JP2002323633A - 光導波路装置及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 小型化が可能で、製造が容易な光導波路装置
及びその製造方法を提供する。 【解決手段】 ＳＯＩ基板１の単結晶シリコン層４上に
シリコン酸化膜５を堆積させ、この上にレジストパター
ン６ａを形成し、これをマスクとしてシリコン酸化膜５
を単結晶シリコン層４が現われるまでエッチング除去し
てシリコン酸化膜パターン５ａを形成する。レジストパ
ターン６ａ除去後、シリコン酸化膜パターン５ａをマス
クとして単結晶シリコン層４を下部クラッドとなる埋め
込み酸化膜３が現われるまでエッチング除去して単結晶
シリコン層からなるコアパターン４ａを形成する。シリ
コン酸化膜パターン５ａ除去後、埋め込み酸化膜３及び
単結晶シリコン層４上に上部クラッドとなるシリコン酸
化膜７を堆積させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ＳＯＩ（Silicon
On Insulator）ウエハを用いて製造された光導波路装置
及びその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、ＮＴＴ Ｒ＆Ｄ、Ｖｏｌ．４
３、Ｎｏ．１１、１９９４、第１２７３〜１２８０頁、
「プレーナ光波回路技術の現状と将来」（河内正夫）に
は、シリコン基板上に、下部クラッド、コア（以下にお
いて、平面的に広がる特定の形状を持つコア層を示す場
合には「コアのパターン」という。）、及び上部クラッ
ドをこの順に積層させた構造を持つ光導波路装置が開示
されている。このような従来の光導波路装置において
は、下部クラッド（又は上部クラッド）とコアとの比屈
折率差は、０．２５％〜２％程度であった。また、下部
クラッド及び上部クラッドの膜厚は、１５μｍ〜３０μ
ｍ程度であり、コアの断面寸法は、幅４μｍ〜１０μ
ｍ、高さ４μｍ〜１０μｍ程度であった。

【０００３】また、上記文献には、下部クラッド、コ
ア、及び上部クラッドのそれぞれの形成方法として、四
塩化シリコンを酸水素炎中で加水分解して得られた酸化
シリコンガラス微粒子（粒径約０．１μｍ）を堆積さ
せ、１２５０℃以上で加熱して酸化シリコンガラス膜と
する方法が開示されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来の光導波路装置においては、コアとクラッドとの
比屈折率差が２％程度以下と小さいため、コアのパター
ンの曲がり部の曲率半径を１ｍｍ〜２５ｍｍと大きくせ
ざるを得ず、その結果、光導波路装置のサイズが大きく
なるという問題があった。

【０００５】また、上記した従来の光導波路装置の製造
方法においては、高温で長時間の熱処理が必要であり、
このため製造工程の簡素化、製造時間の短縮が難しいと
いう問題があった。

【０００６】そこで、本発明は上記したような従来技術
の課題を解決するためになされたものであり、その目的
とするところは、小型化が可能で、製造が容易な光導波
路装置及びその製造方法を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明に係る光導波路装
置は、基部と埋め込みシリコン酸化膜と単結晶シリコン
層とをこの順に積層させた構造を持つＳＯＩ基板を有す
る装置であって、上記ＳＯＩ基板の単結晶シリコン層の
パターンをコアとし、上記ＳＯＩ基板の埋め込みシリコ
ン酸化膜を下部クラッドとしたことを特徴としている。

【０００８】また、上記コア及び上記下部クラッド上に
堆積したシリコン酸化膜から構成された上部クラッドを
設けることができる。

【０００９】また、上記コアの幅及び高さが５μｍ以上
であり、上記コアに接する部分における上記下部クラッ
ドの厚さが０．１２μｍ以下であることが望ましい。

【００１０】また、上記コアのパターンは、第一の部分
と、上記第一の部分から２つに分岐された第二の部分と
を有することができる。

【００１１】また、上記上部クラッド上に加熱手段を備
え、上記コアのパターンの上記加熱手段の真下の部分を
熱光学効果を利用した屈折率変化部とすることができ
る。

【００１２】また、上記ＳＯＩ基板上に、上記コアに連
結されたレーザダイオードを備えることができる。

【００１３】また、上記ＳＯＩ基板上に、上記コアに連
結されたフォトダイオードを備えることができる。

【００１４】また、上記ＳＯＩ基板上に、上記コアに連
結される光ファイバを搭載するＶ字状溝を形成すること
ができる。

【００１５】また、上記ＳＯＩ基板上に、電子回路を備
えることができる。

【００１６】また、上記下部クラッド、上記コア、及び
上記上部クラッドにより、アレイ導波路格子を構成する
ことができる。

【００１７】本発明に係る光導波路装置の製造方法は、
基部と第一のシリコン酸化膜と単結晶シリコン層とをこ
の順に積層させた構造を持つＳＯＩ基板を用い、上記Ｓ
ＯＩ基板の上記単結晶シリコン層上に第二のシリコン酸
化膜を堆積させる工程と、上記第二のシリコン酸化膜上
にレジストパターンを形成する工程と、上記レジストパ
ターンをマスクとして、上記第二のシリコン酸化膜を上
記単結晶シリコン層が現われるまでエッチング除去して
上記第二のシリコン酸化膜のパターンを形成する工程
と、上記レジストパターンを除去する工程と、上記第二
のシリコン酸化膜のパターンをマスクとして、上記単結
晶シリコン層を、下部クラッドとなる上記第一のシリコ
ン酸化膜が現われるまでエッチング除去して、上記単結
晶シリコン層からなるコアのパターンを形成する工程
と、上記第二のシリコン酸化膜のパターンを除去する工
程とを有することを特徴としている。

