JP2010250112A - 光導波路の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】光ファイバとの結合損失の低い光導波路を得る。
【解決手段】酸化層、Ｓｉ層が積層された基板上に、光導波路となる領域に第１の酸化膜のマスクを形成し、第１の酸化膜をマスクとして前記Ｓｉ層をエッチングする第１エッチング工程と、第１エッチング工程の後、Ｓｉ層を覆う第２の酸化膜を形成する第２の酸化膜形成工程と、第２の酸化膜上の第１の酸化膜のマスクの両側となる領域に、光導波路の出力端に近づくに従い、相互に間隔が徐々に広がる２つのレジストパターンを形成するレジストパターン形成工程と、レジストパターンをマスクとして、第２の酸化膜をエッチングする第２のエッチング工程と、第２のエッチング工程の後、熱酸化を行う熱酸化工程と、熱酸化工程の後、第３の酸化膜を形成する第３の酸化膜形成工程を有し、Ｓｉ層を光導波路とすることを特徴とする光導波路の製造方法により上記課題を解決する。
【選択図】 図６

Description

本発明は、光導波路の製造方法に関する。

レーザ、変調器、方向性結合器、受光器等の光学素子を１つの結晶基板上に形成し、各素子間を光導波路で光学的に結合した半導体光集積回路がある。この半導体光集積回路は、各素子間を光ファイバ等で結合するハイブリッド光回路に比べて、素子間の光軸合せが不要でかつ回路全体の面積が極めて小さいという利点を有している。しかし各素子の構造は互いに異なるため、光導波路による効率的な光結合は困難であり、また光入出力端においては光ファイバとの結合による光損失が生じる。具体的には、光導波路デバイスにおける光導波路は、高さ及び幅が２５０ｎｍ〜５００ｎｍ程度であり、伝搬する光のスポットサイズが小さいのに対し、結合に用いられる光ファイバの径は、数μｍ以上と太いため、光ファイバとの結合の際に結合損失が生じる。このため、コア層の厚さを徐々に変化させたテーパー光導波路、コアの幅を徐々に変化させることにより、光導波路からの光の漏れを生じさせて、光ファイバに入射することにより、光ファイバとの結合損失を低減する光導波路等に関する技術が開示されている。

特開平５−２５７０１８号公報 特表２００８−５０９４５０号公報

T. Shoji, Elec-tron. Lett., vol.38, pp1669-1670, 2002.

しかしながら、コア層の厚さを徐々に変化させたテーパー光導波路等を形成することは極めて困難であり、現在開示されている方法では実用的なテーパー光導波路等を得ることができない。

よって、実用的な製造方法により製造可能であって、少ない光損失により光ファイバと結合することが可能な光導波路が望まれている。

本実施の形態の一観点によれば、酸化層、Ｓｉ層が積層された基板上に、光導波路となる領域に第１の酸化膜のマスクを形成し、前記第１の酸化膜をマスクとして前記Ｓｉ層をエッチングする第１エッチング工程と、前記第１エッチング工程の後、前記Ｓｉ層を覆う第２の酸化膜を形成する第２の酸化膜形成工程と、前記第２の酸化膜上の前記第１の酸化膜のマスクの両側となる領域に、前記光導波路の出力端に近づくに従い、相互に間隔が徐々に広がる２つのレジストパターンを形成するレジストパターン形成工程と、前記レジストパターンをマスクとして、前記第２の酸化膜をエッチングする第２のエッチング工程と、前記第２のエッチング工程の後、熱酸化を行う熱酸化工程と、前記熱酸化工程の後、第３の酸化膜を形成する第３の酸化膜形成工程と、を有し、前記Ｓｉ層を光導波路とすることを特徴とする光導波路の製造方法である。

また、本実施の形態の別の観点によれば、酸化層、Ｓｉ層が積層された基板上に、光導波路となる領域に前記光導波路の出力端において幅が徐々に細くなる第１の酸化膜のマスクを形成し、前記第１の酸化膜をマスクとして前記Ｓｉ層をエッチングする第１エッチング工程と、前記第１エッチング工程の後、前記Ｓｉ層を覆う第２の酸化膜を形成する第２の酸化膜形成工程と、前記第２の酸化膜上の前記第１の酸化膜のマスクの両側となる領域に、一定の間隔を有し平行に２つのレジストパターンを形成するレジストパターン形成工程と、前記レジストパターンをマスクとして、前記第２の酸化膜をエッチングする第２のエッチング工程と、前記第２のエッチング工程の後、熱酸化を行う熱酸化工程と、前記熱酸化工程の後、第３の酸化膜を形成する第３の酸化膜形成工程と、を有し、前記Ｓｉ層を光導波路とすることを特徴とする光導波路の製造方法である。

開示の光導波路の製造方法によれば、コア層の厚さを徐々に変化させたテーパー光導波路を容易に製造することができるため、低光損失で光ファイバと結合可能な導波路を低コストで得ることができる。

第１の実施の形態における光導波路の製造方法の工程図（１） 第１の実施の形態における光導波路の製造方法の工程図（２） 第１の実施の形態における光導波路の製造方法の工程図（３） 第１の実施の形態における光導波路の製造方法の工程図（４） 第１の実施の形態における光導波路の製造方法の工程図（５） 第１の実施の形態における光導波路の製造方法の工程図（６） 図６における破線７Ａ−７Ｂにより切断した断面図 第１の実施の形態における光導波路の別の製造方法の説明図 第２の実施の形態における光導波路の製造方法の工程図（１） 第２の実施の形態における光導波路の製造方法の工程図（２） 第２の実施の形態における光導波路の製造方法の工程図（３） 第２の実施の形態における光導波路の製造方法の工程図（４） 第２の実施の形態における光導波路の製造方法の工程図（５） 第２の実施の形態における光導波路の製造方法の工程図（６） 図１４における破線１５Ａ−１５Ｂにより切断した断面図 第３の実施の形態における光導波路の製造方法の工程図（１） 第３の実施の形態における光導波路の製造方法の工程図（２） 第３の実施の形態における光導波路の製造方法の工程図（３） 第３の実施の形態における光導波路の製造方法の工程図（４） 第３の実施の形態における光導波路の製造方法の工程図（５） 第３の実施の形態における光導波路の製造方法の工程図（６） 図２１における破線２２Ａ−２２Ｂにより切断した断面図 第４の実施形態におけるリング装荷スローライト・マッハツェンダ変調器の構成図 第４の実施形態におけるトランシーバチップの構成図

