(57)【要約】【課題】フォトダイオードを表面集積した受光デバイスにおいて、フォトダイオードに入力されるビームの光強度やプロファイルを簡便に求めることができる構造を備えた受光デバイスを提供する。【解決手段】集積型受光デバイスにおいて、入力された光を第１のコア２０１ａ及び第２のコア２０１ｂに分岐する方向性結合器を光平面回路と、オーバークラット２０２の表面の第１のコアの上方の位置に集積されたフォトダイオード２０６と、オーバークラットの表面の第２のコアの上方の位置に形成されたピンホール２０１を有する遮光膜２０８と、第１のコア及び第２のコアから出射する光をフォトダイオードの受光面の方向及びピンホールの方向へそれぞれ反射するミラーとを備えた。【選択図】図２
2015132653.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アンダークラッド、第１のコア、第２のコア及びオーバークラッドからなる導波路層が基板に作製された光平面回路であり、前記導波路層が入力された光を前記第１のコアおよび前記第２のコアに分岐する分岐手段を含む、光平面回路と、
前記オーバークラットの表面の前記第１のコアの上方の位置に集積された受光手段と、
前記オーバークラットの表面の前記第２のコアの上方の位置に形成された遮光手段であり、開口領域を有する遮光手段と、
前記第１のコア及び前記第２のコアから出射する光を前記受光手段の受光面の方向及び前記遮光手段の前記開口領域の方向へそれぞれ反射する反射手段と
を備えた受光デバイスであって、
前記光平面回路が、前記第１のコア及び前記第２のコアの光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た傾斜面を有し、
前記反射手段が、前記傾斜面に設けられている
ことを特徴とする受光デバイス。
【請求項２】
前記反射手段が、前記傾斜面に被着された
反射膜、
金属薄膜、および
多層膜
のいずれかからなるミラーであることを特徴とする請求項１に記載の受光デバイス。
【請求項３】
前記遮光手段は、前記オーバークラッドの表面の前記第２のコアの上方の位置に被着した遮光膜であり、前記第２のコアから出射した光が前記反射手段により反射され前記開口領域を通過することを特徴とする請求項１または２に記載の受光デバイス。
【請求項４】
前記受光手段は、前記オーバークラットの表面の前記第１のコアの上方の位置に接合された光半導体エピタキシャル層より形成され、前記光半導体エピタキシャル層の成長基板を含まないことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の受光デバイス。
【請求項５】
前記第２のコアから出射し前記反射手段により反射され前記受光手段の受光面に光学的に結合された光の光結合距離は、
前記第２のコアから出射し前記反射手段により反射され前記受光手段の受光面に光学的に結合された光の径が前記受光面と等しくなる径となる光結合距離よりも小さいことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の受光デバイス。
【請求項６】
前記傾斜面と前記基板とのなす角度は、３０度以上６０度以下であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の受光デバイス。
【請求項７】
前記オーバークラッドから見たときの前記遮光手段の開口領域の形状と前記受光手段の受光面の形状とが等しく、
前記第１のコア及び前記第２のコアは、光の導波方向に垂直な断面の形状が等しく且つ互いに平行であり、
前記第２のコアと前記遮光手段の開口領域との相対的な位置の関係は、前記第１のコアと前記受光手段の受光面との相対的な位置の関係と等しく、
前記反射手段は、前記第１のコアからの光と前記第２のコアからの光を等しい角度で反射することを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の受光デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光通信システムに応用可能な光導波路部品に関し、反射ミラー構造を有する光導波路上に、フォトダイオードなどの受光素子を集積した受光デバイスに関する。
