(57)【要約】      （修正有）【課題】シリコン光導波路と石英系光導波路とをモノリシック集積した光モジュールの特性が劣化しない光モジュールおよびその製造方法を提供する。【解決手段】酸化シリコンから構成された下部クラッド層１０１と、下部クラッド層１０１の上に形成されたコア１０２と、下部クラッド層１０１の上にコア１０２を覆って形成された上部クラッド層１０３と、上部クラッド層１０３の上を覆って形成された保護膜１０４とを備える。コア１０２は、ＳｉＯx，ＳｉＯxＮy，ＳｉＮのいずれかより構成され、上部クラッド層１０３は、酸化シリコンから構成され、保護膜１０４は、窒化シリコンから構成されている。【選択図】図１
2016206425.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸化シリコンから構成された下部クラッド層を形成する下部クラッド形成工程と、
ＳｉＯx，ＳｉＯxＮy，ＳｉＮのいずれかより構成されたコアを前記下部クラッド層の上に形成するコア形成工程と、
酸化シリコンから構成された上部クラッド層を前記コアを覆って前記下部クラッド層の上に形成する上部クラッド層形成工程と、
窒化シリコンから構成された保護膜を前記上部クラッド層の上を覆って形成する保護膜形成工程と
を備えることを特徴とする光モジュールの製造方法。
【請求項２】
請求項１記載の光モジュールの製造方法において、
前記コア形成工程の前に、第１領域の前記下部クラッド層の上に導波方向に同一の幅とされたシリコンよりなる第１シリコンコア、および前記第１領域に続く第２領域の前記下部クラッド層の上に前記第１シリコンコアに連続して先端に行くほど漸次幅が細くなるテーパー形状のシリコンよりなる第２シリコンコアを形成するシリコンコア形成工程を備え、
前記コア形成工程では、前記第１領域の前記下部クラッド層上に前記第１シリコンコアを覆うＳｉＯx，ＳｉＯxＮy，ＳｉＮのいずれかから構成された中間クラッド層と、前記第２領域の前記下部クラッド層上で前記第２シリコンコアを覆い前記中間クラッド層に連続する第１コア、および前記第２領域に続く第３領域の前記下部クラッド層上に前記第１コアに連続する第２コアからなる前記コアとを形成し、
前記上部クラッド層形成工程では、前記中間クラッド層、前記第１コア、前記第２コアの上に前記上部クラッド層を形成する
ことを特徴とする光モジュールの製造方法。
【請求項３】
請求項１または２記載の光モジュールの製造方法において、
保護膜形成工程の前に前記上部クラッド層の上面を平坦する平坦化工程を備え、
前記保護膜形成工程では、平坦化された前記上部クラッド層の上に前記保護膜を形成する
ことを特徴とする光モジュールの製造方法。
【請求項４】
酸化シリコンから構成された下部クラッド層と、
前記下部クラッド層の上に形成されてＳｉＯx，ＳｉＯxＮy，ＳｉＮのいずれかより構成されたコアと、
前記下部クラッド層の上に前記コアを覆って形成されて酸化シリコンから構成された上部クラッド層と、
前記上部クラッド層の上を覆って形成されて窒化シリコンから構成された保護膜と
を備えることを特徴とする光モジュール。
【請求項５】
請求項４記載の光モジュールにおいて、
第１領域の前記下部クラッド層の上に形成されて導波方向に同一の幅とされたシリコンよりなる第１シリコンコアと、
前記第１領域に続く第２領域の前記下部クラッド層の上に前記第１シリコンコアに連続して形成されて先端に行くほど漸次幅が細くなるテーパー形状のシリコンよりなる第２シリコンコアと、
前記第１領域の前記下部クラッド層上に前記第１シリコンコアを覆って形成されてＳｉＯx，ＳｉＯxＮy，ＳｉＮのいずれかから構成された中間クラッド層と
を備え、
前記コアは、
前記第２領域の前記下部クラッド層上に前記第２シリコンコアを覆って形成された第１コアと、
前記第２領域に続く第３領域の前記下部クラッド層上に前記第１コアに連続して形成された第２コアと
から構成され、
前記第１コアは前記中間クラッド層から連続して形成され、
