JP3377406B2 - 偏光検出器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば光磁気情報
記録再生装置等に用いられる集積型光導波路デバイスに
おける偏光検出器に関する。

【０００２】

【従来の技術】光磁気ディスクは、書き換え可能な高密
度記録装置として、従来より研究開発が活発に行われて
おり、光磁気記録媒体から反射される光のカー効果によ
る偏光方向の回転を検出して情報を再生している。

【０００３】ところで、このカー効果による偏光方向の
回転は微小な値であるので、良好なＳ／Ｎ比を得るため
には、高精度な検光子や差動検出光学系等を必要として
いる。これらの光学系には、従来より検光子、プリズ
ム、ミラー及びレンズ等からなるバルク型光学系が用い
られているが、このバルク型光学系は光学部品の相互の
位置合わせが難しいという問題がある。また、装置構成
の小型化及び軽量化が困難であるという問題もある。

【０００４】そこで、最近では、これらのバルク型光学
系の欠点を解消する半導体デバイスとして、検出光学系
を薄膜導波路上に集積化した導波路型光検出器が提案さ
れている。図１７は、この導波路型光検出器、即ち検出
系集積素子９５を備えた従来の導波路型光磁気情報記録
再生装置の概略構成を示す。

【０００５】この光磁気情報記録再生装置は、半導体レ
ーザ等からなる光源９１と、光源９１からの光を光磁気
情報記録媒体９２上に集光させるべく配置された集光光
学系としてのコリメートレンズ９３及び対物レンズ９４
と、この光磁気情報記録媒体９２からの反射光を検出す
る検出系集積素子９５と、この検出系集積素子９５上に
設けられるとともに、これらコリメートレンズ９３と対
物レンズ９４の間に設けられ、コリメートレンズ９３か
らの入射光を底面で反射させて対物レンズ９４に向けて
出射させるとともに、光磁気情報記録媒体９２からの反
射光を検出系集積素子９５側に導波モードとして導くプ
リズムカプラ９６とを備えている。

【０００６】次に、図１８に基づき検出系集積素子９５
の詳細について説明する。この検出系集積素子９５は、
白地で示した領域部分Ａと、網点で示した領域部分Ｂを
有する。領域部分Ａは第１光導波路領域であり、その上
面に、光磁気情報記録媒体９２からの反射光を導くプリ
ズムカプラ９６が設けられている。領域部分Ｂは第２光
導波路領域であり、領域部分Ａと光結合可能に設けられ
ている。

【０００７】領域部分Ｂの一端側には光検出器１０１、
１０２が設けられ、他端側に導波路集光素子１０３、１
０４が設けられている。導波路集光素子１０３、１０４
は光検出器１０１、１０２に光磁気情報記録媒体９２か
らの反射光を導き、これらで焦点誤差信号（Ｆｏ信号）
検出部１０５が構成される。

【０００８】また、領域部分Ｂには、光磁気情報記録媒
体９２からの反射光のＴＥモード光を反射させ、ＴＭモ
ード光を屈折させるモード分離素子である第３光導波路
領域１０８が形成されている。更には、それぞれのモー
ド光を検出する光検出器１０６、１０７が設けられてお
り、これらで光磁気信号（ＭＯ信号）検出部１０９が構
成されている。

【０００９】なお、この第１光導波路におけるＴＥｏモ
ードとＴＭｏモードの第１等価屈折率をそれぞれＮｅ
１，Ｎｍ１とし、第２光導波路におけるＴＥｏモードと
ＴＭｏモードの第２等価屈折率をそれぞれＮｅ２，Ｎｍ
２とすると、第１等価屈折率Ｎｅ１とＮｍ１はほぼ等し
く、第２等価屈折率Ｎｅ２とＮｍ２は異なっている。

【００１０】次に、上記光学系の動作を説明する。光源
９１からの出射光はコリメートレンズ９３によって平行
光線となり、プリズムカプラ９６に入射する。この入射
光は、プリズムカプラ９６の底面で反射した後、対物レ
ンズ９４を通って光磁気情報記録媒体９２上に集光す
る。一方、光磁気情報記録媒体９２からの反射戻り光
は、再び対物レンズ９４を通ってプリズムカプラ９６に
入射する。この入射した光磁気情報記録媒体９２からの
反射光は、プリズムカプラ９６を介して、第１光導波路
にカップリングして導波光となる。

【００１１】第１光導波路を導波する光は、第２光導波
路に光結合した後、導波路集光素子１０３、１０４を介
して光検出器１０１、１０２に導かれる。また、第３光
導波路１０８を介して光検出器１０６、１０７に導かれ
る。つまり、導波光は焦点誤差信号検出部１０５ｅ及び
光磁気信号検出部１０９にそれぞれ導かれ、焦点誤差信
号検出部１０５で焦点誤差信号が検出され、光磁気信号
検出部１０９で光磁気信号が検出される。

【００１２】次に、図１９に基づき光結合を行う部分、
即ち光結合器について説明する。光導波層１１２上には
光導波層１１２よりも低い屈折率をもつ第１のギャップ
層１１３が積層され、その上に一端部が欠落した第２の
ギャップ層１１５が積層されている。そして、これらの
上に接着層１１６を介してプリズムカプラ９６が配置さ
れている。プリズムカプラ９６の屈折率は接着層１１６
の屈折率とほぼ等しく、光導波層１１３の屈折率よりも
高い。ここで第２のギャップ層１１５は、その欠落した
部分で光を光導波層１１３へ結合し、かつ、一度結合し
た光が再びプリズムカプラ９６に結合してプリズムカプ
ラ９６から外に出てこないような、十分な厚みをもって
いる。

【００１３】次に、図２０に基づき伝搬光をＴＥｏモー
ド光とＴＭｏモード光に分離するモード分離素子につい
て説明する。損失を抑えるために第２光導波路部分の第
２光導波層１２２の膜厚が徐々に薄くなって第１結合部
を構成している。また、その部分に導かれる入射光は、
ＴＥｏモード光に対しては臨界角よりも大きいため、Ｔ
Ｅｏ光は反射され、ＴＭｏモード光は屈折される。

【００１４】次に、図２１（ａ）、（ｂ）に基づき上記
光検出器１０１、１０２、１０６、１０７の構成及びそ
の一般的な作製プロセスについて説明する。但し、同図
（ａ）、（ｂ）は光検出器１０１、１０２、１０６、１
０７の構造を示す断面図である。

【００１５】まず、光検出器１０１、１０２、１０６、
１０７の構造について説明する。同図（ａ）において、
Ｎ⁺型Ｓｉ基板１３１上には、受光素子の受光部を構成
するボロン等を拡散したＰ⁺領域１３２ａを有するＮ^-エ
ピタキシャル層１３２が設けられ、その上に熱酸化Ｓｉ
Ｏ₂膜１３３が設けられている。熱酸化ＳｉＯ₂膜１３３
はＰ⁺領域１３２ａ上で層厚が薄くなっている。熱酸化
ＳｉＯ₂膜１３３上には、第１光導波路層又は第２光導
波路層よりなる光導波路層１３４（又は第１光導波路層
と第２光導波路層の集積構造よりなる光導波路層１３
４’）が設けられている。

【００１６】加えて、熱酸化ＳｉＯ₂膜１３３及び光導
波路層１３４（又は光導波路層１３４’）の開口部を介
してＰ⁺領域１３２ａと接続される電極配線１３５が設
けられ、これら光導波路層１３４及び電極配線１３５を
覆うようにギャップ層１３６が設けられている。更に、
Ｎ⁺型Ｓｉ基板１３１の裏面に裏面電極１３７が設けら
れている。

【００１７】上記構造の光検出器１０１、１０２、１０
６、１０７は、以下の製造プロセスを経て作製される。

【００１８】まず、Ｎ⁺型Ｓｉ基板１３１上にＮ^-エピタ
キシャル層１３２を成長させ、更にその上に熱酸化Ｓｉ
Ｏ₂膜１３３を形成する。続いて、光検出器を形成する
部分の熱酸化ＳｉＯ₂膜１３３をエッチング等で除去
し、ボロン等を含む高温雰囲気中に放置する。これによ
り、除去部分からボロンがＮ^-エピタキシャル層１３２
内に拡散し、Ｐ⁺領域１３２ａが形成される。次に、熱
酸化ＳｉＯ₂膜１３３上に第１光導波路層（又は第２光
導波路層）１３４を形成し、続いて、これら熱酸化Ｓｉ
０₂膜１３３及び光導波路層１３４のＰ⁺領域１３２ａ上
に開口部を形成する。

【００１９】次に、光導波路層１３４上に電極配線材料
を成膜し、続いて電極配線材料をパターニングして電極
配線１３５を形成する。次に、光導波路層１３４及び電
極配線１３５を覆うようにギャップ層１３６を形成す
る。また、Ｎ⁺型Ｓｉ基板１３１の裏面に裏面電極１３
７を形成する。以上の製造プロセスを経て上記構造の光
検出器１０１、１０２、１０６、１０７が作製される。

【００２０】この光検出器による光検出効果を向上させ
るために、ギャップ層１３６、即ちバッファ層１３６の
層厚は導波光入射側の前方より緩やかに減少させること
によりテーパを形成した構造になっている。これによ
り、導波光を導波層傾斜部Ｍを利用して光検出器により
受光し、この受光された信号を電極配線１３５を介して
外部制御回路（図示せず）に送ることで光検出を行うこ
とができる。

【００２１】ここで、光検出器の受光部として、Ｓｉ基
板１３１上に形成されるフォトダイオードのような受光
素子を用いる場合は、受光素子の受光量に応じた電流出
力等の電気信号を外部へ取り出すために電極配線が設け
られるが、この電極配線は、一般的には、Ｓｉ基板１３
１上の絶縁膜の上に金属材料等を成膜して作製される。

【００２２】次に、電極配線１３５及びその周囲の構造
の詳細について説明する。まず、図２１（ａ）に示す構
造の光検出器１０１、１０２、１０６、１０７では、電
極配線１３５は熱酸化ＳｉＯ₂膜１３３上の光導波路層
１３４（又は光導波路層１３４’）とギャップ層１３６
との間に形成され、光導波路層１３４及び熱酸化ＳｉＯ
₂膜１３３に設けた開口部を介して、受光素子の受光部
としてのＰ⁺領域１３２ａに接続されている。

【００２３】この場合、ギャップ層１３６は光導波路層
１３４の上部クラッド層として作用するとともに、電極
配線１３５の保護層としても作用しており、短絡、機械
的損傷、物理的汚染及び腐食等から電極配線１３５を有
効に保護する。また、この電極配線１３５は、熱酸化Ｓ
ｉＯ₂膜１３３に加えて光導波路層１３４によってもＳ
ｉ基板１３１から隔てられているので、熱酸化ＳｉＯ₂
膜１３３だけの場合に比べて、この間の静電容量を小さ
く保つことができる。

【００２４】一方、図２１（ｂ）に示す構造の光検出器
１０１、１０２、１０６、１０７では、電極配線１３５
と光導波路層１３４との間に、もう１層だけギャップ層
１３８が形成されている。この電極配線１３５はギャッ
プ層１３８、１３６間に形成されており、ギャップ層１
３８、光導波路層１３４及び熱酸化ＳｉＯ₂膜１３３に
設けた開口部を介してに受光素子の受光部としてのＰ⁺
領域１３２ａに接続されている。この構成では、ギャッ
プ層１３８によってＮ⁺型Ｓｉ基板１３１との間の静電
容量をさらに低下させることができる。

【００２５】一方、このような集積素子とは別の用途
（バルク光学系）において、近年の光検出器はその用途
から高速応答性や高集積化が要求されるようになり、外
部制御回路の集積回路と並行して作製されるために、そ
の構造が複雑になってきている。図２２（ａ）にその一
例を示す。

【００２６】図２２（ａ）において、受光部１４１の周
辺には、不純物拡散時のマスクである熱酸化ＳｉＯ₂膜
１４２、エッチングのストッパーであると同時に集積回
路部では配線の働きをする金属層１４３、反射防止用窒
化膜１４４、配線絶縁用窒化膜１４５及び集積回路と金
属配線、即ち 金属層１４３のための保護膜１４６等が
積層されているため、受光部１４１とは全体として数μ
ｍの段差ができている。なお、ここでは、電極配線の引
き出し部分の構造は省略してある。