【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（Planar Lightwave Circuit、以下ＰＬＣとも言う。）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（Photodiode、以下ＰＤ）や、レーザーダイオードなどの光デバイスも搭載されている。さらなる通信容量の拡大に向けて、光信号処理を行うＰＬＣ等の導波路型光デバイスと光電変換を行う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。
【０００３】
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、個別に作製した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）。この例では、ＰＬＣチップに形成された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上に光結合用ミラーとＰＤを実装する集積型の受光デバイス構造は、デバイスの小型化、および光波回路設計自由度の面で利点がある。
【０００４】
ＰＬＣ上にＰＤを実装する際には、ＰＬＣとＰＤを何らかの方法で接合すると同時に電気的に接続する必要がある。一般的に、裏面入射型の面ＰＤの場合は通信波長の透過性が高い接着剤でＰＤの基板側を接合してワイヤボンディング等で表面のＰＤ電極と接続し、また、表面入射型の面ＰＤの場合はＰＬＣ側に設けた電極に対してバンプ接続することでＰＬＣとＰＤの接合とこれらの電気的接続を同時に行う。その結果、導波路から出射されたビームは、ミラーで光路変換された後、クラッドを透過して、ＰＤ基板またはバンプの距離を経た後、ＰＤと光結合する。ビームは導波路からの出射時に回折され、光結合距離が長くなるほどビームが拡がるため、効率的に光結合を可能とするためには大口径のＰＤを集積する必要がある。大口径のＰＤは小口径のＰＤに比べ応答性能が低く、大口径のＰＤ（〜数ＧＨｚ）をハイブリッド集積した受光デバイスは光強度モニタ用途に限られていた。一方で、高速なＰＤ（〜数十ＧＨｚ）を集積するには小口径のＰＤ受光部に対し、レンズ等の光学素子で集光する必要がある。その結果、導波路・ＰＤ間の光結合距離が長くなるため、高速な受光デバイスでは小型化が困難になる。このように受光デバイスのハイブリッド集積において小型化と高速化は相反する事項であり、これらを両立することでより高機能化が可能な受光デバイスの実現が課題であった。
【０００５】
この課題に対し、光結合距離を究極まで縮めることで、高速ＰＤへの高効率光結合を可能にする集積技術としてヘテロジニアス集積がある（例えば、非特許文献１，２参照）。上記の受光デバイスでは、ＰＬＣ表面上へのＰＤ実装構造として、ＰＤ基板、バンプ等のＰＤ本来の機能以外の部分が含まれており、光結合距離が長くなる原因となっていた。レンズ等を用いずに高速ＰＤを集積し、光結合距離を短くするには、ＰＤの機能部分、つまり光半導体のエピタキシャル層からなるＰＤ構造のみがＰＬＣ表面に接合された構造が望ましい。ヘテロジニアス集積技術は異なる材料同士を接合した後、プラットフォーム基板上でデバイスを作製するプロセスから成る異種材料融合集積技術であり、この技術を用いることで上記の構造を実現可能である。
【０００６】
図１に、ヘテロジニアス集積技術により高速ＰＤをＰＬＣに集積した受光デバイスを示す。図１において（ａ）は上面図、（ｂ）はＢ−Ｂ線における断面図、（ｃ）はＣ−Ｃ線における断面図である。図１に示す受光デバイスは、Ｓｉ基板１０３にクラッド１０２及びコア１０１からなる導波路層が作製されたＰＬＣと、ヘテロジニアス集積技術によりＰＬＣ基板上に集積されたＰＤ構造１０６とを備える。ＰＬＣの導波路層を構成するクラッド１０２の内、コア１０１とＳｉ基板１０３との間のクラッドをアンダークラッドと呼び、ＰＤ構造１０６が集積されるクラッドをオーバークラッドという。
【０００７】
具体的には、ＰＤ構造１０６は、光半導体エピタキシャル層を形成した基板をフェイスダウンでＰＬＣのオーバークラッド表面に接合し、基板を研磨やエッチング等で除去することで、エピタキシャル層のみがＰＬＣ表面（オーバークラッド表面）上に接合された状態とする。この状態でフォトリソグラフィーおよびエッチングのような一般的な光半導体加工プロセスでＰＤ構造を形成する工程を経て、基板やバンプの無い、必要な部分のみでＰＤ構造１０６が集積される。
