JPH05182948A - Method of forming thin film tapered structure - Google Patents

Method of forming thin film tapered structure

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JPH05182948A
JPH05182948A JP34492A JP34492A JPH05182948A JP H05182948 A JPH05182948 A JP H05182948A JP 34492 A JP34492 A JP 34492A JP 34492 A JP34492 A JP 34492A JP H05182948 A JPH05182948 A JP H05182948A
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JP
Japan
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layer
thin film
etching
film layer
optical waveguide
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Application number
JP34492A
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Japanese (ja)
Inventor
Masakane Aoki
真金 青木
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Ricoh Co Ltd
Original Assignee
Ricoh Co Ltd
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Filing date
Publication date
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Abstract

PURPOSE:To provide a method of forming a thin film tapered structure, which is capable of obtaining an efficient waveguide optical coupling when the method is applied to the formation of the tapered structure of an optical waveguide element, is capable of obtaining also a positioning accuracy of the same degree as that in a photolithography method and is capable of forming also a tapered structure having an extremely large ratio of taper. CONSTITUTION:A method of forming a thin film tapered structure has a process, in which such three layers of first, second and third thin film layers, 2, 3 and 4 as they are etched with the same etching solution and their etching rates to the etching solution are increased as they are upper layers are laminated in order on a substrate 1 in the order of these layers 2, 3 and 4, a refractive index of the layer 3 is made larger than that of the layer 2, a mask 5 is formed on the layer 4 and the layers 4, 3 and 2 are selectively etched with an etching solution using the mask 5. In this method, the thin film tapered structure is formed into a constitution wherein the end point of the etching is provided in the middle of the layer 2.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、光集積回路におけるT
E−TMモード分離素子や導波路間光結合素子、及び半
導体装置におけるコンタクトホール等の段差部などに応
用される薄膜テーパー構造の形成方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a T in an optical integrated circuit.
The present invention relates to a method for forming a thin film taper structure applied to an E-TM mode separation element, an optical coupling element between waveguides, and a step portion such as a contact hole in a semiconductor device.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、光導波路から受光素子や、膜厚・
屈折率の異なる他の光導波路に導波光を損失を少なくし
て滑らかに導く方法として、文献:IEEE,J.Q.E.,QE-2
2,845(1986)T.Suhara,and H.Nishihara"Integrated Opt
ics Components andDevices Using Periodic Structure
s"、及び文献:平成元年 春期 第36回応物学会予
稿集1a-PB-9,山口,佐藤、國分「テーパー型導波路の対
向重畳によるスポットサイズ変換器(SST)の低損失
化」で示されたテーパー型導波路構造があり、文献で
は、導波路からテーパー構造を介して導波路とモノリシ
ックに形成された受光素子に光を導き、では、膜厚・
屈折率の異なる導波路間をテーパー構造で結合し、導波
光を結合させている。一方、半導体の配線技術において
は、コンタクトホール等の段差部における配線材の断線
を防止するため、段差部形状をテーパー状に形成する方
法があり、:特開昭57−18327号公報に「半導
体装置の製造方法」として開示されている。
2. Description of the Related Art Conventionally, a light receiving element, a film thickness,
As a method of guiding guided light to other optical waveguides having different refractive indexes smoothly with reduced loss, literature: IEEE, JQE, QE-2
2,845 (1986) T. Suhara, and H. Nishihara "Integrated Opt
ics Components and Devices Using Periodic Structure
s ", and literature: Proceedings of the 36th spring meeting of the 1st year of the Heisei era 1a-PB-9, Yamaguchi, Sato, Kokubun" Reduction of loss of spot size converter (SST) by overlapping overlapping tapered waveguides " There is a tapered waveguide structure shown in, and in the literature, light is guided from the waveguide to the light receiving element formed monolithically with the waveguide through the tapered structure.
Waveguides having different refractive indexes are coupled by a taper structure to couple guided light. On the other hand, in the semiconductor wiring technology, there is a method of forming the stepped portion in a tapered shape in order to prevent disconnection of the wiring material in the stepped portion such as a contact hole. Device manufacturing method ".

【0003】ここで、図5は前記文献に示されている
テーパー構造による受光素子部への導波光結合部であ
る。同図(a)では、Si基板1上に受光素子(PNフ
ォトダイオード)部12を形成し、その上のバッファ層
(この場合は熱酸化膜)5の上に、バッファ層5よりエ
ッチレートの大きい高エッチレート層(図示せず)を積
層し、さらにその上に、受光素子12の上部以外にフォ
トレジスト(図示せず)が残るように形成し、ウェット
エッチングによってバッファ層5と高エッチレート層と
のエッチレート差を利用して、バッファ層5をテーパー
状に形成した後、高エッチレート層を除去し、次にテー
パー形成されたバッファ層5上に導波層20を積層して
いる。また、同図(b)では、バッファ層5(熱酸化
膜)をLOCOS法を用いて形成し、その時できるバー
ズビーク部分のテーパーを受光素子12への導波光結合
に利用している。尚、上記2種のテーパ形成方法では、
テーパー比は1:5程度までしか得られていない。
Here, FIG. 5 shows a guided light coupling portion to the light receiving element portion having the tapered structure shown in the above-mentioned document. In FIG. 1A, a light receiving element (PN photodiode) portion 12 is formed on the Si substrate 1, and an etching rate higher than that of the buffer layer 5 is provided on the buffer layer (thermal oxide film in this case) 5 thereon. A large high etch rate layer (not shown) is laminated, and a photoresist (not shown) is formed on the photo resist layer 12 except the upper portion of the light receiving element 12, and the buffer layer 5 and the high etch rate are formed by wet etching. The buffer layer 5 is formed into a taper shape by utilizing the difference in etch rate from the layer, the high etch rate layer is removed, and then the waveguide layer 20 is laminated on the taper-formed buffer layer 5. . Further, in FIG. 6B, the buffer layer 5 (thermal oxide film) is formed by using the LOCOS method, and the taper of the bird's beak portion formed at that time is used for coupling guided light to the light receiving element 12. Incidentally, in the above two types of taper forming methods,
The taper ratio is only up to about 1: 5.

【0004】一方、別のテーパー形成方法として、文献
によるシャドウマスク法がある(図6参照)。これ
は、導波層21,22をスパッタ法、CVD法等のステ
ップカバレッジの良い成膜法で形成する時に、基板1上
にシャドウマスク60,61を設置して、シャドウマス
ク端への反応種の回り込みによりテーパーを形成する方
法である。この形成方法では、図6(a)で、まず一方
の導波路層22の端をテーパー状に形成し、次に同図
(b)でシャドウマスク端を導波路層22のテーパー端
に合わせて、次の導波路層21をテーパー状に形成す
る。尚、この方法では、テーパー角度1deg 以下が得ら
れている。
On the other hand, as another taper forming method, there is a shadow mask method in the literature (see FIG. 6). This is because when the waveguiding layers 21 and 22 are formed by a film forming method with good step coverage such as a sputtering method or a CVD method, shadow masks 60 and 61 are installed on the substrate 1 and reactive species to the shadow mask end are provided. This is a method of forming a taper by wrapping around. In this forming method, in FIG. 6A, first, one end of the waveguide layer 22 is formed in a tapered shape, and then in FIG. 6B, the end of the shadow mask is aligned with the tapered end of the waveguide layer 22. , The next waveguide layer 21 is formed in a tapered shape. By this method, a taper angle of 1 deg or less was obtained.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】上記3種類のテーパー
形成方法のうち、図5(a),(b)ではテーパー比が
約1:5程度しか得られないが、光導波路素子でこの程
度のテーパー比では、テーパー部分での導波損失が大き
く、また、場合によっては、テーパー部で導波光のモー
ド変換が起こり、変換したモードは、等価屈折率が当初
設計した値と異なるため、当初設計した光路を導波しな
くなる等の問題点がある。また、図6のシャドウマスク
法では、緩やかなテーパーは得られるが、位置決め精度
が得られないという問題点がある。光導波路素子におい
て、上記導波損失や、不必要なモード変換を押え、効率
の良い導波光結合を実現するためには、より大きなテー
パー比を有する導波路層のテーパー形成方法が必要であ
り、かつフォトリソグラフィー法と同程度の位置決め精
度も必要とされる。
Of the above three types of taper forming methods, the taper ratio of only about 1: 5 can be obtained in FIGS. 5 (a) and 5 (b). At the taper ratio, the waveguide loss in the tapered portion is large, and in some cases, mode conversion of the guided light occurs in the tapered portion, and the converted mode has an equivalent refractive index different from the originally designed value. There is a problem that the guided optical path is not guided. Further, in the shadow mask method of FIG. 6, although a gentle taper can be obtained, there is a problem that the positioning accuracy cannot be obtained. In the optical waveguide element, in order to suppress the above-mentioned waveguide loss and unnecessary mode conversion and realize efficient guided light coupling, a taper forming method of a waveguide layer having a larger taper ratio is required, Moreover, the positioning accuracy as high as that of the photolithography method is required.