実施するための形態について、以下に説明する。

〔第１の実施の形態〕
第１の実施の形態における光導波路の製造方法について説明する。

図１から図６に基づき本実施の形態における光導波路の製造方法について説明する。

最初に、図１に示すように、ＳＯＩ基板１０上にＳｉＯ_２膜１４のマスクを形成する。図１（ａ）は、本実施の形態における光導波路の製造工程の上面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）の破線１Ａ−１Ｂにおいて切断した要部断面図であり、図１（ｃ）は、図１（ａ）の破線１Ｃ−１Ｄにおいて切断した要部断面図である。本実施の形態において用いられるＳＯＩ基板１０は、Ｓｉ基板１１上にＳｉＯ_２層１２が形成され、更にＳｉ層１３が形成されており、ＳｉＯ_２層１２は下側のクラッド層となる。具体的には、ＳＯＩ基板１０におけるＳｉ層１３上に膜厚が約５０ｎｍの第１の酸化膜であるＳｉＯ_２膜１４をＬＰＣＶＤ（Low Pressure Chemical Vapor Deposition）法により形成する。この後、ＳｉＯ_２膜１４上にフォトレジストを塗布し、露光装置による露光、現像を行うことによりレジストパターン１５を形成する。形成されるレジストパターンは、図１（ａ）に示されるように、左側が広く右側が狭い形状のパターンであり、左側から右側に緩やかに狭くなる形状のパターンであり、右側の端が光導波路の出射端となるものである。この後、レジストパターン１５をマスクとしてＲＩＥ（Reactive Ion Etching）法によりレジストパターン１５の形成されていない領域のＳｉＯ_２膜１４を除去する。この際行われるＲＩＥは、異方性エッチングである。これにより、ＳｉＯ_２膜１４のマスクが形成される。尚、形成されるＳｉＯ_２膜１４は、６９０℃程度の基板温度においてＬＰＣＶＤにより低圧状態において形成されるため、４００℃程度の基板温度のプラズマＣＶＤにより形成されるＳｉＯ_２膜よりも緻密で密度の高い膜を得ることができる。

次に、図２に示すように、ＳｉＯ_２膜１４のマスクの形成されていない領域のＳｉ層１３を除去する。図２（ａ）は、本実施の形態における光導波路の製造工程の上面図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）の破線２Ａ−２Ｂにおいて切断した要部断面図であり、図２（ｃ）は、図２（ａ）の破線２Ｃ−２Ｄにおいて切断した要部断面図である。具体的には、レジストパターン１５を有機溶剤等により除去した後、ＲＩＥ法により、ＳｉＯ_２膜１４をマスクとしてＳｉＯ_２膜１４の形成されていない領域のＳｉ層１３を除去する。この際、ＲＩＥは選択エッチングであるため、Ｓｉは除去されるがＳｉＯ_２は、ほとんどエッチングされることはないものの、形成されているＳｉＯ_２膜１４の幅が大きく異なる場合等では、ＲＩＥ後のＳｉＯ_２膜１４のエッジ部分の形状は異なる形状となる。即ち、図２（ｂ）に示すように、ＳｉＯ_２膜１４の幅が広い場合には、エッジ部分の形状は垂直に近いものとなり、図２（ｃ）に示すように、ＳｉＯ_２膜１４の幅が狭い場合には、エッジ部分は傾斜したテーパーを有する形状となる。

次に、図３に示すように、第２の酸化膜であるＳｉＯ_２膜１６を形成する。図３（ａ）は、本実施の形態における光導波路の製造工程の上面図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）の破線３Ａ−３Ｂにおいて切断した要部断面図であり、図３（ｃ）は、図３（ａ）の破線３Ｃ−３Ｄにおいて切断した要部断面図である。ＳｉＯ_２膜１６は、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法により形成され、形成される膜厚は約２５０ｎｍである。この際、図３（ｂ）及び図３（ｃ）に示すように、ＳｉＯ_２膜１４の形状が異なるため、積層されるＳｉＯ_２膜１６も、この形状の影響により、異なる形状で形成される。即ち、図３（ｂ）に示されるようにエッジ部分の形状が垂直に近く、幅の広いＳｉＯ_２膜１４の場合では、ＳｉＯ_２膜１６は台形状の凸部となる形状となり、図３（ｃ）に示されるように、エッジ部分の形状が傾斜したテーパーを有し、幅の狭いＳｉＯ_２膜１４の場合では、台形状とはならず、傾斜を有する単なる凸部となる形状となる。尚、ＣＤＶ法によりＳｉＯ_２膜１６を形成する際の基板温度は４００℃である。

