JP6492788B2 - Optical device and manufacturing method thereof - Google Patents

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本発明は、光デバイス及びその製造方法に関するものである。   The present invention relates to an optical device and a manufacturing method thereof.

近年、シリコン（Ｓｉ）のプロセス技術に基づいた光通信用の光デバイスの開発が盛んになっている。この光デバイスは、Ｓｉの光導波路を備えており、光ファイバ等の外部光回路と光結合される。このような光結合の実現する光デバイスとして、グレーティングカプラを用いる手法がある。グレーティングカプラは、例えばＳＯＩ基板のシリコン層に回折格子が形成されてなり、光導波路からの光を回折格子により、光導波路が形成されている基板の上方に回折させ、光ファイバ等と光結合させる。   In recent years, development of optical devices for optical communication based on silicon (Si) process technology has become active. This optical device includes a Si optical waveguide and is optically coupled to an external optical circuit such as an optical fiber. As an optical device that realizes such optical coupling, there is a method using a grating coupler. The grating coupler has a diffraction grating formed on, for example, a silicon layer of an SOI substrate. The grating coupler diffracts light from the optical waveguide above the substrate on which the optical waveguide is formed by the diffraction grating, and optically couples with an optical fiber or the like. .

特開２０１１−２０３６０４号公報JP 2011-203604 A 特開２０１１−１０７３８４号公報JP 2011-107384 A

Japanese Journal of Applied Physics Vol. 45, No. 8A, 2006, pp. 6071-6077 Ghent UniversityJapanese Journal of Applied Physics Vol. 45, No. 8A, 2006, pp. 6071-6077 Ghent University

通常、光デバイスのグレーティングカプラとなる回折格子は、図１（ａ）に示すように、ＳＯＩ基板１００を用いて形成される。ＳＯＩ基板１００は、シリコン基板１０１上にＳｉＯ2層１０２を介してシリコン層１０３が形成されてなる。図１（ｂ）に示すように、光デバイスのグレーティングカプラとなる回折格子１１０は、シリコン層１０３をエッチングすることで、光導波路のコア層１２０と同時に形成される。回折格子１１０を形成するには、ＳＯＩ基板１００のシリコン層１０３を反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）でフルエッチングすることが考えられる。この場合、回折格子１１０の各凸部１１０ａは孤立した上下対称の形状となる。回折格子１１０における回折光は、凸部１１０ａの上下対称形状に依存して上下方向で対称となり、隣り合う凸部１１０ａ間の底面には空気よりは屈折率の高いＳｉＯ2層１０２が存するにしても、上方への出射効率が悪いという問題がある。 Usually, a diffraction grating serving as a grating coupler of an optical device is formed using an SOI substrate 100 as shown in FIG. The SOI substrate 100 is formed by forming a silicon layer 103 on a silicon substrate 101 via a SiO 2 layer 102. As shown in FIG. 1B, the diffraction grating 110 serving as a grating coupler of the optical device is formed simultaneously with the core layer 120 of the optical waveguide by etching the silicon layer 103. In order to form the diffraction grating 110, it can be considered that the silicon layer 103 of the SOI substrate 100 is fully etched by reactive ion etching (RIE). In this case, each convex part 110a of the diffraction grating 110 has an isolated vertically symmetrical shape. The diffracted light in the diffraction grating 110 is symmetric in the vertical direction depending on the vertically symmetrical shape of the convex portion 110a, and the SiO 2 layer 102 having a higher refractive index than air is present on the bottom surface between the adjacent convex portions 110a. However, there is a problem that the upward emission efficiency is poor.