【0006】また、半導体素子のコンタクトホール等の
段差部への配線技術として、前記の特許出願等があ
る。この方法では、図5(a)と同様に、段差部を形成
する絶縁被膜層上にプラズマ堆積法によりP−Si34
層を形成する。そして上記絶縁被膜層に対するP−Si
34層のBHF(HF:NH4F=1:10 のエッチン
グ溶液)に対するエッチレートが最大約6倍まで変化さ
せ得ることを利用して、段差部にテーパーを形成してい
る。しかし、この方法を光導波路層のテーパー形成に応
用しても、テーパー比は、そのエッチレート差程度しか
作り得ず、光導波路層のテーパー比としては前述の形成
方法と同様にまだ不十分である。
Further, as a wiring technique for a step portion such as a contact hole of a semiconductor element, there are the above-mentioned patent applications and the like. In this method, as in the case of FIG. 5A, P-Si 3 N 4 is formed on the insulating coating layer forming the step by plasma deposition.
Form the layers. And P-Si for the insulating coating layer
The taper is formed on the step portion by utilizing the fact that the etching rate of the 3 N 4 layer with respect to BHF (etching solution of HF: NH 4 F = 1: 10) can be changed up to about 6 times. However, even if this method is applied to the taper formation of the optical waveguide layer, the taper ratio can be made only about the etching rate difference, and the taper ratio of the optical waveguide layer is still insufficient as in the above-mentioned forming method. is there.

【0007】本発明は上記事情に鑑みてなされたもので
あって、光導波路素子のテーパー構造の形成に適用した
際に、効率の良い導波光結合が得られ、また、フォトリ
ソグラフィー法と同程度の位置決め精度も得られ、か
つ、極端に大きなテーパー比を有するテーパー構造をも
形成可能な薄膜テーパー構造の形成方法を提供すること
を目的とする。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and when applied to the formation of a taper structure of an optical waveguide element, efficient guided light coupling can be obtained, and the same degree as that of the photolithography method is obtained. It is an object of the present invention to provide a method for forming a thin film taper structure, which is capable of obtaining the positioning accuracy described above and is capable of forming a taper structure having an extremely large taper ratio.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項1の発明では、基板上に、同一のエッチング
溶液でエッチングされ、かつ上層ほど上記エッチング溶
液に対するエッチレートが大きくなるような第一、第
二、第三の3層の薄膜層をこの順番で順次積層し、かつ
第二薄膜層の屈折率は第一薄膜層の屈折率より大とし、
第三薄膜層の上にマスクを形成し、そのマスクを用いて
前記エッチング溶液によって前記第三薄膜層と前記第二
薄膜層及び前記第一薄膜層を選択的にエッチングする工
程を有する薄膜テーパー構造の形成方法において、エッ
チングの終点を前記第一薄膜層の途中とすることを特徴
とする。
In order to achieve the above object, in the invention of claim 1, the substrate is etched with the same etching solution, and the etching rate for the etching solution becomes higher toward the upper layer. The first, second, and third thin film layers are sequentially stacked in this order, and the refractive index of the second thin film layer is larger than that of the first thin film layer,
A thin film taper structure including a step of forming a mask on a third thin film layer and selectively etching the third thin film layer, the second thin film layer and the first thin film layer with the etching solution using the mask. In the above method, the end point of etching is in the middle of the first thin film layer.

【0009】請求項2の発明では、透明基板上に第一、
第二の2層の薄膜層をこの順番で順次積層し、かつ前記
透明基板及び第一薄膜層、第二薄膜層は同一のエッチン
グ溶液でエッチングされ、透明基板、第一薄膜層、第二
薄膜層の順に上記エッチング溶液に対するエッチレート
が大きくなる材質で形成され、かつ第一薄膜層の屈折率
は透明基板の屈折率より大とし、第二薄膜層の上にマス
クを形成し、そのマスクを用いて前記エッチング溶液に
よって前記第二薄膜層と前記第一薄膜層及び前記透明基
板を選択的にエッチングする工程を有する薄膜テーパー
構造の形成方法において、エッチングの終点を前記透明
基板の途中とすることを特徴とする。
According to the second aspect of the invention, the first,
The second two thin film layers are sequentially stacked in this order, and the transparent substrate, the first thin film layer, and the second thin film layer are etched with the same etching solution to obtain a transparent substrate, a first thin film layer, and a second thin film. Layers are formed in the order of layers to increase the etching rate of the etching solution, and the refractive index of the first thin film layer is higher than that of the transparent substrate, and a mask is formed on the second thin film layer. In the method for forming a thin film taper structure including the step of selectively etching the second thin film layer, the first thin film layer and the transparent substrate by using the etching solution, the end point of etching is in the middle of the transparent substrate. Is characterized by.

【0010】請求項3の発明では、基板上に、同一のエ
ッチング溶液でエッチングされ、かつ上層ほど前記エッ
チング溶液に対するエッチレートが大きくなるような第
一、第二の2層の薄膜層をこの順番で順次積層し、その
上にマスクを形成し、そのマスクを用いて前記エッチン
グ溶液によって前記第二薄膜層と前記第一薄膜層を選択
的にエッチングする工程を有する薄膜テーパー構造の形
成方法において、前記エッチング溶液によるエッチング
の途中でエッチングを停止し、続いて前記マスクを溶解
する溶液中で前記マスクを一部溶解してから再び前記エ
ッチング溶液による前記第二薄膜層と第一薄膜層のエッ
チングを行なうことを複数回繰り返すことにより前記第
二薄膜層と第一薄膜層を選択的にエッチングすることを
特徴とする。
According to the third aspect of the present invention, the first and second two thin film layers which are etched with the same etching solution on the substrate and have a higher etching rate for the etching solution toward the upper layer in this order. In order to form a thin film taper structure having a step of selectively laminating the second thin film layer and the first thin film layer with the etching solution using the mask, The etching is stopped in the middle of the etching with the etching solution, and then the mask is partially dissolved in a solution that dissolves the mask, and then the second thin film layer and the first thin film layer are again etched with the etching solution. It is characterized in that the second thin film layer and the first thin film layer are selectively etched by repeating the operation a plurality of times.

【0011】請求項4の発明では、基板上に、同一エッ
チング溶液でエッチングされ、かつ上層ほど前記エッチ
ング溶液に対するエッチレートが大きくなるような第
一、第二の2層の薄膜層をこの順番で順次積層し、その
上にマスクを形成し、そのマスクを用いて前記エッチン
グ溶液によって前記第二薄膜層と前記第一薄膜層を選択
的にエッチングする工程を有する薄膜テーパー構造の形
成方法において、前記エッチング溶液に前記マスクを溶
解し得る溶液を混合して使用し、その混合濃度は、前記
エッチング溶液により前記第二薄膜層と第一薄膜層がエ
ッチングされる時間では、前記マスク溶解液がマスクを
完全には溶解し得ない濃度として使用することを特徴と
する。
According to the fourth aspect of the present invention, the first and second two thin film layers which are etched with the same etching solution on the substrate and have a higher etching rate for the etching solution toward the upper layer are provided in this order. In the method for forming a thin film taper structure, which comprises a step of sequentially laminating, forming a mask on the mask, and selectively etching the second thin film layer and the first thin film layer with the etching solution using the mask, A solution that can dissolve the mask is mixed and used in an etching solution, and the mixed concentration is such that the mask solution is used by the etching solution to etch the mask when the second thin film layer and the first thin film layer are etched by the etching solution. It is characterized in that it is used as a concentration that cannot be completely dissolved.

【0012】[0012]

【作用】請求項1の薄膜テーパー構造の形成方法におい
ては、第二薄膜層を光導波路層、第一薄膜層をバッファ
層として光導波路素子のテーパー構造を形成する際に、
光導波路層にテーパーを形成すると同時に、下地のバッ
ファ層にもテーパーを形成しているので、相対的に緩や
かなテーパーを形成することができ、導波光の結合損失
を低減できる。請求項2の薄膜テーパー構造の形成方法
においては、第一薄膜層を光導波路層として光導波路素
子のテーパー構造を形成する際に、光導波路層にテーパ
ーを形成すると同時に下地の透明基板にもテーパーを形
成しているので、バッファ層のない簡単な構成でも、相
対的に緩やかなテーパーを形成することができ、導波光
の結合損失を低減できる。
In the method of forming the thin film taper structure according to claim 1, when the second thin film layer is used as the optical waveguide layer and the first thin film layer is used as the buffer layer to form the tapered structure of the optical waveguide device,
At the same time that the taper is formed in the optical waveguide layer, the taper is also formed in the underlying buffer layer, so that a relatively gradual taper can be formed and the coupling loss of the guided light can be reduced. The method of forming a thin film taper structure according to claim 2, wherein when forming the taper structure of the optical waveguide element using the first thin film layer as the optical waveguide layer, the taper is formed on the optical waveguide layer and at the same time the underlying transparent substrate is also tapered. Since it is formed, a relatively gentle taper can be formed even with a simple structure without a buffer layer, and the coupling loss of guided light can be reduced.

