(57)【要約】【課題】小型かつ良好なクロストーク特性を持つ集積型受光素子を提供すること。【解決手段】本発明に係る集積型受光素子は、基板１２と、基板１２上の光導波路１７（光導波路１７は、コア部１６およびクラッド部１４から構成される）と、光導波路１７端に設けられたミラー１８と、光導波路１７上に並べて設置された複数のＰＤ２２（ＰＤ２２は、ＰＤ受光部２０を備える）とから構成される。ミラー１８は、コア部１６を伝搬するＰＤ２２用の光を反射により跳ね上げる。複数のコア部１６の各々に対応する複数のミラー１８は、異方性エッチングにより斜めのミラー溝を形成すること、金属蒸着によりミラーを形成すること、レーザーアブレーションにより余分なミラーを除去すること等の工程を経て作製される。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板上の、クラッド部および複数のコア部から構成された光導波路と、
前記複数のコア部を伝搬する光を反射するための、前記複数のコア部の各々に対応する複数のミラーと、
前記光導波路上の、前記ミラーで反射された光が結合するための、前記複数のミラーの各々に対応する複数のＰＤと
を備えた集積型受光素子であって、
前記光導波路には斜めの溝が形成されており、
前記斜めの溝において、前記光導波路端にミラーが形成されたことを特徴とする集積型受光素子。
【請求項２】
前記複数のミラーの各々の幅は、前記コア部を伝搬する光の光強度分布の半値全幅より広いことを特徴とする、請求項１に記載の集積型受光素子。
【請求項３】
前記斜めの溝は、遮光剤で埋められたことを特徴とする、請求項１に記載の集積型受光素子。
【請求項４】
前記斜めの溝は、エポキシ樹脂またはシリコーン樹脂で埋められたことを特徴とする、請求項１に記載の集積型受光素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、集積型受光素子に関し、詳細には、光通信や光情報処理の分野で用いられる、平面光波回路とフォトダイオード（本明細書では、「ＰＤ」ともいう）などの受光素子とから構成される集積型受光素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、光ファイバ伝送の普及に伴い、多数の光機能素子を高密度に集積する技術が求められている。その技術の一つとして、石英系平面光波回路（本明細書では、「ＰＬＣ」（Planar Lightwave Circuit）ともいう）が知られている。ＰＬＣは低損失、高信頼性、および高い設計自由度といった優れた特徴を有し、複合機能一体集積のプラットフォームとして有望である。
【０００３】
実際に伝送端局における光受信装置にはＰＤなどの受光素子からなる光モジュールや、レーザーダイオード（本明細書では、「ＬＤ」ともいう）などの発光素子と、合分波器、分岐・結合器、光変調器などの機能素子が形成されたＰＬＣとが光結合により実装されている。
【０００４】
また、例えば、波長分割多重伝送方式におけるノード装置においては、ＰＬＣ中の複数の光導波路についての光強度を監視するために、多数のＰＤが集積化されて実装されている。
【０００５】
光導波路と受（発）光素子の光結合を可能とする構造として、図１および図２に示すような構造が提案されている。この構造は、異方性エッチングにより光導波路に斜めの溝（本明細書では、「ミラー溝」ともいう）を設け、この斜めの溝の側面に、金属や多層膜を堆積させることで作製することができる。堆積させた金属または多層膜を、基板面に対して垂直方向に光路を変換する反射面とすることで、ミラーを作製することができる。
【０００６】
図１は、従来技術に係る、光を反射してＰＤに結合させるミラーを備えた構造の斜視図であり、図２は、同じ構造を説明する図であり、（ａ）は上面図であり、（ｂ）は正面図であり、（ｃ）は（ａ）の断面線Ａ−Ａ’における断面図である。
【０００７】
図１および図２に示す構造は、基板１２と、基板１２上の光導波路１７（光導波路１７は、コア部１６およびクラッド部１４から構成される）と、光導波路１７端に設けられたミラー１８と、光導波路１７上に並べて設置された複数のＰＤ２２（ＰＤ２２は、ＰＤ受光部２０を備える）とから構成される。
【０００８】
なお、図１および図２では、コア部１６が伸長する方向がｘ軸方向、光導波路１７が積層される基板の面１２の法線方向がｚ軸方向、ｘ軸およびｚ軸に垂直な方向がｙ軸方向となるように座標軸を設定している。この座標軸は、以後の説明においても同様に設定されるものとする。
【０００９】
基板１２として、Ｓｉ基板等を使用することができる。光導波路１７は、複数のコア部１６とクラッド部１４とから構成されており、マルチチャネルを実現している。コア部１６を伝搬する光は、ミラー１８で反射されて光路を変換され、対応するＰＤ２２のＰＤ受光部に結合する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特許第３８３４０２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
