(57)【要約】      （修正有）【課題】光導波路に対して横断的に設けられたスリットにおける光学特性のバラツキを抑制することのできる光導波路素子および光導波路素子の製造方法を提供する。【解決手段】基板上に形成されたクラッドと、クラッド内に形成されたクラッドよりも屈折率が高いコアとで光を導波する光導波路素子１００の製造方法であって、基板の上にクラッドの材料層とコアの材料層とを順に積層する工程と、積層されたコアの材料層を所望の導波路形状に成形し、かつ、スリットＳを形成する箇所のコアの材料層を除去する工程と、クラッドおよびコアの材料層を覆うようにクラッドの材料層をさらに積層する工程と、コアの材料層が除去された箇所のクラッドの材料層を、ドライエッチングを用いて除去してスリットを形成する工程と、を有する光導波路素子の製造方法。【選択図】図１
2018132621.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に形成されたクラッドと、前記クラッド内に形成された前記クラッドよりも屈折率が高いコアとで光を導波する光導波路素子の製造方法であって、
前記基板の上に前記クラッドの材料層と前記コアの材料層とを順に積層する工程と、
前記積層されたコアの材料層を所望の導波路形状に成形し、かつ、スリットを形成する箇所のコアの材料層を除去する工程と、
前記クラッドおよび前記コアの材料層を覆うように前記クラッドの材料層をさらに積層する工程と、
前記コアの材料層が除去された箇所の前記クラッドの材料層を、ドライエッチングを用いて除去して前記スリットを形成する工程と、
を有することを特徴とする光導波路素子の製造方法。
【請求項２】
前記コアの材料層は、石英系ガラスにゲルマニア（ＧｅＯ2）よりも屈折率が高く、線熱膨張率が小さく、かつ融点が高いドーパントをドープしたものである、ことを特徴とする請求項１に記載の光導波路素子の製造方法。
【請求項３】
前記コアの材料層は、酸化ニオブ（Ｎｂ2Ｏ5）、酸化タンタル（Ｔａ2Ｏ5）、酸化チタン（ＴｉＯ2）、ジルコニア（ＺｒＯ2）、および酸化ハフニウム（ＨｆＯ2）のうち１つをドープしたものである、ことを特徴とする請求項１に記載の光導波路素子の製造方法。
【請求項４】
前記コアの材料層が除去された間隙の幅をＬとし、前記スリットの幅をＷとしたときに、Ｗ≧Ｌを満たすことを特徴とする請求項１から請求項３の何れか１項に記載の光導波路素子の製造方法。
【請求項５】
前記基板の材料は、石英（ＳｉＯ2）であることを特徴とする請求項１から請求項４の何れか１項に記載の光導波路素子の製造方法。
【請求項６】
前記スリットに波長板を挿入する工程をさらに有する請求項１から請求項５の何れか１項に記載の光導波路素子の製造方法。
【請求項７】
基板上に形成されたクラッドと、
前記クラッド内に形成された前記クラッドよりも屈折率が高いコアと、
前記コアに対して横断的に形成されたスリットと、
を備えた光導波路素子であって、
前記コアの材料層は、石英系ガラスにゲルマニア（ＧｅＯ2）よりも屈折率が高く、線熱膨張率が小さく、かつ融点が高いドーパントをドープしたものであり、
前記スリットは、前記光導波路素子の端部から離れた領域に形成されている、
ことを特徴とする光導波路素子。
【請求項８】
前記コアの材料層は、酸化ニオブ（Ｎｂ2Ｏ5）、酸化タンタル（Ｔａ2Ｏ5）、酸化チタン（ＴｉＯ2）、ジルコニア（ＺｒＯ2）、および酸化ハフニウム（ＨｆＯ2）のうち１つをドープしたものである、ことを特徴とする請求項７に記載の光導波路素子。
【請求項９】
前記基板の材料は、石英（ＳｉＯ2）であることを特徴とする請求項７または請求項８に記載の光導波路素子。
【請求項１０】
前記スリットと前記光導波路素子の端部との間には他の光導波路が存在していることを特徴とする請求項７から請求項９の何れか１項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、光導波路素子および光導波路素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