【００１８】また、上記第二のシリコン酸化膜のパター
ンを除去する工程の後に、上記第一のシリコン酸化膜及
び上記単結晶シリコン層上に上部クラッドとなる第三の
シリコン酸化膜を堆積させる工程を有してもよい。

【００１９】また、上記第二のシリコン酸化膜を堆積さ
せる工程は、テトラエトキシシラン及び酸素を含む原料
ガスを用いたプラズマ化学気相成長法によることができ
る。

【００２０】また、上記レジストパターンを形成する工
程を、上記第二のシリコン酸化膜上にレジストを塗布
し、その後加熱する工程と、上記レジストの所望の位置
に紫外線を照射する工程と、上記レジストを現像して上
記レジストパターンを形成する工程とを有する工程とす
ることができる。

【００２１】また、上記第二のシリコン酸化膜のパター
ンを形成する工程は、ＣＨＦ_３を含むエッチングガスを
用いた反応性イオンエッチング法によることができる。

【００２２】また、上記単結晶シリコン層からなるコア
のパターンを形成する工程は、Ｃｌ _２及びＣＨＦ_３を含
むエッチングガスを用いた反応性イオンエッチング法に
よることができる。

【００２３】また、上記レジストパターンを形成する工
程において形成される上記レジストパターンの幅を、上
記単結晶シリコン層からなるコアのパターンを形成する
工程において得られる上記コアのパターンの目標幅より
約１．５μｍ広く形成することが望ましい。

【００２４】また、上記第二のシリコン酸化膜のパター
ンを形成する工程において形成される上記第二のシリコ
ン酸化膜のパターンの幅を、上記単結晶シリコン層から
なるコアのパターンを形成する工程において得られる上
記コアのパターンの目標幅より１μｍ程度広く形成する
ことが望ましい。

【００２５】また、上記第三のシリコン酸化膜を堆積さ
せる工程は、テトラエトキシシラン及び酸素を含む原料
ガスを用いたプラズマ化学気相成長法によることができ
る。

【００２６】また、上記第三のシリコン酸化膜を堆積さ
せる工程が、スパッタ法又は蒸着法によることができ
る。

【００２７】

【発明の実施の形態】実施の形態１ 図１（ａ）から（ｈ）までは、本発明の実施の形態１に
係る光導波路装置の製造方法における各工程を概略的な
縦断面形状で示す工程図である。

【００２８】実施の形態１に係る光導波路装置の製造方
法においては、先ず、ＳＯＩ基板（ＳＯＩウエハ）１を
用意する（図１（ａ）参照）。ＳＯＩ基板１は、シリコ
ンからなる基部２と、埋め込み酸化膜（シリコン酸化
膜）３と、単結晶シリコン層４とを、この順で積層させ
た構造を持つ。ここでは、埋め込み酸化膜３の厚さが
０．０５μｍであり、単結晶シリコン層４の厚さが７μ
ｍのものを用いた場合を説明する。これらの値は、望ま
しい値の一例であり、本発明はこれらの値には限定され
ない。単結晶シリコン層４は光導波路のコアになる部分
であるので、その厚さは、製造された光導波路に連結さ
れる光ファイバのコアの直径に応じて選択すればよく、
一般には、５μｍ以上である。埋め込み酸化膜３の厚さ
もコアとなる単結晶シリコン層４の厚さ等の条件に応じ
て適切な厚さのものを選択すればよい。

【００２９】次に、ＳＯＩ基板１を、温度が２０℃であ
り濃度が１％のフッ化水素酸溶液で２０秒間洗浄し、そ
の後、純水により５分間リンスする。但し、洗浄液の種
類、洗浄液の濃度、洗浄時間、リンスの方法は、上記し
たものには限定されず、ＳＯＩ基板１の表面の不純物が
除去できる方法であれば、他の方法であってもよい。

【００３０】次に、ＳＯＩ基板１の単結晶シリコン層４
上に、単結晶シリコン層４をドライエッチングするため
のマスクとなるシリコン酸化膜５を堆積させる（図１
（ｂ）参照）。この工程には、平行平板型プラズマ化学
気相成長法（ＰＣＶＤ）を使用し、原料ガスとしてはテ
トラエトキシシラン（ＴＥＯＳ）及び酸素を用いる。こ
の工程においては、ＴＥＯＳの温度を８０℃にし、ＰＣ
ＶＤチャンバー（図示せず）内の基板ステージ（図示せ
ず）の温度を４００℃に加熱しておき、基板ステージ上
にＳＯＩ基板１を設置する。そして、ＴＥＯＳ及び酸素
の流量をそれぞれ、１２ｓｃｃｍ（Standard Cubic Cen
timeter per Minute：毎分１立方センチメートル（標準
状態換算））及び４００ｓｃｃｍとして、ＰＣＶＤチャ
ンバーに導入し、チャンバー内の圧力を５０Ｐａとし、
周波数１３．５６ＭＨｚ、出力１．６Ｗ／ｃｍ^２の高周
波電力を印加してプラズマを発生させる。１０分間放電
した後、電力の印加を停止し、ＳＯＩ基板１を基板ステ
ージ上から取り出すと、ＳＯＩ基板１の単結晶シリコン
層４上に膜厚が約１μｍのシリコン酸化膜５が形成され
ている。但し、シリコン酸化膜５を堆積させる工程は、
上記のものには限定されない。

