(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面にシリコン層を備えた基板を用意し、前記シリコン層の上に酸化シリコン層が形成された状態とする第１工程と、
前記酸化シリコン層の上に導波方向に延在する第１レジストパターンおよびこの第１レジストパターンに連続する先細りのテーパ形状の第２レジストパターンが形成された状態とする第２工程と、
前記第１レジストパターンおよび前記第２レジストパターンをマスクとして前記酸化シリコン層をエッチングし、前記第１レジストパターンの形状が転写された第１酸化シリコンパターン，および前記第２レジストパターンの形状が転写された第２酸化シリコンパターンが形成された状態とする第３工程と、
前記第１レジストパターンおよび前記第２レジストパターンを除去した後、前記第１酸化シリコンパターンおよび前記第２酸化シリコンパターンをマスクとして前記シリコン層を層厚方向の途中までエッチングし、前記第１酸化シリコンパターンの形状が転写されたリッジパターン、および前記第２酸化シリコンパターンの形状が転写されたテーパリッジパターンとともに、スラブ層が形成された状態とする第４工程と、
前記テーパリッジパターンが露出して前記リッジパターンを含む領域が覆われたマスクパターンが形成された状態とする第５工程と、
前記マスクパターンおよび前記第２酸化シリコンパターンをマスクとして前記スラブ層をエッチングし、前記テーパリッジパターンが形成されている領域の前記スラブ層が除去されてテーパコアが形成された状態とする第６工程と、
前記マスクパターンを除去した後、前記テーパコアの上に、酸化シリコンよりも屈折率の大きい材料からなる中間コアが形成された状態とする第７工程と、
前記コアおよび前記中間コアを覆う上部クラッド層が形成された状態とする第８工程と
を少なくとも備えることを特徴とする光導波路の作製方法。
【請求項２】
請求項１記載の光導波路の作製方法において、
前記酸化シリコン層は、少なくとも前記シリコン層を熱酸化することで形成した熱酸化層を含む
ことを特徴とする光導波路の作製方法。
【請求項３】
請求項２記載の光導波路の作製方法において、
前記酸化シリコン層は、前記熱酸化層と、この熱酸化層の上に酸化シリコンを堆積することで形成した酸化シリコン層とから構成されている
ことを特徴とする光導波路の作製方法。
【請求項４】
請求項２または３記載の光導波路の作製方法において、
前記第１工程では、前記熱酸化層を形成することで、前記シリコン層の層厚を所望の値に制御する
ことを特徴とする光導波路の作製方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の光導波路の作製方法において、
前記マスクパターンは、前記リッジパターンの形成位置を中心とした導波方向に垂直な方向の幅が所望の寸法とされている
ことを特徴とする光導波路の作製方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、オプトエレクトロニクス分野および光通信などの分野において使用される光導波路型フィルターなどの平面光波回路において、例えば、ＳＯＩ基板の上に構築されるシリコンを光の導波路とする平面光波回路を構成する光導波路の作製方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
小型化、高集積化を進めて光デバイスの高機能・低消費電力化を実現させる目的から、近年では、高い屈折率を有するシリコンをコアに用いたシリコン細線導波路に基づく導波路デバイスの開発が盛んになっている。シリコン細線導波路は、一般的にはシリコンからコアを構成し、酸化シリコンからクラッドを構成したチャネル型の導波路であり、シリコンと酸化シリコンとの大きい屈折率差を利用し、断面寸法が２００ｎｍ〜５００ｎｍ程度の小さいコア内に光を閉じ込めることで、半径数ミクロンの急峻な曲げを可能にする導波路である。
【０００３】
シリコン細線導波路を用いれば、微小な導波路型デバイスが作製できるため、様々な機能の高集積化が可能となる。さらにまた、シリコン細線導波路は、コアのシリコンが半導体であることを利用し、コア内の自由キャリア密度を制御することで、導波路を透過する光強度を変化させるという特徴も持つ。この特徴により、シリコン細線導波路で光減衰器，光変調器などのアクティブデバイス（能動素子）も実現できる。だたし、キャリア密度を制御する場合は、ＰＩＮ構造を導波路に作り込むことになり、断面形状が四角形のコアの両脇にシリコンスラブ部を備えたリブ型導波路が使われる。