光通信等に用いられる光デバイスには、石英系ガラスからなる平面光波回路（Planar  Lightwave  Circuit：ＰＬＣ）を用いた光導波路素子が用いられているものがある。ＰＬＣを構成する光導波路において、屈折率を高めるドーパントとして、ジルコニアを使う技術が知られている。ジルコニアは、ゲルマニアと比較して屈折率が高く、熱膨張係数が小さい材料である。ジルコニアをドーパントとすることで、ゲルマニアをドーパントとしたＰＬＣと比較して、コアのクラッド部に対する比屈折率差を大幅に高めることが可能となる。これにより、光導波路に許容される最小曲げ半径が小さくなり、平面光波回路の小型化ないし高密度集積化を期待できる。
【０００３】
また、光導波路素子において、光導波路に対して横断的にスリットが形成され、このスリットに光学フィルタが挿入される場合がある。例えば光導波路を伝搬するＴＥ偏波の光（クラッド部が形成されている基板の主表面に平行な偏波方向を有する直線偏波の光）をＴＭ偏波の光（ＴＥ偏波の光と直交する偏波方向を有する直線偏波の光）に変換する場合には、スリットに１／２波長板を挿入する構成が採用される場合がある。このとき、１／２波長板はその光学軸（高速軸または低速軸）を基板の主表面と４５°の角度を成すようにしてスリット内に設置される。このような構成の光導波路素子では、分断された光導波路のうち一方の光導波路からＴＥ偏波の光を伝搬させると、１／２波長板で偏波方向が９０°回転し、ＴＭ偏波の光となって分断された光導波路のうち他方の光導波路に入力される。同様に、一方の光導波路からＴＭ偏波の光を伝搬させると、１／２波長板でＴＥ偏波の光となって他方の光導波路に出力される。また、他方の光導波路からＴＭ偏波の光を伝搬させると、１／２波長板でＴＥ偏波の光となって一方の光導波路に入力される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１４−１４６００４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、高比屈折率差の光導波路を用いて回路の高密度化を実現すると、スリットの形成という観点では、主に２つの技術的課題が生じる。
【０００６】
１つは、比屈折率差が高くなると、スリットにおける光の損失が増大してしまうことにある。図１２は、光導波路の比屈折率差とスリットにおける光の損失の関係の一例を示すグラフである。図１２に示すように、比屈折率差が高くなると、スリットにおける光の損失が指数的に増大してしまう。
【０００７】
もう１つは、素子上に光導波路が密集していることにより、スリットを形成することが困難になることにある。従来のスリットの形成方法は、ダイシングソーを用いて光導波路素子に切れ込みを入れる方法であるが、ダイシングソーは円盤形状をしているので、光導波路の周辺まで不必要な切れ込みを形成することになる。つまり、ダイシングソーを用いてスリットを形成する場合、その周辺には他の光導波路を形成することができず、一般には、光導波路素子の端部にしかスリットを形成することができない。そこで、スリットの形成にドライエッチングを用いるという方法も考えられるが（例えば特許文献１参照）、この方法にも問題がある。
【０００８】
光導波路に対して横断的なスリットをエッチングで形成する場合、光導波路のコアとクラッドとを同時にエッチングすることになるが、一般に光導波路のコアとクラッドとは、エッチングレートが異なる。その結果、クラッドのみからなる領域とコアを含む領域とで、エッチングによって形成されるスリットの深さにバラツキが生じることになる。また、高比屈折率差の光導波路においては、コアとクラッドとの材料の性質が大きく異なる傾向にあるので、高比屈折率差の光導波路では、スリットの深さのバラツキが大きくなることにもなる。