【００３１】次に、温度１２０℃で３０分間加熱し、シ
リコン酸化膜５を備えたＳＯＩ基板１表面の水分等を除
去する。その後、シリコン酸化膜５を備えたＳＯＩ基板
１を室温に戻し、ポジレジストをＳＯＩ基板１に備えら
れたシリコン酸化膜５表面に１．５ｃｃ滴下し、ＳＯＩ
基板１を３０００ｒｐｍで２０秒間回転させ、ポジレジ
スト（以下、単に「レジスト」という。）６を厚さ約１
μｍ塗布する（図１（ｃ）参照）。但し、レジスト６の
形成工程は、上記の方法に限定されない。また、ポジレ
ジストではなくネガレジストを用いることもできる。

【００３２】次に、温度９０℃で３０分間、レジスト６
が塗布されたＳＯＩ基板１を加熱する。その後、レジス
ト６が塗布されたＳＯＩ基板１を室温に戻し、所望のマ
スク（図示せず）を用いて紫外線を照射する光露光法に
より、レジスト６に光回路パターンを転写する。その
後、レジスト６を現像してシリコン酸化膜５上にレジス
トパターン６ａを形成する（図１（ｄ）参照）。その
後、温度１２０℃で３０分間、レジストパターン６ａを
備えたＳＯＩ基板１を加熱する。

【００３３】次に、レジストパターン６ａをマスクと
し、ＣＨＦ_３をエッチングガスとした反応性イオンエッ
チング法により、単結晶シリコン層４が現われるまで、
シリコン酸化膜５をエッチングする（図１（ｅ）参
照）。その後、レジストパターン６ａを除去する。図１
（ｅ）の工程において形成されるシリコン酸化膜パター
ン５ａの幅は、レジストパターン６ａの幅より約０．５
μｍ細くなるので、マスクとしてのレジストパターン６
ａの幅は、この値を考慮して決定する必要がある。

【００３４】次に、シリコン酸化膜パターン５ａをマス
クとし、Ｃｌ_２に２０％のＣＨＦ_３を添加したエッチン
グガスを用いた反応性イオンエッチング法により、埋め
込み酸化膜３が現われるまで単結晶シリコン層４をエッ
チング除去し、コア４ａのパターンを形成する（図１
（ｆ）参照）。エッチングの終了は、埋め込み酸化膜３
が現われることにより検知できる。このときのエッチン
グ深さ（コア４ａの高さ）は約７μｍとなる。図１
（ｆ）の工程において形成されるコア４ａの幅は、シリ
コン酸化膜パターン５ａの幅より約１μｍ細くなるの
で、マスクとしてのシリコン酸化膜パターン５ａは、こ
の値を考慮して決定する必要がある。例えば、コア４ａ
のパターンを形成する工程におけるコア４ａの目標幅が
約７μｍの場合には、シリコン酸化膜パターン５ａの幅
を、コア４ａより１μｍ程度幅広の約８μｍとする必要
がある。このため、コア４ａのパターンを形成する工程
におけるコア４ａの目標幅が約７μｍの場合には、レジ
ストパターン６ａの幅を、コア４ａより１．５μｍ程度
幅広の約８．５μｍとする必要がある。

【００３５】次に、シリコン酸化膜パターン５ａを除去
する（図１（ｇ）参照）。

【００３６】次に、ＳＯＩ基板１のシリコン酸化膜３及
びコア４ａのパターンの上に、上部クラッド７となるシ
リコン酸化膜を堆積させる（図１（ｈ）参照）。この工
程には、ＰＣＶＤを使用し、原料ガスとしてはＴＥＯＳ
及び酸素を用いる。この工程においては、ＴＥＯＳの温
度を８０℃にし、ＰＣＶＤチャンバー（図示せず）内の
基板ステージ（図示せず）の温度を４００℃に加熱して
おき、基板ステージ上にＳＯＩ基板１を設置する。そし
て、ＴＥＯＳ及び酸素の流量をそれぞれ、１２ｓｃｃｍ
及び４００ｓｃｃｍとして、ＰＣＶＤチャンバーに導入
し、チャンバー内の圧力を５０Ｐａとし、周波数１３．
５６ＭＨｚ、出力１．６Ｗ／ｃｍ^２の高周波電力を印加
してプラズマを発生させる。１０分間放電した後、電力
の印加を停止し、ＳＯＩ基板１を基板ステージ上から取
り出すと、ＳＯＩ基板１の単結晶シリコン層４上に膜厚
が約１μｍのシリコン酸化膜５が形成されている。尚、
上記説明においては、上部クラッド７をプラズマ化学気
相成長法を用いて形成した場合について説明したが、ス
パッタ法や蒸着法を用いて形成してもよい。また、上記
説明においては、屈折率が１．４５程度のシリコン酸化
膜により上部クラッド７を形成する例を示したが、この
上部クラッド７を備えない構成であっても光導波路とし
て機能する。

