(57)【要約】【課題】    陽極接合時の半導体素子の劣化を抑制・防止した光導波路部品及びその製造方法を提供する。【解決手段】  シリコン基板８と光導波路層１と電極用シリコン層１２と接合用アルカリガラス層１３とから構成される平面光回路と、ダイオード基板１５とダイオード１４とヒータ４とヒータ用の配線５と絶縁層６と接合用シリコン層１１とから構成される半導体素子とを接合するにあたって、半導体素子側の接合用シリコン層１１と平面光回路側の接合用アルカリガラス層１３とを密着させると共に、数百℃の温度に加熱しながら接合用シリコン層１１に陽極を、接合用アルカリガラス層１３の下の電極用シリコン層１２に陰極を電気的に接触させて電圧を印加することにより陽極接合する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光導波路を有し、当該光導波路のコア部を伝播する光信号を制御する光回路と、
当該光回路に接合され、前記光信号を制御する部分に対して熱、電界、歪又は磁界を作用させる半導体素子とからなる光導波路部品であって、
前記光回路と前記半導体素子とがアルカリ金属を含有するガラス層を介して陽極接合されていることを特徴とする光導波路部品。
【請求項２】
請求項１に記載する光導波路部品において、
前記陽極接合は、前記ガラス層を挟んで、前記光回路側に陰極が設けられると共に前記半導体素子側に陽極が設けられて行われたことを特徴とする光導波路部品。
【請求項３】
請求項２に記載する光導波路部品において、
前記陽極接合は、前記半導体素子側に設けられた陽極の他に、更に前記半導体素子を構成する基板にも陽極が設けられ、前記半導体素子が静電シールドされて行われたことを特徴とする光導波路部品。
【請求項４】
請求項１に記載する光導波路部品において、
前記陽極接合は、前記ガラス層を挟んで、前記光回路側に陽極が設けられると共に前記半導体素子側に陰極が設けられて行われたことを特徴とする光導波路部品。
【請求項５】
請求項４に記載する光導波路部品において、
前記陽極接合は、前記半導体素子側に設けられた陰極の他に、更に前記半導体素子を構成する基板にも陰極が設けられ、前記半導体素子が静電シールドされて行われたことを特徴とする光導波路部品。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれかに記載する光導波路部品において、
前記半導体素子と前記半導体素子側に設けられた陽極又は陰極との間に絶縁層が介在していることを特徴とする光導波路部品。
【請求項７】
光導波路を有し、当該光導波路のコア部を伝播する光信号を制御する光回路と、
当該光回路に接合され、前記光信号を制御する部分に対して熱、電界、歪又は磁界を作用させる半導体素子とからなる光導波路部品であって、
前記光回路は、前記半導体素子と接合する面にアルカリ金属を含有するガラス板が陽極接合され、
前記光回路に接合されたガラス板と前記半導体素子とが接着剤を介して接合されていることを特徴とする光導波路部品。
【請求項８】
請求項１ないし７のいずれかに記載する光導波路部品において、
前記光回路は、前記コア部を横切って形成された溝内の屈折率整合液の溝内移動により光信号を制御し、
前記半導体素子は、ヒーターによる加熱により前記屈折率整合液を溝内移動させることを特徴とする光導波路部品。
【請求項９】
請求項１ないし８のいずれかに記載する光導波路部品において、
前記ガラス板は、アルカリ金属を含有するホウ珪酸ガラスであることを特徴とする光導波路部品。
【請求項１０】
光導波路を有し、当該光導波路のコア部を伝播する光信号を制御する光回路と、
当該光回路に接合され、前記光信号を制御する部分に対して熱、電界、歪又は磁界を作用させる半導体素子とからなる光導波路部品の製造方法であって、
前記光回路と前記半導体素子とをアルカリ金属を含有するガラス層を介して陽極接合することを特徴とする光導波路部品の製造方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載する光導波路部品の製造方法において、
前記陽極接合は、前記光回路に陰極と前記ガラス層とを設け、前記半導体素子に陽極を設けた後、前記ガラス層と前記陽極との間で行うことを特徴とする光導波路部品の製造方法。
【請求項１２】
請求項１１に記載する光導波路部品の製造方法において、
前記陽極接合は、前記半導体素子に陽極を設ける他に、更に前記半導体素子を構成する基板にも陽極を設けて、前記半導体素子を静電シールドして行うことを特徴とする光導波路部品の製造方法。
【請求項１３】
請求項１０に記載する光導波路部品の製造方法において、
前記陽極接合は、前記光回路に陽極を設け、前記半導体素子に陰極と前記ガラス層とを設けた後、前記ガラス層と前記陽極との間で行うことを特徴とする光導波路部品の製造方法。
【請求項１４】
請求項１３に記載する光導波路部品の製造方法において、
前記陽極接合は、前記半導体素子に陰極を設ける他に、更に前記半導体素子を構成する基板にも陰極を設けて、前記半導体素子を静電シールドして行うことを特徴とする光導波路部品の製造方法。