更に、グレーティングカプラを用いた光デバイスでは、図１（ｃ）に示すように、導波光をコア層１２０内に閉じ込めるために、コア層１２０上を覆うＳｉＯ2層１０４を形成する。このとき、回折格子１１０上にもＳｉＯ2層１０４が形成される。ＳｉＯ2層１０４の回折格子１１０上の部分は、工程増や回折格子１１０へのダメージを回避するため、そのまま残しておく。この場合、回折格子１１０の凸部１１０ａ間の領域では、同材料のＳｉＯ2層１０２，１０４が接合されている。そのため、回折格子１１０の上方への回折光の出射効率は極めて悪くなる。 Further, in an optical device using a grating coupler, as shown in FIG. 1C, in order to confine the guided light in the core layer 120, an SiO 2 layer 104 covering the core layer 120 is formed. At this time, the SiO 2 layer 104 is also formed on the diffraction grating 110. The portion of the SiO 2 layer 104 on the diffraction grating 110 is left as it is in order to avoid an increase in processes and damage to the diffraction grating 110. In this case, the SiO 2 layers 102 and 104 of the same material are joined in the region between the convex portions 110a of the diffraction grating 110. Therefore, the emission efficiency of the diffracted light above the diffraction grating 110 is extremely deteriorated.

この問題に対処すべく、例えば特許文献１では、図１（ｃ）の構造に付加して、シリコン基板の裏面に窪みを形成して反射膜を形成する等の工夫がなされている。しかしながらこの場合、工程増や製造コスト増、歩留まりの低下を招来するという問題がある。   In order to deal with this problem, for example, in Patent Document 1, in addition to the structure of FIG. 1C, a contrivance such as forming a reflective film by forming a recess on the back surface of the silicon substrate has been made. However, in this case, there is a problem that an increase in processes, a manufacturing cost, and a decrease in yield are caused.

また、例えば特許文献２及び非特許文献１では、シリコン層から回折格子を形成する際に、シリコン層をＲＩＥでハーフエッチングする。しかしながらこの場合、エッチングチャンバ温度の変動やパターン依存性(マイクロローディング)等に起因して、エッチングレートの変動が生じる。そうすると、図２に示すように、回折格子１１０の凸部１１０ａ間の領域（凹部の底面）で膜厚変動が発生する。エッチング条件の最適化を行っても、光デバイスの面内で１０％以下程度の膜厚分布は避けられない。この膜厚変動は、１つの光デバイス内のみならず、複数の光デバイスが形成された基板間でも見られる。そのため、回折格子１１０の上方への回折光の出射角度が変動し、光ファイバとの光結合損失が大きく、光結合時の調心作業に非常に多くの時間を要する。特に、光ファイバを複数本配置して一括アライメントを行う場合には、光デバイス毎に出射角度が異なると光ファイバによる調芯(角度)調整を行うことができないという問題がある。   For example, in Patent Document 2 and Non-Patent Document 1, when a diffraction grating is formed from a silicon layer, the silicon layer is half-etched by RIE. However, in this case, the etching rate varies due to variations in the etching chamber temperature, pattern dependency (microloading), and the like. Then, as shown in FIG. 2, the film thickness variation occurs in the region between the convex portions 110 a of the diffraction grating 110 (the bottom surface of the concave portion). Even if the etching conditions are optimized, a film thickness distribution of about 10% or less is inevitable in the plane of the optical device. This film thickness variation is seen not only within one optical device but also between substrates on which a plurality of optical devices are formed. For this reason, the outgoing angle of the diffracted light above the diffraction grating 110 fluctuates, the optical coupling loss with the optical fiber is large, and alignment work at the time of optical coupling requires a very long time. In particular, when a plurality of optical fibers are arranged and batch alignment is performed, there is a problem that alignment (angle) adjustment using an optical fiber cannot be performed if the emission angle differs for each optical device.

本発明は、上記の諸問題を解決すべくなされたものであり、工程増や製造コスト増、歩留まりの低下を招来することなく、出射角度の揃った均一な光出射が得られ、光ファイバとの光結合損失が小さく光結合時の調心作業を容易且つ確実に行うことができる信頼性の高い光デバイス及びその製造方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and uniform light emission with a uniform emission angle can be obtained without causing an increase in process, an increase in manufacturing cost, and a decrease in yield. It is an object of the present invention to provide a highly reliable optical device that can easily and reliably perform alignment work during optical coupling and a method for manufacturing the same.