【００３７】図２は、図１に示された製造方法により製
造された光導波路装置を示す縦断面図である。図２に示
されるように、この光導波路装置は、基部２と埋め込み
酸化膜３と単結晶シリコン層４とをこの順に積層させた
ＳＯＩ基板１（図１（ａ）参照）から作製されている。
ＳＯＩ基板１の単結晶シリコン層４のパターンにより構
成されたコア４ａのパターンと、ＳＯＩ基板１の埋め込
み酸化膜３から構成された下部クラッドと、コア４ａ及
び下部クラッド３（埋め込み酸化膜と同じ符合３を用い
る。）上に堆積したシリコン酸化膜から構成された上部
クラッド７とを有する。ここで、下部クラッド３の厚さ
は約０．０５μｍであり、コア４ａの高さ及び幅は約７
μｍである。

【００３８】実施の形態１に係る製造方法によって製造
された光導波路装置においては、波長１．３μｍ〜１．
６μｍの光に対するコア４ａ（単結晶シリコン層）の屈
折率が約３．５であり、下部クラッド３（シリコン酸化
膜）及び上部クラッド７（シリコン酸化膜）における屈
折率が約１．４５である。従って、コア４ａと下部クラ
ッド３（又は上部クラッド７）との比屈折率差は、約５
８％（＝（３．５−１．４５）÷３．５）となり、この
値は従来の光導波路の比屈折率差（０．２５％〜２％程
度）よりもはるかに大きな値（従来の光導波路の比屈折
率差を１％程度と考えた場合には約５０倍）となる。こ
の結果、コア４ａのパターンの曲がり部分の曲率半径を
小さくでき、コア４ａのパターンに曲がり部を有する光
導波路装置のサイズを小型にすることができる。

【００３９】また、コア４ａの幅及び高さ（例えば、７
μｍ）を光ファイバのコア径とほぼ一致させた場合に
は、光導波路のコアのモードフィールド径と光ファイバ
のモードフィールド径がほぼ等しくなるので、光導波路
と光ファイバとの接続損失を極めて小さくすることがで
きる。

【００４０】また、実施の形態１に係る光導波路装置
は、ＳＯＩ基板１を用いて製造しているので、従来の製
造方法のように電気炉を使用した加熱工程がなく、製造
工程の簡素化、製造時間の短縮が実現できる。

【００４１】図３（ａ）から（ｄ）まではそれぞれ、実
施の形態１に係る光導波路装置の下部クラッド３の厚さ
と伝搬損失との関係をコア４ａの高さ１μｍ、２μｍ、
３μｍ、７μｍの場合について計算により求めた結果を
示す図である。図３（ａ）から（ｄ）までに示されるよ
うに、いずれの場合にも、Ｅ^Ｘ _１１モードの他にＥ^Ｘ
_１２モードが励起される。このＥ^Ｘ _１１モードとＥ^Ｘ
_１２モードの伝搬損失は、下部クラッド３の厚さを薄く
すると急激に低下する。Ｅ^Ｘ _１１モード及びＥ^Ｘ _{１ ２}モ
ード共に、下部クラッド３の厚さが薄くなるほど、伝搬
損失が低下する。しかし、Ｅ^Ｘ _１２モードの低下の割合
は、Ｅ^Ｘ _１１モードの低下の割合より大きい。従って、
適当な下部クラッド３の厚さを選ぶことにより（例え
ば、図３（ｄ）の場合において下部クラッド３の厚さ約
０．０５μｍを選ぶことにより、又は、図３（ｃ）の場
合において下部クラッド３の厚さ約０．１２μｍを選ぶ
ことにより）、Ｅ^Ｘ _１２モードの伝搬損失を大きく低減
させることができる。従って、下部クラッド３の厚さを
適切に選択することにより、単一モードに極めて近い低
損失な光導波路が実現できる。

【００４２】実施の形態２ 図４は、本発明の実施の形態２に係る光導波路装置を概
略的に示す平面図である。実施の形態２に係る光導波路
装置は、ＳＯＩ基板上に形成された１×２カプラであ
る。実施の形態２に係る光導波路装置は、図１（ａ）か
ら（ｈ）に示される工程により製造される。図４におい
て、８は、図２のコア４ａのパターンに相当する。コア
パターン８は、１本の光導波路からなる第一の部分８ａ
と、第一の部分から２本に分岐した第二の部分８ｂとを
有する。第一の部分８ａをＳ_４−Ｓ _４線で切る縦断面形
状は、図２に示される形状と同様である。実施の形態２
に係る光導波路装置においては、ポートＰ_１から入力し
た光が、強度５０％ずつ２つに分割され、分割したそれ
ぞれの光が、ポートＰ_２及びＰ_３から出力する。

【００４３】以上に説明したように、実施の形態２に係
る光導波路装置によれば、コアパターン８と下部クラッ
ド３及び上部クラッド７の比屈折率差を大きくしている
ので、コアパターン８の曲がり部分の曲率半径を従来の
１０分の１以下にすることができる。従って、１×２カ
プラを含む光導波路装置の寸法を、従来のものより小さ
くすることができる。

【００４４】また、コアパターン８の幅及び高さ（例え
ば、７μｍ）を光ファイバのコア径とほぼ一致させた場
合には、コアのモードフィールド径と光ファイバのモー
ドフィールド径がほぼ等しくなるので、光導波路と光フ
ァイバとの接続損失を極めて小さくすることができる。

【００４５】尚、上記説明においては、１×２カプラを
備えた光導波路装置について説明したが、上記実施の形
態２の光導波路装置は、１×２カプラと共に、又は、１
×２カプラに代えて、Ｍ×Ｎカプラ（Ｍ及びＮはそれぞ
れ、入力ポートと出力ポートの個数を示す。）、方向性
結合器、マッハツェンダ等の光回路を備えることもでき
る。

