(57)【要約】      （修正有）【課題】洗浄液中で長期間使用でき、かつ低濃度の油の濃度を測定可能な光センサおよび分析装置を提供する。【解決手段】光センサおよび分析装置を、光ファイバのクラッド層１１０を所定の光路長Ｌだけコア層１１２が露出するように削除して、露出したコア層の表面に、有機溶剤もしくは塩基もしくは酸に対する耐性がクラッド層より高い材質の保護材１１４を付加した光センサ部と、光センサの光ファイバの片端から光を入射する光源装置と、光センサの光ファイバのもう一方の他端から出射する透過光を受光する受光装置と、光源装置と受光装置とを制御して、光源装置から発した光強度と受光装置で受光した光強度の比より光センサにおける光透過率を計測する制御装置とを有して構成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ファイバのクラッド層を所定の光路長だけコア層が露出するように削除して、露出したコア層の表面に、有機溶剤もしくは塩基もしくは酸に対する耐性がクラッド層より高い材質の保護材を付加した光センサ部と、
前記光センサの光ファイバの片端から光を入射する光源装置と、
前記光センサの光ファイバのもう一方の他端から出射する透過光を受光する受光装置と、
前記光源装置と、前記受光装置とを制御して、前記光源装置から発した光強度と前記受光装置で受光した光強度の比より前記光センサにおける光透過率を計測する制御装置と、を有することを特徴とする分析装置。
【請求項２】
前記光ファイバのクラッド層を削除してコア層を露出させる所定の光路長が、5cmから10cmの間であることを特徴とする請求項１に記載の分析装置。
【請求項３】
露出したコア層の表面に付加する有機溶剤もしくは塩基もしくは酸に対する耐性がクラッド層より高い材質の保護材が、SiNもしくはPMMA(Polymethyl methacrylate)であることを特徴とする請求項１に記載の分析装置。
【請求項４】
基板上に形性した絶縁層およびコア層をエッチングによりパターニングして、渦巻き状のコア層を構成した光導波路と、
前記光導波路の片端から光を入射する発光素子と、
前記光導波路のもう一方の他端から出射する透過光を受光する受光素子とを有し、
前記コア層に対して前記基板と反対側のクラッド層を除去もしくは薄くして、
前記発光素子から発した光強度と前記受光素子で受光した光強度の比より前記光導波路における光透過率を計測することを特徴とする光センサおよび分析装置。
【請求項５】
前記コア層に対して前記基板と反対側のクラッド層を除去もしくは薄くしている領域において、光導波路のコア層が有機溶剤もしくは塩基もしくは酸に対する耐性がクラッド層より高い材質であることを特徴とする請求項４に記載の光センサおよび分析装置。
【請求項６】
前記光導波路のコア層の幅が曲線部より直線部が狭いことを特徴とする請求項４に記載の光センサおよび分析装置。
【請求項７】
前記光導波路の直線部の少なくとも一部がスロット導波路型であることを特徴とする請求項４に記載の光センサおよび分析装置。
【請求項８】
前記発光素子として光導波路に半導体レーザが集積されており、
前記半導体レーザは光導波路基板上に貼り付けられた化合物半導体より形成され、前記半導体レーザはリッジ型であり、前記半導体レーザを構成する化合物半導体層の実効的屈折率を光の伝搬方向に徐々に減少させることにより伝搬光の分布を半導体レーザから光導波路に移動させることを特徴とする請求項４に記載の光センサおよび分析装置。
【請求項９】
前記半導体レーザを構成する化合物半導体層の少なくとも一層が、半導体層の積層方向に垂直な面内で、光の伝搬方向に向かって複数の頂点を持つテーパ形状を有することを特徴とする請求項４に記載の光センサおよび分析装置。
【請求項１０】
半導体層の積層方向に垂直な面内で、光の伝搬方向に向かって複数の頂点を持つテーパ形状を有する前記半導体レーザを構成する化合物半導体層の少なくとも一層が、前記半導体レーザの光導波路基板側クラッド層であることを特徴とする請求項４に記載の光センサおよび分析装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光センサおよびそれを用いた分析装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
