(57)【要約】【課題】  スポットサイズ変換器、光導波路及びスポットサイズ変換器の製造方法に関し、シリコンコア導波路へのダメージ、膜剥の発生を防止するとともに、電極プロセスにおける段差起因による不良発生を防止する。【解決手段】  基板に設けた凹部に第１の絶縁膜を介して、前記第１の絶縁膜より屈折率の大きな第２の絶縁膜を埋め込んで拡大コア層を形成し、その先端部が前記拡大コア層上に延在するシリコンコア導波路を設ける。【選択図】  図１
2014202997.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
凹部を有する基板と、
前記基板の表面に設けられた第１の絶縁膜と、
前記凹部に前記第１の絶縁膜を介して埋め込まれ、前記第１の絶縁膜より屈折率の大きな第２の絶縁膜からなる拡大コア層と、
その先端部が前記拡大コア層上に延在するシリコンコア導波路と
を有することを特徴とするスポットサイズ変換器。
【請求項２】
少なくとも２つの凹部を有する基板と、
前記基板の表面に設けられた第１の絶縁膜と、
前記凹部に前記第１の絶縁膜を介して埋め込まれ、前記第１の絶縁膜より屈折率の大きな第２の絶縁膜からなる拡大コア層と、
前記２か所の拡大コア層を接続し、前記基板の平坦部上で第１の絶縁膜を介して延在するシリコンコア導波路と
を有することを特徴とする光導波路。
【請求項３】
前記シリコンコア導波路の一方の端部に設けた出力側となる拡大コア層の厚さが前記シリコンコア導波路の他方の端部に設けた入力側となる拡大コア層の厚さより厚いことを特徴とする請求項２に記載の光導波路。
【請求項４】
出力側となる前記拡大コア層上にその一部が延在するとともに、前記シリコンコア導波路と延在方向の異なる第２のシリコンコア導波路と、
前記第２のシリコンコア導波路の両方の端部の下方に、前記基板に前記第１の絶縁膜を介して埋め込まれた前記第２の絶縁膜からなる拡大コア層と
を有することを特徴とする請求項２または請求項３に記載の光導波路。
【請求項５】
基板に凹部を形成する工程と、
前記基板の表面に第１の絶縁膜を形成する工程と、
前記基板上に前記第１の絶縁膜より屈折率の大きな第２の絶縁膜を堆積して前記凹部を埋め込む工程と、
前記基板の平坦部上に堆積した前記第２の絶縁膜を除去する平坦化工程と、
前記基板上にシリコン層を形成する工程と、
前記シリコン層をエッチングしてその先端部が前記凹部に埋め込まれた第２の絶縁膜上に延在するシリコンコア導波路を形成する工程と
を有することを特徴とするスポットサイズ変換器の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スポットサイズ変換器、光導波路及びスポットサイズ変換器の製造方法に関するものであり、例えば、シリコン導波路を用いたフォトニクスデバイスとファイバー或いはレーザ等を低損失で安価に光結合するスポットサイズ変換器、光導波路及びスポットサイズ変換器の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、シリコンコアを用いた光導波路では、シリコンコアの断面積が小さく、そのまま光ファイバーやレーザなどと結合させるとモード不整合により、結合損失が非常に大きくなっていた。
【０００３】
このような問題を解消するために、シリコンコア導波路の先端部の上部にスポットサイズ変換器を形成することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。このようなシリコンコア導波路の上部に形成されるスポットサイズ変換器はファイバー或いはレーザ等との光結合に有効である。
【０００４】
