(57)【要約】【課題】形状に関する設計自由度の高い光学素子およびその製造方法を提供する。【解決手段】シリコン基板１に凹部２が形成され、凹部２の底面からシリコン酸化物よりなる複数の柱構造体４が隣接した状態で立設され、このシリコン基板１と一体的に形成したシリコン酸化物ブロック３が構成されている。シリコン酸化物ブロック３によりマイクロレンズが構成され、光が透過する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン基板の上面からシリコン酸化物よりなる複数の柱構造体が隣接した状態で立設され、このシリコン基板と一体的に形成したシリコン酸化物ブロックに光を透過させるようにしたことを特徴とする光学素子。
【請求項２】
シリコン基板の上面からシリコン酸化物ブロックがシリコン基板との境界面である下面が水平方向に連続する凹凸形状を有する状態で立設され、このシリコン基板と一体的に形成したシリコン酸化物ブロックに光を透過させるようにしたことを特徴とする光学素子。
【請求項３】
前記シリコン基板と一体的に形成したシリコン酸化物ブロックは、マイクロレンズであることを特徴とする請求項１または２に記載の光学素子。
【請求項４】
前記シリコン基板と一体的に形成したシリコン酸化物ブロックは、光導波路であることを特徴とする請求項１または２に記載の光学素子。
【請求項５】
前記シリコン基板と一体的に形成したシリコン酸化物ブロックは、マイクロレンズと光導波路であることを特徴とする請求項１または２に記載の光学素子。
【請求項６】
前記シリコン酸化物よりなる複数の柱構造体は、シリコン基板の上面において光軸に対し平行に延設されていることを特徴とする請求項１，３，４，５のいずれか１項に記載の光学素子。
【請求項７】
前記シリコン基板と一体的に形成したシリコン酸化物ブロックは、その下に当該シリコン酸化物ブロックと同形状のシリコン基板からなる連結部を有していることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の光学素子。
【請求項８】
前記シリコン基板に凹部が形成され、その凹部の内部において前記シリコン基板と一体的に形成したシリコン酸化物ブロックがその周囲に空隙が在る状態で配置されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の光学素子。
【請求項９】
前記シリコン基板と一体的に形成したシリコン酸化物ブロックは、上下方向の厚さが１０μｍ以上であることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の光学素子。
【請求項１０】
前記隣接した状態で立設される複数の柱構造体は熱酸化によるシリコン酸化物であるとともに、隣接した状態で立設される複数の柱構造体の間には成膜によるシリコン酸化物が埋設されていることを特徴とする請求項１，３〜９のいずれか１項に記載の光学素子。
【請求項１１】
前記シリコン酸化物ブロックは、不純物が上下方向において濃度分布をもつようにして添加されていることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の光学素子。
【請求項１２】
前記不純物はゲルマニウム（Ｇｅ）、リン（Ｐ）、スズ（Ｓｎ）、ホウ素（Ｂ）のいずれかであることを特徴とする請求項１１に記載の光学素子。
【請求項１３】
前記シリコン基板には当該シリコン基板とは別体構造のレンズが嵌め込まれ、このレンズと前記マイクロレンズとを光学的に結合したことを特徴とする請求項３に記載の光学素子。
【請求項１４】
シリコン基板における前記マイクロレンズの周囲に同マイクロレンズを水平方向に移動させるためのアクチュエータを一体的に形成し、マイクロレンズの水平方向への移動に伴ないマイクロレンズへの光を光軸から変位させてマイクロレンズから出射する光の向きを変えるようにしたことを特徴とする請求項３に記載の光学素子。
【請求項１５】
前記シリコン基板に、レンズと光導波路とスリットのうちの少なくとも一つを含む複数の光学部品を作り込んだことを特徴とする請求項１または２に記載の光学素子。
【請求項１６】
パターニングしたマスクを用いてシリコン基板をトレンチエッチングしてトレンチを多数並設する第１工程と、
熱酸化により前記トレンチ内をシリコン酸化物で埋めるとともにトレンチ間のシリコン層をシリコン酸化物で置き換えて所定領域をシリコン基板と一体的な光透過用ブロックにする第２工程と、
を有することを特徴とする光学素子の製造方法。
【請求項１７】
前記第１工程でのトレンチの幅およびトレンチ間のシリコン層の幅は、前記第２工程での熱酸化において前記トレンチ内がシリコン酸化物で充填されると同時にトレンチ間のシリコン層がシリコン酸化物になる寸法としたことを特徴とする請求項１６に記載の光学素子の製造方法。
【請求項１８】
前記第１工程において、光透過用ブロックの形状を規定する最外周部が所定幅のシリコン層で連結されるように光透過用ブロックの形成領域の周囲にトレンチを形成したことを特徴とする請求項１６に記載の光学素子の製造方法。
【請求項１９】
前記連結したシリコン層の幅は、トレンチ間のシリコン層の幅以下であることを特徴とする請求項１８に記載の光学素子の製造方法。
【請求項２０】
前記光透過用ブロックの形成領域の周囲に形成するトレンチは、熱酸化を行った後においてトレンチ内に空隙が残るようにしたことを特徴とする請求項１８に記載の光学素子の製造方法。
【請求項２１】
前記第１工程において多数並設するトレンチを、光軸に対し平行に延設したことを特徴とする請求項１６に記載の光学素子の製造方法。
【請求項２２】
前記トレンチエッチングは、反応性イオンエッチングにてトレンチを形成し、このトレンチ内壁に保護用酸化膜を形成し、さらに、トレンチ底部の保護用酸化膜をエッチングした後にトレンチの底部から反応性イオンエッチングによりトレンチを更に深くすることにより、アスペクト比の高いトレンチを形成するようにしたことを特徴とする請求項１６に記載の光学素子の製造方法。
【請求項２３】
前記マスクとして、レンズと光導波路とスリットのうちの少なくとも一つを含む複数の光学部品を形成するためのものを用いて、トレンチエッチングと熱酸化工程を経ることにより一括して前記シリコン基板に作り込むようにしたことを特徴とする請求項１６に記載の光学素子の製造方法。
【請求項２４】
熱酸化した状態でトレンチ内に空隙が残った状態から、シリコン酸化膜の成膜処理により前記空隙を埋め込むようにしたことを特徴とする請求項１６に記載の光学素子の製造方法。
【請求項２５】
