JP5008076B2

JP5008076B2 - 光デバイスの製造方法

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Publication number: JP5008076B2
Application number: JP2007220692A
Authority: JP
Inventors: 誠岡野; 宗継山本; 和弘小森
Original assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Current assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Priority date: 2006-10-19
Filing date: 2007-08-28
Publication date: 2012-08-22
Anticipated expiration: 2027-08-28
Also published as: JP2008122926A

Description

本発明は、光デバイスの製造方法に係り、特に、２次元フォトニック結晶スラブ光デバイスに代表される薄膜スラブ構造を有する光デバイスの電極製造方法に関する。

屈折率の高いコア層と屈折率の低いクラッド層の屈折率差を大きくとった場合、強い光閉じ込め効果が生じ、光はコア層に閉じ込められる。コア層を薄い板状とした構造（スラブ構造）を用いると、光はコア層に閉じ込められ、かつ、面内に伝搬する（図２０）。さらに、スラブ構造に適切な屈折率分布を導入することで、様々な機能を付加することができる。

特に、スラブ構造に周期的な屈折率分布を導入した２次元フォトニック結晶（２−ＤｉｍｅｎｓｉｏｎａｌＰｈｏｔｏｎｉｃＣｒｙｓｔａｌ：２ＤＰＣ）スラブ構造は、光集積回路を実現するための有力な手段として注目されている。２ＤＰＣスラブ構造は、周期的な屈折率分布を乱すための種々の構造を導入することで、光共振器、光導波路等の機能性素子の実現が可能である（図２１）。周期的な屈折率分布を乱す構造として、様々な方法が考えられるため、設計自由度が非常に高いという利点をもつ。

２ＤＰＣスラブ構造のクラッド層としては、低屈折率絶縁性材料である空気、ＳｉＯ_２等が使用される。また、伝搬モードのシングルモード条件より、コア層は光の波長の数分の一程度まで薄い形状となる。

２ＤＰＣスラブ構造は、高い光閉じ込め効果、高い設計自由度等の利点をもつことから、光デバイスの大幅な小型化、低消費電力化、高機能化、高集積化が期待される。

近年、光・電子集積回路の実現において、光デバイスとＳｉ電子デバイスとのサイズミスマッチが問題となっている。２ＤＰＣスラブ光デバイスは、光デバイスの大幅な小型化が可能であり、Ｓｉ電子デバイスとのサイズミスマッチを最小限に抑えられることから、光・電子集積回路実現のためのキーデバイスとしても注目されている。

光デバイスの動的制御として、電界印加による制御が広く用いられている。従来の電界制御型光デバイスの実用例としては、半導体基板の両面に電極を配置する方法、半導体基板の上面に２つの電極を配置する方法が一般的である（非特許文献１)。

従来法を２ＤＰＣスラブ構造に適用した例を図２２、２３に示す。ここでは、主に、スラブ構造に垂直に電界を印加する場合に関して説明を行う。例えば、化合物半導体多重量子井戸を用いた電界制御型光デバイスでは、通常、量子井戸の垂直方向（スラブ垂直方向）への電界印加が求められる。

図２２の構造では、基板底面に電極を配置するため、電極間の距離が大きくなる。そこで、不純物濃度の高い（導電性の高い）基板を利用することで、強い電界強度を実現する。２ＤＰＣスラブ構造に印加する電界分布は、上面の電極構造によって決定される。本方法では、導電性の高い基板を用いていることから、基板全体がほぼ等電位に保たれる。そのため、基板底面の電極構造により２ＤＰＣスラブ構造に印加する電界分布を制御できないという欠点がある。高密度な光集積回路の実現を考えた場合、２ＤＰＣスラブ構造の上下に存在する電極構造により、印加する電界分布を効率よく制御することが望まれる。

ここで、光デバイスの異なる基板上へのハイブリッド集積を考える。異なる基板上に下部電極を配置することで、本デバイスの異なる基板上へのハイブリッド集積が可能である。例えば、化合物半導体を用いて作製した２ＤＰＣスラブ光デバイスのＳｉ基板上へのハイブリッド集積が可能である。しかしながら、本デバイスは、基板を有するので高さ方向の厚みが大きい（通常、数十〜数百μｍ程度）。そのため、２ＤＰＣスラブ構造とＳｉ電子デバイスのサイズミスマッチは小さいものの、図２２で示した光デバイス全体とＳｉ電子デバイスのサイズミスマッチが非常に大きくなってしまうという重大な問題がある。