【０００８】
高効率な光結合には、ＰＬＣとエピタキシャル層を薄い層（〜１μｍ）で接合する必要があるため、ダイレクトボンディングや樹脂による接着が用いられる。実際にＰＤまで作製する場合には以下の手順で作製する。ＰＬＣを作製した後、オーバークラッド上にエピタキシャル層付きＩｎＰ基板の表面側を接合する。そしてＩｎＰ基板を研磨、ウェットエッチングにより除去することでエピタキシャル層のみがＰＬＣ表面上に残る。この状態でエピタキシャル層を、フォトリソグラフィーおよび、エッチングにより加工することでＰＤを作製する。続いてドライエッチングにより深さが導波路より深くなるように傾斜面を形成し、ミラーを形成する（図１（ｂ））。
【０００９】
このように異種材料を接合し、プラットフォーム基板上で光デバイスを作製するプロセスは、材料的にＰＬＣ自体が本来持たない光半導体の機能を小型に集積できる。さらに、ハイブリッド集積では集積するそれぞれの光デバイス間で精密な光学実装が必要であるのに対し、ヘテロジニアス集積ではフォトリソグラフィプロセスを適用することで、一括で高精度にアライメントでき、高スループットな光デバイス作製できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００５−０７０３６５号公報
【特許文献２】特開２０１２−０４２５１５号公報
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献１】Ｋｕｒａｔａ Ｙｕ ｅｔ ａｌ. “Ｈｅｔｅｒｏｇｅｎｅｏｕｓ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ ｏｆ Ｈｉｇｈ−Ｓｐｅｅｄ ＩｎＰ ＰＤｓ ｏｎ  Ｓｉｌｉｃａ−Ｂａｓｅｄ Ｐｌａｎａｒ Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｐｌａｔｆｏｒｍ，” Ｐｒｏｃ． ＥＣＯＣ２０１１， Ｔｈ．１２， ＬＥＳＡＬＥＶＥ．５， （２０１１）
【非特許文献２】倉田優生 他著 “ヘテロジニアス技術による高速ＩｎＰ−ＰＤ集積型石英系ＰＬＣデバイス”， 信ソ会，２０１１， Ｃ−３−３３， （２０１１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
従来の実装方法では、ＰＤの電流値をモニタしながら最大値が得られるように調芯し、光結合させるのに対し、ヘテロジニアス集積ではフォトリソグラフィプロセスで作製するため、ＰＤの集積位置は予めフォトマスク上で決められている。そのため、ＰＤの集積位置はＰＬＣの作製条件（膜厚、導波路幅や高さ）やミラー角度、材料の屈折率などから、結合効率が高い位置を計算し、設定される。
【００１３】
しかしながら、ＰＤとミラーを集積したときの光結合効率はＰＤの受光感度から評価されるため、ミラーにより反射され、ＰＤへ入射するビームを直接測定、評価することはできない。そのため、作製したデバイスが計算より低い受光感度であった場合、その要因がＰＤの不具合か、ＰＤへの反射ビームの不具合か、切り分けることが困難であった。例えば、ミラー角度やエッチングのシフトずれが起きた場合には、ＰＤ受光部でビームのケラレにより受光感度が低下することから入射ビームの不具合であり、ＰＤの接着層にボイドや剥離があった場合には、散乱や反射により受光感度が低下するため、集積したＰＤの不具合となる。受光感度低下の要因を特定し、プロセスにフィードバックしていくことは、歩留まりや再現性を向上させていくために重要である。これまでは評価用のデバイスを別途作製、評価することが必要になり、煩雑な方法となってしまう。
【００１４】
このようにヘテロジニアス集積では、高速なＰＤの集積をフォトリソグラフィプロセスにより高精度に一括して行うことが可能となる一方で、ＰＤへ入射するビームの特性をモニタすることが難しい構造である。そこでＰＤおよびミラーと同時に集積でき、かつＰＤに入射するビームのみを直接モニタし、簡便に結合損失やビームプロファイルを評価できる構造を備えた受光デバイスの実現が課題となっている。ＰＤへ入射するビームをモニタできれば、ＰＤへ入射する光強度やプロファイルを評価することで、光学設計上で受光感度に影響がない範囲でＰＤやミラーが形成できているかをモニタすることが可能となる。
