに小さくなる屈折率勾配を持つクラッドを設けて、単結晶Ｓｉコアの側面ラフネスの影響を低減させることが提案されている（例えば、特許文献３参照）。また、単結晶Ｓｉコアを熱酸化してラフネスを低減させることも提案されている（例えば、特許文献４参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００９−２２２７９６号公報
【特許文献２】特開２０１０−２６６７６６号公報
【特許文献３】特表２００４−５０３７９９号公報
【特許文献４】特表２００４−５１０１８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、屈折率勾配を持つクラッドをリブ型導波路デバイスに導入すると、単結晶Ｓｉコアへの光閉じ込め効果が減少するという問題がある。即ち、単結晶Ｓｉコア上面やスラブ部にＳｉＯ２より屈折率の低い屈折率勾配を持つクラッドが形成され、光閉じ込め効果を減少させることになる。
【００１０】
また、リブ型光導波路デバイスではスラブ部にｐｉｎ領域を形成する場合があるが、ｐ＋及びｎ＋等のイオン注入後の活性化熱処理において、屈折率勾配を持つクラッドに用いた材料が単結晶Ｓｉコア中に拡散し、電流注入による屈折率変化の妨げになる恐れがある。したがって、電流注入による屈折率変化を行なうリブ型導波路デバイスとして良好な動作は難しいという問題がある。
【００１１】
また、単結晶Ｓｉコアを熱酸化するとＳｉの結晶方位で酸化膜厚が変化し、設計と異なる単結晶Ｓｉコアが形成されてしまい等価的な単結晶Ｓｉコア幅が長手方向で変化してしまうという問題がある。特に、マッハツェンダー型光干渉計等のように屈曲した導波路構造を形成する場合には、屈曲部において側面に露出する結晶方位が変化するため所期の効果が得られないという問題がある。
【００１２】
したがって、本発明は、光導波路における光閉じ込め効果を減少させることなく、単結晶コアの側面ラフネスを低減することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
開示する一観点からは、ＳｉＯ２からなる下部クラッド層と、前記下部クラッド上に設けられたＳｉ１−ｘＧｅｘ（但し、０≦ｘ≦０．３）からなる単結晶コアと、前記単結晶コアの側面に拡散防止膜を介して設けられた屈折率緩和層と、前記単結晶コアの上面と前記拡散防止膜及び屈折率緩和層の露出面を覆うＳｉＯ２からなる上部クラッド層とを有する光導波路を備え、前記屈折率緩和層の屈折率が、前記単結晶コアの屈折率より小さく且つ前記上部クラッド層の屈折率より大きいことを特徴とするリブ型光導波路デバイスが提供される。
【００１４】
また、開示する別の観点からは、Ｓｉ基板上にＳｉＯ２膜を介して設けた単結晶Ｓｉ１−ｘＧｅｘ（但し、０≦ｘ≦０．３）膜の少なくとも上部をエッチングして単結晶コアを形成する工程と、全面に拡散防止膜及び屈折率緩和層を堆積する工程と、異方性エッチングにより前記拡散防止膜及び前記屈折率緩和層をエッチングして、前記単結晶コアの側面にのみ前記拡散防止膜を介して前記屈折率緩和層を残存させる工程と、前記単結晶コア、前記拡散防止膜及び前記屈折率緩和層を覆うようにＳｉＯ２膜を堆積する工程と、異方性エッチングにより前記ＳｉＯ２膜をエッチングして上部クラッド層を形成する工程とを有することを特徴とするリブ型光導波路デバイスの製造方法が提供される。
【発明の効果】
【００１５】
開示のリブ型光導波路デバイス及びその製造方法によれば、光導波路における光閉じ込め効果を減少させることなく、単結晶コアの側面ラフネスを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施の形態のリブ型光導波路デバイスの構成説明図である。