切削加工などを施した機械加工部品を、次工程の溶接工程で溶接を行う場合に、当該部品に前工程で切削油が付着していると、付着した油によって溶接品質に障害が発生することが起こる。そのため、機械加工部品の洗浄工程を設けて、油を落とすことが一般に行われている。
【０００３】
しかし、洗浄液を長く使用すると油で汚れてくるため、油の汚れをモニタリングして、汚れたら蒸留して綺麗にする必要がある。蒸留を頻繁にすれば問題なくなるが運用効率が低下する。そのため、洗浄液中の油の量を継続してモニタリングして、所定量に達したら洗浄液を蒸留できるようにするため、機械部品洗浄液中の油濃度を装置からサンプルを抜き取る事無く測定可能な光センサや分析装置が求められている。
【０００４】
洗浄液中の油の量を測る方法として、例えば切削油が鉱物系か、非鉱物系かのいずれの場合でも対応可能で、および洗浄液中に添加剤が有る場合と無い場合に係わらず測定が可能である光吸収法を採用すれば、広範囲の洗浄方式の洗浄液中の油の量の測定に対応ができる。
【０００５】
光吸収法は、試料溶液に光をあて、その光が試料を通過する際の、対象となる物質による光の吸収の程度、すなわち吸光度を測定することにより、その物質の濃度を定量的に分析する方法である。
【０００６】
光吸収法を実施したセンサの従来技術であるバルク光型は、図２(Ａ)に示すように、レンズ、プリズム１２４などを使用して、光を洗浄液１２３を透過させると、ある特定の波長の光が油に吸収されるので、油の量に応じて透過光強度が変わるから、それを分光器で測定する方式である。バルク光型は、測定器が大掛かりとなり、リファレンスパス（油が在るときと無いときとで光強度を比べる必要がある。）で２つのパスを作るとなると、光学系が複雑となり、振動に弱くなる。また、レンズやプリズムの表面の薬液耐性を維持するコーティングなどが必要となる。ただし、油が無ければ100％分光器へ光が届く原理から光が失われる所が少ないので、感度は良い長所がある。
【０００７】
光吸収法を実施しているバルク光型とは異なる方式の液体センサ装置が特許文献１に開示されている。特許文献１の液体センサ装置は、貯蔵液体、輸送液体などの液体漏れを検出するために、被検査体の周囲に光ファイバなどの光導波管を配置しておく。光ファイバのコアの外周部を被覆するクラッドの材質は、コアの材質と比較してその屈折率が小さいものが用いられ、液体が付着すると、その液体を吸収する性質、または液体により破壊される性質を有する特殊な材質で形成されている（クラッドの具体的な材質については言及していない）。
【０００８】
漏洩液体がクラッドに接触すると、クラッドは、その漏洩液体を吸収するか、その漏洩液体に破壊されて、漏洩液体がコアの外周面に到達する。光ファイバへの入射光は、漏洩液体の箇所から漏洩し、被検査液体（漏洩液体）の吸収し易い波長の光がより多く吸収される。光ファイバの出力端に接続された受光装置により、漏洩液体によって吸収されたスペクトラムパターンを解析して、液体漏洩の有無、漏洩液体の種別が判定されると記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２０００−０９７８５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
特許文献１の液体センサ装置は、被検査体の液体漏れを検出することが目的であり、液体漏れが発生していない通常状態では、光ファイバのコアは液体には触れていない状態であり、ひとたび液体漏れが発生した際に、光ファイバのコアが液体に触れて光の漏洩、吸収が発生して、それを検出して警報を発することが目的である。すなわち、光ファイバのセンシング領域を被検査液体中に浸漬させて、継続して検査を行う用途ではない。
【００１１】
本発明が対象とする液体センサ装置の用途は、機械部品洗浄液中の油濃度を長期間に渡り常時測定すること(リアルタイムモニタリング)である。特に、機械部品の洗浄液は有機溶剤もしくは酸性もしくは塩基性の溶液であるため、コアを腐食する性質がある。このため、光ファイバのセンシング領域のコアが長期間に渡り洗浄液にさらされる事により腐食されてしまい、センサ特性が劣化することが考えられる。更に、機械部品の洗浄においては洗浄液中の低濃度の油を検知する必要があるが、特許文献１の液体センサ装置ではセンシング領域が短く困難であった。