【００１５】
本発明は、このような問題を鑑みてなされたもので、その目的とするところは、受光素子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受光素子間を光信号入出力する際に、光路変換されて受光素子に入力されるビームの光強度やプロファイルを簡便に求めることができる構造を備えた受光デバイスを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
このような目的を達成するために、本発明の一態様は、アンダークラッド、コア及びオーバークラッドからなる導波路層を含む光平面回路のオーバークラッド表面に受光手段を集積した受光デバイスである。受光デバイスは、アンダークラッド、第１のコア、第２のコア及びオーバークラッドからなる導波路層が基板に作製された光平面回路であり、前記導波路層が入力された光を前記第１のコアおよび前記第２のコアに分岐する分岐手段を含む、光平面回路を備え、前記オーバークラットの表面の前記第１のコアの上方の位置に受光手段が集積されている。また、受光デバイスは、前記オーバークラットの表面の前記第２のコアの上方の位置に形成された開口領域を有する遮光手段を備える。
【００１７】
一実施形態では、光平面回路が、第１のコア及び第２のコアの光の出射方向と交わり、基板の垂直方向に対して傾斜した傾斜面を有し、反射手段が、前記傾斜面に設けられており、前記第１のコア及び前記第２のコアから出射する光を前記受光手段の受光面の方向及び前記遮光手段の前記開口領域の方向へそれぞれ反射する。
【００１８】
一実施形態では、オーバークラッドから見たときの遮光手段の開口領域の形状と受光手段の受光面の形状とは等しい。また、第１のコア及び第２のコアは、光の導波方向に垂直な断面の形状が等しく且つ互いに平行であり、前記第２のコアと前記遮光手段の開口領域との相対的な位置の関係は、前記第１のコアと前記受光手段の受光面との相対的な位置の関係と等しい。反射手段は、前記第１のコアからの光と前記第２のコアからの光を等しい角度で反射する。
【００１９】
一実施形態では、反射手段は、傾斜面に被着された反射膜、金属薄膜及び多層膜のいずれかからなるミラーである。
【００２０】
一実施形態では、遮光手段は、オーバークラッドの表面の第２のコアの上方の位置に被着した遮光膜であり、前記第２のコアから出射した光が反射手段により反射され前記遮光膜の開口領域を通過する。
【００２１】
一実施形態では、受光手段は、オーバークラットの表面の第１のコアの上方の位置に接合された光半導体エピタキシャル層より形成されたフォトダオードである。前記光半導体エピタキシャル層を成長させるための成長基板は除去されており、受光手段の一部を構成しない。
【００２２】
一実施形態では、第２のコアから出射し反射手段により反射され受光手段の受光面に光学的に結合された光の光結合距離は、前記第２のコアから出射し前記反射手段により反射され前記受光手段の受光面に光学的に結合された光の径が前記受光面と等しくなる径となる光結合距離よりも小さい。例えば、光結合距離は３０μｍ以下である。
【００２３】
一実施形態では、反射手段が形成される傾斜面と基板とのなす角度は、３０度以上６０度以下である。
【発明の効果】
【００２４】
以上説明したように、本発明によれば、光平面回路に表面集積した受光手段に入力されるビームの光強度やプロファイルを簡便に求めることができる受光デバイスを提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】ヘテロジニアス集積技術によりＰＤをＰＬＣに集積した受光デバイスの概略構成図であり、（ａ）は上面の一部を示す図、（ｂ）はＢ−Ｂ線における断面図、（ｃ）はＣ−Ｃ線における断面図である。
【図２】本発明の一実施形態にかかる受光デバイスの概略構成を示す図であり、（ａ）は上面の一部を図、（ｂ）はＢ−Ｂ線における断面図、（ｃ）はＣ−Ｃ線における断面図である。
【図３】本発明の一実施形態にかかる受光デバイスの概略構成を示す上面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