【０００９】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、その目的は、光導波路に対して横断的に設けられたスリットにおける光学特性のバラツキを抑制することができる光導波路素子およびその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の一態様に係る光導波路素子の製造方法は、基板上に形成されたクラッドと、前記クラッド内に形成された前記クラッドよりも屈折率が高いコアとで光を導波する光導波路素子の製造方法であって、前記基板の上に前記クラッドの材料層と前記コアの材料層とを順に積層する工程と、前記積層されたコアの材料層を所望の導波路形状に成形し、かつ、スリットを形成する箇所のコアの材料層を除去する工程と、前記クラッドおよび前記コア材料層を覆うように前記クラッドの材料層をさらに積層する工程と、前記コアの材料層が除去された箇所の前記クラッドの材料層を、ドライエッチングを用いて除去して前記スリットを形成する工程と、を有することを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の一態様に係る光導波路素子の製造方法は、前記コアの材料層は、石英系ガラスにゲルマニア（ＧｅＯ2）よりも屈折率が高く、線熱膨張率が小さく、かつ融点が高いドーパントをドープしたものである、ことを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の一態様に係る光導波路素子の製造方法は、前記コアの材料層は、酸化ニオブ（Ｎｂ2Ｏ5）、酸化タンタル（Ｔａ2Ｏ5）、酸化チタン（ＴｉＯ2）、ジルコニア（ＺｒＯ2）、および酸化ハフニウム（ＨｆＯ2）のうち１つをドープしたものである、ことを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の一態様に係る光導波路素子の製造方法は、前記コアの材料層が除去された間隙の幅をＬとし、前記スリットの幅をＷとしたときに、Ｗ≧Ｌを満たすことを特徴とする。
【００１４】
また、本発明の一態様に係る光導波路素子の製造方法は、前記基板の材料は、石英（ＳｉＯ2）であることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明の一態様に係る光導波路素子の製造方法は、前記スリットに波長板を挿入する工程をさらに有することを特徴とする。
【００１６】
また、本発明の一態様に係る光導波路素子は、基板上に形成されたクラッドと、前記クラッド内に形成された前記クラッドよりも屈折率が高いコアと、前記コアに対して横断的に形成されたスリットと、を備えた光導波路素子であって、前記コアの材料層は、石英系ガラスにゲルマニア（ＧｅＯ2）よりも屈折率が高く、線熱膨張率が小さく、かつ融点が高いドーパントをドープしたものであり、前記スリットは、前記光導波路素子の端部から離れた領域に形成されていることを特徴とする。
【００１７】
また、本発明の一態様に係る光導波路素子は、前記コアの材料層は、酸化ニオブ（Ｎｂ2Ｏ5）、酸化タンタル（Ｔａ2Ｏ5）、酸化チタン（ＴｉＯ2）、ジルコニア（ＺｒＯ2）、および酸化ハフニウム（ＨｆＯ2）のうち１つをドープしたものである、ことを特徴とする。
【００１８】
また、本発明の一態様に係る光導波路素子は、前記基板の材料は、石英（ＳｉＯ2）であることを特徴とする。
【００１９】
また、本発明の一態様に係る光導波路素子は、前記スリットと前記光導波路素子の端部との間には他の光導波路が存在していることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明に係る光導波路素子およびその製造方法は、光導波路に対して横断的に設けられたスリットにおける光学特性のバラツキを抑制することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】図１は、実施形態に係る光導波路素子の模式的な平面図である。
【図２】図２は、光導波路素子のスリットに波長板が挿入された状態を示す図である。
【図３】図３は、光導波路の横断方向における光導波路素子の断面構造の例を示す図である。
【図４】図４は、光導波路方向における光導波路素子の断面構造の例を示す図である。
【図５】図５は、従来のスリット形成方法で形成されたスリット部分の断面図である。
【図６】図６は、従来のスリット形成方法で形成されたスリット部分に波長板を挿入した状態の断面図である。
【図７】図７は、コアの材料層まで積層後の状態を示す上視面および断面の図である。
