(57)【要約】  コアおよびクラッドからなり且つコア屈折率とクラッド屈折率との差のコア屈折率に対する比Δが４％以上の光導波路と、それに付されたヒータとを含んでなる複合体を備えた熱光学位相シフタ。複合体は、空隙により基板の表面から隔てられ基板表面に沿って配置されたブリッジ構造部と、基板に対してブリッジ構造部を支持しその両端部に連なる固定部とからなる。ブリッジ構造部は、基板の表面に沿った面内の形状が半円弧形状をなす。
2008111407.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コアおよびクラッドからなる光導波路と該光導波路に付されたヒータとを含んでなる複合体を備えた熱光学位相シフタであって、
前記複合体は、空隙により基板の表面から隔てられ該基板表面に沿って配置されたブリッジ構造部と、前記基板に対して前記ブリッジ構造部を支持し該ブリッジ構造部の両端部に連なる固定部とからなり、
前記ブリッジ構造部は、前記基板の表面に沿った面内の形状が曲線形状をなすことを特徴とする熱光学位相シフタ。
【請求項２】
前記ブリッジ構造部の曲線形状が円弧形状又はその組み合わせの形状であることを特徴とする、請求項１に記載の熱光学位相シフタ。
【請求項３】
前記ブリッジ構造部の円弧形状は曲率中心に対して張る角度が４５〜１８０°であることを特徴とする、請求項２に記載の熱光学位相シフタ。
【請求項４】
前記ブリッジ構造部の曲線形状は曲率半径が０．０５〜１ｍｍであることを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の熱光学位相シフタ。
【請求項５】
前記光導波路は、前記コアの屈折率と前記クラッドの屈折率との差の前記コアの屈折率に対する比が４％以上であることを特徴とする、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の熱光学位相シフタ。
【請求項６】
前記光導波路のクラッドがガラス材料からなることを特徴とする、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の熱光学位相シフタ。
【請求項７】
前記光導波路のコアがＳｉＯＮまたはＳｉからなることを特徴とする、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の熱光学位相シフタ。
【請求項８】
前記ブリッジ構造部をその両端部の間において前記基板に対して支持する少なくとも１つの支持部を備えることを特徴とする、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の熱光学位相シフタ。
【請求項９】
前記固定部と前記支持部との間または互いに隣接する２つの前記支持部の間の前記光導波路の長さが０．５〜２ｍｍであることを特徴とする、請求項８に記載の熱光学位相シフタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱光学位相シフタに関し、特に低消費電力化のために採用されるブリッジ構造を有する熱光学位相シフタに関する。
【背景技術】
【０００２】
光通信分野における多チャンネル化は、波長分割多重（ＷＤＭ：Wavelength Division Multiplexing）通信方式の出現により急速に促進されている。それに伴い、チャンネル毎の機能的な制御、例えば各チャンネルのパワーを一定に揃えたり、経路スイッチングを行ったりといったことを実現しようとすると、チャンネル数に応じた数の光素子が必要となってくる。【０００３】
このため、近時、光スイッチ等に適用でき、高密度集積が可能な小型光回路部品の必要性が高まっている。その中でも、熱光学位相シフタを利用した平面光波回路型デバイス（ＰＬＣ：Planer Lightwave Circuit）は、その作製プロセスに半導体回路の作製技術を利用できることから、作製の容易さ及び集積性が極めて優れており、高機能化・大規模化にも有利であるという特長をもつ。【０００４】