【００１２】
そこで本発明の目的は、洗浄液中で長期間使用でき、かつ低濃度の油の濃度を測定可能なセンサおよび分析装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の分析装置の好ましい例では、光ファイバのクラッド層を所定の光路長だけコア層が露出するように削除して、露出したコア層の表面に、有機溶剤もしくは塩基もしくは酸に対する耐性がクラッド層より高い材質の保護材を付加した光センサ部と、前記光センサの光ファイバの片端から光を入射する光源装置と、前記光センサの光ファイバのもう一方の他端から出射する透過光を受光する受光装置と、前記光源装置と、前記受光装置とを制御して、前記光源装置から発した光強度と前記受光装置で受光した光強度の比より前記光センサにおける光透過率を計測する制御装置とを有して構成する。
【００１４】
また、本発明の光センサおよび分析装置の好ましい例では、基板上に形性した絶縁層およびコア層をエッチングによりパターニングして、渦巻き状のコア層を構成した光導波路と、前記光導波路の片端から光を入射する発光素子と、前記光導波路のもう一方の他端から出射する透過光を受光する受光素子とを有し、前記コア層に対して前記基板と反対側のクラッド層を除去もしくは薄くして、前記発光素子から発した光強度と前記受光素子で受光した光強度の比より前記光導波路における光透過率を計測するように構成する。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、洗浄液中で長期間使用でき、かつ低濃度の油の濃度を測定可能な光センサおよび分析装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第１の実施例の光センサの断面図である。
【図２】光吸収法を採用した、(Ａ)バルク光型の測定原理、および(Ｂ)エバネッセント光型の測定原理を説明する図である。
【図３】本発明の第１の実施例において、Γの計算法を説明するための図である。
【図４】本発明の第１の実施例において、洗浄液中の低濃度の油を検出するために必要な光路長Ｌを計算した結果を示す図である。
【図５】本発明の第１の実施例において、光センサの製造方法の各ステップを説明する図である。
【図６】本発明の第１の実施例の光センサを用いた分析装置の構成例を示す図である。
【図７】本発明の第１の実施例の分析装置を用いて洗浄槽内の洗浄液の油濃度を測定する方法の一例を示す図である。
【図８】本発明の第２の実施例のSi基板などに形成した光導波路を用いた光センサの構成例を示す図である。
【図９】本発明の第２の実施例の光導波路のコア層の幅を、曲線部では幅を広く、直線部では幅を狭くする例を説明する図である。
【図１０】本発明の第２の実施例の光導波路の直線部をスロット導波路とした場合の例を説明する図である。
【図１１】(Ａ)は第２の実施例の光導波路で構成された光センサに光源および受光器を実装した場合の一例を示す図であり、(Ｂ)は(Ａ)の切断線Ａ−Ａ’における断面図である。
【図１２】図１１の実施例においてレンズを用いない実装例を示す図である。
【図１３】図１１に示す光導波路で構成された光センサに光源および受光器を実装する場合の製造方法を示す図である。
【図１４】本発明の第３の実施例の光導波路に半導体レーザを集積した構成例を示す図である。
【図１５】接着材を用いずにSOI基板上に光導波路に半導体レーザを集積した構成例を示す図である。
【図１６】図１４、図１５に示す半導体レーザと光導波路とのモード変換領域において、半導体の積層方向に垂直な面内の下側クラッド層となるInP層の形状を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明の実施例を図面を用いて以下に説明する。
【実施例１】
【００１８】
