JPH07128531A

JPH07128531A - 光集積回路およびその作製方法

Info

Publication number: JPH07128531A
Application number: JP21553394A
Authority: JP
Inventors: Toru Sasaki; 徹佐々木; Takeshi Yamada; 武山田; Makoto Hikita; 真疋田; Hiroshi Nakagome; 弘中込; Hidefumi Mori; 英史森; Saburo Imamura; 三郎今村
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1993-09-10
Filing date: 1994-09-09
Publication date: 1995-05-19

Abstract

(57)【要約】【目的】製造が容易で光導波損失も小さく、さらに電
子回路上にも光導波路を形成可能な光集積回路及びその
作製方法を提供する。【構成】ＩｎＰ基板１の同一基板上には、発光素子９
及び受光素子１０と同一の位置合せの手段を講じたマス
クを用いて高分子材料からなる高分子光導波路８が形成
されてなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、発光素子からの出力光
を合分波して出力する光回路素子、または入力光を合分
波して受光素子により電気信号に変換する光回路素子、
さらには基板上の一部に生じた電気信号を光信号として
出力または基板上の他部に伝達し再度電気信号とする光
集積回路およびその作製方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】近年、
光デバイスの高度化に伴い機能の集積化された光デバイ
スへの要求が強くなっている。例えば、発光素子や受光
素子単体では無く、分波合波機能を有する光導波路と一
体化された発光素子と受光素子が要求されている。これ
を実現したものとしては、例えばオプティカルエンジニ
アリング（OPTICAL ENGINEERING）１９８９年第２８巻
１２号１２８１頁に開示されているように、光導波路と
発光素子や受光素子を別々に作製し、これらを整列させ
る際に、発光素子や受光素子をその入出力が最大になる
ように動かした後固定したものが作製されていた。

【０００３】しかしこのように作製した素子では整列の
ための手間が大きく生産性に問題がある。また、各素子
を個別に動かす必要が有るため素子上に大きな空間が必
要であり、素子サイクルが大きくなるという欠点を有し
ていた。

【０００４】これを解決するため、従来において、光導
波路も半導体で作製した素子が提案されている。例えば
エレクトロニクスレターズ（ELECTRONICS LETTERS ）１
９９１年第２７巻１０号８０９頁に開示されているよう
に、発光素子や受光素子とともに光導波路も半導体で構
成された素子がある。

【０００５】他の半導体素子と半導体導波路を集積した
例として、特開昭６４−４４０８７号公報がある。これ
は、図１４に示すように、面発光レーザの発信部０１を
有する基板０２上に半導体からなる導波路０３をエピタ
キシャル成長させ、該導波路０３の端面を４５度に形成
して反射鏡０４とし、面発光レーザからの発信光０５を
該反射鏡０４を介して導波路０３に結合するものであ
る。

【０００６】半導体光導波路と半導体素子の集積は、発
光素子及び／又は受光素子と同様の工程で、発光素子及
び／又は受光素子と一括して作製できる。従って、両者
を共通の位置合わせマークを用いて作製すれば、発光素
子と光導波路の位置合わせを簡便で且つ高精度に行うこ
とができるという、利点を持つ。しかし、半導体光導波
路では、光伝播損失の低損失化が難しく、典型的には１
０ｄＢ／ｃｍ程度の値を有する。また、半導体光導波路
では、その層構造をエピタキシャル成長によって作製す
るため、膜堆積に関する制約条件が多い。例えば、一般
に半導体素子上には、絶縁保護膜としての誘電体や、電
極や配線としての金属が堆積されているが、これらの上
にエピタキシャル成長を行うことは出来ない。また、基
板表面の素子が作製されていない部分にのみ、エピタキ
シャル成長を行うことは可能であるが、平坦な基板上へ
の成長に比べ高度な技術を要する。

【０００７】また、これら素子では発光素子や受光素子
と光導波路を一体で作製するため、これらを整列させる
手間は不要であるが、光導波路での導波損失を減少させ
るため発光素子や受光素子とは光導波路の構造を変える
必要があり、複数回の半導体の成長や、複数個の半導体
加工プロセスが必要であり、作製に手間がかかるという
問題点がある。

【０００８】次に、光導波路として石英系光導波路を用
いるときの問題点を説明する。石英系光導波路では、光
伝搬損失０．１ｄＢ／ｃｍ以下という他の材料では実現
が困難な低損失化が可能である。しかし、このように低
損失の光導波路を作製するためには、１０００℃乃至そ
れ以上の温度でガラスを処理することが必要であり、半
導体素子の作製工程との整合性が悪く、光集積回路の作
製工程に様々な制約が生じるという問題がある。例え
ば、石英系ガラスでは、半導体を成長した基板上に光導
波路を作製するとができない。従って、光集積回路は、
例えば、オプティカルエンジニアリング（OPTICAL ENGI
NEERING ）１９８９年第２８巻１２号１２８１頁に開示
されているように、光導波路を作製した基板上に、個々
の半導体素子を一つずつ配置することによって、作製さ
れる。一般に、発光素子及び／又は受光素子と光導波路
の間の高い光結合効率を得るためには、高い位置合わせ
制度が必要であるから、このような作製方法では、生産
性の向上が困難であるという問題がある。

【０００９】これに対して、ポリイミドやポリメチルメ
タクリレートなどの高分子光導波路では、例えば、エレ
クトロニクスレターズ（ELECTRONICS LETTERS ）１９９
３年第２９巻３号２６９頁や同書１９９１年第２７巻３
号１３４２頁に開示されているように、０．１ｄＢ／ｃ
ｍ程度の低伝搬損失を得ることが可能である。これらの
高分子光導波路は、スピンコートなどの方法によって基
板上に塗布した高分子薄膜を、約１００〜４００℃での
温度でベーキングした後、フォトリソグラフィとドライ
エッチングを用いて光導波路の形状に加工することによ
って作製できる。このように、高分子光導波路の作製工
程では、基板温度を高々４００℃までしか加熱する必要
がないため、半導体素子の作製工程との整合性も高い。

【００１０】高分子光導波路と半導体素子を組み合わせ
た例として特開昭５１−１１３６４６号公報等がある。
図１５に示すように、透明合成重合体シート０１１に発
光素子０１２と受光素子０１３が接着されている。前記
透明合成重合体シート０１１には屈折率を他の部分より
高くした導光路０１４が形成されており、発光素子０１
２から出射した光は導光路０１４を通り受光素子０１３
に入射する。高分子光学回路を作製する方法は以下のと
おりである。まず、発光素子０１２と受光素子０１３の
チップを配列するための溝をつけ、鏡面に仕上げた表面
を持つ金型上を準備し、その金型上に各チップを配列す
る。その後、この金型上に溶液製膜法により透明合成重
合体シートを作製すると、透明合成重合シートと発光素
子及び受光素子とが接着され一体化する。透明合成重合
体シートには光又は電子線によって反応する単量体を含
ませておき、光又は電子線により選択的に添加物を反応
させることにより導光路０１４の部分の屈折率を他の部
分よりも高くする。この場合も、金型上に個々の半導体
素子を一つずつ配置する工程が入るため、整列のための
手間が大きく生産性に問題がある。

【００１１】また、高分子光導波路には、面型発光素子
及び／又は受光素子との光結合を行う上で、以下のよう
な問題がある。光導波路と面型の発光素子及び／又は受
光素子の間の光結合は、光導波路に作製した反射鏡を介
して行うことができる。反射鏡は、例えば、光導波路を
形成した基板を水平面から傾けた状態で、斜めにドライ
エッチングする方法によって作製できる。このとき、光
導波路を伝搬する光をできるだけたくさん発光素子及び
／又は受光素子と結合させるという観点から、反射鏡は
光導波路の全膜厚にわたって作製することが望ましいも
のとされている。しかし、エッチングの進行に伴い、エ
ッチング端面はダレや荒れを起こすため、総厚の厚い光
導波路に対して、光導波路の全膜厚にわたる反射鏡を作
製することは難しい。従来、半導体光導波路では、エレ
クトロニクスレターズ（ELECTRONICS LETTERS ）１９９
１年第２７巻２２号２０２０頁に開示されているよう
に、上部クラッド、コア及び下部クラッドを備えた光導
波路の全膜厚にわたる反射鏡を作製した例が知られてい
る。このようにコア及び上下クラッド三層の全膜厚にわ
たる反射鏡を作製できるのは、半導体光導波路ではコア
・クラッドの比屈折率差を１０％程度に取ることが一般
的であり、この結果、総厚が数μｍ程度の薄い光導波路
を容易に作製できるためである。これに対して、高分子
光導波路では、０．１ｄＢ／ｃｍ程度の低損失化が可能
である反面、半導体光導波路ほど大きな比屈折率差を取
ることが難しく、上部クラッド、コア及び下部クラッド
の三層を備えた光導波路を作製すると、その総厚は１０
〜５０μｍとなることが一般的である。一般に、これほ
ど大きな膜厚にわたって良好なエッチング端面を得るこ
とは困難であり、高分子光導波路に反射鏡を作製する上
での大きな問題点となっている。この結果、高分子光導
波路への反射鏡の作製に関するほとんどの報告例では、
エッチング深さを低減するため、光導波路の構造として
上部クラッドのない二層構造が用いられており、反射鏡
はコアのみに作製されることも多かった。しかし、上部
クラッドのない二層構造を用いたり、反射鏡をコアにし
か作製しない場合には、光導波路の伝搬モードの内、空
気中や下部クラッド中へ浸み出した成分について、発光
素子及び／又は受光素子との光結合を得ることができ
ず、結合効率を十分高めることができない。このこと
は、コアからの浸み出しが大きい単一モード光導波路の
場合には特に問題であり、高分子導波路に反射鏡を作製
した公知の例では、多モード光導波路が多用されてい
る。しかし、多モード光導波路でも、コアの外側に浸み
出した成分について発光素子及び／又は受光素子との光
結合が得られないことによる結合効率の低下は免れない
上、多モード光導波路では、方向性結合器などの機能性
光部品を作れないこと、及び単一モード光ファイバを用
いた光通信あるいは光情報処理システムとの整合性が悪
いことなどの問題がある。

