JP2017167338A - 光配線デバイス及び個体識別子認証キット - Google Patents

Abstract

【課題】複製や偽造が困難な個体識別子を備えた、光配線デバイス及び個体識別子認証キットを提供する。【解決手段】第１の基板；前記第１の基板上に配置され、第１の半導体発光素子と、第１の半導体受光素子と、前記第１の半導体発光素子及び前記第１の半導体受光素子に光結合する第１の光導波路とを備えるデータ伝送用の第１の光配線；及び前記第１の基板上に配置され、第２の半導体発光素子と、第２の半導体受光素子と、前記第２の半導体発光素子及び前記第２の半導体受光素子に光結合する第２の光導波路とを備える個別識別子用の第２の光配線；を具備し、前記第２の光導波路は、前記第１の光導波路よりも高い光散乱性を有することを特徴とする光配線デバイス。【選択図】 図５

Description

実施形態は、光配線デバイス及び個体識別子認証キットに関する。

近年、電子データの違法コピーや改ざんを防ぐための情報セキュリティー技術が必要とされている。情報セキュリティー技術として、予め許可又は登録した正規のデバイスのみに電子データのコピーや変更を認めるという技術がある。正規のデバイスを判別するには、正規のデバイスに個体識別子を付与し、デバイスの個体認証を行うという方法がある。この方法による情報セキュリティーを高めるには、正規のデバイスに対して複製や偽造が困難な個体識別子を付与することが必要となる。現在、個人を識別する方法として、指紋や網膜などの生体情報を個体識別子として用いる生体認証が実用化されている。人を識別するための指紋や網膜などと同様に、モノを識別するための複製や偽造が困難な個体識別子が求められている。

特開２０１４-３５４９８号公報

実施形態は、複製や偽造が困難な個体識別子を備えた、光配線デバイス及び個体識別子認証キットを提供する。

１つの実施形態によると、第１の基板；第１の基板上に配置され、第１の半導体発光素子と、第１の半導体受光素子と、第１の半導体発光素子及び第１の半導体受光素子に光結合する第１の光導波路とを備えるデータ伝送用の第１の光配線；及び第１の基板上に配置され、第２の半導体発光素子と、第２の半導体受光素子と、第２の半導体発光素子及び第２の半導体受光素子に光結合する第２の光導波路とを備える個別識別子用の第２の光配線；を具備し、第２の光導波路は、第１の光導波路よりも高い光散乱性を有することを特徴とする光配線デバイスが提供される。

別の実施形態によると、第１の基板と、第１の基板上に配置される第１の半導体発光素子及び第１の半導体受光素子と、第１の半導体発光素子及び第１の半導体受光素子にそれぞれ光結合する第１及び第２の光導波路とを備える読み出し装置；及び第２の基板と、第２の基板上に配置され、第１及び第２の光導波路より高い光散乱性を有する第３の光導波路とを備える鍵；を具備し、読み出し装置に対して前記鍵を組み合わせたとき、読み出し装置の第１及び第２の光導波路と鍵の第３の光導波路とは、それぞれ光結合されることを特徴とする個体識別子認証キットが提供される。

第１の実施形態に係る光配線デバイスを備えたメモリチップを示す平面図。 図１の光配線デバイス示す斜視図。 図２に示す第１の光配線を示す図。 図２に示す第２の光配線を示す図。 第１の光配線における第１の半導体発光素子の駆動電流と第１の半導体受光素子の検出電流との関係及び第２の光配線における第２の半導体発光素子の駆動電流と第２の半導体受光素子の検出電流との関係を示す図。 第２の光配線における第２の半導体発光素子の駆動電流と第２の半導体受光素子の検出電流との関係の再現性を示す図。 第２の実施形態に係る個体識別子認証キットを示す図。 第２の実施形態に係る個体識別子認証キットを組み合わせた後の状態を示す図。 第３の実施形態に係る個体識別子認証キットを示す図。 第３の実施形態に係る個体識別子認証キットを組み合わせた後の状態を示す図。 第４の実施形態に係る個体識別子認証キットを示す図。 第４の実施形態に係る個体識別子認証キットを組み合わせた後の状態を示す図。

以下、実施形態を図面を参照して詳細に説明する。

（第１の実施形態）
第１の実施形態を図１〜図４を参照して説明する。図１は、第１の実施形態に係る光配線デバイスを備えたメモリチップをデバイスに接続した状態を示す平面図、図２は図１の光配線デバイスを示す斜視図、図３の（ａ）は図２の第１の光配線のＡ−Ａ線に沿う断面図、図３の（ｂ）は図３の（ａ）のｂ−ｂ線に沿う断面図、図４の（ａ）は図２の第２の光配線のＢ−Ｂ線に沿う断面図、図４の（ｂ）は図４の（ａ）のｂ−ｂ線に沿う断面図である。

図１において、デバイスＤとメモリチップ１００とが電気的に接続されている。デバイスＤは、例えばコンピュータであり、後述する光配線デバイスＰＷＤの第２の光配線２０による個体識別子を認証する機能が予め組込まれている。

メモリチップ１００は、光配線デバイスＰＷＤ及び当該光配線デバイスＰＷＤに電気的に接続されるメモリ部Ｍを備える。光配線デバイスＰＷＤは、図２に示すように第１の光配線１０及び第２の光配線２０を備え、これらの光配線１０，２０は例えばシリコン基板１上に設けられる。

第１の光配線１０は、信号配線として機能するデータ伝送用の光配線である。第１の光配線１０は、その一端側でデバイスＤとメモリチップ１００とを電気的に接続し、かつ他端側でメモリ部Ｍに接続されている。第２の光配線２０は、信号配線として機能せず、デバイスＤの個体認証時に機能する個体識別子用の光配線である。第２の光配線２０は、デバイスＤに電気的に接続されている。

