(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部からの光が導入される入射端に近づくほど幅を大きくするテーパ形状を有する光入射用導波路をイオン交換法又は火炎堆積法によって光入射用導波路基板に形成する工程と、
前記入射端に近づくほど深さを大きくするテーパ形状を、前記光入射用導波路基板の前記光入射用導波路が露出している面を研磨することによって前記光入射用導波路に形成する工程と、
チャネル導波路が形成された導波路基板と前記光入射用導波路基板とを、前記チャネル導波路と前記光入射用導波路とを重ねるようにして一体的に組合わせる工程とを具えることを特徴とする導波路装置の製造方法。
【請求項２】
前記導波路基板はグレーティング（回折格子の意，以下同じ）を具え、前記チャネル導波路は、前記グレーティングに対して設計された通りの光入力を得るために３次元的な光の閉じ込め効果を具えることを特徴とする請求項１記載の導波路装置の製造方法。
【請求項３】
前記導波路基板に、前記グレーティング以外の光学手段を作成する工程を具えることを特徴とする請求項１記載の導波路装置の製造方法。
【請求項４】
前記導波路基板は、前記チャネル導波路よりも幅広に形成され前記チャネル導波路に結合したスラブ導波路を具えることを特徴とする請求項１記載の導波路装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、導波路装置の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
本発明に対する従来の技術として、以下の例を挙げることができる。
１．特開昭６３−１６４０３４号公報（「従来の技術１」と指称する。）
グレーティングの技術と光導波路の技術を応用したＣＤなどの光ピックアップに関する技術であって、光ピックアップへの光の入力の手段には、半導体レーザの光導波路への突き合わせを用いている。
２．特開平４−３１８０５号公報（「従来の技術２」と指称する。）
光導波路の技術を応用した光変調器に関する技術であって、光変調機能を有する光導波路に対して外部から光を入出力する技術として、光導波路の表面にグレーティングを形成している。
３．特開平４−１５６０４号公報（「従来の技術３」と指称する。）
光導波路に対して外部から光を入出力する技術であるが、その技術手段として化合物半導体素子の作製技術を応用して、光が光導波路に出入りし易いようにするために出入口付近の間口だけを大きくした構成を具えている。
４．特公平５−３１１２３号公報（「従来の技術４」と指称する。）
光導波路に対して外部から光を入出力する技術であるが、その技術手段としてガラスのスパッタ蒸着膜にドーパントを再拡散する技術であり、その再拡散時に温度分布を付与して光導波路の出入口付近の開口を拡げた構成を具えている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記した各々の従来の技術には以下のような問題点がある。
「従来の技術１」のものは、グレーティングは光の入射角度依存性が強く、光ピックアップに直接ＬＤを突き合わせる構成のものでは、その突き合わせ位置を正確に合致させる必要があり、そのために上下位置，前後位置，左右位置などの位置精度とか、ＬＤを接着固定するときに位置ズレを生じるなどの問題がある。
【０００４】
「従来の技術２」のものは、グレーティングは光の入射角度依存性が強く、光変調器に対して外部から光を入出力する手段としては、厳密に入射角度を調整する必要がある。またグレーティングは波長の選択性が強く、多波長を用いたマルチ機能素子には適していない。
「従来の技術３」のものには、以下のような問題点がある。
【０００５】
１．薄膜の形成，マスクと基板の位置合わせ，エッチングなどの半導体プロセスを数回にわたって繰り返す必要があり、時間と誤差の累積を生じる。
２．半導体プロセスは、薄膜の膜厚に設計通りの傾斜分布を付与することが難しい。
３．半導体プロセスは、μｍオーダ以上の膜厚を形成する技術が難しく、厚み方向に充分なテーパを形成することができない。
【０００６】
４．広範囲の面積にわたって光学的に均質な特性を有する膜を形成することが難しい。
「従来の技術４」のものには、スパッタリングにより蒸着薄膜を形成することは以下のような問題点がある。
１．真空系が必要となるだけでなく、ターゲットに不活性イオン等を衝突させることにより基板に膜を成長させるため、広範囲の面積にわたって光学的に均質な特性を有する膜を形成することが難しい。
【０００７】
２．膜の成長速度が遅い。
