(57)【要約】【課題】低コスト、低消費電力、低熱応力で、量産性に優れた熱光学効果型光導波路素子、および、その製造方法を提供する。【解決手段】熱光学効果型光導波路素子（１）は、基材（１０）上に光導波路（２０）およびこの光導波路に熱光学効果をもたらす薄膜ヒータ（４０）を備え、薄膜ヒータ（４０）に対応する光導波路コア（２３）に沿って実質的に平行に熱分離溝（３０）を設けた。また、熱光学効果型光導波路素子（１）の製造方法は、基材（１０）上に、クラッド用の感光性ポリマー材料（２５ｄ）を塗布し、熱分離溝をパターニングしたフォトリソグラフィ処理により、熱分離溝（３０）を備えた下部クラッド層（２２）を形成する工程と、同様にして、熱分離溝（３０）を備えた上部クラッド層（２４）を形成する工程と、を少なくとも含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材上に光導波路およびこの光導波路に熱光学効果をもたらす薄膜ヒータを備えた熱光学効果型光導波路素子であって、
前記薄膜ヒータに対応する光導波路コアに沿って実質的に平行に熱分離溝を設けたことを特徴とする熱光学効果型光導波路素子。
【請求項２】
基材上に複数の選択可能な光導波路、およびこれらの光導波路に選択的に熱光学効果をもたらす薄膜ヒータを備えた熱光学効果型光導波路素子であって、
少なくとも２つの光導波路が実質的に分岐された分岐部で両光導波路コアに挟まれた領域において、前記薄膜ヒータに対応する光導波路コアに沿って実質的に平行に熱分離溝を設けたことを特徴とする熱光学効果型光導波路素子。
【請求項３】
前記熱分離溝は、前記薄膜ヒータに対応する光導波路コアの両側に沿って当該光導波路コアと実質的に平行に設けたことを特徴とする請求項１または請求項２記載の熱光学効果型光導波路素子。
【請求項４】
前記熱分離溝は、前記基材の表面が実質的に露出する深さに形成したことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載の熱光学効果型光導波路素子。
【請求項５】
基材上に光導波路およびこの光導波路に熱光学効果をもたらす薄膜ヒータを備えた熱光学効果型光導波路素子であって、
前記薄膜ヒータに対応する光導波路コアの近傍に、前記基材の表面が実質的に露出する熱分離溝を設けたことを特徴とする熱光学効果型光導波路素子。
【請求項６】
前記熱分離溝は、フォトリソグラフィ処理によるパターニングが可能な感光性ポリマー材料を用いて、前記光導波路とともに形成したことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項記載の熱光学効果型光導波路素子。
【請求項７】
基材上に光導波路およびこの光導波路に熱光学効果をもたらす薄膜ヒータを備えた熱光学効果型光導波路素子の製造方法であって、
基材上にポリマー材料を用いて前記光導波路を形成する工程と同一工程で、当該光導波路コアの近傍に熱分離溝を同時に形成することを特徴とする熱光学効果型光導波路素子の製造方法。
【請求項８】
基材上に光導波路およびこの光導波路に熱光学効果をもたらす薄膜ヒータを備えた熱光学効果型光導波路素子の製造方法であって、
基材上に、クラッド用の感光性ポリマー材料を塗布し、前記薄膜ヒータに対応する光導波路コアに沿って実質的に平行に配置される熱分離溝をパターニングしたフォトリソグラフィ処理により、熱分離溝を備えた下部クラッド層を形成する工程、
を少なくとも含むことを特徴とする熱光学効果型光導波路素子の製造方法。
【請求項９】
基材上に光導波路およびこの光導波路に熱光学効果をもたらす薄膜ヒータを備えた熱光学効果型光導波路素子の製造方法であって、
基材上に、クラッド用の感光性ポリマー材料を塗布し、前記薄膜ヒータに対応する光導波路コアに沿って実質的に平行に配置される熱分離溝をパターニングしたフォトリソグラフィ処理により、熱分離溝を備えた下部クラッド層を形成する工程と、
前記下部クラッド層上に、コア用の感光性ポリマー材料を塗布し、コア部をパターニングしたフォトリソグラフィ処理により、コア部を形成する工程と、
前記下部クラッド層および前記コア部上に、クラッド用の感光性ポリマー材料を塗布し、前記熱分離溝をパターニングしたフォトリソグラフィ処理により、熱分離溝を備えた上部クラッド層を形成する工程と、
を少なくとも含むことを特徴とする熱光学効果型光導波路素子の製造方法。
【請求項１０】
基材上に光導波路およびこの光導波路に熱光学効果をもたらす薄膜ヒータを備えた熱光学効果型光導波路素子の製造方法であって、
基材上に、クラッド用の感光性ポリマー材料を塗布し、前記薄膜ヒータに対応する光導波路コアに沿って実質的に平行に配置される熱分離溝をパターニングしたフォトリソグラフィ処理により、熱分離溝を備えた下部クラッド層を形成する工程と、
