(57)【要約】【課題】表面実装した光素子との間での低損失な光結合を実現する光導波路部品、及びその製造方法を提供する。【解決手段】基板上に設けられ、コア１０６、アンダークラッド１０４及びオーバークラッド１０８からなる光導波路と、コアへ信号光を入力するポートと、基板の垂直方向に対して傾斜し、コアよりも深く形成された傾斜面の、少なくともコアの出射方向と交わる領域に、反射膜を被着させたミラー１１０が形成された光路変換ポートと、光路変換ポートにおいて光路変換されたビームが通過するオーバークラッドの表面に設けられた凸レンズ１６０とを備えた光導波路部品であって、オーバークラッド１０８と凸レンズ１６０との間に、オーバークラッド及び凸レンズの材料よりも軟化温度の高い材料からなる仕切り層１５０を備えた。仕切り層にレンズ層を形成した後にアニールすることで凸レンズは形成される。【選択図】図６
2018109700.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に設けられ、コア、アンダークラッド及びオーバークラッドからなる光導波路を備えた光導波路部品であって、
前記光導波路部品の端部に設けられた、前記コアへ信号光を入力するまたは前記コアから信号光を出力するポートと、
前記コアの出射方向と交わり、前記基板の垂直方向に対して傾斜し、前記コアよりも深く形成された傾斜面の、少なくとも前記コアの出射方向と交わる領域に、反射膜を被着させたミラーが形成された光路変換ポートと、
前記光路変換ポートにおいて光路変換されたビームが通過する前記オーバークラッドの表面に設けられた凸レンズと
を備え、
前記オーバークラッドと前記凸レンズとの間に、前記オーバークラッド及び前記凸レンズの材料よりも軟化温度の高い材料からなる仕切り層を備えた、ことを特徴とする光導波路部品。
【請求項２】
前記仕切り層の前記基板の垂直方向の膜厚が２μｍ以下である、ことを特徴とする請求項１に記載の光導波路部品。
【請求項３】
前記凸レンズの下のみに円柱状の前記仕切り層を備えた、ことを特徴とする請求項１または２に記載の光導波路部品。
【請求項４】
基板上に設けられ、コア、アンダークラッド及びオーバークラッドからなる光導波、並びに前記基板の垂直方向に対して傾斜し、前記コアよりも深く形成された傾斜面に反射膜を被着させたミラーを備えた光導波路部品の前記オーバークラッド上へ、前記オーバークラッドより軟化温度の高い材料からなる仕切り層を形成することと、
前記仕切り層の上に、軟化温度が前記オーバークラッドと略等しいまたは低い材料からなるレンズ層を形成することと、
前記ミラーにより光路変換されたビームが通過する位置でフォトリソグラフィー及びエッチングで前記レンズ層を柱状の突起に加工することと、
柱状の突起に加工された前記レンズ層をアニールすることで前記突起を溶融し、凸レンズを形成することと
を備える、ことを特徴とする光導波路部品の製造方法。
【請求項５】
前記柱状の突起が円柱形状であり、その直径が４０μｍ以下である、ことを特徴とする請求項４に記載の光導波路部品の製造方法。
【請求項６】
前記仕切り層がＳｉＯ2である、ことを特徴とする請求項４または５に記載の光導波路部品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光導波路部品及びその製造方法に関し、より詳細には、光通信システムに応用可能な光導波路部品に関し、フォトダイオードやレーザーダイオードなどの光素子を実装する際に用いる反射ミラー構造を有する光導波路部品及びそ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おり、その一つとして、石英系平面光波回路（以下、ＰＬＣ（Planar Lightwave Circuit））が知られている。