JP3890046B2 - 平面回路型光学素子の製造方法 - Google Patents
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なお、出願人は、本明細書に記載した先行技術文献情報で特定される先行技術文献以外には、本発明に関連する先行技術文献を出願時までに発見するには至らなかった。
ケビン・K・リー(Kevin K.Lee)、他2名,「ファブリケーションオブウルトラロウ−ロスSi/SiO2ウエーブガイドバイラフネスリデュケーション(Fabrication of ultralow-loss Si/SiO2 waveguides by roughness reduction)」,オプティクスレターズ(OPTICS LETTERS),2001年12月1日,Vol.26,No.23,p.1888−1890 A・G・リックマン(A.G.Rickman)、他2名,「シリコンオンインシュレーターオプティカルリブウエーブガイドロスアンドモードキャラクタリスティクス(Silicon-on-Insulator Optical Rib waveguide Loss and Mode Characteristics)」,ジャーナルオブライトウエーブテクノロジー(JOURNAL OF LIGHTWAVE TECHNOLOGY),1994年10月,Vol.12,No.10,p.1771−1776
また、本発明は、アンダークラッド上に形成されたシリコン層を選択的にエッチングして突出部を有するリブ型コアとするリブ型光導波路を備えた平面回路型光学素子の製造方法において、前記シリコン層のうち前記リブ型コアの突出部となる領域の上面に酸化防止膜を選択的に形成する酸化防止膜形成工程と、前記シリコン層をエッチングして前記リブ型コアを形成するエッチング工程と、前記リブ型コアを酸化し、前記リブ型コアの側壁部を含む前記酸化防止膜が形成されていない領域のみにシリコン酸化膜を形成する酸化工程とを有するものである。シリコン層のうちコアの突出部となる領域の上面に酸化防止膜を形成することにより、突出部の上面が酸化しないようにすることができる。
また、本発明の平面回路型光学素子の製造方法の1構成例において、前記酸化防止膜形成工程は、前記シリコン層のうち、コアとなる領域の上面に前記酸化防止膜を形成すると共に、前記コアの端部と一体に連結し先端に向かって漸次断面積が小さくなるテーパ部となる領域の上面に酸化防止膜を形成し、前記エッチング工程は、前記シリコン層をエッチングして前記コアと共に前記テーパ部を形成し、前記酸化工程は、前記コアと共に前記テーパ部を酸化し、前記コアの側壁部および前記テーパ部の側壁部を含む前記酸化防止膜が形成されていない領域のみにシリコン酸化膜を形成するようにしたものである。シリコン層のうちテーパ部となる領域の上面に酸化防止膜を形成することにより、テーパ部の上面が酸化しないようにすることができ、テーパ部の側壁部のみを酸化することができる。
また、本発明の平面回路型光学素子の製造方法の1構成例において、前記酸化防止膜は、窒化シリコンからなるものである。
また、本発明の平面回路型光学素子の製造方法の1構成例において、前記酸化防止膜は、シリコンカーバイドからなるものである。
また、本発明の平面回路型光学素子の製造方法の1構成例において、前記酸化防止膜は、1200℃以上の融点を有し酸化物が不揮発性となる金属からなるものである。
また、本発明の平面回路型光学素子の製造方法の1構成例は、前記酸化工程によって形成されたシリコン酸化膜の屈折率を、シリコンよりも小さい範囲で大きくする工程を有するものである。
また、本発明の平面回路型光学素子の製造方法の1構成例において、前記エッチング工程は、前記シリコン層をエッチングして前記リブ型コアを形成する際に、前記突出部の周囲のエッチング除去すべきシリコンを所定の厚さ残し、前記酸化工程は、前記エッチング除去すべきシリコンがシリコン酸化膜に変質するように前記シリコン層を酸化するようにしたものである。
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。図1(a)は本発明の第1の実施の形態となるシリコン平面回路型光学素子の平面図、図1(b)は図1(a)の光学素子のA−A線断面図、図1(c)は図1(a)の光学素子のB−B線断面図である。本実施の形態の平面回路型光学素子は、第1の光導波路と、この第1の光導波路よりモードフィールド径が大きい第2の光導波路と、第1の光導波路と第2の光導波路とを光学的に接続するモードフィールドサイズ変換部とを備えた光機能デバイスである。
図7は本発明の第2の実施の形態となるシリコン平面回路型光学素子の断面図であり、図1と同様の構成には同一の符号を付してある。本実施の形態のシリコン平面回路型光学素子は、シリコンリブ型光導波路を備えた光機能デバイスである。シリコンからなるリブ型のコア18は、板状のスラブ18aと、スラブ18aから突出するようにスラブ18aと一体成形された細線状の装架部(突出部)18bとからなる。
図8(a)は本発明の第3の実施の形態となるシリコン平面回路型光学素子の平面図、図8(b)は図8(a)の光学素子のA−A線断面図、図8(c)は図8(a)の光学素子のB−B線断面図であり、図1と同一の構成には同一の符号を付してある。第1の実施の形態では、前記熱酸化工程において第1のコア14およびテーパ部15の側面にシリコン酸化膜13が形成されるが、本実施の形態では、第1のコア14およびテーパ部15の側面だけでなく、その周囲のアンダークラッド層12上にもシリコン酸化膜13が形成される。