【０００４】
図５に、シリコン細線によるリブ型導波路から構成した光減衰器の構成例を示す（特許文献１参照）。図５の斜視図に示すように、この光減衰器は、シリコン基板５０１上に、層厚３μｍ程度の酸化シリコン層５０２を介して形成されている層厚０．２５μｍ程度のシリコン層を有するＳＯＩ（Silicon on Insulator）基板を使用して形成されている。
【０００５】
ＳＯＩ基板のＢＯＸ（埋め込み酸化層）層と呼ばれる酸化シリコン層５０２をアンダークラッド層として使用し、シリコン（ＳＯＩ）層の上にリッジを形成してスラブ５０３，スラブ５０４より厚い部分とし、リッジをコア５０７としている。コア５０７をこの両脇のスラブ５０３，スラブ５０４より厚くすることで、コア５０７の有効屈折率が、スラブ５０３，スラブ５０４の有効屈折率と比較して相対的に大きくなり、コア５０７に光が閉じ込められるようにしたものである。
【０００６】
コア５０７は、例えば、幅６００ｎｍ程度に形成され、厚さが２００ｎｍ程度に形成されている。また、スラブ５０３，スラブ５０４は、厚さが５０〜１００ｎｍ程度に形成されている。従って、コア５０７は、スラブ５０３，スラブ５０４より１００〜１５０ｎｍ高くなっている。このコア５０７よりなるリブ型導波路は、一般的なリソグラフィー技術およびエッチング技術で形成可能であり、コア５０７の両脇のシリコン層をすべてエッチングせずに途中で止めることで、スラブ５０３，スラブ５０４を形成すればよい。このように構成されたリブ型導波路では、導波する光は、コア５０７の部分に最大強度を持ち、スラブ５０３，スラブ５０４に広がっており、モードフィールドサイズは１μｍ程度である。
【０００７】
さらに図５に示す従来の光減衰器を形成するリブ型導波路では、一部のスラブ５０３，スラブ５０４に、ｐ形不純物導入部５０５およびｎ形不純物導入部５０６を形成し、導波路を構成しているコア５０７を挟むようにＰＩＮ構造を形成し、さらにｐ形不純物導入部５０５およびｎ形不純物導入部５０６には、各々金属パッド（不図示）が接続されている。
【０００８】
このようなシリコン細線を用いたリブ型導波路構造の可変光減衰器では、金属パッドに電流が流れる方向に電圧を印加し、ＰＩＮ構造を通じて導波路（コア５０７）に電子あるいは正孔からなるキャリアの注入を可能としている。このようにしてコア５０７にキャリアを注入することで、注入されたキャリアがコア５０７を伝搬する光を吸収し、Ｐ形不純物導入部５０５とｎ形不純物導入部５０６とに挟まれた領域を通過する光を減衰させるようにしている。
【０００９】
コア５０７に注入されるキャリアは、ｐ形不純物導入部５０５とｎ形不純物導入部５０６との間に印加される電圧の大きさに応じた量となり、印加する電圧を可変することにより、減衰量を可変することができる。
【００１０】
シリコン細線リブ導波路に基づく光減衰器は、コアサイズが小さいためキャリア注入および除去に要する時間を非常に早くすることが可能となり、高速動作が可能なのが特徴である。
【００１１】
【特許文献１】特開２００４−２５８１１９号公報
【非特許文献１】T.Shoje, et al. , "Low loss mode size converter form 0.3 μｍ square Si wire waveguide to singlemode fibers", ELECTRONICS LETTERS, Vol.38, No.25, pp.1669-1670, 5th December 2002.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、シリコン細線導波路によるリブ導波路の単一モード条件を満たすコア断面は６００ｎｍ×２００ｎｍと、１００ｎｍ厚のスラブからなる極微小リブ型構造をしている。このため、導波路端面と光ファイバーとを単純につき合わせただけでは、モードフィールドサイズが大きく違うため、高効率な光結合が実現できないという問題がある。
【００１３】