【００４６】また、実施の形態２において、上記以外の
点は、上記実施の形態１の場合と同じである。

【００４７】実施の形態３ 図５（ａ）は、本発明の実施の形態３に係る光導波路装
置を概略的に示す平面図であり、図５（ｂ）は、同図
（ａ）をＳ_５−Ｓ_５線で切る縦断面図である。実施の形
態３に係る光導波路装置は、ＳＯＩ基板上に、２つの３
ｄＢ方向性結合器１０，１１と、２つの同一長のアーム
導波路１２，１３を有する対称形マッハツェンダ干渉計
回路１４とを備えている。ＳＯＩ基板には、アーム導波
路１２，１３上に、Ｃｒ製のヒータ１５，１６が備えら
れ、熱光学光スイッチを形成している。ヒータ１５，１
６を加熱することにより、石英系膜の熱光学効果によ
り、ヒータ１５，１６真下のアーム導波路１２，１３を
通る光信号に位相差を与えクロス状態とバー状態を与え
ることができる。

【００４８】実施の形態３に係る光導波路装置は、図１
（ａ）から（ｈ）までに示される工程によって光導波路
（方向性結合器１０，１１及びアーム導波路１２，１
３）を形成した後に、Ｃｒ製のヒータ１５，１６を形成
することによって製造される。図５（ａ）をＳ_５−Ｓ_５
線で切る縦断面形状は、図５（ｂ）に示されるようにな
る。実施の形態３に係る光導波路装置においては、熱伝
導率の大きなシリコン製の基部２上に、単結晶シリコン
からなるコアパターン（即ち、アーム導波路１２，１
３）が形成されている。また、アーム導波路１２，１３
には、ヒータ１２，１３を利用する熱光学効果を利用し
た屈折率変化部が形成されている。従って、スイッチン
グ時の消費電力を小さくすることができ、また、スイッ
チング時間を短縮することができる。

【００４９】以上に説明したように、実施の形態３に係
る光導波路装置によれば、コアパターンとクラッドとの
比屈折率差を大きくしているので、コアパターンの曲が
り部分の曲率半径を小さくすることができ、よって、装
置の小型化が実現できる。

【００５０】また、コアパターンの幅及び高さ（例え
ば、７μｍ）を光ファイバのコア径とほぼ一致させた場
合には、コアのモードフィールド径と光ファイバのモー
ドフィールド径がほぼ等しくなるので、光導波路と光フ
ァイバとの接続損失を極めて小さくすることができる。

【００５１】尚、上記説明においては、光導波路装置が
２×２スイッチである場合について説明したが、実施の
形態３に係る光導波路装置をＮ×Ｎスイッチ（Ｎは入力
ポート及び出力ポートの個数）とすることもできる。ま
た、ヒータ１５，１６は、Ｃｒ製に限定されない。

【００５２】また、実施の形態３において、上記以外の
点は、上記実施の形態１の場合と同じである。

【００５３】実施の形態４ 図６（ａ）は、本発明の実施の形態４に係る光導波路装
置を概略的に示す平面図であり、図６（ｂ）は、同図
（ａ）をＳ_６−Ｓ_６線で切る縦断面図である。実施の形
態４に係る光導波路装置は、ＳＯＩ基板上に形成された
１×２カプラ２０と、レーザーダイオード（ＬＤ）２１
と、フォトダイオード（ＰＤ）２２と、光ファイバ２３
の位置決めをするためのＶ字状溝２４とをハイブリッド
実装している。実施の形態４に係る光導波路装置の１×
２カプラ２０は、図１（ａ）から（ｈ）までに示される
工程と同様に製造される。尚、図６（ａ）及び（ｂ）に
おいて、２５は、図２のコア４ａのパターンに相当す
る。

【００５４】実施の形態４に係る光導波路装置において
は、ポートＰ_１から入力した光が、強度５０％ずつ２つ
に分離し、分離したそれぞれの光が、ポートＰ_２及びＰ
_３から出力する。ポートＰ_２から出力された光信号はフ
ォトダイオード２２により受信される。一方、レーザー
ダイオード２１から出射された光は、ポートＰ_３からポ
ートＰ_１を通り、光ファイバ２３に入力される。

【００５５】以上に説明したように、実施の形態３に係
る光導波路装置によれば、コアパターン２５とクラッド
３又は７との比屈折率差を大きくしているので、コアパ
ターン２５の曲がり部分の曲率半径を小さくすることが
でき、よって、装置の小型化が実現できる。

【００５６】また、コアパターン２５の幅及び高さ（例
えば、７μｍ）を光ファイバのコア径とほぼ一致させた
場合には、コアのモードフィールド径と光ファイバのモ
ードフィールド径がほぼ等しくなるので、光導波路と光
ファイバとの接続損失を極めて小さくすることができ
る。