第１の光配線１０は、図２及び図３の（ａ），（ｂ）に示すようにシリコン基板１上に互いに所望の距離隔てて配置された複数の第１の半導体発光素子ＬＤ１及び第１の半導体受光素子ＰＤ１をそれぞれ備えている。各第１の半導体発光素子ＬＤ１は、それぞれ例えば半導体リングレーザであり、各第１の半導体受光素子ＰＤ１はそれぞれ例えばリング状をなす。各第１の半導体発光素子ＬＤ１及び各第１の半導体受光素子ＰＤ１を含むシリコン基板１上には、例えば酸化シリコン（ＳｉＯ₂）から作られる第１の誘電体層２が当該第１の誘電体層２表面が平坦になるように設けられている。第１の光導波路３は、第１の誘電体層２上に設けられ、両端部がそれぞれ各第１の半導体発光素子ＬＤ１の上部及び各第１の半導体受光素子ＰＤ１の上部に薄い第１の誘電体層２を介して設けられている。すなわち、第１の光導波路３はそれらの両端部が各半導体発光素子ＬＤ１及び各第１の半導体受光素子ＰＤ１と光結合される。各第１の光導波路３は、第１の誘電体層２よりも高い屈折率を有する材料、例えばアモルファスシリコンまたは多結晶シリコンから作られる。各第１の光導波路３を含む第１の誘電体層２上には、例えば酸化シリコン（ＳｉＯ₂）から作られる第２の誘電体層４が設けられている。各第１の光導波路３は、図３の（ｂ）に示すように断面がリブ型（凸型）をなす。

第２の光配線２０は、図２及び図４の（ａ），（ｂ）に示すようにシリコン基板１上に互いに所望の距離隔てて配置された第２の半導体発光素子ＬＤ２及び第２の半導体受光素子ＰＤ２を備えている。第２の半導体発光素子ＬＤ２は、例えば半導体リングレーザであり、第２の半導体受光素子ＰＤ２は例えばリング状をなす。第２の半導体発光素子ＬＤ２及び第２の半導体受光素子ＰＤ２を含むシリコン基板１上には、例えば酸化シリコン（ＳｉＯ₂）から作られる前記第１の誘電体層２が当該第１の誘電体層２表面が平坦になるように設けられている。第２の光導波路５は、第１の誘電体層２上に設けられ、両端部がそれぞれ第２の半導体発光素子ＬＤ２の上部及び第２の半導体受光素子ＰＤ２の上部に薄い第１の誘電体層２を介して設けられている。すなわち、第２の光導波路５はその両端部が第２の半導体発光素子ＬＤ２及び第２の半導体受光素子ＰＤ２と光結合される。第２の光導波路５は、第１の誘電体層２よりも高い屈折率を有する材料、例えばアモルファスシリコンまたは多結晶シリコンから作られる。第２の光導波路５を含む第１の誘電体層２上には、例えば酸化シリコン（ＳｉＯ₂）から作られる前記第２の誘電体層４が設けられている。第２の光導波路５は、図４の（ｂ）に示すように断面が矩形状をなす。

なお、基板１はシリコン基板の代わりに、例えばＧａＡｓ基板またはＩｎＰ基板を用いることができ、ＳＯＩ基板などであってもよい。

半導体発光素子は、半導体リングレーザの代わりに、例えば端面発光レーザや面発光レーザを用いることができる。好ましい半導体発光素子は、半導体リングレーザである。

半導体受光素子は、リング状の代わりに、例えばディスク状又は直線状のものを用いることができる。

第１の実施形態によれば、第１の光配線１０において第１の半導体発光素子ＬＤ１から出射された光は第１の光導波路３を伝搬し、第１の半導体受光素子ＰＤ１で受光される。第１の光導波路３は、図３の（ｂ）に示すように断面がリブ型（凸型）であるため、低い光散乱性を有する。それ故、第１の光導波路３を伝搬する光からは第１の半導体発光素子ＬＤ１への散乱戻り光が生じにくい。その結果、第１の半導体発光素子ＬＤ１の駆動電流と第１の半導体受光素子ＰＤ１の検出電流との関係を示すＩ_ＬＤ−Ｉ_ＰＤ曲線を測定した場合、第１の光配線１０に関するＩ_ＬＤ−Ｉ_ＰＤ曲線は安定した波形が得られる。

事実、断面の幅１．２μｍ、高さ０．４μｍ、凸部の幅０．６μｍ及び凸部の高さ０．２μｍを持つリブ型の第１の光導波路３を第１の誘電体層２の上に形成し、半導体リングレーザである第１の半導体発光素子ＬＤ１から室温において駆動電流０ｍＡから２５ｍＡの連続駆動でレーザを出射し、第１の光導波路３を伝搬し、リング状の第１の半導体受光素子ＰＤ１で受光したときの第１の半導体発光素子ＬＤ１の駆動電流と第１の半導体受光素子ＰＤ１の検出電流との関係を示すＩ_ＬＤ−Ｉ_ＰＤ曲線を測定した。その結果、図５の（ａ）に示すＩ_ＬＤ−Ｉ_ＰＤ曲線を得た。図５の（ａ）から明らかなように第１の光配線１０では安定した波形のＩ_ＬＤ−Ｉ_ＰＤ曲線が得られることがわかる。

以上より、第１の光配線１０によれば、デバイスＤとメモリチップ１００との間で安定したデータ伝送を行うことができる。

他方、第２の光配線２０において、第２の半導体発光素子ＬＤ２から出射された光は、第２の光導波路５を伝搬し、第２の半導体受光素子ＰＤ２で受光される。第２の光導波路５は、図４の（ｂ）に示すように断面が矩形状であるため、第１の光導波路に比較して高い光散乱性を有する。そのため、光が第２の光導波路５を伝搬する際に、第２の半導体発光素子ＬＤ２への散乱戻り光が生じる。第２の光導波路５で生じた散乱戻り光は第２の光導波路５を介して第２の半導体発光素子ＬＤ２に入射され、第２の半導体発光素子ＬＤ２の動作を不安定化する。

