(57)【要約】      （修正有）【課題】光損失を低減して特性向上を図った、立体的な光導波路を含む半導体装置を提供する。【解決手段】半導体装置は、第１クラッド層ＣＬと、第１クラッド層上に平面的に形成された第１光導波路ＷＧ１と、第１光導波路上および第１クラッド層上に形成され、かつ、平面視において第１光導波路の一端部に重なる開口部ＯＰ１を有する第２クラッド層ＩＦ１、ＩＦ２，ＰＦと、第１光導波路と光学的に接続され、かつ、開口部の内部に形成された湾曲形状を含む立体的な第２光導波路ＷＧ２と、開口部の内部を埋め込み、かつ、第２光導波路を囲うように形成された第３クラッド層Ｒ１、Ｒ２と、を備え、第２光導波路は、第１光導波路の一端部から第３クラッド層の上面に達するように形成されている。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１クラッド層と、
前記第１クラッド層上に形成された第１光導波路と、
前記第１光導波路上および前記第１クラッド層上に形成され、かつ、平面視において前記第１光導波路の一端部に重なる開口部を有する第２クラッド層と、
前記第１光導波路と光学的に接続され、かつ、前記開口部の内部に形成された第２光導波路と、
前記開口部の内部を埋め込み、かつ、前記第２光導波路を囲うように形成された第３クラッド層と、
を備え、
前記第２光導波路は、前記第１光導波路の一端部から前記第３クラッド層の上面に達するように形成されている、半導体装置。
【請求項２】
請求項１に記載の半導体装置において、
前記第２光導波路は、
前記第１光導波路と光学的に接続された光結合部分と、
前記光結合部分と接続され、かつ、湾曲形状を有する湾曲部分と、
を有する、半導体装置。
【請求項３】
請求項２に記載の半導体装置において、
平面視において、前記第２光導波路の前記光結合部分と、前記第１光導波路の前記一端部とは、互いに重なる部分を有する、半導体装置。
【請求項４】
請求項１に記載の半導体装置において、
前記第１光導波路の延在方向と直交する方向における前記第１光導波路の幅は、前記第１光導波路の前記一端部の端面に近づくにつれて小さくなる、半導体装置。
【請求項５】
請求項２に記載の半導体装置において、
前記第２光導波路の延在方向と直交する断面において、
前記第３クラッド層の上面側に位置する前記湾曲部分の断面積は、前記光結合部分側に位置する前記湾曲部分の断面積よりも大きい、半導体装置。
【請求項６】
請求項２に記載の半導体装置において、
前記第２光導波路の延在方向と直交する断面における前記湾曲部分の断面積は、前記第３クラッド層の上面に近づくにつれて大きくなる、半導体装置。
【請求項７】
請求項１に記載の半導体装置において、
前記半導体装置は、さらに、
前記第２クラッド層上および前記第３クラッド層上に形成された第４クラッド層と、
前記第２光導波路と光学的に接続され、かつ、前記第４クラッド層上に形成された第３光導波路と、
前記第３光導波路を覆い、かつ、前記第２クラッド層上、前記第３クラッド層上および前記第４クラッド層上に形成された第５クラッド層と、
を有し、
前記第３光導波路は、前記第５クラッド層の側面に達するように形成されている、半導体装置。
【請求項８】
請求項１に記載の半導体装置において、
前記半導体装置は、さらに、前記第２光導波路と光学的に接続され、かつ、前記第３クラッド層の上面上に形成されたレンズ部を有する、半導体装置。
【請求項９】
請求項１に記載の半導体装置において、
前記第１光導波路は、シリコンを含む材料から構成され、
前記第２光導波路は、樹脂を含む材料から構成されている、半導体装置。
【請求項１０】
請求項１に記載の半導体装置において、
前記第１光導波路の屈折率は、前記第１クラッド層の屈折率および前記第２クラッド層の屈折率よりも大きく、
前記第２光導波路の屈折率は、前記第３クラッド層の屈折率よりも大きい、半導体装置。
【請求項１１】
請求項２に記載の半導体装置において、
前記第２光導波路の延在方向と直交する断面において、
前記第２光導波路の前記光結合部分の端部での断面積は、１μｍ２以上１０μｍ２以下であり、
前記第３クラッド層の上面での前記第２光導波路の断面積は、２０μｍ２以上１００μｍ２以下である、半導体装置。
【請求項１２】
請求項１に記載の半導体装置において、
前記第３クラッド層の厚みは、前記第２クラッド層の厚みよりも大きい、半導体装置。
【請求項１３】
（ａ）第１クラッド層と、前記第１クラッド層上に形成された第１光導波路と、前記第１光導波路を覆うように前記第１クラッド層上に形成された第２クラッド層と、を有する基板を準備する工程、
（ｂ）平面視において前記第１光導波路の一端部に重なる開口部を前記第２クラッド層に形成する工程、
（ｃ）前記開口部の内部に第１硬化性樹脂を供給する工程、
（ｄ）前記第１硬化性樹脂を第１押圧部材で押圧して、前記第１硬化性樹脂が、前記第１光導波路の一端部から離れるほど厚くなるように前記第１硬化性樹脂を成形する工程、
（ｅ）前記第１硬化性樹脂を前記第１押圧部材で押圧した状態で、熱または光により前記第１硬化性樹脂を硬化して、第３クラッド層を形成する工程、
（ｆ）前記第３クラッド層上に第２硬化性樹脂を供給する工程、
（ｇ）前記第２硬化性樹脂を第２押圧部材で押圧して、前記第３クラッド層の表面に沿って形成される前記第２硬化性樹脂の厚みを調整する工程、
（ｈ）前記第２硬化性樹脂を前記第２押圧部材で押圧した状態で、熱または光により前記第２硬化性樹脂を硬化する工程、
（ｉ）硬化した前記第２硬化性樹脂をパターニングすることにより、第２光導波路を形成する工程、
を備える、半導体装置の製造方法。
【請求項１４】
請求項１３に記載の半導体装置の製造方法において、
前記半導体装置の製造方法は、さらに、
（ｊ）前記開口部の内部に第３硬化性樹脂を供給する工程、
（ｋ）前記第３硬化性樹脂を第３押圧部材で押圧して、前記第３硬化性樹脂の上面から前記第２光導波路の一端部を露出させる工程、
（ｌ）熱または光により前記第３硬化性樹脂を硬化させて、第４クラッド層を形成する工程、
を有する、半導体装置の製造方法。
【請求項１５】
請求項１３に記載の半導体装置の製造方法において、
前記（ｄ）工程では、前記第１硬化性樹脂の表面が、前記第１クラッド層側に凹むように前記第１硬化性樹脂を成形する、半導体装置の製造方法。
【請求項１６】
請求項１３に記載の半導体装置の製造方法において、
前記（ｄ）工程では、前記第１光導波路の前記一端部の上面が前記第１硬化性樹脂から露出するように前記第１硬化性樹脂を押圧する、半導体装置の製造方法。
【請求項１７】
請求項１３に記載の半導体装置の製造方法において、
前記（ｇ）工程では、前記開口部の底部に位置する前記第２硬化性樹脂の厚みが、前記開口部の上面に位置する前記第２硬化性樹脂の厚みより小さくなるように、前記第２硬化性樹脂の厚みを調整する、半導体装置の製造方法。
【請求項１８】
請求項１３に記載の半導体装置の製造方法において、
前記（ｉ）工程では、前記第２光導波路の延在方向に垂直な断面における前記第２光導波路の断面積が、前記第２光導波路の一端部から前記第２光導波路の他端部に向かうにつれて大きくなるように、前記第２光導波路をパターニングする、半導体装置の製造方法。
【請求項１９】
請求項１４に記載の半導体装置の製造方法において、
前記半導体装置の製造方法は、さらに、
（ｍ）前記第２クラッド層上、前記第３クラッド層上および前記第４クラッド層上に第４硬化性樹脂を供給する工程、
（ｎ）前記第４硬化性樹脂を第４押圧部材で押圧して、前記第２光導波路が露出するように前記第４硬化性樹脂を成形する工程、
（ｏ）前記第４硬化性樹脂を前記第４押圧部材で押圧した状態で、熱または光により前記第４硬化性樹脂を硬化させて、第５クラッド層を形成する工程、
（ｐ）前記第５クラッド層上に第５硬化性樹脂を供給する工程、
（ｑ）前記第５硬化性樹脂を第５押圧部材で押圧して、前記第５クラッド層の表面に沿って形成される前記第５硬化性樹脂の厚みを調整する工程、
（ｒ）前記第５硬化性樹脂を前記第５押圧部材で押圧した状態で、熱または光により前記第５硬化性樹脂を硬化する工程、
（ｓ）硬化した前記第５硬化性樹脂をパターニングすることにより、第３光導波路を形成する工程、
を有する、半導体装置の製造方法。
【請求項２０】
請求項１３に記載の半導体装置の製造方法において、
前記半導体装置の製造方法は、さらに、
（ｔ）前記開口部の内部と前記第２光導波路の他端部と前記第３クラッド層上とにわたって第６硬化性樹脂を供給する工程、
（ｕ）前記第６硬化性樹脂を第６押圧部材で押圧して、前記第２光導波路の前記他端部上に位置する前記第６硬化性樹脂をレンズ形状に成形する工程、
（ｖ）前記第６硬化性樹脂を前記第６押圧部材で押圧した状態で、熱または光により前記第６硬化性樹脂を硬化する工程、
を有する、半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置およびその製造技術に関し、例えば、光導波路を含む半導体装置およびその製造技術に適用して有効な技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
特開２０１７−１５１１４６号公報（特許文献１）には、縦型光導波路を有する半導体装置に関する技術が記載されている。
【０００３】
特開２０１３−１７８３３３号公報（特許文献２）には、立体的に湾曲したシリコン細線光導波路を形成する技術について記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１７−１５１１４６号公報
【特許文献２】特開２０１３−１７８３３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