【００２７】これら保護層１４６及び金属層１４３は除
去することが可能であるが、反射防止用窒化膜１４４は
その機能から必須のものであり、また、熱酸化ＳｉＯ₂
膜１４２はＰＮ接合を保護するために必須のものであ
る。このため、図２２（ｂ）に示されるような最も簡単
な構造のものを考えても、熱酸化ＳｉＯ₂膜１４２によ
る段差の約１μｍは避けることができない。

【００２８】なお、一般的な使用にあたっては、信号検
出用の光は自由空間から入射するので、この程度の段差
は全く問題にならない。

【００２９】次に、図２３（ａ）〜（ｅ）に基づき上記
光検出器の作製工程において、上記のような段差が生じ
る理由について説明する。

【００３０】まず、図２３（ａ）に示すように、シリコ
ン基板１５１上に熱酸化ＳｉＯ₂膜１５２を形成する。
その方法としては、酸素気流中で加熱するドライ酸化
と、水蒸気を含んだ酸素気流中で加熱する水蒸気酸化が
知られている。こうして得られた熱酸化ＳｉＯ₂膜１５
２にフォトレジスト等でパターニングを行い、エッチン
グ加工をすることで、図２３（ｂ）のような熱酸化Ｓｉ
Ｏ₂によるマスク１５２ａを形成する。その後、このエ
ッチング部分からシリコン基板１５１に拡散処理を行
い、図２３（ｃ）のような不純物拡散領域１５１ａを作
製する。

【００３１】この高温処理をするときにも、新たに図２
３（ｃ）に示すような熱酸化膜１５３が形成される。集
積回路部と同時に作製していくため、図２３（ｄ）に示
すように、ＣＶＤ法等でＳｉＯ₂層１５４をさらに積層
する。その後、エッチング加工し、ＳｉＯ２膜１５４及
び熱酸化膜１５３に、図２３（ｅ）に示すような開口部
１５５を形成する。一回目と二回目のエッチングパター
ンは、マスクの位置合わせ精度やエッチングの精度等の
問題で２〜３μｍのずれができ、これに起因して段差部
１５６が発生する。

【００３２】

【発明が解決しようとする課題】ところで、図１９に示
すような構造の光結合器を作製する際に、接着層が粘性
をもつ場合はその量を調整することが難しい。ここで、
上記従来の光結合器には、接着に必要な接着剤の最適量
を効率よく充填する工夫がされておらず、またその様子
を観察するための特別な構成にもなっていなかった。

【００３３】そのため、接着剤の量が多い場合は、接着
剤がプリズム側面に溢れて濡れ上がっていったり、図示
されていないプリズムの保持手段にまで回り込んでしま
う不具合を生じるという問題があった。

【００３４】一方、接着剤の量が少ない場合には、接着
層内に気泡或いは空間が残り、これらによって光が散乱
されるため、結合効率が低下するという問題があった。

【００３５】加えて、接着剤の収縮により、プリズムが
第２のギャップ層に支えられたまま接着層の応力を受け
続けることになるため、プリズムがはがれてしまう等、
歩留りと信頼性に問題があった。

【００３６】また、集積回路と同一基板上に光導波路素
子を形成するために積層される誘電体層は、厚みが不足
した場合、平坦化の工程で下層の構造が露出し、表面の
汚染やキズのために伝搬損失が増加し、素子特性が劣化
するという問題があった。

【００３７】加えて、光導波層やバッファ層、更にはギ
ャップ層等が積層された集積回路は、その膜応力による
素子の特性変化及びクラックが発生する等の致命的な問
題があった。ここで、膜応力を緩和するために、リンや
ホウ素をドープした材料も積層できるが、このドーパン
トによる光導波路の伝搬損失も懸念されるところであ
る。

【００３８】上述したように、近年の高速応答性・高集
積化に適した光検出器の受光部周辺には段差があること
を考慮すると、このような段差を有する構造の光検出器
の上に光導波路層を積層して、伝搬する光を光検出器の
作製された半導体基板に導く、いわゆる導波路型光検出
器を作製しようとした場合、段差近辺でのバッファ層
（誘電体層）の形状設計が複雑であり、またその微細加
工が困難であるという問題があった。

【００３９】次に、図２４に基づき、図２１（ａ）、
（ｂ）で示した導波路傾斜部Ｍを有する導波路型光検出
器の実際の作製方法について説明する。光導波路層の構
成によっては、まず熱酸化ＳｉＯ₂膜１６１を形成し、
さらにその上にバッファ層１６２を積層する。続いて、
バッファ層１６２の表層の平坦化が必要であり、これに
は導波損失に影響しない程度の表面粗度が要求される。
そのうえ、段差部分での損失が無視できるような形状
（厚さ、伝搬長および傾斜など）にバッファ層１６２を
加工しなければならないのであるが、その平坦化が不十
分であると、導波路傾斜部Ｍにも段差部Ｈ’が生じてし
まう。この段差部Ｈ’付近でバッファ層１６２が設計値
よりも薄くなると、図上左から右へ進行する伝搬光は光
導波路層１６３内から半導体基板１６４の方向又は自由
空間へ放射して、結合効率が低下することになる。

【００４０】また、このようなバッファ層として用いら
れる誘電体材料においては、成膜方法によっては、表面
粗度が大きくなることがあり、そのままの状態では光導
波路素子には使用できないほどになることもあった。ま
た、それにエッチング等の加工を施すと、さらに粗度は
大きくなり、その影響はより深刻なものとなっていた。

【００４１】上述のような光導波路と光検出器を半導体
基板上に集積した構造においては、不純物拡散により形
成された光検出器の表面はＳｉＯ₂等の材料の薄膜で覆
われているだけであり、外部より侵入した金属イオン、
特にアルカリイオンが前記薄膜を透過して拡散層に達
し、ＰＮ接合の電荷分布に悪影響を与える等して光検出
機能が損なわれる可能性があった。

【００４２】また、光検出器と光導波路層との間には薄
いＳｉＯ₂層が存在するだけなので、光導波層材料に金
属イオンを含むガラス系のもの、例えば、コーニング社
の商品番号＃７０５９ガラス等を使用すると、これに含
まれる金属イオンがＳｉＯ₂層を透過し、上記と同様な
悪影響を及ぼす懸念があった。

【００４３】ここで、ガラス材料はその組成を操作する
ことで、光学的特性、熱的特性、機械的特性、電気的特
性及び加工方法等を自由に変えることができるが、含ま
れる金属イオンの影響のため、集積型光導波路素子への
応用はかなりの制約を受けることになる。

【００４４】更に、それらの構成の導波路型光検出器に
おいては、光検出器とＳｉＯ₂層との界面で光の反射に
よる結合効率の低下が間題となることがあった。

【００４５】一方、偏光分離部においては、図１８に示
したような屈折−反射型のモードスプリッタの場合に
は、各モード光の進行方向にかなりの開きが生じる。よ
って、それぞれに対応する光検出器も位置が離れること
になり、光検出器間の特性がそろわないという問題があ
る。また、全反射を起こす入射角近くでは、反射率の変
動が大きいため、その角度の許容範囲が小さいという問
題があった。

【００４６】偏光分離部における、これらの問題を改善
せんとする先行技術として、特開平６−８２６４４号公
報に開示された導波路型モードスプリッタがある。以
下、図２５に基づきこの光導波路型モードスプリッタに
ついて説明する。

【００４７】この光導波路型モードスプリッタ１７１
は、同図中の断面図に示すように、ガラス基板１７２に
積層され、領域Ｂ’を構成するガラス膜（コーニング社
の商品番号号＃７０５９）からなるクラッド層１７３及
び領域Ａ’を構成するＴｉＯ₂膜からなる導波層１７４
を有している。更に、この光導波路型モードスプリッタ
１７１を構成する領域Ａ’と領域Ｂ’で示される２つの
光導波路の境界は、光の波長に対して十分緩やかなテー
パ部Ｃ’により結合されている。

【００４８】光導波路Ａ’、Ｂ’の等価屈折率は異なっ
ているため、境界Ｃ’にある角度で入射した各モード光
（ＴＥｏモード光、ＴＭｏモード光）はＡ’、Ｂ’２つ
の領域での等価屈折率の違いから角度θ’をもって空間
的に分離される。具体的な値としては、例えば光導波路
を断面図に示したようにＴｉＯ₂や無アルカリガラスで
構成すると、波長７８０ｎｍのＴＥｏモード光、ＴＭｏ
モード光の等価屈折率は、 光導波路Ａ’部 ＴＥｏ：１．７５ ＴＭｏ：１．５７ 光導波路Ｂ’部 ＴＥｏ：１．４７ ＴＭｏ：１．４７ となる。

【００４９】これらの条件で、図２５において、光導波
路Ａ’から光導波路Ｂ’へ入射角４５゜で光が入射する
と、ＴＥｏモード光、ＴＭｏモード光の屈折角はそれぞ
れ１２．３゜、４．０゜となり、両者の角度差θ’は
８．３゜（＝１２．３−４．０）となる。

【００５０】ところで、光ピックアップでは、その光源
である半導体レーザは周囲温度によって発振波長が変動
し、また、ピックアップの組み立て調整を容易にするた
めには、構成部品の取り付け誤差を十分大きくしておく
必要があるので、波長や入射角の変動があっても十分な
結合効率が得られ、偏光依存性の小さい光結合器が必須
である。特殊な構成を含まないプリズムカプラの場合、
入射光のビーム径は一般的に小さいほうがそれらの目的
を達成するのが容易となる。

【００５１】ところが、光はその波動性により広がる性
質があるため、直径数μｍといったような細いビーム径
を長い距離維持することは困難である。このため、必然
的に入射ビームは収束光となり、その収束光の焦点位置
に光カプラを配置することになる。

【００５２】この収束光は、光導波路内に導かれると今
度は発散光となるので、前述の屈折角の差を利用した光
導波路型モードスプリッタにおいては、分離角を十分に
とる必要がある。なぜなら、発散光に対する光導波路型
モードスプリッタの実質的なモード分離角は、（平行光
に対する分離角）−（入射光の発散全角）となるからで
ある。

【００５３】ここで、半導体レーザを光源とする光ピッ
クアップを考えた場合、特にＮＡ変換レンズ等の追加が
なければ、ディスクからの反射光は半導体レーザからの
放射角と同じ角度で検出器に集光することになり、その
角度は１０゜を越える。これを考慮して光導波路内での
発散光の全角を仮に１０゜とした場合、分離角８゜のモ
ードスプリッタでは分離できない。

【００５４】但し、屈折の回数を増やせばモード分離角
は増大するが、この場合、途中で一方のモード光の一部
が２つの領域の境界で全反射されたり、素子寸法が大き
くなりすぎたりするので好ましくない。

【００５５】よって、特開平６−８２６４４号公報に開
示された導波路型モードスプリッタによれば、広がり角
の大きい伝搬光を高効率で分離できないという新たな問
題がある。

【００５６】以上のように、光結合器と、光結合器から
の光を伝搬させる光導波路層と、伝搬光を屈折角の差に
よって２つの成分に分離する偏光分離部と、半導体材料
で形成され、分離された伝搬光を光電変換する光検出器
とが同一の半導体基板上に形成された従来の偏光検出器
においては、上記したような種々の解決すべき課題があ
った。

【００５７】本発明はこのような現状に鑑みてなされた
ものであり、接着層が最適な形状に制限され、これのみ
により支えられるプリズム又はビームスプリッタが応力
の影響を受けにくく、接着強度の大きい、低価格、高効
率及び高信頼性の光結合器を有する偏光検出器を提供す
ることにある。

【００５８】また、本発明の他の目的は、光導波路層と
半導体基板との間のバッファ層材料による集積回路等へ
の膜応力や光吸収、加工中に露出する可能性のある下層
の構造の影響等が少ない誘電体層を有する偏光検出器を
提供することにある。

【００５９】また、本発明の他の目的は、テーパ領域で
の損失が抑えられ、様々な材料を誘電体層に適用でき、
高速応答性・高集積の光検出器との結合が可能な低光損
失のテーパ導波路を有する偏光検出器を提供することに
ある。

【００６０】また、本発明の他の目的は、外部からの汚
染物質による集積回路への悪影響を抑制でき、かつ結合
光の反射による損失が抑えられ、高効率及び高信頼性の
光検出器を有する偏光検出器を提供することにある。