【００５７】さらに、光ファイバ搭載用のシリコン（Ｓ
ＯＩ基板の基部７を底部とする。）に形成されたＶ字状
溝２４は、光導波路と同一基板上に寸法制度±０．３μ
ｍ以下で形成されている。このため、光ファイバに光を
入射することなく、位置決めが可能となる。また、ＳＯ
Ｉ基板上にレーザーダイオード２１及びフォトダイオー
ド２２を、実装する台２６を形成することができる。こ
の台２６は、任意の高さに加工することができ、光導波
路とレーザーダイオード２１及びフォトダイオード２２
との高さ調整が可能である。この台２６上に、レーザー
ダイオード２１及びフォトダイオード２２の位置決めを
するためのマークを形成することにより（上記台２６に
よる高さ調整と合わせて行うことにより）、光導波路等
に実際に光を通して確認しなくても、光軸を一致させる
ことができる。また、この台２６は熱伝導率の高いシリ
コンを母材としていることから、レーザーダイオード２
１の放熱器としての機能を果たすこともできる。

【００５８】以上に説明したように、実施の形態４に係
る光導波路装置である光通信モジュールによれば、光集
積回路の作製工程数が低減され、低コスト、小型、低消
費電力化を実現できる。

【００５９】尚、上記説明においては、レーザーダイオ
ード２１及びフォトダイオード２２を実装した場合を説
明したが、これらと共に、又は、これらに代えて、半導
体光増幅器、電界吸収型変調器等の素子をハイブリッド
実装することもできる。また、波長選択のためにフィル
ターを挿入したり、種々の光回路を形成することもでき
る。

【００６０】また、実施の形態４において、上記以外の
点は、上記実施の形態１の場合と同じである。

【００６１】実施の形態５ 図７（ａ）は、本発明の実施の形態５に係る光導波路装
置を概略的に示す平面図であり、図７（ｂ）は、同図
（ａ）をＳ_７−Ｓ_７線で切る縦断面図である。実施の形
態５に係る光導波路装置は、ＳＯＩ基板上に形成された
１×２カプラ３０と、ＣＭＯＳによる電子回路３１，３
２とをハイブリッド実装している。ＣＭＯＳトランジス
タは、ゲート４１と、ゲート酸化膜４２と、ソース４
３、及びドレイン４４とから構成される。電子回路３
１，３２は、光導波路と結合する半導体レーザやフォト
ダイオード周辺に必要となる増幅器や駆動回路を構成す
る。実施の形態５に係る光導波路装置の１×２カプラ３
０は、図１（ａ）から（ｈ）までに示される工程と同様
に製造される。図７（ａ）及び（ｂ）において、２５
は、図２のコア４ａのパターンに相当する。

【００６２】実施の形態５に係る光導波路装置において
は、ポートＰ_１から入力した光が、強度５０％ずつ２つ
に分離し、分離したそれぞれの光が、ポートＰ_２及びＰ
_３から出力する。

【００６３】以上に説明したように、実施の形態５に係
る光導波路装置によれば、コアパターン２５とクラッド
３又は７との比屈折率差を大きくしているので、コアパ
ターン２５の曲がり部分の曲率半径を小さくすることが
でき、よって、装置の小型化が実現できる。

【００６４】また、コアパターン２５の幅及び高さ（例
えば、７μｍ）を光ファイバのコア径とほぼ一致させた
場合には、コアのモードフィールド径と光ファイバのモ
ードフィールド径がほぼ等しくなるので、光導波路と光
ファイバとの接続損失を極めて小さくすることができ
る。

【００６５】さらに、ＳＯＩ基板を用いた電子回路は、
低消費電力で高速な動作が可能であり、電子回路を同一
基板上に集積できるので、より小型、低消費電力の光通
信モジュールが実現できる。

【００６６】また、電子回路としてＣＭＯＳではなくバ
イポーラによる電子回路を形成することもできる。

【００６７】また、実施の形態５において、上記以外の
点は、上記実施の形態１の場合と同じである。

【００６８】実施の形態６ 図８（ａ）は、本発明の実施の形態６に係る光導波路装
置を概略的に示す平面図であり、図８（ｂ）は、従来の
光導波路装置を示す平面図である。実施の形態６に係る
光導波路装置は、ＳＯＩ基板上に形成された８本の入力
導波路５１と、扇型スラブ導波路５２と、２４本の導波
路からなるアレイ導波路格子５３と、扇型スラブ導波路
５４と、８本の出力導波路５５とを有する。

【００６９】図８（ａ）における８本の入力導波路５１
のいずれかに、波長λ_１，…，λ_８の多重された光が入
力されると、入力された光は扇型スラブ導波路５２で放
射されアレー導波路５３へ分配される。アレー導波路５
３を通過した光は、多光束干渉の結果、波長に応じ異な
る位置に焦点を結び、扇型スラブ導波路５４を通過して
波長λ_１，…，λ_８に分離され、出力導波路５５のそれ
ぞれから出力される。

【００７０】以上に説明したように、実施の形態６に係
る光導波路装置によれば、コアパターンとクラッドとの
比屈折率差を大きくしているので、アレイ導波路５３の
曲率半径を小さくすることができる。よって、図８
（ｂ）に示される従来の装置に比べ、装置の小型化が実
現できる。

【００７１】また、コアパターンの幅及び高さ（例え
ば、７μｍ）を光ファイバのコア径とほぼ一致させた場
合には、コアのモードフィールド径と光ファイバのモー
ドフィールド径がほぼ等しくなるので、光導波路と光フ
ァイバとの接続損失を極めて小さくすることができる。

【００７２】また、従来の石英系ガラスを主に用いたア
レイ導波路格子では、石英ガラスの熱光学効果により、
約０．０１５ｎｍ／℃の温度依存性を持つ。そのため、
温度を一定にするためにヒーターやペルチェ素子等によ
る温度制御をアレイ導波路格子全体に均一に行う必要が
あった。本発明によれば、熱伝導率が石英より大きなシ
リコンを母材としているので、温度の均一性、制御性の
向上が期待できる。

