(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を導波する高屈折率領域（６）と、前記高屈折率領域より屈折率が低いギャップ部（５）とを有するコア部（４）を備え、
ギャップ部は、前記光の導波方向に沿って形成され、前記高屈折率領域を幅方向に２つの部分領域（６ａ、６ｂ）に分離し、
前記コア部は、前記導波方向の先端（１２ａ）に向かって前記部分領域の幅が狭くなる主テーパ部（１２）を有し、前記主テーパ部において前記光のモードフィールドが前記高屈折率領域の外の領域に拡がり、先端方向に向かってスポットサイズが徐々に拡大するように構成され、
前記ギャップ部は一定幅に形成されていることを特徴とする光導波路素子（１０）。
【請求項２】
前記ギャップ部の先端（５ａ）の導波方向の位置は、前記部分領域の先端（６ｃ）より先端方向側であることを特徴とする請求項１に記載の光導波路素子。
【請求項３】
前記高屈折率領域より屈折率が低い低屈折率コア（７、２７）が、前記コア部を覆って設けられ、
前記低屈折率コアは、前記部分領域の先端（６ｃ）よりさらに先端側に形成された先端側領域（１３）を有することを特徴とする請求項１または２に記載の光導波路素子。
【請求項４】
前記低屈折率コア（２７）よりも屈折率が低く前記低屈折率コアを覆う外側コア（２８）をさらに備え、
前記低屈折率コアは、前記コア部の主テーパ部より先端側に、先端（３４ａ）に向かって幅が狭くなる第２テーパ部（３４）を有し、前記第２テーパ部において先端方向に向けて光のモードフィールドが前記第２テーパ部の外の領域に拡がるように構成され、
前記外側コアは、前記低屈折率コアの先端よりさらに先端側に形成された先端側領域（３７）を有することを特徴とする請求項３に記載の光導波路素子。
【請求項５】
前記第２テーパ部は、先端（３５ａ）に向かって幅が狭くなる下段テーパ部（３５）と、前記下段テーパ部の上に形成されて先端（３６ａ）に向かって幅が狭くなる上段テーパ部（３６）とを有し、
前記下段テーパ部の先端の導波方向の位置は、前記上段テーパ部の先端よりも先端側であることを特徴とする請求項４に記載の光導波路素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光導波路を有する光導波路素子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光通信で伝送される情報量は増加の一途をたどっている。こうした情報量の増加に対応するため、信号速度の高速化、波長多重通信によるチャンネル数の増加、といった対策が進められているが、これに伴い、光通信設備の大型化、複雑化、高額化という問題が生じている。
光通信設備が使用される通信キャリア局舎やデータセンター等では、コンピュータやルータ等の情報機器を動作させる電力に加え、機器の発熱により冷却設備にも無視できない電力が必要となる。このため、近年の環境問題への対応の必要から、消費電力削減が大きな課題となっている。
こうした課題に対して、シリコン（Ｓｉ）などの屈折率の高い材料を用いた光導波路素子の使用が検討されている。
媒質中の光の波長はその媒質の屈折率に反比例するため、屈折率が高い材料を使用すると、光導波路のコア幅などの寸法を小さくできる。また、高屈折率材料（シリコン等）に対し屈折率が大きく異なるシリカ等をクラッドとすることで、閉じ込めが強い光導波路が得られ、曲げ半径を小さくすることができ、光導波路素子の小型化が可能となる。
さらに、シリコン等を用いた光導波路素子では、従来のＣＰＵ、メモリ等の半導体デバイス製造で使用する半導体プロセスに関する技術・装置と共通の要素が多く、低コスト化を図ることができる。また、従来の半導体デバイスとの同一基板上での集積も可能である。
このように、シリコン等を用いた小型かつ低価格の光導波路素子の実現により、情報通信機器で使用している電気処理の一部を光で置き換えることにより、システム全体の消費電力を削減する可能性が議論されている。
【０００３】
光導波路素子としては、シリコン等からなるコアの幅方向中央に、導波方向に沿って低屈折率のギャップ部が設けられたものがある（例えば特許文献１参照）。
特許文献１には、この光導波路素子を外部と接続することについての記載はないが、この光導波路素子の高屈折率材料（シリコン等）を用いた導波路は、一般的な光ファイバなどの光伝送体とはモードフィールド径が大きく異なるため、これらを直接接続すると大きな損失が生じてしまうことがある。
特許文献２に記載の光導波路素子では、損失低減のため、コア幅が先端方向に向かって狭くなっているテーパ状の導波路構造が採用されているが、特許文献２には、コアにギャップ部を形成した場合に低損失を実現できる構造は提示されていない。
特許文献３には、コアの幅方向中央に、導波方向に沿ってスロットが形成された光導波路素子が開示されている。この光導波路素子では、スロットの両端部における反射を利用したレーザ発振により発光強度を高めている。この光導波路素子では、スロットを先細り形状とすることで端部での反射を低減できる。
しかしながら、この光導波路素子では、コアとクラッドの屈折率差が大きい場合（例えばコアがＳｉ、クラッドがＳｉＯ２からなる場合）に、スロット端部での損失が大きくなりやすく、これを避けるにはスロット端部に高精度の微細加工が必要となるが、精度の高い加工は容易ではない。また、スロットにより分離されたコア部分に電圧を印加すると、スロットがない部分を経由したリーク電流が生じる可能性がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第２００９／１０７８１１号
【特許文献２】特開２００４−１８４９８６号公報
【特許文献３】特開２００６−３３２１３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、ギャップ部を有する光導波路を低損失で外部の光伝送体（光ファイバ等）に接続することができ、しかも製造が容易な光導波路素子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】
【０００６】
本発明の光導波路素子は、光を導波する高屈折率領域と、前記高屈折率領域より屈折率が低いギャップ部とを有するコア部を備え、ギャップ部が、前記光の導波方向に沿って形成され、前記高屈折率領域を幅方向に２つの部分領域に分離し、前記コア部が、前記導波方向の先端に向かって前記部分領域の幅が狭くなる主テーパ部を有する光導波路素子である。