【００６１】また、本発明の他の目的は、集光性が良い
反面広がり角の大きい伝搬光を高効率で分離できる高特
性の偏光分離部を有する偏光検出器を提供することを目
的とする。

【００６２】

【課題を解決するための手段】本発明の偏光検出器は、
光結合器と、該光結合器からの光を伝搬させる光導波路
層と、伝搬光を屈折角の差によって２つの成分に分離す
る偏光分離部と、半導体材料で形成され、分離された伝
搬光を光電変換する光検出器とが同一の半導体基板上に
形成された偏光検出器であって、前記光結合器が誘電体
材料で形成されたプリズム又はビームスプリッタであ
り、前記光導波路層上に接着剤層のみにより支持され、
且つ該プリズム又はビームスプリッタの光結合部付近の
接着剤層には直線のエッジが形成されており、該プリズ
ム又はビームスプリッタからの入射光の、該接着剤層と
該光導波路層の界面でのビームの長径をＬとし、該光導
波路層に対する入射角をθとしたとき、該接着剤層の厚
さｄが、下記（１）式の条件を満足するように ｄ≧Ｌ／ｔａｎθ …（１） 設定してあり、そのことにより上記目的が達成される。

【００６３】好ましくは、前記接着剤層は略Ｔ字状にパ
ターン形成されたものであり、Ｔ字を構成する縦線部に
相当する縦方向の長さが前記プリズム又はビームスプリ
ッタとの接着面の縦方向の長さよりも十分長く、Ｔ字を
構成し、前記エッジが形成されている横線部の幅が該プ
リズム又はビームスプリッタの縦方向の長さよりも細
く、且つ該縦線部の太さが該プリズム又はビームスプリ
ッタの横方向の長さよりも細くなる構成とし、該プリズ
ム又はビームスプリッタからの光は、該エッジ付近で前
記光導波路層に結合する。

【００６４】また、好ましくは、前記略Ｔ字状の接着剤
層パターンの縦方向のうち、前記プリズム又は前記ビー
ムスプリッタよりも外側の部分の幅が、該プリズム又は
該ビームスプリッタの下部の部分の幅よりも小さくなる
構成とする。

【００６５】また、好ましくは、前記光結合器として、
その上面が光学研磨されたものを用いる。

【００６６】また、好ましくは、前記プリズム又は前記
ビームスプリッタが前記光導波路層の表面に前記接着剤
層によって接着されており、接着に関与する該光導波路
層の表面と該プリズム又は該ビームスプリッタの底面と
が、予めプラズマ処理されている構成とする。

【００６７】また、本発明の偏光検出器は、光結合器
と、該光結合器からの光を伝搬させる光導波路層と、伝
搬光を屈折角の差によって２つの成分に分離する偏光分
離部と、半導体材料で形成され、分離された伝搬光を光
電変換する光検出器とが同一の半導体基板上に形成され
た偏光検出器であって、該半導体基板と該光導波路層と
の間が、該光検出器及び該光検出器に隣接する集積回路
の最も突出した部分よりも厚い誘電体層によって隔てら
れており、且つ該誘電体層の厚みがバッファ層として機
能する厚みに設定されており、そのことにより上記目的
が達成される。

【００６８】好ましくは、前記誘電体層をＮＳＧ膜の単
体、或は該ＮＳＧを含む積層体で構成する。

【００６９】また、好ましくは、前記誘電体層をＰＳＧ
膜又はＢＰＳＧ膜の単層、或いは該ＰＳＧ又は該ＢＰＳ
Ｇを含む積層体で構成する。

【００７０】また、本発明の偏光検出器は、光結合器
と、該光結合器からの光を伝搬させる光導波路層と、伝
搬光を屈折角の差によって２つの成分に分離する偏光分
離部と、半導体材料で形成され、分離された伝搬光を光
電変換する光検出器とが同一の半導体基板上に形成され
た偏光検出器であって、該光検出器が該半導体基板上に
形成された不純物拡散領域を有する光電変換素子であっ
て、該光電変換素子の上方に誘電体を介して該光導波路
層を含む光伝搬用の光導波路素子が形成され、該光導波
路層の一部と該不純物拡散領域との間で光結合可能な受
光領域が形成され、該受光領域が、厚みが徐々に薄くな
る該誘電体層の上に該光導波路層が積層されたテーパ導
波路で構成されており、そのことにより上記目的が達成
される。

【００７１】好ましくは、前記テーパ導波路が屈曲点の
ない滑らかな断面形状であり、その最大斜度が１０゜以
下である構成とする。

【００７２】また、好ましくは、前記受光領域中におい
て、前記不純物拡散領域の先端付近での前記誘電体層の
厚さがバッファ層として機能する厚さに設定されてお
り、且つ該誘電体層が該不純物拡散領域内にその厚みが
０となるテーパ先端を有する構成とする。

【００７３】また、好ましくは、前記受光領域中におい
て、前記不純物拡散領域内でのテーパ導波路先端に前記
誘電体の厚さが０である領域が２０μｍ以上続く構成と
する。

【００７４】また、好ましくは、前記不純物拡散領域を
有する光電変換素子と前記誘電体層との間及び前記受光
領域における該光電変換素子と前記光導波路層との間の
うち、少なくともいずれか一方に保護層が設けられてい
る構成とする。

【００７５】また、好ましくは、前記保護層が低圧ＣＶ
Ｄ窒化ケイ素膜で形成されている構成とする。

【００７６】また、好ましくは、前記受光領域における
前記光電変換素子及び前記誘電体層と前記光導波路層と
の間に反射防止層を形成する構成とする。

【００７７】また、好ましくは、前記反射防止層をプラ
ズマＣＶＤ窒化ケイ素膜で構成する。

【００７８】また、好ましくは、前記不純物拡散領域を
形成した際に形成される上層段差部に囲まれた領域が、
前記受光領域よりも大きく、前記光結合器の光結合部
分、光導波路層、偏光分離部及び該光検出器のすべてが
該上層段差部に囲まれた領域の範囲内に形成される構成
とする。

【００７９】また、本発明の偏光検出器は、光結合器
と、該光結合器からの光を伝搬させる光導波路層と、伝
搬光を屈折角の差によって２つの成分に分離する偏光分
離部と、半導体材料で形成され、分離された伝搬光を光
電変換する光検出器とが同一の半導体基板上に形成され
た偏光検出器であって、該光導波路層が誘電体層上に光
導波路層を積層して形成され、且つ該光検出器に電極配
線及び集積回路が隣接し、該電極配線及び集積回路部分
の金属層が該誘電体層の表面よりも高い位置に露出して
おらず、そのことにより上記目的が達成される。

【００８０】また、本発明の偏光検出器は、光結合器
と、該光結合器からの光を伝搬させる光導波路層と、伝
搬光を屈折角の差によって２つの成分に分離する偏光分
離部と、半導体材料で形成され、分離された伝搬光を光
電変換する光検出器とが同一の半導体基板上に形成され
た偏光検出器であって、該光導波路層が、その一部に光
の伝搬方向に厚みが徐々に変化するテーパ形状部を有す
る光導波路層であり、該偏光分離部がパターン形成され
た高屈折領域からなり、該偏光分離部が該光結合器と該
光導波路層との間であって、その周囲に該テーパ形状部
が位置するように配置されており、そのことにより上記
目的が達成される。

【００８１】好ましくは、前記光導波路層が誘電体層の
上に光導波路層を積層して形成され、前記高屈折領域が
該光導波路層と該誘電体層との間に位置する高屈折率材
料層で形成されている構成とする。

【００８２】また、好ましくは、前記偏光分離部が、前
記伝搬光をその伝搬方向と略平行に２分割して異なる方
向に伝搬させ、かつ分割されたそれぞれの伝搬光が前記
高屈折率領域による屈折を複数回受けるような形状に形
成されている構成とする。

【００８３】また、好ましくは、前記偏光分離部が、伝
搬光をその伝搬方向と略平行に４分割して異なる方向に
伝搬させ、かつ分割されたそれぞれの伝搬光が前記高屈
折率領域による屈折を複数回受けるような形状に形成さ
れている構成とする。

【００８４】また、好ましくは、前記偏光分離部が、２
分割又は４分割された各伝搬光をいずれも中心より離れ
た方向に屈折するような形状に構成する。

【００８５】また、好ましくは、前記偏光分離部が、４
分割された伝搬光のうち中心寄りの２つの屈折角が外側
の２つの伝搬光の屈折角よりも大きくなるような形状に
構成する。

【００８６】以下に本発明の作用を説明する。

【００８７】光結合器を構成するプリズム又はビームス
プリッタを直線的なエッジの形成された接着剤層のみに
より光導波路層上に支持する構成によれば、加工仕様の
厳しくない安価な光結合器を使用することができる。加
えて、プリズム又はビームスプリッタと光導波路層との
間の構造が単純になり、接着剤の収縮により応力の影響
を緩和することができる。このため、光結合器が接着剤
層が不測に剥がれることがないので、信頼性を向上でき
る。

【００８８】また、プリズム又はビームスプリッタから
の入射光の接着剤層と光導波路層との界面でのビームの
長径をＬ、光導波路層に対する入射角をθとしたとき、
接着剤層の厚さがＬ／ｔａｎθ以上となる構成によれ
ば、接着剤層が薄膜として機能し、多重反射を発生する
ことがない。従って、多重反射による光の損失が抑えら
れるので、結合効率を向上できる。

【００８９】また、接着剤層のパターン形状を略Ｔ字状
とし、その縦方向の長さがプリズム又はビームスプリッ
タの接着面の縦方向の長さよりも十分長く、且つＴ字を
構成する横線の太さがプリズム又はビームスプリッタの
縦方向の長さよりも細く、縦線の太さがプリズム又はビ
ームスプリッタの１チップあたりの横方向の長さよりも
細いものとする構成によれば、適量の接着剤でプリズム
又はビームスプリッタを効果的に支持することができる
ので、余分な接着剤による悪影響がなくなる。

【００９０】また、略Ｔ字状接着剤層パターンの縦方向
のうち、プリズム又はビームスプリッタよりも外の部分
の幅を、プリズム又はビームスプリッタの下の部分の幅
よりもさらに細くする構成によれば、接着剤の充填を効
率よく行うことができる。

【００９１】また、プリズム又はビームスプリッタの上
面を光学研磨すると、顕微鏡等を用いて接着剤の充填の
様子を観察できるので、充填工程を効率よく、かつ正確
に行うことができる。

【００９２】また、接着に関与するプリズム又はビーム
スプリッタの底面と、光導波路層表面の両方を予めプラ
ズマ処理する構成によれば、それらの接着強度を大きく
することができる。

【００９３】また、半導体基板と光導波路層との間を、
光検出器及び集積回路の最も突出した部分よりも厚い誘
電体層によって隔て、且つその厚みをバッファ層として
機能する値に設定する構成によれば、加工中に下層の構
造が露出して光導波路の伝搬損失に悪影響を及ぼすこと
がないので、結合効率を向上できる。

【００９４】また、誘電体層をＮＳＧ（ドープなしＣＶ
Ｄ−ＳｉＯ２）膜の単体、或はこれを含む積層体により
構成すれば、誘電体層に含まれるドーパントによる伝搬
光の吸収の心配がなくなる。従って、この点において
も、結合効率を向上できる。

【００９５】また、誘電体層をＰＳＧ（Ｐｈｏｓｐｈｏ
−Ｓｉｌｉｃａｔｅ Ｇｌａｓｓ）膜またはＢＰＳＧ
（Ｂｏｒｏｎ−ｄｏｐｅｄ Ｐｈｏｓｐｈｏ−Ｓｉｌｉ
ｃａｔｅ Ｇｌａｓｓ）膜の単層、或はこれを含む積層
体により構成すれば、誘電体層の膜応力が緩和されるの
で、素子の特性変化やクラックの発生を抑えることがで
きる。

【００９６】また、半導体基板上に不純物拡散領域を育
する光電変換素子が形成され、光電変換素子の上方に誘
電体を介して光導波路層を含む光伝搬用の光導波路素子
を設け、光導波路層の一部と不純物拡散領域との間で光
結合可能な受光領域を設け、この受光領域を厚みが徐々
に薄くなる誘電体層の上に光導波路が積層されたテーパ
導波路で構成すれば、伝搬損失を低減できるので、光結
合効率を大きくすることができる。