前記上部クラッド層は、前記中間クラッド層、前記第１コア、前記第２コアの上に形成されている
ことを特徴とする光モジュール。
【請求項６】
請求項４または５記載の光モジュールにおいて、
前記上部クラッド層の上面は平坦化されていることを特徴とする光モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光通信分野において使用される、光導波路素子から構成される光モジュールおよびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
クラウドコンピューティングやモバイル環境の急速な普及により、情報流通量の増大が続いており、現在、光ネットワークの大容量化、高速化とともに低コスト化、低消費電力化が強く求められている。この実現に向けては、波長分割多重(Wavelength-division multiplexing；ＷＤＭ)用光デバイスの小型化が重要となる。
【０００３】
このような背景の中、近年、デバイスの小型化が可能であり、経済性，省エネルギー性に優れ、また電気デバイスとの融合性に優れるシリコンコアによる光導波路をベースとした光デバイスや光回路が注目を集め、研究開発が活発になされている。しかしながら，シリコンは屈折率が約３．４８と高いため、光の閉じ込めが強く小型化に有利である反面、デバイス特性が加工誤差に敏感であるという問題がある。
【０００４】
また、多波長化に伴い生じる高パワー伝送で誘起されるシリコンの光非線形性に根ざす問題もあり、偏波無依存化や高いダイナミックレンジが必要とされる通信ネットワーク応用においては、シリコンコアによる光導波路だけで要求性能を満たすのは容易ではないことが明らかになってきている。
【０００５】
一方、通信ネットワーク、特に高密度波長多重方式（ＤＷＤＭ）への応用においては、コアとクラッドとの比屈折率差が小さい石英系光導波路による光デバイスの研究開発が先行し、既に高性能な石英系光導波路デバイスが開発され主要な光ネットワークの中で使用されている。しかし、石英系光デバイスは、低損失で高い安定性を持つが、小型化、高密度集積化や高速動作化が原理的にできないため、次世代ネットワークの高い要求性能を石英系デバイスだけで実現するのはやはり困難である。
【０００６】
上述したような背景により、シリコン光導波路によって構成される光機能素子と石英系光導波路によって構成される光機能素子とを融合集積させ、シリコンデバイスと石英系デバイスのそれぞれの特長を生かし、高機能化を実現しようとする光デバイスの検討が提案されている（特許文献１参照）。
【０００７】
この技術では、図５に示すように、シリコン光導波路による光機能素子と石英系導波路による光機能素子を融合集積した光デバイスが開発されている。図５は、シリコン細線光導波路型ＶＯＡ（Variable Optical Attenuator）と石英系ＡＷＧ（Arrayed Waveguide Grating）からなる光モジュールの光学顕微鏡写真である。この光モジュールは、シリコン細線光導波路を用いて作製したキャリア注入型可変光減衰器（ＶＯＡ）５０２と、石英系光導波路を用いて作製したアレイ導波路回折格子（ＡＷＧ）５０３とを備える。シリコン細線光導波路によって構成された領域５０４、および石英系光導波路によって構成された領域５０５を備える。
【０００８】
ＡＷＧ５０３の各出力ポートは、各々対応するチャネルのＳＳＣ５０１ａを介し、ＶＯＡ５０２を構成するシリコン細線光導波路に接続されている。この構成では、ＳＳＣ５０１ａによって光導波路のモードフィールド径は縮小される。これにより、ＡＷＧ５０３によって分波され各出力ポートの光信号は、対応するチャネルのＶＯＡ５０２の入力ポートに入力され、各チャネルの光信号の強度調整をチャネル毎に独立に行うことができる。
【０００９】
