(57)【要約】      （修正有）【課題】導波路と光学素子を高効率に光学結合する。【解決手段】光学デバイス２００の製造方法は、基板１０１上に導波路２０２を形成する工程と、形成された導波路２０２の上部クラッド層２０５の厚さを特定する工程と、基板１０１に光学素子１０６の搭載面を形成する工程と、搭載面に光学素子１０６を搭載する工程と、を含み、搭載面を形成する工程において、搭載面を特定された上部クラッド層２０５の厚さに応じた高さに形成する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に導波路を形成する工程と、
前記形成された導波路の上部クラッド層の厚さを特定する工程と、
前記基板に光学素子の搭載面を形成する工程と、
前記搭載面に前記光学素子を搭載する工程と、を含み、
前記搭載面を形成する工程において、前記搭載面を前記特定された上部クラッド層の厚さに応じた高さに形成する、
ことを特徴とする光学デバイスの製造方法。
【請求項２】
前記搭載面を形成する工程において、前記上部クラッド層の厚さと前記導波路の光軸の高さとの予め求められた関係を用いて、前記搭載面を前記高さに形成する、ことを特徴とする請求項１に記載の光学デバイスの製造方法。
【請求項３】
前記搭載面を形成する工程において、前記光学素子が前記搭載面に搭載された状態で前記光学素子の光軸が前記導波路の光軸の高さとなるように、前記搭載面を形成する、ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の光学デバイスの製造方法。
【請求項４】
前記搭載面を形成する工程は、前記光学素子が前記搭載面に搭載された状態で前記光学素子の光軸が前記導波路の光軸の高さとなるように、前記搭載面の高さを調整する工程を含む、ことを特徴とする請求項３に記載の光学デバイスの製造方法。
【請求項５】
前記搭載面を形成する工程は、前記基板をエッチングする工程を含み、
前記搭載面の高さを調整する工程は、前記特定された上部クラッド層の厚さに応じて前記基板のエッチング深さを調整する工程を含む、
ことを特徴とする請求項４に記載の光学デバイスの製造方法。
【請求項６】
前記搭載面を形成する工程は、前記光学素子が前記搭載面に搭載された状態において前記光学素子と前記基板との間に介在することになる膜を前記基板上に形成する工程を含み、
前記搭載面の高さを調整する工程は、前記特定された上部クラッド層の厚さに応じて前記膜の膜厚を調整する工程を含む、
ことを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の光学デバイスの製造方法。
【請求項７】
基板と、
前記基板上に形成された導波路と、
前記基板に形成された搭載面に搭載された光学素子と、を備え、
前記導波路の上部クラッド層は、前記導波路の光軸が前記導波路のコア層の中心よりも前記基板側に位置するような厚さを有し、
前記搭載面は、前記光学素子が前記搭載面に搭載された状態で前記光学素子の光軸が前記導波路のコア層の中心よりも前記基板側に位置するような高さに形成されている、
ことを特徴とする光学デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学デバイスの製造方法及び光学デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
基板上に導波路とレーザダイオードを集積した光学デバイスが知られている（例えば、非特許文献１参照）。レーザダイオードは、活性層の高さを導波路のコア層の高さに精度良く合わせるために、基板に形成された台座上に搭載されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】清水隆徳、外８名、「チップ間光インターコネクションに向けた多チャンネル高密度ハイブリッド集積光源」、電子情報通信学会技術研究報告、２０１１年１２月１６日、Vol. 111、No. 359、p. 55-60
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
導波路の上部クラッド層の厚さによって導波路の光軸がずれる場合がある。そのような場合にもレーザダイオードを導波路と高効率に光学結合することが求められる。
【０００５】
本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、その目的の１つは、導波路と光学素子（例えばレーザダイオード）を高効率に光学結合することが可能な光学デバイスを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述した課題を解決するために、本発明の一態様は、基板上に導波路を形成する工程と、前記形成された導波路の上部クラッド層の厚さを特定する工程と、前記基板に光学素子の搭載面を形成する工程と、前記搭載面に前記光学素子を搭載する工程と、を含み、前記搭載面を形成する工程において、前記搭載面を前記特定された上部クラッド層の厚さに応じた高さに形成する、ことを特徴とする光学デバイスの製造方法である。
【０００７】