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。  
図２は、本願発明の一実施形態にかかる受光デバイスの概略構成を示す図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）はＢ−Ｂ線における断面図、（ｃ）はＣ−Ｃ線における断面図である。
【００２７】
図２に示す受光デバイスは、クラッド２０２、コア２０１ａ及びコア２０１ｂからなる導波路層がＳｉ基板２０３に作製されたＰＬＣと、オーバークラット表面のコア２０１ａの上方の位置にヘテロジニアス集積技術により集積されたＰＤ構造２０６と、オーバークラット表面のコア２０１ｂの上方の位置に形成（被着）された遮光膜２０８と、コア２０１ａ及びコア２０１ｂを導波する光をそれぞれＰＤ構造２０６の受光面及び遮光膜２０８のピンホール２１０の方向へ反射するミラー２０４とを備える。また、図２の受光デバイスは、入力された光を分岐してするカプラまたは方向性結合器などの光分岐素子（不図示）を備える。分岐された光は、コア２０１ａ及びコア２０１ｂをそれぞれ導波する。
【００２８】
コア２０１ａ及びコア２０１ｂの組成や断面等の形状は等しい。また、コア２０１ａ及びコア２０１ｂは、ＰＤ構造２０６、遮光膜２０８及びミラー２０４が生成される領域において互いに平行となるように、且つＳｉ基板２０３の面およびオーバークラッド表面に対して平行となるように直線状に作製されている。
【００２９】
ミラー２０４は、コア２０１ａおよびコア２０１ｂを導波し反射された光の光軸が互いに並行になるように作製されている。例えば、ミラー２０４は、ミラー面の法線とコア２０１ａまたはコア２０１ｂを含む面とＳｉ基板２０３の面とが垂直になるように作製されている。
【００３０】
ＰＤ構造２０６の受光面（光吸収層）と遮光膜のピンホール２１０は、オーバークラッド側から見た形状が等しく、また、受光面の中心とオーバークラッド表面のミラー端２１１との距離がピンホール２１０の中心とオーバークラッド表面のミラー端２１１との距離と等しくなる位置に配置されている。すなわち、ミラー２０４におけるコア２０１ａの位置に対するＰＤ構造２０６の受光面の位置関係と、ミラー２０４におけるコア２０１ｂの位置に対する遮光膜２０８のピンホール２０８の位置関係は等しい。
【００３１】
より具体的には、図２（ｂ）に示すようにミラー２４０は、傾斜してＰＬＣ面内に形成されており、ミラー傾斜角２０５はＳｉ基板２０３の面を基準として３０〜６０度の角度であり、導波路（コア２０１ａ，２０１ｂ）を伝搬する光信号をそれぞれオーバークラッド側に光路変換する。導波路（コア２０１ｂ）からの光信号はミラーで光路変換されて遮光膜２０８に設けられたピンホール２１０を通過しモニタされる（光の強度が測定される）。また、導波路（２０１ｂ）からの光信号はミラーで光路変換されてＰＤで受光される。上述したようにオーバークラッド側から見たピンホール形状は集積するＰＤの受光面と同じ形状であり、ピンホール２１０と導波路（コア２０１ｂ）との位置関係は、ＰＤと導波路（コア２０１ａ）との位置関係と等しい。
【００３２】
ＰＬＣに集積するＰＤの受光面が円形の面型ＰＤであり、ピンホールの直径が同等である場合、ミラー２０４で光路変換され、実際にＰＤに入射する場合と同じビームプロファイルの光が、ピンホール２１０を通ることになる。したがってピンホール２１０を通過する光強度を測定し、ＰＬＣ表面のフレネル反射による損失を計算により除くことで、実際にＰＤに入射する光強度を求めることができる。
【００３３】
ＰＤと共にこのようなピンホール２１０を形成したモニタポートを設け、ＰＤに入射する光強度を求めることで、ＰＤで測定された受光感度から所望の受光特性が得られているかどうかを検証することができる。
【００３４】
ピンホールは設計自由度の高いフォトリソグラフィプロセスで形成できるため、直径や形状が異なるＰＤをヘテロジニアス集積する場合でも、それに合わせたピンホールの形状やサイズを設定することで、ミラーで光路変換されたビームの、ＰＤ集積位置における強度分布やビーム径などのプロファイルを測定することが可能となる。
【００３５】
このようにＰＬＣに表面集積したＰＤとともに、ピンホール２１０を設けた遮光膜２０８と、導波路および光路変換用ミラー２０４が形成された受光デバイスを用い、光入力した際にミラーで光路変換されてピンホールを通過するビームの強度を測定することで、実際にＰＤに入射される光強度を算出し、損失やビームプロファイルをモニタし、所望のミラー特性が得られているかどうかを評価することができる。