前記下部クラッド層上に、コア用の感光性ポリマー材料を塗布し、コア部をパターニングしたフォトリソグラフィ処理により、コア部を形成する工程と、
前記下部クラッド層および前記コア部上に、クラッド用の感光性ポリマー材料を塗布し、前記熱分離溝をパターニングしたフォトリソグラフィ処理により、熱分離溝を備えた上部クラッド層を形成する工程と、
熱分離溝を備えた前記光導波路上に、薄膜ヒータを形成する工程と、
を含むことを特徴とする熱光学効果型光導波路素子の製造方法。
【請求項１１】
前記下部クラッド層を形成する工程の前に、基材と下部クラッド層との密着性を高める結合層を形成する工程を含むことを特徴とする請求項８〜１０のいずれか１項記載の熱光学効果型光導波路素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、基材上に光導波路およびこの光導波路に熱光学効果をもたらす薄膜ヒータを備えた熱光学効果型光導波路素子と、この熱光学効果型光導波路素子の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、光通信システムや光伝送システムに用いられる光スイッチ、可変光減衰器（ＶＯＡ：Variable Optical Attenuator）、光センサー等の光素子には、熱光学効果を利用した光導波路素子が広く使用されている。熱光学効果とは、加熱により光導波材料の屈折率が変化する現象である。
【０００３】
すなわち、熱光学効果型光スイッチは、熱光学効果のある材料で形成された光導波路を使用し、導電性薄膜ヒータに通電することによって、光導波路の屈折率を変化させて光の出力ポートを切替えるものである。
【０００４】
また、熱光学効果型光ＶＯＡは、熱光学効果のある材料で形成された光導波路を使用し、導電性薄膜ヒータに流れる電力を制御することによって、光導波路の屈折率を変化させて出力光強度を減衰させるものである。
【０００５】
近年、光通信システムや光伝送システムの普及にともなって、このような光素子の低コスト化、省電力化、高密度集積化が要求されている。そこで、従来の石英ガラスを用いた光導波路の代りに、ポリマー系材料を用いた光導波路についての研究開発が大いに行われている。
【０００６】
ポリマー系材料は、石英ガラス等の無機材料に比べて１桁以上大きい熱光学係数を有するので、石英ガラスを用いた場合より低い加熱温度で動作させることのできる光素子を構成することができる。また、応答性良く光素子を動作させるために、熱伝導率の大きい光導波路材料を用いることができる。熱伝導率の良い材料を用いると、加熱対象となる導波路コアへの熱の伝わりが速くなると同時に、非加熱対象の周辺導波路への熱伝達も伝わりやすくなり、熱の有効利用に問題が生じる。
【０００７】
また、非加熱対象部の導波路を含めて加熱すると、温度上昇に必要な熱容量が大きくなり、加熱時間と光素子の切替速度が制限される問題がある。また、対象導波路コアを加熱すると、熱光学効果の発生と同時に、熱膨張が発生する。ポリマー系導波路とシリコンウエハとの熱膨張率が１桁以上異なるため、導波路上部クラッド層での熱膨張による伸びと、シリコン基板より下部クラッド層への圧縮力が同時に発生し、その相互作用で導波路コアに不均一な応力がかかる状態になり、コアの複屈折性が生じ、光素子の偏光特性や消光比等が悪くなる問題がある。
【０００８】
さらに、ポリマー系材料を用いた光導波路の一部を加熱することによって光の光路を制御するタイプの導波路型光素子においては、繰り返し動作によって熱が蓄積され、局部的な歪みが発生し、消光比等の光学特性が劣化するという問題がある。
【０００９】
そこで、こうした問題を解決するために、加熱するヒータが形成された光導波コアの近傍に熱の伝搬を阻止するための熱分離溝を設けることが、従来から提案されている（例えば、特許文献１、２参照）。
【特許文献１】特開２００４−８５７４４号公報
【特許文献２】特開２００４−３０９９２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、上記のような熱分離溝を設ける従来の方法は、光導波路を形成した後に、切削加工か、またはドライエッチング等により形成するものであるため、次のような課題があった。
【００１１】
すなわち、光導波路の形成後に切削加工により熱分離溝を形成する場合は、一定した深さの溝を形成することが困難であり、また、複雑なパターンの導波路が高密度に形成されたものでは溝の形成自体が困難であるうえ、直線以外の任意の形状の溝を形成することができない。
【００１２】