また、本発明の他の一態様は、上記一態様において、前記搭載面を形成する工程において、前記上部クラッド層の厚さと前記導波路の光軸の高さとの予め求められた関係を用いて、前記搭載面を前記高さに形成する、ことを特徴とする光学デバイスの製造方法である。
【０００８】
また、本発明の他の一態様は、上記一態様において、前記搭載面を形成する工程において、前記光学素子が前記搭載面に搭載された状態で前記光学素子の光軸が前記導波路の光軸の高さとなるように、前記搭載面を形成する、ことを特徴とする光学デバイスの製造方法である。
【０００９】
また、本発明の他の一態様は、上記一態様において、前記搭載面を形成する工程は、前記光学素子が前記搭載面に搭載された状態で前記光学素子の光軸が前記導波路の光軸の高さとなるように、前記搭載面の高さを調整する工程を含む、ことを特徴とする光学デバイスの製造方法である。
【００１０】
また、本発明の他の一態様は、上記一態様において、前記搭載面を形成する工程は、前記基板をエッチングする工程を含み、前記搭載面の高さを調整する工程は、前記特定された上部クラッド層の厚さに応じて前記基板のエッチング深さを調整する工程を含む、ことを特徴とする光学デバイスの製造方法である。
【００１１】
また、本発明の他の一態様は、上記一態様において、前記搭載面を形成する工程は、前記光学素子が前記搭載面に搭載された状態において前記光学素子と前記基板との間に介在することになる膜を前記基板上に形成する工程を含み、前記搭載面の高さを調整する工程は、前記特定された上部クラッド層の厚さに応じて前記膜の膜厚を調整する工程を含む、ことを特徴とする光学デバイスの製造方法である。
【００１２】
また、本発明の他の一態様は、基板と、前記基板上に形成された導波路と、前記基板に形成された搭載面に搭載された光学素子と、を備え、前記導波路の上部クラッド層は、前記導波路の光軸が前記導波路のコア層の中心よりも前記基板側に位置するような厚さを有し、前記搭載面は、前記光学素子が前記搭載面に搭載された状態で前記光学素子の光軸が前記導波路のコア層の中心よりも前記基板側に位置するような高さに形成されている、ことを特徴とする光学デバイスである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、導波路と光学素子を高効率に光学結合することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】一般的な光学デバイス１００の模式的な断面構成を示した図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る光学デバイス２００の模式的な断面構成を示した図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る光学デバイス２００の導波路２０２における光のフィールドを示す図である。
【図４】上部クラッド層２０５の厚さと導波路２０２の実効的な光軸の高さの低下量との関係を示す図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る光学デバイス２００の製造工程図である。
【図６】本発明の一実施形態に係る光学デバイス２００の製造工程図である。
【図７】本発明の一実施形態に係る光学デバイス２００の製造工程図である。
【図８】本発明の一実施形態に係る光学デバイス２００の製造工程図である。
【図９】本発明の一実施形態に係る光学デバイス２００の製造工程図である。
【図１０】本発明の一実施形態に係る光学デバイス２００の製造工程図である。
【図１１】本発明の一実施形態に係る光学デバイス２００の製造工程図である。
【図１２】本発明の一実施形態に係る光学デバイス２００の製造工程図である。
【図１３】本発明の一実施形態に係る光学デバイス２００の製造工程図である。
【図１４】本発明の一実施形態に係る光学デバイス２００の製造工程図である。
【図１５】本発明の一実施形態に係る光学デバイス２００の製造工程図である。
【図１６】本発明の一実施形態に係る光学デバイス２００の製造工程図である。
【図１７】段差の高さｔ１と膜厚ｔ２を測定する箇所を示す光学デバイス２００の上面図である。
【図１８】モニタ領域１１５を設ける箇所を示す光学デバイス２００の上面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳しく説明する。
【００１６】
図１は、基板上に導波路と光学素子を有している一般的な光学デバイス１００の模式的な断面構成を示した図である。光学デバイス１００は、基板１０１上に形成された導波路１０２を備えている。基板１０１は、シリコン（Ｓｉ）基板である。導波路１０２は、シリコン基板１０１上に形成された下部クラッド層１０３と、下部クラッド層１０３上に形成されたコア層１０４と、コア層１０４上に形成された上部クラッド層１０５とを備えている。下部クラッド層１０３は、埋め込み酸化膜層（ＢＯＸ層）によって構成されたＳｉＯ２層である。コア層１０４は、ＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｏｎ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）によって構成されたシリコン（Ｓｉ）層である。導波路１０２は、シリコン基板１０１、ＢＯＸ層、及びＳＯＩ層からなるＳＯＩ基板を利用して形成されている。上部クラッド層１０５は、ＳｉＯ２層により構成されている。