上下方向において不純物濃度を変えたシリコン基板に対し前記トレンチを形成することにより光透過用ブロックでの不純物を上下方向において濃度分布をもたせたことを特徴とする請求項１６に記載の光学素子の製造方法。
【請求項２６】
上下方向において不純物濃度を変えたシリコン基板は、シリコン基板上に、膜厚方向において不純物濃度を変えたエピタキシャル膜を成長させることにより得るようにしたことを特徴とする請求項２５に記載の光学素子の製造方法。
【請求項２７】
上下方向において不純物濃度を変えたシリコン基板は、シリコン基板の表面に不純物をイオン注入または熱拡散することにより得るようにしたことを特徴とする請求項２５に記載の光学素子の製造方法。
【請求項２８】
前記不純物はゲルマニウム（Ｇｅ）、リン（Ｐ）、スズ（Ｓｎ）、ホウ素（Ｂ）のいずれかであることを特徴とする請求項２５に記載の光学素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光学素子およびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
微小形状のレンズを得るために従来は以下のようにしていた（例えば、特許文献１）。
【０００３】
図３５（ａ）に示すように、ガラス基板１００にレジスト材料１０１を塗布する。そして、図３５（ｂ）に示すように、レジスト材料１０１を所望の形状にパターニングする。さらに、図３５（ｃ）に示すように、アニールしてレジスト材料１０１を流動状態にして表面張力によって半球形にする。さらには、図３５（ｄ）に示すように、レジスト材料１０１を冷却してそのまま固化する。このように、レジスト材料１０１をそのままレンズの構造材として用いる方法が代表的であった。また、この方法の発展形として、その後に、図３６（ａ）に示すように、異方性の高いドライエッチングを施して、図３６（ｂ）に示すように、レジスト材料１０１の形状を下地のガラス基板１００上にそのまま転写することが行われてきた。
【０００４】
あるいは、図３５（ｄ）の後のレジスト材料１０１の形状または図３６（ｂ）の後のガラス基板１００の表面形状を、図３６（ｃ）に示すように、ＵＶ硬化樹脂１０２を塗布した後に硬化させることで写し取る。さらに、図３６（ｄ）に示すように、その硬化した樹脂材料１０２を鋳型として別の樹脂材料１０３に転写する。このようなことが行われてきた。
【０００５】
しかし、これらいずれの方法も、レンズ機能の要となる曲面の曲率は、レジスト材料の表面張力という物性値によってしか決定できず、ある程度成り行きまかせの仕上がり形状となる。特に、ＮＡの大きい（＝曲率半径の小さい）レンズや、非球面のレンズ形状を得ることはこれらの方法では不可能である。
【０００６】
【特許文献１】
特開平６−１９４５０２号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はこのような背景の下になされたものであり、その目的は、形状に関する設計自由度の高い光学素子およびその製造方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１６に記載の光学素子の製造方法によれば、パターニングしたマスクを用いてシリコン基板がトレンチエッチングされてトレンチが多数並設される。そして、熱酸化によりトレンチ内がシリコン酸化物で埋められるとともにトレンチ間のシリコン層がシリコン酸化物で置き換えられて所定領域がシリコン基板と一体的な光透過用ブロックになる。これにより、請求項１に記載のように、シリコン基板の上面からシリコン酸化物よりなる複数の柱構造体が隣接した状態で立設され、このシリコン基板と一体的に形成したシリコン酸化物ブロックに光を透過させる光学素子が得られる。また、請求項２に記載のように、シリコン基板の上面からシリコン酸化物ブロックがシリコン基板との境界面である下面が水平方向に連続する凹凸形状を有する状態で立設され、このシリコン基板と一体的に形成したシリコン酸化物ブロックに光を透過させる光学素子が得られる。
【０００９】
ここで、トレンチの形状や配置を変えることにより（マスクパターンを変えることにより）、形状に関する設計自由度の高い光学素子となる。
請求項１７に記載の光学素子の製造方法のように、第１工程でのトレンチの幅およびトレンチ間のシリコン層の幅は、第２工程での熱酸化においてトレンチ内がシリコン酸化物で充填されると同時にトレンチ間のシリコン層がシリコン酸化物になる寸法とするとよい。
【００１０】
請求項１８に記載の光学素子の製造方法のように、第１工程において、光透過用ブロックの形状を規定する最外周部が所定幅のシリコン層で連結されるように光透過用ブロックの形成領域の周囲にトレンチを形成すると、任意の面が得られる。
【００１１】
請求項１９に記載の光学素子の製造方法のように、連結したシリコン層の幅は、トレンチ間のシリコン層の幅以下であると、シリコン層が酸化されない領域を少なくすることができる。
【００１２】
請求項２０に記載の光学素子の製造方法のように、光透過用ブロックの形成領域の周囲に形成するトレンチは、熱酸化を行った後においてトレンチ内に空隙が残るようにすると、座屈を回避することができる。このことに関して、請求項８に記載のように、シリコン基板に凹部が形成され、その凹部の内部においてシリコン基板と一体的に形成したシリコン酸化物ブロックがその周囲に空隙が在る状態で配置されている光学素子においては、ブロックとその外方のシリコン基板を完全に分離することができ、座屈を回避することができる。
【００１３】
請求項２１に記載の光学素子の製造方法のように、第１工程において多数並設するトレンチを、光軸に対し平行に延設すると、光の散乱等による光の透過が低下するのを抑制することができる。このことに関して、請求項６に記載のように、シリコン酸化物よりなる複数の柱構造体は、シリコン基板の上面において光軸に対し平行に延設されている光学素子においては、光の散乱等による光の透過が低下するのを抑制することができる。
【００１４】
請求項２２に記載の光学素子の製造方法のように、トレンチエッチングは、反応性イオンエッチングにてトレンチを形成し、このトレンチ内壁に保護用酸化膜を形成し、さらに、トレンチ底部の保護用酸化膜をエッチングした後にトレンチの底部から反応性イオンエッチングによりトレンチを更に深くすることにより、アスペクト比の高いトレンチを形成することができる。
【００１５】
請求項２３に記載の光学素子の製造方法のように、マスクとして、レンズと光導波路とスリットのうちの少なくとも一つを含む複数の光学部品を形成するためのものを用いて、トレンチエッチングと熱酸化工程を経ることにより一括してシリコン基板に作り込むようにすると、光軸の位置合わせは不要となる。このことに関して、請求項１５に記載のように、シリコン基板に、レンズと光導波路とスリットのうちの少なくとも一つを含む複数の光学部品を作り込んだ素子においては、光軸の位置合わせは不要となる。
