JP3457850B2 - 光導波路の形成方法 - Google Patents
光導波路の形成方法Info
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は光導波路の形成方法
に関し、特に光通信システムや光情報処理システムなど
に用いられる光結合器や光電子集積回路などに作り込ま
れる光導波路の形成方法に関する。 【０００２】 【従来の技術および発明が解決しようとする課題】従来
の光導波路の形成方法を図４に示す。図４に示す光導波
路は埋め込み型光導波路である。まず、単結晶シリコン
基板１１上に下部クラッド層となる二酸化シリコン（Ｓ
ｉＯ2 ）膜１２を火炎堆積（ＦＨＤ）法や化学気相成長
（ＣＶＤ）法などで２０〜３０μｍ程度の厚みに成膜す
る（図４（ａ）（ｂ））。ＦＨＤ法で成膜する場合、ガ
ラス微粒子を堆積させた後に１３００℃程度に加熱して
焼き固める。 【０００３】次に、チタン（Ｔｉ）やゲルマニウム（Ｇ
ｅ）などの不純物をドープした二酸化シリコン膜などか
ら成るコア部となる層１３を成膜する（同図（ｃ））。
下部クラッド層１２に対してコア部となる層１３の屈折
率が０．５％高ければ、コア部となる層１３の膜厚は８
μｍ必要である。 【０００４】次に、クラッド層１２上にコア部１４を形
成するためのエッチングマスク１５を形成し、エッチン
グマスク１５が形成された領域以外のコア部となる層１
３を反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）によってエッチ
ングすることでコア部１４を形成する（同図（ｄ））。
エッチングマスク１５は、アモルファスシリコン（α−
Ｓｉ）やアルミニウム（Ａｌ）などで形成され、膜厚は
２μｍ程度のものが用いられる。 【０００５】次に、エッチングマスク１５を除去し、二
酸化シリコン膜などから成る上部クラッド層１６をＦＨ
Ｄ法やＣＶＤ法などで２０〜３０μｍ程度の厚みに成膜
する（同図（ｅ））。 【０００６】このような光導波路の形成方法では、コア
部１４の断面が８μｍ×８μｍ程度の正方形を呈する光
導波路となる。 【０００７】ところが、この従来の光導波路の形成方法
では、コア部１４の端面が正方形であることから、円形
のコア部を有する光ファイバ（不図示）との接続におい
て、コア形状の相違による光の接続損失が発生するとい
う問題があった。 【０００８】すなわち、光ファイバのコア部断面の直径
をＤ（＝２ｒ）、光導波路のコア部１４の断面形状が正
方形でその一辺の長さをＣとし、またＣ／Ｄ＝ｐとする
と、光導波路の出入り口での接続損失Ｌin、Ｌout はそ
れぞれ L in=-10log 1-4/π(sin-1√(1-p2 )-p √(1-p2 ) Lout=-10log √(1/p2-1)-(sin -1√(1-p2 )-sin -1p)
/2p2 となる。Ｌin＋Ｌout の最小値は、ｐ＝０．９１のとき
で、最小接続損失は０．８ｄＢとなる。すなわち、従来
の形成方法で形成された光導波路では、光ファイバと接
続する際に、０．８ｄＢ以上の接続損失が避けられない
という問題があった。 【０００９】また、従来の光導波路の形成方法では、シ
リコン基板１１上に２０〜３０μｍ程度の厚みを有する
下部クラッド層１２を形成した後に、コア部１４を形成
することから、このコア部１４の屈折率分布の中心を光
ファイバのコア部の中心と一致させるのが困難であり、
縦方向のアライメントの調整が不正確になるという問題
があった。すなわち、従来の光導波路では、縦方向アラ
イメントの調整のためにシリコン基板１１上にＶ溝を形
成して、このＶ溝に光ファイバを固定するが、Ｖ溝はＫ
ＯＨ等の異方性エッチングで形成していた。したがっ
て、エッチングの精度がそのまま縦方向のアライメント
の精度であり、エッチングマスクの寸法、エッチング液
の組成、エッチング液の液温、エッチング時間などの厳
密な制御が必要であった。 【００１０】さらに、従来の光導波路では、コア部１４
での光閉じ込め効果を得るために、上部クラッド層１６
の形成が必要であり、上部クラッド層１６をＦＨＤ法な
どで厚く形成しなければならず、クラッド層１２、１４
を形成した後の内部応力でシリコン基板１１にソリが発