図２３の構造では、基板上面に２つの電極を配置することで、電界を印加する。一般に、片方の電極直下に光デバイスを配置するという工夫を行うことで、垂直方向に対して電界を印加する。２つの電極の大きさ、形状、配置により、電極下の電界分布を制御することが可能である。

ここで、光集積回路の高集積化実現のために、小さな電極構造を導入した場合を考える。本方法は、元来、横方向への電界印加に適する構造であり、小さな電極構造を用いた場合、垂直方向へ効率良く電界を印加することは難しい。
さらに、本電極構造は、平板電極の場合と比較して電界分布が複雑であり、そのため、電界分布の電極構造依存性も大きい。特に、電極構造が小さい場合には、許容される製造誤差が小さくなるので、歩留まりが問題となる。
また、各電極が制御する光デバイスが１個である場合、一方の電極下には、光デバイスを配置しないことになり、余分な面積を消費してしまうので、高集積化という観点からは不利な構造と言える。

２ＤＰＣスラブ構造は、光集積回路を実現するための有力な手段として注目されている。しかしながら、上述したように、従来の電極製造法は、２ＤＰＣスラブ構造を用いた光集積回路実現に適しているとは言えない。特に、現在注目を集めている光・電子集積回路（例えば、化合物半導体２ＤＰＣスラブ光集積回路とＳｉ電子集積回路／光集積回路のハイブリッド集積）の実現を考えた場合、従来法の適用では多くの困難が伴う。
齋藤冨士郎、超高速光デバイス、共立出版株式会社、ｐ．１１５、ｐ．１２５。

本発明は、２ＤＰＣスラブ構造に代表される薄膜スラブ構造に適した、信頼性の高い電極製造方法を提供することを課題とする。

上記課題は次のような手段により解決される。
（１）光デバイスのコア層を構成する材料からなる部位を有する第１の基板と光デバイスを集積させるための第２の基板を用意する工程と、
第２の基板上の一部に第１の電極配線を形成する工程と、
第１及び第２の基板の少なくとも一方の基板上面にＳＯＤを塗布する工程と、
第１の基板のコア層を構成する材料からなる部位が形成された側と第２の基板の第１の電極配線が形成された側とを接合する工程と、
接合した基板を加熱する工程と、
コア層を構成する材料からなる部位を残して第１の基板を除去する工程と、
コア層を構成する材料からなる部位に所望の加工を施して、２次元フォトニック結晶スラブ構造であるコア層とする工程と、
コア層上に低屈折率絶縁膜を形成する工程と、
コア層上の低屈折率絶縁膜上の一部に第２の電極配線を形成する工程
とを含む、光デバイスの製造方法。
（２）光デバイスのコア層を構成する材料からなる部位を有する第１の基板と光デバイスを集積させるための第２の基板を用意する工程と、
第１の基板の光デバイスのコア層を構成する材料からなる部位上に低屈折率絶縁膜を形成する工程と、
上記低屈折率絶縁膜上の一部に第１の電極配線を形成する工程と、
第１及び第２の基板の少なくとも一方の基板上面にＳＯＤを塗布する工程と、
第１の基板の第１の電極配線が形成された側と第２の基板とを接合する工程と、
接合した基板を加熱する工程と、
コア層を構成する材料からなる部位を残して第１の基板を除去する工程と、
コア層を構成する材料からなる部位に所望の加工を施して、２次元フォトニック結晶スラブ構造であるコア層とする工程と、
コア層上に低屈折率絶縁膜を形成する工程と、
コア層上の低屈折率絶縁膜上の一部に第２の電極配線を形成する工程
とを含む、光デバイスの製造方法。
（３）上記コア層上に低屈折率絶縁膜を形成する工程において、ＳＯＤを塗布する工程が含まれることを特徴とする上記（１）又は（２）に記載の光デバイスの製造方法。
（４）上記第２の基板には、電子回路が形成されていることを特徴とする上記（１）乃至（３）のいずれかに記載の光デバイスの製造方法。
（５）上記第２の基板には、光回路が形成されていることを特徴とする上記（１）乃至（４）のいずれかに記載の光デバイスの製造方法。
（６）上記第２の基板が、Ｓｉ基板又はＳＯＩ基板であることを特徴とする上記（１）乃至（５）のいずれかに記載の光デバイスの製造方法。
（７）上記第１の基板が有する光デバイスのコア層を構成する材料からなる部位が、化合物半導体からなることを特徴とする上記（１）乃至（６）のいずれかに記載の光デバイスの製造方法。
（８）コア層を覆う低屈折率絶縁膜の一部に、低屈折率絶縁膜とは異なる材料を導入する工程を含むことを特徴とする上記（１）乃至（７）のいずれかに記載の光デバイスの製造方法。
（９）上記光デバイス上に光素子を１つ以上積層する工程を含むことを特徴とする上記（１）乃至（８）のいずれかに記載の光デバイスの製造方法。