【００１６】
請求項２４に記載の光学素子の製造方法のように、熱酸化した状態でトレンチ内に空隙が残った状態から、シリコン酸化膜の成膜処理により空隙を埋め込むようにすると、トレンチを深くして上下方向の厚さが厚い構造体を得ることができる。このことに関して、請求項１０に記載のように、隣接した状態で立設される複数の柱構造体は熱酸化によるシリコン酸化物であるとともに、隣接した状態で立設される複数の柱構造体の間には成膜によるシリコン酸化物が埋設されている光学素子においては、上下方向の厚さが厚い構造体を得ることができる。
【００１７】
請求項２５に記載の光学素子の製造方法のように、上下方向において不純物濃度を変えたシリコン基板に対しトレンチを形成することにより光透過用ブロックでの不純物を上下方向において濃度分布をもたせるようにすると、不純物濃度によってシリコン酸化物の屈折率が変わるため、上下方向の集光機能を持たせることが可能となる。このことに関して、請求項１１に記載のように、シリコン酸化物ブロックは、不純物が上下方向において濃度分布をもつようにして添加されている光学素子においては、上下方向の集光機能を持たせることが可能となる。
【００１８】
上下方向において不純物濃度を変えたシリコン基板は、請求項２６に記載の光学素子の製造方法のように、シリコン基板上に、膜厚方向において不純物濃度を変えたエピタキシャル膜を成長させることにより得るようにしたり、請求項２７に記載のように、シリコン基板の表面に不純物をイオン注入または熱拡散することにより得るようにするとよい。
【００１９】
請求項１２，２８に記載のように、前記不純物はゲルマニウム（Ｇｅ）、リン（Ｐ）、スズ（Ｓｎ）、ホウ素（Ｂ）のいずれかであるとよい。
光学素子の構造に関して、シリコン基板と一体的に形成したシリコン酸化物ブロックは、請求項３に記載のように、マイクロレンズであっても、請求項４に記載のように、光導波路であっても、請求項５に記載のように、マイクロレンズと光導波路であってもよい。
【００２０】
請求項７に記載のように、シリコン基板と一体的に形成したシリコン酸化物ブロックは、その下に当該シリコン酸化物ブロックと同形状のシリコン基板からなる連結部を有していると、光の入射・出射の際に光の経路を妨げることを回避することができる。
【００２１】
請求項９に記載のように、シリコン基板と一体的に形成したシリコン酸化物ブロックは、上下方向の厚さが１０μｍ以上であるとよい。
請求項１３に記載のように、シリコン基板には当該シリコン基板とは別体構造のレンズが嵌め込まれ、このレンズとマイクロレンズとを光学的に結合すると、光を上下方向においても集めることが可能となる。
【００２２】
請求項１４に記載のように、シリコン基板におけるマイクロレンズの周囲に同マイクロレンズを水平方向に移動させるためのアクチュエータを一体的に形成し、マイクロレンズの水平方向への移動に伴ないマイクロレンズへの光を光軸から変位させてマイクロレンズから出射する光の向きを変えるようにすると、基板一体型の光スキャナとすることができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
（第１の実施の形態）
以下、この発明を具体化した第１の実施の形態を図面に従って説明する。
【００２４】
図１には、本実施形態における光学素子の斜視図を示す。図２には光学素子の平面および断面構造を示す。
図１，２に示すように、シリコン基板１には凹部２が形成され、凹部２の内部において底面にはマイクロレンズ３が配置されている。マイクロレンズ３は平凸型のシリンドリカルレンズである。つまり、平坦な入射面３ａと凸面よりなる出射面３ｂを有している。マイクロレンズ３に関して、シリコン基板１の上面からシリコン酸化物よりなる複数の柱構造体４が隣接した状態で立設され、このシリコン基板１と一体的に形成したシリコン酸化物ブロックによりマイクロレンズ３が構成され、マイクロレンズ３に光が透過する。詳しくは、図２に示すように、各柱構造体４はその下面が円弧面となっており、複数の柱構造体４が隣接した状態で立設されることにより構成されるシリコン酸化物ブロック（マイクロレンズ３）は、シリコン基板１と接着剤を介さずに、微小な凹凸形状の境界面で接続されている。即ち、シリコン基板１の上面からシリコン酸化物ブロック（マイクロレンズ３）がシリコン基板１との境界面である下面が水平方向に連続する凹凸形状を有する状態で立設され、このシリコン基板１と一体的に形成したシリコン酸化物ブロック（マイクロレンズ３）に光を透過させる構造となっている。
【００２５】
また、シリコン酸化物よりなる複数の柱構造体４は、図２に示すように、シリコン基板１の上面において光軸に対し平行に延設されている。これにより、柱構造体４の延設方向が光の通過する方向と平行になり、光の通過する方向とのなす角がシリコン酸化物と空気層との間の全反射角以内にすることができ、光の散乱等による光の透過が低下するのを抑制することができる。シリコン基板１と一体的に形成したシリコン酸化物ブロックであるマイクロレンズ３は、その下に当該シリコン酸化物ブロックと同形状のシリコン基板１からなる連結部（台座部）５を有している。また、凹部２の内部においてシリコン基板１と一体的に形成したマイクロレンズ３（シリコン酸化物ブロック）はその周囲に空隙６が在る状態で配置されている。これにより、ブロックとその外方のシリコン基板を完全に分離することができ、製造時に座屈を回避することができる（詳細は後述する）。図２に示すように、マイクロレンズ３（シリコン酸化物ブロック）は、上下方向の厚さ（高さＨ）が１０μｍ以上、具体的には１００μｍ程度である。また、マイクロレンズ３の水平方向の幅Ｗは５００μｍ程度である。
【００２６】
また、このレンズ３はシリコン基板１と接着層を介さずに接続する構造をとるため、放熱特性に優れる。例えば、高出力レーザ７のコリメート用に用いる場合を想定すると、レンズ３のサイズが小さいため、図１２に示すように、レーザの広がり角を９０°とした場合、高出力レーザ７の発光端とレンズ３の距離Ｌ（図２参照）として１００μｍ程度とする。即ち、高出力レーザ７の発光端にレンズの入射面３ａを１００μｍ程度まで近づけて設置することになる。この場合、レーザ光の熱を吸収してレンズ自体の温度が上がる懸念があるが、本レンズの場合、ガラスに比べて熱伝導性が著しく高いシリコン基板１に接続しているため、シリコン基板１側に熱が逃げるため、レンズの温度が上がりにくいというメリットがある。
【００２７】
次に、製造方法を説明する。
