JP5900100B2 - スポットサイズ変換素子の製造方法およびスポットサイズ変換素子付き光導波路 - Google Patents

Description

本発明は、スポットサイズ変換素子の製造方法とスポットサイズ変換素子付き光導波路に関する。

シリコンフォトニクスの進展により、シリコン光導波路を形成した基板上に種々の光素子を集積した光モジュールの開発が注目されている。シリコン光導波路は、ＳＯＩ（silicon-on-insulator）基板を利用して通常のシリコンＣＭＯＳプロセスで作製することができる。屈折率の大きなシリコンをコアとすることで、１．３〜１．６μｍ帯域の光を低損失で伝搬させることができる。

シリコンコアの断面積は非常に小さく、断面の高さと幅はサブミクロンのオーダーである。これに対して、光通信に用いられる光ファイバやレーザ端面におけるスポット径は、シリコンコアのスポット径の１０倍以上である。シリコンコア光導波路をそのまま光ファイバやレーザの入出射端面に結合させると、モード不整合により結合損失が大きくなる。

この問題を解決するために、スポットサイズ変換器が用いられる。スポットサイズ変換領域でスポット径の大きな導波モードを持つコア・クラッドを介在させることによって、シリコンコアと光ファイバあるいはレーザを効率よく結合することができる。

スポットサイズ変換器として、図１（Ａ）の構成が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。シリコン酸化膜４０２上のシリコンコア４０３の先端をテーパ状にして、径の大きなコア４０４に接続する。シリコンコア４０３の先端を先細りにすることによって、シリコンコア導波路とスポットサイズ変換領域との界面で生じる導波光の反射、損失を低減する。

しかし、従来のスポットサイズ変換器の作製方法には、加工上の問題がある。図１（Ｂ）に示すように、シリコンコア４０３を酸窒化シリコン（ＳｉＯＮ）コア４０４に接続する場合、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）などでＳｉＯＮ膜の不要な部分を除去して所定の形状に加工する。このときシリコンコア４０３の導波路にダメージ（あるいは変形）４１０が生じる。ＳｉＯＮ膜４０４とシリコンコア４０３との選択比がとれないからである。

エッチング条件を最適化しても、スポットサイズ変換器のＳｉＯＮ膜４０４の膜厚は約３μｍと厚いため、最適化だけでダメージを防止することは困難である。ＳｉＯＮ膜４０４をウェットエッチングで除去する場合は、シリコンコア４０３に対する選択比がある程度確保されるため、シリコンドア４０３へのダメージは少ない。しかし、ウェットエッチングは等方性のためサイドエッチングが入り、スポットサイズ変換器の安定した作製が阻害される。

特開２０１０−２３０９８２号公報

一つの側面では、本発明は、シリコン導波路上へのエッチングダメージを回避したスポットサイズ変換素子の製造方法を提供することを目的とする。

第１の観点では、スポットサイズ変換素子の製造方法は、
基板上の第１クラッド層上に、第１のコア径を有する第１コアを形成し、
スポットサイズ変換領域を除き、前記第１コア上にシリコン酸化膜を介して金属シリサイドを形成し、
前記基板の全面に、前記第１クラッド層よりも屈折率の大きな第２コア材料を堆積し、
前記金属シリサイドをエッチングストッパとして、前記第２コア材料をエッチング加工し、前記スポットサイズ変換領域に、前記第１コアと結合し、かつ前記第１のコア径よりも大きな第２のコア径を有する第２コアを形成し、
前記金属シリサイドを除去し、
前記金属シリサイドの除去後に、前記第１コア及び前記第２コアを覆う第２クラッド層を形成する。

別の側面では、スポットサイズ変換素子の製造方法は、
基板上の第１クラッド層上に、第１のコア径を有する第１コアを形成し、
スポットサイズ変換領域の前記第１クラッド層と前記第１コア上に、シリコン酸化膜を介して金属膜を形成し、
前記基板の全面に第２クラッド材料膜を形成し、
前記金属膜をエッチングストッパとして前記第２クラッド材料膜をエッチングし、前記スポットサイズ変換領域を除く前記第１コア上に第２クラッド層を形成し、
前記金属膜を除去し、
前記基板の全面に前記第１コアよりも屈折率の大きな第２コア材料を堆積し、
前記第２コア材料を所定の形状に加工して、前記スポットサイズ変換領域に、前記第１コアと結合し、かつ前記第１のコア径よりも大きな第２のコア径を有する第２コアを形成する。