【0013】請求項3の薄膜テーパー構造の形成方法に
おいては、第一薄膜層を光導波路層として光導波路素子
のテーパー構造を形成する際に、テーパー形状のエッチ
ングとマスク層の後退を繰り返し行なっているので、よ
り緩やかなテーパー形状を形成でき、導波光の結合損失
を低減できる。請求項4の薄膜テーパー構造の形成方法
においては、第一薄膜層を光導波路層として光導波路素
子のテーパー構造を形成する際に、テーパー形状のエッ
チングとマスク層の後退を同時に行なっているので、よ
り緩やかなテーパー形状を形成でき、導波光の結合損失
を低減できる。
In the method of forming a thin film taper structure according to a third aspect of the present invention, when the taper structure of the optical waveguide element is formed by using the first thin film layer as the optical waveguide layer, the etching of the taper shape and the receding of the mask layer are repeated. Therefore, a more gradual taper shape can be formed and the coupling loss of the guided light can be reduced. In the method of forming the thin film taper structure according to claim 4, when the taper structure of the optical waveguide element is formed by using the first thin film layer as the optical waveguide layer, the tapered etching and the retreat of the mask layer are simultaneously performed. A more gradual tapered shape can be formed, and the coupling loss of guided light can be reduced.

【0014】[0014]

【実施例】以下、本発明を図示の実施例に基づいて詳細
に説明する。図1は請求項1記載の発明の一実施例を示
す薄膜テーパー構造の形成工程の説明図である。以下、
本実施例における薄膜テーパー構造の形成方法について
順次説明する。図1(a)において、基板1としての半
導体基板上に熱酸化法でSiO2層(バッファ層)2を
第一薄膜層として形成し、その上に原料ガスとしてSi
4,NH3,N2O及び不活性キャリアガスを用いたプ
ラズマCVD法によりシリコンオキシナイトライド(以
下、SiONと記す)からなる光導波路層3を第二薄膜
層として形成し、さらにその上に、上記と同じガス種を
用いたプラズマCVD法によりSiON層4を第三薄膜
層として形成する。尚、各層の特性は、本出願人が先に
出願した、:特願平2−247688号、:特願平
3−220521号に記載されている方法を用いること
により、次のようになる。 SiON層4 :エッチレート約16000Å
/min 光導波路層(SiON層)3:エッチレート約800Å/m
in,屈折率約1.87 バッファ層(SiO2 層)2:エッチレート約500Å/m
in,屈折率約1.46 従って、同一のエッチング溶液に対するエッチレートが
上層程大きくなっている。上記各層を形成した後に、S
iON層4の上にフォトリソグラフィー技術によりフォ
トレジスト層(マスク層)5を所望のパターンに形成す
る。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described in detail below based on the illustrated embodiments. FIG. 1 is an explanatory view of a process of forming a thin film taper structure showing an embodiment of the invention described in claim 1. Less than,
A method of forming the thin film taper structure in the present embodiment will be sequentially described. In FIG. 1A, a SiO 2 layer (buffer layer) 2 is formed as a first thin film layer on a semiconductor substrate as a substrate 1 by a thermal oxidation method, and Si is used as a source gas on the SiO 2 layer (buffer layer) 2.
An optical waveguide layer 3 made of silicon oxynitride (hereinafter referred to as SiON) is formed as a second thin film layer by a plasma CVD method using H 4 , NH 3 , N 2 O and an inert carrier gas, and further on it. Then, the SiON layer 4 is formed as the third thin film layer by the plasma CVD method using the same gas species as described above. The characteristics of each layer are as follows by using the methods described in: Japanese Patent Application No. 2-247688 and Japanese Patent Application No. 3-220521 previously filed by the present applicant. SiON layer 4: Etch rate about 16000Å
/ Min Optical waveguide layer (SiON layer) 3: Etch rate about 800Å / m
in, refractive index about 1.87 buffer layer (SiO 2 layer) 2: etch rate about 500Å / m
in, Refractive index: about 1.46 Therefore, the etching rate for the same etching solution is higher in the upper layer. After forming each of the above layers, S
A photoresist layer (mask layer) 5 is formed in a desired pattern on the iON layer 4 by a photolithography technique.

【0015】次に、上記3層をエッチングし得るエッチ
ング溶液として、上記先願,記載のフッ酸系溶液に
よってフォトレジスト層5をマスクとしてエッチングす
ると、エッチングは、フォトレジスト層5に被われてい
ない部分で進行し、SiON層4、光導波路層3と順次
エッチングされる。そして、エッチングは、SiON層
4及び光導波路層3をエッチングし、さらにSiO2
2を途中までエッチングした時点で終了させる。この
時、上層程エッチレートが大きく、エッチング溶液はマ
スク層5の下にも浸入し、横方向のエッチングも進行す
るので、図1(b)に示すように、光導波路層3及びS
iO2 層(バッファ層)2にテーパー形状が形成され
る。
Next, as an etching solution capable of etching the three layers, the photoresist layer 5 is etched with the hydrofluoric acid-based solution described in the above-mentioned prior application, and the photoresist layer 5 is not etched. Then, the SiON layer 4 and the optical waveguide layer 3 are sequentially etched. Then, the etching is terminated when the SiON layer 4 and the optical waveguide layer 3 are etched and the SiO 2 layer 2 is partially etched. At this time, the etching rate is higher in the upper layer and the etching solution penetrates under the mask layer 5 as well, so that the etching in the lateral direction also progresses. Therefore, as shown in FIG.
A tapered shape is formed in the iO 2 layer (buffer layer) 2.

【0016】次に、図1(c)に示すように、フォトレ
ジス層5を除去し、さらにSiON層4を薄く希釈した
フッ酸系溶液で除去する。この時、SiON層4は、光
導波路層(SiON層)3及びバッファ層(SiO2
層)2に比べてはるかに大きいエッチレートを有してい
るために、SiON層4を除去した後の光導波路層3及
びバッファ層の膜減りやテーパー形状の変化は極くわず
かであり支障はない。ここで、光導波路層3及びバッフ
ァ層(SiO2 層)2に形成されたテーパーは、そのエ
ッチレート差からもわかるように、光導波路層3よりも
バッファ層(SiO2 層)2の方が緩やかであり、図1
(c)中でθ2>θ3>θ1である。
Next, as shown in FIG. 1C, the photoresist layer 5 is removed, and the SiON layer 4 is removed with a diluted dilute hydrofluoric acid solution. At this time, the SiON layer 4 includes the optical waveguide layer (SiON layer) 3 and the buffer layer (SiO 2).
Since the etching rate is much higher than that of the layer 2), the film loss of the optical waveguide layer 3 and the buffer layer and the change of the taper shape after the removal of the SiON layer 4 are very slight, and there is no problem. Absent. Here, the taper formed on the optical waveguide layer 3 and the buffer layer (SiO 2 layer) 2 is larger in the buffer layer (SiO 2 layer) 2 than in the optical waveguide layer 3, as can be seen from the difference in the etching rates. Figure 1
In (c), θ 2 > θ 3 > θ 1 .

【0017】次に、図1(d)に示すように、光導波路
層(SiON層)3及びバッファ層(SiO2 層)2の
上に別の光導波路層20をCVD法、スパッタ法、蒸着
法、または上記と同様のプラズマCVD法等により形成
する。この光導波路層20の屈折率は、例えば、約1.55
とする。そして、この光導波路層20に導波光80を図
1(d)に示すように左側から導波させると、A領域で
は、バッファ層であるSiO2 層2は途中までエッチン
グされているが、バッファ層としては充分厚く残ってい
るようにしておけば、このA領域では導波光80は光導
波路層20中を導波する。続いてB領域ではバッファ層
であるSiO2 層2にテーパーが形成されているが、こ
のテーパーは充分緩いため、導波光80は光導波路層2
0の中に閉じ込められたまま、バッファ層2のテーパー
による損失もなく、テーパーに沿って上向きに導波す
る。次にC領域では、光導波路層3の方が屈折率が大き
いため、導波光80は、光導波路層20から光導波路層
3に結合するが、この時の損失を小さくするためにはテ
ーパーによって滑らかに結合させる必要がある。
Next, as shown in FIG. 1D, another optical waveguide layer 20 is formed on the optical waveguide layer (SiON layer) 3 and the buffer layer (SiO 2 layer) 2 by the CVD method, the sputtering method, and the vapor deposition. Or the same plasma CVD method as described above. The refractive index of the optical waveguide layer 20 is, for example, about 1.55.
And Then, when the guided light 80 is guided from the left side to the optical waveguide layer 20 as shown in FIG. 1D, the SiO 2 layer 2 as the buffer layer is partially etched in the region A, but If the layer is left sufficiently thick, the guided light 80 is guided in the optical waveguide layer 20 in the region A. Subsequently, in the region B, a taper is formed on the SiO 2 layer 2 which is a buffer layer. However, since the taper is sufficiently loose, the guided light 80 is emitted from the optical waveguide layer 2
While being confined in 0, there is no loss due to the taper of the buffer layer 2, and the light is guided upward along the taper. Next, in the region C, since the optical waveguide layer 3 has a higher refractive index, the guided light 80 is coupled from the optical waveguide layer 20 to the optical waveguide layer 3, but in order to reduce the loss at this time, it is tapered. It needs to be joined smoothly.