図１に本発明の第１の実施例を示す。図１は本発明が提供する分析装置に用いる光センサ部分を図示した断面図である。本実施例では光ファイバの一部において、クラッド層１１０を除去して、コア層１１２を露出させる。その後、コア層１１２の上に保護材１１４を付加する。ここで保護材１１４は有機溶剤もしくは塩基もしくは酸に対する耐性がクラッド層より高い材質であり、例えばSiNやPMMA (Polymethyl methacrylate)などである。これにより、本光センサは有機溶剤もしくは塩基性もしくは酸性の洗浄液の油濃度の長期に渡るリアルタイムモニタリングに用いる事が可能になる。
【００１９】
本構成の光センサで洗浄液中の油濃度を測定するためには、クラッド層を除去した部分を洗浄機の洗浄液内に入れて、光ファイバの片端から光を入射すれば良い。
【００２０】
図２(Ｂ)において、測定原理を説明する。光ファイバの断面を示しており、層構造として、コア層１１２がクラッド層１１０に挟まれている。入射された光が伝搬していくときに、コア１１２から漏れ出している部分がある。伝搬していく光の強度分布を１２１と表すときにコア１１２から漏れ出す光をエバネッセント光１２２と呼ぶ。エバネッセント光１２２は、高屈折率媒質から低屈折率媒質側へ全反射条件下で界面を介して光がしみ出している現象である。
【００２１】
図２(Ｂ)に示すように光ファイバのクラッド層１１０を一部除去した部分を洗浄液１２３に浸漬させている場合には、伝搬していく光のエバネッセント光１２２が洗浄液１２３中の油に接触し、油の種類に応じた特定の波長の光が洗浄液中の油に吸収される。光ファイバの出力端に接続された受光装置において、光ファイバの透過光の光強度を測定することによって、光吸収法により洗浄液中の油濃度を算出する。
【００２２】
ここで、本構成の光センサの光ファイバの他端から出射する前記特定の波長の光強度の透過率Ｔは以下の式(数１)で表される。
【００２３】
【数１】
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【００２４】
ここでＣは洗浄液中の油濃度(mol/l)、αは油の吸光係数(l/mol/cm)、Ｌは光吸収が発生する光路長(cm)である(図１参照)。Γは光吸収が発生する光路における光ファイバを伝搬する光の全強度に対する洗浄液中に分布する光強度の割合である。
【００２５】
図３を用いてΓの計算法を説明する。光ファイバを伝搬する光強度の分布１２１は、クラッド層を除去した洗浄液中の油への光吸収が発生する領域１３２および光吸収が発生しない領域１３４内に分布する。光吸収が発生する領域１３２内の光強度の総和をP1とし、光吸収が発生しない領域１３４内の光強度の総和をP2とすると、Γは以下の式(数２)で表される。すなわち、Γは光ファイバを伝搬する光が洗浄液中に漏れ出す割合である。  
（数２）    Γ=P1/(P1＋P2)
【００２６】
本実施例の光センサの構成では、Ｌはクラッド層を除去した長さであり、Γは光ファイバの構造で決まる。また、αは油の種類によって決まる。この様に本構成では、Ｌ、Γおよびαが既知であることから、油により吸収される前記特定の波長の光の透過率Ｔを測定することによって油の濃度Ｃを知ることができるのである。ここで、透過率Ｔは油が無い時、すなわち油の濃度Ｃが0の時1.0であり、濃度Ｃが増えるほど減少する。この減少の度合いは光路長ＬおよびΓが大きいほど大きくなる。従って、光路長ＬおよびΓが大きいほどセンサの精度が高くなり、より低濃度の油を検知可能になる。
【００２７】
図４は洗浄液中の低濃度の油を検出するために必要な前記光路長Ｌを計算した結果である。計算ではΓを0.15とし、透過率Ｔが0.5となる光路長Ｌを求めた。図２より、吸光係数が数百(l/mol/cm)程度の赤外領域の光を吸収する油の検知も、光路長Ｌを5乃至10cm程度にすることにより可能である事が分かる。
この様に、本実施例の光センサを用いた分析装置を使用すれば、有機溶剤もしくは塩基性もしくは酸性の洗浄液中の低濃度の油の濃度を長期に渡り測定することが可能になる。
【００２８】
