(57)【要約】【課題】石英系光導波路の製造方法において、コアパターンの熱膨張係数が基板の熱膨張係数を大きく上回る場合に損失の低減等の光学特性の向上を図ること。【解決手段】平面基板４−１上に、下部クラッド層４−２を形成する（図４（ａ））。次に、下部クラッド層４−２に、コア層４−３のコアパターン４−３Ａに対応する凸部４−２Ａを形成する（図４（ｂ））。凸部４−２Ａは、コア層４−３の厚さの２倍以上の高さになるようにする。次に、下部クラッド層４−２上に、平面基板４−１の熱膨張係数よりも大きな熱膨張係数を有するコア層４−３を堆積する（図４（ｃ））。コア層４−３に対して予め定めた熱処理温度で熱処理を行った後、コア層４−３を覆うように上部クラッド層４−４を形成する（図４（ｄ））。凸部４−２Ａの幅、すなわちコアパターン４−３Ａの幅は、熱処理によりコアパターン４−３Ａに作用する引っ張り応力が７０ＭＰａ以下となる幅に定める。【選択図】図４
2011203459.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
凸部が形成された基板または前記基板上の下部クラッド層の上に、前記基板の熱膨張係数よりも大きな熱膨張係数を有するコア層を堆積して、前記凸部に対応するコアパターンを形成するステップと、
前記コアパターンに対して予め定めた熱処理温度で熱処理を行うステップと、
前記コアパターンを覆うように上部クラッドを形成するステップと
を含み、
前記凸部の高さは、前記コアパターンの厚さの２倍以上であり、
前記凸部の幅は、前記熱処理により前記コアパターンに作用する引っ張り応力が７０ＭＰａ以下となる幅であることを特徴とする石英系光導波路の製造方法。
【請求項２】
前記基板上に前記下部クラッド層を形成するステップと、
前記下部クラッド層に前記凸部を形成するステップと
をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
【請求項３】
前記基板に前記凸部を形成するステップと、
前記基板上に前記下部クラッド層を形成するステップと
をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
【請求項４】
前記基板に前記凸部を形成するステップをさらに含み、
前記基板上に前記コア層が堆積されることを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
【請求項５】
前記凸部を形成するのと同時に、前記凸部から前記凸部の幅以上の距離離隔された１つ以上の亀裂防止用凸部を前記基板または前記下部クラッド層の上に形成することを特徴とする請求項２から４のいずれかに記載の製造方法。
【請求項６】
前記コアパターンを形成するステップは、前記コアパターンが前記凸部を囲い込むように前記コア層を堆積するステップを含むことを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の製造方法。
【請求項７】
前記上部クラッドを形成するステップの前に、前記コア層のうちの前記コアパターン以外の部位を除去するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光導波路の製造方法に関し、より詳細には、光通信、光信号処理、光計測等の分野で利用される光導波路の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