その結果、第２の光配線２０において、第２の半導体発光素子ＬＤ２の駆動電流と第２の半導体受光素子ＰＤ２の検出電流との関係を示すＩ_ＬＤ−Ｉ_ＰＤ曲線を測定した場合、Ｉ_ＬＤ−Ｉ_ＰＤ曲線には乱れが生じて特定のパターン形状が生じる。

事実、断面の幅０．６μｍ、高さ（厚さ）０．４μｍを持つ矩形状の第２の光導波路５を第１の誘電体層２の上に形成し、半導体リングレーザである第２の半導体発光素子ＬＤ２から室温において駆動電流０ｍＡから２５ｍＡの連続駆動でレーザを出射し、第２の光導波路５を伝搬し、リング状の第２の半導体受光素子ＰＤ２で受光したときの第２の半導体発光素子ＬＤ２の駆動電流と第２の半導体受光素子ＰＤ２の検出電流との関係を示すＩ_ＬＤ−Ｉ_ＰＤ曲線を測定した。すなわち、第２の光導波路５の断面形状以外の測定条件は、図５の（ａ）と同様の測定条件でＩ_ＬＤ−Ｉ_ＰＤ曲線を測定した。その結果、図５の（ｂ）に示すＩ_ＬＤ−Ｉ_ＰＤ曲線を得た。図５の（ｂ）から明らかなように第２の光配線２０では乱れが生じた特定のパターン形状を持つ波形のＩ_ＬＤ−Ｉ_ＰＤ曲線が得られることがわかる。

Ｉ_ＬＤ−Ｉ_ＰＤ曲線のパターン形状は、断面が矩形状の第２の光導波路５を形成する過程で生じた第２の光導波路５の側壁の荒れに起因する。第１の光導波路３は、リブ型の形状を有しているため、第２の光導波路５と同じ大きさの側壁荒れを有していても、光散乱は小さい。そのため、第１の光導波路３と第２の光導波路５を同一プロセスで形成した場合でも、第２の光導波路５の光散乱性は第１の光導波路３の光散乱性よりも大きくなる。第２の光導波路５の側壁の荒れは、フォトリソグラフィやエッチングの工程でランダムに生じ、意図しても複製や偽造することは困難である。そのため、第２の光配線２０で得られるＩ_ＬＤ−Ｉ_ＰＤ曲線のパターン形状はコンピュータ等のデバイスＤにメモリチップ１００を取り付けた時の個体識別子として用いることができる。

図６の（ａ）、（ｂ）は、同一の第２の光配線２０を用いて、同一の測定条件で２回Ｉ_ＬＤ−Ｉ_ＰＤ曲線を測定した結果を示す。Ｉ_ＬＤ−Ｉ_ＰＤ曲線のパターン形状は第２の光導波路５の形状に依存しているため、Ｉ_ＬＤ−Ｉ_ＰＤ曲線のパターン形状には高い再現性が現れる。従って、光導波路からの散乱戻り光の影響を受けたＩ_ＬＤ−Ｉ_ＰＤ曲線は、複製や偽造が困難な個体識別子として用いることができる。

次に、図１に示すデバイス（コンピュータ）Ｄと光配線デバイスＰＷＤを備えるメモリチップ１００との間で、個別識別子用の第２の光配線２０を用いてメモリチップ１００を認証する方法を説明する。

まず、メモリチップ１００の第２の光配線２０の第２の半導体発光素子ＬＤ２の駆動電流と第２の半導体受光素子ＰＤ２の検出電流との関係を示すＩ_ＬＤ−Ｉ_ＰＤ曲線のパターン形状をデバイスＤに予め記憶させる。

次いで、デバイスＤにメモリチップ１００を接続した時にデバイスＤでメモリチップ１００の第２の光配線２０における個別識別子を読み取る。この読み取りにおいて、デバイスＤ内で予め記憶したＩ_ＬＤ−Ｉ_ＰＤ曲線のパターンと、読み取ったＩ_ＬＤ−Ｉ_ＰＤ曲線のパターンとを照合し、合致している場合、デバイスＤに対して正規のメモリチップ１００が接続されたと判断してデバイスＤとメモリチップ１００の間で第１の光配線１０を通してデータのやり取りを行う。合致しない場合、デバイスＤに対して正規のメモリチップ１００が接続されてないと判断し、デバイスＤとメモリチップ１００の間でのデータのやり取りを行わない。

なお、第１の実施形態において、第１の光配線１０の備える第１の光導波路３は断面形状がリブ形状の光導波路に限定されず、第２の光導波路に対して光散乱性が低ければよい。例えば、特開２０１４-３５４９８号公報の段落００７９及び図２６に記載のＳｉからなる光導波路とＳｉＯＮからなる光導波路を組み合わせた光導波路なども用いることができる。この構成によっても、安定したデータ伝送を行えるデータ伝送用の光導波路を得ることができる。

（第２の実施形態）
第２の実施形態に係る個別識別子認証キットを図７及び図８を参照して詳細に説明する。図７の（ａ）は第２の実施形態に係る個体識別子認証キットを組み合わせる前の状態を示す断面図、図７の（ｂ）は同図（ａ）の読み出し装置を第２の誘電体層を取り除いて上方から見た平面図、図７（ｃ）は同図（ａ）の鍵を第４の誘電体層を取り除いて下方から見た平面図である。