【００７３】尚、上記説明においては、入力導波路及び
出力導波路が８チャンネルの例を示したが、これらを１
６チャンネル、３２チェンネル、２５６チャンネルなど
の他のチャンネル数とすることもできる。

【００７４】また、実施の形態６において、上記以外の
点は、上記実施の形態１の場合と同じである。

【００７５】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明による製
造方法又は光導波路装置によれば、コアと下部クラッド
（又は上部クラッド）との比屈折率差を、従来のものよ
りはるかに大きな値とし、コアパターンの曲がり部分の
曲率半径を小さくすることが可能であるので、光導波路
装置のサイズを小型にすることができるという効果があ
る。

【００７６】また、本発明による光導波路装置によれ
ば、コアパターンの幅及び高さを光ファイバのコア径と
ほぼ一致させることにより、光導波路と光ファイバとの
接続損失を極めて小さくすることができるという効果が
ある。

【００７７】また、本発明による製造方法によれば、光
導波路装置をＳＯＩ基板を用いて製造しているので、従
来の製造方法のように電気炉を使用した加熱工程がな
く、製造工程の簡素化、製造時間の短縮が実現できると
いう効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 （ａ）から（ｈ）までは、本発明の実施の形
態１に係る光導波路装置の製造方法の各工程を縦断面形
状で示す工程図である。

【図２】 図１に示された工程により製造された光導波
路装置の縦断面図である。

【図３】 （ａ）から（ｈ）まではそれぞれ、図２の光
導波路装置においてコアの高さを１μｍ、２μｍ、３μ
ｍ、７μｍとしたときの下部クラッドの厚さと伝搬損失
との関係を示す図である。

【図４】 本発明の実施の形態２に係る光導波路装置を
概略的に示す平面図である。

【図５】 （ａ）は、本発明の実施の形態３に係る光導
波路装置を概略的に示す平面図であり、（ｂ）は、同図
（ａ）をＳ_５−Ｓ_５線で切る縦断面図である。

【図６】 （ａ）は、本発明の実施の形態４に係る光導
波路装置を概略的に示す平面図であり、（ｂ）は、同図
（ａ）をＳ_６−Ｓ_６線で切る縦断面図である。

【図７】 （ａ）は、本発明の実施の形態５に係る光導
波路装置を概略的に示す平面図であり、（ｂ）は、同図
（ａ）をＳ_７−Ｓ_７線で切る縦断面図である。

【図８】 （ａ）は、本発明の実施の形態６に係る光導
波路装置を概略的に示す平面図であり、（ｂ）は、実施
の形態６に係る光導波路装置と同様の機能を持つ従来の
光導波路装置を示す平面図である。

【符号の説明】

１ ＳＯＩ基板、 ２ 基部、 ３ 埋め込み酸化膜
（下部クラッド）、 ４単結晶シリコン層、 ４ａ コ
アパターン（コア）、 ５ シリコン酸化膜、５ａ シ
リコン酸化膜パターン、 ６ ポジレジスト、 ６ａ
レジストパターン、 ７ 上部クラッド、 ８ コア、
８ａ 第一の部分、 ８ｂ 第二の部分、 １０，１
１ 方向性結合器、 １２，１３ アーム導波路、 １
５，１６ ヒータ、 ２０ １×２カプラ、 ２１ レ
ーザーダイオード、 ２２ フォトダイオード、 ２３
光ケーブル、 ２４ Ｖ字状溝、 ２５ コアパター
ン、 ３０ １×２カプラ、 ３１，３２ 電子回路。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 荒川 富行 東京都港区虎ノ門１丁目７番12号 沖電気 工業株式会社内 (72)発明者 小野 英輝 東京都港区虎ノ門１丁目７番12号 沖電気 工業株式会社内 (72)発明者 香月 陽一郎 東京都港区虎ノ門１丁目７番12号 沖電気 工業株式会社内 (72)発明者 小柴 正則 北海道札幌市中央区南８条西13丁目 南８ 条住宅401棟42号 (72)発明者 辻 寧英 北海道札幌市中央区南23条西８丁目２−43 Ｆターム(参考） 2H047 KA03 KA12 LA19 MA07 PA01 PA24 QA02 TA01 TA32 TA44