光回路は、通常、一層の平面内で構築されることが多い。ところが、近年では、光回路を含む半導体装置の小型化を実現するために、光回路の集積度および光回路の実装自由度を向上することが望まれている。この点に関し、例えば、光信号を伝搬させる光導波路を立体的（３次元的に）形成することによって、光導波路を含む半導体装置の小型化を実現することが検討されている。この際、立体的な光導波路を含む半導体装置において、光損失を低減して特性向上を図ることが望まれている。
【０００６】
その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
一実施の形態における半導体装置は、平面的に形成された第１光導波路と、この第１光導波路と光学的に接続され、かつ、湾曲形状を含む立体的な第２光導波路とを含む。
【発明の効果】
【０００８】
一実施の形態によれば、半導体装置の特性向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施の形態１における光混載装置の模式的な構成を示す図である。
【図２】光変調器の概略平面図である。
【図３】実施の形態１における光変調器のデバイス構造を示す断面図である。
【図４】実施の形態１における入出力素子のデバイス構造を示す平面図である。
【図５】図４のＡ−Ａ線で切断した断面図である。
【図６】実施の形態１における受光器のデバイス構造を示す断面図である。
【図７】ナノインプリント技術を説明する図である。
【図８】ナノインプリント技術を説明する図である。
【図９】ナノインプリント技術を説明する図である。
【図１０】ナノインプリント技術を説明する図である。
【図１１】（ａ）は、実施の形態１における半導体装置の製造工程を示す平面図であり、（ｂ）は、実施の形態１における半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【図１２】（ａ）は、図１１（ａ）に続く半導体装置の製造工程を示す平面図であり、（ｂ）は、図１１（ｂ）に続く半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【図１３】（ａ）は、図１２（ａ）に続く半導体装置の製造工程を示す平面図であり、（ｂ）は、図１２（ｂ）に続く半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【図１４】（ａ）は、図１３（ａ）に続く半導体装置の製造工程を示す平面図であり、（ｂ）は、図１３（ｂ）に続く半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【図１５】（ａ）は、図１４（ａ）に続く半導体装置の製造工程を示す平面図であり、（ｂ）は、図１４（ｂ）に続く半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【図１６】（ａ）は、図１５（ａ）に続く半導体装置の製造工程を示す平面図であり、（ｂ）は、図１５（ｂ）に続く半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【図１７】（ａ）は、図１６（ａ）に続く半導体装置の製造工程を示す平面図であり、（ｂ）は、図１６（ｂ）に続く半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【図１８】（ａ）は、図１７（ａ）に続く半導体装置の製造工程を示す平面図であり、（ｂ）は、図１７（ｂ）に続く半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【図１９】変形例１における入出力素子の模式的な構成を示す平面図である。
【図２０】変形例２における入出力素子の模式的な構成を示す断面図である。
【図２１】（ａ）は、実施の形態２における入出力素子の模式的な構成を示す平面図であり、（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ線で切断した断面図である。
【図２２】実施の形態３における入出力素子の模式的な構成を示す断面図である。
【図２３】実施の形態４における入出力素子の模式的な構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下の実施の形態においては便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらはお互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明等の関係にある。
【００１１】
また、以下の実施の形態において、要素の数等（個数、数値、量、範囲等を含む）に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でもよい。
【００１２】
さらに、以下の実施の形態において、その構成要素（要素ステップ等も含む）は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。
【００１３】
同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうではないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数値および範囲についても同様である。
【００１４】
また、実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。なお、図面をわかりやすくするために平面図であってもハッチングを付す場合がある。
【００１５】
（実施の形態１）
＜光電気混載装置の構成＞
まず、本実施の形態１における光電気混載装置の構成例について、図面を参照しながら説明する。図１は、本実施の形態１における光混載装置の模式的な構成を示す図である。図１において、本実施の形態１における光電気混載装置ＬＥは、例えば、４個の半導体チップＳＣ１〜ＳＣ４と、光源ＬＳとを含んで構成されている。
【００１６】
半導体チップＳＣ１には、電子回路ＥＣ１が形成されている。同様に、半導体チップＳＣ２には、電子回路ＥＣ２が形成され、半導体チップＳＣ３には、電子回路ＥＣ３が形成されている。一方、半導体チップＳＣ４には、光回路ＬＣ１〜ＬＣ４が形成されている。
【００１７】
光源ＬＳは、所定波長のレーザ光を放射するレーザ発振器であり、例えば、光ファイバ等を通じて半導体チップＳＣ４に形成されている光回路ＬＣ１と光学的に接続されている。すなわち、光源ＬＳから放射された所定波長の連続波レーザ（Continuous Wave Laser）光は、光回路ＬＣ１に入射するようになっている。
【００１８】
半導体チップＳＣ１の電子回路ＥＣ１は、例えば、制御回路およびメモリ回路を備えており、半導体チップＳＣ２の電子回路ＥＣ２と電気的に接続されている。電子回路ＥＣ２は、例えば、トランシーバＩＣ（Transceiver Integrated Circuit）等のような双方向の信号のやり取りが可能な回路から構成されており、半導体チップＳＣ４の光回路ＬＣ１と電気的に接続されている。
【００１９】
光回路ＬＣ１は、電気信号を光信号に変換する光回路であり、例えば、光変調器ＬＭから構成されている。光回路ＬＣ１は、光源ＬＳから入射された光の位相を、電子回路ＥＣ１から電子回路ＥＣ２を介して送られた制御信号（電気信号）に基づいて変調するように構成されている。
【００２０】
なお、この場合、光源ＬＳは、光回路ＬＣ１（光変調器ＬＭ）の入力用の光導波路と光学的に接続されている。これにより、光源ＬＳから放射された連続波レーザ光は、光回路ＬＣ１（光変調器ＬＭ）の入力用の光導波路に入射する。ここで、「光学的に接続されている」とは、光が伝達され得ることを意味する。
【００２１】
また、電子回路ＥＣ２は、光回路ＬＣ１（光変調器ＬＭ）を構成する光変調用の光導波路（一対の光導波路）と電気的に接続されている。これにより、電子回路ＥＣ１から電子回路ＥＣ２を介して光回路ＬＣ１に供給された電位は、光回路ＬＣ１の光変調用の光導波路に供給される。
【００２２】
光回路ＬＣ１の出力（光変調器ＬＭの出力用の光導波路）は、同一の半導体チップＳＣ４内に形成されている光回路ＬＣ２と光学的に接続されている。本実施の形態１における光回路ＬＣ２は、例えば、光導波路から構成される入出力素子（Ｉ／Ｏ素子）で構成されており、例えば、グレーティングカプラから構成される通常の光回路とは相違する。そして、光回路ＬＣ１から送られた光信号は、本実施の形態１における光回路ＬＣ２の入出力素子を介して光電気混載装置ＬＥの外部に出力される。
【００２３】
半導体チップＳＣ４に形成されている光回路ＬＣ３も、本実施の形態１における光回路ＬＣ２と同様に、例えば、光導波路から構成される入出力素子（Ｉ／Ｏ素子）で構成されており、例えば、グレーティングカプラから構成される通常の光回路とは相違する。この光回路ＬＣ３は、同一の半導体チップＳＣ４に形成されている光回路ＬＣ４と光学的に接続されている。光電気混載装置ＬＥの外部から入力された光信号は、光回路ＬＣ３を介して光回路ＬＣ４に入力される。
【００２４】
光回路ＬＣ４は、光回路ＬＣ３から送られた光信号を電気信号に変換する光電変換用の受光器（例えば、フォトダイオード）であり、半導体チップＳＣ３に形成されている電子回路ＥＣ３と電気的に接続されている。この電子回路ＥＣ３は、例えば、トランシーバＩＣ等のような双方向の信号のやり取りが可能な回路で構成されており、半導体チップＳＣ１に形成されている電子回路ＥＣ１と電気的に接続されている。
【００２５】
以上のようにして、本実施の形態１における光電気混載装置ＬＥが構成されている。
【００２６】
＜光変調器の構成＞
次に、本実施の形態１における光電気混載装置ＬＥの光回路ＬＣ１に含まれる光変調器ＬＭの構成について、図面を参照しながら説明する。
【００２７】
図２は図１に示す光回路ＬＣ１を構成する光変調器ＬＭの概略平面図である。なお、図２に示す矢印は光の伝搬方向を示している。
【００２８】
図２において、光変調器ＬＭは、入力用の光導波路Ｌｉと、出力用の光導波路Ｌｏと、入力用の光導波路Ｌｉと出力用の光導波路Ｌｏとの間に並列に接続された２本の光導波路ＬＡ、ＬＡとを有している。このとき、入力用の光導波路Ｌｉと、２本の光導波路ＬＡ、ＬＡと、出力用の光導波路Ｌｏは、光学的に接続されている。
