(57)【要約】【課題】ハイメサ導波路を用いて光方向性結合器を構成する場合、光の閉じ込めが強いために、光がほとんど導波路間で結合せず、結合長が大きくなってしまう。導波路間のみをリッジ型構造にして両方の導波路の外側をハイメサ型構造にする擬リッジ型の構成を採用しても、導波路間のギャップは通常サブミクロン程度の精度で作製しなければならず、作製誤差による回路の寸法の少しのゆらぎが方向性結合器の特性に大きく影響する。【解決手段】本発明の光導波路回路は、従来技術の擬リッジ構造の方向性結合器のコア上方にクラッドと同じ材料の薄いクラッド（薄膜クラッド層）を残すことによって、ハイメサ構造の欠点を補う構造を備えている。コア上部に薄膜クラッドを備えることによって、方向性結合器の結合長をより短くし、回路の作製誤差に対するトレランス（許容誤差）を向上させる光導波路回路およびその作製方法を提供する。【選択図】図２
2014123044.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に、コア層およびクラッド層が順次積層された積層構造に構成された光導波路回路において、
前記基板の一部から構成されたリッジ部分の上に形成され、前記コア層から構成された導波路コアおよび前記クラッド層から構成された上部クラッドを有する第１の光導波路と、
前記リッジ部分の上に前記第１の光導波路に概ね平行に配置され、前記コア層から構成された導波路コアおよび前記クラッド層から構成された上部クラッドを有する第２の光導波路とを備え、
前記第１の光導波路および前記第２の光導波路の各導波路コアは連続しており、前連続した導波路コアの上の少なくとも一部に前記クラッド層と同じ材料で構成される薄膜クラッドを備えており、
前記第１の光導波路および前記第２の光導波路は、対向していない側の各側面が、それぞれ、前記クラッド層および前記コア層を通して積層面に概ね垂直な面を形成するようにエッチングされたメサ構造を持っていること
を特徴とする光導波路回路。
【請求項２】
前記薄膜クラッドと、前記クラッド層との間に、前記第１の光導波路および前記第２の光導波路の前記クラッド層をエッチングするために使用されるエッチングストップ層をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の光導波路回路。
【請求項３】
前記エッチングストップ層の厚さは、５〜５０ｎｍの範囲にあることを特徴とする請求項２に記載の光導波路回路。
【請求項４】
前記エッチングストップ層は、前記コア層と前記クラッド層との間に積層して形成されることを特徴とする請求項２または３に記載の光導波路回路。
【請求項５】
前記薄膜クラッドは、前記クラッド層とは別個に、前記コア層と前記クラッド層との間に積層して形成されることを特徴とする請求項１乃至４いずれかに記載の光導波路回路。
【請求項６】
前記第１の光導波路および前記第２の光導波路は、擬リッジ型光方向性結合器を構成することを特徴とする請求項１乃至５いずれかに記載の光導波路回路。
【請求項７】
擬リッジ型光方向性結合器を含む光導波路回路を作製する方法において、
基板上に、コア層、薄膜クラッド層、エッチングストップ層、クラッド層を順次積層して、積層基板を作製する第１のステップと、
前記クラッド層をエッチングして、前記エッチングストップ層まで光方向性結合器の結合部分を画定する第２のステップと、
前記エッチングストップ層を除去する第３のステップと、
前記結合部分を含む領域を覆うように、ハイメサ導波路のパターニングを行うためのマスクを形成する第４のステップと、
前記マスクを介してエッチングすることによって、概ね平行に配置された第１の光導波路および第２の光導波路を形成する第５のステップであって、前記第１の光導波路および前記第２の光導波路は、対向していない側の各側面が、それぞれ、前記クラッド層および前記コア層を通して積層面に概ね垂直な面を形成するようにエッチングされたメサ構造を持っている、第５のステップと
を備え、
前記第１の光導波路および前記第２の光導波路の各導波路コアは連続しており、前連続した導波路コアの上の少なくとも一部に、前記クラッド層と同じ材料で構成された前記薄膜クラッドを備えていること
を特徴とする光導波路回路を作製する方法。
【請求項８】
前記エッチングストップ層の厚さは、５〜５０ｎｍの範囲にあり、前記第３のステップは、ウェットエッチングによることを特徴とする請求項７に記載の作製する方法。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