【００３６】
ヘテロジニアス集積型ＰＤで構成されるこれまでの受光デバイスでは、光結合効率はＰＤの受光感度から評価されるため、ＰＤ入射されるビームの特性を直接モニタすることができなかった。また、ＰＤを設けずミラーで光路変換されたビームの光強度を直接測定しても、ＰＬＣ中の迷光までがミラーで跳ね上げられるため、ＰＤに入射するビームと迷光を分けることができず、ＰＤに入射するビームのみを測定することが困難であった。一方、本実施形態によれば、ミラーで光路変換されたビームが通過するピンホールをＰＤを模した形状とし、ＰＤと共に設ける工夫により、ＰＤに入射するビームの光強度を簡便にモニタできる受光デバイスを提供することが可能となる。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。
【００３７】
図３を参照して、本発明の実施例１にかかる受光デバイスを説明する。図３の受光デバイスは、入力部３２０から入力された光を分岐する方向性結合器３３０と、クラッド、コア３０１ａ及びコア３０１ｂからなる導波路層がＳｉ基板に作製されたＰＬＣと、オーバークラット表面のコア３０１ａの上方の位置にヘテロジニアス集積技術により集積されたＰＤ構造３０６と、オーバークラット表面のコア３０１ｂの上方の位置に形成（被着）された遮光膜３０８と、コア３０１ａ及びコア３０１ｂを導波する光をそれぞれＰＤ構造３０６の受光面及び遮光膜３０８のピンホール３１０の方向へ反射するミラー３０４とを備える。
【００３８】
入力用光導波路に入力された光信号は、方向性結合器３３０で１対１の光強度比でＰＤ側のコア３０１ａとピンホール側のコア３０１ｂとに２分割され、それぞれミラー３０４でオーバークラッド表面方向に跳ね上げられた後（光路変換された後）、一方はＰＤの受光面に入射され、もう一方はピンホール３１０を介して出射される。
【００３９】
本発明の効果を検証するため、上記の受光デバイスを用い、ＰＤの受光感度とピンホールを通過する光強度を測定し、ＰＬＣ−ＰＤ間の光結合効率を求めた。
【００４０】
図３に示す受光デバイスのサイズは、縦が１０ｍｍ、横（コア３０１中を光が伝搬する方向）が１５ｍｍである。コア径は３．５μｍ、オーバークラッド膜厚は１６．５μｍ、コア（３０１ａ，３０１ｂを含む）とクラッドの比屈折率差は２．５％の導波路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光導波路入力部３２０から行い、ミラー３０４となる傾斜面は光導波路入力部３２０の反対側に形成する。ミラー３０４の構造は図２を参照して上述した通りである。石英系ＰＬＣはシリコン基板上に形成され、その光導波路のコア（３０１ａ、３０１ｂ）の端部には傾斜面が形成されている。傾斜面は反射膜としてアルミが蒸着されており、コア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３０４として機能する。このとき、基板に対する傾斜面の角度をミラー角度とする。オーバークラッド上面のミラー周辺部には、受光径（円形受光面の直径）が１９μｍの面型ＰＤが形成され、このＰＤ隣の領域には、遮光層３０８が形成されている。遮光層３０８は、縦方向の中心を導波路中心とし、横方向をミラー端を基準として、縦の長さが２００μｍ、横の長さが３００μｍの範囲にアルミを０．３μｍの膜厚で蒸着して形成されている。遮光層３０８には、ＰＤ受光径と同等の直径が１９μｍのピンホールが設けられている。なおミラー３０４を構成する反射膜としては、多層膜をスパッタで堆積する方法を用いてもよく、遮光層の材料としてはアルミや金といった金属だけでなく、光吸収材を用いてもよく、反射膜や遮光層の材料が本発明を制限するものではない。ミラー角度は、損失が大きく増加しないように３０度から６０度の範囲で設定する必要がある。そこでミラー角度はピンホール部のオーバークラッド界面におけるフレネル反射や、遮光層のアルミの反射で導波路側に戻ってきたビームが導波路に再結合しないよう、５２度に設定した。