また、ＶＯＡ５０２の各出力ポートは、各々対応するチャネルのＳＳＣ５０１ｂを介して石英系光導波路（不図示）に接続される。この構成では、ＳＳＣ５０１ｂによって導波路のモードフィールド径は拡大される。また、各チャネルの石英系光導波路は、各々デバイス外部の光ファイバーと結合され、出力信号が得られる構成になっている。
【００１０】
上述した光デバイスは、小型で高速動作が求められる変調デバイスの部分にはシリコン光導波路を、低損失、高い波長分離特性が求められる波長フィルターの部分には石英系導波路を用いることで、小型で高性能なデバイスを実現している。
【００１１】
まず、市販のシリコン・オン・インシュレータ（ＳＯＩ）基板を準備する。このＳＯＩ基板は、支持体となるシリコン基板部の上に、厚さ３μｍの埋め込み絶縁層を介して層厚２００ｎｍ程度の表面シリコン層を備えている。
【００１２】
次に、リソグラフィー技術およびエッチング技術により、ＳＯＩ基板の表面シリコン層をパターニングし、ＳＳＣ５０１ａ，ＳＳＣ５０１ｂのシリコンコア、およびＶＯＡ５０２のシリコンコアを形成し、更にイオン注入と電極作製を行い、ＶＯＡ５０２を作製する。
【００１３】
続いて、ＳＯＩ基板の埋め込み絶縁層（アンダークラッド）の上に、プラズマＣＶＤ法によって、石英系光導波路から構成されるＡＷＧ５０３のコアとなる石英系膜を堆積する。このとき、既に形成されているシリコンコアが、熱により特性の劣化や破壊されることのないよう、３００℃程度以下の低温条件で石英系膜を堆積することが重要となる。このため、低温成膜可能なプラズマＣＶＤ法で石英系膜が形成される。次に、フォトリソグラフィー技術およびエッチング技術により、上記石英系膜をパターニングし、ＡＷＧ５０３の石英系光導波路コアを作製する。
【００１４】
以上のようにして各コアを形成した後、酸化シリコン（ＳｉＯ2）膜を堆積してオーバークラッドを形成すれば、シリコン光素子と石英系光素子とがモノリシック集積された光モジュールが完成する。なお、シリコン光導波路と石英系導波路は、モードフィールドサイズが違うため両者の間にスポットサイズ変換器を形成することで低損失で接続される。このシリコン−石英系融合デバイスは、小型化と高機能化高性能化が両立できるという優れた特徴を持つ。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】特開２０１２−４２８４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
しかしながら、上述した技術によるデバイスが、実用化するための信頼性試験において以下の問題を持つことが明らかとなり、実用上の課題になっていた。
【００１７】
シリコン光導波路素子との集積において、シリコン光導波路に損傷を与えることなく石英系材料を堆積する必要があるため、石英系材料や上部クラッドとする材料は、プラズマＣＶＤによる低温成膜による石英系膜が利用される。しかしながら、低温形成する石英系膜は、１０００℃以上の高温で形成する従来の石英系膜に比べ膜質がやや劣るため、大気中の水分を徐々に吸水する。この結果、１４５０ｎｍ付近にピークを持つ水の吸収が徐々に増加し、１５５０ｎｍ領域の通信波長帯において時間とともに徐々に損失が増加し、特性が劣化するという問題が明らかになった。
【００１８】
本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、シリコン光導波路と石英系光導波路とをモノリシック集積した光モジュールの特性が劣化しないようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明に係る光モジュールは、酸化シリコンから構成された下部クラッド層と、下部クラッド層の上に形成されてＳｉＯx，ＳｉＯxＮy，ＳｉＮのいずれかより構成されたコアと、下部クラッド層の上にコアを覆って形成されて酸化シリコンから構成された上部クラッド層と、上部クラッド層の上を覆って形成されて窒化シリコンから構成された保護膜とを備える。
【００２０】