図１４は、従来のスポットサイズ変換器の製造工程の説明図であり、各図における上図は平面図であり、下図は上図におけるＡ−Ａ′を結ぶ一点鎖線に沿った断面図である。まず、図１４（ａ）に示すように、シリコン基板７１上にＳｉＯ２膜からなるＢＯＸ層７２を介して設けた単結晶シリコン層を加工してテーパ部７４を有するシリコンコア導波路７３を形成する。次いで、スポットサイズ変換器を形成するためのＳｉＯＮ膜７５を堆積する。
【０００５】
次いで、図１４（ｂ）に示すように、レジストパターン７６をマスクにして、ＳｉＯＮ膜７５の露出部をエッチングしてＳｉＯＮ拡大コア層７７を形成する。以降は、レジストパターンを除去して、全体にＳｉＯ２膜或いはＴＥＯＳ膜からなる上部クラッド層を設ける。
【０００６】
クラッド層によりシリコンコア導波路７３に閉じ込められて伝播してきた光は、クラッド層より屈折率の大きなＳｉＯＮ拡大コア層７７に拡がってスポットサイズを拡大して、ファイバー等との光結合を効率的に行う。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１０−２３０９８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、ＳｉＯＮ拡大コア層の形成工程において、シリコンに対する選択エッチング性が高いウエットエッチングを用いた場合には、ウエットエッチングは等方性のため、サイドエッチングが生じて安定したスポットサイズ変換器の作製が困難になる。
【０００９】
このような問題を回避するために、異方性の高いＲＩＥ（リアクティブイオンエッチング）を用いれば良いが、シリコンコア導波路との選択比が取れずにシリコンコア導波路の上部にダメージが入り、伝播損失の要因となるという問題がある。図１５（ａ）は、その状況を示す概念的断面図であり、シリコンコア導波路７３の上部にダメージ部７８が発生する。従来のスポットサイズ変換器におけるＳｉＯＮ拡大コア層７７の膜厚は約３μｍ程度と厚いので、エッチング条件の最適化だけでは、シリコンコア導波路７３に与えるダメージや形状変化を抑制することは困難である。
【００１０】
そこで、図１５（ｂ）に示すように、ダメージの発生を防止するために、シリコンコア導波路７３の上部にＳｉＯ２ハードマスク７９を設けることが考えられる。しかし、ＳｉＯ２ハードマスク７９が厚い場合には、光が拡がりにくくなるのでスポットサイズ変換器としての効果が減少するという問題がある。一方、ＳｉＯ２ハードマスク７９が薄すぎるとシリコンコア導波路７３がエッチングされる虞があり、伝播ロスの原因になる。
【００１１】
また、従来のスポットサイズ変換器におけるＳｉＯＮ拡大コア層７７の膜厚は約３μｍ程度であるので、光結合を向上するためには高価な先球ファイバーを用いる必要があり、実装コストの低減を阻害している要因となる。
【００１２】
実装コストを抑えるためには汎用のファイバーを用いる必要があるが、汎用のファイバーのコア径は１０μｍ程度であるため、シリコンコア導波路のスポットサイズを拡げるためにはＳｉＯＮ拡大コア層の膜厚として１０μｍ程度の厚さが必要になる。しかし、１０μｍ程度のＳｉＯＮ膜を成膜する場合、成膜時の応力による膜剥がれが発生したり、加工後に大きな段差が形成されるため電極プロセスでのコンタクト不良やメタル配線の断線等が発生するという問題がある。
【００１３】
したがって、スポットサイズ変換器におけるシリコンコア導波路へのダメージ、膜剥の発生を防止するとともに、電極プロセスにおける段差起因による不良発生を防止することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
開示する一観点からは、凹部を有する基板と、前記基板の表面に設けられた第１の絶縁膜と、前記凹部に前記第１の絶縁膜を介して埋め込まれ、前記第１の絶縁膜より屈折率の大きな第２の絶縁膜からなる拡大コア層と、その先端部が前記拡大コア層上に延在するシリコンコア導波路とを有することを特徴とするスポットサイズ変換器が提供される。