本発明は光導波路回路に関し、より詳しくは、光の分岐比を変化させることのできる光方向性結合器に関する。
【０００２】
スマートフォンを初めとする新たなインターネット通信端末が幅広く普及する現在、携帯電話やインターネットを支える光通信の利用も爆発的に広がっている。光通信に対してはますますの高速化・大容量化が要請されており、光通信に用いられる光デバイスへの要求も多岐に渡っている。とりわけ、光信号を分岐するためのスプリッタ、ＭＭＩ（Multi Mode Interference）回路、方向性結合器が、また、アレイ導波路回折格子（ＡＷＧ）などの波長ごとに分波するための光導波路回路が重要となっている。
【０００３】
光方向性結合器は、２本の光導波路を近接させることによって、光信号の分岐を行う回路である。２本の光導波路を近接させる長さを変化させることによって、分岐比を変化させることができる。光方向性結合器は単体で利用されるのはもちろんのこと、マッハ・ツェンダー干渉計など各種の光回路の基礎構成部品としても広く用いられている。
【０００４】
上述の光通信の要請を背景に、光デバイスの小型化、光通信用光源チップの大容量化を目的に、各種光回路を１つの基板上に集積するモノリシック集積回路を実現する必要性が高まっている。半導体レーザや光変調器などの光アクティブデバイスと、光導波路回路などの光パッシブデバイスとを、一つの基板上に集積することによって、多種多様な機能の実現、通信容量の大容量化を実現することができる。これらのデバイスは、半導体レーザを容易に実現することのできる直接遷移半導体である、例えば、ＩｎＰ、ＧａＡｓなどの化合物半導体材料を用いて製造される。
【０００５】
ＩｎＰやＧａＡｓなどのような化合物半導体の基板上に光パッシブデバイスを構成する場合に光を導波させる光導波路としては、大別して、埋め込み型導波路、リッジ型導波路およびハイメサ型導波路の３種類が利用されている。埋め込み型導波路は、屈折率の大きな半導体コアの周囲をそれよりも屈折率の低い半導体材料で囲んだ構造を持ち、多くの半導体レーザに採用されている。リッジ型導波路は、光の導波する部分の上部にのみ低屈折率クラッドを残す構造を持ち、基板および導波路コアの加工が不要なため、簡単に作成できるという利点がある。ハイメサ導波路は、上部クラッド、コアおよび下部クラッド（基板）まで突き抜けてエッチングを行い、高さの高いメサ構造を形成する導波路である。
【０００６】
これらの３種類の導波路はそれぞれに利点および不利点を有しているが、化合物半導体基板上で光信号を引き回すことを考えた場合、閉じ込めが強いために曲げ損失の小さな、ハイメサ導波路を用いることが好ましい。ハイメサ導波路を用いることによって、光パッシブデバイスの領域をより小さくすることが可能となり、集積化したデバイスの小型化が可能である。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】T. Fujisawa, S. Kanazawa, H. Ishii, N. Nunoya, Y. Kawaguchi, A. Ohki, N. Fujiwara, K. Takahata, R. Iga, F. Kano, and H. Oohashi， “1.3μm, 4×25-Gbit/s, monolithically integrated light source for metro area 100-Gbit/s Ethernet,” IEEE Photonics Technology Letters, vol. 23, no. 6, pp.356-358, Mar. 2011.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、ハイメサ導波路を用いて光方向性結合器を構成する場合、光の閉じ込めが強いことは問題となる。光の閉じ込めが強いために、光がほとんど導波路間で結合せず、結合長が逆に大きくなってしまい、ハイメサ導波路を用いた小型化の利点が少なくなってしまう。その１つの解決法としては、方向性結合器の結合部のみをリッジ型構造にすること、または、導波路間のみをリッジ型構造にして両方の導波路の外側をハイメサ型構造にする擬リッジ型の構成が考えられる。このような構造を採用しても、導波路間のギャップは通常サブミクロン程度の精度で作製しなければならず、作製誤差による回路の寸法の少しのゆらぎが方向性結合器の特性（例えば、結合長）の大きな差となって表れてしまう。