【請求項１５】
請求項１０ないし１４のいずれかに記載する光導波路部品の製造方法において、
前記陽極接合は、前記半導体素子と前記半導体素子に設けた陽極又は陰極との間に絶縁層を介在させて行うことを特徴とする光導波路部品の製造方法。
【請求項１６】
光導波路を有し、当該光導波路のコア部を伝播する光信号を制御する光回路と、
当該光回路に接合され、前記光信号を制御する部分に対して熱、電界、歪又は磁界を作用させる半導体素子とからなる光導波路部品の製造方法であって、
前記光回路における前記半導体素子と接合する面にアルカリ金属を含有するガラス板を陽極接合した後、前記光回路に接合されたガラス板と前記半導体素子とを接着剤を介して接合することを特徴とする光導波路部品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光信号のレベル調整や切り替えに用いられる光導波路部品に関し、例えば光通信システム等に適用することができる。
【背景技術】
【０００２】
光信号のレベルを調整する可変光減衰器や光信号のパスを切り替える光スイッチは、高度で柔軟な光通信システムの運用を実現するために不可欠な光部品である。この光導波路部品の一例として、熱毛細管型の光スイッチや可変光減衰器があげられる（下記、特許文献１，２を参照。）。これらの光導波路部品は、平面型光導波路における光を伝播するコア部を横切るようにして溝を形成し、その溝にコア部の屈折率と等しい屈折率を有する屈折率整合液体を封入した構造を有する。
【０００３】
これらの熱毛細管型光デバイスは、溝の近傍に設けたヒータにより、コアを横切る溝に封入した液に局所的な温度勾配を与え、温度の違いによる表面張力の変化を利用して封入液を溝内で移動させる原理を利用している。
【０００４】
図４は、従来の表面張力利用型光部品の概略断面構造図である。同図に示すように、従来の表面張力利用型光部品４０は、光導波路層４１のコア部４２を横切るようにして形成した溝４３をガラス（パイレックス蓋４７）で閉じ込めると共に、溝４３の近傍に設けたヒータ４４により溝４３内の屈折率整合液４９の位置調節を行い、光スイッチ機能や光減衰機能を発現させる構造となっている。なお、「パイレックス」は登録商標であり、酸化ホウ素を含有するホウ珪酸ガラスの代表的な商品である。
【０００５】
光導波路層４１に形成した溝４３は、ガラス蓋（パイレックス蓋４７）により孤立した空間とされているが、実際には、内部に屈折率整合液４９を注入するために、極めて小さな断面を有する図示しない注入パスが個々の溝４３に接続されて、溝４３は外部とつながっている。
【０００６】
溝４３への屈折率整合液４９の注入は、減圧下で屈折率整合液４９を注入パスの開口部に滴下した後、大気圧に戻すことで行われる。減圧する際の圧力を溝４３内に残留させたい気体量に基づいて調整すれば、複数の溝４３に対して均等かつ同時に必要量の屈折率整合液４９を注入することができる。屈折率整合液４９を注入したのち、注入パスの開口部に封止剤を塗布し密閉する。注入パスの断面は極めて小さいので、封止剤が浸入して硬化すると、極めて高い信頼性をもって完全に密閉される（下記、特許文献３を参照。）。
【０００７】
溝４３の密閉構造を形成するためには、ガラス蓋の接合が重要であり、陽極接合と呼ばれる技術を用いて接合される。平面型光導波路の表面には接合用シリコン層５０が堆積され、ガラス蓋にはパイレックス板が用いられる。通常、平面型光回路は、１ｍｍ程度の厚さを有するシリコン基板４８上に数十μｍの厚さを有するシリカ層を堆積させて製造されるため、基板全体としての熱膨張係数は、シリコン基板４８の熱膨張係数に近い。接合するガラス蓋にパイレックスを用いるのは、パイレックスの熱膨張係数が室温から陽極接合を行う数百度の温度範囲でシリコンの熱膨張係数に近いためである。
【０００８】
陽極接合は、ガラス中で移動しやすいアルカリ金属イオンを含むホウ珪酸ガラスであれば行えるが、基板材料と蓋材料の熱膨張係数を十分に考慮しないと、接合時の高温状態から室温状態への冷却に伴って発生する応力により、破壊されてしまう。
【０００９】
温度２５０℃〜５００℃とし、パイレックス蓋４７側に陰極を、平面光導波路の表面に堆積させた接合用シリコン層５０に陽極を接続して、電圧を１００Ｖ〜１０００Ｖ印加することにより、パイレックス蓋を平面光回路に密着して固定させることができる。陽極接合は静電引力による接合界面間の引き合いを利用して原子間レベルの接合を達成する接合方法であり、接合界面の接合強度は材料の破壊強度に近い高さを有し、気密性も極めて高い。そのため、屈折率整合液４９を長期間安定に封じ込める必要のある表面張力利用型光部品４０に対しては、最適の接合方法である。
【００１０】
上述する表面張力利用型光部品４０に類似の光部品として、アジレントテクノロジー社の垂直流体充填ホールを備えた光スイッチがある（下記、特許文献４を参照。）。この光スイッチは、ヒータによる加熱で気泡を発生・維持し、光導波路のコアを通過する光信号を操作するという原理を利用した光部品である。この光スイッチは、ヒータとその配線を施したシリコン基板を、溝加工を施した平面型光導波路の表面にハンダで接合した構造を有している。
