(57)【要約】本発明は、基板表面と平行な方向に伝播する光の光軸方向を前記基板表面に対し角度を持つ方向に変化させる光デバイスであって、前記光軸方向を変化させる機構が前記基板表面に形成された反射面であり、前記反射面は、基板表面における幅が光の入射する側から光の進行方向に向かって減少または増加することにより、１工程でマスクを作成できるのでプロセス工程の増加を防止でき、マスクの精度が高く、傾斜面のばらつきが小さくなり、製造コストを低く抑えることができる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板表面と平行な方向に伝播する光の光軸方向を前記基板表面に対し角度を持つ方向に変化させる光デバイスであって、
前記光軸方向を変化させる機構が前記基板表面に形成された反射面であり、
前記反射面は、基板表面における幅が光の入射する側から光の進行方向に向かって減少または増加する光デバイス。
【請求項２】
請求項１記載の光デバイスにおいて、
前記反射面は、前記基板表面に形成された溝の傾斜面である光デバイス。
【請求項３】
請求項２記載の光デバイスにおいて、
前記溝の傾斜面に反射膜を設けた光デバイス。
【請求項４】
請求項３記載の光デバイスにおいて、
前記反射膜は金属膜である光デバイス。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか記載の光デバイスにおいて、
前記反射面に入射する光は、前記基板表面に形成された光導波路から射出される光である光デバイス。
【請求項６】
請求項１乃至４のいずれか記載の光デバイスにおいて、
前記反射面に入射する光は、発光素子から射出される光である光デバイス。
【請求項７】
請求項１または２記載の光デバイスの反射面を、マイクロローディング効果を利用したプロセスによって形成する光デバイスの製造方法。
【請求項８】
請求項７記載の光デバイスの製造方法において、
前記プロセスは、反応性イオンエッチングである光デバイスの製造方法。
【請求項９】
請求項８記載の光デバイスの製造方法において、
前記溝を形成する工程で、前記溝の傾斜面と垂直面とを同時に形成する形状のマスクを用いる光デバイスの製造方法。
【請求項１０】
請求項９記載の光デバイスの製造方法において、
前記マスクは、基板表面における開口幅が光の入射する側から光の進行方向に向かって減少または増加する開口部形状とした光デバイスの製造方法。
【請求項１１】
請求項９記載の光デバイスの製造方法において、
前記マスクは、基板表面における開口幅が光の入射する側から光の進行方向に向かって減少し、その後、光の進行方向に向かって増加する開口部形状とした光デバイスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】  本発明は、光デバイス及びその製造方法に関し、特に、光通信デバイスや光ピックアップなどに用いられる光デバイス及びその製造方法に関する。
【背景技術】  従来から、光導波路を用いた光デバイスが光スイッチなどに利用されている。例えば参考文献１（Ａ．Ｈｉｍｅｎｏ  ｅｔ．ａｌ．，“Ｓｉｌｉｃａ−Ｂａｓｅｄ  Ｐｌａｎａｒ  Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ  Ｃｉｒｃｕｉｔｓ”，ＩＥＥＥ．Ｊ．Ｓｅｌｅｃｔｅｄ  Ｔｏｐｉｃｓ  Ｑｕａｎｔａｍ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，ｖｏｌ．４，ｎｏ．６，ｐｐ．９１３，１９９８）に記載されているように、マッハツェンダー干渉計（ＭＺＩ）回路を用いて光の光路を切り替える光通信デバイスがある。
このような光デバイスにおいて、光量を測定するために信号光の一部を導波路の上部方向に取り出し、ＰＤ（フォトダイオード）などを用いて受光することがある。このような光デバイスの場合、基板に形成した溝の側壁の少なくとも一部が傾斜面となるように形成し、その傾斜面を光の反射面として利用する方法が有効である。
膜に溝を掘る場合、反応性イオンエッチング法などのドライエッチング法が一般によく用いられる。反応性ドライエッチング法を用いて、基板上に、概ね垂直な側壁（垂直面）と傾斜を持つ側壁（傾斜面）を有する溝を形成する場合、傾斜面をエッチングする部分のマスクにも傾斜をつけることが必要となる。
例えば、マスク材料と被エッチング材料のエッチング選択比が１であれば、図１に示すように、作製したい傾斜面と同一角度でマスク材の角度をつける必要がある。図１では基板１０上に被エッチング膜１２が形成され、その上にマスク１４とマスク１５が形成されている。マスク１４は垂直面１４ａを有し、マスク１５は傾斜面１５ａを有している。