まず、図３，４に示すように、シリコン基板１上に酸化膜マスク１０を用いてレンズ形状のパターニングを行う。そして、図５，６に示すように、酸化膜マスク１０の開口部からエッチングを行い、トレンチ１１を形成する。つまり、第１工程として、パターニングしたマスク１０を用いてシリコン基板１をトレンチエッチングして一定の幅のトレンチ１１を一定の間隔で多数並設する。ここで、レンズ形成領域において複数のトレンチ（多数並設するトレンチ）１１は、同一方向に、かつ、光軸に対し平行に延設する。トレンチ幅（以下、抜きと呼ぶ）とトレンチ間の壁となるシリコンの幅（以下、残しと呼ぶ）の比率は、０．５５：０．４５となるようにマスク１０の開口部の幅および開口部の間隔を調整する。例えば、抜きが１．１μｍならば、残しは０．９μｍ、抜きが２．２μｍならば、残しは１．８μｍとする。
【００２８】
さらに、基板全体を水素雰囲気中でアニール処理してトレンチ側壁での表面粗さを小さくする。このエッチング後のトレンチ側壁表面、特にレンズ形成領域の最外周部を規定する側壁表面の平坦性は、この面が光の入射あるいは出射する面となるため重要であり、この後、熱酸化を行うことで平滑な表面を持つレンズ面を得ることができる。この技術に関しては特開２００２−２３１９４５号公報に開示されている。
【００２９】
さらに、図７，８に示すように、酸化膜マスク１０をフッ酸溶液への浸漬等により除去する。そして、図９，１０に示すように、トレンチエッチング後の第２工程として、熱酸化によりトレンチ１１内をシリコン酸化物で埋めるとともにトレンチ１１間のシリコン層をシリコン酸化物で置き換えて所定領域をシリコン基板１と一体的なマイクロレンズ（光透過用ブロック）３にする。この時の酸化膜厚は、（抜き幅＋残し幅）と同じか、それ以上に設定する。通常、熱酸化膜はシリコン表面の内側と外側に０．４５：０．５５の割合で進行する。本実施形態では、この比率に合わせて抜き幅と残し幅を設定しており、トレンチの幅およびトレンチ間のシリコン層の幅は、熱酸化においてトレンチ内がシリコン酸化物で充填されると同時にトレンチ間のシリコン層がシリコン酸化物になる寸法となっている。よって、トレンチ内部が全て熱酸化膜で埋まった時点でトレンチ間のシリコン内部も全て酸化され、この時点でレンズ形状全体がブロック状のシリコン酸化物（ＳｉＯ２）となり、レンズができる。
【００３０】
このようにして、シリコン基板１上にマスク１０によって周期的なトレンチ形状を内包するレンズ形状を規定した後、エッチングによりトレンチ１１を形成する。その後、熱酸化工程を経ることで、トレンチ１１内がシリコン酸化物で埋まると同時にトレンチ１１間のシリコン層がシリコン酸化物に置き換わり、レンズ形状全体が一体のブロック状のシリコン酸化物に変化し、マイクロレンズが製造される。
【００３１】
なお、この熱酸化工程の後に、透過率向上のために、必要に応じて基板全体に反射防止膜をコーティングしてもよい。
図５，６において、光透過用ブロックの形状を規定する最外周部、即ち、レンズ形成領域の最外周（輪郭線）は、所定幅のシリコン層１２で連結されるように光透過用ブロックの形成領域の周囲にトレンチ１５を形成する。つまり、残し領域（１２）で囲む。この輪郭線（１２）のパターンによって光の入射面、出射面の曲率が規定されるため、パターン設計次第で任意の曲面が得られる（任意の面が得られる）。また、輪郭線（１２）となる残し領域の幅は、トレンチ１１間の残し幅と同じか、それよりも細く設定する。即ち、連結したシリコン層１２の幅は、トレンチ１１間のシリコン層の幅以下にする。これは、以下の理由による。図１３（ａ）に示すように、レンズ形成領域の残し１３と輪郭線（１２）はＴ字型に連結されるが、このＴ字部分の酸化膜の進行速度は他の部分よりも遅くなる。そのため、輪郭線（１２）の残し幅Ｗ２がトレンチ１１間の残し幅Ｗ１より大きいと、この部分に未酸化箇所１４が出る可能性がある。それゆえ、図１３（ｂ）に示すように、輪郭線（１２）となる残し領域の幅Ｗ２は、トレンチ１１間の残し幅Ｗ１と同じか、それよりも細く設定する。これにより、シリコン層が酸化されない領域を少なくすることができる。
【００３２】
また、図５，６において、レンズ形成領域の外側（光透過用ブロックの形成領域の周囲）に形成したトレンチ１５は、ブロック内のトレンチ幅に比べて十分広い幅である。そして、光透過用ブロックの形成領域の周囲に形成するトレンチ１５は、図１０に示すごとく、熱酸化を行った後においてトレンチ内に空隙が残るようにする。これにより座屈を回避することができる。また、エッチング領域（トレンチ１５）は、トレンチエッチング工程におけるマイクロローディング効果によってレンズ内部のトレンチ１１よりも深くエッチングされる。この形状は光の入射、出射に際して光の経路を妨げないという点で重要である。つまり、シリコン基板１と一体的に形成したシリコン酸化物ブロック（３）は、その下に当該シリコン酸化物ブロック（３）と同形状のシリコン基板からなる連結部５を有していると、図１２にＬ１で示す光の入射・出射の際に光の経路を妨げることを回避することができる。
【００３３】
図５，６に示すトレンチエッチングを行う際に、規定された抜き幅に対して、より深いトレンチ１１を形成して立体的なレンズ形状を得るためには、高アスペクト比（深さ／幅）のトレンチを形成する必要がある。また、もしトレンチ１１の断面プロファイルにおいて、開口部よりも底面付近の幅が狭くなる（テーパー形状）、あるいは開口部よりも底面付近の幅が広くなる（逆テーパー形状）、あるいはトレンチ中央部付近の幅が開口部付近や底面付近よりも広くなる（ボウイング形状）場合には、いずれも熱酸化後に隙間が残る可能性がある。従って、断面プロファイルの垂直性を確保する点も重要である。
【００３４】
そこで、特開２０００−２９９３１０号公報のエッチング技術を利用して、形成したトレンチ１１の内面（側面と底面）に保護酸化膜を形成し、底面の酸化膜を反応性イオンエッチングにて除去し、この底面から引き続きシリコン基板１のエッチングを行うというように保護酸化膜の形成工程とトレンチ底部のエッチング工程を繰り返し行う。これにより、アスペクト比「６０」程度まで断面プロファイルが極めて垂直なトレンチが得られる。このように、トレンチエッチングは、反応性イオンエッチングにてトレンチ１１を形成し、このトレンチ内壁に保護用酸化膜を形成し、さらに、トレンチ底部の保護用酸化膜をエッチングした後にトレンチ１１の底部から反応性イオンエッチングによりトレンチを更に深くすることにより、アスペクト比の高いトレンチを形成することができる。
【００３５】
さらに、図９，１０の状態から、最後に図１１に示すように、レンズ周囲のスペース部と一部重なる位置でダイシングカットする。これにより、図２に示すように、シリンドリカルレンズが得られる。
