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LSIチップ間内光インターコネクションに向けて、より高密度な光信号伝送を実現すべく光配線の積層化が検討されている。その材料候補の一つである水素化アモルファスシリコン(a-Si:H)は、CMOSバックエンドプロセスとの整合性の点から有用な材料であり、これまで低損失な導波路や、多層光伝送デバイスが報告されてきた。本研究では、次世代の多層光集積回路に向けて、偏波信号分離デバイスの開発を行った。偏波信号分離は光集積回路上で偏波ダイバーシティシステムや、偏波多重システムを構成するに当たって必要不可欠なデバイスである。昨年度は、2層目a-Si:Hの成膜膜厚・導波路幅を任意に調整できる点に着目し、非対称直線導波路同士での垂直方向性結合器により、非常にシンプルに偏波分離を実現できることを示した。そして、モード解析によりその基本特性を明らかにした。
本年度は、入出力部まで含んだデバイス全体構造を設計し、有限差分時間領域(FDTD)法を用いて透過特性を解析した。また、プロセス上起こりうるデバイス構造誤差による特性への影響を明らかにした。その結果、導波路幅については±5nm、導波路膜厚については±数nmにおいてC-bandでの偏波クロストークを-20dB以下に抑制できる結果を得た。また、層間の位置アライメントについては±100nm以上の誤差耐性を有することが分かった。a-Si:H導波路の膜厚に関しては、既存技術であるアルカリ溶液を用いたウェットエッチングを用いることで1nm以下の精度で制御可能であり、本デバイスは十分作製可能である。設計されたデバイスについて作製プロセス検討を行い、低損失導波路形成に関する基盤技術を確立した。
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