【図８】図８は、コアの成形後の状態を示す上視面および断面の図である。
【図９】図９は、上部クラッドの積層後の状態を示す上視面および断面の図である。
【図１０】図１０は、スリットの形成後の状態を示す上視面および断面の図である。
【図１１】図１１は、スリットに波長板を挿入した状態を示す上視面および断面の図である。
【図１２】図１２は、光導波路の比屈折率差とスリットにおける光の損失の関係の一例を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下に、図面を参照して本発明に係る光導波路素子およびその製造方法の実施形態を詳細に説明する。なお、以下で説明する実施形態により本発明が限定されるものではない。また、各図面において、同一または対応する要素には適宜同一の符号を付している。さらに、図面は模式的なものであり、各要素の寸法の関係、各要素の寸法の比率などは、現実のものとは異なる場合があることに留意する必要がある。図面の相互間においても、互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている場合がある。
【００２３】
（光導波路素子の実施形態）
図１は、実施形態に係る光導波路素子の模式的な平面図である。図１に示される光導波路素子は、石英系ガラス材料からなるＰＬＣ型の光導波路素子であり、コヒーレントミキサとして使用することを想定した構成例である。図１に示される光導波路素子の構成は、後に詳述するスリット構造を適用する好適な構成例である。
【００２４】
すなわち、図１に示す光導波路素子１００は、端部から離れた領域ＡにスリットＳが形成されている。しかも、領域Ａは、他の光導波路に囲まれた位置である。つまり、ダイシングソーを用いてスリットＳを形成しようとした場合、周囲の光導波路まで傷つけてしまう可能性が生じる。
【００２５】
図１に示すように、光導波路素子１００は、入力光導波路１１、１２と、可変光減衰器２１と、偏光分波器３１と、９０度ハイブリッド素子４１、４２と、Ｙ分岐光導波路５１とを備えている。また、光導波路素子１００は、領域ＡにスリットＳが設けられ、スリットの中には、後述するように波長板が挿入されている。
【００２６】
信号光Ｓｉｇが入力される入力光導波路１１は、曲率の正負が逆で曲率半径が等しく、かつ弧の角度が等しい屈曲部を組み合わせたＳ字形状の屈曲部を経由して、可変光減衰器２１へ接続されている。一方、直線偏波の局所発振光Ｌｏが入力される入力光導波路１２は、曲率の正負が逆で曲率半径が等しく、かつ弧の角度が等しい屈曲部を組み合わせたＳ字形状の屈曲部を経由して、Ｙ分岐光導波路５１へ接続されている。
【００２７】
可変光減衰器２１は、Ｙ分岐導波路２２と方向性結合器２３と、Ｙ分岐導波路２２から方向性結合器２３までを接続する２本のアーム導波路２４，２５とを備えるマッハツェンダ型干渉計の構成を有する。２本のアーム導波路２４，２５の上部には薄膜ヒータが設けられ、当該薄膜ヒータによってアーム導波路２４，２５が加熱し得るように構成されている。アーム導波路２４，２５の実効屈折率は、薄膜ヒータによる加熱の熱光学効果によって可変となり、可変光減衰器２１は、アーム導波路２４，２５間の光路長差を制御することができる。可変光減衰器２１は、この実効的光路長差を可変制御することにより、光の減衰率を制御可能となる。可変光減衰器２１から出力された信号光Ｓｉｇは、接続導波路を介して偏光分波器３１へ導波される。
【００２８】
偏光分波器３１は、Ｙ分岐導波路３２と方向性結合器３３と、Ｙ分岐導波路３２から方向性結合器３３までを接続する２本のアーム導波路３４，３５とを備えるマッハツェンダ型干渉計の構成を有する。２本のアーム導波路３４，３５のそれぞれの途中には、スリットＳが横断的に設けられ、各スリットに１／４波長板が挿入されている。アーム導波路３４，３５に分離された信号光Ｓｉｇは、スリットに挿入されているそれぞれの１／４波長板によって偏光面が回転され、方向性結合器３３にて干渉されることによって、２つの偏波成分に分離される。そして、分離された各偏波成分の信号光Ｓｉｇは、それぞれ、９０度ハイブリッド素子４１と９０度ハイブリッド素子４２とに導波される。