個体識別子認証キット２００は、図７の（ａ）に示すように読み出し装置３０及び鍵４０を備える。

読み出し装置３０は、第１のシリコン基板３１を備えている。第１のシリコン基板３１は、第１の基板に相当する。第１のシリコン基板３１上には、半導体発光素子ＬＤ１１及び半導体受光素子ＰＤ１１が互いに所望距離隔てて配置されている。半導体発光素子ＬＤ１１は、例えば半導体リングレーザであり、半導体受光素子ＰＤ１１は例えばリング状をなす。例えば酸化シリコン（ＳｉＯ₂）から作られる第１の誘電体層３２は、半導体発光素子ＬＤ１１及び半導体受光素子ＰＤ１１を含むシリコン基板３１上に当該第１の誘電体層３２表面が平坦になるように設けられている。第１の光導波路３３ａは、第１の誘電体層３２上に設けられ、一端が半導体発光素子ＬＤ１１の上部に薄い第１の誘電体層３２を介して設けられている。すなわち、第１の光導波路３３ａは半導体発光素子ＬＤ１１と光結合される。第１の光導波路３３ａの他端には、第１のグレーティング３４ａが設けられている。第２の光導波路３３ｂは、第１の誘電体層３２上に設けられ、一端が半導体受光素子ＰＤ１１の上部に薄い第１の誘電体層３２を介して設けられている。すなわち、第２の光導波路３３ｂは半導体受光素子ＰＤ１１と光結合される。第２の光導波路３３ｂの他端には、第２のグレーティング３４ｂが設けられている。第１、第２の光導波路３３ａ，３３ｂは、第１の誘電体層３２よりも高い屈折率を有する材料、例えばアモルファスシリコンまたは多結晶シリコンから作られる。また、第１、第２の光導波路３３ａ，３３ｂは断面が例えばリブ型である。例えば酸化シリコン（ＳｉＯ₂）から作られる第２の誘電体層３５は、第１、第２の光導波路３３ａ，３３ｂを含む第１の誘電体層３２上に当該第２の誘電体層３５表面が平坦になるように設けられている。第２の誘電体層３５は、第１の誘電体層３２に比べて十分に薄い厚さを有する。

鍵４０は、第２のシリコン基板４１を備えている。第２のシリコン基板４１は、第２の基板に相当する。例えば酸化シリコン（ＳｉＯ₂）から作られる第３の誘電体層４２は、第２のシリコン基板４１の下面に設けられている。第３の誘電体層４２の下面には、第１及び第２の光導波路３３ａ、３３ｂより高い光散乱性を有する第３の光導波路４３が配置されている。第３の光導波路４３の両端には、第３、第４のグレーティング４４ａ，４４ｂが設けられている。なお、第３の光導波路４３は後述する個体識別子認証キット２００の組合せにおいて、読み出し装置３０の第１、第２の光導波路３３ａ、３３ｂ間に位置する長さを有し、かつ第３の光導波路４３の両端の第３、第４のグレーティング４４ａ，４４ｂが第１、第２の光導波路３３ａ、３３ｂの他端の第１、第２のグレーティング３４ａ、３４ｂとカップリングされる。第３の光導波路４３は、断面が矩形状である。例えば酸化シリコン（ＳｉＯ₂）から作られる第４の誘電体層４５は、第３の光導波路４３を含む第３の誘電体層４２の下面に当該第４の誘電体層４５の表面が平坦になるように設けられている。

次に、前述した第２の実施形態に係る個体識別子認証キット２００の作用を図８を参照して説明する。図８の（ａ）は個体識別子認証キット２００の組み合わせた後の状態示す断面図、図８の（ｂ）は、同図（ａ）の第２のシリコン基板及び第３の誘電体層を取り除いて上方から見た平面図である。

読み出し装置３０の第２の誘電体層３５上面に鍵４０の第４の誘電体層４５下面を当接させる。このとき、鍵４０の第３の光導波路４３を読み出し装置３０の第１、第２の光導波路３３ａ、３３ｂ間に位置させると共に、第３の光導波路４３の両端の第３、第４のグレーティング４４ａ，４４ｂを第１、第２の光導波路３３ａ、３３ｂの他端の第１、第２のグレーティング３４ａ、３４ｂに第２、第４の誘電体層３５，４５を挟んで光カップリングさせる。すなわち、読み出し装置３０の第１の光導波路３３ａは鍵４０の第３の光導波路４３の一端に第１のグレーティング３４ａと第３のグレーティング４４ａの光カップリングにより光結合し、第３の光導波路４３の他端は第２の光導波路３３ｂに第４のグレーティング４４ｂと第２のグレーティング３４ｂの光カップリングにより光結合する。この状態で、半導体発光素子ＬＤ１１から光を出射すると、読み出し装置３０の第１の光導波路３３ａ、鍵４０の第３の光導波路４３、読み出し装置３０の第２の光導波路３３ｂの順に伝搬し、半導体受光素子ＰＤ１１で受光される。第３の光導波路４３は、断面が矩形状であり、断面がリブ型の第１、第２の光導波路３３ａ、３３ｂに比較して高い光散乱性を有する。つまり、矩形状の第３の光導波路４３側面の荒れに起因して高い光散乱性が現われる。そのため、光が第３の光導波路４３を伝搬する際、第１の光導波路３３ａを通して半導体発光素子ＬＤ１１への散乱戻り光が生じる。半導体発光素子ＬＤ１１に対して散乱戻り光が生じると、半導体発光素子ＬＤ１１の動作が不安定化する。

その結果、第２の実施形態に係る個体識別子認証キット２００において、半導体発光素子ＬＤ１１の駆動電流と半導体受光素子ＰＤ１１の検出電流との関係を示すＩ_ＬＤ−Ｉ_ＰＤ曲線を測定した場合、第１の実施形態で説明した図５の（ｂ）と同様にＩ_ＬＤ−Ｉ_ＰＤ曲線には乱れが生じ、特定形状のパターンが現われる。Ｉ_ＬＤ−Ｉ_ＰＤ曲線のパターン形状は、第３の光導波路４３側面の荒れに起因するため、複製や偽造が困難である。