【０００９】
本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであって、擬リッジ型の方向性結合器を作製する際に、従来技術よりも結合長をより短くし、さらに作製誤差に対する方向性結合器の特性のトレランスを向上した光導波路回路およびその作製方法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】
【００１０】
本発明は、このような目的を達成するために、請求項１に記載の発明は  基板上に、コア層およびクラッド層が順次積層された積層構造に構成された光導波路回路において、前記基板の一部から構成されたリッジ部分の上に形成され、前記コア層から構成された導波路コアおよび前記クラッド層から構成された上部クラッドを有する第１の光導波路と、前記リッジ部分の上に前記第１の光導波路に概ね平行に配置され、前記コア層から構成された導波路コアおよび前記クラッド層から構成された上部クラッドを有する第２の光導波路とを備え、前記第１の光導波路および前記第２の光導波路の各導波路コアは連続しており、前連続した導波路コアの上の少なくとも一部に前記クラッド層と同じ材料で構成される薄膜クラッドを備えており、前記第１の光導波路および前記第２の光導波路は、対向していない側の各側面が、それぞれ、前記クラッド層および前記コア層を通して積層面に概ね垂直な面を形成するようにエッチングされたメサ構造を持っていることを特徴とする光導波路回路である。
【００１１】
好ましくは、基板としては、例えば、ＩｎＰ、ＧａＡｓなどの化合物半導体材料を用いて製造される。また、本発明の光導波路回路は、各種光回路を１つの基板上に集積するモノリシック集積回路の中に含めることもできる。
【００１２】
請求項２に記載の発明は、請求項１の光導波路回路であって、前記薄膜クラッドと、前記クラッド層との間に、前記第１の光導波路および前記第２の光導波路の前記クラッド層をエッチングするために使用されるエッチングストップ層をさらに備えることを特徴とする。            
請求項３に記載の発明は、請求項２の光導波路回路であって、前記エッチングストップ層の厚さは、５〜５０ｎｍの範囲にあることを特徴とする。
【００１３】
請求項４に記載の発明は、請求項２または３の光導波路回路であって、前記エッチングストップ層は、前記コア層と前記クラッド層との間に積層して形成されることを特徴とする。
【００１４】
請求項５に記載の発明は、請求項１乃至４いずれかの光導波路回路であって、前記薄膜クラッドは、前記クラッド層とは別個に、前記コア層と前記クラッド層との間に積層して形成されることを特徴とする。
【００１５】
請求項６に記載の発明は、請求項１乃至５いずれかの光導波路回路であって、前記第１の光導波路および前記第２の光導波路は、擬リッジ型光方向性結合器を構成することを特徴とする。
【００１６】
請求項７に記載の発明は、擬リッジ型光方向性結合器を含む光導波路回路を作製する方法において、基板上に、コア層、薄膜クラッド層、エッチングストップ層、クラッド層を順次積層して、積層基板を作製する第１のステップと、前記クラッド層をエッチングして、前記エッチングストップ層まで光方向性結合器の結合部分を画定する第２のステップと、前記エッチングストップ層を除去する第３のステップと、前記結合部分を含む領域を覆うように、ハイメサ導波路のパターニングを行うためのマスクを形成する第４のステップと、前記マスクを介してエッチングすることによって、概ね平行に配置された第１の光導波路および第２の光導波路を形成する第５のステップであって、前記第１の光導波路および前記第２の光導波路は、対向していない側の各側面が、それぞれ、前記クラッド層および前記コア層を通して積層面に概ね垂直な面を形成するようにエッチングされたメサ構造を持っている、第５のステップとを備え、前記第１の光導波路および前記第２の光導波路の各導波路コアは連続しており、前連続した導波路コアの上の少なくとも一部に、前記クラッド層と同じ材料で構成された前記薄膜クラッドを備えていることを特徴とする光導波路回路を作製する方法である。
【００１７】