【００３６】
抜き幅、残し幅の比率が理想状態（０．５５：０．４５）であれば、レンズ形状の内部が隙間なくシリコン酸化物（ＳｉＯ２）で埋められ、かつ、レンズ形状に歪みは生じない。しかしながら、マスクパターニング時、トレンチエッチング時に生じる工程ばらつきにより、抜き／残しの比率が理想状態からずれる可能性がある。理想状態よりも抜き幅が相対的に広かった場合、熱酸化後もトレンチが完全に埋まらず隙間が残る。しかし、この時の隙間が透過させる光の波長に対して十分小さく、かつ光の透過方向が隙間の方向に対して平行であれば、隙間、及びその両側界面によるレンズ内部での光の散乱、屈折率の不均一性は問題にならない。また、理想状態よりも残し幅が相対的に広かった場合、十分な熱酸化後にはトレンチ内部はシリコン酸化物（ＳｉＯ２）で埋まり、かつトレンチ間のシリコンも完全にシリコン酸化物（ＳｉＯ２）に変わるが、残し幅が理想状態よりも広かった分、酸化後にレンズ形状の体積膨張が生じ、水平方向にシリコン酸化物（ＳｉＯ２）ブロックが広がる。本実施形態ではレンズ領域の周囲にエッチング領域（トレンチ１５）が設けてあるので、このように体積膨張した場合でも、レンズが周囲のシリコン部を圧迫することはない。
【００３７】
以下、より詳しい説明を行う。
本実施形態は、シリコン基板１に対して、基板１の表面に垂直な方向に一様なシリンドリカルレンズをマスクパターン通りに形成することが可能となる（トレンチエッチング時のマスクパターンによってレンズ形状を規定できるため、任意形状のレンズを設計通りに形成することが可能である）。これによって任意の曲率、形状を持つレンズを設計通りに形成することができる。即ち、トレンチの形状や配置を変えることにより（マスクパターンを変えることにより）、形状に関する設計自由度の高い光学素子となる。ここで、シリコン基板１に対して定められた比率で連続的に並んだラインアンドスペース状のマスクパターン（ライン＝シリコンとして残る部分の幅：０．４５／スペース＝トレンチ部分の幅：０．５５）に対して高アスペクト比のトレンチエッチングを行う。その後に基板全体を熱酸化することで、トレンチ及びトレンチ間のシリコン部分を隙間なく酸化させて、全体としてシリコン基板のある部分をシリコン酸化物（ＳｉＯ２）のブロックに変える。
【００３８】
ラインアンドスペースを上記の比率にすることについて再度説明を加える。通常、熱酸化膜はシリコン基板の表面に対して、外側に「０．５５」、内側に「０．４５」の比率で成長していくことが経験的に知られている。従って、ライン部分：０．４５、スペース部分：０．５５の比率でパターニングしてトレンチを連続的に並べれば、トレンチの内側がシリコン酸化物（ＳｉＯ２）で埋まった時点で、トレンチ間のシリコンの内部も全て酸化されてシリコン酸化物（ＳｉＯ２）に変わる。この工程を用いれば、シリコン基板１の任意の領域をトレンチ１１の深さの程度までシリコン酸化物（ＳｉＯ２）に変えることができる。ここで、基板１を上から見てレンズ形状になるように上記ラインアンドスペースパターンの領域を設ければ、この工程を経ることによってレンズ形状をしたシリコン酸化物（ＳｉＯ２）のブロックを得ることができる。このレンズは基板１の表面に垂直な方向（上下方向）には一様であり、シリンドリカルレンズとなる。
【００３９】
ここで、シリコン基板上にマスクパターン等によって規定したレンズ領域にＣＶＤによってシリコン酸化物層（ＳｉＯ２層）を堆積する場合においては、堆積であるため、レンズ層の厚さは１０μｍ程度が限界である。これに対し、本実施形態では、高アスペクト比のトレンチエッチング法により１００μｍ以上の厚さのレンズ層を形成でき、レンズとして実用的な、より立体的なシリンドリカルレンズを形成することができる。
【００４０】
また、本実施形態のレンズ形成時の特徴的な部分について詳しく説明する。
通常、シリコンとシリコン酸化物（ＳｉＯ２）とでは熱による線膨張率に相違がある（２０℃においてＳｉ：２．６×１０−６／℃、溶融石英：０．４〜０．５５×１０−６／℃、出典：理科年表）。従って、図１４に示すように、単純にトレンチエッチングにより板状のシリコンを残した後、熱酸化すると、冷却時に収縮量が違うことにより、板状のシリコン酸化物（ＳｉＯ２）に両側から応力がかかって座屈してしまう。このため、図１５（ａ）に示すように、一方向に多数のトレンチ１１を並べても上記の理由により、図１５（ｂ）に示すように熱酸化後、個々のシリコン酸化物層（ＳｉＯ２層）が座屈し、設計通りのレンズ形状が形成できない懸念が有る。
【００４１】
これに対し本実施形態では、レンズを形成するため次の３つのことを行っている。
第１の工夫として、レンズを形成する領域の周囲をトレンチ（抜き領域）１５で囲んでいる。即ち、光透過用ブロックの形成領域の周囲にトレンチ１５を形成している。
【００４２】
第２の工夫として、レンズの外周部分を輪郭線となる残し領域（１２）で囲んでいる。
第３の工夫として、トレンチ１１の延設方向を光の透過する方向に平行にしている。即ち、多数並設するトレンチ１１を光軸に対し平行に延設している。
【００４３】
第１の工夫により、熱酸化後の降温時にレンズパターンが周囲のシリコンから押されることがなくなり、板状のシリコン酸化物（ＳｉＯ２）が座屈することがなくなる。また、第２の工夫により、レンズ領域の最外周部分を輪郭となる残し領域（１２）で囲むことによって個々の板状のシリコン酸化物層（ＳｉＯ２層）が力学的に連結され、座屈したり倒れたりするのを防止できる。また、輪郭線となる残し領域（１２）のパターニングによってレンズ面を規定できるので、パターン設計次第によって任意曲率のレンズ面を得ることができる。また、第３の工夫により、個々の板状のシリコン酸化物層（ＳｉＯ２層）が隣接する界面（図２においてＹで示す部位）を光の透過方向に対して平行にすることができるため、この部分での光の反射、散乱等によるレンズとしての透過率（光の透過）の低下を最小限に抑えることができる。
【００４４】
なお、図５，６においてはトレンチエッチングより一定の幅のトレンチ１１を一定の間隔で多数並設したが、これに限ることなく、例えば、幅が一定でないトレンチを並設したり、トレンチを一定でない間隔で多数並設してもよい。
（第２の実施の形態）
次に、第２の実施の形態を、第１の実施の形態との相違点を中心に説明する。
【００４５】
図１６（ａ）においては、平凸型のシリンドリカルレンズを図示しているが、輪郭線の設計次第で、図１６（ｂ）のごとく両凸レンズ、図１６（ｃ）のごとく両凹レンズ、図１７（ａ）のごとく平凹レンズ、図１７（ｂ）のごとくメニスカスレンズ等、任意形状のレンズが形成可能である。また、高ＮＡのレンズも形成可能である。