画像や映像情報等の大容量データを高速に伝達できる光波長多重（ＷＤＭ）技術などを用いた光通信システムは、インターネット利用の世界的な広がりによりメトロネットワークにも商用導入が進んでいる。これに伴い、光通信システムを構成する光回路の研究開発の進展も著しく、従来のＬＳＩ微細加工技術を応用して平面基板上に光導波路を一括形成できる導波路型光回路は、集積性・量産性に優れていることから、高性能で複雑な光回路を実現できる手段として期待されている。特に石英系光導波路で構成された光回路は、安価であることに加え低損失かつ信頼性が高いため、様々なモジュールが実用化されている。近年は、デバイスの小型化・高集積化で必要となる高い比屈折率差（Δ）を有する超高Δ導波路の研究が進展している。
【０００３】
これら超高Δ導波路の研究開発においては、石英系光導波路のコア材料として一般的にＴａ２Ｏ５やＳｉ３Ｎ４などの高屈折率材料をＳｉＯ２にある比率でドーピングしたＴａ２Ｏ５−ＳｉＯ２やＳｉＯＮなどが用いられ、化学気相堆積法（ＣＶＤ法）やスパッタリング等によりコア膜として比較的低温成膜されている。光導波路の製造工程において、コア膜の成膜温度より高い温度にさらされる場合、コア膜の屈折率、膜厚、伝搬損失、湿熱に対するデバイス信頼性等の特性が変化することがある。超高Δ導波路の光学特性がこれらのコア膜の諸特性に依存するため、コア膜堆積後に、ある特定温度以上の安定化温度で熱処理を行い、コア膜の特性を安定化した状態で導波路を製造することが一般的である。
【０００４】
石英系光導波路の製造技術、特に従来の光導波路製造工程については確立されており、非特許文献１に詳細な記述がある。
【０００５】
図１は、超高Δ導波路に用いられている埋め込み型光導波路の断面構造図であり、基板１−１上に、コア１−３を覆うように下部クラッド１−２及び上部クラッド１−４を形成する。石英系光導波路では、例えば、基板１−１としてシリコン基板を、下部クラッド１−２及び上部クラッド１−４に石英ガラスと同じ屈折率１．４４を有する石英系ガラスを、コア１−３として屈折率１．４７（Δ＝１．５％）を有するＴａ２Ｏ５−ＳｉＯ２やＳｉＯＮを用いる。
【０００６】
図２は、図１に示した超高Δ導波路の製造方法の一例を説明するための工程図である。まず、シリコン基板２−１上に、石英系ガラスにより下部クラッド層２−２を形成する（図２（ａ）、工程１）。下部クラッド層２−２は、火炎堆積法（ＦＨＤ）法を用い、石英系ガラス微粒子を堆積後、１４００℃の高温において焼結し、厚さ１５μｍの透明ガラス膜として形成する。次に、下部クラッド層２−２上に、所定の屈折率及び膜厚を有するＳｉＯＮをコア層２−３として形成し、膜特性安定化のために高温でアニールする（図２（ｂ）、工程２）。コア層２−３は、スパッタ法により堆積し、１２００℃の高温アニールによって、屈折率１．４７（Δ＝１．５％）、膜厚４μｍと設定している。次に、コア層２−３をフォトリソグラフィーやドライエッチング等のＬＳＩ加工技術を用いて、矩形状のコアパターン２−４に加工する（図２（ｃ）、工程３）。最後に、矩形状コアパターン２−４を覆うように石英形ガラスである上部クラッド２−５を形成して埋め込む（図２（ｄ）、工程４）。上部クラッド２−５は、熱ＣＶＤ法によって石英系ガラス堆積後、１０００℃の高温アニールを行って下部クラッド２−２と同じ屈折率１．４４、厚さ１５μｍに設定する。図２（ｂ）のコア層２−３のアニール温度１２００℃は、ＳｉＯＮ導波路で見られるＮ−Ｈ基の吸収による伝搬損失劣化を低減する目的で有効なことに加え、図２（ｃ）及び（ｄ）の工程における最高温度である１０００℃のアニールによるコア層２−３の屈折率及び膜厚からの変化量が０．５％未満に抑制される、膜特性の最も高い安定化温度であることから設定している。同様に、図２（ａ）のクラッド層２−２の１４００℃の焼結温度は、図２（ｂ）〜（ｄ）の工程における最高温度である１２００℃のアニールによるクラッド層２−２の屈折率及び膜厚からの変化量が０．５％未満に抑制される、膜特性の最も高い安定化温度であることから設定している。以上、詳細に説明したガラス膜のアニール温度に配慮することで、コア層の膜特性を安定化させた状態で光導波路を製造することができ、所定の超高Δ導波路の光学特性を得ることができる。また、製造誤差の原因となる工程温度のばらつきに対しても、光学特性への影響を抑えることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特願２００９−１９０３５４
