特許 5871655 シリカトロイド型光共振器の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5871655

(24)【登録日】2016年1月22日

(45)【発行日】2016年3月1日

(54)【発明の名称】シリカトロイド型光共振器の製造方法

(51)【国際特許分類】

   G02B 6/13 20060101AFI20160216BHJP

【ＦＩ】

   G02B6/13

【請求項の数】6

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2012-41565(P2012-41565)

(22)【出願日】2012年2月28日

(65)【公開番号】特開2013-178349(P2013-178349A)

(43)【公開日】2013年9月9日

【審査請求日】2015年2月26日

(73)【特許権者】

【識別番号】899000079

【氏名又は名称】学校法人慶應義塾

(74)【代理人】

【識別番号】100070150

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠彦

(72)【発明者】

【氏名】加藤 拓巳

(72)【発明者】

【氏名】吉岐 航

(72)【発明者】

【氏名】田邉 孝純

【審査官】 河原 正

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０５−２０６５８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００４／０１７９５７３（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０２Ｂ ６／１２−６／１４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

シリコン基板を熱酸化して酸化シリコン層を形成する工程と、
前記酸化シリコン層を円形または楕円形のパターンにパターニングする工程と、
パターニングされた前記酸化シリコン層を異方性エッチングによりエッチングし、前記シリコン基板の厚さ方向と垂直な方向の断面が多角形であるシリコンポスト部を形成する工程と、
前記酸化シリコン層を二酸化炭素レーザで照射することにより、前記酸化シリコン層の厚さ方向と垂直な方向の断面を多角形にする工程と、
を含む、シリカトロイド型光共振器の製造方法。

【請求項2】

前記円形のパターンにパターニングされた場合、前記多角形は４角形又は８角形のいずれかである、
請求項１に記載のシリカトロイド型光共振器の製造方法。

【請求項3】

前記楕円形のパターンにパターニングされた場合、前記多角形は４角形又は６角形のいずれかである、
請求項１に記載のシリカトロイド型光共振器の製造方法。

【請求項4】

前記異方性エッチングは、水酸化カリウム、エチレンジアミンピロカテコール、アンモニア水、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド水又はヒドラシンの少なくとも１つを含む、請求項１乃至３のいずれか一項に記載のシリカトロイド型光共振器の製造方法。

【請求項5】

前記異方性エッチングを施す前に、前記シリコン基板に等方性エッチングを施す、
請求項１乃至４のいずれか一項に記載のシリカトロイド型光共振器の製造方法。

【請求項6】

前記等方性エッチングはフッ硝酸を使用する、請求項５に記載のシリカトロイド型光共振器の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、シリカトロイド型光共振器及びシリカトロイド型光共振器の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、特定の波長の光を空間に閉じ込める光デバイスとして、（微小）光共振器が注目されている。具体的には、超狭線幅レーザ、光コム光源、微小センサなどの分野において、光共振器が実用化され、より低コスト、高性能を有する光共振器の開発が求められている。

【0003】

光共振器の中でも、シリコンウェハ上に酸化シリコン（ＳｉＯ_２；シリカ）をパターニングして形成されるシリカトロイド型の光共振器（以後、シリカトロイド型光共振器と呼ぶことがある）が、Ｑ値が高く、高集積化が容易であるなどの理由から、広い応用が期待されている（例えば、特許文献１、非特許文献１）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】米国特許第７５４５８４３号明細書

【非特許文献】

【0005】

【非特許文献1】Ｄ．Ｋ． Ａｌｍａｎｉ ｅｔ ａｌ．， "Ｕｌｔｒａ−ｈｉｇｈ−Ｑ ｔｏｒｏｉｄ ｍｉｃｒｏｃａｖｉｔｙ ｏｎ ａ ｃｈｉｐ"， Ｎａｔｕｒｅ Ｖｏｌ．４２１ ｐｐ．９２５−９２８（２００３）

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、特許文献１及び非特許文献１などのシリカトロイド型光共振器に光を入出力する場合、所望の光結合特性を得るためには、光共振器と、光ファイバなどの導波路（又はプリズムなど）と、の距離を高精度（通常、１００ｎｍ以下の精度）で制御する必要がある。また、光には輻射圧が存在するため、光共振器と導波路との間に力が働き、光共振器と導波路との距離を精密に維持することは困難であった。

