(57)【要約】【課題】ＰＬＣ端面に機能素子が集積された光デバイスを効率良くかつ位置精度良く作製可能な方法を提供すること。【解決手段】本発明は、光導波路の始（終）点であるＰＬＣ端面に機能素子を集積した光デバイスを作製する方法であって、基板上に光回路が作製された短冊状ＰＬＣをウェハから切り出すステップと、複数の短冊状ＰＬＣを積み重ねたスタックを作製するステップと、複数の短冊状ＰＬＣを積み重ねたスタックの面に機能素子基板を貼り付けるステップと、機能素子基板をフォトリソグラフィー法により加工することで機能素子を作製するステップと、複数の短冊状ＰＬＣを積み重ねたスタックを個別化するステップと、個別化された複数の短冊状ＰＬＣの各々についてダイシングを行うことにより１チップの光デバイスを作製するステップとを備える。【選択図】図４
2014153429.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光導波路の始点又は終点であるＰＬＣ(Planar  Lightwave Circuit)端面に機能素子を集積した光デバイスを作製する方法であって、
基板上に光回路が作製された短冊状ＰＬＣをウェハから切り出すステップと、
複数の前記短冊状ＰＬＣを積み重ねたスタックを作製するステップと、
前記複数の短冊状ＰＬＣを積み重ねたスタックの面に機能素子基板を貼り付けるステップと、
前記複数の短冊状ＰＬＣを積み重ねたスタックの面に貼り付けられた機能素子基板を、フォトリソグラフィー法を活用して加工することにより、機能素子を作製するステップと、
前記複数の短冊状ＰＬＣを積み重ねたスタックを個別化するステップと、
個別化された前記複数の短冊状ＰＬＣの各々について、ダイシングを行うことにより、１チップの光デバイスを作製するステップと
を備えたことを特徴とする、光導波路の始点又は終点であるＰＬＣ端面に機能素子を集積した光デバイスを作製する方法。
【請求項２】
前記機能素子は、フォトダイオード（ＰＤ）であることを特徴とする請求項１に記載の光導波路の始点又は終点であるＰＬＣ端面に機能素子を集積した光デバイスを作製する方法。
【請求項３】
前記複数の短冊状ＰＬＣを積み重ねたスタックを作製するステップの後、且つ、前記複数の短冊状ＰＬＣを積み重ねたスタックの面に機能素子基板を貼り付けるステップの前又は後に、前記複数の短冊状ＰＬＣを積み重ねたスタックの面において、前記基板上にマーカーを形成するステップを更に備え、形成したマーカーを位置基準として前記機能素子を作製することを特徴とする請求項１又は２に記載の光導波路の始点又は終点であるＰＬＣ端面に機能素子を集積した光デバイスを作製する方法。
【請求項４】
前記短冊状ＰＬＣは、ダミー導波路を備え、前記ダミー導波路を位置基準として前記機能素子を作製するステップを備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載の光導波路の始点又は終点であるＰＬＣ端面に機能素子を集積した光デバイスを作製する方法。
【請求項５】
前記複数の短冊状ＰＬＣを積み重ねたスタックを作製するステップは、接着剤を使って短冊状ＰＬＣ同士を貼り付けるサブステップを備えたことを特徴とする、請求項１又は２に記載の光導波路の始点又は終点であるＰＬＣ端面に機能素子を集積した光デバイスを作製する方法。
【請求項６】
前記複数の短冊状ＰＬＣを積み重ねたスタックを作製するステップは、複数の短冊状ＰＬＣを固定するための装置を使って前記複数の短冊状ＰＬＣを固定するサブステップを備え、前記装置は、
前記複数の短冊状ＰＬＣを設置するための台と、
前記複数の短冊状ＰＬＣを挟み込んで固定する把持部と
備えたことを特徴とする、請求項１又は２に記載の光導波路の始点又は終点であるＰＬＣ端面に機能素子を集積した光デバイスを作製する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光デバイスの作製方法に関し、具体的には、ＰＬＣの端面に光結合回路素子を集積した光デバイスの作製方法に関する。
【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、石英系平面光導波路回路（以下、ＰＬＣ（Planar Lightwave Circuit）ともいう）が知られている。石英系ＰＬＣは低損失、高信頼性、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フォトダイオード（以下、ＰＤともいう。）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（以下、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。また、例えば、波長多重分割伝送方式におけるノード装置においては、ＰＬＣの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。