上記光モジュールにおいて、第１領域の下部クラッド層の上に形成されて導波方向に同一の幅とされたシリコンよりなる第１シリコンコアと、第１領域に続く第２領域の下部クラッド層の上に第１シリコンコアに連続して形成されて先端に行くほど漸次幅が細くなるテーパ形状のシリコンよりなる第２シリコンコアと、第１領域の下部クラッド層上に第１シリコンコアを覆って形成されてＳｉＯx，ＳｉＯxＮy，ＳｉＮのいずれかから構成された中間クラッド層とを備え、コアは、第２領域の下部クラッド層上に第２シリコンコアを覆って形成された第１コアと、第２領域に続く第３領域の下部クラッド層上に第１コアに連続して形成された第２コアとから構成され、第１コアは中間クラッド層から連続して形成され、上部クラッド層は、中間クラッド層、第１コア、第２コアの上に形成されている。なお、上部クラッド層の上面は平坦化されているとよい。
【００２１】
また、本発明に係る光モジュールの製造方法は、酸化シリコンから構成された下部クラッド層を形成する下部クラッド形成工程と、ＳｉＯx，ＳｉＯxＮy，ＳｉＮのいずれかより構成されたコアを下部クラッド層の上に形成するコア形成工程と、酸化シリコンから構成された上部クラッド層を、コアを覆って下部クラッド層の上に形成する上部クラッド層形成工程と、窒化シリコンから構成された保護膜を上部クラッド層の上を覆って形成する保護膜形成工程とを備える。
【００２２】
上記光モジュールの製造方法において、コア形成工程の前に、第１領域の下部クラッド層の上に導波方向に同一の幅とされたシリコンよりなる第１シリコンコア、および第１領域に続く第２領域の下部クラッド層の上に第１シリコンコアに連続して先端に行くほど漸次幅が細くなるテーパ形状のシリコンよりなる第２シリコンコアを形成するシリコンコア形成工程を備え、コア形成工程では、第１領域の下部クラッド層上に第１シリコンコアを覆うＳｉＯx，ＳｉＯxＮy，ＳｉＮのいずれかから構成された中間クラッド層と、第２領域の下部クラッド層上で第２シリコンコアを覆い中間クラッド層に連続する第１コア、および第２領域に続く第３領域の下部クラッド層上に第１コアに連続する第２コアからなるコアとを形成し、上部クラッド層形成工程では、中間クラッド層、第１コア、第２コアの上に上部クラッド層を形成する。なお、保護膜形成工程の前に上部クラッド層の上面を平坦する平坦化工程を備え、保護膜形成工程では、平坦化された上部クラッド層の上に保護膜を形成するとよい。
【発明の効果】
【００２３】
以上説明したように、本発明によれば、窒化シリコンから構成された保護膜を形成するようにしたので、シリコン光導波路と石英系光導波路とをモノリシック集積した光モジュールの特性が劣化しないという優れた効果が得られるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】図１は、本発明の実施の形態における光モジュールの作製方法により作製する光モジュールの構成を示す構成図である。
【図２Ａ】図２Ａは、本発明の実施の形態における光モジュールの作製方法により作製する光モジュールの一部構成を示す断面図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、本発明の実施の形態における光モジュールの作製方法により作製する光モジュールの一部構成を示す断面図である。
【図２Ｃ】図２Ｃは、本発明の実施の形態における光モジュールの作製方法により作製する光モジュールの一部構成を示す断面図である。
【図３Ａ】図３Ａは、本発明の実施の形態における光モジュールの作製方法により作製する光モジュールの一部構成を示す断面図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、本発明の実施の形態における光モジュールの作製方法により作製する光モジュールの一部構成を示す断面図である。
【図３Ｃ】図３Ｃは、本発明の実施の形態における光モジュールの作製方法により作製する光モジュールの一部構成を示す断面図である。