【００１１】
表面張力利用型の光スイッチでは、個々の溝を独立に密閉する必要があるが、アジレントテクノロジー社の光スイッチでは、光スイッチングのための溝はつながっており、ハンダによる接合と封は、スイッチ構造から離れた箇所で当該構造を囲むようにハンダ接合して行われている。すなわち、光スイッチの心臓部となる溝を形成した部位は全体が液体に浸った状態に維持されているが、この状態を実現するため、ヒーターを設けたシリコン基板を蓋として、表面に溝を形成した光導波路基板との間にリング状の金属のガスケットをサンドイッチして密閉空間を形成し、当該密閉空間に液体を充填する。この際に、金属ガスケットと蓋であるシリコン基板および光導波路基板との接着をハンダ接合により行う。金属ガスケットの内径は大きく、光スイッチの心臓部となる溝を形成した部位はガスケット内にすっぽり入っているため、スイッチ構造はガスケットの接着部位からは充分離れている。
【００１２】
【特許文献１】特開２００３−１２１１４６号公報
【特許文献２】特開平８−６２６４５号公報
【特許文献３】特開平１０−７３７７５号公報
【特許文献４】特開平１１−２７１６５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
パイレックス板を蓋にして製作される表面張力利用型光部品は、駆動のためのヒータやそのヒータに電力を供給するための配線を平面光導波路の表面に形成する必要がある。そのため、１つの光導波回路に数十個を越える素子を配置しようとすると、配線のための面積を確保することが難しくなる。すなわち、表面張力利用型光部品の要素となる個々の素子は１５０μｍ角の範囲に収めて配置できるので、配線のための面積をコンパクト化することができれば、大変コンパクトな光スイッチや光減衰器アレイを実現することができる。
【００１４】
しかしながら、従来の平面光回路表面に配線する方法では、例えば多数の光スイッチや光減衰器を同一の光回路に組み合わせたデバイスや、８×８規模以上のマトリクス光スイッチを小型に作製することは困難であった。
【００１５】
８×８規模のマトリクス光スイッチの場合は、例えば一つの素子にヒータが２個配置された設計を考えると、合計１２８個のヒータを独立に駆動させる必要があり、ＧＮＤ側を共通としても、合計１２９本の配線が必要となる。これを素子の隙間に配置するには素子同士の間隔を大きく開けねばならず、回路全体の大きさが大きくなってしまう。回路が大きくなると製造コストが高くなるという問題も生じる。
【００１６】
一方、配線を２層に重ねて、第１層目に縦方向の配線を、第２層目に横方向の配線を設けて、その交点にヒータに挿入するという配線方法を採用することも可能である。この配線方法によれば、８×８規模のマトリクス光スイッチでは、横方向の配線をＧＮＤとして合計２４本の配線で目的のヒータを不完全ではあるが駆動させることができるようになる。ここで、不完全とは、配線が網目状に組まれているために、目的のヒータ以外にも電流が流れてしまう（回り込み電流）ことを意味する。
【００１７】
この不要の回り込み電流をなくす方法として、整流器すなわちダイオードをヒータに直列に接続する方法が有効である（特開２００１−３１１８８８号公報の「光スイッチ」を参照。）。さらに、液晶表示器の製造で使われている薄膜トランジスタを使った記憶回路（フリップフロップ回路）とヒータの駆動回路（電流スイッチ）をヒータごとに組み込むことにより、配線をさらに削減することが考えられる。
【００１８】
８×８規模のマトリクス光スイッチでは、電源線とＧＮＤ線の他に、更に行列指定用の配線として最低２４本の配線が必要である。ここで、ダイオードアレイの縦横指定の配線ではヒータ駆動の電流が流れるため、それに見合った太さの配線が必要であるが、トランジスタを用いたアレイではこれとは異なり、行列指定は論理回路なので、電流はほとんど流れない。このため、トランジスタアレイでは、配線抵抗の高いポリシリコン配線を適用することができ、配線の太さが細くても十分である。もちろん、ダイオードアレイでもトランジスタアレイでも配線層数は２層以上になることは避けられない。
【００１９】
これらの半導体素子を平面光回路に形成することは、液晶表示器の例もあり一見可能に思えるが、液晶表示器の駆動電流はマイクロアンペア以下と極めて低いのに対して、表面張力利用型光部品でのヒータ駆動電流は数十ミリアンペアである。このように、両デバイスでは４桁以上の駆動電流の開きがあり、ガラス表層に堆積したポリシリコンやアモルファスシリコンでは、数百ミクロン角程度の小面積で実現できる電流容量ではない。したがって、表面張力利用型光部品には、薄膜トランジスタを用いた技術を適用することはできない。
【００２０】
一方、シリコン基板上に、通常のｌＣと類似の技術により、上述するダイオードアレイやトランジスタアレイを製作することは比較的容易である。さらに、これにヒータを同時に形成することで、表面張力利用型光部品の駆動のための電気配線を実現することができる。
【００２１】