【００１２】以上のように、高分子材料は、低加工温度
で低伝搬損失の光導波路が作製できるという利点を有す
るものの、面型発光素子及び／又は受光素子との光結合
を行う上で重要な反射鏡の作製が難しいという問題を有
する。ところが、従来の反射鏡を介して高分子光導波路
と面型の発光素子及び／又は受光素子を光結合した光集
積回路には、以下のように反射鏡作製の難度を増大させ
るいくつかの構造上あるいは作製法上の問題点がある。
なお、以下では、基板の光導波路が作製されている側を
上方と定義する。

【００１３】まず、従来の反射鏡を用いて光導波路と面
型発光素子及び／又は受光素子を光結合する光集積回路
では、発光素子及び／又は受光素子を光導波路より上方
に配置し、光導波路に作製した上向きの反射鏡を介して
光結合を得る構造が多用されているが、この構造は以下
の理由で問題である。エッチング端面のダレや荒れが起
こる一因は、エッチング中にエッチングマスクの端部が
損傷を受け、不均一に後退することにある。こうしたエ
ッチングマスク端部の後退は、エッチング時間の増大に
伴い顕著となる。このことが、総厚の厚い光導波路ほど
反射鏡の作製が難しいことの一つの理由である。ところ
で、斜めドライエッチングによる上向きの反射鏡の作製
時にエッチングマスクの後退が起こると、図１６に示す
通り、光導波路試料の水平面からの傾斜角θ₀に比べエ
ッチング端面の基板面垂線からの傾斜角θが小さくなる
という現象が起こる。図１６において、曲線（ｂ）は上
向きの反射鏡を作製した場合のθ ₀とθの間の関係を示
したものであり、θ₀＞θの関係があること、及びこの
関係がθの増加した光集積回路の作製方法に共通した問
題点として、ドライエッチングによって作製した端面を
反射鏡として用いていることを指摘することができる。
もし、エッチングマスクの後退に起因するエッチング端
面のダレや荒れによって反射鏡の作製が制限されている
のであれば、反射鏡はこうした問題が起こり難い方法に
よって作製すべきである。

【００１４】本発明は上記問題に鑑み、製造が容易で光
導波損失も小さく、さらに電子回路上にも光導波路を形
成可能な光集積回路およびその作製方法を提供すること
を目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】前記目的を解決する本発
明の請求項１に係る光集積回路は、基板上に設けた発光
素子及び／又は受光素子と、該発光素子及び／又は受光
素子に光結合する高分子導波路とからなることを特徴と
する。

【００１６】上記光集積回路において、請求項２に係る
光集積回路は、前記発光素子或いは受光素子は導波型で
あり、前記高分子導波路は少なくとも下部クラッドとコ
ア及び上部クラッドからなり、前記コアが前記発光素子
又は受光素子の端面と対向するように終端を有し、前記
発光素子又は受光素子の端面と前記コアの終端との間を
前記高分子導波路の下部クラッド又は上部クラッドを構
成する材料で埋め込まれていることを特徴とする。

【００１７】上記光集積回路において、請求項３に係る
光集積回路は、前記発光素子或いは受光素子は導波型で
あり、前記高分子導波路は少なくとも下部クラッドとコ
ア及び上部クラッドからなり、前記下部クラッドが前記
発光素子又は受光素子の端面の近傍で段差を有し、前記
段差と前記発光素子又は受光素子の端面が前記高分子導
波路のコアを構成する材料で埋め込まれていることを特
徴とする。

【００１８】上記光集積回路において、請求項４に係る
光集積回路は、前記発光素子或いは受光素子は導波型で
あり、前記高分子導波路は少なくとも下部クラッドとコ
ア及び上部クラッドからなり、前記コアが前記発光素子
又は受光素子の端面の近傍において前記発光素子又は受
光素子の上面に乗上げるように屈曲し、前記発光素子又
は受光素子の端面と前記コアとの間を前記高分子導波路
の下部クラッドを構成する材料で埋め込まれていること
を特徴とする。

【００１９】上記光集積回路において、請求項５に係る
光集積回路は、前記発光素子或いは受光素子は面型であ
り、前記高分子導波路は少なくとも下部クラッドとコア
及び上部クラッドからなり、前記下部クラッドが前記発
光素子又は受光素子の近傍で段差を有し、前記段差と前
記発光素子又は受光素子の発光／受光面との間を前記高
分子導波路のコアを構成する材料で埋め込まれているこ
とを特徴とする。

【００２０】上記光集積回路において、請求項６に係る
光集積回路は、前記発光素子或いは受光素子は面型であ
り、前記高分子導波路は少なくとも下部クラッドとコア
及び上部クラッドからなり、前記高分子導波路に形成さ
れた反射鏡を介して該高分子導波路と前記発光素子又は
受光素子が光結合することを特徴とする。

【００２１】上記光集積回路において、請求項７に係る
光集積回路は、前記下部クラッドは基板の段差を埋め込
むと同時に該下部クラッドの上面が平坦になるために十
分な厚さを有することを特徴とする。

【００２２】上記光集積回路において、請求項８に係る
光集積回路は、前記反射鏡が、高分子導波路の下部クラ
ッド厚の一部を残して作製されること、或いは前記基板
が表面に段差を有し、高分子導波路の総厚が反射鏡の近
傍で減少することを特徴とする。

【００２３】上記光集積回路において、請求項９に係る
光集積回路は、前記高分子導波路の材料としてポリメチ
ルメタクリレート或いはポリシロキサンを用いることを
特徴とする。

【００２４】また、一方の本発明の請求項１０に係る光
集積回路の作成方法は、基板上に設けた発光素子及び／
又は受光素子と、該発光素子及び／又は受光素子と反射
鏡を介して光結合する高分子導波路とからなる光集積回
路の作製方法において、該反射鏡を機械加工を用いて作
製することを特徴とする。

【００２５】以下、本発明の内容を説明する。

【００２６】高分子光導波路の作製においては高温で加
熱などが不要であるため、発光素子や受光素子を半導体
基板上に作製した後、発光素子や受光素子を劣化させる
こと無くこれに合わせて導波構造を作製することが可能
である。また、あらかじめ高分子溶液の粘度をはじめと
した塗布条件を決めておくことにより、自由に膜厚を制
御することが可能である。例えば、高分子溶液の粘度を
高くする、又はスピナの回転数を低くすることにより膜
厚を厚くしたり、逆に、高分子溶液の粘度を低くする、
又はスピナの回転数を高くすることにより膜厚を薄くし
たりすることが可能である。この性質を用い高分子導波
路の導波構造の基板からの距離を自由に制御でき、導波
構造の高さをあらかじめ作製してある発光素子や受光素
子の高さに容易に位置合わせが可能である。

【００２７】また、基板上に作製する発光素子や受光素
子を作製するためのマスクと同一の位置合わせの手段を
講じることが可能で、基板面と平行方向での位置合わせ
を容易に実現できる。さらに、高分子導波路は誘電体上
にも形成可能であるため電気回路と発光素子及び／又は
受光素子とを有する基板上で、電気回路の保護膜の誘電
体膜が存在する上に形成することも可能であり、基板上
の一部に生じた電気信号を光信号として基板上の他部に
伝達し再度電気信号とするまたは基板外に伝達するよう
な新しい機能も発現できる。