光デバイスの一態様は、下層と、前記下層上に形成されており、前記下層よりも屈折率の高い、光導波路のコア層及び前記コア層と並んで所定の間隔で離間する各々孤立した複数の凸部を有する回折格子と、前記複数の凸部の表面及び前記凸部間の前記下層の表面を覆う、前記下層よりも屈折率の高い被覆層と、前記コア層の表面を覆い、前記被覆層の表面を露出させる、前記コア層よりも屈折率の低い上層とを含む。 An aspect of the optical device includes a lower layer and a plurality of isolated layers formed on the lower layer and having a higher refractive index than the lower layer and spaced apart at a predetermined interval alongside the core layer of the optical waveguide and the core layer. Covering the surface of the plurality of convex portions and the surface of the lower layer between the convex portions, the coating layer having a higher refractive index than the lower layer, the surface of the core layer, And an upper layer having a refractive index lower than that of the core layer, exposing the surface of the coating layer .

光デバイスの製造方法の一態様は、下層上に形成されており、前記下層よりも屈折率の高い層をフルエッチングして、光導波路のコア層と、前記コア層と並んで前記下層上において所定の間隔で離間する各々孤立した複数の凸部を有する回折格子とを形成する工程と、前記複数の凸部の表面及び前記凸部間の前記下層の表面を覆う、前記下層よりも屈折率の高い被覆層を形成する工程と、前記コア層の表面を覆い、前記被覆層の表面を露出させる、前記コア層よりも屈折率の低い上層を形成する工程とを含む。 One aspect of the method for manufacturing an optical device is formed on a lower layer, a layer having a higher refractive index than the lower layer is fully etched, and a core layer of an optical waveguide is aligned with the core layer on the lower layer. A step of forming a diffraction grating having a plurality of isolated convex portions separated by a predetermined interval, and covering a surface of the plurality of convex portions and a surface of the lower layer between the convex portions, and having a refractive index higher than that of the lower layer And a step of forming an upper layer having a lower refractive index than the core layer, covering the surface of the core layer and exposing the surface of the core layer .

上記の諸態様によれば、工程増や製造コスト増、歩留まりの低下を招来することなく、出射角度の揃った均一な光出射が得られ、光ファイバとの光結合損失が小さく光結合時の調心作業を容易且つ確実に行うことができる信頼性の高い光デバイスが実現する。   According to the above aspects, uniform light emission with a uniform emission angle can be obtained without incurring an increase in process, production cost, and yield, and optical coupling loss with an optical fiber is small, and optical coupling can be achieved. A highly reliable optical device that can perform alignment work easily and reliably is realized.

従来のグレーティングカプラを備えた光デバイスの問題点を説明するための概略断面図である。It is a schematic sectional drawing for demonstrating the problem of the optical device provided with the conventional grating coupler. 従来のグレーティングカプラを備えた光デバイスの問題点を説明するための概略断面図である。It is a schematic sectional drawing for demonstrating the problem of the optical device provided with the conventional grating coupler. 本実施形態による光デバイスの製造方法を工程順に示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the manufacturing method of the optical device by this embodiment in order of a process. 図３に引き続き、本実施形態による光デバイスの製造方法を工程順に示す概略断面図である。FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing the optical device manufacturing method according to the present embodiment in the order of steps, following FIG. 3. 本実施形態による光デバイスの構成及び機能を説明するための概略断面図である。It is a schematic sectional drawing for demonstrating the structure and function of the optical device by this embodiment.

以下、グレーティングカプラを有する光デバイスの具体的な実施形態について、図面を用いて詳細に説明する。   Hereinafter, specific embodiments of an optical device having a grating coupler will be described in detail with reference to the drawings.

図３〜図４は、本実施形態による光デバイスの製造方法を工程順に示す概略断面図である。
先ず、図３（ａ）に示すように、ＳＯＩ基板１を用意する。ＳＯＩ基板１０は、単結晶のシリコン基板１１上に下層であるＳｉＯ2層１２を介して単結晶のシリコン層１３が形成されてなる。
続いて、図３（ｂ）に示すように、レジストパターン２１を形成する。
詳細には、ＳＯＩ基板１０のシリコン層１３上にレジストを塗布し、このレジストをリソグラフィーにより加工する。これにより、回折格子の凹部の形成予定部位に開口２１ａを有するレジストパターン２１が形成される。 3 to 4 are schematic cross-sectional views illustrating the method of manufacturing the optical device according to the present embodiment in the order of steps.
First, as shown in FIG. 3A, an SOI substrate 1 is prepared. The SOI substrate 10 is formed by forming a single crystal silicon layer 13 on a single crystal silicon substrate 11 via a lower SiO 2 layer 12.
Subsequently, as shown in FIG. 3B, a resist pattern 21 is formed.
Specifically, a resist is applied on the silicon layer 13 of the SOI substrate 10, and this resist is processed by lithography. As a result, a resist pattern 21 having an opening 21a is formed at a site where the concave portion of the diffraction grating is to be formed.