３．膜質，真空度，基板温度などの環境変数に敏感である。
４．スパッタのターゲットとして基板と同じ誘電体材料を用いても、光学的に均質な特性を有する膜を形成することが難しい。
さらに「従来の技術４」のものは、一度拡散したイオンを再拡散するため、光の入口の間口が拡がった分だけ拡散イオン濃度が下がり、その結果として、導波路の屈折率は、光の入口に近付くに従って次第に下がってしまうことになる。そのため、この技術では、屈折率が高く光の閉じ込め効果が高い導波路部分に光が到達する以前に光が拡散してしまい、それに起因して結合効率が低下するという欠点もある。
【０００８】
本発明によれば上記した各々の従来の技術が有している問題点を解決できるもので、以下の目的を達成できる。
すなわち本発明によって製造された導波路装置では、グレーティングを具えた導波路装置に対する光の入射部分とグレーティングに対する光の入射部分とを分離し、グレーティングに対する光の入射にはチャネル導波路を利用することにより入射光の所定の位置まで誘導しているため、半導体のマスク合わせの技術を利用でき、その位置合わせを容易にかつ高精度に行うことができる。
【０００９】
また、本発明によって製造された導波路装置は、光の入射に対しても３次元的テーパを有する光入射用導波路を具えているため、外部との光学的な結合が行い易くなっており、また光の入力に際して、入射角度依存性も波長選択性も共に従来の技術に比べてかなり弱いために入力が容易である。
【００１０】
また、本発明によって製造された導波路装置は、適当な材料で作製された基板に幅方向にテーパを有する光入射用導波路を、イオン交換法，火炎堆積法などを用いて形成し、その後、斜め面を研磨することにより厚み方向に所定のテーパを形成した光入射用導波路を用いて、従来の技術、特に前記した「従来の技術３」が有している問題点を解決できる。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するため本発明に係る導波路装置の製造方法は、外部からの光が導入される入射端に近づくほど幅を大きくするテーパ形状を有する光入射用導波路をイオン交換法又は火炎堆積法によって光入射用導波路基板に形成する工程と、前記入射端に近づくほど深さを大きくするテーパ形状を、前記光入射用導波路基板の前記光入射用導波路が露出している面を研磨することによって前記光入射用導波路に形成する工程と、チャネル導波路が形成された導波路基板と前記光入射用導波路基板とを、前記チャネル導波路と前記光入射用導波路とを重ねるようにして一体的に組合わせる工程とを具えていることを特徴とするものであり、このような製造方法によって製造された導波路装置において、導波路基板はグレーティングを具え、チャネル導波路は、グレーティングに対して設計された通りの光入力を得るために３次元的な光の閉じ込め効果を具え、また、導波路基板は、グレーティング以外の光学手段を具えており、さらにまた、導波路基板は、チャネル導波路よりも幅広に形成されチャネル導波路に結合したスラブ導波路を具えている。
【００１２】
【作用】
次に、本発明によって製造された導波路装置の作用について述べる。
光入射用導波路基板に設けられた光入射用導波路は、深さと幅方向の両方についてテーパにより光の入射端が広く形成されているので、光入射用導波路には比較的容易に光が入射する。その光が導波路基板のチャネル導波路の部分に導波する。そして、移行した光がスラブ導波路に出ると２次元的な拡散を始めることになるが、レンズ集光機能を有するグレーティングにより集光または平行光となって、所定の角度をもってスラブ導波路外に出ることになるのである。このとき、チャネル導波路によってグレーティングに正しく光を入力することにより、グレーティングに設計通りの光学特性を各光学部品に付与して、後段の光学部品に光を正しく伝えるのである。
【００１３】
【実施例】
図５（ａ）〜（ｅ）は導波路装置の作製工程の説明図であって、（ａ）はスラブ導波路３とチャネル導波路２とグレーティング４とを具える導波路基板としての基板Ａを示す斜視図、（ｂ）は幅方向にテーパを有する光入射用導波路を備えた光入射用導波路基板１を示す斜視図、（ｃ）は光入射用導波路を作製する要領を示す断面図、（ｄ）は幅方向及び深さ方向にテーパ化した光入射用導波路を備えた光入射用導波路基板１を示す斜視図、（ｅ）は組立完成図であって、導波路装置の斜視図である。なお、（ｃ）においてＸは斜め研磨治具，Ｙは研磨板である。
【００１４】
先ず、本発明に係る導波路装置の製造方法を説明する。
１．外部とのインターフェース
