(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の上面に積層されたクラッド層と、このクラッド層に埋設された、このクラッド層よりも高屈折率のコア部とを備え、
前記基板と前記クラッド層および前記コア部とが異なる熱膨張係数を有する材料で構成されている光導波路において、
前記クラッド層および前記コア部を含む前記光導波路が形成された後に、前記コア部の両側において前記クラッド層の一部が前記コア部に沿って除去され、これにより、前記クラッド層のうち前記コア部を被覆し、他のクラッド層から分離されたクラッド部およびこのクラッド部によって被覆される前記コア部からなる導波路部が形成されると同時に、
光軸に沿った内部応力を低減するために、前記導波路部を分断する少なくとも１個以上の溝が形成されていることを特徴とする光導波路。
【請求項２】
前記溝により他の前記導波路部から分離された前記導波路部は、光機能部分を含むことを特徴とする請求項１記載の光導波路。
【請求項３】
前記溝を挟んで対向する前記コア部の二つの部分の間に屈折率整合剤が介在していることを特徴とする光導波路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、通信情報処理分野において用いられる光導波路の構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の光導波路としては、シリコン基板上に石英ガラスからなる下部クラッド層を積層し、この上に高屈折率の石英ガラス層を積層してから反応性イオンエッチングでパターニング加工を施してコア部を形成し、次いで、この上に石英ガラスからなる上部クラッド層を積層したものが知られている。
【０００３】
コア部やクラッド層を形成するには、火炎堆積法を用いてガラス微粒子をシリコン基板上に吹き付け、ガラス微粒子層を堆積させてから、これを焼結し、その後、除冷して、透明ガラス化することにより形成する。
【０００４】
しかし、シリコン基板とこの上に形成されたガラス導波層とでは熱膨脹率が異なるため、焼結後の除冷の際に、導波層の内部に応力が発生する。特に、コア部は、基板表面と接するクラッド層に埋め込まれているため、上部クラッド層および下部クラッド層から膜応力を受けており、これによりコア部に内部応力が発生していた。この結果、従来の光導波路では、光弾性効果によりコア部の屈折率に大きな異方性が生じており、その結果、偏光特性（ＰＤＬ）が大きいという問題点が生じていた。
【０００５】
この問題点を解決するために作製された光導波路が特開昭６３−４３１０５に開示されている。これは、クラッド層の一部をコア部に沿って除去することにより、クラッド層の一部にコア部に沿って応力解放用の溝が形成されたものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、コア部に沿ってクラッド層の一部を除去するだけでは、光軸と交差する方向の内部応力は低減されるものの、光軸に沿った方向の内部応力は低減されないため、全体としてコア部の内部応力は十分に低減されていない。
【０００７】
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもので、コア部の内部応力が十分に低減された偏光特性の小さい光導波路を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の問題点を解決するために、本発明の光導波路は、基板の上面に積層されたクラッド層と、このクラッド層に埋設された、このクラッド層よりも高屈折率のコア部とを備え、基板とクラッド層およびコア部とが異なる熱膨張係数を有する材料で構成されている光導波路であって、クラッド層およびコア部を含む光導波路が形成された後に、コア部の両側においてクラッド層の一部がコア部に沿って除去されており、これにより、クラッド層のうちコア部を被覆し、他のクラッド層から分離されたクラッド部およびこのクラッド部によって被覆されるコア部からなる導波路部が形成されると同時に、光軸に沿った内部応力を低減するために、この導波路部を分断する少なくとも１個以上の溝が形成されていることを特徴としている。
【０００９】
ここで、コア部およびクラッド部を分断する溝により他の部分から分離されたコア部の一部およびこれを被覆するクラッド部の一部は、光機能部分を含んでいると良い。
【００１０】
また、コア部およびクラッド部を分断する溝を挟んで対向するコア部の二つの部分の間に屈折率整合剤が介在していると良い。
【００１１】
【作用】
本発明の光導波路では、クラッド層のうち、コア部を被覆するクラッド部の両側の部分が除去されているので、コア部およびクラッド部が周囲のクラッド層から分離され、コア部およびクラッド部の内部応力のうち光軸に交差する方向のものが低減される。また、コア部およびクラッド部を分断する溝により、コア部の一部およびこれを被覆するクラッド部の一部が他の部分から分離されているので、この分離された部分の内部応力のうち光軸に沿った方向のものが低減される。
【００１２】
ここで、他の部分から分離されたコア部およびクラッド部が、光導波路のうち光分岐や光結合等を行う光機能部分を含んでいると、内部応力が光機能に及ぼす影響が低減される。
【００１３】
