(57)【要約】【課題】同一の基板上に発光素子及び受光素子や導波路が形成されている場合でも、漏れ光が基板上の様々な伝搬経路を経て受光素子に入射することを防ぐことが出来る光学装置及びその製造方法を提供する。【解決手段】光学装置は、基板の主面に沿って設けられた発光素子及び受光素子と、発光素子及び受光素子の間の光の伝搬経路となる導波路と、を含み、当該発光素子と受光素子と導波路とのうちの少なくとも２つの間の基板の主面に沿った領域に形成された遮光領域を有する。当該光学装置の製造方法は、基板の主面に沿って発光素子及び受光素子を形成する工程と、発光素子及び受光素子の間の光の伝搬経路となる導波路を基板の主面に沿って形成する工程と、を含み、当該発光素子と受光素子と導波路とのうちの少なくとも２つの間の基板の主面に沿った領域に遮光領域を形成する工程を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、前記基板の主面に沿って設けられた発光素子及び受光素子と、前記発光素子及び受光素子の間の光の伝搬経路となる導波路と、を含む光学装置であって、
前記発光素子と前記受光素子と前記導波路とのうちの少なくとも２つの間の前記基板の主面に沿った領域に形成された遮光領域を有することを特徴とする光学装置。
【請求項２】
前記遮光領域の側面は、前記基板の主面に対して傾斜した平面であることを特徴とする請求項１記載の光学装置。
【請求項３】
前記基板は、ＳＯＩ基板であることを特徴とする請求項１記載の光学装置。
【請求項４】
前記導波路は、コアと前記コアの周囲を覆うクラッドからなり、前記コアの幅及び高さが０．５μｍ以下であることを特徴とする請求項１記載の光学装置。
【請求項５】
基板の主面に沿って発光素子及び受光素子を形成する素子形成工程と、前記発光素子及び受光素子の間の光の伝搬経路となる導波路を前記基板の主面に沿って形成する導波路形成工程と、を含む光学装置の製造方法であって、
前記発光素子と前記受光素子と前記導波路とのうちの少なくとも２つの間の前記基板の主面に沿った領域に遮光領域を形成する遮光領域形成工程を有することを特徴とする光学装置の製造方法。
【請求項６】
前記遮光領域形成工程は、前記遮光領域の側面を前記基板の主面に対して傾斜した平面にすることを特徴とする請求項５記載の光学装置の製造方法。
【請求項７】
前記基板はＳＯＩ基板であり、
前記遮光領域形成工程は、前記ＳＯＩ基板の主面にレジストを塗布するレジスト塗布工程と、前記レジストに露光マスクを用いた露光及び現像を行うことにより前記遮光領域を形成するための遮光領域レジストパターンを形成する遮光領域レジストパターン形成工程と、前記遮光領域レジストパターンの形成されたＳＯＩ基板の主面に対してエッチングを行うことにより遮光領域を形成するエッチング工程と、からなることを特徴とする請求項５記載の光学装置の製造方法。
【請求項８】
前記露光マスクは、開口部と遮光部からなるマスクセルが露光に用いる装置の光学系の解像限界以下の間隔で配置されており、前記開口部の幅が段階的に変化していることを特徴とする請求項７記載の光学装置の製造方法。
【請求項９】
前記導波路は、コアと前記コアの周囲を覆うクラッドからなり、前記コアの幅及び高さが０．５μｍ以下であることを特徴とする請求項５記載の光学装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板と、当該基板の主面に沿って設けられた発光素子及び受光素子と、発光素子及び受光素子の間の光の伝搬経路となる導波路と、を含む光学装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ブロードバンドが発展し、一般家庭まで光ファイバが導入されるようになっている。それに伴い、光ファイバを使用した通信に用いられる部品の小型化及び低コスト化が要求されている。このような要求にこたえるために、同一の基板上に多数の部品を混載した光学装置、例えば、ＯＮＵデバイス等が用いられるようになっている。ＯＮＵデバイスにおいては、発光素子及び受光素子と、その発光素子及び受光素子の間の光の伝搬経路となる導波路等が同一の基板上に形成されている。導波路は、例えば、特許文献１に示すように、シリコンで形成されたコアと、そのコアを覆う酸化シリコンで形成されたクラッドから構成されている。