【０００７】
本発明の光導波路素子は、先端に向かって部分領域の幅が狭くなる主テーパ部を有するので、主テーパ部において光の閉じ込めは先端方向に向けて徐々に弱くなり、モードフィールドは高屈折率領域の外の領域に拡がる。
このため、高屈折率領域の先端に達した光のモードフィールドにおいて、高屈折率領域の占める割合は、高屈折率領域がテーパ状でなく一定幅である場合と比較して相対的に小さくなっており、光が高屈折率領域先端より先方に伝搬する際に生じる、構造の変化による光の反射や散乱を低減することができ、結果として、導波方向に伝搬する光の損失を低減することができる。よって、その前方に配置した外部の光伝送体（光ファイバ等）と光導波路を、低損失に接続することができる。
また、部分領域がギャップ部に接して形成されているため、製造に際し条件設定が容易である。例えば、高精度加工が要求される鋭角形状のレジストを用いる必要がないため、部分領域の製造条件の設定が容易である。従って、テーパ状の部分領域を高精度かつ容易に形成することができる。
本発明では、２つの部分領域がギャップ部により互いに分離されているため、導電性材料で構成した部分領域間に電圧を印加する場合には、部分領域間のリーク電流を抑止できる。
【０００８】
本発明の光導波路素子は、前記高屈折率領域より屈折率が低い低屈折率コアが、前記コア部を覆って設けられ、前記低屈折率コアが、前記部分領域の先端よりさらに先端側に形成された先端側領域を有することが好ましい。
【０００９】
この構造によれば、高屈折率領域を伝搬する過程で外の領域に拡がった光は、低屈折率コアを中心とする領域に閉じ込められて先端側領域内を導波し、接続先である外部の光伝送体（光ファイバ等）に導入される。
従って、外部の光伝送体（光ファイバ等）に応じたモードフィールドが得られるよう低屈折率コアを設計することによって、外部の光伝送体（光ファイバ等）に対して、より低損失の接続を実現できる。
【００１０】
前記ギャップ部の先端の導波方向の位置は、前記部分領域の先端と同じ、またはこれより先端方向側とすることができる。
ギャップ部の先端位置を部分領域の先端より先端側とすると、高屈折率領域およびギャップ部を形成する際のフォトマスクの位置ずれ等によりギャップ部の先端が設計位置からずれた場合でも、確実に部分領域を互いに分断することができる。
【００１１】
本発明の光導波路素子は、前記低屈折率コアを覆う外側コアをさらに備え、前記低屈折率コアは、前記コア部の主テーパ部より先端側に、先端に向かって幅が狭くなる第２テーパ部を有し、前記外側コアが、前記低屈折率コアの先端よりさらに先端側に形成された先端側領域を有する構成とすることができる。
この構成によれば、光が第２テーパ部より先方に伝搬する際に生じる反射や散乱を低減し、光の損失を低減できる。
また、先端側領域内で外部の光伝送体（光ファイバ等）に応じたモードフィールドが得られるように外側コアを設計することによって、外部の光伝送体（光ファイバ等）に対する低損失の接続を実現できる。
【００１２】
前記第２テーパ部は、先端に向かって幅が狭くなる下段テーパ部と、前記下段テーパ部の上に形成されて先端に向かって幅が狭くなる上段テーパ部とを有し、前記下段テーパ部の先端の導波方向の位置が、前記上段テーパ部の先端よりも先端側である構成とすることができる。
これによって、この光導波路素子を低損失で外部の光伝送体（光ファイバ等）に接続できる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、先端に向かって部分領域の幅が狭くなる主テーパ部を有するので、主テーパ部において光の閉じ込めは先端方向に向けて徐々に弱くなり、モードフィールドは高屈折率領域の外の領域に拡がる。
このため、高屈折率領域の先端に達した光のモードフィールドにおいて、高屈折率領域の占める割合は、高屈折率領域がテーパ状でなく一定幅である場合と比較して相対的に小さくなっている。このため、光が高屈折率領域先端より先方に伝搬する際に生じる、構造の変化による光の反射や散乱を低減することができ、結果として、導波方向に伝搬する光の損失を低減することができる。よって、その前方に配置した外部の光伝送体（光ファイバ等）と光導波路を、低損失に接続することができる。
また、部分領域がギャップ部に接して形成されているため、製造に際し条件設定が容易である。例えば、高精度加工が要求される鋭角形状のレジストを用いる必要がないため、部分領域の製造条件の設定が容易である。従って、テーパ状の部分領域を高精度かつ容易に形成することができる。
本発明では、２つの部分領域がギャップ部により互いに分離されているため、導電性材料で構成した部分領域間に電圧を印加する場合には、部分領域間のリーク電流を抑止できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】第１実施形態の光導波路素子を模式的に示す斜視図である。
【図２】図１および図３のＡ１−Ａ１断面図である。
【図３】図２のＡ２−Ａ２断面図である。
【図４】シミュレーションに用いた光導波路素子の断面構造を示す図である。
【図５】シミュレーションに用いた光導波路素子の断面構造を示す図である。
【図６】第２実施形態の光導波路素子の断面図である。
【図７】図６のＢ１−Ｂ１断面図である。
【図８】第２実施形態の光導波路素子の断面図である。
【図９】第３実施形態の光導波路素子を模式的に示す斜視図である。
【図１０】前図のＡ３−Ａ３断面図である。
【図１１】第４実施形態の光導波路素子の断面図である。
【図１２】主テーパ部の他の例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。
なお、以下の図面においては、ＸＹＺ直交座標系を設定し、ＸＹＺ直交座標系を参照しつつ各部材の位置関係について説明する場合がある。この場合においては、光の導波方向をＹ方向、該導波方向と直交する光導波路の幅方向をＸ方向、Ｘ方向及びＹ方向と直交する高さ方向をＺ方向と称する。
光導波路は基板上に形成されるため、Ｘ方向とＹ方向は基板と平行な方向であり、Ｚ方向は基板と垂直な方向である。
なお、以下の実施形態では、コアがＹ方向に延在する直線光導波路を例示するが、コアが湾曲した曲がり光導波路であっても良い。
【００１６】
［第１の実施の形態］