シリコン導波路へのエッチングダメージを回避し安定したスポットサイズ変換素子の製造方法が実現する。

従来のスポットサイズ変換器の構成と作製上の問題点を示す図である。 実施形態に至る過程で考えられる手法を示す図である。 一実施形態によるスポットサイズ変換素子の断面構成を示す図である。 光伝搬方向と垂直な断面における実施例１のスポットサイズ変換素子の製造工程図である。 光伝搬方向と垂直な断面における実施例１のスポットサイズ変換素子の製造工程図である。 光伝搬方向と垂直な断面における実施例１のスポットサイズ変換素子の製造工程図である。 光伝搬方向と垂直な断面における実施例１のスポットサイズ変換素子の製造工程図である。 光伝搬方向と平行な断面における実施例１のスポットサイズ変換素子の製造工程図である。 光伝搬方向と平行な断面における実施例１のスポットサイズ変換素子の製造工程図である。 光伝搬方向と平行な断面における実施例１のスポットサイズ変換素子の製造工程図である。 光伝搬方向と平行な断面における実施例１のスポットサイズ変換素子の製造工程図である。 光伝搬方向と平行な断面における実施例１のスポットサイズ変換素子の製造工程図である。 光伝搬方向と平行な断面における実施例１のスポットサイズ変換素子の製造工程図である。 光伝搬方向と平行な断面における実施例２のスポットサイズ変換素子の製造工程図である。 光伝搬方向と平行な断面における実施例２のスポットサイズ変換素子の製造工程図である。 光伝搬方向と平行な断面における実施例２のスポットサイズ変換素子の製造工程図である。 光伝搬方向と平行な断面における実施例２のスポットサイズ変換素子の製造工程図である。 光伝搬方向と平行な断面における実施例２のスポットサイズ変換素子の製造工程図である。

図面を参照して一実施形態のスポット変換素子（spot size converter）の製造方法について説明する。

図２は、本実施形態に至る過程で考えられる手法を示す。従来、シリコンコアに対するＲＩＥエッチングダメージは、ＳｉＯＮ膜とシリコンとの選択比の少なさに起因していた（図１（Ｂ）参照）。そこで、図２のように、ＳｉＯ２ハードマスク１０４をシリコンコア１３上に形成し、ＳｉＯＮ膜１５をＲＩＥにてエッチングすることが考えられる。

この方法では、シリコンコア１３へのエッチングダメージは防止できるが、別の問題が生じる。ＳｉＯ２ハードマスク１０４の膜厚が大きい場合、ＳｉＯ２ハードマスク１０４が光閉じ込め層として機能し、シリコンコア１３からＳｉＯＮ膜１５への光の広がりが阻害される。この場合、スポットサイズ変換素子としての効果が減少する。逆に、ＳｉＯ２ハードマスク１０４の膜厚が小さいと、シリコンコア１３がエッチングされて伝搬ロスの原因となる。

そこで、実施形態ではシリコンコアへのダメージを回避し、かつスポットサイズ変換機能を阻害しないスポットサイズ変換素子の製造方法を提供する。

図３は、実施形態の方法で作製されたスポットサイズ変換素子（spot size converter）１０の光伝搬方向に沿った断面図である。スポットサイズ変換素子１０は、シリコン基板１１上の埋め込み酸化膜１２と、埋め込み酸化膜１２上のシリコンコア１３と、埋め込み酸化膜１２上でシリコンコアに接続される酸窒化シリコン（ＳｉＯＮ）コア１５と、シリコンコア１３及びＳｉＯＮコア１５を覆うシリコン酸化膜２１を含む。

埋め込み酸化膜１２は、スポットサイズ変換素子１０を含む光導波路の下部クラッドとして機能する。シリコン酸化膜２１は、スポットサイズ変換素子１０を含む光導波路の上部クラッドとして機能する。シリコンコア１３は波長が１．３〜１．６μｍの光に対して透明であり、近赤外帯域での光通信に有効に用いられる。シリコンコア１３、埋め込み酸化膜（下部クラッド）１２、及びシリコン酸化膜（上部クラッド）２１で、シリコン光導波路を構成する。