【００１７】
光学デバイス１００は、シリコン基板１０１上に搭載された光学素子１０６を備えている。光学素子１０６は、シリコン基板１０１の表面の一部を加工することによって形成された搭載面上に搭載されている。搭載面は、シリコン基板１０１の表面の一部を凸状に形成した台座１０７の上面である。台座１０７の上面には、保護膜１０８が形成されている。保護膜１０８は、台座１０７の上面を含むシリコン基板１０１の表面、並びに導波路１０２の端面及び上面を覆うように形成されている。光学素子１０６は、保護膜１０８を介して台座１０７上に搭載され、台座１０７以外の部分において接合剤１０９によってシリコン基板１０１と固着されている。
【００１８】
光学素子１０６は、導波路１０２と光学的に結合される機能素子である。光学素子１０６の一例は、レーザダイオード等の発光素子である。光学素子１０６がレーザダイオードである場合、保護膜１０８は、レーザダイオードとシリコン基板１０１との間を絶縁するための絶縁膜（例えばＳｉＯ２膜）であり、接合剤１０９は、レーザダイオードの下面に形成された電極（不図示）とシリコン基板１０１の台座１０７以外の部分の表面に形成された電極（不図示）とを導通するための半田（例えば金錫（ＡｕＳｎ）半田）である。なお、保護膜１０８がＳｉＯ２膜である場合には、導波路１０２部分において、保護膜１０８は上部クラッド層１０５を実効的に厚くする効果をもたらす。即ち、上部クラッド層１０５と保護膜１０８とを併せた層が、実効的な上部クラッド層として機能する。以下、光学素子１０６がレーザダイオードであるとして説明を行う。
【００１９】
レーザダイオード１０６は、活性層１０６ａを有している。レーザダイオード１０６は、活性層１０６ａからレーザ光を放射する。活性層１０６ａから放射されたレーザ光は、導波路１０２のコア層１０４へ入射される。即ち、レーザダイオード１０６と導波路１０２は、光学的に結合されている。レーザダイオード１０６は、レーザダイオード１０６と導波路１０２との光学的な結合効率が最大となるように、位置合わせされている。具体的には、レーザダイオード１０６は、活性層１０６ａの高さ中心が導波路１０２のコア層１０４の高さ中心と一致するように、シリコン基板１０１上に搭載されている。このことを実現するために、台座１０７の上面の高さは、レーザダイオード１０６が搭載された状態において、レーザダイオード１０６の活性層１０６ａの高さ中心と導波路１０２のコア層１０４の高さ中心とが一致する高さに形成されている。
【００２０】
ここで、便宜上、高さの基準面Ｓを、導波路１０２における下部クラッド層１０３とシリコン基板１０１との境界面にとる。基準面Ｓと台座１０７の上面との高さの差をＨ、導波路１０２の下部クラッド層１０３の厚さをｔＬＣ、導波路１０２のコア層１０４の厚さをｔＣ、レーザダイオード１０６の底面から活性層１０６ａの中心までの高さをｈＬＤ、保護膜１０８の厚さをｔＳｉＯ２とすると、基準面Ｓから測った導波路１０２のコア層１０４の中心の高さＨＣ、基準面Ｓから測ったレーザダイオード１０６の活性層１０６ａの中心の高さＨＬＤは、それぞれ、
ＨＣ＝ｔＬＣ＋ｔＣ／２
ＨＬＤ＝ｈＬＤ＋ｔＳｉＯ２−Ｈ
と表される。レーザダイオード１０６と導波路１０２との光学的な結合効率が最大となる台座１０７の上面の高さＨは、ＨＣ＝ＨＬＤの条件から、
Ｈ＝（ｈＬＤ＋ｔＳｉＯ２）−（ｔＬＣ＋ｔＣ／２）  ……（１）
と定まる。したがって、図１の光学デバイス１００では、台座１０７の上面の高さは、式（１）で与えられる高さＨに形成されている。
【００２１】
＜第１の実施形態＞
図２は、本発明の一実施形態に係る光学デバイス２００の模式的な断面構成を示した図である。光学デバイス２００は、上部クラッド層２０５の厚さが図１の光学デバイス１００における上部クラッド層１０５の厚さよりも薄く形成されている点と、台座２０７の上面の高さが図１の光学デバイス１００における台座１０７の上面の高さよりも低く形成されている点が、図１の光学デバイス１００と異なる。なお、光学デバイス２００のその他の部分の構成は図１の光学デバイス１００と同一であるので、それらについての説明は省略する。
【００２２】
光学デバイス２００では、上部クラッド層２０５の厚さが図１の光学デバイス１００における上部クラッド層１０５の厚さよりも薄く形成されているために、導波路２０２の実効的な光軸が、導波路２０２のコア層１０４の高さ中心よりも低い位置に存在している。換言すると、光学デバイス２００の導波路２０２を伝搬する光のフィールドは、下部クラッド層１０３側に片寄って分布しており、フィールドのピークは、コア層１０４の高さ中心よりも下部クラッド層１０３側に位置している。これは、上部クラッド層２０５の上方に、上部クラッド層２０５よりも屈折率の小さい空気層が存在していることによるものである。即ち、上部クラッド層２０５の厚さが薄くなると、コア層１０４よりも上側の屈折率が空気層の影響を受けるようになる。すると、図３に示されるように、光のフィールドは、上部クラッド層２０５側のスポットサイズｗ２が下部クラッド層１０３側のスポットサイズｗ１よりも小さくなって高さ方向で非対称なフィールド分布になるとともに、フィールドのピーク（光軸）は、コア層１０４の高さ中心よりも下方にシフトするようになる。