図１は、本発明の第１実施形態にかかる光導波路素子１０を模式的に示す斜視図である。図２は、光導波路素子１０のＸＺ平面における断面図であり、図１および図３のＡ１−Ａ１断面図である。図３は、ＸＹ平面における図２のＡ２−Ａ２断面図である。なお、先端方向とは図３における左方であり、以下、この方向を前方といい、その反対方向（図３における右方）を後方ということがある。
図１および図２に示すように、光導波路素子１０は、基板１上に光導波路２が形成された光導波路素子であり、先端面１０Ｂにおいて他の光伝送体（光ファイバ等）と接続できる。本実施形態では、ＳＯＩ基板を加工して光導波路素子１０を作製することを想定する。
【００１７】
基板１は、例えばシリコン（Ｓｉ）からなる。
光導波路２は、下部クラッド３と、コア部４（第１のコア）と、コア部４を覆って設けられた低屈折率コア７（第２のコア）と、低屈折率コア７の外面を覆って形成された上部クラッド８とを有する。
【００１８】
下部クラッド３は、コア部４の高屈折率領域６よりも屈折率が低い材料からなり、例えばＳｉＯ２等を使用することができる。下部クラッド３には、酸窒化シリコン（ＳｉＯｘＮｙ）あるいは窒化シリコン（ＳｉｘＮｙ）などを使用することも可能である。
下部クラッド３は、コア部４からの漏光が生じないように十分に厚く形成する必要がある。下部クラッド３の厚みは２〜３μｍ、またはそれ以上であることが好ましい。本実施形態では、ＳＯＩ基板のＳｉＯ２層をそのまま利用できる。
【００１９】
コア部４は、高屈折率領域６と、高屈折率領域６を幅方向に２つの部分領域、すなわち第１部分領域６ａと第２部分領域６ｂとに分離するギャップ部５とを有する。
高屈折率領域６は、下部クラッド３、上部クラッド８よりも高い屈折率を有する材料、例えばシリコン（Ｓｉ）を使用できる。本実施形態では、ＳＯＩ基板の最上層であるシリコン（Ｓｉ）層をエッチング等により加工することで高屈折率領域６を形成することができる。
【００２０】
部分領域６ａ、６ｂには、適宜不純物（ドーパント）を添加することにより、それぞれＰ型またはＮ型の導電性を付与することができる。
導電性を付与する不純物は、母体媒質に応じて適宜選択して用いることができる。
例えば、母体媒質がＳｉ等のＩＶ族半導体である場合には、Ｐ型極性を与える添加物としてホウ素（Ｂ）等のＩＩＩ族元素が使用できる。また、Ｎ型極性を与える添加物としてリン（Ｐ）やヒ素（Ａｓ）等のＶ族元素が挙げられる。
【００２１】
部分領域６ａ、６ｂの一方をＰ型とし、他方をＮ型とすることによって、コア部４内にＰＩＮ結合を構成することができる。
部分領域６ａ、６ｂにそれぞれ電極パッドに電気的に接続し、電極パッドに電圧を印加することによって、部分領域６ａ、６ｂに電荷を蓄え、キャリア密度変化により屈折率の変化を誘起し、光導波路素子１０の光学特性を変化させることが可能となる。
なお、本発明では、部分領域６ａ、６ｂに極性が反対の導電性を付与すること、および電極パッドを設けることは必須の構成ではなく、部分領域６ａ、６ｂへの電圧印加は行わなくてもよい。
【００２２】
コア部４は、先端１２ａ（先端４ａ）に向かって幅が狭くなる主テーパ部１２を有する。
主テーパ部１２は、部分領域６ａ、６ｂの幅が先端１２ａに向かって狭くなるよう形成されている。図示例の部分領域６ａ、６ｂの外側面６ｄ、６ｄは光の導波方向（Ｙ方向）に対し一定角度で傾斜している。
【００２３】
図３に示すように、部分領域６ａ、６ｂの先端６ｃは先鋭な鋭角形状であることが好ましい。なお、先端６ｃの形状はこれに限らず、微小な幅の先端面（図示略）を有してもよい。先端６ｃの幅を十分に小さくすることによって、先端６ｃにおける光の散乱を低減することができる。
この例では、ギャップ部５を挟んで対向する部分領域６ａ、６ｂは互いに鏡映対称形であり、光の導波方向（Ｙ方向）の位置が同じであれば幅も互いに同じとなっている。なお、部分領域６ａ、６ｂは鏡映対称形に限定されない。部分領域６ａ、６ｂが鏡映対称形でない場合でもその機能が損なわれることはない。
部分領域６ａ、６ｂおよびギャップ部５はそれぞれ断面矩形とすることができる。
部分領域６ａ、６ｂの先端６ｃの導波方向（Ｙ方向）位置は、ギャップ部５の先端５ａの導波方向（Ｙ方向）の位置とほぼ同じとすることができる。
【００２４】
高屈折率領域６（部分領域６ａ、６ｂ）が十分な幅をもつ範囲では、光は主として高屈折率領域６（部分領域６ａ、６ｂ）内を伝搬する。
主テーパ部１２においては、部分領域６ａ、６ｂの幅が徐々に狭くなるため、先端方向に向けて光の閉じ込めが徐々に弱くなり、モードフィールドが部分領域６ａ、６ｂ外の領域に拡がっていくため、光を低損失でコア部４から低屈折率コア７に移行させることができる。
主テーパ部１２は、先端方向に向かってスポットサイズを徐々に拡大するスポットサイズ変換部として機能する。
なお、部分領域６ａ、６ｂの幅が大きい範囲では、幅の小さくなる先端方向に向けて光が集中する部分の存在する場合もあるが、素子先端に向かって部分領域６ａ、６ｂの幅がさらに狭くなると、光の分布は次第に部分領域６ａ、６ｂの外に拡がるようになる。
【００２５】
ギャップ部５は、光の導波方向（Ｙ方向）に沿って設けられている。
図示例では、ギャップ部５は一定幅に形成されている。なお、ギャップ部５は幅が不均一であってもよく、例えば先端に向かって徐々に幅が狭くなる形状であってもよいし、先端に向かって徐々に幅が広くなる形状であってもよい。
【００２６】
ギャップ部５には、高屈折率領域６よりも屈折率が低い材料、例えばＳｉＯ２等を使用することができる。
ギャップ部５には、酸窒化シリコン（ＳｉＯｘＮｙ）あるいは窒化シリコン（ＳｉｘＮｙ）などを使用することも可能であり、例えば、酸窒化シリコン（ＳｉＯｘＮｙ）では、組成比ｘ：ｙを制御することで、製造段階において屈折率を制御することが可能である。具体的には、屈折率が約１．５に調整された酸窒化シリコンや、屈折率が約２．０に調整された窒化シリコン等が使用できる。
【００２７】
前述したように、部分領域６ａ、６ｂを、導電性を有する材料で構成する場合には、ギャップ部５は、高屈折率領域６よりも電気伝導率の低い材料から構成することで利点がある。
すなわち、部分領域６ａと部分領域６ｂとが高抵抗のギャップ部５によって電気的に分離されるため、これらの間のリーク電流を抑止し、部分領域６ａと部分領域６ｂとの間に高い電圧をかけることが可能となる。