例えば、特許文献１に記載の光スイッチの場合、高密度集積された導波路ウエハに数μｍの導波路コアから数１０μｍ間隔の熱分離溝を形成することは、鋸やバイトによる切削加工では溝の形状精度、および位置精度、そして量産性に欠ける問題がある。
【００１３】
また、光導波路の形成後にドライエッチング等により熱分離溝を形成する場合は、加工設備が高価になることが避けられない。
【００１４】
例えば、特許文献２に記載の光導波路デバイスの場合、光導波路形成後にドライエッチング法を行うため、高価な加工装置が必要になり、光素子の加工コストが高くなる問題がある。
【００１５】
この発明は、上記課題を解決するために為されたものであり、低コスト、低消費電力、低熱応力で、しかも量産性に優れた熱光学効果型光導波路素子、および、その製造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】
【００１６】
この発明の請求項１に係る熱光学効果型光導波路素子は、基材上に光導波路およびこの光導波路に熱光学効果をもたらす薄膜ヒータを備えた熱光学効果型光導波路素子であって、前記薄膜ヒータに対応する光導波路コアに沿って実質的に平行に熱分離溝を設けたことを特徴とするものである。
【００１７】
この発明の請求項２に係る熱光学効果型光導波路素子は、基材上に複数の選択可能な光導波路、およびこれらの光導波路に選択的に熱光学効果をもたらす薄膜ヒータを備えた熱光学効果型光導波路素子であって、少なくとも２つの光導波路が実質的に分岐された分岐部で両光導波路コアに挟まれた領域において、前記薄膜ヒータに対応する光導波路コアに沿って実質的に平行に熱分離溝を設けたことを特徴とするものである。
【００１８】
この発明の請求項３に係る熱光学効果型光導波路素子は、請求項１または請求項２記載の熱光学効果型光導波路素子において、前記熱分離溝は、前記薄膜ヒータに対応する光導波路コアの両側に沿って当該光導波路コアと実質的に平行に設けたことを特徴とするものである。
【００１９】
この発明の請求項４に係る熱光学効果型光導波路素子は、請求項１〜３のいずれか１項記載の熱光学効果型光導波路素子において、前記熱分離溝は、前記基材の表面が実質的に露出する深さに形成したことを特徴とするものである。
【００２０】
この発明の請求項５に係る熱光学効果型光導波路素子は、基材上に光導波路およびこの光導波路に熱光学効果をもたらす薄膜ヒータを備えた熱光学効果型光導波路素子であって、前記薄膜ヒータに対応する光導波路コアの近傍に、前記基材の表面が実質的に露出する熱分離溝を設けたことを特徴とするものである。
【００２１】
この発明の請求項６に係る熱光学効果型光導波路素子は、請求項１〜５のいずれか１項記載の熱光学効果型光導波路素子において、前記熱分離溝は、フォトリソグラフィ処理によるパターニングが可能な感光性ポリマー材料を用いて、前記光導波路とともに形成したことを特徴とするものである。
【００２２】
この発明の請求項７に係る熱光学効果型光導波路素子の製造方法は、基材上に光導波路およびこの光導波路に熱光学効果をもたらす薄膜ヒータを備えた熱光学効果型光導波路素子の製造方法であって、基材上にポリマー材料を用いて前記光導波路を形成する工程と同一工程で、当該光導波路コアの近傍に熱分離溝を同時に形成することを特徴とするものである。
【００２３】
この発明の請求項８に係る熱光学効果型光導波路素子の製造方法は、基材上に光導波路およびこの光導波路に熱光学効果をもたらす薄膜ヒータを備えた熱光学効果型光導波路素子の製造方法であって、基材上に、クラッド用の感光性ポリマー材料を塗布し、前記薄膜ヒータに対応する光導波路コアに沿って実質的に平行に配置される熱分離溝をパターニングしたフォトリソグラフィ処理により、熱分離溝を備えた下部クラッド層を形成する工程、を少なくとも含むことを特徴とするものである。
【００２４】
この発明の請求項９に係る熱光学効果型光導波路素子の製造方法は、基材上に光導波路およびこの光導波路に熱光学効果をもたらす薄膜ヒータを備えた熱光学効果型光導波路素子の製造方法であって、基材上に、クラッド用の感光性ポリマー材料を塗布し、前記薄膜ヒータに対応する光導波路コアに沿って実質的に平行に配置される熱分離溝をパターニングしたフォトリソグラフィ処理により、熱分離溝を備えた下部クラッド層を形成する工程と、前記下部クラッド層上に、コア用の感光性ポリマー材料を塗布し、コア部をパターニングしたフォトリソグラフィ処理により、コア部を形成する工程と、前記下部クラッド層および前記コア部上に、クラッド用の感光性ポリマー材料を塗布し、前記熱分離溝をパターニングしたフォトリソグラフィ処理により、熱分離溝を備えた上部クラッド層を形成する工程と、を少なくとも含むことを特徴とするものである。