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】M. Kawachi, ‘‘Silica waveguides on silicon and their application to integrated-optic components,’’Opt. Quantum Electron. Vol. 22, pp. 391-416, 1990.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、発明者らが特許文献１で指摘したように、Δが数％を超えるようになると、図２（ｂ）に示すコア層２−３の形成工程で亀裂が生じることがあり、製造した光導波路に伝搬損失増大等の深刻な品質劣化を招く問題があった。これは、Δが数％を超える状態では、石英ガラスより大きな熱膨張係数を有する高屈折率材料が、屈折率増加のために添加する比率が増すために、コア層２−３の熱膨張係数が基板２−１の熱膨張係数を大きく上回ることに起因し、図２（ｂ）の高温アニールにおいてアニールを行って室温まで冷却する過程で、基板２−１からコア層２−３に大きな引っ張り応力が作用して、コア層２−３の膜の破断応力を上回ることでコア層２−３に亀裂が生じると考えることができる。
【００１０】
このようなコア層２−３に作用する応力を、図２（ｃ）に示す矩形状のコアパターン２−４に加工した後でアニールを行って応力開放を促すことで低減できることを、発明者らは既出願の特許文献１に提示している。図３は、図２（ｂ）のコア層２−３が厚さ３μｍ、Δ３％のコアとなるＳｉＯＮを堆積し、アニールを行った後に図２（ｃ）の矩形状コアパターン２−４に加工した場合の、コアパターン２−４に作用する引っ張り応力のコア幅依存性の計算例である。この引っ張り応力は矩形状コアパターン２−４を１２００℃アニールして室温まで冷却することを仮定して計算している。コア幅が２００μｍの場合はコア幅が十分広いので、コア層２−３と同等の状態とみなすことができ、２００ＭＰａの引っ張り応力が作用している。コア幅を狭くすると５０μｍ以下で急激に引っ張り応力が減少し、１０μｍ以下で７０ＭＰａ以下となる。計算で用いた構造を、矩形状コアパターン２−４のコア幅を１〜２００μｍの範囲で変えて作製したところ、２００μｍからコア幅が狭くなるにつれてコアパターン２−４に発生する亀裂量が減少し、１０μｍ以下では亀裂の発生が無かった。これは、コアパターン２−４に作用する引っ張り応力を７０ＭＰａ以下とすることでコアパターン２−４に発生する亀裂を抑制できることを示している。以上のようなコア層のアニールを矩形状コアパターン形成後に実施することで、コアパターンに発生する亀裂を抑制し、コアパターンの特性を安定化させた状態で光導波路を製造することができ、所定の超高Δ導波路の光学特性を得ることができる。
【００１１】
このように、超高Δ導波路の光学特性のさらなる向上が求められており、本発明の目的は、石英系光導波路の製造方法において、コア層の熱膨張係数が基板の熱膨張係数を大きく上回る場合に、コアパターンにおける亀裂の発生を抑制し、損失の低減等の光学特性の向上を図ることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