通常、熱光学位相シフタは次のようにして作製される。先ず、基板上にクラッド層及びコアからなる光導波路を作製する。そして、この光導波路上に金属薄膜等を成膜し、これを光導波路に沿った細線形状に加工し、得られた細線状金属薄膜に通電できるようにする。この細線状金属薄膜に外部電源から電力を投入すると、細線状金属薄膜の電気抵抗により熱が発生する。すなわち、細線状金属薄膜は光導波路の加熱のためのヒータとして動作する。このヒータにおいて発生した熱は、光導波路のクラッド層を伝わりコアに達する。その結果、光導波路におけるヒータで加熱された部分の屈折率が増加し、この屈折率変化を利用して光スイッチ等の機能性光デバイスを実現することができる。【０００５】
しかしながら、多チャンネル化に対応するために、１つの光回路内に複数の熱光学位相シフタを配置する場合には、１つの熱光学位相シフタが消費する電力が大きいと、光回路全体の消費電力が極めて大きくなってしまう。これまでに実用化された熱光学位相シフタにおいては、例えばマッハツェンダ型光スイッチの場合、１チャンネルの光をスイッチングさせるために必要な消費電力は４００ｍＷ程度であった。従って、例えば４０チャンネルの光通信回路を制御するために、各チャンネルに、前述の熱光学位相シフタを利用した光スイッチを設けたとすると、最大で４０×４００ｍＷ＝１６０００ｍＷ＝１６Ｗもの電力を必要とする。実際には全てのチャンネルの経路設定などを行うため、チャンネル数の２乗程度の光スイッチ規模が必要となることも少なくない。この場合は最大４０×４０×４００ｍＷ＝６４０Ｗもの消費電力に達してしまう。【０００６】
そこで、熱光学位相シフタの消費電力を低減するために、ヒータが発した熱が基板に逃げるのを防止することを目的として、光導波路の下方に位置する犠牲層を除去し、光導波路をブリッジ構造にすることが提案されている（例えば、特開２００４−３７５２４号公報［特許文献１］参照）。このような技術により、ヒータで発生させた熱を効率よく光導波路に閉じ込めて利用することができ、熱光学位相シフタの消費電力を大幅に低減することが可能である。【０００７】
さらに、最近では、より小型で高密度な集積光デバイスの実現を目指して、高Δ光導波路技術の進展が目覚しい。すなわち、光導波路コア内への光の閉じ込めを一層強め、曲げ損失を極限まで低減することにより、これまでの光導波路デバイスで冗長であった曲がり導波路を大幅に削減ないし短縮することができる。この高Δ光導波路を実現するにあたり、これまでの光導波路コア材料では限界があり、新たなコア材料としてＳｉＯＮやＳｉなどが用いられている。【０００８】
以上のように、装置性能として低消費電力かつ小型集積化が現在強く求められており、上記２つの技術、すなわちブリッジ構造による断熱化技術と、高Δ光導波路技術とが重要な技術として注目されている。【０００９】
しかし、これらの技術の組み合わせには、以下に示すような技術的課題がある。【００１０】
高Δ光導波路を実現するための光導波路コア材料は、クラッド材料とは熱膨張係数が大きく異なり、また作製プロセスもこれまでとは大きく異なる。例えば屈折率調整範囲が広く、高屈折率化に適したＳｉＯＮを光導波路コア材料として用いる場合、光通信で利用される赤外波長域１５００ｎｍ近辺にＯ−Ｈ結合やＳｉＯＮに特有のＮ−Ｈ結合に起因する赤外吸収が存在し、吸収損失が大きくなってしまう。このような吸収損失を低減するためには、１０００℃を超える温度でアニール処理を行う必要がある。このような高温アニールを行うことによりガラス膜が密になり、信頼性に優れたデバイスを作製することが可能になる。しかし、異種材料が接触する状態で高温アニールを行うために、熱膨張係数差に応じた非常に大きな残留応力が光導波路内部に発生してしまう。そのため、従来の低Δ導波路と同様のブリッジ構造を形成しても、ブリッジ化と同時に基板にて支えられていた光導波路部が自由に応力変形できるようになり、その結果、光導波路ブリッジ構造が破壊されるという問題点が発生する。破壊される部分はブリッジ構造部とそれを両端にて基板に支える固定部との接続箇所が多く、この破壊は、応力変形をしようとするブリッジ構造の力が接続箇所に集中してしまうことによるものである。しかも、上記特許文献１に実施例として具体的に記載されているように、光導波路およびヒータを含むブリッジ構造部が直線形状であると、応力変形の方向が基板に近づく方になるか離れる方になるか、または基板に平行な方向に変形するかどうかが予測できず、ブリッジ構造部が基板から分離された瞬間の周囲の状況や構造のバランスによって変形方向が異なる。したがって、たとえブリッジ構造が破壊されずに残留したとしても、低消費電力性能および高い光学特性を持つ熱光学位相シフタを安定して作製することが困難である。【００１１】