例えば、本実施形態では部分領域６ａ、６ｂとしてそれぞれＰ型およびＮ型のシリコンを用い、両者の間に電圧を加えることで、キャリアプラズマ効果による屈折率変化を利用して光学特性を可変に制御することができる。また、ギャップ部５によって部分領域６ａ、６ｂ間のリーク電流を抑止することができるため、発熱増加による影響の減少や消費電力の低減を図ることができる。
また、ギャップ部５の形成によって、単一偏光状態に単一モードしか存在しないという条件を保持しながら、コア部４におけるモードフィールド径を大きくできる。このため、製造プロセスにおいて生じる不可避のコア部４側面の粗面化が光学特性に与える影響（散乱損失）を抑制することができる。
【００２８】
低屈折率コア７は、コア部４の上面４ａ（高屈折率領域６およびギャップ部５の上面）および側面（高屈折率領域６の外側面６ｄ）を覆って形成される。
図示例の低屈折率コア７は導波方向（Ｙ方向）に一定の幅となっている。
低屈折率コア７には、高屈折率領域６よりも低い屈折率を有する材料が用いられる。低屈折率コア７には、酸窒化シリコン（ＳｉＯｘＮｙ）あるいは窒化シリコン（ＳｉｘＮｙ）などを使用することができ、例えば、酸窒化シリコン（ＳｉＯｘＮｙ）では、組成比ｘ：ｙを制御することで、製造段階において屈折率を制御することが可能である。低屈折率コア７には、ＳｉＯ２等を使用することもできる。
【００２９】
低屈折率コア７は、部分領域６ａ、６ｂの先端６ｃよりさらに先端側に形成された先端側領域１３を有する。低屈折率コア７の先端側領域１３は光が導波する第２のコアとして機能させることができる。
下部クラッド３および上部クラッド８は第２のコアを囲むクラッドとして機能するため、低屈折率コア７は、下部クラッド３および上部クラッド８よりも屈折率の高い材料からなることが好ましい。
図２に示すように、低屈折率コア７は、上面７ａおよび側面７ｂが上部クラッド８に覆われ、下面７ｃが下部クラッド３に覆われるため、低屈折率コア７では、上下および両側方から光が閉じ込められる。
【００３０】
光導波路素子１０の先端面１０Ｂにおける、外部の光伝送体（光ファイバ等）（図示略）との結合効率は、低屈折率コア７、下部クラッド３および上部クラッド８からなる導波路のモードフィールドと、前記接続対象の光ファイバ等の形状や位置によって決まる。
このため、低屈折率コア７の形状は、下部クラッド３および上部クラッド８を含めた導波路が、接続対象の光伝送体（光ファイバ等）に適合するように設計される。
なお、コア部４および低屈折率コア７の幅方向位置は、上部クラッド８の幅方向位置の中央とするのが好ましいが、必要に応じて上部クラッド８の幅方向中央位置からずらして形成してもよい。
【００３１】
低屈折率コア７を有する構成によれば、高屈折率領域６を伝搬する過程で外の領域に拡がった光は、低屈折率コア７を中心とする領域に閉じ込められて先端側領域１３内を導波し、接続先である外部の光伝送体（光ファイバ等）に導入される。
従って、先端側領域１３内で外部の光伝送体（光ファイバ等）に応じたモードフィールドが得られるように低屈折率コア７を設計することによって、外部の光伝送体（光ファイバ等）に対して、より低損失の接続を実現できる。
【００３２】
上部クラッド８は、低屈折率コア７よりも低い屈折率を有する材料、例えばＳｉＯ２等からなることが好ましい。上部クラッド８には、酸窒化シリコン（ＳｉＯｘＮｙ）あるいは窒化シリコン（ＳｉｘＮｙ）などを適用することも可能である。
上部クラッド８は、低屈折率コア７の上面７ａおよび側面７ｂを覆って形成される。
なお、空気層（屈折率：１）を上部クラッド８として機能させることもできる。
【００３３】
光導波路素子１０の各層を構成する材料の一例としては、基板１がＳｉ、下部クラッド３、ギャップ部５および上部クラッド８がＳｉＯ２、高屈折率領域６がＳｉ、低屈折率コア７がＳｉＯＮとする組み合わせを挙げることができる。
【００３４】
光導波路素子１０は、基端面１０Ａで、同様の端面を有する他の素子に接続される。
光導波路素子１０の先端面１０Ｂは、外部の光伝送体（光ファイバ等）（図示略）に接続され、光結合される。
【００３５】
［光導波路素子の製造方法］  
次に、光導波路素子１０を製造する方法の一例について説明する。
下部クラッドとなるクラッド層と、その上に設けられた高屈折率領域となる高屈折率層とを備えた基板を用意する。
本実施形態ではＳＯＩ基板を使用する。ＳＯＩ基板は、Ｓｉ基板上にＳｉＯ２層（クラッド層）が形成され、その上にＳｉ層（高屈折率層）が形成された構成である。本発明ではＳＯＩ基板に限らず、ＧａＡｓやＩｎＰなどの他の半導体材料やガラス材料を用いた基板を使用することもできる。
【００３６】
（工程１：溝形成）
Ｓｉ層に、ギャップ部５が形成される溝を形成する。
前記溝の形成には、フォトリソグラフィーや電子線リソグラフィを採用することができる。前記溝は、例えば次のようにして形成することができる。
まず、Ｓｉ層上に、塗布などにより未露光のフォトレジスト層を形成する（フォトレジスト層形成工程）。次いで、フォトマスク等により所定領域のフォトレジスト層を露光する（露光工程）。次いで、フォトレジスト層を現像することによりフォトレジストパターンを得る（現像工程）。
このフォトレジストパターンを用いてＳｉ層をエッチングすることによって、前記溝を形成する（エッチング工程）。残ったフォトレジストは除去する。
前記溝はギャップ部５の設計値より長く形成すると、後述する主テーパ部形成工程において、フォトマスクの位置ずれによりギャップ部５の先端５ａが設計よりも素子中央側（Ｙのマイナス方向）側に位置した場合でも、部分領域６ａ、６ｂの先端６ｃよりも素子先端側（Ｙのプラス方向）までエッチングすることができ、確実に部分領域６ａ、６ｂを互いに分断することが可能である。
なお、Ｙのプラス方向とは図３における左方であり、Ｙのマイナス方向とはその反対方向（図３における右方）である。
【００３７】
（工程２：ギャップ層形成）
次いで、前記溝に、ＳｉＯ２からなるギャップ層を形成する。ギャップ層はＣＶＤ装置等を用いて形成することができる。前記溝がギャップ部５の設計値より長く形成されている場合には、ギャップ層もギャップ部５の設計値より長く形成される。
ギャップ層の高さが適当な範囲を越える場合には、ＣＭＰやエッチング等によりギャップ層の高さを適正化することができる。
【００３８】
（工程３：主テーパ部形成）
フォトリソグラフィーや電子線リソグラフィ等によりＳｉ層およびギャップ層の不要部分を除去して高屈折率領域６およびギャップ部５を形成する。高屈折率領域６およびギャップ部５は、例えば次のようにして形成することができる。