請求項８に記載の発明は、請求項７の光導波路回路の作製方法であって、前記エッチングストップ層の厚さは、５〜５０ｎｍの範囲にあり、前記第３のステップは、ウェットエッチングによることを特徴とする。前記第１の光導波路および前記第２の光導波路は、擬リッジ型光方向性結合器を構成する。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によって、より製造が簡単で小型な光導波路回路を構成することができる。光通信のさらなる高速化・大容量化を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は、本発明の光方向性結合器で使用される半導体の積層構造を示す図である。
【図２】図２は、本発明の光方向性結合器の構造を示す図である。
【図３】図３は、本発明の光方向性結合器の製造方法を説明する図である。
【図４】図４は、本発明および従来技術の擬リッジ構造を持つ光方向性結合器の断面構造を示す図である。
【図５】図５は、本発明の光方向性結合器における薄膜クラッド厚と結合長との関係を示す図である。
【図６】図６は、本発明で薄膜クラッド層が極端に厚い場合の（ＭＭＩ導波路）の断面構造を示す図である。
【図７】図７は、擬リッジ構造の光方向性結合器における間隔部のエッチングを説明する図である。
【図８】図８は、従来構造および本発明の光方向性結合器における結合長のｇａｐ長依存性を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明の光導波路回路は、従来技術の擬リッジ構造の方向性結合器の結合部分のコア上方にクラッドと同じ材料の薄いクラッド（薄膜クラッド層）を残すことによって、ハイメサ構造の欠点を補う構造を備えている点に特徴がある。コア上部に薄膜クラッドを備えることによって、方向性結合器の結合長をより短くし回路のサイズを小型化し、回路の作製誤差に対する光方向性結合器特性のトレランス（許容誤差）を向上させる。
【００２１】
本発明の光導波路回路は、基板上に、コア層およびクラッド層が順次積層された積層構造に構成された光導波路回路において、前記基板の一部から構成されたリッジ部分の上に形成され、前記コア層から構成された導波路コアおよび前記クラッド層から構成された上部クラッドを有する第１の光導波路と、前記リッジ部分の上に前記第１の光導波路に概ね平行に配置され、前記コア層から構成された導波路コアおよび前記クラッド層から構成された上部クラッドを有する第２の光導波路とを備えている。前記第１の光導波路および前記第２の光導波路の各導波路コアは連続しており、前連続した導波路コアの上の少なくとも一部に前記クラッド層と同じ材料で構成される薄膜クラッドを備えており、前記第１の光導波路および前記第２の光導波路は、対向していない側の各側面が、それぞれ、前記クラッド層および前記コア層を通して積層面に概ね垂直な面を形成するようにエッチングされたメサ構造を持っている。
【００２２】
上記の薄膜クラッドは、クラッド層とは別個に、前記コア層と前記クラッド層との間に積層して形成されても良い。また、クラッド層から直接形成されても良い。
【００２３】
以下、本発明の光方向性結合器を含む光導波路回路の構成および作製方法について、詳細に説明する。以下の説明では、簡単のため光方向性結合器の発明として説明を行うが、本発明の特徴は光方向性結合器を含む光導波路回路に適用可能であって、他の機能を持つ受動回路、能動回路を組み合わせた光集積回路にも適用できる。
【実施例１】
【００２４】
本発明の光方向性結合器の構成は、後述する図４の（ｂ）の従来技術による光方向性結合器の構成と対比しながら、図４の（ａ）に示されている。本発明の光方向性結合器４００は、コア層４０２の上部に薄膜クラッド層４０５を有している。さらに、薄膜クラッド層４０５を形成するためのエッチングストップ層４０６も備えている。本発明の光方向性結合器の構成を説明する前に、まず、基本とする半導体積層構造について説明する。
【００２５】
図１は、本発明の光方向性結合器で使用される半導体の積層構造を示す図である。図１は、光方向性結合器を作製する前の半導体積層構造を、積層面の側面から見た断面図である。ｎ型のＩｎＰ基板１０１上に、厚さ３００ｎｍで、バンドギャップ波長１．１５μｍの、基板１０１に格子整合するＩｎＧａＡｓＰバルクコア１０２と、厚さΔ1のＩｎＰ薄膜クラッド１０３と、厚さΔ2のＩｎＧａＡｓＰエッチングストップ層１０４と、コンタクト層（図示せず）を含む厚さ２μｍのＩｎＰ上部クラッド層１０５とからなっている。エッチングストップ層１０４のＩｎＧａＡｓＰの組成は、バルクコア１０２のものと同じとする。
【００２６】