【0018】本発明では、光導波路層3だけでなくその
直前のB領域のバッファ層2にもより緩やかなテーパー
を形成したことにより、光導波路層20から光導波路層
3へ導波光80を結合させるテーパーを相対的により緩
やかにすることができる。従って、図1(e)に示す従
来例の場合のように、光導波路層3のみにテーパーを形
成した場合よりも相対的に緩やかなテーパーが形成でき
るため、光導波路層20から光導波路層3へ導波光80
が結合する際の結合損失は、図1(e)に示す従来例に
比べて低減することができる。尚、本実施例では、バッ
ファ層2としてSiO2 層、光導波路層3としてプラズ
マCVD法によるSiON層、さらにその上の層4とし
て、同じくプラズマCVD法によるSiON層を用い
て、上層程エッチレートが大きくなるようにしている
が、各層の成膜方法は、本実施例中に示した成膜方法以
外であっても構わないことは明らかである。
In the present invention, not only the optical waveguide layer 3 but also the buffer layer 2 in the B region immediately before it is formed with a gentler taper, so that the guided light 80 is coupled from the optical waveguide layer 20 to the optical waveguide layer 3. The taper can be made relatively gentler. Therefore, as in the case of the conventional example shown in FIG. 1E, a relatively gentle taper can be formed as compared with the case where only the optical waveguide layer 3 is tapered, and therefore the optical waveguide layer 20 to the optical waveguide layer 3 are formed. Guided light 80
The coupling loss at the time of coupling can be reduced compared to the conventional example shown in FIG. In the present embodiment, the SiO 2 layer is used as the buffer layer 2, the SiON layer formed by the plasma CVD method is used as the optical waveguide layer 3, and the SiON layer formed by the plasma CVD method is used as the layer 4 thereabove. However, it is obvious that the film forming method of each layer may be other than the film forming method shown in this embodiment.

【0019】次に、図2は請求項2記載の発明の一実施
例を示す薄膜テーパー構造の形成工程の説明図である。
以下、本実施例における薄膜テーパー構造の形成方法に
ついて順次説明する。図2(a)において、透明石英か
らなる基板1上に、原料ガスとしてSiH4,NH3,N
2O及び不活性キャリアガスを用いたプラズマCVD法
によりシリコンオキシナイトライド(以下、SiONと
記す)からなる光導波路層3を第一薄膜層として形成
し、さらにその上に、上記と同じガス種を用いたプラズ
マCVD法によりSiON層4を第二薄膜層として形成
する。尚、各層の特性は、前記先願,に記載されて
いる方法を用いることにより、次のようになる。 SiON層4 :エッチレート約16000Å
/min 光導波路層(SiON層)3:エッチレート約800Å/m
in,屈折率約1.87 基板(透明石英基板)1 :エッチレート約500Å/m
in,屈折率約1.46 従って、同一のエッチング溶液に対するエッチレートが
上層程大きくなっている。上記各層を形成した後に、S
iON層4の上にフォトリソグラフィー技術によりフォ
トレジスト層(マスク層)5を所望のパターンに形成す
る。
Next, FIG. 2 is an explanatory view of a process of forming a thin film taper structure showing an embodiment of the invention described in claim 2.
Hereinafter, a method of forming the thin film taper structure in this embodiment will be sequentially described. In FIG. 2 (a), SiH 4 , NH 3 , N as raw material gases are provided on a substrate 1 made of transparent quartz.
An optical waveguide layer 3 made of silicon oxynitride (hereinafter referred to as SiON) is formed as a first thin film layer by the plasma CVD method using 2 O and an inert carrier gas, and the same gas species as described above is further formed thereon. The SiON layer 4 is formed as the second thin film layer by the plasma CVD method using. The characteristics of each layer are as follows by using the method described in the above-mentioned prior application. SiON layer 4: Etch rate about 16000Å
/ Min Optical waveguide layer (SiON layer) 3: Etch rate about 800Å / m
in, refractive index about 1.87 Substrate (transparent quartz substrate) 1: etch rate about 500Å / m
in, Refractive index: about 1.46 Therefore, the etching rate for the same etching solution is higher in the upper layer. After forming each of the above layers, S
A photoresist layer (mask layer) 5 is formed in a desired pattern on the iON layer 4 by a photolithography technique.

【0020】次に、上記基板1及び2層の薄膜層3,4
をエッチングし得るエッチング溶液として、上記先願
,記載のフッ酸系溶液によって、フォトレジスト層
5をマスクとしてエッチングすると、エッチングは、フ
ォトレジスト層5に被われていない部分で進行し、Si
ON層4、光導波路層3と順次エッチングされる。そし
て、エッチングは、SiON層4及び光導波路層3をエ
ッチングし、さらに基板1を途中までエッチングした時
点で終了させる。この時、上層程エッチレートが大き
く、エッチング溶液はマスク層5の下にも浸入し、横方
向のエッチングも進行するので、図2(b)に示すよう
に、光導波路層3及び基板1にテーパー形状が形成され
る。
Next, the substrate 1 and the two thin film layers 3 and 4 are formed.
Etching is performed with the hydrofluoric acid-based solution described in the above-mentioned prior application as the etching solution capable of etching with the photoresist layer 5 as a mask, the etching proceeds in a portion not covered by the photoresist layer 5,
The ON layer 4 and the optical waveguide layer 3 are sequentially etched. Then, the etching is finished when the SiON layer 4 and the optical waveguide layer 3 are etched and the substrate 1 is further etched halfway. At this time, the upper layer has a higher etching rate, and the etching solution penetrates under the mask layer 5 as well, and the etching in the lateral direction also progresses. Therefore, as shown in FIG. A tapered shape is formed.

【0021】次に、図2(c)に示すように、フォトレ
ジス層5を除去し、さらにSiON層4を薄く希釈した
フッ酸系溶液で除去する。この時、SiON層4は、光
導波路層(SiON層)3及び基板1に比べてはるかに
大きいエッチレートを有しているために、SiON層4
を除去した後の光導波路層3及び基板1の膜減りやテー
パー形状の変化は極くわずかであり支障はない。ここ
で、光導波路層3及び基板1に形成されたテーパーは、
そのエッチレート差からもわかるように、光導波路層3
よりも基板1の方が緩やかであり、図2(c)中でθ2
θ3>θ1である。
Next, as shown in FIG. 2C, the photoresist layer 5 is removed, and the SiON layer 4 is removed with a diluted dilute hydrofluoric acid solution. At this time, since the SiON layer 4 has a much higher etching rate than the optical waveguide layer (SiON layer) 3 and the substrate 1, the SiON layer 4
After the removal, the film loss of the optical waveguide layer 3 and the substrate 1 and the change in the taper shape are very slight and there is no problem. Here, the taper formed on the optical waveguide layer 3 and the substrate 1 is
As can be seen from the difference in the etching rates, the optical waveguide layer 3
The substrate 1 is slower than the substrate 1, and θ 2 > in FIG.
θ 3 > θ 1 .

【0022】次に、図2(d)に示すように、光導波路
層(SiON層)3及び基板1の上に別の光導波路層2
0をCVD法、スパッタ法、蒸着法、または上記と同様
のプラズマCVD法等により形成する。この光導波路層
20の屈折率は、例えば、約1.55とする。そして、この
光導波路層20に導波光80を図2(d)に示すように
左側から導波させると、A領域では、バッファ層でもあ
る基板1は途中までエッチングされているが、バッファ
層としては充分厚く残っているようにしておけば、この
A領域では導波光80は光導波路層20中を導波する。
続いてB領域ではバッファ層でもある基板1にテーパー
が形成されているが、このテーパーは充分緩いため、導
波光80は光導波路層20の中に閉じ込められたまま、
基板1のテーパーによる損失もなく、テーパーに沿って
上向きに導波する。次にC領域では、光導波路層3の方
が屈折率が大きいため、導波光80は、光導波路層20
から光導波路層3に結合するが、この時の損失を小さく
するためにはテーパーによって滑らかに結合させる必要
がある。
Next, as shown in FIG. 2D, another optical waveguide layer 2 is formed on the optical waveguide layer (SiON layer) 3 and the substrate 1.
0 is formed by the CVD method, the sputtering method, the vapor deposition method, or the plasma CVD method similar to the above. The refractive index of the optical waveguide layer 20 is, eg, about 1.55. Then, when guided light 80 is guided to the optical waveguide layer 20 from the left side as shown in FIG. 2D, the substrate 1 which is also a buffer layer is partially etched in the region A, but as a buffer layer. Is left sufficiently thick, the guided light 80 is guided in the optical waveguide layer 20 in the region A.
Subsequently, in the region B, a taper is formed on the substrate 1 which is also a buffer layer, but since this taper is sufficiently loose, the guided light 80 remains confined in the optical waveguide layer 20,
There is no loss due to the taper of the substrate 1, and the wave is guided upward along the taper. Next, in the C region, since the optical waveguide layer 3 has a higher refractive index, the guided light 80 is transmitted through the optical waveguide layer 20.
The optical waveguide layer 3 is coupled to the optical waveguide layer 3. However, in order to reduce the loss at this time, it is necessary to smoothly couple by taper.

