JP2003215361A - Optical functional element and method for producing the same - Google Patents

Optical functional element and method for producing the same

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JP2003215361A
JP2003215361A JP2002012140A JP2002012140A JP2003215361A JP 2003215361 A JP2003215361 A JP 2003215361A JP 2002012140 A JP2002012140 A JP 2002012140A JP 2002012140 A JP2002012140 A JP 2002012140A JP 2003215361 A JP2003215361 A JP 2003215361A
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compound region
forming
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JP2002012140A
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Japanese (ja)
Inventor
Akihiko Murai
章彦 村井
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Panasonic Electric Works Co Ltd
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Matsushita Electric Works Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical functional element having high mechanical strength and high reliability and a method for producing the same. <P>SOLUTION: A photo acceptance unit 6 which accepts light reflected by a grating 5 after passing through a photonic crystal 4 is disposed on a silicon layer 3 as a substrate layer. The photonic crystal 4 has a three-dimensional periodic structure in which a large number of silicon regions 41 comprising Si and a large number of compound regions 42 comprising SiO<SB>2</SB>are three- dimensionally and alternately arranged with a period approximate to the wavelength of propagated light and the grating 5 has a one-dimensional periodic structure in which a large number of compound regions 51 comprising SiO<SB>2</SB>are one-dimensionally arranged at intervals approximate to the wavelength of propagated light. The region in the silicon layer 3 except the compound regions 42, 51 constitute a substrate region and the compound regions 42, 51 are selectively formed in the silicon layer 3 by utilizing lithography and ion implantation. Each silicon region 41 comprises part of the substrate region. <P>COPYRIGHT: (C)2003,JPO

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、光機能素子および
その製造方法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical functional device and a method for manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、複雑な光制御が要求される高密度
波長通信などの急速な発展に伴い光導波路、発光素子、
受光素子のような光電変換素子、波長フィルタ、グレー
ティング(回折格子)などから構成される光集積回路が
注目されている。
2. Description of the Related Art In recent years, with the rapid development of high-density wavelength communication, which requires complicated optical control, optical waveguides, light-emitting devices,
An optical integrated circuit including a photoelectric conversion element such as a light receiving element, a wavelength filter, a grating (diffraction grating), and the like has been receiving attention.

【0003】ここにおいて、光導波路としては、屈折率
の高いコアと屈折率の低いクラッドとの間の比屈折率差
が0.5%以下と小さい従来の石英系導波路に対して半
導体のような高屈折率のコア材料を利用した光導波路に
ついての開発が各所で行われている。なお、上述の比屈
折率差は、コアの屈折率をn1、クラッドの屈折率をn2
とすれば、(n1 2−n2 2)/(2n1 2)で求められる値
である。
Here, as an optical waveguide, a conventional silica-based waveguide has a small relative refractive index difference of 0.5% or less between a core having a high refractive index and a clad having a low refractive index. Optical waveguides using various core materials with high refractive index are being developed in various places. The above-mentioned relative refractive index difference has a core refractive index n 1 and a cladding refractive index n 2
Then, it is a value obtained by (n 1 2 −n 2 2 ) / (2n 1 2 ).

【0004】また、光集積回路などに応用する光機能素
子として、屈折率の異なる2種類の物質からなりその配
列が伝搬光の波長程度(波長の2分の1程度)の周期構
造若しくは準周期構造を有するフォトニック結晶が各所
で研究開発されている。なお、フォトニック結晶として
は、屈折率の異なる物質を交互に2次元周期的に配列し
た2次元周期構造を有するものと、3次元周期的に配列
した3次元周期構造を有するものとが知られている。
Further, as an optical functional element applied to an optical integrated circuit or the like, a periodic structure or a quasi-periodic structure composed of two kinds of substances having different refractive indexes and having an arrangement of about the wavelength of the propagating light (about half the wavelength) is provided. Photonic crystals having a structure are being researched and developed in various places. As the photonic crystal, one having a two-dimensional periodic structure in which substances having different refractive indices are alternately arranged in a two-dimensional periodic structure and one having a three-dimensional periodic structure in which three-dimensional periodic arrangement is known are known. ing.

【0005】2次元周期構造を有するフォトニック結晶
としては、半導体基板の一表面側に多数の円孔が2次元
周期的に配列されたものや、半導体からなる円柱状の多
数の柱体が2次元周期的に配列されたものなどが知られ
ているが、このような2次元周期構造を有するフォトニ
ック結晶はリソグラフィ技術(フォトリソグラフィ技術
あるいは電子ビームリソグラフィ技術)とドライエッチ
ング技術とを利用して形成することができる。これらの
2次元周期構造を有するフォトニック結晶では、屈折率
の異なる2つの物質のうちの一方が半導体で他方が空気
となる。なお、2次元周期構造のフォトニック結晶は、
3次元のうちの残る1次元については周期構造が形成さ
れていないので、この残る1次元についてはフォトニッ
ク結晶の特性を示さない。
As the photonic crystal having a two-dimensional periodic structure, one having a large number of circular holes arranged in a two-dimensional periodic manner on one surface side of a semiconductor substrate and a large number of columnar pillars made of semiconductor are two. One having a two-dimensional periodic structure is known, and a photonic crystal having such a two-dimensional periodic structure uses a lithography technique (photolithography technique or electron beam lithography technique) and a dry etching technique. Can be formed. In the photonic crystal having these two-dimensional periodic structures, one of the two substances having different refractive indexes is a semiconductor and the other is air. The photonic crystal with a two-dimensional periodic structure is
Since the periodic structure is not formed in the remaining one dimension of the three dimensions, the characteristic of the photonic crystal is not shown in the remaining one dimension.

【0006】また、3次元周期構造を有するフォトニッ
ク結晶としては、例えば、図5に示すような自己クロー
ニング型と呼ばれている3次元周期構造を有するもの
(特開平10−335758号公報参照)や、図6に示
すようなウッドパイル(woodpile)型と呼ばれている3
次元周期構造を有するもの(特開2001−74955
号公報参照)が提案されている。
As a photonic crystal having a three-dimensional periodic structure, for example, one having a three-dimensional periodic structure called a self-cloning type as shown in FIG. 5 (see Japanese Patent Laid-Open No. 10-335758). Or called a woodpile type as shown in FIG.
Having a dimensional periodic structure (Japanese Patent Laid-Open No. 2001-74955)
(See Japanese Patent Publication).

【0007】図5に示したフォトニック結晶4’は、一
表面に円形の穴(図示せず)が2次元的な周期構造を有
するように形成された基板(例えば、シリコン基板)1
0の上記一表面側に第1の物質(例えば、アモルファス
Si:以下、a−Siと称す)からなる第1の薄膜層4
aと第2の物質(例えば、SiO2)からなる第2の薄
膜層4bとを交互に積層することにより形成されるもの
であって、基板10の上記一表面に平行な面内では基板
10の上記一表面の凹凸の周期を反映した周期構造が形
成され、さらに基板10の厚み方向には交互積層による
周期性が現れており、全体として3次元周期構造を有し
ている。
The photonic crystal 4'shown in FIG. 5 has a substrate (for example, a silicon substrate) 1 having circular holes (not shown) formed on one surface thereof so as to have a two-dimensional periodic structure.
0 on the one surface side of the first thin film layer 4 made of a first substance (for example, amorphous Si: hereinafter referred to as a-Si)
a and a second thin film layer 4b made of a second substance (for example, SiO 2 ) are alternately laminated, and the substrate 10 is formed in a plane parallel to the one surface of the substrate 10. The periodic structure reflecting the period of the irregularities on the one surface is formed, and the periodicity due to the alternate lamination appears in the thickness direction of the substrate 10, and has a three-dimensional periodic structure as a whole.