【０００４】
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に示すような、光導波路の一部の領域に、基板面に対して垂直方向に光路を変換する反射ミラーを設けた構造が提案されている。図１に示すように、下部クラッド１０２と、コア１０３と、上部クラッド１０４とから構成された光導波路を伝播する光が、ミラー１０５で反射されてＰＤ１０６に結合される。
【０００５】
図２は、図１のＰＤ１０６の部分の拡大図である。基板２００上に作製されるＰＤは、絶縁層２０１と、接着剤層２０２と、Ｎ層２０３、Ｉ層２０４、Ｐ層２０５が順番に積層されて成るＰＩＮ層２０６と、Ｎ層２０３上の電極層２０７−１と、ＰＩＮ層２０６上の電極層２０７−２と、接着剤層２０２、ＰＩＮ層２０６、及び電極層２０７−１，２０７−２を覆う絶縁層２０８と、絶縁層上の配線２０９−１，２０９−２とから構成される。なお、基板２００は、図１における、基板１０１、下部クラッド１０２、コア１０３、上部クラッド１０４を一体としてあらわしている。また、基板２００直上の絶縁層２０１は、基板２００の最表面に金属配線層などの導電性材料が存在する場合に挿入され、具体的にはSiO2層又はポリイミド層である。
【０００６】
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に示す構造が提案されている。しかしながら、図１に示す構造では、光路を変換するためのミラーの形成が必要であるため、作製工程が複雑であり、作製コストが高くなる。また、図１に示す構造では、ミラーを介してＰＤに受光させるため、ミラーの反射損失や伝搬光の散乱により、結合損失及びクロストークが大きくなるという課題もあった。
【０００７】
これらの課題を解決するために、図３に示すような、チップにおける光導波路３０２の終（始）点であるＰＬＣ３００端面にＰＤ等の機能素子３０３を集積する構造が提案されている。図３に示す構造では、ミラーの形成が不要である。従って、図１に示した構造と比較すると、作製工程が単純であり、作製コストも低くなる。また、図３に示す構造ではミラーを介してＰＤに受光させないので、ミラーの反射損失や伝搬光の散乱に起因する、結合損失及びクロストークが大きくなるという課題も解決することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特許第４４６７５４４号公報
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】Y.Kurata et al., “Heterogeneous Integration of High-Speed InP PDs on Silica-Based Planar Lightwave Circuit Platform”, Proc. ECOC2011, Th.12, LeSaleve.5, (2011)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、上記の図３に示す構造を作製する際には、ＰＬＣの端面に機能素子を１個ずつ貼り付けて実装するため、作製する機能素子分だけ貼り付け時間を要することとなり、作製効率が非常に悪いという問題があった。また、機能素子を１個ずつ貼り付ける方法では、機能素子の受発光部の大きさが小さくなると、貼り付ける際の位置精度が不足するという問題もあった。
【００１１】
本発明は、これらの問題を鑑みてなされたものであり、その目的は、ＰＬＣ端面に機能素子が集積された光デバイスを効率良くかつ位置精度良く作製可能な方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、光導波路の始点又は終点であるＰＬＣ(Planar  Lightwave Circuit)端面に機能素子を集積した光デバイスを作製する方法であって、基板上に光回路が作製された短冊状ＰＬＣをウェハから切り出すステップと、複数の短冊状ＰＬＣを積み重ねたスタックを作製するステップと、複数の短冊状ＰＬＣを積み重ねたスタックの面に機能素子基板を貼り付けるステップと、複数の短冊状ＰＬＣを積み重ねたスタックの面に貼り付けられた機能素子基板を、フォトリソグラフィー法を活用して加工することにより、機能素子を作製するステップと、複数の短冊状ＰＬＣを積み重ねたスタックを個別化するステップと、個別化された複数の短冊状ＰＬＣの各々について、ダイシングを行うことにより、１チップの光デバイスを作製するステップとを備えたことを特徴とする。
【００１３】
本発明の一実施形態において、機能素子は、フォトダイオード（ＰＤ）であることを特徴とする。