【図４Ａ】図４Ａは、本発明の実施の形態における光モジュールの作製方法について説明する各工程の状態を示す断面図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、本発明の実施の形態における光モジュールの作製方法について説明する各工程の状態を示す断面図である。
【図４Ｃ】図４Ｃは、本発明の実施の形態における光モジュールの作製方法について説明する各工程の状態を示す断面図である。
【図４Ｄ】図４Ｄは、本発明の実施の形態における光モジュールの作製方法について説明する各工程の状態を示す断面図である。
【図４Ｅ】図４Ｅは、本発明の実施の形態における光モジュールの作製方法について説明する各工程の状態を示す断面図である。
【図４Ｆ】図４Ｆは、本発明の実施の形態における光モジュールの作製方法について説明する各工程の状態を示す断面図である。
【図４Ｇ】図４Ｇは、本発明の実施の形態における光モジュールの作製方法について説明する各工程の状態を示す断面図である。
【図５】図５は、シリコン細線光導波路型ＶＯＡと石英系ＡＷＧからなる光モジュールの光学顕微鏡写真である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。はじめに、本発明の光モジュールの作製方法により作製する光モジュールの構成例について図１および図２Ａ〜図２Ｃを用いて説明する。図１は、本発明の実施の形態における光モジュールの構成を示す平面図である。図２Ａ〜図２Ｃは、光モジュールの構成を示す断面図である。図２Ａは、図１のａａ’線の断面を示し、図２Ｂは、図１のｂｂ’線の断面を示し、図２Ｃは、図１のｃｃ’線の断面を示している。
【００２６】
この光モジュールは、酸化シリコンから構成された下部クラッド層１０１と、下部クラッド層１０１の上に形成されたコア１０２と、下部クラッド層１０１の上にコア１０２を覆って形成された上部クラッド層１０３と、上部クラッド層１０３の上を覆って形成された保護膜１０４とを備える。コア１０２は、ＳｉＯx，ＳｉＯxＮy，ＳｉＮのいずれかより構成され、上部クラッド層１０３は、酸化シリコンから構成され、保護膜１０４は、窒化シリコンから構成されている。
【００２７】
また、第１領域１３１においては、下部クラッド層１０１の上にシリコンよりなる第１シリコンコア１０５が形成され、第１領域１３１に続く第２領域１３２においては、下部クラッド層１０１の上にシリコンよりなる第２シリコンコア１０６が形成されている。第１シリコンコア１０５は、導波方向に同一の幅とされている。第２シリコンコア１０６は、第１シリコンコア１０５に連続して形成され、先端１０６ａに行くほど漸次幅が細くなるテーパ形状とされている。第１シリコンコア１０５および第２シリコンコア１０６は、同一の層から構成されて一体に形成されている。
【００２８】
また、第１領域１３１の下部クラッド層１０１上には、第１シリコンコア１０５を覆って形成された中間クラッド層１０７を備える。中間クラッド層１０７は、ＳｉＯx，ＳｉＯxＮy，ＳｉＮのいずれかから構成されている。
【００２９】
ここで、この例では、コア１０２は、第１コア１０２ａと、第２コア１０２ｂとから構成している。第１コア１０２ａは、第２領域１３２の下部クラッド層１０１上に第２シリコンコア１０６を覆って形成されている。第１コア１０２ａは中間クラッド層１０７から連続して形成されている。また、第２コア１０２ｂは、第２領域１３２に続く第３領域１３３の下部クラッド層１０１上に第１コア１０２ａに連続して形成されている。中間クラッド層１０７、第１コア１０２ａ、第２コア１０２ｂは、同一の層から構成されて一体に形成されている。
【００３０】
また、上部クラッド層１０３は、中間クラッド層１０７、第１コア１０２ａ、第２コア１０２ｂの上に形成されている。第１領域１３１においては、中間クラッド層１０７および上部クラッド層１０３が、第１コア１０２ａに対して上方のクラッドとして機能する。第３領域１３３においては、上部クラッド層１０３が、第２コア１０２ｂの上方のクラッドとして機能する。