【００９７】また、テーパ導波路を研磨処理で得られる
ような屈曲点のない滑らかな形状とし、その最大斜度を
１０゜以下とする構成によれば、光結合効率を一層大き
くすることができる。

【００９８】また、光結合可能な領域の中で、不純物拡
散領域の先端付近での誘電体層の厚さをバッファ層とし
て十分機能する値とし、且つ不純物拡散領域内にその厚
みが０となるテーパ先端を有する構成とすれば、効率よ
く伝搬光を光検出器に導くことができる。

【００９９】また、光結合可能な受光領域の中で、不純
物拡散領域内でのテーパ導波路先端に誘電体厚さが０で
ある領域が２０μｍ以上続く構成とすれば、光検出器へ
の伝搬光の結合が容易になる。

【０１００】また、不純物拡散領域を有する光電変換素
子と誘電体層との間及び受光領域における光電変換素子
と光導波路層との間のうち、少なくともいずれかに保護
層を設ける構成によれば、汚染物質が侵入するのを防止
できるので、外部からの汚染物質による光電変換素子や
集積回路への悪影響や加工中のダメージを抑えることが
できる。

【０１０１】また、保護層を低圧ＣＶＤ窒化ケイ素膜と
すれば、高特性で、且つ生産性も高い偏光検出器を実現
できる。

【０１０２】また、受光領域における光電変換素子及び
誘電体層と光導波路層との間に、反射防止層を設ける構
成によれば、加工中のダメージを抑えつつ、且つ光電変
換素子への伝搬光の結合効率を大きくすることができ
る。

【０１０３】また、反射防止層をプラズマＣＶＤ窒化ケ
イ素膜とすれば、更に一層効果的に加工中のダメージを
抑えつつ、光電変換素子への伝搬光の結合効率を大きく
することができる。

【０１０４】また、不純物拡散領域を作製した際に形成
される上層段差部に囲まれた領域を、受光領域よりも大
きく、光結合器の光結合部分、光導波路層、偏光分離部
及び光検出器のすべてが上層段差部に囲まれた領域の範
囲内に設ける構成によれば、導波光が上層段差部の上部
を通過せず、この上層段差部によるバッファ層及び光検
出器の設計上及び加工上の問題がなくなるので、従来の
導波路傾斜部を有する導波路型光検出器の構成を、高速
応答性、高集積型の光検出器にも応用することができ
る。

【０１０５】また、光検出器に隣接する電極配線や集積
回路部分の金属層が誘電体層の表面よりも高い面に露出
しない構成とすれば、加工中に誘電体層の追加積層を行
うことにより、下層の構造が露出して光導波路の伝搬損
失に悪影響を及ぼすことがない。

【０１０６】また、偏光分離分部を光結合器とテーパ導
波路層との間に配置された、パターン周囲全体にテーパ
形状を有する高屈折率領域からなるものとする構成によ
れば、伝搬光がその境界で受ける損失を抑えることがで
きるので、結合効率を向上できる。加えて、集光性がよ
い反面広がり角の大きい伝搬光を高効率で分離すること
ができる。

【０１０７】また、高屈折率領域を、光導波路層と誘電
体層との間に位置する高屈折率材料層により構成すれ
ば、汚れなどの影響を受けにくくなる。

【０１０８】また、偏光分離部のパターンを伝搬光をそ
の伝搬方向と略平行に２分割して異なる方向に伝搬さ
せ、且つ分割されたそれぞれの伝搬光が高屈折率領域に
よる屈折を複数回受けるような形状にすれば、伝搬光が
開き角の大きい発散光であっても屈折後の開き角を小さ
くでき、その分実質的なモード分離角を大きくすること
ができる。

【０１０９】また、偏光分離部のパターンを伝搬光をそ
の伝搬方向と略平行に４分割して異なる方向に伝搬さ
せ、且つ分割されたそれぞれの伝搬光が高屈折率領域に
よる屈折を複数回受けるような形状にすれば、伝搬光が
開き角の大きい発散光であっても屈折後の開き角をさら
に小さくでき、その分実質的なモード分離角をより大き
くすることができる。また、一方ではモード光の伝搬距
離を短縮することもできる。

【０１１０】また、偏光分離部パターンを、２分割又は
４分割されたそれぞれの伝搬光をいずれも中心より離れ
た方向に屈折するような形状とすれば、異なる偏光が空
間的に交差して混合することがなくなるので、偏光の分
離・検出が確実に行える。

【０１１１】また、上記偏光分離部パターンを、４分割
された伝搬光のうち中心寄りの２つの屈折角が外側の２
つの伝搬光の屈折角よりも大きくなるような形状とすれ
ば、伝搬光の導かれる光検出器の数を減らすことがで
き、特性のばらつきを抑えることができる。

【０１１２】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を図面
に基づき具体的に説明する。

【０１１３】（実施形態１）図１〜図９は本発明偏光検
出器の実施形態１を示す。まず、図１に基づきこの偏光
検出器の概略全体構成及びその動作について説明する。

【０１１４】半導体基板１上には不純物拡散領域２を有
する光電変換素子３が設けられている。不純物拡散領域
２上の図上左右両側部には、不純物を拡散する際にエッ
チングした熱酸化ＳｉＯ₂膜４の段差部４ａ、４ａが残
っている。不純物拡散領域２及び熱酸化ＳｉＯ₂膜４上
には、汚染物質侵入防止用の保護層５及び反射防止層１
２が設けられている。

【０１１５】加えて、反射防止層１２上には層間膜１６
を介して誘電体層（バッファ層）６が設けられている。
誘電体層６の図上右端部は、伝搬光の進行方向に厚みが
徐々に薄くなるテーパ状に形成されている。このテーパ
状傾斜部９の終端部は不純物拡散領域２の右側部上に延
出している。なお、テーパ状傾斜部９の終端部には平坦
部が形成され、その右側には伝搬光の進行方向に徐々に
厚みが厚くなる誘電体層６が形成されている。

【０１１６】反射防止層１２及び誘電体層６上には光導
波路層７が設けられており、この光導波路層７の右側端
部と不純物拡散領域２とが誘電体層６を介さずに設けら
れて、光結合可能な受光領域８が形成されている。即
ち、上述の平坦部の上方に位置する光光導波路層７の平
坦部が受光領域８になっている。

【０１１７】加えて、誘電体層６及び光導波路層７のテ
ーパ状傾斜部９の左側部分は平坦状になっており、この
平坦部上は光磁気記録媒体（図示せず）からの反射光を
光導波路層７にカップリングするプリズムカブラ１０が
接着剤層１３によって固定されている。

【０１１８】また、プリズムカプラ１０と受光領域８と
の間の、プリズムカプラ１０に近接した位置には、誘電
体層６と光導波路層７に挟まれた高屈折率材料層１４か
らなる偏光分離部１５が設けられている。即ち、高屈折
率材料層１４の存在によって光導波路７が盛り上がった
部分に偏光分離部１５が形成されている。

【０１１９】図１に示すように、この偏光検出器におい
ては、半導体基板１上に形成された光検出器の受光領域
８周辺の段差部４ａに囲まれる領域は、受光領域８より
も面積が大きく、受光領域８周辺の段差部４ａに囲まれ
る領域上に上記保護層５、反射防止層１２及び誘電体層
６を介して積層された光導波路層７を含む光導波路素
子、プリズムカプラ１０、偏光分離部１５及び受光領域
８が形成されており、光を伝搬させる実質機能部分がこ
の領域内に作製されている。

【０１２０】加えて、受光嶺域８の右側に隣接する部分
の熱酸化ＳｉＯ₂膜４及び保護層５には開口部が設けら
れ、開口部を含む保護層５上には光電変換素子３からの
電極配線１１、１１の引き出し部が設けられている。電
極配線１１、１１は光電変換素子３と、この光電変換素
子３で光電変換された電気信号を信号処理する集積回路
（図示せず）とを接続する。電極配線１１よりも上層に
は、反射防止層１２及び層間膜１６で隔てられた上層配
線１７が設けられている。反射防止層１２は電極配線１
１と上層配線１７との絶縁の役割も兼ねている。

【０１２１】ここで、電極配線１１及び上層配線１７は
集積回路と並行して作製されるが、その際、多層配線間
の平坦化のために上記の層間膜１６が設けられている。
層間膜１６の材料としては、例えば、ＳＯＧ（Ｓｐｉｎ
Ｏｎ Ｇｌａｓｓ）とＰＳＧ（Ｐｈｏｓｐｈｏ−Ｓｉ
ｌｉｃａｔｅ Ｇｌａｓｓ）で構成されるので、光の伝
搬経路における作用は後に述べる誘電体層６と同一であ
る。

【０１２２】加えて、図１において、上記積層構造の右
端部には、反射防止層１２及び層間膜１６が除去され、
電極配線１１と上層配線１７が接した部分が形成されて
いる。誘電体層６及び光導波路層７のこの部分に位置す
る部分には開口部が形成され、ここに電極パッド１８が
形成されている。なお、上層配線１７は多層配線の上層
部であるとともに集積回路上の遮光層も兼ねている。

【０１２３】次に、この偏光検出器の動作について説明
する。まず、光磁気情報記録媒体（図示せず）からの反
射光がプリズムカプラ１０を介して光導波路層７内に入
射されて導波光となる。この導波光は、誘電体層６によ
って半導体基板１、保護層７及び反射防止層１２から隔
てられた光導波路層７を図上左側から右側に向かって伝
搬し、導波路傾斜部であるテーパ状傾斜部９を経由して
光損失なく光検出器の受光領域８に導かれる。

【０１２４】次に、この受光領域８を介して光電変換素
子３で光電変換された電気信号は、電極配線１１によっ
て集積回路へ伝えられて信号処理される。光電変換素子
３以外の光電変換に関与しない領域は遮光層、即ち上層
配線１７によって覆われており、不要な部分での光電変
換を防いでいる。集積回路で処理された信号は、電極配
線１１で電極パッド１８まで導かれ、ボンディングされ
た金やＡ１（Ｓｉ）などのワイヤー（図示せず）によっ
て外部に取り出される。

【０１２５】次に、本実施形態１の偏光検出器の特徴的
な部分について説明する。図１に示すように、光検出器
の受光部８周辺の段差部４ａ、４ａのうち、図中左側の
光入射部の段差４ａが光電変換素子３よりも外側になる
ように、大きな不純物拡散領域２を形成し、この不純物
拡散領域２の所定の位置に分離電極３ａを拡散形成し、
これにより光検出器のセグメントを作製してある。

【０１２６】より具体的には、上記半導体基板１はＰ型
Ｓｉ基板１ａとその上にエピタキシャル成長されたＮ型
シリコン層１ｂからなり、この中に拡散形成された不純
物拡散領域２及び分離電極３ａはＰ型Ｓｉ基板１ａより
も不純物濃度の高いＰ⁺領域である。

【０１２７】プリズムカプラ１０の固定位置よりわかる
ように、プリズムカプラ１０下の光導波路層７の光入射
部から受光領域８までの光伝搬経路において、導波光は
段差部４ａの上部を通過しないので、この段差部４ａに
よる誘電体層６及び光検出器の設計上及び加工上の問題
がなくなる。この結果、従来のテーパ状傾斜部を有する
導波路型光検出器の構成を、高速応答性、高集積型の光
検出器にも応用することができるので、素子特性を向上
でき、高性能化が図られる。

【０１２８】即ち、例えば、上記のような構成におい
て、プリズムカプラ１０から光導波路層７を介して受光
領域８までの光の伝搬経路を、光検出器の周辺の段差部
４ａ、４ａで囲まれる領域内に作製すると、この段差部
４ａを埋める平坦化工程（導波損失に影響しない程度の
表面粗度が要求される）を省略することができる。

【０１２９】また、光電変換素子３を含む光検出器及び
集積回路と反射防止層１２との間に保護層５を積層する
構成によれば、光導波路材料自体からの汚染物質、又は
光導波路層７を介して外部から侵入する汚染物質の影響
を抑えることができる。即ち、上記の保護層５は、低圧
ＣＶＤで作製された窒化ケイ素でできており、半導体基
板１上の光電変換素子３や集積回路に侵入する汚染物質
を遮断する働きがある。その厚みは、保護層としてはサ
ブミクロンオーダーで十分であるが、従来のバルク型の
光検出器では同時に反射防止も兼ねているので、本実施
形態１でも約０．１μｍ積層している。

