JP3488830B2 - 光導波路の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】本発明は光導波路の製造方法
に関し、さらに詳しくはその一部にグレーティングを設
けた光導波路の製造方法に関する。 【０００２】 【従来の技術および発明が解決しようとする課題】光を
閉じ込めて伝搬する光伝送媒体に、屈折率を周期的に変
化させた領域を設けたグレーティングは、光ファイバー
や光導波路との整合性が良く、低損失・小型であるなど
の特長を持つ。そのため、レーザーの共振器用光反射素
子、半導体と組み合わせたハイブリッドレーザーの外部
共振器用光反射素子、波長多重用光信号の分波や合波、
光ファイバー中を伝搬する光の波長分散の等化補償、パ
ルス圧縮、光アンプ利得の波長特性の等化、歪みや温度
を計測する各種センサー、更には光分岐線路の監視等に
応用される。このグレーティングには、伝搬光の波長と
同程度の寸法で屈折率を周期的に変化させた短周期型グ
レーティングや、伝搬光の波長よりも長い周期で屈折率
を変化させた長周期型グレーティングがある。 【０００３】また、グレーティングの周期を変化させた
チャープトグレーティングは阻止帯域の広い広帯域阻止
フィルタに利用され、グレーティングの幅を変えたアポ
タイズグレーティングはサイドバンドの抑圧に利用され
るなど、各種変形グレーティングを含めて極めて重要な
光部品として鋭意開発されている。 【０００４】このため、これらのグレーティング素子を
光ファイバーに作り込むだけでなく、最近ではこれらを
光導波路に作り込んで小型化・集積化を図る試みが報告
されるようになった。 【０００５】しかしながら、従来のグレーティングの形
成技術は、母体のシリカ（ＳｉＯ₂）に屈折率増加用元
素として酸化ゲルマニウム（ＧｅＯ₂）を含有させたも
のであり、コアに用いる光ファイバーまたは光導波路に
限られていた。すなわち、前記元素で構成される導波路
に波長２００〜３００ｎｍの紫外線パルスレーザーの強
い光を照射することにより、誘起される屈折率を変化さ
せてグレーティングを形成するものである。 【０００６】しかしながら、この紫外線照射によって誘
起される屈折率変化の感度は小さく、照射には数十分を
要するなど量産の観点から改善が求められる。そこで、
紫外線照射による屈折率変化の割合を増感するために、
光ファイバーを数百気圧の高圧水素雰囲気中に数週間程
度保持して、水素をファイバー中に添加する方法、ゲル
マニウム（Ｇｅ）と共にホウ素（Ｂ）や錫（Ｓｎ）を添
加する方法等も提案され、屈折率変化の感度が増感され
つつある。 【０００７】紫外線照射によって屈折率変化を誘起する
にはゲルマニウム（Ｇｅ）元素が不可欠であり、紫外線
照射によるゲルマニウム元素の原子状態の変化に起因し
て屈折率が変化するものと考えられている。上記のよう
に、紫外線照射による屈折率変化は非熱平衡状態によっ
て形成されたもので、光ファイバーや光導波路中で屈折
率を増加させる不純物であるゲルマニウム原子の濃度そ
のものを変化させるものではない。 【０００８】従来の紫外線を照射する方法には、以下の
課題がある。第一に紫外線照射を行うパルスレーザに高
い累積照射エネルギーと長い照射時間を要し、照射のコ
ストが高いこと。第二に材料の準備および紫外線照射に
長時間を要し、量産には不向きであること。第三にファ
イバーまたは導波路を形成する材料が限られること。第
四に紫外線照射による屈折率変化は非熱平衡状態を凍結
した一時的なものであり、熱的に緩和して紫外線照射前
の状態に自然復帰する宿命を基本的に持つことである。
従って、常温で使用中の特性変化を小さくし長期信頼性
を確保するために、グレーティング作成後に加速エージ
ングを行い、紫外線照射後の屈折率変化量を数１０％も