このような目的を達成するために、本発明の第１の態様は、凸部が形成された基板または前記基板上の下部クラッド層の上に、前記基板の熱膨張係数よりも大きな熱膨張係数を有するコア層を堆積して、前記凸部に対応するコアパターンを形成するステップと、前記コアパターンに対して予め定めた熱処理温度で熱処理を行うステップと、前記コアパターンを覆うように上部クラッドを形成するステップとを含み、前記凸部の高さは、前記コアパターンの厚さの２倍以上であり、前記凸部の幅は、前記熱処理により前記コアパターンに作用する引っ張り応力が７０ＭＰａ以下となる幅であることを特徴とする石英系光導波路の製造方法である。
【００１３】
また、本発明の第２の態様は、第１の態様において、前記基板上に前記下部クラッド層を形成するステップと、前記下部クラッド層に前記凸部を形成するステップとをさらに含むことを特徴とする。
【００１４】
また、本発明の第３の態様は、第１の態様において、前記基板に前記凸部を形成するステップと、前記基板上に前記下部クラッド層を形成するステップとをさらに含むことを特徴とする。
【００１５】
また、本発明の第４の態様は、第１の態様において、前記基板に前記凸部を形成するステップをさらに含み、前記基板上に前記コア層が堆積されることを特徴とする。
【００１６】
また、本発明の第５の態様は、第２から第４のいずれかの態様において、前記凸部を形成するのと同時に、前記凸部から前記凸部の幅以上の距離離隔された１つ以上の亀裂防止用凸部を前記基板または前記下部クラッド層の上に形成することを特徴とする。
【００１７】
また、本発明の第６の態様は、第１から第５のいずれかの態様において、前記コアパターンを形成するステップが、前記コアパターンが前記凸部を囲い込むように前記コア層を堆積するステップを含むことを特徴とする。
【００１８】
また、本発明の第７の態様は、第１から第６のいずれかの態様において、前記上部クラッドを形成するステップの前に、前記コア層のうちの前記コアパターン以外の部位を除去するステップをさらに含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、基板または基板上の下部クラッド層の上に形成される凸部の高さを、コアパターンの厚さの２倍以上とし、幅を、膜特性安定化のための熱処理によりコアパターンに作用する引っ張り応力が７０ＭＰａ以下となる幅とすることにより、石英系光導波路の製造方法において、コア層の熱膨張係数が基板の熱膨張係数を大きく上回る場合に、コアパターンにおける亀裂の発生を抑制し、損失の低減等の光学特性の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】超高Δ導波路に用いられている埋め込み型光導波路の断面構造図である。
【図２】図１に示した超高Δ導波路の製造方法の一例を説明するための工程図である。
【図３】コア層に作用する引っ張り応力のコア幅依存性の計算例を示す図である。
【図４】第１の実施形態に係る光導波路の製造方法を説明するための工程図である。
【図５】第２の実施形態に係る光導波路の製造方法を説明するための工程図である。
【図６】第３の実施形態に係る光導波路の製造方法を説明するための工程図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。
【００２２】
（第１の実施形態）  
図４に、第１の実施形態に係る石英系光導波路の製造方法を説明するための工程図を示す。まず、平面基板４−１上に、下部クラッド層４−２を形成する（図４（ａ））。次に、下部クラッド層４−２に、コア層４−３のコアパターン４−３Ａに対応する凸部４−２Ａを形成する（図４（ｂ））。凸部４−２Ａは、コア層４−３の厚さの２倍以上の高さになるようにする。次に、下部クラッド層４−２上に、平面基板４−１の熱膨張係数よりも大きな熱膨張係数を有するコア層４−３を堆積する（図４（ｃ））。コア層４−３に対して予め定めた熱処理温度で熱処理を行った後、コア層４−３を覆うように上部クラッド層４−４を形成する（図４（ｄ））。凸部４−２Ａの幅、すなわちコアパターン４−３Ａの幅は、熱処理によりコアパターン４−３Ａに作用する引っ張り応力が７０ＭＰａ以下となる幅に定める。