【図２】本発明の実施例１のリブ型光導波路デバイスの途中までの製造工程の説明図である。
【図３】本発明の実施例１のリブ型光導波路デバイスの図２以降の製造工程の説明図である。
【図４】本発明の実施例２のリブ型光導波路デバイスの途中までの製造工程の説明図である。
【図５】本発明の実施例２のリブ型光導波路デバイスの図４以降の途中までの製造工程の説明図である。
【図６】本発明の実施例２のリブ型光導波路デバイスの図５以降の途中までの製造工程の説明図である。
【図７】本発明の実施例２のリブ型光導波路デバイスの図６以降の途中までの製造工程の説明図である。
【図８】本発明の実施例２のリブ型光導波路デバイスの図７以降の製造工程の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
ここで、図１を参照して、本発明の実施の形態のリブ型光導波路デバイスを説明する。図１（ａ）は本発明の実施の形態のリブ型光導波路デバイスの概略的平面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）におけるＡ−Ａ′を結ぶ一点鎖線に沿った概略的断面図であり、図１（ｃ）はスラブ導波路構造を設けた場合の概略的断面図である。
【００１８】
本発明の実施の形態のリブ型光導波路デバイスは、Ｓｉ基板１上に設けられたＳｉＯ２からなる下部クラッド層２上にＳｉ１−ｘＧｅｘ（但し、０≦ｘ≦０．３）からなる単結晶コア３を設ける。単結晶コア３の側面には拡散防止膜４を介して設けられた屈折率緩和層５と、単結晶コア３の上面と拡散防止膜４及び屈折率緩和層５の露出面を覆うようにＳｉＯ２からなる上部クラッド層６を設ける。
【００１９】
屈折率緩和層５の屈折率は、単結晶コア３の屈折率より小さく且つ上部クラッド層６の屈折率より大きくする必要があり、Ｓｉ１−ｘＧｅｘ（但し、０≦ｘ≦０．３）の屈折率ｎｃは３．４７、ＳｉＯ２の屈折ｎＳｉＯ２は２．５であるので、２．０〜２．６とすることが望ましい。このような条件を満たす材料であれば何でも良いが、エッチング容易性等からはＺｎＯが好適である。
【００２０】
拡散防止膜４は、屈折率緩和層５の構成元素が単結晶コア３に固相拡散するのを防止するために設けるものであるが、あまり厚いと屈折率緩和層５を設ける意味がなくなるので、１ｎｍ〜４ｎｍ、より好適には２ｎｍ〜３ｎｍとする。拡散防止膜４としては、ＳｉＯ２、ＳｉＮ或いはＳｉＯNが好適である。
【００２１】
このような構造にすることによって、熱処理をおこなっても屈折率緩和層５を構成する元素が単結晶コア３に拡散するのを防ぎ、単結晶コア３の光学特性が変化することがない。さらに、単結晶コア３の側面に設けた拡散防止膜４は薄いので、伝搬する光は屈折率が２．５程度の屈折率緩和層５中にも染み出し単結晶コア３の側面ラフネスとＳｉＯ２との高屈折率差による伝播損失の低減がなされる。
【００２２】
また、図１（ｃ）に示すように、スラブ導波路構造を設ける場合には、Ｓｉ１−ｘＧｅｘ（但し、０≦ｘ≦０．３）を途中までエッチングして単結晶コア３とスラブ導波路構造７とを形成する。また、上部クラッド層６をマスクにして不純物を交互に導入することによって、ｐ＋型領域８とｎ＋型領域９とを形成する。
【００２３】
このようなｐｉｎ接合構造を用いて電流を注入すると単結晶コア３の屈折率を変化させることができ、マッハツェンダー型光干渉計、光変調素子或いは光減衰素子等の光機能素子を構成することができる。
【実施例１】
【００２４】