劣化させた状態の特性を初期特性として機器を設計して
使用する必要性が指摘されている状況である。この熱的
緩和に基づく自然劣化を避けるため、長周期グレーティ
ングにおいては、純シリカコアとフッ素ドープクラッド
の組合せによるプリフォームを用いて線引きしたファイ
バーの内部残留応力を局所加熱で解放することによる屈
折率変化を用いる方法が提案されている。この内部残留
応力を解放する方法も同様に、熱非平衡状態を利用する
という課題を内包している。 【０００９】本発明はこのような従来技術の課題に鑑
み、これらを解決することを目的とし、新しい原理に基
づく導波路グレーティング構成、およびその製法を提供
するものである。 【００１０】 【課題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製造方法では、結晶質シリ
コン基板の一主面上にマスク層を形成し、該マスク層の
一部を除去する工程、該マスク層が除去された部分を起
点として前記結晶質シリコン基板内に第一の多孔質シリ
コン領域を形成する工程、この第一の多孔質シリコン領
域の外側に第一の多孔質シリコンの細孔よりも相対的に
小さい細孔を有する第二の多孔質シリコン領域を形成す
る工程、前記第一および第二の多孔質シリコン領域に屈
折率を減少させるための不純物を導入するか前記第一の
多孔質シリコン領域に前記第二の多孔質シリコン領域の
細孔よりも大きく且つ屈折率を増加させるための不純物
を導入する第一の工程、前記第一の多孔質シリコン領域
に強度が周期的に変化して前記不純物を周期的に分解除
去する電磁波を照射する工程、前記第一の多孔質シリコ
ン領域の前記不純物の除去部分に屈折率を増加させるた
めの不純物を導入するか前記第一の工程で屈折率を増加
させる不純物を導入した場合に屈折率を減少させる不純
物を導入する第二の工程、前記第一および第二の多孔質
シリコン領域を酸化する工程を有する。 【００１１】 【作用】本発明に係る発明では、導波路中で屈折率を増
加または減少させる機能を有する不純物元素の濃度自
体、および／または不純物元素の分布領域を直接変調
し、もって屈折率が変調された熱的に安定なグレーティ
ング領域を導波路中の必要部位に作り込むものである。 【００１２】 【発明の実施の形態】以下、本発明に係る発明の実施形
態を添付図面を参照しながら詳細に説明する。本発明の
製造方法で得られる光導波路は、中間材として多孔質シ
リコンを使用する。多孔質シリコンの基本特性は多孔度
（Ｐ）、細孔径（Ｒ）、細孔径の分布幅（ΔＲ）により
定まる。ここに多孔度（Ｐ）とは、多孔質シリコンの全
体積中の空孔部分の体積率で定義される。また、細孔の
直径を細孔径（Ｒ）と定義し、その分布幅を細孔径の分
布幅（ΔＲ）と定義する。 【００１３】多孔質シリコンの多孔度（Ｐ）、細孔径
（Ｒ）、細孔径の分布幅（ΔＲ）は、使用するシリコン
基板のドーピング特性、化成液のＨＦ濃度、および界面
電流密度に依存する。高濃度にｐ型ドープされたシリコ
ン基板を用いた場合には、多孔度（Ｐ）、細孔径
（Ｒ）、および細孔径の分布幅（ΔＲ）は図２のように
変化する。図２中の■は細孔径分布の中心値を、▲と●
は分布の半値幅を示す。角を丸くした長方形の内部に記
されたコメントの上行は化成液のＨＦ濃度を示し、下段
の電流値は多孔質シリコンと結晶質シリコンとの界面の
電流密度を示す。 【００１４】図２はシリコン基板の一主面全体を一様に
多孔質化する全面化成の条件下で、化成条件と多孔質シ
リコンの性質との関係を基礎的に研究した論文“R. Her
inoet al., J. Electrochem. Soc. Vol.134, 1994 (198
7)”に記載された個々のデータをもとに、本発明者が独
自に構成したものである。本図は多孔質シリコンの重要