【０１３０】また、上記誘電体層６はＮＳＧ（Ｎｏｎ−
Ｄｏｐｅｄ Ｓｉｌｉｃａｔｅ Ｇｌａｓｓ）、ＳＯ
Ｇ、ＰＳＧ、ＢＰＳＧ（Ｂｏｒｏｎ−Ｄｏｐｅｄ Ｐｈ
ｏｓｐｈｏ−Ｓｌｉｃａｔｅ Ｇｌａｓｓ）等の単体、
或いはこれらからなる積層体で構成されていれば、膜応
力を緩和してクラックの発生を抑えたり、素子特性の安
定化を図ることができるので、実施する上で好ましいも
のになる。

【０１３１】ここで、誘電体層６の厚みはバッファ層と
して十分半導体基板１への光の吸収の影響を防ぐことが
可能でなければならない。その役割だけを考えれば、約
２μｍあれば十分であるが、上層配線１７や電極パッド
１８が露出しないようにするため、本実施形態１の場合
は、例えば３μｍ以上は必要である。実際には、後述の
テーパ形状の加工（研磨処理を施す）による突出部の厚
み減少があるため、積層厚さは５μｍ、研磨後の残りで
４μｍ（上層配線１７上の残り１μｍ）としてある。

【０１３２】また、保護層５と誘電体層６との間、及び
受光領域８における光電変換素子３と光導波路層７との
間に上記のように反射防止層１２を積層する構成によれ
ば、その反射防止能によって伝搬光を効率よく光検出器
に結合することができる。即ち、結合効率を向上でき
る。

【０１３３】また、この反射防止層１２は、誘電体層６
及び層間膜１６に受光領域８の開口部を加工する際の終
点としても機能する。即ち、この反射防止層１２はプラ
ズマＣＶＤで作製された窒化ケイ素でできており、受光
領域８の開口部の作製におけるエッチングストップ層と
して機能も有する。

【０１３４】よって、このような反射防止層１２を形成
すると、結合効率の向上及び加工精度の向上を図ること
ができるので、素子特性及び信頼性の高い偏光検出器を
実現できる。

【０１３５】本実施形態１の偏光検出器は、プリズムカ
プラ１０の支持構造にも特徴を有する。以下にその詳細
を図２に基づき説明する。但し、図２は説明をわかりや
すくするため、偏光分離部、光検出器及び集積回路は省
略し、また、接着剤層は図１の場合よりも厚みを誇張し
て表示してある。

【０１３６】本実施形態１の偏光検出器における光結合
器は、プリズムカプラ１０が接着剤層１３のみにより支
持された構造である。この支持構造は、略Ｔ字状にパタ
ーニングされたフォトレジスト層２４の上に上面が光学
研磨された台形プリズム１０を配置し、そのパターン内
に接着剤を含浸させ、接着剤を硬化した後にチップに切
り分け、最後にフォトレジスト層２４を除去することで
作製される。

【０１３７】以下にその詳細を説明する。図２（ａ）
は、半導体基板１に形成された誘電体層６上に積層され
た光導波路層７上のフォトレジスト層２４を示してい
る。同図（ａ）に示すように、フォトレジスト層２４に
は、略Ｔ字状パターン２２と格子状パターン２３の両方
が形成されている。即ち、同図（ａ）の中央部に略Ｔ字
状パターン２２が形成され、その周囲に格子状パターン
２３が形成されている。これらのパターン２２、２３は
具体的には、例えば同一のフォトマスクで密着露光・現
像を行うことで作製される。

【０１３８】ここで、格子状パターン２３は、後でダイ
シングしてチップに切り分ける際に、ブレードがフォト
レジスト２４で目詰まりするのを避けるために設けられ
ている。このため、格子状パターン２３のパターン幅
は、ブレードの厚みよりも広い幅になっている。即ち、
その幅でフォトレジスト２４を除去してある。この構成
によれば、ブレードがフォトレジスト２４で目詰まりす
ることがないので、ダイシング工程での作業性を向上で
きる。

【０１３９】なお、略Ｔ字状パターン２２と交差する部
分にも線状のパターン２３ａが形成されており、このパ
ターン２３ａも同じ目的で作られているが、その途中に
後述の接着剤導入部２２ｂが設けられているため、その
部分で途切れている。

【０１４０】略Ｔ字状パターン２２は、図２（ａ）、
（ｂ）に示すように、そのＴ字の横方向の長さがプリズ
ムカプラ１０のプリズム接着面（下面）の横方向の長さ
よりも長く、縦方向の長さがプリズム接着面の縦方向の
長さよりも十分長くなっている。また、Ｔ字を構成する
横線の太さがプリズムカプラ１０の縦方向の長さよりも
細く、縦線の太さがプリズムカプラ１０の横方向の長さ
よりも細くなっている。更に、縦線の中間部２２ｂは特
に細くなっており、縦線の終端部２２ａは横方向に広幅
になっている。

【０１４１】ここで、終端部２２ａは接着剤注入部２２
ａとして機能し、中間部２２ｂは接着剤導入部２２ｂと
して機能する。より具体的には、接着剤注入部２２ａは
滴下した接着剤が必要以上に広がらないようにするため
のものであり、接着剤導入部２２ｂは効率よく接着剤を
導入するためのものである。

【０１４２】一般に、接着剤は、その濡れ性から光導波
路層７表面よりもフォトレジスト２４の壁面の方を速く
広がって行く。そのため、注入部２２ａがなければ、接
着剤はフォトレジストパターンの壁面に接している部分
だけが速く滲み込み、略Ｔ字状パターン２２全体への含
浸の効率が悪くなる。

【０１４３】ここで、本実施形態１では、略Ｔ字状パタ
ーン２２の横線の長さがプリズムカプラ１０よりも長い
ので、プリズムカプラ１０よりはみ出た部分が略Ｔ字状
パターン２２内部の気体の抜き部２２ｃになる。この抜
き部２２ｃがなければ、略Ｔ字状パターン２２内部の気
体の抜け出すところがなく、接着剤の含浸の効率が悪く
なるが、本実施形態１によれば、抜き部２２ｃが存在す
るので、接着剤の含浸効率、即ち作業性を向上できる。

【０１４４】加えて、本実施形態１においては、パター
ニングされて露出する光導波路層７の表面は、プリズム
カプラ１０との接着強度を大きくするために、プラズマ
処理が施されている。その条件は後述する台形プリズム
のプラズマ処理と同じである。プラズマ処理を施すこと
により、表面の汚れが除去され、且つ表面に原子レベル
の凹凸ができるため、接着性が格段に向上する。よっ
て、プリズムカプラ１０が剥離するのを効果的に防止で
きる。

【０１４５】図２（ｂ）に示すように、上述のようなパ
ターンが形成されたフォトレジスト層２４の上に上面が
光学研磨（その機能については後述する）されたプリズ
ムカプラ１０（本実施形態１では、台形プリズム１０）
をマウントする。マウント状態において、台形プリズム
１０からはみ出した略Ｔ字状パターン２２のうちの接着
剤注入部２２ａは、台形プリズム１０の斜面側に設けら
れている。このため、反対側の光結合部に余分な接着剤
が残る等の悪影響を及ぼすことがない。

【０１４６】ここで、台形プリズム１０は、例えば側面
を細管等により吸引保持され、レジストパターン或いは
素子基板１に対して相対的な位置が調整される。また、
この台形プリズム１０の接着に関わる面、即ち下面であ
る接着面は、予めプラズマ処理を施してある。これによ
り、表面に残った汚れ（主にプリズム作製時に使用され
たワックスなど）が除去され、加えてプリズム表面に原
子レベルの凹凸ができるため、接着性が格段に向上す
る。以下にプラズマ処理条件の一例を示す。

【０１４７】 台形プリズム 硝材：ＳＫ５ 高さ約０．５ｍｍ 幅約０．５ｍｍ プラズマ処理 Ｏ₂ ５Ｐａ ＲＦパワー２００Ｗ ３０秒 次に、マウントされた台形プリズム１０から細管が離さ
れ、代わりに金属製プローブ（図示せず）で台形プリズ
ム１０の上を押圧固定する。このような押圧工程を採用
するため、本実施形態１のプリズムカプラ１０は、好ま
しい形状として、台形プリズム１０が採用されている。

【０１４８】続いて、この状態で、別の細管を用いて、
光硬化型接着剤を接着剤注入部２２ａから注入する。す
ると、光硬化型接着剤は接着剤導入部２２ｂを伝わって
台形プリズム１０の下のフォトレジストパターン内に含
浸していく。必要量の光硬化型接着剤を注入した後は、
台形プリズム１０の光学研磨された上面から光硬化型接
着剤の含浸の様子が顕微鏡観察でき、十分に接着剤が含
浸したことを確認してから、光照射を行う。例えば、光
硬化型接着剤が紫外線硬化型であれば、照射する光は紫
外線である。照射は硬化ムラができないようにあらゆる
方向から十分に行う。ここで光学研磨された台形プリズ
ム１０の上面は、照射された光を効率よく接着剤に導
く。

【０１４９】次に、格子状パターン２３の部分をダイシ
ングし、その後、フォトレジスト層２４を専用のレジス
トリムーバで除去する。これにより、図３に示すような
偏光検出器のチップが作製される。ダイシング後にフォ
トレジスト層２４を除去するのは、フォトレジスト層２
４が、ダイシングのときに出る塵埃の付着で光導波路層
７表面が汚れるのを防止するためである。

【０１５０】接着剤硬化後は、台形プリズム１０は接着
剤層１３のみにより支持され、更にプリズム接着面はプ
ラズマ処理されているため、台形プリズム１０の剥がれ
は生じない。

【０１５１】略Ｔ字状パターン２２等の実際の大きさと
しては、例えば、接着面が０．５ｍｍ×０．５ｍｍの正
方形のプリズムに対して、Ｔ字の横方向の長さは０．７
ｍｍ、縦方向の長さは１ｍｍ、縦横の線の太さは０．３
ｍｍである。接着剤導入部２２ｂの幅は１００μｍとし
た。格子状パターン２３は、例えば使用ブレード厚さ２
００μｍの場合、線幅は３００μｍである。

【０１５２】図２に示した偏光検出器では、あらかじめ
チップに対応する大きさに加工された台形プリズム１０
を接着したが、棒状のプリズム３５を接着した後、基板
１のダイシングと同時に切り離すことも可能である。こ
うすることにより、プリズムの位置合わせが数チップ分
同時にできるため、正確で容易になる。図４はそのよう
な棒状のプリズム３５を用いた場合を示している。以下
に図２の場合との違いを中心にして説明する。

【０１５３】図４（ａ）は、半導体基板１に形成された
誘電体層６上に積層された光導波路層７上のフォトレジ
スト層３４を示している。フォトレジスト層３４には、
略Ｔ字状パターン３２と格子状パターン３３の両方が形
成されている。

【０１５４】略Ｔ字状パターン３２は、そのＴ字の横方
向の長さが、後で切り出される１チップあたりのプリズ
ム３５’（図５参照）の接着面の横方向の長さよりも長
く、縦方向の長さがプリズム接着面の縦方向の長さより
も十分長くなっている。Ｔ字を構成する横線の太さはプ
リズム３５の縦方向の長さよりも細く、縦線の太さは後
で切り出される１チップあたりのプリズム３５’の横方
向の長さよりも細い。その縦線の中間部３２ｂは特に細
くなっており、接着剤導入部３２ｂを構成する。また、
縦線の終端部３２ａは横方向に広幅になっており、接着
剤注入部３２ａを構成する。

【０１５５】この例の場合は、プリズム３５が棒状のま
まであるため、略Ｔ字状パターン３２内部の気体の抜き
部３２ｃは略Ｔ字の横線の上に、プリズム３５を配置し
たときにプリズム底面からはみ出るように設けられてい
る。

【０１５６】パターニングされて露出した光導波路層７
の表面は、プリズム３５との接着強度を大きくするため
に、プラズマ処理が施されている。その条件は上述した
ものと同じである。プラズマ処理を施すことにより、表
面の汚れが除去され、加えて表面に原子レベルの凹凸が
できるため、接着性が格段に向上する。