【0023】本発明では、光導波路層3だけでなくその
直前のB領域の基板1にもより緩やかなテーパーを形成
したことにより、光導波路層20から光導波路層3へ導
波光80を結合させるテーパーを相対的により緩やかに
することができる。従って、図2(e)に示す従来例の
場合のように、光導波路層3のみにテーパーを形成した
場合よりも相対的に緩やかなテーパーが形成できるた
め、光導波路層20から光導波路層3へ導波光80が結
合する際の結合損失は、図2(e)に示す従来例に比べ
て低減することができる。尚、本実施例では、基板1と
して透明石英基板、光導波路層3としてプラズマCVD
法によるSiON層、さらにその上の層4として、同じ
くプラズマCVD法によるSiON層を用いて、上層程
エッチレートが大きくなるようにしているが、基板の種
類及び各層の成膜方法は、本実施例中に示した基板の種
類及び成膜方法以外であっても構わないことは明らかで
ある。
In the present invention, not only the optical waveguide layer 3 but also the substrate 1 in the B region immediately before the optical waveguide layer 3 is formed with a gentler taper, so that the guided light 80 is coupled from the optical waveguide layer 20 to the optical waveguide layer 3. The taper can be made relatively gentler. Therefore, as in the case of the conventional example shown in FIG. 2E, a relatively gentle taper can be formed as compared with the case where the taper is formed only in the optical waveguide layer 3, so that the optical waveguide layer 20 to the optical waveguide layer 3 are formed. The coupling loss when the guided light 80 is coupled can be reduced as compared with the conventional example shown in FIG. In this embodiment, the substrate 1 is a transparent quartz substrate and the optical waveguide layer 3 is plasma CVD.
A SiON layer formed by the plasma CVD method is used as the SiON layer formed by the above method, and the SiON layer formed by the plasma CVD method is used so that the etching rate becomes higher as the upper layer is formed. Obviously, other than the type of substrate and the film forming method shown in the examples, it does not matter.

【0024】次に、図3は請求項3記載の発明の一実施
例を示す薄膜テーパー構造の形成工程の説明図である。
以下、本実施例における薄膜テーパー構造の形成方法に
ついて順次説明する。図3(a)において、先ず、半導
体基板10上に熱酸化法でSiO2 層からなるバッファ
層2を形成して光集積回路の基板1とする。この基板1
上に、原料ガスとしてSiH4,NH3,N2O及び不活
性キャリアガスを用いたプラズマCVD法によりシリコ
ンオキシナイトライド(以下、SiONと記す)からな
る光導波路層3を第一薄膜層として形成し、さらにその
上に、上記と同じガス種を用いたプラズマCVD法によ
りSiON層4を第二薄膜層として形成する。尚、各層
の特性は、前記先願,に記載されている方法を用い
ることにより、次のようになる。 SiON層4 :エッチレート約16000Å
/min 光導波路層(SiON層)3:エッチレート約800Å/m
in,屈折率約1.87 バッファ層(SiO2 層)2:エッチレート約500Å/m
in,屈折率約1.46 従って、同一のエッチング溶液に対するエッチレートが
上層程大きくなっている。上記各層を形成した後に、S
iON層4の上にフォトリソグラフィー技術によりフォ
トレジスト層(マスク層)5を所望のパターンに形成す
る。
Next, FIG. 3 is an explanatory view of a process of forming a thin film taper structure showing an embodiment of the invention described in claim 3.
Hereinafter, a method of forming the thin film taper structure in this embodiment will be sequentially described. In FIG. 3A, first, a buffer layer 2 made of a SiO 2 layer is formed on a semiconductor substrate 10 by a thermal oxidation method to form a substrate 1 for an optical integrated circuit. This board 1
An optical waveguide layer 3 made of silicon oxynitride (hereinafter referred to as SiON) is used as a first thin film layer by a plasma CVD method using SiH 4 , NH 3 , N 2 O and an inert carrier gas as a source gas. Then, the SiON layer 4 is formed thereon as the second thin film layer by the plasma CVD method using the same gas species as described above. The characteristics of each layer are as follows by using the method described in the above-mentioned prior application. SiON layer 4: Etch rate about 16000Å
/ Min Optical waveguide layer (SiON layer) 3: Etch rate about 800Å / m
in, refractive index about 1.87 buffer layer (SiO 2 layer) 2: etch rate about 500Å / m
in, Refractive index: about 1.46 Therefore, the etching rate for the same etching solution is higher in the upper layer. After forming each of the above layers, S
A photoresist layer (mask layer) 5 is formed in a desired pattern on the iON layer 4 by a photolithography technique.

【0025】次に、上記SiON層4及び光導波路層3
をエッチングし得るエッチング溶液として、上記先願
,記載のフッ酸系溶液によって、フォトレジスト層
5をマスクとしてエッチングすると、エッチングは、フ
ォトレジスト層5に被われていない部分で進行し、Si
ON層4及び光導波路層3とエッチングするにつれて、
SiON層4のエッチレートが光導波路層3のエッチレ
ートに比べて大きいために、フォトレジスト層5の下に
もエッチング溶液が浸入し、横方向のエッチングも進行
し、図3(b)に示すように光導波路層3にテーパー形
状が形成される。そして、エッチングが光導波路層3の
途中まで進行した段階で、一度エッチングを停止する。
Next, the SiON layer 4 and the optical waveguide layer 3 are formed.
Etching is performed with the hydrofluoric acid-based solution described in the above-mentioned prior application as the etching solution capable of etching with the photoresist layer 5 as a mask, the etching proceeds in a portion not covered by the photoresist layer 5,
As the ON layer 4 and the optical waveguide layer 3 are etched,
Since the etching rate of the SiON layer 4 is higher than the etching rate of the optical waveguide layer 3, the etching solution also penetrates under the photoresist layer 5 and the lateral etching also progresses, as shown in FIG. Thus, the tapered shape is formed in the optical waveguide layer 3. Then, when the etching progresses to the middle of the optical waveguide layer 3, the etching is stopped once.

【0026】次に、フォトレジスト層5を溶解し得る溶
液として、例えば有機溶媒(例えばアセトン、メチルア
ルコール、エチルアルコール、イソプロピルアルコー
ル、エチルセルソルブアセテート等)を水で希釈した溶
液70中で、図3(c)に示すように、フォトレジスト
層5のひさし部分Eのみを選択的に溶解させる。このひ
さし部分Eは、前記エッチングによってフォトレジスト
層5の下部薄膜4及び3が除去されたことにより、前記
溶液70によって、その上部のみならず下部側からも溶
解される。これに対し、フォトレジスト層5の非ひさし
部分Fは、その上部からのみしか前記溶液70で溶解さ
れない。従って、ひさし部分Eの厚みd0が溶解除去さ
れる時間では、非ひさし部分Fには厚みd1 だけフォト
レジスト層5が残っている。そして、この段階でフォト
レジスト層5の溶解を停止する。この段階での素子断面
は図3(d)に示すようになり、当初エッチングを実施
する前はe点にあったフォトレジスト層5の端を、上記
フォトレジスト層5の選択的な溶解によりf点まで後退
させることができる。
Next, as a solution capable of dissolving the photoresist layer 5, for example, in a solution 70 obtained by diluting an organic solvent (eg, acetone, methyl alcohol, ethyl alcohol, isopropyl alcohol, ethyl cellosolve acetate) with water, As shown in FIG. 3C, only the eaves portion E of the photoresist layer 5 is selectively dissolved. Since the lower thin films 4 and 3 of the photoresist layer 5 are removed by the etching, the eaves portion E is dissolved by the solution 70 not only from above but also from below. On the other hand, the non-overhanging portion F of the photoresist layer 5 is dissolved in the solution 70 only from above. Therefore, at the time when the thickness d 0 of the eaves portion E is dissolved and removed, the photoresist layer 5 remains in the non-overhanging portion F by the thickness d 1 . Then, at this stage, the dissolution of the photoresist layer 5 is stopped. The cross section of the device at this stage is as shown in FIG. 3D, and the edge of the photoresist layer 5 which was at point e before the initial etching was made f by selective dissolution of the photoresist layer 5. Can be retracted to a point.

