(57)【要約】      （修正有）【課題】光導波路結合器及びその製造方法に関し、簡便な構造で水平方向に扁平なレーザ光源との結合損失を下げることが可能なスポットサイズ変換器・光導波路結合器を提供する。【解決手段】少なくとも光入出力端面側では第１クラッド層２／第１導波層３／第２クラッド層４の積層構造を有する光導波路の第１導波層２に、積層構造の積層方向において、第１導波層２の中央で最も屈折率が高くなる屈折率分布をもたせ、且つ、光入出力端面に直交し且つ基板１の主表面に直交する断面の形状が最も屈折率の高い中央部が突出した凸型形状の突出部５を設ける。【選択図】図１
2015191112.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板上に設けられ、少なくとも光入出力端面側では第１クラッド層／第１導波層／第２クラッド層の積層構造を有する光導波路と
を有し、
前記第１導波層は、前記積層構造の積層方向において、前記第１導波層の中央で最も屈折率が高くなる屈折率分布を有するとともに、
前記第１導波層は、前記光入出力端面において、前記光入出力端面に直交し且つ前記基板の主表面に直交する断面の形状が最も屈折率の高い中央部が突出した凸型形状の突出部を有することを特徴とする光導波路結合器。
【請求項２】
前記凸型形状の突出部は、前記基板に平行な断面の形状においても、凸型形状になっていることを特徴とする請求項１に記載の光導波路結合器。
【請求項３】
前記光入出力端面から離れた位置において、前記第１クラッド層と前記第１導波層との間に前記第1導波層よりも屈折率の高い第２導波層を有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光導波路結合器。
【請求項４】
基板上に第１クラッド層を介して第２導波層を形成する工程と、
前記第２導波層及び前記第２導波層から露出している前記第１クラッド層を覆うように積層方向の中央が最も屈折率が高い屈折率分布を有する第１導波層を形成する工程と、
前記第１導波層上に第２クラッド層を形成する工程と、
少なくとも前記第２クラッド層乃至第１クラッド層をエッチングして前記第２クラッド層乃至第１クラッド層が露出する端面を形成する工程と、
前記第１導波層より前記第１クラッド層及び第２クラッド層のエッチング速度が速い条件でエッチングを行って前記第１導波層を凸型形状の突出部を形成するように前記第１クラッド層及び第２クラッド層から突出させる工程と
を有することを特徴とする光導波路結合器の製造方法。
【請求項５】
前記第２クラッド層乃至第１クラッド層が露出する端面を形成する工程が、前記第２クラッド層乃至第１クラッド層の露出面が面一になる端面を形成する工程であり、
前記凸型形状の突出部が半円筒状部であることを特徴とする請求項４に記載の光導波路結合器の製造方法。
【請求項６】
前記第２クラッド層乃至第１クラッド層が露出する端面を形成する工程が、前記第２クラッド層乃至第１クラッド層の露出面の一部が積層方向を中心軸とした半円筒状部を有する端面を形成する工程であり、
前記凸型形状の突出部は半球状部であることを特徴とする請求項４に記載の光導波路結合器の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光導波路結合器及びその製造方法に関するもので、例えば、ボード間・チップ間・チップ内などのＳｉ基板上光配線を用いた光インターコネクトや、光ファイバを用いた光ファイバ通信用などの分野に用いる光導波路結合器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
加工技術の優位性・産業上の波及効果・素子の微細化などの理由から、シリコン基板上に光機能素子を形成するシリコンフォトニクスの開発が進められている。シリコンそのものには発光機構がないため、外部からの光入力が必要である。
【０００３】
その手法の一つに、シリコン導波路側にスポットサイズ変換器を設け、外部光源としてスポットサイズ変換器付半導体レーザを用意し、それぞれのスポットサイズを同等にして、それらの端面を突き合せて光結合させるハイブリッド集積方式がある。
