JP6946936B2

JP6946936B2 - 光導波路およびその製造方法

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Publication number: JP6946936B2
Application number: JP2017209982A
Authority: JP
Inventors: 土澤　泰; 泰土澤; 達郎開; 亮中尾; 卓磨相原
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Priority date: 2017-10-31
Filing date: 2017-10-31
Publication date: 2021-10-13
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Description

本発明は、クラッドをＳｉＣから構成した光導波路およびその製造方法に関する。

小型化、高集積化を進めて光デバイスの高機能・低消費電力化を実現させる目的から、近年、シリコンなど高い屈折率を有する材料をコアに用いた微小光導波路に基づく光導波路デバイスの開発が盛んになっている。シリコンをコア材料とする場合、シリコンとクラッドに用いる酸化シリコンとの大きい屈折率差を利用し、断面寸法が２００ｎｍ〜５００ｎｍ程度の小さいコア内に光を閉じ込めることができ、半径数ミクロンの急峻な曲げを可能にする光導波路が実現できる。

コアをシリコンから構成したシリコン光導波路など微細光導波路を用いると、微小な領域に光回路を構成することができる。また、光導波路の上の一部にヒータを配置して光導波路を加熱して屈折率を変化させることで、光導波路を伝搬する光の位相を変化させて、光スイッチなどの機能をもった光回路を構成できるため、光デバイスの高集積化を実現できるプラットフォームとして期待されている（特許文献１参照）。

特許第４９３４６１４号公報

ところで、近年、情報通信量の急速な増大が続くなか、光デバイスの小型化、高機能化、低消費電力化が求められ、これを実現するためにはさまざまな機能を持つ光デバイスを微小領域に集積することが必須となってきている。一方、光デバイスには、熱を与えて屈折率を変えることで機能を持たせたものや、電流を注入して動作させるために発熱して熱源となるものがある。このため、光デバイスを微小領域に集積しようとすると、熱の影響で個々のデバイス特性が劣化したり、隣接するデバイスの特性に影響を与えたりして、集積デバイスが期待した特性で動作しないという問題が顕在してきた。

本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、光デバイスにおける熱の影響がより低減できるようにすることを目的とする。

本発明に係る光導波路の製造方法は、基板の上に下部クラッド層が形成された状態とする第１工程と、下部クラッド層の上にコアが形成された状態とする第２工程と、コアを覆う上部クラッド層が下部クラッド層の上に形成された状態とする第３工程とを備え、下部クラッド層および上部クラッド層の少なくとも一方を、プラズマＣＶＤ法により堆積したＳｉＣから構成し、コアは、ＩｎＰから構成する。

上記光導波路の製造方法において、下部クラッド層および上部クラッド層の少なくとも一方を、シランとエチレンとからなる原料ガス、またはシランとエチレンと希ガスとからなる原料ガスのいずれかを用いたＥＣＲプラズマＣＶＤ法により堆積したＳｉＣから構成すればよい。

上記光導波路の製造方法において、下部クラッド層および上部クラッド層の少なくとも一方を、重水素化シランと重水素化エチレンとからなる原料ガス、または重水素化シランと重水素化エチレンと希ガスとからなる原料ガスのいずれかを用いたＥＣＲプラズマＣＶＤ法により堆積したＳｉＣから構成してもよい。

上記光導波路の製造方法において、炭素を含む原料ガスの流量によって、下部クラッド層および上部クラッド層の少なくとも一方の屈折率を制御することができる。

本発明に係る光導波路は、基板の上に形成された下部クラッド層と、下部クラッド層の上に形成されたコアと、コアを覆って下部クラッド層の上に形成された上部クラッド層とを備え、下部クラッド層および上部クラッド層の少なくとも一方は、ＳｉＣから構成されている。

上記光導波路において、下部クラッド層および上部クラッド層の少なくとも一方を構成するＳｉＣは、水素、重水素の少なくとも１つの原子を含んでいる。また、下部クラッド層および上部クラッド層の少なくとも一方を構成するＳｉＣは、アルゴン，クリプトン，キセノンの少なくとも１つの原子を含んでいる。

上記光導波路において、コアは、ＩｎＰから構成する。

以上説明したように、本発明によれば、下部クラッド層および上部クラッド層の少なくとも一方は、ＳｉＣから構成されているようにしたので、光デバイスにおける熱の影響がより低減できるという優れた効果が得られる。