【0007】

また、特許文献１及び非特許文献１などのシリカトロイド型光共振器の製造方法において、フッ化キセノン（ＸｅＦ_２）ガスを用いて等方性エッチングを行っている。フッ化キセノンガスは、非常に高価であり、また、産地が限定されているため、これを用いた製造方法は、大量生産に向かないという問題点があった。

【0008】

本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、光結合特性及び機械的安定性を両立することができ、安価なシリカトロイド型光共振器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】

【0009】

シリコン基板を熱酸化して酸化シリコン層を形成する工程と、
前記酸化シリコン層を円形または楕円形のパターンにパターニングする工程と、
パターニングされた前記酸化シリコン層を異方性エッチングによりエッチングし、前記シリコン基板の厚さ方向と垂直な方向の断面が多角形であるシリコンポスト部を形成する工程と、
前記酸化シリコン層を二酸化炭素レーザで照射することにより、前記酸化シリコン層の厚さ方向に垂直な方向の断面を多角形にする工程と、
を含む、シリカトロイド型光共振器の製造方法が提供される。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、光結合特性及び機械的安定性を両立することができ、安価なシリカトロイド型光共振器を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】図１は、本実施形態に係る、シリカトロイド型光共振器の正面図の一例である。

【図2】図２は、図１のＡ−Ａ断面図の一例である。

【図3】図３は、光共振器の構造が光共振器の性能に与える影響を説明するための概略図である。

【図4】図４は、図３のモデルに１μｍの光ファイバを接続又は近接した場合における、結合係数の変化を説明するための概略図である。

【図5】図５は、本実施形態のシリカトロイド型光共振器の製造方法のフロー図の例である。

【図6】図６は、本実施形態のシリカトロイド型光共振器の製造方法を説明するための概略図である。

【図7】図７は、１２０秒の異方性エッチングを施した実施形態における、等方性エッチング後のシリコン基板のＳＥＭ像の一例である。

【図8】図８は、３０秒の等方性エッチングを施した後に、１８０分の異方性エッチングを施した実施形態における、異方性エッチング後のシリコン基板の光学顕微鏡イメージの一例である。

【図9】図９は、ＣＯ_２レーザ照射後のシリカトロイド型光共振器のＳＥＭ像の一例である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について説明する。

【0013】

［シリカトロイド型光共振器］
《シリカトロイド型光共振器の構成》
先ず、本実施形態に係る、シリカトロイド型光共振器の構成について説明する。図１に、本実施形態に係る、シリカトロイド型光共振器の正面図の一例を示す。

【0014】

本実施形態に係る、シリカトロイド型光共振器１００は、シリコンポスト部１と、該シリコンポスト部１上に形成されたＳｉＯ_２部２と、を含む。ＳｉＯ_２部２は、導波路部分３とその他の部分４とを含む。導波路部分３は、通常、径方向外側が丸みを帯びた滑らかな構造となっている。ＳｉＯ_２部２の径方向外側が丸みを帯びている理由については、後述するシリカトロイド型光共振器の製造方法において述べるため、ここでは省略するが、これにより、光は誘電体中を、少ない損失で全反射して進行することができる。

【0015】

図２に、図１のシリカトロイド型光共振器のＡ−Ａ断面図の一例を示す。図２より明らかであるように、ＳｉＯ_２部２の厚さ方向に垂直な方向の断面は、多角形となっている。

【0016】

なお、本発明における、「多角形」とは、広義には、中心から外周の辺までの距離が一定でなく（即ち、円形でなく）、かつ、楕円形以外の形を指す。このとき、全ての辺の長さが等しい正多角形でも良く、辺の長さが異なっていても良い。また、各々の頂点を構成する２つの辺は、直線であっても良く、頂点付近で、ある曲率半径を有する曲線であっても良い。

【0017】

各々の頂点を構成する２つの辺が曲率半径を有する曲線である場合、その曲率半径は５μｍ以上であることが好ましい。曲率半径が５μｍ未満の場合、導波路部分３に閉じ込められた光の放射損失が大きくなることがある。

