JP2752851B2 - 光導波路の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の技術分野】本発明は半導体あるいは誘電体基
板上に形成する光導波路の製造方法に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】レーザ、変調器、方向性結合器、受光器
などの光素子を一つの結晶基板状に形成し、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は各素子
間を光ファイバなど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必要で、且つ、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、光導波路による高効率
な光結合は困難であり、また、半導体光集積回路への光
入力端あるいはここからの光出力端では光ファイバとの
結合による光損失が生じる。この問題を回避するために
コア層の厚さを徐々に変化させたテーパ導波路が用いら
れている（G.Muller他、”Tapered InP/InGaAsP Wavegu
ide Structure for Efficient Fibre-Chip Coupling"El
ectronicsLetters, Vol.27,No.20,p1836(1991年) 参照)
。

【０００３】図９に従来の光導波路の製造方法を表す概
略を示す。図９に示すように、ＩｎＰ基板１１の上方の
わずかに離れた位置にこのＩｎＰ基板１１を部分的に覆
うように蒸着マスク１２を配設する。そして、この蒸着
マスク１２の上方から蒸着種を照射すると、蒸着マスク
１２に覆われていないＩｎＰ基板１１上の領域には蒸着
し、蒸着マスク１２に覆われているＩｎＰ基板１１上の
領域には蒸着しないが、その領域の蒸着マスク１２に覆
われていない領域の近傍では回り込みによって徐々に変
化した厚さに蒸着される。従って、ＩｎＰ基板１１上に
テーパ状のエッチングマスク１３を形成し、このエッチ
ングマスクを用いてコア層をテーパ状に加工している。

【０００４】このように製造された従来の光導波路にお
いて、テーパ導波路の入射端に入射された光ビームは導
波路のコア層の厚さの変化と共にその広がりが変化して
出射端より出射される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】このような従来のテー
パ導波路においては、ＩｎＰ基板１１の上方に配設され
た蒸着マスク１２を用いてこのＩｎＰ基板１１上にテー
パ状のエッチングマスク１３を形成し、このエッチング
マスク１３を用いてコア層をテーパ状に加工している。
そのため、ＩｎＰ基板１１に対する蒸着マスク１２の位
置決めを高精度にアライメントできない。従って、他の
素子を同一基板上に集積することが困難であるばかりで
なく、複数のテーパ導波路を同時に形成することができ
ないという問題があった。

【０００６】本発明は上述した問題点を解決するもので
あって、光集積回路に適した光導波路の製造方法を提供
することを目的とするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めの本発明の光導波路の製造方法は、半導体あるいは誘
電体基板上に第一の物質からなるコア層を積層し、該コ
ア層上における光導波路を形成する領域の両側に該光導
波路方向に沿ってその間隔が変化してなるエッチングマ
スクを形成し、該エッチングマスクを用いて前記コア層
を選択エッチングすることで前記光導波路方向に沿って
その厚さが変化してなるコア層を形成し、前記エッチン
グマスクを除去した後に該コア層の上部に第二の物質か
らなるクラッド層を積層することを特徴とするものであ
る。

【０００８】

【０００９】

【作用】基板上にコア層を積層し、コア層上における光
導波路を形成する領域の両側にその光導波路方向に沿っ
てその間隔が変化してなるエッチングマスクを形成し、
このエッチングマスクを用いてコア層を選択エッチング
することで光導波路方向に沿ってその厚さが変化してな
るテーパ状のコア層を形成し、エッチングマスクを除去
した後にテーパ状のコア層を選択エッチングして所定長
さで所定幅のストライプ状のコアを形成し、基板及びコ
アの上部にクラッド層を積層する。また、光導波路方向
に沿ってその厚さが変化してなるテーパ状のコア層に対
し、エッチングマスクを除去した後にテーパ状のコア層
の上部に所定長さで所定幅のストライプ状のクラッド層
を積層しても、クラッド層の下部のテーパ状のコア層に
コアが形成される。

【００１０】

【００１１】

【実施例】以下、図面に基づいて本発明の実施例を詳細
に説明する。

【００１２】図１乃至図５に本発明の一実施例に係る光
導波路の製造方法を表す形成過程の概略、図６及び図７
にエッチング後の光導波路を表す断面を示す。

【００１３】図５に示すように、本実施例の光導波路１
００は、ＩｎＰ半導体基板１０１上にＩｎＧａＡｓＰコ
ア層をエッチングマスクを用いて選択エッチングするこ
とで光導波路方向に沿ってその厚さが変化してなるコア
１０５を形成し、ＩｎＰ半導体基板１０１及びコア１０
５の上部にＩｎＰ上部クラッド層１０６を積層したもの
である。