【０００４】
この場合、シリコン側のスポットサイズ変換器として、シリコン導波路を徐々に狭くして光の染み出しを大きくしてスポットサイズを広げることが提案されている（例えば、特許文献１参照）。また、製造ばらつきに対して耐性のあるスポットサイズ変換器も提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
さらには、半導体レーザとの結合効率を上げるために導波路端面を縦方向に半シリンドリカルレンズ形状にすることも提案されている（例えば、特許文献３参照）。
【０００６】
図１４は、従来の光導波路結合器の光入出力端面近傍の説明図であり。図１４（ａ）は、概略的斜視図であり、図１４（ｂ）は積層方向におけるＳｉ組成比分布であり、図１４（ｃ）は積層方向における屈折率分布である。図１４（ｂ）に示すように、コア層６２は組成比ｘが一定のＳｉＯｘ（ｘ＜２）からなる。したがって、図１４（ｃ）に示すように、ＳｉＯ２からなる下部クラッド層６１及び上部クラッド層６３に対してはステップファンクション的な屈折率分布となる。このコア層６２に半導体レーザ６４からレーザ光を照射することによって、レーザ光はコア層６２中を伝搬していく。
【０００７】
図１５は、従来の光導波路結合器の結合効率の説明図である。図１５（ａ）は光強度分布のシミュレーション結果の説明図であり、右図は左図を模写したものである。また、図１５（ｂ）はｚ方向、即ち、光の伝搬方向の強度図である。図１５（ａ）に示すようにビームが発散していることが分かる。また、図１５（ｂ）に示すように、光の伝搬方向の強度もかなりの減衰が見られる。なお、図１５（ｂ）における矢印は、光の入射位置である。ここでは、水平方向に扁平な楕円形状のスポットサイズを有する半導体レーザとの結合に関して、２次元ＢＰＭ計算を行ったものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００４−１５１７００号公報
【特許文献２】特開２０１３−１４０２０５号公報
【特許文献３】特開２００２−２７７６５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上述の特許文献１或いは特許文献２のスポットサイズ変換器においては、スポットサイズはほぼ円形であることを想定している。したがって、半導体レーザのスポットサイズが円形から外れた場合、例えば、垂直方向が潰れて水平方向に扁平な楕円形状を有する半導体レーザとの結合は、モードミスマッチが大きく、結合損失が大きくなってしまうという問題がある。
【００１０】
このような、垂直方向が潰れた楕円形状のスポットサイズを有する半導体レーザとしては、量子ドット（ＱＤ：Ｑｕａｎｔｕｍ Ｄｏｔ）レーザが挙げられる。このＱＤレーザは温度特性が優れ、高温動作化における使用に適しているが、光利得を増大させるために量子ドットの積層構造が不可欠であり、その結果垂直方向へ光の閉じ込めが強くなって、垂直方向が潰れた楕円形状のスポットサイズとなる。そのため、ＱＤレーザのような扁平スポットサイズを有する半導体レーザとの低結合損失が可能なスポットサイズ変換器が望まれる。
【００１１】
また、上述の特許文献３に示された半シリンドリカルレンズの構造では、水平方向が潰れた楕円形状スポットサイズには対応できるが、垂直方向が潰れた形状のスポットサイズには向かないという問題がある。
【００１２】
したがって、光導波路結合器において、簡便な構造で水平方向に扁平なレーザ光源との結合損失を下げることが可能なスポットサイズ変換器・光導波路結合器を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