生するという問題があった。 【００１１】また、図５に示すように、シリコン基板２
１の一部に断面が半円状のコア部２２と下部クラッド部
２３を形成し、このコア部２２と下部クラッド部２３上
に上部クラッド層２４を形成した光導波路も提案されて
いる。この光導波路では、断面が半円状で半径が８μｍ
程度の半円状のコア部２２となる。 【００１２】ところが、この従来の光導波路でも、コア
部２２の断面形状は円形ではなく半円状であることか
ら、円形のコア部を有する光ファイバとの結合において
コア形状の相違による接続損失が発生し、０．８ｄＢ以
上の接続損失は避けられないという問題がある。 【００１３】本発明は、このような従来技術の問題点に
鑑みてなされたものであり、光ファイバとの接続損失が
発生すると共に、光ファイバとの位置合わせが困難であ
るという従来技術の問題点を解消した光導波路の形成方
法を提供することを目的とする。 【００１４】 【問題点を解決するための手段】上記目的を達成するた
めに、本発明に係る光導波路の形成方法では、シリコン
基板の一部を帯状に多孔質化して酸化すると共に、この
酸化した領域の一部に不純物を含有させてコア部とクラ
ッド部を設けた二個の光導波路部材を形成し、この二個
の光導波路部材のそれぞれのコア部とクラッド部を対峙
させて接合する際に、一方の光導波路部材のコア部とク
ラッド部を他方の光導波路部材のコア部とクラッド部よ
りも長尺に形成し、この一方の光導波路部材の長尺部分
のコア部とクラッド部を除去して凹状溝を形成する。 【００１５】 【００１６】 【発明の実施の形態】以下、本発明を添付図面に基づき
詳細に説明する。図１は、本発明に係る光導波路の形成
方法の一実施形態を示す図である。同図（ａ）のシリコ
ン基板１はｐ型またはｎ型のいずれでもよいが、比抵抗
が０．１Ωｃｍ以下のｐ型低抵抗シリコン基板を用いる
と、後述するシリコン基板１の一部を陽極化成によって
多孔質化する際に、その多孔度と細孔の孔径を制御しや
すくて好適である。 【００１７】次に、同図（ａ）に示すように、シリコン
基板１上にマスク層２を成膜し、その一部が帯状に開口
した開口部２ａが形成されるようにマスク層２をパター
ニングする。マスク層２の開口部２ａの幅は５μｍ程度
である。このマスク層２は、窒化シリコン膜（Ｓｉ
Ｎx ）、アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）膜、金（Ａ
ｕ）あるいはこれらの積層膜で構成される。このとき、
図２に示すように、二枚のシリコン基板１を位置合わせ
して貼り合わせるための位置合わせマーク３がシリコン
基板１の所定箇所に同時に形成されるようにパターニン
グすればよい。この位置合わせマーク３は、例えばシリ
コン基板１の表面の一部を凹状にエッチングすることに
よって形成されるが、後述するコア部５とクラッド部６
を形成する際に同時に多孔質化して酸化し、光ファイバ
を固定するための凹状溝７を形成すると同時にエッチン
グして形成すればよい。 【００１８】次に、図１（ｂ）に示すように、マスク層
２の開口部２ａから、シリコン基板１の表面の一部を多
孔質化して、多孔質化領域４を形成する。この多孔質化
領域４は、フッ酸溶液中で陽極化成処理を行うことで形
成され、フッ酸溶液の濃度、化成電流密度、化成時間に
よってその多孔度と細孔の孔径を制御できる。この場
合、フッ酸溶液は例えば２０〜５０％程度の濃度を有す
るものが用いられ、電流密度は１０〜２５０ｍＡ／ｃｍ
2 程度で行われ、化成時間は１〜１０分程度で行われ
る。このような条件で陽極化成を行うと、マスク層２の
開口部２ａからほぼ半円状に多孔質化する。この半円状
部分の直径に相当する部分の寸法は、光ファイバの径
（８０〜１５０μｍ）とほぼ等しいことが望ましい。 【００１９】次に、同図（ｃ）に示すように、マスク層
２の開口部２ａから不純物をドーピングしてコア部５を
形成する。不純物は、チタン（Ｔｉ）、ゲルマニウム
（Ｇｅ）、リン（Ｐ）、ボロン（Ｂ）あるいはこれらの
酸化物や化合物などから成り、シリコン基板１上に、ス
ピンコーティング法、ディップ法、蒸着法、電着法など
によって不純物含有膜を堆積してこれを熱処理すること
によって、図１（ｂ）に示す多孔質化領域４が酸化され
ると同時に、表面に堆積した不純物含有膜から不純物が