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する導波路型光デバイスであり、実際に光通信伝送端における伝送装置には合分波器、分岐・結合器等の機能を集積したＰＬＣが搭載されている。また、伝送装置内にはＰＬＣ以外の光デバイスとして、光と電気の信号を変換するフォトダイオード（以下ＰＤ（Photodiode））や、レーザーダイオード（ＬＤ（Laser diode））などの光素子も搭載されている。さらなる通信容量の拡大に向けて、光信号処理を行うＰＬＣ等の光導波路と光電変換を行うＰＤ等の光デバイスを集積した高機能な光電子集積型デバイスが求められている。このような集積型光デバイスのプラットフォームとしてＰＬＣは有望であり、ＰＤチップとＰＬＣチップをハイブリッドに集積した光電子集積型デバイスが提案されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１の例では、導波路の一部の領域に４５度ミラーを設け、その導波路上にＰＤを実装することで、光導波路を伝搬する光をミラーで垂直に光路変換し、ＰＤとの光結合を行う方法が採用されている。このようなＰＬＣ上に光結合用の光路変換ミラー、及びＰＤ等の光素子を実装するデバイス構造は、デバイスの小型化、及び光回路の設計自由度の面で利点がある。
【０００３】
さらに、近年では数十ＧＨｚに及ぶ高速な光素子を集積するため、ＰＬＣ表面へのレンズ集積が検討されている。
【０００４】
図１に示すように、例えば、ミラー１１０による光路変換でＰＬＣ１００から光を出射する場合、ビームは導波路から出射されるときに回折され広がっていく。そのため、高速ＰＤ２００が有する小さい径の受光部２０２へ低損失に光結合するにはレンズなどの光結合素子により集光する必要がある。また、ＬＤからビームが入射されることを想定すると、レンズが無い限りはビームが拡がってしまう。そのため、この場合もレンズ無しでは導波路への高効率な光結合が困難であることがわかる。
【０００５】
しかし、レンズなどの光結合素子を別途実装するとなると、部材自体のサイズに加えて実装用の余分な面積が必要になる。したがって、光結合部が大型化してしまうため、低損失かつ小型な光結合部を実現するべく、図２に示すようにＰＬＣ表面に直接レンズ１６０を作製することが求められている。
【０００６】
このような表面レンズ形成方法として、下記の方法が挙げられる。  
第１の方法は、レジストや樹脂によりレンズを形成する方法である。図３は、基板１０２上に形成されたアンダークラッド１０４、コア１０６、及びオーバークラッド１０８からなる光導波路の断面を示す図である。例えば、図３に示すように、オーバークラッド１０８の表面に樹脂を成膜し（図３（ａ））、これを円柱加工することでレジストを生成し（図３（ｂ））、さらにアニール処理すること（図３（ｃ））により、レンズ１６０となる半球状の樹脂を表面に設ける方法がある。あるいは、成膜した樹脂に対して、同心円状のシャドウマスクでレジストを露光する手法により、レンズとなる半球状の樹脂を表面に設ける方法がある。
【０００７】
しかし、材料的な問題があり、例えば、熱によりレジストや樹脂が変形し、温度による屈折率変化が大きいなど、レンズ特性が変化しやすく、レンズ材料として樹脂は不向きである。
【０００８】
第２の方法は、光回路表面にレンズ形状を転写する方法である。例えば、図４に示すように、第１の方法と同様の方法によりレジストや樹脂で半球形状を表面に形成した後（図４（ａ））、さらに形成したレジストや樹脂をマスクとしてオーバークラッド１０８をドライエッチングすることでレンズ形状を表面へ転写する方法がある。これにより、レンズ材料としてオーバークラッド１０８を利用する、あるいはオーバークラッド上に予め製膜した材料を用いることが可能になるため、樹脂ではないレンズの形成ができる。
【０００９】