【００２９】
このように構成されている光変調器ＬＭでは、入力用の光導波路Ｌｉを通じて入力された光が、２本の光導波路ＬＡ、ＬＡに分岐され、それぞれの光導波路ＬＡ、ＬＡで位相差を与えられてから、出力用の光導波路Ｌｏで合流するように構成されている。そして、出力用の光導波路Ｌｏでの合流の際に生じる光の干渉により、光の位相や振幅を変調することが可能になっている。
【００３０】
続いて、光変調器ＬＭのデバイス構造について、図面を参照しながら説明する。
【００３１】
図３は、本実施の形態１における光変調器ＬＭのデバイス構造を示す断面図である。図３に示すように、基板ＳＢは、支持基板ＳＳＢと、支持基板ＳＳＢ上に形成された絶縁層ＣＬと、絶縁層ＣＬ上に形成された半導体層ＳＬとを有するＳＯＩ（Silicon on Insulator）基板から構成されている。ただし、基板ＳＢは、支持基板ＳＳＢを有するものに限定されるものではなく、例えば、ＳＯＳ（Silicon on Sapphire）基板のように、支持基板自体を持たず、支持基板として機能する絶縁層（サファイアや石英等）上に半導体層を設けた２層構造の基板を用いてもよい。
【００３２】
最下層の支持基板ＳＳＢは、例えば、面方位が（１００）、抵抗率が５〜５０Ωｃｍ程度のｐ型のシリコン（Ｓｉ）単結晶からなる。中間の絶縁層ＣＬは、ＢＯＸ（Buried Oxide）層とも呼ばれ、例えば、酸化シリコン膜からなる。絶縁層ＣＬの厚さは、光損失を低減するために、例えば、１μｍ以上、具体的には、例えば、２μｍ〜３μｍ程度である。また、絶縁層ＣＬを厚くすることにより、支持基板ＳＳＢと半導体層ＳＬとの間の静電容量（寄生容量）を低減することができる。さらに、最上層の半導体層ＳＬは、ＳＯＩ層あるいは素子形成層とも呼ばれ、例えば、Ｓｉ単結晶膜から構成される。半導体層ＳＬの厚さは、例えば、１８０ｎｍ〜２５０ｎｍ程度である。
【００３３】
この半導体層ＳＬを構成するシリコン（Ｓｉ）は、例えば、光通信用の１．３〜１．６μｍ帯（通信波長帯）の光に対して透光性を有する材料であり、シリコンの屈折率は、当該波長帯の光に対して、例えば、３．５である。このようなシリコンからなる半導体層ＳＬは、後述するように、光を伝搬するコア層（光導波部）を構成している。これに対して、絶縁層ＣＬを構成する酸化シリコン（ＳｉＯ２）の屈折率は、半導体層ＳＬの屈折率より低く、当該波長の光に対して、例えば、１．４５であり、絶縁層ＣＬは、クラッド層（クラッド部）を構成している。
【００３４】
このように構成されている基板ＳＢの主面上（絶縁層ＣＬ上）には、光導波路ＬＡが形成されており、この光導波路ＬＡを覆うように、絶縁膜ＩＦ１が形成されている。光導波路ＬＡは、基板ＳＢの主面に沿って光を伝搬するコア層として機能する部分であり、上述した半導体層ＳＬで形成されている。この光導波路ＬＡを覆う絶縁膜ＩＦ１上には、配線ＭＡ１および配線ＭＢ１と、この配線ＭＡ１および配線ＭＢ１を覆うように絶縁膜ＩＦ２とが形成されている。さらに、絶縁膜ＩＦ２上には、配線ＭＡ２および配線ＭＢ２と、この配線ＭＡ２および配線ＭＢ２を覆うように保護膜ＰＦとが形成されている。
【００３５】
以下、これらの構成について説明する。
【００３６】
＜＜光導波路ＬＡについて＞＞
光導波路ＬＡは、光導波路ＬＡを伝搬する光の位相を電気的に制御（変調）する電気制御型の光変調器（ＬＭ）を構成する光導波路を例示している。この光導波路ＬＡは、例えば、光信号の伝搬方向に対して交差する断面の形状が凸状に形成されている。すなわち、光導波路ＬＡは、相対的に厚いリブ部ＬＡｒと、その幅方向（短方向、光の伝搬方向に交差し、上記主面に沿う方向）の両側に形成された相対的に薄いスラブ部ＬＡｓとを一体的に有している。
【００３７】
リブ部ＬＡｒは、主に光を伝搬する部分である。リブ部ＬＡｒは、光導波路ＬＡの幅方向（短方向、光の伝搬方向に交差し、上記主面に沿う方向）の中央に配置されており、断面視において、スラブ部ＬＡｓの上面から上方に突出するようにスラブ部ＬＡｓより厚く形成されている。すなわち、絶縁層ＣＬの上面からのリブ部ＬＡｒの上面の高さは、絶縁層ＣＬの上面からのスラブ部ＬＡｓの上面の高さより高い。リブ部ＬＡｒの高さ(厚さ)は、光の伝搬方向に沿って略同一になるように形成されており、例えば、１８０ｎｍ〜２５０ｎｍ程度である。このリブ部ＬＡｒの幅（短方向の寸法）は、光の伝搬方向に沿って略同一になるように形成されており、例えば、３００ｎｍ〜４００ｎｍ程度である。
【００３８】
スラブ部ＬＡｓは、主に光導波路ＬＡに電位を供給する部分である。このスラブ部ＬＡｓの高さ（厚さ）は、光の伝搬方向に沿って略同一になるように形成されており、例えば、１００ｎｍ程度である。リブ部ＬＡｒの幅方向の一方のスラブ部ＬＡｓの外方端部には、ｎ＋型の半導体領域ＮＲが形成され、リブ部ＬＡｒの他方のスラブ部ＬＡｓの外方端部には、ｐ＋型の半導体領域ＰＲが形成されている。リブ部ＬＡｒの幅方向における半導体領域ＮＲおよび半導体領域ＰＲの長さは、キャリアが供給できる程度であればよく、例えば、０．５μｍ程度である。また、光導波路となるリブ部ＬＡｒ内を光が伝搬するときに、リブ部ＬＡｒの外部に染み出す光が、半導体領域ＮＲおよび半導体領域ＰＲの内部に存在する導電型不純物によって散乱されて、光の伝搬損失が生じることを抑制することが好ましい。この観点から、リブ部ＬＡｒの幅方向の端から半導体領域ＮＲの端までの間隔（スラブ部ＬＡｓの幅）と、リブ部ＬＡｒの幅方向の端から半導体領域ＰＲの端までの間隔（スラブ部ＬＡｓの幅）は、ある程度大きいことが好ましい。これらの間隔は、例えば、１μｍ（＝１．５／１．４５）よりも大きい。なお、ｎ＋型の半導体領域ＮＲには、例えば、リン（Ｐ）またヒ素（Ａｓ）が含まれ、ｐ＋型の半導体領域ＰＲには、例えば、ホウ素（Ｂ）が含まれている。
【００３９】
このｎ＋型の半導体領域ＮＲとｐ＋型の半導体領域ＰＲとの間のスラブ部ＬＡｓおよびリブ部ＬＡｒは、例えば、真性半導体（すなわち、ｉ（intrinsic）型の半導体）で形成されている。すなわち、光導波路ＬＡは、例えば、ｐｉｎ接合のダイオード構造となっている。ただし、光導波路ＬＡの構造は、ｐｉｎ接合ダイオード構造に限定されるものではなく種々変更可能であり、ｐｎ接合ダイオード構造やＳＩＳ（Semiconductor Insulator Semiconductor）構造としてもよい。ｐｎ接合ダイオード構造の場合は、光導波路ＬＡを構成する半導体層ＳＬに、ｎ＋型の半導体領域ＮＲと接するｎ型の半導体領域と、ｐ＋型の半導体領域ＰＲと接するｐ型の半導体領域とが形成され、そのｐ型の半導体領域とｎ型の半導体領域とがリブ部ＬＡｒで接触してｐｎ接合が形成される。一方、ＳＩＳ構造の場合は、光導波路ＬＡを構成する半導体層ＳＬ上に誘電体層を介して制御用の半導体層が設けられる。
【００４０】
ｎ＋型の半導体領域ＮＲは、複数のプラグＰＡ１を通じて配線ＭＡ１と電気的に接続され、ｐ＋型の半導体領域ＰＲは、複数のプラグＰＢ１を通じて配線ＭＢ１と電気的に接続されている。プラグＰＡ１とプラグＰＢ１のそれぞれは、絶縁膜ＩＦ１に穿孔されたコンタクトホールＣＴ１の内部に、例えば、タングステン（Ｗ）などからなる導体膜が埋め込まれることにより構成されている。なお、ｎ＋型の半導体領域ＮＲの不純物濃度は、プラグＰＡ１との接触状態がオーミック接触になるように設定されている。同様に、ｐ＋型の半導体領域ＰＲの不純物濃度は、プラグＰＢ１との接触状態がオーミック接触になるように設定されている。
【００４１】
配線ＭＡ１および配線ＭＢ１のそれぞれは、例えば、チタン（Ｔｉ）、窒化チタン（ＴｉＮ）、アルミニウム（Ａｌ）、窒化チタン（ＴｉＮ）およびチタン（Ｔｉ）の順に積層された積層膜から構成されている。ただし、アルミニウム（Ａｌ）に替えて、例えば、銅（Ｃｕ）やタングステン（Ｗ）を用いることもできる。チタン（Ｔｉ）および窒化チタン（ＴｉＮ）の積層膜はバリアメタル層である。配線ＭＡ１は、例えば、平面視において光導波路ＬＡのｎ＋型の半導体領域ＮＲと重なるように形成されている。一方、配線ＭＢ１は、平面視において光導波路ＬＡのｐ＋型の半導体領域ＰＲと重なるように形成されている。
【００４２】
図３に示すように、配線ＭＡ１は、複数のプラグＰＡ２を通じて配線ＭＡ２と電気的に接続され、配線ＭＢ１は、複数のプラグＰＢ２を通じて配線ＭＢ２と電気的に接続されている。プラグＰＡ２およびプラグＰＢ２のそれぞれは、絶縁膜ＩＦ２に穿孔されたコンタクトホールＣＴ２の内部に、例えば、タングステン（Ｗ）などのような導体膜が埋め込まれることにより構成されている。また、配線ＭＡ２および配線ＭＢ２のそれぞれ構成は、例えば、上述した配線ＭＡ１および配線ＭＢ１と同様の構成をしている。
【００４３】
配線ＭＡ２および配線ＭＢ２を覆う保護膜ＰＦは、例えば、酸化シリコン、酸窒化シリコン、ＰＳＧ（Phospho Silicate Glass）または窒化シリコン（ＳｉＮ）により形成されている。保護膜ＰＦの一部には、開口部Ｈｐが形成されており、配線ＭＡ２および配線ＭＢ２の一部が露出されている。この配線ＭＡ２および配線ＭＢ２の露出部は、外部配線と接続するためのパッド部になっている。
【００４４】
このような電気制御型の光変調器（ＬＭ）を構成する光導波路ＬＡでは、キャリアプラズマ効果（光導波路ＬＡの屈折率が、光導波路ＬＡを構成する半導体中のキャリア（電子正孔対）濃度に依存する現象）を利用して光の位相を変調する。すなわち、ｐｉｎ接合ダイオード構造の光導波路ＬＡでは、ダイオードに順バイアス（逆バイアス）を印加することにより、光導波路ＬＡ（主にリブ部ＬＡｒ）にキャリアを注入し（キャリアを引き抜き）、光導波路ＬＡ（主にリブ部ＬＡｒ）の屈折率を減少（増加）させて光の位相を変調させる。また、ｐｎ接合ダイオード構造またはＳＩＳ構造の光導波路ＬＡでは、制御用の半導体層に電圧を印加することで、光導波路ＬＡ（主にリブ部ＬＡｒ）にキャリアを注入し（キャリアを引き抜き）、光導波路ＬＡ（主にリブ部ＬＡｒ）の屈折率を減少（増加）させて光の位相を変調させる。