な４点を指示している。第一に、界面電流密度を増加す
ると多孔度（Ｐ）、細孔径（Ｒ）ともに増加する。第二
に化成液のＨＦ濃度を増加させると多孔度（Ｐ）、細孔
径（Ｒ）ともに減少する。第三に化成液のＨＦ濃度を増
加させると細孔径の分布幅（ΔＲ）は狭くなる。特に高
濃度ＨＦ化成液を用いると細孔径の分布幅（ΔＲ）は非
常に狭くなり、細孔径（Ｒ）が一様且つ均質となる。第
四に化成液のＨＦ濃度と界面電流密度の化成条件を選定
することにより、任意の多孔度（Ｐ）、細孔径（Ｒ）、
および細孔径の分布幅（ΔＲ）を持つ多孔質シリコンを
形成できることを示している。 【００１５】本発明の基礎となる光導波路の形成方法の
基本的概念を図１を用いて説明する。シリコン基板１の
一主面２上に薄膜マスク層３を堆積し、所望の幅ｗを有
する帯状の開口４をフォトエッチングで形成する。その
後、この基板１を陽極として弗酸溶液中で化成する。基
板１が高濃度にｐ型ドープされているならば、化成時に
基板内部よりホールが等方的に供給され、マスクの端部
を起点として半径ｒの円形に化成が進行し、多孔質シリ
コン領域５が選択的に成長する。この時の多孔質シリコ
ン領域５の内部の多孔度（Ｐ）、細孔径（Ｒ）、細孔径
の分布幅（ΔＲ）は図２に示すように化成条件に依存す
る。 【００１６】図１のような選択化成においては、成長過
程のある時点で見れば、多孔質シリコン５と結晶質シリ
コン１の界面の断面上の長さＬはほぼ Ｌ＝πｒ＋ｗ・・・（１） と表される。図１から明らかなように多孔質シリコン５
と結晶質シリコン１との界面における界面電流密度Ｊは Ｊ＝Ｉ／Ｌ＝Ｉ／（πｒ＋ｗ）・・・（２） となる。ここにＩはマスク開口幅ｗに集中して流れる単
位長さ当たりの電流である。 【００１７】今、単位長さ当たりの電流Ｉを一定にして
化成が進行すると、多孔質シリコン５と結晶質シリコン
１との界面電流密度Ｊは式（２）に従って減少する。化
成初期の化成深さｒがマスク開口幅ｗに比べて小さい領
域では界面電流密度Ｊは大きいが、化成深さｒがマスク
開口幅ｗに比べて大きくなった条件、すなわち、Ｌ＞＞
ｗでは電流密度Ｊは化成初期に比べて桁違いに小さくな
る。 【００１８】他方、この界面での電流密度を一定にする
には Ｉ＝Ｊ＊Ｌ・・・（３） となるように、化成電流を多孔質シリコン５と結晶質シ
リコン１との界面の面積増大に比例して増加させ、化成
電流を時間の関数として、Ｉ＝ｆ（ｔ）となるように制
御することが必要である。本発明では上記のようにＨＦ
濃度と化成電流密度を一定にして化成して多孔質シリコ
ン領域５内で多孔度（Ｐ）、細孔径（Ｒ）、細孔径分布
（ΔＲ）を一定に保つように制御することが望ましい。 【００１９】次ぎに、本発明の光導波路の基本的な製作
工程を図３に示す。シリコン基板１の主面２上にマスク
層３を形成し、このマスク層３に幅Ｗの帯状の開口部４
をフォトエッチングにより形成する（図３（ａ））。 【００２０】その後、この基板１を陽極として第一の化
成条件で第一の多孔質シリコン領域６を形成する。続い
て、第二の化成条件で第二の多孔質シリコン領域７を形
成する（図３（ｂ））。 【００２１】特に、第二の多孔質シリコン領域７に不純
物をドープしない場合は酸化後の体積変動を最少にする
ために、この第二の多孔質シリコン領域７の多孔度を５
５％に制御することが望ましい。また第一の多孔質シリ
コン領域６に数％の高濃度不純物をドープする場合に
は、酸化後の体積へのドープした不純物の寄与を考慮
し、第一の多孔質シリコン領域６の多孔度を図２に示す
ように５５％より大きく保つことが望ましい。また、細
孔径（Ｒ）に関しては、第一の多孔質シリコン領域６の
細孔径（Ｒ６）を第二の多孔質シリコン領域７のそれ
（Ｒ７）に比べて大きく制御しておくことが望ましい。
更に、次の工程で導入する不純物分子のサイズ（Ｒｉｍ