多孔質化領域４の内部にドーピングされ、表面から内部
へ向かって不純物の濃度勾配がついてコア部５が形成さ
れる。すなわち、シリコン基板１の中央部とその周縁部
で屈折率差ができ、中央部とその外周部で比屈折率差が
０．２５〜１．０となる領域がコア部５となる。この屈
折率差が例えば０．２５の場合、そのコア部５の径は８
μｍ程度とする。このコア部５の外周部には、不純物が
ドーピングされないか、不純物が相対的に少ない領域が
形成され、クラッド部６となる。 【００２０】このようにして、一つの光導波路部材８が
完成するが、本発明に係る光導波路の形成方法では、こ
のような光導波路部材８を二つ用意してそれぞれのコア
部５とクラッド部６を対峙させて接合する。すわなち、
図３に示すように、シリコン基板１の表面に形成されて
いたマスク層２を除去して、一方のシリコン基板１（１
ａ）の一部を切断し、他方のシリコン基板１（１ｂ）上
のマーク３に位置合わせして接合する。なお、一方のシ
リコン基板１（１ａ）を切断すると、他方のシリコン基
板１（１ｂ）のコア部５とクラッド部６は相対的に長尺
になるが、この他方のシリコン基板１（１ａ）のコア部
５とクラッド部６の長尺部分をエッチング除去して凹状
溝７を形成し、光ファイバを固定するための溝とする。
この場合、コア部５とクラッド部６の長尺部分は、二酸
化シリコン膜で構成されることから、除去しない領域の
コア部５とクラッド部６をレジスト膜（不図示）で被覆
して、ＨＦ系エッチャントやＲＩＥ（反応性イオンエッ
チング）でエッチングすれば、シリコン基板１との間で
選択性を持たせてエッチングすることができる。この光
ファイバを固定するための凹状溝７と同時に位置合わせ
マーク３を形成する。 【００２１】二つのシリコン基板１（１ａ、１ｂ）を接
合する場合、まずシリコン基板１を洗浄した後、アンモ
ニア水溶液に１０分程度浸漬する。これはシリコン基板
１の表面をＯＨ基で置換して親水化処理をするためであ
る。この場合、アンモニア水溶液に代えて、緩衝フッ酸
の水溶液を用いてもよい。なお、コア部５とクラッド部
６を構成する二酸化シリコン（ＳｉＯ2 ）は親水性であ
る。このような親水化処理後、再度純水に浸して乾燥す
る。 【００２２】次に、二つのシリコン基板１のコア部５と
クラッド部６同志を対峙させるように、一方の光導波路
部材８と他方の光導波路部材８の位置合わせマーク３に
位置合わせして重ね合わせ、二枚のシリコン基板１間に
電圧を印加する。これはシリコン基板１間の密着強度の
強化を目的とするものである。次に、貼り合わせたシリ
コン基板１を１１００℃程度の温度で熱処理を行う。こ
の熱処理は真空中、または窒素やアルゴン等の不活性ガ
ス雰囲気中で行う。このとき、二枚のシリコン基板１の
界面でＯＨ基同士が結合し、 ＯＨ＋ＯＨ→Ｈ2 Ｏ＋Ｏ となり、Ｈ2 Ｏがシリコン基板１の外部に抜け、Ｏがシ
リコン基板１中に拡散されてシリコン基板１の表面同志
が密着して接合する。二つのシリコン基板１が接合した
後は、この接合部分は通常のバルク状のシリコンとほぼ
同程度の破壊強度を有する。また、接合するシリコン基
板１のうち、コア部５とクラッド部６を構成する二酸化
シリコン（ＳｉＯ2 ）の場合、シリコンに比べて界面は
良好であり、光の散乱の原因となるボイド（気泡）や不
純物の析出等は少ない。一方、光導波路部材８が貼り合
わされたコア部５とクラッド部６以外のシリコン部分で
はボイド等が発生する可能性があるが、コア部５とクラ
ッド部６以外のシリコン部分は光導波とは無関係であ
り、ある程度の密着性が得られるように接合されていれ
ばよい。なお、接着剤等で貼り合わせると、接着部で光
漏れが発生して導波損失が増大するが、本発明ではこの
ような導波損失は発生しない。 【００２３】二枚のシリコン基板１の接合時の位置合わ
せ精度は、従来の光ファイバと光導波路の位置合わせ精
度と同程度である。しかし、光導波路のコア部５の中心
と光ファイバのコア部の中心はともに接合したシリコン
基板１の表面で一致し、少なくとも縦方向のアライメン
トは従来のものより高精度に行うことができる。すなわ
ち、本発明では、光導波路を光ファイバと同サイズに形
成することによって、光ファイバを固定するための凹状
溝７を容易に高精度に形成でき、従来のＶ溝に比較して