【００４５】
＜＜絶縁膜ＩＦ１と絶縁膜ＩＦ２について＞＞
絶縁膜ＩＦ１および絶縁膜ＩＦ２は、光導波路ＬＡ中に光を閉じ込めるクラッド層（クラッド部）として機能する絶縁膜であり、例えば、絶縁層ＣＬと同一の材料から形成されていることが望ましい。絶縁膜ＩＦ１の厚さは、例えば、１μｍ〜２μｍ程度である。また、絶縁膜ＩＦ１と絶縁膜ＩＦ２の合計の厚さは、例えば、２μｍ〜５μｍ程度である。ここで、光導波路ＬＡ（半導体層ＳＬ）の屈折率をｎ１とし、絶縁層ＣＬと絶縁膜ＩＦ１と絶縁膜ＩＦ２の屈折率をｎ２とすると、ｎ１＞ｎ２の関係を満たす。このように相対的に屈折率が大きな光導波路ＬＡを、相対的に屈折率の小さな下層の絶縁層ＣＬおよび上層の絶縁膜ＩＦ１および絶縁膜ＩＦ２で取り囲むことにより、光導波路ＬＡＢの内部に光を閉じ込めつつ伝搬させることができる。
【００４６】
＜入出力素子の構成＞
続いて、光回路ＬＣ２および光回路ＬＣ３を構成する入出力素子のデバイス構造について説明する。図４は、本実施の形態１における入出力素子のデバイス構造を示す平面図である。図４において、本実施の形態１における入出力素子は、例えば、ｘ方向に延在する光導波路ＷＧ１と、この光導波路ＷＧ１と光学的に接続された光導波路ＷＧ２とを有する。
【００４７】
光導波路ＷＧ１は、例えば、シリコンやゲルマニウムなどから構成される。ここで、図４に示すように、光導波路ＷＧ１は、幅（ｙ方向における光導波路ＷＧ１の長さ）が略同一のライン形状からなる部分Ｐ１と、光導波路ＷＧ１の端面ＥＰ１に近づくにつれて幅が狭くなるテーパ形状からなる一端部である部分Ｐ２とを含んでいる。言い換えれば、光導波路ＷＧ１の延在方向（ｘ方向）と直交する方向（ｙ方向）における光導波路ＷＧ１の幅は、光導波路ＷＧ１の一端部（部分Ｐ２）の端面ＥＰ１に近づくにつれて小さくなる。そして、このテーパ形状からなる部分Ｐ２は、光導波路ＷＧ１の一部を構成するとともに、スポットサイズコンバータの一部を構成することになる。
【００４８】
光導波路ＷＧ２は、光導波路ＷＧ１と平面的に重なり、かつ、光導波路ＷＧ１と光学的に接続された光結合部分ＯＣと、この光結合部分ＯＣと接続され、かつ、ｚ方向に向かって湾曲した湾曲部分ＣＶとを有する。ここで、平面視において、光導波路ＷＧ２の光結合部分ＯＣと、光導波路ＷＧ１の部分Ｐ２（一端部）とは、互いに重なる部分を有する。
【００４９】
この光導波路ＷＧ２は、例えば、紫外線硬化樹脂や熱硬化樹脂に代表される樹脂から構成される点で、シリコンやゲルマニウムから構成される光導波路ＷＧ１とは異なる。
【００５０】
図４において、光導波路ＷＧ２は、開口部ＯＰ１の内部に形成されており、この開口部ＯＰ１の内部には、光導波路ＷＧ２よりも屈折率の小さな樹脂Ｒ２と樹脂Ｒ１とが充填されている。この光導波路ＷＧ２は、樹脂Ｒ１と樹脂Ｒ２によって囲まれている。そして、光導波路ＷＧ２は、ｚ方向に向かって湾曲しており、光導波路ＷＧ１の一端部から樹脂Ｒ２（樹脂Ｒ１）の上面にまで達するように形成されている。この結果、図４に示すように、光導波路ＷＧ２の端面ＥＰ２は、樹脂Ｒ２（樹脂Ｒ１）の上面から露出している。一方、開口部ＯＰ１の外側には、保護膜ＰＦが形成されており、光導波路ＷＧ１は、開口部ＯＰ１の外側から開口部ＯＰ１の内部にわたって延在するように形成されている。なお、例えば、図４に示すように、開口部ＯＰ１は、平面視において、光導波路ＷＧ１と部分的に重なるように形成される。つまり、開口部ＯＰ１は、平面視において、光導波路ＷＧ１の一端部（部分Ｐ２）と重なるように形成される。
【００５１】
次に、図５は、図４のＡ−Ａ線で切断した断面図である。図５に示すように、絶縁層ＣＬ上には、半導体層ＳＬからなる光導波路ＷＧ１が形成されており、この光導波路ＷＧ１は、部分Ｐ１と部分Ｐ２とを含んでいる。光導波路ＷＧ１は、光が伝搬するコア層として機能する一方、絶縁層ＣＬ１は、光が伝搬する光導波路ＷＧ１よりも屈折率が小さく、クラッド層として機能する。そして、光導波路ＷＧ１上から絶縁層ＣＬ上にわたって、例えば、酸化シリコン膜からなる保護膜ＰＲＦが形成されている。
【００５２】
この保護膜ＰＲＦ上には、絶縁膜ＩＦ１が形成され、この絶縁膜ＩＦ１上に絶縁膜ＩＦ２が形成されている。さらに、絶縁膜ＩＦ２上には、保護膜ＰＦが形成されている。このとき、絶縁膜ＩＦ１と絶縁膜ＩＦ２と保護膜ＰＦからなる積層膜は、光導波路ＷＧ１よりも屈折率が小さく、クラッド層として機能する。そして、図５に示すように、この積層膜には、積層膜を貫通する開口部ＯＰ１が形成されており、この開口部ＯＰ１の底面においては、保護膜ＰＲＦが露出する。
【００５３】
ここで、保護膜ＰＲＦは、開口部ＯＰ１を形成する際に使用されるエッチングによる光導波路ＷＧ１のダメージを抑制するために設けられている。すなわち、光導波路ＷＧ１上に保護膜ＰＲＦが形成されていない場合には、開口部ＯＰ１を形成する際のエッチングによって、光導波路ＷＧ１の上面の表面粗さ（凹凸形状）が大きくなってしまう。このことは、光導波路ＷＧ１の上面に形成される凹凸形状によって、光導波路ＷＧ１を伝搬する光の散乱が大きくなることを意味し、これによって、光導波路ＷＧ１を伝搬する光の特性に悪影響が及ぶことになる。これに対し、本実施の形態１では、光導波路ＷＧ１上に保護膜ＰＲＦを形成している。このため、保護膜ＰＲＦの存在によって、開口部ＯＰ１を形成する際に使用されるエッチングによるダメージが光導波路ＷＧ１に及ぶことを抑制することができる。この結果、本実施の形態１によれば、光導波路ＷＧ１を伝搬する光の特性を劣化させることなく、開口部ＯＰ１を形成することができる。
【００５４】
続いて、図５に示すように、開口部ＯＰ１の内部には、光導波路ＷＧ１の一端部が形成されているとともに、光導波路ＷＧ１と光学的に接続された光導波路ＷＧ２が形成されている。そして、この開口部ＯＰ１の内部を埋め込むように樹脂Ｒ１および樹脂Ｒ２が形成されている。この樹脂Ｒ１および樹脂Ｒ２は、光導波路ＷＧ２よりも屈折率が小さく、クラッド層として機能する。ここで、例えば、半導体装置（物）としては、樹脂Ｒ１と樹脂Ｒ２とを合わせて第３クラッド層として取り扱っている。一方、後述する半導体装置の製法方法としては、樹脂Ｒ１と樹脂Ｒ２とを別の構成要素として、樹脂Ｒ１を第３クラッド層として取り扱い、かつ、樹脂Ｒ２を第４クラッド層として取り扱っている。
【００５５】
光導波路ＷＧ２は、光導波路ＷＧ１の部分Ｐ２と平面的に重なり、かつ、光導波路ＷＧ１と光学的に接続された光結合部分ＯＣと、この光結合部分ＯＣと接続され、かつ、ｚ方向に向かって湾曲した湾曲部分ＣＶとを有する。この結果、図５に示すように、光導波路ＷＧ２は、光導波路ＷＧ１の一端部（部分Ｐ２）から樹脂Ｒ１（樹脂Ｒ２）の上面に達するように形成されていることになる。ここで、図５に示すように、光導波路ＷＧ１と光導波路ＷＧ２との間には、光導波路ＷＧ１や光導波路ＷＧ２よりも屈折率の小さな保護膜ＰＲＦが形成されている。このため、光導波路ＷＧ１（部分Ｐ２）と光導波路ＷＧ２（光結合部分ＯＣ）との間の光学的な接続が可能となるかが疑問となる。この点に関し、例えば、保護膜ＰＲＦの厚さが、光の染み出し距離よりも薄く形成されているため、保護膜ＰＲＦが存在しても、エバネッセント光（染み出し光）によって、光導波路ＷＧ１と光導波路ＷＧ２との間の光学的な接続が可能となる。また、光導波路ＷＧ２が樹脂Ｒ１（樹脂Ｒ２）の上面に「達するように形成されている」とは、光導波路ＷＧ２が、樹脂Ｒ１（樹脂Ｒ２）の上面に完全に達している必要はない。例えば、光導波路ＷＧ２は、光導波路ＷＧ２からの出射光が外部に到達できる程度に実質的に樹脂Ｒ１（樹脂Ｒ２）の上面に達していればよい。
【００５６】
＜＜湾曲部分の望ましい構成例＞＞
本実施の形態１における光導波路ＷＧ２の湾曲部分ＣＶについては、入出力素子の光特性を向上する観点から、望ましい構成例が存在する。このため、以下では、この点について、具体的に説明する。
【００５７】
例えば、湾曲部分ＣＶの曲率半径が、コア層（光導波路ＷＧ２）とクラッド層（樹脂Ｒ１および樹脂Ｒ２）との屈折率差で決まる許容範囲よりも小さすぎると、湾曲部分ＣＶでの放射損失が直線部分である光結合部分ＯＣにおける伝搬損失の数倍にもなり、光導波路ＷＧ２における導波路特性（光特性）が極端に低下する。一方、湾曲部分ＣＶの曲率半径が、コア層（光導波路ＷＧ２）とクラッド層（樹脂Ｒ１および樹脂Ｒ２）との屈折率差で決まる許容範囲よりも大きすぎると、光導波路ＷＧ２の平面的な占有面積が大きくなって、光回路の高集積化を阻害することになるため、光回路の高集積化を実現する観点から望ましいとは言えない。
【００５８】
そこで、例えば、コア層（光導波路ＷＧ２）とクラッド層（樹脂Ｒ１および樹脂Ｒ２）との屈折率差Δ＝１０％の場合、湾曲部分ＣＶの曲率半径は、１０μｍ以上１００μｍ以下であることが望ましい。また、例えば、コア層（光導波路ＷＧ２）とクラッド層（樹脂Ｒ１および樹脂Ｒ２）との屈折率差Δ＝２５％の場合、湾曲部分ＣＶの曲率半径は、１μｍ以上１０μｍ以下であることが望ましい。
【００５９】
さらに、湾曲部分ＣＶの幅と厚さが小さすぎると、光導波路ＷＧ２の伝搬損失と放射損失とが増加する。一方、湾曲部分ＣＶの幅と厚さが大きすぎると、光モードの変換が光導波路ＷＧ２の内部で急激に生じるため、エネルギー損失が発生する。さらには、湾曲部分ＣＶの幅と厚さとを光ファイバや外部導波路の受光面のサイズに対応させる程度の幅と厚さに調整する必要がある。なぜなら、このようにすることで、光導波路ＷＧ２と外部導波路（光ファイバ）との光結合損失を低減することができるからである。
【００６０】
そこで、例えば、コア層（光導波路ＷＧ２）とクラッド層（樹脂Ｒ１および樹脂Ｒ２）との屈折率差Δ＝１０％の場合、湾曲部分ＣＶの幅と厚さは、１μｍ以上１０μｍ以下であることが望ましい。また、例えば、コア層（光導波路ＷＧ２）とクラッド層（樹脂Ｒ１および樹脂Ｒ２）との屈折率差Δ＝２５％の場合、湾曲部分ＣＶの幅と厚さは、０．５μｍ以上５μｍ以下であることが望ましい。