【特許文献１】特開２００２−１４２４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記した如きＯＮＵデバイスのような光学装置においては、同一の基板上に発光素子及び受光素子や導波路等が形成されている。それ故、発光素子からの光のうち導波路に入射しない光である漏れ光が、基板上の様々な伝搬経路を経て受光素子に入射することが起こりえる。漏れ光は、例えば、発光素子及び受光素子や導波路等が形成されていない基板上の領域を伝搬して、受光素子に入射していると考えられる。このように漏れ光が受光素子に入射すると、光学的ノイズにより受光素子において受光された信号が劣化してしまう。信号の劣化が起こると、データエラーが増大する等の問題が生じる。
【０００４】
本発明は上記した点に鑑みてなされたものであり、同一の基板上に発光素子及び受光素子や導波路が形成されている場合でも、漏れ光が基板上の様々な伝搬経路を経て受光素子に入射することを防ぐことが出来る光学装置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】
【０００５】
本発明の光学装置は、基板と、基板の主面に沿って設けられた発光素子及び受光素子と、発光素子及び受光素子の間の光の伝搬経路となる導波路と、を含む光学装置であって、発光素子と受光素子と導波路とのうちの少なくとも２つの間の基板の主面に沿った領域に形成された遮光領域を有することを特徴とする。
【０００６】
本発明の光学装置の製造方法は、基板の主面に沿って発光素子及び受光素子を形成する素子形成工程と、発光素子及び受光素子の間の光の伝搬経路となる導波路を基板の主面に沿って形成する導波路形成工程と、を含む光学装置の製造方法であって、発光素子と受光素子と導波路とのうちの少なくとも２つの間の基板の主面に沿った領域に遮光領域を形成する遮光領域形成工程を有することを特徴とする。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、本発明の実施例について図面を参照しつつ詳細に説明する。
【０００８】
図１は、本発明に係る光学装置の第１の実施例の構造を示す平面図である。光学装置１は、１つの基板の主面に沿って設けられた発光素子３及び受光素子４と、その発光素子３及び受光素子４の間の光の伝搬経路となる導波路５ａ〜５ｃから構成されている。導波路５ａ〜５ｃには、波長フィルタ６ａ〜６ｄが設けられている。また、発光素子３と受光素子４と導波路５ａ〜５ｃの間の基板の主面に沿った領域には、遮光領域７が形成されている。発光素子３から発せられた光は、導波路５ａを伝搬していき、図示しない光ファイバに入射する。図示しない光ファイバから光学装置１に入射した光は、導波路５ｂを伝搬していき、受光素子４に入射する。
【０００９】
図２は、図１の光学装置１の２−２線における断面図である。シリコン基板９１の主面上には、下部クラッド９２が形成されている。この下部クラッド９２は、酸化シリコンによって形成されている。下部クラッド９２上の所定の領域には、コア５１ａ及び５１ｂと、遮光領域７が形成されている。コア５１ａ及び５１ｂは、シリコンによって形成されている。また、遮光領域７も、シリコンによって形成されている。下部クラッド９２、コア５１ａ及び５１ｂ、遮光領域７上には、上部クラッド９４が形成されている。この上部クラッド９４は、酸化シリコンによって形成されている。導波路５ａは、コア５１ａと、そのコア５１ａの下部を覆う下部クラッド９２、コア５１ａの上部及び側面を覆う上部クラッド９４から構成されている。導波路５ｂは、コア５１ｂと、そのコア５１ｂの下部を覆う下部クラッド９２、コア５１ｂの上部及び側面を覆う上部クラッド９４から構成されている。
【００１０】
次に、光学装置１の製造方法について説明する。光学装置１の製造には、図３に示すようなＳＯＩ基板９０を使用する。ＳＯＩ基板９０は、シリコン基板９１と、シリコン基板９１の主面上の厚さ１〜５μｍの酸化シリコン膜９２と、酸化シリコン膜９２上の厚さ０．１〜０．５μｍのシリコン層９３によって構成されている。光学装置１の製造を行う場合には、まず、このＳＯＩ基板９０を、１％のフッ化水素酸溶液で２０秒間洗浄して、更に、純水で５分間のリンスを行う。
