JPH103015A - ハイブリッド光集積回路の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 基板１上に形成した光導波路用多層膜４から
三次元導波路１０を形成する場合に、短時間で効率よく
加工でき、所望の断面形状が得られるようにする。 【解決手段】 基板１上に、光導波路用多層膜４を形成
した後、光導波路用多層膜４の、三次元導波路となる部
分の隣接領域を、機械加工により、薄い残膜２ａを残し
て除去する。この機械加工は、三次元導波路の両側面お
よび端面に相当する線に沿って溝７を形成する工程と、
その溝７の外側領域を平面研削する工程で行う。その
後、残膜２ａをウエットエッチングにより除去する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ハイブリッド光集
積回路の製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】光通信の発達にともない、レーザーチッ
プ、フォトダイオード、光スプリッタ、光スイッチなど
の各種光部品を同一半導体基板上に集積したモノリシッ
ク光集積回路や、それぞれの材料のメリットを活かして
上記のような各種光部品をハイブリッド集積したハイブ
リッド光集積回路などが続々と登場している。しかしな
がら多くの光部品を接続すると、接続部における反射戻
り光を完全に取り除くことができず、これがレーザー素
子の発振に影響を与え、レーザー出力の不安定要因とな
って、光通信における誤りが生じやすくなる。現在のと
ころ、このような問題を解決する唯一の方法は、レーザ
ーの出力端の直後に、無反射対策を施した光アイソレー
タを入れることである。

【０００３】ところで、光アイソレータは、磁気光学効
果を利用するため磁性体材料を用いる必要があり、半導
体材料であるレーザーチップとモノリシック集積するこ
とができない。これは磁性体の格子定数と半導体の格子
定数に大きな差があり、格子整合ができないからであ
る。現在、光アイソレータとしては薄膜導波路型のもの
しか開発されておらず、レーザーとの集積化を図るには
多くの技術的課題がある。また他の導波路型光部品との
集積も考慮すると、三次元導波路型の光アイソレータが
不可欠である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】三次元導波路を形成す
るには、下部クラッド層、コア層、上部クラッド層など
からなる光導波路用多層膜を加工してリッジ型の導波路
を形成する必要がある。しかしながら磁性体薄膜の膜質
は非常に硬く、ドライエッチングでリッジ型の三次元導
波路を形成することは不可能に近い。

【０００５】硬い磁性体薄膜を加工する技術としては、
厚い金属をマスクとしてスパッタリングでエッチングを
行うことも考えられる。単一モード三次元導波路を形成
するに少なくとも数μｍないし数十μｍの磁性体膜をエ
ッチングする必要があるが、金属マスクと磁性体とのエ
ッチングレートはほぼ１：１であるから、スパッタリン
グでエッチングを行うためには前もってエッチング厚さ
と同程度の厚さの金属マスクを蒸着する必要がある。そ
の上スパッタリングはエッチング速度が遅く、さらにパ
ターン化するためには金属マスクのリフトオフ工程も必
要である。現在の技術では１μｍ以上の金属リフトオフ
は不可能に近い。

【０００６】このようなことから磁性体薄膜のエッチン
グはほとんどウエットエッチングにより行うこととなっ
ている。しかし磁性体薄膜のウエットエッチングは等方
性エッチングであるため、マスクパターンの幅方向にも
エッチングが進み、導波路幅の制御が難しい。またエッ
チングしたあとの断面形状は富士山型となってしまうた
め、導波路モードに関する理論設計が非常に難しく、光
学特性が設計通りとはならず、三次元導波路の製作がき
わめて困難とされていた。

【０００７】また、誘電体や石英ガラスの多層膜から三
次元導波路を形成する場合にも、エッチング速度が遅い
ため製造時間の短縮が課題となっていた。

【０００８】本発明の目的は、以上のような問題点に鑑
み、磁性体、誘電体またはガラス等の光導波路用多層膜
から三次元導波路を、短時間で効率よく、しかも所定の
断面寸法に形成できるハイブリッド光集積回路の製造方
法を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この目的を達成する本発
明のハイブリッド光集積回路の製造方法は、磁性体基
板、誘電体基板または半導体基板などの基板上に、光導
波路用多層膜を形成する工程、前記光導波路用多層膜
の、三次元導波路となる部分の隣接領域を、機械加工に
より、薄い残膜を残して除去する工程、前記残膜をドラ
イエッチング又はウエットエッチングにより除去する工
程、を含むことを特徴とするものである。