しかしながら、このようにして作製した半導体素子を平面光回路に密着して接合することは困難である。例えば、接着剤、溶融ガラスやハンダなど、接合の際に両表面に挟まれた空間で液体として隙間を充填する材料を用いた接着方法は、溝や注入パスなどの微細な構造を埋めてしまうため、採用することはできない。
【００２２】
また、上述したアジレントテクノロジー社の光スイッチの製造で採用される、スイッチ構造から離れた箇所で当該構造を囲むようにハンダ接合する方法は、表面張力利用型光部品に用いることはできない。これは上述するように、表面張力利用型の光スイッチでは、個々の溝を独立に密閉する必要があるからである。
【００２３】
さらに、アジレントテクノロジー社の光スイッチが、ヒータとその配線を施した基板としてシリコンを用いているのは、液体を供給する孔を形成するのに都合の良い材料であるという理由に過ぎない。また、この光スイッチでは、トランジスタやダイオードなどの半導体素子をヒータと一緒に形成することを目的とはしていない。
【００２４】
以上説明するように、表面張力利用型光部品の集積素子数の規模を大きくすると、従来の技術では、配線用の面積が多く必要となるため、平面光回路自体が大きくなってしまい、コスト増加につながるという問題がある。また、半導体素子を平面光回路表面に薄膜作製技術を用いて形成する場合にも、必要とされる電流容量を確保するには、面積を大きくして電流容量を稼ぐ必要があり、この場合にも平面光回路自体が大きくなってしまうという問題がある。さらには、平面光回路とは別に、半導体素子にヒータとそれを駆動するための回路を製作して、当該回路と平面光回路とを陽極接合すると、高い温度と電圧がかかるために半導体素子が破壊されるといった問題がある。
【００２５】
本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、半導体素子を光回路に陽極接合する際に生じる素子劣化を抑制・防止した光導波路部品及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２６】
上記課題を解決する本発明に係る光導波路部品は、
光導波路を有し、当該光導波路のコア部を伝播する光信号を制御する光回路と、
当該光回路に接合され、前記光信号を制御する部分に対して熱、電界、歪又は磁界を作用させる半導体素子とからなる光導波路部品であって、
前記光回路と前記半導体素子とがアルカリ金属を含有するガラス層を介して陽極接合されていることを特徴とする光導波路部品である。
【００２７】
「光導波路のコア部を伝播する光信号を制御する光回路」とは、「半導体素子」から光回路における光信号を制御する部分に対して受ける熱、電界、歪又は磁界の作用により、光信号を制御する回路である。例えば、実施形態で説明する表面張力を利用した光部品では、「光信号を制御する光回路」とは屈折率整合液が密閉され、光導波路を横切るようにして形成された溝を有する光回路であり、屈折率整合液の駆動により光信号の伝播方向を制御等し、「光信号を制御する部分に対して熱、電界、歪又は磁界を作用させる半導体素子」とは、屈折率整合液に熱を作用させて屈折率整合液を移動駆動させる半導体素子である。また、例えば、光導波路に電界や機械的な歪を作用させてコア部の屈折率を変化させる光変調器では、「光信号を制御する光回路」とは電界や機械的な歪を受けて屈折率が変化する光導波路を有する光回路であり、屈折率の変化により光信号を減衰、位相変調等の制御をし、「半導体素子」とは光回路に電界や機械的な歪を作用させてコア部の屈折率を変化させる素子である。磁界を利用した場合も同様に考えることができる。
【００２８】
また、上記光導波路部品において、
前記陽極接合は、前記ガラス層を挟んで、前記光回路側に陰極が設けられると共に前記半導体素子側に陽極が設けられて行われたことを特徴とする光導波路部品である。
【００２９】
また、上記光導波路部品において、
前記陽極接合は、前記半導体素子側に設けられた陽極の他に、更に前記半導体素子を構成する基板にも陽極が設けられ、前記半導体素子が静電シールドされて行われたことを特徴とする光導波路部品である。
【００３０】
また、上記光導波路部品において、
前記陽極接合は、前記ガラス層を挟んで、前記光回路側に陽極が設けられると共に前記半導体素子側に陰極が設けられて行われたことを特徴とする光導波路部品である。
【００３１】
また、上記光導波路部品において、
前記陽極接合は、前記半導体素子側に設けられた陰極の他に、更に前記半導体素子を構成する基板にも陰極が設けられ、前記半導体素子が静電シールドされて行われたことを特徴とする光導波路部品である。
【００３２】
また、上記光導波路部品において、
前記半導体素子と前記半導体素子側に設けられた陽極又は陰極との間に絶縁層が介在していることを特徴とする光導波路部品である。
【００３３】
上記課題を解決する本発明に係る光導波路部品は、
光導波路を有し、当該光導波路のコア部を伝播する光信号を制御する光回路と、
当該光回路に接合され、前記光信号を制御する部分に対して熱、電界、歪又は磁界を作用させる半導体素子とからなる光導波路部品であって、