【００１４】
本発明の一実施形態において、複数の短冊状ＰＬＣを積み重ねたスタックを作製するステップの後、且つ、複数の短冊状ＰＬＣを積み重ねたスタックの面に機能素子基板を貼り付けるステップの前又は後に、複数の短冊状ＰＬＣを積み重ねたスタックの面において、基板上にマーカーを形成するステップを更に備え、形成したマーカーを位置基準として機能素子を作製することを特徴とする。
【００１５】
本発明の一実施形態において、短冊状ＰＬＣは、ダミー導波路を備え、ダミー導波路を位置基準として機能素子を作製するステップを備えたことを特徴とする。
【００１６】
本発明の一実施形態において、複数の短冊状ＰＬＣを積み重ねたスタックを作製するステップは、接着剤を使って短冊状ＰＬＣ同士を貼り付けるサブステップを備えたことを特徴とする。
【００１７】
本発明の一実施形態において、複数の短冊状ＰＬＣを積み重ねたスタックを作製するステップは、複数の短冊状ＰＬＣを固定するための装置を使って複数の短冊状ＰＬＣを固定するサブステップを備え、装置は、複数の短冊状ＰＬＣを設置するための台と、複数の短冊状ＰＬＣを挟み込んで固定する把持部と備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明に係るＰＬＣ端面に機能素子が集積された光デバイスの作製方法を利用すれば、機能素子を個々に貼り付ける時間が不要になるので、効率良くＰＬＣ端面に機能素子が集積された光デバイスを作製することができる。また、本発明に係るＰＬＣ端面に機能素子が集積された光デバイスの作製方法では、フォトリソグラフィー法を活用して機能素子を作製するため、光回路と機能素子との位置精度が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】従来技術に係る、光を反射してＰＤに結合させる反射ミラーを備えた構造を説明する図である。
【図２】従来技術に係る、機能素子ＰＤの断面図である。
【図３】従来技術に係る、ＰＬＣ端面に機能素子を集積した光デバイスの構造を説明する図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係る、ＰＬＣ端面にＰＤを集積した光デバイスの作製方法を説明する図である。
【図５】本発明の第１の実施形態に係る、ＰＬＣ端面にＰＤを集積した光デバイスの作製方法を説明する図である。
【図６】本発明の第２の実施形態に係る、複数の短冊状ＰＬＣを固定するための装置の構造を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２１】
（第１の実施形態）
図４に、本実施形態に係るＰＬＣ端面にＰＤを集積した光デバイスを作製する方法の工程を示す。
【００２２】
本実施形態に係る方法は、最初に第１のステップとして、基板４０１上に光回路４０２が作製されたＰＬＣをウェハから短冊状に切り出し（以下、短冊状に切り出されたＰＬＣ４００を「短冊状ＰＬＣ」ともいう）、この短冊状ＰＬＣ４００を複数用意することから開始する（図４（ａ）を参照）。
【００２３】
次に第２のステップとして、短冊状ＰＬＣ４００同士を接着剤で貼り付けて、複数の短冊状ＰＬＣを積み重ねたもの（以下、スタックともいう）４０３を得る。第２のステップの際、複数の短冊状ＰＬＣ４００の光の入力面が同一面を形成し、かつ、複数の短冊状ＰＬＣ４００の光の出力面が同一面を形成するように、複数の短冊状ＰＬＣ４００の向きを揃えて接着剤で貼り付ける（図４（ｂ）を参照）。
【００２４】
次に第３のステップとして、短冊状ＰＬＣのスタック４０３の端面のうち機能素子を作製したい面の全部又は一部に、接着剤を使って機能素子基板４０４を貼り付ける（図４（ｃ）を参照）。例えば以下の工程で機能素子基板４０４を張り付ける。エピ成長したInP基板をエピ側がPLCの上面を向くほうにして、樹脂等で張り付ける。続いて、InP基板を研削および研磨によって除去し、エピ層のみ残す。図４（ｃ）に示す例では、機能素子が作製される面全体に亘って機能素子基板４０４が貼り付けられている。
【００２５】
次に第４のステップとして、フォトリソグラフィー法を活用して機能素子基板を加工し、ＰＤ等である機能素子４０５を作製する（図４（ｄ）を参照）。例えば以下の工程で機能素子４０５を作製する。始めに、フォトリソグラフィー法とウエットエッチング法を用いて、PD構造を作成していく。次に、PD周囲に絶縁層を形成する。最後に、光電流を取り出すための配線層をリフトオフプロセスで形成する。フォトリソグラフィー法を活用して機能素子を一括で作製するため、機能素子を１個ずつ貼り付ける従来の方法と比較すると、光回路と機能素子との位置精度が向上する。
【００２６】
次に第５のステップとして、短冊状ＰＬＣ同士を接着している接着剤を溶解して、個々に分かれた複数の短冊状ＰＬＣ４００を得る（図４（ｅ）を参照）。