【００１０】このようにすると、三次元導波路の高さの
ほとんどを切削や研削などの機械加工で彫り出すことが
できるので、きわめて能率的であり、かつ断面寸法も正
確に整えることが可能である。また機械加工では薄い残
膜を残し、それをウエットエッチングで除去するように
しているため、基板表面を平滑に保つことができ、半導
体レーザー素子などの実装に好適である。

【００１１】この製造方法において、光導波路用多層膜
の、三次元導波路となる部分の隣接領域の機械加工は、
三次元導波路の両側面および端面に相当する線に沿って
溝を形成する工程と、その溝の外側領域を平面研削する
工程とで行うことが望ましい。このようにすると機械加
工を効率よく行うことができる。

【００１２】また、三次元導波路の端面に相当する面を
機械加工するときは、その端面が三次元導波路の光軸に
垂直な面に対して傾くように行うことが望ましい。この
ようにすると三次元導波路の端面からの反射戻り光を少
なくすることができる。また、反射戻り光をさらに少な
くするためには、三次元導波路の端面に無反射コーティ
ングを施すことが望ましい。

【００１３】本発明の製造方法は、磁性体基板上に磁性
体材料からなる光導波路用多層膜を形成し、その多層膜
を加工して三次元導波路型光アイソレータを形成する場
合に特に好適である。

【００１４】

【発明の実施の形態】

〔実施形態１〕図１（Ａ）〜（Ｄ）は本発明の一実施形
態を示す。図において符号１は磁性材料のＧＧＧ（Ｇｄ
₃ Ｇａ₅ Ｏ₁₂）基板である。まず（Ａ）に示すようにＧ
ＧＧ基板１上に、ＣａおよびＢｉ置換ＹＩＧ（Ｙ₃ Ｆｅ
₅ Ｏ₁₂）よりなる下部クラッド層２およびコア層３をＬ
ＰＥ法（液相成長法）により形成する。この実施形態で
は下部クラッド層２とコア層３が光導波路用多層膜４を
構成する。下部クラッド層２の厚さは６．０μｍ、コア
層３の厚さは１０μｍである。

【００１５】次に三次元導波路となる領域に金属マスク
５を形成する。図１では紙面に垂直な方向が三次元導波
路のｚ軸方向（光軸方向）である。金属マスク５の材質
はＣｒ、Ａｕ、Ｔｉ、Ａｌ等である。このあとカップス
タイル砥石６を用い、金属マスク５の両側縁に沿って、
（Ｂ）のように所定の深さの溝７を形成する。溝７の深
さは図示のようにＧＧＧ基板１に達する深さでもよい
し、ＧＧＧ基板１上に下部クラッド層２の一部が薄く残
る程度の深さでもよい。

【００１６】次に（Ｂ）のようにストレートホイール８
を用いて、溝７の外側領域を平面研削する。この研削で
は（Ｃ）のようにＧＧＧ基板１上に厚さ１μｍ程度の薄
い残膜２ａが残るようにする。このあと、３００℃の熱
燐酸エッチャントによるウエットエッチングを行い、残
膜２ａを除去する。次に金属マスク５を剥離剤により除
去したのち、９０℃の濃硝酸により三次元導波路部分お
よび基板全体を軽くクリーニングしてから、再びＬＰＥ
法により（Ｄ）のようにＣａおよびＢｉ置換ＹＩＧより
なる上部クラッド層９を形成する。

【００１７】このようにすれば断面形状の非常にきれい
な三次元導波路（三次元導波路型光アイソレータ）１０
を形成することができ、ほぼ設計通りの導波路特性を得
ることができる。以上の加工はウェハー単位で行うこと
ができる。なお図１では三次元導波路を長手方向に加工
する状態を示したが、三次元導波路に半導体レーザーチ
ップを結合させる場合は、三次元導波路の端面（光入射
面）近傍についても同様な機械加工およびウエットエッ
チングを行い、その端面の前方の基板上に半導体レーザ
ーチップをボンディングすればよい。ただしＧＧＧ基板
１はシリコン基板に比べて熱伝導率が低いので、低しき
い値レーザーを用いることが好ましい。