ＳｉＯＮコア１５は、埋め込み酸化膜１２上でシリコンコア１３に接続される。ＳｉＯＮコア１５のコア径はシリコンコア１３のコア径よりも大きい。ＳｉＯＮコア１５はシリコンコア１３の一部を覆い、シリコンコア１３上にシリコン酸化膜２１との界面１５ａを形成する。ＳｉＯＮの屈折率は埋め込み酸化膜１２の屈折率よりも大きく、波長１．３〜１．６μｍの光に対して透明である。ＳｉＯＮコア１５の入出射端面１５ｂの中心は、図示しない光ファイバあるいはレーザ端面の中心と位置合わせされることになる。

スポットサイズ変換素子１０の特徴として、シリコンコア１３上のＳｉＯＮコア１５とシリコン酸化膜２１の界面１５ａで、ＳｉＯＮコア１５とシリコン酸化膜２１のいずれか一方が、他方に対する突起２２を有している。これは後述するように、製造工程で用いたエッチングストッパの除去形跡によるものである。突起２２は、高さが１５〜５０ｎｍ、突出量（光伝搬方向の長さ）が２０〜４０ｎｍである。この程度の突起２２であれば、ＳｉＯＮコア１５への光の広がりを阻害しないので、伝搬ロスを回避することができる。

次に、スポットサイズ変換素子１０の製造方法を説明する。

図４Ａ〜図４Ｃは、光伝搬方向と垂直な断面で、実施例１のスポットサイズ変換素子１０の製造工程を示す図である。

図４Ａの上側は光モジュール３０の上面図、下側はそのＡ−Ｂ断面図である。シリコン基板１１上に、埋め込み酸化膜１２を介してリブ型導波路２３を形成する。リブ型導波路２３で光変調器３１、リング共振器３２等の光デバイスを形成する。リブ型導波路２３の一端２３ａはレーザ光の入射端となる。リブ型導波路２３の他端２３ｂは光ファイバとの結合部となる。リブ型導波路２３の端部２３ａと２３ｂに、後述するスポットサイズ変換素子が形成されることになる。リング共振器３２はその共振周波数によってレーザの発振波長を決定するように構成される。光変調器３１は、駆動信号あるいはバイアス電圧の印加に応じてレーザ光を変調するように形成されている。

リブ型導波路２３の形成は、まず、ＳＯＩ基板の全面にＣＶＤにてＳｉＯ２膜２４を成膜する。成膜条件は、たとえば原料ガス（SiH4: 20%/He: 80% + N2O）を供給し、温度７９０℃にて５０ｎｍ堆積する。ＳｉＯ２膜２４上に、変調器３１、共振器３２を含む導波路パターンのレジストマスク（不図示）を形成する。このレジストマスクを用いて、ＳｉＯ２膜とＳＯＩ基板の表面シリコン層をエッチングする。エッチング条件は、たとえばＣＦ4ガスを用いたＲＩＥにて、１００mTorr、１５０ＷでＳｉＯ２膜２４をエッチングし、続いて、ＨＢｒガスを用いたＲＩＥにて、５０mTorr、２００ＷでＳＯＩ基板の表面シリコン層をエッチングする。表面シリコン層は、シリコンコア２３ｃの両側にスラブ領域２３ｓが膜厚４０ｎｍ程度で残るようにエッチングする。リブ型導波路２３のコア２３ｃの高さは２４０〜５００ｎｍ、幅は３００〜５００ｎｍである。その後レジストマスクを剥離する。

図４Ｂの上側は光モジュール３０の上面図、下側はそのＣ−Ｄ断面図である。リブ型導波路２３を形成した基板上に、スポットサイズ変換領域５０を含む基板端部に開口を有するレジストマスク（不図示）を形成する。このレジストマスクと、シリコンコア上のＳｉＯ２ハードマスク２４を用いて、スラブ領域２３ｓのシリコン膜４０ｎｍをエッチング除去する。スラブ領域２３ｓのシリコン膜のエッチングは、ＨＢｒガスのＲＩＥにて、５０mTorr、２００Ｗで行う。このエッチングにより、チャネル型導波路５のシリコンコア１３の形状が得られる。また、シリコンコア１３の両側の埋め込み酸化膜１２が露出する。その後、レジストマスクを剥離する。