図１は、本発明の実施の形態における光導波路の製造方法を説明するための説明図である。図２は、ＥＣＲプラズマＣＶＤ装置の構成を示す構成図である。図３は、図２を用いて説明したＥＣＲプラズマＣＶＤ装置により形成したＳｉＣ膜の成膜速度および屈折率を調べた結果を示す特性図である。図４は、図２を用いて説明したＥＣＲプラズマＣＶＤ装置により形成したＳｉＣ膜の成膜速度と屈折率のＣ₂Ｈ₄ガス流量依存性を調べた結果を示す特性図である。図５は、図２を用いて説明したＥＣＲプラズマＣＶＤ装置により成膜温度を変えて形成したＳｉＣ膜の、赤外スペクトルの測定によるＣ−Ｈ／Ｓｉ−ＣとＳｉ−Ｈ／Ｓｉ−Ｃの強度比の変化を示す特性図である。図６Ａは、マッハツェンダー干渉計（ＭＺＩ）型光スイッチの構成を示す構成図である。図６Ｂは、本発明の実施の形態における光導波路の構成を示す断面図である。図７は、本発明の実施の形態における光導波路の他の構成を示す断面図である。図８は、本発明の実施の形態における光導波路の他の構成を示す断面図である。

以下、本発明の実施の形態における光導波路の製造方法ついて図１を参照して説明する。

まず、第１工程Ｓ１０１で、図１の（ａ）に示すように、基板１０１の上に下部クラッド層１０２が形成された状態とする。次に、第２工程Ｓ１０２で、図１の（ｂ）に示すように、下部クラッド層１０２の上にコア１０３が形成された状態とする。

例えば、よく知られたＳＯＩ（Silicon on Insulator）基板を用いればよい。ＳＯＩ基板の結晶シリコンからなる基板部を基板１０１とし、ＳＯＩ基板の酸化シリコンからなる埋め込み絶縁層を下部クラッド層１０２とする。また、ＳＯＩ基板の表面シリコン層をパターニングすることで、コア１０３を形成すればよい。この場合、下部クラッド層１０２は、酸化シリコンから構成されたものとなる。

例えば、表面シリコン層の表面を熱酸化する、あるいはＣＶＤ法で酸化シリコン（ＳｉＯ₂）を堆積する、あるいはこれら両方を用い、表面シリコン層の上に酸化シリコン層を形成する。次に、形成した酸化シリコン層の上に、周知のリソグラフィ技術を用いてレジストパターンを形成する。このレジストパターンをマスクとし、公知のエッチング技術により酸化シリコン層をパターニングすることで、マスクパターンを形成する。このようにして形成したマスクパターンを用い、公知のエッチング技術により表面シリコン層をパターニングすることで、コア１０３を形成すればよい。

また、単結晶シリコンからなる基板１０１を用意し、この上に、所定の絶縁材料を堆積することで下部クラッド層１０２を形成し、この上に、例えばシリコンなど所望とする半導体層を堆積し、この半導体層をパターニングすることで、コア１０３を形成してもよい。上記絶縁材料をＳｉＣとすれば、下部クラッド層１０２は、ＳｉＣから構成されたものとなる。

次に、第３工程Ｓ１０３で、図１の（ｃ）に示すように、コア１０３を覆う上部クラッド層１０４が下部クラッド層１０２の上に形成された状態とする。例えば、電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）プラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法により、ＳｉＣを堆積することで、上部クラッド層１０４を形成する。例えば、シラン（ＳｉＨ₄）とエチレン（Ｃ₂Ｈ₄）とからなる原料ガスを用いたＥＣＲプラズマＣＶＤ法により、厚さ３μｍ程度に上部クラッド層１０４を形成すればよい。

なお、上部クラッド層１０４を形成するための原料ガスは、シラン（ＳｉＨ₄）とエチレン（Ｃ₂Ｈ₄）と希ガスとから構成してもよい。また、上部クラッド層１０４を形成するための原料ガスは、重水素化シラン（ＳｉＤ₄）と重水素化エチレン（Ｃ₂Ｄ₄）とから構成してもよく、重水素化シラン（ＳｉＤ₄）と重水素化エチレン（Ｃ₂Ｄ₄）と希ガスとから構成してもよい。希ガスは、Ａｒ、Ｋｒ，Ｘｅのいずれか１つを用いればよい。