続いて、図３（ｃ）に示すように、シリコン層１３をフルエッチングする。
詳細には、レジストパターン２１をマスクとして、シリコン層１３下のＳｉＯ2層１２の表面が露出するまでシリコン層１３を反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）でフルエッチングする。以上により、下層のＳｉＯ2層１２上には、シリコン層１３が複数の凸部１５ａに分断されて、光導波路のコア層１４及び回折格子１５が形成される。ＳｉＯ2層１２のコア層１４下の部分は、光導波路の下部クラッドとなる。
レジストパターン２１は、アッシング処理又は薬液を用いたウェット処理により除去される。 Subsequently, as shown in FIG. 3C, the silicon layer 13 is fully etched.
Specifically, using the resist pattern 21 as a mask, the silicon layer 13 is fully etched by reactive ion etching (RIE) until the surface of the SiO 2 layer 12 under the silicon layer 13 is exposed. Thus, on the lower SiO 2 layer 12, the silicon layer 13 is divided into a plurality of convex portions 15a, and the core layer 14 and the diffraction grating 15 of the optical waveguide are formed. The portion of the SiO 2 layer 12 below the core layer 14 becomes the lower cladding of the optical waveguide.
The resist pattern 21 is removed by an ashing process or a wet process using a chemical solution.

続いて、図３（ｄ）に示すように、被覆膜１６を形成する。
詳細には、コア層１４の表面と、回折格子１５の凸部１５ａの表面及び隣り合う凸部１５ａ間で露出するＳｉＯ2層１２の表面と覆う被覆膜１６を形成する。被覆膜１６は、ＳｉＯ2層１２よりも屈折率が高く、コア層１４に近い屈折率を持つ材料からなる薄膜であり、本実施形態では多結晶シリコンからなる。この多結晶シリコンは、ＣＶＤ法又はＡＬＤにより、例えば５０ｎｍ程度の厚みに堆積される。ＣＶＤ法又はＡＬＤによる成膜では、膜厚の基板面内分布が均一であり、下地形状の影響も受け難い。そのため、成膜条件を調節して最適化することにより、膜厚の基板面内分布が０．５％以下の誤差範囲に抑えられる。被覆膜１６の材料は、多結晶シリコン膜の替わりに、例えばアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）、水素化アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ：Ｈ）、及びゲルマニウム（Ｇｅ）から選ばれた少なくとも１種（１種又は混晶）としても良い。 Subsequently, a coating film 16 is formed as shown in FIG.
Specifically, a coating film 16 is formed to cover the surface of the core layer 14 and the surface of the convex portion 15a of the diffraction grating 15 and the surface of the SiO 2 layer 12 exposed between the adjacent convex portions 15a. The coating film 16 is a thin film made of a material having a refractive index higher than that of the SiO 2 layer 12 and a refractive index close to that of the core layer 14, and is made of polycrystalline silicon in this embodiment. This polycrystalline silicon is deposited to a thickness of, for example, about 50 nm by CVD or ALD. In the film formation by the CVD method or ALD, the distribution of the film thickness in the substrate surface is uniform and is hardly affected by the base shape. Therefore, by adjusting and optimizing the film formation conditions, the in-plane distribution of the film thickness can be suppressed to an error range of 0.5% or less. The material of the coating film 16 is at least one selected from, for example, amorphous silicon (a-Si), hydrogenated amorphous silicon (a-Si: H), and germanium (Ge) instead of the polycrystalline silicon film ( 1 type or mixed crystal).