特許文献１には、ブリッジ構造部の上下方向の自由度を低減するために、ブリッジ構造部を支柱で支持することが記載されている（図３他）。【００１２】
尚、特許文献１には、光導波路コアを所望の温度に上昇させ屈折率変化を誘起できる熱が発生できれば、ヒータが曲線形状であってもよいとの記載がある（段落［００９５］）。また、特許文献１には、光導波路コアを曲線状にするとの記載がある（請求項１他））。しかしながら、特許文献１には、ブリッジ構造部を曲線形状とすることについての記載とくに高Δ光導波路を用いたブリッジ構造部を曲線形状とすることについての記載、およびブリッジ構造部の形状を特定することで残留応力の低減および構造破壊の防止を図ること特に高Δ光導波路を用いたブリッジ構造部の残留応力の低減および構造破壊の防止を図ることについての記載はない。【００１３】
一方、光通信で用いられる光導波路において、曲がり部分をリッジ構造にすることで、曲がり部分の曲率半径を小さくしても光損失が抑えられるようにすることが提案されている（例えば、特開２００４−２８７０９３号公報［特許文献２］参照）。しかしながら、特許文献２には、光導波路およびヒータを含むブリッジ構造を形成することおよび該ブリッジ構造の形状を特定することで残留応力の低減および構造破壊の防止を図ること特に高Δ光導波路を用いたブリッジ構造部の残留応力の低減および構造破壊の防止を図ることについての記載はない。
【特許文献１】特開２００４−３７５２４号公報
【特許文献２】特開２００４−２８７０９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
上記特許文献１に記載されているようにブリッジ構造部を支柱で支持することで、構造破壊抑制の機能は発揮される。しかし、更なるブリッジ構造安定化とくに高Δ光導波路を用いたブリッジ構造に好適な安定化の手法が求められている。【００１５】
本発明は、かかる技術的課題に鑑みてなされたものであって、安定した構造で、光学特性や低消費電力性能に対する悪影響が少なく、とくに高Δ光導波路を用いたブリッジ構造に好適で、作製が容易なブリッジ構造型の熱光学位相シフタ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】
【００１６】
本発明によれば、以上の如き目的を達成するものとして、
コアおよびクラッドからなる光導波路と該光導波路に付されたヒータとを含んでなる複合体を備えた熱光学位相シフタであって、
前記複合体は、空隙により基板の表面から隔てられ該基板表面に沿って配置されたブリッジ構造部と、前記基板に対して前記ブリッジ構造部を支持し該ブリッジ構造部の両端部に連なる固定部とからなり、
前記ブリッジ構造部は、前記基板の表面に沿った面内の形状が曲線形状をなすことを特徴とする熱光学位相シフタ、
が提供される。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、光導波路とヒータとを含んでなる複合体をブリッジ構造部とその両端部に連なる固定部とからなるものとし、ブリッジ構造部の基板表面に沿った面内の形状が曲線形状をなすようにしたことで、基板の束縛から解放されたブリッジ構造部が内部応力で変形した場合でも、その曲線形状の曲率半径が若干変化することによりブリッジ構造部全体で分散して変形力を吸収することが可能になる。その結果、安定な構造で低消費電力の熱光学位相シフタを実現することができる。【００１８】
本発明の一態様においては、前記ブリッジ構造部の曲線形状が円弧形状又はその組み合わせの形状である。このようにブリッジ構造部を曲率半径が一定の円弧形状またはその組み合わせからなるものとすることで、変形力をブリッジ構造部全体に亘って良好な均一性をもって分散させることができ、より安定な構造を実現することができる。【００１９】
本発明の一態様においては、前記ブリッジ構造部の円弧形状は曲率中心に対して張る角度が４５〜１８０°である。この角度範囲内であれば、円弧形状が直線から十分且つ適度に離れたものとなり、構造安定化を簡素化された構成で達成することができる。【００２０】