【００１１】
次に、ＳＯＩ基板９０のシリコン層９３上にレジストを塗布して、露光マスクを用いて露光を行い、現像することにより、図４に示すようなレジストパターン９５ａ及び９５ｂを形成する。レジストパターン９５ａは、コア５１ａ及び５１ｂを形成するためのレジストパターンである。また、レジストパターン９５ｂは、遮光領域７を形成するための遮光領域レジストパターンである。
【００１２】
レジストパターン９５ａ及び９５ｂを形成した後で、このレジストパターン９５ａ及び９５ｂをエッチングマスクとしたエッチングを行うことにより、シリコン層９３をパターニングして、図５に示すような、コア５１ａ及び５１ｂと、遮光領域７を形成する。尚、このとき形成するコア５１ａ及び５１ｂの幅及び高さは、０．３μｍにすることが望ましい。また、エッチング方法としては、例えば、ドライエッチングを使用することが出来る。このときのエッチングガスとしては、例えば、ＣＦ4に２０％のＯ2を添加したガスを使用することが出来る。
【００１３】
エッチングを行うことにより、コア５１ａ及び５１ｂと、遮光領域７を形成した後、図６に示すように、上部クラッド９４として、厚さ１〜５μｍの酸化シリコンを堆積する。堆積方法としては、例えば、並行平板型プラズマ化学気相成長法、スパッタ法、蒸着法等を使用することが出来る。また、このときの原料ガスとしては、テトラエトキシシラン及びＯ2を使用することが出来る。尚、上部クラッド９４を形成する際には、予め、遮光領域７の上部にマスキングを施し、遮光領域７の部分には上部クラッド９４が形成されないようにしてもよい。
【００１４】
このようにして、導波路５ａ〜５ｃ及び遮光領域７が形成される。また、図示しないが発光素子３及び受光素子４も実装される。このようにして形成された光学装置１においては、発光素子からの光のうち導波路に入射しない光である漏れ光は、遮光領域７により伝搬を阻まれる。それ故、漏れ光が、基板上の様々な伝搬経路を経て、受光素子に入射することを防ぐことが出来る。
【００１５】
以下で、本発明の第２の実施例について図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００１６】
図７は、本発明に係る光学装置の第２の実施例の構造を示す平面図である。光学装置１は、１つの基板の主面に沿って設けられた発光素子３及び受光素子４と、その発光素子３及び受光素子４の間の光の伝搬経路となる導波路５ａ〜５ｃから構成されている。導波路５ａ〜５ｃには、波長フィルタ６ａ〜６ｄが設けられている。また、発光素子３と受光素子４と導波路５ａ〜５ｃの間の基板の主面に沿った領域には、遮光領域７が形成されている。発光素子３から発せられた光は、導波路５ａを伝搬していき、図示しない光ファイバに入射する。図示しない光ファイバから光学装置１に入射した光は、導波路５ｂを伝搬していき、受光素子４に入射する。
【００１７】
図８は、図７の光学装置１の８−８線における断面図である。シリコン基板９１の主面上には、下部クラッド９２が形成されている。この下部クラッド９２は、酸化シリコンによって形成されている。下部クラッド９２上の所定の領域には、コア５１ａ及び５１ｂと、遮光領域７が形成されている。コア５１ａ及び５１ｂは、シリコンによって形成されている。また、遮光領域７も、シリコンによって形成されている。この遮光領域７の側面は、シリコン基板９１の主面に対して傾斜した平面となっている。下部クラッド９２、コア５１ａ及び５１ｂ、遮光領域７上には、上部クラッド９４が形成されている。この上部クラッド９４は、酸化シリコンによって形成されている。導波路５ａは、コア５１ａと、そのコア５１ａの下部を覆う下部クラッド９２、コア５１ａの上部及び側面を覆う上部クラッド９４から構成されている。導波路５ｂは、コア５１ｂと、そのコア５１ｂの下部を覆う下部クラッド９２、コア５１ｂの上部及び側面を覆う上部クラッド９４から構成されている。
【００１８】
次に、光学装置１の製造方法について説明する。光学装置１の製造には、図９に示すようなＳＯＩ基板９０を使用する。ＳＯＩ基板９０は、シリコン基板９１と、シリコン基板９１の主面上の厚さ１〜５μｍの酸化シリコン膜９２と、酸化シリコン膜９２上の厚さ０．１〜０．５μｍのシリコン層９３によって構成されている。光学装置１の製造を行う場合には、まず、このＳＯＩ基板９０を、１％のフッ化水素酸溶液で２０秒間洗浄して、更に、純水で５分間のリンスを行う。