しかし、エッチングの選択比や速度により転写されるレンズ形状が変化するため、選択比や速度のわずかな違いによる仕上がりレンズ形状の誤差が生じやすく、所望のレンズ形状を作製することが困難である。また、ドライエッチングされた面は表面荒れが生じるため、光散乱による損失が発生する。したがって、ドライエッチングで半球形状をオーバークラッド１０８の表面へ転写する手法は、レンズ形成においては好ましくない。
【００１０】
上記の２つの手法の問題をクリアする第３の手法として、図５に示すような、ドライエッチングによりＰＬＣ（オーバークラッド１０８）の表面にレジストを成膜し（図５（ａ）、円柱形状１４４を形成し（図５（ｂ））、ドライエッチングでオーバークラッドに円柱を転写し（図５（ｃ）、アニールすることで半球状のレンズ１６０を設ける（図５（ｄ））手法がある。図５（ｂ）に示す円柱形状１４４の加工は、従来のフォト・ドライエッチングプロセスで精密にできるため、加工誤差が小さい。また、熱で円柱をなますことにより、表面荒れの無い滑らかなレンズ表面を形成できるため光散乱が生じにくいというメリットがある。このような利点から円柱をアニールする第３の手法はＰＬＣ表面にレンズを形成するのに適した手法と言える。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００５−７０３６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、実際に想定される複数の高速ＰＤやＬＤを集積するためには、レンズを均一かつ精密に形成して集光することが必要であり、そういった観点でみると２つの問題がある。
【００１３】
第１の問題は、曲率半径の小さいレンズ形状の作製が困難ということである。円柱をアニールでなましてレンズを形成する際に、材料が溶融して周りに広がるため、曲率半径の小さいレンズ形状の作製が難しい。曲率半径を小さくする手法として、円柱半径の小径化やアニール温度を低温化があるものの、前者はレンズへ入射できるビーム径が小さくなってしまうという問題があり、後者は精密な温度制御が必要で、再現性が低くなるという問題があるため、形成可能な曲率半径には限界がある。曲率半径を小さくすることで高屈折な集光用レンズとなるため、受光径の小さい高速ＰＤを始め、様々なＰＤへの高効率な光結合を実現するためには、曲率半径の小さいレンズの実現が必要である。
【００１４】
第２の問題は、レンズ形成の再現性・均一性が低いということである。形成されるレンズ形状（高さ、曲率半径）は、アニール前の円柱形状や円柱材料、及びアニール温度により変化する。先に述べたように円柱は従来のフォト・エッチングプロセスにより加工可能であり、円柱材料も従来の成膜プロセス（ＣＶＤ（chemical vapor deposition）やスパッタ、ＦＨＤ（Flame Hydrolysis Deposition））を利用できるため、良好な再現性・均一性をもって加工可能である。しかし、数度のアニール温度の違いでもレンズ形状が大きく変化してしまうことから、温度トレランスが低く、したがって再現性が低いという問題がある。アニール温度は数百度から千度近いため、加熱炉内のヒーターからの距離により生じる僅かな温度勾配でも数度から十度近くの温度の違いとなる。この加熱炉内温度の位置依存性により、レンズ形状のウェハ面内位置依存性が生じ、均一性が低下してしまう。再現性・均一性が低いということは、レンズをアレイ化してＰＤアレイに入射した際に、ビーム径がばらつくことになり、均一にＰＤへ光結合することが困難であることを示している。
【００１５】
このようにＰＬＣのプラットフォームと光素子とのミラーを用いたハイブリッド集積の小型化、高速化、低損失化に必要となる表面レンズにおいて、レンズ特性の温度依存性が小さく、光散乱が小さい滑らかな表面を有するレンズ形成と、小さい曲率半径で再現性・均一性の高いレンズ形成とは、相反する事項であり、これらを両立することにより高機能化が可能な集積型デバイスの実現が課題であった。