【００１５】
また、開示する別の観点からは、少なくとも２つの凹部を有する基板と、前記基板の表面に設けられた第１の絶縁膜と、前記凹部に前記第１の絶縁膜を介して埋め込まれ、前記第１の絶縁膜より屈折率の大きな第２の絶縁膜からなる拡大コア層と、前記２か所の拡大コア層を接続し、前記基板の平坦部上で第１の絶縁膜を介して延在するシリコンコア導波路とを有することを特徴とする光導波路が提供される。
【００１６】
また、開示するさらに別の観点からは、基板に凹部を形成する工程と、前記基板の表面に第１の絶縁膜を形成する工程と、前記基板上に前記第１の絶縁膜より屈折率の大きな第２の絶縁膜を堆積して前記凹部を埋め込む工程と、前記基板の平坦部上に堆積した前記第２の絶縁膜を除去する平坦化工程と、前記基板上にシリコン層を形成する工程と、前記シリコン層をエッチングしてその先端部が前記凹部に埋め込まれた第２の絶縁膜上に延在するシリコンコア導波路を形成する工程とを有することを特徴とするスポットサイズ変換器の製造方法が提供される。
【発明の効果】
【００１７】
開示のスポットサイズ変換器、光導波路及びスポットサイズ変換器の製造方法によれば、シリコンコア導波路へのダメージ、膜剥の発生を防止するとともに、電極プロセスにおける段差起因による不良発生を防止することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施の形態のスポットサイズ変換器の説明図である。
【図２】本発明の実施例１のスポットサイズ変換器を備えた光導波路の説明図である。
【図３】本発明の実施例１のスポットサイズ変換器を備えた光導波路の製造工程の途中までの説明図である。
【図４】本発明の実施例１のスポットサイズ変換器を備えた光導波路の製造工程の図３以降の途中までの説明図である。
【図５】本発明の実施例１のスポットサイズ変換器を備えた光導波路の製造工程の図４以降の説明図である。
【図６】本発明の実施例２スポットサイズ変換器を備えた光導波路の説明図である。
【図７】本発明の実施例２のスポットサイズ変換器を備えた光導波路の製造工程の途中までの説明図である。
【図８】本発明の実施例２のスポットサイズ変換器を備えた光導波路の製造工程の図７以降の途中までの説明図である。
【図９】本発明の実施例２のスポットサイズ変換器を備えた光導波路の製造工程の図８以降の説明図である。
【図１０】本発明の実施例３のスポットサイズ変換器を備えた光導波路の説明図である。
【図１１】本発明の実施例３のスポットサイズ変換器を備えた光導波路の製造工程の途中までの説明図である。
【図１２】本発明の実施例３のスポットサイズ変換器を備えた光導波路の製造工程の図１１以降の途中までの説明図である。
【図１３】本発明の実施例３のスポットサイズ変換器を備えた光導波路の製造工程の図１２以降の説明図である。
【図１４】従来のスポットサイズ変換器の製造工程の説明図である。
【図１５】従来のスポットサイズ変換器の製造方法の問題点の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
ここで、図１を参照して、本発明の実施の形態のスポットサイズ変換器を説明する。図１は、本発明の実施の形態のスポットサイズ変換器の説明図であり、図１（ａ）は平面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）におけるＡ−Ａ′を結ぶ一点鎖線に沿った断面図であり、図１（ｃ）は図１（ａ）におけるＢ−Ｂ′を結ぶ一点鎖線に沿った断面図である。
【００２０】