本発明によれば、複雑な工程を用いることなく、２ＤＰＣスラブ構造に代表される薄膜スラブ構造の上下に、高密度の集積化に適した効果的な電極構造を導入することが可能となる。また、本発明によれば、電極の製造と同時に、光デバイスを異なる基板上にハイブリッド集積させることが可能となる。

請求項３に係る発明では、塗布法による低屈折率絶縁膜の形成を行っており、非常に簡単な装置で、短時間のうちにデバイスを作製することが可能となる。また、ＳＯＤを塗布する工程は、ウエハ接合前にも行っており、異なる工程での装置の共有化が図れるという利点もある。

請求項４に係る発明では、第２の基板上に電子回路が形成されているから、電極の製造と同時に、さらに光・電子デバイスの集積が可能となる。

請求項５に係る発明では、第２の基板上に光回路が形成されているから、電極の製造と同時に、さらに光デバイスの集積が可能となる。

以下、実施例に基づいて本発明を詳細に説明する。
まず、光デバイス作製のための化合物半導体基板（例えば、ＩｎＰ基板）を用意する。ここで、コア層には大きな電界吸収効果が期待できる量子井戸構造（例えば、ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＡｌＡｓ多重量子井戸）を導入しておく。化合物半導体基板には基板剥離のためのエッチストップ層（例えば、ＩｎＧａＡｓＰ層）を導入しておく。また、光デバイスを集積するためのＳｉ基板を用意する（図１）。

次に、Ｓｉ基板上に、第１の電極配線を形成する（図２）。
そして、低屈折率絶縁性材料の原料を含有する溶液を用いて、電極配線が形成されたＳｉ基板と化合物半導体基板のウエハ接合を行う（図３）。
本明細書においては、低屈折率絶縁性材料の原料を含有する溶液のことを、ＳＯＤ（ＳｐｉｎＯｎＤｉｅｌｅｃｔｒｉｃ）と略称する。

ＳＯＤは、加熱を行うことにより硬化し、良好な低屈折率絶縁膜を形成する。化合物半導体基板、Ｓｉ基板の少なくとも一方にＳＯＤを塗布した後、ウエハ接合、加熱を行うと、ＳＯＤは接着剤のように働き２枚の基板は強く接合する。ここで、ＳＯＤを接着剤として利用しているため、異なる２種類の基板の接合も容易に実現できる。

本発明は、光デバイスを作製するための基板と、光デバイスを集積するための基板のウエハ接合にＳＯＤを使用することを大きな特徴とする。ウエハ接合では、一般に、基板表面の凹凸が問題となる。本発明では、第１電極配線を基板表面に作製した後、ウエハ接合を行うので、電極構造に基づく凹凸への対策が必要である。ＳＯＤは、粘性が低く、表面の凹凸を埋める働きがあるので、基板表面に凹凸が存在する場合にも、気にすることなく、ウエハ接合を行えるという利点がある。つまり、信頼性の高い製造が可能となる。