【００２５】
この発明の請求項１０に係る熱光学効果型光導波路素子の製造方法は、基材上に光導波路およびこの光導波路に熱光学効果をもたらす薄膜ヒータを備えた熱光学効果型光導波路素子の製造方法であって、基材上に、クラッド用の感光性ポリマー材料を塗布し、前記薄膜ヒータに対応する光導波路コアに沿って実質的に平行に配置される熱分離溝をパターニングしたフォトリソグラフィ処理により、熱分離溝を備えた下部クラッド層を形成する工程と、前記下部クラッド層上に、コア用の感光性ポリマー材料を塗布し、コア部をパターニングしたフォトリソグラフィ処理により、コア部を形成する工程と、前記下部クラッド層および前記コア部上に、クラッド用の感光性ポリマー材料を塗布し、前記熱分離溝をパターニングしたフォトリソグラフィ処理により、熱分離溝を備えた上部クラッド層を形成する工程と、熱分離溝を備えた前記光導波路上に、薄膜ヒータを形成する工程と、を含むことを特徴とするものである。
【００２６】
この発明の請求項１１に係る熱光学効果型光導波路素子の製造方法は、請求項８〜１０のいずれか１項記載の熱光学効果型光導波路素子の製造方法において、前記下部クラッド層を形成する工程の前に、基材と下部クラッド層との密着性を高める結合層を形成する工程を含むことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２７】
この発明は以上のように、基材上に光導波路およびこの光導波路に熱光学効果をもたらす薄膜ヒータを備えた熱光学効果型光導波路素子であって、前記薄膜ヒータに対応する光導波路コアに沿って実質的に平行に熱分離溝を設けた構成としたので、薄膜ヒータに加えられた熱は対応する光導波路コアの温度上昇に使われ、光素子の低消費電力化が図られると同時に、光素子の切替え速度が速くなり、また熱膨張応力の低減により光素子の偏波依存特性、消光比が向上され、高性能の光素子が実現できる。
【００２８】
また、高価な加工設備を必要とせず、簡易な製造工程だけで、光導波路と熱分離溝を同時に高精度で形成され、低コストでかつ量産性に優れた熱光学効果型導波路光素子を実現できる。
【００２９】
特に、低コスト化と低消費電力化が要求される光通信システムに応用することにより、光通信システムの普及に大きく貢献することが期待できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
この発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。
【００３１】
図１は、この発明による熱光学効果型光導波路素子の第１の実施形態を示し、この熱光学効果型光導波路素子１は、基材１０上に光導波路２０およびこの光導波路２０に熱光学効果をもたらす薄膜ヒータ４０を備えたものである。
【００３２】
そして、この熱光学効果型光導波路素子１は、薄膜ヒータ４０に対応する光導波路コア２３に沿って、好ましくは光導波路コア２３の両側に沿って、光導波路コア２３と実質的に平行（後述の図１１、図１３、図１５を参照）に熱分離溝３０を設けたものである。
【００３３】
また、この熱光学効果型光導波路素子１は、図１に示すように、薄膜ヒータ４０に対応する光導波路コア２３の近傍に、好ましくは光導波路コア２３に沿って、基材１０の表面が実質的に露出する熱分離溝３０を設けたものである。
【００３４】
図２〜図５は、この発明による熱光学効果型光導波路素子の製造方法の第１の実施形態を示し、この熱光学効果型光導波路素子の製造方法は、図１に示す熱光学効果型光導波路素子１を製造する第１の方法である。
【００３５】
すなわち、この熱光学効果型光導波路素子の製造方法は、基材（シリコン基板）１０上に光導波路２０およびこの光導波路２０に熱光学効果をもたらす薄膜ヒータ４０を備えた熱光学効果型光導波路素子１を製造する際、ポリマー材料２５を用いて光導波路２０を形成する工程と同一工程で、熱分離溝３０を同時に形成するものである。
【００３６】
この熱光学効果型光導波路素子の製造方法を工程順に説明すると、まず、シリコン基板１０上に、クラッド用の感光性ポリマー材料２５ｄを塗布し、熱分離溝をパターニングしたフォトリソグラフィ処理により、熱分離溝３０を備えた下部クラッド層２２を形成する（図２参照）。
【００３７】
具体的には、シリコン基板１０上に、例えばスピンコート法を用いて、クラッド用の感光性ポリマー材料２５ｄを塗布する（図２（ａ）参照）。
【００３８】
続いて、塗布した感光性ポリマー材料２５ｄの上方から、薄膜ヒータ４０に対応する光導波路コア２３に沿って実質的に平行に配置される熱分離溝パターンが形成されたフォトマスク２６を用いて露光する（図２（ｂ）参照）。