Claims (20)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基部と埋め込みシリコン酸化膜と単結晶
   シリコン層とをこの順に積層させた構造を持つＳＯＩ基
   板を有する光導波路装置において、 上記ＳＯＩ基板の単結晶シリコン層のパターンをコアと
   し、 上記ＳＯＩ基板の埋め込みシリコン酸化膜を下部クラッ
   ドとしたことを特徴とする光導波路装置。
2. 【請求項２】 上記コア及び上記下部クラッド上に堆積
   したシリコン酸化膜から構成された上部クラッドを有す
   ることを特徴とする請求項１に記載の光導波路装置。
3. 【請求項３】 上記コアの幅及び高さが５μｍ以上であ
   り、 上記コアに接する部分における上記下部クラッドの厚さ
   が０．１２μｍ以下であることを特徴とする請求項１又
   は２のいずれかに記載の光導波路装置。
4. 【請求項４】 上記コアのパターンが、 第一の部分と、 上記第一の部分から２つに分岐された第二の部分とを有
   することを特徴とする請求項１から３までのいずれかに
   記載の光導波路装置。
5. 【請求項５】 上記上部クラッド上に加熱手段を備え、 上記コアのパターンの上記加熱手段の真下の部分を熱光
   学効果を利用した屈折率変化部としたことを特徴とする
   請求項２に記載の光導波路装置。
6. 【請求項６】 上記ＳＯＩ基板上に、上記コアに連結さ
   れたレーザダイオードを備えたことを特徴とする請求項
   １から５までのいずれかに記載の光導波路装置。
7. 【請求項７】 上記ＳＯＩ基板上に、上記コアに連結さ
   れたフォトダイオードを備えたことを特徴とする請求項
   １から６までのいずれかに記載の光導波路装置。
8. 【請求項８】 上記ＳＯＩ基板上に、上記コアに連結さ
   れる光ファイバを搭載するＶ字状溝を形成したことを特
   徴とする請求項１から７までのいずれかに記載の光導波
   路装置。
9. 【請求項９】 上記ＳＯＩ基板上に、電子回路を備えた
   ことを特徴とする請求項１から８までのいずれかに記載
   の光導波路装置。
10. 【請求項１０】 上記下部クラッド、上記コア、及び上
    記上部クラッドにより、アレイ導波路格子を構成したこ
    とを特徴とする請求項２に記載の光導波路装置。
11. 【請求項１１】 基部と第一のシリコン酸化膜と単結晶
    シリコン層とをこの順に積層させた構造を持つＳＯＩ基
    板を用い、上記ＳＯＩ基板の上記単結晶シリコン層上に
    第二のシリコン酸化膜を堆積させる工程と、 上記第二のシリコン酸化膜上にレジストパターンを形成
    する工程と、 上記レジストパターンをマスクとして、上記第二のシリ
    コン酸化膜を上記単結晶シリコン層が現われるまでエッ
    チング除去して上記第二のシリコン酸化膜のパターンを
    形成する工程と、 上記レジストパターンを除去する工程と、 上記第二のシリコン酸化膜のパターンをマスクとして、
    上記単結晶シリコン層を、下部クラッドとなる上記第一
    のシリコン酸化膜が現われるまでエッチング除去して、
    上記単結晶シリコン層からなるコアのパターンを形成す
    る工程と、 上記第二のシリコン酸化膜のパターンを除去する工程と
    を有することを特徴とする光導波路装置の製造方法。
12. 【請求項１２】 上記第二のシリコン酸化膜のパターン
    を除去する工程の後に、上記第一のシリコン酸化膜及び
    上記単結晶シリコン層上に上部クラッドとなる第三のシ
    リコン酸化膜を堆積させる工程を有することを特徴とす
    る請求項１１に記載の光導波路装置の製造方法。
13. 【請求項１３】 上記第二のシリコン酸化膜を堆積させ
    る工程が、テトラエトキシシラン及び酸素を含む原料ガ
    スを用いたプラズマ化学気相成長法により行われること
    を特徴とする請求項１１又は１２のいずれかに記載の光
    導波路装置の製造方法。
14. 【請求項１４】 上記レジストパターンを形成する工程
    が、 上記第二のシリコン酸化膜上にレジストを塗布し、その
    後加熱する工程と、 上記レジストの所望の位置に紫外線を照射する工程と、 上記レジストを現像して上記レジストパターンを形成す
    る工程とを有することを特徴とする請求項１１から１３
    までのいずれかに記載の光導波路装置の製造方法。
15. 【請求項１５】 上記第二のシリコン酸化膜のパターン
    を形成する工程が、ＣＨＦ_３を含むエッチングガスを用
    いた反応性イオンエッチング法により行われることを特
    徴とする請求項１１から１４までのいずれかに記載の光
    導波路装置の製造方法。
16. 【請求項１６】 上記単結晶シリコン層からなるコアの
    パターンを形成する工程が、Ｃｌ_２及びＣＨＦ_３を含む
    エッチングガスを用いた反応性イオンエッチング法によ
    り行われることを特徴とする請求項１１から１５までの
    いずれかに記載の光導波路装置の製造方法。
17. 【請求項１７】 上記レジストパターンを形成する工程
    において形成される上記レジストパターンの幅を、上記
    単結晶シリコン層からなるコアのパターンを形成する工
    程において得られる上記コアのパターンの目標幅より約
    １．５μｍ広く形成することを特徴とする請求項１１か
    ら１６までのいずれかに記載の光導波路装置の製造方
    法。
18. 【請求項１８】 上記第二のシリコン酸化膜のパターン
    を形成する工程において形成される上記第二のシリコン
    酸化膜のパターンの幅を、上記単結晶シリコン層からな
    るコアのパターンを形成する工程において得られる上記
    コアのパターンの目標幅より１μｍ程度広く形成するこ
    とを特徴とする請求項１１から１７までのいずれかに記
    載の光導波路装置の製造方法。
19. 【請求項１９】 上記第三のシリコン酸化膜を堆積させ
    る工程が、テトラエトキシシラン及び酸素を含む原料ガ
    スを用いたプラズマ化学気相成長法により行われること
    を特徴とする請求項１２に記載の光導波路装置の製造方
    法。
20. 【請求項２０】 上記第三のシリコン酸化膜を堆積させ
    る工程が、スパッタ法又は蒸着法により行われることを
    特徴とする請求項１２に記載の光導波路装置の製造方
    法。