シリコン細線リブ導波路のモードフィールドサイズが１μｍ程度であるのに対し、一般的なシングルモード光ファイバーは９μｍ程度であり、細径の光ファイバーでも４μｍ程度である。このため、光ファイバーなどの外部回路とシリコン細線リブ導波路を高効率で光結合させるためには、リブ導波路のモードフィールドサイズを広げることが必要である。
【００１４】
チャンネル導波路型のシリコン細線導波路では、シリコンコア端部を細くして逆テーパ形状にし、このテーパ部の上にサイズの大きい第２のコアを形成してモードフィールドを広げるモードフィールド変換構造を形成することで、高効率な接続を実現している（非特許文献１参照）。このスポットサイズ変換構造では、導波路終端部のコアのテーパ部は、スラブ層のないチャネル型であり、スラブ部となるシリコン層を残さず加工している。
【００１５】
しかしリブ型導波路では、コアの両側にシリコンの層を残してスラブ部を形成することになるため、コアとなるシリコン層のエッチングを途中で停止している。このため、このように形成するリブ型導波路で、モードフィールド変換構造を形成するために、リブ型導波路の先端部にテーパ部を形成すれば、このテーパ部においても、両側にシリコンスラブ層が形成されることになる。このため、シリコン細線によるリブ導波路では、チャンネル型シリコン細線導波路と同様のモードフィールドサイズ変換構造は使えない。
【００１６】
このため、シリコン細線によるリブ型導波路を用いたデバイスでは、導波路の端部をそのまま壁開するか、シリコンコアの端部を順テーパ形状にし、断熱的に３μｍ程度にまで広げてから壁開し、光ファイバーと光結合させるようにしている。しかしながら、端部を３μｍ程度にまで広げた場合でも、結合損失は１０ｄＢ程度と大きい。また、コアの幅のみを３μｍに広げるためが幅の広いコア内に高次モードが励起され、結合損失が大きいだけでなくデバイスの光信号波形が乱れが生じるなど、ファイバーとの結合がシリコン細線を用いたリブ導波路では大きな問題となっていた。
【００１７】
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、シリコン細線よりなるリブ型導波路を、損失を抑制して高効率な状態で、光ファイバーと光結合できる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】
【００１８】
本発明に係る光導波路の作製方法は、表面にシリコン層を備えた基板を用意し、シリコン層の上に酸化シリコン層が形成された状態とする第１工程と、酸化シリコン層の上に導波方向に延在する第１レジストパターンおよびこの第１レジストパターンに連続する先細りのテーパ形状の第２レジストパターンが形成された状態とする第２工程と、第１レジストパターンおよび第２レジストパターンをマスクとして酸化シリコン層をエッチングし、第１レジストパターンの形状が転写された第１酸化シリコンパターン，および第２レジストパターンの形状が転写された第２酸化シリコンパターンが形成された状態とする第３工程と、第１レジストパターンおよび第２レジストパターンを除去した後、第１酸化シリコンパターンおよび第２酸化シリコンパターンをマスクとしてシリコン層を層厚方向の途中までエッチングし、第１酸化シリコンパターンの形状が転写されたリッジパターンおよび第２酸化シリコンパターンの形状が転写されたテーパリッジパターンとともに、スラブ層が形成された状態とする第４工程と、テーパリッジパターンが露出してリッジパターンを含む領域が覆われたマスクパターンが形成された状態とする第５工程と、マスクパターンおよび第２酸化シリコンパターンをマスクとしてスラブ層をエッチングし、テーパリッジパターンが形成されている領域のスラブ層が除去されてテーパコアが形成された状態とする第６工程と、マスクパターンを除去した後、テーパコアの上に、酸化シリコンよりも屈折率の大きい材料からなる中間コアが形成された状態とする第７工程と、コアおよび中間コアを覆う上部クラッド層が形成された状態とする第８工程とを少なくとも備えるようにしたものである。
【００１９】
上記光導波路の作製方法において、酸化シリコン層は、少なくともシリコン層を熱酸化することで形成した熱酸化層を含む。また、酸化シリコン層は、熱酸化層と、この熱酸化層の上に酸化シリコンを堆積することで形成した酸化シリコン層とから構成されている。またこの場合、第１工程では、熱酸化層を形成することで、シリコン層の層厚を所望の値に制御する。