次に、図４に示すように、レジストパターン１７を形成し、ＲＩＥによりＳｉＯ_２膜１６を除去する。図４（ａ）は、本実施の形態における光導波路の製造工程の上面図であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）の破線４Ａ−４Ｂにおいて切断した要部断面図であり、図４（ｃ）は、図４（ａ）の破線４Ｃ−４Ｄにおいて切断した要部断面図である。具体的には、ＳｉＯ_２膜１６上にフォトレジストを塗布し、露光装置により露光、現像を行うことにより、レジストパターン１７を形成する。形成されるレジストパターン１７は、ＳｉＯ_２膜１４から離れて２本の帯状に形成されており、ＳｉＯ_２膜１４が細くなるに従い、レジストパターン１７の間隔が広くなるよう形成される。尚、ＳｉＯ_２膜１４が細くなるに従い、即ち、形成される導波路の出射端に近づくに従いレジストパターン１７の間隔が広くなるものであれば、帯状でなくともよい。また、この際のＲＩＥの条件は、等方的にエッチングがされる条件であり、ＲＩＥ装置のチャンバー内の圧力は１Ｔｏｒｒ以上で行われる。これにより、図４（ｂ）に示すＳｉＯ_２膜１４の幅が広い領域では、ＳｉＯ_２膜１４とレジストパターン１７との間が狭く、間に形成されているＳｉＯ_２膜１６は多く残存し、また、ＳｉＯ_２膜１４は厚く残存する。一方、図４（ｃ）に示すＳｉＯ_２膜１４の幅が狭い領域では、ＳｉＯ_２膜１４とレジストパターン１７との間が広く、ＳｉＯ_２膜１６がよりエッチングされるため、ＳｉＯ_２膜１４はプラズマに曝されやすくなり、より多くエッチングされて、ＳｉＯ_２膜１４は薄くなる。尚、形成方法の相違によりＳｉＯ_２膜１６とＳｉＯ_２膜１４のエッチング速度は異なっており、緻密なＳｉＯ_２膜１４に比べてＳｉＯ_２膜１６はより多くエッチングされる。

次に、図５に示すように、希ＨＦによりＳｉＯ_２膜１６及びＳｉＯ_２膜１４をエッチングし後退させる。図５（ａ）は、本実施の形態における光導波路の製造工程の上面図であり、図５（ｂ）は、図５（ａ）の破線５Ａ−５Ｂにおいて切断した要部断面図であり、図５（ｃ）は、図５（ａ）の破線５Ｃ−５Ｄにおいて切断した要部断面図である。具体的には、レジストパターン１７を除去した後、０．５％の希ＨＦ（フッ酸）によるウエットエッチングによりＳｉＯ_２膜１６及びＳｉＯ_２膜１４をエッチングする。これにより、図５（ｂ）に示すように、ＳｉＯ_２膜１４が広い領域では、ＳｉＯ_２膜１４の膜厚が厚いため、エッチング後においてもＳｉＯ_２膜１４が厚く残存しているが、図５（ｃ）に示すように、ＳｉＯ_２膜１４が狭い領域では、ＳｉＯ_２膜１４の膜厚が薄く、ウエットエッチングにより除去され、Ｓｉ層１３の表面及び側面の一部が露出する。

次に、図６に示すように、熱酸化を行った後、ＣＶＤ法により第３の酸化膜であるＳｉＯ_２膜１９を成膜する。図６（ａ）は、本実施の形態における光導波路の製造工程の上面図であり、図６（ｂ）は、図６（ａ）の破線６Ａ−６Ｂにおいて切断した要部断面図であり、図６（ｃ）は、図６（ａ）の破線６Ｃ−６Ｄにおいて切断した要部断面図である。具体的には、１０００℃で３０分の熱酸化を行う。これにより、図６（ｃ）に示すように、Ｓｉ膜１３の幅が狭く表面及び側面の一部が露出した領域では、Ｓｉ膜１３の表面及び側面の一部より酸化が進行し、Ｓｉの熱酸化によりＳｉＯ_２膜１８が形成される。一方、図６（ｂ）に示すように、Ｓｉ膜１３が厚く残存している領域では、熱酸化が殆ど進行することはない。熱酸化では、均一に酸素の拡散が進むことから、Ｓｉ膜１３の上部において均一にＳｉＯ_２膜１４及び１８が形成される。尚、Ｓｉを熱酸化することにより形成されるＳｉＯ_２は、体積膨張するため膜厚が厚くなる。この後、ＣＶＤ法によりＳｉＯ_２膜１９を積層形成することにより、上部クラッド層が形成され、Ｓｉ膜１３を光の導波路とする光導波路が出来上がる。

図７に、図６（ａ）における破線７Ａ−７Ｂにおいて切断した断面図を示す。本実施の形態の製造方法により製造された光導波路は、図６（ｂ）に示す光導波路の幅の広い領域（図７における左側）より、図６（ｃ）に示す光導波路の幅の狭い領域（図７における右側）に光が進行し、不図示の光ファイバに光が入射する。これにより、不図示の光ファイバに入射する光の結合損失を少なくすることができる。

また、図４に示す工程において、図８に示すように、レジストパターン１７をＳｉＯ_２膜１４の両側に略平行に形成してもよい。この場合においても、ＳｉＯ_２膜１４の幅が狭くなるのに従い、レジストパターン１７との間隔は広がるため、ＳｉＯ_２膜１４の幅が狭くなる部分で薄くすることができ、上述の光導波路と同様の導波路を得ることができる。

〔第２の実施の形態〕
次に、第２の実施の形態における光導波路の製造方法について説明する。本実施の形態は、Ｓｉ層が徐々に厚さが薄くなる光導波路の製造方法に関するものである。