【００１９】
次に、ＳＯＩ基板９０のシリコン層９３上にレジストを塗布して、露光マスクを用いて露光を行い、現像することにより、図１０に示すようなレジストパターン９５ａ及び９５ｂを形成する。レジストパターン９５ａは、コア５１ａ及び５１ｂを形成するためのレジストパターンである。また、レジストパターン９５ｂは、遮光領域７を形成するための遮光領域レジストパターンである。レジストパターン９５ｂの側面は、シリコン層９３の主面に対して傾斜した平面となっている。
【００２０】
レジストパターン９５ｂのように、側面がシリコン層９３の主面に対して傾斜した平面となるようなレジストパターンを形成する方法について以下で説明する。図１１に、このようなレジストパターンを形成する際に用いられる露光マスクの例を示す。露光マスク１１０は、複数のマスクセル１１１〜１１ｎが、露光に用いる装置の光学系の解像限界以下の間隔で配置されて構成されている。マスクセル１１１〜１１ｎの各々の幅、すなわち、マスクセルの間隔は、例えば、４００ｎｍである。マスクセル１１１は、遮光部１１１−ａと開口部１１１−ｂから構成されている。尚、他の複数のマスクセル１１２〜１１ｎもマスクセル１１１と同様に遮光部と開口部から構成されている。開口部の幅は、例えば、１２０ｎｍ〜２８０ｎｍの間で段階的に変化している。開口部の幅の変化する単位は、例えば、１０ｎｍである。
【００２１】
図１２に、図１１に示すような露光マスク１１０のマスクセルの開口部の幅と、露光及び現像後に残存するレジスト膜厚の関係を示す。開口部の幅は、１２０ｎｍ〜２８０ｎｍの間で、１０ｎｍ毎に変化させている。このとき使用したレジストは、ＪＳＲ社製、ＩＸ４１０（商品名）である。露光装置としては、ｉ線ステッパ、例えば、Ｎｉｋｏｎ社製、ＮＳＲ−２２０５ｉ１１Ｄ（商品名）を用い、露光条件を開口数ＮＡ＝０．５、σ＝０．５、縮小投影倍率を５倍とした。レジストパターンを得るまでの手順は以下の通りである。まず、基板上にレジストを塗布して、９０度の温度下で６０秒間のプリベーク処理を行う。そして、ｉ線ステッパを用いて２８０ミリ秒間の露光を行い、１１０度の温度下で１００秒間の露光後ベーク処理を行う。更に、アルカリ現像液、例えば、東京応化社製、ＮＭＤ−３（商品名）を用いて９０秒間の現像処理を行い、１２０度の温度下で１００秒間の現像後ベーク処理を行うことによりレジストパターンが得られる。このようにして得られたレジストパターンの膜厚は、図１２に示すように、開口部の幅に応じて変化している。レジストパターンの側面を、シリコン層９３の主面に対して傾斜した平面にする場合、すなわち、残存するレジストの膜厚を場所によって変化させる場合は、レジストの膜厚に応じて露光マスク１１０のマスクセルの開口部の幅を変化させればよい。
【００２２】
レジストパターン９５ｂのように、側面がシリコン層９３の主面に対して傾斜した平面となるようなレジストパターンを形成する場合の露光マスク１１０のマスクセルの開口部の幅を図１３に示す。図１３に示すように、開口部の幅を１２０ｎｍ〜２８０ｎｍの間で段階的に変化させることにより、レジストパターンの側面をシリコン層９３の主面に対して傾斜した平面にすることが出来る。残存するレジストの膜厚を薄くする場所では、開口部の幅を大きくする。残存するレジストの膜厚を厚くする場所では、開口部の幅を小さくする。このように露光マスク１１０のマスクセルの開口部の幅を変化させることにより、残存するレジストの膜厚を場所により変化させることが出来、レジストパターンの側面をシリコン層９３の主面に対して傾斜した平面にすることが出来る。
【００２３】
レジストパターン９５ａ及び９５ｂを形成した後で、このレジストパターン９５ａ及び９５ｂをエッチングマスクとしたエッチングを行うことにより、シリコン層９３をパターニングして、図１４に示すような、コア５１ａ及び５１ｂと、遮光領域７を形成する。レジストパターン９５ｂのように、側面がシリコン層９３の主面に対して傾斜した平面の場所では、エッチング後のシリコン層９３の側面も傾斜した平面となる。それ故、遮光領域７のように、側面を、シリコン基板９１の主面に対して傾斜した平面にすることが出来る。尚、このとき形成するコア５１ａ及び５１ｂの幅及び高さは、０．３μｍにすることが望ましい。また、エッチング方法としては、例えば、ドライエッチングを使用することが出来る。このときのエッチングガスとしては、例えば、ＣＦ4に２０％のＯ2を添加したガスを使用することが出来る。