ＳＯＤは、上記ウエハ接合における接着剤としての役割以外に、光デバイスのクラッド層としての役割も要求されるので、光デバイスの動作波長に対して低い屈折率をもたなければならない。ＳＯＤとしては、例えば、近赤外域において屈折率が１．４程度と非常に小さいＳＯＧ（ＳｐｉｎＯｎＧｌａｓｓ）、屈折率が２以下と小さい有機ポリマー等が挙げられる。

ＳＯＧ、有機ポリマーは、ＬＳＩ（ＬａｒｇｅＳｃａｌｅＩｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）の層間絶縁膜（配線間用の絶縁膜）として広く利用されており、光デバイスにおいても同様に配線間絶縁膜として良好に機能する。

ここで、ＳＯＤ（例えば、ＳＯＧ、有機ポリマー）を用いたウエハ接合法自体は、既存の方法であり、既に報告が成されている。本発明は、ウエハ接合法自体に関する発明ではなく、ＳＯＤを用いたウエハ接合法を用いることで、「２ＤＰＣスラブ構造に代表される薄膜スラブ構造に適した、従来にない信頼性の高い電極製造方法」を提供するものである。

次に、化合物半導体コア層を残して、化合物半導体基板を研磨、エッチング等を用いて除去する（図４）。
そして露出した化合物半導体コア層に、エッチング等を用いて２ＤＰＣ構造を形成させる（図５）。
次に２ＤＰＣ構造の形成されたコア層上に低屈折率絶縁性材料を被着させ、クラッド層を形成させる（図６）。

クラッド層上に、第２の電極配線を形成させる（図７）。電極配線は、例えば、Ｓｉ基板上のＬＳＩ配線と接続される。Ｓｉ基板上に形成された光デバイスの厚さは、数μｍ以下であり、ＬＳＩとのサイズミスマッチも小さいことから、配線の接続は容易に行うことができる。

以上の工程を用いることにより、化合物半導体からなる電界制御型２ＤＰＣスラブ光デバイスの作製、Ｓｉ基板上へのハイブリッド集積、及び、電界制御型２ＤＰＣスラブ光デバイスとＳｉ−ＬＳＩの接続が容易に実現できる。
また、２ＤＰＣスラブの上下に存在する電極の構造は、簡単に変えることができるので、電界分布を効率よく制御することが可能である。

図２の工程においては、Ｓｉ基板上に第１電極配線を形成させるとした。ここで、化合物半導体コア層上に、低屈折率絶縁性材料を被着させクラッド層を形成させた後、クラッド層上に第１電極配線を形成してもよい。ウエハ接合後は、図３右に示した構造とほぼ同様の構造が実現されることになる。

また、第1の電極配線に対するビアプラグを導入し、配線を行うことも可能である。
図５の工程において、コア層にビアプラグ用貫通孔を形成させる（図８）。次に、基板上に低屈折率絶縁性材料を被着させ、クラッド層を形成させる（図９）。クラッド層の一部を選択的に除去し、第１の電極配線に対するビアプラグを導入する。また、第２の電極配線を形成させる（図１０）。第１、第２の電極配線は、例えば、Ｓｉ基板上のＬＳＩ配線と接続される。

さらに、上記で示した工程を繰り返すことで、電極構造を有する２ＤＰＣスラブ光デバイスの多層構造を容易に実現できる（図１１）。本発明における電極製造方法は、ハイブリッド集積に加え、光デバイスの多層化を容易とする。

本発明において、電極の作製法自体は、各工程時の基板表面に対して電極を導入するという従来法であり、歩留まりの高い作製法である。また、ウエハ接合法としても、ＳＯＤを用いた信頼性の高い作製法を採用している。そのため、多層化に伴い工程数が増加した場合にも、歩留まりは大きな問題とはならない。

図７、図１０の工程の後に、低屈折率絶縁性クラッド層をウェットエッチング等により除去することも可能である。しかしながら、エアブリッジ構造（コア層、または電極配線の上下が空気）は、機械的強度が弱いため、一般に、実用化には向かない。よって、エアブリッジ構造は、本発明を用いることで容易に作製が可能であるが、一般に、利用は特殊な用途に限られることになる。