上述した製造方法により製造された光導波路は、基板１０１の上に形成された酸化シリコンからなる下部クラッド層１０２と、下部クラッド層１０２の上に形成されたシリコンからなるコア１０３と、コア１０３を覆って下部クラッド層１０２の上に形成されたＳｉＣからなる上部クラッド層１０４とを備えるものとなる。なお、上部クラッド層１０４に限らず、下部クラッド層１０２をＳｉＣから構成してもよい。下部クラッド層１０２および上部クラッド層１０４の少なくとも一方が、ＳｉＣから構成されていればよい。

ここで、上述したＥＣＲプラズマＣＶＤ法によるＳｉＣ膜（クラッド）の形成について説明する。ＥＣＲプラズマＣＶＤ法では、図２に示すＥＣＲプラズマＣＶＤ装置を用いる。この装置は、プラズマ生成室２０１、成膜室２０２、基板台２０３、磁気コイル２０４、導波管２０５、石英窓２０６、ガス導入管２０７、ガス導入管２０８を備える。

この装置では、プラズマ生成室２０１の周囲に配置された磁気コイル２０４により、プラズマ生成室２０１内部の適当な領域にＥＣＲ条件を満たす磁界（８７５ガウス）を発生させ、成膜室２０２内においてはプラズマ流２１１の形でイオンを引き出すための発散磁界を形成させる。

まず、Ｃ₂Ｈ₄ガス、アルゴン（Ａｒ）ガスを、ガス導入管２０７を通してプラズマ生成室２０１に導入し、２．４５ＧＨｚのマイクロ波を導波管２０５より石英窓２０６を介してプラズマ生成室２０１に導入してプラズマを生成する。安定にプラズマが生成されたことが確認されたら、ＳｉＨ₄ガスをガス導入管２０８により成膜室２０２の基板台２０３近傍に供給し、基板２０９の近傍でＣ₂Ｈ₄と反応させ基板２０９の表面にＳｉＣ膜を形成する。

この成膜では、プラズマ流２１１中に発生する電界により加速されたイオンが、基板２０９の表面に入射し衝撃を与え、このエネルギーによりＳｉＣ膜の形成反応が促進され、緻密な高品質ＳｉＣ膜が形成される。

なおＡｒは、プラズマを安定生成・維持する役割と、アルゴンイオンとして基板表面に入射し、ＳｉＣ成膜反応促進と膜質を向上させる役割を持つ。ＡｒはＳｉＣ膜形成には直接関係しないため、ＳｉＣ膜形成はＡｒなしでも構わないが、Ａｒを加えることでより緻密で高品質なＳｉＣ膜が形成できる。Ａｒの代わりにＫｒ，Ｘｅなど異なる希ガスを用いても同様な効果が得られる。

ここで、上述したＥＣＲプラズマＣＶＤ法で形成したＳｉＣ膜は、エチレン、シランから発生する水素が含まれた状態となっている。また、このＳｉＣ膜は、原料ガスに添加したアルゴンを含んでいる。添加する希ガスとしてＫｒ，Ｘｅを用いれば、膜中にＫｒ，Ｘｅが含まれる。希ガスは先に述べたように、膜質をあげる効果を持つが、膜中にあっても光損失など光導波路特性には影響を与えない。このため、このように形成したＳｉＣ膜よりクラッドを形成すれば、クラッドには、アルゴン，クリプトン，キセノンの少なくとも１つの原子と、水素が含まれていることになる。

基板台２０３には、図示していないがヒータが埋め込まれ、成膜中の基板２０９の温度を、例えば２００℃〜９００℃程度に維持可能としている。作製する光導波路が配置される光素子の要求仕様や機能によって作製時の温度耐性が異なるため、光素子ごとに適切な基板温度を選択してＳｉＣ膜の形成を行う。また、基板２０９の上に形成される膜の均一性を高めるため、基板台２０３を傾けて回転させる機構を備えている。

図２に示すようなＥＣＲプラズマＣＶＤ装置は、プラズマ生成にＥＣＲ条件を用いているため、０．０１〜１Ｐａの低ガス圧で安定に高密度プラズマを生成できる。ＥＣＲプラズマは、低ガス圧、高エネルギー電子の特徴から、他のプラズマに比較して、導入ガス分子の分解、励起、イオン化が著しく向上する。更に、本装置において、イオンは、発散磁場の効果によって成膜室２０２内の基板台２０３に向かって低エネルギーで引き出され、このイオン衝撃によって基板表面での膜形成反応を促進でき、高品質膜が形成できる。