また、コア部およびクラッド部を分断する溝を挟んで対向する二つの部分の間に屈折率整合剤が介在していると、双方の間の間隙からの光放射が抑えられ、導波光の放射損失が低減される。
【００１４】
【実施例】
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施例を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１５】
図１は、本実施例の光導波路１００を示す全体斜視図である。本実施例の光導波路１００は、厚さ１ｍｍのシリコン基板１０の上面にクラッド層２０が積層され、このクラッド層２０にコア部３０が埋設されてなる通常の埋込み型光導波路において、コア部３０に沿ってクラッド層２０の一部が除去されているとともに、コア部３０およびこれを被覆するクラッド部２５を分断する溝（分断溝）５０が形成されたものである。
【００１６】
コア部３０は、Ｙ分岐部により１本から順次に分岐した１×８分岐型のもので、８×８μｍの断面を有している。クラッド層２０のうちクラッド部２５の両側に位置する部分は除去されている。なお、クラッド部２５とは、クラッド層２０の一部であってコア部３０を被覆し、他のクラッド層２０から分離された部分をいう。
【００１７】
クラッド層２０およびコア部３０はともに石英ガラスからなる。クラッド層２０にはＢ２  Ｏ３  およびＰ２  Ｏ５  がドープされ、コア部３０には、クラッド層２０より屈折率を高めるべく、さらにＧｅＯ２  がドープされている。
【００１８】
以下では、説明の便宜のため、コア部３０とこれを被覆するクラッド部２５からなる構造を導波路部４０と呼ぶことにする。分断溝５０はＹ分岐部の前後に位置しており、これによりＹ分岐部を含む導波路部４１は他の導波路部から分離される。図１のように、本実施例では、７個あるＹ分岐部全てについてその前後に分断溝５０が形成されており、それぞれを含む導波路部４１は互いに他の導波路部４１から分離されている。
【００１９】
以下、この光導波路１００の作製方法を説明する。図２および図３は、この作製方法を説明する工程図である。まず、図２のように、光導波路１００の作製の土台となる通常の埋込み型光導波路１１０を用意する。これは、厚さ１ｍｍのシリコン基板１０の上面に層厚約７０μｍの導波層６０が形成されたものである。ここで、導波層６０は、シリコン基板１０上に積層された石英ガラスからなるクラッド層２０と、このクラッド層２０に埋設され、クラッド層２０よりも高屈折率の１×８分岐型のコア部３０（断面寸法は８×８μｍ。）とから構成されている。クラッド層２０は、基板１０の上面に積層された下部クラッド層２１とこの上に積層された上部クラッド層２２とから構成されている。
【００２０】
この光導波路１１０は、シリコン基板１０上に層厚３０μｍの下部クラッド層２１となるべき石英ガラス層を積層し、次いでこれより高屈折率の石英ガラス層を積層してから反応性イオンエッチングでパターニング加工を施してコア部３０を形成し、さらに層厚３０μｍの上部クラッド層２２となる石英ガラス層を積層することにより作製することができる。各ガラス層は、火炎堆積法を用いてガラス微粒子層を堆積させた後、この微粒子層を焼結炉で加熱してから除冷して透明ガラス化することにより形成することができる。
【００２１】
次に、後に行うエッチングによりクラッド層２０の一部を除去するとともにコア部３０をクラッド部２５とともに分断する溝５０を形成すべく、図３のように、クラッド層２０の上面に感光性レジスト膜を塗付してフォトリソグラフィによりレジストパターン７０を形成する。このレジストパターン７０には、コア部３０およびクラッド部２５の両側のクラッド層２０を除去するための開口７５が設けられている。コア部３０の上方に位置するパターン７０は、コア部３０の近傍のクラッド層２０をエッチングから保護してクラッド部２５を形成するために、コア部３０の幅（８μｍ）よりも幅広の帯状パターン７１となっている。この帯状パターン７１の幅は約５０μｍである。また、帯状パターン７１の途中には、このパターンを分断する小さな開口７６が形成されている。これは、導波路部４０に分断溝５０を形成するためのものである。
【００２２】
次いで、レジストパターン７０をマスクとして反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）により、開口７５および７６の下のクラッド層２０およびコア部３０を除去してシリコン基板１０の表面を露出させる。エッチングガスはＣ２  Ｆ６  、その流量は５０ｓｃｃｍ、雰囲気圧は５Ｐａとする。このＲＩＥは異方性エッチングであるので、クラッド層２０およびコア部３０の除去はシリコン基板１０の表面にほぼ垂直に進行する。
【００２３】
これにより、図１のように、コア部３０の両側においてクラッド層２０の一部がコア部３０に沿って除去され、コア部３０およびこれを被覆するクラッド部２５からなる導波路部４０が形成される。これと同時に、開口７６の下方のクラッド部２５およびコア部３０が除去されて、この導波路部４０を分断する溝５０が形成される。これにより、Ｙ分岐部を含む導波路部４１が他の導波路部から分離される。こうして、本実施例の光導波路１００が完成する。
【００２４】
なお、上記の作製方法では、導波路部４０を分断する溝５０をＲＩＥで形成しているが、この代わりに、ダイシングによる研削加工により形成することもできる。
【００２５】