【0027】次に、再び上記フッ酸系溶液によって薄膜
層4及び3のエッチングを行なう。するとエッチング
は、フォトレジスト層5の端をf点として進行するの
で、当初フォトレジスト層5の端をe点とした時に比
べ、エッチング溶液の浸入する位置がe点からf点へと
後退することにより、図3(e)に示すように、より緩
やかなテーパー形状が形成される。すなわち、図3
(b)のテーパー角度θ1 に比べ、θ2>θ1となる。そ
して、エッチングが光導波路層3と基板1との界面に達
した段階でエッチングを停止させる。または、上記フォ
トレジスト層5の部分的な溶解と、薄膜層のエッチング
を複数回繰り返せば、さらに緩やかなテーパー形状が形
成される。続いて、フォトレジスト層5を除去し、さら
にSiON層4を薄く希釈したフッ酸系溶液で除去する
(図示せず)。この時、SiON層4は、光導波路層3
及びバッファ層(SiO2 層)2に比べてはるかに大き
いエッチレートを有しているために、SiON層4を除
去した後の光導波路層3及びバッファ層(SiO2層)
2の膜減りや、テーパー形状の変化は極くわずかであり
支障はない。
Next, the thin film layers 4 and 3 are again etched with the hydrofluoric acid solution. Then, since the etching proceeds with the end of the photoresist layer 5 as the point f, the position where the etching solution penetrates may recede from the point e to the point f as compared with the case where the end of the photoresist layer 5 is initially set as the point e. Thereby, as shown in FIG. 3E, a more gradual tapered shape is formed. That is, FIG.
Compared with the taper angle θ 1 in (b), θ 2 > θ 1 . Then, when the etching reaches the interface between the optical waveguide layer 3 and the substrate 1, the etching is stopped. Alternatively, if the partial dissolution of the photoresist layer 5 and the etching of the thin film layer are repeated a plurality of times, a more gradual tapered shape is formed. Subsequently, the photoresist layer 5 is removed, and the SiON layer 4 is removed with a diluted dilute hydrofluoric acid solution (not shown). At this time, the SiON layer 4 becomes the optical waveguide layer 3
And the buffer layer (SiO 2 layer) to have a much greater etch rate than the 2, the optical waveguide layer 3 and the buffer layer after removal of the SiON layer 4 (SiO 2 layer)
The film loss of 2 and the change of the taper shape are very slight and there is no problem.

【0028】次に、図3(f)に示すように、光導波路
層(SiON層)3及び基板1のバッファ層2の上に別
の光導波路層20をCVD法、スパッタ法、蒸着法、ま
たは上記と同様のプラズマCVD法等により形成する。
この光導波路層20の屈折率は、例えば約1.55とする。
そして、この光導波路層20に導波光80を図3(f)
に示すように左側から導波させると、光導波路層3のテ
ーパー部分で、光導波路層3の屈折率が光導波路層20
の屈折率に比べ大きいために、導波光80は光導波路層
20から光導波路層3へ結合する。この時、光導波路層
3のテーパー形状は従来に比べて充分緩やかに形成され
ているので(θ2>θ1)、結合損失を従来に比べ低減さ
せることができる。尚、本実施例では、基板1のバッフ
ァ層2としてSiO2 層、光導波路層3としてプラズマ
CVD法によるSiON層、さらにその上の層4とし
て、同じくプラズマCVD法によるSiON層を用い
て、上層程エッチレートが大きくなるようにしている
が、各層の成膜方法は、本実施例中に示した成膜方法以
外であっても構わないことは明らかである。
Next, as shown in FIG. 3F, another optical waveguide layer 20 is formed on the optical waveguide layer (SiON layer) 3 and the buffer layer 2 of the substrate 1 by the CVD method, the sputtering method, the vapor deposition method, Alternatively, it is formed by a plasma CVD method similar to the above.
The refractive index of the optical waveguide layer 20 is, eg, about 1.55.
Then, guided light 80 is applied to the optical waveguide layer 20 as shown in FIG.
When the light is guided from the left side as shown in FIG. 5, the refractive index of the optical waveguide layer 3 is increased in the taper portion of the optical waveguide layer 3.
The guided light 80 is coupled from the optical waveguide layer 20 to the optical waveguide layer 3 because it is larger than the refractive index. At this time, since the taper shape of the optical waveguide layer 3 is formed so as to be sufficiently gentle as compared with the conventional case (θ 2 > θ 1 ), the coupling loss can be reduced as compared with the conventional case. In this embodiment, the buffer layer 2 of the substrate 1 is a SiO 2 layer, the optical waveguide layer 3 is a SiON layer formed by a plasma CVD method, and the upper layer 4 is a SiON layer formed by a plasma CVD method. Although the etching rate is increased as it goes, it is clear that the film forming method for each layer may be other than the film forming method shown in this embodiment.

【0029】次に、図4は請求項4記載の発明の一実施
例を示す薄膜テーパー構造の形成工程の説明図である。
以下、本実施例における薄膜テーパー構造の形成方法に
ついて順次説明する。図4(a)において、先ず、半導
体基板10上に熱酸化法でSiO2 層からなるバッファ
層2を形成して光集積回路の基板1とする。この基板1
上に、原料ガスとしてSiH4,NH3,N2O及び不活
性キャリアガスを用いたプラズマCVD法によりシリコ
ンオキシナイトライド(以下、SiONと記す)からな
る光導波路層3を第一薄膜層として形成し、さらにその
上に、上記と同じガス種を用いたプラズマCVD法によ
りSiON層4を第二薄膜層として形成する。尚、各層
の特性は、前記先願,に記載されている方法を用い
ることにより、次のようになる。 SiON層4 :エッチレート約16000Å
/min 光導波路層(SiON層)3:エッチレート約800Å/m
in,屈折率約1.87 バッファ層(SiO2 層)2:エッチレート約500Å/m
in,屈折率約1.46 従って、同一のエッチング溶液に対するエッチレートが
上層程大きくなっている。上記各層を形成した後に、S
iON層4の上にフォトリソグラフィー技術によりフォ
トレジスト層(マスク層)5を所望のパターンに形成す
る。
Next, FIG. 4 is an explanatory view of a process of forming a thin film taper structure showing an embodiment of the present invention.
Hereinafter, a method of forming the thin film taper structure in this embodiment will be sequentially described. In FIG. 4A, first, a buffer layer 2 made of a SiO 2 layer is formed on a semiconductor substrate 10 by a thermal oxidation method to obtain a substrate 1 for an optical integrated circuit. This board 1
An optical waveguide layer 3 made of silicon oxynitride (hereinafter referred to as SiON) is used as a first thin film layer by a plasma CVD method using SiH 4 , NH 3 , N 2 O and an inert carrier gas as a source gas. Then, the SiON layer 4 is formed thereon as the second thin film layer by the plasma CVD method using the same gas species as described above. The characteristics of each layer are as follows by using the method described in the above-mentioned prior application. SiON layer 4: Etch rate about 16000Å
/ Min Optical waveguide layer (SiON layer) 3: Etch rate about 800Å / m
in, refractive index about 1.87 buffer layer (SiO 2 layer) 2: etch rate about 500Å / m
in, Refractive index: about 1.46 Therefore, the etching rate for the same etching solution is higher in the upper layer. After forming each of the above layers, S
A photoresist layer (mask layer) 5 is formed in a desired pattern on the iON layer 4 by a photolithography technique.