続いて、図４（ａ）に示すように、レジストパターン２２を形成する。
詳細には、被覆膜１６上にレジストを塗布し、このレジストをリソグラフィーにより加工する。これにより、被覆膜１６の回折格子１５上の部分を覆い、被覆膜１６のコア層１４上の一部を露出させるレジストパターン２２が形成される。 Subsequently, as shown in FIG. 4A, a resist pattern 22 is formed.
Specifically, a resist is applied on the coating film 16, and this resist is processed by lithography. As a result, a resist pattern 22 that covers a portion of the coating film 16 on the diffraction grating 15 and exposes a part of the coating film 16 on the core layer 14 is formed.

続いて、図４（ｂ）に示すように、被覆膜１６のコア層１４上の一部を除去する。
詳細には、レジストパターン２２をマスクとして、被覆膜１６下のコア層１４の表面が露出するまで被覆膜１６をドライエッチングして除去する。
コア層１４及び回折格子１５は、膜厚の均一なシリコン層１３をエッチングすることで形成されている。そのため、回折格子１５及び被覆膜１６の合計膜厚（ＳｉＯ2層１２の表面からの高さ）は、コア層１４の膜厚（ＳｉＯ2層１２の表面からの高さ）よりも高くなる。
レジストパターン２２は、アッシング処理又は薬液を用いたウェット処理により除去される。 Subsequently, as shown in FIG. 4B, a part of the coating film 16 on the core layer 14 is removed.
Specifically, using the resist pattern 22 as a mask, the coating film 16 is removed by dry etching until the surface of the core layer 14 under the coating film 16 is exposed.
The core layer 14 and the diffraction grating 15 are formed by etching the silicon layer 13 having a uniform thickness. Therefore, the total thickness of the diffraction grating 15 and the covering film 16 (the height from the surface of the SiO 2 layer 12) is higher than the thickness of the core layer 14 (the height from the surface of the SiO 2 layer 12) .
The resist pattern 22 is removed by an ashing process or a wet process using a chemical solution.

続いて、図４（ｃ）に示すように、ＴＥＯＳ層１７を形成する。
詳細には、コア層１４及び被覆膜１６を覆うように、ＣＶＤ法により例えばＴＥＯＳを１μｍ程度の膜厚に堆積する。以上により、上層であるＴＥＯＳ層１７が形成される。ＴＥＯＳ層１７のうち、コア層１４上を覆う部分は、光導波路の上部クラッドとなる。ＴＥＯＳ層１７のうち、グレーティングカプラ２上を覆う部分については、工程増やグレーティングカプラ２へのダメージを回避するため、そのまま残しておく。光出射効率の更なる向上等を考慮して、ＴＥＯＳ層１７のグレーティングカプラ２上を覆う部分を削除することも考えられる。 Subsequently, a TEOS layer 17 is formed as shown in FIG.
Specifically, for example, TEOS is deposited to a thickness of about 1 μm by a CVD method so as to cover the core layer 14 and the coating film 16. Thus, the upper TEOS layer 17 is formed. The portion of the TEOS layer 17 that covers the core layer 14 becomes the upper clad of the optical waveguide. A portion of the TEOS layer 17 that covers the grating coupler 2 is left as it is to avoid an increase in the process and damage to the grating coupler 2. Considering further improvement of the light emission efficiency, etc., it is conceivable to delete the portion of the TEOS layer 17 covering the grating coupler 2.

以上により、シリコン基板１１上に光導波路１とグレーティングカプラ２とが一体形成されてなる光デバイスが形成される。光導波路１は、コア層１４をＳｉＯ2層１２の下部クラッドとＴＥＯＳ層１７の上部クラッドとで挟持されてなる。グレーティングカプラ２は、回折格子１５及びその上を覆う被覆膜１６からなる。 Thus, an optical device in which the optical waveguide 1 and the grating coupler 2 are integrally formed on the silicon substrate 11 is formed. In the optical waveguide 1, the core layer 14 is sandwiched between the lower clad of the SiO 2 layer 12 and the upper clad of the TEOS layer 17. The grating coupler 2 includes a diffraction grating 15 and a coating film 16 covering the diffraction grating 15.