図９から図１４に基づき本実施の形態における光導波路の製造方法について説明する。

最初に、図９に示すように、ＳＯＩ基板３０上にＳｉＯ_２膜３４のマスクを形成する。図９（ａ）は、本実施の形態における光導波路の製造工程の上面図であり、図９（ｂ）は、図９（ａ）の破線９Ａ−９Ｂにおいて切断した要部断面図であり、図９（ｃ）は、図９（ａ）の破線９Ｃ−９Ｄにおいて切断した要部断面図である。本実施の形態において用いられるＳＯＩ基板３０は、Ｓｉ基板３１上にＳｉＯ_２層３２が形成され、更にＳｉ層３３が形成されており、ＳｉＯ_２層３２は下側のクラッド層となる。具体的には、ＳＯＩ基板３０におけるＳｉ層３３上に膜厚が約５０ｎｍの第１の酸化膜であるＳｉＯ_２膜３４をＬＰＣＶＤ法により形成し、ＳｉＯ_２膜３４上にフォトレジストを塗布し、露光装置による露光、現像を行うことによりレジストパターン３５を形成する。形成されるレジストパターンは、図９（ａ）に示されるように、幅の長さが同じ形状のパターンである。尚、右側の端が光導波路の出射端となる。この後、レジストパターン３５をマスクとしてＲＩＥ法によりレジストパターン３５の形成されていない領域のＳｉＯ_２膜３４を除去する。この際行われるＲＩＥは、異方性エッチングである。これにより、ＳｉＯ_２膜３４のマスクが形成される。尚、形成されるＳｉＯ_２膜３４は、基板温度が６００℃でＬＰＣＶＤ法により低圧状態において形成されるため、一般的なＣＶＤ法で形成されるＳｉＯ_２膜よりも緻密で密度の高い膜を得ることができる。

次に、図１０に示すように、ＳｉＯ_２膜３４のマスクの形成されていない領域のＳｉ層３３を除去する。図１０（ａ）は、本実施の形態における光導波路の製造工程の上面図であり、図１０（ｂ）は、図１０（ａ）の破線１０Ａ−１０Ｂにおいて切断した要部断面図であり、図１０（ｃ）は、図１０（ａ）の破線１０Ｃ−１０Ｄにおいて切断した要部断面図である。具体的には、レジストパターン３５を有機溶剤等により除去した後、ＲＩＥ法により、ＳｉＯ_２膜３４をマスクとしてＳｉＯ_２膜３４の形成されていない領域のＳｉ層３３を除去する。この際、ＲＩＥは選択エッチングであるため、Ｓｉは除去されるがＳｉＯ_２は、ほとんどエッチングされることはない。

次に、図１１に示すように、第２の酸化膜であるＳｉＯ_２膜３６を形成する。図１１（ａ）は、本実施の形態における光導波路の製造工程の上面図であり、図１１（ｂ）は、図１１（ａ）の破線１１Ａ−１１Ｂにおいて切断した要部断面図であり、図１１（ｃ）は、図１１（ａ）の破線１１Ｃ−１１Ｄにおいて切断した要部断面図である。ＳｉＯ_２膜３６は、ＣＶＤ法により形成され、形成される膜厚は約２５０ｎｍである。この際、図１１（ｂ）及び図１１（ｃ）に示すように、ＳｉＯ_２膜３４の形状が異なるため、積層されるＳｉＯ_２膜３６も、この形状の影響により、異なる形状で形成される。尚、ＣＤＶ法によりＳｉＯ_２膜３６を形成する際の基板温度は４００℃である。

次に、図１２に示すように、レジストパターン３７を形成し、ＲＩＥによりＳｉＯ_２膜３６を除去する。図１２（ａ）は、本実施の形態における光導波路の製造工程の上面図であり、図１２（ｂ）は、図１２（ａ）の破線１２Ａ−１２Ｂにおいて切断した要部断面図であり、図１２（ｃ）は、図１２（ａ）の破線１２Ｃ−１２Ｄにおいて切断した要部断面図である。具体的には、ＳｉＯ_２膜３６上にフォトレジストを塗布し、露光装置により露光、現像を行うことにより、レジストパターン３７を形成する。形成されるレジストパターン１７は、ＳｉＯ_２膜３４から離れて２本の帯状に形成されており、光の出射側となる右側方向に、レジストパターン３７の間隔が広くなるよう形成される。尚、ＳｉＯ_２膜３４が細くなるに従い、即ち、形成される導波路の出射端に近づくに従いレジストパターン３７の間隔が広くなるものであれば、帯状でなくともよい。また、この際のＲＩＥの条件は、等方的にエッチングがされる条件であり、ＲＩＥ装置のチャンバー内の圧力は１．８Ｔｏｒｒで行われる。これにより、図１２（ｂ）に示すＳｉＯ_２膜３４の幅が広い領域では、ＳｉＯ_２膜３４とレジストパターン３７との間が狭く、間に形成されたＳｉＯ_２膜３６は多く残存し、また、ＳｉＯ_２膜３４は厚く残存する。一方、図１２（ｃ）に示すＳｉＯ_２膜３４の幅が狭い領域では、ＳｉＯ_２膜３４とレジストパターン１７との間が広く、ＳｉＯ_２膜３６がよりエッチングされるため、ＳｉＯ_２膜３４はプラズマにさらされやすくなり、より多くエッチングされて、ＳｉＯ_２膜３４は薄くなる。尚、形成方法の相違によりＳｉＯ_２膜３６とＳｉＯ_２膜３４のエッチング速度は異なっており、緻密なＳｉＯ_２膜３４に比べてＳｉＯ_２膜３６はより多くエッチングされる。

次に、図１３に示すように、希ＨＦによりＳｉＯ_２膜３６及びＳｉＯ_２膜３４をエッチングし後退させる。図１３（ａ）は、本実施の形態における光導波路の製造工程の上面図であり、図１３（ｂ）は、図１３（ａ）の破線１３Ａ−１３Ｂにおいて切断した要部断面図であり、図１３（ｃ）は、図１３（ａ）の破線１３Ｃ−１３Ｄにおいて切断した要部断面図である。具体的には、レジストパターン３７を除去した後、０．５％の希ＨＦによるウエットエッチングによりＳｉＯ_２膜３６及びＳｉＯ_２膜３４をエッチングする。これにより、図１３（ｂ）に示すように、ＳｉＯ_２膜３４が広い領域では、ＳｉＯ_２膜３４の膜厚が厚いため、エッチング後においてもＳｉＯ_２膜３４が厚く残存しているが、図１３（ｃ）に示すように、ＳｉＯ_２膜３４が狭い領域では、ＳｉＯ_２膜３４の膜厚が薄く、ウエットエッチングにより除去され、Ｓｉ層３３の表面及び側面の一部が露出する。