ｐ）との関連で、Ｒ６＞Ｒｉｍｐ＞Ｒ７と制御しておく
と、次工程で不純物の選択導入が可能となる。 【００２２】上記のように複層の多孔質シリコンを作成
した基板を例えばチタンの有機化合物分子を含む溶液に
浸漬して取り出した後、基板表面に付着した有機液を除
去する。この工程により、第一の多孔質シリコン領域６
の細孔内に不純物分子が導入され、第一の多孔質シリコ
ン領域６は不純物が導入された領域８となる（図３
（ｃ））。第二の多孔質シリコン領域７の細孔径は不純
物分子のサイズより小さいため、この第二の多孔質シリ
コン領域７の細孔には不純物は入り得ない。次ぎに、こ
の基板１を例えば湿った酸素雰囲気中１１５０℃で１時
間程度酸化する。 【００２３】その後、マスク層３をエッチングにより除
去する（図３（ｄ））。この酸化により、第一の多孔質
シリコン領域８と第二の多孔質シリコン領域７がそれぞ
れ酸化されて緻密化し、不純物がドープされた第一の多
孔質シリコン領域８は不純物がドープされて屈折率が増
加したコア領域１０となり、第二の多孔質シリコン領域
７はドープされないＳｉＯ₂であることから、屈折率の
小さいクラッド１１となる。その後、必要に応じて上部
クラッド層１２を形成して光導波路が完成する（図３
（ｅ））。 【００２４】以上の光導波路の作成工程の基本的な流れ
を図４に示す。すなわち、図４の工程（ａ）は薄膜マス
クの形成とパターニングの工程であり、工程（ｂ）は多
孔質シリコン領域の連続選択化成工程であり、工程
（ｃ）は不純物選択導入工程であり、工程（ｄ）は酸化
工程であり、工程（ｅ）は上部クラッド形成工程であ
る。 【００２５】次ぎに、グレーティングを光導波路に作り
込む方法を図５に示す。図５の工程（ａ）、工程（ｂ）
および工程（ｃ−１）までは、図４の工程（ａ）、工程
（ｂ）および工程（ｃ）と同じである。すなわち、図５
の工程（ｃ−１）が終了したシリコン基板を例えば２０
０℃程度以下の温度による熱処理で不純物を溶解してい
た溶剤を除去する（不図示）。この状態で重要なことは
有機金属分子は有機物のまま第一の多孔質シリコン領域
８の細孔内に残存していることである。 【００２６】次いで、上記基板１の多孔質シリコン領域
８に残存する金属有機物を電磁波であるパルス光の干渉
により、光強度の強い部分で選択的且つ周期的に分解す
る（工程（ｃ−２））。この光は必ずしも紫外光である
必要はない。赤外域から紫外域までの光を利用できる。
有機金属化合物分子に直接吸収され、この化合物分子の
有機成分を光分解するか、パルス光が多孔質シリコンに
吸収されたことによる瞬間的な熱分布によって有機成分
を分解しても良い。 【００２７】この光照射の状況を図６（ａ）、図６
（ｂ）に示す。図６（ａ）は光導波路が形成される断面
を示し、同図（ｂ）のＺ１−Ｚ２線断面である。位相格
子１５を透してパルス光１６を基板１の表面に照射す
る。有機金属化合物分子が導入された多孔質シリコン領
域８に於いて、位相干渉により照射光の強まった領域２
０では有機成分は優先的に分解される。一方、照射光の
弱まった領域２１では有機成分は分解されずに残存す
る。以上の光照射の工程が図５の工程（ｃ−２）までで
ある。 【００２８】続いて、上記処理を行った基板を再度有機
金属化合物を含む溶液に浸漬する（図５の工程（ｃ−
３））。前記工程（ｃ−２）に於いて、有機成分が分解
して金属成分のみが細孔内に残った領域２０では、再度
有機金属化合物分子が細孔内に導入される余地がある。
一方、前記工程（ｃ−２）で有機成分が分解せずそのま
ま残存する領域２１では細孔空間は有機金属化合物によ
り占有されており、新たに有機金属化合物が導入される
余地は領域２０より相対的に小さい。したがって、図５
の工程（ｃ−３）で有機金属化合物分子の導入される確