【００２３】
光学デバイス２００では、導波路２０２のこのような実効的な光軸の高さの低下を補償するように、光学素子（レーザダイオード）１０６の搭載高さが調整されている。具体的には、レーザダイオード１０６は、導波路２０２の実効的な光軸の高さの低下量Δの分だけ、図１の光学デバイス１００におけるレーザダイオード１０６よりも低い位置に搭載されている。このことを実現するために、光学デバイス２００の台座２０７の上面の高さは、レーザダイオード１０６が搭載された状態において、レーザダイオード１０６の活性層１０６ａの高さ中心が導波路１０２のコア層１０４の高さ中心よりもΔだけ低くなるような高さに形成されている。即ち、図２の光学デバイス２００における基準面Ｓと台座２０７の上面との高さの差は、Ｈ＋Δである。光学デバイス２００は、台座２０７の上面の高さが基準面ＳよりもＨ＋Δだけ低く形成されることによって、レーザダイオード１０６と導波路２０２との光学的な結合効率が最大となるように構成されている。
【００２４】
導波路２０２の実効的な光軸の高さの低下量Δは、上部クラッド層２０５の厚さｔＵＣ（又は実効的な上部クラッド層の厚さである、上部クラッド層２０５の厚さと保護膜（ＳｉＯ２膜）１０８の厚さとの和ｔＵＣ＋ｔＳｉＯ２。以下、Δと関係付けてｔＵＣについて記載する場合において同様とする。）に依存する。具体的には、図４に示されるように、上部クラッド層２０５が十分に厚い場合、Δはほぼゼロであるが、上部クラッド層２０５が薄くなるにつれて、Δは大きくなっていく。光学デバイス２００の台座２０７の上面の高さは、上部クラッド層２０５の厚さｔＵＣに応じた高さＨ＋Δだけ、基準面Ｓよりも低く形成される。これにより、レーザダイオード１０６と導波路２０２との光学的な結合効率が最大となる。このように、光学デバイス２００では、台座２０７の上面の高さが、上部クラッド層２０５の厚さｔＵＣに応じて定まる高さに設定されている。
【００２５】
なお、導波路２０２の実効的な光軸の高さの低下量Δは、導波路２０２の構造（タイプ）によっても変わり得る。例えば、レーザダイオード１０６の活性層１０６ａにおける光のフィールドの形状と導波路２０２における光のフィールドの形状を近付けるために、導波路２０２をスポットサイズ変換器（ＳＳＣ）型の構造として光のフィールドを広げた構成においては、上部クラッド層２０５の厚さｔＵＣに対するΔの依存性はより顕著となる。
【００２６】
図５乃至図１６は、本発明の一実施形態に係る光学デバイス２００の製造方法を示す工程図である。以下、光学デバイス２００の製造方法について説明する。
【００２７】
まず、図５に示されるように、基板上に導波路２０２を形成する。具体的には、シリコン基板１０１、ＢＯＸ層１１０、及びＳＯＩ層１１１からなるＳＯＩ基板を用意し、フォトリソグラフィ及びエッチングによってＳＯＩ層１１１を所望のパターンに加工してコア層１０４を形成する。更に、コア層１０４及びＢＯＸ層１１０の上にＳｉＯ２層１１２を成膜する。ＢＯＸ層１１０、コア層１０４、及びＳｉＯ２層１１２から導波路２０２が構成される。ＢＯＸ層１１０は下部クラッド層１０３として、ＳｉＯ２層１１２は上部クラッド層２０５として、それぞれ機能する。
【００２８】
更に、成膜したＳｉＯ２層１１２（上部クラッド層２０５）の厚さｔＵＣを測定する。例えば、ＳｉＯ２層１１２を成膜する前にＢＯＸ層１１０の厚さを干渉式膜厚計で測定し、ＳｉＯ２層１１２を成膜した後にコア層１０４から離れた部分におけるＢＯＸ層１１０とＳｉＯ２層１１２とを合わせた厚さを干渉式膜厚計で測定し、両者の差分からＳｉＯ２層１１２（上部クラッド層２０５）の厚さｔＵＣを求めることができる。あるいは、ＳｉＯ２層１１２を成膜する際の成膜レートと成膜時間からＳｉＯ２層１１２（上部クラッド層２０５）の厚さｔＵＣを求めてもよい。
【００２９】
次に、図６に示されるように、導波路２０２の上部にフォトリソグラフィでレジスト層１１３を形成する。
【００３０】
次に、図７に示されるように、レジスト層１１３をマスクとしてＳｉＯ２層１１２からシリコン基板１０１までをエッチングする。エッチングする深さは、下部クラッド層１０３とシリコン基板１０１との境界面（基準面Ｓ）からエッチング表面までの高さが上述した式（１）で与えられるＨとなるような深さである。即ち、エッチング深さは、シリコン基板１０１が深さＨだけエッチングされるように制御される。エッチングは、エッチングによって露出する導波路２０２の端面が垂直平面となるよう、ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）等の異方性エッチングを適用する。また、ＳｉＯ２層１１２及びＢＯＸ層１１０の部分のエッチングとシリコン基板１０１のエッチングには、異なるエッチングガスを適用してもよい。なお、シリコン基板１０１を深さＨだけエッチングするのではなく、エッチング表面を干渉式膜厚計でモニタして、エッチング後にＢＯＸ層１１０が残らない（即ちシリコン基板１０１の表面が丁度露出する）ようにエッチング深さを制御してもよい。