ＳｉＣ膜の形成では、０．１〜０．５Ｐａ程度のガス圧で成膜するとＥＣＲプラズマＣＶＤ法の特徴がより引き出されて高品質膜が形成できる。なお、図２を用いて説明したＥＣＲプラズマＣＶＤ装置構成は一例で、例えばプラズマ室とコイルとマイクロ波導入部からなるＥＣＲプラズマ源を分岐結合型に変更したＥＣＲプラズマＣＶＤ装置を用いても同様なＳｉＣ膜が形成できる。

図３は、図２に例示したＥＣＲプラズマＣＶＤ装置により形成したＳｉＣ膜の成膜速度と屈折率のマイクロ波パワー依存性を調べた結果を示している。ＳｉＨ₄ガスの流量を１０ｓｃｃｍ、Ｃ₂Ｈ₄ガスの流量を１０ｓｃｃｍ、Ａｒガスの流量を１０ｓｃｃｍとし、基板温度は９００℃としている。なお、ｓｃｃｍは流量の単位であり、０℃・１０１３ｈＰａの流体が１分間に１ｃｍ³流れることを示す。

図３に示すように、成膜速度はマイクロ波パワーの増加とともに増加し、４００Ｗで８０ｎｍ／ｍｉｎの速度が得られている。屈折率は、マイクロ波パワーによらず２．５程度が得られている。屈折率は、エリプソメータを用いて波長６３２．８ｎｍで測定している。

図４は、前述したＥＣＲプラズマＣＶＤ装置により形成したＳｉＣ膜の成膜速度と屈折率のＣ₂Ｈ₄ガス流量依存性を調べた結果を示している。成膜速度と屈折率は、Ｃ₂Ｈ₄の流量が増えるとともに増加しており、光導波路の設計および作製にとって重要なクラッドの屈折率を、Ｃ₂Ｈ₄の流量によって２．６〜２．９の範囲で制御できることがわかる。従って、前述した光導波路の製造方法の第３工程においては、炭素を含む原料ガスの流量によってクラッドの屈折率を制御することができる。例えば、上部クラッド層１０４の屈折率を制御することで、コア１０３と上部クラッド層１０４との比屈折率差を選択して光導波路が作製できる。

光素子は機能により作製時の温度耐性が異なる。すでに光素子が作製されている基板上に、更に光導波路を追加して作製する場合があることを考えると、実用上は低温でもＳｉＣ膜形成できることが重要となる。

図５に、成膜温度を変えてＥＣＲプラズマＣＶＤ法で形成したＳｉＣ膜の赤外スペクトルを測定し、Ｃ−Ｈ／Ｓｉ−ＣとＳｉ−Ｈ／Ｓｉ−Ｃの強度比の変化から膜質を評価した結果を示す。各原料ガスの供給条件は、Ｃ₂Ｈ₄は、１５ｓｃｃｍ、ＳｉＨ₄は、１０ｓｃｃｍ、Ａｒは、１５ｓｃｃｍとして成膜している。

成膜温度を下げていくと、Ｃ−Ｈボンド，Ｓｉ−Ｈボンドの強度が大きくなっている。これは低温で成膜したＳｉＣ膜にＨ（水素）が多く含まれていることを示している。Ｃ−Ｈは大容量光通信の波長域（１．３〜１．６μｍ）に吸収を持つため、水素を多く含むＳｉＣ膜で光導波路のクラッドを作ると、コアを伝搬する光の一部はクラッドに少し浸みだして伝搬するため、ＳｉＣからなるクラッドの吸収により光損失が発生する。

このため、処理温度を高くすることができない光素子に光導波路を集積して作製する場合には、ＥＣＲプラズマＣＶＤ法でのＳｉＣ膜形成に用いる原料ガスＣ₂Ｈ₄および原料ガスＳｉＨ₄を、水素を重水素化したＣ₂Ｄ₄とＳｉＤ₄に変更した。重水素Ｄのみを含む原料ガスを用いることで、低温形成ＳｉＣ膜には、Ｃ−Ｄボンドのみが含まれることになり、このＳｉＣ膜を用いて作製したクラッドは、水素ではなく重水素が含まれる状態となる。この結果、クラッドにおける光吸収波長がシフトするため、光通信波長域において上述したような光損失のない光導波路が作製できる。