図４Ｃの上側は光モジュール３０の上面図、下側はそのＣ−Ｄ断面図である。シリコン１３上のＳｉＯ２ハードマスク２４をフッ酸（ＨＦ）で剥離し、スポット変換領域５０にチャネル型導波路５が形成される。リソグラフィによりリブ型導波路２３から連続してチャネル型導波路５を形成することができる。これにより、リブ型導波路２３の伝搬光フィールド形状と、チャネル型導波路５の伝搬光フィールド形状をほぼ一致させることができる。

図４Ｄで、チャネル型導波路５上にスポットサイズ変換素子１０のＳｉＯＮコア１５を形成する。ＳｉＯＮコア１５の形成工程は、図５Ａ〜図５Ｆを参照して説明する。図５Ａ〜図５Ｆは、光伝搬方向と平行な断面における製造工程図である。

図５Ａの上側は光モジュール３０の上面図、下側はそのＥ−Ｆ断面図である。図５Ａにおいて、スポットサイズ変換領域５０内のシリコンコア１３の端部を除去した後、シリコンコア１３上にＳｉＯ２膜１４を２〜５nmの膜厚で形成する。ＣＶＤで形成する場合は原料ガス（SiH4: 20%/He: 80% + N2O）を供給し、温度７９０℃にて２〜５ｎｍ堆積する。熱酸化による場合は、４〜５ｎｍの膜厚で形成する。

続いて、ＳｉＯ２膜１４及び埋め込み酸化膜１２上に、ポリシリコン膜１６を１０〜５０ｎｍ、好ましくは２０〜３０ｎｍ成膜する。ポリシリコン膜１６の膜厚は、その金属シリサイドがＳｉＯＮ膜の加工時にエッチングストッパとして機能し、かつスポットサイズ変換部での光拡散を阻害しない厚さである。ポリシリコン膜１６は、ＣＶＤにて原料ガス（SiH4: 20%/He: 80%）を供給し、温度６２０℃で成膜する。

図５Ｂで、スポットサイズ変換領域５０に開口を有するレジストマスク（不図示）をリソグラフィにより形成し、ポリシリコン膜１６をエッチングする。エッチングは、たとえばＨＢｒガスを用いたＲＩＥである。ポリシリコン膜１６と、下層のＳｉＯ２膜１４とのエッチング選択比は大きく、シリコンコア１３にダメージを与えない。その後、レジストマスクを剥離する。

図５Ｃで、全面にＮｉ，Ｃｏ、Ｔｉ、Ｐｔ、Ｐｄ等の高融点金属膜（不図示）を形成する。一例として、Ｎｉを２０〜３０ｎｍ堆積する。その後４００℃、１２０分のアニールを行うことでニッケルシリサイド（ＮｉＳｉ）１７が形成される。ＮｉＳｉ層１７の膜厚は５０〜７０ｎｍとなっている。シリサイドはポリシリコン膜１６が存在する領域にだけ形成されるので、ポリシリコン膜１６のない領域に堆積された未反応のＮｉは、硫酸過水（Ｈ２ＳＯ２とＨ２Ｏ２）で剥離することができる。ＮｉＳｉ層１７は、リソグラフィの位置合わせマージンを考慮してスポットサイズ変換領域に２０〜４０ｎｍ突き出ている。