導波路中心からＰＤの受光面までの距離（基板面に垂直方向の距離：図２（ｃ）においてビーム反射方向２０９の矢印の方向の長さ）は約２０μｍであり、光結合距離（ミラー２０４とコア２０１ｂの中心との交点からＰＤ受光面までの距離：図２（ｂ）においてビーム反射方向２０９の矢印の方向の長さ）は３０μｍ以下の２１μｍとなる。このように、光結合距離は、ミラーにより反射されＰＤの受光面に光学的に結合された光の径が当該受光面の径以下となる光結合距離よりも小さいく設計されている。このとき反射されたビーム強度分布の１／ｅ２の強度となる幅をビーム径とすると、ビーム径はビンホールにおいて１４μｍ程度に拡大するものの、ピンホール３１０の直径に対して小さいため、ビーム中心とピンホール中心が合えば、ほとんど損失無く透過できるサイズである。そしてピンホールを通過したビームの強度は、パワーメータで測定される。ＰＤの位置は、結合効率が最も高い位置を計算で求め、ＰＤ受光面の中心を基準としてミラー端（図２の“２１１”）から２２μｍの位置で導波路３０１ａの上の位置に設定した。ピンホール３１０の位置も対応する導波路３０１ｂに対して、ピンホール中心を基準にミラー端から２２μｍの位置で導波路３０１ｂの上の位置に設定した（図２（ａ）同様）。
【００４１】
次に上記の光受光デバイスを作製するプロセスを示す。まず適切な工程により方向性結合器３３０、光導波路３０１ａ及び３０１ｂを作製した石英系ＰＬＣを用意し、ＰＬＣのオーバークラッド上にエピタキシャル層付きＩｎＰ基板の表面側を接合する。（ＰＬＣのオーバークラッドの表面とエピタキシャル層の表面とを接合する。）その後、ＩｎＰ基板を研磨、ウェットエッチングにより除去することでエピタキシャル層のみがＰＬＣ基板のオーバークラッド上に残る。この状態でエピタキシャル層を、フォトリソグラフィーおよび、エッチングにより加工することでＰＤ構造３０６を作製する。さらに、ＰＬＣ基板のオーバークラッドにレジストなどでピンホール部などをマスキングし、蒸着でアルミ等の金属を被着してピンホール３１０を有する遮光膜３０８を形成する。その後、ドライエッチングにより深さが導波路より深くなるように傾斜面を形成する（例えば、特許文献２参照）。なお、傾斜面の作製方法が、発明の効果を限定するものではないが、ドライエッチングにより作製することで高精度かつ自由度の高いミラーレイアウトが可能となる。続いて傾斜面に対し、蒸着またはスパッタなどにより金やアルミ等の金属を被着させ反射膜とし、ミラー３０４を形成する。このとき、蒸着源、またはスパッタリングターゲットに対して基板表面を傾斜させることで、傾斜面に反射膜が成膜される。ミラーの位置は、設定したＰＤおよびピンホール位置に対応するように、エッチングシフト等を考慮して設定する。
【００４２】
このような受光デバイスに波長１．５５μの光（強度５００μＷ）を入力したとき、ＰＤで測定した受光感度は０．３５Ａ／Ｗ、ピンホールで測定した光強度は２０２μＷであった。ピンホール側において、オーバークラッド表面におけるフレネル損失０．３ｄＢを除くと、ミラーで反射された光強度は２１６μＷと計算される。方向性結合器の分岐比は１対１であるから、ＰＤ側に入射されるビームの光強度も２１６μＷであることがわかった。ここでＩｎＰ表面でのフレネル損失０．５ｄＢとＰＤ単体の受光感度０．９Ａ／Ｗから受光感度を算出すると、０．３５Ａ／Ｗとなり、測定した受光感度と一致する。したがって、ミラーおよびＰＤが設計通り形成され、損失増加といった不具合が発生していないことを確認できた。このように、ＰＤ構造を模擬したピンホールを設けておくことで、作製した受光デバイスの受光特性の検証を簡便に行うことが可能となり、低損失で良好な特性を持つ受光デバイスを提供できる。
【符号の説明】
【００４３】
１０１  コア
１０２  クラッド
１０３  Ｓｉ基板
１０４  ミラー
１０６  ＰＤ構造
１０７  ＰＤ受光部
１０８  ＰＤ電極
１１０  接着層
２０１ａ，２０１ｂ  コア
２０２  クラッド
２０３  Ｓｉ基板
２０４  ミラー
２０６  ＰＤ構造
２０８  遮光膜
２１０  ピンホール
３０１ａ，３０１ｂ  コア
３０４  ミラー部
３０６  ＰＤ構造
３０８  遮光膜
３１０  ピンホール
３２０  光導波路入力部
３３０  方向性結合器
【図１】
2015132653.tif 000003
【図２】
2015132653.tif 000004
【図３】
2015132653.tif 000005