誘電体に、横方向にテーパを有する比較的深い光入射用導波路を作製する（図５（ｂ）参照）。作製方法としては広い面積に対して均質な膜厚（μｍオーダ）を形成し易い方法として、誘電体中のイオンを交換して作製するイオン交換法、また誘電体基板の表面に煤を堆積させた後、これを燃焼させる火炎堆積法などがある。 次に光入射用導波路が露出している面を露出したままの状態で光入射用導波路基板１を斜め研磨治具Ｘに設置し、光入射用導波路基板１の光入射用導波路が形成された面を研磨して光入射用導波路基板１が完成する（図５（ｃ）参照）。なお、このとき光入射用導波路の深さ方向に対するテーパ角は斜め研磨治具Ｘで調整できる。
【００１５】
２．センシング
基板Ａから光を出力する方法としてグレーティングの技術を用いるが、その利点は、グレーティング４により光のパワー分布を自在に設計できることである。しかしグレーティング４には、入射角度依存性と波長選択性という問題点があるので、このような問題点において入射角度依存性に対しては、これを波長フイルタと考えマルチセンサとして有効に利用すればよい。また波長選択性に対しては、３次元構造を有するチャネル導波路２を用いればよい。すなわち、チャネル導波路２を用いて光を所定のところまで導き、次に、チャネル導波路２から２次元構造をしたスラブ導波路３に出てくる光の状態（パワー分布，位相状態）を算出し、その光を所望の形に導波路装置から取り出すためのグレーティング形状を算出しておく。そして、チャネル導波路２の終端（スラブ導波路３との境界線）に対して正しい位置に、前記の算出されたグレーティング４を形成するのである。
【００１６】
このとき、半導体分野におけるマスク合わせの技術を用いることができるために、グレーティング４とそこに入射する光との関係は、設計値に対して高い精度を容易に実現できる。また作製方法，導波路構造などを上手に工夫することでグレーティング４とチャネル導波路２を同時に形成することも可能である。
３．アセンブル
光入射用導波路基板１と基板Ａとをアセンブルすることにより導波路装置を完成する。アセンブルに際して外部とのインターフェース用の光入射用導波路とグレーティング４へのガイド用のチャネル導波路２とのオーバーラップの長さが重要となるが、その理由としては、光入射用導波路からチャネル導波路２へ光が移行する過程は、光入射用導波路とチャネル導波路２との結合状態の如何に関係するからである。
【００１７】
なお、光の結合状態について説明する。光入射用導波路とチャネル導波路２との二つの導波路が近接している場合、その二つの導波路の間を光が周期的に往き来する状態を光の結合状態と言うが、光が往き来する二つの導波路間の距離が光の波長の約５倍以下の場合、１００％の光を導波路に移すことができる。また光の結合状態を維持する距離を調整することで、一方の導波路に光を集めたり、また両方の導波路の強度が等しくなるようにするなど、光の分配比を自由に設定できるのである。
【００１８】
ここで、光の結合状態となっている距離を適正に設定しておかないと、光入射用導波路からチャネル導波路２に対して光が完全に移行していないのに、その光の結合状態が解消されることがある。そして、光の結合状態が解消されると、基板Ａ上のチャネル導波路２に移行できなかった光はすべて損失となる。この対策として、作製する光入射用導波路基板１のチャネル部分の形状（後工程の研磨によるテーパも考慮して）とチャネル導波路２の形状から最適な結合距離を算出し、光入射用導波路基板１のチャネル部分の長さを決定するのである。このようにして作製された光入射用導波路基板１を用いることで、光入射用導波路のアセンブルの位置に関係なく、そこに入射する光は全てチャネル導波路２に移行することができる。
【００１９】
次に、図面を参照しながら本発明の実施例によって製造される導波路装置について具体的に説明する。
図１は本発明の第１実施例によって製造された導波路装置を示す斜視図である。光入射用導波路基板１に、或る深さと幅方向の両方にテーパを有する（光の入射端の間口が広い）光入射用導波路によって比較的容易に光が入射し、その光が基板Ａのチャネル導波路２の部分に導波する。
【００２０】
移行した光がスラブ導波路３に出ると２次元的な拡散を始めることになるが、レンズ集光機能を有するグレーティング４により集光または平行光となって、所定の角度をもって導波路装置外に出ることになるのである。このときチャネル導波路２によってグレーティング４に正しく光を入力することにより、グレーティング４に設計通りの光学特性を各光学部品に付与することができ、そのため後段の光学部品に光を正しく伝えることになる。
【００２１】