以上を前提として、次に、図２及び図３を参照して、本発明の実施例１のリブ型光導波路デバイスを説明する。まず、図２（ａ）に示すように、基板貼り合わせ技術により作製したＳＯＩ基板１０を用意する。ＳＯＩ基板１０は、Ｓｉ基板１１に埋込ＳｉＯ２膜１２を介して厚さが２５０ｎｍの単結晶Ｓｉ層１３が設けられており、この単結晶Ｓｉ層１３には、Ｂが１×１０１５ｃｍ−３程度ドーピングしてある。この場合、埋込ＳｉＯ２膜１２が下部クラッド層となる。
【００２５】
次いで、図２（ｂ）に示すように、ＳｉＨ４：２０％／Ｈｅ：８０％＋Ｎ２Ｏを原料ガスとするＣＶＤ法により、７９０℃において、１００ｎｍの厚さのＳｉＯ２膜１４を堆積させる。次いで、レジストパターン１５をマスクとしてＣＦ４ガスを用いたＲＩＥ（反応性イオンエッチング）（１００ｍＴｏｏｒ，１５０Ｗ）によりＳｉＯ２膜１４をエッチングする。次いで、ＨＢｒガスを用いたＲＩＥ（５０ｍＴｏｒｒ，２００Ｗ）により単結晶Ｓｉ層１３をエッチングしてＳｉコア１６を形成する。
【００２６】
次いで、図２（ｃ）に示すように、レジストパターン１５を除去したのち、再び、ＳｉＨ４：２０％／Ｈｅ：８０％＋Ｎ２Ｏを原料ガスとするＣＶＤ法により、７９０℃において、拡散防止膜となる３ｎｍの厚さのＳｉＯ２膜１７を堆積させる。次いで、（Ｃ２Ｈ５）２Ｚｎガスを用いたＡＬＤ（原子層堆積）法を用いて、２００℃において１００ｎｍの厚さのＺｎＯ膜１８を堆積させる。
【００２７】
次いで、図３（ｄ）に示すように、ＢＣｌ３／Ａｒ（１００ｓｃｃｍ／１００ｓｃｃｍ）ガスを用いたＲＩＥによる異方性エッチングによりＺｎＯ膜１８及びＳｉＯ２膜１７をエッチング（１Ｔｏｒr，２００Ｗ）してＺｎＯ屈折率緩和層１９を形成する。
【００２８】
次いで、図３（ｅ）に示すように、再び、ＳｉＨ４：２０％／Ｈｅ：８０％＋Ｎ２Ｏを原料ガスとするＣＶＤ法により、７９０℃において、１５０ｎｍの厚さのＳｉＯ２膜２０を堆積させる。
【００２９】
次いで、図３（ｆ）に示すように、ＣＦ４／Ａｒ（１００ｓｃｃｍ／１００ｓｃｃｍ）ガスを用いたＲＩＥによる異方性エッチングによりＳｉＯ２膜２０をエッチング（１Ｔｏｒr，１５０Ｗ）して上部クラッド層２１を形成する。なお、残存するＳｉＯ２膜１４も上部クラッド層となる。以上の工程により、本発明の実施例１のリブ型光導波路デバイスの基本構成が完成する。
【００３０】
本発明の実施例１のリブ型光導波路デバイスにおいては、Ｓｉコアの側面にＳｉＯ２からなる拡散防止層を介して屈折率が２．５程度のＺｎＯ屈折率緩和層を設けているので、ＺｎＯ屈折率緩和層中にも光が染み出しＳｉコアの側面ラフネスが低減される。その結果、ＳｉコアをＳｉＯ２で直接覆った場合に比べて、ＳｉＯ２との高屈折率差による伝播損失の低減がなされる。
【００３１】
さらに、Ｓｉコアと上下のクラッド層との間にはＺｎＯ屈折率緩和層が存在しないので、
光閉じ込め効果を損なうことのないＳｉ導波路デバイスの提供が可能になる。
【実施例２】
【００３２】
次に、図４乃至図７を参照して、本発明の実施例２のリブ型光導波路デバイスを説明する。まず、図４（ａ）に示すように、実施例１と同様に、基板貼り合わせ技術により作製したＳＯＩ基板３０を用意する。ＳＯＩ基板３０は、Ｓｉ基板３１に埋込ＳｉＯ２膜３２を介して厚さが２５０ｎｍの単結晶Ｓｉ０．９Ｇｅ０．１層３３が設けられており、この単結晶Ｓｉ０．９Ｇｅ０．１層３３には、Ｂが１×１０１５ｃｍ−３程度ドーピングしてある。この場合、埋込ＳｉＯ２膜３２が下部クラッド層となる。
【００３３】
次いで、図４（ｂ）及び図４（ｃ）に示すように、ＳｉＨ４：２０％／Ｈｅ：８０％＋Ｎ２Ｏを原料ガスとするＣＶＤ法により、７９０℃において、１００ｎｍの厚さのＳｉＯ２膜３４を堆積させる。次いで、レジストパターン３５をマスクとしてＣＦ４ガスを用いたＲＩＥ（１００ｍＴｏｏｒ，１５０Ｗ）によりＳｉＯ２膜３４をエッチングする。次いで、ＨＢｒガスを用いたＲＩＥ（５０ｍＴｏｒｒ，２００Ｗ）により単結晶Ｓｉ０．９Ｇｅ０．１層３３をエッチングする。この時、単結晶Ｓｉ０．９Ｇｅ０．１層３３を５０ｎｍ残すようにエッチングして単結晶コア３６とスラブ導波路部３７とを形成する。
