JP2020046531A - 光導波路、光学式濃度測定装置、および製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の第1実施態様に係る光導波路は、光を伝搬可能なコア層を備えている。コア層は、互いに膜厚の異なる少なくとも2つの領域を含む。膜厚方向から見たコア層の外縁の膜厚は、コア層の最大膜厚より薄い。なお、コア層の外縁とは、膜厚方向から見た外縁を画定するコア層の端である。
<コア層>
第1実施態様および第2実施態様において、コア層は、光が伝搬可能であれば特に制限されない。具体的には、シリコン(Si)やガリウムひ素(GaAs)、ゲルマニウム(Ge)等で形成されたコア層が挙げられる。
第1実施態様および第2実施態様において、基板は、基板上に支持部及びコア層を形成可能であれば特に制限されない。具体的には、シリコン基板やGaAs基板等が挙げられる。
第1実施態様および第2実施態様において、支持部は、基板の少なくとも一部とコア層の少なくとも一部とを接続する。支持部は、基板およびコア層を接合可能であれば特に制限されないが、好ましくは任意の波長の光またはコア層を伝搬する光に対してコア層よりも屈折率が小さい材料である。一例として、支持部の形成材料として、SiO2などが挙げられる。本発明において、支持部は必須の構成ではない。コア層は支持部によって基板と接合されてもよく、基板上に直接コア層が形成されていてもよい。 また、支持部が部分的に存在してもよく、コア層の少なくとも一部は、支持部に接合されておらず浮遊していてもよい。すなわち、このような構成の光導波路では、支持部が設けられた領域を除き、基板およびコア層の間には空間が形成されている。コア層の一部を浮遊させることで、エバネッセント波と被測定物質を相互作用させる量を多くさせることができ、センサ感度を向上させることができる。
本発明の一実施態様に係る光学式濃度測定装置は、本発明の第1実施態様または第2実施態様に係る光導波路と、コア層に光を入射可能な光源と、コア層を伝搬した光を受光可能な検出部と、を備える。
<光源>
光源は、コア層に光を入射可能であれば特に制限されない。ガスの測定に赤外線を用いる場合には光源として、白熱電球やセラミックヒータ、MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)ヒータや赤外線LED(Light Emitting Diode)などを用いることができる。光源は光導波路と光接続可能な形態であればどのような配置でもよい。例えば、光源は、光導波路と同じ個体内に光導波路に隣接して配置してもよいし、別の個体として光導波路から一定の距離を置いて配置してもよい。また、ガスの測定に紫外線を用いる場合には光源として、水銀ランプや紫外線LEDなどを用いることができる。また、ガスの測定にX線を用いる場合には光源として、電子ビームや電子レーザーなどを用いることができる。
検出部は、光導波路のコア層を伝搬した光を受光可能であれば特に制限されない。ガスの測定に赤外線を用いる場合には検出部として、焦電センサ(Pyroelectric sensor)、サーモパイル(Thermopile)あるいはボロメータ(Bolometer)などの熱型赤外線センサや、ダイオードあるいはフォトトランジスタなどの量子型赤外線センサなどを用いることができる。また、ガスの測定に紫外線を用いる場合には検出部として、ダイオードやフォトトランジスタ等の量子型紫外線センサなどを用いることができる。また、ガスの測定にX線を用いる場合には検出部として、各種半導体センサを用いることができる。
本発明の一実施態様に係る光導波路の製造方法は、エッチングによりコア層の膜厚方向から見た当該コア層の外縁を形成させるためのマスクを、膜厚方向から見た該マスクの外縁がコア層の最大膜厚の領域から外れるように、コア層に被せる工程を備える。これにより、コア層を、膜厚方向から見た外縁の膜厚は最大膜厚より薄く形成することが可能となる。具体的な製造方法については、後述する。
本発明の一実施形態に係る光導波路について図1から図3を用いて説明する。まず、本実施形態に係る光導波路10および光導波路10を備える光学式濃度測定装置1並びにこれらを用いたATR法による被測定物質の検出方法について図1から図3を用いて説明する。
次に、本実施形態に係る光導波路および光学式濃度測定装置の製造方法について、図1を参照しつつ、図4から図27を用いて説明する。図4から図27は、光導波路10の製造工程断面図を示している。光導波路10は、1枚の支持基板150に同時に複数の光導波路主要部を形成した後に個片化して製造される。図4から図27では、形成される複数の光導波路のうちの1つの光導波路のみの製造工程が図示されている。
2 外部空間
10 光導波路
11 コア層
15 基板
17 支持部
20 光源
40 光検出器
51 構造体
53 物質
60,61 酸化膜