従って、読み出し装置３０に予めをＩ_ＬＤ−Ｉ_ＰＤ曲線を持つ特定形状のパターンを記憶させ、当該読み出し装置３０に鍵４０を組合せた時に、それら読み出し装置３０と鍵４０とで出現されるＩ_ＬＤ−Ｉ_ＰＤ曲線のパターン形状を予め記憶させたＩ_ＬＤ−Ｉ_ＰＤ曲線を持つ特定形状のパターンに照合し、合致するか否かにより鍵４０の個体識別を行うことができる。それ故、第２の実施形態に係る個体識別子認証キット２００は、鍵４０を例えばＩＤカードとして用いることができる。

また、読み出し装置３０において第１、第２の光導波路３３ａ，３３ｂ上に設けられる第２の誘電体層３５、及び鍵４０において第３の光導波路４３の下面に設けられる第４の誘電体層４５は、第１〜第３の光導波路３３ａ，３３ｂ、４３の表面を保護でき、かつ読み出し装置３０と鍵４０とを組み合わせたときの光学的な安定性を向上できる。

このような第２の誘電体層３５及び第４の誘電体層４５の合計厚さは、第１、第２の光導波路３３ａ，３３ｂと第３の光導波路４３の光結合に影響を及ぼす。例えば、前記合計厚さを厚くし過ぎると、第１、第２の光導波路３３ａ，３３ｂの他端の第１、第２のグレーティング３４ａ、３４ｂと第３の光導波路４３の両端の第３、第４のグレーティング４４ａ，４４ｂとの光カップリング性が低下するおそれがある。従って、前記合計厚さは最大で３００ｎｍにすることが好ましい。また、前記合計厚さは第１〜第３の光導波路３３ａ，３３ｂ、４３の表面の保護等を考慮して、最小厚さを５０ｎｍにすることが好ましい。

（第３の実施形態）
第３の実施形態に係る個別識別子認証キットを図９を参照して詳細に説明する。図９の（ａ）は第３の実施形態に係る個体識別子認証キットを組み合わせる前の状態を示す断面図、図９の（ｂ）は同図（ａ）の読み出し装置を上方から見た平面図、図９（ｃ）は同図（ａ）の鍵を第４の誘電体層を取り除いて下方から見た平面図である。

個体識別子認証キット３００は、図９の（ａ）に示すように読み出し装置５０及び鍵６０を備える。

読み出し装置５０は、第１のシリコン基板５１を備えている。第１のシリコン基板５１上には、半導体発光素子ＬＤ２１及び半導体受光素子ＰＤ２１が互いに所望距離隔てて配置されている。半導体発光素子ＬＤ２１は、例えば半導体リングレーザであり、半導体受光素子ＰＤ２１は例えばリング状をなす。例えば酸化シリコン（ＳｉＯ₂）から作られる第１の誘電体層５２は、半導体発光素子ＬＤ２１及び半導体受光素子ＰＤ２１を含むシリコン基板５１上に当該第１の誘電体層５２表面が平坦になるように設けられている。第１の光導波路５３ａは、第１の誘電体層５２上に設けられ、一端が半導体発光素子ＬＤ２１の上部に薄い第１の誘電体層５２を介して設けられている。すなわち、第１の光導波路５３ａは半導体発光素子ＬＤ２１と光結合される。第１の光導波路５３ａの他端部には、先端に向かって縮径したテーパ部５４ａが形成されている。第２の光導波路５３ｂは、第１の誘電体層５２上に設けられ、一端が半導体受光素子ＰＤ２１の上部に薄い第１の誘電体層５２を介して設けられている。すなわち、第２の光導波路５３ｂは半導体受光素子ＰＤ２１と光結合される。第２の光導波路５３ｂの他端部は、先端に向かって縮径したテーパ部５４ｂが形成されている。第１、第２の光導波路５３ａ，５３ｂは、第１の誘電体層５２よりも高い屈折率を有する材料、例えばアモルファスシリコンまたは多結晶シリコンから作られる。また、第１、第２の光導波路５３ａ，５３ｂは断面が例えばリブ型である。例えば酸化シリコン（ＳｉＯ₂）から作られる第２の誘電体層は、第１、第２の光導波路５３ａ，５３ｂを含む第１の誘電体層５２上に当該第２の誘電体層表面が平坦になるように設けられている。第２の誘電体層は、細長状の貫通穴が開口され、当該貫通穴から第１、第２の光導波路５３ａ，５３ｂのテーパ部５４ａ，５４ｂを含む領域が露出されている。細長矩形状の第４の光導波路５５は、第２の誘電体層に開口された細長状の貫通穴内に第２の誘電体層の表面と面一になるように設けられている。当該第４の光導波路５５の両端部は、その下に位置する第１、第２の光導波路５３ａ，５３ｂのテーパ部５４ａ，５４ｂに光結合されている。第４の光導波路５５は、第１、第２の光導波路５３ａ、５３ｂよりも低い屈折率を有する材料、例えばＳｉＯＮから作られている。

鍵６０は、第２のシリコン基板６１を備えている。例えば酸化シリコン（ＳｉＯ₂）から作られる第３の誘電体層６２は、第２のシリコン基板６１の下面に設けられている。第３の誘電体層６２の下面には、第１及び第２の光導波路５３ａ、５３ｂより高い光散乱性を有する、断面が矩形状をなす第３の光導波路６３が配置されている。第３の光導波路６３の両端部には、先端に向かって縮径したテーパ部６４ａ，６４ｂが形成されている。なお、第３の光導波路６３は後述する個体識別子認証キット３００の組合せにおいて、読み出し装置５０の第４の光導波路５５に対応して位置すると共に、第４の光導波路５５の長さより僅かに短い長さを有する。例えば酸化シリコン（ＳｉＯ₂）から作られる第４の誘電体層６５は、第３の光導波路６３を含む第３の誘電体層６２の下面に当該第４の誘電体層６５の表面が平坦になるように設けられている。