率に差が出てくる。すなわち、相対的に金属不純物の成
分が多い部分と少ない部分が形成される。この後、例え
ば６００℃の熱処理により多孔質シリコンの全領域から
有機成分を熱分解する。 【００２９】その後、９００℃程度の酸素雰囲気中で多
孔質シリコンの全領域を一旦酸化してシリカに変換す
る。次いで、１１００℃程度以上の酸化雰囲気のもとで
シリカを溶融・緻密化する。その後、必要に応じて上部
クラッド層を形成すればよい。 【００３０】上記光照射工程において、光強度の周期的
な分布を保持するためには多孔質シリコン中で光が散乱
せずにその位相を保持することが必要である。前述した
ように本発明で用いる多孔質シリコンは細孔径のサイズ
が数ｎｍであり、その分布幅が非常に小さく制御されて
いる。この場合の照射される光の波長は多孔質シリコン
の細孔径のサイズ（数ｎｍ）に比べて充分に大きく、光
散乱の影響は小さい。事実、多孔質シリコン自体を用い
た光導波路中を光は数ｃｍ以上の距離を効率よく伝搬し
ている。 【００３１】前記第二の不純物導入工程（ｃ−３）によ
り多孔質シリコンの領域８には、不純物金属濃度に周期
的な分布が形成される。この第１・第２の不純物導入工
程で利用される金属元素を含有する有機金属化合物とし
ては、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、ホウ素（Ｂ）、
バリウム（Ｂａ）、ビスマス（Ｂｉ）、カルシウム（Ｃ
ａ）、カドミウム（Ｃｄ）、セリウム（Ｃｅ）、セシウ
ム（Ｃｓ）、ジスプロジウム（Ｄｙ）、エルビウム（Ｅ
ｒ）、ユウロピウム（Ｅｕ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、
ゲルマニウム（Ｇｅ）、ハフニウム（Ｈｆ）、ホロミウ
ム（Ｈｏ）、インジウム（Ｉｎ）、ランタン（Ｌａ）、
ルテチウム（Ｌｕ）、マグネシウム（Ｍｇ）、ニオブ
（Ｎｂ）、ネオジウム（Ｎｄ）、隣（Ｐ）、プロメチウ
ム（Ｐｍ）、プラセオジウム（Ｐｒ）、ルビジウム（Ｒ
ｂ）、アンチモン（Ｓｂ）、サマリウム（Ｓｍ）、錫
（Ｓｎ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、タンタル（Ｔ
ａ）、テルビウム（Ｔｂ）、チタン（Ｔｉ）、タリウム
（Ｔｌ）、ツリウム（Ｔｍ）、イットリウム（Ｙ）、イ
ッテルビウム（Ｙｂ）、タングステン（Ｗ）、亜鉛（Ｚ
ｎ）、ジルコニウム（Ｚｒ）の群の元素を含む有機金属
化合物がある。これらのうち、例えばホウ素（Ｂ）は酸
化シリコン中では屈折率を小さくする効果を有する。ま
た、ジルコニウム（Ｚｒ）やチタン（Ｔｉ）は屈折率を
増加させる。更に、例えばエルビウム（Ｅｒ）等の希土
類元素は酸化シリコン中で光学的に活性な不純物で光増
幅等の効果を有する。光導波路に用いる場合、屈折率を
減少させるための元素は図３の第一の多孔質シリコン領
域６および第二の多孔質シリコン領域７の双方にドープ
しても良い。一方、屈折率を増加させるための元素は第
一の多孔質シリコン領域６のみに選択的にドープする。
更に、光学的に活性な元素を第一の多孔質シリコン領域
６内の第一の部分領域のみに選択的にドープする必要が
ある場合がある。このような場合は、図７のように、予
め第一の多孔質シリコン６の領域に細孔径の異なる部分
領域６１、６２を形成し、領域６１の細孔径を領域６２
のそれより大きく設定しておく。これら細孔径とドープ
する有機金属化合物分子の相対的大きさを選定すること
により、特定の機能を有する不純物元素例えば稀土類元
素であるエルビウム（Ｅｒ）等を部分領域６１のみに選
択的にドープすることができる。 【００３２】図５の工程（ｃ−３）でドープする不純物
元素の重要な性質として、多孔質シリコンを酸化後、溶
融・緻密化を行う際の熱処理中の拡散距離がグレーティ