【００２４】
このように、図１１に示したようにマスクセルの開口部の幅が段階的に変化している露光マスク１１０を用いることにより、１回の露光、現像、エッチングの工程を行うことで、側面がシリコン基板９１の主面に対して傾斜した平面となる遮光領域７を形成することが出来る。
【００２５】
エッチングを行うことにより、コア５１ａ及び５１ｂと、遮光領域７を形成した後、図１５に示すように、上部クラッド９４として、厚さ１〜５μｍの酸化シリコンを堆積する。堆積方法としては、例えば、並行平板型プラズマ化学気相成長法、スパッタ法、蒸着法等を使用することが出来る。また、このときの原料ガスとしては、テトラエトキシシラン及びＯ2を使用することが出来る。尚、上部クラッド９４を形成する際には、予め、遮光領域７の上部にマスキングを施し、遮光領域７の部分には上部クラッド９４が形成されないようにしてもよい。
【００２６】
このようにして、導波路５ａ〜５ｃ及び遮光領域７が形成される。また、図示しないが発光素子３及び受光素子４も実装される。このようにして形成された光学装置１においては、発光素子からの光のうち導波路に入射しない光である漏れ光は、遮光領域７により伝搬を阻まれ、漏れ光が、基板上の様々な伝搬経路を経て、受光素子に入射することを防ぐことが出来る。また、遮光領域７の側面は、シリコン基板９１の主面に対して傾斜した平面であるので、遮光領域７に入射した光が、側面から再度出射することを防ぐことが出来る。
【００２７】
尚、ここに示した大きさ、材料、条件等は、一例に過ぎず、本発明がこれに限定されるものではない。
【００２８】
上記説明したように、本発明の光学装置によれば、発光素子と受光素子と導波路とのうちの少なくとも２つの間の基板の主面に沿った領域に遮光領域が形成されているので、発光素子からの光のうち導波路に入射しない光である漏れ光は、遮光領域により伝搬を阻まれる。それ故、漏れ光が、基板上の様々な伝搬経路を経て、受光素子に入射することを防ぐことが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の第１の実施例である光学装置を示す平面図である。
【図２】図１の光学装置の２−２線における断面を示す断面図である。
【図３】図１の光学装置の製造方法を示す断面図である。
【図４】図１の光学装置の製造方法を示す断面図である。
【図５】図１の光学装置の製造方法を示す断面図である。
【図６】図１の光学装置の製造方法を示す断面図である。
【図７】本発明の第２の実施例である光学装置を示す平面図である。
【図８】図７の光学装置の８−８線における断面を示す断面図である。
【図９】図７の光学装置の製造方法を示す断面図である。
【図１０】図７の光学装置の製造方法を示す断面図である。
【図１１】図７の光学装置の製造に用いられる露光マスクを示す平面図である。
【図１２】図１１の露光マスクの開口部の幅と残存するレジスト膜厚の関係を示すグラフである。
【図１３】図１１の露光マスクの開口部の幅を示すグラフである。
【図１４】図７の光学装置の製造方法を示す断面図である。
【図１５】図７の光学装置の製造方法を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３０】
１  光学装置
３  発光素子
４  受光素子
５ａ〜５ｃ  導波路
５１ａ〜５１ｂ  コア
７  遮光領域
９０  ＳＯＩ基板
９１  シリコン基板
９２  下部クラッド
９４  上部クラッド
【図１】
2009103792.tif 000003
【図２】
2009103792.tif 000004
【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】
2009103792.tif 000013
【図１２】
2009103792.tif 000014
【図１３】
2009103792.tif 000015
【図１４】
2009103792.tif 000016
【図１５】
2009103792.tif 000017