開示する一観点からは、基板と、前記基板上に設けられ、少なくとも光入出力端面側では第１クラッド層／第１導波層／第２クラッド層の積層構造を有する光導波路とを有し、前記第１導波層は、前記積層構造の積層方向において、前記第1導波層の中央で最も屈折率が高くなる屈折率分布を有するとともに、前記第1導波層は、前記光入出力端面において、前記光入出力端面に直交し且つ前記基板の主表面に直交する断面の形状が最も屈折率の高い中央部が突出した凸型形状の突出部を有することを特徴とする光導波路結合器が提供される。
【００１４】
また、開示する別の観点からは、基板上に第１クラッド層を介して第２導波層を形成する工程と、前記第２導波層及び前記第２導波層から露出している前記第１クラッド層を覆うように積層方向の中央が最も屈折率が高い屈折率分布を有する第１導波層を形成する工程と、前記第１導波層上に第２クラッド層を形成する工程と、少なくとも前記第２クラッド層乃至第１クラッド層をエッチングして前記第２クラッド層乃至第１クラッド層が露出する端面を形成する工程と、前記第１導波層より前記第１クラッド層及び第２クラッド層のエッチング速度が速い条件でエッチングを行って前記第１導波層を凸型形状の突出部を形成するように前記第１クラッド層及び第２クラッド層から突出させる工程とを有することを特徴とする光導波路結合器の製造方法が提供される。
【発明の効果】
【００１５】
開示の光導波路結合器及びその製造方法によれば、簡便な構造で水平方向に扁平なレーザ光源との結合損失を下げることが可能なスポットサイズ変換器・光導波路結合器を実現することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施の形態の光導波路結合器の構成説明図である。
【図２】本発明の実施の形態の光導波路結合器の光入出力端面近傍の説明図である。
【図３】本発明の実施の形態の光導波路結合器の結合効率の説明図である。
【図４】本発明の実施の形態の光導波路結合器の光結合効率の間隔依存性の説明図である。
【図５】本発明の実施例１の光導波路結合器の構成説明図である。
【図６】本発明の実施例１の光導波路結合器の製造工程の途中までの説明図である。
【図７】本発明の実施例１の光導波路結合器の製造工程の図６以降の途中までの説明図である。
【図８】本発明の実施例１の光導波路結合器の製造工程の図７以降の説明図である。
【図９】本発明の実施例２の光インターコネクトシステムの説明図である。
【図１０】本発明の実施例３の光導波路結合器の構成説明図である。
【図１１】本発明の実施例３の光導波路結合器の製造工程の途中までの説明図である。
【図１２】本発明の実施例３の光導波路結合器の製造工程の図１１以降の説明図である。
【図１３】本発明の実施例４の光インターコネクトシステムの説明図である。
【図１４】従来の光導波路結合器の光入出力端面近傍の説明図である。
【図１５】従来の光導波路結合器の結合効率の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
ここで、図１乃至図４を参照して、本発明の実施の形態の光導波路結合器を説明する。図１は本発明の実施の形態の光導波路結合器の構成説明図であり、図１（ａ）は透視上面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）におけるＡ−Ａ′を結ぶ一点鎖線に沿った断面図である。本発明の実施の形態の光導波路結合器は、基板１上に少なくとも光入出力端面９の側では第１クラッド層２／第１導波層３／第２クラッド層４の積層構造の光導波路を有している。第１導波層３は、積層構造の積層方向において、第１導波層３の中央で最も屈折率が高くなる屈折率分布を有する。また、光入出力端面９において、光入出力端面９に直交し且つ基板１の主表面に直交する断面の形状が最も屈折率の高い中央部が突出した凸型形状の突出部５を有している。また、この突出部５は、基板１に平行な断面の形状においても、凸型形状になるように、即ち、半球レンズ状にしても良い。
【００１８】
典型的には、第１クラッド層２及び第２クラッド層４はＳｉＯ２からなり、第１導波層３は、中央において組成比ｘが最小になるＳｉＯｘからなる。また、光入出力端面９から離れた位置において、第１クラッド層２と第１導波層３との間に第1導波層３よりも屈折率の高い第２導波層６を設ける。