【0018】

また、本実施形態のＳｉＯ_２部２の厚さ方向に垂直な方向の断面は、多角形であれば特に限定されないが、製造の簡易さなどの観点から、４角形、６角形又は８角形のいずれかであることが好ましい。

【0019】

《ＳｉＯ_２部２の多角形構造》
次に、本実施形態の光共振器において、ＳｉＯ_２部２の厚さ方向に垂直な方向の断面を、上で定義した多角形にすることの理由について説明する。

【0020】

図３は、光共振器の構造が光共振器の性能に与える影響を説明するための図であって、図３（ａ）は、ＳｉＯ_２導波路が円形であるモデルの概略図を示し、図３（ｂ）は、第１の実施形態である、ＳｉＯ_２導波路が八角形であるモデルの概略図を示す。

【0021】

図３（ａ）において、導波路の外径ｒは２０μｍ、導波路部分の幅ｗは３μｍとした。また、図３（ｂ）において、導波路の外径ｒは５０μｍ、導波路部分の幅ｗは３μｍ、八角形の外周側の辺の長さｄは１０μｍ、曲率半径ｒ_ｐは、３８μｍとした。

【0022】

なお、図３における光ファイバ５は、シリカトロイド型光共振器１００に光を入出力する手段の一例として示した。シリカトロイド型光共振器内に光を閉じ込め、光周波数コムを発生させるためには、ある閾値以上の強度を有する光を入射することが必要となる。光ファイバ５をシリカトロイド型光共振器１００に近接（又は接触）させることにより、光の漏れ（エヴァネッセント波）によって、光を入出力することができる。通常、光ファイバ５は、テーパ状になっており、シリカトロイド型光共振器に近接させる部分の径は、６００ｎｍ程度である。

【0023】

図４に、図３のモデルに１μｍの光ファイバを接続又は近接した場合における、結合係数の変化を説明するための概略図を示す。また、図３（ａ）及び図３（ｂ）における、空気、導波路部分３及びその他の部分４の屈折率は、各々、１、１．４４、１．３と仮定した。図４の横軸は、光共振器と光ファイバとの距離であり、図４の縦軸は、光結合係数の値である。

【0024】

従来の円形構造の光共振器に光ファイバを接触又は近接させた場合、接触させた場合に結合係数が高く、光共振器と光ファイバとの距離が大きくなるにつれ、結合係数が低くなる。即ち、円形構造の光共振器の光の入出力は、距離に大きく依存するため、所望の結合係数又は光結合条件を得るためには、光共振器と光ファイバとの距離を精密な制御が必要となる。通常、１００ｎｍ以下の精度で光共振器と光ファイバとの距離を制御する必要がある。

【0025】

一方、本実施形態に係る多角形構造の光共振器の場合、多角形構造の辺に光ファイバを接触させた場合、結合係数は、円形構造の場合と比して低い。つまり、光共振の多角形構造の辺に光ファイバを接触（又は近接）させることで、光の閉じ込め性能を高くすることができる。これは、オーバカップリング（ｏｖｅｒ ｃｏｕｐｌｉｎｇ）を防ぐことができると同値である。一方、多角形構造の頂点に光ファイバを接触させた場合、結合係数は、円形構造の場合と比して高い。このことは、非常に弱い結合を示す導波路の場合でも、光共振器に光を入出力することが可能であることを示す。即ち、本実施形態の多角形構造の光共振器の場合、光ファイバとの接続を、多角形構造の辺又は頂点と変更することで、結合係数に幅を持たせることが可能である。

【0026】

光結合の結合係数は、使用する用途によっても異なるが、従来の円形構造の光共振器の場合、結合係数の制御は、光共振器と光ファイバとの距離で行う。このとき、光共振器と光ファイバとの距離の制御は、非常に高精度で制御する必要がある。光共振器の大きさ、形状、光ファイバの細さ、形状などによっても異なるが、通常、１００ｎｍ以上の精度で、光共振器と光ファイバとの距離を制御する必要がある。