次に、第３の実施形態に係る個体識別子認証キット３００の作用を図１０を参照して説明する。図１０の（ａ）は個体識別子認証キット３００の組み合わせた後の状態示す断面図、図１０の（ｂ）は、同図（ａ）の第２のシリコン基板及び第３の誘電体層を取り除いて上方から見た平面図である。

読み出し装置５０の第４の光導波路５５を含む第２の誘電体層上面に鍵６０の第４の誘電体層６５下面を当接させる。このとき、読み出し装置５０は第１、第２の光導波路５３ａ、５３ｂの他端部のテーパ部５４ａ，５４ｂにＳｉＯＮからなる第４の光導波路５５の両端部が光結合され、第４の光導波路５５の全体に鍵６０の第３の光導波路６３が第４の誘電体層６５を挟んで光結合する。この状態で、半導体発光素子ＬＤ２１から光を出射すると、読み出し装置５０の第１の光導波路５３ａ、ＳｉＯＮからなる第４の光導波路５５、鍵６０の第３の光導波路６３、読み出し装置５０の第４の光導波路５５及び第２の光導波路５３ｂの順に伝搬し、半導体受光素子ＰＤ２１で受光される。

第１の光導波路５３ａは第４の光導波路５５に接続する端部に先端に向かって縮径するテーパ部５４ａが形成されているため、第１の光導波路５３ａを伝搬する光は第１の光導波路５３ａの端部において断面積が小さくなるに従い第１の光導波路５３ａから第４の光導波路５５に徐々に光が伝搬する。その結果、第１の光導波路５３ａを伝搬する光は、散乱が小さく、かつ、高い結合効率で第４の光導波路５５に伝播できる。

同様に、鍵６０の第３の光導波路６３は両端部に先端に向かって縮径するテーパ部６４ａ，６４ｂが形成されているため、第３の光導波路６３を伝搬する光は当該第３の光導波路６３の両端部において断面積が小さくなるに従い第３の光導波路６３から第４の光導波路５５に徐々に光が伝搬する。その結果、第４の光導波路５５を伝搬する光は、散乱が小さく、かつ、高い結合効率で第３の光導波路６３に伝播できる。

さらに、同様に第２の光導波路５３ｂは第４の光導波路５５に接続する端部に先端に向かって縮径するテーパ部５４ｂが形成されており、かつ、第２の光導波路５３ｂの屈折率が第４の光導波路５５の屈折率よりも大きいため、第４の光導波路５５を伝搬する光は第２の光導波路５３ｂの端部において第２の光導波路５３ｂの断面積が大きくなるに従い第４の光導波路５５から第２の光導波路５３ｂに徐々に光が伝搬する。その結果、第４の光導波路５５を伝搬する光は、散乱が小さく、かつ、高い結合効率で第２の光導波路５３ｂに伝播できる。

前記半導体発光素子ＬＤ２１から光を出射する際、第３の光導波路６３は断面が矩形状であり、断面がリブ型の第１、第２の光導波路５３ａ、５３ｂ、および、屈折率が小さい第４の光導波路５５に比較して高い光散乱性を有する。つまり、矩形状の第３の光導波路６３側面の荒れに起因して高い光散乱性が現われる。そのため、光が第１の光導波路５３ａ及び第４の光導波路５５を通して第３の光導波路６３を伝搬する際、第４の光導波路５５及び第１の光導波路５３ａを通して半導体発光素子ＬＤ２１への散乱戻り光が生じる。半導体発光素子ＬＤ２１に対して散乱戻り光が生じると、半導体発光素子ＬＤ２１の動作が不安定化する。

その結果、第３の実施形態の個体識別子認証キット３００において、半導体発光素子ＬＤ２１の駆動電流と半導体受光素子ＰＤ２１の検出電流との関係を示すＩ_ＬＤ−Ｉ_ＰＤ曲線を測定した場合、第１の実施形態で説明した図５の（ｂ）と同様なＩ_ＬＤ−Ｉ_ＰＤ曲線には乱れが生じ、特定形状のパターンが現われる。Ｉ_ＬＤ−Ｉ_ＰＤ曲線のパターン形状は、第３の光導波路６３側面の荒れに起因するため、複製や偽造が困難である。

従って、読み出し装置５０に予めをＩ_ＬＤ−Ｉ_ＰＤ曲線を持つ特定形状のパターンを記憶させ、当該読み出し装置５０に鍵６０を組合せた時に、それら読み出し装置５０と鍵６０とで出現されるＩ_ＬＤ−Ｉ_ＰＤ曲線のパターン形状を予め記憶させたＩ_ＬＤ−Ｉ_ＰＤ曲線を持つ特定形状のパターンに照合し、合致するか否かにより鍵６０の個体識別を行うことができる。それ故、第３の実施形態に係る個体識別子認証キット３００は、鍵６０を例えばＩＤカードとして用いることができる。

また、第３の実施形態のように読み出し装置５０の第１の光導波路５３ａ及び第２の光導波路５３ｂと鍵６０の第３の光導波路６３の光結合において、例えばＳｉＯＮからなる第４の光導波路５５を介在することによって、前述した第２の実施形態のように第１の光導波路及び第２の光導波路と鍵の第３の光導波路をグレーティングのカップリングで光結合する場合に比べて光の結合効率を高くできる。読み出し装置５０の第１の光導波路５３ａ及び第２の光導波路５３ｂと鍵６０の第３の光導波路６３の光の結合効率を高くすることによって、第３の光導波路６３で生じた散乱戻り光は減衰が抑えられて半導体発光素子ＬＤ２１に戻すことができる。その結果、第３の光導波路６３の側面の荒れに応じたＩ_ＬＤ−Ｉ_ＰＤ曲線のパターン形状の再現性を向上できる。