また、マスクに角度をつける代わりに、図２に示すように、マスク１６を階段状に積み重ねて階段面１６ａを形成することで被エッチング膜１２の傾斜面をエッチングすることは可能であるが、滑らかな傾斜面を形成する場合は、階段面１６ａの段数を多くする必要があり、レジストでこのマスク１６を形成するとしてもレジストの複数回の塗布、露光、現像工程が必要となる。
これらのプロセス工程が増えることは、マスクの精度が悪くなり、形成される傾斜面のばらつきが大きくなることや、工数が増大するため、高コスト化という問題があった。
【発明の開示】
本発明は、プロセス工程の増加を防止し、マスクの精度が高く、傾斜面のばらつきが小さく、製造コストを低く抑えることができる光デバイス及びその製造方法を提供することを総括的な目的とする。
この目的を達成するため、本発明は、基板表面と平行な方向に伝播する光の光軸方向を前記基板表面に対し角度を持つ方向に変化させる光デバイスであって、前記光軸方向を変化させる機構が前記基板表面に形成された反射面であり、前記反射面は、基板表面における幅が光の入射する側から光の進行方向に向かって減少または増加するよう構成される。
このような光デバイスによれば、１工程でマスクを作成できるのでプロセス工程の増加を防止でき、マスクの精度が高く、傾斜面のばらつきが小さくなり、製造コストを低く抑えることができる。
【図面の簡単な説明】  図１は、従来の傾斜面製造方法を説明するための図である。
図２は、従来の傾斜面製造方法を説明するための図である。
図３は、本発明方法を説明するための平面図である。
図４は、本発明方法を説明するための断面図である。
図５は、本発明方法で用いるマスクの一実施例の平面図である。
図６は、被エッチング膜に垂直面と傾斜面を有する溝を形成した一実施例の断面図である。
図７は、本発明の製造工程を説明するための図である。
図８は、本発明方法を説明するための平面図，断面図である。
図９は、本発明の光デバイスを適用した光通信デバイスの一実施例の斜視図である。
【発明を実施するための最良の形態】  以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
本発明では、垂直な側壁（垂直面）と傾斜を持つ側壁（傾斜面）を有する溝を形成するプロセスを、マイクロローディング効果を用いたドライエッチングによって一度のプロセスにて行う。マイクロローディングとは、エッチングプロセスにおいて、エッチングを行う領域の面積に依存して、エッチングレートが異なることで、面積が狭い領域程エッチングレートが低くなる。すなわち、マスク材料の形状により、マイクロローディングをコントロールすることで、任意の傾斜を持つ傾斜面のエッチングが可能となる。
上記の垂直面と傾斜面を有する溝を一度のプロセスで形成するためには、傾斜面の上側に当たる部分のマスク開口部の幅を狭くし、傾斜面の下側に当たる部分の開口部の幅を広くすることで開口面積の差を生じさせる。つまり、マスク開口部の狭い部分は、マイクロローディング効果によって、エッチングレートが低下してエッチングされ難くなり、反対にマスク開口部の広い部分は、エッチングレートの低下がなくエッチングされ易いため、エッチングレートの変化により傾斜面が形成される。これにより、このようにすれば、マスクを階段状に形成して傾斜面を形成する必要がなく、工数の大幅な削減ができる。
本発明では、図３に示すように、ほぼ三角形のマスク開口部２０を有するマスク２２を形成する。このマスク２２を用いて反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）を行えば、図４に示すように、被エッチング膜２４に垂直面２４ａと傾斜面２４ｂを有する溝２６を形成することができる。この際、マスク２２の形状に傾斜面を形成する必要もない。
図５は、本発明方法で用いるマスクの一実施例の平面図を示す。同図中、マスク開口部３０を有するマスク３４を形成する。マスク開口部３０はほぼ三角形の主開口部３１及びダミー開口部３２と、これらの頂点を結ぶ連結開口部３３とから構成されている。
主開口部３１とダミー開口部３２は連結開口部３３の延在方向と直交する辺がほぼ２００μｍとされ、この辺の両端の頂点は曲率半径ほぼ３０μｍの円弧状に形成する。これは、マスク３４のパターンニング時に頂点近傍からひび割れが生じるのを防止するためである。
ここで、主開口部３１の３つの頂点をすべて半径３０μｍの円弧にしてしまうと、反射面として利用するのに十分な角度の傾斜面をマイクロローディング効果で形成することは難しくなる。従って、主開口部３１とダミー開口部３２の向き合った頂点間を幅２μｍまで狭め、連結開口部３３で連結している。