【0027】

一方、多角形構造の辺又は頂点で接続させた場合における、結合係数の違いは、閉じ込められた光の分布の仕方に依存する。通常、図３（ｂ）で示したような正八角形のモデルの場合、多角形構造の頂点部分は、辺部分よりも共振器外への光の染み出し量が高く、この光の染み出し量の差が、上述した結合係数の差に影響を及ぼしたと考えられる。本実施形態の多角形構造の光共振器では、多角形を構成する辺の長さを変更することや、頂点付近の曲率を変更させることで、閉じ込められた光の染み出し量を変更させることができる、即ち、光結合特性を設計することができる。

【0028】

本実施形態では、多角形を構成する辺の長さや頂点付近の曲率を変更することで、結合係数を調整することができることを説明した。このことは、光共振器と光ファイバを接触させた状態でも、使用環境に応じて（所望の結合係数に応じて）、それに適した光共振器を設計できることを意味する。そのため、光共振器と光ファイバとの間の距離の高精度の制御が必要なく、振動が少ない実験室などから持ち出してセンサやレーザなどに応用する場合においても、光共振器の経時における安定的な作動が達成されることも、好ましい。

【0029】

［シリカトロイド型光共振器の製造方法］
次に、本実施形態のシリカトロイド型光共振器の製造方法及び該製造方法で製造されたシリカトロイド型光共振器について説明する。

【0030】

図５に、本実施形態のシリカトロイド型光共振器の製造方法のフロー図の例を示す。また、図６に、本実施形態のシリカトロイド型光共振器の製造方法を説明するための概略図を示す。

【0031】

《熱酸化Ｓ１０１》
本工程は、シリコン基板を熱酸化して酸化シリコン層を形成する工程である。具体的には、シリコン基板（Ｓｉ基板）１０を熱酸化処理することにより、Ｓｉ基板１０上にＳｉＯ_２層１１を形成させる（図６（ａ））。なお、Ｓｉ基板１０は、後述するプロセスにより、前述のシリコンポスト部１１に対応する部分となり、ＳｉＯ_２層１１は、前述のＳｉＯ_２部２に対応する部分となる。また、ＳｉＯ_２層の層厚は、特に限定されないが、通常、１μｍ程度である。

【0032】

なお、Ｓｉ基板上にＳｉＯ_２を形成させる方法としては、自然酸化、低圧ＣＶＤ酸化、プラズマＣＶＤ酸化、ウェット熱酸化、ドライ熱酸化などが挙げられ、どの方法を使用しても良い。本実施形態では、ＳｉＯ_２層の膜密度を比較的高くできる、ウェット熱酸化により行った。

【0033】

《ＳｉＯ_２層のパターニングＳ１０３》
次に、公知のフォトリソグラフィ法を用いて、ＳｉＯ_２層及び（オーバーエッチによる）下層のＳｉ基板層の一部を所望のパターンにパターニングする（図６（ｂ））。

【0034】

フォトリソグラフィ法については、公知であるため、詳細は省略するが、以下の方法により行うことができる。先ず、ＳｉＯ_２層上にフォトレジストを塗布する。これを、露光及び現像することにより所望のパターンにパターン化する。パターン化されたフォトレジスト膜をエッチングマスクとして、ドライエッチングを施すことにより、ＳｉＯ_２及び下層のＳｉ基板の一部を所定のパターンにパターニングする。その後、フォトレジスト膜を剥離する。

【0035】

なお、ＳｉＯ_２層は、前述のＳｉＯ_２部２に対応する部分であり、後述する工程により、導波路部分３とその他の部分４とが形成される。図２などで説明したように、ＳｉＯ_２部２の厚さ方向に垂直な方向の断面は、多角形とする必要がある。詳細は後述するが、最終的なＳｉＯ_２部２の厚さ方向に垂直な方向の断面形状は、後述するレーザーリフロー工程直前の、シリコンポスト部の厚さ方向の形状に依存する。シリコンポスト部の形状は、本工程におけるＳｉＯ_２層のパターニング形状と、後述するエッチング条件とにより制御することができる。具体的には、８角形構造とするためには、ＳｉＯ_２層を円形（例えば、直径１００μｍ前後の円形）にパターニングしておくことが好ましい、６角形構造をするためには、ＳｉＯ_２層を楕円形（例えば、長軸６０μｍ、短軸４０μｍの楕円形）にパターニングすることが好ましい。なお、ＳｉＯ_２層のパターニング形状に関らず、後述する水酸化カリウムを使用した異方性エッチングのエッチング時間を選択することにより、容易に４角形構造を得ることができる。