さらに、読み出し装置５０において第１、第２の光導波路５３ａ，５３ｂ上に設けられる第２の誘電体層、及び鍵６０において第３の光導波路６３の下面に設けられる第４の誘電体層６５は、第１〜第３の光導波路５３ａ，５３ｂ、６３の表面を保護でき、かつ読み出し装置５０と鍵６０とを組み合わせたときの光学的な安定性を向上できる。

さらに、第４の光導波路５５をＳｉＯＮで作った場合には、第４の光導波路５５上の誘電体層を形成せずに、最上層の面をＳｉＯＮからなる第４の光導波路５５を露出させることができる。その場合でも、読み出し装置５０と鍵６０の組合せにおいて最下層の第４の誘電体層６５をＳｉＯＮからなる第４の光導波路５５を含む第２の誘電体層と良好に密着することが可能になる。

（第４の実施形態）
第４の実施形態に係る個別識別子認証キットを図１１を参照して詳細に説明する。図１１の（ａ）は第４の実施形態に係る個体識別子認証キットを組み合わせる前の状態を示す断面図、図１１の（ｂ）は同図（ａ）の読み出し装置を第２の誘電体層を取り除いて上方から見た平面図、図１１（ｃ）は同図（ａ）の鍵を下方から見た平面図である。

第４の実施形態に係る個体識別子認証キット４００は、図１１の（ａ）に示すように読み出し装置７０及び鍵８０を備える。

読み出し装置７０は、第１のシリコン基板７１を備えている。第１のシリコン基板７１上には、半導体発光素子ＬＤ３１及び半導体受光素子ＰＤ３１が互いに所望距離隔てて配置されている。半導体発光素子ＬＤ３１は、例えば半導体リングレーザであり、半導体受光素子ＰＤ３１は例えばリング状をなす。例えば酸化シリコン（ＳｉＯ₂）から作られる第１の誘電体層７２は、半導体発光素子ＬＤ３１及び半導体受光素子ＰＤ３１を含むシリコン基板７１上に当該第１の誘電体層７２表面が平坦になるように設けられている。第１の光導波路７３ａは、第１の誘電体層７２上に設けられ、一端が半導体発光素子ＬＤ３１の上部に薄い第１の誘電体層７２を介して設けられている。すなわち、第１の光導波路７３ａは半導体発光素子ＬＤ３１と光結合される。第１の光導波路７３ａの他端部には、先端に向かって縮径したテーパ部７４ａが形成されている。第２の光導波路７３ｂは、第１の誘電体層７２上に設けられ、一端が半導体受光素子ＰＤ３１の上部に薄い第１の誘電体層７２を介して設けられている。すなわち、第２の光導波路７３ｂは半導体受光素子ＰＤ３１と光結合される。第２の光導波路７３ｂの他端部には、先端に向かって縮径したテーパ部７４ｂが形成されている。第１、第２の光導波路７３ａ，７３ｂは、第１の誘電体層７２よりも高い屈折率を有する材料、例えばアモルファスシリコンまたは多結晶シリコンから作られる。また、第１、第２の光導波路７３ａ，７３ｂは断面が例えばリブ型である。例えば酸化シリコン（ＳｉＯ₂）から作られる第２の誘電体層７５は、第１、第２の光導波路７３ａ，７３ｂを含む第１の誘電体層７２上に当該第２の誘電体層７５表面が平坦になるように設けられている。第２の誘電体層７５は、第１の誘電体層７２に比べて十分に薄い厚さを有する。

鍵８０は、第２のシリコン基板８１を備えている。例えば酸化シリコン（ＳｉＯ₂）から作られる第３の誘電体層８２は、第２のシリコン基板８１の下面に設けられている。第３の誘電体層８２の下面には、第１及び第２の光導波路７３ａ、７３ｂより高い光散乱性を有する、断面が矩形状をなす第３の光導波路８３が配置されている。第３の光導波路８３の両端部には、先端に向かって縮径したテーパ部８４ａ，８４ｂが形成されている。例えば酸化シリコン（ＳｉＯ₂）から作られる第４の誘電体層８５は、第３の光導波路８３を含む第３の誘電体層８２の下面に設けられている。例えば酸化シリコン（ＳｉＯ₂）から作られる第５の誘電体層は、第４の誘電体層８５下面に当該第５の誘電体層表面が平坦になるように設けられている。第３の光導波路８３に対応する第５の誘電体層部分には、細長状の貫通穴が開口されている。細長矩形状の第５の光導波路８８は、第５の誘電体層に開口された細長状の貫通穴内に第５の誘電体層の下面と面一になるように設けられている。当該第３の光導波路８３の両端部は、その下方に位置する第５の光導波路８６に光結合されている。第５の光導波路８６は、第１、第２の光導波路７３ａ、７３ｂよりも低い屈折率を有する材料、例えばＳｉＯＮから作られている。

次に、第４の実施形態に係る個体識別子認証キット４００の作用を図１２を参照して説明する。図１２の（ａ）は個体識別子認証キット４００の組み合わせた後の状態を示す断面図、図１２の（ｂ）は、同図（ａ）の第２のシリコン基板及び第３の誘電体層を取り除いた平面図である。

読み出し装置７０の第２の誘電体層７５上面に鍵８０の第５の光導波路８６を含む第５の誘電体層下面を当接させる。このとき、読み出し装置７０の第１、第２の光導波路７３ａ、７３ｂの他端部のテーパ部７４ａ，７４ｂに鍵８０のＳｉＯＮからなる第５の光導波路８６の両端部が第２の誘電体層７５を挟んで光結合され、第５の光導波路８６の全体に第３の光導波路８３が第４の誘電体層８５を挟んで光結合する。すなわち、読み出し装置７０に鍵８０を組み合せたときの、第１、第２の光導波路７３ａ、７３ｂ、第５の光導波路８６及び第３の光導波路８３の光結合形態は、前述した第３の実施形態と実質的に同じである。この状態で、半導体発光素子ＬＤ３１から光を出射すると、読み出し装置７０の第１の光導波路７３ａ、鍵８０のＳｉＯＮからなる第５の光導波路８６、第３の光導波路８３及び第２の光導波路７３ｂの順に伝搬し、半導体受光素子ＰＤ３１で受光される。