従来の集積型受光素子（図１および図２に示した、斜めの溝において導波路端部の全面に亘って平面なミラーを取り付けるという構造）では、ミラー面の面荒れによる光散乱、または、コア部から漏れてクラッド部を伝搬する光（本明細書では、「迷光」ともいう）がミラーで反射されること等に起因して、チャネル間クロストーク特性が劣化するという問題があった。
【００１２】
本発明は、これらの問題を鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、小型かつ良好なクロストーク特性を持つ集積型受光素子を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、基板と、基板上のクラッド部および複数のコア部から構成された光導波路と、複数のコア部を伝搬する光を反射するための複数のコア部の各々に対応する複数のミラーと、光導波路上のミラーで反射された光が結合するための複数のミラーの各々に対応する複数のＰＤとを備えた集積型受光素子であって、光導波路には斜めの溝が形成されており、斜めの溝において光導波路端にミラーが形成されたことを特徴とする。
【００１４】
本発明の一実施形態において、複数のミラーの各々の幅は、コア部を伝搬する光の光強度分布の半値全幅より広いことを特徴とする。
【００１５】
本発明の一実施形態において、斜めの溝は、遮光剤で埋められたことを特徴とする。
【００１６】
本発明の一実施形態において、斜めの溝は、エポキシ樹脂またはシリコーン樹脂で埋められたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係る構造を持つ集積型受光素子では、必要な信号光のみを反射させるために余分な反射膜（ミラー）は除去される。
【００１８】
従って、迷光は反射されることなく透過または吸収され、ミラー面による散乱光も減少する。これは、クロストークの改善に資する。
【００１９】
以上より、小型かつ良好なクロストーク特性を持つ集積型受光素子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】従来技術に係る、光を反射してＰＤに結合させるミラーを備えた構造を説明する斜視図である。
【図２】従来技術に係る、光を反射してＰＤに結合させるミラーを備えた構造を説明する図であり、（ａ）は上面図であり、（ｂ）は正面図であり、（ｃ）は（ａ）の断面線Ａ−Ａ’における断面図である。
【図３】本発明に係る、集積型受光素子の構造を説明する斜視図である。
【図４】本発明に係る、集積型受光素子の構造を説明する図であり、（ａ）は上面図であり、（ｂ）は正面図であり、（ｃ）は（ａ）の断面線Ａ−Ａ’における断面図である。
【図５】本発明に係る、集積型受光素子の作製フローを説明する図である。
【図６】本発明に係る、集積型受光素子の作製方法を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
図３および図４に、本発明に係る集積型受光素子の構造を示す。
【００２２】
図３は、本発明に係る集積型受光素子の構造の斜視図であり、図４は、同じ構造を説明する図であり、（ａ）は上面図であり、（ｂ）は正面図であり、（ｃ）は（ａ）の断面線Ａ−Ａ’における断面図である。
【００２３】
図３および図４に示すように、本発明に係る集積型受光素子は、基板１２と、基板１２上の光導波路１７（光導波路１７は、コア部１６およびクラッド部１４から構成される）と、光導波路１７端に設けられたミラー１８と、光導波路１７上に並べて設置された複数のＰＤ２２（ＰＤ２２は、ＰＤ受光部２０を備える）とから構成される。
【００２４】
基板１２として、Ｓｉ基板等を使用することができる。
【００２５】
光導波路１７は、クラッド部１４と、コア部１６とから構成される。
【００２６】
ミラー１８は、コア部１６を伝搬するＰＤ２２用の光を反射により跳ね上げる。ミラー１８は、コア部１６の一端およびクラッド部１４の一端が存在する光導波路１７端部に形成される。
【００２７】
ここで、図１および図２に示した従来の構造と比較すると、ミラーが導波路端部の全面に亘る平面なミラーではなく、複数のコア部１６の各々に対応する複数のミラーである点で、本発明に係る構造は相違する。個々のミラーの幅は、コア部１６の各々を伝搬する光の光強度分布の半値全幅より広ければ良い。
【００２８】
このようなミラー１８は、（１）異方性エッチングによりＰＤ付近の光導波路に斜めの溝を形成すること、（２）溝形成により露出した光導波路端に金属（金属としてＡｕ、Ａｌ等を使用することができる）または多層反射膜を堆積すること、（３）レーザーによるアブレーション等で余分なミラーを除去すること、により作製される。ミラーの作製方法は、後で詳しく説明する。