【００３９】
続いて、露光した感光性ポリマー材料２５ｄを現像・ベイクする（図２（ｃ）参照）。これにより、図２（ｃ）に示すように、熱分離溝３０を備えた下部クラッド層２２が形成される。
【００４０】
次に、下部クラッド層２２上に、クラッド用の感光性ポリマー材料２５ｄよりも屈折率が大きいコア用の感光性ポリマー材料２５ｒを塗布し、コア部をパターニングしたフォトリソグラフィ処理により、コア部２３を形成する（図３参照）。
【００４１】
具体的には、シリコン基板１０に形成した下部クラッド層２２上に、例えばスピンコート法を用いて、コア用の感光性ポリマー材料２５ｒを塗布する（図３（ａ）参照）。
【００４２】
続いて、塗布した感光性ポリマー材料２５ｒの上方から、コアパターンが形成されたフォトマスク２７を用いて露光する（図３（ｂ）参照）。
【００４３】
続いて、露光した感光性ポリマー材料２５ｒを現像・ベイクする（図３（ｃ）参照）。これにより、図３（ｃ）に示すように、コア部２３が形成される。
【００４４】
次に、下部クラッド層２２およびコア部２３上に、クラッド用の感光性ポリマー材料２５ｄを塗布し、熱分離溝をパターニングしたフォトリソグラフィ処理により、熱分離溝３０を備えた上部クラッド層２４を形成する（図４参照）。
【００４５】
具体的には、シリコン基板１０に形成した下部クラッド層２２およびコア部２３上に、例えばスピンコート法を用いて、クラッド用の感光性ポリマー材料２５ｄを塗布する（図４（ａ）参照）。
【００４６】
続いて、塗布した感光性ポリマー材料２５ｄの上方から、熱分離溝パターンが形成されたフォトマスク２６を用いて露光する（図４（ｂ）参照）。
【００４７】
続いて、露光した感光性ポリマー材料２５ｄを現像・ベイクする（図４（ｃ）参照）。これにより、図４（ｃ）に示すように、熱分離溝３０を備えた上部クラッド層２４が形成される。
【００４８】
このとき、下部クラッド層２２、コア部２３および上部クラッド層２４を一体に備えた光導波路２０が、その両側に熱分離溝３０を備えて形成されることとなる。
【００４９】
最後に、熱分離溝３０を備えた光導波路２０上に、薄膜ヒータ４０を形成する（図５参照）。
【００５０】
この薄膜ヒータ４０を形成する１つの方法は、まず、図４（ｃ）に示す熱分離溝３０を備えた光導波路２０上に、例えばスパッタリング法を用いて導電性金属材料を成膜する。つぎに、例えばスピンコート法を用いてフォトレジストを塗布し、ヒータパターンが形成されたフォトマスクを用いて露光・パターニングを行う。これにより形成されたレジスト膜をマスクとして、ウエットエッチングにより不要箇所の金属膜を除去し、最後にヒータパターン上のレジスト膜を剥離することで、薄膜ヒータ４０が得られる。
【００５１】
薄膜ヒータ４０を形成する別の方法は、まず、図４（ｃ）に示す熱分離溝３０を備えた光導波路２０上に、例えばスピンコート法を用いてフォトレジストを塗布し、ヒータパターンが形成されたフォトマスクを用いて露光・パターニングを行う。これにより形成されたヒータパターンが開口したレジスト膜上に、例えばスパッタリング法を用いて導電性金属材料を成膜し、レジスト膜をリフトオフすることで、開口に残る薄膜ヒータ４０が得られる。
【００５２】
上記のポリマー材料２５（感光性ポリマー材料２５ｄ，２５ｒ）は、フォトリソグラフィ処理によるアルカリ現像でパターニングが可能で、しかも、光導波路形成に適した透明な材料である。具体的には、例えば、エポキシ、ポリイミド、フッ素化ポリイミド、ポリシラン、ゾルゲル、アクリル、珪素樹脂、ポリシロキサン等から選ばれる。
【００５３】
また、薄膜ヒータ４０の形成に用いる導電性金属材料は、例えば、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ａｕ等の金属または合金から選ばれる。そして、薄膜ヒータ４０の成膜には、スパッタリング、蒸着、メッキ等の方法を用いることができる。さらに、薄膜ヒータ４０のパターニングは、フォトレジスト、ウエットエッチング、ドライエッチング等のフォトリソグラフィ処理を用いることが可能である。
【００５４】
図６〜図１０は、この発明による熱光学効果型光導波路素子の製造方法の第２の実施形態を示し、この熱光学効果型光導波路素子の製造方法は、図１に示す熱光学効果型光導波路素子１を製造する第２の方法である。
【００５５】
すなわち、この熱光学効果型光導波路素子の製造方法は、基材（シリコン基板）１０上に光導波路２０およびこの光導波路２０に熱光学効果をもたらす薄膜ヒータ４０を備えた熱光学効果型光導波路素子１を製造する際、ポリマー材料２５を用いて光導波路２０を形成する工程と同一工程で、熱分離溝３０を同時に形成するものである。