【００２９】
一方、Ｙ分岐光導波路５１で分岐された局所発振光Ｌｏは、それぞれが９０度ハイブリッド素子４１と９０度ハイブリッド素子４２とに接続される接続導波路に分離される。そして、９０度ハイブリッド素子４１に接続された接続導波路の途中には、スリットＳが横断的に設けられ、当該スリットには波長板が挿入されている。すなわち、局所発振光Ｌｏのうち、一方の９０度ハイブリッド素子４１に導波される方のみ、偏波面が回転される。なお、図１に示されるスリットＳは、偏光分波器３１と共有としているが、これは配置や製造の効率性の観点で共有化されており、スリットＳを分離する構成とすることも可能である。
【００３０】
９０度ハイブリッド素子４１、４２は、干渉回路の一種であり、入力された信号光Ｓｉｇと局所発振光Ｌｏとをそれぞれ二分岐し、二分岐された局所発振光Ｌｏに光波の相対位相差として９０度の位相差を与えた後、二分岐された一方の信号光Ｓｉｇと局所発振光Ｌｏ、および二分岐されたもう一方の信号光Ｓｉｇと局所発振光Ｌｏをそれぞれ混合する回路である。
【００３１】
以上説明した光導波路素子１００は、本発明の実施形態の一例であり、スリットＳ以外の構成については、例えば、Ｙ分岐導波路を１ｘ２ＭＭＩカプラ、方向性結合器を２ｘ２ＭＭＩカプラ等、使用用途に応じて適宜変更することができる。そこで、以下ではスリットＳの周辺のみを抜粋して説明を行う。
【００３２】
図２は、光導波路素子のスリットに波長板が挿入された状態を示す図である。また、図３は、光導波路の横断方向における光導波路素子の断面構造の例を示す図であり、図４は光導波路方向における光導波路素子の断面構造の例を示す図である。
【００３３】
図２に示すように、光導波路素子１００は、シリコン（Ｓｉ）や石英（ＳｉＯ2）等からなる基板１０１と、当該基板１０１上に形成された石英ガラス系材料からなるクラッド１０２と、当該クラッド１０２内に形成された、クラッド１０２よりも屈折率の高いコア１０３とを備えている。ここで、コア１０３は、光導波路素子１００において実質的に光導波路に相当する構成であり、図１に示される実線は、このコア１０３の位置を表記している。すなわち、ここで光導波路とは、クラッド１０２中に形成された、クラッド１０２よりも屈折率の高いコア１０３によって光を導波する構造をいう。
【００３４】
図２に示すように、スリットＳは、コア１０３に対して横断的に形成されている。言い換えれば、スリットＳは、導波路に対して横断的に形成されている。したがって、スリットＳに挿入された波長板１０４には、導波路を導波する光が透過されることになる。波長板１０４は、例えば１／２波長板や１／４波長板など目的に応じて適切なものを選択して用いることができる。また、波長板１０４は、例えばポリイミドで作製した波長板を用いてもよいし、フォトニック結晶で作製した波長板を用いてもよい。
【００３５】
図３に示すように、基板１０１上に形成されたクラッド１０２は、下部クラッド１０２ａと上部クラッド１０２ｂとに分けられる。これら下部クラッド１０２ａと上部クラッド１０２ｂとの違いは、コア１０３よりも基板１０１側のクラッド１０２と、それ以外のクラッド１０２とに分けられる。なお、この区別は、製造工程上、異なる段階で形成されるクラッド１０２を区別するためのものである。
【００３６】
図４に示すように、スリットＳは、基板１０１に到達する深さに形成されている。すなわち、スリットＳの深さは上部クラッド１０２ｂとコア１０３と下部クラッド１０２ａとを貫く深さである。ドライエッチングでスリットＳを形成する際に、上部クラッド１０２ｂとコア１０３と下部クラッド１０２ａとは、同一の工程でエッチング可能であり、製造性がよい。
【００３７】
なお、基板１０１の一部を含む深さまでのスリットＳを形成することもできる。たとえば、基板１０１の材料としてシリコンを用いた場合は、例えば下部クラッド１０２ａまでを四フッ化炭素（ＣＦ6）等のエッチングガスでエッチングし、シリコンの基板１０１を六フッ化硫黄（ＳＦ6）等のエッチングガスでエッチングすればよい。一方、基板１０１の材料として石英を用いた場合、エッチングガスを交換することなく、同一の工程で基板１０１の一部を含む深さまでのスリットＳを形成することができる。スリットＳの深さが基板１０１の一部を含む程度に深ければ、スリットＳに挿入する波長板１０４がより安定することになる。