【００１６】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、表面実装した光素子との間での低損失な光結合を実現する光導波路部品、及びその製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
このような目的を達成するために、本発明の一態様は、基板上に設けられ、コア、アンダークラッド及びオーバークラッドからなる光導波路を備えた光導波路部品である。一実施形態の光導波路部品は、当該光導波路部品の端部に設けられた、コアへ信号光を入力するまたはコアから信号光を出力するポートと、コアの出射方向と交わり、基板の垂直方向に対して傾斜し、コアよりも深く形成された傾斜面の、少なくともコアの出射方向と交わる領域に、反射膜を被着させたミラーが形成された光路変換ポートと、光路変換ポートにおいて光路変換されたビームが通過するオーバークラッドの表面に設けられた凸レンズとを備える。一実施形態では、光導波路部品は、オーバークラッドと凸レンズとの間に、オーバークラッド及び凸レンズの材料よりも軟化温度の高い材料からなる仕切り層を備える。
【００１８】
本発明の一態様は、基板上に設けられ、コア、アンダークラッド及びオーバークラッドからなる光導波、並びに基板の垂直方向に対して傾斜し、コアよりも深く形成された傾斜面に反射膜を被着させたミラーを備えた光導波路部品の製造方法である。一実施形態では、光導波路部品の製造方法は、オーバークラッド上へ、オーバークラッドより軟化温度の高い材料からなる仕切り層を形成することと、仕切り層の上に、軟化温度がオーバークラッドと略等しいまたは低い材料からなるレンズ層を形成することと、ミラーにより光路変換されたビームが通過する位置でフォトリソグラフィー及びエッチングでレンズ層を柱状の突起に加工することと、柱状の突起に加工されたレンズ層をアニールすることで突起を溶融し、凸レンズを形成することとを備える。
【発明の効果】
【００１９】
以上説明したように、本発明によれば、表面実装した光素子との間での低損失な光結合を実現する光導波路部品、及びその製造方法を提供するが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】ＰＬＣの導波路から光路変換されて出射されるビームを示す図である。
【図２】ＰＬＣの導波路から光路変換されてレンズで集光されるビームを示す図である。
【図３】ＰＬＣの導波路から光路変換されて出射されるビームを集光するレンズの作製方法を説明する図である。
【図４】ＰＬＣの導波路から光路変換されて出射されるビームを集光するレンズの作製方法を説明する図である。
【図５】ＰＬＣの導波路から光路変換されて出射されるビームを集光するレンズの作製方法を説明する図である。
【図６】本発明の一実施形態の光導波路部品の断面図である。
【図７】ＰＬＣの導波路から光路変換されて出射されるビームを集光するレンズの作製方法を説明する図である。
【図８】本発明の一実施形態の光導波路部品の製造方法を説明する図である。
【図９】本発明の一実施形態の光導波路部品の上面図である。
【図１０】本発明の一実施形態の光導波路部品の光路変換部の構造を示す断面図である。
【図１１】本発明の一実施形態の光導波路部品の製造方法により作製したレンズの曲率半径を示す図である。
【図１２】本発明の一実施形態の光導波路部品の製造方法により作製したレンズの高さを示す図である。
【図１３】本発明の一実施形態の光導波路部品の上面図である。
【図１４】本発明の一実施形態の光導波路部品の光路変換部の構造を示す断面図である。
【図１５】本発明の一実施形態の光導波路部品の製造方法により作製したレンズの曲率半径を示す図である。
【図１６】本発明の一実施形態の光導波路部品の製造方法により作製したレンズの高さを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明する。表面実装した光素子との間での低損失な光結合を実現する光導波路部品、及びその製造方法の実施形態として、フォトダイオードの表面集積において、ミラーによる光路変換で光導波路素子と光素子と間で光信号を入出力する際に、低損失で光結合できる構造を備えた光導波路部品、及びその製造方法を説明する。