前記Ｓｉ層およびギャップ層の上に、塗布などにより未露光のフォトレジスト層を形成する（フォトレジスト層形成工程）。次いで、フォトマスク等により所定領域のフォトレジスト層を露光する（露光工程）。次いで、フォトレジスト層を現像することによりフォトレジストパターンを得る（現像工程）。
このフォトレジストパターンを用いてＳｉ層およびギャップ層をエッチングすることによって不要部分を除去して高屈折率領域６およびギャップ部５を形成する（エッチング工程）。残ったフォトレジストは除去する。
【００３９】
このエッチング工程では、Ｓｉ層に、先端６ｃに向かって幅が狭くなる部分領域６ａ、６ｂ（高屈折率領域６）を形成するとともに、キャップ層にギャップ部５を形成する。この際、部分領域６ａ、６ｂが形成されると同時に、ギャップ部５が形成される。
この工程では、互いに接するＳｉ層とキャップ層に対し同時にエッチングを施すことによって主テーパ部１２を形成するため、部分領域６ａ、６ｂの先端６ｃはギャップ部５に接した状態で形成される。
このため、部分領域６ａ、６ｂの先端６ｃの形状に沿う先鋭な鋭角形状のレジスト形成が不要であり、露光工程において光の回折に起因する制限を受けない。
また、先鋭な鋭角形状のレジストにより先端６ｃを形成する必要がないため、先端６ｃ形状の鈍化（丸まり）が起こりにくく、エッチングの条件設定は比較的容易である。
さらに、部分領域６ａ、６ｂの先端６ｃがギャップ部５に接した状態で形成されるため、その後の工程における外力による変形が起こりにくい。
従って、より幅が狭い先端６ｃを有する部分領域６ａ、６ｂを精度よく形成することができ、部分領域６ａ、６ｂの先端６ｃにおける損失を低減できる。
また、本工程ではフォトマスクを用いた光学露光法を採用できるため、量産化が容易である。
【００４０】
（工程４：低屈折率コア形成）
コア部４および下部クラッド３を覆うように、低屈折率コア７となる低屈折率層（例えばＳｉＯＮ層）を形成する。
この低屈折率層に、上述のフォトリソグラフィー等を利用して低屈折率コア７を形成する。
【００４１】
（工程５：上部クラッド形成）
次いで、ＳｉＯ２等からなる上部クラッド８を形成し、図１に示す光導波路素子１０を得る。
【００４２】
光導波路素子１０では、主テーパ部１２の部分領域６ａ、６ｂを導波する過程で、光は低屈折率コア７に分布する割合が徐々に大きくなる。部分領域６ａ、６ｂより先端側では、先端側領域１３（低屈折率コア７）をコアとし、下部クラッド３および上部クラッド８をクラッドとして光は導波し、先端面１０Ｂ（先端側領域１３の先端１３ａ）に接続された光伝送体（光ファイバ等）に導入される。
【００４３】
上記構造の光導波路素子１０では、高屈折率領域６の部分領域６ａ、６ｂの幅が先端方向に徐々に狭くなる主テーパ部１２を有するので、主テーパ部１２において光の閉じ込めは先端方向に向けて徐々に弱くなり、モードフィールドは高屈折率領域６の外の領域に拡がる。
このため、高屈折率領域６の先端に達した光のモードフィールドにおいて、高屈折率領域６の占める割合は、高屈折率領域６がテーパ状でなく一定幅である場合と比較して相対的に小さくなっている。このため、光が高屈折率領域６の先端６ｃより先方に伝搬する際に生じる、構造の変化による光の反射や散乱を低減することができ、結果として、導波方向に伝搬する光の損失を低減することができる。よって、その前方に配置した外部の光伝送体（光ファイバ等）と光導波路２を、低損失に接続することができる。
【００４４】
テーパ状の導波路は、先端の幅が狭い方が好ましいが、光学露光法を用いる場合には、光の回折を原因として微細なレジストパターン形成が難しく、仮に正確なレジストパターンの作製が可能であったとしても、光部品の製造においては深さ方向の加工が必要となるため、精度の高い加工のための製造条件設定は容易ではなかった。
また、電気集積回路用の製造装置では径が大きいウェハーが用いられることが多いのに対し、光部品の製造においては旧世代の小径のウェハーが用いられることが多いため、光部品の製造に、高精度加工が可能な最新の電気集積回路用の製造装置を利用するのは難しいことから、テーパ状の導波路の高精度加工は容易ではなかった。
【００４５】
これに対し、上記構造の光導波路素子１０は、部分領域６ａ、６ｂ（高屈折率領域６）がギャップ部５に接して形成されているため、先鋭な鋭角形状のレジスト形成が不要であり、露光工程において光の回折に起因する制限を受けない。また、先鋭な鋭角形状のレジストにより先端６ｃを形成する必要がないため、製造条件の設定は比較的容易である。
さらに、部分領域６ａ、６ｂの先端６ｃがギャップ部５に接した状態で形成されるため、その後の工程における外力による変形が起こりにくい。
従って、より幅が狭い先端６ｃを有するテーパ状の部分領域６ａ、６ｂを高精度かつ容易に形成することができ、部分領域６ａ、６ｂの先端６ｃにおける損失を低減できる。
また、フォトマスクを用いた光学露光法を採用することができるため、量産化が容易であるという利点もある。
【００４６】
［第２の実施の形態］
図６〜図８は、本発明の第２実施形態にかかる光導波路素子２０の断面図である。
図６は、光導波路素子２０のＸＺ平面における断面図であり、図７のＢ２−Ｂ２断面図である。図７は、図６のＢ１−Ｂ１断面図である。図８は、図６とは異なる部分のＸＺ平面における断面図である。
以下の説明においては、先端方向とは図７における左方であり、以下、この方向を前方といい、その反対方向（図７における右方）を後方ということがある。また、第１の実施形態の光導波路素子１０と同じ構成については同一符号を付してその説明を省略することがある。
光導波路素子２０は、基板１上に光導波路２２が形成された光導波路素子である。
【００４７】
図６において、光導波路２２は、下部クラッド３と、下部クラッド３上に形成されたコア部２４（第１のコア）と、コア部２４上に設けられた低屈折率コア２７（第２のコア）と、低屈折率コア２７の外面を覆って形成された上部クラッド２８と、これらを覆って形成された外部クラッド２９とを有する。
【００４８】
コア部２４は、高屈折率領域２６と、高屈折率領域２６を２つの部分領域２６ａ、２６ｂに分離するギャップ部２５とを有する。
高屈折率領域２６は、下部クラッド３、上部クラッド２８よりも高い屈折率を有する材料、例えばＳｉを使用できる。本実施形態では、ＳＯＩ基板の最上層であるＳｉ層を加工することで高屈折率領域２６を形成することができる。