【0008】以下、図5に示したフォトニック結晶4’
の製造方法の一例について簡単に説明する。
Hereinafter, the photonic crystal 4'shown in FIG.
An example of the manufacturing method will be briefly described.

【0009】まず、シリコン基板よりなる基板10の一
表面上に電子ビーム用のレジスト層を塗布形成し、上記
円形の穴を形成するためにレジスト層をパターニングし
た後、基板10の露出した部位を上記周期に応じて設定
した所定深さまでエッチングすることにより基板10の
一表面に周期的な凹凸を形成し、上記レジスト層を除去
する。なお、上記凹凸の周期構造の周期は入射光の波長
の2分の1程度となるように設定する。
First, a resist layer for an electron beam is applied on one surface of a substrate 10 made of a silicon substrate, and the resist layer is patterned to form the circular hole, and then the exposed portion of the substrate 10 is removed. By etching to a predetermined depth set according to the above cycle, periodic unevenness is formed on one surface of the substrate 10, and the resist layer is removed. The period of the periodic structure of the irregularities is set to be about ½ of the wavelength of incident light.

【0010】上述のように基板10の一表面に凹凸の周
期構造を形成して上記レジスト層を除去した後、デポジ
ションと同時にエッチングを行うrfバイアススパッタ
リング法により基板10の一表面側に第1の物質(例え
ば、a−Si)からなる第1の薄膜層4aと第2の物質
(例えば、SiO2)からなる第2の薄膜層4bとを交
互に積層することでフォトニック結晶4’が形成され
る。なお、このフォトニック結晶4’を形成する技術は
自己クローニング技術と呼ばれている。
As described above, the first periodical structure is formed on the one surface of the substrate 10 by the rf bias sputtering method in which the uneven structure is formed on the one surface of the substrate 10 and the resist layer is removed, and then etching is performed simultaneously with the deposition. the material (e.g., a-Si) the first film layer 4a and the second material comprising (eg, SiO 2) photonic crystal 4 by laminating a second film layer 4b made of alternating ' It is formed. The technique for forming the photonic crystal 4'is called autocloning technique.

【0011】また、図6に示したフォトニック結晶4”
は、いかだ組みされた棒状体4cが半周期ずつずらして
3次元配列されたものであり、屈折率の異なる2つの物
質のうちの一方(棒状体4c)が半導体(例えば、Ga
As、InPなど)で他方が空気となる。
Further, the photonic crystal 4 "shown in FIG.
Is a three-dimensional array of raft-assembled rod-shaped bodies 4c shifted by half a cycle, and one of the two substances (rod-shaped bodies 4c) having different refractive indices is a semiconductor (for example, Ga).
As, InP, etc.) and the other becomes air.

【0012】以下、図6に示したフォトニック結晶4”
の製造方法の一例について図7を参照しながら簡単に説
明する。
Hereinafter, the photonic crystal 4 "shown in FIG.
An example of the manufacturing method will be briefly described with reference to FIG.

【0013】まず、GaAs基板からなる基板20の一
表面側にAlGaAs層21、GaAs層22を順次エ
ピタキシャル成長することで図7(a)に示す構造を得
た後、フォトリソグラフィ技術とドライエッチング技術
とを利用してGaAs層22をストライプ状に加工して
それぞれGaAs層22の一部からなる棒状体4cを形
成することで図7(b)に示す構造を得る。そして、同
様の棒状体4cが一表面側に形成された2枚の基板20
を棒状体4c同士が接し且つ交差するように重ね合わせ
て融着にて接合することで図7(c)に示す構造を得
て、その後で一方の基板20を研磨技術およびウェット
エッチング技術を利用して除去することで図7(d)に
示す構造を得る。さらにその後、図7(d)に示す構造
のものを最上層の棒状体4c同士が接し且つ交差するよ
うに重ね合わせて融着にて接合し、一方の基板20を除
去することで図7(e)に示す構造のフォトニック結晶
4”を得ている。
First, an AlGaAs layer 21 and a GaAs layer 22 are sequentially epitaxially grown on one surface side of a substrate 20 made of a GaAs substrate to obtain a structure shown in FIG. 7A, and then a photolithography technique and a dry etching technique are used. The GaAs layer 22 is processed into a stripe shape by using to form the rod-shaped bodies 4c each of which is a part of the GaAs layer 22, thereby obtaining the structure shown in FIG. 7B. Then, two substrates 20 having the same rod-shaped body 4c formed on one surface side
The rod-shaped bodies 4c are overlapped with each other so that they are in contact with each other and intersect with each other so that the structure shown in FIG. 7 (c) is obtained, and then one of the substrates 20 is polished and wet-etched. Then, the structure shown in FIG. 7D is obtained. After that, the structure shown in FIG. 7D is overlapped and bonded by fusion bonding so that the uppermost rod-shaped bodies 4c are in contact with and intersect with each other, and one substrate 20 is removed. The photonic crystal 4 ″ having the structure shown in e) is obtained.

【0014】[0014]

【発明が解決しようとする課題】ところで、2次元周期
構造のフォトニック結晶は、製造プロセスが比較的容易
であるものの構成物質の1つが空気なので、機械的強度
が比較的弱い、異物(塵や埃など)が侵入する恐れがあ
るなどの不具合があり、信頼性が低いという不具合があ
った。
A photonic crystal having a two-dimensional periodic structure has a relatively easy mechanical manufacturing process, but since one of its constituent materials is air, it has a relatively low mechanical strength, such as foreign matter (dust or dust). There was a problem that the reliability was low, because there was a problem that dust etc. might enter.

【0015】また、図5に示した3次元周期構造のフォ
トニック結晶4’は、a−SiとSiO2という原子間
距離の大きく異なる物質を交互に堆積するプロセスを採
用している為に欠陥の発生が問題になるという不具合が
あった。また、図6に示した3次元周期構造のフォトニ
ック結晶4”は、製造プロセスが複雑で低コスト化が難
しいという不具合があった。しかも、構成物質の一方が
GaAsやInPなどの機械的強度が比較的弱い化合物
半導体材料であり他方が空気なので、全体として機械的
強度が比較的弱く、信頼性が低いという不具合があっ
た。
Further, defects due photonic crystal three-dimensional periodic structure 4 'is shown in FIG. 5, employing the process of depositing alternating significantly different substances in the distance between the a-Si and atomic that SiO 2 There was a problem that the occurrence of was a problem. Further, the photonic crystal 4 ″ having the three-dimensional periodic structure shown in FIG. 6 has a problem that the manufacturing process is complicated and cost reduction is difficult. Moreover, one of the constituent materials has mechanical strength such as GaAs or InP. Since is a relatively weak compound semiconductor material and the other is air, there is a problem that mechanical strength is relatively weak and reliability is low as a whole.

【0016】また、従来のグレーティングについてもエ
ッチング技術などによってパターニングされているの
で、機械的強度が比較的弱く信頼性が低いという不具合
があった。
Further, since the conventional grating is also patterned by the etching technique or the like, there is a problem that the mechanical strength is relatively weak and the reliability is low.

【0017】本発明は上記事由に鑑みて為されたもので
あり、その目的は、機械的強度が高く且つ信頼性の高い
光機能素子およびその製造方法を提供することにある。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide an optical functional element having high mechanical strength and high reliability, and a method for manufacturing the same.