【０１５７】このようなパターンが形成されたフォトレ
ジスト層３４の上に上面が光学研磨された台形棒状プリ
ズム３５をマウントする。図４（ｂ）に示すように、プ
リズム３５からはみ出した接着剤注入部３２ａは、プリ
ズム３５の斜面側に設けられている。このため、その反
対側の光結合部には余分な接着剤が残る等の悪影響を及
ぼすことがない。台形棒状プリズム３５は、例えば側面
を細管（図示せず）等により吸引保持され、レジストパ
ターン或は素子基板１に対して相対的な位置が調整され
る。

【０１５８】また、この台形プリズム３５の接着に関わ
る面も、予めプラズマ処理を施してある。これにより、
上記した理由により接着性を格段に向上できる。この例
におけるプラズマ処理条件は図２の場合と同じである。

【０１５９】次に、マウントされた台形棒状プリズム３
５から細管が離され、代わりに金属製プローブでプリズ
ム３５の上を押圧固定する。そのために、このプリズム
３５も台形プリズムとなっている。この状態で、別の細
管を用いて、光硬化型接着剤を接着剤注入部３２ａから
注入する。すると、光硬化型接着剤は接着剤導入部３２
ｂを伝わって台形棒状プリズム３５の下のフォトレジス
トパターン内に含浸していく。必要量の光硬化型接着剤
を注入した後は、台形プリズムの光学研磨された上面か
ら光硬化型接着剤の含浸の様子が顕微鏡観察でき、十分
に接着剤が含浸したことを確認してから、光照射を行
う。

【０１６０】例えば、光硬化型接着剤が紫外線硬化型で
あれば、照射する光は紫外線である。照射は硬化ムラが
できないようにあらゆる方向から十分に行う。ここで光
学研磨された台形プリズム３５の上面は、照射された光
を効率よく接着剤に導く。

【０１６１】そして、格子状パターン３３の部分をダイ
シングし、その後フォトレジスト層３４を専用のレジス
トリムーバで除去することで、図５に示すような偏光検
出器のチップが作製される。ダイシング後にフォトレジ
スト層３４を除去するのは、フォトレジスト層３４が、
ダイシングのときに出る塵埃の付着で光導波路層３７表
面が汚れるのを防止するためである。

【０１６２】本実施形態１の偏光検出器は、接着剤層１
３にも特徴を有する。以下に図６に基づきその詳細を説
明する。但し、偏光分離部と光検出器及び集積回路は省
略し、接着剤層は図１に比べて厚みを誇張して表示して
ある。

【０１６３】図６において、光導波路層７と台形プリズ
ム１０の間の接着剤層１３は、図ではすでに除去されて
いるフォトレジストパターンによって直線的なエッジ部
Ｅが形成されている。台形プリズム１０の硝材と接着剤
の屈折率は略等しいので、実際には台形プリズム１０の
直角な部分ではなく接着剤でできたこのエッジ部Ｅ付近
で入射光Ａは光導波路層７に結合する。そのため、台形
プリズム１０の厳密な意味でのエッジは必要なく、アー
ルが付いたり、欠けが残っても問題ないので、作製仕様
の厳しくない安価なものを用いることができる。

【０１６４】ここで、入射光Ａの一部が光導波路層７と
接着剤層１３との界面で反射されるが、台形プリズム１
０の底面で更に反射されることがないようにするのが望
ましい。即ち、多重反射による光の損失を防止できるよ
うにするのが望ましい。

【０１６５】そのために、接着剤層１３の厚みｄは、光
導波路層７と接着剤層１３との界面での入射光の長径を
Ｌ、光導波路層７に対する入射角をθとしたときに、Ｌ
／ｔａｎθ以上に設定する必要がある。

【０１６６】今少し具体的に説明すると、多重反射を防
止するためには、接着剤層１３が薄膜として機能しなけ
ればよく、その条件とは、多重反射を抑制できるように
接着剤層１３の厚みｄを定めることであって、図６に示
すように、入射光Ａの接着剤層１３と光導波路層７との
界面におけるビームの長径をＬとし、入射角をθとする
と、接着剤層１３の厚みｄが、下記（１）式の条件を満
たす必要がある。

【０１６７】ｄ≧Ｌ／ｔａｎθ …（１） 従って、例えば、入射光Ａのビーム径が１０μｍ、入射
角をθ＝６０゜とした場合、Ｌ＝２０μｍとなり、接着
剤層１３の厚みｄは１１．５μｍ以上必要となる。

【０１６８】本実施形態１では、台形プリズム１０の下
の部分のフォトレジスト層の除去を容易にするため、接
着剤層１３の厚みは約４０μｍとしてある。

【０１６９】以下に、本実施形態１の偏光検出器の膜構
成の一例を示す。

【０１７０】 誘電体層 ＣＶＤＳｉＯ２膜 約４μｍ 光導波路層 コーニング社の商品名＃７０５９ガラス ＲＦスパッタリング膜 約０．６μｍ ＳｉＯ₂ＲＦスパッタリング膜 約０．１μｍ フォトレジスト層 東京応化工業 ＰＭＥＲ−ＡＲ９００（２層塗布） 約４０μｍ 以上の説明では、プリズムカプラとして一般的な台形プ
リズム１０を用いる場合について説明したが、光結合器
として、他に、図７（ａ）に示す平行四辺形プリズム、
図７（ｂ）に示す逆台形プリズム及び図７（ｃ）に示す
長方形ビームスプリッタを用いることができる。但し、
同図（ａ）〜（ｃ）において、符号Ａは入射光を示す。

【０１７１】ここで、図７（ａ）に示す平行四辺形プリ
ズム１０ａは、図６の台形プリズム１０に比べると、平
板を平行に切り出して加工を進めればよいので、作製が
容易で安価であるという利点がある。

【０１７２】また、図７（ｂ）に示す逆台形プリズム１
０ｂを用いる場合は、入射光を反射させて接着剤層１３
のエッジに導くため、半導体基板１に対して垂直入射と
なり、全体的な配置を小さくすることができるという利
点がある。

【０１７３】また、図７（ｃ）に示すビームスプリッタ
１０ｃを用いる場合は、金属或いは誘電体多層膜からな
るミラ−１０ｄがビームスプリッタ１０ｃの内部に設け
られているので、逆台形プリズム１０ｂの場合に比べて
光の反射面の汚れによる結合効率の低下が抑えられると
いう利点がある。

【０１７４】本実施形態１の偏光検出器は、図１に示す
テーパ状傾斜部９の作製方法にも特徴を有する。図１に
おいて、偏光分離部１５で偏光分離されたモード光が光
検出器５６まで導かれる経路のテーパ状傾斜部９は、誘
電体層６をテーパ状態に加工し、その上と、一部露出し
た反射防止層１２との上に光導波路層７を積層すること
で作製される。具体的には、予めテーパ形状をウェット
エッチング法等で加工し、これに研磨処理を施すことで
作製される。

【０１７５】ここで、ウェットエッチング法によるテー
パ形状の作製方法としては、例えば図８（ａ）〜（ｇ）
に示す製造方法があり、例えば、特開平４−５５８０２
号公報に開示されている。以下にその作製プロセスを説
明する。

【０１７６】まず、同図（ａ）に示すＳｉ基板４１上に
熱酸化ＳｉＯ₂膜４２を形成する（同図（ｂ）参照）。
次に、熱酸化ＳｉＯ₂膜４２上にエッチング速度を制御
できる第２のＳｉＯ₂膜４３を形成する（同図（ｃ）参
照）。続いて、その上にフォトレジスト４４をパターニ
ングする（同図（ｄ）参照）。

【０１７７】ここで、Ｓｉ基板４１には、実際には図９
に簡略化して示す光電変換素子３が形成されているが、
ここでは省略している。

【０１７８】上記熱酸化ＳｉＯ₂膜４２は光導波路層の
バッファ層として機能し、図１の誘電体層（バッファ
層）６に相当する。適当なエッチャントによってこれら
のＳｉＯ₂膜のエッチングを行うと、第２のＳｉＯ₂膜４
３は熱酸化ＳｉＯ₂膜４２よりエッチング速度が大きい
ため、先にエッチングされていく。

【０１７９】ところが、この下の熱酸化ＳｉＯ₂膜４２
は比較的エッチング速度が小さいため、徐々にエッチン
グが進行し、エッチャントに触れた時間に比例してエッ
チングされることになる。

【０１８０】従って、同図（ｆ）に示すように、ＳｉＯ
₂膜４２のうちフォトレジスト４４に覆われていない部
分は大きく、その内側は小さくエッチングされ、結果的
として同図（ｆ）、（ｇ）に図示するようなテーパ形状
４５が得られる。

【０１８１】次に、図９（ａ）〜（ｃ）に基づきテーパ
形状４５（ここでは、符号９で表示）の研磨工程につい
て説明する。

【０１８２】上記のようにエッチングで加工されたテー
パ形状４５（９）は、その表面粗度は成膜直後よりも大
きくなっている。ここで、第２のＳｉＯ₂膜４３を残し
たまま、研磨処理を施す。研磨剤としては、例えば０．
５μｍ径ダイヤモンドスラリーが用いられる。研磨布は
軟質のものが適している。図中の符号４６は窒化ケイ素
膜を示しており、この窒化ケイ素膜４６はエッチングに
よるテーパ加工及びこの研磨工程においては保護層とし
て機能し、Ｓｉ基板４１を加工のダメージから保護する
（同図（ａ）参照）。

【０１８３】研磨処理により、同図（ｂ）に示すよう
に、第２のＳｉＯ₂膜４３は除去され、同時に滑らか、
且つ緩やかなテーパ形状９’が得られる。

【０１８４】同図（ｃ）の符号７は積層される光導波路
層を示す。

【０１８５】本実施形態１において、特徴的なのは、こ
の工程により、エッチングで荒れた誘電体層４２表面が
滑らかにされた形状をもつことである。これは、誘電体
層（バッファ層）の材質として、ＮＳＧ、ＰＳＧ、ＢＰ
ＳＧ等、選択の幅を広くすることにもなり、且つテーパ
導波路の伝搬損失を低減することにもなる。

【０１８６】また、その形状は直線的ではなく、変曲点
のない滑らかな曲面となり、そのテーパ長は１００μｍ
程度になる。ここで、伝搬光の高効率結合を達成するた
めには、テーパの最大斜度は１０゜以下でなけらばなら
ないが、本実施形態４の滑らかなテーパ導波路はその条
件も十分に満足するものである。

【０１８７】なお、この研磨処理で突出部分、例えば、
図１の上層配線１７や電極パッド１８等が露出した場合
は、上からさらに誘電体材料を積層することで対処でき
る。配線材料は金属であり、研磨加工中に露出すると表
面に付着し、伝搬損失の増加を引き起こす場合がある。
また、誘電体層６よりも硬いものが露出すると、研磨加
工中に表面にキズが入り、これもまた伝搬損失の増加に
つながる。

【０１８８】ところで、このテーパ形状の先端が光電変
換素子３の受光領域８の中にあることは、その目的から
言うまでもない。しかし、誘電体層の厚みが完全に０に
なる前に、すでに伝搬光は半導体基板１側へ漏れ出して
くる。具体的には、バッファ層として機能しなくなる限
界の厚み付近からその漏れ出しは始まる。そのためテー
パ先端は余裕をみて（最低限、光電変換素子の始まりの
位置でバッファ層として機能するだけの厚みｔを有して
いること。）光電変換素子と位置合わせすることが望ま
しい。

【０１８９】また、上記実施形態１では、光導波路層７
は二層の窒化膜によって光電変換素子３の形成された半
導体基板１から隔てられているため、この内部を伝わる
距離も考慮する必要がある。これがいわゆる光検出器へ
の結合距離で、例えば２０μｍ以上は必要である、この
実施形態４では、テーパの加工精度との兼ね合い（フォ
トレジストの解像度、エッチング・研磨によるパターン
サイズの変化等）もあって、図１中のＷの長さを７０μ
ｍに設定している。

【０１９０】（実施形態２）図１０〜図１３は本発明偏
光検出器の実施形態２を示す。本実施形態２の偏光検出
器は偏光分離部の構成に特徴を有するものである。

【０１９１】まず、図１０に基づきその概略構成を説明
する。半導体基板５２上には、誘電体層（バッファ層）
５３が積層され、その上に光導波路層５４が積層されて
いる。光導波路層５４上にはプリズムカプラ５５が固定
され、半導体基板５２中には光検出器５６、５６が形成
されている。加えて、プリズムカプラ５５の図上左斜め
上方に集光レンズ５７が配設されている。この集光レン
ズ５７は収束光をプリズムカプラ５５に導く。