部分領域２６ａ、２６ｂには、上述の不純物を添加することにより、それぞれＰ型またはＮ型の導電性を付与することができる。
【００４９】
部分領域２６ａ、２６ｂは、厚みの薄い平板部（薄板部）２６ｃと、平板部２４ｃの内縁部（ギャップ部２５側の縁部）にて上方に突出して厚く形成された凸状部（厚板部）２６ｄとから構成されるリブ型形状をなす。
【００５０】
ギャップ部２５には、高屈折率領域６よりも屈折率が低い材料、例えばＳｉＯ２、ＳｉＯＮ、ＳｉＮ等を使用することができる。
部分領域２６ａ、２６ｂを、導電性を有する材料で構成する場合には、ギャップ部２５は、部分領域２６ａ、２６ｂよりも電気伝導率の低い材料から構成されていることで利点がある。
これによって、部分領域２６ａ、２６ｂ間のリーク電流を抑止し、部分領域２６ａ、２６ｂ間に高い電圧をかけることが可能となる。部分領域２６ａ、２６ｂとしてそれぞれＰ型およびＮ型のシリコンを用いれば、光学特性を可変に制御することができる。
【００５１】
図７に示すように、コア部２４は、先端３２ａに向かって幅が狭くなる主テーパ部３２を有する。
主テーパ部３２は、部分領域２６ａ、２６ｂの幅が先端３２ａに向かって狭くなるよう形成されている。図示例の部分領域２６ａ、２６ｂの外側面２６ｅ、２６ｅは光の導波方向（Ｙ方向）に対し一定角度で傾斜している。
部分領域２６ａ、２６ｂの先端２６ｆは、本実施形態においては先鋭な鋭角形状であるが、先端２６ｆは微小な幅の先端面（図示略）を有してもよい。
【００５２】
低屈折率コア２７は、コア部２４（少なくとも凸状部２６ｄおよびギャップ部２５）を覆って形成される。
低屈折率コア２７は、高屈折率領域２６よりも低い屈折率を有する材料、例えばＳｉＮなどを使用することができる。
【００５３】
低屈折率コア２７は、コア部２４の先端２４ａよりさらに先端側に形成された先端側領域３３を有する。低屈折率コア２７の先端側領域３３は、光が導波する第２のコアとして機能させることができる。
低屈折率コア２７は、コア部２４の主テーパ部３２より先端側に、先端３４ａに向かって幅が狭くなる第２テーパ部３４を有する。
【００５４】
図６に示すように、低屈折率コア２７は、上面に設けた溝２７ａの幅ｗｉｎおよび低屈折率コア２７の全幅ｗｏｕｔを光の導波方向（紙面に垂直な方向）に周期的に変化させることによりブラッググレーティング構造となり、光導波路２２の実効屈折率を変化させることができる。この構造は、波長分散補償素子に適用できる。
【００５５】
図７に示すように、上部クラッド２８は、低屈折率コア２７よりも屈折率が低く、かつ外部クラッド２９よりも屈折率が高い材料が好適であり、例えばＳｉＯＮ等を使用することができる。
上部クラッド２８は、低屈折率コア２７の先端２７ａよりさらに先端側に形成された先端側領域３７を有する。
上部クラッド２８は、先端側領域３７において、光が導波する第３のコア（外側コア）として機能させることができる。
【００５６】
外部クラッド２９は、上部クラッド２８より屈折率が低い材料、例えばＳｉＯ２等からなり、上部クラッド２８を覆って形成されている。
【００５７】
図７のＢ３−Ｂ３断面、Ｂ４−Ｂ４断面、Ｂ５−Ｂ５断面およびＢ６−Ｂ６断面をそれぞれ図８（ａ）〜図８（ｄ）に示す。
図８（ａ）に示すように、Ｂ３−Ｂ３断面では、コア部２４の幅（一方の平板部２６ｃの外側縁と他方の平板部２６ｃの外側縁との距離）は低屈折率コア２７の幅に等しくされている。
なお、平板部２６ｃの幅は、低屈折率コア２７の幅より広く、またはこれより狭く形成することも可能であり、導波路構造の変化によるモードフィールドの変化が小さい範囲で適宜設計変更が可能である。
【００５８】
図８（ａ）において、コア部２４の外側には低屈折率コア２７が設けられ、その外側には上部クラッド２８が設けられ、その外側に外部クラッド２９が設けられている。
図７に示すように、上部クラッド２８は、このＢ３−Ｂ３断面位置から先端方向に延在して形成されている。Ｂ３−Ｂ３断面位置より後方では上部クラッド２８は存在しないため、この位置の前後で光導波路の構造が変化するが、光はコア部２４を中心に分布するため、上部クラッド２８についての構造変化が光特性に及ぼす影響は小さい。
【００５９】
Ｂ３−Ｂ３断面（図７参照）では、上部クラッド２８は、コア部２４および低屈折率コア２７からなる複合コアに対するクラッドとして機能させることができる。
一方、低屈折率コア２７の先端２７ａより先端側では、上部クラッド２８は光が導波するコアとして機能し、外部の光伝送体（光ファイバ等）と光結合される。
【００６０】
なお、本実施形態では、Ｂ３−Ｂ３断面位置より後方では上部クラッド２８が存在しない構造が採用されているが（図７および図８（ａ）参照）、これに限らず、Ｂ３−Ｂ３断面位置より後方の部分にも、低屈折率コア２７の外側に上部クラッド２８（ＳｉＯＮ等）を形成し、この上部クラッド２８を覆って外部クラッド２９（ＳｉＯ２等）を形成してもよい。
【００６１】
コア部２４の主テーパ部３２は、Ｂ３−Ｂ３断面位置（図８（ａ）参照）から先端方向に向かって部分領域２６ａ、２６ｂの幅が狭くなるように形成されている。コア部２４の先端２４ａ（主テーパ部３２の先端３２ａ）はＢ４−Ｂ４断面位置（図８（ｂ）参照）にある。
図７に示すように、部分領域２６ａ、２６ｂは、Ｂ３−Ｂ３断面位置からＢ４−Ｂ４断面位置にかけて、まず平板部２６ｃの幅が徐々に狭くなり、平板部２６ｃの幅が凸状部２６ｄの幅に等しくなり、続いて凸状部２６ｄの幅も徐々に狭くなっていく。
【００６２】
主テーパ部３２では、先端方向に向けて光の閉じ込めが徐々に弱くなり、モードフィールドが部分領域２６ａ、２６ｂ外の領域に拡がっていくため、光を低損失でコア部２４から低屈折率コア２７に移行させることができる。
【００６３】
図７および図８に示すように、低屈折率コア２７は、Ｂ３−Ｂ３断面位置（図８（ａ）参照）から先端方向に向かって幅が狭くなるように形成されている。低屈折率コア２７の先端２７ａはＢ６−Ｂ６断面位置（図８（ｄ）参照）にある。
【００６４】
図７および図８（ｃ）に示すように、低屈折率コア２７の第２テーパ部３４は、先端３５ａに向かって幅が狭くなる下段テーパ部３５と、下段テーパ部３５の上に形成されて先端３６ａに向かって幅が狭くなる上段テーパ部３６とを有する。
下段テーパ部３５は、コア部２４と同じ高さ範囲に形成することができる。
【００６５】
下段テーパ部３５の先端３５ａは上段テーパ部３６の先端３６ａよりも先端側にある。図示例では、下段テーパ部３５の先端３５ａはＢ６−Ｂ６断面位置にあり、上段テーパ部３６の先端３６ａはＢ５−Ｂ５断面位置にある。
