JP5291277B2 - 柱状集積回路および柱状集積回路の製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は概して集積回路に関し、詳しくは円柱基板に形成した光電子回路とその製造方法に関するものである。なお、近年電子回路と光回路とは密接に結合され、混載され分離し難い姿態で所定の機能を実現するものが多々存在する。そこで、本明細書では、電子回路と光回路の双方を含む回路として「光電子回路」という用語を用いる。本発明では、光電子回路が光導波路を備える。同様の趣旨で、例えば、電子デバイスと光デバイスの双方を含むデバイスとして「光電子デバイス」という用語を用いる。「光電子装置」も同様に電子デバイスと光デバイスの双方を、および電子回路と光回路の双方を含むデバイスである。
光増幅器として用いられるファイバアンプ、フィルタの役目を果たすファイバグレーティング、計測に必要なファイバディレイラインなど光ファイバに光導波路以外の機能を持たせる研究開発が活発に行なわれている。本明細書ではこのように光導波路以外の機能を持たせた光ファイバを「機能性光ファイバ(functional optical fiber)」と称する。機能性光ファイバも光電子デバイスに含まれる。
(1)機能性光ファイバを構成する材料はSiO2などの無機化合物であり、機械的強度が弱いため、通常20cm程度の曲率半径以下には曲げることができないため、小形化ができない。
(2)また機能怪光ファイバの曲げやねじれによって生じる不均一な応力にって複屈折が生じ、それにより偏波方向が変わったり伝搬損失が生じる虞が高い。
したがって、本発明の目的は、上記各問題を解決し、小形高性能の光電子装置を提供することにある。
本発明の別の目的は、集積化された廉価な小形・高性能光電子装置を提供することにある。
本発明のさらに別の目的は、長い光導波路をコンパクトなサイズに集積した光電子装置の製造方法を提供することにある。
上記課題を解決するため、本発明の発明者は柱軸を備える柱状基板の側面に光電子回路を集積してなる柱状集積回路を発明した。特に、製造容易で、等曲率の光導波路を集積しやすい円柱基板を用いるのが好ましい。また、基板材料の節約をする上では柱状基板が管状部分を有するようにしても良い。本発明は、前記光電子回路が光導波路を備える場合に有利である。前記光導波路が前記柱軸の回りを巻回すれば、その有利さは特に顕著である。
さらに、前記柱状基板の少なくとも一方の端を前記柱軸に直交する平面で切り取ることで光の入出力特性を良好にすることができる。
さらに、柱状基板の外側表面近傍の屈折率と上部クラッド層の屈折率を略等しく、好ましくは等しく選ぶことにより、下部クラッド層の成膜を省略することができる。
現在、上記問題のうち小形化を達成するための一つの有力な方法は光電子デバイスや光電子回路を基板上に集積して光電子集積回路を形成するものである。一般に基板であるウエハは円板であって、その一表面にパターン形成、薄膜形成などを繰り返すことで二次元の光電子回路が形成製造されている。
二次元の光電子回路をさらに高密度化するために、二次元光電子回路を含む層を複数堆積して層間をビアで連通させた三次元集積回路も開発されている。
スパッタによる成膜では成膜機構520を回転機構510の上部に配置することも可能である。
光を入射、出射させる瑞面を円周方向としたい場合は、図8に示すように切断端面81,82を柱軸と平行に設ければよい。切断までの工程を終えた被加工円柱部材50である被加工円柱部材80の斜視図が図8に示されている。
また有機のポリイミドをクラッド、コア層として用いることも可能である。更に感光性のポリイミドをコア層に用いれば、工程33を省略できる場合がある。
更に支持基板に単結晶半導体基板をもちい、クラッド層、コア層に半導体材料を成長させることも可能である。
以下に実施例1における製造装置と製造方法とを援用して、本発明の好適な実施例をさらにいくつか紹介する。
半導体レーザ100は単結晶半導体支持部材123の側面にn型クラッド層125を形成しその上にレーザ共振器を光導波路122に沿って螺旋状に配置する。n型クラッド層125にはn型電極124から電流が供給される。n型クラッド層125上には活性層126A,126B,126C、・・・がパターン化されて延伸し、その上にはそれぞれp型クラッド層127A,127B,127C,・・・が形成される。p型クラッド層127A,127B,127C,・・・上にはp型電極128が共通電極として形成される。さらに、隣接する光導波路(レーザ)部絶縁層129が配置される。
半導体レーザの構造は現在報告されているあらゆる構造をこの円筒側面に形成可能である。なお、図10の(a)はp型電極128を省いたあるいは透視した図である。
加えて半導体レーザだけでなく、光検出器、変調器など、光デバイスで現在実現されているあらゆる半導体デバイスを同時に形成できる。また、更に電子デバイスの混載集積化にも可能である。