【0036】

《異方性ウェットエッチングＳ１０５》
本工程では、パターニングされたＳｉ基板に異方性エッチングを施すことにより、Ｓｉ基板の厚さ方向に垂直な方向の断面が多角形であるシリコンポスト部を形成する。より具体的には、Ｓｉ基板に水酸化カリウムなどを用いて異方性ウェットエッチングすることにより、多角形構造を有するシリコンポスト部１を形成する（図６（ｃ））。

【0037】

異方性エッチングは、エッチング剤の種類、系内の温度、エッチング時間などに応じて、エッチングレート及び選択比を変えることができるため、当業者がエッチング剤の種類や系内の温度を制御することにより、Ｓｉ基板の形状も制御することができる。

【0038】

なお、上述の通り、異方性エッチングは、系内の温度にも依存するため、エッチング中は系内の温度を一定に保つことが好ましい。

【0039】

Ｓｉ基板を異方性エッチングするためのエッチング剤としては、Ｓｉを異方性エッチングすることができれば特に限定されない。具体的には、例えば、水酸化カリウム（ＫＯＨ）、エチレンジアミンピロカテコール（ＥＤＰ）、アンモニア水（ＡＨＷ）、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド水（ＴＭＡＨ）、ヒドラシン（Ｎ_２Ｈ_４）などを使用することができる。これらは、１種類を単独で使用しても良く、２種類以上を混合して使用しても良い。

【0040】

一例として、５０℃の系内でＫＯＨを使用したＳｉのエッチングの場合、＜１００＞面と＜１１０＞面とでは、エッチングレートは＜１００＞：＜１１０＞＝２：３程度であり、＜１００＞面が結晶面として現れやすい。また、＜１００＞面と＜１１１＞面とでは、＜１００＞：＜１１１＞＝４００：１程度であり、長時間のエッチングでは、＜１１１＞面が結晶面として顕在化する。このように、結晶面におけるエッチングレートの違いを利用して、Ｓｉ基板を多角形構造に制御することができる。

【0041】

このとき、異方性エッチングに先立って、Ｓｉ基板を等方性エッチングしても良い（Ｓ１０４）。図６（ｃ）に示すように、等方性エッチングでは、図６（ｃ）における鉛直下向きにエッチングが進行すると同時に、図６（ｃ）における水平方向にもエッチングが進行する。ＫＯＨを使用した異方性エッチングでは、＜１１１＞面のエッチングレートが非常に遅いため、長時間のエッチングにより、容易に＜１１１＞面で囲まれた４角形のシリコンポストを形成することができる。しかしながら、ＫＯＨによる異方性エッチングだけでは、＜１００＞面、＜１１０＞面及び＜１１１＞面のエッチングレートの違いから、シリコンポストの頂点付近（シリコンポストとＳｉＯ_２層との界面付近）を８角形にすることが困難な場合がある。そのため、異方性エッチングに先立って、Ｓｉ基板を等方性エッチングすることが好ましい。また、異方性エッチングに先立って等方性エッチングを施すことにより、ＳｉＯ_２層の縁から鉛直方向下向きにどの程度まで、シリコンポスト部の多角形構造を形成できるかを制御することができる。

【0042】

なお、本実施形態における等方性エッチングは、Ｓｉ基板を等方性エッチングすることができれば、ドライエッチング、ウェットエッチングに限定されない。

【0043】

等方性ドライエッチングする場合の、エッチングガス種としては、Ｓｉを等方性エッチングすることができれば特に限定されず、例えば、フッ化キセノン（ＸｅＦ_２）を使用することができる。しかしながら、ＸｅＦ_２を使用した等方性エッチングは、プロセスのコストが高くなるため、下記である等方性ウェットエッチングを使用することが好ましい。