本発明の一態様においては、前記ブリッジ構造部の曲線形状は曲率半径が０．０５〜１ｍｍである。この範囲内であれば、ブリッジ構造部が高Δ光導波路を用いたものであっても、適度に小型化され且つ構造安定化された熱光学位相シフタを容易に作製することができる。【００２１】
本発明の一態様においては、前記光導波路は、前記コアの屈折率と前記クラッドの屈折率との差の前記コアの屈折率に対する比（Δ）が４％以上である。本発明は、このような特に高いΔの光導波路を用いた熱光学位相シフタにおいても、十分に上記目的を達成することができる。【００２２】
本発明の一態様においては、前記光導波路のクラッドがガラス材料からなる。ガラスとしては、ＢＰＳＧ（ボロンリンドープシリカガラス）、ＰＳＧ（リンドープシリカガラス）およびＮＳＧ（ノンドープシリカガラス）が例示される。ガラス材料は、緻密で安定性に優れているが、内部応力や変形力に対して脆いという難点がある。しかし、本発明は、このようなガラス材料を使用したものに対しての構造安定化の改善効果が顕著である。かくして、本発明によれば、構造安定性を確保することで、優れた点を有するガラス材料の応用範囲が広がり、低消費電力熱光学位相シフタの機能性を十分に発揮することができる。【００２３】
本発明の一態様においては、前記光導波路のコアがＳｉＯＮまたはＳｉからなる。特にシリコン系高Δ光導波路コア材料は、半導体電子デバイスにおける技術的蓄積が多く、光導波路のデバイス作製においても多くの製造技術とノウハウが生かされている。【００２４】
以上のように、光導波路には、電子デバイスにはない特有の問題もある。光導波路においてはガラス膜の膜厚が電子デバイスのそれと比較して非常に厚く、また、ブリッジ構造においては、基本的には、その両端のみで基板に対する支持を行うため、高温熱処理時に熱膨張係数差により生じる内部応力をガラス膜内部の形状変化をもって相殺する必要がある。本発明はそのような内部応力の大きな光導波路において特に有効であり、安定性・信頼性に優れた低消費電力熱光学位相シフタを実現することができる。【００２５】
本発明の一態様においては、前記ブリッジ構造部をその両端部の間において前記基板に対して支持する少なくとも１つの支持部を備える。この支持部は、ブリッジ構造部の形成のための空隙形成の際に使用される犠牲層の一部を残留させることで、容易に形成することができる。本発明の一態様においては、前記固定部と前記支持部との間または互いに隣接する２つの前記支持部の間の前記光導波路の長さが０．５〜２ｍｍである。このような支持部を設けることにより、ブリッジ構造部の長さが２ｍｍを超えて長い場合であっても、ブリッジ構造部の過度な変形を抑制して、安定な構造を維持することが可能になる。すなわち、曲がり導波路の損失を減らすために高Δ化を進めると、より光導波路内部のコア部とクラッド部との熱膨張率差および光導波路部と基板との熱膨張率差が拡大し、ブリッジ化した際に応力により破壊される可能性が高くなるが、上記支持部を設けることで、高Δ化を進めることで変形力が大きくなってもブリッジ構造を安定して保つことができ、信頼性に優れた低消費電力熱光学位相シフタを実現することができる。また、基板から光導波路部が分離しているブリッジ構造部は、その長さが長すぎると、自重などにより基板に接触する可能性が高まるが、ブリッジ構造部の長さ２ｍｍ以下の如何なる部分も支持部または固定部により直接支持されるようにすれば、ブリッジ構造部を良好に支えることができる。かくして、ブリッジ構造部が基板に接触することがなくなり、低消費電力構造を維持した熱光学位相シフタを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の低消費電力熱光学位相シフタの第１の実施形態の上面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ’断面図である。
【図３】第１の実施形態の熱光学位相シフタの作製方法の一例を説明するための工程断面図である。
【図４】本発明の低消費電力熱光学位相シフタの第２の実施形態の上面図である。
【図５】図４のＢ−Ｂ’断面図である。
【図６】第２の実施形態に関連する低消費電力熱光学位相シフタの上面図である。
【図７】本発明の低消費電力熱光学位相シフタの第３の実施形態の上面図である。