【００３８】
ここで、コア１０３にドープする好ましい材料について説明する。クラッド１０２よりも屈折率の高いコア１０３を得るには、例えばジルコニア（ＺｒＯ2）やゲルマニア（ＧｅＯ2）等を石英ガラス系材料にドープすればよい。特に、高比屈折率差の光導波路を得るためには、ジルコニアを用いることが好ましい。ジルコニアをドープしたコア１０３では、波長１．５５μｍにおける比屈折率差が５．５％以上となる光導波路が実現でき、光導波路素子１００における光導波路の密度を高くすることができるからである。なお、光導波路のクラッドに対するコアの比屈折率差Δは、下式により定義される。
Δ＝｛（ｎc1−ｎc）／ｎc1｝×１００［％］
ここで、ｎc1はコアの最大屈折率、ｎcはクラッドの屈折率を表す。
【００３９】
ジルコニア以外のドーパントの候補について表１にまとめる。
【００４０】
【表１】
2018132621.tif 000003
【００４１】
表１に示すように、酸化ニオブ（Ｎｂ2Ｏ5）、酸化タンタル（Ｔａ2Ｏ5）、酸化チタン（ＴｉＯ2）、ジルコニア（ＺｒＯ2）、および酸化ハフニウム（ＨｆＯ2）は、ゲルマニア（ＧｅＯ2）よりも屈折率が高いが、線熱膨張率が小さくかつ融点が高い。このことは、酸化ニオブ、酸化タンタル、酸化チタン、ジルコニア、または酸化ハフニウムをコアのドーパントとして用いることは、光導波路素子の小型化に寄与する点で好ましいが、以下で詳述する新たな課題を生じることになる。
【００４２】
ここで、酸化ニオブ、酸化タンタル、酸化チタン、ジルコニア、または酸化ハフニウムなど、ゲルマニアよりも屈折率が高く、線熱膨張率が小さく、かつ、融点が高い材料をコアのドーパントに用いた場合に生じる問題点を図５および図６を参照しながら説明する。図５は、従来のスリット形成方法で形成されたスリット部分の断面図であり、図６は、従来のスリット形成方法で形成されたスリット部分に波長板を挿入した状態の断面図である。
【００４３】
図５に示すように、ドライエッチングを用いた従来の方法で作成された光導波路素子２００のスリットＳでは、図中矢印方向にドライエッチングが進行するので、コア２０３の箇所の下側の底面には、クラッド２０２の材料が残留物２０２ａとして残ってしまう。これは、酸化ニオブ、酸化タンタル、酸化チタン、ジルコニア、または酸化ハフニウムなど、ゲルマニアよりも屈折率が高く、線熱膨張率が小さく、かつ、融点が高い材料をコア２０３のドーパントとして用いた場合、クラッド２０２よりもコア２０３のエッチング速度が遅いため、クラッド２０２のみの領域で所望の深さまでエッチングが進行しても、コア２０３の下側では所望の深さまでエッチングが進行しなくなってしまうからである。なお、この例ではスリットＳの深さをクラッド２０２と基板２０１との界面までとしているのでクラッド２０２の材料が残留物２０２ａとなるが、スリットＳの深さを基板２０１の一部を含む深さとした場合、基板２０１の材料が残留物となる。
【００４４】
このように、クラッド２０２の材料が残留物２０２ａとして残ったスリットＳに波長板２０４を挿入した場合、図６に示すように、波長板２０４が傾いてしまう。波長板が傾いて実装されると、偏波消光比が劣化してしまい、所望の特性を得ることができなくなる。また、波長板２０４は、製造の特性上、例えば、チッピングや面内の特性バラツキにより、必ずしも端まで使用することができず、有効領域２０４ａが限定される。また、コア２０３に閉じ込められる光もエネルギーの全てがコア２０３の中に閉じ込められている訳ではない。よって、波長板２０４が傾いてしまうと、有効領域２０４ａの外にも光が透過することになり、光学特性に影響を及ぼすことになってしまう。そこで、本実施形態の光導波路素子では、以下の方法でスリットを形成する。
【００４５】
（製造方法）
図７から図１１は、実施形態に係る光導波路素子の製造方法の手順を示す図である。なお、図７から図１１に共通して、図中（ａ）は当該工程中の光導波路素子の上視面図であり、図中（ｂ）は（ａ）に矢印Ｃで示された断面を示す図である。