65 バーズビーク
70、71 窒化膜
80、81、82 第一ハードマスク、第二ハードマスク、レジストマスク
100 SOI基板
110 活性基板
117 光伝搬部
118、119 グレーティングカプラ
118a 回折格子部分
118b 接続部分
150 支持基板
170 BOX層
At グレーティングカプラの最大膜厚領域
ed グレーティングカプラの外縁
EW エバネッセント波
fs1、fs2、fs3 第一平坦面、第二平坦面、第三平坦面
IR 赤外線
is1、is2 第一傾斜面、第二傾斜面
L 光
Nc ノッチング
Pthick 最大膜厚の部分におけるパターン
Pthin 最小膜厚の部分におけるパターン
Claims (19)
- 互いに膜厚の異なる少なくとも2つの領域を含み、膜厚方向から見た外縁の膜厚は最大膜厚より薄く、光を伝搬可能なコア層を備える
光導波路。 - 回折格子が形成された回折格子部を有し、光を伝搬可能なコア層を備え、
前記回折格子部は互いに膜厚の異なる少なくとも2つの領域を含み、膜厚方向から見た該回折格子部の外縁の膜厚は該回折格子部の最大膜厚より薄い
光導波路。 - 前記コア層の、膜厚方向から見た外縁の膜厚は、前記コア層の最大膜厚より薄い
請求項2に記載の光導波路。 - 前記コア層は、回折格子が形成された回折格子部と、光伝搬部とを有する
請求項1に記載の光導波路。 - 前記コア層は、光伝搬部を有する
請求項2または3に記載の光導波路。 - 前記回折格子部の少なくとも一部は、前記コア層における最大膜厚を有する
請求項2から5のいずれか1項に記載の光導波路。 - 前記回折格子部の凸部の膜厚は、前記光伝搬部の膜厚より大きい
請求項4または5に記載の光導波路。 - 前記回折格子部の凹部の溝の深さは、前記光伝搬部の膜厚より大きい
請求項4、5および7のいずれか1項に記載の光導波路。 - 膜厚方向から見た、前記回折格子部の外縁の膜厚は、前記光伝搬部の外縁の膜厚以下である
請求項4、5、および、7から10のいずれか1項に記載の光導波路。 - 前記コア層において、前記光伝搬部の少なくとも一部の膜厚は最小の膜厚である
請求項4、5、および7から11のいずれか1項に記載の光導波路。 - 前記コア層において、外縁の領域の膜厚は最小の膜厚である
請求項1から12のいずれか1項に記載の光導波路。 - 前記コア層は単結晶で形成されている
請求項1から13のいずれか1項に記載の光導波路。 - 前記コア層の少なくとも一部は、露出、または、薄膜により被覆されている、
請求項1から14までのいずれか1項に記載の光導波路。 - 前記コア層を伝搬する光はアナログ信号としての赤外線である
請求項1から15までのいずれか1項に記載の光導波路。 - 請求項1から16のいずれか1項に記載の光導波路と、
前記コア層に光を入射可能な光源と、
前記コア層を伝搬した光を受光可能な検出部と、
を備える光学式濃度測定装置。 - 前記光源は真空波長が2μm以上12μm未満の赤外線を前記コア層に入射する
請求項17に記載の光学式濃度測定装置。 - エッチングによりコア層の膜厚方向から見た該コア層の外縁を形成させるためのマスクを、膜厚方向から見た該マスクの外縁が前記コア層の最大膜厚の領域から外れるように、前記コア層に被せる工程を備える
光導波路の製造方法。
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Citations (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH06267108A (ja) * | 1993-03-16 | 1994-09-22 | Sharp Corp | モード分離素子および光磁気ディスク用ピックアップ |
JP2003287536A (ja) * | 2002-03-27 | 2003-10-10 | Toshiba Corp | 光導波路型プロテインチップおよびプロテイン検出装置 |
JP2004093528A (ja) * | 2002-09-04 | 2004-03-25 | Toshiba Corp | 光導波路型グルコースセンサ及び発色試薬固定化方法 |
JP2005338098A (ja) * | 1995-05-12 | 2005-12-08 | Novartis Ag | 消散的に励起されたルミネセンスを用いた複数の分析対象物質の並列的検出のためのセンサプラットホームおよび方法 |
JP2006098284A (ja) * | 2004-09-30 | 2006-04-13 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | メソポーラス金属酸化物複合光導波路センサー、その製造方法及びそれを用いたガスセンサー |