【００３１】
次に、図８に示されるように、レジスト層１１３を除去する。更に、エッチングにより形成された段差の高さ（上部クラッド層２０５の上面とエッチング後のシリコン基板１０１の表面との間の段差の高さ）ｔ１と、上部クラッド層２０５の上面から下部クラッド層１０３の下面までの膜厚ｔ２を測定する。段差の高さｔ１は、例えば触針式段差計を用いて測定可能であり、膜厚ｔ２は、例えば干渉式膜厚計を用いて測定可能である。なお、図８ではコア層１０４を含む導波路２０２の部分において段差の高さｔ１と膜厚ｔ２を測定するように描かれているが、図１７の上面図に示されるように、コア層１０４から離れた導波路２０２の周辺部分１７１において段差の高さｔ１と膜厚ｔ２を測定することとしてもよい。段差の高さと膜厚との差ｔ１−ｔ２から、シリコン基板１０１が図７のエッチング工程で目標値Ｈだけエッチングできたか否かを確認することが可能である。
【００３２】
次に、図９に示されるように、導波路２０２の上部と、図７のエッチング工程で露出したシリコン基板１０１の表面の一部分１１５に、フォトリソグラフィでレジスト層１１４を形成する。レジスト層１１４が形成されたシリコン基板１０１の表面の一部分１１５は、次の図１０のエッチング工程におけるエッチング深さをモニタするためのモニタ領域として利用することができる。なお、モニタ領域１１５は、露出したシリコン基板１０１の表面のうち、以下の工程で搭載されるレーザダイオード１０６と接触しないような位置であれば、どこに設けてもよい。例えば、図１８の上面図に示されるように、レーザダイオード１０６を搭載する位置を挟んで導波路２０２と対向する場所にモニタ領域１１５ａを設けてもよいし、レーザダイオード１０６を搭載する位置の側方にモニタ領域１１５ｂを設けてもよい。モニタ領域１１５ａとモニタ領域１１５ｂは、いずれか一方だけを設けてもよいし、両方を設けてもよい。
【００３３】
次に、図１０に示されるように、レジスト層１１４をマスクとしてシリコン基板１０１を追加でエッチングする。追加でエッチングする深さは、前述した導波路２０２の実効的な光軸の高さの低下量Δである。なお、図７の工程においてシリコン基板１０１の表面が丁度露出するようにエッチングをした場合には、図１０の工程において追加でエッチングする深さは、Ｈ＋Δとする。いずれの場合も、この追加のエッチングにより、基準面Ｓからエッチング表面までの高さはＨ＋Δとなる。また、モニタ領域１１５には、高さΔ（又はＨ＋Δ）の段差が形成される。このように、図７のエッチング工程と図１０の追加エッチング工程からなる２段階のエッチングによって、シリコン基板１０１は、基準面Ｓからの深さがＨ＋Δとなるようにエッチングされる。こうして形成されたシリコン基板１０１の露出表面は、台座２０７の上面を構成する面となる。なお、エッチングには、図７のエッチング工程と同様、ＲＩＥ等の異方性エッチングを適用する。
【００３４】
ここで、図１０の追加エッチング工程でエッチングする深さΔ（又はＨ＋Δ）は、図５の工程において測定済みの上部クラッド層２０５の厚さｔＵＣから決定される。具体的には、図４に示される上部クラッド層２０５の厚さｔＵＣと導波路２０２の実効的な光軸の高さの低下量Δとの関係を予め求めておき、この関係を用いて、図５の工程で測定したｔＵＣに対応するΔを決定することができる。ｔＵＣとΔとの関係は、例えば、導波路２０２の設計パラメータを用いて計算により得ることができる。導波路２０２の設計パラメータとしては、例えば、下部クラッド層１０３、コア層１０４、上部クラッド層２０５、及び保護膜（ＳｉＯ２膜）１０８の各層の屈折率、下部クラッド層１０３、上部クラッド層２０５、及び保護膜（ＳｉＯ２膜）１０８の各層の厚さ、並びにコア層１０４の厚さ及び幅がある。あるいは、上部クラッド層２０５の厚さの異なるいくつかの評価用の導波路２０２を事前に別途作製し、それら評価用の導波路２０２のそれぞれについて実際の光軸の位置を実験的に求めることによって、ｔＵＣとΔとの関係を得ることもできる。
【００３５】
次に、図１１に示されるように、レジスト層１１４を除去する。更に、モニタ領域１１５にエッチングにより形成された段差の高さｔ３を測定する。段差の高さｔ３は、例えば触針式段差計あるいはレーザ顕微鏡を用いて測定可能である。測定された段差の高さｔ３から、シリコン基板１０１が図１０の追加エッチング工程で目標値Δ（又はＨ＋Δ）だけエッチングできたか否かを確認することが可能である。
【００３６】
次に、図１２に示されるように、導波路２０２の上部と、図１０の追加エッチング工程で形成されたシリコン基板１０１の表面の一部分１１７に、フォトリソグラフィでレジスト層１１６を形成する。レジスト層１１６が形成されたシリコン基板１０１の表面の一部分１１７は、台座２０７及び搭載マーク１１８の上面となる部分である。
【００３７】