【００５６】
この熱光学効果型光導波路素子の製造方法を工程順に説明すると、まず、シリコン基板１０上に、シリコン基板１０と下部クラッド層２２との密着性を高める結合層（カップリング層）２１を形成する（図６参照）。
【００５７】
次に、シリコン基板１０の結合層２１上に、クラッド用の感光性ポリマー材料２５ｄを塗布し、熱分離溝をパターニングしたフォトリソグラフィ処理により、熱分離溝３０を備えた下部クラッド層２２を形成する（図７参照）。
【００５８】
この熱分離溝３０を備えた下部クラッド層２２の形成工程は、図２と同様であるので、具体的説明および工程の図示は省略する。
【００５９】
次に、下部クラッド層２２上に、コア用の感光性ポリマー材料２５ｒを塗布し、コア部をパターニングしたフォトリソグラフィ処理により、コア部２３を形成する（図８参照）。
【００６０】
このコア部２３の形成工程は、図３と同様であるので、具体的説明および工程の図示は省略する。
【００６１】
次に、下部クラッド層２２およびコア部２３上に、クラッド用の感光性ポリマー材料２５ｄを塗布し、熱分離溝をパターニングしたフォトリソグラフィ処理により、熱分離溝３０を備えた上部クラッド層２４を形成する（図９参照）。
【００６２】
この熱分離溝３０を備えた上部クラッド層２４の形成工程は、図４と同様であるので、具体的説明および工程の図示は省略する。
【００６３】
最後に、熱分離溝３０を備えた光導波路２０上に、ヒータをパターニングしたフォトリソグラフィ処理により、薄膜ヒータ４０を形成する（図１０参照）。
【００６４】
図１１、図１２は、この発明による熱光学効果型光導波路素子の第２の実施形態を示し、図１１は、この熱光学効果型光導波路素子を用いて構成したＹ分岐導波路型（１×２）光スイッチ２の平面図、図１２は断面図である。
【００６５】
このＹ分岐導波路型（１×２）光スイッチ２は、感光性ゾルゲル樹脂を用いて図２〜図４に示す光導波路形成プロセスによる処理をすることで、シリコン基板１０上に熱分離溝３０を備えたＹ分岐導波路５０を形成したのち、このＹ分岐導波路５０上にスパッタリングによりＣｒ薄膜を形成し、フォトリソグラフィ処理により薄膜ヒータ４０を形成して得られた熱光学効果型光スイッチである。
【００６６】
このＹ分岐導波路型（１×２）光スイッチ２は、光が入射する１つの入射導波路コア５１と、光が出射する２つの出射導波路コア５２ａ、５２ｂと、出射導波路コア５２ａ、５２ｂの何れか一方を選択的に加熱して熱光学効果を与える薄膜ヒータ４０ａ、４０ｂと、反対側の非加熱コアへの熱伝導を阻止する熱分離溝３０ａ、３０ｂ、３０ｃとで構成される。
【００６７】
このＹ分岐導波路型（１×２）光スイッチ２において、入射導波路コア５１から入射した光は、薄膜ヒータ４０ａ、４０ｂの何れか一方を加熱することで、加熱された薄膜ヒータ下部の導波路は熱光学効果により屈折率が変わり、入射光がスイッチングされ、反対側（非加熱側）の出射導波路コアから出射することになる。
【００６８】
例えば、薄膜ヒータ４０ａだけを加熱すると、入射導波路コア５１から入射した光は、薄膜ヒータ４０ａに対応する導波路の屈折率が熱光学効果により変わることで、非加熱側の出射導波路コア５２ｂから出射する。
【００６９】
一方、薄膜ヒータ４０ｂだけを加熱すると、入射導波路コア５１から入射した光は、薄膜ヒータ４０ｂに対応する導波路の屈折率が熱光学効果により変わることで、非加熱側の出射導波路コア５２ａから出射する。
【００７０】
熱分離溝３０ａ、３０ｂ、３０ｃを設けることで、出射導波路コア５２ａ、５２ｂの何れか一方が加熱されるとき、反対側（非加熱側）の導波路コアおよび非加熱区域への熱拡散（例えば、複数の光導波路素子が並列された場合の隣接する導波路への熱伝導）が阻止される。
【００７１】
例えば、薄膜ヒータ４０ａだけを加熱したとき、その熱は対応する出射導波路コア５２ａに伝達されるが、対応しない出射導波路コア５２ｂとの間には熱分離溝３０ｂが設けてあるため、薄膜ヒータ４０ａから出射導波路コア５２ｂへの直接的熱伝導は効果的に阻止される。
【００７２】
また、他の熱分離溝３０ａ、３０ｃは、薄膜ヒータ４０ａから非加熱区域への熱拡散の阻止に有効である。
【００７３】
同様に、薄膜ヒータ４０ｂだけを加熱したとき、その熱は対応する出射導波路コア５２ｂに伝達されるが、対応しない出射導波路コア５２ａとの間には熱分離溝３０ｂが設けてあるため、薄膜ヒータ４０ｂから出射導波路コア５２ａへの直接的熱伝導は効果的に阻止される。
【００７４】
また、他の熱分離溝３０ａ、３０ｃは、薄膜ヒータ４０ｂから非加熱区域への熱拡散の阻止に有効である。
【００７５】