図５に本実施例の光センサの製造方法を示す。まず、図５(Ａ)に示すように、Si基板１１６をエッチングしてＶ溝を作製し、そのＶ溝にクラッド層１１０およびコア層１１２より形成される光ファイバを置く。ここで、Ｖ溝の形状は、中に置かれた光ファイバの径方向の半分程度がＶ溝の中に入る様な幅および深さとする。そのために、Ｖ溝はSiの面方位によってエッチング速度が異なるエッチングを用いて作製する。このエッチングにより、Ｖ溝の幅および深さを所望の値にすることが可能になる。また、Ｖ溝上に置く光ファイバの長さは製造する光センサの光路長Ｌに等しくする。
【００２９】
次に、図５(Ｂ)に示すように、Ｖ溝上の光ファイバのクラッド層１１０をレジスト１１８を用いたエッチングにより一部除去する。
【００３０】
次に、図５(Ｃ)に示すように、光ファイバのクラッド層１１０を一部除去された部分にSiNもしくはPMMA (Polymethyl methacrylate)等による保護層１１４を形成する。
次に、図５(Ｄ)に示すように、保護層１１４がコア層１１２の近傍にのみ残る様にレジスト１２０を形成する。
次に、図５(Ｅ)に示すように、レジスト１２０を用いた保護層１１４のエッチングを行い、最後に図５(Ｆ)に示すように、レジスト１２０を除去すれば本実施例の光センサが完成する。
【００３１】
図６に本実施例の光センサを用いた分析装置の構成例を示す。本実施例の分析装置は、本実施例の光センサ１４１、光源装置１４２、受光装置１４３および制御装置１４４から構成される。光センサ１４１は例えば光ファイバ１４６を介して光源装置１４２および受光装置１４３と接続されている。光センサ１４１には光源装置１４２からの光が入射され、光センサ１４１から受光装置１４３に光が出射される。光源装置１４２および受光装置１４３は、制御装置１４４により動作を制御される。光源装置１４２および受光装置１４３と、制御装置１４４とは例えば電気配線１４７を通じて接続されている。
【００３２】
図７に本実施例の分析装置を用いて洗浄槽１５０内の洗浄液の油濃度を測定する方法の一例を示す。洗浄槽１５０内の洗浄液の油濃度を測定するには、光センサ１４１を洗浄液で満たされている洗浄槽１５０に挿入すれば良い。
【実施例２】
【００３３】
図８に光センサの実施例２を示す。本実施例はSi基板、SOI(Silicon on Insulator)基板、またはガラス基板などに形成した光導波路を用いた構成である。本実施例では基板上に、Si、SiN、ガラスなどによるコア層を作製して光導波路を形成する。そしてコア層に対して基板と反対側のクラッド層を除去もしくは薄くして、基板と反対側のコア層から漏れ出した光を洗浄液中の油に吸収させて油濃度を測定する。ここでクラッド層を除去もしくは薄くした領域での光導波路のコア層の長さが前記数１での光路長Ｌとなる。
【００３４】
本構成では、コア層の材質をSiやSiNとすれば有機溶剤や酸もしくは塩基に対する耐性が得られるので必ずしも保護材を設けなくても良い。勿論、有機溶剤や酸もしくは塩基に対する保護材を設けても良い。
【００３５】
図８は、前記光導波路の上面図である。ここでは、コア層２１０が形成された領域全面に渡り基板と反対側のクラッド層を除去もしくは薄くしてある。すなわち、図８に示す光導波路のコア層の全長さが前記数１の光路長Ｌとなる。本実施例では光路長Ｌを増やして透過率Ｔを下げてセンサの感度を上げるために、コア層２１０を渦巻き状の構成にしてある。また本発明では光導波路のコア層の幅を狭めて上記Γを増大して透過率Ｔを下げてセンサの感度向上を図る。一般に光導波路ではコア層の幅を狭めるとΓが増大するが、曲がりに弱くなる。すなわち、コア層の幅の狭い導波路が曲がる場合、光の損失が大きくなってしまう。
【００３６】
そこで本実施例では図９に示した構成を採用する。図９は図８の破線で囲んだ部分２１１の拡大図である。図９に示す様に、本実施例ではコア層の曲線部２１２では幅を広く、コア層の直線部２１６では幅を狭くする。また、両者の間はテーパ形状のコア層２１４でつなぐ。これにより、曲線部では光の損失を防ぎ、直線部では大きなΓが得られる。このことから、本構成によれば伝搬特性を損なわずに高感度で低濃度の油を検知可能な光センサを実現できる。
【００３７】