次に、図１３に示されるように、レジスト層１１６をマスクとしてシリコン基板１０１をエッチングする。このエッチングにより、シリコン基板１０１の表面の一部が凸状に加工されて、台座２０７及び搭載マーク１１８が形成される。台座２０７及び搭載マーク１１８の上面は、基準面ＳからＨ＋Δだけ下がった位置に形成される。なお、エッチングには、図７及び図１０のエッチング工程と同様、ＲＩＥ等の異方性エッチングを適用する。
【００３８】
次に、図１４に示されるように、レジスト層１１６を除去する。
【００３９】
次に、図１５に示されるように、保護膜１０８としてＳｉＯ２膜を成膜する。保護膜１０８は、台座２０７の上面を含むシリコン基板１０１の表面全面、並びに導波路２０２の端面及び上面を覆うように形成される。
【００４０】
次に、図１６に示されるように、台座２０７上にレーザダイオード１０６を搭載する。具体的には、図１３のエッチング工程で掘り込まれた台座２０７、搭載マーク１１８、及びモニタ領域１１５ａ、１１５ｂ以外の部分における保護膜１０８上に、レーザダイオード１０６と導通をとるための電極（不図示）を形成し、更に電極上に、レーザダイオード１０６を電極に電気的に接続し且つシリコン基板１０１に機械的に接合するための半田バンプ１０９を形成する。そして、レーザダイオード１０６を台座２０７上に載置して半田バンプ１０９を加熱溶融及び冷却固化させることで、レーザダイオード１０６が台座２０７上に搭載される。このとき、搭載マーク１１８を基準としてレーザダイオード１０６の位置合わせをすることによって、レーザダイオード１０６の水平方向の位置を精度良く合わせ込むことができる。
【００４１】
以上の工程により、光学デバイス２００が完成する。
【００４２】
＜第２の実施形態＞
図２の光学デバイス２００において、台座２０７の上面の高さが基準面ＳよりもＨだけ低く形成されるとともに、保護膜１０８の厚さがｔＳｉＯ２−Δ（図１の光学デバイス１００における保護膜１０８の厚さｔＳｉＯ２よりもΔだけ薄い厚さ）に成膜された構成とすることもできる。即ち、第１の実施形態では、台座２０７の上面の高さが図１の光学デバイス１００における台座１０７の上面の高さよりもΔだけ低く形成されていたが、台座２０７をΔだけ低く形成する代わりに、保護膜１０８をΔだけ薄くすることによってレーザダイオード１０６をΔだけ低い位置に搭載するようにしてもよい。このような構成であっても、第１の実施形態と同様に、レーザダイオード１０６を、導波路２０２の実効的な光軸の高さの低下量Δの分だけ、図１の光学デバイス１００におけるレーザダイオード１０６よりも低い位置に搭載することが可能である。本実施形態に係る光学デバイス２００の製造方法は、次のとおりである。
【００４３】
まず、図５から図８の工程と同様にして、導波路２０２が形成されたシリコン基板１０１をエッチングする。エッチングの深さは、第１の実施形態と同じく、基準面Ｓからエッチング表面までの高さがＨとなるような深さである。
【００４４】
次に、図１２から図１４の工程と同様にして、シリコン基板１０１の表面の一部をエッチングし台座２０７及び搭載マーク１１８を形成する。形成された台座２０７及び搭載マーク１１８の上面の高さは、第１の実施形態と異なり、基準面ＳからＨだけ下がった位置となっている。
【００４５】
次に、図１５の工程と同様にして、保護膜１０８を成膜する。但し、成膜する保護膜１０８の厚さは、第１の実施形態と異なり、ｔＳｉＯ２−Δとする。
【００４６】
更に、図１６の工程と同様にして、台座２０７上にレーザダイオード１０６を搭載し、光学デバイスが完成する。
【００４７】
＜第３の実施形態＞
図２の光学デバイス２００において、台座２０７の上面の高さが基準面ＳよりもＨ＋αΔだけ低く形成されるとともに、保護膜１０８の厚さがｔＳｉＯ２−（１−α）Δに成膜された構成とすることもできる。但し、０＜α＜１である。即ち、第１の実施形態では台座２０７を低く形成することにより、また第２の実施形態では保護膜１０８を薄く形成することにより、それぞれレーザダイオード１０６をΔだけ低い位置に搭載するようにしていたが、第３の実施形態は、台座２０７を低く形成することと保護膜１０８を薄く形成することとを適宜の割合で組み合わせることにより、全体として、レーザダイオード１０６をΔだけ低い位置に搭載する構成である。なお、α＝１の場合が第１の実施形態に相当し、α＝０の場合が第２の実施形態に相当する。このような構成であっても、第１及び第２の実施形態と同様に、レーザダイオード１０６を、導波路２０２の実効的な光軸の高さの低下量Δの分だけ、図１の光学デバイス１００におけるレーザダイオード１０６よりも低い位置に搭載することが可能である。本実施形態に係る光学デバイス２００の製造方法は、次のとおりである。
【００４８】
まず、図５から図８の工程と同様にして、導波路２０２が形成されたシリコン基板１０１をエッチングする。エッチングの深さは、第１及び第２の実施形態と同じく、基準面Ｓからエッチング表面までの高さがＨとなるような深さである。
【００４９】
次に、図９から図１１の工程と同様にして、シリコン基板１０１を追加でエッチングする。追加のエッチング深さは、第１の実施形態と異なり、αΔとする。これにより、基準面Ｓからエッチング表面までの高さはＨ＋αΔとなる。
【００５０】