極めて容易に高精度のアライメントが得れる。このよう
な光導波路において、その導波損失は、接合前の半円状
の光導波路の導波損失に等しい。 【００２４】 【発明の効果】以上のように、本発明に係る光導波路の
形成方法では、シリコン基板の一部を帯状に多孔質化し
て酸化すると共に、この酸化した領域の一部に不純物を
含有させてコア部とクラッド部を設けた二個の光導波路
部材を形成し、この二個の光導波路部材のそれぞれのコ
ア部とクラッド部を対峙させて接合する際に、一方の光
導波路部材のコア部とクラッド部を他方の光導波路部材
のコア部とクラッド部よりも長尺に形成し、この一方の
光導波路部材の長尺部分のコア部とクラッド部を除去し
て凹状溝を形成することから、光導波路の断面をほぼ円
形にでき、光ファイバとの接続損失が減少する。また、
光導波路のコア中心と、光ファイバのコア中心がシリコ
ン基板の表面になるため、アライメント調整を高精度に
行うことができる。さらに、上部クラッド層の形成が不
要なため、ＦＨＤ法によって形成する場合のような厚膜
を必要としない。さらにまた、光ファイバを固定する凹
状溝を正確かつ容易に形成することができる。
に関し、特に光通信システムや光情報処理システムなど
に用いられる光結合器や光電子集積回路などに作り込ま
れる光導波路の形成方法に関する。 【０００２】 【従来の技術および発明が解決しようとする課題】従来
の光導波路の形成方法を図４に示す。図４に示す光導波
路は埋め込み型光導波路である。まず、単結晶シリコン
基板１１上に下部クラッド層となる二酸化シリコン（Ｓ
ｉＯ2 ）膜１２を火炎堆積（ＦＨＤ）法や化学気相成長
（ＣＶＤ）法などで２０〜３０μｍ程度の厚みに成膜す
る（図４（ａ）（ｂ））。ＦＨＤ法で成膜する場合、ガ
ラス微粒子を堆積させた後に１３００℃程度に加熱して
焼き固める。 【０００３】次に、チタン（Ｔｉ）やゲルマニウム（Ｇ
ｅ）などの不純物をドープした二酸化シリコン膜などか
ら成るコア部となる層１３を成膜する（同図（ｃ））。
下部クラッド層１２に対してコア部となる層１３の屈折
率が０．５％高ければ、コア部となる層１３の膜厚は８
μｍ必要である。 【０００４】次に、クラッド層１２上にコア部１４を形
成するためのエッチングマスク１５を形成し、エッチン
グマスク１５が形成された領域以外のコア部となる層１
３を反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）によってエッチ
ングすることでコア部１４を形成する（同図（ｄ））。
エッチングマスク１５は、アモルファスシリコン（α−
Ｓｉ）やアルミニウム（Ａｌ）などで形成され、膜厚は
２μｍ程度のものが用いられる。 【０００５】次に、エッチングマスク１５を除去し、二
酸化シリコン膜などから成る上部クラッド層１６をＦＨ
Ｄ法やＣＶＤ法などで２０〜３０μｍ程度の厚みに成膜
する（同図（ｅ））。 【０００６】このような光導波路の形成方法では、コア
部１４の断面が８μｍ×８μｍ程度の正方形を呈する光
導波路となる。 【０００７】ところが、この従来の光導波路の形成方法
では、コア部１４の端面が正方形であることから、円形
のコア部を有する光ファイバ（不図示）との接続におい
て、コア形状の相違による光の接続損失が発生するとい
う問題があった。 【０００８】すなわち、光ファイバのコア部断面の直径
をＤ（＝２ｒ）、光導波路のコア部１４の断面形状が正
方形でその一辺の長さをＣとし、またＣ／Ｄ＝ｐとする
と、光導波路の出入り口での接続損失Ｌin、Ｌout はそ
れぞれ L in=-10log 1-4/π(sin-1√(1-p2 )-p √(1-p2 ) Lout=-10log √(1/p2-1)-(sin -1√(1-p2 )-sin -1p)
/2p2 となる。Ｌin＋Ｌout の最小値は、ｐ＝０．９１のとき
で、最小接続損失は０．８ｄＢとなる。すなわち、従来
の形成方法で形成された光導波路では、光ファイバと接
続する際に、０．８ｄＢ以上の接続損失が避けられない
という問題があった。 【０００９】また、従来の光導波路の形成方法では、シ
リコン基板１１上に２０〜３０μｍ程度の厚みを有する
下部クラッド層１２を形成した後に、コア部１４を形成
することから、このコア部１４の屈折率分布の中心を光