【0030】次に、上記SiON層4及び光導波路層3
をエッチングし得るエッチング溶液として、上記先願
,記載のフッ酸系溶液xに、フォトレジスト層5を
溶解し得る溶液yとして、例えば有機溶剤(例えばアセ
トン、メチルアルコール、エチルアルコール、イソプロ
ピルアルコール、エチルセルソルブアセテート等)を混
合する。その混合濃度は、前記フッ酸系溶液XによりS
iON層4と光導波路層3がエッチングされる時間で
は、前記溶液yがフォトレジスト層5を完全には溶解し
得ない濃度とする。そして、このフッ酸系溶液xと、フ
ォトレジスト層5を溶解し得る溶液yとを混合した溶液
z(=x+y)中でエッチングを行なうと、図4(b)
に示すように、SiON層4と光導波路層3は、上記混
合溶液z中のフッ酸系溶液成分xによりエッチングさ
れ、フォトレジスト層5はひさし形状になるが、同時に
混合溶液z中の溶液成分yによりフォトレジスト層5も
部分的に溶解されるので、SiON層4と光導波路層3
のエッチングと同時にフォトレジスト層5の端eも後退
する。従って、従来のSiON層4と光導波路層3のみ
をエッチングする場合に比べ、より緩やかなテーパー形
状が形成できる。そして、図4(c)に示すように、エ
ッチングが光導波路層3と基板1の界面に達した段階で
エッチングを停止させる。
Next, the SiON layer 4 and the optical waveguide layer 3 are formed.
As an etching solution capable of etching the above, as a solution y capable of dissolving the photoresist layer 5 in the hydrofluoric acid solution x described in the above-mentioned prior application, for example, an organic solvent (for example, acetone, methyl alcohol, ethyl alcohol, isopropyl alcohol, ethyl (Cersolve acetate, etc.). The mixing concentration is S by the hydrofluoric acid solution X.
During the time when the iON layer 4 and the optical waveguide layer 3 are etched, the solution y has a concentration at which the photoresist layer 5 cannot be completely dissolved. Then, when etching is carried out in a solution z (= x + y) in which this hydrofluoric acid-based solution x and a solution y capable of dissolving the photoresist layer 5 are mixed, FIG.
As shown in FIG. 3, the SiON layer 4 and the optical waveguide layer 3 are etched by the hydrofluoric acid-based solution component x in the mixed solution z, and the photoresist layer 5 has an eaves shape, but at the same time, the solution component in the mixed solution z is formed. Since the photoresist layer 5 is also partially dissolved by y, the SiON layer 4 and the optical waveguide layer 3
The edge e of the photoresist layer 5 also recedes at the same time as the etching. Therefore, as compared with the conventional case where only the SiON layer 4 and the optical waveguide layer 3 are etched, a more gradual tapered shape can be formed. Then, as shown in FIG. 4C, the etching is stopped when it reaches the interface between the optical waveguide layer 3 and the substrate 1.

【0031】尚、フォトレジスト層5を溶解する溶液y
として混合した有機溶剤は、一般にその表面張力が水
(約73dyn/cm)やフッ酸(約53dyn/cm)に比べて小
さく、例えば、メタノール等は約22dyn/cmである。従
って、混合された溶液zの表面張力は、混合される前の
フッ酸系溶液xよりも小さくなる。このため、微細な間
隙に侵入し易くなるため、フォトレジスト層5の下部の
エッチング溶液の交換が促進され、これによっても、よ
り緩やかなテーパー形状を形成する効果がある。さて、
エッチング終了後は、続いてフォトレジスト層5を除去
し、さらにSiON層4を薄く希釈したフッ酸系溶液で
除去する(図示せず)。この時、SiON層4は光導波
路層3及び基板1のバッファ層(SiO2 層)2に比
べ、はるかに大きいエッチレートを有しているために、
SiON層4を除去した後の光導波路層3及び基板1の
バッファ層(SiO2 層)2の膜減りや、テーパー形状
の変化は極くわずかであり支障はない。
A solution y that dissolves the photoresist layer 5 is used.
The surface tension of the organic solvent mixed as is generally smaller than that of water (about 73 dyn / cm) or hydrofluoric acid (about 53 dyn / cm), for example, methanol or the like is about 22 dyn / cm. Therefore, the surface tension of the mixed solution z is smaller than that of the hydrofluoric acid solution x before being mixed. For this reason, since it easily penetrates into the fine gap, the exchange of the etching solution under the photoresist layer 5 is promoted, and this also has the effect of forming a gentler tapered shape. Now,
After the etching is completed, the photoresist layer 5 is subsequently removed, and the SiON layer 4 is removed with a diluted dilute hydrofluoric acid solution (not shown). At this time, since the SiON layer 4 has a much higher etching rate than the optical waveguide layer 3 and the buffer layer (SiO 2 layer) 2 of the substrate 1,
After removing the SiON layer 4, the optical waveguide layer 3 and the buffer layer (SiO 2 layer) 2 of the substrate 1 are reduced in film thickness and the change in taper shape is very slight, and there is no problem.

【0032】次に、図4(d)に示すように、光導波路
層(SiON層)3及び基板1のバッファ層2の上に別
の光導波路層20をCVD法、スパッタ法、蒸着法、ま
たは上記と同様のプラズマCVD法等により形成する。
この光導波路層20の屈折率は、例えば約1.55とする。
そして、この光導波路層20に導波光80を図4(d)
に示すように左側から導波させると、光導波路層3のテ
ーパー部分で、光導波路層3の屈折率が光導波路層20
の屈折率に比べ大きいために、導波光80は光導波路層
20から光導波路層3へ結合する。この時、光導波路層
3のテーパー形状は従来に比べて充分緩やかに形成され
ているので、結合損失を従来に比べ低減させることがで
きる。尚、本実施例では、基板1のバッファ層2として
SiO2 層、光導波路層3としてプラズマCVD法によ
るSiON層、さらにその上の層4として、同じくプラ
ズマCVD法によるSiON層を用いて、上層程エッチ
レートが大きくなるようにしているが、各層の成膜方法
は、本実施例中に示した成膜方法以外であっても構わな
いことは明らかである。
Next, as shown in FIG. 4D, another optical waveguide layer 20 is formed on the optical waveguide layer (SiON layer) 3 and the buffer layer 2 of the substrate 1 by the CVD method, the sputtering method, the vapor deposition method, Alternatively, it is formed by a plasma CVD method similar to the above.
The refractive index of the optical waveguide layer 20 is, eg, about 1.55.
Then, guided light 80 is applied to the optical waveguide layer 20 as shown in FIG.
When the light is guided from the left side as shown in FIG. 5, the refractive index of the optical waveguide layer 3 is increased in the taper portion of the optical waveguide layer 3.
The guided light 80 is coupled from the optical waveguide layer 20 to the optical waveguide layer 3 because it is larger than the refractive index. At this time, since the tapered shape of the optical waveguide layer 3 is formed so as to be sufficiently gentle as compared with the conventional one, the coupling loss can be reduced as compared with the conventional one. In this embodiment, the buffer layer 2 of the substrate 1 is a SiO 2 layer, the optical waveguide layer 3 is a SiON layer formed by a plasma CVD method, and the upper layer 4 is a SiON layer formed by a plasma CVD method. Although the etching rate is increased as it goes, it is clear that the film forming method for each layer may be other than the film forming method shown in this embodiment.

【0033】[0033]

【発明の効果】以上、実施例に基づいて説明したよう
に、請求項1の薄膜テーパー構造の形成方法において
は、第二薄膜層を光導波路層3、第一薄膜層をバッファ
層2として光導波路素子のテーパー構造を形成する際
に、光導波路層3にテーパーを形成すると同時に、下地
のバッファ層2にもテーパーを形成しているので、相対
的に緩やかなテーパーを形成することができ、導波光の
結合損失を低減できる。また、テーパー形成位置の位置
決め精度も高い。
As described above with reference to the embodiments, in the method of forming a thin film taper structure according to claim 1, the second thin film layer is used as the optical waveguide layer 3 and the first thin film layer is used as the buffer layer 2. When forming the taper structure of the waveguide element, the taper is formed on the optical waveguide layer 3 and at the same time, the taper is formed on the underlying buffer layer 2, so that a relatively gradual taper can be formed. The coupling loss of guided light can be reduced. Moreover, the positioning accuracy of the taper forming position is also high.

【0034】請求項2の薄膜テーパー構造の形成方法に
おいては、第一薄膜層を光導波路層3として光導波路素
子のテーパー構造を形成する際に、光導波路層3にテー
パーを形成すると同時に下地の基板1にもテーパーを形
成しているので、バッファ層のない簡単な構成でも、相
対的に緩やかなテーパーを形成することができ、導波光
の結合損失を低減できる。また、テーパー形成位置の位
置決め精度も高い。
In the method of forming a thin film taper structure according to a second aspect of the present invention, when the first thin film layer is used as the optical waveguide layer 3 to form the taper structure of the optical waveguide element, the taper is formed on the optical waveguide layer 3 and at the same time the base film is formed. Since the taper is also formed on the substrate 1, a relatively gentle taper can be formed even with a simple structure having no buffer layer, and the coupling loss of the guided light can be reduced. Moreover, the positioning accuracy of the taper forming position is also high.

【0035】請求項3の薄膜テーパー構造の形成方法に
おいては、第一薄膜層を光導波路層3として光導波路素
子のテーパー構造を形成する際に、テーパー形状のエッ
チングとマスク層5の後退を繰り返し行なっているの
で、より緩やかなテーパー形状を形成でき、導波光の結
合損失を低減できる。また、マスク層5の後退は選択的
にできるので、複数回のマスク層形成の手間がかから
ず、アライメントによる位置ずれもなく簡便である。
In the method of forming a thin film taper structure according to a third aspect of the present invention, when forming the taper structure of the optical waveguide device using the first thin film layer as the optical waveguide layer 3, taper-shaped etching and retreating of the mask layer 5 are repeated. Since this is done, a more gradual taper shape can be formed and the coupling loss of the guided light can be reduced. Further, since the retreat of the mask layer 5 can be selectively performed, it does not require the labor of forming the mask layer a plurality of times, and the positional displacement due to the alignment does not occur.