次に、図１２から図１４の工程と同様にして、シリコン基板１０１の表面の一部をエッチングし台座２０７及び搭載マーク１１８を形成する。形成された台座２０７及び搭載マーク１１８の上面の高さは、第１及び第２の実施形態と異なり、基準面ＳからＨ＋αΔだけ下がった位置となっている。
【００５１】
次に、図１５の工程と同様にして、保護膜１０８を成膜する。但し、成膜する保護膜１０８の厚さは、第１及び第２の実施形態と異なり、ｔＳｉＯ２−（１−α）Δとする。
【００５２】
更に、図１６の工程と同様にして、台座２０７上にレーザダイオード１０６を搭載し、光学デバイスが完成する。
【００５３】
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明はこれに限定されず、その要旨を逸脱しない範囲内において様々な変更が可能である。
【００５４】
例えば、光学素子１０６は、レーザダイオード以外の素子であってもよい。また、導波路２０２は、ＳＯＩ基板を利用して形成されたものに限定されず、例えば、下部クラッド層、コア層、及び上部クラッド層がそれぞれＳｉＯ２を主成分とする材料で構成されたものであってもよい。更に、導波路２０２は、コア層がシリコンで形成されたシリコン導波路と、コア層がＳｉＯＮやＳｉＯｘなどのクラッド層よりも屈折率の高いシリコン酸化物系材料で形成されたスポットサイズ変換器とを組み合わせた構成の導波路としてもよい。
【００５５】
また、第１及び第３の実施形態では図７及び図１０の２段階のエッチング工程を実施しているが、１回のエッチングによって、第１の実施形態では深さＨ＋Δ、第３の実施形態では深さＨ＋αΔのエッチングを実施するようにしてもよい。また、図７の第１段階のエッチング工程では面内ばらつきを抑えるために基準面Ｓより若干下がった高さまでオーバーエッチングし、その後図１０の第２段階のエッチング工程で、基準面Ｓからエッチング表面（台座２０７上面）までの高さがＨ＋Δ又はＨ＋αΔとなるように追加エッチングを行うようにしてもよい。
【００５６】
また、図７及び図１０の各エッチング工程におけるエッチング深さのプロセス誤差を補償するように、図１５の工程において成膜する保護膜１０８の厚さを調整してもよい。例えば、図１１の工程において測定された段差の高さｔ３から、図１０の追加エッチング工程におけるエッチング量が目標値をオーバーしていたことが判明した場合には、保護膜１０８をそのオーバー分だけ厚く成膜するようにしてもよい。
【符号の説明】
【００５７】
１００  光学デバイス
１０１  基板
１０２  導波路
１０３  下部クラッド層
１０４  コア層
１０５  上部クラッド層
１０６  光学素子
１０７  台座
１０８  保護膜
１０９  接合剤
１１０  ＢＯＸ層
１１１  ＳＯＩ層
１１２  ＳｉＯ２層
１１３  レジスト層
１１４  レジスト層
１１５  モニタ領域
１１６  レジスト層
１１８  搭載マーク
２００  光学デバイス
２０２  導波路
２０５  上部クラッド層
２０７  台座
【図１】
2020013158.tif 000003
【図２】
2020013158.tif 000004
【図３】
2020013158.tif 000005
【図４】
2020013158.tif 000006
【図５】
2020013158.tif 000007
【図６】
2020013158.tif 000008
【図７】
2020013158.tif 000009
【図８】
2020013158.tif 000010
【図９】
2020013158.tif 000011
【図１０】
2020013158.tif 000012
【図１１】
2020013158.tif 000013
【図１２】
2020013158.tif 000014
【図１３】
2020013158.tif 000015
【図１４】
2020013158.tif 000016
【図１５】
2020013158.tif 000017
【図１６】
2020013158.tif 000018
【図１７】
2020013158.tif 000019
【図１８】
2020013158.tif 000020
【手続補正書】
【提出日】令和1年10月25日(2019.10.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に導波路を形成する工程と、
前記形成された導波路の上部クラッド層の厚さを特定する工程と、
前記基板に光学素子の搭載面を形成する工程と、
前記搭載面に前記光学素子を搭載する工程と、を含む、光学デバイスの製造方法であって、
前記導波路の前記上部クラッド層は、前記導波路の光軸が前記導波路のコア層の中心よりも前記基板側に位置するような厚さを有し、
前記搭載面を形成する工程は、
前記基板を第１のエッチング深さだけエッチングする第１のエッチング工程と、
前記第１のエッチング工程後における前記基板の表面の一部分であるモニタ領域にレジスト層を形成する工程と、
前記特定された前記上部クラッド層の厚さに基づいて第２のエッチング深さを決定する工程と、
前記レジスト層をマスクとして前記基板を追加で前記第２のエッチング深さだけエッチングする第２のエッチング工程であって、前記第２のエッチング工程後における前記基板の表面から前記搭載面が構成される、第２のエッチング工程と、