【図８】本発明の低消費電力熱光学位相シフタの第４の実施形態の上面図である。
【図９】本発明の低消費電力熱光学位相シフタの第５の実施形態の上面図である。
【図１０】本発明の低消費電力熱光学位相シフタの第６の実施形態の上面図である。
【図１１】第６の実施形態の低消費電力熱光学位相シフタを適用した第１のマッハツェンダ干渉計光回路を示す上面図である。
【図１２】第６の実施形態の低消費電力熱光学位相シフタを適用した第２のマッハツェンダ干渉計光回路を示す上面図である。
【図１３】本発明の低消費電力熱光学位相シフタの第７の実施形態の上面図である。
【図１４】本発明の低消費電力熱光学位相シフタの第８の実施形態を適用した第１のリング光共振器回路の上面図である。
【図１５】第８の実施形態を適用した第２のリング光共振器回路の上面図である。
【図１６】第８の実施形態を適用した第３のリング光共振器回路の上面図である。
【図１７】本発明の低消費電力熱光学位相シフタの第９の実施形態の断面図である。
【符号の説明】
【００２７】
１  基板
２  犠牲層
３  下側クラッド層
４  コア層
５  上側クラッド層
６  ヒータ
７  レジスト
８  溝
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。【００２９】
（実施形態１）
図１は、本発明の低消費電力熱光学位相シフタの第１の実施形態の上面図である。図２は、図１のＡ−Ａ’断面図である。図３は、本実施形態の熱光学位相シフタの作製方法の一例を説明するための工程断面図である。【００３０】
本実施形態の熱光学位相シフタの作製に際しては、まず、図３（ａ）で示されるように、Ｓｉ基板１上に、ブリッジ構造部の形成のための空隙形成の際に使用される犠牲層（たとえばＰＳＧ；リンドープシリカガラス等のガラス材料からなる）２を成膜する。ここで、基板１は、光導波路の材料や最終製品スペック等により適宜その材質を変更することができ、例えばガラス基板やポリマー基板であってもよい。犠牲層２の成膜後、その上に光導波路を形成するために、下側クラッド層［下クラッド］（たとえばＢＰＳＧ；ボロンリンドープシリカガラスからなる）３および光導波路コア層［コア］（たとえばＳｉＯＮまたはＳｉからなる）４を成膜する。コア層４は実現したい光回路に合わせてフォトリソグラフィと反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）とによりパターニングされる。コア層４は、ブリッジ構造の部分［ブリッジ構造部］においては、図１に示すような半円弧形にパターニングされる。光導波路コア４のパターニング後、上側クラッド層［上クラッド］（たとえばＢＰＳＧ等のガラス材料からなる）５を成膜する。これにより、光回路の作製が完了する。【００３１】
例えば、Δ５％程度（上下クラッド層屈折率１．４５に対してＳｉＯＮコア層屈折率１．５３程度）の高Δ光導波路を形成する場合、上下クラッド層３，５は膜厚８μｍ、コア層４は膜厚２μｍおよび幅２μｍ（すなわち光導波路の延在方向と直交する断面における寸法が２μｍ角）に設定される。上記半円弧形の曲率半径は例えば６００μｍとする。これによれば、曲がり損失はほとんど発生しない。犠牲層２の膜厚は、低消費電力性能に大きく影響を与えるが、例えば３μｍに設定される。これにより、この熱光学位相シフタを例えばマッハツェンダ型光スイッチに適用した場合、必要な消費電力を従来の約１／２０（約２０ｍＷ）にすることができる。【００３２】
また、上側クラッド層５の表面には、光導波路コア加熱用の薄膜金属ヒータ６が光導波路コア層４に沿って形成される。これにより、コア層４および上下クラッド層３，５からなる光導波路と該光導波路に付されたヒータ６とを含んでなる複合体が形成される。ヒータ６として、コア層４に対応する曲率半径の半円弧形状で、長さ約１．９ｍｍ、幅５μｍ、厚さ０．３μｍのものを形成することができる。尚、ヒータ６の金属材料としては、例えばクロムやチタン、白金、金、アルミニウム、ＴｉＮ、ＴａＮなどの半導体デバイスに通常良く用いられる材料を単独で又は任意に組み合わせて用いることができる。【００３３】