ファイバのコア部の中心と一致させるのが困難であり、
縦方向のアライメントの調整が不正確になるという問題
があった。すなわち、従来の光導波路では、縦方向アラ
イメントの調整のためにシリコン基板１１上にＶ溝を形
成して、このＶ溝に光ファイバを固定するが、Ｖ溝はＫ
ＯＨ等の異方性エッチングで形成していた。したがっ
て、エッチングの精度がそのまま縦方向のアライメント
の精度であり、エッチングマスクの寸法、エッチング液
の組成、エッチング液の液温、エッチング時間などの厳
密な制御が必要であった。 【００１０】さらに、従来の光導波路では、コア部１４
での光閉じ込め効果を得るために、上部クラッド層１６
の形成が必要であり、上部クラッド層１６をＦＨＤ法な
どで厚く形成しなければならず、クラッド層１２、１４
を形成した後の内部応力でシリコン基板１１にソリが発
生するという問題があった。 【００１１】また、図５に示すように、シリコン基板２
１の一部に断面が半円状のコア部２２と下部クラッド部
２３を形成し、このコア部２２と下部クラッド部２３上
に上部クラッド層２４を形成した光導波路も提案されて
いる。この光導波路では、断面が半円状で半径が８μｍ
程度の半円状のコア部２２となる。 【００１２】ところが、この従来の光導波路でも、コア
部２２の断面形状は円形ではなく半円状であることか
ら、円形のコア部を有する光ファイバとの結合において
コア形状の相違による接続損失が発生し、０．８ｄＢ以
上の接続損失は避けられないという問題がある。 【００１３】本発明は、このような従来技術の問題点に
鑑みてなされたものであり、光ファイバとの接続損失が
発生すると共に、光ファイバとの位置合わせが困難であ
るという従来技術の問題点を解消した光導波路の形成方
法を提供することを目的とする。 【００１４】 【問題点を解決するための手段】上記目的を達成するた
めに、本発明に係る光導波路の形成方法では、シリコン
基板の一部を帯状に多孔質化して酸化すると共に、この
酸化した領域の一部に不純物を含有させてコア部とクラ
ッド部を設けた二個の光導波路部材を形成し、この二個
の光導波路部材のそれぞれのコア部とクラッド部を対峙
させて接合する際に、一方の光導波路部材のコア部とク
ラッド部を他方の光導波路部材のコア部とクラッド部よ
りも長尺に形成し、この一方の光導波路部材の長尺部分
のコア部とクラッド部を除去して凹状溝を形成する。 【００１５】 【００１６】 【発明の実施の形態】以下、本発明を添付図面に基づき
詳細に説明する。図１は、本発明に係る光導波路の形成
方法の一実施形態を示す図である。同図（ａ）のシリコ
ン基板１はｐ型またはｎ型のいずれでもよいが、比抵抗
が０．１Ωｃｍ以下のｐ型低抵抗シリコン基板を用いる
と、後述するシリコン基板１の一部を陽極化成によって
多孔質化する際に、その多孔度と細孔の孔径を制御しや
すくて好適である。 【００１７】次に、同図（ａ）に示すように、シリコン
基板１上にマスク層２を成膜し、その一部が帯状に開口
した開口部２ａが形成されるようにマスク層２をパター
ニングする。マスク層２の開口部２ａの幅は５μｍ程度
である。このマスク層２は、窒化シリコン膜（Ｓｉ
Ｎx ）、アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）膜、金（Ａ
ｕ）あるいはこれらの積層膜で構成される。このとき、
図２に示すように、二枚のシリコン基板１を位置合わせ
して貼り合わせるための位置合わせマーク３がシリコン
基板１の所定箇所に同時に形成されるようにパターニン
グすればよい。この位置合わせマーク３は、例えばシリ
コン基板１の表面の一部を凹状にエッチングすることに
よって形成されるが、後述するコア部５とクラッド部６
を形成する際に同時に多孔質化して酸化し、光ファイバ
を固定するための凹状溝７を形成すると同時にエッチン
グして形成すればよい。 【００１８】次に、図１（ｂ）に示すように、マスク層
２の開口部２ａから、シリコン基板１の表面の一部を多
孔質化して、多孔質化領域４を形成する。この多孔質化
領域４は、フッ酸溶液中で陽極化成処理を行うことで形
成され、フッ酸溶液の濃度、化成電流密度、化成時間に
よってその多孔度と細孔の孔径を制御できる。この場
合、フッ酸溶液は例えば２０〜５０％程度の濃度を有す