【００１９】
この第２導波層６は、光結合効率高めるために、光入出力端面９の側で導波路幅が狭く、光入出力端面９から離れるにしたがって導波路幅が広くなるテーパ領域８を設けることが望ましく、このテーパ領域８は光配線層となる一定幅領域７に接続する。
【００２０】
Ｓｉフォトニクスに適応する場合には、基板１が、単結晶Ｓｉ基板上に埋込絶縁膜を介して単結晶Ｓｉ層を設けたＳＯＩ基板の単結晶Ｓｉ基板であり、第１クラッド層２が、ＳＯＩ基板の埋込絶縁膜となる。また、第２導波層６は、ＳＯＩ基板の単結晶Ｓｉ層を加工して形成した導波層である。
【００２１】
この場合、ＳＯＩ基板の光入出力端面９の近傍の単結晶Ｓｉ基板の一部を加工して台座を形成し、この台座上に、第１導波層３の凸型形状の突出部５とその光入射面或いは光出射面が一致するように光機能素子を載置して光インターコネクトシステムを形成する。この場合の光機能素子としては、半導体レーザ、半導体光増幅器、半導体受光素子或いは半導体変調素子が挙げられる。
【００２２】
この様な形状を形成するためには、基板１上に第１クラッド層２を介して第２導波層６を形成し、次いで、全面に積層方向の中央が最も屈折率が高い屈折率分布を有する第１導波層３を形成し、その上に第２クラッド層４を形成する。次いで、少なくとも第２クラッド４層乃至第１クラッド層２をエッチングして第２クラッド層４乃至第１クラッド層２が露出する端面を形成する。
【００２３】
次いで、第１導波層３より第１クラッド層２及び第２クラッド層４のエッチング速度が速い条件でエッチングを行って第１導波層３を第１クラッド層２及び第２クラッド層４から凸型形状の突出部５を形成する。この場合の突出部５は、端面を面一に形成した場合には、半円筒状部となり、端面の一部を積層方向を中心軸とした半円筒状部を有する端面とした場合には半球状部となる。
【００２４】
図２は、本発明の実施の形態の光導波路結合器の光入出力端面近傍の説明図であり、図２（ａ）は、概略的斜視図であり、図２（ｂ）は積層方向におけるＳｉ組成比分布であり、図２（ｃ）は積層方向における屈折率分布であり、図２（ｄ）は積層方向におけるエッチングレート分布である。
【００２５】
図２（ｂ）に示すように、第１導波層３は中央においてＯ組成比ｘが最小になるＳｉＯｘからなるので、それ自体でレンズ効果を有するが、図２（ｄ）に示すように、エッチングレート分布も有するので、図２（ａ）に示した形状の突出部５、即ち、レンズ形状となる。したがって、組成比分布と形状効果が合わさって、図２（ｃ）に示した屈折率分布が得られる。このように、第１導波層３が、光入出力端面９の近傍で基板１の垂直積層方向に屈折率分布を持つ凸レンズの効果を示すため、水平方向に扁平な半導体レーザ１０との低損失光結合が可能となる。
【００２６】
図３は、本発明の実施の形態の光導波路結合器の結合効率の説明図である。図３（ａ）は光強度分布のシミュレーション結果の説明図であり、右図は左図を模写したものである。また、図３（ｂ）はｚ方向、即ち、光の伝搬方向の強度図である。ここでは、水平方向に扁平な楕円形状のスポットサイズを有する半導体レーザとの結合に関して、２次元ＢＰＭ計算を行ったものである。
【００２７】
垂直方向の潰れた楕円形状のスポットサイズを有する半導体レーザの光出力は、半導体レーザ端面から離れると光の回折効果で垂直方向へビーム形状が広がる。広がった半導体レーザの出力ビームは端面から第１導波層３に入射する。第１導波層３の端面は凸レンズ形状をしているため、レンズの集光効果が表れてビームが第１導波層３の中を広がらずに伝搬していく。図３（ａ）に示すように、図１４（ａ）に示した光強度分布に比べてビームが集光していることが分かる。また、図３（ｂ）に示した光の伝搬方向の強度もほとんど減衰していないことが分かる。なお、図３（ｂ）における矢印は、光の入射位置である。
【００２８】