このスポットサイズ変換器は、シリコンコア導波路４より下層に拡大コア層を形成したものである。凹部を有する基板１の表面に第１の絶縁膜２を形成し、凹部に第１の絶縁膜２を介して、第１の絶縁膜２より屈折率の大きな第２の絶縁膜３を埋め込んで拡大コア層とし、その先端部が拡大コア層上に延在するようにシリコンコア導波路４を形成する。なお、拡大コア層上に延在するシリコンコア導波路４の先端部をテーパ部５としても良いが必須ではない。
【００２１】
基板１としては、単結晶シリコン基板が典型的なものであり、第１の絶縁膜２としてはシリコン基板を熱酸化した熱酸化ＳｉＯ２膜が典型的なものであるが、ＣＶＤ等により堆積したＳｉＯ２膜でも良い。また、第２の絶縁膜３としては、屈折率が１．４６〜１．５０、典型的には１．５程度の絶縁膜であれば良く、ＳｉＯＮ或いはＳｉＯｘ（但し、ｘ＜２）が典型的なものである。
【００２２】
シリコンコア導波路４は、典型的には多結晶シリコン層からなるが、アモルファスシリコン層でも単結晶シリコン層でも良い。単結晶シリコン層を用いる場合には拡大コア層を埋め込んだのちに、単結晶シリコンを貼り合せてＣＭＰ（化学機械研磨）により薄膜化すれば良い。シリコンフォトニクス技術と融合させる場合には、シリコン層に論理回路や半導体レーザを駆動する駆動回路を設けても良いし、基板自体に論理回路や駆動回路等を設けても良い。
【００２３】
シリコンコア導波路４より下層に拡大コア層を形成しているので、スポットサイズ変換器作製プロセスによるシリコンコア導波路へのダメージ、膜剥がれ、電極プロセスの段差起因による不良を防ぐことができる。また、深い凹部の作製は厚膜をパターニングすることに比べて容易であり、実装コスト低減のため汎用ファイバーの適用が可能になる。
【００２４】
上述のスポットサイズ変換器をシリコンコア導波路の両端部に設けることで入力部と出力部とを備えた光導波路を形成することができる。即ち、少なくとも２つの凹部を有する基板１の表面に第１の絶縁膜を設け、凹部に第１の絶縁膜２を介して、第１の絶縁膜２より屈折率の大きな第２の絶縁膜３を埋め込んで拡大コア層とする。２か所の拡大コア層を接続し、基板１の平坦部上で第１の絶縁膜２を介して延在するシリコンコア導波路４を設け、一方の拡大コア層を入力部とし他方の拡大コア層を出力部とする。入力部には半導体レーザ等の光素子を光結合し、出力部にはファイバーを光結合する
【００２５】
この場合、シリコンコア導波路４の一方の端部に設けた出力側となる拡大コア層とシリコンコア導波路４の他方の端部に設けた入力側となる拡大コア層の厚さは同じでも良く、この場合には、ファイバーとして先球ファイバーを用いれば良い。
【００２６】
或いは、シリコンコア導波路４の一方の端部に設けた出力側となる拡大コア層の厚さをシリコンコア導波路４の他方の端部に設けた入力側となる拡大コア層の厚さより厚くしても良い。特に、出力側となる拡大コア層の厚さを１０μｍ程度とすることで、安価な汎用ファイバーを用いることができる。
【００２７】
また、出力側の拡大コア層にシリコンコア導波路４と延在方向の異なる第２のシリコンコア導波路の一部が延在するようにし、第２のシリコンコア導波路の両方の端部の下方に、基板１に埋め込まれた拡大コア層を設けても良い。即ち、出力側の拡大コア層を中継部とすることで、光分岐を行うことが可能になる。
【００２８】
なお、このようなスポットサイズ変換器を作製するためには、まず、基板１に凹部を形成し、基板１の表面に第１の絶縁膜２を形成したのち、基板１上に第１の絶縁膜２より屈折率の大きな第２の絶縁膜３を堆積して凹部を埋め込む。次いで、平坦化工程において、基板１の平坦部上に堆積した第２の絶縁膜３を除去し、第２の絶縁膜３を凹部に埋め込んで拡大コア層とする。次いで、基板１上にシリコン層を形成し、シリコン層をエッチングしてその先端部が拡大コア層上に延在するようにパターニングしてシリコンコア導波路４を形成すれば良い。
【実施例１】
【００２９】