次に、窒化シリコン膜22をエッチングマスクにしてシリコン層21をエッチングするが、このときのエッチングは、シリコン層21を最後までエッチングせずに、図9(e)に示すように途中で停止させる。シリコン層21のエッチングの前にレジストパターン23を除去してもよいし、レジストパターン23を残したままシリコン層21をエッチングしてもよい。レジストパターン23を残したままシリコン層21をエッチングした場合には、シリコン層21のエッチング後にレジストパターン23を除去する必要がある。
第1〜第3の実施の形態では、熱酸化工程後に窒化シリコン膜22を除去しているが、予め窒化シリコン膜22を光デバイスの一部になるように設計している場合には、窒化シリコン膜22は除去しなくてもよい。図11は本発明の第4の実施の形態となるシリコン平面回路型光学素子の断面図であり、図1と同一の構成には同一の符号を付してある。
また、第1〜第4の実施の形態において、基板としてシリコン基板を用いる例を挙げたが、シリコンに限らずガラス、石英あるいは他の材料を用いた基板であってもよく、多層基板の上に本発明の平面回路型光学素子を形成するようにしてもよい。
また、本発明において、コアおよびテーパ部の断面形状を略四角形と規定したのは、例えばコアやテーパ部の角が丸くなって完全な四角形にはならないことがあるからである。
Claims (10)
- アンダークラッド上に形成されたシリコン層を選択的にエッチングしてコアとする光導波路を備えた平面回路型光学素子の製造方法において、
前記シリコン層のうち前記コアとなる領域の上面に酸化防止膜を選択的に形成する酸化防止膜形成工程と、
前記シリコン層をエッチングして前記コアを形成するエッチング工程と、
前記コアを酸化し、前記コアの側壁部を含む前記酸化防止膜が形成されていない領域のみにシリコン酸化膜を形成する酸化工程とを有することを特徴とする平面回路型光学素子の製造方法。 - アンダークラッド上に形成されたシリコン層を選択的にエッチングして突出部を有するリブ型コアとするリブ型光導波路を備えた平面回路型光学素子の製造方法において、
前記シリコン層のうち前記リブ型コアの突出部となる領域の上面に酸化防止膜を選択的に形成する酸化防止膜形成工程と、
前記シリコン層をエッチングして前記リブ型コアを形成するエッチング工程と、
前記リブ型コアを酸化し、前記リブ型コアの側壁部を含む前記酸化防止膜が形成されていない領域のみにシリコン酸化膜を形成する酸化工程とを有することを特徴とする平面回路型光学素子の製造方法。 - 請求項1記載の平面回路型光学素子の製造方法において、
前記酸化防止膜形成工程は、前記シリコン層のうち、コアとなる領域の上面に前記酸化防止膜を形成すると共に、前記コアの端部と一体に連結し先端に向かって漸次断面積が小さくなるテーパ部となる領域の上面に酸化防止膜を形成し、
前記エッチング工程は、前記シリコン層をエッチングして前記コアと共に前記テーパ部を形成し、
前記酸化工程は、前記コアと共に前記テーパ部を酸化し、前記コアの側壁部および前記テーパ部の側壁部を含む前記酸化防止膜が形成されていない領域のみにシリコン酸化膜を形成することを特徴とする平面回路型光学素子の製造方法。 - 請求項1記載の平面回路型光学素子の製造方法において、
前記コアの断面の幅および厚さは、共に0.2〜0.5μmであることを特徴とする平面回路型光学素子の製造方法。 - 請求項1乃至3のいずれか1項に記載の平面回路型光学素子の製造方法において、
前記酸化防止膜は、窒化シリコンからなることを特徴とする平面回路型光学素子の製造方法。 - 請求項1乃至3のいずれか1項に記載の平面回路型光学素子の製造方法において、
前記酸化防止膜は、シリコンカーバイドからなることを特徴とする平面回路型光学素子の製造方法。 - 請求項1乃至3のいずれか1項に記載の平面回路型光学素子の製造方法において、
前記酸化防止膜は、1200℃以上の融点を有し酸化物が不揮発性となる金属からなることを特徴とする平面回路型光学素子の製造方法。 - 請求項3記載の平面回路型光学素子の製造方法において、
前記酸化工程によって形成されたシリコン酸化膜の屈折率を、シリコンよりも小さい範囲で大きくする工程を有することを特徴とする平面回路型光学素子の製造方法。 - 請求項1または3記載の平面回路型光学素子の製造方法において、
前記エッチング工程は、前記シリコン層をエッチングして前記コアを形成する際に、前記コアの周囲のエッチング除去すべきシリコンを所定の厚さ残し、
前記酸化工程は、前記エッチング除去すべきシリコンがシリコン酸化膜に変質するように前記シリコン層を酸化することを特徴とする平面回路型光学素子の製造方法。 - 請求項2記載の平面回路型光学素子の製造方法において、
前記エッチング工程は、前記シリコン層をエッチングして前記リブ型コアを形成する際に、前記突出部の周囲のエッチング除去すべきシリコンを所定の厚さ残し、
前記酸化工程は、前記エッチング除去すべきシリコンがシリコン酸化膜に変質するように前記シリコン層を酸化することを特徴とする平面回路型光学素子の製造方法。
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