【００２２】
図６は、本実施形態の光導波路部品の断面を示す図である。本実施形態の光導波路部品は、Ｓｉ基板１０２上に順次形成された、アンダークラッド１０４、コア１０６、及びオーバークラッド１０８からなる導波路と、仕切り層１５０と、レンズ１６０とを備える。また、Ｓｉ基板１０２の面を基準として、３０〜６０度の角度でＰＬＣ面内に形成され、光路変換して導波路へ光信号を入出力するミラー１１０も備える。
【００２３】
仕切り層１５０は、オーバークラッドより高い軟化温度を有する。レンズ１６０は、オーバークラッドの軟化温度以下の軟化温度を有する層からなる円柱状の突起を形成し、アニールすることで溶融させて形成したマイクロレンズ１６０である。
【００２４】
図６に示す光導波路部品を用いて、光信号の入出力の際に拡がったビームをレンズ１６０により集光することで、レンズの上方のフォトダイオード（不図示）への光結合効率を改善する。レンズ１６０の下に軟化温度の高い材料からなる仕切り層１５０を設けることで、曲率半径の小さい集光用レンズ１６０を形成することが可能であり、結果として、焦点距離が短くなり、光結合が短距離化するため、小型な集積を実現することができる。
【００２５】
以上説明したように、本発明は、光路変換用ミラーと、基板表面に形成されたレンズと、レンズとオーバークラッドの間に設けられた軟化温度の高い層が形成されていることを最大の特長としている。一般的にＰＬＣの断面構造はＳｉやＳｉＯ2の基板上に、ＳｉＯ2の薄膜が、アンダークラッド１０４として約２０μｍ、コア１０６として３〜１０μｍ、オーバークラッド１０８として約２０μｍ堆積されている。このようなＰＬＣに、ＰＬＣの基板に対して垂直方向に光路変換する角度４５°のミラー１１０を形成し、導波路を伝搬する光を跳ね上げたと想定すると、オーバークラッド１０８の面におけるビーム中心とミラー端との距離はちょうど２０μｍとなる。このとき、そのビーム中心をレンズ中心として円形の凸をレンズ形成することを想定すると、その際のビーム径（ガウシアンビームを想定した際に、ビーム強度分布の１／ｅ2の強度となる全幅）に依存するものの、レンズ部に到達するまでに広がったビームを集光するための曲率半径の小さいレンズが必要である。このようなレンズ付きミラーに対しＰＤやＬＤ等の光素子を集積する際に、低損失に光結合するためには、レンズの曲率半径を１０〜４０μｍで制御することで焦点距離やビームのスポットサイズを光素子やその実装形態に合わせることが求められる。
【００２６】
図７は、図５を参照して上述した半球形状をオーバークラッド１０８の表面へ転写する手法を示す図である。図７（ａ）〜（ｃ）は、図５（ａ）〜（ｃ）にそれぞれ対応する。図７に示すように、単純にオーバークラッド１０８を円柱状に加工しただけでは、アニールした際に、レンズとなる円柱とオーバークラッド材料が同じため、図７（ｄ）に示すように周りへ広がりつつ、オーバークラッド側に融解してしまうため、曲率半径を小さいレンズ形成は困難である。また、オーバークラッド上に軟化温度の低いレンズ層を設けて円柱加工した場合でも、アニールすると周りに広がってしまい、曲率半径を小さくすることが困難である。これは、レンズ層の軟化温度を下げるため、ホウ素やリンなどの酸化物をドーパントとして導入されるが、オーバークラッドも屈折率調整のため、ドーパントが導入されており、レンズ層が溶融した際に、濡れ性の近いオーバークラッド上で広がってしまうためである。
【００２７】
一方、本実施形態では、レンズ層１０８ｂとオーバークラッド１０８ａとの間に、レンズ層及びオーバークラッド層よりもドーパント量が少なく軟化温度が高い仕切り層１４８を導入することで、このような問題を解決し、より曲率半径の小さいレンズを実現することができる。