図１０は、本実施例において直線部をスロット導波路とした場合を示す。スロット導波路は幅の狭い２本のコア層が光の伝搬方向に並列配置している構成であり、大きなΓが得られる。しかし、スロット導波路も曲がりに弱い。そこで、本実施例では図１０に示す様に、コア層の曲線部２１２では幅を広く、コア層の直線部ではスロット導波路２２０により形成される。また、両者の間はテーパ形状のコア層２１４および２１８でつなぐ。これにより、曲線部では光の損失を防ぎ、直線部では大きなΓが得られる。このことから、本構成によれば伝搬特性を損なわずに高感度で低濃度の油を検知可能な光センサを実現できる。
【００３８】
図１１(Ａ)に本実施例の光導波路で構成された光センサに光源および受光器を実装した場合の一例を示す。図１１(Ａ)は、光が伝搬する方向を紙面の左右方向とした場合の断面図である。本実施例では、Si基板３１０上に形成されたSiO2層３１２上にSOIコア層３２６を形成して光導波路を構成している。また、SOIコア層３２６の形状は直線とした。本光センサではSi基板３１０上の一部にSiO2層３１２およびSOIコア層３２６が形成されている。本センサに光源および受光器を実装するには、SiO2層３１２もSOIコア層３２６も形成されていないSi基板３１０上に光源および受光器を設置すれば良い。図１１(Ａ)では、シリコンバンプ４００を介して光源４０２および受光器４０６がSi基板３１０上に設置されている。また、光源４０２と光導波路との間および光導波路と受光器４０６との間にはシリコンバンプ４００を介して、それぞれレンズ４０４を設置しても良い。本構成にすれば、光導波路で構成された光センサに光源４０２および受光器４０６を実装でき、光源４０２からの光を光導波路に入射し、光導波路からの光を受光器４０６に入射できる。
【００３９】
図１１(Ｂ)は図１１(Ａ)の切断線Ａ−Ａ’における断面図である。SOIコア層３２６の水平方向の幅を有限にすることによって光導波路が構成されている。光導波路で構成された光センサに光源４０２および受光器４０６を実装する場合には、必ずしもレンズ４０４を用いる必要は無い。図１２にレンズ４０４を用いない実装例を示す。
【００４０】
図１３に、図１１に示した光導波路で構成された光センサに光源４０２および受光器４０６を実装する場合の製造方法を示す。
まず、Si基板３１０上にSiO2層３１２およびSOIコア層３２６を形成する（図１３(Ａ)）。
次に、SiO2層３１２およびSOIコア層３２６をエッチングによりパターニングして、図１１(Ａ)および図１１(Ｂ)に示した様な光導波路を形成する（図１３(Ｂ)）。
次にSi基板３１０上にシリコンバンプ４００を形成する（図１３(Ｃ)）。
最後に、シリコンバンプ４００上に、光源４０２、受光器４０６およびレンズ４０４を設置する事により、光導波路で構成された光センサに光源４０２および受光器４０６を実装する事ができる。
【実施例３】
【００４１】
図１４に光導波路の実施例３を示す。本実施例では光導波路に光源を集積した例を示す。
図１４は、SOI基板上に形成したSi(SOI)をコアとする光導波路に化合物半導体で形成した半導体レーザを集積した構成を示す。図１４の中央に(Ｇ)上面図を示し、上面図中に一点鎖線の各切断線で示した位置での垂直断面図を図中の上下に示している。なお、(Ｇ)上面図において、上側InPクラッド層３２２上に形成した電極３２４は図示を省略してある。
【００４２】
本構成では、(Ｇ)上面図の左側から利得領域、モード変換領域、Siコア層の光導波路領域となる。利得領域では光源となる半導体レーザが形成され、前記半導体レーザからの光がモード変換領域を経て光導波路領域に入射される。図１４の(Ｇ)上面図において左側の切断線A−A’を含む領域が半導体レーザの利得領域である。利得領域では素子の両側において下側InPクラッド層３１８上に電極３２４が形成されている。
【００４３】
利得領域の構造を(Ａ)A−A’断面図を用いて説明する。利得領域では、Si基板３１０、BOX(Buried Oxide)層とも呼ばれるSiO2層３１２、およびSOI層とも呼ばれるSi層３１４で形成されたSOI基板上に化合物半導体で形成される半導体レーザがSOG(Spin−on Glass)やBCB(Benzocyclobutene)などによる接着層３１６を介して接合されている。半導体レーザは下側クラッド層となるInP層３１８、活性層となるMQW/SCH層３２０、および上側クラッド層となるInP層３２２からなる。下側クラッド層となるInP層３１８、および上側クラッド層となるInP層３２２には電極３２４が形成されている。利得領域では伝搬光の大半はMQW/SCH層３２０に局在している。本利得領域を用いて半導体レーザを形成するには、例えば、下側クラッド層中にグレーティングを形成したり、集積させる光導波路領域内に反射ミラーを形成したりすれば良い。