これによって、薄膜ヒータ４０ａ、４０ｂから伝達された熱は対応する導波路内側に閉じ込められるから、加熱対象とする出射導波路コア５２ａ、５２ｂの何れか一方のみを加熱することで、低消費電力の光スイッチが実現できる。
【００７６】
また、熱分離溝３０ａ、３０ｂ、３０ｃによって、導波路の加熱範囲が絞られ、薄膜ヒータ４０ａ、４０ｂの温度上昇に必要な熱容量が小さくなるため、高速の光スイッチが実現できる。
【００７７】
図１３、図１４は、この発明による熱光学効果型光導波路素子の第３の実施形態を示し、図１３は、この熱光学効果型光導波路素子を用いて構成したマッハツェンダ（ＭＺ：Mach-Zehnder）干渉型（２×２）光スイッチ３の平面図、図１４は断面図である。
【００７８】
このマッハツェンダ（ＭＺ）干渉型（２×２）光スイッチ３は、感光性ゾルゲル樹脂を用いて図２〜図４に示す光導波路形成プロセスによる処理をすることで、シリコン基板１０上に熱分離溝３０を備えたＭＺ干渉型導波路６０を形成したのち、このＭＺ干渉型導波路６０上にスパッタリングによりＣｒ薄膜を形成し、フォトリソグラフィ処理により薄膜ヒータ４０を形成して得られたＭＺ干渉型光スイッチである。
【００７９】
このマッハツェンダ（ＭＺ）干渉型（２×２）光スイッチ３は、光が入射する２つの入射導波路コア６１ａ、６１ｂと、光が出射する２つの出射導波路コア６２ａ、６２ｂと、３ｄＢカプラ６３ａ、６３ｂと、干渉計アーム導波路６４ａ、６４ｂと、干渉計アーム導波路６４ａ、６４ｂの何れか一方を選択的に加熱して熱光学効果を与える薄膜ヒータ４０ａ、４０ｂと、干渉計アーム導波路６４ａ、６４ｂの両側に設けられた熱分離溝３０ａ、３０ｂ、３０ｃとで構成される。
【００８０】
このマッハツェンダ（ＭＺ）干渉型（２×２）光スイッチ３において、干渉計アーム導波路６４ａ、６４ｂ上に設けられた薄膜ヒータ４０ａ、４０ｂの何れか一方を加熱することで、加熱された干渉計アーム導波路は熱光学効果により屈折率が変わる。これにより、伝搬された光信号の位相シフトが生じ、加熱側の干渉計アーム導波路と非加熱側の干渉計アーム導波路との光信号位相差が０°か１８０°になることによって、入射導波路コア６１ａ、６１ｂから入射した光信号を、出射導波路コア６２ａ、６２ｂの何れかへ切替えて出射することになる。
【００８１】
加熱される干渉計アーム導波路６４ａ、６４ｂの両側に設けられた熱分離溝３０ａ、３０ｂ、３０ｃにより、干渉計アーム導波路６４ａ、６４ｂの何れか一方が加熱されたとき、反対側の干渉計アーム導波路への熱伝導が阻止される。これにより、加熱対象とする干渉計アーム導波路６４ａ、６４ｂの何れか一方のみに加熱範囲が絞られ、薄膜ヒータ４０ａ、４０ｂの温度上昇に必要な熱容量が小さくなるので、低消費電力・低熱応力でしかも高速の光スイッチが実現できる。
【００８２】
図１５、図１６は、この発明による熱光学効果型光導波路素子の第４の実施形態を示し、図１５は、この熱光学効果型光導波路素子を用いて構成したマッハツェンダ（ＭＺ）干渉型可変光減衰器（ＶＯＡ：Variable Optical Attenuator）４の平面図、図１６は断面図である。
【００８３】
このマッハツェンダ（ＭＺ）干渉型可変光減衰器（ＶＯＡ）４は、感光性ゾルゲル樹脂を用いて図２〜図４に示す光導波路形成プロセスによる処理をすることで、シリコン基板１０上に熱分離溝３０を備えたＭＺ干渉型導波路７０を形成したのち、このＭＺ干渉型導波路７０上にスパッタリングによりＣｒ薄膜を形成し、フォトリソグラフィ処理により薄膜ヒータ４０を形成して得られたＭＺ干渉型光ＶＯＡである。
【００８４】
このマッハツェンダ（ＭＺ）干渉型可変光減衰器（ＶＯＡ）４は、光が入射する１つの入射導波路コア７１と、光が出射する１つの出射導波路コア７２と、Ｙ分岐カプラ７３ａ、７３ｂと、干渉計アーム導波路７４ａ、７４ｂと、一方の干渉計アーム導波路７４ａのみ加熱して熱光学効果を与える薄膜ヒータ４０と、干渉計アーム導波路７４ａの両側に設けられた熱分離溝３０ａ、３０ｂとで構成される。
【００８５】
このマッハツェンダ（ＭＺ）干渉型可変光減衰器（ＶＯＡ）４において、干渉計アーム導波路７４ａ上に設けられた薄膜ヒータ４０を加熱することで、加熱された干渉計アーム導波路７４ａは熱光学効果により屈折率が変わる。これにより、伝搬された光信号の位相シフトが生じ、加熱された干渉計アーム導波路７４ａを伝搬する光信号と、加熱されない干渉計アーム導波路７４ｂを伝搬する光信号との位相差によって、出射導波路コア７２での出射光強度が加熱温度により変化することになる。
【００８６】