図２は、本発明の光方向性結合器の構造図を示す。図２の（ａ）は、基板面（ｘ−ｙ面）に垂直な方向から見た上面図であり、（ｂ）は、光導波路の光進行方向（ｘ軸）を見た断面図である。図２の（ａ）に示すように、光方向性結合器は、入力導波路部２０１、方向性結合器部２０２および出力導波路部２０３からなる。尚、図２の（ａ）では、入力導波路部２０１から出力導波路部２０３までを貫く２本のハイメサ導波路２０４、２０５の両脇は空間のようにも見えるが、基板面１０１が存在していることに注意されたい。図２の（ｂ）には、入力導波路部２０１におけるａ―ａ´部の断面図（ｙ−ｚ面）、および、方向性結合器部２０２におけるｂ−ｂ´部の断面図（ｙ−ｚ面）がそれぞれ示されている。ｂ−ｂ´部の断面図から分かるように、方向性結合器部２０２では２つの導波路は擬リッジ構造となっている。さらに、方向性結合器部２０２では、２つのリッジ導波路の間の結合部において、コア層２０７は２つの導波路に渡って連続している。さらに、コア層の上には、２つの導波路間に渡って本発明の光方向性結合器に特有の薄膜クラッド層２０６を備えている。
【００２７】
図３は、本発明の光方向性結合器の製造方法を説明する図である。図３の（ａ）から（ｅ）の順に工程（ステップ）は進み、各工程において、右側が上面図（ｘ−ｙ面）を左側が入力導波路部側から光進行方向（ｘ軸方向）を見たａ−ａ´線を含む断面図（ｙ−ｚ面）を示している。本発明の光方向性結合器は、図１に示した半導体積層構造に基づいて、以下の手順で作製される。図３における半導体積層構造は、ｎ型のＩｎＰ基板３０１上に、エピタキシャル成長によって、ｎ型のＩｎＰ３０１基板上に、コア層３０２、薄膜クラッド層３０３、エッチングストップ層３０４および上部クラッド層３０５が、この順に積層して形成されている。
【００２８】
図３の（ａ）に示すように、まず、フォトリソグラフィーにより、擬リッジ構造の方向性結合器部をパターニングするため、上部クラッド層３０５上にマスク３０６を形成する。次に、ドライエッチングにより、上部クラッド層３０５の途中までエッチングをして、その後、塩酸系の溶液を用いたウェットエッチングにより、（エッチングストップ層３０４までエッチングして図３の（ｂ）の状態に至る。
【００２９】
さらに、図３の（ｃ）に示すように、作製の途中の２つの導波路３０５ａ、３０５ｂの間の結合部のエッチングストップ層３０３を、硫酸系の溶液を用いて除去する。次に、図３の（ｄ）に示すように、結合部を覆う形でハイメサ導波路のパターニングを行うためのマスク３０７を形成する。その後、図３の（ｅ）に示すように、ドライエッチングによって、擬リッジ構造の方向性結合器部、その入力ハイメサ導波路および出力ハイメサ導波路を形成する。
【００３０】
したがって、本発明は、光導波路回路の作製方法としての側面も持つことになる。すなわち、本発明の異なる側面として、擬リッジ型光方向性結合器を含む光導波路回路を作製する方法を提供する。この方法は、基板上に、コア層、薄膜クラッド層、エッチングストップ層、クラッド層を順次積層して、積層基板を作製する第１のステップと、前記クラッド層をエッチングして、前記エッチングストップ層まで光方向性結合器の結合部分を画定する第２のステップと、前記エッチングストップ層を除去する第３のステップと、前記結合部分を含む領域を覆うように、ハイメサ導波路のパターニングを行うためのマスクを形成する第４のステップを備える。
【００３１】
さらに本方法の発明は、前記マスクを介してエッチングすることによって、概ね平行に配置された第１の光導波路および第２の光導波路を形成する第５のステップであって、前記第１の光導波路および前記第２の光導波路は、対向していない側の各側面が、それぞれ、前記クラッド層および前記コア層を通して積層面に概ね垂直な面を形成するようにエッチングされたメサ構造を持っている、第５のステップを備える。前記第１の光導波路および前記第２の光導波路の各導波路コアは連続しており、前連続した導波路コアの上の少なくとも一部に、前記クラッド層と同じ材料で構成された前記薄膜クラッドを備えている。
【００３２】
ここで、エッチングストップ層３０４の厚さは、エピタキシャル成長プロセスにおいて制御可能な値が最小値となる。エピタキシャル成長によって再現性良く形成できる最小の厚さは概ね５ｎｍ程度となる。ただし、制御可能な厚さをさらに薄くすることが可能であれば、さらに薄くても良い。また逆に、エッチングストップ層３０４が余りに厚いと、本来コア層３０２に集中するべき光が、エッチングストップ層３０４にも漏れることになり、光方向性結合器の結合長を長くしてしまう。したがって、エッチングストップ層３０４の厚さは、次に具体的に述べるように、光のモードフィールドに影響を与えない程度であることが望ましい。