Ｈの同位体であるＤへの変更は、屈折率など他の膜特性にはほとんど影響はないため、光素子構造の設計変更なく同じ作製方法でＳｉＣをクラッドとする低損失な光導波路を作製できる。Ｃ₂Ｄ₄とＳｉＤ₄ガスによるＳｉＣ形成は、低温時のときその効果は大きいが、高温成膜に用いても構わない。なお、低温成膜されたＳｉＣ膜を用いて作製した光導波路についても、導波路長が短い場合においては光導波路の吸収損失の影響は小さいので、Ｃ₂Ｈ₄とＳｉＨ₄ガスを用いたＳｉＣ膜を用いても構わない。重水素化した原料ガスで成膜したＳｉＣ膜中には、重水素に加えて膜質向上のため原料ガスに添加したアルゴン（希ガス）を含んでいるが、吸収などの光損失には影響を与えない。

次に、上述した実施の形態における光導波路の適用例について図６Ａ，図６Ｂを参照して説明する。上述した光導波路は、図６Ａに示すように、マッハツェンダー干渉計（ＭＺＩ）型光スイッチに適用できる。このＭＺＩ型光スイッチは、２つの光導波路によりマッハツェンダー型干渉計を構成しており、まず、一方の光導波路の入力ポートとなる入力側光導波路３０１と、これに対となる他方の入力側光導波路３１１と、入力側光導波路３０１および入力側光導波路３１１を結合する３ｄＢ方向性結合器３０２とを備える。

また、３ｄＢ方向性結合器３０２より分岐する一方の中間光導波路３０３および他方の中間光導波路３１３と、中間光導波路３０３および中間光導波路３１３を結合する３ｄＢ方向性結合器３０４を備える。また、３ｄＢ方向性結合器３０４より分岐する一方の出力側光導波路３０５および他方の出力側光導波路３１５を備える。なお、３ｄＢ方向性結合器の代わりに、多モード干渉分岐手段を用いるようにしてもよい。

また、中間光導波路３１３において、ヒータ３０６が形成されて位相シフタ領域が構成されている。図６Ｂに示すように、中間光導波路３１３を構成しているコア１０３の上部にあたる上部クラッド層１０４の上にヒータ３０６が配置され、ヒータ３０６に所定の配線を介して電源が接続され、中間光導波路３１３におけるコア１０３を加熱可能としている。

例えば、コア１０３の断面形状は、幅０．４μｍ、高さ（厚さ）０．２μｍ程度である。また、下部クラッド層１０２および上部クラッド層１０４は、各々厚さ３μｍ程度である。また、ヒータ３０６は、幅２０μｍ、厚さ０．５μｍ程度である。

例えば、公知のプラズマスパッタ法によりＴａを堆積することで、厚さ０．５μｍ程度のＴａ層を形成する。次いで、このＴａ層を公知のリソグラフィ技術およびエッチング技術によりパターニングすることで、ヒータ３０６を形成すればよい。ヒータ３０６は、中間光導波路３１３のコア１０３の一部に重なるように配置すればよい。

上述した構成のＭＺＩ型光スイッチにおいて、中間光導波路３１３をヒータ３０６で加熱して位相をシフトさせることで、出力先を出力側光導波路３０５および他方の出力側光導波路３１５を切り替えるスイッチとして動作する。このＭＺＩ型光スイッチでは、中間光導波路３１３の上部クラッド層１０４をＳｉＣから構成している。ＳｉＣは、熱伝導率が１５０〜１７０Ｗ（ｍ・Ｋ）であり、ＳｉＯ₂に比べ２桁大きく熱の流れがはやい。このため、中間光導波路３１３では、ヒータ３０６の熱が、コア１０３に伝わりやすく、光スイッチの動作が、上部クラッド層をＳｉＯ₂から構成した場合に比べ速く、また、ヒータ３０６の電力を下げても動作できるという効果が得られる。