【００２３】
図３を参照して説明したように、コアパターン４−３Ａの幅を、熱処理によりコアパターン４−３Ａに作用する引っ張り応力が７０ＭＰａ以下となる幅とすることにより、コアパターン４−３Ａに発生する亀裂が抑制される。また、下部クラッド層４−２にコア層４−３のコアパターン４−３Ａに対応する凸部４−２Ａを形成することで、コア層４−３の堆積と同時に幅の狭い矩形状のコアパターン４−３Ａを形成することができる。加えて、凸部４−２Ａの高さをコア層４−３の厚さの２倍以上とすることにより、コアパターン４−３Ａを伝搬する光がコアパターン４−３Ａ以外の部位４−３Ｂで光結合することを抑制することができる。更にコアパターン４−３Ａとコア層４−３のコアパターン４−３Ａ以外の部位４−３Ｂとを分離することができるのでコアパターン４−３Ａに比して広い幅で堆積する部位４−３Ｂから受ける応力の影響を排除することができる。
【００２４】
なお、下部クラッド層４−２の凸部４−２Ａの形成と同時に、凸部４−２Ａの幅以上の距離離隔された亀裂防止用凸部（図示せず）を下部クラッド層４−２に形成してもよい。図４の構造では、コア層４−３のうちコアパターン４−３Ａ以外の部位４−３Ｂで亀裂が生じることがある。そこで、亀裂防止用凸部を１つ以上形成することでコアパターン４−３Ａ以外の部位４−３Ｂにおける亀裂発生を防止することができる。加えて、凸部４−２Ａの幅以上の距離離隔させることで、コアパターン４−３Ａを伝搬する光と、亀裂防止用凸部上に形成されるコアパターン４−３Ａ以外の部位４−３Ｂとの光結合を抑制することができる。これによって、亀裂が発生しているコアパターン以外の部位をコアパターンからコアパターンの幅以上十分に離すことで、光導波路に機械的な力が働く等によって亀裂が拡大した場合に、コアパターンに亀裂が波及することを抑制し、かつ光結合も抑制することができるので、良好な光学特性を有する光導波路を作製できる。
【００２５】
また、複数の亀裂防止用凸部を、コア層４−３のうちコアパターン４−３Ａ以外の部位４−３Ｂで亀裂が生じない間隔で下部クラッド４−２の全面に形成することで、全面で亀裂発生を防止することができ、良好な光学特性を有する光導波路を作製できる。
【００２６】
また、コア層４−３を形成した後上部クラッド層４−４を形成する前に、コアパターン４−３Ａ以外の部位４−３Ｂを除去してもよい。
【００２７】
また、本実施形態で用いられる、膜の安定化とＮ−Ｈ基除去のための熱処理の熱処理温度の決定は、この熱処理を除く光導波路製造工程で光導波路にかかる最高温度にて熱処理をする工程のコアの屈折率との差が０．５％未満となる熱処理の最低温度とした。
【００２８】
また、本実施形態では、上部クラッド層４−４を堆積する温度を、膜の安定化の熱処理の温度より１００℃以上高温で堆積した場合、幅１０μｍ以下のコアパターン４−３Ａでも一部亀裂が生じ、光導波路損失が増大した。それゆえ、上部クラッド層４−４堆積時の最高温度は、膜の安定化の熱処理温度未満であるであることが望ましい。
【００２９】
また、コア層４−３の堆積は、コアパターン４−３Ａが凸部４−２Ａの側壁にまで及び、凸部４−２Ａを囲い込むようにしてもよい。
【００３０】
以下、実施例を示す。具体的な数値等に言及するが、これらのみに限定する意図ではないことに留意されたい。
【００３１】
実施例１ 