本発明における電極製造方法では、工程をわずかに変えるだけで（例えば、フォトリソグラフィパターンの変更）、容易に電極構造、電極の導入位置を変えることが可能である。図１２に、フォトニック結晶光導波路、フォトニック結晶光共振器に対する電極配線構造の一例を示す。本発明は、様々な電極構造を有する光デバイスの集積に適しており、多機能な光集積回路を実現することが可能である。

上記実施例では、光デバイス作製のための基板を化合物半導体基板としたが、本発明では、光デバイスの作製に用いられる任意の基板（例えば、Ｓｉ基板、サファイア基板）を用いることが可能である。
また、上記実施例では、コア層を、量子井戸構造を有する化合物半導体としたが、本発明では、光デバイスとして用いられる任意の材料（例えば、ＩｎＡｓ量子ドットを有するＧａＡｓ、不純物を添加したＳｉ）を用いることが可能である。但し、電界制御型光デバイスとしては、一般に、電気光学効果、電界吸収効果の大きな材料が望まれる。
ここで、化合物半導体（例えば、ＩｎＰ、ＧａＡｓ）は、光デバイスを実現するための代表的な材料である。

さらに、上記実施例では、光デバイスを集積するための基板をＳｉ基板としたが、光デバイスを集積したい任意の基板（例えば、ＳＯＩ（ＳｉｌｉｃｏｎＯｎＩｎｓｕｌａｔｏｒ）基板、化合物半導体基板）を用いることが可能である。また、光デバイスを集積するための基板上には、任意のデバイス（例えば、ＬＳＩ）が形成されていてもよい。その場合には、デバイスに隣接するように、光デバイスを集積することも可能であるし、デバイス上に光デバイスを集積することも可能である。
ここで、Ｓｉ基板及びＳＯＩ基板は、電子回路及び光回路を実現するための代表的な基板である。

光デバイスを集積するための基板上に電子回路が形成されている場合、電極の製造と同時に、さらに光・電子デバイスの集積が可能となる。特に、ＬＳＩ基板上への光デバイスの集積は、実用上、非常に重要である。
光集積回路と電子集積回路の同一基板上への集積は、デバイスの高機能化、高集積化を実現できることから、光ルータ等の複雑なシステムを構築するためのキーテクノロジーとして、現在、注目を集めている。

光デバイスを集積するための基板上に光回路が形成されている場合、電極の製造と同時に、さらに光デバイスの集積が可能となる。特に、異種材料からなる光デバイスの集積は、実用上、重要である。例えば、光デバイス作製のための基板を化合物半導体基板、光デバイスを集積するための基板をＳｉ基板とした場合、化合物半導体からなる電界制御型光デバイスと、Ｓｉからなる受動光デバイス（または、能動光デバイス）の集積が実現できる。

ここで、光デバイスの集積は、電子回路及び光回路に隣接するように行ってもよいし、電子回路及び光回路上に行ってもよい。
また、本発明を用いて作製された電界制御型２ＤＰＣスラブ光デバイスの上に、様々な機能素子（例えば、光素子）を積層してもよい。
本発明は、光・電子デバイスの積層化に適した製造法である。積層化により、劇的な小型化の実現は勿論、従来にない複雑な機能を有する光デバイスの実現も可能となる。

上記実施例では、化合物半導体基板にエッチストップ層を導入し、研磨、エッチング等を行うことで、基板剥離を実現した（図４）。この方法は、基板剥離の一般的な方法である。
本発明においては、上記実施例で示した以外の基板剥離法を用いることも、勿論、可能である。その場合、必ずしもエッチストップ層を導入した基板を用意する必要はない。他の基板剥離法としては、例えば、ＣＭＰ（ＣｈｅｍｉｃａｌＭｅｃｈａｎｉｃａｌＰｏｌｉｓｈｉｎｇ）法、水素イオン注入による剥離法、犠牲層を用いた剥離法が挙げられる。

電極、配線用の材料としては、金属、ＩＴＯ（ＩｎｄｉｕｍＴｉｎＯｘｉｄｅ）等任意の導電性材料が使用できる。

上記実施例では、化合物半導体基板、Ｓｉ基板の少なくとも一方にＳＯＤを塗布した後、ウエハ接合、加熱を行うとした。ここで、本発明では、ＳＯＤを基板に塗布した後、直ちにウエハ接合を行ってもよいし、ＳＯＤを基板に塗布した後、一旦、加熱処理を行ってからウエハ接合を行ってもよい。両者の方法とも、従来技術としてよく知られている。