【００３１】
この光モジュールは、第１領域１３１の中間クラッド層１０７で覆われた第１シリコンコア１０５よりなるシリコン細線光導波路素子と、第２領域１３２の第２シリコンコア１０６が第１コア１０２ａに覆われているスポットサイズ変換部分と、第３領域１３３の第２コア１０２ｂによる石英系光導波路素子とから構成されている。
【００３２】
第１領域１３１のシリコン細線光導波路素子は、光導波方向に垂直な断面の幅や高さなどの寸法がサブミクロンオーダの第１シリコンコア１０５から構成されている。一方、第３領域１３３の石英系光導波路素子は、光導波方向に垂直な断面の幅や高さなどの寸法が数ミクロンオーダの第２コア１０２ｂから構成されている。これらの２領域を低損失で光接続するため、第２領域１３２のスポットサイズ変換部分で、モードフィールドサイズ変換を行う。
【００３３】
次に、各構成要素の寸法と屈折率について例示する。まず、下部クラッド層１０１は、層厚３μｍ，屈折率が１．４５である。下部クラッド層１０１の層厚は、コア１０２（第２コア１０２ｂ）による石英系光導波路素子を伝搬する光が、下部クラッド層１０１より下に漏洩して損失が増えない状態とすることが重要である。下部クラッド層１０１の層厚は、３μｍに限るものではなく、石英系光導波路素子の屈折率構造によって適宜に設定すればよい。
【００３４】
第１シリコンコア１０５および第２シリコンコア１０６は、屈折率が３．４８である。また、第１シリコンコア１０５および第２シリコンコア１０６は、厚さ（高さ）が２００ｎｍである。また、第１シリコンコア１０５の幅は４００ｎｍである。第２シリコンコア１０６は、第１シリコンコア１０５に接続する開始部分の幅は、４００ｎｍであるが、先端１０６ａに近づくほど細くなり、先端１０６ａでは、幅８０ｎｍとなっている。
【００３５】
中間クラッド層１０７，第１コア１０２ａ，第２コア１０２ｂは、屈折率が１．５０であり、厚さ（高さ）が３μｍである。また、第１コア１０２ａ，第２コア１０２ｂ（コア１０２）は、幅が３μｍである。上部クラッド層１０３は、層厚７μｍ程度であり、屈折率は１．４７である。保護膜１０４は、厚さ０．２μｍ程度であり、屈折率は１．９７である。
【００３６】
ここで、中間クラッド層１０７，第１コア１０２ａ，第２コア１０２ｂは、化学量論組成のＳｉＯ2より酸素の組成比が少ない酸化シリコン（ＳｉＯx）から構成すれば良い。また、中間クラッド層１０７，第１コア１０２ａ，第２コア１０２ｂは、屈折率を調整したＳｉＯxＮyやＳｉＮから構成することも可能である。ただし、シリコン細線光導波路素子および石英系光導波路素子が、シングルモード条件を満たすように、形状および屈折率が調整されていることが望ましい。
【００３７】
ところで、上述した構造では、第１コア１０２ａ，第２コア１０２ｂにより上部クラッド層１０３の表面に段差が形成された状態となっている。このような状態では、製造過程で加わる熱履歴などによる応力変化により、段差部に亀裂が発生するなどの問題が発生しやすい。従って、保護膜１０４は、平坦な状態で形成することがよりよい。
【００３８】
例えば、図３Ａ〜図３Ｃに示すように、上部クラッド層１０３の上面が平坦化され、この上に保護膜１０４が形成されていれば良い。なお、図３Ａは、図１のａａ’線の断面を示し、図３Ｂは、図１のｂｂ’線の断面を示し、図３Ｃは、図１のｃｃ’線の断面を示している。
【００３９】
以下、本発明の実施の形態における光モジュールの製造方法について、図４Ａ〜図４Ｆを用いて説明する。まず、よく知られたシリコン・オン・インシュレータ（ＳＯＩ）基板を用意する。このＳＯＩ基板の埋め込み絶縁層を下部クラッド層１０１とし、表面シリコン層をパターニングし、図４Ａに示すように、第１シリコンコア１０５，第２シリコンコア１０６とする。例えば、表面シリコン層の上に、フォトリソグラフィー技術により所定のレジストパターンを形成する。次いで、レジストパターンをマスクとして公知のリアクティブイオンエッチングにより表面シリコン層をエッチング加工し、第１シリコンコア１０５，第２シリコンコア１０６を形成する。この後、レジストパターンを除去する。なお、図４Ａ〜図４Ｆでは、下部クラッド層１０１が形成されている基板を省略して示していない。