本実施形態による光デバイスでは、グレーティングカプラ２は、フルエッチングで形成された孤立パターンである複数の凸部１５ａからなる回折格子１５が膜厚の均一な被覆膜１６で覆われて構成される。被覆膜１６により、グレーティングカプラ２の凸部１５ａの部分が上下で非対称（下方が閉塞され上方が開放された）の状態となる。図５に示すように、被覆膜１６はその下部のＳｉＯ2層１２よりも屈折率が高いため、光導波路１のコア層１４を通過した光は、グレーティングカプラ２でその殆どが上方へ回折する。各凸部１５ａ間の凹部底面は被覆膜１６により均一な厚みとされており、グレーティングカプラ２は凹凸状態が均等であるため、上方への回折光は、例えば図５中の矢印Ａで示すように同一角度に均一に揃って出射される。光デバイスの出射光は、コネクタ４で固定された光ファイバ３で受光される。グレーティングカプラ２における出射光の出射角度が均一に揃っているため、光結合損失が少なく、光ファイバ３の正確な位置合わせ（調針）作業を短時間で容易に行うことができる。 In the optical device according to the present embodiment, the grating coupler 2 is configured such that the diffraction grating 15 composed of a plurality of convex portions 15a which are isolated patterns formed by full etching is covered with a coating film 16 having a uniform film thickness. . Due to the coating film 16, the convex portion 15 a of the grating coupler 2 is in an asymmetrical state (the lower part is closed and the upper part is opened). As shown in FIG. 5, since the coating film 16 has a higher refractive index than the SiO 2 layer 12 therebelow, most of the light that has passed through the core layer 14 of the optical waveguide 1 is diffracted upward by the grating coupler 2. To do. The concave bottom surface between the convex portions 15a has a uniform thickness by the coating film 16, and the grating coupler 2 has an even concavo-convex state. Therefore, upward diffracted light is indicated, for example, by an arrow A in FIG. Thus, the light is emitted uniformly at the same angle. The light emitted from the optical device is received by the optical fiber 3 fixed by the connector 4. Since the outgoing angles of the outgoing light in the grating coupler 2 are uniform, there is little optical coupling loss, and accurate positioning (tuning) of the optical fiber 3 can be easily performed in a short time.

また、被覆膜１６は、コア層１４（シリコン層１３）の屈折率に近い屈折率の材料、ここでは多結晶シリコンから形成されている。この構成により、コア層１４と被覆膜１６との境界部位（コア層１４の側面の光出射部位）における光反射が可及的に防止され、光結合損失の更なる抑止が実現する。   The coating film 16 is made of a material having a refractive index close to that of the core layer 14 (silicon layer 13), here, polycrystalline silicon. With this configuration, light reflection at the boundary portion between the core layer 14 and the coating film 16 (light emitting portion on the side surface of the core layer 14) is prevented as much as possible, and further suppression of optical coupling loss is realized.

以上説明したように、本実施形態によれば、工程増や製造コスト増、歩留まりの低下を招来することなく、出射角度の揃った均一な光出射が得られる。光ファイバ３との光結合損失が小さく光結合時の調心作業を容易且つ確実に行うことができる信頼性の高い光デバイスが実現する。   As described above, according to the present embodiment, uniform light emission with uniform emission angles can be obtained without increasing the number of processes, increasing the manufacturing cost, and reducing the yield. A highly reliable optical device is realized that has a small optical coupling loss with the optical fiber 3 and that can easily and reliably perform alignment work during optical coupling.

以下、光デバイス及びその製造方法の諸態様を付記としてまとめて記載する。   Hereinafter, various aspects of the optical device and the manufacturing method thereof will be collectively described as additional notes.