次に、図２乃至図５を参照して、本発明の実施例１のスポットサイズ変換器を備えた光導波路を説明する。なお、各図における上図は平面図であり、下図は上図におけるＡ−Ａ′を結ぶ一点鎖線に沿った断面図である。図２は、本発明の実施例１のスポットサイズ変換器を備えた光導波路の説明図であり、図２（ａ）に示すように、シリコンコア導波路１８の両端部に埋め込み型の厚さが３μｍのＳｉＯＮ拡大コア層１６，１７を設けている。
【００３０】
図２（ｂ）は、半導体レーザ及びファイバーとの結合状態の説明図であり、入力側のＳｉＯＮ拡大コア層１６には半導体レーザ２２を対向させ、出力側のＳｉＯＮ拡大コア層１７には先球ファイバー２３を対向させる。半導体レーザ２２からの出力光はＳｉＯＮ拡大コア層１６に入射し、テーパ部１９を介してシリコンコア導波路１８に移行する。シリコンコア導波路１８を伝播するレーザ光はテーパ部２０を介して出力側のＳｉＯＮ拡大コア層１７中で拡がり、先球ファイバー２３に効率良く移行する。
【００３１】
次に、図３乃至図５を参照して本発明の実施例１のスポットサイズ変換器を備えた光導波路の製造工程を説明する。まず、図３（ａ）に示ように、シリコン基板１１上に二つの開口部を有するレジストパターン１２を形成し、塩素ガスを用いたＲＩＥにより凹部１３，１４を形成する。この凹部１３,１４の開口面積は７μｍ×３００μｍとし、深さは３μｍとする。
【００３２】
次いで、図３（ｂ）に示すように、レジストパターン１２を除去したのち、１０００℃でＯ２／Ｈ２雰囲気において熱酸化することによって、２μｍの厚さのＳｉＯ２膜１５を形成する。
【００３３】
次いで、図４（ｃ）に示すようにＣＶＤ法を用いて、ＳｉＨ４を７８ｓｃｃｍ、Ｎ２Ｏを５００ｓｃｃｍ流した状態で、３６０℃の温度で平坦部における厚さが３μｍになるように、ＳｉＯＮ膜を成膜する。次いで、ＣＰＭにより平坦化を行ってシリコン基板１１の平坦部に堆積したＳｉＯＮ膜を除去して、凹部に埋め込まれたＳｉＯＮ膜をＳｉＯＮ拡大コア層１６，１７とする。
【００３４】
次いで、図４（ｄ）に示すように、ＣＶＤ法を用いて、ＳｉＨ４を１００ｓｃｃｍ、Ｈｅを４００ｓｃｃｍ流した状態で、６２０℃の温度にて２５０ｎｍの厚さの多結晶シリコン層を堆積する。次いで、レジストパターン（図示は省略）を形成したのち、ＨＢｒガスを用いたＲＩＥにより多結晶シリコン層をエッチングしてテーパ部１９，２０を有するシリコンコア導波路１８を形成する。この場合のシリコンコア導波路１８の幅は４８０ｎｍとし、テーパ部１９，２０の端部の幅は８０ｎｍとする。
【００３５】
次いで、図５（ｅ）に示すように、レジストパターンを除去したのち、ＣＶＤ法を用い、ＳｉＨ４：２０％／Ｈｅ：８０％＋Ｎ２Ｏを原料ガスとして、７９０℃の温度で上部クラッド層となる厚さが１μｍのＳｉＯ２膜２１を成膜する。
【００３６】
次いで、図５（ｆ）に示すように、ＳｉＯＮ拡大コア層１６，１７の端部が露出するようにエッチングを行うことで本発明の実施例１の光導波路の基本構造が完成する。この場合、ＳｉＯＮ拡大コア層１６，１７の厚さは３μｍ程度であるため、図２（ｂ）に示したように、光入力側は半導体レーザ２２を配置でき、そのスポット径も３μｍであり結合効率の低下を抑制できる。一方、光出力側は、先球ファイバー２３を用いることでスポット径が３μｍとなり、結合効率の低下を抑制できる。
【実施例２】
【００３７】
次に、図６乃至図９を参照して、本発明の実施例２のスポットサイズ変換器を備えた光導波路を説明する。なお、各図における上図は平面図であり、下図は上図におけるＡ−Ａ′を結ぶ一点鎖線に沿った断面図である。図６は、本発明の実施例２のスポットサイズ変換器を備えた光導波路の説明図であり、図６（ａ）に示すように、出力側のＳｉＯＮ拡大コア層３８の厚さを１０μｍとして、入力側のＳｉＯＮ拡大コア層３７より厚くした。
【００３８】