【００３３】
エッチングストップ層３０４の厚さがコア層３０２の厚さに比べて無視できるほどに薄ければ、エッチングストップ層３０４への光の漏れ出しは少なく、モードフィールドに影響を与えない。全光パワーのコア層３０２への閉じ込めの割合に対して、エッチングストップ層３０４における閉じ込めの割合の比率が１０％以下であれば、モードフィールドに対するエッチングストップ層３０４の影響は無視できる。本実施例においては、エッチングストップ層３０４の厚さが５０ｎｍのとき、コア層３０２への光閉じ込めの割合は５０％、エッチングストップ層３０４への光閉じ込めの割合は５％である。このとき、コア層に対する光閉じ込めと、エッチングストップ層への光閉じ込めとの比率は１０％となる。したがって、エッチングストップ層の厚さの上限は、５０ｎｍとなる。結局、エッチングストップ層の厚さは、具体的に５ｎｍ〜５０ｎｍ程度の範囲が良い。本明細書の実施例において、エッチングストップ層の厚さΔ2を５ｎｍとする。尚、方向性結合器の結合長の定義については、後述する。
【００３４】
図４は、本発明および従来技術の擬リッジ構造の光方向性結合器の断面構造を示す図である。（ａ）は、本発明の光方向性結合器を示し、（ｂ）は従来技術の光方向性結合器を示す。図４の（ｂ）の従来技術の構成では、基板４０１の上部にはリッジ部があり、さらに２つの導波路の各コアは連続している。連続するコアの上には、さらに、クラッド層と同じ材料で構成される薄膜クラッド４０３を備えている。各導波路メサの幅をＷ、２つのメサ間のギャップをｇａｐとする。図４の（ｂ）の従来技術の構造は、本発明の方向性結合器の構造において特有の薄膜クラッド４０３およびエッチングストップ層４０４を有していない。
【００３５】
図５は、本発明の光方向性結合器における薄膜クラッド層の厚さと結合長との関係を示す図である。横軸に、図４（ａ）における薄膜クラッド層４０３の厚さΔ1を、縦軸に結合長を取っている。ここで、各導波路のメサ幅Ｗを１．５μｍ、ｇａｐを０．５μｍ、使用波長を１．３μｍとした。結合長とは、方向性結合器の入力導波路の一方のポートから入力された光が、出力導波路の反対のポートに完全に出力されるような方向性結合器の長さとして定義され（完全結合長とも呼ばれる）、次式（１）によって求めることができる。
【００３６】
【数１】
2014123044.tif 000003
【００３７】
ここで、Δｎeffは、基本モードの実効屈折率および第１高次モードの実効屈折率の間の差を示す。図５からわかるように、薄膜クラッド層４０３の厚さΔ1をより大きくすることにより、結合長は短くなる。したがって、薄膜クラッド層４０３をより厚くしていくことで、方向性結合器のサイズを小さくできることがわかる。但し、あまりに薄膜クラッド層４０３の厚さが大きくする場合、結合する２つハイメサ導波路の構成は図６に示すような多モード干渉型（ＭＭＩ）導波路に近づいていく。
【００３８】
ＭＭＩ導波路では、２つの出力導波路への分岐比の調整が困難となってしまう。したがって、光方向性結合器を構成しようとする場合、薄膜クラッド層４０３の厚さは本実施例の光方向性結合器の構成の場合、０．１μｍ以下であることが望ましい。薄膜クラッド層の厚さが０．１μｍ以下である場合には、従来構造の光方向性結合器に比べて結合長を半分程度にすることが可能であって、モノリシック集積回路に光方向性結合器を含む場合に回路の小型化に大きな効果がある。
【００３９】
上述の説明では、薄膜クラッド層４０３の厚さを０．１μｍ以下の範囲とすることにより、結合長を短くすることができる効果について述べた。しかしながら、実際に使用される方向性結合器における２つの導波路の結合部分の長さは、結合長の定義の状態（完全結合長）よりも短い状態で使用されることが多い。このように、光方向性結合器における２つの導波路が結合している部分の長さが、結合長よりも短い場合であっても、本発明の薄膜クラッド層を備えた構成によって、同様に光集積回路などの小型が可能である。
【００４０】
上述のように、本発明の効果は、２本のハイメサ導波路の間の結合部分において、連続するコア層の上に、薄膜クラッド層を備えている点にある。図２、図３および図４では、いずれもエッチングストップ層を含むものとして説明してきたが、連続するコア層の上に薄膜クラッド層を形成できる他の製作方法によれば、エッチングストップ層は必ずしも必要ではない点に留意されたい。例えば、図３の（ｂ）のドライエッチングの段階で、薄膜クラッド層３０３相当の厚さを残して、必要な深さまでクラッド層３０５を除去することで、ウェットエッチングを行わない場合には、エッチングストップ層３０４は不要である。また、クラッド層３０５をドライエッチング後、段差を測定しながら、ウェットエッチングによって薄膜クラッド層相当の所望の厚さを残すまでエッチングすることもできる。