【００２０】
上記光導波路の作製方法において、マスクパターンは、リッジパターンの形成位置を中心とした導波方向に垂直な方向の幅が所望の寸法とされている。
【発明の効果】
【００２１】
以上説明したように、本発明では、酸化シリコン層の上に導波方向に延在する第１レジストパターンおよびこの第１レジストパターンに連続するテーパ形状の第２レジストパターンをもとに、第１酸化シリコンパターンおよび第２酸化シリコンパターンを形成し、これらでシリコン層を層厚方向の途中までエッチングしてリッジパターンおよびテーパリッジパターンを形成し、またスラブ層を形成し、この後、テーパリッジパターンのスラブ層を選択的にエッチングするようにした。この結果、シリコン細線よりなるリブ型導波路と光ファイバーとを、損失を抑制して高効率な状態で光結合できるようになるという優れた効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の実施の形態における光導波路の作製方法について、図１〜図３を参照して説明する。なお、図１〜図３は、光導波路の作製方法を説明するための工程図であり、（ａ”）〜（ｊ”）は、平面図、（ａ）〜（ｊ）は各平面図のｘ１−ｘ１’断面、（ａ’）〜（ｊ’）は各平面図のｘ２−ｘ２’断面を示している。これらの断面は、光導波路の導波高校に垂直な面を示しており、（ａ）〜（ｊ）は、リブ型の光導波路となる領域を示し、（ａ’）〜（ｊ’）は、モードフィールド変換部となる領域を示している。
【００２３】
まず、図１（ａ），（ａ’）  ，（ａ”）に示すように、単結晶シリコンからなる基板部１０１と、この上に形成された例えば酸化シリコンからなる埋め込み酸化層１０２と、この上に形成された単結晶シリコンからなる層厚２４０ｎｍ程度のシリコン（ＳＯＩ）層１０３とから構成されたＳＯＩ基板を用意する。次いで、例えば、よく知られた熱酸化炉に上記ＳＯＩ基板を搬入し、ＳＯＩ層１０３の表面に熱酸化による熱酸化層１０４が形成された状態とする。
【００２４】
ここで、後述するように、ＳＯＩ層１０３をパターニングすることで光導波路のコアを形成するが、上述したように熱酸化層１０４を形成することで、コアの寸法（高さ）を所望の値としている。例えば、導波路デバイスおよびモードフィール変換構造の都合から、コアを形成するＳＯＩ層１０３の層厚を２００ｎｍに調整（制御）する場合、初期には層厚２４０ｎｍのＳＯＩ層１０３の表面を４０ｎｍ程度熱酸化して熱酸化層１０４を形成することで、ＳＯＩ層１０３の層厚を２００ｎｍとする。なお、シリコンの厚みは、熱酸化によりほぼ２．２倍の膜厚の酸化膜に変化する。従って、シリコン層を４０ｎｍ分熱酸化すると、層厚が約８８ｎｍの熱酸化層１０４が、層厚２００ｎｍのＳＯＩ層１０３の上に形成されることになる。このようにして形成した熱酸化層１０４は、後述するように、ＳＯＩ層１０３をパターニングするために用いるマスク層の一部となる。
【００２５】
次に、図１（ｂ），（ｂ’）  ，（ｂ”）に示すように、上述したように形成した熱酸化層１０４の上に、ＥＣＲプラズマを用いたプラズマ促進ＣＶＤ法（ＰＥＣＶＤ法）により酸化シリコンを堆積し、酸化シリコン層１０５が形成された状態とする。上述したように、ＳＯＩ層１０３の膜厚（層厚）制御のために形成した熱酸化層１０４は、層厚８８ｎｍ程度であり、ＳＯＩ層１０３をパターニングするためのマスクとしては層厚が薄い。このため、酸化シリコン層１０５を追加で形成し、熱酸化層１０４と酸化シリコン層１０５とで、層厚１５０ｎｍ程度とし、マスクとして十分な層厚が得られる状態とする。なお、例えば、ＳＯＩ層１０３をより薄く形成するために、熱酸化層１０４を厚く形成する場合は、熱酸化層１０４のみでマスクを形成してもよい。
【００２６】
次に、図１（ｃ），（ｃ’）  ，（ｃ”）に示すように、酸化シリコン層１０５の上に、所定の方向（導波方向）に延在するライン状のレジストパターン１２１およびレジストパターン１２２が形成された状態とする。レジストパターン１２１およびレジストパターン１２２は、連続して一体に形成され、先端部のレジストパターン１２２は、端部（図１（ｃ”）の右側端部）に向けて先細りのテーパ形状に形成された状態とする。例えば、テーパ形状のレジストパターン１２２は、導波方向の長さが２００〜５００μｍ、先端の幅は８０〜１２０ｎｍ程度とする。レジストパターン１２１およびレジストパターン１２２は、公知のリソグラフィー技術により形成すればよい。