前記第２のエッチング工程によりエッチングされた深さを確認するために、前記第２のエッチング工程後に前記モニタ領域に形成された段差の高さを測定する工程と、
を含む、光学デバイスの製造方法。
【請求項２】
前記第２のエッチング深さを決定する工程は、前記上部クラッド層の厚さと、前記導波路の光軸の高さの、前記コア層の高さ方向における中心位置からの変位量との予め求められた関係を用いて、前記第２のエッチング深さを決定する工程である、請求項１に記載の光学デバイスの製造方法。
【請求項３】
前記第２のエッチング深さは、前記関係を用いて、前記特定された前記上部クラッド層の厚さに対応する前記変位量として決定される、請求項２に記載の光学デバイスの製造方法。
【請求項４】
前記関係は、前記導波路の下部クラッド層、前記上部クラッド層、及び前記コア層の屈折率並びに寸法を用いた計算によって取得される、請求項２又は３に記載の光学デバイスの製造方法。
【請求項５】
前記関係は、上部クラッド層の厚さの異なる複数の評価用の導波路のそれぞれについて光軸の位置を実験的に求めることによって取得される、請求項２又は３に記載の光学デバイスの製造方法。
【請求項６】
前記第１のエッチング深さは、前記第１のエッチング深さにエッチングされた前記基板上に前記光学素子を配置したとした場合に前記光学素子の光軸の高さが前記導波路の前記コア層の高さ方向における中心と一致するようなエッチング深さであり、
前記第２のエッチング深さは、前記導波路の前記コア層の高さ方向における中心と、前記導波路の光軸との高さの差に相当するエッチング深さである、
請求項１から５のいずれか１項に記載の光学デバイスの製造方法。
【請求項７】
前記搭載面は、前記第１及び第２のエッチング工程により、前記光学素子が前記搭載面に搭載された状態で前記光学素子の光軸が前記導波路の前記コア層の高さ中心よりも前記基板側に位置するような高さに形成される、請求項１から５のいずれか１項に記載の光学デバイスの製造方法。
【請求項８】
基板上に導波路を形成する工程と、
前記形成された導波路の上部クラッド層の厚さを特定する工程と、
前記基板に光学素子の搭載面を形成する工程と、
前記搭載面に前記光学素子を搭載する工程と、を含む、光学デバイスの製造方法であって、
前記導波路の前記上部クラッド層は、前記導波路の光軸が前記導波路のコア層の中心よりも前記基板側に位置するような厚さを有し、
前記搭載面を形成する工程は、
前記基板を第１のエッチング深さだけエッチングする第１のエッチング工程と、
前記第１のエッチング工程によりエッチングされた深さを確認する工程と、
前記第１のエッチング工程後における前記基板の表面の一部分であるモニタ領域にレジスト層を形成する工程と、
前記特定された前記上部クラッド層の厚さに基づいて第２のエッチング深さを決定する工程と、
前記レジスト層をマスクとして前記基板を追加で前記第２のエッチング深さだけエッチングする第２のエッチング工程であって、前記第２のエッチング工程後における前記基板の表面から前記搭載面が構成される、第２のエッチング工程と、
前記第２のエッチング工程によりエッチングされた深さを確認するために、前記第２のエッチング工程後に前記モニタ領域に形成された段差の高さを測定する工程と、
を含む、光学デバイスの製造方法。
【請求項９】
前記第１のエッチング工程によりエッチングされた深さを確認する工程は、
前記導波路の前記上部クラッド層の上面と前記第１のエッチング工程後の前記基板の表面との間の段差の高さｔ１を測定する工程と、
前記導波路の前記上部クラッド層の上面から前記導波路の下部クラッド層の下面までの膜厚ｔ２を測定する工程と、
前記段差の高さｔ１と前記膜厚ｔ２との差を求める工程と、
を含む、請求項８に記載の光学デバイスの製造方法。
【請求項１０】
基板上に導波路を形成する工程と、
前記形成された導波路の上部クラッド層の厚さを特定する工程と、
前記基板に光学素子の搭載面を形成する工程と、
前記搭載面に前記光学素子を搭載する工程と、を含む、光学デバイスの製造方法であって、
前記搭載面を形成する工程は、
前記基板を第１のエッチング深さだけエッチングする第１のエッチング工程と、
前記第１のエッチング工程後における前記基板の表面の一部分であるモニタ領域にレジスト層を形成する工程と、
前記特定された前記上部クラッド層の厚さに基づいて第２のエッチング深さを決定する工程と、
前記レジスト層をマスクとして前記基板を追加で前記第２のエッチング深さだけエッチングする第２のエッチング工程であって、前記第２のエッチング工程後における前記基板の表面から前記搭載面が構成される、第２のエッチング工程と、
前記第２のエッチング工程によりエッチングされた深さを確認するために、前記第２のエッチング工程後に前記モニタ領域に形成された段差の高さを測定する工程と、
を含む、光学デバイスの製造方法。
【請求項１１】
前記第２のエッチング工程後における前記基板の表面に保護膜を形成する工程を更に含み、
前記モニタ領域に形成された前記段差の高さに応じて、前記保護膜の厚さが調整される、
請求項１から１０のいずれか１項に記載の光学デバイスの製造方法。