前記光回路は、前記半導体素子と接合する面にアルカリ金属を含有するガラス板が陽極接合され、
前記光回路に接合されたガラス板と前記半導体素子とが接着剤を介して接合されていることを特徴とする光導波路部品である。
【００３４】
また、上記光導波路部品において、
前記光回路は、前記コア部を横切って形成された溝内の屈折率整合液の溝内移動により光信号を制御し、
前記半導体素子は、ヒーターによる加熱により前記屈折率整合液を溝内移動させることを特徴とする光導波路部品である。
【００３５】
また、上記光導波路部品において、
前記ガラス板は、アルカリ金属を含有するホウ珪酸ガラスであることを特徴とする光導波路部品である。
【００３６】
上記課題を解決する本発明に係る光導波路部品の製造方法は、
光導波路を有し、当該光導波路のコア部を伝播する光信号を制御する光回路と、
当該光回路に接合され、前記光信号を制御する部分に対して熱、電界、歪又は磁界を作用させる半導体素子とからなる光導波路部品の製造方法であって、
前記光回路と前記半導体素子とをアルカリ金属を含有するガラス層を介して陽極接合することを特徴とする光導波路部品の製造方法である。
【００３７】
また、上記光導波路部品の製造方法において、
前記陽極接合は、前記光回路に陰極と前記ガラス層とを設け、前記半導体素子に陽極を設けた後、前記ガラス層と前記陽極との間で行うことを特徴とする光導波路部品の製造方法である。
【００３８】
また、上記光導波路部品の製造方法において、
前記陽極接合は、前記半導体素子に陽極を設ける他に、更に前記半導体素子を構成する基板にも陽極を設けて、前記半導体素子を静電シールドして行うことを特徴とする光導波路部品の製造方法である。
【００３９】
また、上記光導波路部品の製造方法において、
前記陽極接合は、前記光回路に陽極を設け、前記半導体素子に陰極と前記ガラス層とを設けた後、前記ガラス層と前記陽極との間で行うことを特徴とする光導波路部品の製造方法である。
【００４０】
また、上記光導波路部品の製造方法において、
前記陽極接合は、前記半導体素子に陰極を設ける他に、更に前記半導体素子を構成する基板にも陰極を設けて、前記半導体素子を静電シールドして行うことを特徴とする光導波路部品の製造方法である。
【００４１】
また、上記光導波路部品の製造方法において、
前記陽極接合は、前記半導体素子と前記半導体素子に設けた陽極又は陰極との間に絶縁層を介在させて行うことを特徴とする光導波路部品の製造方法である。
【００４２】
上記課題を解決する本発明に係る光導波路部品の製造方法は、
光導波路を有し、当該光導波路のコア部を伝播する光信号を制御する光回路と、
当該光回路に接合され、前記光信号を制御する部分に対して熱、電界、歪又は磁界を作用させる半導体素子とからなる光導波路部品の製造方法であって、
前記光回路における前記半導体素子と接合する面にアルカリ金属を含有するガラス板を陽極接合した後、前記光回路に接合されたガラス板と前記半導体素子とを接着剤を介して接合することを特徴とする光導波路部品の製造方法である。
【発明の効果】
【００４３】
本発明に係る光導波路部品及びその製造方法によれば、集積素子数の規模を大きくした光導波路部品、特に表面張力利用型光部品を、半導体素子と組み合わせて、小型かつ低コストに製作することができる。また、陽極接合の際に、電圧印加の方向性を規定付けたり、半導体素子を予め絶縁層等で保護しておいたりすることにより、アルカリ金属イオンによる半導体素子への悪影響を防止することができる。また、光回路と半導体素子とを接着剤で接合することにより、半導体素子への加熱や電圧印加を行う必要がなくなるため、半導体素子の劣化をなくすことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４４】
＜第１の実施形態＞
本発明に係る第１の実施形態について、図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本実施形態に係る光可変減衰器（表面張力利用型光部品）の概略断面構造図である。同図に示すように、光可変減衰器１０は、光導波路層１のコア部２を横切るようにして形成した溝３に屈折率整合液９を封入し、屈折率整合液９の位置制御によりコア部２を伝播する光のレベルを調整する。
【００４５】
より詳細に説明すると、溝３は、コア部２を横切るようにして、コア部２を伝播する光軸とは垂直な方向に細長く形成されており、当該溝３内には部分的に屈折率整合液９が封入されている。溝３内における屈折率整合液９以外の部分には、例えば、空気等が入っている。溝３の上部に設けられたヒータ４を制御して、細長い溝３の両端において温度差を生じさせることにより、溝３内の屈折率整合液９及び空気の位置を変化させて、コア部２をさえぎる溝３に屈折率整合液９を位置させるか又は空気を位置させるかで光減衰機能を発生させている。
【００４６】
また、同図には１つの素子の断面のみを示しているが、１つの光可変減衰器１０には複数の素子が集積（図１の紙面に対して垂直方向に向かって集積）されており、光可変減衰器１０の両端には、複数の光ファイバ１８を整列させて固定したファイバブロックが、光導波路層１のコア部２に光ファイバコア１９の光軸を一致させて、接着固定されている。