【００２８】本発明の光集積回路では、光導波路材料と
してポリイミド、ポリメチルメタクリレートあるいはポ
リシロキサンなどの高分子を用いるため、低伝搬損失の
光導波路を得ることができる。また、これらの光導波路
の作製工程では最高加熱温度が１００〜４００℃である
ため、光導波路と半導体素子の作製工程の整合性が高
い。この結果、半導体素子を作り付けた基板上に光導波
路を作製できる。このとき、半導体素子を作製するとき
に用いた位置合わせマークを用いて、光導波路を作製す
れば、両者の位置合わせを簡便かつ高精度に行うことが
できる。さらに、高分子材料は、半導体素子の誘電体薄
膜や金属薄膜上にも塗布することができる。すなわち、
半導体素子の絶縁保護膜や電極及び配線上に光導波路を
作製することが可能である。このことは、石英系光導波
路や半導体光導波路では実現が不可能な、本発明の利点
である。

【００２９】また、本発明の光集積回路では、基板の光
導波路が作製されている側を上方と定義するとき、従来
の高分子光導波路において一般的に用いられてきた上向
きの反射鏡ではなく、下向きの反射鏡を用いて光導波路
と面型受発光素子の光結合を得る。図１６（ａ）中の曲
線（ｃ）に示す通り、同図（ｃ）のドライエッチングに
よる下向きの反射鏡の作製では、上向きの反射鏡の作製
とは逆に、エッチングマスクの後退に伴い、エッチング
端面の基板面垂線からの傾斜角θが、光導波路の水平面
からの傾斜角θ₀より大きくなる。従って、下向きの反
射鏡の作製では、所望のエッチング端面の傾斜角より小
さな角度で光導波路を傾斜させた状態でドライエッチン
グを行えばよく、傾斜角が等しい上向きの反射鏡に比べ
作製が容易となる。この結果、上部クラッド、コア及び
下部クラッドの三層を有する高分子光導波路に対して、
上部クラッドから下部クラッドにわたるドライエッチン
グを行っても、良好な反射鏡を容易に作製できる。従っ
て、コアの外部に浸み出した伝搬モード成分についても
受発光素子と光結合させることができ、結合効率を高め
ることができる。

【００３０】また、本発明の請求項８記載の光集積回路
では、伝搬モードの光強度がほとんど存在しない下部ク
ラッドの基板界面の近傍には反射鏡を作製しない。この
結果、上部クラッドを備えた光導波路に対しても、良好
なエッチング端面が得られるエッチング深さの範囲内
で、上部クラッドから下部クラッドの高さにわたる反射
鏡を作製することができる。しかも、下部クラッドの基
板近傍に分布する光強度は極めて小さいから、下部クラ
ッド全域に反射鏡を作製した場合に比べ、結合効率の低
下はほとんど起こらない。

【００３１】また、本発明の請求項９記載の光集積回路
では、高分子光導波路の材料としてドライエッチングに
よる加工性に優れるポリメチルメタクリレートあるいは
ポリシロキサンを用いるため、ダレや荒れが起こらない
エッチング深さを拡大することができ、容易に上部クラ
ッドから下部クラッドにわたる反射鏡を作製することが
できる。また、ポリメチルメタクリレート及びポリシロ
キサンは、作製工程における最高加熱温度が各々１００
〜２００℃及び２００〜３００℃であるため、半導体素
子の作製が完了した後であっても、半導体素子の特性を
劣化されることなく光導波路を作製できる。また、ポリ
メチルメタクリレート光導波路やポリシロキサン光導波
路は、ポリイミド光導波路で問題となるような複屈折性
を持たないため、伝搬光の偏波制御が不要である。

【００３２】また、本発明の請求項１０記載の光集積回
路の作製方法では、光導波路の加工深さを増加してもダ
レや荒れが起こり難い、機械加工によって反射鏡を作製
するため、容易に上部クラッドから下部クラッドにわた
る反射鏡を作製することができる。

【００３３】

【実施例】以下、本発明に係る好適な一実施例を図面を
参照して説明する。

【００３４】（実施例１）図１は本発明の一実施例の素
子の説明図である。同図中、符号１はＩｎＰ基板、８は
高分子光導波路、９は発光素子、１０は受光素子を各々
図示する。同図に示すように、ＩｎＰ基板１上には発光
素子９および受光素子１０が作製してある。これに高分
子材料からなる高分子光導波路８を形成する。高分子光
導波路８は例えば一端部Ａから１．３μｍと１．５μｍ
の波長の２種類の光が入射し、１．３μｍ光は受光素子
１０で受け１．５μｍ光は他端部Ｂに出力する構造であ
り、発光素子９の出力はＡから取り出される構造となっ
ている。この光回路は受光素子１０や発光素子９と同一
基板上に高分子光導波路８があるため同一の位置合わせ
の手段を講じたマスクを用いて容易に位置合わせが可能
であり、また作製温度も低いため、すでに形成されてい
る受光素子１０や発光素子９に悪影響を与えない。さら
に光導波回路はその寸法が数ｃｍの長さであるため、こ
れを従来のように半導体で作製した場合には１０ｄＢ程
度の損失となるにもかかわらず、高分子光導波路８を用
いることで低損失の導波路とする事ができるため１〜２
ｄＢの損失におさえることができる。

【００３５】（実施例２）図２は本発明の一実施例の素
子の説明図である。同図中、符号１は基板、８は高分子
光導波路、９は発光素子、１０は受光素子、１１ａ，１
１ｂ，１１ｃ，１１ｄは電子回路を各々図示する。ここ
で、電子回路１１ａ，１１ｂの出力の一部は発光素子９
により光信号となり、高分子光導波路８により受光素子
１０に伝えられ、電子回路１１ｃ，１１ｄに電気信号と
して伝えられる。この時、高分子光導波路８は低温で作
製できる高分子から形成されるため、電子回路１１、発
光素子９、受光素子１０の作製後に導波路を形成でき
る。また、電子回路１１上には保護のための誘電体があ
るが、高分子光導波路８を用いることによりその上にも
容易に形成でき、同一基板上での信号の授受が初めて可
能となる。さらに、高分子光導波路８を基板１の端部ま
で形成し、例えば光ファイバなどと接続することによ
り、容易に基板１の外部とも接続できる。

【００３６】次に、発光素子９、受光素子１０と高分子
光導波路８との接続部分について詳述する。（実施例３）図３は本発明の素子の説明図である。同図
中、１は基板、２，２′は半導体層、３は活性層または
光吸収層、４は下部クラッド層、５はコア層、６は上部
クラッド層を各々図示する。基板１の上に半導体層２，
２′および活性層または光吸収層３からなる発光素子ま
たは受光素子が搭載されている。発光素子または受光素
子は図３の光導波路と同じ方向に導波構造となってい
る。これに、高分子材料からなる下部クラッド層４を塗
布し、ついでコア層５及び上部クラッド層６を塗布す
る。次に、発光素子または受光素子に合わせフォトリソ
グラフィおよびドライエッチングなどでコアのパターン
を形成する。この時、コアのパターンは発光素子または
受光素子を作製する際に用いたマスクに対応したマスク
を用いるためマスクの位置合わせのみで自動的にコアを
最適な位置に合わせられる。この時下部クラッド４は発
光素子または受光素子の導波構造に上にまたがって形成
される。そのためコア５も発光素子または受光素子の直
前で屈曲し、発光素子または受光素子の導波構造に上に
またがって形成される。

【００３７】（実施例４）図４は本発明の素子の説明図
である。同図中、１は基板、２，２′は半導体層、３は
活性層または光吸収層、４は下部クラッド層、５はコア
層、６は上部クラッド層を各々図示する。基板１の上に
半導体層２，２′および活性層または光吸収層３からな
る発光素子または受光素子が搭載されている。発光素子
または受光素子は図４の光導波路と同じ方向に導波構造
となっている。これに、高分子材料からなる下部クラッ
ド層４を塗布し、ついでコア層を塗布する。次に発光素
子または受光素子に合わせフォトリソグラフィおよびド
ライエッチングなどでコアのパターンを形成する。この
時、コアのパターンは発光素子または受光素子を作製す
る際に用いたマスクに対応したマスクを用いるため、マ
スクの位置合わせのみで自動的にコアを最適な位置に合
わせられる。この際、コアの先端または終端は、発光素
子または受光素子に対向して形成される。その後、上部
クラッド層６を塗布しコア層５を埋め込み、図４の構造
の素子を形成できる。光導波路の構造は、光の合分波の
ためシングルモード構造となっていることが最適であ
る。このような構造になっているため、図３の構造に比
べ、マスクと位置合わせの精度は必要であるが、発光素
子または受光素子とコア層５との間のクラッド６部分を
介し、発光素子からの光は高分子光導波路に、また該光
導波路からの光は受光素子に結合する効率は、図３の構
造の素子に比べ一定で高くできる。