【００４１】
上記のいずれの場合も、予め積層構造の中に薄膜クラッド３０４層を作製する必要がなく、クラッド層３０５から直接薄膜クラッド層相当部分を形成すれば良い。ただし、薄膜クラッド層の厚さの制御性の点では、エッチングストップ層３０４を備えているほうがより好ましい。
【００４２】
また、図２の上面図（ａ）において、方向性結合器部２０２の２つの導波路２０４、２０５の間のすべての領域に薄膜クラッド層２０６があるものとして説明してきた。しかしながら、２本のハイメサ導波路２０４、２０５の間の少なくとも一部の領域に薄膜クラッド層２０６がある場合でも、従来構造の光方向性結合器に比べて結合長を短縮することが可能である。モノリシック集積回路に光方向性結合器を含む場合に回路の小型化に一定の効果がある。
【００４３】
方向性結合器においては、出力ポートにおける分岐比を制御するために、結合部における２つのハイメサ導波路間の間隔部の距離（以下、ｇａｐ長）を制御することが極めて重要である。
【００４４】
図７は、擬リッジ構造の光方向性結合器における間隔部のエッチングを説明する図である。本発明の方向性結合器では、ｇａｐの大きさが０．５μｍ程度と非常に小さく、また、図３の（ｃ）で説明したように、結合部における端面の作製にウェットエッチングを用いる。このために、図７に示したように、２つのメサ構造７０２、７０４の対向する側面で、メサの横方向にもエッチングが進み、結合部の実際のｇａｐの幅が広くなってしまう。
【００４５】
図８は、従来技術および本発明の光方向性結合器における結合長のｇａｐ長依存性をそれぞれ示す図である。（ａ）と表示した曲線は、従来技術の光方向性結合器について、（ｂ）と表示した曲線は、本発明の光方向性結合器について、それぞれ、横軸にｇａｐ長を縦軸に結合長を取っている。（ａ）の従来技術の光方向性結合器については、ｇａｐ長が大きくなるにつれ、結合長は２次関数的に増加していることがわかる。
【００４６】
一方、（ｂ）の本発明の光方向性結合器であって、薄膜クラッドの厚さが０．１μｍの場合では、結合長のｇａｐ長依存性は（ａ）の従来技術に比べて小さい。ｇａｐ長が大きくなるにつれ、結合長は概ね線形に増加している。ｇａｐ長の値が０．５μｍから１μｍまで変化した場合の結合長の増加は、従来技術の光方向性結合器で２．８倍であったのに対し、本発明の光方向性結合器では１．９４倍と、結合長の変化率は小さい。したがって、メサ構造の製作時のエッチング工程などにおいてｇａｐ長の誤差が生じる場合であっても、本発明の光方向性結合器によれば、結合長の変動感度が従来技術による構成よりも抑えられる。すなわち、導波路間のギャップの作製誤差による光回路の寸法のゆらぎが、光方向性結合器の特性（例えば、結合長）に与える影響を、抑えることができる。作製誤差に対する光回路特性のトレランスを向上させた光導波路回路を提供することができる。
【００４７】
以上詳細に述べてきたように、本発明の光方向性結合器を光集積回路に用いることで、従来技術の構造による擬リッジ型方向性結合器と比べて、より小型でより製造の簡単な方向性結合器を提供し、作製誤差による光方向性結合器の特性変動に対するトレランスを向上させることが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
本発明は、一般的に光通信システムに利用することができる。特に、光導波路回路に利用することができる。
【符号の説明】
【００４９】
１０１、３０１、４０１、６０１、７０１  基板
１０２、２０７、３０２、４０２  コア層
１０３、２０６、３０３、４０３  薄膜クラッド層
１０４、３０４、４０４  エッチングストップ層
１０５、３０５、４０５  上部クラッド層
２０１  入力導波路部
２０２  方向性結合器部
２０３  出力導波路部
２０４、２０５、３０５ａ、３０５ｂ  ハイメサ導波路
３０６、３０７  マスク
４００  光方向性結合器
【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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