第1、第2の光導波路331,332は円柱基板330の側面で交差し、交差部分の近傍には、交差部分ごとに配置された互いに等価な被測定信号検出回路333A、333B、333C、・・・、333nとサンプリング回路334A、334B、334C、・・・、334nとが集積される。被測定信号検出回路で検出された被測定信号光は電気信号となり、該電気信号がサンプリング回路においてサンプリング光に応答する光スイッチによりサンプリングされて外部回路に電気信号として送出される。
図12において、図12の(a)は交差部分の平面図、(b)は被測定信号検出回路333(n−1)の断面を示すA−A’断面図、(c)はサンプリング回路334(n−1)の光スイッチ部分を示すB−B’断面図、(d)は被測定信号検出回路333(n−1)の光検出器部分を示すC−C’横断面図(柱軸に直交する平面による切断断面図)である。
上記の例では、第1の導波路の一巻き毎にサンプリングする構成であるが、複数巻き毎にサンプリングするのでもよい。
本発明の製造方法によれば円柱部材側面に光導波路を配置することでこれまでファイバで機能していたデバイスをコンパクトなサイズの光導波路を製造できる。また小型化だけでなく低コストが可能である。
さらにこの装置には既存の光素子、半導体デバイスも形成可能であり、それらの集積化もまた容易である。
本発明は、必要に応じて、円柱、だ円柱などの柱、管、錐体、球など柱軸を備える如何なる三次元基板にも実施可能である。従って、使用環境における制約や、あるいは結晶構造に起因する理由などから、特別な形状の基板を用いる要請に柔軟に対応できるという利点を有する。
本発明では、同じ曲率で数メートルにもおよぶ光回路を容易に形成できるので至便である。
基板を管状とするときは、管の中に冷却用流体を流して容易に集積された回路の冷却を行なうことができる。冷却用流体は管の中に封じ込められており周囲に拡散せず、効率的であり、また周囲の汚染が無い利点を有する。
22:光導波層
23:柱状支持基板(柱状基板)
24:コア層
25:クラッド層
26、27:光入出力端
90:ファイバアンプ
100:半導体レーザ
300:サンプリング装置
500:成膜装置
530:レジスト塗布装置
600、650:描画装置
660:現像、エッチング装置
Claims (9)
- 柱軸を備える柱状基板の側面に光電子回路を集積してなる柱状集積回路であって、
前記柱状基板が円柱を含む基板であり、
前記柱状基板が、その中を冷却用流体が流れるように形成されている管状部分を有し、
前記光電子回路が、蒸着、スパッタ、CVD、スピンコートのいずれかにより成膜され、レジスト層を露光する集光ビームの点滅を制御することにより、光導波路のコア層を所定のパターンにエッチングするためのマスクとなる前記レジスト層に所定のパターンを形成し、
前記光電子回路が前記光導波路を備える柱状集積回路。
- 前記光導波路が前記柱軸の回りを巻回することを特徴とする請求項1に記載の柱状集積回路。
- 前記光電子回路が導波路型光アンプを含むことを特徴とする請求項1〜請求項2のいずれかに記載の柱状集積回路。
- 前記光電子回路が半導体レーザを含むことを特徴とする請求項1〜請求項2のいずれかに記載の柱状集積回路。
- 前記光電子回路がサンプリング装置を含むことを特徴とする請求項1〜請求項2のいずれかに記載の柱状集積回路。
- 管状部分を有する柱状基板を柱軸の回りに回転させるステップと、
前記回転中の前記柱状基板の側面に所定の材料で、光導波路を備える光電子回路を構成するための成膜をおこなうステップと、この成膜をおこなうステップが蒸着、スパッタ、CVD、スピンコートのいずれかによりおこなわれることと、
前記柱状基板を該前記柱状基板の柱軸の方向に移動させるステップと、
前記移動中の前記柱状基板の側面に前記光電子回路を構成するためのパターンを露光するステップと、この露光するステップがレジスト層を露光する集光ビームの点滅を制御することにより、前記光導波路のコア層を所定のパターンにエッチングするためのマスクとなる前記レジスト層に所定のパターンを形成することと、
前記管状部分を、その中に冷却用流体が流れるように形成するステップとを含む柱状集積回路の製造方法。
- 前記柱状基板の少なくとも一方の端を前記柱軸に直交する平面で切り取ることを特徴とする請求項6に記載の柱状集積回路の製造方法。
- 前記成膜をおこなうステップが、前記柱状基板の表面層の屈折率より高い屈折率を有する高屈折材料からなるコア層、前記柱状基板の表面層の屈折率と等しい前記低屈折材料からなる上部クラッド層を形成し、前記柱軸の回りを螺旋状に巻回する光導波路を形成するようにしたことを特徴とする請求項6〜請求項7のいずれかに記載の柱状集積回路の製造方法。
- 前記成膜をおこなうステップが、第1の屈折率の材料からなる下部クラッド層、第1の屈折率より高い第2の屈折率を有する高屈折材料からなるコア層、前記第1の屈折率と等しい屈折率を有する材料からなる上部クラッド層を形成し、前記柱軸の回りを螺旋状に巻回する光導波路を形成するようにしたことを特徴とする請求項6〜請求項7のいずれかに記載の柱状集積回路の製造方法。
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