【０１９２】図１１は上記偏光検出器の断面構造を示
す。光導波路層５４は図中左右に長く、等価屈折率の異
なる領域Ａ及びＢで構成されており、その境界は光の波
長に対して十分緩やかなテーパ部Ｃにより結合されてい
る。領域Ａは第１の光導波路からなり、領域Ｂは第２の
光導波路からなる。

【０１９３】ここで、領域Ｂは、横方向に底部の一部が
重なって接した２つの三角形が、プリズムカプラ５５と
光検出器５６との間の位置で対向配置して構成されてい
る。領域Ａは、半導体基板５２に積層した誘電体層５３
上に、無アルカリガラス（例えば、コーニング社の商品
名＃７０５９の無アルカリガラス）層５４ｂ及びＳｉ０
₂層５４ａを積層して形成されている。

【０１９４】また、領域Ｂは、Ｔａ₂Ｏ₅層５１、無アル
カリガラス層５４ｂ及びＳｉＯ₂層５４ａを積層して形
成される。

【０１９５】ここで、Ｔａ₂Ｏ₅層５１、ＳｉＯ₂層５４
ａ及び無アルカリガラス層５４ｂは、スパッタリング
法、ＣＶＤ法、蒸着法等の成膜方法で形成することがで
きる。また、テーパ部ＣはＴａ₂Ｏ₅層５１の形成時にシ
ャドウマスク法等を利用することで形成できる。

【０１９６】誘電体層５３は、上記実施形態１で説明し
たＮＳＧ、ＰＳＧ、ＢＰＳＧ等のＣＶＤ膜が用いられ
る。

【０１９７】なお、光導波路層５４は、上記以外の材料
を用いて作製してもよいが、前記の誘電体材料はいずれ
も結晶化しにくく、伝搬損失の低い光導波路が得られる
ので好ましい。各誘電体層の屈折率と厚さの例は次に示
すとおりである。

【０１９８】 ＰＳＧ層 屈折率１．４４ 膜厚約４μｍ Ｔａ₂０₅層 屈折率２．０４ 膜厚０．０７８μｍ 無アルカリガラス層 屈折率１．５３ 膜厚０．５７μｍ ＳｉＯ₂層 屈折率１．４３ 膜厚０．１μｍ このとき、波長７８０ｎｍの光に対して、両方の領域
Ａ、ＢでＴＥｏモード光及びＴＭｏモード光いずれの偏
光も単一横モードとなり、各々の領域Ａ、ＢでのＴＥｏ
モード光とＴＭｏモード光の等価屈折率は次のようにな
る。

【０１９９】 ここで、伝搬光がいずれの境界でも全反射されないため
には、伝搬光の境界への入射角αは、 ｜α｜＜ｓｉｎ^-1（１．４７９８／１．５８７６）＝６
８．８゜ を満たすことが必要であり、本実施形態２では、境界が
中心線ＦＦ’（図１０参照）に対して４５゜の角度をな
すようにすることでこれを満足させている。

【０２００】今少し具体的に説明すると、実効屈折率は
上記に示す各モード光の透過屈折率で与えられるから、
境界と中心線ＦＦ’とがなす角度を適宜設定すれば、最
後の境界（伝搬方向における最後の境界）に入射する角
度は、スネルの法則を繰り返し適用することによって計
算できる。このため、計算により入射角αが上記の値、
即ち６８．８゜を越えない範囲の境界と中心線ＦＦ’の
なす角度は容易に求めることができる。

【０２０１】本実施形態２の偏光検出器において、偏光
分離されるべきＴＥｏモード光、ＴＭｏモード光は、集
光レンズ５７で収束光に変換された後、ほぼその焦点が
プリズムカプラ５５のエッジ（実際には図６における接
着剤層１３に形成された直線的なエッジ部Ｅ）に位置す
るようになされている。

【０２０２】図１２は偏光分離部付近の平面図であり、
図１３は偏光分離パターンの拡大図である。伝搬光が境
界で全反射されないための上記条件を満足するために、
本実施形態では、境界が中心線ＦＦ’に対して４５゜の
角度をなすようにしている。

【０２０３】図１３における領域Ａと領域Ｂとの境界線
ＫＬＭは、中心線ＦＦ’となす角が光軸に対して線対称
な形状である。このため、集光レンズ５７、プリズムカ
プラ５５を経て、光導波路層５４内に導かれた光は、領
域Ａでは発散光として伝搬するが、その発散光はこの部
分を通過すると２分割され、互いに離れる方向に屈折さ
れる。そして領域Ａ、領域Ｂの境界でさらに３回屈折さ
れた後、実質的な偏光分離角γ（図１０に表記）を得
て、光検出器５６、５６により各々検出される。

【０２０４】以上のような本実施形態１の偏光検出器に
よれば、発散する伝搬光を開き角の小さい２つの光束に
分割するため、開き角の大きな発散光も容易にモード分
離することができる。また、２分割された光は互いに離
れる方向に屈折されるようになっているので、異なる偏
光が空間的に交差して混合されることがない。よって、
偏光の分離・検出を確実に行うことができる。

【０２０５】（実施形態３）図１４及び図１５は本発明
偏光検出器の実施形態３を示す。本実施形態３の偏光検
出器は偏光分離部の構成に特徴を有する。

【０２０６】図１４及び図１５に示すように、本実施形
態３の偏光分離部は、境界の形状を、ＴＥｏモード光及
びＴＭｏモード光がそれぞれ４分割される形状にしてあ
る。なお、符号は上記実施形態２と同様の符号を付して
ある。

【０２０７】図１５に示すように、本実施形態３では、
図１３で示した領域Ｂの形状のうち、図中左の部分を光
軸に垂直になるように省略し、パターンの対向する光軸
中心に三角形の切り欠きを設けるようにしてある。この
ためこの部分に境界線ＰＱＲＳＴを有する。

【０２０８】ここで、境界ＰＱＲＳＴのうち境界ＱＲと
境界ＲＳは中心線ＦＦ’に対して４５゜の角度をなして
いるが、境界ＰＱ及び境界ＳＴは中心線ＦＦ’に対して
垂直である。このため、境界ＰＱ及び境界ＳＴで屈折さ
れる光の屈折角は、境界ＱＲ又は境界ＲＳで屈折される
光のそれよりも小さい。ここで、点Ｑ及び点Ｓの位置は
発散光がほぼ４等分されるように設定するのがよい。

【０２０９】この場合、実質的なモード分離角γは、境
界ＱＲ（又は境界ＲＳ）を通過したＴＥｏモード光及び
境界ＰＱ（又は境界ＳＴ）を通過したＴＭｏモード光の
屈折角と広がり角で決定される。図１３に示した実施形
態２のものと比較して、本実施形態３では発散光を開き
角が更に小さい４つの光束に分割しているため、モード
光の分離は容易であり、光束の幅を考慮して完全にモー
ド分離されるまでの光路長も短くすることができる。言
い換えれば、同じ光路長であれば、分離角を大きくとる
ことができる。これは、より安定した信頼性の高い偏光
検出器を作製するうえでの利点となる。

【０２１０】また、本実施形態３で特徴的なのは、境界
ＱＲ（又は境界ＲＳ）を通過し合計４回の屈折を受けた
光からの分離光は、光軸に対してそれよりも外側を通過
する境界ＰＱ（又は境界ＳＴ）を通過した光の分離光と
ほとんど同じ方向に進行することである。このため、分
離されたそれぞれのモード光は共通の光検出器５６に導
くことができる。

【０２１１】上記実施形態２及び本実施形態３の偏光検
出器において、図１１に示したテーパ部Ｃは、伝搬光の
通過する境界すべてに形成されている必要がある。即
ち、そのような構成によれば、伝搬損失を低減でき、結
合効率を向上できるからである。具体的には、図１１、
図１５における偏光分離パターンの領域Ｂの周囲すべて
にテーパ導波路Ｃが形成されている。但し、伝搬光の通
過しない部分や進行方向と平行な部分は、実際にはテー
パ形状は必要ない。

【０２１２】このような構成によれば、テーパ部Ｃの先
端は、それが形成されている面内であらゆる方向を向く
ことになる。このようなパターンのテーパ形状の作製に
は、Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ Ｔｅ
ｃｈｎｏｌｏｇｙ（Ｖｏｌ．８，Ｎｏ．４，ｐｐ５８７
−５９３，Ａｐｒｉｌ １９９０）に開示された、図１
６に示す方法を応用することができる。

【０２１３】図１６では、金属製のマスク７１が、スペ
ーサ７２によって半導体基板１からある間隔を保って配
置されている。この状態で上方から成膜を行うと、マス
ク７１の陰になる部分に成膜粒子が回り込むことによっ
て膜厚に分布ができ、図示するようなテーパ形状の構造
部分７４が得られる。

【０２１４】

【発明の効果】以上の本発明偏光検出器によれば、光結
合器を構成するプリズム又はビームスプリッタを直線的
なエッジの形成された接着剤層のみにより光導波路層上
に支持する構成をとるので、加工仕様の厳しくない安価
な光結合器を使用することができる。加えて、プリズム
又はビームスプリッタと光導波路層との間の構造が単純
になり、接着剤の収縮により応力の影響を緩和すること
ができる。このため、光結合器が接着剤層が不測に剥が
れることがないので、信頼性を向上できる。

【０２１５】加えて、プリズム又はビームスプリッタか
らの入射光の接着剤層と光導波路層との界面でのビーム
の長径をＬ、光導波路層に対する入射角をθとしたと
き、接着剤層の厚さがＬ／ｔａｎθ以上となる構成をと
るので、接着剤層が薄膜として機能し、多重反射を発生
することがない。従って、多重反射による光の損失が抑
えられるので、結合効率を向上できる。

【０２１６】また、本発明による偏光検出器によれば、
接着剤層のパターン形状を略Ｔ字状とし、その縦方向の
長さがプリズム又はビームスプリッタの接着面の縦方向
の長さよりも十分長く、且つＴ字を構成する横線の太さ
がプリズム又はビームスプリッタの縦方向の長さよりも
細く、縦線の太さがプリズム又はビームスプリッタの１
チップあたりの横方向の長さよりも細いものとする構成
をとるので、適量の接着剤でプリズム又はビームスプリ
ッタを効果的に支持することができるので、余分な接着
剤による悪影響がなくなる。

【０２１７】また、本発明による偏光検出器によれば、
略Ｔ字状接着剤層パターンの縦方向のうち、プリズム又
はビームスプリッタよりも外の部分の幅を、プリズム又
はビームスプリッタの下の部分の幅よりもさらに細くす
る構成をとるので、接着剤の充填を効率よく行うことが
できる利点がある。

【０２１８】また、本発明による偏光検出器によれば、
プリズム又はビームスプリッタからなる光結合器の上面
を光学研磨する構成をとるので、顕微鏡等を用いて接着
剤の充填の様子を観察できるので、充填工程を効率よ
く、かつ正確に行うことができる。

【０２１９】また、本発明による偏光検出器によれば、
接着に関与するプリズム又はビームスプリッタの底面
と、光導波路層表面の両方を予めプラズマ処理する構成
をとるので、それらの接着強度を大きくすることができ
るので、より一層信頼性の高い光結合器の支持構造を実
現できる。

【０２２０】また、本発明による偏光検出器によれば、
半導体基板と光導波路層との間を、光検出器及び集積回
路の最も突出した部分よりも厚い誘電体層によって隔
て、且つその厚みをバッファ層として機能する値に設定
する構成をとるので、加工中に下層の構造が露出して光
導波路の伝搬損失に悪影響を及ぼすことがないので、結
合効率を向上できる。

【０２２１】また、本発明による偏光検出器によれば、
誘電体層をＮＳＧ膜の単体、或はこれを含む積層体によ
り構成するので、誘電体層に含まれるドーパントによる
伝搬光の吸収の心配がなくなる。従って、この点におい
ても、結合効率を向上できる。

【０２２２】また、本発明による偏光検出器によれば、
誘電体層をＰＳＧ膜又はＢＰＳＧ膜の単層、或はこれを
含む積層体により構成するので、誘電体層の膜応力が緩
和され、素子の特性変化やクラックの発生を抑えること
ができる。