ングの周期に比べて小さいことが要求される。多孔質シ
リコンの酸化自体は９００℃程度で完了し、二酸化シリ
コン（シリカ）となる。その後、このシリカを溶融・緻
密化し、更に導入した不純物がシリカに良く混合するた
めには例えば１１００℃で、１時間程度の熱処理が必要
となる。この熱処理においても不純物元素の周期的な濃
度分布が保持されること、即ち、上記高温の溶融・緻密
化熱処理時における不純物元素のシリカ中での拡散距離
がグレーティング周期に比べて小さいことが必要とな
る。幸い、シリカ中のホウ素（Ｂ）は１２００℃、１時
間当たりの拡散距離が０．０１μｍ程度であり、グレー
ティング周期に比べ充分に小さい。このように高温熱処
理においてシリカ中での拡散距離が小さい元素も各種存
在する。前記した群のうちからこれら拡散距離の小さい
ものを選択すればよい。 【００３３】熱処理時の不純物の拡散距離がグレーティ
ング周期より小さい不純物を選択すれば、図６（ｃ）に
示すように導波路の位置により不純物濃度２２が周期的
に変化する。この不純物濃度に依存して屈折率２３が図
６（ｄ）に示すように周期的に変化し、導波路の所望の
位置にグレーティングを作成することができる。 【００３４】前記した図５の工程（ｃ−１）でドープす
る屈折率増加用に用いる不純物には拡散長と周期距離と
の相対関係は特に重要ではない。拡散距離が周期距離に
比べて小さいことが求められるのは工程（ｃ−３）の不
純物導入工程（２）で導入する不純物である。図５では
不純物導入工程（２）で用いる不純物として屈折率を増
加させるタイプの例を示したが、逆に屈折率を減少させ
るタイプの不純物を導入しても屈折率に周期構造を作り
込むことができるのは勿論である。 【００３５】図５の（ｃ−１）不純物選択導入（１）に
おいて、複数種の元素を同時に一括して選択ドープする
ことも可能である。即ち、屈折率減少効果を有する元素
の有機金属化合物分子の大きさを最も小さくし、次ぎに
屈折率増加用化合物分子を大きくし、更に光学的に活性
な稀土類等の元素の化合物分子を最も大きくすれば、多
孔質シリコン領域毎の細孔径に応じた選択ドープが可能
となる。例えば、図７の第二の多孔質シリコン領域７に
は屈折率減少用の不純物のみをドープし、部分領域６２
には屈折率増加用と屈折率減少用の不純物をドープし、
部分領域６１には屈折率増加用と同減少用の不純物に加
え光学的に活性な稀土類元素を一括ドープすることがで
きる。ここでドーピングに用いる前記各種の有機金属化
合物分子の大きさを変更することは、有機金属化合物の
分子設計の課題として従来技術を用いて可能である。従
って、細孔径と分子の大きさとの組合せで各種機能を有
する元素の選択ドープが可能となる。 【００３６】また、図５の（ｃ−３）不純物選択導入
（２）の工程で屈折率減少効果を有する不純物を図６の
領域８内の干渉光の強い領域２０のみに選択導入する場
合、当該元素の有機金属化合物分子の大きさを、領域２
０には導入可能であるが、領域２１や領域７には導入不
可となるように、分子の大きさと導入時の実効細孔径を
制御すればよい。 【００３７】図８は光導波路の他の製造方法を示す参考
図である。図８の工程（ａ）、工程（ｂ）、工程（ｃ）
および工程（ｄ）までは、図４と同じである。すなわ
ち、多孔質シリコンの酸化、溶融・緻密化の後、マスク
層３を除去した基板の表面に従来法によりレジスト２５
を塗布する（図８（ｍ−１））。その後、図９（ａ）に
示すように位相格子１５を透して光１６でレジスト２５
を露光する。露光パターンを現像後（図８（ｍ−
２））、導波路表面を例えば通常の手段でエッチングす
る（図８（ｍ−３））。この工程により導波路表面に
は、図９（ｃ）に示すように凹凸２６が周期的に形成さ
れる。この表面の凹凸２６は、実効的に導波路の屈折率