次に、図１４に示すように、熱酸化を行った後、ＣＶＤ法により第３の酸化膜であるＳｉＯ_２膜３９を成膜する。図１４（ａ）は、本実施の形態における光導波路の製造工程の上面図であり、図１４（ｂ）は、図１４（ａ）の破線１４Ａ−１４Ｂにおいて切断した要部断面図であり、図１４（ｃ）は、図１４（ａ）の破線１４Ｃ−１４Ｄにおいて切断した要部断面図である。具体的には、１０００℃で３０分の熱酸化を行う。これにより、図１４（ｃ）に示すように、Ｓｉ膜３３の幅が狭く表面及び側面の一部が露出した領域では、Ｓｉ膜３３の表面及び側面の一部より酸化が進行し、Ｓｉの熱酸化によりＳｉＯ_２膜３８が形成される。一方、図１４（ｂ）に示すように、Ｓｉ膜３３が厚く残存している領域では、熱酸化が殆ど進行することはない。熱酸化では、均一に酸素の拡散が進むことから、Ｓｉ膜３３の上部において均一にＳｉＯ_２膜３４及び３８が形成される。尚、Ｓｉを熱酸化することにより形成されるＳｉＯ_２は、体積膨張するため膜厚が厚くなる。この後、ＣＶＤ法によりＳｉＯ_２膜１９を積層形成することにより、上部クラッド層が形成され、Ｓｉ膜３３を光の導波路とする光導波路が出来上がる。

図１５に、図１４（ａ）における破線１５Ａ−１５Ｂにおいて切断した断面図を示す。本実施の形態の製造方法により製造された光導波路は、図１４（ｂ）に示す光導波路の高さの高い領域（図１５における左側の領域）より、図１４（ｃ）に示す光導波路の高さが低い領域（図１５における右側の領域）に光が進行し不図示の光ファイバに光が入射する。これにより、光ファイバに入射する際の光損失を少なくすることができる。

〔第３の実施の形態〕
第３の実施の形態における光導波路の製造方法について説明する。本実施の形態は、リブ型と称する光導波路の製造方法である。

図１６から図２１に基づき本実施の形態における光導波路の製造方法について説明する。

最初に、図１６に示すように、ＳＯＩ基板５０上にＳｉＯ_２膜５４のマスクを形成する。図１６（ａ）は、本実施の形態における光導波路の製造工程の上面図であり、図１６（ｂ）は、図１６（ａ）の破線１６Ａ−１６Ｂにおいて切断した要部断面図であり、図１６（ｃ）は、図１６（ａ）の破線１６Ｃ−１６Ｄにおいて切断した要部断面図である。本実施の形態において用いられるＳＯＩ基板５０は、Ｓｉ基板５１上にＳｉＯ_２層５２が形成され、更にＳｉ層５３が形成されており、ＳｉＯ_２層５２は下側のクラッド層となる。具体的には、ＳＯＩ基板５０におけるＳｉ層５３上に膜厚が約５０ｎｍの第１の酸化膜であるＳｉＯ_２膜５４をＬＰＣＶＤ法により形成し、ＳｉＯ_２膜５４上にフォトレジストを塗布し、露光装置による露光、現像を行うことによりレジストパターン１５を形成する。形成されるレジストパターンは、図１６（ａ）に示されるように、左側が広く右側が狭い形状のパターンであり、左側から右側に緩やかに狭くなる形状のパターンであり、右側の端が光導波路の出射端となるものである。この後、レジストパターン５５をマスクとしてＲＩＥ法によりレジストパターン５５の形成されていない領域のＳｉＯ_２膜５４を除去する。この際行われるＲＩＥは、異方性エッチングである。これにより、ＳｉＯ_２膜５４のマスクが形成される。尚、形成されるＳｉＯ_２膜５４は、基板温度が６００℃でＬＰＣＶＤ法により低圧状態において形成されるため、一般的なＣＶＤ法で形成されるＳｉＯ_２膜よりも緻密で密度の高い膜を得ることができる。

次に、図１７に示すように、ＳｉＯ_２膜５４のマスクの形成されていない領域のＳｉ層１３を除去する。図１７（ａ）は、本実施の形態における光導波路の製造工程の上面図であり、図１７（ｂ）は、図１７（ａ）の破線１７Ａ−１７Ｂにおいて切断した要部断面図であり、図１７（ｃ）は、図１７（ａ）の破線１７Ｃ−１７Ｄにおいて切断した要部断面図である。具体的には、レジストパターン５５を有機溶剤等により除去した後、ＲＩＥ法により、ＳｉＯ_２膜５４をマスクとしてＳｉＯ_２膜５４の形成されていない領域のＳｉ層５３においてドライエッチングを行う。このドライエッチングでは、Ｓｉ層５３を完全に除去するのではなく、ＳｉＯ_２層５２の表面にＳｉ層５３が薄く覆われた領域５３ａが残存するようにエッチングを行う。この際、ＲＩＥは選択エッチングであるため、Ｓｉは除去されるがＳｉＯ_２は、ほとんどエッチングされることはないものの、形成されているＳｉＯ_２膜５４の幅が大きく異なる場合等では、ＲＩＥ後におけるＳｉＯ_２膜５４のエッジ部分の形状は異なるものとなる。即ち、図１７（ｂ）に示すように、ＳｉＯ_２膜５４の幅が広い場合には、エッジ部分の形状は垂直に近い形状となり、図１７（ｃ）に示すように、ＳｉＯ_２膜５４の幅が狭い場合には、エッジ部分は傾斜したテーパーを有する形状となる。