図４は、本発明の実施の形態の光導波路結合器の結合効率の間隔依存性の説明図であり、ここでは、参考のために従来の光導波路結合器の結合効率も併せて示している。従来の光導波路結合器においては、光源-端面間距離が大きくなるにしたがって５０％弱から漸減している。一方、本発明の実施の形態の光導波路結合器においては、端面から離れた位置に７０％程度の極大値を有しており、従来の光導波路結合器の約１．５倍の結合効率となる。
【実施例１】
【００２９】
次に、図５乃至図８を参照して、本発明の実施例１の光導波路結合器を説明する。図５は本発明の実施例１の光導波路結合器の構成説明図であり、図５（ａ）は透視上面図であり、図５（ｂ）は図５（ａ）におけるＡ−Ａ′を結ぶ一点鎖線に沿った断面図である。図に示すように、ＳＯＩ基板の単結晶Ｓｉ基板２１上にＳｉＯ２ＢＯＸ層２２を介して設けた単結晶Ｓｉ層を加工して一定幅部２５とテーパ部２６とからなるＳｉ導波層２４を設ける。このＳｉ導波層２４及びＳｉＯ２ＢＯＸ層２２の露出表面を覆うにＳｉＯｘ導波層２７を設け、その上にＳｉＯ２上部クラッド層２８を設ける。
【００３０】
この時、ＳｉＯｘ導波層２７のＯ組成比ｘを積層方向の中央で最小になるように組成分布を持たせるとともに、単結晶Ｓｉ基板２１の主面に対して水平方向に半シリンドリカルレンズ部３０を端面３１から突出するように設ける。ＳｉＯｘ導波層２７のＯ組成比ｘは積層方向の中央で最小になるので、中央の屈折率が最大になり、形状効果と合わせて半シリンドリカルレンズとして作用することになる。
【００３１】
次に、図６乃至図８を参照して、本発明の実施例１の光導波路結合器の製造工程を説明する。まず、図６（ａ）に示すように、単結晶Ｓｉ基板２１上に厚さが３μｍのＳｉＯ２ＢＯＸ層２２を介して、厚さが２２０ｎｍの単結晶Ｓｉ層２３を設けたＳＯＩ基板を用意する。次いで、図６（ｂ）に示すように、単結晶Ｓｉ層２３をエッチングして幅が４５０ｎｍの一定幅部２５と長さが５０μｍのテーパ部２６とからなるＳｉ導波層２４を形成する。
【００３２】
次いで、図７（ｃ）に示すように、ＣＶＤ法を用いて前万に厚さが６μｍのＳｉＯｘ導波層２７と厚さが２μｍのＳｉＯ２上部クラッド層２８を順次形成する。この時、ＳｉＯｘ導波層２７を成膜する際に、Ｏ組成比ｘを減少させながら成膜し、ｘ＝１．９３で最小にしたのち、ｘを増大させながら成膜する。ｘ＝１．９３とすることで、屈折率はＳｉＯ２の屈折率の１．４６より高い、１．５２となる。
【００３３】
次いで、図７（ｄ）に示すように、レジストパターン２９をマスクとしてドライエッチングを行うことによって、ＳｉＯ２上部クラッド層２８乃至ＳｉＯ２ＢＯＸ層２２の露出をエッチングして面一な端面を形成する。
【００３４】
次いで、図８（ｅ）に示すように、レジストパターン２９をそのままマスクとしてＨＦを用いたウェットエッチングによりＳｉＯ２上部クラッド層２８乃至ＳｉＯ２ＢＯＸ層２２の端面をサイドエッチングする。この時、ＨＦに対するエッチングレートはＳｉＯｘよりＳｉＯ２の方が大きいのでＳｉＯ２上部クラッド層２８及びＳｉＯ２ＢＯＸ層２２のエッチング量が大きくなる。一方、ＳｉＯｘ導波層２７においては、Ｏ組成比ｘが最小の中央部でエッチング量が最小になるので半シリンドリカルレンズ部３０がＳｉＯｘ導波層２７の端面に形成される。
【００３５】
次いで、図８（ｆ）に示すように、レジストパターン２９をＯ２アッシングにより除去することによって、本発明の実施例１の光導波路結合器の基本構造が完成する。この時、半シリンドリカルレンズ部３０が端面３１から露出した形状となる。
【００３６】
本発明の実施例１の光導波路結合器と、発信波長が１．５５μｍで、垂直方向のスポットサイズが１μｍで水平方向が４μｍの垂直方向が潰れた扁平な楕円形状のスポットサイズを有する半導体レーザと結合させると結合効率を改善することができる。
【実施例２】
【００３７】
次に、図９を参照して、本発明の実施例２の光インターコネクトシステムを説明する。ここでは、実施例１の光導波路結合器と半導体レーザを結合させた光インターコネクトシステムとして説明する。図９は、本発明の実施例２の光インターコネクトシステムの説明図であり、光導波路結合器を設けた単結晶Ｓｉ基板を加工して、アライメントマーク３２及び台座３３を形成し、台座３３の間にはんだバンプ４６を配置する。