【0018】[0018]

【課題を解決するための手段】請求項1の発明は、基体
層の構成物質を含む化合物からなり基体層内に選択的に
形成され且つ基体層とは屈折率の異なる多数の化合物領
域と、基体層において化合物領域以外の領域である基体
領域とを備え、化合物領域は、基体層を伝搬する光の波
長程度の間隔で規則的に配列されていることを特徴とす
るものであり、基体層内に選択的に形成された化合物領
域が基体層を伝搬する光の波長程度の間隔で規則的に配
列されているので、機械的強度が高く且つ信頼性の高い
光機能素子として用いることができる。なお、化合物領
域は基体層に選択的に形成されることで基体領域と連続
している。
According to a first aspect of the present invention, there are provided a large number of compound regions which are made of a compound containing a constituent substance of a base layer and which are selectively formed in the base layer and have a refractive index different from that of the base layer. The base layer is a region other than the compound region in the base layer, and the compound regions are regularly arranged at intervals of about the wavelength of light propagating through the base layer. Since the compound regions selectively formed therein are regularly arranged at intervals of about the wavelength of light propagating through the base layer, it can be used as an optical functional device having high mechanical strength and high reliability. . The compound region is continuous with the base region by being selectively formed in the base layer.

【0019】請求項2の発明は、請求項1の発明におい
て、前記基体領域の構成物質がシリコンであり、前記化
合物領域の構成物質がシリコン酸化物若しくはシリコン
窒化物であるので、熱化学的な安定性を高めることがで
きる。
According to a second aspect of the invention, in the first aspect of the invention, the constituent material of the base region is silicon, and the constituent material of the compound region is silicon oxide or silicon nitride. The stability can be increased.

【0020】請求項3の発明は、請求項1または請求項
2の発明において、前記基体領域と前記化合物領域とが
前記光の波長程度の周期で1次元的に交互に配列された
周期構造を有するので、機械的強度が高く且つ信頼性の
高いグレーティングを有する光機能素子として用いるこ
とができる。
According to a third aspect of the present invention, in the first or second aspect of the present invention, the base region and the compound region are one-dimensionally arranged alternately with a period of about the wavelength of the light. Since it has, it can be used as an optical functional element having a grating having high mechanical strength and high reliability.

【0021】請求項4の発明は、請求項1または請求項
2の発明において、前記基体領域と前記化合物領域とが
前記光の波長程度の周期で2次元的に交互に配列された
周期構造を有するので、機械的強度が高く且つ信頼性の
高い2次元周期構造のフォトニック結晶を有する光機能
素子として用いることができる。
According to a fourth aspect of the present invention, in the first or second aspect of the invention, a periodic structure is provided in which the base region and the compound region are two-dimensionally arranged alternately at a period of about the wavelength of the light. Since it has, it can be used as an optical functional element having a photonic crystal having a two-dimensional periodic structure with high mechanical strength and high reliability.

【0022】請求項5の発明は、請求項1または請求項
2の発明において、前記基体領域と前記化合物領域とが
前記光の波長程度の周期で3次元的に交互に配列された
周期構造を有するので、機械的強度が高く且つ信頼性の
高い3次元周期構造のフォトニック結晶を有する光機能
素子として用いることができる。
According to a fifth aspect of the present invention, in the first or second aspect of the present invention, the base region and the compound region have a periodic structure in which they are three-dimensionally arranged alternately at a period of about the wavelength of the light. Therefore, it can be used as an optical functional element having a photonic crystal having a three-dimensional periodic structure with high mechanical strength and high reliability.

【0023】請求項6の発明は、請求項3または請求項
4記載の光機能素子の製造方法であって、前記基体層の
一表面上に前記化合物領域の形成予定領域に対応した部
位が開口されたマスク層を形成するマスク層形成工程
と、前記マスク層が形成された前記基体層の前記一表面
側から前記化合物領域を形成するための元素をイオンと
して前記基体層内に導入して前記化合物領域を選択的に
形成する化合物領域形成工程とを備えることを特徴と
し、機械的強度が高く且つ信頼性の高いグレーティング
または2次元周期構造のフォトニック結晶を一般的な半
導体製造プロセスで利用されるリソグラフィ技術とイオ
ン注入技術とを利用して基体層内に簡単に形成すること
ができる。
A sixth aspect of the present invention is the method for manufacturing an optical functional element according to the third or fourth aspect, in which a portion corresponding to a region where the compound region is to be formed is opened on one surface of the base layer. And a mask layer forming step of forming a mask layer, and introducing an element for forming the compound region from the one surface side of the base layer on which the mask layer is formed into the base layer as ions. And a photonic crystal having a two-dimensional periodic structure having high mechanical strength and high reliability is used in a general semiconductor manufacturing process. It can be easily formed in the base layer by utilizing the lithographic technique and the ion implantation technique.

【0024】請求項7の発明は、請求項5記載の光機能
素子の製造方法であって、前記基体層の一表面上に前記
基体層の深さ方向において最も遠い化合物領域の形成予
定領域に対応した部位が開口されたマスク層を形成する
マスク層形成工程と、前記マスク層が形成された前記基
体層の前記一表面側から前記化合物領域を形成するため
の元素をイオンとして前記基体層内に導入して前記化合
物領域を形成する化合物領域形成工程とを備え、化合物
領域形成工程では、前記化合物領域を形成するための元
素をイオンとして前記基体層の前記一表面側から前記マ
スク層を通してイオンを導入できるように設定した加速
電圧で前記化合物領域の形成予定領域に導入するイオン
注入工程を前記基体層の深さ方向における前記化合物領
域の配列数である規定回数繰り返すようにし、且つ、イ
オンの加速電圧を前記深さ方向における前記化合物領域
の形成予定領域の深さ位置に応じて段階的に変化させる
ことを特徴とし、機械的強度が高く且つ信頼性の高い3
次元周期構造のフォトニック結晶を一般的な半導体製造
プロセスで利用されるリソグラフィ技術とイオン注入技
術とを利用して簡単に形成することができる。なお、前
記基体層の深さ方向における前記化合物領域の周期数は
前記規定回数に等しくなる。
According to a seventh aspect of the present invention, there is provided the method for manufacturing an optical functional element according to the fifth aspect, in which a compound region farthest in the depth direction of the base layer is to be formed on one surface of the base layer. In the mask layer forming step of forming a mask layer having openings at corresponding portions, and in the substrate layer as an element for forming the compound region from the one surface side of the substrate layer having the mask layer formed as ions. A compound region forming step of forming a compound region by introducing the compound region into the compound region forming step, wherein in the compound region forming step, an element for forming the compound region is used as ions through the mask layer from the one surface side of the base layer. The number of arrangements of the compound regions in the depth direction of the base layer is the ion implantation step of introducing the compound region into the region where the compound region is to be formed with an acceleration voltage set so that The mechanical strength is high, and the accelerating voltage of the ions is changed stepwise according to the depth position of the region where the compound region is to be formed in the depth direction. High 3
A photonic crystal having a three-dimensional periodic structure can be easily formed by using a lithography technique and an ion implantation technique used in a general semiconductor manufacturing process. The number of cycles of the compound region in the depth direction of the base layer is equal to the specified number.

【0025】請求項8の発明は、請求項7の発明におい
て、前記化合物領域形成工程では、前記イオン注入工程
を繰り返すごとに前記加速電圧を減少させるので、3次
元周期構造のフォトニック結晶を前記基体層内に制御性
良く形成することができる。
According to the invention of claim 8, in the invention of claim 7, in the compound region forming step, the acceleration voltage is reduced each time the ion implantation step is repeated, so that the photonic crystal having a three-dimensional periodic structure is formed. It can be formed in the base layer with good controllability.