【００３８】図５は本発明の素子の説明図である。同図
中、１は基板、２，２′は半導体層、３は活性層または
光吸収層、４は下部クラッド層、５はコア層、６は上部
クラッド層を各々図示する。基板１の上に半導体層２，
２′および活性層または光吸収層３からなる発光素子ま
たは受光素子が搭載されている。発光素子または受光素
子は図５の光導波路と同じ方向に導波構造となってい
る。これに、高分子材料からなる下部クラッド層４を塗
布し、発光素子または受光素子の近傍で下部クラッド層
４が薄くなるようにフォトリソグラフィおよびドライエ
ッチングなどでパターン化する。次にコア層５を塗布
し、発光素子または受光素子に合わせフォトリソグラフ
ィでコアのパターンを形成する。この時、コアのパター
ンは発光素子または受光素子を作製する際に用いたマス
クに対応したマスクを用いるためマスクの位置合わせの
みで自動的にコアを最適な位置に合わせられる。この
際、コアの一部は発光素子または受光素子に接触した構
造となる。その後、上部クラッド層６を塗布しコアを埋
め込み、図５の構造を形成できる。光導波路の構造は、
光の合分波のためシングルモード構造となっていること
が最適である。このような構造の素子になっているた
め、図３の構造の素子に比べ、マスクと位置合わせの精
度は必要であるが、結合効率は一定で高くできる。ま
た、図４の構造の素子に比べ、光導波路端部での反射等
を考慮する必要が無い。

【００３９】（実施例６）図６は本発明の素子の説明図
である。同図中、符号７は面型受光素子である。面型受
光素子７は基板面に形成されている。これに、高分子材
料からなる下部クラッド層４を塗布し、面型受光素子７
の近傍で下部クラッド層４が薄くなるようにフォトリソ
グラフィおよびドライエッチングなどでパターン化す
る。このとき面型受光素子７の上では下部クラッド層４
を無くしてしまっても良い。次にコア層５を塗布し、受
光素子に合わせフォトリソグラフィおよびドライエッチ
ングなどでコアのパターンを形成する。この時、コアの
パターンは発光素子または受光素子を作製する際に用い
たマスクに対応したマスクを用いるためマスクの位置合
わせのみで自動的にコアを最適な位置に合わせられる。
その後、上部クラッド層６を塗布しコアを埋め込み、図
６の構造の素子を形成できる。光導波路の構造は、光の
合分波のためシングルモード構造となっていることが最
適である。このような構造の素子になっているため、導
波光は下部クラッド４が厚い部分では基板１と相互作用
がなく低損失に導波できる。また光はクラッド部分にも
広がりを持っているため、薄い下部クラッド４があって
も受光素子部では光導波路の光は面型受光素子７に容易
に結合できる。

【００４０】（実施例７）図７は本発明の素子の説明図
である。基板１の上に半導体層２および面型受光素子７
が搭載されている。これに、高分子材料からなる下部ク
ラッド層４を塗布する。面型受光素子７は基板１より盛
り上がっているため面型受光素子７上では下部クラッド
層４が薄くなる。次にコア層５を塗布し、面型受光素子
７に合わせフォトリソグラフィでコアのパターンを形成
する。この時、コア層５のパターンは面型受光素子７を
作製する際に用いたマスクに対応したマスクを用いるた
めマスクの位置合わせのみで自動的にコアを最適な位置
に合わせられる。その後、上部クラッド層６を塗布しコ
ア層５を埋め込み、図７の構造の素子を形成できる。光
導波路の構造は、光の合分波のためシングルモード構造
となっていることが最適である。このような構造の素子
になっているため、導波光は下部クラッド４を厚い部分
では基板１と相互作用がなく低損失に導波できる。また
光はクラッド部分にも広がりを持っているため、薄い下
部クラッド４があっても受光素子部では光導波路の光は
面型受光素子７に容易に結合できる。また作製方法も容
易である。

【００４１】（実施例８）図８は本発明の素子の説明図
である。基板１の上に半導体層２および面型受光素子７
が搭載されている。これに、高分子材料からなる下部ク
ラッド層４を面型受光素子７と略平面となる厚さに塗布
し、面型受光素子７の近傍で下部クラッド層４が薄くな
るようにフォトリソグラフィおよびドライエッチングな
どでパターン化する。次にコア層５を塗布し、面型受光
素子７に合わせフォトリソグラフィでコアのパターンを
形成する。この時、コア層５のパターンは面型受光素子
７を作製する際に用いたマスクに対応したマスクを用い
るためマスクの位置合わせのみで自動的にコア層５を最
適な位置に合わせられる。その後、上部クラッド層６を
塗布しコア層５を埋め込み、図８の構造の素子を形成で
きる。光導波路の構造は、光の合分波のためシングルモ
ード構造となっていることが最適である。図７の構造の
素子の場合、素子上のクラッドの厚さおよび半導体層２
の段差端部から面型受光素子までの距離により結合効率
が変化するが、図８の構造の素子の場合、半導体層２の
端部に面型受光素子が存在する場合には図７の構造の素
子の場合よりも結合効率が一定で大きくとれる。

【００４２】次に、高分子光導波路８を形成する高分子
材料として、例えばメタクリレートを用いた具体的な例
で説明するが、本発明はこれに限定されるものではな
く、他の高分子材料、例えばフッ素化や重水素化された
エポキシ、ポリイミド等の有機材料をはじめシリコーン
等を用いた場合も同様な構造に作製可能である。以下に
おいては、基板は主に半導体結晶を用いた例で説明して
あるが、その他、例えばリチウムナイオベイト（ＬＮ）
基板やガラス基板など必要に応じた基板を用い、受光素
子、発光素子を貼りつけて用いることも可能であり、限
定されるものではない。

【００４３】以下、好適な具体例を説明する。（具体例１）図３に示すように、アンプ回路を有するＧ
ａＡｓ基板１上にｎ型ＩｎＰからなる半導体２、ＩｎＧ
ａＡｓ／ＩｎＧａＡｓＰ多重量子井戸（ＭＱＷ）からな
る活性層３、ｐ型ＩｎＰからなる半導体２′よりなるレ
ーザーダイオード構造を接着し、これを導波構造に加工
し、両端面はドライエッチングによりミラーを作製し、
発振波長１．５３μｍのレーザーダイオードを作製し
た。この基板１上に重水素化メタクリレートと重水素化
フッ化メタクリレートとの共重合体を８μｍの厚さにス
ピナを用いてコートし下部クラッド層４とし、次に重水
素化メタクリレートの割合を増加した共重合体を５μｍ
の厚さにスピナを用いてコートした。次に、フォトダイ
オードを作製するときに用いたマスクと共同の位置合わ
せマークを有するマスクを用いてフォトリソグラフィと
反応性イオンエッチングを用いて７μｍ幅のコア層５を
作製した。このコア層５はレーザー導波構造上に一致し
て設置されている。次に、下部クラッド層４と同じ共重
合体をコア層５の上の厚さが５μｍとなるようスピナを
用いて塗布して上部クラッド層６を形成し、図３に示す
構造の素子を得た。ここで、レーザー直前での導波路屈
曲部の基板１に対する角度は基板面に対して約５０度で
屈曲し、レーザーをまたぐようにしている。このレーザ
ーダイオードを発振させ高分子光導波路との結合損失を
測定したところ、１０ｄＢであった。尚、高分子光導波
路を形成する材料として用いた重水素化メタクリレート
の屈折率はフッ素化した重水素化フッ素化メタクリレー
トの屈折率に比べてその屈折率は高い。

【００４４】（具体例２）図４に示すように、ＩｎＰ基
板１上にｎ型ＩｎＰよりなる半導体２、ＩｎＧａＡｓよ
りなる光吸収層３、Ｐ型ＩｎＰからなる半導体２′より
なるｐｉｎフォトダイオード構造を成長し、これを導波
構造に加工した。この基板１上に重水素化メタクリレー
トと重水素化フッ化メタクリレートとの共重合体を４μ
ｍの厚さにコートし下部クラッド層４とし、次に重水素
化メタクリレートの割合を増加した共重合体を５μｍの
厚さにコートした。次に、フォトダイオードを作製する
ときに用いたマスクと共同の位置合わせマークを有する
マスクを用いて図４の形状となるようにフォトリソグラ
フィと反応性イオンエッチングを用いて５μｍ幅のコア
層５を作製した。次に、下部クラッド層４と同じ共重合
体をコア層５の上の厚さが５μｍとなるよう塗布して上
部クラッド層６を形成し、図４に示す構造の素子を得
た。この光導波路に１．３μｍの光を通しフォトダイオ
ードとの結合損失を測定したところ、２ｄＢであった。