【００６１】
＜＜入出力素子における光の伝搬＞＞
本実施の形態１における入出力素子は、上記のように構成されており、以下に、本実施の形態１における入出力素子での光の伝搬について説明する。まず、図１において、光源ＬＳから射出された光は、光回路ＬＣ１に含まれる光変調器ＬＭによって位相が変調される。その後、光回路ＬＣ１で位相が変調された光は、光回路ＬＣ２に含まれる入出力素子に入射する。例えば、図５に示す入出力素子において、光回路ＬＣ１で位相が変調された光は、光導波路ＷＧ１を伝搬する。具体的に、光回路ＬＣ１で位相が変調された光は、光導波路ＷＧ１の部分Ｐ１からスポットサイズコンバータとして機能する部分Ｐ２に伝搬する。ここで、光導波路ＷＧ１の部分Ｐ１から部分Ｐ２に向って光導波路ＷＧ１の内部を伝搬する光は、テーパ部分である部分Ｐ２における回折効果によって、スポットサイズが徐々に大きくなる。この結果、光導波路ＷＧ１から光導波路ＷＧ２の光結合部分ＯＣにレーザ光の分布が移動する。その後、スポットサイズが拡大された光は、光導波路ＷＧ２を伝搬して、光導波路ＷＧ２の端面ＥＰ２から入出力素子の外部に出力される。以上のようにして、光回路ＬＣ２に含まれる入出力素子によって、光回路ＬＣ１で位相が変調された光は、光電気混載装置ＬＥの外部に出力される。
【００６２】
一方、図１において、光電気混載装置ＬＥの外部から入力された光は、光回路ＬＣ３に含まれる入出力素子に入射する。例えば、図５に示す入出力素子において、入出力素子に入射した光は、光導波路ＷＧ２の端面ＥＰ２から、光導波路ＷＧ２の湾曲部分ＣＶを介して、光導波路ＷＧ２の光結合部分に達する。そして、例えば、光導波路ＷＧ２から光導波路ＷＧ１に光が伝搬する際、スポットサイズコンバータとして機能する光導波路ＷＧ１の部分２によって、スポットサイズが徐々に縮小することになる。その後、スポットサイズコンバータとして機能する光導波路ＷＧ１の部分Ｐ２によって、スポットサイズが縮小された光は、光導波路ＷＧ１を伝搬する。以上のようにして、光回路ＬＣ３に含まれる入出力素子によって、外部から光電気混載装置ＬＥの内部に取り込まれた光は、光回路ＬＣ３に含まれる入出力素子の光導波路ＷＧ１を伝搬する。その後、光導波路ＷＧ１を伝搬する光は、光回路ＬＣ３と同じ半導体チップＳＣ４に形成されている光回路ＬＣ４を構成する受光器に入力して、電気信号に変換される。
【００６３】
＜受光器の構成＞
次に、光回路ＬＣ４を構成する受光器のデバイス構造について説明する。図６は、本実施の形態１における受光器のデバイス構造を示す断面図である。
【００６４】
受光器ＰＤは、光信号を電気信号に変換する光電変換器である。図６では、縦型のｐｉｎ接合ダイオード構造の受光器ＰＤが例示されている。すなわち、図６に示すように、受光器ＰＤは、絶縁層ＣＬ上に形成されたｐ型の半導体層Ｄａと、このｐ型の半導体層Ｄａ上に形成されたｉ型の半導体層Ｄｉと、さらに半導体層Ｄｉ上に形成されたｎ型の半導体層Ｄｂとを有している。
【００６５】
ｐ型の半導体層Ｄａは、半導体層ＳＬにホウ素（Ｂ）等のようなｐ型不純物（アクセプタ）を導入することで形成されている。ｉ型の半導体層Ｄｉは、例えば、ゲルマニウム（Ｇｅ）からなり、真性半導体から形成されている。ｎ型の半導体層Ｄｂは、例えば、Ｇｅ層に所定の不純物を導入することで形成されている。なお、下層の半導体層Ｄａをｎ型にし、上層の半導体層Ｄｂをｐ型にすることもできる。受光器ＰＤは、例えば、シリコンフォトニクスの受光器として公知の受光器と同様の方法により製造されうる。
【００６６】
ｐ型の半導体層Ｄａは、プラグＰＥ１を通じて配線ＭＥ１と電気的に接続され、ｎ型の半導体層Ｄｂは、プラグＰＦ１を通じて配線ＭＦ１と電気的に接続されている。プラグＰＥ１とプラグＰＦ１のそれぞれは、絶縁膜ＩＦ１に穿孔されたコンタクトホールＣＴ１内に、例えば、タングステン（Ｗ）などからなる導体膜を埋め込むことにより構成されている。配線ＭＥ１および配線ＭＦ１の構成は、例えば、配線ＭＡ１および配線ＭＢ１と同様である。
【００６７】
配線ＭＥ１は、プラグＰＥ２を通じて配線ＭＥ２と電気的に接続され、配線ＭＦ１は、プラグＰＦ２を通じて配線ＭＦ２と電気的に接続されている。プラグＰＥ２およびプラグＰＦ２のそれぞれは、絶縁膜ＩＦ２に穿孔されたコンタクトホールＣＴ２内に、例えば、タングステン（Ｗ）などからなる導体膜を埋め込むことにより構成されている。また、配線ＭＥ２および配線ＭＦ２の構成は、例えば、配線ＭＡ２および配線ＭＢ２と同様である。なお、保護膜ＰＦの一部には、配線ＭＥ２と配線ＭＦ２のそれぞれの一部が露出する開口部Ｈｐが形成されている。この配線ＭＥ２と配線ＭＦ２のそれぞれの露出部は、受光器ＰＤ用の接続パッド部になっている。
【００６８】
この受光器ＰＤ上には、絶縁膜ＩＦ１と絶縁膜ＩＦ２と保護膜ＰＦとが下層から順に堆積されている。以上のようにして、受光器ＰＤが構成されている。
【００６９】
＜実施の形態１における構造上の特徴＞
続いて、本実施の形態１における構造上の特徴点について説明する。本実施の形態１における特徴点は、例えば、図５に示すように、光学的な入出力素子が、グレーティングカプラを含まない一方、平面的に形成された光導波路ＷＧ１と、この光導波路ＷＧ１と光学的に接続され、かつ、湾曲形状を含む立体的な光導波路ＷＧ２とを含む点にある。
【００７０】
これにより、本実施の形態１における特徴点によれば、グレーティングカプラを入出力素子から削除しながらも、光を伝搬させる入出力素子を立体的に形成できる結果、入出力素子を含む半導体装置の小型化を実現することができる。
【００７１】
例えば、光学的な入出力素子を立体的に（３次元的に）形成することによって、半導体装置の小型化を実現するために、一般的な入出力素子では、回折格子を含むグレーティングカプラによって、光の伝搬方向を変えることが行なわれている。具体的な一例としては、例えば、水平方向（横方向）に伝搬する光をグレーティングカプラに入射して、グレーティングカプラから斜め上方向に光を射出することによって、光の伝搬方向を変化させることが行なわれている。このとき、グレーティングカプラから垂直方向（上方向）ではなく斜め上方向に光を射出する理由は、グレーティングカプラにおける光損失を低減するためである。すなわち、グレーティングカプラでは、光の射出方向を垂直方向とするよりもわずかに傾けた斜め上方向とするほうが光損失を少なくできる。そして、グレーティングカプラから射出された光は、光ピン（光導波路）を使用して、半導体装置の外部に取り出されることになる。ここで、グレーティングカプラから射出される光の伝搬方向が垂直方向から傾いた方向となるため、光ピンも基板の表面に対して傾けて配置する必要がある。そして、光ピンを基板の表面に対して傾けて配置することから、半導体装置の外部に外付けされる光ファイバも傾いた光ピンと接続するように、基板の表面に対して傾いて接続する必要がある。このように、光学的な入出力素子を立体的（３次元的）に形成するために、グレーティングカプラを使用すると、光損失を低減するために、光ファイバと半導体装置との高い位置合わせ精度が要求されることになる。言い換えれば、グレーティングカプラを使用した光学的な入出力素子では、光ファイバと半導体装置（入出力素子）とを低損失で光学的に接続することが困難となるのである。つまり、光学的な入出力素子を立体的に（３次元的に）形成するために、グレーティングカプラを使用すると、光学的な入出力素子を含む半導体装置の特性劣化が生じるおそれが高まるのである。
【００７２】
これに対し、本実施の形態１では、例えば、図５に示すように、グレーティングカプラを使用せずに、平面的に形成された光導波路ＷＧ１と、光導波路ＷＧ１と光学的に接続され、かつ、湾曲形状を有する立体的な光導波路ＷＧ２とから光学的な入出力素子を構成している。これにより、本実施の形態１における光学的な入出力素子によれば、グレーティングカプラを使用しないため、光ファイバと半導体装置（入出力素子）との高い位置合わせ精度が要求されることがない。すなわち、図５に示すように、光導波路ＷＧ２の端面ＥＰ２は、基板ＳＢの表面に対して傾いておらず、水平になっているため、この光導波路ＷＧ２と接続される光ファイバを基板ＳＢに対して傾けて配置する必要がない。このことから、本実施の形態１における光学的な入出力素子によれば、グレーティングカプラを使用する構成に比べて、光損失を低減するために、光ファイバと半導体装置（入出力素子）との高い位置合わせ精度が要求されることがないため、光損失の低減を実現しながら、立体的な入出力素子を実現することができる。つまり、本実施の形態１における光学的な入出力素子を採用することにより、光損失の低減による半導体装置（入出力素子）の特性向上と、立体的な入出力素子による半導体装置の小型化とを両立することができる。そして、本実施の形態１における光学的な入出力素子では、グレーティングカプラが不要となるため、さらなる半導体装置（入出力素子）の小型化を図ることができる。
【００７３】
このように、本実施の形態１における光学的な入出力素子は、平面的な光導波路ＷＧ１と半導体装置の外部に設けられる光ファイバとのインターフェースとなる立体的に湾曲した光導波路ＷＧ２を備えているため、グレーティングカプラを使用しなくても、入出力素子と光ファイバとの接続位置の自由度を向上できる。この結果、光学的な入出力素子の占有面積を低減できる実装構成を採用することが容易となり、これによって、入出力素子を含む半導体装置の小型化を図ることができる。
【００７４】
例えば、図５に示すように、立体的に湾曲した光導波路ＷＧ２を採用することによって、光の垂直入出力が可能となり、さらに、光導波路ＷＧ２の立体的な形状を変更することにより、入出力角度、入出力面の高さや位置、光導波路ＷＧ２の断面形状やサイズを変更する自由度を向上することができる。これにより、例えば、出力位置が一意的に固定されるグレーティングカプラを使用した入出力素子に比べて、より高密度に入出力素子を配置しても、外部に配置される光ファイバとの接続位置を適切な位置に変更することが容易となるため、光回路設計が容易になる利点を得ることができる。