【０２２３】また、本発明による偏光検出器によれば、
半導体基板上に不純物拡散領域を育する光電変換素子が
形成され、光電変換素子の上方に誘電体を介して光導波
路層を含む光伝搬用の光導波路素子を設け、光導波路層
の一部と不純物拡散領域との間で光結合可能な受光領域
を設け、光結合可能な受光領域を、厚みが徐々に薄くな
る誘電体層の上に光導波路が積層されたテーパ導波路で
構成するので、伝搬損失を低減でき、光結合効率を大き
くすることができる。

【０２２４】また、本発明による偏光検出器によれば、
テーパ導波路を研磨処理で得られるような屈曲点のない
滑らかな形状とし、その最大斜度を１０゜以下とする構
成をとるので、光結合効率を一層大きくすることができ
る。

【０２２５】また、本発明による偏光検出器によれば、
光結合可能な領域の中で、不純物拡散領域の先端付近で
の誘電体層の厚さを、バッファ層として十分機能する値
とし、且つ不純物拡散領域内にその厚みが０となるテー
パ先端を有する構成をとるので、効率よく伝搬光を光検
出器に導くことができる。

【０２２６】また、本発明による偏光検出器によれば、
光結合可能な受光領域の中で、不純物拡散領域内でのテ
ーパ導波路先端に、誘電体厚さが０である領域が２０μ
ｍ以上続く構成とすれば、光検出器への伝搬光の結合が
容易になる。

【０２２７】また、本発明による偏光検出器によれば、
不純物拡散領域を有する光電変換素子と誘電体層との
間、及び受光領域における光電変換素子と光導波路層と
の間のうち、少なくともいずれかに保護層を設ける構成
をとるので、汚染物質が侵入するのを防止でき、外部か
らの汚染物質による光電変換素子や集積回路への悪影響
や加工中のダメージを抑えることができる。

【０２２８】また、本発明による偏光検出器によれば、
保護層を低圧ＣＶＤ窒化ケイ素膜とすれば、高特性で、
且つ生産性も高い偏光検出器を実現できる。

【０２２９】また、本発明による偏光検出器によれば、
受光領域における光電変換素子及び誘電体層と光導波路
層との間に、反射防止層を設ける構成をとるので、加工
中のダメージを抑えつつ、且つ光電変換素子への伝搬光
の結合効率を大きくすることができる。

【０２３０】また、本発明による偏光検出器によれば、
反射防止層としてプラズマＣＶＤ窒化ケイ素膜を用いる
構成をとるので、更に一層効果的に加工中のダメージを
抑えつつ、光電変換素子への伝搬光の結合効率を大きく
することができる。

【０２３１】また、本発明による偏光検出器によれば、
不純物拡散領域を作製した際に形成される上層段差部に
囲まれた領域を、受光領域よりも大きく、光結合器の光
結合部分、光導波路層、偏光分離部及び光検出器のすべ
てが上層段差部に囲まれた領域の範囲内に設ける構成を
とるので、導波光が上層段差部の上部を通過せず、この
上層段差部によるバッファ層及び光検出器の設計上及び
加工上の問題がなくなるので、従来の導波路傾斜部を有
する導波路型光検出器の構成を、高速応答性、高集積型
の光検出器にも応用することができる。

【０２３２】また、本発明による偏光検出器によれば、
光検出器に隣接する電極配線や集積回路部分の金属層が
誘電体層の表面よりも高い面に露出しない構成をとるの
で、加工中に誘電体層の追加積層を行うことにより、下
層の構造が露出して光導波路の伝搬損失に悪影響を及ぼ
すことがない。

【０２３３】また、本発明による偏光検出器によれば、
偏光分離分部を光結合器とテーパ導波路層との間に配置
された、パターン周囲全体にテーパ形状を有する高屈折
率領域からなるものとする構成をとるので、伝搬光がそ
の境界で受ける損失を抑えることができるので、結合効
率を向上できる。また、集光性のよい反面広がり角の大
きい伝搬光を高効率で分離できる。

【０２３４】また、本発明による偏光検出器によれば、
高屈折率領域を、光導波路層と誘電体層との間に位置す
る高屈折率材料層により構成するので、汚れ等の影響を
受けにくくなる。

【０２３５】また、本発明による偏光検出器によれば、
偏光分離部のパターンを伝搬光をその伝搬方向と略平行
に２分割して異なる方向に伝搬させ、且つ分割されたそ
れぞれの伝搬光が高屈折率領域による屈折を複数回受け
るような形状にする構成をとるので、伝搬光が開き角の
大きい発散光であっても屈折後の開き角を小さくでき、
その分実質的なモード分離角を大きくすることができ
る。

【０２３６】また、本発明による偏光検出器によれば、
偏光分離部のパターンを伝搬光をその伝搬方向と略平行
に４分割して異なる方向に伝搬させ、且つ分割されたそ
れぞれの伝搬光が高屈折率領域による屈折を複数回受け
るような形状にする構成をとるので、伝搬光が開き角の
大きい発散光であっても屈折後の開き角をさらに小さく
でき、その分実質的なモード分離角をより大きくするこ
とができる。また、一方ではモード光の伝搬距離を短縮
することもできる。

【０２３７】また、本発明による偏光検出器によれば、
光分離部パターンを、２分割又は４分割されたそれぞれ
の伝搬光をいずれも中心より離れた方向に屈折するよう
な形状とする構成わとるので、異なる偏光が空間的に交
差して混合することがなくなるので、偏光の分離・検出
が確実に行える。

【０２３８】また、本発明による偏光検出器によれば、
上記偏光分離部パターンを、４分割された伝搬光のうち
中心寄りの２つの屈折角が外側の２つの伝搬光の屈折角
よりも大きくなるような形状とする構成をとるので、伝
搬光の導かれる光検出器の数を減らすことができ、特性
のばらつきを抑えることができる利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態１を示す、偏光検出器の断面
図。

【図２】本発明の実施形態１を示す、（ａ）は台形プリ
ズムが接着される前の偏光検出器を示す部分斜視図、
（ｂ）は台形プリズムが配置された偏光検出器を示す部
分斜視図。

【図３】本発明の実施形態１を示す、台形プリズムを配
置した偏光検出器を示す斜視図。

【図４】本発明の実施形態１を示す、（ａ）は台形棒状
プリズムが接着される前の偏光検出器を示す部分斜視
図、（ｂ）は台形棒状プリズムが配置された偏光検出器
を示す部分斜視図。

【図５】本発明の実施形態１を示す、図４の偏光検出器
を１チップ化した偏光検出器を示す斜視図。

【図６】本発明の実施形態１を示す、偏光検出器の側面
図。

【図７】本発明の実施形態１を示す、（ａ）は光結合器
として平行四辺形プリズムを用いた偏光検出器を示す側
面図、（ｂ）は光結合器として逆台形プリズムを用いた
偏光検出器を示す側面図、（ｃ）は光結合器としてビー
ムスプリッタを用いた偏光検出器を示す側面図。

【図８】本発明の実施形態１を示す、ウェットエッチン
グ法によるテーパ形状の作製工程を示す工程図。

【図９】本発明の実施形態１を示す、テーパ形状の研磨
工程を示す工程図。

【図１０】本発明の実施形態２を示す、偏光検出器の斜
視図。

【図１１】本発明の実施形態２を示す、図１０の偏光検
出器の側面図。

【図１２】本発明の実施形態２を示す、図１０の偏光検
出器を示す平面図。

【図１３】本発明の実施形態２を示す、図１０の部分拡
大図。

【図１４】本発明の実施形態３を示す、偏光検出器の平
面図。

【図１５】本発明の実施形態３を示す、図１４の部分拡
大図。

【図１６】偏光検出器のテーパ形状の構造部分の作製方
法を示す斜視図。

【図１７】従来の導波路型光磁気情報記録再生装置の概
略構成を示す側面図。

【図１８】図１７の導波路型光磁気情報記録再生装置に
搭載される検出系集積素子を示す平面図。

【図１９】従来の光結合器を示す側面図。

【図２０】従来のモード分離素子を示す側面図。

【図２１】（ａ）は従来の光検出器を示す断面図、
（ｂ）はまた別の従来の光検出器を示す断面図。

【図２２】（ａ）は従来の集積回路と並行して作製され
る光検出器を示す断面図、（ｂ）はまた別の従来の集積
回路と並行して作製される光検出器を示す断面図。

【図２３】段差ができる理由と共に従来の光検出器の作
製工程を示す工程図。

【図２４】導波路傾斜部を有する従来の導波路型光検出
器を示す断面図。

【図２５】従来の光導波路型モードスプリッタを示す
図。

【符号の説明】

１ 半導体基板 １ａ Ｐ型Ｓｉ基板 １ｂ Ｎ型Ｓｉ層 ２ 不純物拡散領域 ３ 光電変換素子 ３ａ 分離電極 ４ 熱酸化ＳｉＯ₂膜 ４ａ 段差部 ５ 保護層 ６ 誘電体層（バッファ層） ７ 光導波路層 ８ 受光領域 ９ 傾斜状テーパ部 １０ プリズムカプラ １１ 電極配線 １２ 反射防止層 １３ 接着剤層 １４ 高屈折率材料層 １５ 偏光分離部 １６ 層間膜 １７ 上層配線 １８ 電極パッド ２２，３２ 略Ｔ字状パターン ２２ａ，３２ａ 接着剤注入部 ２２ｂ，３２ｂ 接着剤導入部 ２２ｃ，３２ｃ 抜き部 ２３，３３ 格子状パターン ２４，３４ フォトレジスト層 ３５ 台形棒状プリズム ５１ Ｔａ₂Ｏ₅層 ５２ 半導体基板 ５３ 誘電体層（バッファ層） ５４ 光導波路層 ５４ａ ＳｉＯ₂層 ５４ｂ 無アルカリガラス層 ５５ プリズムカプラ ５６ 光検出部 ５７ 集光レンズ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平２−226106（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−111393（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−205732（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−152534（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−146545（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−289531（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−87705（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−106025（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−92871（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−198707（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−82644（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−264906（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−29633（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−160963（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−258062（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−133055（ＪＰ，Ａ) 特開 平11−64675（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G02B 6/126 G02B 6/34

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光結合器と、該光結合器からの光を伝搬
   させる光導波路層と、伝搬光を屈折角の差によって２つ
   の成分に分離する偏光分離部と、半導体材料で形成さ
   れ、分離された伝搬光を光電変換する光検出器とが同一
   の半導体基板上に形成された偏光検出器であって、 前記光結合器が誘電体材料で形成されたプリズム又はビ
   ームスプリッタであり、前記光導波路層上に接着剤層の
   みにより支持され、且つ該プリズム又はビームスプリッ
   タの光結合部付近の接着剤層には直線のエッジが形成さ
   れており、 該プリズム又はビームスプリッタからの入射光の、該接
   着剤層と該光導波路層の界面でのビームの長径をＬと
   し、該光導波路層に対する入射角をθとしたとき、該接
   着剤層の厚さｄが、下記（１）式の条件を満足するよう
   に ｄ≧Ｌ／ｔａｎθ …（１） 設定した偏光検出器。
2. 【請求項２】 前記接着剤層は略Ｔ字状にパターン形成
   されたものであり、Ｔ字を構成する縦線部に相当する縦
   方向の長さが前記プリズム又はビームスプリッタとの接
   着面の縦方向の長さよりも十分長く、Ｔ字を構成し、前
   記エッジが形成されている横線部の幅が該プリズム又は
   ビームスプリッタの縦方向の長さよりも細く、且つ該縦
   線部の太さが該プリズム又はビームスプリッタの横方向
   の長さよりも細く、該プリズム又はビームスプリッタか
   らの光は、該エッジ付近で前記光導波路層に結合する、
   請求項１記載の偏光検出器。
3. 【請求項３】 前記略Ｔ字状の接着剤層パターンの縦方
   向のうち、前記プリズム又は前記ビームスプリッタより
   も外側の部分の幅が、該プリズム又は該ビームスプリッ
   タの下部の部分の幅よりも小さい請求項１記載の偏光検
   出器。
4. 【請求項４】 前記光結合器の上面が光学研磨されてい
   る請求項１記載の偏光検出器。
5. 【請求項５】 前記プリズム又は前記ビームスプリッタ
   が前記光導波路層の表面に前記接着剤層によって接着さ
   れており、接着に関与する該光導波路層の表面と該プリ
   ズム又は該ビームスプリッタの底面とが、予めプラズマ
   処理されている請求項１記載の偏光検出器。