（付記１）下層と、
前記下層上に形成されており、前記下層よりも屈折率の高い、光導波路のコア層及び前記コア層と並んで所定の間隔で離間する各々孤立した複数の凸部を有する回折格子と、
前記複数の凸部の表面及び前記凸部間の前記下層の表面を覆う、前記下層よりも屈折率の高い被覆層と
を含むことを特徴とする光デバイス。 (Supplementary note 1)
A diffraction grating formed on the lower layer, having a refractive index higher than that of the lower layer, and having a plurality of isolated convex portions spaced apart from each other at a predetermined interval alongside the core layer of the optical waveguide and the core layer;
An optical device comprising: a coating layer that covers a surface of the plurality of convex portions and a surface of the lower layer between the convex portions and has a refractive index higher than that of the lower layer.

（付記２）前記複数の凸部が単結晶シリコンを材料として形成され、前記被覆層が多結晶シリコン、アモルファスシリコン及びゲルマニウムから選ばれた少なくとも１種を材料として形成されていることを特徴とする付記１に記載の光デバイス。   (Appendix 2) The plurality of convex portions are formed using single crystal silicon as a material, and the coating layer is formed using at least one selected from polycrystalline silicon, amorphous silicon, and germanium as a material. The optical device according to appendix 1.

（付記３）前記下層の表面から前記被覆層の上面までの高さは、前下層の表面から前記コア層の上面までの高さよりも高いことを特徴とする付記１又は２に記載の光デバイス。   (Supplementary note 3) The optical device according to Supplementary note 1 or 2, wherein a height from the surface of the lower layer to the upper surface of the coating layer is higher than a height from the surface of the previous lower layer to the upper surface of the core layer. .

（付記４）前記コア層の表面及び前記被覆層の表面を覆う、前記コア層よりも屈折率の低い上層を更に含むことを特徴とする付記１〜３のいずれか１項に記載の光デバイス。   (Appendix 4) The optical device according to any one of appendices 1 to 3, further including an upper layer having a refractive index lower than that of the core layer, which covers the surface of the core layer and the surface of the coating layer. .

（付記５）下層上に形成されており、前記下層よりも屈折率の高い層をフルエッチングして、光導波路のコア層と、前記コア層と並んで前記下層上において所定の間隔で離間する各々孤立した複数の凸部を有する回折格子とを形成する工程と、
前記複数の凸部の表面及び前記凸部間の前記下層の表面を覆う、前記下層よりも屈折率の高い被覆層を形成する工程と
を含むことを特徴とする光デバイスの製造方法。 (Supplementary Note 5) A layer formed on the lower layer and having a refractive index higher than that of the lower layer is fully etched to be separated from the core layer of the optical waveguide along with the core layer at a predetermined interval on the lower layer. Forming a diffraction grating having a plurality of isolated protrusions each;
Forming a coating layer having a refractive index higher than that of the lower layer, covering the surface of the plurality of convex portions and the surface of the lower layer between the convex portions.

（付記６）前記複数の凸部が単結晶シリコンを材料として形成され、前記被覆層が多結晶シリコン、アモルファスシリコン及びゲルマニウムから選ばれた少なくとも１種を材料として形成されることを特徴とする付記５に記載の光デバイスの製造方法。   (Supplementary note 6) The supplementary notes, wherein the plurality of convex portions are formed using single crystal silicon as a material, and the covering layer is formed using at least one selected from polycrystalline silicon, amorphous silicon, and germanium as a material. 6. A method for producing an optical device according to 5.

（付記７）前記下層の表面から前記被覆層の上面までの高さは、前記下層の表面から前記コア層の上面までの高さよりも高いことを特徴とする付記５又は６に記載の光デバイスの製造方法。   (Appendix 7) The optical device according to appendix 5 or 6, wherein a height from the surface of the lower layer to the upper surface of the coating layer is higher than a height from the surface of the lower layer to the upper surface of the core layer. Manufacturing method.

（付記８）前記コア層の表面及び前記被覆層の表面を覆う、前記コア層よりも屈折率の低い上層を形成する工程を更に含むことを特徴とする付記５〜７のいずれか１項に記載の光デバイスの製造方法。   (Appendix 8) In any one of appendices 5 to 7, further including a step of covering the surface of the core layer and the surface of the coating layer, and forming an upper layer having a refractive index lower than that of the core layer. The manufacturing method of the optical device of description.