【００４７】
光可変減衰器１０は、その製造方法から、平面光回路と半導体素子とから構成される。平面光回路は、シリコン基板８と当該基板上に形成された光導波路層１と更にその上に形成された電極用シリコン層１２及び接合用アルカリガラス層１３とから構成される。半導体素子は、ダイオード基板１５と当該基板上に形成されたダイオード１４とヒータ４とヒータ用の配線５と絶縁層６および更にその上に堆積された接合用シリコン層１１とから構成される。
【００４８】
半導体素子を密着固定する前の平面光回路において、光導波路層１の上には約１μｍの導電性の電極用シリコン層１２が堆積され、さらにその上にはアルカリ金属を含有するホウ珪酸ガラスである接合用アルカリガラス層１３が数μｍ堆積されている。そして、平面光回路におけるコア部２を切断する深さまで溝３が形成されており、当該溝３には後に屈折率整合液９が封入される。
【００４９】
半導体素子は、ヒータ用の配線５の交点に、ダイオード１４をヒータ４と直列に接続挿入してなるダイオードアレイである。半導体素子の表層部分は、絶縁層６で埋め込まれ、その上に接合用シリコン層１１が堆積されている（図１には堆積方向とは逆の向きで半導体素子が図示されている。）。接合用シリコン層１１は、平面光回路側の接合用アルカリガラス層１３と陽極接合するためのシリコン層であり、約０．３μｍの厚さを有する。ダイオード１４には、カソード電極配線１６及びアノード電極配線１７が接続されており、当該配線からの給電により駆動する。
【００５０】
半導体素子側の接合用シリコン層１１と平面光回路側の接合用アルカリガラス層１３とを密着させると共に、数百℃の温度に加熱しながら接合用シリコン層１１に陽極を、接合用アルカリガラス層１３の下の電極用シリコン層１２に陰極を電気的に接触させて電圧を印加することにより、陽極接合が行われる。なお、一般に半導体素子を４５０℃を越える高温環境下に曝すと、半導体素子の特性が劣化することが知られているが、本発明者らの経験では、４５０℃以下の温度で、陽極接合を完了させるに必要な時間である数十分程度の加熱であれば、ＦＥＴやダイオードの劣化は見られなかった。陽極接合自体は２００℃から４５０℃で行うことができる。したがって、陽極接合時の加熱のみで半導体素子の特性が劣化することはない。
【００５１】
接合用アルカリガラス層１３の熱膨張係数は、一般にはシリコン基板８とは異なるため、陽極接合時の高い温度から室温への冷却に伴い、接合用アルカリガラス層１３には歪みが発生する。しかしながら、接合用アルカリガラス層１３が数μｍ程度の薄膜である場合には、接合用アルカリガラス層１３の剥離や破壊等の問題は生じない。
【００５２】
接合用アルカリガラス層１３中のナトリウム（Ｎａ）やリチウム（Ｌｉ）等のアルカリ金属イオンは、接合用アルカリガラス層１３が加熱されることによりガラス固体中を動きやすくなる。このため、陽極接合を行う温度条件では、接合用アルカリガラス層１３を導電体とみなすことができる。もちろん、導電体とはいえ、電気抵抗は極めて高く、アルカリ金属を含有するホウ珪酸ガラスの一種であるパイレックスガラスは、温度にもよるが、１ｍｍ程度の厚さでは約数ＭΩの電気抵抗を示す。
【００５３】
しかしながら、一般に、上述するナトリウムイオン等のアルカリ金属イオンは、半導体素子にとっては極めて都合の悪いイオンであるということが知られている。アルカリ金属イオンはイオン半径が小さいため、半導体固体中を容易に移動して、半導体素子の機能低下を引き起こす可動イオンと呼ばれ、半導体プロセス中への混入は極度に警戒される物質である。
【００５４】
例えば、ＮチャンネルのＭＯＳ−ＦＥＴの場合、アルカリ金属イオンが正の電荷を有するため、ゲート電位を上昇させ、結果として閾値電圧の低下を引き起こす。アルカリ金属イオンによる汚染が進行した場合には、ゲート電圧を印加しなくてもチャネルが形成されたままという場合があり、ＦＥＴとしてのスイッチング動作が不能となってしまう。
【００５５】
陽極接合では、ガラス中に含まれるアルカリ金属イオンによるイオン電導が不可欠であるため、半導体素子の表面にアルカリ金属を含むホウ珪酸ガラスである接合用アルカリガラス層１３を接触させることは避けられない。このため、従来、半導体素子にガラスを陽極接合する場合には、接合部位としては半導体素子を形成した箇所から離れた箇所を選択し、半導体素子の直上にガラスを陽極接合することはなかった。
【００５６】
しかし、本実施形態で示す表面張力利用型光部品では、その構造上、屈折率整合液９を密封する溝３に近接して半導体素子（ダイード１４）を設置する必要があり、半導体素子の直上で陽極接合する事は避けられない。
【００５７】
したがって、本実施形態では、陽極接合と半導体素子へのダメージ抑制の両立を目的として、半導体素子の表層部分にナトリウムイオンなどアルカリ金属イオンを含有しないシリカからなる絶縁層６を堆積させた後、接合用シリコン層１１を堆積させている。すなわち、絶縁層６を設けることにより、平面回路側に設けられる接合用アルカリガラス層１３からアルカリ金属イオンがダイオード１４へ拡散することを防止している。