ウエハ接合前に加熱処理を行った場合においても、ウエハ接合後の加熱処理は必要である。ウエハ接合後に加熱処理を行うことで、強い接合が実現される。ここで、ウエハ接合後の加熱処理は、何度行ってもよい。また、加熱処理は、任意の工程間で行うことが許される。例えば、図４に示すような一方の基板を剥離した状態で、加熱処理を行ってもよい。

ＳＯＤを塗布する方法としては、スピンコート法が最も一般的で効果的である。しかしながら、本発明においては、必ずしも、ＳＯＤの塗布にスピンコート法を用いる必要はない。例えば、基板表面に単にＳＯＤを垂らした後、基板に圧力を加えながら加熱することでウエハ接合を行うといった方法も考えられる。圧力を加えることによって、基板全面にＳＯＤが行き渡ることになる。

ＳＯＤを用いたウエハ接合前に、基板表面に、例えば、ＣＶＤ（ＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、スパッタ法、塗布法により、低屈折率絶縁性材料の被膜を施しておくことは有効である。例えば、電極構造を導入した基板に対して、ウエハ接合前に低屈折率絶縁性材料を被覆することは、基板表面の凹凸の低減につながるからである。

例えば、ＣＶＤ法による被膜により、凹凸を完全に平坦化させることが可能であれば、基板同士を、ＳＯＤを用いることなくウエハ接合させることが可能となる。しかしながら、通常、ＳＯＤを用いない直接ウエハ接合法が要求する高いレベルまで表面を平坦化することは難しい。よって、本発明では、ウエハ接合前の各基板に低屈折率絶縁性材料を被覆した場合にも、最終的には、ＳＯＤを少なくとも一方の基板表面に塗布し、ウエハ接合を行うことが望ましいと考える。これは、実用化の際の歩留まりを考えた場合、非常に重要である。

ここで、塗布法以外の方法（例えば、ＣＶＤ法、スパッタ法）を用いて作製された低屈折率絶縁膜の表面にＳＯＤを塗布することは全く問題がない。例えば、ＣＶＤ法は、一般に、塗布法に比べて良好な膜質を実現できることから、従来のＬＳＩにおいて、ＳＯＤの保護膜形成に利用されている。「ＣＶＤＳｉＯ_２／ＳＯＤ／ＣＶＤＳｉＯ_２」等の構造が実際のデバイスにおいて用いられている。また、クラッド層の膜質向上、クラッド層厚さの増大等の利点がある。

第１電極配線の構造を変更した場合には、ウエハ接合の条件が変化することが心配される。しかし、事前に低屈折率絶縁性材料で被覆しておけば、電極構造の凹凸がある程度平坦化されるので、各電極配線構造に対して同様の条件でウエハ接合を行うことが可能となる。

２ＤＰＣ構造を有する基板上にクラッド層を形成させるには（図６）、例えば、ＣＶＤ法、スパッタ法、塗布法を用いて低屈折率絶縁性材料を被覆すればよい。ここで、２ＤＰＣ構造は、周期が数百ｎｍ程度の微細構造であるので、一般に、ＣＶＤ法、塗布法の使用が適している。特に、塗布法を用いた場合、短時間で簡単に被膜が形成できる。ＳＯＤをウエハ接合、さらには、２ＤＰＣ構造の被膜に使用した場合、非常に簡単な装置で、短時間のうちにデバイスを作製することが可能となる。

本発明では、電極配線の導入において、任意の電極、配線製造法を用いることが許される。特に、高集積化の観点からは、ＬＳＩ配線技術を用いることが望ましい。本発明では、ＬＳＩの層間絶縁膜として広く利用されているＳＯＤ（例えば、ＳＯＧ、有機ポリマー）を用いているため、ＬＳＩ配線技術の導入に非常に適している。これは、実用上、重要な利点である。例えば、図１０の第1電極配線用ビアプラグは、ＬＳＩ配線技術におけるプラグ形成技術を用いることで、容易に実現される。
勿論、他の方法（例えば、ワイヤボンディング、リフトオフ法）を用いて電極配線を導入してもよい。