さらに、図３（ｂ）で示されるように、上側クラッド層５の表面に薄膜金属ヒータ６をも覆うようにレジスト７を付与し、これをパターニングすることでエッチングマスクを形成する。このマスクを用いてＲＩＥ（反応性イオンエッチング）を行うことで、半円弧形状の光導波路コア層４の両脇に、上側クラッド層５および下側クラッド層３を貫通して犠牲層２にまで届くような溝８を形成する。溝の幅は例えば１００μｍ以上あればよく、これにより両脇の溝８に挟まれて残留する光導波路の熱が空気伝熱により隣接するクラッド層部分に伝達され吸収されるのを十分に阻止することができる。光導波路部の幅は、狭いほど消費電力低減に有利であるが、パターニングエラーの影響等や犠牲層エッチングプロセスの影響等も考慮して、例えば１５μｍに設定する。【００３４】
引き続いて、図３（ｂ）および図３（ｃ）で示されるように、溝８に対応する領域及び光導波路部直下の領域の犠牲層２を除去する。本実施形態では、犠牲層２の材料としてＰＳＧを用い、上下クラッド層３，５の材料としてＢＰＳＧを用いる場合には、犠牲層エッチングのエッチング液としては緩衝フッ化水素酸水溶液（ＢＨＦ）が最適である。【００３５】
以上のようにしてＢＨＦでの犠牲層２のエッチングが完了すると、光導波路および該光導波路に付されたヒータ６を含んでなる複合体は、空隙により基板１の表面から隔てられ該基板表面に沿って配置されたブリッジ構造（ブリッジ構造部）を形成する。該ブリッジ構造部は、基板１の表面に沿った面内の形状が曲線形状とくに円弧形状とくに半円弧形状をなす。図３（ｃ）は、図２と実質的に同一である。【００３６】
一方、図１に示されているように、円弧形状のブリッジ構造部の両端部は、光導波路および該光導波路に付されたヒータ６を含んでなる複合体の他の部分である固定部に連なっている。この固定部は、基板１に対してブリッジ構造部を支持している。円弧形状ヒータ６の両端部は、固定部にまで延長しており、ここで矩形の電極パッドの形態に形成されている。【００３７】
以上のようにして作製される熱光学位相シフタにおいては、ブリッジ構造部が基板１の表面に沿った面内の形状が半円弧形状であるので、その作製の際にブリッジ構造部が空隙により基板１の表面から隔てられた時にも、応力は半円弧形状のブリッジ構造部の全体に亘って均等に分散して開放され、かくしてブリッジ構造部の破壊が抑制される。また、その作製の際の洗浄工程後の乾燥工程においても、既に応力開放がされているため高い応力が発生し難く、かくして十分に所要の構造を維持したままでブリッジ化することができる。【００３８】
これに対して、上記特許文献１のように、ブリッジ構造部が直線形状であると、その作製の際にブリッジ構造部が空隙により基板の表面から隔てられた時に、ブリッジ構造部の両端部すなわち基板に支えられている部分に大きな力が加わり、ブリッジ構造部が破壊されることがある。また、一部のブリッジ構造部が破壊されずに残ったとしても、その後の洗浄工程を経て空隙から液体を除去し乾燥する際に、液体の表面張力でブリッジ構造部に変形力がさらに加わることで破壊されることがある。かくして、高Δ光導波路の場合には安定してブリッジ構造を形成することができない。【００３９】
（実施形態２）
図４は、本発明の低消費電力熱光学位相シフタの第２の実施形態の上面図である。図５は、図４のＢ−Ｂ’断面図である。【００４０】
本実施形態は、上記第１の実施形態と同様なブリッジ構造部を、その両端部の間において基板に対して支持する支持部（柱構造）を備えている。すなわち、ブリッジ構造部の一部が柱構造を介して基板と接続されている。このような柱構造は、図４に示されているように、半円弧形状のブリッジ構造部の中央部に幅広の部分を形成しておき、犠牲層エッチング時間を適宜選択することで、この幅広部分の直下に形成することができる。この柱構造は、次のような理由で設けられる。すなわち、高Δ光導波路の熱光学位相シフタにおいて、設計上の理由などからブリッジ構造部を連続して２ｍｍより長く形成したい場合に、そのまま形成するとブリッジ構造部の自重や乾燥工程時の液体の表面張力などで、ブリッジ構造部が基板に接触してしまうことがある。これを回避するために柱構造を設ける。例えば、図４に示す半円弧形状のブリッジ構造部の曲率半径が１ｍｍである場合には、ブリッジ構造部の長さは約３ｍｍになる。そこで、ブリッジ構造部において、如何なる長さ２ｍｍの部分も少なくとも１つの支持部により直接支持されるように、長手方向に関する中央（すなわち両端から約１．５ｍｍの位置）に柱構造を設けてブリッジ構造部を支持する。これは、ブリッジ構造部の支持という観点からは、仮想的に、図６に示すような１／４円弧形状のブリッジ構造部を２つ組み合わせたものと同等である。ただし、断熱性を考慮すると柱構造を用いた方が最小限の消費電力増加で済むため、本実施形態の構造を用いることが好ましい。【００４１】