るものが用いられ、電流密度は１０〜２５０ｍＡ／ｃｍ
2 程度で行われ、化成時間は１〜１０分程度で行われ
る。このような条件で陽極化成を行うと、マスク層２の
開口部２ａからほぼ半円状に多孔質化する。この半円状
部分の直径に相当する部分の寸法は、光ファイバの径
（８０〜１５０μｍ）とほぼ等しいことが望ましい。 【００１９】次に、同図（ｃ）に示すように、マスク層
２の開口部２ａから不純物をドーピングしてコア部５を
形成する。不純物は、チタン（Ｔｉ）、ゲルマニウム
（Ｇｅ）、リン（Ｐ）、ボロン（Ｂ）あるいはこれらの
酸化物や化合物などから成り、シリコン基板１上に、ス
ピンコーティング法、ディップ法、蒸着法、電着法など
によって不純物含有膜を堆積してこれを熱処理すること
によって、図１（ｂ）に示す多孔質化領域４が酸化され
ると同時に、表面に堆積した不純物含有膜から不純物が
多孔質化領域４の内部にドーピングされ、表面から内部
へ向かって不純物の濃度勾配がついてコア部５が形成さ
れる。すなわち、シリコン基板１の中央部とその周縁部
で屈折率差ができ、中央部とその外周部で比屈折率差が
０．２５〜１．０となる領域がコア部５となる。この屈
折率差が例えば０．２５の場合、そのコア部５の径は８
μｍ程度とする。このコア部５の外周部には、不純物が
ドーピングされないか、不純物が相対的に少ない領域が
形成され、クラッド部６となる。 【００２０】このようにして、一つの光導波路部材８が
完成するが、本発明に係る光導波路の形成方法では、こ
のような光導波路部材８を二つ用意してそれぞれのコア
部５とクラッド部６を対峙させて接合する。すわなち、
図３に示すように、シリコン基板１の表面に形成されて
いたマスク層２を除去して、一方のシリコン基板１（１
ａ）の一部を切断し、他方のシリコン基板１（１ｂ）上
のマーク３に位置合わせして接合する。なお、一方のシ
リコン基板１（１ａ）を切断すると、他方のシリコン基
板１（１ｂ）のコア部５とクラッド部６は相対的に長尺
になるが、この他方のシリコン基板１（１ａ）のコア部
５とクラッド部６の長尺部分をエッチング除去して凹状
溝７を形成し、光ファイバを固定するための溝とする。
この場合、コア部５とクラッド部６の長尺部分は、二酸
化シリコン膜で構成されることから、除去しない領域の
コア部５とクラッド部６をレジスト膜（不図示）で被覆
して、ＨＦ系エッチャントやＲＩＥ（反応性イオンエッ
チング）でエッチングすれば、シリコン基板１との間で
選択性を持たせてエッチングすることができる。この光
ファイバを固定するための凹状溝７と同時に位置合わせ
マーク３を形成する。 【００２１】二つのシリコン基板１（１ａ、１ｂ）を接
合する場合、まずシリコン基板１を洗浄した後、アンモ
ニア水溶液に１０分程度浸漬する。これはシリコン基板
１の表面をＯＨ基で置換して親水化処理をするためであ
る。この場合、アンモニア水溶液に代えて、緩衝フッ酸
の水溶液を用いてもよい。なお、コア部５とクラッド部
６を構成する二酸化シリコン（ＳｉＯ2 ）は親水性であ
る。このような親水化処理後、再度純水に浸して乾燥す
る。 【００２２】次に、二つのシリコン基板１のコア部５と
クラッド部６同志を対峙させるように、一方の光導波路
部材８と他方の光導波路部材８の位置合わせマーク３に
位置合わせして重ね合わせ、二枚のシリコン基板１間に
電圧を印加する。これはシリコン基板１間の密着強度の
強化を目的とするものである。次に、貼り合わせたシリ
コン基板１を１１００℃程度の温度で熱処理を行う。こ
の熱処理は真空中、または窒素やアルゴン等の不活性ガ
ス雰囲気中で行う。このとき、二枚のシリコン基板１の
界面でＯＨ基同士が結合し、 ＯＨ＋ＯＨ→Ｈ2 Ｏ＋Ｏ となり、Ｈ2 Ｏがシリコン基板１の外部に抜け、Ｏがシ
リコン基板１中に拡散されてシリコン基板１の表面同志
が密着して接合する。二つのシリコン基板１が接合した
後は、この接合部分は通常のバルク状のシリコンとほぼ
同程度の破壊強度を有する。また、接合するシリコン基
板１のうち、コア部５とクラッド部６を構成する二酸化
シリコン（ＳｉＯ2 ）の場合、シリコンに比べて界面は
良好であり、光の散乱の原因となるボイド（気泡）や不
純物の析出等は少ない。一方、光導波路部材８が貼り合
わされたコア部５とクラッド部６以外のシリコン部分で