【００２７】
最後に第６のステップとして、短冊状ＰＬＣ４００をダイシングで切断し、１チップのＰＬＣ４０６を得る（図４（ｆ）を参照）。図４（ｆ）に示すように、１チップのＰＬＣ４０６は、基板４０１と、基板上の光回路４０２と、端面に作製された機能素子４０５とから構成される。
【００２８】
上記の工程では、短冊状ＰＬＣ同士を接着している接着剤を溶解して個別化された複数の短冊状ＰＬＣを得た後（第５のステップの後）で、ダイシング（第６のステップ）を行い１チップのＰＬＣを得た。しかし、ダイシングを行った後で、短冊状ＰＬＣ同士を接着している接着剤を溶解しても良い。
【００２９】
図４を参照して説明した上述の工程のうち、第３のステップ及び第４のステップについて、更に詳しく説明する。
【００３０】
上記第３のステップにおいて、スタックの端面に機能素子基板を貼り付ける前に、機能素子基板が貼り付けられるスタックの端面を研磨しても良い。
【００３１】
また、上記第３のステップにおいて、スタックの端面に機能素子基板を貼り付ける前に、必要に応じてスタックの端面に絶縁層を成膜しても良い。この場合、成膜した絶縁層上に機能素子基板を貼り付けることとなる。スタックを構成する基板の層又は光導波路の層が導電性を有する場合は、スタックの端面に絶縁層を成膜する必要がある。絶縁層として、SiO2層又はポリイミド層を使用することができる。
【００３２】
また、上記第３のステップにおいて、スタックの端面に、機能素子基板を貼り付ける前に又はスタックの端面に機能素子基板を貼り付けた後に、マーカーを形成しても良い。スタック端面且つスタックを構成する基板上にマーカーが形成される。ダミー導波路を備えるように短冊状ＰＬＣを予め構成し、ダミー導波路の位置を基準にしてマーカーを形成することができる。ダミー導波路そのものが位置基準として機能する場合は、マーカーを形成する必要はない。
【００３３】
図５に示すように、マーカー５０５を形成した後で、機能素子基板５０６を貼り付ける。上記第４のステップにおいて、形成したマーカーを位置基準として利用しながら、フォトプロセスとエッチングプロセスを繰り返し行い、機能素子を作製していく。
【００３４】
（第２の実施形態）
上記（第１の実施形態）では、短冊状ＰＬＣ同士を接着剤で貼り合わせることにより、複数の短冊状ＰＬＣが積み重なって構成されたスタックを得た。本実施形態では、接着剤を使用することなく、複数の短冊状ＰＬＣを固定するための装置を使って、複数の短冊状ＰＬＣから構成されるスタックを得る。
【００３５】
図６に、本実施形態に係る装置の斜視図を示す。本実施形態に係る装置は、複数の短冊状ＰＬＣを設置するための台６００と、複数の短冊状ＰＬＣを挟み込んで固定する把持部６０１−１，６０１−２とを備える。台６００及び把持部６０１−１，６０１−２には、止め穴が設けられている（図示せず）。
【００３６】
図６に示すように、止め穴にねじ等の固定具（６０２−１，６０２−２，６０２−３，６０２−４）を用いることで、把持部６０１−１と把持部６０１−２との間に複数の短冊状ＰＬＣを挟み込んだ状態を維持して、台６００上に把持部６０１−１，６０１−２を固定することができる。これにより、複数の短冊状ＰＬＣから構成されたスタックを得ることができる。
【００３７】
その後、取得したスタックの面に機能素子基板を貼り付けること、フォトリソグラフィー法を活用して機能素子基板を加工し機能素子を作製することは、上記（第１の実施形態）と同様である。
【符号の説明】
【００３８】
１００  ＰＬＣ
１０１  基板
１０２  下部クラッド
１０３  コア
１０４  上部クラッド
１０５  ミラー
１０６  ＰＤ
２００  基板
２０１  絶縁層
２０２  接着剤層
２０３  Ｎ層
２０４  Ｉ層
２０５  Ｐ層
２０６  ＰＩＮ層
２０７−１，２０７−２  電極層
２０８  絶縁層
２０９−１，２０９−２  配線
３００  ＰＬＣ
３０１  基板
３０２  光導波路
３０３  機能素子
４００  短冊状ＰＬＣ
４０１  基板
４０２  光回路
４０３  スタック
４０４  機能素子基板
４０５  機能素子
４０６  １チップＰＬＣ
５００  短冊状ＰＬＣ
５０１  基板
５０２  光回路層
５０３  スタック
５０４  ダミー導波路
５０５  マーカー
５０６  機能素子基板
６００  台
６０１−１，６０１−２  把持部
６０２−１，６０２−２，６０２−３，６０２−４  固定具
【図１】
2014153429.tif 000003
【図２】
2014153429.tif 000004
【図３】
2014153429.tif 000005
【図４】
2014153429.tif 000006
【図５】
2014153429.tif 000007
【図６】
2014153429.tif 000008