【００５８】
さらに、陽極接合時には、半導体素子側の接合用シリコン層１１を陽極とすると共に、平面光回路側の電極用シリコン層１２を陰極とする。この結果、接合用アルカリガラス層１３中のアルカリ金属イオンは、陽極である半導体素子側から遠ざかる方向に移動するため、ダイオード１４へのアルカリ金属イオンの浸入をより確実に防止することができ、半導体素子の劣化を防止することができる。
【００５９】
接合用シリコン層１１としては、陽極接合が可能なその他の金属、例えばアルミニウムでもよい。また、電極用シリコン層１２としては、シリコンやアルミニウム以外にも金、銅、クロムまたはチタン等の電気電導性がありガラス材料と密着性の高い金属であればよい。また、接合用アルカリガラス層１３としてパイレックスガラスを用いると、シリコン基板８との熱膨張係数が広い温度範囲で一致しているため、陽極接合後の冷却に伴う歪みを抑制することができる。パイレックスガラスは、アルカリ金属として主にナトリウムを含有しているが、アルカリ金属として主にリチウムを含有し、かつ熱膨張係数をシリコンに一致させたホウ珪酸ガラスを用いても歪みを抑制することができる。
【００６０】
＜第２の実施形態＞
本発明に係る第２の実施形態について、図面に基づいて詳細に説明する。図２は、本実施形態に係る光シャッター（表面張力利用型光部品）の概略断面構造図である。同図に示すように、光シャッター２０は、光導波路層１のコア部２を横切るようにして形成した溝３に屈折率整合液９を封入し、屈折率整合液９の位置制御によりコア部２を伝播する光を遮断または透過する。屈折率整合液９の位置制御の方法については、第１の実施形態と同様である。
【００６１】
また、同図には１つの素子の断面のみを示しているが、１つの光シャッター２０には複数の素子が集積（図２の紙面に対して垂直方向に向かって集積）されており、光シャッター２０の両端には、複数の光ファイバ１８を整列させて固定したファイバブロックが、光導波路層１のコア部２に光ファイバコア１９の光軸を一致させて、接着固定されている。
【００６２】
光シャッター２０は、その製造方法から、平面光回路と半導体素子とから構成される。平面光回路は、シリコン基板８と当該基板上に形成された光導波路層１と更にその上に形成された接合用シリコン層１１とから構成される。半導体素子は、ＦＥＴ基板２２と当該基板上に形成されたＦＥＴ２１とヒータ４とヒータ用の配線５と絶縁層６および更にその上に堆積された電極用シリコン層１２及び接合用アルカリガラス層１３とから構成される。
【００６３】
半導体素子を密着固定する前の平面光回路において、光導波路層１の上には約１μｍの接合用シリコン層１１が堆積されている。そして、平面光回路におけるコア部２を切断する深さまで溝３が形成されており、当該溝３には後に屈折率整合液９が封入される。接合用シリコン層１１は、半導体素子側の接合用アルカリガラス層１３と陽極接合するためのシリコン層である。
【００６４】
半導体素子は、ＦＥＴ基板２２上に、ヒータ４のアレイと当該ヒータ４をＦＥＴ２１で個々に駆動制御する回路が形成されている。半導体素子の表層部分は、絶縁層６で埋め込まれ、その上に電極用シリコン層１２、さらにその上には接合用アルカリガラス層１３が堆積されている（図２には堆積方向とは逆の向きで半導体素子が図示されている。）。絶縁層６は、材質としてシリカが用いられ、接合用アルカリガラス層１３は、アルカリ金属を含有するホウ珪酸ガラスからなるパイレックスガラスであり、数μｍの厚さを有する。ＦＥＴ２１には、ドレイン電極配線２３、ゲート電極配線２４及びソース電極配線２５が接続されており、当該配線からの給電により駆動する。
【００６５】
半導体素子側の接合用アルカリガラス層１３と平面光回路側の接合用シリコン層１１とを密着させると共に、数百℃の温度に加熱しながら接合用アルカリガラス層１３の下の電極用シリコン層１２に陰極を、接合用シリコン層１１に陽極を電気的に接触させて電圧を印加することにより、陽極接合が行われる。なお、陽極接合時の温度による半導体素子の劣化については、上述するとおりである。
【００６６】
本実施形態では、第１の実施形態とは電圧を印加する方向が逆であり、半導体素子側が陰極となっている。したがって、接合用アルカリガラス層１３中のナトリウムイオンは、陰極である半導体素子側に向かう方向に移動する。しかしながら、半導体素子の表層において、ＦＥＴ２１と接合用アルカリガラス層１３との間には、負の電位を持つ電極用シリコン層１２（陰極）が設けられている。すなわち、電極用シリコン層１２の電位が最も低いため、半導体素子に向かって移動したナトリウムイオンは、この電極用シリコン層１２に捕獲され、絶縁層６を突き抜けてＦＥＴ２１にまで拡散することはない。
【００６７】
さらに、電極用シリコン層１２と共に半導体素子の基板２１を陰極に接触させて同電位にすることにより、半導体素子内部の電界は外界からシールドされて完全に同電位となり、ナトリウムイオンの浸入を確実に防止することができる。
【００６８】