ところで、図７に示すように、コア１０３による光導波路の両脇に、放熱溝１６１を備えるようにしてもよい。放熱溝１６１は、例えば、ヒータ３０６が形成されている領域（位相シフタ領域）に配置されていればよい。なお、放熱溝１６１は、コア１０３の両脇に限らず、いずれか一方に形成されている状態としてもよい。また、放熱溝１６１は、ヒータ３０６が形成されていない光導波路であっても適用可能である。また、放熱溝１６１は、下部クラッド層１０２を貫通して基板１０１に到達する状態に形成するとよい。

放熱溝１６１は、例えば、下部クラッド層１０２を形成し、この上にコア１０３を形成した後、公知のフォトリソグラフィ技術により形成したマスクパターンを用い、公知のエッチング技術により所定の深さまで、下部クラッド層１０２を選択的に除去することで形成可能である。

下部クラッド層１０２に放熱溝１６１を形成した後、前述同様に、プラズマＣＶＤ法でＳｉＣを堆積することで、上部クラッド層１０４を形成すればよい。放熱溝１６１の内部がＳｉＣで充填される状態とする。また、放熱溝１６１を形成しているので、ＳｉＣを堆積した後の表面に段差が形成される場合がある。この場合、より厚くＳｉＣを堆積し、この後で、よく知られたＣＭＰ（chemical mechanical polishing）法により平坦化すればよい。

放熱溝１６１は、下部クラッド層１０２の途中の深さまで形成してもよく、下部クラッド層１０２の膜厚に等しい深さまで形成してもよく、また、基板１０１の表面が露出するまでの深さに形成してもよい。

放熱溝１６１を設けることで、熱伝導のよいＳｉＣからなる上部クラッド層１０４の一部が、放熱溝１６１の内部に充填された状態となり、この部分は基板１０１により近づく状態となる。この結果、ヒータ３０６の熱を、上部クラッド層１０４を介して基板１０１へ逃がすことができるようになり、ヒータ３０６に近接する他のデバイスへの熱の影響を低減できるようになる。

また、下部クラッド層１０２を貫通させて基板１０１に到達するように放熱溝１６１を形成し、放熱溝１６１を経由して上部クラッド層１０４の一部が基板１０１に接触する構造とすれば、上述した効果がより効率的に得られるようになる。一般には、下部クラッド層１０２は、酸化シリコンから構成し、上部クラッド層１０４をＳｉＣから構成する方が、より容易に製造することができる。下部クラッド層１０２を酸化シリコンから構成する場合、上述したように放熱溝１６１を設け、上部クラッド層１０４をＳｉＣから構成することで、より効率的に基板側へ放熱することが可能となる。

ところで、コアはシリコンに限らず他の半導体から構成してもよい。例えば、図８に示すように、単結晶Ｓｉからなる基板４０１の上に、下部クラッド層４０２を設け、下部クラッド層４０２の上にＩｎＰから構成されたコア４０３を形成する。下部クラッド層４０２は、例えば、厚さ３μｍ程度とされていればよい。また、コア４０３は、断面の形状が幅０．４μｍ，高さ（厚さ）０．２μｍ程度とされていればよい。また、下部クラッド層４０２の上には、コア４０３を覆って上部クラッド層４０４を形成する。上部クラッド層４０４は、例えば、厚さ３μｍ程度とされていればよい。

この場合、下部クラッド層４０２をＳｉＣから構成し、上部クラッド層４０４を酸化シリコンから構成するとよい。

上述した光導波路の製造方法について簡単に説明すると、まず、基板４０１上に、ＥＣＲＣＶＤ法によってＳｉＣを堆積して下部クラッド層４０２を形成する。一方で、ＩｎＰからなる成長基板を用意し、この成長基板の上に、ＩｎＧａＡｓの層およびＩｎＰの層を、順次に成長させる。例えば、公知の有機金属気相成長法により、ＩｎＧａＡｓの層およびＩｎＰの層を順次にエピタキシャル成長させればよい。

次に、下部クラッド層４０２とＩｎＰの層とを直接接合させる。この後、ＩｎＰに対して選択的にＩｎＧａＡｓがエッチングできる処理により、ＩｎＧａＡｓのみを除去することで、成長基板を分離する。例えば、よく知られたクエン酸系のエッチング液を用いれば、ＩｎＰをほとんどエッチングすることなく、選択的にＩｎＧａＡｓがエッチング除去できる。このようにすることで、下部クラッド層４０２の上にＩｎＰからなるコア形成層が形成できる。