【００２８】
図８は、本実施形態の光導波路部品の製造方法を説明する図である。図８（ａ）に示すように、ミラーを形成する前の段階で、ＰＬＣのオーバークラッド１０８ａ上に該オーバークラッドより軟化温度が高く、ドーパント量の少ない仕切り層１４８を形成し、仕切り層１４８の上にオーバークラッド１０８ａと同じ、あるいはオーバークラッドより軟化温度が低いレンズ層１０８ｂを形成し、レジストを成膜する。次いで、レジストを円柱形状１４４加工する（図８（ｂ））。
【００２９】
その後、図８（ｂ）に示すように、ミラーにより光路変換されたビームが通過すると見積もられる位置でフォトリソグラフィー及びエッチングで円柱形状を転写して、レンズ層１４２を柱状の突起に加工する（図８（ｃ））。さらに、柱状のレンズ層１４２をアニールすることで、レンズ１６０を得る（図８（ｄ））。アニールによって柱状の突起が溶融し、角が流れることで滑らかな面を形成し、凸レンズ形状が得られる（図８（ｄ））。仕切り層１４８として、例えば、ドーパントを導入無しのＳｉＯ2をＣＶＤあるいはスパッタによりオーバークラッド１０８ａ上に成膜し、その上に軟化温度の低いレンズ層１０８ｂを設け、円柱１４６を形成してアニールすることで、レンズ層１０８ｂと仕切り層１４８の間の濡れ性の違いにより表面張力が発生し、レンズ層１０８ｂが周りに広がることなく融解、その結果、曲率半径の小さいレンズを実現できる。このとき、仕切り層はドーパント導入量が少なく、熱膨張係数が小さいため、熱膨張・収縮によりクラックなどの欠陥が生じやすい。したがって、仕切り層厚は２μｍ以下まで薄くすることが望ましい。また、円柱形成時のエッチングを仕切り層の途中、あるいは仕切り層以下までエッチングし、各円柱のレンズ層を孤立させることで、アニールの際、レンズ層が周りに広がることをより効果的に抑制することができる。このとき、上記の熱膨張係数差による仕切り層の欠陥発生を抑制するため、仕切り層以下まで円柱エッチングすることが望ましい。
【００３０】
このように、光路変換のためのミラーを備えた光導波路部品と光素子とのハイブリッド集積において、オーバークラッドとレンズの間に、軟化温度が高い仕切り層を設ける工夫により、集積型デバイスのより一層の低損失化と小型化に貢献する光導波路部品を提供することが可能となる。
【００３１】
（実施例１）
本発明の実施例１にかかる光導波路部品は、入力用光導波路と、光路変換ミラー及びレンズを含む光路変換部とを備える。入力用光導波路に入力された光信号は、ミラーで跳ね上げられた（光路変換された）後、レンズで集光される。上記の光導波路部品を用い、レンズで集光されたビームの直径を求めた。
【００３２】
図９は、光導波路部品の上面図である。図９の光導波路部品のサイズは、縦が５ｍｍ、横が１０ｍｍであり、コア径が６μｍ、コア上面からみたオーバークラッドの膜厚が１４μｍ、コアとクラッドの屈折率差が１．５％の導波路９０４がシリコン基板上に形成された石英系ＰＬＣを用いた。光入力はＰＬＣの短辺側に設けられた導波路（入力ポート）から行い、光路変換部（ミラー１１０及びレンズ１６０を含む光路変換ポート）はチップの中央に形成されている。
【００３３】
図１０は、光路変換部の構造を示す断面図である。図１０に示すように、傾斜面には反射膜としてアルミが蒸着されており、コア９０４の傾斜面側から出射されたビームを光路変換するためのミラー１１０として機能する。このとき、基板１０２に対する傾斜面の角度をミラー角度とし、ここでは角度４５°のミラー１１０を形成した。レンズ１６０は、中心位置が光路変換されたビーム中心と一致するように設計されている。
【００３４】