なお、電極用シリコン層１２としては、他の金属材料、例えばアルミニウム、クロム、チタニウム等のガラス材料と密着性の高い金属であればよい。また、パイレックスガラスは、アルカリ金属として主にナトリウムを含有しているが、アルカリ金属として主にリチウムを含有し、かつ熱膨張係数をシリコンに一致させたホウ珪酸ガラスを用いても歪みを抑制することができる。
【００６９】
＜第３の実施形態＞
本発明に係る第３の実施形態について、図面に基づいて詳細に説明する。図３は、本実施形態に係るマトリクス光スイッチ（表面張力利用型光部品）の概略断面構造図である。同図に示すように、マトリクス光スイッチ３０は、光導波路層１のコア部２が複数交差する交差点において、当該交差点を横切るようにして形成した溝３に屈折率整合液９を封入し、屈折率整合液９の位置制御により複数のコア部２間で光信号の伝播方向を切り替える。屈折率整合液９の位置制御の方法については、第１の実施形態と同様である。
【００７０】
また、同図には１つの素子の断面のみを示しているが、１つのマトリクス光スイッチ３０には複数の素子が集積（図３の紙面に対して垂直方向に向かって集積）されており、マトリクス光スイッチ３０の両端には、複数の光ファイバ１８を整列させて固定したファイバブロックが、光導波路層１のコア部２に光ファイバコア１９の光軸を一致させて、接着固定されている。
【００７１】
マトリクス光スイッチ３０は、その製造方法から、平面光回路と半導体素子とから構成される。平面光回路は、シリコン基板８と当該基板上に形成された光導波路層１と更にその上に形成された接合用シリコン層１１とから構成される。そして、平面光回路におけるコア部２を切断する深さまで溝３が形成されており、当該溝３には後に屈折率整合液９が封入される。半導体素子は、ＦＥＴ基板２２と当該基板上に形成されたＦＥＴ２１とヒータ４とヒータ用の配線５と絶縁層６とから構成される。ＦＥＴ２１には、ドレイン電極配線２３、ゲート電極配線２４及びソース電極配線２５が接続されており、当該配線からの給電により駆動する。
【００７２】
また、接合用シリコン層１１上には、パイレックス蓋３１が陽極接合され、溝３は密封されていている。パイレックス蓋３１は、研削、研磨加工により作製され、数十μｍの厚さを有する。パイレックス蓋３１を陽極接合した後に、厚さが１０μｍ以下になるまでさらに半導体素子を貼り付ける側の表面を研削、研磨加工する。
【００７３】
このようにして表面研磨したパイレックス蓋３１に対して、接着剤３２で半導体素子を密着固定することにより光部品を製造する。すなわち、本実施形態では、陽極接合を平面光回路においてのみ行うこととしたので、半導体素子に対して加熱及び電圧印加を行わずに光部品を作製することができ、半導体素子へのダメージをなくすことができる。
【００７４】
薄いパイレックス蓋３１は、例えば、後処理で溶解・除去しやすい材料を平坦な基板の表面に塗布または堆積させた後、この上にスパッタ等でパイレックスガラスを堆積させ、前記下地の溶解しやすい材料を溶剤等で溶解させて除去し、作製することができる。このようにパイレックス蓋３１を平面光回路とは別に作製した場合には、平面光回路との陽極接合の前に、パイレックス蓋に穴を形成するなどのパタニングを行うことができる。また、あらかじめ所望の厚さのパイレックス蓋を形成しておけば、陽極接合の後に膜厚を薄くするための研削、研磨作業をなくすことができる。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】第１の実施形態に係る光可変減衰器（表面張力利用型光部品）の概略断面構造図である。
【図２】第２の実施形態に係る光シャッター（表面張力利用型光部品）の概略断面構造図である。
【図３】第３の実施形態に係るマトリクス光スイッチ（表面張力利用型光部品）の概略断面構造図である。
【図４】従来の表面張力利用型光部品の概略断面構造図である。
【符号の説明】
【００７６】
１  光導波路層
２  コア部
３  溝
４  ヒータ
５  配線
６，６’  絶縁層
８  シリコン基板
９  屈折率整合液
１０  光可変減衰器
１１  接合用シリコン層
１２  電極用シリコン層
１３  接合用アルカリガラス層
１４  ダイオード
１５  ダイオード基板
１６  カソード電極配線
１７  アノード電極配線
１８  光ファイバ
１９  光ファイバコア
２０  光シャッター
２１  ＦＥＴ
２２  ＦＥＴ基板
２３  ドレイン電極配線
２４  ゲート電極配線
２５  ソース電極配線
３０  マトリクス光スイッチ
３１  パイレックス蓋
３２  接着剤
４０  表面張力利用型光部品
４１  光導波路層
４２  コア部
４３  溝
４４  ヒータ
４５  配線
４６  絶縁層
４７  パイレックス蓋
４８  シリコン基板
４９  屈折率整合液
５０  接合用シリコン層
５１  光ファイバ
５２  光ファイバコア
【図１】
2005181647.tif 000003
【図２】
2005181647.tif 000004
【図３】
2005181647.tif 000005
【図４】
2005181647.tif 000006