【００３８】
一方、半導体レーザは、光導波路結合器の伝搬波長に合わせるために、１．５５μｍ帯の波長で発振する半導体レーザを用い、この半導体レーザをはんだバンプ４６を利用して単結晶Ｓｉ基板２１上にマウントする。なお、この場合の半導体レーザとしては、ｎ型ＧａＡｓからなる半導体基板４１にｎ型ＧａＡｓからなる下部クラッド層４２を介してＩｎＡｓ量子ドットを形成した活性層４３を有する半導体レーザを用いる。なお、活性層４３上にはｐ型ＡｌＧａＡｓからなる上部クラッド層４４及びｐ型ＧａＡｓからなるコンタクト層４５を設ける。
【００３９】
本発明の実施例２においては、アライメントマーク３２を利用して正確な位置合わせができるので、半導体レーザからの出力光は端面レンズとなる半シリンドリカルレンズ部３０を介して、ＳｉＯｘ導波層２７を伝搬し、Ｓｉ導波層２４から光ファイバを介して光受信器に伝達される。なお、実施例２においては、半導体レーザをマウントしているが、半導体レーザ以外に、半導体光増幅器、半導体受光素子、或いは、電界吸収型変調器等の他の光機能素子をマウントしても良い。
【実施例３】
【００４０】
次に、図１０乃至図１２を参照して、本発明の実施例３の光導波路結合器を説明する。図１０は本発明の実施例３の光導波路結合器の構成説明図であり、図１０（ａ）は透視上面図であり、図１０（ｂ）は図１０（ａ）におけるＡ−Ａ′を結ぶ一点鎖線に沿った断面図である。図に示すように、実施例１と同様に、ＳＯＩ基板の単結晶Ｓｉ基板２１上にＳｉＯ２ＢＯＸ層２２を介して設けた単結晶Ｓｉ層を加工して一定幅部２５とテーパ部２６とからなるＳｉ導波層２４を設ける。このＳｉ導波層２４及びＳｉＯ２ＢＯＸ層２２の露出表面を覆うにＳｉＯｘ導波層２７を設け、その上にＳｉＯ２上部クラッド層２８を設ける。
【００４１】
この時もＳｉＯｘ導波層２７のＯ組成比ｘを積層方向の中央で最小になるように組成分布を持たせるとともに、単結晶Ｓｉ基板２１の主面に対して水平方向に半シリンドリカルレンズ部３０を端面３１から突出するように設ける。但し、レンズ加工の際に、エッチングマスクとなるレジストパターンに半円状の突出部を形成したことにより、半球状レンズ部３７が端面３１から突出した形状となる。
【００４２】
次に、図１１及び図１２を参照して、本発明の実施例３の光導波路結合器の製造工程を説明する。まず、図１１（ａ）に示すように、実施例１と同様に、単結晶Ｓｉ基板２１上に厚さが３μｍのＳｉＯ２ＢＯＸ層２２を介して、厚さが２２０ｎｍの単結晶Ｓｉ層を設けたＳＯＩ基板を用意する。次いで、単結晶Ｓｉ層をエッチングして幅が４５０ｎｍの一定幅部２５と長さが５０μｍのテーパ部２６とからなるＳｉ導波層２４を形成する。
【００４３】
次いで、ＣＶＤ法を用いて前万に厚さが６μｍのＳｉＯｘ導波層２７と厚さが２μｍのＳｉＯ２上部クラッド層２８を順次形成する。この時、ＳｉＯｘ導波層２７を成膜する際に、Ｏ組成比ｘを減少させながら成膜し、ｘ＝１．９３で最小にしたのち、ｘを増大させながら成膜する。ｘ＝１．９３とすることで、屈折率はＳｉＯ２の屈折率の１．４６より高い、１．５２となる。
【００４４】
次いで、図１１（ｂ）に示すように、半径が３μｍの半円状の突出部３６を有するレジストパターン３５を設ける。このレジストパターン３５をマスクとしてドライエッチングを行うことによって、ＳｉＯ２上部クラッド層２８乃至ＳｉＯ２ＢＯＸ層２２の露出をエッチングして半円筒状の突出部を有する端面を形成する。
【００４５】
次いで、図１２（ｃ）に示すように、レジストパターン３５をそのままマスクとしてＨＦを用いたウェットエッチングによりＳｉＯ２上部クラッド層２８乃至ＳｉＯ２ＢＯＸ層２２の端面をサイドエッチングする。この時、ＨＦに対するエッチングレートはＳｉＯｘよりＳｉＯ２の方が大きいのでＳｉＯ２上部クラッド層２８及びＳｉＯ２ＢＯＸ層２２のエッチング量が大きくなる。一方、ＳｉＯｘ導波層２７においては、Ｏ組成比ｘが最小の中央部でエッチング量が最小になるので半円筒状の突出部においては半球状レンズ部３７が形成され、その両側では半シリンドリカル状の形状がＳｉＯｘ導波層２７の端面に形成される。