を変調する。結果として、図９（ｄ）に示すように、導
波路の位置に依存して実効屈折率２７が周期的に変化し
たグレーティング導波路を作成することができる。 【００３８】この方法では、図９（ｂ）に示すように、
コア１０、下部クラッド１１の表面は最初のシリコン基
板１の表面２と同一面にある。従って、実質上凹凸のな
い平面にレジストを塗布できることから、薄いレジスト
を均一な膜厚で処理できるため、微細な加工を精度良く
行うことができる。 【００３９】上記した発明の実施形態は屈折率変化の周
期が導波路中を伝搬する光の波長と同程度の短周期グレ
ーティング、および屈折率変化の周期が波長に比べて充
分に長い長周期型グレーティングの双方に適用可能であ
る。 【００４０】図１０は光導波路の他の製造方法を示す参
考図である。図４の基本工程におけるマスク層３のパタ
ーニング時に、図１０（ａ）に示すように帯状の幅Ｗの
開口４に、周期的なΔＷの凹凸４１を作り込む。このよ
うにマスクパターンが形成された基板を、図４に従って
工程を進めることにより長周期のグレーティングを導波
路中に集積化できる。 【００４１】上記ΔＷの効果により、例えば図３の第一
の多孔質シリコン領域６と第二の多孔質シリコン領域７
の幅が変調される。その結果としてコア１０、下部クラ
ッド１１の幅が変調される。言い換えれば、図１０
（ｂ）に示すように高濃度ドープ領域の幅４２が変調さ
れる。従って、図１０（ｃ）のように実効屈折率分布４
３に所望の周期構造を作り込むことができる。 【００４２】以上説明したグレーティングの周期構造は
不純物の濃度分布自体、または不純物分布の領域を微細
に変化させて作成されている。この構造は基本的に、非
熱平衡状態を利用したものではなく、熱平衡状態の物性
を利用したものであるため常温付近では特性が安定であ
る。従って、本発明の導波路グレーティングと例えばマ
イクロヒータによるグレーティング部の局所加熱による
遮断波長の温度依存性を利用したチューナブル導波路グ
レーティングフィルタを構成しても長期間の信頼性・特
性安定性に課題はない。 【００４３】上記説明では単純な周期構造を例に述べ
た。しかし、周期構造の周期を連続的に変化させたチャ
ープト構造、周期構造に重み付を行ったアポタイズ構
造、周期構造の位相を変えた位相シフトグレーティング
等、使用目的に応じて種々の変形ができる。 【００４４】 【発明の効果】以上のように、本発明に係る光導波路の
製造方法では、製作工程が簡単且つ単純で、製作に要す
る工程時間も短時間で製造できる。また、微細周期構造
作成のために強い紫外線レーザー光を長時間照射する必
要がなく、微細構造の作り込みが容易である。以上によ
り、光モジュール基板上に導波路と共に容易に安定なグ
レーティングを集積化できるため、機器の更なる小型化
・集積化を可能とする。

【図面の簡単な説明】 【図１】多孔質シリコンの選択化成を説明する図であ
る。 【図２】多孔質シリコンの特性と製作条件の関係を示す
図である。 【図３】光導波路作成工程を示す図である。 【図４】光導波路の製造工程を比較して示す図である。 【図５】本発明に係る光導波路の製造方法の工程を示す
図である。 【図６】本発明に係る光導波路の製造方法を示す図であ
る。 【図７】コア部を部分領域に分け機能性不純物の選択ド
ープを説明する図である。 【図８】他の光導波路の製造方法の工程を示す参考図で
ある。 【図９】他の光導波路の製造方法を示す参考図である。 【図１０】その他の光導波路の製造方法を示す参考図で
ある。 【符号の説明】 １：シリコン基板、２：シリコン基板の最初の表面、
３：マスク層、４：マスク開口部、５、６、７：多孔質
シリコン領域、８：ドープされた多孔質シリコン領域、
１０：コア領域、１１：下部クラッド領域、１２：上部
クラッド、１５：位相格子、１６：照射光、２０：干渉