【００４５】（具体例３）図５に示すように、駆動回路
を有するＳｉ基板１上にＧａＡｓバッファ層、ＧａＡｓ
歪超格子層、ＩｎＰ層を成長した後、ｎ型ＩｎＰよりな
る半導体２、ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＧａＡｓＰＭＱＷより
なる活性層３、ｐ型ＩｎＰからなる半導体２′よりなる
レーザーダイオード構造を成長し、これを導波構造に加
工し、両端面はドライエッチングによりミラーを作製
し、発振波長１．５５μｍのレーザーダイオードを作製
した。この基板１上に重水素化メタクリレートと重水素
化フッ化メタクリレートの共重合体を１０μｍの厚さに
コートした。次に、レーザーダイオードを作製するとき
に用いたマスクと共同の位置合わせマークを有するマス
クを用いてレーザー近傍で段差を生じるようにフォトリ
ソグラフィと反応性イオンエッチングを用いてエッチン
グして下部クラッド層４を形成した。次に、重水素化メ
タクリレートの割合を増加した共重合体を７μｍの厚さ
にコートした。次に、レーザーダイオードを作製すると
きに用いたマスクと共同の位置合わせマークを有するマ
スクを用いてフォトリソグラフィを行い、反応性イオン
エッチングを用いて７μｍ幅のコア層５を作製した。コ
ア層５はレーザーダイオードの導波構造上にまでつなが
っている。次に下部クラッド層４と同じ共重合体をコア
の上の厚さが５μｍとなるよう塗布して上部クラッド層
６を形成し、図５に示す構造の素子を得た。このレーザ
ーダイオードを発振させ光導波路との結合損失を測定し
たところ、８ｄＢであった。

【００４６】（具体例４）図６に示すように、ＩｎＰ基
板１上にＩｎＧａＡｓを光吸収層とする面型のメタル・
セミコンダクター・メタル（ＭＳＭ）フォトダイオード
構造を成長し、金属電極をつけＭＳＭフォトダイオード
を作製した。この基板１上に重水素化メタクリレートと
重水素化フッ化メタクリレートの共重合体を５μｍの厚
さにコートした。次にフォトダイオードを作製するとき
に用いたマスクと共同の位置合わせマークを有するマス
クを用いてＭＳＭフォトダイオードから５０μｍ離れた
ところで段差を生じるようにフォトリソグラフィと反応
性イオンエッチングを用いてエッチングし、フォトダイ
オード上では１μｍの厚さとして、下部クラッド層４を
形成した。次に、重水素化メタクリレートの割合を増加
した共重合体を７μｍの厚さにコートした。次に、フォ
トダイオードを作製するときに用いたマスクと共同の位
置合わせマークを有するマスクを用いてフォトリソグラ
フィを行い、反応性イオンエッチングを用いて７μｍ幅
のコア層５を作製した。コア層５はフォトダイオードの
直上を通っている。次に、下部クラッド層４と同じ共重
合体をコア層５の上の厚さが５μｍとなるよう塗布し、
図６に示す構造の素子を得た。光導波路に１．５５μｍ
の光を導波させフォトダイオードとの結合損失を測定し
たところ、３ｄＢであった。

【００４７】（具体例５）図７に示すように、ＩｎＰ基
板１上にＩｎＧａＡｓを光吸収層とする面型のＭＳＭフ
ォトダイオード構造を成長し、このＩｎＰ基板を３０μ
ｍの厚さに研磨して、これをガラス基板に金を用いて貼
りつけた後、ＭＳＭフォトダイオード構造に加工した。
この基板上に重水素化メタクリレートと重水素化フッ化
メタクリレートの共重合体を３２μｍの厚さにコートし
て下部クラッド層４を形成した。次に、重水素化メタク
リレートの割合を増加した共重合体を６μｍの厚さにコ
ートした。次に、フォトダイオードを作製するときに用
いたマスクと共同の位置合わせマークを有するマスクを
用いてフォトリソグラフィを行い、反応性イオンエッチ
ングを用いて６μｍ幅のコア層５を作製した。コア層５
はフォトダイオードの直上を通っている。次に、下部ク
ラッド層４と同じ共重合体をコア層５の上の厚さが５μ
ｍとなるよう塗布して上部クラッド層を形成し、図７に
示す構造の素子を得た。光導波路に１．５μｍの光を導
波させフォトダイオードとの結合損失を測定したとこ
ろ、２．５ｄＢであった。

【００４８】（具体例６）図８に示すようにＳｉ基板１
上にＧａＡｓバッファ層、ＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓ歪超格
子層、ＩｎＰ層を成長した後、ｎ型ＩｎＰよりなる半導
体層２とＩｎＧａＡｓを光吸収層とする面型のｐｉｎフ
ォトダイオード構造を成長した。半導体層２の全厚さは
１３μｍである。この基板１上に重水素化メタクリレー
トと重水素化フッ化メタクリレートの共重合体を１３μ
ｍの厚さにコートした。次に、フォトダイオードを作製
するときに用いたマスクと共同の位置合わせマークを有
するマスクを用いてフォトダイオードから２０μｍ離れ
たところで段差を生じるようにフォトリソグラフィと反
応性イオンエッチングを用いてエッチングして下部クラ
ッド層４を形成した。次に、重水素化メタクリレートの
割合を増加した共重合体を６μｍの厚さにコートした。
次に、フォトダイオードを作製するときに用いたマスク
と共同の位置合わせマークを有するマスクを用いてフォ
トリソグラフィを行い、反応性イオンエッチングを用い
て６μｍ幅のコア層５を作製した。コア層５はフォトダ
イオードの直上を通っている。次に、下部クラッド層４
と同じ共重合体をコア層５の上の厚さが５μｍとなるよ
う塗布し、図８に示す構造の素子を得た。光導波路に
１．５５μｍの光を導波させフォトダイオードとの結合
損失を測定したところ、１ｄＢであった。

【００４９】（実施例９）図９は、本発明の実施例９を
説明する図であって、同図中、符号２１はＩｎＰ基板、
２２はＩｎＧａＡｓ（Ｐ）系面型ＰＩＮフォトダイオー
ド、２３はＩｎＧａＡｓＰ系面発光レーザ、２４はＩｎ
ＧａＡｓ系高移動度電界効果トランジスタ（ＨＥＭ
Ｔ）、２５は高分子光導波路、２５ａ及び２５ｂはその
コア及びクラッド、２６は高分子光導波路２５の全膜厚
にわたって作製した反射鏡である。また、Ａ及びＢは、
高分子光導波路２５の光入射端及び光出射端である。

【００５０】本実施例の光集積回路は、高分子光導波路
２５のＡ端から入射した光信号を、反射鏡２６を介して
ＰＩＮフォトダイオード２２に結合し、ここで得られる
電気信号をＨＥＭＴ２４を用いた電子回路によって信号
処理した後、ＩｎＧａＡｓＰ系面発光レーザ２３で光信
号に変換した上で、反射鏡２６を介して高分子光導波路
２５のＢ端から出射する構成となっている。

【００５１】ここで、高分子光導波路２５のパラメータ
を、光導波路材料としてポリメチルメタクリレートある
いはポリシロキサンを用いた場合について例示すると、
以下の通りである。まず、コアの屈折率及び膜厚は１．
４５及び７μｍ、コア・クラッドの比屈折率差は０．３
％であり、波長が１．５５μｍ以上の光に対して、単一
モード条件を満たしている。この結果、この光導波路で
は、方向性結合器などの機能性光部品の作製が可能であ
る。さらに、これらの光導波路は、単一モード光ファイ
バと伝搬モードが整合するよう設計されているため、モ
ード径の変換を行うことなく単一モード光ファイバを用
いた光通信乃至光情報処理システムと結合することがで
きる。また、この光導波路では、コア中心から±１０μ
ｍの領域に伝搬モードの９９％以上の光強度が集中し、
コア中心から±２３μｍ以上の領域では光強度が事実上
零になる。この結果、上部及び下部クラッド厚として、
各々７μｍ及び２０μｍ以上の厚さを選べば、伝搬モー
ドのほとんどを受発光素子と光結合でき、基板側への漏
れ（あるいは放射）に起因する伝搬損失を無視できる程
度まで低減できる。本実施例では、上部及び下部クラッ
ド厚を、各々１０μｍ及び２０μｍとした。

【００５２】本実施例の光集積回路は、以下の手順に従
って作製することができる。まず、ＩｎＰ基板２１上
に、ＩｎＧａＡｓ（Ｐ）系ＰＩＮフォトダイオード２
２、ＩｎＧａＡｓＰ系面発光レーザ２３及びＩｎＧａＡ
ｓ系ＨＥＭＴ２４を、エピタキシャル成長、ウェハ・ボ
ンディングあるいは接着剤を用いた貼付け等の方法によ
って作製する。次に、光導波路２５の下部クラッド材料
を塗布及びベーキングする。続いて、光導波路２５のコ
ア材料を塗布及びベーキングした後、フォトリソグラフ
ィ及びドライエッチングによりコア形状を成形する。さ
らに、光導波路２５の上部クラッド材料を塗布及びベー
キングし、光導波路２５を得る。最後に、フォトリソグ
ラフィ及び斜めドライエッチングにより反射鏡２６を作
製する。