【００７５】
さらには、後述するように、立体的に湾曲した光導波路ＷＧ２は、例えば、ナノインプリント技術を使用して容易に形成することができる。このため、本実施の形態１における立体的に湾曲した光導波路ＷＧ２は、安定的に製造することができるとともに、技術的に確立しているナノインプリント技術で製造することができることから、製造コストを削減できる。このように、本実施の形態１では、光導波路ＷＧ２の製造技術として、ナノインプリント技術を使用しているため、例えば、フォトリソグラフィ技術とエッチング技術の組み合わせ（パターニング技術）で形成される光導波路ＷＧ１とは、異なる別の材料が使用される。具体的に、光導波路ＷＧ１は、シリコンを含む材料から構成される一方、光導波路ＷＧ２は、紫外線硬化性樹脂や熱硬化性樹脂に代表される硬化性樹脂から構成される。
【００７６】
また、グレーティングカプラは、波長依存性がある一方、グレーティングカプラを使用せずに光導波路から構成される本実施の形態１における光学的な入出力素子は、グレーティングカプラよりも波長依存性が小さい。したがって、本実施の形態１における光学的な入出力素子は、例えば、１本の光ファイバに波長の異なる複数の光を伝搬させる波長分割多重方式の光通信に適用して有効である。
【００７７】
本実施の形態１における光学的な入出力素子では、例えば、図４に示すように、光導波路ＷＧ１は、幅が略同一の部分Ｐ１と、テーパ形状の部分Ｐ２とを有しており、このテーパ形状の部分Ｐ２がスポットサイズコンバータとしても機能する。そして、この光導波路ＷＧ１の部分Ｐ２は、光導波路ＷＧ２の光結合部分ＯＣと平面的に重なっており、光導波路ＷＧ１と光導波路ＷＧ２の光学的な接続に寄与している。すなわち、本実施の形態１における光学的な入出力素子は、光導波路ＷＧ１と立体的に湾曲した光導波路ＷＧ２とから構成されているが、この入出力素子は、光の伝搬方向を変化させる機能だけでなく、光のスポットサイズを変更するスポットサイズコンバータとしての機能も内在している。この結果、本実施の形態１における光学的な入出力素子によれば、半導体装置（入出力素子）の外部に設けられる光ファイバ内を伝搬する光のスポットサイズと、入出力素子の光導波路ＷＧ１内を伝搬する光のスポットサイズとの相違に基づく光損失が低減される。
【００７８】
例えば、グレーティングカプラを使用した入出力素子では、グレーティングカプラ自体にスポットサイズコンバータとしての機能を内在させることは困難である。したがって、グレーティングカプラを使用した入出力素子では、光ファイバとの接続損失を低減するためのスポットサイズコンバータをグレーティングカプラとは別に設ける必要がある。これは、グレーティングカプラを使用した入出力素子では、入出力素子のサイズが大きくなることを意味し、これによって、半導体装置の小型化が阻害される。
【００７９】
これに対し、本実施の形態１における光学的な入出力素子によれば、光導波路ＷＧ１に対して、テーパ部分となる部分Ｐ２を形成することによって、光導波路ＷＧ１と光導波路ＷＧ２からなる入出力素子に、光の伝搬方向を変化させる機能だけでなく、光のスポットサイズを変更するスポットサイズコンバータとしての機能も内在させることができる。つまり、本実施の形態１における光学的な入出力素子によれば、立体的に湾曲した光導波路ＷＧ２に対して、光の伝搬方向を変化させる機能を持たす一方、光導波路ＷＧ１に対して、スポットサイズコンバータとしての機能も持たせることによって、半導体装置（入出力素子）の小型化を図りながら、低損失という光特性に優れた半導体装置を実現できる。
【００８０】
本実施の形態１における光学的な入出力素子は、立体的に湾曲した光導波路ＷＧ２を有しているが、この光導波路ＷＧ２の製造技術にも特徴点がある。特に、本実施の形態１では、光導波路ＷＧ２をナノインプリント技術で形成する点に特徴点がある。そこで、以下では、まず、ナノインプリント技術の概要について説明する。そして、ナノインプリント技術を使用した本実施の形態１における半導体装置の製造方法について説明した後、本実施の形態１における半導体装置の製造方法での特徴点について説明する。
【００８１】
＜ナノインプリント技術の概要＞
ナノインプリント技術とは、簡単にいうと、露光装置を使用せずに、押圧部材（原版）を基板に押し当てることにより微細加工を実現する技術である。このナノインプリント技術を半導体装置の製造工程に使用する際の利点は、（１）高解像度、（２）優れた寸法制御性、（３）低コストの３点にまとめることができる。
【００８２】
以下に、ナノインプリント技術について図面を参照しながら説明する。
【００８３】
まず、図７に示すように、基板１Ｓ上に、例えば、紫外線硬化性樹脂ＵＲを塗布する。
【００８４】
次に、図８に示すように、紫外線硬化性樹脂ＵＲを塗布した基板１Ｓに対して、凹凸形状が形成された押圧部材ＰＭを押し付ける。例えば、押圧部材ＰＭを基板１Ｓに押し付ける圧力は、０．１ＭＰａ〜１０ＭＰａ程度であり、加圧時間は、例えば、１０秒〜１０分程度である。これにより、押圧部材ＰＭに形成されている凹凸形状を反映するように紫外線硬化性樹脂ＵＲに凹凸形状が形成される。
【００８５】
続いて、図９に示すように、押圧部材ＰＭを基板１Ｓに押し付けた状態で、紫外線硬化性樹脂ＵＲに対して紫外線を照射する。この結果、紫外線硬化性樹脂ＵＲが硬化する。このとき、紫外線の波長は、例えば、３６５ｎｍであり、照射エネルギーは、膜厚に依存するが、１０ｍＪ／ｃｍ２〜６０００ｍＪ／ｃｍ２程度である。また、紫外線を射出する光源としては、高圧水銀ランプやＬＥＤを用いることができる。
【００８６】
その後、図１０に示すように、基板１Ｓから押圧部材ＰＭを外すと、基板１Ｓ上には、押圧部材ＰＭに形成されている凹凸形状が転写された樹脂パターンＲＰが形成される。
【００８７】
以上のようにして、ナノインプリント技術を使用することにより、凹凸形状を有するように成形された樹脂パターンＲＰを形成できる。
【００８８】
このように成形技術をベースとするナノインプリント技術によれば、幅広い加工寸法と加工面積に対応することができる。特に、ナノインプリント技術によれば、例えば、１５ｎｍの線幅にも対応することができ、さらなる微細化パターンの形成も可能である。
【００８９】
＜実施の形態１における半導体装置の製造方法＞
次に、上述したナノインプリント技術を使用した半導体装置の製造工程について、図面を参照しながら説明する。
【００９０】
まず、図１１（ａ）および図１１（ｂ）に示すように、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を使用することにより、支持基板ＳＳＢと、絶縁層ＣＬと、半導体層ＳＬとからなる基板ＳＢ（ＳＯＩ基板）の半導体層ＳＬをパターニングして光導波路ＷＧ１を形成する。ここで、絶縁層ＣＬは、第１クラッド層として機能する。その後、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法を使用することにより、この光導波路ＷＧ１上および絶縁層ＣＬ上にわたって、例えば、酸化シリコン膜からなる保護膜ＰＲＦを形成する。続いて、保護膜ＰＲＦ上に、絶縁膜ＩＦ１し、この絶縁膜ＩＦ１上に絶縁膜ＩＦ２を形成する。この絶縁膜ＩＦ１と絶縁膜ＩＦ２は、例えば、酸化シリコン膜から構成される。その後、絶縁膜ＩＦ２上に、保護膜ＰＦが形成される。この保護膜ＰＦは、例えば、窒化シリコン膜から構成される。このようにして、第１クラッド層として機能する絶縁層ＣＬと、絶縁層ＣＬ上に形成された光導波路ＷＧ１と、光導波路ＷＧ１を覆うように絶縁層ＣＬ上に形成された第２クラッド層として機能する積層膜（絶縁層ＩＦ１＋絶縁層ＩＦ２＋保護膜ＰＦ）と、を有する基板ＳＢが準備される。
【００９１】
続いて、図１２（ａ）および図１２（ｂ）に示すように、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を使用することにより、保護膜ＰＦと絶縁膜ＩＦ２と絶縁膜ＩＦ１とを貫通する開口部ＯＰ１を形成する。このとき、開口部ＯＰ１の内部には、光導波路ＷＧ１の一端部が含まれる。そして、開口部ＯＰ１を形成する際のエッチングでは、保護膜ＰＲＦがエッチングストッパとして機能することにより、光導波路ＷＧ１がエッチングダメージから保護される。ここで、絶縁膜ＩＦ１と保護膜ＰＲＦのいずれもが、例えば酸化シリコン膜から構成されているため、開口部ＯＰ１を形成するエッチングの際、保護膜ＰＲＦがエッチングストッパとして機能するのかが疑問となる。この点に関し、例えば、絶縁膜ＩＦ１と保護膜ＰＲＦとは、原料ガスの異なるＣＶＤ法で形成されるため、絶縁膜ＩＦ１と保護膜ＰＲＦでは、膜密度が相違する。この結果、エッチングレートが相違するため、保護膜ＰＲＦが、絶縁膜ＩＦ１をエッチングする際のエッチングストッパとして機能し、保護膜ＰＲＦで覆われている光導波路ＷＧ１は、エッチングダメージから保護される。
【００９２】
次に、図１３（ａ）および図１３（ｂ）に示すように、開口部ＯＰ１の内部に、ナノインプリント技術を使用するために必要十分な量の紫外線硬化性樹脂からなる樹脂Ｒ１をポッティング法により滴下する（供給する）。そして、図１４（ａ）および図１４（ｂ）に示すように、開口部ＯＰ１の内部に供給された樹脂Ｒ１に対して、ナノインプリント技術を使用することにより、図１４（ｂ）に示す形状に成形する。その後、余分な樹脂Ｒ１を除去した後、成形された樹脂Ｒ１に対して紫外線を照射することにより、樹脂Ｒ１を硬化させる。具体的に、ナノインプリント技術では、樹脂Ｒ１を第１押圧部材で押圧して、樹脂Ｒ１が、光導波路ＷＧ１の一端部から離れるほど厚くなるように樹脂Ｒ１を成形する。言い換えれば、ナノインプリント技術では、樹脂Ｒ１の表面が、絶縁層ＣＬ側に凹むように樹脂Ｒ１を成形する。さらに、図１４（ｂ）に示すように、光導波路ＷＧ１の上面を覆うように保護膜ＰＲＦが形成されている場合には、光導波路ＷＧ１の一端部の上面を覆う保護膜ＰＲＦが樹脂Ｒ１から露出するように樹脂Ｒ１が押圧される。ただし、後述するように、光導波路ＷＧ１の上面を覆う保護膜ＰＲＦが形成されていない場合には、光導波路ＷＧ１の一端部の上面が樹脂Ｒ１から露出するように樹脂Ｒ１が押圧される。その後、樹脂Ｒ１を第１押圧部材で押圧した状態で、紫外線を照射することにより、樹脂Ｒ１を硬化して、第３クラッド層を形成する。