はボイド等が発生する可能性があるが、コア部５とクラ
ッド部６以外のシリコン部分は光導波とは無関係であ
り、ある程度の密着性が得られるように接合されていれ
ばよい。なお、接着剤等で貼り合わせると、接着部で光
漏れが発生して導波損失が増大するが、本発明ではこの
ような導波損失は発生しない。 【００２３】二枚のシリコン基板１の接合時の位置合わ
せ精度は、従来の光ファイバと光導波路の位置合わせ精
度と同程度である。しかし、光導波路のコア部５の中心
と光ファイバのコア部の中心はともに接合したシリコン
基板１の表面で一致し、少なくとも縦方向のアライメン
トは従来のものより高精度に行うことができる。すなわ
ち、本発明では、光導波路を光ファイバと同サイズに形
成することによって、光ファイバを固定するための凹状
溝７を容易に高精度に形成でき、従来のＶ溝に比較して
極めて容易に高精度のアライメントが得れる。このよう
な光導波路において、その導波損失は、接合前の半円状
の光導波路の導波損失に等しい。 【００２４】 【発明の効果】以上のように、本発明に係る光導波路の
形成方法では、シリコン基板の一部を帯状に多孔質化し
て酸化すると共に、この酸化した領域の一部に不純物を
含有させてコア部とクラッド部を設けた二個の光導波路
部材を形成し、この二個の光導波路部材のそれぞれのコ
ア部とクラッド部を対峙させて接合する際に、一方の光
導波路部材のコア部とクラッド部を他方の光導波路部材
のコア部とクラッド部よりも長尺に形成し、この一方の
光導波路部材の長尺部分のコア部とクラッド部を除去し
て凹状溝を形成することから、光導波路の断面をほぼ円
形にでき、光ファイバとの接続損失が減少する。また、
光導波路のコア中心と、光ファイバのコア中心がシリコ
ン基板の表面になるため、アライメント調整を高精度に
行うことができる。さらに、上部クラッド層の形成が不
要なため、ＦＨＤ法によって形成する場合のような厚膜
を必要としない。さらにまた、光ファイバを固定する凹
状溝を正確かつ容易に形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る光導波路の形成方法の一実施形態
を示す工程図である。 【図２】本発明に係る光導波路の形成方法の一製造工程
を示す平面図である。 【図３】本発明に係る光導波路の形成方法の他の一製造
工程を示す斜視図である。 【図４】従来の光導波路の形成方法を示す工程図であ
る。 【図５】従来の他の光導波路の形成方法で形成される光
導波路の断面図である。 【符号の説明】 １………シリコン基板、２………マスク層、３………位
置合わせマーク、４………多孔質化領域、５………コア
部、６………クラッド部、７………凹状溝、８………光
導波路部材
を示す工程図である。 【図２】本発明に係る光導波路の形成方法の一製造工程
を示す平面図である。 【図３】本発明に係る光導波路の形成方法の他の一製造
工程を示す斜視図である。 【図４】従来の光導波路の形成方法を示す工程図であ
る。 【図５】従来の他の光導波路の形成方法で形成される光
導波路の断面図である。 【符号の説明】 １………シリコン基板、２………マスク層、３………位
置合わせマーク、４………多孔質化領域、５………コア
部、６………クラッド部、７………凹状溝、８………光
導波路部材
─────────────────────────────────────────────────────
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(56)参考文献 特開 昭63−231407（ＪＰ，Ａ)
特開 昭58−136007（ＪＰ，Ａ)
特開 昭59−81612（ＪＰ，Ａ)
特開 平６−118465（ＪＰ，Ａ)
特開 昭58−149008（ＪＰ，Ａ)
特開 昭57−118201（ＪＰ，Ａ)
国際公開91／010931（ＷＯ，Ａ１)
Ｖ．Ｐ．Ｂｏｎｄａｒｅｎｋｏ ｅ
ｔ．ａｌ．，Ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏ
ｎｉｃ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｖｏ
ｌ．28 Ｎｏ．１−４ （Ｊｕｎｅ
1995），ｐｐ．447−450