次に、図１８に示すように、第２の酸化膜であるＳｉＯ_２膜５６を形成する。図１８（ａ）は、本実施の形態における光導波路の製造工程の上面図であり、図１８（ｂ）は、図１８（ａ）の破線１８Ａ−１８Ｂにおいて切断した要部断面図であり、図１８（ｃ）は、図１８（ａ）の破線１８Ｃ−１８Ｄにおいて切断した要部断面図である。ＳｉＯ_２膜５６は、ＣＶＤ法により形成され、形成される膜厚は約２５０ｎｍである。この際、図１８（ｂ）及び図１８（ｃ）に示すように、ＳｉＯ_２膜５４の形状が異なるため、積層されるＳｉＯ_２膜５６も、この形状の影響により、異なる形状で形成される。即ち、図１８（ｂ）に示されるようにエッジ部分の形状が垂直に近く、幅の広いＳｉＯ_２膜５４の場合では、ＳｉＯ_２膜６６は台形状の凸部となる形状となり、図１８（ｃ）に示されるように、エッジ部分の形状が傾斜したテーパーを有し、幅の狭いＳｉＯ_２膜５４の場合では、台形状とはならず、傾斜を有する単なる凸部となる形状となる。尚、ＣＤＶ法によりＳｉＯ_２膜５６を形成する際の基板温度は４００℃である。

次に、図１９に示すように、レジストパターン５７を形成し、ＲＩＥによりＳｉＯ_２膜５６を除去する。図１９（ａ）は、本実施の形態における光導波路の製造工程の上面図であり、図１９（ｂ）は、図１９（ａ）の破線１９Ａ−１９Ｂにおいて切断した要部断面図であり、図１９（ｃ）は、図１９（ａ）の破線１９Ｃ−１９Ｄにおいて切断した要部断面図である。具体的には、ＳｉＯ_２膜５６上にフォトレジストを塗布し、露光装置により露光、現像を行うことにより、レジストパターン５７を形成する。形成されるレジストパターン５７は、ＳｉＯ_２膜５４から離れて２本の帯状に形成されており、ＳｉＯ_２膜５４が細くなるに従い、レジストパターン５７の間隔が広くなるよう形成される。尚、ＳｉＯ_２膜５４が細くなるに従い、即ち、形成される導波路の出射端に近づくに従いレジストパターン５７の間隔が広くなるものであれば、帯状でなくともよい。また、この際のＲＩＥの条件は、等方的にエッチングがされる条件であり、ＲＩＥ装置のチャンバー内の圧力は１Ｔｏｒｒで行われる。これにより、図１９（ｂ）に示すＳｉＯ_２膜５４の幅が広い領域では、ＳｉＯ_２膜５４とレジストパターン５７との間が狭く、間に形成されたＳｉＯ_２膜５６は多く残存し、また、ＳｉＯ_２膜５４は厚く残存する。一方、図１９（ｃ）に示すＳｉＯ_２膜５４の幅が狭い領域では、ＳｉＯ_２膜５４とレジストパターン１７との間が広くＳｉＯ_２膜５６がエッチングされるため、ＳｉＯ_２膜５４はプラズマにさらされやすくなり、より多くエッチングされて、ＳｉＯ_２膜５４は薄くなる。尚、形成方法の相違によりＳｉＯ_２膜５６とＳｉＯ_２膜５４のエッチング速度は異なっており、緻密なＳｉＯ_２膜５４に比べてＳｉＯ_２膜５６はより多くエッチングされる。

次に、図２０に示すように、希ＨＦによりＳｉＯ_２膜５６及びＳｉＯ_２膜５４をエッチングし後退させる。図２０（ａ）は、本実施の形態における光導波路の製造工程の上面図であり、図２０（ｂ）は、図２０（ａ）の破線２０Ａ−２０Ｂにおいて切断した要部断面図であり、図２０（ｃ）は、図２０（ａ）の破線２０Ｃ−２０Ｄにおいて切断した要部断面図である。具体的には、レジストパターン５７を除去した後、０．５％の希ＨＦによるウエットエッチングによりＳｉＯ_２膜５６及びＳｉＯ_２膜５４をエッチングする。これにより、図２０（ｂ）に示すように、ＳｉＯ_２膜５４が広い領域では、ＳｉＯ_２膜５４の膜厚が厚いため、エッチング後においてもＳｉＯ_２膜１４が厚く残存しているが、図２０（ｃ）に示すように、ＳｉＯ_２膜５４が狭い領域では、ＳｉＯ_２膜５４の膜厚が薄く、ウエットエッチングにより除去され、Ｓｉ層５３の表面及び側面の一部が露出する。

次に、図２１に示すように、熱酸化を行った後、ＣＶＤ法により第３の酸化膜であるＳｉＯ_２膜５９を成膜する。図２１（ａ）は、本実施の形態における光導波路の製造工程の上面図であり、図２１（ｂ）は、図２１（ａ）の破線２１Ａ−２１Ｂにおいて切断した要部断面図であり、図２１（ｃ）は、図２１（ａ）の破線２１Ｃ−２１Ｄにおいて切断した要部断面図である。具体的には、１０００℃で３０分の熱酸化を行う。これにより、図２１（ｃ）に示すように、Ｓｉ膜５３の幅が狭く表面及び側面の一部が露出した領域では、Ｓｉ膜５３の表面及び側面の一部より酸化が進行し、Ｓｉの熱酸化によりＳｉＯ_２膜５８が形成される。一方、図２１（ｂ）に示すように、Ｓｉ膜５３が厚く残存している領域では、熱酸化が殆ど進行することはない。熱酸化では、均一に酸素の拡散が進むことから、Ｓｉ膜５３の上部において均一にＳｉＯ_２膜５４及び５８が形成される。尚、Ｓｉを熱酸化することにより形成されるＳｉＯ_２は、体積膨張するため膜厚が厚くなる。この後、ＣＶＤ法によりＳｉＯ_２膜５９を積層形成することにより、上部クラッド層が形成され、Ｓｉ膜５３を光の導波路とする光導波路が出来上がる。