光の強い領域、２１：干渉光の弱い領域、２２：不純物
濃度分布、２３：屈折率分布、２５：レジスト、２６：
導波路表面の凹凸、２７、４３：実効屈折率分布、４
１：開口部の変調幅、４２：変調された高濃度ドープ領
域、６１、６２：コア部の部分領域

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平６−174908（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−302304（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−22904（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−115002（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−145208（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−292540（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−133047（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−133048（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−160950（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−268150（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−300963（ＪＰ，Ａ) 特開 平11−14848（ＪＰ，Ａ) 特開 平11−14851（ＪＰ，Ａ) 特開 平11−52175（ＪＰ，Ａ) 国際公開91／010931（ＷＯ，Ａ１) Ｓ．Ｎａｇａｔａ ｅｔ．ａｌ．，Ａ ｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔ ｔｅｒｓ，1998年 ６月 ８日，Ｖｏ ｌ．72 Ｎｏ．23，ｐｐ．2945−2947 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 6/10 G02B 5/18

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 結晶質シリコン基板の一主面上にマスク
   層を形成し、該マスク層の一部を除去する工程、該マス
   ク層が除去された部分を起点として前記結晶質シリコン
   基板内に第一の多孔質シリコン領域を形成する工程、こ
   の第一の多孔質シリコン領域の外側に第一の多孔質シリ
   コンの細孔よりも相対的に小さい細孔を有する第二の多
   孔質シリコン領域を形成する工程、前記第一および第二
   の多孔質シリコン領域に屈折率を減少させるための不純
   物を導入するか前記第一の多孔質シリコン領域に前記第
   二の多孔質シリコン領域の細孔よりも大きく且つ屈折率
   を増加させるための不純物を導入する第一の工程、前記
   第一の多孔質シリコン領域に強度が周期的に変化して前
   記不純物を周期的に分解除去する電磁波を照射する工
   程、前記第一の多孔質シリコン領域の前記不純物の除去
   部分に屈折率を増加させるための不純物を導入するか前
   記第一の工程で屈折率を増加させる不純物を導入した場
   合に屈折率を減少させる不純物を導入する第二の工程、
   前記第一および第二の多孔質シリコン領域を酸化する工
   程を有することを特徴とする光導波路の製造方法。