【００２７】
次に、レジストパターン１２１およびレジストパターン１２２をマスクとして下層の酸化シリコン層１０５および熱酸化層１０４を選択的にエッチング除去し、また、レジストパターン１２１およびレジストパターン１２２を除去することで、図１（ｄ），（ｄ’）  ，（ｄ”）に示すように、酸化シリコンパターン１４１および酸化シリコンパターン１４２が形成された状態とする。これらは、レジストパターン１２１およびレジストパターン１２２の形状が転写され、連続して一体に形成され、先端部の酸化シリコンパターン１４２は、端部（図１（ｄ”）の右側端部）に向けて先細りのテーパ形状に形成された状態となる。例えば、反応性イオンエッチングなどの垂直異方性を有するドライエッチング法を用いることで、酸化シリコンパターン１４１および酸化シリコンパターン１４２が形成された状態とすればよい。
【００２８】
次に、酸化シリコンパターン１４１および酸化シリコンパターン１４２をマスクとして下層のＳＯＩ層１０３を選択的にエッチングし、図２（ｅ），（ｅ’）  ，（ｅ”）に示すように、リッジパターン１０３ａ，テーパリッジパターン１０３ｃ，およびスラブ層１０３ｂが形成された状態とする。
【００２９】
ここで、上記エッチングをＳＯＩ層１０３の層厚方向の途中で停止することで、スラブ層１０３ｂが形成された状態とする。例えば、層厚２００ｎｍのＳＯＩ層１０３を層厚方向に１００ｎｍよりある程度多めにエッチングしてこのエッチングを停止することで、層厚が１００ｎｍより薄いスラブ層１０３ｂが形成された状態とすればよい。このエッチングにおいても、例えば、反応性イオンエッチングなどの垂直異方性を有するドライエッチング法を用いればよい。このようなドライエッチングにより、リッジパターン１０３ａ，テーパリッジパターン１０３ｃの部分の断面形状を、ほぼ矩形の状態とすることができる。なお、このエッチング処理により、酸化シリコンパターン１４１および酸化シリコンパターン１４２もある程度エッチングされ、これらの上層の、堆積により形成された酸化シリコン層が薄くなる。
【００３０】
次に、図２（ｆ），（ｆ’）  ，（ｆ”）に示すように、リッジパターン１０３ａ（酸化シリコンパターン１４１）の部分を含むリブ型導波路領域を覆うマスクパターン２０１が形成された状態とする。マスクパターン２０１は、例えば、導波方向の幅が２０μｍ程度とされている。マスクパターン２０１は、例えば、公知のポジ型レジストをフォトリソグラフィー技術によりパターニングすることで形成すればよい。
【００３１】
ここで、本例では、リッジパターン１０３ａの全ての領域が、マスクパターン２０１で覆われるようにしたが、これに限るものではない。テーパリッジパターン１０３ｃとの境界よりある程度（例えば数μｍ）の領域のリッジパターン１０３ａが、マスクパターン２０１で覆われずに露出した状態としてもよい。また、マスクパターン２０１の導波方向の幅は、コアとなるリッジパターン１０３ａの幅の数倍から数十倍程度とする。
【００３２】
次に、マスクパターン２０１で覆われていないスラブ層１０３ｂを、前述したリッジパターン１０３ａおよびテーパリッジパターン１０３ｃの形成と同様に、反応性イオンエッチングなどの公知のドライエッチング法でエッチング除去する。この選択的なエッチングにより、酸化シリコンパターン１４２（テーパリッジパターン１０３ｃ）の領域のスラブ層１０３ｂが除去され、図２（ｇ），（ｇ’）  ，（ｇ”）に示すように、コア１３１とスラブ部１３１ａおよびスラブ部１３１ｂとから構成されたリブ型導波路、および、テーパコア１３２より構成されたチャンネル型導波路が形成された状態が得られる。また、コア１３１とテーパコア１３２とは連続して一体に形成されており、モードフィールド変換部を構成するチャネル型導波路が、コア１３１よりなるリブ型導波路に連続して接続した状態となる。
【００３３】