（実施形態３）
図７は、本発明の低消費電力熱光学位相シフタの第３の実施形態の上面図である。【００４２】
図１の実施形態のブリッジ構造部の形状に関しては、十分に構造上の安定性が得られるが、光導波路の曲率半径が変化する部分であるブリッジ構造部の両端部において変形力が若干集中する現象が発生する。特に内部応力の大きい高Δ光導波路における構造破壊リスクを最小限にとどめるために、図７に示すように、ブリッジ構造部の両端部を中央部の方に向かって幅が細くなるようなテーパー形状にすることが好ましい。このテーパー形状は、図７に示すような定率幅減少型のもの以外にも、指数関数的幅減少型のものや、階段的幅減少型のものなどであってもよい。いずれのテーパー形状も、構造安定化の効果がある。【００４３】
（実施形態４）
図８は、本発明の低消費電力熱光学位相シフタの第４の実施形態の上面図である。【００４４】
本実施形態では、ブリッジ構造部が半円弧形状の曲線形状部分とその両端にそれぞれ連なる２つの直線形状部分（直線部）とからなる。曲線形状部分で十分に応力変形を吸収できる場合には、ブリッジ構造部に直線部が含まれていても変形力が両端部に集中することはなく、十分な構造安定性を実現することができる。これは特に、熱光学位相シフタの長さを長くし、かつ曲率半径が小さな曲線形状の光導波路を用いて光回路サイズを小さくしたい場合に適しており、小型・高集積光デバイスを実現するのに好ましい形態である。【００４５】
（実施形態５）
図９は、本発明の低消費電力熱光学位相シフタの第５の実施形態の上面図である。【００４６】
本実施形態では、曲線形状のブリッジ構造部は、曲率半径が一定ではなく、光導波路の光伝搬の方向すなわちブリッジ構造部の延在方向に沿って変化（図９には互いに異なる曲率半径Ｒ，Ｒ’が示されている）していく形状となっている。本実施形態では、応力分散はブリッジ構造部の部位で異なるため、図１の実施形態に比較すれば、破壊のリスクが増加することとなるが、光回路の高集積化を進めるためには設計に自由度がある方が好ましく、本実施形態のような設計をすることも可能である。但し、上記特許文献１のものと比較すれば、飛躍的に構造安定性が高められている。【００４７】
（実施形態６）
図１０は、本発明の低消費電力熱光学位相シフタの第６の実施形態の上面図である。【００４８】
本実施形態では、曲線形状のブリッジ構造部は、一定の曲率半径Ｒの円弧形状であり、その曲率中心に対して張る角度θは上記の実施形態のもの（例えば１８０°または９０°）より小さい。この角度θは、例えば４５°とすることができる。ある曲率半径を有しているため、基板との応力関係によって変わるが、十分な弧の長さがあれば、円弧の中心に向かう方向あるいは逆方向に応力変形を分散することが可能である。本実施形態の構造は、特に図１１や図１２に示すような光スイッチや可変光減衰器に用いられるマッハツェンダ干渉計において有効である。すなわち、大規模光スイッチマトリックスを実現する際には、多数のマッハツェンダ干渉計を並列配置する。そのためには、単に配置上の効率のみを考えれば、マッハツェンダ干渉計の２つのアーム導波路は直線形状であるほうが好ましい。しかし、直線形状では応力変形による構造破壊を防止した所要長さのブリッジ構造部の形成には限界があるため、応力変形を分散できる本実施形態のような円弧形状のブリッジ構造部からなるアーム構造とするのが好ましい。全てのマッハツェンダ干渉計を緩やかな円弧形状のブリッジ構造部を用いたものとすることで、直線形状アーム導波路を用いたマッハツェンダ干渉計に比べて遜色のない小型・集積化を実現することができる。【００４９】
（実施形態７）
図１３は、本発明の低消費電力熱光学位相シフタの第７の実施形態の上面図である。【００５０】