【００４６】
次いで、図１２（ｄ）に示すように、レジストパターン３５をＯ２アッシングにより除去することによって、本発明の実施例３の光導波路結合器の基本構造が完成する。この時、半球状レンズ部３７が端面から露出した形状となる。
【００４７】
本発明の実施例３の光導波路結合器によれば、ＳｉＯｘ導波層２７の端面に半球状レンズ部３７を形成しているので、スポットサイズが垂直方向に潰れた扁平な楕円形状に限らず、さらに水平方向のスポットサイズの小さい半導体レーザへも対応可能になる。
【実施例４】
【００４８】
次に、図１３を参照して、本発明の実施例４の光インターコネクトシステムを説明するが、ここでは、上記の実施例３の光導波路結合器と光ファイバとを結合させた光インターコネクトシステムとして説明する。図１３は本発明の実施例４の光インターコネクトシステムの説明図であり、実施例３の光導波路結合器の半球状レンズ部３７と光ファイバ５０のコア層５１とが位置整合するように配置する。但し、この実施例４においては、光ファイバ５０のコア層のサイズに整合させるために、ＳｉＯ２導波層２７の厚さを１０μｍにする。なお、図における符号５２はクラッド層である。
【００４９】
本発明の実施例４においては、光ファイバ５０から入力された信号光は、半球状レンズ部３７を介して、ＳｉＯｘ導波層２７を伝搬し、Ｓｉ導波層２４から他の光ファイバを介して光受信器に伝達される。一方、Ｓｉ導波路２４からＳｉＯ２導波層２７に伝搬してきた信号光は半球状レンズ部３７により効率的に光ファイバ５０のコア層５１に導かれる。
【００５０】
このように、本発明の実施例４においては導波層の端面にレンズ部を設けているので、光ファイバとの信号光の入出力を効率的に行うことができる。なお、実施例４においては、レンズを半球状レンズとしているが、実施例１と同様に、半シリンドリカルレンズとしても良く、この場合も、光ファイバとの信号光の入出力を効率的に行うことができる。
【００５１】
ここで、実施例１乃至実施例４を含む本発明の実施の形態に関して、以下の付記を付す。
（付記１）基板と、前記基板上に設けられ、少なくとも光入出力端面側では第１クラッド層／第１導波層／第２クラッド層の積層構造の光導波路とを有し、前記第１導波層は、前記積層構造の積層方向において、前記第１導波層の中央で最も屈折率が高くなる屈折率分布を有するとともに、前記第１導波層は、前記光入出力端面において、前記光入出力端面に直交し且つ前記基板の主表面に直交する断面の形状が最も屈折率の高い中央部が突出した凸型形状の突出部を有することを特徴とする光導波路結合器。
（付記２）前記凸型形状の突出部は、前記基板に平行な断面の形状においても、凸型形状になっていることを特徴とする付記１に記載の光導波路結合器。
（付記３）前記第１クラッド層及び前記第２クラッド層はＳｉＯ２からなり、前記第１導波層は、中央において組成比ｘが最小になるＳｉＯｘからなることを特徴とする付記１または付記２に記載の光導波路結合器。
（付記４）前記光入出力端面から離れた位置において、前記第１クラッド層と前記第１導波層との間に前記第１導波層よりも屈折率の高い第２導波層を有することを特徴とする付記１乃至付記３のいずれか１に記載の光導波路結合器。
（付記５）前記第２導波層は、前記光入出力端面側で導波路幅が狭く、前記光入出力端面から離れるにしたがって導波路幅が広くなるテーパ領域を有することを特徴とする付記４に記載の光導波路結合器。
（付記６）前記基板が、単結晶Ｓｉ基板上に埋込絶縁膜を介して単結晶Ｓｉ層を設けたＳＯＩ基板の単結晶Ｓｉ基板であり、前記第１クラッド層が、前記ＳＯＩ基板の埋込絶縁膜であり、前記第２導波層が、前記ＳＯＩ基板の単結晶Ｓｉ層を加工して形成した導波層であることを特徴とする付記４または付記５に記載の光導波路結合器。
（付記７）前記ＳＯＩ基板は前記光入出力端面の近傍に前記単結晶Ｓｉ基板の一部を加工して形成した台座を有し、前記台座上に、前記第１導波層の凸型形状の突出部とその光入射面或いは光出射面が一致するように光機能素子を載置したことを特徴とする付記６に記載の光導波路結合器。