【0026】請求項9の発明は、請求項7の発明におい
て、前記化合物領域形成工程では、前記イオン注入工程
を繰り返すごとに前記加速電圧を増加させるので、3次
元周期構造のフォトニック結晶を前記基体層内に制御性
良く形成することができる。
According to a ninth aspect of the invention, in the invention of the seventh aspect, the accelerating voltage is increased each time the ion implantation step is repeated in the compound region forming step, so that a photonic crystal having a three-dimensional periodic structure is formed. It can be formed in the base layer with good controllability.

【0027】[0027]

【発明の実施の形態】本実施形態の光機能素子は、図1
および図2に示すように、シリコン基板からなる基板1
上にシリコン酸化膜からなる絶縁膜2を介して単結晶の
シリコン層3が形成されており、シリコン層3内に、3
次元周期構造を有するフォトニック結晶4とグレーティ
ング5とが図1における左右方向において離間して形成
されている。また、シリコン層3の表面であってグレー
ティング5に対応した部位上には受光素子6が配設され
ている。ここにおいて、受光素子6は、結晶材料(構成
材料)としてInGaAs系材料を用いたpinフォト
ダイオードであって、厚み方向の一面(表面または裏
面)を受光面としており、受光面がシリコン層3の表面
に対向するように配設してある。要するに、受光素子2
は図2における下面が受光面となっている。なお、受光
素子6の受光波長としては例えば光通信用の波長帯域で
ある0.8μm〜1.7μm程度の範囲が設定されてい
る。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The optical functional element of this embodiment is shown in FIG.
And as shown in FIG. 2, the substrate 1 made of a silicon substrate
A single-crystal silicon layer 3 is formed on top of the insulating film 2 made of a silicon oxide film.
A photonic crystal 4 having a dimensional periodic structure and a grating 5 are formed separately in the left-right direction in FIG. A light receiving element 6 is provided on the surface of the silicon layer 3 corresponding to the grating 5. Here, the light receiving element 6 is a pin photodiode using an InGaAs-based material as a crystal material (constituent material), and has one surface (front surface or back surface) in the thickness direction as a light receiving surface, and the light receiving surface is the silicon layer 3. It is arranged so as to face the surface. In short, the light receiving element 2
Has a lower surface in FIG. 2 as a light receiving surface. As the light receiving wavelength of the light receiving element 6, for example, a range of about 0.8 μm to 1.7 μm which is a wavelength band for optical communication is set.

【0028】ところで、本実施形態の光機能素子は、シ
リコン層3が光導波路を兼ねており、光導波路を伝搬し
てきた光信号の中でフォトニック結晶4を通過すること
のできる波長帯の光信号のみを選択的にグレテーティン
グ5に照射し、グレテーティング5で受光素子6に向か
って反射された光を受光素子6にて受光して電気信号に
変換することができるようになっている。なお、上述の
説明から分かるように、フォトニック結晶4およびグレ
ーティング5はそれぞれ、シリコン層3を伝搬する光を
制御する機能を有している。
By the way, in the optical functional device of this embodiment, the silicon layer 3 also serves as an optical waveguide, and the light in the wavelength band that can pass through the photonic crystal 4 in the optical signal propagating through the optical waveguide. It becomes possible to selectively irradiate only the signal to the grating 5 and receive the light reflected by the grating 5 toward the light receiving element 6 to be received by the light receiving element 6 and converted into an electric signal. There is. As can be seen from the above description, the photonic crystal 4 and the grating 5 each have a function of controlling the light propagating through the silicon layer 3.

【0029】フォトニック結晶4は、シリコンからなる
多数のシリコン領域41とシリコン酸化物(SiO2
からなる多数の化合物領域42とが伝搬光の波長程度
(例えば、波長の2分の1程度)の周期で3次元的に交
互に配列された3次元周期構造を有している。ここにお
いて、各シリコン領域41および各化合物領域42は直
方体状であって、図2における左右方向、上下方向、紙
面に直交する方向それぞれにおいてシリコン領域41と
化合物領域42とが上記周期で交互に配列されている。
本実施形態では、シリコン層3がフォトニック結晶4お
よびグレーティング5を形成する基体層を構成してい
る。したがって、化合物領域42は基体層であるシリコ
ン層3を伝搬する光の波長程度の間隔で規則的に配列さ
れていることになる。また、化合物領域42は基体層の
構成物質であるシリコンを含む化合物(SiO2)によ
り構成されていることになる。なお、シリコン領域41
の屈折率は3.5、化合物領域42の屈折率は1.5で
あり、シリコン領域41と化合物領域42とは屈折率が
異なっている。
The photonic crystal 4 has a large number of silicon regions 41 made of silicon and silicon oxide (SiO 2 ).
And a large number of compound regions 42 each of which has a three-dimensional periodic structure in which three compound regions 42 are alternately arranged three-dimensionally at a period of about the wavelength of the propagating light (for example, about one-half of the wavelength). Here, each silicon region 41 and each compound region 42 have a rectangular parallelepiped shape, and the silicon regions 41 and the compound regions 42 are alternately arranged in the above-described cycle in the left-right direction, the up-down direction, and the direction orthogonal to the paper surface in FIG. Has been done.
In the present embodiment, the silicon layer 3 constitutes a base layer forming the photonic crystal 4 and the grating 5. Therefore, the compound regions 42 are regularly arranged at intervals of about the wavelength of light propagating through the silicon layer 3 which is the base layer. Further, the compound region 42 is composed of a compound containing silicon (SiO 2 ) which is a constituent material of the base layer. The silicon region 41
Has a refractive index of 3.5, the compound region 42 has a refractive index of 1.5, and the silicon region 41 and the compound region 42 have different refractive indices.

【0030】グレーティング5は、シリコン酸化物(S
iO2)からなる多数の化合物領域51が伝搬光の波長
程度(例えば、波長の2分の1程度)の間隔で1次元的
に配列された1次元周期構造を有している。したがっ
て、化合物領域51は基体層であるシリコン層3を伝搬
する光の波長程度の間隔で規則的に配列されていること
になる。また、化合物領域51は基体層の構成物質であ
るシリコンを含む化合物(SiO2)により構成されて
いることになる。ここにおいて、各化合物領域51は角
柱状であって、図2における左右方向に配列され全体と
してストライプ状に形成されている。
The grating 5 is made of silicon oxide (S
A large number of compound regions 51 made of iO 2 ) have a one-dimensional periodic structure in which they are one-dimensionally arranged at intervals of about the wavelength of the propagating light (for example, about ½ of the wavelength). Therefore, the compound regions 51 are regularly arranged at intervals of about the wavelength of light propagating through the silicon layer 3 which is the base layer. Further, the compound region 51 is composed of a compound containing silicon (SiO 2 ) which is a constituent material of the base layer. Here, each compound region 51 has a prismatic shape, is arranged in the left-right direction in FIG. 2, and is formed in a stripe shape as a whole.

【0031】ところで、本実施形態では、基体層である
シリコン層3において化合物領域42,51以外の領域
が基体領域を構成しており、化合物領域42,51はシ
リコン層3内に選択的に形成されており、各シリコン領
域41は上記基体領域の一部により構成されている。
By the way, in the present embodiment, in the silicon layer 3 which is the base layer, the regions other than the compound regions 42 and 51 constitute the base region, and the compound regions 42 and 51 are selectively formed in the silicon layer 3. Each silicon region 41 is constituted by a part of the base region.