本実施形態では、円弧形状ブリッジ構造部を２つ接続したＳ字形状をとっており、Ｓ字中間部の変曲点にブリッジ構造部を支持する上記のような柱構造を形成している。これは、実施例６におけるマッハツェンダ干渉計の光伝搬方向に対する幅方向のサイズを縮小するのに有用な構造である。デバイスサイズの設計指針によって、図１１のように長手方向のサイズを縮小するか、図１３のように幅方向のサイズを縮小するかの、選択の範囲を広げることができ、より適切な小型化・高集積化を実現することが可能になる。【００５１】
（実施形態８）
図１４は、本発明の低消費電力熱光学位相シフタの第８の実施形態の上面図である。【００５２】
本実施形態では、高Δ光導波路の機能性光回路として非常に有用なリング共振器導波路への適用が示されている。半円形状導波路部の長さを適切に設計することで、応力変形をリング導波路部で吸収することができ、安定した構造と光特性とを実現することができる。例えば、リングのＦＳＲ（Free Spectral Range）＝ｃ／（ｎｅｆｆ×Ｌ）、（ｃ：光速、ｎｅｆｆ：導波路実効屈折率、Ｌ：リング導波路全長）を１００ＧＨｚに設計した場合、光導波路の実効屈折率が１．５とすると、半円分のリング導波路長さは約１ｍｍ（リング導波路全長は約２ｍｍ）となる。この実施形態によれば、半円部の長さが２ｍｍ以下であれば、十分な変形応力開放が行われ、かつブリッジ形状も安定して保つことができる。また、本実施形態において、ＦＳＲ＝２５ＧＨｚのリング共振器を作りたい場合などは、半円部のブリッジ形状導波路長が約４ｍｍ（リング導波路全長は約８ｍｍ）となる。この場合、ブリッジ構造部を良好に支持するために、図１５に示すように各半円部の中央に上記のような柱構造を設けることができる。また、図１６に示すように、各半円部の２箇所に柱構造を形成することも可能である。但し、なるべく柱構造による支持部の数を減らした方が低消費電力性能の観点からは、好ましい。【００５３】
（実施形態９）
図１７は、本発明の低消費電力熱光学位相シフタの第９の実施形態の断面図である。【００５４】
本実施形態では、光導波路コア層の材料としてＳｉを用いている。図１７（ａ）は、チャネル型光導波路を用いたものであり、コアへの光閉じ込めが非常に強く、小型・高集積光デバイスに適している。図１７（ｂ）は、リブ型光導波路を用いたものであり、ＳｉＯＮと同等の光閉じ込め効果に留まるが、伝搬損失はチャネル型光導波路に比べて小さい。また、Ｓｉの屈折率温度依存性はＳｉＯＮの屈折率温度依存性より１０倍以上大きいため、本実施形態のような低消費電力構造を取り入れることで非常に優れた低消費電力性能を実現することができる。Ｓｉコア導波路は結晶欠陥が少ないＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ  ｏｎ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板を用いて作製される。この場合、犠牲層はシリコン基板からなり、下側クラッドはＢＯＸ（Ｂｕｒｉｅｄ  Ｏｘｉｄｅ）層からなり、コア層の光回路パターニング後に上側クラッド層を成膜して埋め込み導波路を形成する。その後、金属細線ヒータを形成する。ブリッジ構造形成方法は図３の実施形態と同様であり、光導波路パターンの両脇にシリコン基板にまで到達する溝をＲＩＥにて形成し、シリコン基板の選択エッチングを行う。選択エッチングは基板水平方向にもエッチングが進む等方性である必要があり、例えばフッ硝酸酢酸溶液によるウェットエッチングなどが利用できる。【００５５】
本願は、２００７年３月９日に日本国特許庁に出願された日本国特許出願である特願２００７−６０１６７号を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。
【図１】
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【図２】
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【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】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【国際調査報告】
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