【0036】請求項4の薄膜テーパー構造の形成方法に
おいては、第一薄膜層を光導波路層3として光導波路素
子のテーパー構造を形成する際に、テーパー形状のエッ
チングとマスク層5の後退を同時に行なっているので、
より緩やかなテーパー形状を形成でき、導波光の結合損
失を低減できる。また、マスク層5の後退は選択的にで
きるので、複数回のマスク層形成の手間がかからず、ア
ライメントによる位置ずれもなく簡便である。また、エ
ッチング溶液の表面張力を低下させることもできるた
め、微細な間隙にエッチング溶液が侵入し易くなり、微
細な間隙中でのエッチング溶液の交換が促進され、より
緩やかなテーパー形状の形成が可能である。
In the method of forming a thin film taper structure according to a fourth aspect of the present invention, when the taper structure of the optical waveguide element is formed by using the first thin film layer as the optical waveguide layer 3, the tapered etching and the retreat of the mask layer 5 are performed simultaneously. I'm doing so
A more gradual tapered shape can be formed, and the coupling loss of guided light can be reduced. Further, since the retreat of the mask layer 5 can be selectively performed, it does not require the labor of forming the mask layer a plurality of times, and the positional displacement due to the alignment does not occur. Also, since the surface tension of the etching solution can be lowered, the etching solution can easily enter into the fine gap, the exchange of the etching solution in the fine gap is promoted, and a more gradual taper shape can be formed. Is.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】請求項1記載の発明の一実施例を示す薄膜テー
パー構造の形成工程の説明図である。
FIG. 1 is an explanatory diagram of a process of forming a thin film taper structure showing an embodiment of the invention according to claim 1;

【図2】請求項2記載の発明の一実施例を示す薄膜テー
パー構造の形成工程の説明図である。
FIG. 2 is an explanatory view of a process of forming a thin film taper structure showing an embodiment of the invention described in claim 2;

【図3】請求項3記載の発明の一実施例を示す薄膜テー
パー構造の形成工程の説明図である。
FIG. 3 is an explanatory view of a process of forming a thin film taper structure showing an embodiment of the invention described in claim 3;

【図4】請求項4記載の発明の一実施例を示す薄膜テー
パー構造の形成工程の説明図である。
FIG. 4 is an explanatory view of a process of forming a thin film taper structure showing an embodiment of the invention described in claim 4;

【図5】従来技術の一例を示す薄膜テーパー構造の形成
方法の説明図である。
FIG. 5 is an explanatory diagram of a method of forming a thin film tapered structure showing an example of a conventional technique.

【図6】従来技術の別の例を示す薄膜テーパー構造の形
成方法の説明図である。
FIG. 6 is an explanatory view of a method of forming a thin film taper structure showing another example of the prior art.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1・・・基板 2・・・バッファ層(SiO2 層) 3・・・光導波路層(SiON層) 4・・・SiON層 5・・・フォトレジスト層(マスク層) 10・・・半導体基板 20・・・光導波路層DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Substrate 2 ... Buffer layer (SiO 2 layer) 3 ... Optical waveguide layer (SiON layer) 4 ... SiON layer 5 ... Photoresist layer (mask layer) 10 ... Semiconductor substrate 20 ... Optical waveguide layer

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】基板上に、同一のエッチング溶液でエッチ
ングされ、かつ上層ほど上記エッチング溶液に対するエ
ッチレートが大きくなるような第一、第二、第三の3層
の薄膜層をこの順番で順次積層し、かつ第二薄膜層の屈
折率は第一薄膜層の屈折率より大とし、第三薄膜層の上
にマスクを形成し、そのマスクを用いて前記エッチング
溶液によって前記第三薄膜層と前記第二薄膜層及び前記
第一薄膜層を選択的にエッチングする工程を有する薄膜
テーパー構造の形成方法において、エッチングの終点を
前記第一薄膜層の途中とすることを特徴とする薄膜テー
パー構造の形成方法。
1. A first thin film layer, a second thin film layer, a second thin film layer, and a third thin film layer, which are etched with the same etching solution on a substrate and have a higher etching rate for the etching solution toward the upper layer, in this order. Laminated, the refractive index of the second thin film layer is larger than the refractive index of the first thin film layer, a mask is formed on the third thin film layer, and the third thin film layer by the etching solution using the mask. In a method of forming a thin film taper structure having a step of selectively etching the second thin film layer and the first thin film layer, the end point of etching is in the middle of the first thin film layer, Forming method.
【請求項2】透明基板上に第一、第二の2層の薄膜層を
この順番で順次積層し、かつ前記透明基板及び第一薄膜
層、第二薄膜層は同一のエッチング溶液でエッチングさ
れ、透明基板、第一薄膜層、第二薄膜層の順に上記エッ
チング溶液に対するエッチレートが大きくなる材質で形
成され、かつ第一薄膜層の屈折率は透明基板の屈折率よ
り大とし、第二薄膜層の上にマスクを形成し、そのマス
クを用いて前記エッチング溶液によって前記第二薄膜層
と前記第一薄膜層及び前記透明基板を選択的にエッチン
グする工程を有する薄膜テーパー構造の形成方法におい
て、エッチングの終点を前記透明基板の途中とすること
を特徴とする薄膜テーパー構造の形成方法。
2. A first and a second thin film layers are sequentially laminated on a transparent substrate in this order, and the transparent substrate, the first thin film layer and the second thin film layer are etched with the same etching solution. A transparent substrate, a first thin film layer, and a second thin film layer, which are formed of a material having a higher etching rate with respect to the etching solution, and the refractive index of the first thin film layer is larger than that of the transparent substrate. In a method for forming a thin film taper structure, which comprises a step of forming a mask on a layer and selectively etching the second thin film layer, the first thin film layer and the transparent substrate by the etching solution using the mask, A method of forming a thin film taper structure, characterized in that the end point of etching is in the middle of the transparent substrate.
【請求項3】基板上に、同一のエッチング溶液でエッチ
ングされ、かつ上層ほど前記エッチング溶液に対するエ
ッチレートが大きくなるような第一、第二の2層の薄膜
層をこの順番で順次積層し、その上にマスクを形成し、
そのマスクを用いて前記エッチング溶液によって前記第
二薄膜層と前記第一薄膜層を選択的にエッチングする工
程を有する薄膜テーパー構造の形成方法において、前記
エッチング溶液によるエッチングの途中でエッチングを
停止し、続いて前記マスクを溶解する溶液中で前記マス
クを一部溶解してから再び前記エッチング溶液による前
記第二薄膜層と第一薄膜層のエッチングを行なうことを
複数回繰り返すことにより前記第二薄膜層と第一薄膜層
を選択的にエッチングすることを特徴とする薄膜テーパ
ー構造の形成方法。
3. A first thin film layer and a second thin film layer, which are etched with the same etching solution and have a higher etching rate for the etching solution toward the upper layer, are sequentially laminated in this order on a substrate, Form a mask on it,
In the method for forming a thin film taper structure having a step of selectively etching the second thin film layer and the first thin film layer with the etching solution using the mask, the etching is stopped during the etching with the etching solution, Then, by partially dissolving the mask in a solution that dissolves the mask and then again etching the second thin film layer and the first thin film layer with the etching solution, the second thin film layer is repeated. And a method of forming a thin film taper structure, which comprises selectively etching the first thin film layer.
【請求項4】基板上に、同一エッチング溶液でエッチン
グされ、かつ上層ほど前記エッチング溶液に対するエッ
チレートが大きくなるような第一、第二の2層の薄膜層
をこの順番で順次積層し、その上にマスクを形成し、そ
のマスクを用いて前記エッチング溶液によって前記第二
薄膜層と前記第一薄膜層を選択的にエッチングする工程
を有する薄膜テーパー構造の形成方法において、前記エ
ッチング溶液に前記マスクを溶解し得る溶液を混合して
使用し、その混合濃度は、前記エッチング溶液により前
記第二薄膜層と第一薄膜層がエッチングされる時間で
は、前記マスク溶解液がマスクを完全には溶解し得ない
濃度として使用することを特徴とする薄膜テーパ構造の
形成方法。
4. A first thin film layer and a second thin film layer, which are etched with the same etching solution and have a higher etching rate for the etching solution toward the upper layer, are sequentially laminated on a substrate in this order, and In a method for forming a thin film taper structure, which comprises a step of forming a mask on the mask and selectively etching the second thin film layer and the first thin film layer with the etching solution using the mask, the mask is added to the etching solution. Is used as a mixed concentration, and the mixed concentration is such that the mask solution completely dissolves the mask at the time when the second thin film layer and the first thin film layer are etched by the etching solution. A method for forming a thin film taper structure, which is used as an unobtainable concentration.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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