レンズ形成は次のように行った。まず、ＰＬＣの上に仕切り層としてＳｉＯ2を１μｍ成膜し、その上にレンズ層としてホウ素及びリンの酸化物をドーパントとして導入して、軟化温度をオーバークラッドより低くしたレンズ層を１０μｍ成膜した。製膜方法としてスパッタやＣＶＤ、ＦＨＤなどが挙げられるが、本発明はこれらの製膜方法に限定されるものではない。その後フォトリソグラフィーとドライエッチングでホウ素およびリンの酸化物をドーパントとして導入したＳｉＯ2膜を、直径が１０〜６０μｍで高さが１１．５μｍの円柱に加工した後、円柱を１０００℃でアニールすることでレンズ１６０を作製した。円柱加工の際、仕切り層以下までエッチングすることで、アニール時にレンズ層が周りに広がるのを防ぐだけでなく、残る仕切り層にかかる応力を低減し、クラックなどの欠陥が生じるのを防ぐことができる。この場合でも、仕切り層の膜厚は２μｍ以上にすると、欠陥が発生しやすいため、２μｍより薄く成膜することが望ましい。作製したレンズの曲率半径、高さを、それぞれ図１１、図１２に示す。図１１、図１２には、比較のため仕切り層無しでレンズ層を１１μｍ堆積し、上記と同様の手順で作製したレンズの曲率半径及び高さもあわせて載せている。図１１より、仕切り層を設けた場合、円柱の直径が小さくなるにつれて、レンズの曲率半径が小さくなっており、所望の曲率半径に合わせて円柱の直径を設定することで、集光に必要な４０μｍ以下の曲率半径のレンズ形状を形成することが可能となる。一方で仕切り層が無い場合は、円柱直径が小さくなるにつれて、レンズの曲率半径が小さくなるという傾向は同様であるものの、最小の曲率半径でも集光に必要な４０μｍ以下まで到達しないことがわかる。ここで図１２をみると、仕切り層が無い場合、円柱の直径が小さくなるにつれてレンズ高さが減少していることがわかる。これはアニールによりレンズ層が融解し、周りに広がったためである。円柱の外周側から周りにひろがるため、円柱の直径が大きくなると高さが減少しにくいといえる。しかし仕切り層を設けると、レンズ高さが減少することなく、一定となっていることがわかる。これはレンズ層が周りに広がることなく、その場に留まったまま融解していることを示しており、上記の円柱構造にすることで、濡れ性を制御しつつ、レンズ層が周りに広がることを抑制していることが確認できた。仕切り層を設けたＰＬＣにて、実際に波長１．５５μｍの光を入力し、ミラーで跳ね上げたビームを評価したところ、４０μｍより小さい直径の円柱から作製したレンズにおいて、レンズ無しの場合のビーム径よりも小さいビーム径へと集光できることを確認した。以上のように本発明のオーバークラッドとレンズの間に、軟化温度が高い仕切り層を設けた光導波路部品を用いることで、より低損失な光デバイスを簡便に提供することができる。
【００３５】
（実施例２）
本発明の実施例２にかかる光導波路部品は、入力用光導波路と、光路変換ミラー及びレンズを含む光路変換部とを備える。ＰＬＣを作製し、レンズを形成した後、レンズ形状を評価した。最後に光路変換ミラーを形成することで、光導波路部品を作製した。
【００３６】
図１３は、光導波路部品の上面図である。。図１３の光導波路部品のサイズは、縦が５ｍｍ、横が１０ｍｍであり、コア径が４．５μｍ、コア上面からみたオーバークラッドの膜厚が１５．５μｍ、コアとクラッドの屈折率差が２．５％の導波路９０４がシリコン基板上に形成された石英系ＰＬＣを用いた。光入力はＰＬＣの短辺側に設けられた導波路９０４（入力ポート）から行い、光路変換部（ミラー１１０及びレンズ１６０を含む光路変換ポート）はチップの中央に形成されている。
【００３７】
図１４は、光路変換部の構造を示す断面図である。図１４に示すように、傾斜面には反射膜としてアルミが蒸着されており、コア９０４の傾斜面側から出射されたビームを光路変換するためのミラー１１０として機能する。このとき、基板１０２に対する傾斜面の角度をミラー角度とし、ここでは角度４５°のミラー１１０を形成した。レンズ１６０は、中心位置が光路変換されたビーム中心と一致するように設計されている。
【００３８】