従って、第４の実施形態に係る個体識別子認証キット４００において、半導体発光素子ＬＤ３１の駆動電流と半導体受光素子ＰＤ３１の検出電流との関係を示すＩ_ＬＤ−Ｉ_ＰＤ曲線を測定した場合、第１の実施形態で説明した図５の（ｂ）と同様にＩ_ＬＤ−Ｉ_ＰＤ曲線には乱れが生じ、特定形状のパターンが現われる。Ｉ_ＬＤ−Ｉ_ＰＤ曲線のパターン形状は、半導体発光素子ＬＤ３１への散乱戻り光の量等に決定されるため、複製や偽造が困難である。

第３の実施形態と同様に読み出し装置７０に予めをＩ_ＬＤ−Ｉ_ＰＤ曲線を持つ特定形状のパターンを記憶させ、当該読み出し装置７０に鍵８０を組合せた時に、それら読み出し装置７０と鍵８０とで出現されるＩ_ＬＤ−Ｉ_ＰＤ曲線のパターン形状を予め記憶させたＩ_ＬＤ−Ｉ_ＰＤ曲線を持つ特定形状のパターンに照合し、合致するか否かにより鍵８０の個体識別を行うことができる。それ故、第４の実施形態に係る個体識別子認証キット４００は、鍵８０を例えばＩＤカードとして用いることができる。

本発明の幾つかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

ＰＷＤ…光配線デバイス、Ｄ…デバイス、Ｍ…メモリ部、１００…メモリチップ、１０…第１の光配線、２０…第２の光配線、ＬＤ…半導体発光素子、ＰＤ…半導体受光素子、１…シリコン基板、３…第１の光導波路、５…第２の光導波路、２００，３００，４００…個別識別子認証キット、３０，５０，７０…読み出し装置、４０，６０，８０…鍵、３１，５１，７１…第１のシリコン基板、４１，６１，８１…第２のシリコン基板、３３ａ，５３ａ，７３ａ…第１の光導波路、３３ｂ，５３ｂ，７３ｂ…第２の光導波路、４３，６３，８３…第３の光導波路、５５…第４の光導波路、８６…第５の光導波路。

Claims (10)

1. 第１の基板；
   前記第１の基板上に配置され、第１の半導体発光素子と、第１の半導体受光素子と、前記第１の半導体発光素子及び前記第１の半導体受光素子に光結合する第１の光導波路とを備えるデータ伝送用の第１の光配線；及び
   前記第１の基板上に配置され、第２の半導体発光素子と、第２の半導体受光素子と、前記第２の半導体発光素子及び前記第２の半導体受光素子に光結合する第２の光導波路とを備える個別識別子用の第２の光配線；
   を具備し、
   前記第２の光導波路は、前記第１の光導波路よりも高い光散乱性を有することを特徴とする光配線デバイス。
2. 前記第１の光導波路の断面形状はリブ形状であり、前記第２の光導波路の断面形状は矩形状であることを特徴とする請求項１に記載の光配線デバイス。
3. 前記第２の半導体発光素子は、半導体リングレーザであることを特徴とする請求項１又は２に記載の光配線デバイス。
4. 第１の基板と、前記第１の基板上に配置される半導体発光素子及び半導体受光素子と、前記半導体発光素子及び前記半導体受光素子にそれぞれ光結合する第１及び第２の光導波路とを備える読み出し装置；及び
   第２の基板と、前記第２の基板上に配置され、前記第１及び第２の光導波路より高い光散乱性を有する第３の光導波路とを備える鍵；
   を具備し、
   前記読み出し装置に対して前記鍵を組み合わせたとき、前記読み出し装置の前記第１及び第２の光導波路と前記鍵の第３の光導波路とは、それぞれ光結合されることを特徴とする個体識別子認証キット。
5. 前記第１及び第２の光導波路の断面形状はリブ形状であり、前記第３の光導波路の断面形状は矩形状であることを特徴とする請求項４に記載の個体識別子認証キット。
6. 前記第１の光導波路は、一端が前記半導体発光素子と光結合し、その他端にグレーティングが設けられ、
   前記第２の光導波路は、一端が前記半導体受光素子と光結合し、その他端にグレーティングが設けられ、
   前記第３の光導波路は、両端にグレーティングが設けられていることを特徴とする請求項４又は５に記載の個体識別子認証キット。
7. 前記読み出し装置は、前記第１及び第２の光導波路に、光結合する第４の光導波路をさらに備え、
   前記第４の光導波路は、前記第１及び第２の光導波路よりも低い屈折率を有する材料からなり、
   前記読み出し装置に対して前記鍵を組み合わせたとき、前記鍵の前記第３の光導波路は、前記読み出し装置の前記第４の光導波路を通して前記読み出し装置の前記第１及び第２の光導波路と光結合されることを特徴とする請求項４に記載の個体識別子認証キット。
8. 前記鍵は、前記第３の光導波路に、光結合する第５の光導波路をさらに備え、
   前記第５の光導波路は、前記第１及び第２の光導波路よりも低い屈折率を有する材料からなり、
   前記読み出し装置に対して前記鍵を組み合わせたとき、前記鍵の前記第３の光導波路は、前記鍵の前記第５の光導波路を通して前記読み出し装置の前記第１及び第２の光導波路と光結合されることを特徴とする請求項４に記載の個体識別子認証キット。
9. 前記第４の光導波路及び前記第５の光導波路はＳｉＯＮから作られることを特徴とする請求項７又は８に記載の個体識別子認証キット。
10. 前記半導体発光素子は、半導体リングレーザであることを特徴とする請求項４乃至９のいずれか１項に記載の個体識別子認証キット。

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