ここで、上述したエッチングでは、マスクパターン２０１とともに、酸化シリコンパターン１４２がマスクとなり、スラブ層１０３ｂを選択的にエッチングしている。このため、酸化シリコンパターン１４２もある程度エッチングされ、膜厚が減少する。例えば、堆積により形成された上層の酸化シリコン層がなくなり、酸化シリコンパターン１４２が、熱酸化により形成された熱酸化層のみから構成されるようになる。
【００３４】
また、マスクパターン２０１は、リッジパターン１０３ａの形成位置を中心とした導波方向に垂直な方向の幅を所望の寸法、例えば、導波路方向の幅をリッジパターン１０３ａの幅の数倍から数十倍程度とし、面積があまり広くならないようにしている。このため、エッチングの工程で、樹脂より構成されるマスクパターン２０１から放出される炭素などのレジスト含有物の影響を小さくできる。従って、リッジパターン１０３ａおよびテーパリッジパターン１０３ｃの形成のための酸化シリコンパターン１４１および酸化シリコンパターン１４２を用いたシリコンのエッチングと、ほぼ同条件で上記処理を行うことができる。この結果、マスクパターン２０１で覆われていない領域において、例えば、酸化シリコンパターン１４２をマスクとした垂直異方性を備えた状態のエッチングにより、テーパコア１３２の側壁が基板平面に対して垂直な状態に形成でき、テーパコア１３２の断面形状を矩形に形成できる。
【００３５】
次に、マスクパターン２０１を酸素プラズマやオゾンなどの活性酸素によるアッシングで除去し、図３（ｈ），（ｈ’）  ，（ｈ”）に示すように、酸化シリコンパターン１４１（コア１３１）の領域も露出した状態とする。
【００３６】
次に、コア１３１の領域およびテーパコア１３２の領域を含む埋め込み酸化層１０２の上（全域）に、酸化シリコンよりも屈折率の高い膜（中間屈折率膜）が形成された状態とする。例えば、プラズマＣＶＤにより、屈折率が酸化シリコンより３％程度高いＳｉＯxあるいはＳｉＯＮからなる中間屈折率膜を膜厚３μｍ程度に形成する。当然ながら、これら材料は、コアとなるシリコンより屈折率が低い材料である。
【００３７】
次いで、公知のフォトリソグラフィー技術により、テーパコア１３２を含む一部領域が覆われるレジストパターンを形成し、このレジストパターンをマスクとし、反応性イオンエッチングなどにより中間屈折率膜を選択的にエッチング除去する。この後、レジストパターンを除去することで、図３（ｉ），（ｉ’）  ，（ｉ”）に示すように、中間屈折率膜よりなる中間コア１０６が、少なくともテーパコア１３２を覆うように形成された状態とする。中間コア１０６が形成されているテーパコア１３２の領域がモードフィールド変換部となるが、中間コア１０６が、コア１３１の領域にまで形成されているようにしてもよい。
【００３８】
次に、図３（ｊ），（ｊ’）  ，（ｊ”）に示すように、コア１３１の領域および中間コア１０６の領域を含む埋め込み酸化層１０２の上に、酸化シリコンからなる上部クラッド層１０７が形成された状態とする。コア１３１および中間コア１０６が、上部クラッド層１０７に埋め込まれた状態とする。
【００３９】
上述したことにより、図３（ｋ）の断面図に示すように、コア１３１よりなるリブ型導波路に、テーパコア１３２および中間コア１０６よりなるチャネル型導波路のモードフィールド変換部が、連続して接続した光導波路が得られる。なお、図３（ｋ）は、図３（ｊ”）のｙ−ｙ’断面を示しており、導波方向に平行な断面を示している。
【００４０】
この光導波路について説明すると、シリコン細線リブ導波路は、シリコンからなる基板部１０１上に３μｍ程度のＢＯＸ層と呼ばれる埋め込み酸化層１０２、この上に形成されたＳＯＩ層１０３を有するＳＯＩ基板を用い、埋め込み酸化層１０２をアンダークラッド層として使用し、ＳＯＩ層１０３の上にリッジを形成してスラブ部１３１ａ，スラブ部１３１ｂより厚い部分とし、このリッジをコア１３１としている。コア１３１をこの両脇のスラブ部１３１ａ，スラブ部１３１ｂより厚くすることで、コア１３１の有効屈折率が、スラブ部１３１ａ，スラブ部１３１ｂの有効屈折率と比較して相対的に大きくなり、コア１３１に光が閉じ込められるようになる。
【００４１】
コア１３１は、例えば、幅６００ｎｍ程度に形成され、厚さが２００ｎｍ程度に形成されている。また、スラブ部１３１ａ，スラブ部１３１ｂは、厚さが５０〜１００ｎｍ程度に形成されている。従って、コア１３１は、スラブ部１３１ａ，スラブ部１３１ｂより１００〜１５０ｎｍ高くなっている。このように構成されたリブ型導波路では、導波する光は、コア１３１の部分に最大強度を持ち、スラブ部１３１ａおよびスラブ部１３１ｂに１μｍ程度広がっている。