【0032】次に、フォトニック結晶4を形成する方法
について図3を参照しながら説明する。
Next, a method of forming the photonic crystal 4 will be described with reference to FIG.

【0033】まず、シリコン層3の表面上にマスク材料
層(例えば、レジスト層など)を形成し、リソグラフィ
技術(フォトリソグラフィ技術あるいは電子ビームリソ
グラフィ技術)などによりシリコン層3の深さ方向にお
いて最も遠い化合物領域42(図2における最深部の化
合物領域42)の形成予定領域に対応した部位が開口さ
れたマスク層7を形成するマスク層形成工程を行うこと
によって、図3(a)に示す構造が得られる。ここに、
マスク層7は、上記マスク材料層が2次元周期的に残る
ようにパターニングされている。
First, a mask material layer (for example, a resist layer) is formed on the surface of the silicon layer 3, and the farthest in the depth direction of the silicon layer 3 by a lithography technique (photolithography technique or electron beam lithography technique). The structure shown in FIG. 3A is obtained by performing a mask layer forming step of forming a mask layer 7 in which a region corresponding to a formation planned region of the compound region 42 (the deepest compound region 42 in FIG. 2) is formed. can get. here,
The mask layer 7 is patterned so that the mask material layer remains two-dimensionally periodically.

【0034】次に、マスク層7が形成されたシリコン層
3の表面側から化合物領域42を形成するための元素
(例えば、酸素)をイオンとしてシリコン層3内に導入
して化合物領域42を形成する化合物領域形成工程を行
うことによって、図3(c)に示すような構造が得られ
る。ここにおいて、化合物領域形成工程では、酸素イオ
ンをシリコン層3の表面側からマスク層7を通して導入
できるように設定した加速電圧で化合物領域42の形成
予定領域に導入するイオン注入工程をシリコン層3の深
さ方向における化合物領域42の配列数(図1の例では
配列数は2)である規定回数繰り返すようにし、且つ、
酸素イオンの加速電圧を上記深さ方向における化合物領
域42の形成予定領域の深さ位置に応じて段階的に変化
させている。さらに説明すれば、マスク層7が形成され
たシリコン層3の表面側から酸素イオンをシリコン層に
おけるの最深部の化合物領域42が形成されるように設
定した第1の加速電圧で図3(b)中の矢印の向きに沿
って注入する第1のイオン注入工程を行い化合物領域4
2を形成することによって図3(b)に示す構造が得ら
れ、第1の加速電圧よりも低く上記最深部の化合物領域
42よりも上記間隔だけシリコン層3の表面に近い側に
化合物領域42が形成されるように設定した第2の加速
電圧で図3(c)中の矢印の向きに沿ってシリコン層3
の表面側から酸素イオンを注入する第2のイオン注入工
程を行い化合物領域42を形成することでフォトニック
結晶4が形成され、図3(c)に示す構造が得られる。
なお、各イオン注入工程における酸素イオンのドーズ量
は化合物領域42の形成予定領域にシリコン酸化物が形
成されるように設定されている。また、第1の加速電圧
および第2の加速電圧の各値はいずれも酸素イオンがマ
スク層7を通過できる値であって、各イオン注入工程に
おいてマスク層7の下方にも化合物領域42が形成され
るが、マスク層7の下方の化合物領域42はマスク層7
の開口部の下方の化合物領域42に比べてマスク層7の
厚さに相当する分だけシリコン層3の表面に近い側に形
成される。また、化合物領域形成工程ではイオン注入工
程の加速電圧を段階的に減少させているが、加速電圧を
段階的に増加させるようにしてもよい。また、上述の説
明から分かるようにマスク層7は酸素イオンの注入深さ
を調整するイオン注入深さ調整機能を有している。
Next, an element (for example, oxygen) for forming the compound region 42 is introduced as ions from the surface side of the silicon layer 3 on which the mask layer 7 is formed into the silicon layer 3 to form the compound region 42. By performing the compound region forming step described above, a structure as shown in FIG. 3C is obtained. Here, in the compound region formation step, an ion implantation step of introducing oxygen ions into the formation planned region of the compound region 42 at an acceleration voltage set so that oxygen ions can be introduced from the surface side of the silicon layer 3 through the mask layer 7 is performed. The number of arrangements of the compound regions 42 in the depth direction (the number of arrangements is 2 in the example of FIG. 1) is repeated a prescribed number of times, and
The acceleration voltage of oxygen ions is changed stepwise according to the depth position of the region where the compound region 42 is to be formed in the depth direction. More specifically, oxygen ions are applied from the surface side of the silicon layer 3 on which the mask layer 7 is formed at a first accelerating voltage set so as to form the deepest compound region 42 in the silicon layer as shown in FIG. The first ion implantation step of implanting along the direction of the arrow in FIG.
3 is obtained by forming 2 and the compound region 42 is located on the side closer to the surface of the silicon layer 3 by the above distance than the deepest compound region 42 which is lower than the first acceleration voltage. With a second accelerating voltage set so that the silicon layer 3 is formed along the direction of the arrow in FIG.
The photonic crystal 4 is formed by performing the second ion implantation step of implanting oxygen ions from the surface side of, to form the compound region 42, and the structure shown in FIG. 3C is obtained.
The dose amount of oxygen ions in each ion implantation step is set so that silicon oxide is formed in the region where the compound region 42 is to be formed. Further, each value of the first accelerating voltage and the second accelerating voltage is a value that allows oxygen ions to pass through the mask layer 7, and the compound region 42 is formed below the mask layer 7 in each ion implantation step. However, the compound region 42 below the mask layer 7 is
Is formed on the side closer to the surface of the silicon layer 3 by the amount corresponding to the thickness of the mask layer 7 than the compound region 42 below the opening. Further, although the acceleration voltage in the ion implantation step is decreased stepwise in the compound region forming step, the acceleration voltage may be increased stepwise. Further, as can be seen from the above description, the mask layer 7 has an ion implantation depth adjusting function for adjusting the implantation depth of oxygen ions.

【0035】図3(c)に示す構造を得た後、マスク層
7を除去することによって図3(d)に示す構造が得ら
れる。
After obtaining the structure shown in FIG. 3 (c), the mask layer 7 is removed to obtain the structure shown in FIG. 3 (d).

【0036】次に上述のグレーティング5を形成する方
法について図4を参照しながら説明する。
Next, a method of forming the above-mentioned grating 5 will be described with reference to FIG.

【0037】まず、シリコン層3の表面上にマスク材料
層(例えば、レジスト層など)を形成し、リソグラフィ
技術(フォトリソグラフィ技術あるいは電子ビームリソ
グラフィ技術)などにより化合物領域51の形成予定領
域に対応した部位が開口されたマスク層8を形成するマ
スク層形成工程を行うことによって、図4(a)に示す
構造が得られる。ここに、マスク層8は、上記マスク材
料層が1次元周期的に除去されるようにパターニングさ
れている。
First, a mask material layer (for example, a resist layer) is formed on the surface of the silicon layer 3, and the compound region 51 is to be formed in a planned region by a lithography technique (photolithography technique or electron beam lithography technique). A structure shown in FIG. 4A is obtained by performing a mask layer forming step of forming a mask layer 8 having an opening in a portion. Here, the mask layer 8 is patterned so that the mask material layer is one-dimensionally periodically removed.