【００４６】
さらに、複数のパターンを用意しておけば一括して作り込めるため、例えば図１８（ａ）に示すようにレンズアレイや、図１８（ｂ）に示すように、同一の光軸上に並んだレンズ群を形成できる。また、図１８（ｂ）に示すように、レンズのみならず、スリット等も同時に作り込むことができる。
【００４７】
このように、複数のレンズ（レンズアレイ）、あるいはレンズとスリットを一緒にパターニングし、トレンチエッチング、熱酸化工程を経ることで一括してこれら部品を基板に作り込むことができる。この場合、多数のレンズアレイであろうと、光が複数のレンズを通る複雑な光学系であろうと、１枚のマスクから一括して基板にパターニングして形成することができ、特に、後者の場合については、微小な光学系において非常に厄介な問題となる個々の光学部品の光軸合わせという問題を解消することができる。広義には、マスクとして、レンズと光導波路とスリットのうちの少なくとも一つを含む複数の光学部品を形成するためのものを用いて、トレンチエッチングと熱酸化工程を経ることにより一括してシリコン基板に作り込むようにすると、光軸の位置合わせは不要となる。即ち、光学素子の構造として、シリコン基板に、レンズと光導波路とスリットのうちの少なくとも一つを含む複数の光学部品を作り込むと、光軸の位置合わせは不要となる。
（第３の実施の形態）
次に、第３の実施の形態を、第１の実施の形態との相違点を中心に説明する。
【００４８】
図１９には本実施形態における光学素子の平面図を示すとともに、図２０には図１９のＡ−Ａ線での縦断面図を示す。
本実施形態においてはシリコン基板１には当該シリコン基板１とは別体構造のレンズ２１が嵌め込まれ、このレンズ２１とレンズ２０とを光学的に結合している。シリンドリカルレンズ２０は、入射光に対して水平方向のみコリメートあるいは集光する機能をもつが、これに別体のシリンドリカルレンズ２１を組み合わせている。これにより、垂直方向のコリメートあるいは集光が可能になる。別体となるシリンドリカルレンズ２１は、あらかじめシリコン基板１側に組み込み用の穴２２をエッチング等であけておいて、そこに嵌め込むことでセットする。この光学系により例えば半導体レーザ２３のコリメートが可能になる。通常、半導体レーザ２３は水平方向と垂直方向とではビームの広がり角度が大きく異なるため、コリメートするにはそれぞれの方向に対応した２個のシリンドリカルレンズを組み合わせる必要がある。その場合、このような構成を用いることになる。つまり、シリコン基板１にレンズ２０を作り込むとともにシリコン基板１に穴２２を形成し、この穴２２にシリンドリカルレンズ２１を嵌め込み、一対のレンズ２０，２１により横方向、縦方向に広がる光束を個別に集光する構成とすることができる（上下方向においても集光することが可能となる）。
【００４９】
なお、基板に嵌め込むレンズ２１としてシリンドリカルレンズの例を示したが、円柱状レンズを用いてもよい。
（第４の実施の形態）
次に、第４の実施の形態を、第１の実施の形態との相違点を中心に説明する。
【００５０】
図２において、シリンドリカルレンズとして、実用上使いやすいものとするためには、レンズ領域の高さ（レンズ高さ）Ｈをできる限り増大させる必要がある。本実施形態においては、このレンズ高さＨをできるだけ増大させるようにしている。
【００５１】
第１の実施の形態において説明したように、アスペクト比「６０」程度のトレンチエッチングを行うことによってレンズ高さＨを確保している。しかし、これ以上の高アスペクト比化はエッチング技術上困難である。一方、熱酸化によって得られる膜厚は、熱酸化時間の１／２乗に比例するため、膜厚が厚くなる程、酸化時間が非常に長くなる。例えば、現実的な酸化時間の範囲となるように酸化膜厚を２μｍとした場合、この膜厚で完全に埋まるようにするには、図２１（ａ）に示すように、元の抜き幅／残し幅をそれぞれ２．２μｍ、１．８μｍと設定する必要がある。抜き幅２．２μｍのトレンチでアスペクト比「６０」とすると、図２１（ｂ）に示すように、レンズ高さは１３２μｍ程度となる。
【００５２】
これ以上のレンズ高さを得ようとした場合、元の抜き幅を広げ、アスペクト比「６０」で得られるトレンチ深さを伸ばす方法がある。例えば、図２２（ａ）に示すように、元の抜き幅を３．２μｍとすると、トレンチ深さは１９２μｍとなる。しかし、残し幅を１．８μｍ、酸化膜厚を２．０μｍすると、熱酸化後、図２２（ｂ）に示すように、トレンチ内部は完全には埋まりきらず、１．０μｍ幅の隙間（空隙ｄ）が残る。
【００５３】
そこで、図２１（ａ）に示すように、シリコン基板１にＤＲＩＥ（ディープＲＩＥ）によりトレンチ１１を形成した後に図２１（ｂ）に示すように熱酸化を行っていたのに対し、図２２（ａ）に示すようにシリコン基板１にＤＲＩＥによりトレンチ１１を形成した後に、図２２（ｂ）に示すように熱酸化工程後に、さらに、図２２（ｃ）に示すように、ＣＶＤによる酸化膜堆積工程を追加する。つまり、ＣＶＤによって、残った隙間（空隙ｄ）を埋める。
【００５４】
この方法により、上記のレンズ高さＨに対する制限を回避できる。即ち、トレンチを深くして上下方向の厚さが厚い構造体を得ることができる。
このように、トレンチ１１を形成する時にトレンチ幅を広くし、熱酸化によるシリコン酸化物の形成を行った後に、トレンチ１１内に残った空隙ｄをＣＶＤによるシリコン酸化膜の堆積により埋め込み、これによりレンズ形状のシリコン酸化物ブロックを形成する。広義には、熱酸化した状態でトレンチ１１内に空隙ｄが残った状態から、シリコン酸化膜の成膜処理により空隙ｄを埋め込むと、トレンチを深くして上下方向の厚さが厚い構造体を得ることができる。即ち、光学素子の構造として、隣接した状態で立設される複数の柱構造体４は熱酸化によるシリコン酸化物であるとともに、隣接した状態で立設される複数の柱構造体４の間には成膜によるシリコン酸化物が埋設されていると、上下方向の厚さが厚い構造体を得ることができる。
（第５の実施の形態）
次に、第５の実施の形態を、第１の実施の形態との相違点を中心に説明する。
【００５５】
図２３には本実施形態における光学素子の平面図を示すとともに、図２４には図２３のＡ−Ａ線での縦断面図を示す。
本実施形態においては、シリンドリカルレンズ（マイクロレンズ）３０に静電式のアクチュエータ３１を一体化させて、レンズ３０にスキャナ機能を付加している。図２５に示すように、シリンドリカルレンズ３０に対して光軸を外れた位置から入射した光は光軸に対して斜め方向に透過していく。この原理を利用して、光軸と直交方向に加振して透過光を振幅に応じて所定角度範囲内で振動（スキャン）させる。これにより、光スキャナとして用いることができる。即ち、基板一体型の光スキャナとすることができる。