加熱される干渉計アーム導波路７４ａの両側に設けられた熱分離溝３０ａ、３０ｂにより、干渉計アーム導波路７４ａが加熱されたとき、反対側（非加熱側）の干渉計アーム導波路７４ｂへの熱伝導が阻止され、加熱対象とする干渉計アーム導波路７４ａのみに加熱範囲が絞られ、薄膜ヒータ４０の温度上昇に必要な熱容量が小さくなり、同時に材料熱膨張により生じた熱応力が低減されるため、低消費電力・低熱応力でしかも高速の光ＶＯＡが実現できる。
【００８７】
なお、この発明は上記の実施形態に限られることなく種々の構造変形が可能である。例えば、導波路コアが直線状でなく、Ｒ彎曲形状やその他任意の形状である場合は、熱分離溝の形状も、導波路コアの形状に沿って形成することが可能である。
【００８８】
また、この発明による熱分離溝を備えた熱光学効果型光導波路素子の適用対象も、上記の実施形態に限定されない。すなわち、光スイッチや可変光減衰器の他、各種の光センサーに適用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００８９】
【図１】この発明による熱光学効果型光導波路素子の第１の実施形態を示す概略的断面図である。
【図２】この発明による熱光学効果型光導波路素子の製造方法の第１の実施形態において、熱分離溝を備えた下部クラッド層を形成する工程を示す概略的断面図である。
【図３】コア部を形成する工程を示す概略的断面図である。
【図４】熱分離溝を備えた上部クラッド層を形成する工程を示す概略的断面図である。
【図５】薄膜ヒータを形成する工程を示す概略的断面図である。
【図６】この発明による熱光学効果型光導波路素子の製造方法の第２の実施形態において、結合層を形成する工程を示す概略的断面図である。
【図７】熱分離溝を備えた下部クラッド層を形成する工程を示す概略的断面図である。
【図８】コア部を形成する工程を示す概略的断面図である。
【図９】熱分離溝を備えた上部クラッド層を形成する工程を示す概略的断面図である。
【図１０】薄膜ヒータを形成する工程を示す概略的断面図である。
【図１１】この発明による熱光学効果型光導波路素子の第２の実施形態を用いて構成したＹ分岐導波路型（１×２）光スイッチの平面図である。
【図１２】図１１のXII−XII線に沿ってとられた断面図である。
【図１３】この発明による熱光学効果型光導波路素子の第３の実施形態を用いて構成したマッハツェンダ（ＭＺ）干渉型（２×２）光スイッチの平面図である。
【図１４】図１３のXIV−XIV線に沿ってとられた断面図である。
【図１５】この発明による熱光学効果型光導波路素子の第４の実施形態を用いて構成したマッハツェンダ（ＭＺ）干渉型可変光減衰器（ＶＯＡ）の平面図である。
【図１６】図１５のXVI−XVI線に沿ってとられた断面図である。
【符号の説明】
【００９０】
１  熱光学効果型光導波路素子
２  Ｙ分岐導波路型（１×２）光スイッチ
３  マッハツェンダ（ＭＺ）干渉型（２×２）光スイッチ
４  マッハツェンダ（ＭＺ）干渉型可変光減衰器（ＶＯＡ）
１０  基材（シリコン基板）
２０  光導波路
２１  結合層（カップリング層）
２２  下部クラッド層
２３  コア部
２４  上部クラッド層
２５  ポリマー材料（感光性ポリマー材料）
２５ｄ  クラッド用の感光性ポリマー材料
２５ｒ  コア用の感光性ポリマー材料
２６，２７  フォトマスク
３０  熱分離溝
４０  薄膜ヒータ
５０  Ｙ分岐導波路
５１  入射導波路コア
５２  出射導波路コア
６０  ＭＺ干渉型導波路
６１  入射導波路コア
６２  出射導波路コア
６３  ３ｄＢカプラ
６４  干渉計アーム導波路
７０  ＭＺ干渉型導波路
７１  入射導波路コア
７２  出射導波路コア
７３  Ｙ分岐カプラ
７４  干渉計アーム導波路
【図１】
2006208518.tif 000003
【図２】
2006208518.tif 000004
【図３】
2006208518.tif 000005
【図４】
2006208518.tif 000006
【図５】
2006208518.tif 000007
【図６】
2006208518.tif 000008
【図７】
2006208518.tif 000009
【図８】
2006208518.tif 000010
【図９】
2006208518.tif 000011
【図１０】
2006208518.tif 000012
【図１１】
2006208518.tif 000013
【図１２】
2006208518.tif 000014
【図１３】
2006208518.tif 000015
【図１４】
2006208518.tif 000016
【図１５】
2006208518.tif 000017
【図１６】
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