【００１８】〔実施形態２〕図２（Ａ）〜（Ｄ）は本発
明の他の実施形態を示す。この実施形態では、まず
（Ａ）に示すようにＧＧＧ基板１上に、下部クラッド層
２、コア層３および上部クラッド層９からなる光導波路
用多層膜４を形成する。各層の材質は実施形態１の場合
と同じである。次に三次元導波路となる領域に金属マス
ク５を形成する。図２では紙面の左右方向が三次元導波
路のｚ軸方向（光軸方向）である。このあとカップスタ
イル砥石６を用い、同砥石の端面をｘ−ｙ面に対し傾け
て、金属マスク５の端縁に沿って、（Ｂ）のように所定
の深さの溝７を形成する。また金属マスク５の両側縁に
沿っても実施形態１と同様に溝を形成する。溝７の深さ
は実施形態１の場合と同様である。

【００１９】次に実施形態１と同様に、ストレートホイ
ール８を用いて溝７の外側領域を平面研削した後、
（Ｃ）のようにＧＧＧ基板１上に残った薄い残膜２ａを
ウエットエッチングにより除去する。このウエットエッ
チングにより各面が平滑に仕上げられ、寸法精度の高い
三次元導波路（三次元導波路型光アイソレータ）１０が
得られる。次に金属マスク５を除去したのち、ＧＧＧ基
板１面上に電極パッド１１を形成し、半導体レーザーチ
ップ１２を実装する。これにより半導体レーザーチップ
１２と三次元導波路型光アイソレータ１０とが集積され
たハイブリッド光集積回路が完成する。

【００２０】この方法によると三次元導波路型光アイソ
レータ１０の端面が光軸（一点鎖線）に対し傾斜した状
態になるため、三次元導波路型光アイソレータ１０の端
面からの反射光が半導体レーザー１２に戻らなくなる。
また三次元導波路型光アイソレータ１０の端面に無反射
膜をコーティングすれば、反射戻り光の遮断効果を一層
向上させることができる。

【００２１】〔その他の実施形態〕以上の実施形態で
は、磁性材料基板上に磁性材料の三次元導波路型光アイ
ソレータを形成する場合を説明したが、本発明はこれに
限られるものではなく、例えばシリコン基板上に石英ガ
ラスの光導波路用多層膜を形成し、その多層膜を加工し
て三次元導波路を形成する場合などにも同様に適用可能
である。石英ガラスの光導波路用多層膜の場合は、その
厚さが６０μｍ以上にもなるので、機械加工とウエット
エッチングを併用することにより、能率のよい光導波路
形成が可能となる。

【００２２】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、基
板上に形成した光導波路用多層膜の厚さの大部分を機械
加工により除去したのち、薄い残膜をウエットエッチン
グにより除去するようにしたので、比較的短時間で寸法
精度の高い三次元導波路を形成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 （Ａ）〜（Ｄ）は本発明の製造方法の第１の
実施形態を工程順に示す断面図。

【図２】 （Ａ）〜（Ｄ）は本発明の製造方法の第２の
実施形態を工程順に示す断面図。 １：基板 ２：下部クラッド層 ３：コア層 ４：光導波路用多層膜 ５：金属マスク ６：カップスタイル砥石 ７：溝 ８：ストレートホイール ９：上部クラッド層 １０：三次元導波路（三次元導波路型光アイソレータ） １１：電極パッド １２：半導体レーザーチップ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】磁性体基板、誘電体基板または半導体基板
   などの基板上に、光導波路用多層膜を形成する工程、 前記光導波路用多層膜の、三次元導波路となる部分の隣
   接領域を、機械加工により、薄い残膜を残して除去する
   工程、 前記残膜をドライエッチング又はウエットエッチングに
   より除去する工程、 を含むことを特徴とするハイブリッド光集積回路の製造
   方法。
2. 【請求項２】光導波路用多層膜の、三次元導波路となる
   部分の隣接領域の機械加工は、三次元導波路の両側面お
   よび端面に相当する線に沿って溝を形成する工程と、そ
   の溝の外側領域を平面研削する工程からなることを特徴
   とする請求項１記載のハイブリッド光集積回路の製造方
   法。
3. 【請求項３】三次元導波路の端面に相当する面を機械加
   工するときは、その端面が三次元導波路の光軸に垂直な
   面に対して傾くように行うことを特徴とする請求項１ま
   たは２記載のハイブリッド光集積回路の製造方法。
4. 【請求項４】請求項１〜３のいずれかに記載の製造方法
   により、磁性体基板上に磁性体材料からなる三次元導波
   路型光アイソレータを形成し、その三次元導波路型光ア
   イソレータの端面の前方に露出させた磁性体基板上に半
   導体レーザーチップを実装することを特徴とするハイブ
   リッド光集積回路の製造方法。