【0044】

等方性ドライエッチングにおけるエッチング量（及びエッチングレート）は、エッチングガスの圧力、エッチング時間などを選択することにより当業者が制御することができる。

【0045】

等方性ウェットエッチングする場合の、エッチング剤としては、例えば、フッ硝酸（フッ酸と硝酸の混合物）、フッ硝酸と酢酸の混合物を使用することができる。

【0046】

等方性ドライエッチングにおけるエッチング量（及びエッチングレート）は、フッ酸、硝酸及び酢酸の混合比を変更することにより、当業者が制御することができる。

【0047】

通常、フッ硝酸を利用した等方性ウェットエッチングでは、ＳｉＯ_２層もエッチングされる（エッチングレートが無視できるレベルより大きい）ため、熱酸化によるＳｉＯ_２層形成時において、これを考慮にいれた膜厚にしておくことが好ましい。しかしながら、ＳｉＯ_２層をウェット熱酸化により形成した場合、得られるＳｉＯ_２層の密度が高く、フッ硝酸によるＳｉＯ_２層のエッチングレートは実質的に無視できるレベルとなる。

【0048】

《シリカリフローＳ１０７》
本工程では、ＳｉＯ_２層を二酸化炭素（ＣＯ_２）レーザで照射することにより、ＳｉＯ_２層の厚さ方向の断面を多角形にする（図６（ｄ））。また、本工程により、導波路部分３とその他の部分４とが形成される。

【0049】

より具体的には、図６（ｄ）の（一例として）垂直方向上向きから、ＳｉＯ_２層１１に照射する。これにより、ＳｉＯ_２層１１の外周側の一部が溶融される。溶融されたＳｉＯ_２層１１は表面張力により、導波路部分３に対応する部分（の少なくとも外周側）が丸みを帯びた滑らかな形状となる（図６（ｄ））。このプロセスにより、滑らかな外周形状の導波路を得ることができるため、光は誘電体（本実施形態ではＳｉＯ_２）中を、少ない損失で全反射して進行することができる。

【0050】

またこのとき、溶融されたＳｉＯ_２層１１の厚さ方向の断面は、下層のシリコンポスト部１の厚さ方向の断面（Ｓ１０５により多角形構造となっている）が転写されることにより、多角形構造となる。これは、ＳｉがＳｉＯ_２よりも熱伝導度が高く、ＳｉＯ_２層の下層のシリコンポスト部１（シリコン基板１０）がヒートシンクとして機能するため、下層のシリコンポスト部１の熱分布がＳｉＯ_２層に転写されるからである。

【0051】

一方、ＳｉＯ_２層１１の内周側のその他の部分４は、溶融されずに照射前の形状を保つことがわかっている。これも、ＳｉＯ_２層の下層のシリコンポスト部１が、ヒートシンクとして機能することに起因する。

【0052】

なお、導波路部分３の高さは、工程Ｓ１０１で形成したＳｉＯ_２層の層厚やレーザ照射の条件などに依存するが、通常、５μｍ〜２０μｍ前後である。

【0053】

なお、ＣＯ_２レーザとしては、ＳｉＯ_２を溶融することができれば特に限定はないが、本実施形態では、レーザ波長が１０．６μｍ、出力が１２ＷのＣＯ_２レーザを使用した。

【0054】

［第１の実施形態］
本実施形態のシリカトロイド型光共振器の製造方法により、シリカトロイド型光共振器を製造できることを確認した実施形態について説明する。

【0055】

シリコン基板を熱酸化し、シリコン基板表面に酸化シリコンを形成した。酸化シリコンが形成されたシリコン基板を、フォトリソグラフィ法により、酸化シリコンを直径約８０μｍ又は約１００μｍの円形にパターニングした。

【0056】

パターニングされたシリコン基板は、フッ酸（ＨＦ；４６−４８質量％）と硝酸（ＨＮＯ_３；６９−７０質量％）と酢酸（ＣＨ_３ＣＯＯＨ；９９．７質量％以上）との混合比が３：５：３であるフッ硝酸を使用して、常温で等方性エッチングを行った。エッチング時間は、一例として、３０秒、６０秒、１２０秒、２４０秒とした。

【0057】

図７に、１２０秒の異方性エッチングを施した実施形態における、等方性エッチング後のシリコン基板のＳＥＭ像の一例を示す。図７において、シリコン基板１０は、等方性エッチングにより、垂直方向及び水平方向にエッチングされていることが確認できた。

