Si細線導波路集積デバイス

摘要

SOIウェハあるいはチップ上のシリコンフォトニクスは、シリコン細線導波路を利用して光配線のサブミクロン領域への微細化を可能とし、これにより光通信システムの小型化および低消費エネルギー化や、強い光閉じ込めによる光非線形性による高効率の光機能デバイスの実現、さらには、電気配線ボトルネックを克服してLSIの処理速度の向上を可能とする技術として多くの注目と期待を集めている。光ファイバーとシリコン細線との高効率光結合を可能とする小型のスポットサイズ変換器は、チップ間およびチップ内の光配線におけるキーデバイスであり、低損失かつ低クロストークの交差光導波路も光回路の自在な設計のために不可欠である。また、シリコン細線と集積化された小型で高効率かつ高速応答の受光素子は、チップ内光配線における最も重要なデバイスのひとつである。本報告では、非常に薄い上部クラッドを採用し、SOIウェハ上の他の光電子デバイスや電子回路との集積化に適した、小型で高効率のスポットサイズ変換器および、この構造に基づくシリコン細線の立体交差光導波路を提案して、3次元光伝播シミュレーションに基づく設計を行ない、試作デバイスによる実験的検証を行なう。さらに、SOIウェハ上のシリコン細線と集積化した超小型のInGaAsのMSM導波路型受光素子をを提案し、理論的解析により高効率動作の可能性を示すとともに、試作素子により波長1.55μmにおける基本的な受光動作を実証する。