シリコン基板４−１上に、ＦＨＤ法を用いて下部クラッド層４−２を１５μｍ堆積した。（図４（ａ）、工程１）。次に、フォトリソグラフィーと反応性イオンエッチング法を用いて、下部クラッド層４−２に１μｍから２００μｍまで幅を変化させた凸部４−２Ａを７μｍの高さで形成した（図４（ｂ）、工程２）。続いて、反応性スパッタ法を用いて３％−ΔＳｉＯＮコア層４−３を３μｍ堆積した（図４（ｃ）、工程３）。次に、コア層４−３の安定化と、コア層４−３内部に含有し、光吸収の原因となるＮ−Ｈ基除去のために１２００℃の熱処理を行って亀裂の有無を確認した。コアパターン４−３Ａの幅が１０μｍより広いパターンでは亀裂の発生が確認されたが、一方で１０μｍ以下では亀裂の発生がなかった。その後、ＣＶＤ法を用いて上部クラッド層４−４を１５μｍ堆積して埋め込み型光導波路を作製した（図４（ｄ）、工程４）。
【００３２】
作製した石英系光導波路の伝搬損失を測定した。亀裂の発生した１０μｍより太い導波路では大きな損失が発生したが、亀裂の発生していなかった１０μｍ以下の光導波路では、０．１ｄＢ／ｃｍという、光回路としては実用的な低損失な導波特性を得ることができた。このとき、図３の計算例から１０μｍ以下のコア幅では、引っ張り応力が７０ＭＰａ以下となっている。すなわち、コア層４−３の熱膨張係数が基板４−１の熱膨張係数を大きく上回る場合に、図２（ｂ）のようなコア膜の状態での熱処理では亀裂が入ってしまうものでも、予め下部クラッド層４−２に凸部４−２Ａを形成してコアパターン４−３Ａを孤立形状にして熱処理をすることで、亀裂の発生を防ぐことができる。その結果、低損失で高性能な石英系光導波路を実現することができた。
【００３３】
なお、本実施例では、今回は反応性スパッタ法、バイアススパッタ法によりコア層４−３を堆積したが、ＦＨＤ法、ＣＶＤ法等の他の手法を用いて堆積したコア層４−３に対しても本発明は同様の効果を発揮する。また、本製造方法は、コア層４−３のΔやサイズ、ドーパントの種類によらず適用可能である。更に、コア層の安定化に必要な熱処理温度は、そのコア層４−３の材料にあった熱処理温度に変更することで本発明の効果に差異はない。
【００３４】
（第２の実施形態）  
図５に、第２の実施形態に係る石英系光導波路の製造方法を説明するための工程図を示す。まず、平面基板５−１に、コア層５−３のコアパターン５−３Ａに対応する凸部５−１Ａを形成する（図５（ａ））。凸部５−１Ａは、コア層５−３の厚さの２倍以上の高さになるようにする。次に、平面基板５−１に、下部クラッド層５−２を形成する（図５（ｂ））。次に、下部クラッド層５−２上に、平面基板５−１の熱膨張係数よりも大きな熱膨張係数を有するコア層５−３を堆積する（図５（ｃ））。コア層５−３に対して予め定めた熱処理温度で熱処理を行った後、コア層５−３を覆うように上部クラッド層５−４を形成する（図５（ｄ））。凸部５−１Ａの幅、すなわちコアパターン５−３Ａの幅は、熱処理によりコアパターン５−３Ａに作用する引っ張り応力が７０ＭＰａ以下となる幅に定める。
【００３５】
図３を参照して説明したように、コアパターン５−３Ａの幅を、熱処理によりコアパターン５−３Ａに作用する引っ張り応力が７０ＭＰａ以下となる幅とすることにより、コアパターン５−３Ａに発生する亀裂が抑制される。また、平面基板５−１にコア層５−３のコアパターン５−３Ａに対応する凸部５−１Ａを形成することで、コア層５−３の堆積と同時に幅の狭い矩形状のコアパターン５−３Ａを形成することができる。加えて、凸部５−１Ａの高さをコア層５−３の厚さの２倍以上とすることにより、コアパターン５−３Ａを伝搬する光がコアパターン５−３Ａ以外の部位５−３Ｂで光結合することを抑制することができる。更にコアパターン５−３Ａとコア層５−３のコアパターン５−３Ａ以外の部位５−３Ｂとを分離することができるのでコアパターン５−３Ａに比して広い幅で堆積する部位５−３Ｂから受ける応力の影響を排除することができる。
【００３６】
なお、第１の実施形態と同様に亀裂防止用凸部を設けてもよい。
【００３７】