ＰＬＣとして、６インチウェハ上に上記の光導波路部品が縦２０列、横１０列となるよう配置されたものを用いた。レンズ形成は次のように行った。まず、ＰＬＣの上に仕切り層としてＳｉＯ2を０．５μｍ成膜し、その上にレンズ層としてホウ素及びリンの酸化物をドーパントとして導入して、軟化温度をオーバークラッドより低くしたレンズ層を６μｍ成膜した。製膜方法としてスパッタやＣＶＤ、ＦＨＤなどが挙げられるが、本発明はこれらの製膜方法に限定されるものではない。その後フォトリソグラフィーとドライエッチングでホウ素およびリンの酸化物をドーパントとして導入したＳｉＯ2膜を、直径が３０μｍ、オーバークラッドへのオーバーエッチング込みで高さが７μｍの円柱に加工した。このようなウェハを３枚作製し、マッフル炉を用いて、それぞれ９９０、１０００、１０１０℃でアニールすることで光導波路部品を作製した。円柱加工の際、仕切り層以下までエッチングすることで、アニール時にレンズ層が周りに広がるのを防ぐだけでなく、残る仕切り層にかかる応力を低減し、クラックなどの欠陥が生じるのを防ぐことができる。この場合でも、仕切り層の膜厚は２μｍ以上にすると、欠陥が発生しやすいため、２μｍより薄く成膜することが望ましい。
【００３９】
各ウェハ面内位置における作製したレンズの曲率半径、高さをそれぞれ図１５、図１６に示す。図１５、図１６には、比較のため仕切り層無しでレンズ層を７μｍ堆積し、上記と同様の手順で作製したレンズの曲率半径及び高さもあわせて載せている。図１５より、ウェハ中心をみると、仕切り層無しと比較して、仕切り層有りでは、曲率半径が小さくなっていることがわかる。これは仕切り層を設けることで、レンズ層が周りに広がることが抑制されているためである。また仕切り層無しでは、アニール温度が高くなるにつれて、曲率半径が大きくなっている。この時、レンズ高さをみるとアニール温度が高くなるにつれて、高さが減少していることから、温度が高いほど融解したレンズ層の粘度が低く、周りに広がりやすくなっていることがわかる。一方で仕切り層を設けた場合は、アニール温度の変化による曲率半径の変化が小さくなっており、温度により融解したレンズ層の粘度が変わったとしても、円柱形状の仕切り層によりレンズ層が周りに広がることが抑制される。したがって、レンズ層が融解する温度以上においては、形成されるレンズの形状をアニール前の円柱形状により制御することが可能となり、より再現性良くレンズ形状を作製することができる。ここで、ウェハ中心部とその左右でレンズ形状を比較すると、仕切り層無しでは、外側の曲率半径が大きく、高さが低くなっており、ウェハ中心から外側に向けてレンズ層が融解しやすくなっていることがわかる。これはマッフル炉内部でヒーター部に近い外側と、ヒーターから離れた内側で温度勾配が生じ、外側の温度が高くなっているためである。一方で仕切り層を設けた場合では、上記のようなウェハ面内における、レンズ形状の位置依存性が低く、均一にレンズが形成されている。これは、仕切り層を設けることで、温度変化によるレンズ形状の変化が抑制されているためである。
【００４０】
以上のように、仕切り層を設けることで、温度変化に対するレンズ形状の変化が抑制され、温度トレランスが向上する。その結果、複数のレンズを均一かつ再現性良く形成された光導波路部品を実現でき、より低損失な光デバイスを簡便に提供することができる。
【符号の説明】
【００４１】
１００  ＰＬＣ
１０２  基板
１０４  アンダークラッド
１０６  コア
１０８、１０８ａ  オーバークラッド
１０８ｂ  レンズ層
１１０  ミラー
１４２  樹脂／レジスト
１４８、１５０  仕切り層
１６０  集光レンズ
２００  高速ＰＤ
２０２  受光部
９０２  光入力部
９０４  導波路
【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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【図１６】
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