【0058】

エッチング時間とエッチング量との関係から、本実施形態においては、エッチングレートは、１０．８μｍ／ｍｉｎ（垂直方向へのエッチング）、８．４μｍ／ｍｉｎ（水平方向へのエッチング）程度であった。本実施の形態では、フッ酸と硝酸と酢酸との混合比が３：５：３であるフッ硝酸を使用したが、当業者であれば、この混合比、エッチング時間及びエッチング温度を制御することにより、所望のパターンでエッチング量を制御することができる。また、エッチング時において、エッチング剤の攪拌の有無により、エッチング時のムラを無くすことも可能である。

【0059】

等方性エッチング後のシリコン基板は、水酸化カリウム（ＫＯＨ；４８質量％）を用いて、５０℃で攪拌しながら異方性エッチングを行った。異方性エッチングのエッチング時間は、一例として、１８０分、２７０分、３６０分とした。

【0060】

図８に、３０秒の等方性エッチングを施した後に、１８０分の異方性エッチングを施した実施形態における、異方性エッチング後のシリコン基板の光学顕微鏡イメージの一例を示す。図８より、異方性エッチングにより、シリコンポスト部の厚さ方向の断面を８角形構造にすることができた。

【0061】

異方性エッチング後のシリコン基板の酸化シリコン側から、ＣＯ_２レーザ（レーザ波長１０．６μｍ、出力１２Ｗ、焦点距離３８．１ｍｍ）を１．５ｍｓ照射して、シリカトロイド型光共振器を作製した。

【0062】

図９に、ＣＯ_２レーザ照射後のシリカトロイド型光共振器のＳＥＭ像の一例を示す。図９より、ＣＯ_２レーザ照射により、シリコンポスト部の八角形構造を、酸化シリコン部にも転写することができることを確認した。

【0063】

なお、本実施形態では、説明のために一例のみを示したが、本発明のシリカトロイド型の光共振器は、酸化シリコン層の厚さ方向に垂直な方向の断面は多角形であれば特に限定されない。前記多角形は、例えば、４角形、６角形又は他の多角形であっても良い。

【0064】

他の実施形態として、酸化シリコン層の厚さ方向に垂直な方向の断面を４角形にする方法の例を述べる。シリコン基板をＫＯＨにより異方性エッチングする場合、上述の通り、〈１１１〉面のエッチングレートが非常に遅いため、ＫＯＨのエッチング時間を長くすることにより、〈１１１〉面で囲まれた４角形のシリコンポストを得ることができる。４角形のシリコンポストを有する基板をＣＯ_２レーザによりリフローすることにより、酸化シリコン層の厚さ方向に垂直な方向の断面も４角形にすることができる。

【0065】

更に他の実施形態として、酸化シリコン層の厚さ方向に垂直な方向の断面を６角形にする方法の例を述べる。Ｓ１０３のＳｉＯ_２層のパターニングする工程において、例えば、長軸６０μｍ、短軸４０μｍの楕円形にパターニングする。その後、ＫＯＨによる異方性エッチングにおいて、〈１００〉面のエッチング量が１３μｍ、〈１１０〉面のエッチング量が８．７μｍとなるようなエッチング条件でエッチングを施すことにより、６角形のシリコンポストを得ることができる。６角形のシリコンポストを有する基板をＣＯ_２レーザによりリフローすることにより、酸化シリコン層の厚さ方向に垂直な方向の断面も６角形にすることができる。

【0066】

本実施形態のシリカトロイド型光共振器は、酸化シリコン層の厚さ方向に垂直な方向の断面は多角形である。このような構成とすることにより、光共振器と光ファイバを接触させた状態でも、使用環境に応じて（所望の結合係数に応じて）、それに適した光共振器を設計できる。そのため、光共振器と光ファイバとの間の距離の高精度の制御が必要なく、振動が少ない実験室などから持ち出してセンサやレーザなどに応用する場合においても、光共振器の経時における安定的な作動が達成することができる。また、本実施形態のシリカトロイド型光共振器の製造方法は、フッ化キセノンなどの高価なガスを使用することもないので、大量生産の際にも好ましく採用することができる。

【符号の説明】

【0067】

１ シリコンポスト部
２ ＳｉＯ_２部
３ 導波路部分
４ その他の部分
１０ シリコン基板
１１ ＳｉＯ_２層
１００ シリカトロイド型光共振器

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】