【００３４】
なお、図４（ｂ）は平面図であり、図４（ｃ）は図４（ｂ）におけるＡ−Ａ′を結ぶ一点鎖線に沿った概略的断面図であり、ここでは、単結晶コア３６は、マッハツェンダー型光干渉計の入力導波路３６１、分岐導波路３６２、第１アーム導波路３６３、第２アーム導波路３６４、合波導波路３６５、及び、出力導波路３６６となる。
【００３５】
次いで、図５（ｄ）に示すように、レジストパターン３５を除去したのち、再び、ＳｉＨ４：２０％／Ｈｅ：８０％＋Ｎ２Ｏを原料ガスとするＣＶＤ法により、７９０℃において、拡散防止膜となる３ｎｍの厚さのＳｉＯ２膜３８を堆積させる。次いで、（Ｃ２Ｈ５）２Ｚｎガスを用いたＡＬＤ（原子層堆積）法を用いて、２００℃において１００ｎｍの厚さのＺｎＯ膜３９を堆積させる。
【００３６】
次いで、図５（ｅ）に示すように、ＢＣｌ３／Ａｒ（１００ｓｃｃｍ／１００ｓｃｃｍ）ガスを用いたＲＩＥによる異方性エッチングによりＺｎＯ膜３９及びＳｉＯ２膜３８をエッチング（１Ｔｏｒr，２００Ｗ）してＺｎＯ屈折率緩和層４０を形成する。
【００３７】
次いで、図５（ｆ）に示すように、再び、ＳｉＨ４：２０％／Ｈｅ：８０％＋Ｎ２Ｏを原料ガスとするＣＶＤ法により、７９０℃において、１５０ｎｍの厚さのＳｉＯ２膜４１を堆積させる。
【００３８】
次いで、図６（ｇ）に示すように、ＣＦ４／Ａｒ（１００ｓｃｃｍ／１００ｓｃｃｍ）ガスを用いたＲＩＥによる異方性エッチングによりＳｉＯ２膜４１をエッチング（１Ｔｏｒr，１５０Ｗ）して上部クラッド層４２を形成する。なお、残存するＳｉＯ２膜３４も上部クラッド層となる。
【００３９】
次いで、図６（ｈ）に示すように、レジストパターン４３をマスクとして、スラブ導波路部３７の露出部にＢをイオン注入することによってｐ＋型領域４４，４５を形成する。
【００４０】
次いで、図６（ｉ）に示すように、レジストパターン４３を除去したのち、新たなレジストパターン４６を形成し、このレジストパターン４６をマスクとしてスラブ導波路部３７の露出部にＰをイオン注入することによってｎ＋型領域４７を形成する。
【００４１】
次いで、レジストパターン４６を除去したのち、ＲＴＡ（Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎｎｅａｌ）によって、１０００℃で１０秒間のアニールを行って注入したＢ及びＰの活性化を行って電極領域とする。
【００４２】
次いで、図７（ｊ）に示すように、上部クラッド層を兼ねる層間膜として、再び、ＳｉＨ４：２０％／Ｈｅ：８０％＋Ｎ２Ｏを原料ガスとするＣＶＤ法により、７９０℃において、１μｍの厚さのＳｉＯ２膜４８を堆積させる。
【００４３】
次いで、図７（ｋ）に示すように、レジストパターン４９をマスクとして、ＣＦ４ガスを用いたＲＩＥ（１００ｍＴｏｏｒ，３００Ｗ）によりＳｉＯ２膜４８をエッチングして、ｐ＋型領域４４，４５及びｎ＋型領域４７に達するコンタクトホール５０〜５２を形成する。
【００４４】
次いで、図７（ｌ）に示すように、スパッタリング法により１μｍの厚さにＡｌ膜を堆積したのち、レジストパターン５３をマスクとしてＣｌ２ガスを用いたＲＩＥによりＡｌ膜をエッチングすることによって電極５４〜５６を形成する。
【００４５】