図５Ｄで、任意で、ＣＦ系ガスによりシリコンコア１３上のＳｉＯ２膜１４をエッチングする。ＳｉＯ２膜１４は、２〜５ｎｍと薄いので、除去しないで残しておいてもよい。

図５Ｅで、全面にＳｉＯＮ膜を堆積する。成膜条件は、ＣＶＤにてＳｉＨ４を７８sccm（131.82×10^-4 Pa・m³/sec）、Ｎ２Ｏを５００sccm（845×10^-4 Pa・m³/sec）供給し、温度３６０℃にて３μｍ堆積する。さらにレジストマスク１８を形成し、ＳｉＯＮ膜１５をＲＩＥにてエッチングする。エッチングガスはＣ4Ｆ8を用いる。このとき、ＮｉＳｉ層１７がエッチングストッパとして機能する。ＳｉＯＮとニッケルシリサイド（ＮｉＳｉ）とのエッチング選択比は大きく、シリコンコア１３へのダメージを防止することができる。このエッチングによりスポットサイズ変換領域のＳｉＯＮコア１５が形成される。ＳｉＯＮコア１５は、シリコンコア１３の端部を覆ってシリコンコア１３と接続する。ＳｉＯｎコア１５は、ＮｉＳｉ層１７にわずかにかぶさっている。この例では、ＮｉＳｉ層１７及びＳｉＯ２膜１４のＳｉＯＮコア１５への突出量は２５ｎｍである。

図５Ｆで、シリコンコア１３上のＮｉＳｉ層１７を希フッ酸（ＨＦ）でウェットエッチングする。ＳｉＯＮとシリコン（Ｓｉ）は希フッ酸ではエッチングされないので、ＮｉＳｉ層１７だけが除去される。その後、ＣＶＤにより全面にＴＥＯＳ膜２１を１μｍ程度成膜する。ＴＥＯＳ膜２１の成膜により、ＮｉＳｉ層１７を除去したくぼみにＴＥＯＳ膜が入り込む。その結果、上部クラッドがＳｉＯＮコア１５にわずかに入り込み、突起２２を有する形状となる。これによりスポットサイズ変換素子１０が出来上がる。

次に、図６Ａ〜図６Ｅを参照して、実施例２のスポットサイズ変換素子４０の製造工程を説明する。図６Ａ〜図６Ｅは、光伝搬方向に水平な断面図である。

図６Ａで、チャネル型導波路（図４Ｃ参照）１３上にＳｉＯ2膜１４を５〜１０ｎｍ形成し、続けて、Ｔｉ，Ｍｏ，Ｖ，Ｗ，Ｔａ、Ｚｒ、Ｈｆ、これらの窒化物等の高融点金属膜４７を１０〜５０ｎｍ形成する。この例では、熱酸化によりＳｉＯ2膜１４を５ｎｍ成膜した後に、ＣＶＤ法により窒化チタン（ＴｉＮ）層４７を２０ｎｍ成膜する。ＴｉＮ層４７は後工程でエッチングストッパとして機能する。

図６Ｂで、レジストマスク（不図示）を形成し、シリコン導波路の上部クラッドとなる領域のＴｉＮ層４７を塩素ガスでエッチングする。その後、レジストマスクを除去する。

図６Ｃで、全面にＴＥＯＳ膜４１を１μｍ成膜し、レジストマスク４４にてスポットサイズ変換領域となる部分のＴＥＯＳ膜４１をエッチング除去する。このとき、ＴｉＮ層４７がエッチングストッパとなる。エッチング後の状態では、ＴｉＮ層４７は上部クラッドとなるＴＥＯＳ膜４１に対して２０〜４０ｎｍ、この例では約２５ｎｍ突き出た状態で残る。

図６Ｄで、ＴｉＮ層４７を硫酸過酸化水（Ｈ2ＳＯ2＋Ｈ2Ｏ2）にてウェットエッチングし、さらにＳｉＯ2膜１４を希フッ酸（ＨＦ）でエッチングする。エッチングにより、ＴＥＯＳ膜４１にくぼみ５１が形成される。

図６Ｅで、ＣＶＤ法により全面にＳｉＯＮ膜を３μｍ程度成膜する。このとき、ＳｉＯＮがくぼみ５１内に入り込む。ＳｉＯＮ膜の成膜後に、所定の位置にレジストマスク（不図示）を形成し、ＲＩＥによりＳｉＯＮコア４５を形成する。シリコンコア１３は十分な膜厚を有するＴＥＯＳ膜４１にカバーされているので、シリコンコア１３に対するダメージは生じない。その後、全面を覆うＴＥＯＳ膜（不図示）をさらに形成してもよい。

実施例２の方法により、シリコンコア１３へのダメージの少ないスポットサイズ変換素子を形成することができる。上部クラッドとしてのＴＥＯＳ膜４１が、わずかにＳｉＯＮコア１５内に入りこんでいるが、シリコンコア１３からＳｉＯＮコア４５への光の広がりを阻害しない。このスポットサイズ変換素子４０により、低損失の光結合が実現する。