【0038】次に、マスク層8が形成されたシリコン層
3の表面側から化合物領域51を形成するための元素
(例えば、酸素)をイオンとしてシリコン層3内に導入
して化合物領域51を形成する化合物領域形成工程を行
うことで多数の化合物領域51からなるグレーティング
5が形成され、図4(b)に示すような構造が得られ
る。ここにおいて、化合物領域形成工程では、マスク層
8の開口部のみを通してシリコン層3へ酸素イオンが注
入されるようにマスク層8の厚さが設定されており、マ
スク層8中には酸素イオンが注入された注入領域9が形
成される。
Next, an element (for example, oxygen) for forming the compound region 51 is introduced into the silicon layer 3 as an ion from the surface side of the silicon layer 3 on which the mask layer 8 is formed to form the compound region 51. By performing the compound region forming step described above, the grating 5 including a large number of compound regions 51 is formed, and a structure as shown in FIG. 4B is obtained. Here, in the compound region forming step, the thickness of the mask layer 8 is set so that the oxygen ions are implanted into the silicon layer 3 only through the openings of the mask layer 8. The implanted region 9 is formed.

【0039】図4(b)に示す構造を得た後、注入領域
9を含むマスク層8を除去することによって図4(c)
に示す構造が得られる。
After obtaining the structure shown in FIG. 4B, the mask layer 8 including the implantation region 9 is removed to obtain the structure shown in FIG.
The structure shown in is obtained.

【0040】なお、上述のイオン注入の後に結晶性を高
めるための熱処理を行うようにしてもよい。
A heat treatment for enhancing crystallinity may be performed after the above-mentioned ion implantation.

【0041】しかして、本実施形態の光機能素子ではフ
ォトニック結晶4およびグレーティング5が光導波路
(シリコン層3)に連続しており、しかも、フォトニッ
ク結晶4を構成するシリコン領域41と化合物領域42
とのうちシリコン領域41はシリコン層3の一部であり
化合物領域42はシリコン層3を選択的に酸化すること
で形成されているから化合物領域42がシリコン層3に
連続しており、フォトニック結晶4およびグレーティン
グ5の機械的強度が従来に比べて高く、信頼性が高くな
る。要するに、基体層であるシリコン層3内に化合物領
域42,51をリソグラフィ技術とイオン注入技術とを
利用して選択的に形成することでフォトニック結晶4お
よびグレーティング5をシリコン層3内に形成している
ので、従来のフォトニック結晶やグレーティングなどに
比べて機械的強度が高くなり、信頼性が高くなる。言い
換えれば、本実施形態では、基体層3にエッチングを施
したり基体層3上にフォトニック結晶の構成要素を成膜
したりすることなしにイオン注入技術を利用してフォト
ニック結晶4およびグレーティング5を基体層であるシ
リコン層3内に形成することができるので、フォトニッ
ク結晶4およびグレーティング5がシリコン層3に連続
することになり、従来に比べて機械的強度が高くなり、
信頼性が高くなる。また、化合物領域42,51として
シリコン酸化物を採用しているので、熱化学的な安定性
も高い。なお、本実施形態の光機能素子は、シリコン基
板上にシリコン酸化膜からなる絶縁膜を介してシリコン
層が形成された所謂SOIウェハを利用して製造するこ
とができる。
In the optical functional device of this embodiment, however, the photonic crystal 4 and the grating 5 are continuous with the optical waveguide (silicon layer 3), and the silicon region 41 and the compound region forming the photonic crystal 4 are combined. 42
Since the silicon region 41 is a part of the silicon layer 3 and the compound region 42 is formed by selectively oxidizing the silicon layer 3, the compound region 42 is continuous with the silicon layer 3 and the photonic The mechanical strength of the crystal 4 and the grating 5 is higher than in the conventional case, and the reliability is high. In short, the photonic crystal 4 and the grating 5 are formed in the silicon layer 3 by selectively forming the compound regions 42 and 51 in the silicon layer 3 which is the base layer using the lithography technique and the ion implantation technique. Therefore, the mechanical strength is higher and the reliability is higher than the conventional photonic crystal or grating. In other words, in the present embodiment, the photonic crystal 4 and the grating 5 are formed by using the ion implantation technique without etching the base layer 3 or forming the components of the photonic crystal on the base layer 3. Can be formed in the silicon layer 3 which is the base layer, the photonic crystal 4 and the grating 5 are continuous with the silicon layer 3, and the mechanical strength is higher than in the conventional case.
Higher reliability. Further, since the compound regions 42 and 51 are made of silicon oxide, they have high thermochemical stability. The optical functional element of the present embodiment can be manufactured using a so-called SOI wafer in which a silicon layer is formed on a silicon substrate with an insulating film made of a silicon oxide film interposed therebetween.

【0042】ところで、上記実施形態では、フォトニッ
ク結晶4として3次元周期構造のフォトニック結晶を採
用しているが、シリコン層3の表面に平行な面内で2次
元周期構造を有するフォトニック結晶を採用してもよ
く、このような2次元周期構造のフォトニック結晶はグ
レーティング5の形成方法と同様の方法で形成すること
ができる。また、上記実施形態では化合物領域42,5
1をシリコン酸化物により構成しているが、シリコン酸
化物の代わりにシリコン窒化物(Si34)を採用して
もよく(シリコン窒化物の屈折率は1.9程度であ
る)、化合物領域42,51をシリコン窒化物により構
成する場合には上述の製造方法で説明したイオンとして
酸素イオンの代わりに窒素イオンをシリコン層3内へ注
入するようにすればよい。また、基板1としてシリコン
基板のような半導体基板を採用しているが、半導体基板
以外の基板を採用するようにしてもよい。また、上記実
施形態の光機能素子は、フォトニック結晶4とグレーテ
ィング5と受光素子6とを備えているが、少なくともフ
ォトニック結晶4とグレーティング5とのいずれか一方
を備えていればよい。
By the way, in the above embodiment, a photonic crystal having a three-dimensional periodic structure is adopted as the photonic crystal 4, but a photonic crystal having a two-dimensional periodic structure in a plane parallel to the surface of the silicon layer 3. May be adopted, and such a photonic crystal having a two-dimensional periodic structure can be formed by the same method as the method of forming the grating 5. In the above embodiment, the compound regions 42, 5
Although 1 is composed of silicon oxide, silicon nitride (Si 3 N 4 ) may be adopted instead of silicon oxide (the refractive index of silicon nitride is about 1.9). When the regions 42 and 51 are made of silicon nitride, nitrogen ions may be implanted into the silicon layer 3 instead of oxygen ions as the ions described in the above manufacturing method. Further, although the semiconductor substrate such as the silicon substrate is adopted as the substrate 1, a substrate other than the semiconductor substrate may be adopted. Further, the optical function element of the above embodiment includes the photonic crystal 4, the grating 5 and the light receiving element 6, but it is sufficient that at least one of the photonic crystal 4 and the grating 5 is provided.