【００１４】従って、ＩｎＰ半導体基板１０１上に光導
波路方向に沿ってその厚さがテーパ状に変化するコア１
０５が形成されたことで、導波路の一端部から入射した
光は他端部にて所定の拡がりの光として出射することと
なり、光損失のない高効率な光結合が可能となる。

【００１５】以下、本実施例の光導波路１００の製造方
法について、図１乃至図５を用いて説明する。

【００１６】まず、図１に示すように、ＩｎＰ半導体基
板１０１上にＭＯＶＰＥ法（有機金属気相エピタキシャ
ル法）を用いて厚さ１μｍのＩｎＧａＡｓＰからなるコ
ア層１０２をエピタキシャル成長する。

【００１７】次に、図２に示すように、コア層１０２上
に厚さ０．２μｍの酸化珪素を堆積し、その後、フォト
プロセス及びフッ素系ＲＩＥ法（反応性イオンエッチン
グ法）により長さ５００μｍ、一方の端部での間隔が２
０μｍで他方の端部での間隔が１０μｍの一対のエッチ
ングマスク（酸化珪素膜）１０３，１０４を形成する。

【００１８】そして、臭素系ＲＩＢＥ法（反応性イオン
ビームエッチング法）を用いてコア層１０２の選択エッ
チングを行う。エッチング条件としては、ガス圧が０．
５×１０^-3TON 、反応性ガス種がＢｒ₂ 、その流量が７
SCCM、ＲＦ電圧が２５０Ｗ、加速電圧が０．４KV、エッ
チング時間が２０SEC である。

【００１９】通常、図６に示すように、コア層１１１上
のエッチングマスク１１２によりリッジ１１３を形成す
る場合、エッチング後の形状はエッチングマスク１１２
の近傍で浅く、エッチングマスク１１２から離れるにし
たがって深くなり、全体として裾を引いたようなものと
なる。従って、本実施例のように、一対のエッチングマ
スク１０３，１０４に挟まれた領域は、図７に示すよう
に、その間隔の大きさによって深さが異なるものであ
り、エッチングマスク１０３，１０４の間隔が広いほど
エッチング量が大きくなり、狭いほどエッチング量が小
さくなる。その結果、基板１０１上にはエッチングマス
ク１０３，１０４の長さ方向にテーパ状に厚さの変化す
るコア層１０２が形成される。

【００２０】そして、図３に示すように、コア層１０２
上からエッチングマスク１０３，１０４を除去すれば、
図３に示すように、コア層１０２の中央部が凹状に加工
され、且つ、凹部の深さが変化する。即ち、長さ方向に
テーパ状に厚さの変化するコア層１０２を有する半導体
積層構造を得ることができる。更に、凹状の加工部内に
長さ５００μｍ、幅２μｍのストライプ状のマスクを通
常のレジストで形成した後、硫酸系のエッチング用いて
選択エッチングすることにより、図４に示すように、コ
ア層１０２のうち両側を除去して長さ方向にテーパ状に
厚さの変化するコア層１０２の領域を、長さ５００μ
ｍ、幅２μｍのストライプ形状に加工する。従って、光
導波路方向に沿ってその厚さが変化してなるコア１０５
が形成される。

【００２１】その後、ＩｎＰ半導体基板１０１及びコア
１０５の上部に厚さ５μｍのＩｎＰからなる上部クラッ
ド層１０６をＭＯＶＰＥ法を用いて積層することで光導
波路１００が製造される。

【００２２】而して、上述の方法で製造されたコア１０
５は厚さが一端で０．１μｍ、他端で０．５μｍであ
り、各端での導波路の近視野像の測定からこの光導波路
１００を用いることによって導波光の広がりを５倍に拡
大することができる。

【００２３】なお、上述の実施例においては、コア層１
０２上に酸化珪素を堆積させてエッチングマスク１０
３，１０４を形成したが、酸化珪素以外に、窒化珪素や
ポリイミド、レジストなどを用いることもできる。ま
た、光導波路の材料（基板１０１）として半導体を用い
たが、誘電体材料を用いても前述した製造方法によって
層厚が光の導波方向に沿ってテーパ状に変化する光導波
路を形成することができる。更に、図４に示すように、
長さ方向にテーパ状に厚さの変化するコア層１０２の領
域をストライプ形状に加工する際に、コア層１０２の幅
方向においてもテーパ状に変化するように加工すること
で、光導波路方向に沿ってテーパ状にその厚さ及び幅が
変化してなるコア（導波路）を形成することができる。