１ 光導波路
２ グレーティングカプラ
３ 光ファイバ
４ コネクタ
１０，１００ ＳＯＩ基板
１１，１０１ シリコン基板
１２，１０２，１０４ ＳｉＯ2層
１３，１０３ シリコン層
１５ａ，１１０ａ 凸部
１４，１２０ コア層
１５，１１０ 回折格子
１６ 被覆膜
１７ ＴＥＯＳ層
２１，２２ レジストパターン
２１ａ 開口 1 waveguide 2 grating coupler 3 optical fiber 4 connectors 10, 100 SOI substrate 11 and 101 silicon substrate 12,102,104 SiO 2 layer 13,103 silicon layer 15a, 110a projecting portion 14,120 core layer 15,110 diffraction grating 16 Covering film 17 TEOS layers 21 and 22 Resist pattern 21a Opening

Claims (5)

下層と、
前記下層上に形成されており、前記下層よりも屈折率の高い、光導波路のコア層及び前記コア層と並んで所定の間隔で離間する各々孤立した複数の凸部を有する回折格子と、
前記複数の凸部の表面及び前記凸部間の前記下層の表面を覆う、前記下層よりも屈折率の高い被覆層と、
前記コア層の表面を覆い、前記被覆層の表面を露出させる、前記コア層よりも屈折率の低い上層と
を含むことを特徴とする光デバイス。 The lower layer,
A diffraction grating formed on the lower layer, having a refractive index higher than that of the lower layer, and having a plurality of isolated convex portions spaced apart from each other at a predetermined interval alongside the core layer of the optical waveguide and the core layer;
Covering the surface of the plurality of convex portions and the surface of the lower layer between the convex portions , a coating layer having a higher refractive index than the lower layer ,
An optical device comprising: an upper layer that covers the surface of the core layer and exposes the surface of the coating layer, and has a lower refractive index than the core layer . 前記複数の凸部が単結晶シリコンを材料として形成され、前記被覆層が多結晶シリコン、アモルファスシリコン及びゲルマニウムから選ばれた少なくとも１種を材料として形成されていることを特徴とする請求項１に記載の光デバイス。   The plurality of protrusions are formed using single crystal silicon as a material, and the covering layer is formed using at least one selected from polycrystalline silicon, amorphous silicon, and germanium as a material. The optical device described. 前記下層の表面から前記被覆層の上面までの高さは、前下層の表面から前記コア層の上面までの高さよりも高いことを特徴とする請求項１又は２に記載の光デバイス。   3. The optical device according to claim 1, wherein a height from the surface of the lower layer to the upper surface of the coating layer is higher than a height from the surface of the previous lower layer to the upper surface of the core layer. 下層上に形成されており、前記下層よりも屈折率の高い層をフルエッチングして、光導波路のコア層と、前記コア層と並んで前記下層上において所定の間隔で離間する各々孤立した複数の凸部を有する回折格子とを形成する工程と、
前記複数の凸部の表面及び前記凸部間の前記下層の表面を覆う、前記下層よりも屈折率の高い被覆層を形成する工程と、
前記コア層の表面を覆い、前記被覆層の表面を露出させる、前記コア層よりも屈折率の低い上層を形成する工程と
を含むことを特徴とする光デバイスの製造方法。 A plurality of layers formed on the lower layer and having a refractive index higher than that of the lower layer are separated by a predetermined interval on the lower layer along with the core layer of the optical waveguide, along with the core layer. Forming a diffraction grating having a convex portion of
Forming a coating layer having a higher refractive index than the lower layer, covering the surface of the plurality of convex portions and the surface of the lower layer between the convex portions ;
And a step of forming an upper layer having a refractive index lower than that of the core layer, covering the surface of the core layer and exposing the surface of the coating layer . 前記複数の凸部が単結晶シリコンを材料として形成され、前記被覆層が多結晶シリコン、アモルファスシリコン及びゲルマニウムから選ばれた少なくとも１種を材料として形成されることを特徴とする請求項４に記載の光デバイスの製造方法。 Wherein the plurality of convex portions are formed of single-crystal silicon as the material, according to claim 4, wherein the coating layer is being formed at least one selected from polycrystalline silicon, amorphous silicon and germanium as a material Optical device manufacturing method.
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