Ａ．Ｌｏｎｉ ｅｔ．ａｌ．，ＩＥＥ
Ｃｏｌｌｏｑｕｉｕｍ ｏｎ Ｍｉｃ
ｒｏｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ａｐｐｌ
ｉｃａｔｉｏｎｓ ｉｎ Ｏｐｔｏｅｌ
ｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，1996年 ２月27
日，ｐｐ．８／１−８／５
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
G02B 6/12 - 6/14
G02B 6/30
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 シリコン基板の一部を帯状に多孔質化し
て酸化すると共に、この酸化した領域の一部に不純物を
含有させてコア部とクラッド部を設けた二個の光導波路
部材を形成し、この二個の光導波路部材のそれぞれのコ
ア部とクラッド部を対峙させて接合する際に、一方の光
導波路部材のコア部とクラッド部を他方の光導波路部材
のコア部とクラッド部よりも長尺に形成し、この一方の
光導波路部材の長尺部分のコア部とクラッド部を除去し
て凹状溝を形成することを特徴とする光導波路の形成方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17015197A JP3457850B2 (ja) | 1997-06-26 | 1997-06-26 | 光導波路の形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17015197A JP3457850B2 (ja) | 1997-06-26 | 1997-06-26 | 光導波路の形成方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1114851A JPH1114851A (ja) | 1999-01-22 |
| JP3457850B2 true JP3457850B2 (ja) | 2003-10-20 |
Family
ID=15899633
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17015197A Expired - Fee Related JP3457850B2 (ja) | 1997-06-26 | 1997-06-26 | 光導波路の形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3457850B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3470016B2 (ja) * | 1997-07-31 | 2003-11-25 | 京セラ株式会社 | 光集積回路基板の製造方法 |
| JP3488830B2 (ja) | 1998-07-30 | 2004-01-19 | 京セラ株式会社 | 光導波路の製造方法 |
-
1997
- 1997-06-26 JP JP17015197A patent/JP3457850B2/ja not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| Ａ．Ｌｏｎｉ ｅｔ．ａｌ．，ＩＥＥ Ｃｏｌｌｏｑｕｉｕｍ ｏｎ Ｍｉｃｒｏｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ｉｎ Ｏｐｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，１９９６年 ２月２７日，ｐｐ．８／１−８／５ |
| Ｖ．Ｐ．Ｂｏｎｄａｒｅｎｋｏ ｅｔ．ａｌ．，Ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｖｏｌ．２８ Ｎｏ．１−４ （Ｊｕｎｅ １９９５），ｐｐ．４４７−４５０ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH1114851A (ja) | 1999-01-22 |
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