JP2009511896A (ja) * | 2005-10-12 | 2009-03-19 | コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ | 全ポリマー光導波路センサ |
JP2010203838A (ja) * | 2009-03-02 | 2010-09-16 | Sonac Kk | 光導波路型センサ |
JP2011197453A (ja) * | 2010-03-19 | 2011-10-06 | Furukawa Electric Co Ltd:The | 半導体光導波路素子、半導体光導波路アレイ素子、およびその製造方法 |
US20140270642A1 (en) * | 2013-03-14 | 2014-09-18 | Micron Technology, Inc. | Photonics grating coupler and method of manufacture |
US20140264030A1 (en) * | 2013-03-12 | 2014-09-18 | Massachusetts Institute Of Technology | Methods and apparatus for mid-infrared sensing |
-
2018
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Patent Citations (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH06267108A (ja) * | 1993-03-16 | 1994-09-22 | Sharp Corp | モード分離素子および光磁気ディスク用ピックアップ |
JP2005338098A (ja) * | 1995-05-12 | 2005-12-08 | Novartis Ag | 消散的に励起されたルミネセンスを用いた複数の分析対象物質の並列的検出のためのセンサプラットホームおよび方法 |
JP2003287536A (ja) * | 2002-03-27 | 2003-10-10 | Toshiba Corp | 光導波路型プロテインチップおよびプロテイン検出装置 |
JP2004093528A (ja) * | 2002-09-04 | 2004-03-25 | Toshiba Corp | 光導波路型グルコースセンサ及び発色試薬固定化方法 |
JP2006098284A (ja) * | 2004-09-30 | 2006-04-13 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | メソポーラス金属酸化物複合光導波路センサー、その製造方法及びそれを用いたガスセンサー |
JP2009511896A (ja) * | 2005-10-12 | 2009-03-19 | コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ | 全ポリマー光導波路センサ |
JP2010203838A (ja) * | 2009-03-02 | 2010-09-16 | Sonac Kk | 光導波路型センサ |
JP2011197453A (ja) * | 2010-03-19 | 2011-10-06 | Furukawa Electric Co Ltd:The | 半導体光導波路素子、半導体光導波路アレイ素子、およびその製造方法 |
US20140264030A1 (en) * | 2013-03-12 | 2014-09-18 | Massachusetts Institute Of Technology | Methods and apparatus for mid-infrared sensing |
US20140270642A1 (en) * | 2013-03-14 | 2014-09-18 | Micron Technology, Inc. | Photonics grating coupler and method of manufacture |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
JURGEN KASBERGER, ET AL.: "Spectral resolution of the grating coupler of a miniaturized integrated evanescent field IR absorpti", IEEE JOURNAL OF QUANTUM ELECTRONICS, vol. 47, no. 7, JPN6022018996, July 2011 (2011-07-01), US, pages 950 - 958, ISSN: 0004866733 * |
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