【００４４】
次にモード変換領域の構成を説明する。モード変換領域では、電極３２４は形成されない。また、InP層３２２の幅をテーパ状に狭めて、利得領域でMQW/SCH層３２０に局在していた伝搬光をInP層３１８内に漏れ出させる。この時の層構造および光分布を(Ｂ)B−B’断面図に示す。モード変換領域では更にMQW/SCH層３２０の幅をテーパ状に狭めて、伝搬光の大半がInP層３１８内に局在する様にする。この時の層構造および光分布を(Ｃ)C−C’断面図に示す。
【００４５】
次に、光導波路領域でのコア層となるSOIコア層３２６をコア幅がテーパ状に拡大する様に形成する。これにより、InP層３１８内に局在していた伝搬光が屈折率の高いSOIコア層３２６内に分布する様になる。この時の層構造および光分布を(Ｄ)D−D’断面図に示す。更に、InP層３１８の幅を多峰のテーパ状に狭めて行く。これにより、伝搬光のSOIコア層３２６内への分布が増大して行く。ここで、InP層３１８のテーパを単峰にした場合には、SOIコア層３２６との軸がずれた場合に効率良く伝搬光を、SOIコア層３２６に入射させにくいが、多峰の場合には軸ずれがあっても損失無く伝搬光を、SOIコア層３２６に入射可能となる。この時の層構造および光分布を(Ｅ)E−E’断面図に示す。
【００４６】
最後にInP層３１８を全て無くせば、伝搬光の分布形状を光導波路の固有モード形状と一致させる事ができる。この時の層構造および光分布を(Ｆ)F−F’断面図に示す。この様に、本構成によれば光導波路に光源を集積することができる。
【００４７】
また、本構成は、接着材を用いずにSOI基板上に化合物半導体で形成される半導体レーザを直接形成しても良い。図１５にその場合の構成を示す。
【００４８】
図１６に上記InP層３１８の上面図を示す。すなわち、図１６は半導体の積層方向に垂直な面内の上記InP層３１８の形状を示している。InP層３１８はエッチングでパターニングされる。ここでは、InP層３１８をエッチングした領域は空気３４０となる例を示したが、他の材料としても良い。InP層３１８の形状は図１６(Ａ)の様に多峰のテーパとしても良いし、図１６(Ｂ)の様に等価的な屈折率分布が多峰となる様にしても良い。
【００４９】
また、本発明の光導波路に集積した光源はセンサ用だけでなく、光通信用光源、LSI間の光インターコネクト用光源、その他の光集積回路用光源およびシリコンフォニクス全般の光源等としても用いる事ができる。
【符号の説明】
【００５０】
１１０  クラッド層
１１２  コア層
１１４  保護材
１１６  Si基板
１１８、１２０  レジスト
１２１  伝搬していく光の強度分布
１２２  エバネッセント光
１２３  洗浄液
１２４  レンズ、プリズム
１３２  洗浄液中の油への光吸収が発生する領域
１３４  光吸収が発生しない領域
１４１  光センサ
１４２  光源装置
１４３  受光装置
１４４  制御装置
１４６  光ファイバ
１４７  電気配線
１５０  洗浄槽
２１０  コア層
２１１  光導波路のコア層の破線で囲んだ部分
２１２  コア層の曲線部
２１４、２１８  テーパ形状のコア層
２１６  コア層の直線部
２２０  スロット導波路
３１０  Si基板
３１２  SiO2層
３１４  Si層
３１６  接着層
３１８、３２２  InP層
３２０  MQW/SCH層
３２４  電極
３２６  SOIコア層
３４０  空気
４００  シリコンバンプ
４０２  光源
４０４  レンズ
４０６  受光器
【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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