【００４０】
次に、図４Ｂに示すように、第１シリコンコア１０５，第２シリコンコア１０６を形成した下部クラッド層１０１の上に、化学量論組成のＳｉＯ2より屈折率の高い材料からなる膜３０１を形成する。例えば、化学量論組成のＳｉＯ2より酸素の組成比が少ないＳｉＯxから膜３０１を構成すればよい。この膜３０７は、例えば、電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）プラズマＣＶＤ法により上記ＳｉＯxを堆積することで形成すればよい。ＥＣＲプラズマＣＶＤ法によれば、２００℃以下の低温条件でＳｉＯxが堆積でき、かつ、膜質のよい膜３０１が形成できる。このため、酸化などにより第１シリコンコア１０５，第２シリコンコア１０６の厚さや寸法などを変化させることなく膜３０１が形成できる。
【００４１】
次に、膜３０１をパターニングすることで、図４Ｃに示すように、第１シリコンコア１０５と第２シリコンコア１０６との境界より第２シリコンコア１０６の側の第２領域１３２に第１コア１０２ａを形成し、これに続く第３領域１３３に第２コア１０２ｂを形成する。また、中間クラッド層１０７を形成する。例えば、膜３０１の上にフォトリソグラフィー技術により所定のレジストパターンを形成する。次いで、レジストパターンをマスクとして公知のリアクティブイオンエッチングにより膜３０１をエッチング加工し、中間クラッド層１０７，第１コア１０２ａ，第２コア１０２ｂを形成する。
【００４２】
ここで、第１コア１０２ａ，第２コア１０２ｂは、第１シリコンコア１０５，第２シリコンコア１０６より大きな断面形状に形成する。また、第２シリコンコア１０６は、第１コア１０２ａにより覆われる状態とする。この構成により、第２領域１３２がスポットサイズ変換部となる。また、第１シリコンコア１０５を中間クラッド層１０７で覆う第１領域１３１は、シリコン細線光導波路素子となる。また、スポットサイズ変換部に続き、シリコンによるコアがない状態の第２コア１０２ｂによる第３領域１３３が、石英系光導波路素子となる。
【００４３】
次に、図４Ｄに示すように、中間クラッド層１０７，第１コア１０２ａ，第２コア１０２ｂの上に膜３０２を形成する。例えば、プラズマＣＶＤ法によりＳｉＯ2を堆積することで、膜３０２を形成すればよい。このように形成した膜３０２の表面（上面）は、第１コア１０２ａ，第２コア１０２ｂなどの段差を反映して凹凸が形成された状態となっている。
【００４４】
次に、上述した膜３０２表面の段差を平坦化し、図４Ｅに示すように、表面が平坦化した上部クラッド層下部１０３ａを形成する。例えば、よく知られた化学的機械的研磨（ＣＭＰ）方により膜３０２の表面を研削研磨することで平坦化すれば良い。引き続き、上部クラッド層下部１０３ａの上に、例えば、プラズマＣＶＤ法によりＳｉＯ2を堆積することで、図４Ｆに示すように、上部クラッド層上部１０３ｂを形成し、全体で所望の厚さとした上部クラッド層１０３を形成する。上部クラッド層上部１０３ｂを形成することで、上部クラッド層１０３を、導波路設計の所定の厚さとする。
【００４５】
次に、上部クラッド層１０３の上に、例えば、プラズマＣＶＤ法により窒化シリコンを堆積することで、図４Ｆに示すように、保護膜１０４を形成する。よりよくは、ＥＣＲプラズマＣＶＤ法により窒化シリコンを堆積するとよい。既に形成されている光導波路においては、高い温度の後処理により屈折率が変化するなどの影響が懸念される。これに対し、ＥＣＲプラズマＣＶＤ法によれば、２００℃以下の低温条件で堆積でき、上述した影響がより発生しにくい状態となる。
【００４６】