【００４２】
また、本実施の形態における光導波路では、リブ型導波路の端部に、このリブ型導波路のモードフィールド径を広げるためのモードフィールド変換部が付加されている。このモードフィールド変換部は、長さ２００〜５００μｍをかけてコア幅が６００ｎｍから８０〜１２０ｎｍ程度へ細っている先細りのテーパ形状のテーパコア１３２と、これを覆うように形成された屈折率が酸化シリコンよりも高い膜からなる中間コア１０６と、これらを覆う上部クラッド層１０７から構成されている。なお、コア１３１およびコア１３２の上には、酸化シリコンパターン１４１および酸化シリコンパターン１４２が残るが、膜厚が薄く、何ら問題とはならない。
【００４３】
ところで、図示していないが、例えば、スラブ部１３１ａにｐ形不純物導入部を形成し、スラブ部１３１ｂにｎ形不純物導入部を形成し、コア１３１を挟むようにＰＩＮ構造を形成するなど、リブ型導波路に光減衰器などの機能を持たす構造が備えられていてもよい。
【００４４】
次に、シリコン細線コアを形成するシリコン層の表面を熱酸化することで、シリコン層の層厚を制御することに関連し、熱酸化により減少するシリコン層の層厚と、熱酸化により形成される酸化シリコン層の層厚との関係について説明する。図４は、熱酸化により減少するシリコン層の層厚と、熱酸化により形成される酸化シリコン層の層厚との関係を示す相関図である。図４に示すように、測定した結果得られたプロット（白丸）をフィッティングした直線の傾きの値はほぼ２．２となる。このことは熱酸化でシリコン層厚の２．２倍の厚みを持ったシリコン酸化層が形成されることを示している。従ってこの２．２倍の関係を考慮すれば、前述したＳＯＩ層１０３の層厚と、エッチングマスクになる熱酸化層１０４の層厚とを同時に調整（制御）することができる。
【００４５】
上述したように、本実施の形態における光導波路の作製方法によれば、シリコン細線よりなるリブ型導波路の終端部に、テーパ構造を持つシリコン細線コアとこれを覆う中間コアからなるチャネル型導波路のモードフィールド変換部が連続して形成されるようになる。また、コアを形成（パターニング）するためのエッチングマスクになる層の形成は、熱酸化あるいは熱酸化に続いて酸化シリコンを堆積するようにした。この結果、熱酸化のときにシリコン層の層厚を調整する機能も持たせることが可能となり、リブ導波路とモードフィールド変換構造の様々な構造設計に対応できるようになる。このように、本実施の形態によれば、シリコン細線リブ導波路に基づいて作製される光デバイスが、光ファイバーや他の導波路などの外部光回路と高効率で結合できる状態が得られるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の実施の形態における光導波路の作製方法について説明するための工程図である。
【図２】本発明の実施の形態における光導波路の作製方法について説明するための工程図である。
【図３】本発明の実施の形態における光導波路の作製方法について説明するための工程図である。
【図４】熱酸化により減少するシリコン層の層厚と、熱酸化により形成される酸化シリコン層の層厚との関係を示す相関図である。
【図５】シリコン細線によるリブ型導波路から構成した光減衰器の構成例を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００４７】
１０１…基板部、１０２…埋め込み酸化層、１０３…シリコン（ＳＯＩ）層、１０３ａ…リッジパターン、１０３ｂ…スラブ層、１０３ｃ…テーパリッジパターン、１０４…熱酸化層、１０５…酸化シリコン層、１０６…中間コア、１０７…上部クラッド層、１２１，１２２…レジストパターン、１３１…コア、１３２…テーパコア、１３１ａ，１３１ｂ…スラブ部、１４１，１４２…酸化シリコンパターン、１３１ａ，１３１ｂ…スラブ。
【図１】
0004914396.tif 000002
【図２】
0004914396.tif 000003
【図３】
0004914396.tif 000004
【図４】
0004914396.tif 000005
【図５】
0004914396.tif 000006