図２２に、図２１（ａ）における破線２２Ａ−２２Ｂにおいて切断した断面図を示す。本実施の形態の製造方法により製造された光導波路は、図２１（ｂ）に示す光導波路の幅の広い領域（図２２における左側の領域）より、図２１（ｃ）に示す光導波路の幅の狭い領域（図２２における右側の領域）に光が進行し、不図示の光ファイバに光が入射する。これにより、光ファイバに入射する際の光損失を少なくすることができる。

〔第４の実施の形態〕
次に、第４の実施の形態について説明する。本実施の形態は、第１から第３の実施の形態において作製した光導波路を有する光導波路デバイス及び光送受信機である。

図２３に基づき、本実施の形態における光導波路デバイスを説明する。本実施の形態における光導波路デバイスは、リング装荷スローライト・マッハツェンダ変調器１００である。このリング装荷スローライト・マッハツェンダ変調器１００は、外部共振器レーザ１１０よりレーザ光を光導波路１１１に入射し、光導波路１１１内を光が進行し、カプラ１１２を介し、光導波路１１３内を進行する。光導波路１１３においては側部近傍に設けられた複数の電極１１４により変調される。この複数の電極１１４には各々リング状光導波路１１５が設けられている。この後、カプラ１１６を介し光導波路１１７内を光が進行し出射部１１８より出射され、光ファイバ１１９に光が入射する。本実施の形態では、光導波路１１７の出射部１１８は、第１から第３の実施の形態における光導波路の製造方法により製造されている。よって、光導波路１１７の出射部１１８の端面において高さ方向又は、高さ方向と幅方向が狭く形成されており、低い光損失で光ファイバ１１９に光を入射させることができる。

次に、図２４に基づき、本実施の形態における光送受信機について説明する。本実施の形態における光送受信機であるトランシーバチップは、図２３において説明したリング装荷スローライト・マッハツェンダ変調器１００を有するものである。本実施の形態におけるトランシーバチップは、半導体レーザ１２０（図２３における外部共振器レーザ１１０に相当する）を有しており、この半導体レーザ１２０を駆動するためのレーザ駆動電源１２１を有している。この半導体レーザ１２０からは連続したレーザ光が出射されており、光導波路１２２及び１２３に入射する。光導波路１２３はモニタ用フォトディテクタ１２４に接続されており、半導体レーザ１２０の光量がモニタされ、レーザ駆動電源１２１の出力にフィードバックがかけられる。また、光導波路１２２に入射した光は、リング装荷スローライト・マッハツェンダ変調器１００に入射する。

一方、本実施の形態におけるトランシーバチップには、電気信号入力部１２５より電気信号が入力し、変調器ドライバ回路１２６を介して、リング装荷スローライト・マッハツェンダ変調器１００に変調がかけられる。具体的には、リング装荷スローライト・マッハツェンダ変調器１００に設けられた複数の電極１１４に変調された電気信号が印加される。リング装荷スローライト・マッハツェンダ変調器１００では、変調された電気信号に基づき変調された光信号が生成され、リング装荷スローライト・マッハツェンダ変調器１００の出射部１１８より光ファイバ１２７に光信号が出力される。

また、本実施の形態におけるトランシーバチップには、光入力部である光ファイバ１３１からの光信号が入力しており、入力した光信号は、光導波路１３２を介し、フォトディテクタ１３３に入射する。フォトディテクタ１３３に入射した光信号は電気信号に変換され、この電気信号が電気アンプ１３４に入力し増幅され、電気信号出力部１３５より出力される。

以上、実施の形態について詳述したが、特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された範囲内において、種々の変形及び変更が可能である。

以上の説明に関し、更に以下の付記を開示する。
（付記１）
酸化層、Ｓｉ層が積層された基板上に、光導波路となる領域に第１の酸化膜のマスクを形成し、前記第１の酸化膜をマスクとして前記Ｓｉ層をエッチングする第１エッチング工程と、
前記第１エッチング工程の後、前記Ｓｉ層を覆う第２の酸化膜を形成する第２の酸化膜形成工程と、
前記第２の酸化膜上の前記第１の酸化膜のマスクの両側となる領域に、前記光導波路の出力端に近づくに従い、相互に間隔が徐々に広がる２つのレジストパターンを形成するレジストパターン形成工程と、
前記レジストパターンをマスクとして、前記第２の酸化膜をエッチングする第２のエッチング工程と、
前記第２のエッチング工程の後、熱酸化を行う熱酸化工程と、
前記熱酸化工程の後、第３の酸化膜を形成する第３の酸化膜形成工程と、
を有し、前記Ｓｉ層を光導波路とすることを特徴とする光導波路の製造方法。
（付記２）
前記第１エッチング工程における第１の酸化膜のマスクは、前記光導波路の出力端において幅が徐々に細くなるように形成されているものであることを特徴とする付記１に記載の光導波路の製造方法。
（付記３）
酸化層、Ｓｉ層が積層された基板上に、光導波路となる領域に前記光導波路の出力端において幅が徐々に細くなる第１の酸化膜のマスクを形成し、前記第１の酸化膜をマスクとして前記Ｓｉ層をエッチングする第１エッチング工程と、
前記第１エッチング工程の後、前記Ｓｉ層を覆う第２の酸化膜を形成する第２の酸化膜形成工程と、
前記第２の酸化膜上の前記第１の酸化膜のマスクの両側となる領域に、一定の間隔を有し平行に２つのレジストパターンを形成するレジストパターン形成工程と、
前記レジストパターンをマスクとして、前記第２の酸化膜をエッチングする第２のエッチング工程と、
前記第２のエッチング工程の後、熱酸化を行う熱酸化工程と、
前記熱酸化工程の後、第３の酸化膜を形成する第３の酸化膜形成工程と、
を有し、前記Ｓｉ層を光導波路とすることを特徴とする光導波路の製造方法。
（付記４）
前記第１のエッチング工程において、前記第１の酸化膜をマスクの形成されていない領域の前記Ｓｉ層を除去することを特徴とする付記１から３のいずれかに記載の光導波路の製造方法。
（付記５）
前記第１の酸化膜はＬＰＣＶＤ法により形成されるものであることを特徴とする付記１から４のいずれかに記載の光導波路の製造方法。
（付記６）
前記第２の酸化膜はＣＶＤ法により形成されるものであることを特徴とする付記１から５のいずれかに記載の光導波路の製造方法。
（付記７）
前記第２の酸化膜の成膜時の基板温度より前記第１の酸化膜の成膜時の基板温度の方が高いことを特徴とする付記１から６のいずれかに記載の光導波路の製造方法。
（付記８）
前記第２のエッチング工程により、前記第１の酸化膜をマスクのうち、前記光導波路の出力端側において一部は除去されるものであることを特徴とする付記１から７のいずれかに記載の光導波路の製造方法。
（付記９）
前記第２のエッチング工程は、前記酸化膜を等方的にエッチングするドライエッチングであることを特徴とする付記１から８のいずれかに記載の光導波路の製造方法。
（付記１０）
前記ドライエッチングは、ＲＩＥであることを特徴とする付記１から９のいずれかに記載の光導波路の製造方法。
（付記１１）
前記第２のエッチング工程は、前記ドライエッチングの後、前記酸化膜のウエットエットエッチングを行うことを特徴とする付記９または１０に記載の光導波路の製造方法。
（付記１２）
前記ウエットエッチングはＨＦによるものであることを特徴とする付記１１に記載の光導波路の製造方法。
（付記１３）
前記基板はＳＯＩ基板であって、前記酸化層はＳｉＯ_２層であることを特徴とする付記１から１２に記載の光導波路の製造方法。
（付記１４）
前記第１の酸化膜、前記第２の酸化膜及び前記第３の酸化膜は、ＳｉＯ_２膜であることを特徴とする付記１から１３に記載の光導波路の製造方法。