なお、実施例１、実施例２では図示の便宜上、単一のスポットサイズ変換素子の作製を説明したが、複数のシリコン細線光導波路に対応して複数のスポットサイズ変換素子をアレイ状に配置する場合にも、実施形態の方法は有効である。

また、第２コアの材料としてＳｉＯＮ以外に、ＳｉＯ２よりも屈折率の大きいシリカ系材料を用いた場合にも実施例の手法は適用できる。

以上の説明に対し、以下の付記を提示する。
（付記１）
基板上の第１クラッド層上に、第１のコア径を有する第１コアを形成し、
スポットサイズ変換領域を除き、前記第１コア上にシリコン酸化膜を介して金属シリサイドを形成し、
前記基板の全面に、前記第１クラッド層よりも屈折率の大きな第２コア材料を堆積し、
前記金属シリサイドをエッチングストッパとして、前記第２コア材料をエッチング加工し、前記スポットサイズ変換領域に、前記第１コアと結合し、かつ前記第１のコア径よりも大きな第２のコア径を有する第２コアを形成し、
前記金属シリサイドを除去し、
前記金属シリサイドの除去後に、前記第１コア及び前記第２コアを覆う第２クラッド層を形成する
ことを特徴とするスポットサイズ変換素子の製造方法。
（付記２）
前記第２コアは、前記第１コアの端部を覆うとともに、前記第１コア上の前記金属シリサイドに一部重なって形成され、
前記金属シリサイドの除去によって、前記第２コアと前記第１コアの間に光伝搬方向のくぼみが形成され、
前記くぼみ内に前記第２クラッド層が入り込むことを特徴とする付記１に記載のスポットサイズ変換素子の製造方法。
（付記３）
前記金属シリサイドの形成は、
前記スポットサイズ変換領域を除く前記基板領域全体に、前記シリコン酸化膜を介してポリシリコン膜を形成し、
前記ポリシリコン膜上に高融点金属膜を配置し、熱処理によって金属シリサイドを形成する、
ことを特徴とする付記１又は２に記載のスポットサイズ変換素子の製造方法。
（付記４）
前記金属シリサイドは、ＳｉＯＮとのエッチング選択比の高い材料であることを特徴とする付記３に記載のスポットサイズ変換素子の製造方法。
（付記５）
基板上の第１クラッド層上に、第１のコア径を有する第１コアを形成し、
スポットサイズ変換領域の前記第１クラッド層と前記第１コア上に、シリコン酸化膜を介して金属膜を形成し、
前記基板の全面に第２クラッド材料膜を形成し、
前記金属膜をエッチングストッパとして前記第２クラッド材料膜をエッチングし、前記スポットサイズ変換領域を除く前記第１コア上に第２クラッド層を形成し、
前記金属膜を除去し、
前記基板の全面に前記第１クラッド層及び第２クラッド層よりも屈折率の大きな第２コア材料を堆積し、
前記第２コア材料を所定の形状に加工して、前記スポットサイズ変換領域に、前記第１コアと結合し、かつ前記第１のコア径よりも大きな第２のコア径を有する第２コアを形成する、
ことを特徴とするスポットサイズ変換素子の製造方法。
（付記６）
前記金属膜を除去したことによって、前記第１コアと前記第２クラッドとの間に光伝搬方向に沿ったくぼみが形成され、
前記くぼみ内に前記第２コアが入り込む
ことを特徴とする付記５に記載のスポットサイズ変換素子の製造方法。（請求項４、図６Ｄ６Ｅ）
（付記７）
前記金属膜は、Ｔｉ，Ｍｏ，Ｖ，Ｗ，Ｔａ、Ｚｒ、Ｈｆ、及びこれらの窒化物を含むことを特徴とする付記５又は６に記載のスポットサイズ変換素子の製造方法。
（付記８）
基板上の第１クラッド層と、
前記第１クラッド層上に位置し第１のコア径を有する第１コアと、
前記第１クラッド上で前記第１コアに結合され、前記第１のコア径よりも大きな第２のコア径を有する第２コアと、
前記第１コアと前記第２コアを覆う第２クラッド層と、
を含み、
前記第２コアと前記第２クラッド層は、前記第１コア上で互いに隣接し、前記第２コアと前記第２クラッド層との界面において、前記第２コアと前記第２クラッドのいずれか一方が、他方に対して光伝搬方向に突出する突起を有する
ことを特徴とする光変換素子付き光導波路。