図１３に、２ＤＰＣスラブの特定領域において、電極−コア層間の距離を非常に短くした電極配線構造の一例を示す。この場合、電極―コア層間の距離が短いため、効率よく電界を印加することが可能となる。但し、電極による光吸収は非常に大きいので、電極−コア層間の距離は、光吸収が動作上問題ない程度としなければならない。

ここで、多数の光デバイスが高密度に集積されている場合を考える。このとき、設計によっては、電気配線が光導波路上（または、下）を横切る場合が生じる。図１３のように、電極−コア層間の距離は短く、配線−コア層間の距離は十分長くなるよう電極配線を導入しておけば、配線による光吸収は無視できるので、光集積回路の設計が非常に容易となる。
このような、段差を有する電極配線構造は、ＬＳＩ配線技術（例えば、プラグ形成技術、Ｃｕシングルダマシン法、Ｃｕデュアルダマシン法）を用いることで容易に実現できる。ＬＳＩ配線技術に適応した材料をクラッド層として利用している利点は、実用上、非常に大きい。

上記実施例では、コア層に導入する光デバイスの形態を２ＤＰＣスラブ構造としたが、他の薄膜スラブ構造を用いてもよい。例えば、１ＤＰＣスラブ構造、並進対称性をもたない擬結晶構造、ＣＧＳＥＬ（ＣｉｒｃｕｌａｒＧｒａｔｉｎｇｃｏｕｐｌｅｄＳｕｒｆａｃｅ−ＥｍｉｔｔｉｎｇＬａｓｅｒ）構造、細線導波路構造、リッジ導波路構造、リング共振器構造、マイクロディスク構造でもよい。また，特殊な構造をもたないバルクの薄膜スラブ構造であってもよい。本発明は、低屈折率絶縁性クラッド層を有する任意の薄膜スラブ構造に対して有効である。薄膜スラブに導入する構造としては、高い光閉じ込め効果、高い設計自由度をもつ２ＤＰＣスラブ構造が望ましいが、必ずしも２ＤＰＣスラブ構造である必要はない。

最後に、低屈折率絶縁性クラッド層の一部に、クラッド層とは異なる材料（例えば、光学材料、電子材料、ドーピング）を導入することも可能である（図１４）。ここで、導電性材料（例えば、導電性有機ポリマー）を導入した場合（図１５）、電界制御型光デバイスではなく、電流制御型光デバイスが実現できる。但し、低屈折率絶縁性クラッド層の一部に、クラッド層とは異なる材料を付加することは、一般に容易ではないので、この方法の適用は、特殊な用途に限られるであろう。

本発明は、電界制御型光デバイスだけでなく、電極構造を必要とする任意の光デバイスの製造に適用することが可能である。

本発明は、２次元フォトニック結晶スラブ光デバイスに代表される薄膜スラブ構造に対して、従来にない、制御性、信頼性の高い電極製造方法を提供するものである。

最後に、ＳＯＤによるウエハ接合法を用いて、実際に、２ＤＰＣスラブ構造の作製を行った例を示す。
図１６は、実際に作製を行った２ＤＰＣスラブ構造の模式図である。光デバイスのコア層となるべき部位としては化合物半導体のＧａＡｓを、第２の基板としてはＳｉ基板を用いた。また、ＳＯＤとしては有機ポリマー（ＣＹＣＬＯＴＥＮＥ樹脂）を用いた。

図１７は実際に作製された２ＤＰＣスラブ構造のＳＥＭ像である。図１８は３点の円孔を埋めた２ＤＰＣスラブ光共振器のＳＥＭ像である。図１９は一列の円孔を埋めた２ＤＰＣスラブ光導波路のＳＥＭ像である。
上記の構造に、電極構造を付加する工程を加えることで、図７で示した２ＤＰＣスラブ光デバイスが実現される。

ここで、本発明では、ウエハ接合にＳＯＤを用いているため、光デバイスのコア層となるべき部位の材料と光デバイスを集積させるための第２の基板の材料が異なっていても容易にウエハ接合が実現される。