１０ ＳＯＩ基板
１１ Ｓｉ基板
１２ ＳｉＯ_２層
１３ Ｓｉ層
１４ ＳｉＯ_２膜（第１の酸化膜）
１５ レジストパターン
１６ ＳｉＯ_２膜（第２の酸化膜）
１７ レジストパターン
１８ ＳｉＯ_２膜
１９ ＳｉＯ_２膜（第３の酸化膜）
１００ リング装荷スローライト・マッハツェンダ変調器
１１０ 外部共振器レーザ
１１１ 光導波路
１１２ カプラ
１１３ 光導波路
１１４ 電極
１１５ リング状光導波路
１１６ カプラ
１１７ 光導波路
１１８ 出射部
１１９ 光ファイバ
１２０ 半導体レーザ
１２１ レーザ駆動電源
１２２ 光導波路
１２３ 光導波路
１２４ モニタ用フォトディテクタ
１２５ 電気信号入力部
１２６ 変調器ドライバ回路
１２７ 光ファイバ
１３１ 光ファイバ
１３２ 光導波路
１３３ フォトディテクタ
１３４ 電気アンプ
１３５ 電気信号出力部

Claims (6)

1. 酸化層、Ｓｉ層が積層された基板上に、光導波路となる領域に第１の酸化膜のマスクを形成し、前記第１の酸化膜をマスクとして前記Ｓｉ層をエッチングする第１エッチング工程と、
   前記第１エッチング工程の後、前記Ｓｉ層を覆う第２の酸化膜を形成する第２の酸化膜形成工程と、
   前記第２の酸化膜上の前記第１の酸化膜のマスクの両側となる領域に、前記光導波路の出力端に近づくに従い、相互に間隔が徐々に広がる２つのレジストパターンを形成するレジストパターン形成工程と、
   前記レジストパターンをマスクとして、前記第２の酸化膜をエッチングする第２のエッチング工程と、
   前記第２のエッチング工程の後、熱酸化を行う熱酸化工程と、
   前記熱酸化工程の後、第３の酸化膜を形成する第３の酸化膜形成工程と、
   を有し、前記Ｓｉ層を光導波路とすることを特徴とする光導波路の製造方法。
2. 前記第１エッチング工程における第１の酸化膜のマスクは、前記光導波路の出力端において幅が徐々に細くなるように形成されているものであることを特徴とする請求項１に記載の光導波路の製造方法。
3. 酸化層、Ｓｉ層が積層された基板上に、光導波路となる領域に前記光導波路の出力端において幅が徐々に細くなる第１の酸化膜のマスクを形成し、前記第１の酸化膜をマスクとして前記Ｓｉ層をエッチングする第１エッチング工程と、
   前記第１エッチング工程の後、前記Ｓｉ層を覆う第２の酸化膜を形成する第２の酸化膜形成工程と、
   前記第２の酸化膜上の前記第１の酸化膜のマスクの両側となる領域に、一定の間隔を有し平行に２つのレジストパターンを形成するレジストパターン形成工程と、
   前記レジストパターンをマスクとして、前記第２の酸化膜をエッチングする第２のエッチング工程と、
   前記第２のエッチング工程の後、熱酸化を行う熱酸化工程と、
   前記熱酸化工程の後、第３の酸化膜を形成する第３の酸化膜形成工程と、
   を有し、前記Ｓｉ層を光導波路とすることを特徴とする光導波路の製造方法。
4. 前記第１のエッチング工程において、前記第１の酸化膜をマスクの形成されていない領域の前記Ｓｉ層を除去することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の光導波路の製造方法。
5. 前記第２のエッチング工程は、前記酸化膜を等方的にエッチングするドライエッチングであることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の光導波路の製造方法。
6. 前記第２のエッチング工程は、前記ドライエッチングの後、前記酸化膜のウエットエットエッチングを行うことを特徴とする請求項５に記載の光導波路の製造方法。

Images