【００２９】
図１および図２に示した「ミラーが導波路端部の全面に亘って形成される構造」では、迷光が反射し、反射された迷光がＰＤに結合することに起因するチャネル間クロストーク特性の劣化の問題があった。しかし、本発明に係る構造では、迷光はミラーで反射されずに導波路端部を透過して吸収される。
【００３０】
また、図１および図２に示した「ミラーが導波路端部の全面に亘って形成される構造」では、平面ミラーでの光散乱に起因するチャネル間クロストーク特性の劣化の問題もあった。しかし、本発明に係る構造では、ミラーは余分な部分を除去して形成されるので、チャネル間クロストークを低減できる。
【００３１】
図４（ｃ）に示すように、光の光路が基板主面法線方向（ｚ軸方向）と平行となるように光をミラー１８で反射させるので、基板１２とミラー１８とがなす角度が４５度となるように斜めエッチングにより素子を作製した。しかし、基板１２とミラー１８とのなす角度は、鋭角であれば良い。
【００３２】
図５に、本発明に係る集積型受光素子を作製する方法の一例を示す。
【００３３】
最初に、Ｓｉ基板等の基板１２上に、クラッド部１４と、コア部１６とを成膜して、光導波路１７を作製し、作製した光導波路１７上にＰＤ２２を作製する（図５（ａ）を参照）。
【００３４】
次いで、基板１２全体（光導波路１７及びＰＤ２２を含む）に対してフォトレジスト２４を塗布する。露光後、現像を行い、ミラーを形成するためのミラー溝を形成する部分のフォトレジストを除去する。ミラー溝を形成するためにフォトレジストが除去された部分を、本明細書では、ミラー開口部という（ミラー開口部は、図５（ｂ）中、符号２６で示される）。
【００３５】
ミラー開口部２６以外にフォトレジスト２４を成膜した後、異方性エッチングにより、光導波路伸長方向に対する角度が４５度の斜めのミラー溝２８を形成する（図５（ｃ）を参照）。ここではレジストマスクを用いているが、メタルマスクを用いることも可能であり、マスク材料により本発明が限定されるものではない。
【００３６】
次いで、ミラー溝２８において露出した導波路端部に金属を蒸着し、高反射率のミラーを形成する。蒸着する金属として、Ａｕ等を使用することができる（図５（ｄ）を参照）。またはスパッタリング等で多層反射膜を堆積することでミラーを形成することもできる。
【００３７】
次いで、レーザーによるアブレーションにより余分なミラーを除去する。これにより、導波路端部の全面に亘って形成された１枚の平面ミラーより、コア部１６の各々に対応する複数のミラーを作成する（図５（ｅ）および図６を参照）。このとき、各ミラーの幅は、少なくともコア部を伝搬し反射する光の光強度分布の半値全幅よりは広くする。こうすることで、９６％以上の光パワーを反射させることができる。また、コア部を伝搬し反射する光の光強度分布の半値全幅の２倍程度のミラーの幅があれば、９９％以上の光パワーを反射させることができる。さらにミラー形状を光強度分布に対応するように形成することが望ましい。例えば、光強度分布が楕円形状であった場合、ｘ軸方向から見たミラー形状も楕円形状にすることで、ＰＤとの光結合効率を向上させることが可能である。アブレーションで使用するレーザーとして、近赤外〜赤外領域である1.00μm程度の波長を持つＹＡＧレーザー等を使用することができる。
【００３８】
次いで、レジスト除去液によりフォトレジストを洗浄し、全てのレジストを一旦除去する（図示せず）。
【００３９】
なお、ミラー形成時に異方性エッチングによってできたミラー溝２８は、遮光剤で埋めても良い。遮光剤として、カーボンブラックまたは近赤外に吸収を持つ色素等をフィラーとして含む樹脂等を使用することができる。または、ミラー溝２８は、ＰＬＣと近い屈折率を持つ樹脂（屈折率1.4以上のエポキシ樹脂またはシリコーン樹脂等）で埋めても良い。
【００４０】
上記の説明では、異方性エッチングによってできた斜めのミラー溝において、導波路端部の全面に亘って金属を蒸着し平面ミラーを形成した後、レーザーによるアブレーションにより余分なミラーを除去することで、複数のミラーから成る構造を得た。
【００４１】
しかし、異方性エッチングによってできた斜めのミラー溝において、導波路端部に反射膜を堆積する前に、複数のミラーを構成するためのミラーパターンのマスクを形成し、マスク上から反射膜を堆積することによって、図３および図４に示した構造を得ることも可能である。
【符号の説明】
【００４２】
１２  基板
１４  クラッド部
１６  コア部
１７  光導波路
１８  ミラー
２０  ＰＤ受光部
２２  ＰＤ
２４  フォトレジスト
２６  ミラー開口部
２８  ミラー溝
【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】
2014153430.tif 000007
【図６】
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