【００５３】本実施例の光集積回路では、光導波路の材
料としてポリメチルメタクリレートあるいはポリシロキ
サンを用いているため、光導波路作製における最高工程
温度は１００〜２００℃あるいは２００〜３００℃であ
り、受発光素子や電子素子を作製した基板上に、受発光
素子や電子素子の特性を劣化させることなく低伝搬損失
の光導波路を作製できる。また、本実施例の光集積回路
では、下向きの反射鏡を用いて光導波路と面型受発光素
子の光結合を得ている。斜めドライエッチングによる反
射鏡の作製では、エッチング端面の基板面垂線からの傾
斜角は、光導波路の水平面からの傾斜角より大きくなる
ため、傾斜角が等しい上向きの反射鏡に比べ、小さい角
度で光導波路を傾斜することによって作製することがで
き、作製がはるかに容易である。また、本実施例の光集
積回路では、光導波路の材料として加工性のよいポリメ
チルメタクリレートまたはポリシロキサンを用いている
ため、総厚が３７μｍの光導波路２５に対して、上部ク
ラッドから下部クラッドにわたる反射鏡２６を良好に作
製することができる。このように、本実施例の光集積回
路では、反射鏡が光導波路の上部クラッドから下部クラ
ッドにわたって作製されているため、伝搬モードの上下
クラッドに浸み出した成分についても受発光素子と光結
合させることができ、光結合効率を高めることができ
る。

【００５４】なお、本実施例では、同一基板上に光導波
路のほかに、受光素子、発光素子及び電子素子の三者を
集積した例について述べたが、受発光素子の何れか一方
と光導波路が集積された光集積回路であれば、本発明は
本実施例に対するものと全く同様の効果を持つ。また、
本実施例では、光導波路として単一モード導波路を用い
た場合について示したが、多モード導波路を用いた光集
積回路に対しても、本発明の構造は結合効率の向上に有
効である。また、本実施例では、ＩｎＰ基板上にＩｎＧ
ａＡｓＰ系の受発光素子及び電子回路を集積した光集積
回路を例示したが、例えばＧａＡｓ、Ｓｉ、サファイ
ア、ＬｉＮＯ₃などの基板上にＧａＡｌＡｓ、ＩｎＧａ
ＡｌＰ、あるいはＳｉ系の受発光素子及び電子回路を集
積した光集積回路においても同様の効果を得ることがで
きる。さらに、本実施例では、発光素子として面発光レ
ーザ、受光素子としてＰＩＮフォトダイオード、電子素
子としてＨＥＭＴを集積した光集積回路を例示したが、
発光素子として面発光ダイオード、受光素子として金属
−半導体−金属（ＭＳＭ）フォトダイオードあるいはア
バランシェ・フォトダイオード（ＡＰＤ）、電子素子と
してＳｉ−ＭＯＳトランジスタ、Ｓｉ−バイポーラトラ
ンジスタ、あるいは化合物半導体ヘテロバイポーラトラ
ンジスタを用いても全く同様の効果を得ることができ
る。

【００５５】なお、本実施例では、光導波路２５の全膜
厚にわたって反射鏡を作製する構造を例示したが、光導
波路２５においてその伝搬モードの光強度の９９％以上
は、コア中心から±１０μｍの領域に集中しているので
あるから、反射鏡２６は１０μｍ厚の下部クラッドを残
す深さまで作製すれば十分である。この方法を用いれ
ば、さらに総厚の厚い光導波路に対しても、本実施例と
同様の良好な反射鏡を作製することができる。また、本
実施例では、基板２１として表面が平坦な基板を用いた
例を示したが、実施例１１に示すように、表面に段差を
有する基板を用いて、高分子光導波路の総厚が反射鏡の
近傍で減少する構造を作製することによっても、本実施
例より総厚の厚い光導波路に対して、本実施例と同様の
良好な反射鏡を作製することができる。また、本実施例
では、導波路材料としてポリメチルメタクリレート又は
ポリシロキサンを用いた場合を例示したが、これに代え
てポリイミドを用いた場合にも、上向きの反射鏡を作製
することの効果は同様であり、大きなエッチング深さに
わたって良好な反射鏡を得る手段として有効である。ま
た、本実施例では、反射鏡をドライエッチングによって
作製する方法を例示したが、実施例１２に示す方法によ
って反射鏡を機械加工を用いて作製すれば、光導波路の
材料や総厚に依らず、上部クラッドから下部クラッドに
わたる反射鏡を良好に作製することができる。

【００５６】（実施例１０）図１０は、本発明の実施例
１０を説明する図であって、同図中、符号３１はＩｎＰ
基板、３２はＩｎＧａＡｓ（Ｐ）系面型ＰＩＮフォトダ
イオード、３３はＩｎＧａＡｓＰ系面発光レーザ、３４
はＩｎＧａＡｓ系高移動度電界効果トランジスタ（ＨＥ
ＭＴ）、３５は高分子光導波路、３５ａ及び３５ｂはそ
のコア及びクラッド、３６は高分子光導波路３５の下部
クラッド厚の一部を残して作製した反射鏡である。ま
た、Ａ及びＢは、高分子光導波路３５の光入射端及び光
出射端である。

【００５７】本実施例の光集積回路は、高分子光導波路
３５のＡ端から入射した光信号を、反射鏡３６を介して
ＰＩＮフォトダイオード３２に結合し、ここで得られる
電気信号をＨＥＭＴ３４を用いた電子回路によって信号
処理した後、ＩｎＧａＡｓＰ系面発光レーザ３３で光信
号に変換した上で、反射鏡３６を介して高分子光導波路
３５のＢ端から出射する構成となっている。

【００５８】ここで、高分子光導波路３５のパラメータ
を、光導波路材料としてポリイミドを用いた場合につい
て例示すると、以下の通りである。まず、コアの屈折率
及び膜厚は１．６１及び１．５μｍ、コア・クラッドの
比屈折率差は３％であり、波長が１．３μｍ以上の光に
対して、単一モード条件を満たしている。この結果、こ
の光導波路では、方向性結合器などの機能性光部品の作
製が可能である。また、この光導波路では、コア中心か
ら±３．５μｍの領域に伝搬モードの９９％以上の光強
度が集中し、コア中心から±５．５μｍ以上の領域では
光強度が事実上零になる。この結果、上部及び下部クラ
ッド厚として、各々３μｍ及び５μｍの厚さを選び、反
射鏡１６を２μｍの下部クラッド厚を残して作製すれ
ば、伝搬モードのほとんどを受発光素子と光結合でき、
基板側への漏れ（あるいは放射）に起因する伝搬損失を
無視できる程度まで低減できる。本実施例では、上部及
び下部クラッド厚を各々３μｍ及び５μｍとし、反射鏡
１６を２μｍの下部クラッド厚を残して作製した。

【００５９】本実施例の光集積回路は、以下の手順に従
って作製することができる。まず、ＩｎＰ基板３１上
に、ＩｎＧａＡｓ（Ｐ）系ＰＩＮフォトダイオード３
２、ＩｎＧａＡｓＰ系面発光レーザ３３及びＩｎＧａＡ
ｓ系ＨＥＭＴ３４を、エピタキシャル成長、ウェハ・ボ
ンディングあるいは接着剤を用いた貼付け等の方法によ
って作製する。次に、ポリイミド光導波路の下部クラッ
ド材料を塗布及びベーキングする。続いて、ポリイミド
光導波路のコア材料を塗布及びベーキングした後、フォ
トリソグラフィ及びドライエッチングによりコア形状を
成形する。さらに、ポリイミド光導波路の上部クラッド
材料を塗布及びベーキングし、光導波路３５を得る。最
後に、フォトリソグラフィ及び斜めドライエッチングに
より反射鏡３６を作製する。

【００６０】本実施例の光集積回路では、光導波路の材
料としてポリイミドを用いているため、光導波路作製に
おける最高工程温度は３００〜４００℃であり、受発光
素子や電子素子を作製した基板上に、受発光素子や電子
素子の特性を劣化させることなく低伝搬損失の光導波路
を作製できる。また、本実施例の光集積回路では、下向
きの反射鏡を用いて光導波路と面型受発光素子の光結合
を得ているため、傾斜角が等しい上向きの反射鏡に比
べ、作製がはるかに容易である。また、総厚が約１０μ
ｍのポリイミド光導波路３５の上部クラッド最表面から
膜厚７．５μｍの領域に対してのみしか、反射鏡を作製
していない。この結果、加工性の悪いポリイミドを光導
波路材料として用いているにも拘らず、上部クラッドか
ら下部クラッドにわたる反射鏡３６を良好に作製するこ
とができる。さらに、反射鏡３６は、伝搬モードの光強
度の９９％以上が集中している領域をカバーするように
作製されているため、受発光素子との高い光結合効率を
実現できる。