【0043】[0043]

【発明の効果】請求項1の発明は、基体層の構成物質を
含む化合物からなり基体層内に選択的に形成され且つ基
体層とは屈折率の異なる多数の化合物領域と、基体層に
おいて化合物領域以外の領域である基体領域とを備え、
化合物領域は、基体層を伝搬する光の波長程度の間隔で
規則的に配列されているものであり、基体層内に選択的
に形成された化合物領域が基体層を伝搬する光の波長程
度の間隔で規則的に配列されているので、機械的強度が
高く且つ信頼性の高い光機能素子として用いることがで
きるという効果がある。なお、化合物領域は基体層に選
択的に形成されることで基体領域と連続している。
According to the first aspect of the present invention, a large number of compound regions which are made of a compound containing a constituent substance of the base layer and are selectively formed in the base layer and have a different refractive index from the base layer, and the compound in the base layer are included. A base region which is a region other than the region,
The compound regions are regularly arranged at intervals of about the wavelength of light propagating in the base layer, and the compound regions selectively formed in the base layer have a wavelength of light propagating in the base layer. Since they are regularly arranged at intervals, there is an effect that they can be used as an optical functional element having high mechanical strength and high reliability. The compound region is continuous with the base region by being selectively formed in the base layer.

【0044】請求項2の発明は、請求項1の発明におい
て、前記基体領域の構成物質がシリコンであり、前記化
合物領域の構成物質がシリコン酸化物若しくはシリコン
窒化物であるので、熱化学的な安定性を高めることがで
きるという効果がある。
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the invention, the constituent material of the base region is silicon, and the constituent material of the compound region is silicon oxide or silicon nitride. This has the effect of improving stability.

【0045】請求項3の発明は、請求項1または請求項
2の発明において、前記基体領域と前記化合物領域とが
前記光の波長程度の周期で1次元的に交互に配列された
周期構造を有するので、機械的強度が高く且つ信頼性の
高いグレーティングを有する光機能素子として用いるこ
とができるという効果がある。
According to a third aspect of the present invention, in the first or second aspect of the present invention, the base region and the compound region are one-dimensionally arranged alternately at a period of about the wavelength of the light. Since it has, there is an effect that it can be used as an optical functional element having a grating having high mechanical strength and high reliability.

【0046】請求項4の発明は、請求項1または請求項
2の発明において、前記基体領域と前記化合物領域とが
前記光の波長程度の周期で2次元的に交互に配列された
周期構造を有するので、機械的強度が高く且つ信頼性の
高い2次元周期構造のフォトニック結晶を有する光機能
素子として用いることができるという効果がある。
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided the periodic structure according to the first or second aspect, wherein the base region and the compound region are two-dimensionally arranged alternately at a period of about the wavelength of the light. Therefore, there is an effect that it can be used as an optical functional element having a photonic crystal having a two-dimensional periodic structure with high mechanical strength and high reliability.

【0047】請求項5の発明は、請求項1または請求項
2の発明において、前記基体領域と前記化合物領域とが
前記光の波長程度の周期で3次元的に交互に配列された
周期構造を有するので、機械的強度が高く且つ信頼性の
高い3次元周期構造のフォトニック結晶を有する光機能
素子として用いることができるという効果がある。
According to a fifth aspect of the invention, in the first or second aspect of the invention, a periodic structure is provided in which the base region and the compound region are three-dimensionally arranged alternately at a period of about the wavelength of the light. Since it has, there is an effect that it can be used as an optical functional element having a photonic crystal having a three-dimensional periodic structure with high mechanical strength and high reliability.

【0048】請求項6の発明は、請求項3または請求項
4記載の光機能素子の製造方法であって、前記基体層の
一表面上に前記化合物領域の形成予定領域に対応した部
位が開口されたマスク層を形成するマスク層形成工程
と、前記マスク層が形成された前記基体層の前記一表面
側から前記化合物領域を形成するための元素をイオンと
して前記基体層内に導入して前記化合物領域を選択的に
形成する化合物領域形成工程とを備えるので、機械的強
度が高く且つ信頼性の高いグレーティングまたは2次元
周期構造のフォトニック結晶を一般的な半導体製造プロ
セスで利用されるリソグラフィ技術とイオン注入技術と
を利用して基体層内に簡単に形成することができるとい
う効果がある。
The invention of claim 6 is the method of manufacturing an optical functional element according to claim 3 or 4, wherein a site corresponding to the planned formation region of the compound region is opened on one surface of the base layer. And a mask layer forming step of forming a mask layer, and introducing an element for forming the compound region from the one surface side of the base layer on which the mask layer is formed into the base layer as ions. A lithography technique in which a photonic crystal having a grating or a two-dimensional periodic structure, which has high mechanical strength and high reliability, is used in a general semiconductor manufacturing process, since a compound region forming step of selectively forming a compound region is provided. There is an effect that it can be easily formed in the base layer by using the ion implantation technique.

【0049】請求項7の発明は、請求項5記載の光機能
素子の製造方法であって、前記基体層の一表面上に前記
基体層の深さ方向において最も遠い化合物領域の形成予
定領域に対応した部位が開口されたマスク層を形成する
マスク層形成工程と、前記マスク層が形成された前記基
体層の前記一表面側から前記化合物領域を形成するため
の元素をイオンとして前記基体層内に導入して前記化合
物領域を形成する化合物領域形成工程とを備え、化合物
領域形成工程では、前記化合物領域を形成するための元
素をイオンとして前記基体層の前記一表面側から前記マ
スク層を通してイオンを導入できるように設定した加速
電圧で前記化合物領域の形成予定領域に導入するイオン
注入工程を前記基体層の深さ方向における前記化合物領
域の配列数である規定回数繰り返すようにし、且つ、イ
オンの加速電圧を前記深さ方向における前記化合物領域
の形成予定領域の深さ位置に応じて段階的に変化させる
ので、機械的強度が高く且つ信頼性の高い3次元周期構
造のフォトニック結晶を一般的な半導体製造プロセスで
利用されるリソグラフィ技術とイオン注入技術とを利用
して簡単に形成することができるという効果がある。な
お、前記基体層の深さ方向における前記化合物領域の周
期数は前記規定回数に等しくなる。
According to a seventh aspect of the present invention, there is provided the method of manufacturing an optical functional element according to the fifth aspect, wherein a compound region farthest in the depth direction of the base layer is formed on one surface of the base layer. In the mask layer forming step of forming a mask layer having openings at corresponding portions, and in the substrate layer as an element for forming the compound region from the one surface side of the substrate layer having the mask layer formed as ions. A compound region forming step of forming a compound region by introducing the compound region into the compound region forming step, wherein in the compound region forming step, an element for forming the compound region is used as an ion from the one surface side of the base layer through the mask layer. The number of arrangements of the compound regions in the depth direction of the base layer is the ion implantation step of introducing the compound region into the region where the compound region is to be formed with an acceleration voltage set so that The mechanical strength is high and the reliability is high because the ion accelerating voltage is changed step by step according to the depth position of the region where the compound region is to be formed in the depth direction. There is an effect that a photonic crystal having a dimensional periodic structure can be easily formed by using a lithography technique and an ion implantation technique used in a general semiconductor manufacturing process. The number of cycles of the compound region in the depth direction of the base layer is equal to the specified number.

【0050】請求項8の発明は、請求項7の発明におい
て、前記化合物領域形成工程では、前記イオン注入工程
を繰り返すごとに前記加速電圧を減少させるので、3次
元周期構造のフォトニック結晶を前記基体層内に制御性
良く形成することができるという効果がある。
According to the invention of claim 8, in the invention of claim 7, in the compound region forming step, the accelerating voltage is reduced each time the ion implantation step is repeated, so that a photonic crystal having a three-dimensional periodic structure is formed. There is an effect that it can be formed in the base layer with good controllability.