【００９３】
続いて、図１５（ａ）および図１５（ｂ）に示すように、第３クラッド層として機能する樹脂Ｒ１上に紫外線硬化性樹脂から構成される樹脂ＣＲを供給する。ここで、樹脂ＣＲの屈折率は、脂Ｒ１の屈折率よりも大きい。
【００９４】
次に、樹脂ＣＲを第２押圧部材で押圧して、樹脂Ｒ１（第３クラッド層）の表面に沿って形成される樹脂ＣＲの厚みを調整する。このとき、図１５（ａ）に示すように、第２押圧部材の構造を工夫することにより、余分な樹脂ＣＲが樹脂だまりＲＡに分散するように構成して、樹脂ＣＲに空孔などの欠陥が発生することを防止する。
【００９５】
その後、図１６（ａ）および図１６（ｂ）に示すように、樹脂ＣＲを第２押圧部材で押圧した状態で、樹脂ＣＲの一部分に対して紫外線を照射する（図１６（ａ）および図１６（ｂ）のドットを付した部分）。これにより、紫外線が照射された樹脂ＣＲの一部分は、硬化する。そして、図１７（ａ）および図１７（ｂ）に示すように、紫外線が照射された一部分が硬化した樹脂ＣＲに対して現像処理を実施することにより、樹脂ＣＲをパターニングする。これにより、図１７（ａ）および図１７（ｂ）に示す光導波路ＷＧ２を形成することができる。
【００９６】
次に、図１８（ａ）および図１８（ｂ）に示すように、開口部ＯＰ１の内部に紫外線硬化性樹脂からなる樹脂Ｒ２を供給した後、樹脂Ｒ２を第３押圧部材で押圧して、樹脂Ｒ２の上面から光導波路ＷＧ２の端面ＥＰ２を露出させる。そして、樹脂Ｒ２を第３押圧部材で押圧した状態で、樹脂Ｒ２に対して紫外線を照射することにより、樹脂Ｒ２を硬化させて、第４クラッド層を形成する。
【００９７】
なお、図１８（ａ）および図１８（ｂ）において、樹脂Ｒ１の上面および樹脂Ｒ２の上面の表面粗さ（ラフネス）を低減するために、樹脂Ｒ１の上面および樹脂Ｒ２の上面に対して、わずかにウェットエッチング処理を施してもよい。
【００９８】
以上のようにして、ナノインプリント技術を使用することにより、湾曲した形状を有する光導波路ＷＧ２を含む入出力素子（半導体装置）を製造することができる。
【００９９】
なお、本実施の形態１における半導体装置（入出力素子）の製造工程では、樹脂Ｒ１、樹脂ＣＲおよび樹脂Ｒ２を紫外線硬化性樹脂から構成する例について説明したが、本実施の形態１における技術的思想は、これに限らず、例えば、樹脂Ｒ１、樹脂ＣＲおよび樹脂Ｒ２を熱硬化性樹脂から構成することもできる。例えば、紫外線硬化性樹脂や熱硬化性樹脂は、屈折率調整材と、ポリマー、モノマー、硬化開始材、および、補助材などを配合して構成されており、波長５００ｎｍの光に対して、屈折率を１．３５〜１．８程度まで調整することができる。したがって、これらの紫外線硬化樹脂や熱硬化性樹脂において、屈折率を小さく調整した樹脂をクラッド層となる樹脂Ｒ１や樹脂Ｒ２に使用することができるとともに、屈折率を大きく調整した樹脂をコア層となる樹脂ＣＲに使用することができる。さらには、上述した紫外線硬化性樹脂や熱硬化性樹脂は、コア層とクラッド層との屈折率差を調整するために、さらに大きな屈折率（２．０程度）にまで調整できる。
【０１００】
＜実施の形態１における製法上の特徴＞
続いて、本実施の形態１における製法上の特徴点について説明する。本実施の形態１における製法上の特徴点は、平面的な光導波路ＷＧ１と立体的な光導波路ＷＧ２とを含む入出力素子の製造方法に関して、光導波路ＷＧ１をパターニング技術で形成する一方、湾曲部分ＣＶを含む光導波路ＷＧ２をナノインプリント技術で形成する点にある。これにより、立体的に湾曲した湾曲部分ＣＶを含む光導波路ＷＧ２を安定的に製造することができるとともに、製造コストを削減できる。なぜなら、ナノインプリント法は、（１）高解像度、（２）優れた寸法制御性、（３）低コストという利点を有しているからである。特に、光導波路ＷＧ２の立体的な湾曲部分ＣＶは、ナノインプリント技術において、湾曲形状を形成した原版を基板に押し当てることにより容易に形成することができる。
【０１０１】
ここで、例えば、平面的なシリコン細線光導波路に特定の方向からイオン注入することによって、特定の方向にシリコン細線光導波路の末端部を湾曲させる技術がある。ただし、この技術では、湾曲形状がイオン注入量（ドーズ量）や注入エネルギーに依存するため、シリコン細線導波路に形成される湾曲部分の先端部分を外部の光ファイバの受光面（設計位置）に一致させるように、シリコン細線光導波路の湾曲部分を形成することは極めて困難である。すなわち、この技術では、所望の湾曲形状を得るために、イオン注入量（ドーズ量）や注入エネルギーを極めて精度良く調整する必要がある。つまり、この技術では、立体的なシリコン細線光導波路と光ファイバとの接続損失を低減するために、光ファイバと半導体装置との高い位置合わせ精度が要求されることになる。言い換えれば、イオン注入を使用して立体的な湾曲形状を有するシリコン細線光導波路を形成する技術によって、光ファイバと半導体装置（入出力素子）とを低損失で光学的に接続するためには、乗り越えなければならない非常に高い技術的困難性（ハードル）が存在するのである。
【０１０２】
これに対し、本実施の形態１における半導体装置（入出力素子）の製造方法では、平面的な光導波路ＷＧ１（シリコン導波路）自体を湾曲させるのではない。すなわち、本実施の形態１における半導体装置（入出力素子）の製造方法では、例えば、ナノインプリント技術の適用に適した紫外線硬化性樹脂を使用して、光導波路ＷＧ１と光学的に接続される光導波路ＷＧ２を形成するとともに、湾曲形状を有する原版を使用する。これにより、本実施の形態１における半導体装置（入出力素子）によれば、湾曲形状を有する光導波路ＷＧ２を安定的で、かつ、安価な製造コストで製造することができる。つまり、平面的な光導波路ＷＧ１と、立体的な湾曲形状を有する光導波路ＷＧ２とを含む本実施の形態１における入出力素子の構成は、立体的な湾曲形状を形成する際において、イオン注入技術よりも湾曲形状の曲率半径を調整する技術的困難性が小さなナノインプリント技術を採用することで容易に製造することができる点で優れている。
【０１０３】
＜変形例１＞
図１９は、本変形例１における入出力素子の模式的な構成を示す平面図である。図１９に示すように、光導波路ＷＧ２の端部は、樹脂Ｒ１および樹脂Ｒ２からなる第３クラッド層の上面から露出している。そして、図１９に示すように、光導波路ＷＧ２の露出している端部の形状は、円形形状であってもよい。すなわち、例えば、図４に示す実施の形態１における入出力素子では、光導波路ＷＧ２の露出している端部の形状が、矩形形状（四角形状）になっているが、これに限らず、図１９に示すような円形形状であってもよい。
【０１０４】
ここで、図１９に示すように、光導波路ＷＧ２の露出している端部の形状を円形形状とする場合には、入出力素子の外部に配置される円形形状の光ファイバとの接続容易性を向上することができるという利点を得ることができる。
【０１０５】
＜変形例２＞
図２０は、本変形例２における入出力素子の模式的な構成を示す断面図である。例えば、図５に示す実施の形態１における入出力素子では、光導波路ＷＧ１を覆うように保護膜ＰＲＦが形成されているが、これに限らず、図２０に示すように、光導波路ＷＧ１を覆う保護膜ＰＲＦを形成しなくてもよい。
【０１０６】
光導波路ＷＧ１を覆う保護膜ＰＲＦを形成する構成では、開口部ＯＰ１を形成する際に使用されるエッチングから、光導波路ＷＧ１を保護することができる。この結果、エッチングダメージに起因する光導波路ＷＧ１の表面粗さの増大を抑制することができる。この場合、光導波路ＷＧ１を伝搬する光の不要な光散乱を抑制することができるため、光導波路ＷＧ１の導波路特性を向上することができる。
【０１０７】
一方、光導波路ＷＧ１を覆う保護膜ＰＲＦを形成しない構成では、光導波路ＷＧ１と光導波路ＷＧ２とを直接接触させることができるため、光導波路ＷＧ１と光導波路ＷＧ２との間の結合損失を低減することができる。
【０１０８】
（実施の形態２）
図２１（ａ）は、本実施の形態２における入出力素子の模式的な構成を示す平面図であり、図２１（ｂ）は、図２１（ａ）のＡ−Ａ線で切断した断面図である。
【０１０９】
図２１（ａ）および図２１（ｂ）に示すように、本実施の形態２における特徴点は、光導波路ＷＧ２の延在方向と直交する断面において、第３クラッド層（樹脂Ｒ１と樹脂Ｒ２）の上面での湾曲部分ＣＶの断面サイズ（端面ＥＰ２の面積）は、光結合部ＯＣでの断面サイズよりも大きい点にある。具体的に、本実施の形態２における特徴点は、光導波路ＷＧ２の延在方向と直交する断面における湾曲部分ＣＶの断面サイズは、第３クラッド層（樹脂Ｒ１と樹脂Ｒ２）の上面に近づくにつれて大きくなる点にある。
【０１１０】
これにより、光導波路ＷＧ１と光導波路ＷＧ２（光結合部分ＯＣ）との間の光結合を確保しながら、光導波路ＷＧ２の端面ＥＰ２の面積（入出力素子の出力断面積（端面積））を、外部の光導波路のサイズ（光ファイバの断面積（端面積））に近づけることができる。この結果、本実施の形態２における入出力素子によれば、光導波路ＷＧ１と光導波路ＷＧ２との間の光損失を抑制しながら、光導波路ＷＧ２と外部の光ファイバとの間の接合損失も低減することができる。特に、本実施の形態２では、光導波路ＷＧ２の断面積を徐々に変化させることにより、光特性の劣化を招く急激な断面積の変化を抑制しながら、光導波路ＷＧ２の端面ＥＰ２の面積を入出力素子の外部に接続される光ファイバとの接続損失を低減するように調整することができる。そして、例えば、図２１（ｂ）に示すように、樹脂Ｒ１と樹脂Ｒ２とからなる第３クラッド層のｚ方向の厚さを、絶縁膜ＩＦ１と絶縁膜ＩＦ２と保護膜ＰＦとからなる第２クラッド層のｚ方向の厚さよりも厚くする。これにより、光導波路ＷＧ２の湾曲部分ＣＶの曲率半径を緩やかにしながら、光導波路ＷＧ２の端面ＥＰ２の面積を入出力素子の外部に接続される光ファイバとの接続損失を低減するように調整することができる。すなわち、本実施の形態２における特徴点を実現するにあたって、さらに、樹脂Ｒ１と樹脂Ｒ２とからなる第３クラッド層のｚ方向の厚さを調整する工夫を採用することによって、光損失が大きくなる湾曲部分ＣＶの曲率半径の狭小化を回避できる。