次に、周知のリソグラフィ技術およびエッチング技術により、コア形成層をパターニングしてコア４０３を形成する。この後、プラズマＣＶＤ法により、下部クラッド層４０２上にコア４０３を覆うように、ＥＣＲプラズマＣＶＤ法によりＳｉＯ₂を堆積することで上部クラッド層４０４を形成する。

上述した光導波路構造を応用した光デバイスとしてＩｎＰ光導波路の一部に活性層を導入して発光させる光導波路型レーザがある。レーザは、発振中発熱するため、熱を逃がす構成にしないと特性が変化したり、劣化したりする。また発熱が、隣接する他の集積デバイス特性に影響を与える。これに対し、上述したように下部クラッド層４０２を熱伝導のよいＳｉＣで構成することで、レーザの熱が下部クラッド層４０２を介して基板４０１に流れやすくなる。これにより、長くレーザを動作させても熱がこもることがないため熱上昇による特性劣化がなく、また他の集積デバイスが熱によって影響されることはない。なお、ここではコアをＩｎＰとしたときの例を説明したが、コアをＳｉとした光デバイスでも熱の流れの向上による特性向上の効果が得られる。

以上に説明したように、本発明によれば、下部クラッド層および上部クラッド層の少なくとも一方は、ＳｉＣから構成されているようにしたので、光デバイスにおける熱の影響がより低減できるようになる。ＳｉＣから構成したクラッド層は、速く熱が伝わるため、例えば、熱で制御するデバイスを高速で動作させることができる。また、発熱体の熱を効果的に基板へ逃がすことができ、熱がこもることがないため、発熱体と近接して集積された光デバイスへの熱による影響を低減できるという優れた効果が得られる。

なお、本発明は以上に説明した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で、当分野において通常の知識を有する者により、多くの変形および組み合わせが実施可能であることは明白である。

１０１…基板、１０２…下部クラッド層、１０３…コア、１０４…上部クラッド層。

Claims

基板の上に下部クラッド層が形成された状態とする第１工程と、
前記下部クラッド層の上にコアが形成された状態とする第２工程と、
前記コアを覆う上部クラッド層が前記下部クラッド層の上に形成された状態とする第３工程と
を備え、
前記下部クラッド層および前記上部クラッド層の少なくとも一方を、プラズマＣＶＤ法により堆積したＳｉＣから構成し、
前記コアは、ＩｎＰから構成することを特徴とする光導波路の製造方法。
請求項１記載の光導波路の製造方法において、
前記下部クラッド層および前記上部クラッド層の少なくとも一方を、シランとエチレンとからなる原料ガス、またはシランとエチレンと希ガスとからなる原料ガスのいずれかを用いたＥＣＲプラズマＣＶＤ法により堆積したＳｉＣから構成する
ことを特徴とする光導波路の製造方法。
請求項１記載の光導波路の製造方法において、
前記下部クラッド層および前記上部クラッド層の少なくとも一方を、重水素化シランと重水素化エチレンとからなる原料ガス、または重水素化シランと重水素化エチレンと希ガスとからなる原料ガスのいずれかを用いたＥＣＲプラズマＣＶＤ法により堆積したＳｉＣから構成する
ことを特徴とする光導波路の製造方法。
請求項２または３記載の光導波路の製造方法において、
炭素を含む原料ガスの流量によって、前記下部クラッド層および前記上部クラッド層の少なくとも一方の屈折率を制御することを特徴とする光導波路の製造方法。
基板の上に形成された下部クラッド層と、
前記下部クラッド層の上に形成されたコアと、
前記コアを覆って前記下部クラッド層の上に形成された上部クラッド層と
を備え、
前記下部クラッド層および前記上部クラッド層の少なくとも一方は、ＳｉＣから構成され、
前記コアは、ＩｎＰから構成されていることを特徴とする光導波路。
請求項５記載の光導波路において、
前記下部クラッド層および前記上部クラッド層の少なくとも一方を構成するＳｉＣは、水素、重水素の少なくとも１つの原子を含んでいることを特徴とする光導波路。
請求項６記載の光導波路において、
前記下部クラッド層および前記上部クラッド層の少なくとも一方を構成するＳｉＣは、アルゴン，クリプトン，キセノンの少なくとも１つの原子を含んでいることを特徴とする光導波路。