こうすることで、主開口部３１の頂点での幅を２μｍにすることができ、反射面として利用するのに十分な角度の傾斜面をマイクロローディング効果で形成することが可能となり、なおかつ、マスク３４のひび割れを防ぐことができる。ダミー開口部３２は連結開口部３３の末端処理のために設けられており、必ずしもダミー開口部３２を主開口部３１と鏡対称にしなくとも良い。
図６は、被エッチング膜に垂直面と傾斜面を有する溝を形成した一実施例の断面図を示す。同図中、シリコン基板４０上にＳｉＯ２を主成分とする厚さ約５０μｍの被エッチング膜４２をＣＶＤ法により形成する。被エッチング膜４２内には光導波路４３が形成されている。
この被エッチング膜４２に図５のマスクを重ね、反応性イオンエッチングを行うことにより被エッチング膜４２に垂直面４２ａと傾斜面４２ｂを有する溝４４を形成する。傾斜面４２ｂの角度は４９．８°であった。溝４４は主開口部３１によって形成され、同様に垂直面４２ｃと傾斜面４２ｄを有する溝４５がダミー開口部３２によって形成される。なお、溝４４，４５の平面形状は、図５に示すマスクの主開口部３１，ダミー開口部３２と同様である。
ここで、光導波路４３を伝搬した光は垂直面４２ａから溝４４内に出射され、傾斜面４２ｂに照射されて図６の上方に反射される。なお、傾斜面４２ｂに例えば金やアルミニュームなどの金属を蒸着すれば光反射率を向上できる。また、傾斜面４２ｂに例えば金を蒸着し、溝４４内をマッチング材にて充填した後、反射光の光軸に合わせフォトダイオードを搭載すれば光導波路４３を伝搬した光のモニタ機能を実現できる。
次に、本発明の製造工程について詳しく説明する。まず、図７（Ａ）に示すように、シリコン基板５０上にＳｉＯ２を主成分とする被エッチング膜５２を形成する。被エッチング膜５２内には光導波路が形成される。更に、被エッチング膜５２上の全面にマスクとなるクロム（Ｃｒ）層５４を形成する。
次に、図７（Ｂ）に示すように、レジスト５６を形成したのちマスク位置のレジスト５６を除去する。この後、レジスト５６を用いてクロム層５４をエッチングし、図７（Ｃ）に示すように、クロムのマスク５５を形成する。このマスク５５の形状が例えば図５に示すようなものである。
更に、マスク５５を用いて反応性イオンエッチングを行うことにより、図７（Ｄ）に示すように、垂直面と傾斜面を有する溝５８を形成する。
このように、１工程でマスクを作成できるのでプロセス工程の増加を防止でき、マスクの精度が高く、傾斜面のばらつきが小さくなり、製造コストを低く抑えることができる。
上記実施例では、光導波路からの出射光に対する反射面について説明したが、光ファイバからの射出光に対する反射面でも同様に扱える。また、半導体レーザや発光ダイオードなどの光源を溝の内部に収納し、上記光源からの射出光に対する反射面を扱うことも可能であり、ＣＤやＤＶＤ等の光ピックアップなどに適用して好適である。
更に、図８（Ａ）の平面図に示すように、光の入射側の幅が狭く、射出側の幅が広いほぼ三角形のマスク開口部６０を有するマスク６２を形成する。このマスク６２を用いて反応性イオンエッチングを行えば、図８（Ｂ）に示すように、被エッチング膜６４に傾斜面６４ａと垂直面６４ｂを有する溝６６を形成することができる。この場合には、光導波路６５を伝搬した光を基板６８方向（図中、下方）に射出することも容易に行うことができる。
図９は、本発明の光デバイスを適用した光通信デバイスの一実施例の斜視図を示す。同図中、シリコン基板７０上にＳｉＯ２を主成分とする光導波路形成膜７２を形成する。光導波路形成膜７２内には光導波路７３，７４，７５が形成されている。光導波路７３は外部から光を入力され、一端は遮光溝７８で終端されている。光導波路７４は外部に光を出力する。光導波路７３，７４は互いに近接して３ｄＢカップラ７６，７７が形成されており、３ｄＢカップラ７６，７７の中間位置における光導波路７３上に加熱素子７９が設けられている。この加熱素子７９を駆動するか否かによって、光導波路７３に入力される光信号を光導波路７４から出力するか否かを切り替える光スイッチを構成している。
また、光導波路７３，７５は互いに近接してカップラ８０を構成している。カップラ８０は光導波路７３を伝搬する光の１／２０を光導波路７５に分ける。光導波路７５の一端には図６に示すような溝８２が形成されている。そして、この溝の傾斜面の上部には反射光の光軸に受光面を合わせたフォトダイオード８４が搭載されている。フォトダイオード８４は光導波路７５を通して伝搬する光をモニタする。
【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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【国際調査報告】
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