最後に、図８（ｍ）及び図８（ｎ）に示すように、レジストマスク５３を除去することによって、本発明の実施例２のリブ型光導波路デバイスの基本構造が完成する。なお、図８（ｍ）は平面図であり、図８（ｎ）は図８（ｍ）におけるＡ−Ａ′を結ぶ一点鎖線に沿った概略的断面図である。また、Ａｌ膜を堆積させる前にＣｏを堆積させ、アニールを行ってシリサイド層を予め形成しておいても良い。
【００４６】
この電極５４と電極５５との間と、電極５５と電極５６との間に異なった電圧を印加することによって第１アーム導波路３６３と第２アーム導波路３６４に異なった電流を注入され、その結果、屈折率変化が異なった値となり、第１アーム導波路３６３を伝搬する光と第２アーム導波路３６４を伝搬する光に位相差ができるので、光干渉計として動作することになる。
【００４７】
本発明の実施例２においては、単結晶導波路は屈曲しているが、この場合も、単結晶コアの側面に拡散防止層を介して屈折率が２．５程度のＺｎＯ屈折率緩和層を設けているので、ＺｎＯ屈折率緩和層中にも光が染み出しＳｉコアの側面ラフネスが低減される。
【００４８】
また、本発明の実施例２においては、ＺｎＯ屈折率緩和層を形成したのちに、注入した不純物を活性化させるための熱処理を行っているが、ＺｎＯ屈折率緩和層と単結晶コアとの間にＳｉＯ２膜を設けているので、Ｚｎが単結晶コアに拡散することはない。
【００４９】
また、本発明の実施例２においては、スラブ導波路部を設け、このスラブ導波路部にｐ＋型領域及びｎ＋型領域からなる電極領域を形成しているので、電流注入により単結晶コアの屈折率を任意に変化させることができる。
【００５０】
なお、上記の各実施例の説明においては、上部クラッド層を異方性エッチングによるサイドウォール状のＳｉＯ２膜で形成しているが、通常のレジパターンを用いたエッチング工程形成しても良いものである。この場合には、ＳｉＯ２膜１４，３４は必ずしも必要ではない。
【００５１】
ここで、実施例１及び実施例２を含む本発明の実施の形態に関して、以下の付記を付す。
（付記１）ＳｉＯ２からなる下部クラッド層と、前記下部クラッド層上に設けられたＳｉ１−ｘＧｅｘ（但し、０≦ｘ≦０．３）からなる単結晶コアと、前記単結晶コアの側面に拡散防止膜を介して設けられた屈折率緩和層と、前記単結晶コアの上面と前記拡散防止膜及び屈折率緩和層の露出面を覆うＳｉＯ２からなる上部クラッド層とを有する光導波路を備え、前記屈折率緩和層の屈折率が、前記単結晶コアの屈折率より小さく且つ前記上部クラッド層の屈折率より大きいことを特徴とするリブ型光導波路デバイス。
（付記２）前記単結晶コアと前記下部クラッド層との間にスラブ導波路構造を有し、前記スラブ導波路構造が、前記光導波路の光軸と直交する方向にｐｉｎ接合構造が形成されていることを特徴とする付記１に記載のリブ型光導波路デバイス。
（付記３）前記ｐｉｎ接合構造が形成されたスラブ導波路構造を有する光導波路を２本並行に設け、前記２本の光導波路がマッハツェンダー型光干渉計の２本のアーム導波路となることを特徴とする付記２に記載のリブ型光導波路デバイス。
（付記４）前記屈折率緩和層の屈折率が、２．０〜２．６であることを特徴とする付記１乃至付記３のいずれか１に記載のリブ型光導波路デバイス。
（付記５）前記屈折率緩和層が、ＺｎＯからなることを特徴とする付記１乃至付記３のいずれか１に記載のリブ型光導波路デバイス。
（付記６）前記拡散防止膜が、ＳｉＯ２、ＳｉＮ或いはＳｉＯＮのいずれかからなることを特徴とする付記１乃至付記５のいずれか１に記載のリブ型光導波路デバイス。