【０１１１】
なお、例えば、図２１（ｂ）において、光導波路ＷＧ２の延在方向と直交する断面において、光導波路ＷＧ２の光結合部ＯＣの端部ＥＰ３でのｙ方向の幅は、１μｍ以上３μｍ以下であり、かつ、光結合部ＯＣの端部ＥＰ３での断面積（端面積）は、１μｍ２以上１０μｍ２以下である。一方、第３クラッド層（樹脂Ｒ１と樹脂Ｒ２）の上面（端面ＥＰ２）での光導波路ＷＧ２のｙ方向の幅は、５μｍ以上９μｍ以下であり、かつ、湾曲部分ＣＶの端面ＥＰ２の断面積（端面積）は、２０μｍ２以上１００μｍ２以下である。
【０１１２】
このように構成されている本実施の形態２における入出力素子の製造工程では、例えば、図１５に示す前記実施の形態１における入出力素子の製造工程において、開口部ＯＰ１の底部に位置する樹脂ＣＲの厚みが、開口部ＯＰ１の上面に位置する樹脂ＣＲの厚みより小さくなるように、樹脂Ｒ２の厚みを調整するように変更する。そして、本実施の形態２における入出力素子の製造工程では、例えば、図１６〜図１７に対して、樹脂ＣＲの延在方向に垂直な断面における樹脂ＣＲの断面積が、樹脂ＣＲの一端部（図２１（ｂ）の端面ＥＰ３参照）から樹脂ＣＲの他端部（図２１（ｂ）の端面ＥＰ２参照）に向かうにつれて大きくなるように、樹脂ＣＲをパターニングするように変更する。このようにして、本実施の形態２における入出力素子（半導体装置）を製造することができる。
【０１１３】
（実施の形態３）
図２２は、本実施の形態３における入出力素子の模式的な構成を示す断面図である。
【０１１４】
図２２に示すように、本実施の形態３における入出力素子は、図５に示す構造を前提として、さらに、第２クラッド層（絶縁膜ＩＦ１と絶縁膜ＩＦ２と保護膜ＰＦとの積層膜）上、第３クラッド層（樹脂Ｒ１＋樹脂Ｒ２）上に形成された第４クラッド層（樹脂Ｒ３）を有する。そして、本実施の形態３における入出力素子は、光導波路ＷＧ２と光学的に接続され、かつ、第４クラッド層（樹脂Ｒ３）上に形成された光導波路ＷＧ３と、光導波路ＷＧ３を覆い、かつ、第２クラッド層上、第３クラッド層上、第４クラッド層上に形成された第５クラッド層（樹脂Ｒ４）とを有する。このとき、光導波路ＷＧ３は、第４クラッド層（樹脂Ｒ３）と第５クラッド層（樹脂Ｒ４）の側面に達するように形成されている。
【０１１５】
ここで、本実施の形態３における特徴点は、例えば、図２２に示すように、光導波路ＷＧ２と光学的に接続される光導波路ＷＧ３を設け、この光導波路ＷＧ３を覆う樹脂Ｒ３（第４クラッド層）と樹脂Ｒ４（第５クラッド層）の側面から、光導波路ＷＧ３を露出している点にある。すなわち、本実施の形態３における特徴点は、湾曲形状を有する光導波路ＷＧ２と湾曲形状を有する光導波路ＷＧ３とを設けることによって、光導波路ＷＧ１と異なる高さの層の側面から入出力素子の出力を取り出す点にある。これにより、例えば、図５に示すように、立体的に湾曲した光導波路ＷＧ２を採用することによって、光の垂直入出力が可能となるばかりでなく、図２２に示すように、立体的に湾曲した光導波路ＷＧ２と接続するように、さらなる湾曲形状を有する光導波路ＷＧ３を設けることによって、入出力素子からの光の入出力位置を樹脂Ｒ３および樹脂Ｒ４の側面に変更することができる。このように、本実施の形態３によれば、さらに、湾曲形状を有する光導波路ＷＧ３を設けることにより、入出力角度、入出力面の高さや位置、光導波路ＷＧ３の断面形状やサイズを変更する自由度を向上することができる。これにより、例えば、出力位置が一意的に固定されるグレーティングカプラを使用した入出力素子に比べて、より高密度に入出力素子を配置しても、外部に配置される光ファイバとの接続位置を適切な位置に変更することが容易となるため、光回路設計が容易になる利点を得ることができる。
【０１１６】
なお、上述した実施の形態３における半導体装置（物）としては、樹脂Ｒ１と樹脂Ｒ２とを合わせて第３クラッド層として取り扱っている。そして、樹脂Ｒ３を第４クラッド層として取り扱い、かつ、樹脂Ｒ４を第５クラッド層として取り扱っている。
【０１１７】
一方、後述する本実施の形態３における半導体装置の製法方法としては、樹脂Ｒ１と樹脂Ｒ２とを別の構成要素として、樹脂Ｒ１を第３クラッド層として取り扱い、かつ、樹脂Ｒ２を第４クラッド層として取り扱っている。そして、樹脂Ｒ３を第５クラッド層として取り扱い、かつ、樹脂Ｒ４を第６クラッド層として取り扱っている。
【０１１８】
このように構成されている本実施の形態３における入出力素子の製造方法では、ナノインプリント技術を使用して、樹脂Ｒ３（第５クラッド層）と光導波路ＷＧ３と樹脂Ｒ４（第６クラッド層）とを形成する。具体的に、本実施の形態３における入出力素子の製造方法では、第２クラッド層（絶縁膜ＩＦ１と絶縁膜ＩＦ２と保護膜ＰＦとからなる積層膜）上、第３クラッド層（樹脂Ｒ１）上および第４クラッド層（樹脂Ｒ２）上に第４硬化性樹脂（樹脂Ｒ３）を供給する。そして、本実施の形態３における入出力素子の製造方法では、樹脂Ｒ３を第４押圧部材で押圧して、光導波路ＷＧ２が露出するように樹脂Ｒ３を成形した後、樹脂Ｒ３を第４押圧部材で押圧した状態で、熱または光により樹脂Ｒ３を硬化させて、第５クラッド層（樹脂Ｒ３）を形成する。その後、本実施の形態３における入出力素子の製造方法では、第５クラッド層上に第５硬化性樹脂を供給する。続いて、本実施の形態３における入出力素子の製造方法では、第５硬化性樹脂を第５押圧部材で押圧して、前記第５クラッド層の表面に沿って形成される前記第５硬化性樹脂の厚みを調整した後、第５硬化性樹脂を第５押圧部材で押圧した状態で、熱または光により第５硬化性樹脂を硬化する。そして、本実施の形態３における入出力素子の製造方法では、硬化した第５硬化性樹脂をパターニングすることにより、光導波路ＷＧ３を形成する。その後、本実施の形態３における入力素子の製造方法では、光導波路ＷＧ３を覆うように樹脂Ｒ４を供給した後、樹脂Ｒ４を成形する。そして、本実施の形態３における入出力素子の製造方法では、熱または光により樹脂Ｒ４を硬化させて、第６クラッド層（樹脂Ｒ４）を形成する。以上のようにして、本実施の形態３における入出力素子を製造することができる。
【０１１９】
（実施の形態４）
図２３は、本実施の形態４における入出力素子の模式的な構成を示す断面図である。図２３において、本実施の形態４における特徴点は、光導波路ＷＧ２と光学的に接続され、かつ、第３クラッド層（樹脂Ｒ１と樹脂Ｒ２）の上面上に形成されたレンズ部ＬＵを有する点にある。これにより、本実施の形態４によれば、光導波路ＷＧ２の出力部（端面ＥＰ２）に設けられたレンズ部ＬＵによって、光導波路ＷＧ２と外部の光ファイバとの接続損失を低減できる。この結果、本実施の形態４における入力素子の性能を向上できる。
【０１２０】
特に、本実施の形態４における特徴点によれば、レンズ部ＬＵによって集光効率を向上することができるため、光ファイバなどとの結合効率を向上させることができる。また、光導波路ＷＧ２からの出射面が平面である場合、当該出射面で光の反射が生じるが、レンズ部ＬＵでは、光の反射を低減させることができる。さらに、出射光が集光されることによって、光ファイバとの位置合わせマージンが大きくなる。また、光回路を高密度に配置した場合であっても、光学的なウェハテストを実施することが容易となる利点を得ることもできる。
【０１２１】
なお、レンズ部ＬＵは、樹脂Ｒ１や樹脂Ｒ２と同じ材料を使用することもできるし、光導波路ＷＧ２を構成している樹脂と同じ材料を使用することもできる。特に、レンズＬＵの製造容易性の観点からは、樹脂Ｒ１や樹脂Ｒ２と同じ材料を使用することが望ましい。一方、光損失を低減する観点からは、光導波路ＷＧ２を構成している樹脂と同じ材料を使用することが望ましい。
【０１２２】
このように構成されている本実施の形態４における入出力素子の製造方法では、例えば、図２３に示す様に、開口部ＯＰ１の内部と光導波路ＷＧ２の他端部（端面ＥＰ２）と樹脂Ｒ１（第３クラッド層）上とにわたって第６硬化性樹脂を供給する。そして、本実施の形態４における入出力素子の製造方法では、第６硬化性樹脂を第６押圧部材で押圧して、光導波路ＷＧ２の他端部上に位置する第６硬化性樹脂をレンズ形状に成形した後、第６硬化性樹脂を第６押圧部材で押圧した状態で、熱または光により第６硬化性樹脂を硬化する。これにより、本実施の形態４によれば、第６硬化性樹脂からなる樹脂Ｒ２とレンズ部ＬＵとを一体的に形成することができる。
【０１２３】
以上、本発明者によってなされた発明をその実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。
【符号の説明】
【０１２４】
ＣＬ  絶縁層
ＣＶ  湾曲部分
ＩＦ１  絶縁膜
ＩＦ２  絶縁膜
ＯＣ  光結合部分
ＯＰ１  開口部
ＰＦ  保護膜
Ｒ１  樹脂
Ｒ２  樹脂
Ｒ３  樹脂
Ｒ４  樹脂
ＷＧ１  光導波路
ＷＧ２  光導波路
【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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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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