【００６１】なお、本実施例では、同一基板上に光導波
路のほかに、受光素子、発光素子及び電子素子の三者を
集積した例について述べたが、受発光素子の何れか一方
と光導波路が集積された光集積回路であれば、本発明は
本実施例に対するものと全く同様の効果を持つ。また、
本実施例では、光導波路として単一モード導波路を用い
た場合について示したが、多モード導波路を用いた光集
積回路に対しても、本発明の構造は結合効率の向上に有
効である。また、本実施例では、ＩｎＰ基板上にＩｎＧ
ａＡｓＰ系の受発光素子及び電子回路を集積した光集積
回路を例示したが、例えばＧａＡｓ、Ｓｉ、サファイ
ア、ＬｉＮＯ₃などの基板上にＧａＡｌＡｓ、ＩｎＧａ
ＡｌＰ、あるいはＳｉ系の受発光素子及び電子回路を集
積した光集積回路においても同様の効果を得ることがで
きる。さらに、本実施例では、発光素子として面発光レ
ーザ、受光素子としてＰＩＮフォトダイオード、電子素
子としてＨＥＭＴを集積した光集積回路を例示したが、
発光素子として面発光ダイオード、受光素子として金属
−半導体−金属（ＭＳＭ）フォトダイオードあるいはア
バランシェ・フォトダイオード（ＡＰＤ）、電子素子と
してＳｉ−ＭＯＳトランジスタ、Ｓｉ−バイポーラトラ
ンジスタ、あるいは化合物半導体ヘテロバイポーラトラ
ンジスタを用いても全く同様の効果を得ることができ
る。

【００６２】なお、本実施例では、基板３１として表面
が平坦な基板を用いた例を示したが、実施例１１に示す
ように、表面に段差を有する基板を用いて、高分子光導
波路の総厚が反射鏡の近傍で減少する構造を作製すれ
ば、本実施例より総厚の厚い光導波路に対して、本実施
例と同様の良好な反射鏡を作製することができる。ま
た、本実施例では、導波路材料としてポリイミドを用い
た場合を例示したが、これより加工性に優れるポリメチ
ルメタクリレートあるいはポリシロキサンを用いること
も、総厚の厚い光導波路に良好な反射鏡を作製するため
に有効な手段である。また、本実施例では、反射鏡をド
ライエッチングによって作製する方法を例示したが、実
施例１１に示す方法によって反射鏡を機械加工を用いて
作製すれば、光導波路の材料や総厚に依らず、上部クラ
ッドから下部クラッドにわたる反射鏡を良好に作製する
ことができる。

【００６３】（実施例１１）図１１は、図９や図１０に
例示した光集積回路において、反射鏡を用いた光結合部
に図９や図１０とは異なる構造を用いた例であって、同
図中、符号４１は基板、４１′は基板４１上に作製した
段差、４１′ａは段差上部、４１′ｂは段差下部、４２
は面型受発光素子、４３は高分子光導波路、４３ａ及び
４３ｂはそのコア及びクラッド、４４は反射鏡である。
図中に示した通り、受発光素子４２は段差上部４１′ａ
上に、コア４３ａは段差下部４１′ｂ上の光導波路内の
みに作製した。また、段差上部４１′ａ上の光導波路は
クラッド材料のみによって構成され、段差上部４１′ａ
上の全光導波路厚は、段差下部４１′ｂ上に比べ減少す
る構造とした。

【００６４】ここで、高分子光導波路４３のパラメータ
を、光導波路材料としてポリメチルメタクリレートある
いはポリシロキサンを用いた場合について例示すると、
以下の通りである。まず、コアの屈折率及び膜厚は１．
４５及び７μｍ、コア・クラッドの比屈折率差は０．３
％であり、波長が１．５５μｍ以上の光に対して、単一
モード条件を満たしている。この結果、この光導波路で
は、方向性結合器などの機能性光部品の作製が可能であ
る。さらに、これらの光導波路は、単一モード光ファイ
バと伝搬モードが整合するよう設計されているため、モ
ード径の変換を行うことなく単一モード光ファイバを用
いた光通信乃至光情報処理システムと結合することがで
きる。また、段差下部４１′ｂ上における上部及び下部
クラッド厚、及び段差上部４１′ａ上における光導波路
の総厚は、何れも２０μｍとした。この光導波路では、
コア中心から±２３μｍ以上の領域では光強度が事実上
零となるため、段差下部４１′ｂ上における下部クラッ
ド４３ａの厚さとして２０μｍ以上の厚さを選べば、基
板側への漏れ（あるいは放射）に起因する伝搬損失を無
視できる程度まで低減できる。また、段差４１′から受
発光素子４２までの距離を数十μｍ以下に設定しておけ
ば、信号光はこの間をほとんどモード径を変えることな
く直進する。さらに、この光導波路では、コア中心から
±１０μｍの領域に伝搬モードの９９％以上の光強度が
集中するため、段差上部４１′ａ上の光導波路の中心軸
と段差下部４１′ｂ上の光導波路の中心軸を一致させ、
段差上部４１′ａ上における光導波路厚を２０μｍ以上
にすれば、伝搬モードのほとんどを受発光素子と光結合
できる。

【００６５】図１１に示した光集積積回路は、以下の手
順に従って作製することができる。参考のため、図１２
には、作製工程の途中段階における試料形状を図示し
た。まず、基板４１上をエッチングすることによって段
差４１′を作製し、段差上部４１′ａに半導体受発光素
子４２を作製する（図１２（ａ））。この工程は、受発
光素子４２を作製後、段差４１′を作製するという手順
で行っても構わない。また、半導体受発光素子４２の作
製方法は、エピタキシャル成長、ウェハ・ボンディング
あるいは接着剤を用いた貼付け等の方法から選ぶことが
できる。次に、光導波路４３の下部クラッド材料を塗布
及びベーキングした後、光導波路４３のコア材料を塗布
及びベーキングし（図１２（ｂ））、フォトリソグラフ
ィ及びドライエッチングによりコア形状を成形する（図
１２（ｃ））。続いて、段差上部４１′ａ上の光導波路
をウェットあるいはドライエッチングにより除去した上
で（図１２（ｄ））、光導波路４３の上部クラッド材料
を塗布及びベーキングした後（図１２（ｅ））、フォト
リソグラフィ及び斜めドライエッチングにより反射鏡４
４を作製する（図１２（ｆ））。

【００６６】本実施例の光集積回路では、光導波路の材
料としてポリメチルメタクリレートあるいはポリシロキ
サンを用いているため、光導波路作製における最高工程
温度は１００〜２００℃あるいは２００〜３００℃であ
り、受発光素子や電子素子を作製した基板上に、受発光
素子や電子素子の特性を劣化させることなく光導波路を
作製できる。また、本実施例の光集積回路では、下向き
の反射鏡を用いて光導波路と面型受発光素子の光結合を
得ているため、傾斜角が等しい上向きの反射鏡に比べ、
良好な反射鏡をはるかに容易に作製することができる。
さらに、本実施例の光集積回路では、加工性のよいポリ
メチルメタクリレートあるいはポリシロキサン光導波路
の膜厚２０μｍの領域に対してのみ反射鏡を作製してい
るため、容易に良好な反射鏡が得られる上、伝搬モード
の光強度はほとんどこの領域に集中しているため、高い
光結合効率を得ることができる。なお、本実施例では、
導波路材料としてポリメチルメタクリレートあるいはポ
リシロキサンを用いた場合を例示したが、ポリイミド光
導波路に対しても、本実施例の基本的思想は有効であ
る。また、本実施例では、反射鏡をドライエッチングに
よって作製する方法を例示したが、実施例４に示す方法
によって反射鏡を機械加工を用いて作製すれば、光導波
路の材料や総厚に依らず、良好な反射鏡を作製すること
ができる。

【００６７】（実施例１２）図１３は、本発明の光集積
回路の作製方法に関する一実施例を説明するための図で
あって、同図中、符号６１は基板、６２はポリイミド、
ポリメチルメタクリレートあるいはポリシロキサンなど
の高分子材料を用いた高分子光導波路、６２ａ及び６２
ｂはそのコア及びクラッド、６３は受発光素子、６４は
光導波路を傾斜させるための傾斜治具、６５はスピンド
ル、６５ａはマイクロドリルあるいはマイクロエンドミ
ルである。

【００６８】本実施例の作製方法は、以下の手順で行
う。まず、所望の反射鏡傾斜角に応じて、傾斜治具６４
の傾斜角を選択する。次に、受発光素子６３に対してマ
イクロドリルあるいはマイクロエンドミル６５ａの先端
位置を顕微鏡で合わせ、スピンドル６５を降下させ、光
導波路６２に上部クラッドから下部クラッドに至る穴を
あける。こうして得られた穴は、マイクロドリルあるい
はマイクロエンドミル６５ａの半径によって決まる曲率
を有するが、マイクロドリルあるいはマイクロエンドミ
ル６５ａの半径をコア６２ａの幅に比べて十分大きく選
べば、この曲率は事実上無視でき、平坦な反射鏡として
機能する。例えば、直径１３０μｍのマイクロドリルあ
るいはマイクロエンドミルを用いた場合には直径１３５
μｍ±１μｍの、また直径１２０μｍのマイクロドリル
あるいはマイクロエンドミルを用いた場合には直径１２
６μｍ±１μｍの穴があいた。何れの場合も、穴の真円
度は１μｍ以上、穴中心の光導波路のコア中心からの位
置ずれは、０．５μｍ以下であった。