上述したことにより、第１領域１３１のシリコン細線光導波路素子、第２領域１３２のスポットサイズ変換部、および第３領域１３３の石英系光導波路素子を備える光モジュールが得られる。なお、第１領域１３１のシリコン細線光導波路素子では、コア１０２および上部クラッド層１０３が、上方のクラッドとして機能する。
【００４７】
以上に説明したように、本発明によれば、窒化シリコンから構成された保護膜を備えるようにしたので、上部クラッド層における大気中の水分吸収が抑制され、シリコン光導波路と石英系光導波路とをモノリシック集積した光モジュールの特性が劣化しないようになる。
【００４８】
水分吸収の抑制効果について、表１を用いて説明する。表１は、８５℃・８５％の高温高湿条件の環境に配置した光モジュールにおける損失の変化を試験した結果である。表１に示すように、保護膜を形成しない場合、光モジュールは０．６２ｄＢ／ｃｍの損失の増加が測定された。これに対し、保護膜を形成すると、損失増加は０．３４ｄＢ／ｃｍに低減された。更に、平坦化してから保護膜を形成すると、損失の増加は見られない。このことは、ＳｉＮによる保護膜は、光導波路への水の浸入を防ぐ防湿効果を持ち、更に、段差構造のない平坦化した状態で保護膜を形成すると、より大きな効果が得られることを示している。このように、本発明によれば、高品質で高機能な光モジュールが実現できる。
【００４９】
【表１】
2016206425.tif 000003
【００５０】
なお、本発明は以上に説明した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で、当分野において通常の知識を有する者により、多くの変形および組み合わせが実施可能であることは明白である。
【００５１】
本発明の趣旨は、シリコン光導波路と石英系光導波路とをモノリシック集積した光モジュールの損失を低損失のまま維持できる構造とその作製方法を提供するものであり、ＳｉＯx，ＳｉＯxＮy，ＳｉＮのいずれかより構成したコアとシリコンコアとは、接続されて配置されていればよく、ＳｉＯx，ＳｉＯxＮy，ＳｉＮのいずれかより構成したコアとシリコンコアとがオーバーラップしている必要はない。また、シリコンコアの先端部がテーパ形状となっている必要もない。例えば、シリコンコアが先端に行くほど太くなる形状としてもよい。
【００５２】
ここで、接続とは、ＳｉＯx，ＳｉＯxＮy，ＳｉＮのいずれかより構成したコアとシリコンコアとが、光結合可能な状態であることを示している。従って、接続する領域において、シリコンコアの端部と石英系コアの端部とが、当接している必要はなく、光結合が可能な範囲で離間していてもよい。ただし、両者の結合効率などを考慮すれば、前述したように、スポットサイズ変換部を構成した方がよい。
【符号の説明】
【００５３】
１０１…下部クラッド層、１０２…コア、１０２ａ…第１コア、１０２ｂ…第２コア、１０３…上部クラッド層、１０４…保護膜、１０５…第１シリコンコア、１０６…第２シリコンコア、１０６ａ…先端、１０７…中間クラッド層、１３１…第１領域、１３２…第２領域、１３３…第３領域。
【図１】
2016206425.tif 000004
【図２Ａ】
2016206425.tif 000005
【図２Ｂ】
2016206425.tif 000006
【図２Ｃ】
2016206425.tif 000007
【図３Ａ】
2016206425.tif 000008
【図３Ｂ】
2016206425.tif 000009
【図３Ｃ】
2016206425.tif 000010
【図４Ａ】
2016206425.tif 000011
【図４Ｂ】
2016206425.tif 000012
【図４Ｃ】
2016206425.tif 000013
【図４Ｄ】
2016206425.tif 000014
【図４Ｅ】
2016206425.tif 000015
【図４Ｆ】
2016206425.tif 000016
【図４Ｇ】
2016206425.tif 000017
【図５】
2016206425.tif 000018