【００２４】また、上述の実施例では、図４及び図５に
示すように、基板１０１上にテーパ状に厚さの変化する
コア層１０２が形成し、選択エッチングによりコア層１
０２のうち両側を除去して長さ方向にテーパ状に厚さの
変化する領域をストライプ形状にしてコア１０５を形成
した後に上部クラッド層１０６を積層することで光導波
路１００を製造したが、本発明の導波路の製造方法にあ
っては、コア１０５の形成手段としてこの方法に限定さ
れるものではない。図８に別の導波路の製造方法におけ
る一部の形成過程の概略を示す。なお、エッチングマス
クを用いてコア層１０２のエッチングを行うことで基板
１０１上に長さ方向にテーパ状に厚さの変化するコア層
１０２が形成し、その後、コア層１０２上からエッチン
グマスクを除去する工程までは同一である。

【００２５】図８に示すように、コア層１０２上からエ
ッチングマスクを除去した後、コア層１０２のうち長さ
方向にテーパ状に厚さの変化するコア層１０２の所定の
領域、即ち、導波光のコア２０１となる部分の上部にス
トライプ状のＩｎＰからなる上部クラッド層２０２を積
層することでこのコア２０１に光を閉じ込めることがで
き、その結果、光導波路２００が製造される。

【００２６】而して、選択エッチングすることによりコ
ア層１０２のうち両側を除去して長さ方向にテーパ状に
厚さの変化するコア層１０２の領域をストライプ形状に
加工することなく、簡単に光導波路方向に沿ってその厚
さが変化してなるコア２０１を形成して、導波路２００
を製造することができる。

【００２７】

【００２８】

【００２９】

【００３０】

【００３１】

【００３２】

【００３３】

【００３４】

【００３５】

【００３６】

【発明の効果】以上、実施例を挙げて詳細に説明したよ
うに本発明の光導波路の製造方法によれば、半導体ある
いは誘電体基板上にコア層を積層し、光導波路を形成す
る領域の両側にその間隔が変化するエッチングマスクを
形成してこのエッチングマスクを用いてコア層を選択エ
ッチングすることで光導波路方向に沿ってその厚さが変
化してなるコア層を形成し、エッチングマスクを除去し
た後にコア層の上部にクラッド層を積層するようにした
ので、基板に対するテーパ導波路の位置の高精度なアラ
イメントを可能として光集積回路に適した光導波路を製
造することができ、その結果、導波路と他の素子との集
積化を可能とすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る光導波路の製造方法を
表す形成過程において、コア層積層工程の概略図であ
る。

【図２】光導波路の製造方法を表す形成過程において、
エッチングマスク形成工程の概略図である。

【図３】光導波路の製造方法を表す形成過程において、
コア層加工工程の概略図である。

【図４】光導波路の製造方法を表す形成過程において、
コア形成工程の概略図である。

【図５】光導波路の製造方法を表す形成過程において、
クラッド層積層工程の概略図である。

【図６】１つのエッチングマスクによるエッチング後の
光導波路を表す断面図である。

【図７】２つのエッチングマスクによるエッチング後の
光導波路を表す断面図である。

【図８】別の導波路の製造方法における一部を表す形成
過程において、導波路形成工程の概略図である。

【図９】従来の光導波路の製造方法を表す概略図であ
る。

【符号の説明】

１００，２００ 光導波路 １０１ 半導体基板 １０２ コア層 １０３，１０４ エッチングマスク １０５，２０１ コア １０６，２０２ 上部クラッド層

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体あるいは誘電体基板上に第一の物
   質からなるコア層を積層し、該コア層上における光導波
   路を形成する領域の両側に該光導波路方向に沿ってその
   間隔が変化してなるエッチングマスクを形成し、該エッ
   チングマスクを用いて前記コア層を選択エッチングする
   ことで前記光導波路方向に沿ってその厚さが変化してな
   るコア層を形成し、前記エッチングマスクを除去した後
   に該コア層の上部に第二の物質からなるクラッド層を積
   層することを特徴とする光導波路の製造方法。