図６（ｂ）は、半導体レーザ及びファイバーとの結合状態の説明図であり、入力側の厚さが３μｍのＳｉＯＮ拡大コア層３７には半導体レーザ４３を対向させ、出力側のＳｉＯＮ拡大コア層３８にはコア径が１０μｍの汎用ファイバー４４を対向させる。
【００３９】
次に、図７乃至図９を参照して本発明の実施例２のスポットサイズ変換器を備えた光導波路の製造工程を説明する。まず、図７（ａ）に示ように、シリコン基板３１上に開口部を有するレジストパターン３２を形成し、塩素ガスを用いたＲＩＥにより凹部３３を形成する。この凹部３３の開口面積は７μｍ×３００μｍとし、深さは３μｍとする。
【００４０】
まず、図７（ｂ）に示ように、レジストパターン３２を除去したのち、シリコン基板３１上に開口部を有するレジストパターン３４を新たに形成し、塩素ガスを用いたＲＩＥにより凹部３５を形成する。この凹部３５の開口面積は１４μｍ×３００μｍとし、深さは１０μｍとする。
【００４１】
次いで、図８（ｃ）に示すように、レジストパターン３４を除去したのち、１０００℃でＯ２／Ｈ２雰囲気において熱酸化することによって、２μｍの厚さのＳｉＯ２膜３６を形成する。
【００４２】
次いで、図８（ｄ）に示すようにＣＶＤ法を用いて、ＳｉＨ４を７８ｓｃｃｍ、Ｎ２Ｏを５００ｓｃｃｍ流した状態で、３６０℃の温度にて平坦部における厚さが１０μｍになるように、ＳｉＯＮ膜を成膜する。次いで、ＣＭＰにより平坦化を行ってシリコン基板３１の平坦部に堆積したＳｉＯＮ膜を除去して、凹部に埋め込まれたＳｉＯＮ膜をＳｉＯＮ拡大コア層３７，３８とする。
【００４３】
次いで、図９（ｅ）に示すように、ＣＶＤ法を用いて、ＳｉＨ４を１００ｓｃｃｍ、Ｈｅを４００ｓｃｃｍ流した状態で、６２０℃の温度にて２５０ｎｍの厚さの多結晶シリコン層を堆積する。次いで、レジストパターン（図示は省略）を形成したのち、ＨＢｒガスを用いたＲＩＥにより多結晶シリコン層をエッチングしてテーパ部４０，４１を有するシリコンコア導波路３９を形成する。この場合のシリコンコア導波路３９の幅は４８０ｎｍとし、テーパ部４０，４１の端部の幅は８０ｎｍとする。
【００４４】
次いで、図９（ｆ）に示すように、レジストパターンを除去したのち、ＣＶＤ法を用い、ＳｉＨ４：２０％／Ｈｅ：８０％＋Ｎ２Ｏを原料ガスとして、７９０℃の温度で上部クラッド層となる厚さが１μｍのＳｉＯ２膜４２を成膜する。次いでＳｉＯＮ拡大コア層３７，３８の端部が露出するようにエッチングを行うことで本発明の実施例２の光導波路の基本構造が完成する。
【００４５】
この場合、ＳｉＯＮ拡大コア層３７の厚さは３μｍ程度であるため、図６（ｂ）に示したように、光入力側は半導体レーザ４３を配置でき、そのスポット径も３μｍであり結合効率の低下を抑制できる。一方、光出力側は、ＳｉＯＮ拡大コア層３８の厚さは１０μｍ程度であるので、コア径が１０μｍ程度の汎用ファイバー４４を用いても良好な光結合を行うことができ、実装コストの低減が可能になる。
【実施例３】
【００４６】
次に、図１０乃至図１３を参照して、本発明の実施例３のスポットサイズ変換器を備えた光導波路を説明する。なお、各図における上図は平面図であり、下図は上図におけるＡ−Ａ′を結ぶ一点鎖線に沿った断面図である。図１０は、本発明の実施例３のスポットサイズ変換器を備えた光導波路の説明図であり、図１０（ａ）に示すように、シリコンコア導波路６２の両端部に埋め込み型のＳｉＯＮ拡大コア層５８，５９を設けるとともに、その一部がＳｉＯＮ拡大コア層５９上に延在するようにシリコンコア導波路６２と延在方向の異なるシリコンコア導波路６５を設ける。また、シリコンコア導波路６５の両端部の下方に埋め込み型のＳｉＯＮ拡大コア層６０，６１を設ける。
【００４７】
図１０（ｂ）は、半導体レーザ及びファイバーとの結合状態の説明図であり、入力側のＳｉＯＮ拡大コア層５８には半導体レーザ６９を対向させる。ＳｉＯＮ拡大コア層５９を中継部として、シリコンコア導波路６５を分岐導波路として、その両端部の下方に設けたＳｉＯＮ拡大コア層６０，６１にファイバー（図示は省略）を対向させる。