図４は、図１のＡ−Ａ′線に沿った断面図である。この図のように、導波路部４０はその両側のクラッド層２０から分離されており、これにより、コア部３０の内部応力が解放される。
【００２６】
図５および図６は、これを説明するための模式図である。図５のように、クラッド層２０の一部がコア部３０に沿って除去されていない場合は、コア部３０を取り囲む上部クラッド層２２および下部クラッド層２１からコア部３０に光軸と交差する方向に沿った膜応力が付与されており、コア部３０に内部応力が発生している。これにより、光導波路は湾曲する。これらの応力は、コア部３０やクラッド層２０を透明ガラス化する際の除冷時に、シリコン基板１０を構成するシリコンとコア部３０やクラッド層２０を構成する石英ガラスとの熱膨張率の差に起因して生じる。
【００２７】
一方、図６のように、コア部３０に沿ってクラッド層２０の一部を除去することにより、両側のクラッド層２０から分離された導波路部４０が形成されていると、両側のクラッド層２０から膜応力を付与されずにすむので、コア部３０の内部応力のうち光軸と交差する方向のものが低減される。また、基板１０の湾曲量も低減される。
【００２８】
次に、図７は、図１のＡ−Ａ′線に直交する方向に沿った光導波路１００の断面図であり、特に導波路部４０の断面構造を示すものである。この図のように、光導波路１００ではコア部３０を分断する溝５０が形成されて、導波路部４０の一部が他の部分から分離されており、これによってもコア部３０の応力が低減される。
【００２９】
図８および図９は、これを説明するための模式図である。図８のように、導波路部４０を分断する溝５０が形成されていない場合は、上部クラッド層２２および下部クラッド層２１からコア部３０に光軸に沿った方向の膜応力が付与されており、コア部３０に内部応力が発生している。
【００３０】
一方、図９のように、導波路部４０の一部に溝５０が形成されて導波路部４０の一部が他の部分から分離されていると、両側の導波路部４０から膜応力をうけないですむので、これによってコア部３０の内部応力のうち光軸方向に沿ったものが低減され、基板１０の湾曲量も低減される。
【００３１】
このように、本実施例の光導波路１００では、コア部３０の内部応力のうち、光軸と交差する方向のものだけでなく、光軸に沿った方向のものも低減されているので、コア部３０の内部応力は著しく低減されている。これにより光弾性効果による屈折率の異方性が低減する結果、光導波路１００の偏光特性（ＰＤＬ）は極めて小さくなるので、光導波路１００は光ファイバ通信線路において好適な使用が可能である。
【００３２】
さらに、本実施例では、光機能部分であるＹ分岐部を含む導波路部４１が互いに他の導波路部４１から分離されており、内部応力が光機能に及ぼす影響が著しく低減されている。
【００３３】
なお、本発明は上記実施例に限られるものでなく、様々な変形が可能である。例えば、上記実施例の光導波路１００の分断溝５０に屈折率整合剤を流入して、これを分断溝５０を挟んで対向するコア部３０の二つの部分の間に介在させると、双方の間の間隙から光が放射するのを抑えて、導波光の放射損失を低減することができる。
【００３４】
【発明の効果】
以上、詳細に説明した通り、本発明の光導波路では、コア部およびクラッド部が周囲のクラッド層から分離され、さらにこのコア部の一部およびこれを被覆するクラッド部の一部が他の部分から分離されているので、この分離されたコア部およびクラッド部の内部応力は著しく低減される。これにより、偏光特性の極めて小さい光導波路を実現することができる。
【００３５】
他の部分から分離されたコア部およびクラッド部が、光導波路のうち光機能部分を含んでいると、内部応力が光機能に及ぼす影響が低減されるので、本発明の光導波路は優れた光機能素子となる。
【００３６】
コア部およびクラッド部を分断する溝を挟んで対向する二つの部分の間に屈折率整合剤が介在していると、導波光の放射損失が低減されるので、本発明の光導波路はさらに好適なものとなる。
【００３７】
このように、本発明の光導波路は優れた性能を有するので、これを通信用の光ファイバと接続して使用すれば光ファイバ通信線路の信頼性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例の光導波路を示す全体斜視図である。
【図２】実施例の光導波路の作製方法を示す第１の工程図である。
【図３】実施例の光導波路の作製方法を示す第２の工程図である。
【図４】実施例の光導波路を示す第１の断面図である。
【図５】光導波路の光軸に交差する方向に沿った応力を示す模式図である。
【図６】光導波路部の応力の低減を示す図である。
【図７】実施例の光導波路を示す第２の断面図である。
【図８】光導波路の光軸に沿った方向の内部応力を示す模式図である。
【図９】光導波路部の応力の低減を示す図である。
【符号の説明】
１０…シリコン基板、２０…クラッド層、２１…下部クラッド層、２２…上部クラッド層、３０…コア部、４０…導波路部、４１…Ｙ分岐部を含む導波路部、５０…溝、６０…導波層、７０…レジストパターン、７５および７６…開口、１００…実施例の光導波路。
【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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