【００５６】
このように、基板（シリコン基板）におけるシリンドリカルレンズ（マイクロレンズ）３０の周囲に同レンズ３０を水平方向に移動させるためのアクチュエータ３１を一体的に形成し、レンズ３０の水平方向への移動に伴ないレンズ３０への光を光軸から変位させてレンズ３０から出射する光の向きを変えている。
【００５７】
図２４に示すように、基板としてＳＯＩ基板３２を用いている。つまり、支持基板（シリコン基板）３３の上に埋込み酸化膜３４を介して活性層（薄膜シリコン層）３５を形成したものを用いている。図２３に示すように、ＳＯＩ基板３２の中央部における活性層（薄膜シリコン層）３５においてレンズ３０が形成されている。静電式のアクチュエータ３１は、可動電極３６ａ，３６ｂと梁（ばね）３７ａ，３７ｂと固定電極３８ａ，３８ｂを備えている。レンズ３０は梁（ばね）３７ａ，３７ｂにより連結支持され、図２３において左右方向に変位できるようになっている。レンズ３０には可動電極３６ａ，３６ｂが一体的に設けられ、可動電極３６ａ，３６ｂは固定電極３８ａ，３８ｂと対向している。そして、可動電極３６ａと固定電極３８ａとの間、および、可動電極３６ｂと固定電極３８ｂとの間に逆相の交流電圧を印加することによりレンズ３０が図２３において左右方向に移動させられる。
【００５８】
次に、製造方法を説明する。
まず、図２６（ａ）に示すように、ＳＯＩ基板３２を用意する。そして、ＳＯＩ基板３２の活性層（薄膜シリコン層）３５の上にマスク３９を配置する。ここで、図２３に示すように、レンズ３０の周囲にオープンスペース（空隙）Ｓを介して可動電極３６ａ，３６ｂ、梁（ばね）３７ａ，３７ｂが位置するとともに可動電極３６ａ，３６ｂに対向するような固定電極３８ａ，３８ｂのパターンを形成する。引き続き、図２６（ｂ）に示すようにＤＲＩＥ（ディープＲＩＥ）にて活性層（薄膜シリコン層）３５をトレンチエッチングする。この時、例えば、静電アクチュエータ内の抜き領域の幅を１００μｍ（図２４参照）、レンズ内の抜き線幅を１．５μｍ（図２６（ｂ）参照）、活性層３５の厚さを１５０μｍ（図２４参照）、所望するレンズ３０の高さを１００μｍ（図２４参照）とすると、エッチング時のマイクロローディング効果によりよりレンズ部の抜き領域の深さが１００μｍに達したとき、レンズ以外の静電アクチュエータ領域の抜き領域は本来なら深さ１５０μｍ以上となるところであるが、埋込み酸化膜３４が露出した段階でエッチングがストップする。
【００５９】
引き続き、図２６（ｃ）に示すように、熱酸化工程を実施してレンズ３０を形成する。この時、レンズ３０以外の部分も表面は酸化されるが、レンズ内での抜き幅より十分広いために酸化膜でこの抜き領域が埋まることはない。こうしてレンズ３０の部分、静電アクチュエータ３１の部分が形成される。
【００６０】
さらに、図２７（ａ）に示すように、ＳＯＩ基板３２の裏面側に別途マスク３９を形成し、ウェットエッチングにより支持基板（シリコン基板）３３をエッチングする。さらには、活性層（薄膜シリコン層）３５側にレジスト４０を滴下、ベークして固化させる。
【００６１】
そして、図２７（ｂ）に示すように、再びＳＯＩ基板３２の裏面側から、露出した埋込み酸化膜３４をドライエッチングにより除去する。この時、埋込み酸化膜３４が除去された部分からエッチングガスが表面側に回りこんでも、前述した厚いレジスト４０に保護されたレンズ３０の部分および静電アクチュエータ３１の部分がエッチングされることはない。
【００６２】
さらに、マスク３９を除去するとともに、酸素（Ｏ２）アッシング工程を実施して前述の保護用レジスト４０を除去する。これにより、図２３，２４に示す光学素子が製造される。
【００６３】
このようにして、シリコン基板（詳しくはＳＯＩ基板３２の活性層３５）におけるシリンドリカルレンズ（マイクロレンズ）３０の周囲に静電アクチュエータ３１を同時に形成し、透過する光束をスキャンさせる機能を持たせることができる。
（第６の実施の形態）
次に、第６の実施の形態を、第１の実施の形態との相違点を中心に説明する。
【００６４】
図２８には本実施形態における光学素子の斜視図を示す。
図２８において、シリコン酸化物ブロック（レンズ３）は、不純物が上下方向において濃度分布をもつようにして添加されている。即ち、不純物添加層（エピタキシャル層５１）が形成されている。不純物はゲルマニウム（Ｇｅ）、リン（Ｐ）、スズ（Ｓｎ）、ホウ素（Ｂ）のいずれかである。
【００６５】
以下、詳しく説明する。
シリコン基板に、ゲルマニウム（Ｇｅ）もしくはリン（Ｐ）もしくはスズ（Ｓｎ）を不純物としてドープした後に熱酸化膜を形成すると、酸化膜の屈折率が上がることが知られている。また、ホウ素（Ｂ）を不純物としてドープした後に熱酸化すると酸化膜の屈折率が下がることが知られている。
【００６６】
そこで、図２９に示すように、シリコン基板５０上にＣＶＤ等により、Ｇｅの不純物濃度を連続的に変えたエピタキシャル膜５１を形成する。厚さ方向（深さ方向）における濃度分布は所定の深さでピークとなる山形にする。その後、図３０に示すように、マスク５２を用いて、第１の実施形態と同様にＤＲＩＥ、熱酸化工程を経ることでレンズ形状を形成する。即ち、シリコン基板５０上に、膜厚方向において不純物濃度を変えたエピタキシャル膜５１を成長させた後において、トレンチを形成することにより光透過用ブロックでの不純物を上下方向において濃度分布をもたせる。広義には、上下方向において不純物濃度を変えたシリコン基板に対しトレンチを形成することにより光透過用ブロックでの不純物を上下方向において濃度分布をもたせる。これにより、図２８に示す構造を得る。この場合、基板５０の深さ方向（レンズの高さ方向）に屈折率分布を持つため、レンズ３の曲面形状による基板面内方向（水平方向）のみでなく、基板５０の表面に垂直方向（上下方向）にも集光機能を付与することができる。
【００６７】
なお、エピタキシャル膜５１は図３１に示すようにその濃度分布（濃度変化）は不連続的であってもよい。
このように、シリコン基板５０上に、シリコンより重い元素、具体的にはＧｅもしくはＰもしくはＳｎを不純物として含み、なおかつ不純物濃度を連続的または非連続的に変えたエピタキシャル膜５１を形成することで、不純物濃度が深さ方向に連続的または非連続的に変化したエピタキシャル膜（シリコン層）５１を形成した後、第１の実施形態で説明したようにレンズ３を形成する。あるいは、シリコン基板５０上に、シリコンより軽い元素、具体的にはＢを不純物として含み、なおかつ不純物濃度を連続的または非連続的に変えたエピタキシャル膜５１を形成することで、不純物濃度が深さ方向に連続的または非連続的に変化したエピタキシャル膜（シリコン層）５１を形成した後、第１の実施形態で説明したようにレンズ３を形成する。