下段テーパ部３５の先端３５ａが上段テーパ部３６の先端３６ａよりも先端側に形成されており、テーパ部先端に向けて光が進む場合には、上段テーパ部３６が下段テーパ部３５より幅が狭くなっていく過程で徐々にその導波する光の中心は下段テーパ部３５に移っていく。上段テーパ部３６の先端３６ａの位置（Ｂ５−Ｂ５断面位置）においては、光は下段テーパ部３５を中心に分布している。このため、構造の境目で光の受ける影響（反射、散乱等）を低減でき、低損失に、光を厚みの薄い領域（下段テーパ部３５）に集中させることができる。
逆に、光が前記先端方向とは反対の方向に光が進む場合には、上段テーパ部３６が形成された範囲（Ｂ６−Ｂ６断面位置〜Ｂ５−Ｂ５断面位置）を進行する過程で徐々に光が上段テーパ部３６を含む上段部分に移行する。
このように、この構造を用いることにより、異なる厚みのコアを持つ構造の間を、低損失に光が伝搬するように接続することが可能である。
図示例では、テーパ部３５、３６の外側面は、いずれも光の導波方向（Ｙ方向）に対し一定角度で傾斜しているが、外側面の傾斜は、二次曲線やクロソイド曲線等の曲線形状により構成することも可能である。
【００６６】
主テーパ部３２の部分領域２６ａ、２６ｂ内を導波する過程で、光は低屈折率コア２７に分布する割合が徐々に大きくなる。コア部２４より先端側では、先端側領域３３（低屈折率コア２７）をコアとし、下部クラッド３および上部クラッド２８をクラッドとして光は導波する。
第２テーパ部３４では、先端方向に向けて光の閉じ込めが徐々に弱くなり、モードフィールドが第２テーパ部３４外の領域に拡がっていくため、光を低損失で低屈折率コア２７から上部クラッド２８に移行させることができる。低屈折率コア２７より先端側では、先端側領域３７（上部クラッド２８）をコアとし、下部クラッド３および外部クラッド２９をクラッドとして光は導波する。
【００６７】
光導波路素子２０は、基端面２０Ａで、同様の端面を有する他の素子に接続される。
光導波路素子２０の先端面２０Ｂは、外部の光ファイバ等（図示略）に接続され、光結合される。
【００６８】
光導波路素子２０では、第１実施形態の光導波路素子１０と同様に、高屈折率領域２６の部分領域２６ａ、２６ｂの幅が先端方向に徐々に狭くなる主テーパ部３２を有するので、主テーパ部３２において光の閉じ込めが先端方向に向けて徐々に弱くなり、モードフィールドは高屈折率領域２６の外の領域に拡がる。
このため、高屈折率領域２６の先端に達した光のモードフィールドにおいて、高屈折率領域２６の占める割合は、高屈折率領域２６がテーパ状でなく一定幅である場合と比較して相対的に小さくなっている。このため、光が高屈折率領域２６の先端２６ｆより先方に伝搬する際に生じる、構造の変化による光の反射や散乱を低減することができ、結果として、導波方向に伝搬する光の損失を低減することができる。よって、その前方に配置した外部の光伝送体（光ファイバ等）と光導波路２２を、低損失に接続することができる。
【００６９】
光導波路素子２０は、低屈折率コア２７が第２テーパ部３４を有するため、第２テーパ部３４において、光を低損失で低屈折率コア２７から上部クラッド２８に移行させることができる。また、低屈折率コア２７の先端２７ａにおける光の損失を低減できる。
第２テーパ部３４を導波する過程で、光は上部クラッド２８に分布する割合が徐々に大きくなる。このため、光が低屈折率コア２７の先端２７ａから先方に伝搬する際に生じる反射や散乱を低減し、光の損失を低減できる。
低屈折率コア２７より先端側では、先端側領域３７（上部クラッド２８）をコアとし、下部クラッド３および外部クラッド２９をクラッドとして光は導波し、先端面２０Ｂ（先端側領域３７の先端３７ａ）に接続された光伝送体（光ファイバ等）に導入される。
従って、ギャップ部２５を有する光導波路２２を、低損失で外部の光伝送体（光ファイバ等）に接続することができる。
【００７０】
［第３の実施の形態］
図９は、本発明の第３実施形態にかかる光導波路素子３０を模式的に示す斜視図である。図１０は、光導波路素子３０のＸＺ平面における断面図であり、図９のＡ３−Ａ３断面図である。以下の説明においては、第１の実施形態の光導波路素子１０と同じ構成については同一符号を付してその説明を省略することがある。
図９および図１０に示すように、光導波路素子３０は、低屈折率コア７を備えていない点で、第１の実施形態の光導波路素子１０と異なる。それ以外の構成は光導波路素子１０と同様とすることができる。
コア部４は、上部クラッド８に覆われている。すなわち、コア部４の上面４ａ（高屈折率領域６およびギャップ部５の上面）および側面（高屈折率領域６の外側面６ｄ）は上部クラッド８に覆われている。上部クラッド８には、高屈折率領域６よりも低い屈折率を有する材料が用いられる。
下部クラッド３は、上部クラッド８より屈折率が低い材料で構成することができる。
【００７１】
光導波路素子３０では、低屈折率コアがないため製造工程が簡略となる。また、高屈折率領域と上部クラッドの間の屈折率を有する低屈折率コアが不要となるため、高屈折率領域と上部クラッドの材料選択の自由度が高くなるという利点もある。
【００７２】
［第４の実施の形態］
図１１は、本発明の第４実施形態にかかる光導波路素子４０のＸＺ平面における断面図である。
光導波路素子４０は、上部クラッド８の上面８ａが、上部クラッド８より屈折率が低い低屈折率クラッド９に覆われている点で、第３の実施形態の光導波路素子３０と異なる。それ以外の構成は光導波路素子３０と同様とすることができる。
【００７３】
低屈折率クラッド９には、上部クラッド８よりも低い屈折率を有する材料が用いられる。例えば、空気層（屈折率：１）を低屈折率クラッド９として使用することができる。
下部クラッド３は、上部クラッド８より屈折率が低い材料で構成することができる。
【００７４】
上部クラッド８は、部分領域６ａ、６ｂの先端６ｃよりさらに先端側では、第２のコアとして機能させることができる。
上部クラッド８は、上面８ａが低屈折率クラッド９に覆われ、下面８ｂが下部クラッド３に覆われるため、上部クラッド８では、光は上下から閉じ込められる。
【００７５】
光導波路素子４０では、低屈折率コア７を有する光導波路素子１０（図１〜図３参照）に比べ、上部クラッド８の幅方向の形成範囲に特に制限がないため、上部クラッド８の不要部分を除去するためのエッチング工程等が不要となり、製造工程が簡略となる。