【００４８】
半導体レーザ６９からの出力光はＳｉＯＮ拡大コア層５８に入射し、テーパ部６３を介してシリコンコア導波路６２に移行する。シリコンコア導波路６２を伝播するレーザ光はテーパ部６４を介してＳｉＯＮ拡大コア層５９中で拡がり、シリコンコア導波路６５に移行する。シリコンコア導波路６５を伝播するレーザ光はそれぞれテーパ部６６，６７を介してＳｉＯＮ拡大コア層６０，６１中で拡がり、ファイバーに効率良く移行する。
【００４９】
次に、図１１乃至図１３を参照して本発明の実施例３のスポットサイズ変換器を備えた光導波路を説明する。まず、図１１（ａ）に示ように、シリコン基板５１上に４つの開口部を有するレジストパターン５２を形成し、塩素ガスを用いたＲＩＥにより凹部５３〜５６を形成する。この凹部５３，５４の開口面積は７μｍ×３００μｍとし、深さは３μｍとし、凹部５５，５６の開口面積は１４μｍ×３００μｍとし、深さは１０μｍとする。なお、図において、凹部５５,５６は作図の都合上一部のみを図示している。
【００５０】
次いで、図１１（ｂ）に示すように、レジストパターン５２を除去したのち、１０００℃でＯ２／Ｈ２雰囲気において熱酸化することによって、２μｍの厚さのＳｉＯ２膜５７を形成する。
【００５１】
次いで、図１２（ｃ）に示すようにＣＶＤ法を用いて、ＳｉＨ４を７８ｓｃｃｍ、Ｎ２Ｏを５００ｓｃｃｍ流した状態で、３６０℃の温度にて平坦部における厚さが１０μｍになるように、ＳｉＯＮ膜を成膜する。次いで、ＣＭＰにより平坦化を行ってシリコン基板５１の平坦部に堆積したＳｉＯＮ膜を除去して、凹部に埋め込まれたＳｉＯＮ膜をＳｉＯＮ拡大コア層５８〜６１とする。
【００５２】
次いで、図１２（ｄ）に示すように、ＣＶＤ法を用いて、ＳｉＨ４を１００ｓｃｃｍ、Ｈｅを４００ｓｃｃｍ流した状態で、６２０℃の温度にて２５０ｎｍの厚さの多結晶シリコン層を堆積する。次いで、レジストパターン（図示は省略）を形成したのち、ＨＢｒガスを用いたＲＩＥにより多結晶シリコン層をエッチングしてシリコンコア導波路６２を形成するとともに、シリコンコア導波路６２と延在方向の異なるシリコンコア導波路６５をその一部がＳｉＯＮ拡大コア層５９上に延在するように形成する。この場合のシリコンコア導波路６２，６５の幅は４８０ｎｍとし、テーパ部６３，６４，６６，６７の端部の幅は８０ｎｍとする。
【００５３】
次いで、図１３（ｅ）に示すように、レジストパターンを除去したのち、ＣＶＤ法を用い、ＳｉＨ４：２０％／Ｈｅ：８０％＋Ｎ２Ｏを原料ガスとして、７９０℃の温度で上部クラッド層となる厚さが１μｍのＳｉＯ２膜６８を成膜する。
【００５４】
次いで、図１３（ｆ）に示すように、ＳｉＯＮ拡大コア層５８，６０，６１の端部が露出するようにエッチングを行うことで本発明の実施例３の光導波路の基本構造が完成する。
【００５５】
この場合、ＳｉＯＮ拡大コア層５８の厚さは３μｍ程度であるため、図１０（ｂ）に示したように、光入力側は半導体レーザ６９を配置でき、そのスポット径も３μｍであり結合効率の低下を抑制できる。一方、光出力側は、ＳｉＯＮ拡大コア層６０，６１の厚さは１０μｍ程度であるので、コア径が１０μｍ程度の汎用ファイバーを用いても良好な光結合を行うことができ、実装コストの低減が可能になる。
【００５６】
このように、シリコンコア導波路自体に分岐導波路を形成しなくても、中継用の埋め込み型の拡大コア層を設けることによって、信号光の分岐とスポットサイズの変換が可能になる。
【００５７】
ここで、実施例１乃至実施例３を含む本発明の実施の形態に関して、以下の付記を付す。