（付記７）Ｓｉ基板上にＳｉＯ２膜を介して設けた単結晶Ｓｉ１−ｘＧｅｘ（但し、０≦ｘ≦０．３）膜の少なくとも上部をエッチングして単結晶コアを形成する工程と、全面に拡散防止膜及び屈折率緩和層を堆積する工程と、異方性エッチングにより前記拡散防止膜及び前記屈折率緩和層をエッチングして、前記単結晶コアの側面にのみ前記拡散防止膜を介して前記屈折率緩和層を残存させる工程と、前記単結晶コア、前記拡散防止膜及び前記屈折率緩和層を覆うようにＳｉＯ２膜を堆積する工程と、異方性エッチングにより前記ＳｉＯ２膜をエッチングして上部クラッド層を形成する工程とを有することを特徴とするリブ型光導波路デバイスの製造方法。
（付記８）前記単結晶コアを形成する工程において、前記単結晶Ｓｉ１−ｘＧｅｘ膜の下部を残存させてスラブ導波路構造とし、前記上部クラッド層の形成工程の後に、前記スラブ導波路構造の光軸方向に沿った一方の露出部をｐ型にドープすると共に、前記スラブ導波路構造の光軸方向に沿った他方の露出部をｎ型にドープする工程を有することを特徴とする付記７に記載のリブ型光導波路デバイスの製造方法。
【符号の説明】
【００５２】
１ Ｓｉ基板
２ 下部クラッド層
３ 単結晶コア
４ 拡散防止膜
５ 屈折率緩和層
６ 上部クラッド層
７ スラブ導波路構造
８ ｐ＋型領域
９ ｎ＋型領域
１０，３０ ＳＯＩ基板
１１，３１ Ｓｉ基板
１２，３２ 埋込ＳｉＯ２膜
１３ 単結晶Ｓｉ層
１４，３４ ＳｉＯ２膜
１５，３５ レジストパターン
１６ Ｓｉコア
１７，３８ ＳｉＯ２膜
１８，３９ ＺｎＯ膜
１９，４０ ＺｎＯ屈折率緩和層
２０，４１ ＳｉＯ２膜
２１，４２ 上部クラッド層
３３ 単結晶Ｓｉ０．９Ｇｅ０．１層
３６ 単結晶コア
３６１ 入力導波路
３６２ 分岐導波路
３６３ 第１アーム導波路
３６４ 第２アーム導波路
３６５ 合波導波路
３６６ 出力導波路
３７ スラブ導波路部
４３ レジストパターン
４４，４５ ｐ＋型領域
４６ レジストパターン
４７ ｎ＋型領域
４８ ＳｉＯ２膜
４９ レジストパターン
５０〜５２ コンタクトホール
５３ レジストパターン
５４〜５６ 電極
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＳｉＯ２からなる下部クラッド層と、
前記下部クラッド層上に設けられたＳｉ１−ｘＧｅｘ（但し、０≦ｘ≦０．３）からなる単結晶コアと、
前記単結晶コアの側面に拡散防止膜を介して設けられた屈折率緩和層と、
前記単結晶コアの上面と前記拡散防止膜及び屈折率緩和層の露出面を覆うＳｉＯ２からなる上部クラッド層と
を有する光導波路を備え、
前記屈折率緩和層の屈折率が、前記単結晶コアの屈折率より小さく且つ前記上部クラッド層の屈折率より大きいことを特徴とするリブ型光導波路デバイス。
【請求項２】
前記単結晶コアと前記下部クラッド層との間にスラブ導波路構造を有し、
前記スラブ導波路構造が、前記光導波路の光軸と直交する方向にｐｉｎ接合構造が形成されていることを特徴とする請求項１に記載のリブ型光導波路デバイス。
【請求項３】
前記ｐｉｎ接合構造が形成されたスラブ導波路構造を有する光導波路を２本並行に設け、
前記２本の光導波路がマッハツェンダー型光干渉計の２本のアーム導波路となることを特徴とする請求項２に記載のリブ型光導波路デバイス。
【請求項４】
Ｓｉ基板上にＳｉＯ２膜を介して設けた単結晶Ｓｉ１−ｘＧｅｘ（但し、０≦ｘ≦０．３）膜の少なくとも上部をエッチングして単結晶コアを形成する工程と、
全面に拡散防止膜及び屈折率緩和層を堆積する工程と、
異方性エッチングにより前記拡散防止膜及び前記屈折率緩和層をエッチングして、前記単結晶コアの側面にのみ前記拡散防止膜を介して前記屈折率緩和層を残存させる工程と、
前記単結晶コア、前記拡散防止膜及び前記屈折率緩和層を覆うようにＳｉＯ２膜を堆積する工程と、
異方性エッチングにより前記ＳｉＯ２膜をエッチングして上部クラッド層を形成する工程と
を有することを特徴とするリブ型光導波路デバイスの製造方法。