【００４６】
実施形態に係る光導波路素子の製造方法では、最初に基板１０１上に、下部クラッド１０２ａの材料層とコア１０３の材料層を順次積層する。図７は、コア１０３の材料層まで積層後の状態を示す上視面および断面の図である。図７に示すように、この工程の状態では、上から見るとコア１０３の材料層が一面に積層され、断面では基板１０１、下部クラッド１０２ａ、およびコア１０３の材料層が水平に積層される。基板１０１の材料は、例えばシリコンや石英であり、下部クラッド１０２ａの材料は石英系ガラスである。下部クラッド１０２ａの材料層は、基板１０１の主平面上に例えば１５μｍの厚さで積層させる。コア１０３の材料層は、例えばジルコニアの微粒子を含む石英系ガラスであり、下部クラッド１０２ａの材料層の上に例えば３μｍの厚さで積層させる。その後、アニール処理を行い、下部クラッド１０２ａおよびコア１０３の材料層を透明ガラス化する。
【００４７】
なお、上記したように、コア１０３にドープするドーパントは、ジルコニアに限らず、例えば酸化ニオブ、酸化タンタル、酸化チタン、および酸化ハフニウム等、ゲルマニアよりも屈折率が高いが、線熱膨張率が小さくかつ融点が高い材料を用いることができる。また、ドープするドーパントの量は、本例では比屈折率差が５．５％となるように適切に調節することを想定するが、添加量を加減すれば、例えば比屈折率差を１．５％〜３０％にすることができる。
【００４８】
次に、フォトリソグラフィ技術およびドライエッチングを用いて、所望の光導波路の形状にコア１０３の材料層を成形する。図８は、コア１０３の成形後の状態を示す上視面および断面の図である。光導波路に対応するコア１０３の幅は、例えば３μｍとすることができる。また、このとき、スリットを形成する箇所のコア１０３の材料層を除去しておく。なお後の説明の都合上、スリットに対応する箇所のコア１０３の間隙を幅Ｌとする。図８に示すように、この工程の状態では、下部クラッド１０２ａの材料層の上に光導波路の形状のコア１０３が形成され、当該コア１０３におけるスリットに対応する箇所には、既に幅Ｌの間隙が形成されている。
【００４９】
次に、下部クラッド１０２ａおよびコア１０３の材料層を覆うように上部クラッド１０２ｂの材料層を積層する。図９は、上部クラッド１０２ｂの積層後の状態を示す上視面および断面の図である。上部クラッド１０２ｂの材料は、下部クラッド１０２ａと同じであり、石英系ガラスが用いられる。上部クラッド１０２ｂの材料層の厚さは、例えば１０μｍであり、積層後にアニール処理を行い透明ガラス化する。図９に示すように、この工程の状態では、コア１０３は、上部クラッド１０２ｂの下に埋没する。また、スリットを形成する箇所も一旦は、上部クラッド１０２ｂの材料によって埋められることになる。
【００５０】
次に、フォトリソグラフィ技術およびドライエッチングを用いて、コア１０３の材料層が除去された箇所のクラッド１０２の材料層を除去する。図１０は、スリットＳの形成後の状態を示す上視面および断面の図である。スリットＳの深さは、例えば下部クラッド１０２ａと基板１０１との界面の深さまでとすることも可能であるが、基板１０１の一部を含む深さとすることがより好ましい。スリットＳの深さが基板１０１の一部を含む程度に深ければ、スリットＳに挿入する波長板１０４がより安定するからである。先述したように、基板１０１の材料としてシリコンを用いた場合、エッチングガスを交換する必要があるものの、例えば下部クラッド１０２ａまでを四フッ化炭素（ＣＦ6）等のエッチングガスでエッチングし、シリコンの基板１０１を六フッ化硫黄（ＳＦ6）等のエッチングガスでエッチングすればよい。一方、基板１０１の材料として石英を用いた場合、エッチングガスを交換することなく、同一の工程で基板１０１の一部を含む深さまでのスリットＳを形成することができる。
【００５１】
そして、スリットの幅Ｗは、前記定義した間隙の幅Ｌ以上とすることが好ましい。スリットの幅が間隙の幅Ｌよりも小さい場合、余剰なスリット損失が発生してしまうからである。なお、作製誤差がないならば、スリットの幅Ｗは、前記定義した間隙の幅Ｌに一致していることが好ましい。したがって、スリットの幅Ｗが前記定義した間隙の幅Ｌ以上でありながら、その差は可能な限り小さく（たとえば、１μｍ以下）することが好ましい。図１０に示すように、この工程の状態では、形成されたスリットＳの断面にコア１０３が露出することになる。