（付記１）凹部を有する基板と、前記基板の表面に設けられた第１の絶縁膜と、前記凹部に前記第１の絶縁膜を介して埋め込まれ、前記第１の絶縁膜より屈折率の大きな第２の絶縁膜からなる拡大コア層と、その先端部が前記拡大コア層上に延在するシリコンコア導波路とを有することを特徴とするスポットサイズ変換器。
（付記２）前記シリコンコア導波路は、前記第１の絶縁膜を介して前記基板の平坦部に延在することを特徴とする付記１に記載のスポットサイズ変換器。
（付記３）前記拡大コア層上に延在するシリコンコア導波路の先端部がテーパ部を有することを特徴とする付記１または付記２に記載のスポットサイズ変換器。
（付記４）前記第１の絶縁膜がＳｉＯ２膜からなり、前記第２の絶縁膜がＳｉＯｘ（但し、ｘ＜２）またはＳｉＯＮからなることを特徴とする付記１乃至付記３のいずれか１に記載のスポットサイズ変換器。
（付記５）少なくとも２つの凹部を有する基板と、前記基板の表面に設けられた第１の絶縁膜と、前記凹部に前記第１の絶縁膜を介して埋め込まれ、前記第１の絶縁膜より屈折率の大きな第２の絶縁膜からなる拡大コア層と、前記２か所の拡大コア層を接続し、前記基板の平坦部上で第１の絶縁膜を介して延在するシリコンコア導波路とを有することを特徴とする光導波路。
（付記６）前記シリコンコア導波路の一方の端部に設けた出力側となる拡大コア層と前記シリコンコア導波路の他方の端部に設けた入力側となる拡大コア層の厚さが同じであることを特徴とする付記５に記載の光導波路。
（付記７）前記シリコンコア導波路の一方の端部に設けた出力側となる拡大コア層の厚さが前記シリコンコア導波路の他方の端部に設けた入力側となる拡大コア層の厚さより厚いことを特徴とする付記５に記載の光導波路。
（付記８）前記出力側の拡大コア層上にその一部が延在するとともに、前記シリコンコア導波路と延在方向の異なる第２のシリコンコア導波路と、前記第２のシリコンコア導波路の両方の端部の下方に、前記基板に前記第１の絶縁膜を介して埋め込まれた前記第２の絶縁膜からなる拡大コア層とを有することを特徴とする付記６または付記７に記載の光導波路。
（付記９）前記第１の絶縁膜がＳｉＯ２膜からなり、前記第２の絶縁膜がＳｉＯｘ（但し、ｘ＜２）或いはＳｉＯＮからなることを特徴とする付記５乃至付記８のいずれか１に記載の光導波路。
（付記１０）基板に凹部を形成する工程と、前記基板の表面に第１の絶縁膜を形成する工程と、前記基板上に前記第１の絶縁膜より屈折率の大きな第２の絶縁膜を堆積して前記凹部を埋め込む工程と、前記基板の平坦部上に堆積した前記第２の絶縁膜を除去する平坦化工程と、前記基板上にシリコン層を形成する工程と、前記シリコン層をエッチングしてその先端部が前記凹部に埋め込まれた第２の絶縁膜上に延在するシリコンコア導波路を形成する工程とを有することを特徴とするスポットサイズ変換器の製造方法。
【符号の説明】
【００５８】
１  基板
２  第１の絶縁膜
３  第２の絶縁膜
４  シリコンコア導波路
５  テーパ部
１１，３１，５１  シリコン基板
１２，３２，３４，５２  レジストパターン
１３，１４，３３，３５，５３〜５６  凹部
１５，３６，５７  ＳｉＯ２膜  
１６，１７，３７，３８，５８〜６１  ＳｉＯＮ拡大コア層
１８，３９，６２，６５  シリコンコア導波路
１９、２０，４０，４１，６３，６４，６６，６７  テーパ部
２１，４２，６８  ＳｉＯ２膜
２２，４３，６９  半導体レーザ
２３  先球ファイバー
４４  汎用ファイバー
７１  シリコン基板
７２  ＢＯＸ層
７３  シリコンコア導波路
７４  テーパ部
７５  ＳｉＯＮ膜
７６  レジストパターン
７７  ＳｉＯＮ拡大コア層
７８  ダメージ部
７９  ＳｉＯ２ハードマスク
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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