図２は本発明の第２実施例によって製造された導波路装置を示すもので、第１実施例によって製造された導波路装置を示す図１においてスラブ導波路３を欠如したものを示す斜視図である。この第２実施例では、チャネル導波路２を導波してきた光を、直線的なグレーティング４によりその後の光路や光のパワー分布を加工して導波路装置外に取り出している。このような構成により直線的なグレーティング４に入る光は、垂直方向に対しては、チャネル導波路２によって閉じ込められているためチャネル導波路２の方向のみの広がりしか持たないことになり、集光させたり、またスポット径の小さい平行光にしたりするなどしてビーム形状に加工するのである。さらにグレーティング４の大きさを小さくするとともに単純な形状、例えば直線的な形状にできるのである。
【００２２】
図３は本発明の第３実施例によって製造された導波路装置を示す斜視図である。これはレンズ，ミラーなどグレーティング以外の光学部品を用いた導波路装置の斜視図である。基板Ａに集積されているミラー５，５、三角ミラー６、レンズ７などの各光学素子は、誘電体中に含まれているイオンを他のイオンと交換したり、基板Ａを加工したりして作製する。チャネル導波路２からスラブ導波路３に出てきた光はレンズ７に入射し、そのレンズ７の屈折力から収束光または平行光となって三角ミラー６に入射して二分割された後、ミラー５，５によって光路を再び変更する（導波路の外に屈折する場合もある）。第３実施例によって製造された導波路装置の場合、チャネル導波路２を用いて光が正しくレンズ７に入射されない場合には、光が正しく光路を辿らなかったり、また収差を生じたりすることがある。なお、図３中のＬは光路である。
【００２３】
図４は本発明の第４実施例によって製造された導波路装置を示す斜視図である。これはレンズ機能をレンズ７とグレーティング４の両方に付与するものであり、グレーティング４にはさらに屈折機能を付与して光を導波路外に出す。この構成では集光などのレンズ機能をレンズ７とグレーティング４の両方に負担させることで、一つの光学部品に掛かる機能の負担を軽減しているとともに、相互の収差の補正ができる。またグレーティング４の前にレンズ７を挿入することで光の拡散の度合いを小さくでき、グレーティング４を小さくできるのである。なお、図４中のＬは光路である。
【００２４】
【発明の効果】
本発明により製造された導波路装置は、グレーティングに対する光の入射にはチャネル導波路を利用することにより入射光を所定の位置まで誘導しているため、半導体のマスク合わせの技術を利用でき、その位置合わせを容易にかつ高精度に行うことができる利点がある。また、光の入射においても３次元的テーパを有する光入射用導波路を具えているため、外部との光学的な結合を行い易い利点があり、また、光の入力に際して、入射角度依存性も波長選択性も共に従来の技術に比べてかなり弱いために入力が容易である。さらにまた、適当な材料で作製された基板に、幅方向にテーパを有する光入射用導波路を、イオン交換法，火炎堆積法などを用いて形成し、その後、斜め面を研磨することにより厚み方向に所要のテーパを形成した光入射用導波路を用いて、従来の技術が有している問題点を効率的に解決できるなどの利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の第１実施例により製造された導波路装置を示す斜視図。
【図２】  同上の第２実施例により製造された導波路装置を示す斜視図。
【図３】  同上の第３実施例により製造された導波路装置を示す斜視図。
【図４】  同上の第４実施例により製造された導波路装置を示す斜視図。
【図５】  （ａ）〜（ｅ）は本発明に係る導波路装置の作製工程の説明図であって、（ａ）はスラブ導波路とチャネル導波路とグレーティングとを同一基板上に作製したものを示す斜視図、（ｂ）は幅方向にテーパを有する光入射用導波路が設けられた光入射用導波路基板を示す斜視図、（ｃ）は深さ方向にテーパ化したものを示しており、光入射用導波路を作製する要領を示す断面図、（ｄ）は幅方向及び深さ方向にテーパ化した光入射用導波路を具える光入射用導波路基板を示す斜視図、（ｅ）は組立完成図であって、導波路装置の斜視図である。
【符号の説明】
１  光入射用導波路基板
２  チャネル導波路
３  スラブ導波路
４  グレーティング（回折格子）
Ａ  基板
【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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