光通信におけるスポットサイズの変換に利用することができる。特に、シリコン導波路を用いたフォトニクスデバイスと、光ファイバあるいはレーザを光結合するサーバシステム、光ネットワーク等に利用することができる。

２ 光ファイバ
５ チャネル型導波路
１０、４０ スポットサイズ変換素子
１１ シリコン基板
１２ 埋め込み酸化膜
１３ シリコンコア又はシリコン導波路（第１コア）
１４ シリコン酸化膜
１５、４５ ＳｉＯＮコア（第２コア）
１６ ポリシリコン膜
１７ 金属シリサイド
２１、４１ ＴＥＯＳ膜（シリコン酸化膜）
２２、５２ 突起
２３ リブ型導波路
３０ 光モジュール
４７ 高融点金属膜

Claims (5)

1. 基板上の第１クラッド層上に、第１のコア径を有するシリコンの第１コアを形成し、
   スポットサイズ変換領域を除き、前記第１コア上にシリコン酸化膜を介して金属シリサイドを形成し、
   前記基板の全面に、前記第１クラッド層よりも屈折率の大きな第２コア材料を堆積し、
   前記金属シリサイドをエッチングストッパとして、前記第２コア材料をエッチング加工し、前記スポットサイズ変換領域に、前記第１コアと結合し、かつ前記第１のコア径よりも大きな第２のコア径を有する第２コアを形成し、
   前記金属シリサイドを除去し、
   前記金属シリサイドの除去後に、前記第１コア及び前記第２コアを覆う第２クラッド層を形成する
   ことを特徴とするスポットサイズ変換素子の製造方法。
2. 前記第２コアは、前記第１コアの端部を覆うとともに、前記第１コア上の前記金属シリサイドに一部重なって形成され、
   前記金属シリサイドの除去によって、前記第２コアと前記第１コアの間に光伝搬方向のくぼみが形成され、
   前記くぼみ内に前記第２クラッド層が入り込む、
   ことを特徴とする請求項１に記載のスポットサイズ変換素子の製造方法。
3. 基板上の第１クラッド層上に、第１のコア径を有するシリコンの第１コアを形成し、
   スポットサイズ変換領域の前記第１クラッド層と前記第１コア上に、シリコン酸化膜を介して金属膜を形成し、
   前記基板の全面に第２クラッド材料膜を形成し、
   前記金属膜をエッチングストッパとして前記第２クラッド材料膜をエッチングし、前記スポットサイズ変換領域を除く前記第１コア上に第２クラッド層を形成し、
   前記金属膜を除去し、
   前記基板の全面に前記第１クラッド層及び第２クラッド層よりも屈折率の大きな第２コア材料を堆積し、
   前記第２コア材料を所定の形状に加工して、前記スポットサイズ変換領域に、前記第１コアと結合し、かつ前記第１のコア径よりも大きな第２のコア径を有する第２コアを形成する、
   ことを特徴とするスポットサイズ変換素子の製造方法。
4. 前記金属膜を除去したことによって、前記第１コアと前記第２クラッド層との間に光伝搬方向に沿ったくぼみが形成され、
   前記くぼみ内に前記第２コアが入り込む
   ことを特徴とする請求項３に記載のスポットサイズ変換素子の製造方法。
5. 基板上の第１クラッド層と、
   前記第１クラッド層上に位置し第１のコア径を有する第１コアと、
   前記第１クラッド層上で前記第１コアに結合され、前記第１のコア径よりも大きな第２のコア径を有する第２コアと、
   前記第１コアと前記第２コアを覆う第２クラッド層と、
   を含み、
   前記第２コアと前記第２クラッド層は、前記第１コア上で互いに隣接し、前記第２コアの端面と前記第２クラッド層との界面において、前記第２コアと前記第２クラッド層のいずれか一方が、他方に対して前記界面の一部から光伝搬方向に突出する突起を有する
   ことを特徴とするスポットサイズ変換素子付き光導波路。

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