光デバイス用、光デバイス集積用基板の一例。Ｓｉ基板上への第１電極配線の作製例。ＳＯＤ（ＳｐｉｎＯｎＤｉｅｌｅｃｔｒｉｃ）を用いたウエハ接合の概念図。化合物半導体基板の剥離工程の模式図。エッチング工程（コア層への２次元フォトニック結晶構造の導入）の模式図。基板上への低屈折率絶縁性クラッド層の導入例。低屈折率絶縁性クラッド層上への第２電極配線の作製例。エッチング工程（コア層への２次元フォトニック結晶構造、ビアプラグ用貫通孔の導入）の模式図。基板上への低屈折率絶縁性クラッド層の導入例。低屈折率絶縁性クラッド層上への第２電極配線、第１電極配線用ビアプラグの作製例。多層構造光デバイスの一例。フォトニック結晶光導波路、フォトニック結晶光共振器に対する電極配線構造の一例。電極配線構造の一例。低屈折率絶縁性クラッド層への異種材料導入例。電流制御型光デバイスの一例。作製した２ＤＰＣスラブ構造の模式図。作製した２ＤＰＣスラブ構造のＳＥＭ像。作製した２ＤＰＣスラブ光共振器のＳＥＭ像。作製した２ＤＰＣスラブ光導波路のＳＥＭ像。コア層を薄い板状とした構造（スラブ構造）の説明図。従来法による２次元フォトニック結晶スラブ構造の一例。従来法による電界制御型光デバイスの一例。従来法による電界制御型光デバイスの一例。

Claims

光デバイスのコア層を構成する材料からなる部位を有する第１の基板と光デバイスを集積させるための第２の基板を用意する工程と、
第２の基板上の一部に第１の電極配線を形成する工程と、
第１及び第２の基板の少なくとも一方の基板上面にＳＯＤを塗布する工程と、
第１の基板のコア層を構成する材料からなる部位が形成された側と第２の基板の第１の電極配線が形成された側とを接合する工程と、
接合した基板を加熱する工程と、
コア層を構成する材料からなる部位を残して第１の基板を除去する工程と、
コア層を構成する材料からなる部位に所望の加工を施して、２次元フォトニック結晶スラブ構造であるコア層とする工程と、
コア層上に低屈折率絶縁膜を形成する工程と、
コア層上の低屈折率絶縁膜上の一部に第２の電極配線を形成する工程
とを含む、光デバイスの製造方法。
光デバイスのコア層を構成する材料からなる部位を有する第１の基板と光デバイスを集積させるための第２の基板を用意する工程と、
第１の基板の光デバイスのコア層を構成する材料からなる部位上に低屈折率絶縁膜を形成する工程と、
上記低屈折率絶縁膜上の一部に第１の電極配線を形成する工程と、
第１及び第２の基板の少なくとも一方の基板上面にＳＯＤを塗布する工程と、
第１の基板の第１の電極配線が形成された側と第２の基板とを接合する工程と、
接合した基板を加熱する工程と、
コア層を構成する材料からなる部位を残して第１の基板を除去する工程と、
コア層を構成する材料からなる部位に所望の加工を施して、２次元フォトニック結晶スラブ構造であるコア層とする工程と、
コア層上に低屈折率絶縁膜を形成する工程と、
コア層上の低屈折率絶縁膜上の一部に第２の電極配線を形成する工程
とを含む、光デバイスの製造方法。
上記コア層上に低屈折率絶縁膜を形成する工程において、ＳＯＤを塗布する工程が含まれることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の光デバイスの製造方法。
上記第２の基板には、電子回路が形成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の光デバイスの製造方法。
上記第２の基板には、光回路が形成されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の光デバイスの製造方法。
上記第２の基板が、Ｓｉ基板又はＳＯＩ基板であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の光デバイスの製造方法。
上記第１の基板が有する光デバイスのコア層を構成する材料からなる部位が、化合物半導体からなることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の光デバイスの製造方法。
コア層を覆う低屈折率絶縁膜の一部に、低屈折率絶縁膜とは異なる材料を導入する工程を含むことを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の光デバイスの製造方法。
上記光デバイス上に光素子を１つ以上積層する工程を含むことを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の光デバイスの製造方法。