また、上部クラッド８内で高さ方向の光の閉じ込めが可能となるため、接続先である外部の光伝送体（光ファイバ等）に応じたモードフィールドが得られるように上部クラッド８の高さを設計することによって、前記外部の光伝送体に対する結合効率を高めることができる。
【００７６】
なお、図３および図９の例では、部分領域６ａ、６ｂの先端６ｃの導波方向（Ｙ方向）位置は、ギャップ部５の先端５ａの導波方向（Ｙ方向）位置とほぼ同じであるが、部分領域６ａ、６ｂの先端６ｃとギャップ部５の先端５ａの位置関係は、図示例に限定されない。
図１２に示す光導波路素子５０では、ギャップ部５の先端５ａは、部分領域６ａ、６ｂの先端６ｃよりさらに先端側に位置している。
この図に示すように、ギャップ部５の先端５ａが部分領域６ａ、６ｂの先端６ｃより先端側にあると、高屈折率領域６およびギャップ部５を形成する際のフォトマスクの位置ずれ等によりギャップ部５の先端が設計よりも素子中央側（Ｙのマイナス方向）側に位置した場合でも、部分領域６ａ、６ｂの先端６ｃよりも素子先端側（Ｙのプラス方向）までエッチングすることができ、確実に部分領域６ａ、６ｂを互いに分断することが可能である。
特に、ギャップ部５の屈折率が上部クラッド８の屈折率と同じ、または上部クラッド８の屈折率より低い場合には、光の分布に及ぼすギャップ部５の影響が小さくなる。このため、光導波路素子５０のように、ギャップ部５が部分領域６ａ、６ｂより先端方向に突出した構造を採用しても、高屈折率領域６（部分領域６ａ、６ｂ）から出た光のモードフィールドに大きな影響は及ばない。
なお、ギャップ部５の先端５ａは、部分領域６ａ、６ｂの先端６ｃと、光導波路素子５０の先端面５０Ｂとの間の位置にあってもよいし、先端面５０Ｂに達していてもよい。
【００７７】
［実施例１］
図４および図５を参照しつつ、図１〜図３に示すものと同様の光導波路素子１０において、接続損失についてのシミュレーションを行った。
図４は、光導波路素子１０のＸＺ平面における断面図である。図５は、ＸＹ平面における断面図である。
図４においてｈ１＝２５００ｎｍ、ｈ２＝３００ｎｍ、ｗ１＝２５００ｎｍ、ｗ２＝１６０ｎｍ、ｗ３＝２００ｎｍとした。図５においてＬ１＝１０μｍ、Ｌ２＝２００μｍとした。
本シミュレーションでは、基板１をＳｉ、下部クラッド３、ギャップ部５および上部クラッド８をＳｉＯ２（屈折率１．４５）、高屈折率領域６をＳｉ（屈折率３．５）、低屈折率コア７をＳｉＯＮ（屈折率１．５）で構成することを想定した。
【００７８】
この光導波路素子１０を、ビームウェストが３μｍの先球光ファイバと結合させた場合の損失について、ＥＭＥ（Eigen mode Expansion Method）法によりシミュレーションを行った。
各断面構造における導波モードは、有限要素法、等価屈折率法などにより求めることができる。
シミュレーションの結果、接続損失は、ＴＥ−ｌｉｋｅモード、ＴＭ−ｌｉｋｅモードともに０．２８ｄＢであった。
【００７９】
なお、ＴＥ−ｌｉｋｅモードとは、導波路中を伝播する光の電界が主に導波方向に垂直方向の成分を有し、電界の主成分が基板に対して平行方向（水平方向）である伝播モードであり、ＴＭ−ｌｉｋｅモードとは、導波路中を伝播する光の磁界が主に導波方向に垂直方向の成分を有し、電界の主成分が基板に対して垂直方向である伝播モードである。
【００８０】
［比較例１］
比較例として、従来の光導波路素子において、接続損失についてのシミュレーションを行った。
図４に示すＸＺ平面における断面構造を有し、高屈折率領域６（部分領域６ａ、６ｂ）の幅が導波方向（Ｙ方向）に一定であること以外は実施例１と同じ構造の光導波路素子を想定した。
実施例１と同様のシミュレーションを行った結果、接続損失は、ＴＥ−ｌｉｋｅモード、ＴＭ−ｌｉｋｅモードともに４．５２ｄＢであった。
【００８１】
実施例１と比較例１との比較より、本発明の構造を採用した実施例１では、接続損失低減が可能となることがわかる。
【００８２】
［実施例２］  
図６〜図８に示す構成の光導波路素子２０について、ビームウェストが３μｍの光ファイバと結合させた場合の結合効率を計算した。
本シミュレーションに用いた各寸法は次のとおりである。
図６において、ｔ１＝２５０ｎｍ、ｔ２＝５０ｎｍ、ｔｉｎ＝１００ｎｍ、ｔｏｕｔ＝４５０ｎｍ、ｗ１＝２８０ｎｍ、ｗ２＝１６０ｎｍ、ｗｉｎ＝０ｎｍ、ｗｏｕｔ＝１０００ｎｍ（ｗｉｎ＝０ｎｍは溝２７ａがないことを意味する）。
図７において、Ｌ１＝２５０μｍ、Ｌ２＝５０μｍ、Ｌ３＝５００μｍ。
図８（ａ）において、ｈ１＝６００ｎｍ、ｈ２＝２５０ｎｍ、ｈ３＝５０ｎｍ、ｈ４＝２２００ｎｍ、ｗ１＝１０００ｎｍ、ｗ２＝１６０ｎｍ、ｗ３＝２８０ｎｍ、ｗ４＝２５００ｎｍ。
図８（ｂ）において、ｈ１＝６００ｎｍ、ｈ４＝２２００ｎｍ、ｗ１＝１０００ｎｍ、ｗ４＝２５００ｎｍ。
図８（ｃ）において、ｈ１＝３００ｎｍ、ｈ２＝３００ｎｍ、ｈ４＝２２００ｎｍ、ｗ１＝１０００ｎｍ、ｗ２＝１５０ｎｍ。
図８（ｄ）において、ｈ４＝２５００ｎｍ、ｗ４＝２２００ｎｍ。
【００８３】
第１の実施形態における実施例１のシミュレーションと同様の方法によりシミュレーションを行った結果、結合効率は、ＴＥ−ｌｉｋｅモードについて０．２９ｄＢ、ＴＭ−ｌｉｋｅモードについて０．３ｄＢであった。
上述の比較例との比較より、実施例２においても、損失低減が可能となったことがわかる。
【符号の説明】
【００８４】
２、２２・・・光導波路、４、２４・・・コア部、４ａ・・・コア部の先端、５、２５・・・ギャップ部、５ａ・・・ギャップ部の先端、６、２６・・・高屈折率領域、６ａ、６ｂ、２６ａ、２６ｂ・・・部分領域、６ｃ・・・部分領域の先端、６ｄ、２６ｅ・・・部分領域の外側面、７、２７・・・低屈折率コア、１０、２０、４０、５０・・・光導波路素子、１２、３２・・・主テーパ部、１２ａ、３２ａ・・・テーパ部の先端、１３、３３・・・低屈折率コアの先端側領域、２８・・・上部クラッド（外側コア）、３４・・・第２テーパ部、３４ａ・・・第２テーパ部の先端、３５・・・下段テーパ部、３５ａ・・・下段テーパ部の先端、３６・・・上段テーパ部、３６ａ・・・上段テーパ部の先端、３７・・・上部クラッド（外側コア）の先端側領域。
【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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