【0051】請求項9の発明は、請求項7の発明におい
て、前記化合物領域形成工程では、前記イオン注入工程
を繰り返すごとに前記加速電圧を増加させるので、3次
元周期構造のフォトニック結晶を前記基体層内に制御性
良く形成することができるという効果がある。
According to a ninth aspect of the invention, in the seventh aspect of the invention, in the compound region forming step, the accelerating voltage is increased each time the ion implantation step is repeated, so that a photonic crystal having a three-dimensional periodic structure is formed. There is an effect that it can be formed in the base layer with good controllability.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】実施形態を示す概略分解斜視図である。FIG. 1 is a schematic exploded perspective view showing an embodiment.

【図2】同上の概略正面図である。FIG. 2 is a schematic front view of the above.

【図3】同上におけるフォトニック結晶の形成方法を説
明するための主要工程断面図である。
FIG. 3 is a cross-sectional view of main steps for explaining the method for forming a photonic crystal in the above.

【図4】同上におけるグレーティングの形成方法を説明
するための主要工程断面図である。
FIG. 4 is a cross-sectional view of main steps for explaining the method for forming a grating in the above.

【図5】従来例を示すフォトニック結晶の概略斜視図で
ある。
FIG. 5 is a schematic perspective view of a photonic crystal showing a conventional example.

【図6】他の従来例を示すフォトニック結晶の概略斜視
図である。
FIG. 6 is a schematic perspective view of a photonic crystal showing another conventional example.

【図7】同上のフォトニック結晶の形成方法の説明図で
ある。
FIG. 7 is an explanatory diagram of a method of forming a photonic crystal of the same.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 基板 2 絶縁膜 3 シリコン層 4 フォトニック結晶 5 グレーティング 6 受光素子 41 シリコン領域 42 化合物領域 51 化合物領域 1 substrate 2 insulating film 3 Silicon layer 4 Photonic crystals 5 grating 6 Light receiving element 41 Silicon area 42 Compound area 51 Compound area

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 基体層の構成物質を含む化合物からなり
基体層内に選択的に形成され且つ基体層とは屈折率の異
なる多数の化合物領域と、基体層において化合物領域以
外の領域である基体領域とを備え、化合物領域は、基体
層を伝搬する光の波長程度の間隔で規則的に配列されて
いることを特徴とする光機能素子。
1. A substrate comprising a large number of compound regions made of a compound containing a constituent material of the substrate layer and selectively formed in the substrate layer and having a refractive index different from that of the substrate layer, and a region other than the compound region in the substrate layer. And an area, and the compound area is regularly arranged at intervals of about a wavelength of light propagating through the base layer.
【請求項2】 前記基体領域の構成物質がシリコンであ
り、前記化合物領域の構成物質がシリコン酸化物若しく
はシリコン窒化物であることを特徴とする請求項1記載
の光機能素子。
2. The optical functional device according to claim 1, wherein the constituent material of the base region is silicon, and the constituent material of the compound region is silicon oxide or silicon nitride.
【請求項3】 前記基体領域と前記化合物領域とが前記
光の波長程度の周期で1次元的に交互に配列された周期
構造を有することを特徴とする請求項1または請求項2
記載の光機能素子。
3. The structure according to claim 1, wherein the base region and the compound region have a periodic structure in which they are one-dimensionally arranged alternately at a period of about the wavelength of the light.
The optical functional element described.
【請求項4】 前記基体領域と前記化合物領域とが前記
光の波長程度の周期で2次元的に交互に配列された周期
構造を有することを特徴とする請求項1または請求項2
記載の光機能素子。
4. The structure according to claim 1 or 2, wherein the base region and the compound region have a periodic structure in which they are two-dimensionally arranged alternately at a period of about the wavelength of the light.
The optical functional element described.
【請求項5】 前記基体領域と前記化合物領域とが前記
光の波長程度の周期で3次元的に交互に配列された周期
構造を有することを特徴とする請求項1または請求項2
記載の光機能素子。
5. The structure according to claim 1 or 2, wherein the base region and the compound region have a periodic structure in which they are three-dimensionally arranged alternately with a period of about the wavelength of the light.
The optical functional element described.
【請求項6】 請求項3または請求項4記載の光機能素
子の製造方法であって、前記基体層の一表面上に前記化
合物領域の形成予定領域に対応した部位が開口されたマ
スク層を形成するマスク層形成工程と、前記マスク層が
形成された前記基体層の前記一表面側から前記化合物領
域を形成するための元素をイオンとして前記基体層内に
導入して前記化合物領域を選択的に形成する化合物領域
形成工程とを備えることを特徴とする光機能素子の製造
方法。
6. The method of manufacturing an optical functional element according to claim 3, further comprising a mask layer having an opening on a surface of the base layer, the portion corresponding to an area where the compound area is to be formed. A mask layer forming step to be formed, and an element for forming the compound region is introduced as ions from the one surface side of the substrate layer on which the mask layer is formed into the substrate layer to selectively select the compound region. And a compound region forming step of forming the optical function element.
【請求項7】 請求項5記載の光機能素子の製造方法で
あって、前記基体層の一表面上に前記基体層の深さ方向
において最も遠い化合物領域の形成予定領域に対応した
部位が開口されたマスク層を形成するマスク層形成工程
と、前記マスク層が形成された前記基体層の前記一表面
側から前記化合物領域を形成するための元素をイオンと
して前記基体層内に導入して前記化合物領域を形成する
化合物領域形成工程とを備え、化合物領域形成工程で
は、前記化合物領域を形成するための元素をイオンとし
て前記基体層の前記一表面側から前記マスク層を通して
イオンを導入できるように設定した加速電圧で前記化合
物領域の形成予定領域に導入するイオン注入工程を前記
基体層の深さ方向における前記化合物領域の配列数であ
る規定回数繰り返すようにし、且つ、イオンの加速電圧
を前記深さ方向における前記化合物領域の形成予定領域
の深さ位置に応じて段階的に変化させることを特徴とす
る光機能素子の製造方法。
7. The method for manufacturing an optical functional element according to claim 5, wherein a portion corresponding to a farthest compound region formation planned region in the depth direction of the base layer is opened on one surface of the base layer. And a mask layer forming step of forming a mask layer, and introducing an element for forming the compound region from the one surface side of the base layer on which the mask layer is formed into the base layer as ions. And a compound region forming step of forming a compound region, wherein in the compound region forming step, ions can be introduced from the one surface side of the base layer through the mask layer as an element for forming the compound region. The ion implantation step of introducing the compound region into the region where the compound region is to be formed with the set acceleration voltage is repeated a prescribed number of times which is the number of arrangement of the compound regions in the depth direction of the base layer. And a step of changing the accelerating voltage of the ions stepwise according to the depth position of the region where the compound region is to be formed in the depth direction.
【請求項8】 前記化合物領域形成工程では、前記イオ
ン注入工程を繰り返すごとに前記加速電圧を減少させる
ことを特徴とする請求項7記載の光機能素子の製造方
法。
8. The method of manufacturing an optical functional element according to claim 7, wherein in the compound region forming step, the accelerating voltage is reduced each time the ion implantation step is repeated.
【請求項9】 前記化合物領域形成工程では、前記イオ
ン注入工程を繰り返すごとに前記加速電圧を増加させる
ことを特徴とする請求項7記載の光機能素子の製造方
法。
9. The method of manufacturing an optical functional element according to claim 7, wherein in the compound region forming step, the acceleration voltage is increased each time the ion implantation step is repeated.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN100370633C (en) * 2005-06-10 2008-02-20 厦门大学 Method for preparing photon crystal in LED and apparatus thereof
JP2008299031A (en) * 2007-05-31 2008-12-11 Canon Inc Photonic crystal structure and manufacturing method therefor

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