【請求項５】
前記単結晶コアを形成する工程において、前記単結晶Ｓｉ１−ｘＧｅｘ膜の下部を残存させてスラブ導波路構造とし、
前記上部クラッド層の形成工程の後に、前記スラブ導波路構造の光軸方向に沿った一方の露出部をｐ型にドープするとともに、前記スラブ導波路構造の光軸方向に沿った他方の露出部をｎ型にドープする工程を有することを特徴とする請求項４に記載のリブ型光導波路デバイスの製造方法。
【請求項１】
ＳｉＯ２からなる下部クラッド層と、
前記下部クラッド層上に設けられたＳｉ１−ｘＧｅｘ（但し、０≦ｘ≦０．３）からなる単結晶コアと、
前記単結晶コアの側面に拡散防止膜を介して設けられた屈折率緩和層と、
前記単結晶コアの上面と前記拡散防止膜及び屈折率緩和層の露出面を覆うＳｉＯ２からなる上部クラッド層と
を有する光導波路を備え、
前記屈折率緩和層の屈折率が、前記単結晶コアの屈折率より小さく且つ前記上部クラッド層の屈折率より大きいことを特徴とするリブ型光導波路デバイス。
【請求項２】
前記単結晶コアと前記下部クラッド層との間にスラブ導波路構造を有し、
前記スラブ導波路構造が、前記光導波路の光軸と直交する方向にｐｉｎ接合構造が形成されていることを特徴とする請求項１に記載のリブ型光導波路デバイス。
【請求項３】
前記ｐｉｎ接合構造が形成されたスラブ導波路構造を有する光導波路を２本並行に設け、
前記２本の光導波路がマッハツェンダー型光干渉計の２本のアーム導波路となることを特徴とする請求項２に記載のリブ型光導波路デバイス。
【請求項４】
Ｓｉ基板上にＳｉＯ２膜を介して設けた単結晶Ｓｉ１−ｘＧｅｘ（但し、０≦ｘ≦０．３）膜の少なくとも上部をエッチングして単結晶コアを形成する工程と、
全面に拡散防止膜及び屈折率緩和層を堆積する工程と、
異方性エッチングにより前記拡散防止膜及び前記屈折率緩和層をエッチングして、前記単結晶コアの側面にのみ前記拡散防止膜を介して前記屈折率緩和層を残存させる工程と、
前記単結晶コア、前記拡散防止膜及び前記屈折率緩和層を覆うようにＳｉＯ２膜を堆積する工程と、
異方性エッチングにより前記ＳｉＯ２膜をエッチングして上部クラッド層を形成する工程と
を有することを特徴とするリブ型光導波路デバイスの製造方法。
【請求項５】
前記単結晶コアを形成する工程において、前記単結晶Ｓｉ１−ｘＧｅｘ膜の下部を残存させてスラブ導波路構造とし、
前記上部クラッド層の形成工程の後に、前記スラブ導波路構造の光軸方向に沿った一方の露出部をｐ型にドープするとともに、前記スラブ導波路構造の光軸方向に沿った他方の露出部をｎ型にドープする工程を有することを特徴とする請求項４に記載のリブ型光導波路デバイスの製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−１５４９８０（Ｐ２０１２−１５４９８０Ａ）
【公開日】平成２４年８月１６日（２０１２．８．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１１５６９（Ｐ２０１１−１１５６９）
【出願日】平成２３年１月２４日（２０１１．１．２４）
【出願人】（０００００５２２３）富士通株式会社 (25,993)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年８月１６日（２０１２．８．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１月２４日（２０１１．１．２４）
【出願人】（０００００５２２３）富士通株式会社 (25,993)
【Ｆターム（参考）】
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