（付記８）前記光機能素子が、半導体レーザ、半導体光増幅器、半導体受光素子或いは半導体変調素子のいずれかであることを特徴とする付記７に記載の光導波路結合器。
（付記９）基板上に第１クラッド層を介して第２導波層を形成する工程と、前記第２導波層及び前記第２導波層から露出している前記第１クラッド層を覆うように積層方向の中央が最も屈折率が高い屈折率分布を有する第１導波層を形成する工程と、前記第１導波層上に第２クラッド層を形成する工程と、少なくとも前記第２クラッド層乃至第１クラッド層をエッチングして前記第２クラッド層乃至第１クラッド層が露出する端面を形成する工程と、前記第１導波層より前記第１クラッド層及び第２クラッド層のエッチング速度が速い条件でエッチングを行って前記第１導波層を凸型形状の突出部を形成するように前記第１クラッド層及び第２クラッド層から突出させる工程とを有することを特徴とする光導波路結合器の製造方法。
（付記１０）前記第２クラッド層乃至第１クラッド層が露出する端面を形成する工程が、前記第２クラッド層乃至第１クラッド層の露出面が面一になる端面を形成する工程であり、前記凸型形状の突出部が半円筒状部であることを特徴とする付記９に記載の光導波路結合器の製造方法。
（付記１１）前記第２クラッド層乃至第１クラッド層が露出する端面を形成する工程が、前記第２クラッド層乃至第１クラッド層の露出面の一部が積層方向を中心軸とした半円筒状部を有する端面を形成する工程であり、前記凸型形状の突出部は半球状部であることを特徴とする付記９に記載の光導波路結合器の製造方法。
（付記１２）前記基板が、単結晶Ｓｉ基板上に埋込絶縁膜を介して単結晶Ｓｉ層を設けたＳＯＩ基板の単結晶Ｓｉ基板であり、前記第１クラッド層が前記ＳＯＩ基板の埋込絶縁膜であり、前記第２導波層を形成する工程が、前記ＳＯＩ基板の単結晶Ｓｉ層を加工して、前記端面側で導波路幅が狭く、前記端面から離れるにしたがって導波路幅が広くなるテーパ領域を含む導波路形状を形成する工程であることを特徴とする付記９乃至付記１１のいずれか１に記載の光導波路結合器の製造方法。
【符号の説明】
【００５２】
１  基板
２  第１クラッド層
３  第１導波層
４  第２クラッド層
５  突出部
６  第２導波層
７  一定幅領域
８  テーパ領域
９  光入出力端面
１０  半導体レーザ
２１  単結晶Ｓｉ基板
２２  ＳｉＯ２ＢＯＸ層
２３  単結晶Ｓｉ層
２４  Ｓｉ導波層
２５  一定幅部
２６  テーパ部
２７  ＳｉＯｘ層
２８  ＳｉＯ２上部クラッド層
２９  レジストパターン
３０  半シリンドリカルレンズ部
３１  端面
３２  アライメントマーク
３３  台座
３５  レジストパターン
３６  突出部
３７  半球状レンズ部
４１  半導体基板
４２  下部クラッド層
４３  活性層
４４  上部クラッド層
４５  コンタクト層
４６  はんだバンプ
５０  光ファイバ
５１  コア層
５２  クラッド層
６１  下部クラッド層
６２  コア層
６３  上部クラッド層
６４  半導体レーザ
【図１】
2015191112.tif 000003
【図２】
2015191112.tif 000004
【図４】
2015191112.tif 000005
【図５】
2015191112.tif 000006
【図６】
2015191112.tif 000007
【図７】
2015191112.tif 000008
【図８】
2015191112.tif 000009
【図９】
2015191112.tif 000010
【図１０】
2015191112.tif 000011
【図１１】
2015191112.tif 000012
【図１２】
2015191112.tif 000013
【図１３】
2015191112.tif 000014
【図１４】
2015191112.tif 000015
【図３】
2015191112.tif 000016
【図１５】
2015191112.tif 000017