【００６９】本実施例では、反射鏡をマイクロドリルあ
るいはマイクロエンドミルを用いた機械加工によって作
製するため、光導波路の材料や総厚に依らず、総厚の厚
い光導波路に対して、上部クラッドから下部クラッドに
わたる反射鏡を良好に作製することができる。なお、本
実施例では、反射鏡をボール盤を用いて機械加工によっ
て作製する方法について述べたが、フライス盤、ダイシ
ングソー、及びカッターなどの機械加工によっても同様
の良好な反射鏡を作製できる。

【００７０】

【発明の効果】以上実施例と共に説明したように、本発
明の光集積回路を用いれば、発光素子や受光素子と光導
波路との間の接続を発光素子や受光素子作製後に行うこ
とができ、同一位置合わせマークを用いたマスクで容易
に結合させることができる。さらに、本構造の光導波路
は誘電体上にも実現できるため電気回路素子上や誘電体
基板上にも実現でき従来にない構造の光素子を実現でき
る。本光回路素子の構造は光加入者用の端末をはじめ、
各種光素子やチップ間、チップ内の光インターコネクシ
ョンなどにも有用である。

【００７１】さらに本発明の請求項６に記載の光集積回
路では、光導波路の材料として高分子を用いるため、受
発光素子や電子素子を作製した基板上に、受発光素子や
電子素子の特性を劣化させることなく光伝搬損失の低い
光導波路を作製できる。また、本発明の光集積回路で
は、上部クラッド、コア及び下部クラッドの三層を有す
る高分子光導波路に対して、上部クラッドから下部クラ
ッドの高さにわたる反射鏡を作製しているため、伝搬モ
ードのクラッドに浸み出した成分についても受発光素子
と光結合させることができ、結合効率を高めることがで
きる。また、本発明の光集積回路では、下向きの反射鏡
を用いて光導波路と面型受発光素子の光結合を得るた
め、総厚の厚い光導波路に対しても、上部クラッドから
下部クラッドの高さにわたって良好な反射鏡を作製する
ことができる。

【００７２】また、本発明の請求項８記載の光集積回路
では、伝搬モードの光強度がほとんど存在しない下部ク
ラッドの基板界面の近傍には反射鏡を作製しないため、
上部クラッドを備えた光導波路に対しても、良好なエッ
チング端面が得られるエッチング深さの範囲内で、上部
クラッドから下部クラッドの高さにわたる反射鏡を容易
に作製することができる。しかも、下部クラッドの基板
近傍に分布する光強度は極めて小さいから、下部クラッ
ド全域に反射鏡を作製した場合に比べ、結合効率の低下
はほとんど起こらない。

【００７３】また、本発明の請求項９記載の光集積回路
では、高分子光導波路の材料としてドライエッチングに
よる加工性に優れるポリメチルメタクリレートあるいは
ポリシロキサンを用いるため、良好な反射鏡が得られる
エッチング深さを拡大することができる。

【００７４】さらに、本発明の請求項１０記載の光集積
回路の作製方法では、光導波路の加工深さを増加しても
ダレや荒れが起こり難い、機械加工によって反射鏡を作
製するため容易に上部クラッドから下部クラッドにわた
る反射鏡を作製することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１の素子の説明図である。

【図２】本発明の実施例２の素子の説明図である。

【図３】本発明の実施例３の素子の説明図である。

【図４】本発明の実施例４の素子の説明図である。

【図５】本発明の実施例５の素子の説明図である。

【図６】本発明の実施例６の素子の説明図である。

【図７】本発明の実施例７の素子の説明図である。

【図８】本発明の実施例８の素子の説明図である。

【図９】本発明の実施例９の説明図である。

【図１０】本発明の実施例１０の説明図である。

【図１１】図９及び図１０の集積回路の変形例（実施例
１１）の説明図である。

【図１２】図１１に示した集積回路の作製方法（実施例
１１）の説明図である。

【図１３】本発明の集積回路の作製方法（実施例１２）
の説明図である。

【図１４】従来の半導体光導波路と半導体素子を集積し
た説明図である。

【図１５】従来の光導波路として高分子光導波路を用い
た説明図である。

【図１６】（ａ）は高分子導波路の斜めドライエッチン
グにおける、エッチング端面の基板面推薦からの傾斜角
と光導波路の水平面からの傾斜角との関係を示し、上向
き反射鏡（ｂ）及び下向き反射鏡（ｃ）を作製する場合
についての説明図である。

【符号の説明】

１基板２，２′ 半導体層３活性層または光吸収層４下部クラッド層５コア層６上部クラッド層７面型受光素子８光導波路９発光素子１０受光素子１１ａ〜ｄ電子回路２１ＩｎＰ基板２２ＰＩＮフォトダイオード２３面発光レーザ２４ＨＥＭＴ２５高分子光導波路２５ａコア２５ｂクラッド２６反射鏡３１基板３２ＰＩＮフォトダイオード３３面発光レーザ３４ＨＥＭＴ３５高分子光導波路３５ａコア３５ｂクラッド３６反射鏡４１基板４１′ 段差４１′ａ段差上部４１′ｂ段差下部４２面型発光素子４３高分子光導波路４３ａコア４３ｂクラッド４４反射鏡６１基板６２高分子光導波路６２ａコア６２ｂクラッド６３受発光素子６４傾斜治具６５スピンドル６５ａマイクロドリルあるいはマイクロエンドミル

フロントページの続き (72)発明者中込弘東京都千代田区内幸町一丁目１番６号日本電信電話株式会社内 (72)発明者森英史東京都千代田区内幸町一丁目１番６号日本電信電話株式会社内 (72)発明者今村三郎東京都千代田区内幸町一丁目１番６号日本電信電話株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上に設けた発光素子及び／又は受光
素子と、該発光素子及び／又は受光素子に光結合する高分子導波
路とからなることを特徴とする光集積回路。
【請求項２】請求項１記載の光集積回路において、前記発光素子或いは受光素子は導波型であり、前記高分
子導波路は少なくとも下部クラッドとコア及び上部クラ
ッドからなり、前記コアが前記発光素子又は受光素子の
端面と対向するように終端を有し、前記発光素子又は受
光素子の端面と前記コアの終端との間を前記高分子導波
路の下部クラッド又は上部クラッドを構成する材料で埋
め込まれていることを特徴とする光集積回路。
【請求項３】請求項１記載の光集積回路において、前記発光素子或いは受光素子は導波型であり、前記高分
子導波路は少なくとも下部クラッドとコア及び上部クラ
ッドからなり、前記下部クラッドが前記発光素子又は受
光素子の端面の近傍で段差を有し、前記段差と前記発光
素子又は受光素子の端面が前記高分子導波路のコアを構
成する材料で埋め込まれていることを特徴とする光集積
回路。
【請求項４】請求項１記載の光集積回路において、前記発光素子或いは受光素子は導波型であり、前記高分
子導波路は少なくとも下部クラッドとコア及び上部クラ
ッドからなり、前記コアが前記発光素子又は受光素子の
端面の近傍において前記発光素子又は受光素子の上面に
乗上げるように屈曲し、前記発光素子又は受光素子の端
面と前記コアとの間を前記高分子導波路の下部クラッド
を構成する材料で埋め込まれていることを特徴とする光
集積回路。
【請求項５】請求項１記載の光集積回路において、前記発光素子或いは受光素子は面型であり、前記高分子
導波路は少なくとも下部クラッドとコア及び上部クラッ
ドからなり、前記下部クラッドが前記発光素子又は受光
素子の近傍で段差を有し、前記段差と前記発光素子又は
受光素子の発光／受光面との間を前記高分子導波路のコ
アを構成する材料で埋め込まれていることを特徴とする
光集積回路。
【請求項６】請求項１記載の光集積回路において、前記発光素子或いは受光素子は面型であり、前記高分子
導波路は少なくとも下部クラッドとコア及び上部クラッ
ドからなり、前記高分子導波路に形成された反射鏡を介
して該高分子導波路と前記発光素子又は受光素子が光結
合することを特徴とする光集積回路。
【請求項７】請求項６記載の光集積回路において、前記下部クラッドは基板の段差を埋め込むと同時に該下
部クラッドの上面が平坦になるために十分な厚さを有す
ることを特徴とする光集積回路。
【請求項８】請求項６記載の光集積回路において、前記反射鏡が、高分子導波路の下部クラッド厚の一部を
残して作製されること、或いは前記基板が表面に段差を
有し、高分子導波路の総厚が反射鏡の近傍で減少するこ
とを特徴とする光集積回路。
【請求項９】請求項１記載の光集積回路において、前記高分子導波路の材料としてポリメチルメタクリレー
ト或いはポリシロキサンを用いることを特徴とする光集
積回路。
【請求項１０】基板上に設けた発光素子及び／又は受
光素子と、該発光素子及び／又は受光素子と反射鏡を介
して光結合する高分子導波路とからなる光集積回路の作
製方法において、該反射鏡を機械加工を用いて作製する
ことを特徴とする光集積回路の作製方法。