【００５２】
なお、例えばスリットの幅Ｗは１５μｍとすることが好ましいが、目的に応じて適切に調節することが可能である。スリットＳに挿入する波長板の厚さをＴとすると、スリットＳの幅Ｗは（Ｔ＋４）μｍから（Ｔ＋６）μｍとすることが好ましい。
【００５３】
このように、スリットＳを形成する箇所のコア１０３の材料層を事前に除去しておくと、スリットＳを形成するドライエッチングの際に、スリットＳの全長において、同一の材料（下部クラッド１０２ａおよび上部クラッド１０２ｂの材料）の層をドライエッチングすることができるので、深さにバラツキが生じることが抑制される。言い換えると、スリットＳの底面に、図５に示したような残留物２０２ａが生じることがない。
【００５４】
また、上記説明した製造方法によれば、コア１０３にゲルマニア（ＧｅＯ2）よりも屈折率が高く、線熱膨張率が小さく、かつ融点が高いドーパントをドープした場合においても、ダイシングソーを用いる必要がないので、ダイシングソーを用いたスリットよりも短いスリットＳを形成することができる。すなわち、上記説明した製造方法によれば、光導波路素子１００の端部から離れた領域ＡにスリットＳを形成することができる。
【００５５】
最後に、形成されたスリットＳに波長板１０４を挿入する。図１１は、スリットＳに波長板１０４を挿入した状態を示す上視面および断面の図である。図１１に示すように、実施形態に係る光導波路素子の製造方法では、スリットＳの全長（光導波路の横断方向の長さ）において深さのバラツキが抑制されるので、波長板１０４が傾かずに固定できる。すなわち、コア１０３を導波する光が正しく波長板１０４を透過するので、光学特性も安定する。
【００５６】
以上、本発明を実施形態に基づいて説明してきたが、上記実施形態により本発明が限定されるものではない。上記各実施形態の各構成要素を適宜組み合わせて構成したものも本発明に含まれる。例えば、スリットの端面近傍におけるコアの形状を工夫することにより（例えばテーパー形状とする）、スリットにおける光の損失を抑制する技術が知られている。また、反射抑制のために、スリットに対して、入射する導波路角度を設けること、例えば導波路角度を８度とすること、も知られている。これらスリットにおける光の損失を抑制する技術を組み合わせることで、より好適に本発明を実施することが可能になる。また、さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。よって、本発明のより広範な態様は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。
【符号の説明】
【００５７】
１００，２００  光導波路素子
１１，１２  入力光導波路
２１  可変光減衰器
２２，３２  Ｙ分岐導波路
２３，３３  方向性結合器
２４，２５，３４，３５  アーム導波路
３１  偏光分波器
４１，４２  ９０度ハイブリッド素子
１０１  基板
１０２，２０２  クラッド
１０２ａ  下部クラッド
１０２ｂ  上部クラッド
１０３，２０３  コア
１０４，２０４  波長板
２０２ａ  残留物
２０４ａ  有効領域
【図１】
2018132621.tif 000004
【図２】
2018132621.tif 000005
【図３】
2018132621.tif 000006
【図４】
2018132621.tif 000007
【図５】
2018132621.tif 000008
【図６】
2018132621.tif 000009
【図７】
2018132621.tif 000010
【図８】
2018132621.tif 000011
【図９】
2018132621.tif 000012
【図１０】
2018132621.tif 000013
【図１１】
2018132621.tif 000014
【図１２】
2018132621.tif 000015