（第７の実施の形態）
次に、第７の実施の形態を、第６の実施の形態との相違点を中心に説明する。
【００６８】
図３２には本実施形態における光学素子の斜視図を示す。
第６の実施形態と同じく、連続的、あるいは不連続的に不純物濃度を変えてエピタキシャル層を形成した後、ＤＲＩＥ、熱酸化工程を経て、レンズを形成するが、本実施形態においてはレンズ３と共に光導波路５５を形成している。光導波路５５は、レンズ３と同じ方法で形成できる。つまり、周期的なトレンチ構造において、トレンチ本数が少なく、かつ長手方向に極端に長いパターンを形成すれば、ライン状のシリコン酸化物（ＳｉＯ２）ブロック、つまり光導波路５５を形成できる。例えば抜き幅１．５μｍのトレンチを挟んで残し幅１．５μｍのシリコン層を２つ、長手方向に１ｍｍ並ぶパターンに対し、ＤＲＩＥ、熱酸化工程を実施することによって幅６μｍ、長さ１ｍｍの光導波路５５が形成できる。光導波路５５内では、上下方向には屈折率の差により、最も屈折率が高い中央付近に光は閉じ込められる。横方向には光導波路５５の周囲はオープンスペースであるため、光導波路５５内に光は閉じ込められる。この光導波路５５はパターン次第で任意形状に形成できる。また、レンズ３と同時に形成できるためレンズ３とのカップリングに際しての位置合わせは不要である。
【００６９】
また、パターン次第で１本から複数本に、またその逆も可能であるため、複数のレンズアレイに分配して入射させるような光学系が一括形成できる。具体例を図３３の斜視図に示すとともに、図３４にはその平面図を示す。
【００７０】
図３３，３４において、複数の水平方向用シリンドリカルレンズ６０が形成されるとともに、この各レンズ６０に対し垂直方向用シリンドリカルレンズ６１が対向するように配置されている。さらに、各レンズ６０に対し光導波路６２がそれぞれ光学的に結合され、さらに各光導波路６２は一本に集合している。この集合した光導波路６２の端面には光ファイバ６３の端面が対向して設けられている。レンズ６１および光ファイバ６３は基板５０に嵌め込まれている。この場合、レンズ６０と光導波路６２については位置合わせが不要となり、また、レンズ６１と光ファイバ６３も基板５０への嵌め込みにて位置合わせが容易となる。さらに、単純な構造のため光結合効率低下が少ない。また、量産性に優れ、低コスト化することが可能である。
【００７１】
このように、シリコン基板と一体的に形成したシリコン酸化物ブロックは、光導波路であったり、マイクロレンズと光導波路であってもよい。
第６および第７の実施の形態においては、上下方向において不純物濃度を変えたシリコン基板は、シリコン基板上に、膜厚方向において不純物濃度を変えたエピタキシャル膜を成長させることにより得るようにした。これに代わり、上下方向において不純物濃度を変えたシリコン基板は、シリコン基板の表面に不純物をイオン注入または熱拡散することにより得るようにしてもよい。つまり、シリコン基板の表面に不純物をイオン注入または熱拡散し、この基板に対しトレンチを形成することにより光透過用ブロックでの不純物を上下方向において濃度分布をもたせる。なお、シリコン基板の表面に不純物をイオン注入または熱拡散した後において、アニールを行っても行わなくてもいずれでもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態における光学素子の斜視図。
【図２】第１の実施の形態における光学素子の平面および縦断面を示す図。
【図３】製造工程を説明するための平面図。
【図４】製造工程を説明するための図３のＡ−Ａ線での断面図。
【図５】製造工程を説明するための平面図。
【図６】製造工程を説明するための図５のＡ−Ａ線での断面図。
【図７】製造工程を説明するための平面図。
【図８】製造工程を説明するための図７のＡ−Ａ線での断面図。
【図９】製造工程を説明するための平面図。
【図１０】製造工程を説明するための図９のＡ−Ａ線での断面図。
【図１１】製造工程を説明するための平面図。
【図１２】光学素子の縦断面図。
【図１３】（ａ），（ｂ）はトレンチにより形成されたシリコン層を説明するための平面図。
【図１４】熱応力による変形を説明するための平面図。
【図１５】（ａ），（ｂ）は熱応力による変形を説明するための平面図。
【図１６】（ａ）〜（ｃ）は第２の実施の形態を説明するための光学素子の平面図。
【図１７】（ａ），（ｂ）は第２の実施の形態における光学素子の平面図。
【図１８】（ａ），（ｂ）は第２の実施の形態における光学素子の平面図。
【図１９】第３の実施の形態における光学素子の平面図。
【図２０】図１９のＡ−Ａ線での断面図。
【図２１】（ａ），（ｂ）は製造工程を説明するための断面図。
【図２２】（ａ）〜（ｃ）は第４の実施の形態における製造工程を説明するための断面図。
【図２３】第５の実施の形態における光学素子の平面図。
【図２４】図２３のＡ−Ａ線での断面図。
【図２５】第５の実施の形態における作用説明のための平面図。
【図２６】（ａ）〜（ｃ）は製造工程を説明するための断面図。
【図２７】（ａ），（ｂ）は製造工程を説明するための断面図。
【図２８】第６の実施の形態における光学素子の斜視図。
【図２９】第６の実施の形態における光学素子の製造工程を説明するための斜視図。
【図３０】第６の実施の形態における光学素子の製造工程を説明するための斜視図。
【図３１】光学素子の製造工程を説明するための斜視図。
【図３２】第７の実施の形態における光学素子の斜視図。
【図３３】第７の実施の形態における光学素子の斜視図。
【図３４】第７の実施の形態における光学素子の平面図。
【図３５】（ａ）〜（ｄ）は従来技術を説明するための断面図。
【図３６】（ａ）〜（ｄ）は従来技術を説明するための断面図。
【符号の説明】
１…シリコン基板、２…凹部、３…マイクロレンズ（シリコン酸化物ブロック）、４…柱構造体、５…連結部、１１…トレンチ、１２…シリコン層、１３…シリコン層、１５…トレンチ、２１…レンズ、３０…シリンドリカルレンズ、３１…アクチュエータ、５０…シリコン基板、５１…エピタキシャル膜、５５…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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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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