以下、実施例を示す。具体的な数値等に言及するが、これらのみに限定する意図ではないことに留意されたい。
【００３８】
実施例２ 
シリコン基板５−１にフォトリソグラフィーと反応性イオンエッチング法を用いて幅を変化させた凸部５−１を１０μｍの高さで形成する（図５（ａ）、工程１）。次に、シリコン基板５−１上にＦＨＤ法を用いて下部クラッド層５−２を１０μｍ堆積する（図５（ｂ）、工程２）。下部クラッド層５−２には、シリコン基板５−１の凸部５−１Ａの幅に応じて幅が１μｍ〜２００μｍまで変化する凸部５−２Ａが形成される。続いて、反応性スパッタ法を用いて３％−ΔＳｉＯＮコア層５−３を３μｍ堆積した（図５（ｃ）、工程３）。次に、実施例１と同様に、コア層５−３の安定化と、コア層５−３内部に含有し、光吸収の原因となるＮ−Ｈ基除去のために１２００℃の熱処理を行って亀裂の有無を確認した。コアパターン５−３Ａの幅が１０μｍより広いパターンでは亀裂の発生が確認されたが、一方で１０μｍ以下では亀裂の発生がなかった。その後、ＣＶＤ法を用いて上部クラッド層５−４を１５μｍ堆積して埋め込み型光導波路を作製した（図５（ｄ）、工程４）。
【００３９】
作製した石英系光導波路の伝搬損失を測定した。亀裂の発生した１０μｍより太い導波路では大きな損失が発生したが、亀裂の発生していなかった１０μｍ以下の光導波路では、０．１ｄＢ／ｃｍという、光回路としては実用的な低損失な導波特性を得ることができ、実施例１と同様、良好な結果を得た。このとき、図３の計算例から１０μｍ以下のコア幅では、引っ張り応力が７０ＭＰａ以下となっている。すなわち、コア層５−３の熱膨張係数が基板の熱膨張係数を大きく上回る場合に、コア膜の状態での熱処理では亀裂が入ってしまうものでも、予めシリコン基板５−１に凸部５−１Ａを形成してから下部クラッド層５−２を堆積することによりコアパターン５−３Ａを孤立形状にして熱処理を行うことで、亀裂の発生を防ぐことができる。その結果、低損失で高性能な光導波路を実現することができた。
【００４０】
（第３の実施形態）  
図６に、第３の実施形態に係る石英系光導波路の製造方法を説明するための工程図を示す。まず、平面基板６−１に、コア層６−２のコアパターン６−２Ａに対応する凸部６−１Ａを形成する（図６（ａ））。凸部６−１Ａは、コア層６−２の厚さの２倍以上の高さになるようにする。本実施形態では、下部クラッド層を形成せずに、平面基板６−１を下部クラッド層として用いる。次に、平面基板６−１上に、平面基板６−１の熱膨張係数よりも大きな熱膨張係数を有するコア層６−２を堆積する（図６（ｂ））。コア層６−２に対して予め定めた熱処理温度で熱処理を行った後、コア層６−２を覆うように上部クラッド層６−３を形成する（図６（ｃ））。凸部６−１Ａの幅、すなわちコアパターン６−２Ａの幅は、熱処理によりコアパターン６−２Ａに作用する引っ張り応力が７０ＭＰａ以下となる幅に定める。
【００４１】
図３を参照して説明したように、コアパターン６−２Ａの幅を、熱処理によりコアパターン６−２Ａに作用する引っ張り応力が７０ＭＰａ以下となる幅とすることにより、コアパターン６−２Ａに発生する亀裂が抑制される。また、平面基板６−１にコア層６−２のコアパターン６−２Ａに対応する凸部６−１Ａを形成することで、コア層６−２の堆積と同時に幅の狭い矩形状のコアパターン６−２Ａを形成することができる。加えて、凸部６−１Ａの高さをコア層６−２の厚さの２倍以上とすることにより、コアパターン６−２Ａを伝搬する光がコアパターン６−２Ａ以外の部位６−２Ｂで光結合することを抑制することができる。更にコアパターン６−２Ａとコア層６−２のコアパターン６−２Ａ以外の部位６−２Ｂとを分離することができるのでコアパターン６−２Ａに比して広い幅で堆積する部位６−２Ｂから受ける応力の影響を排除することができる。
【００４２】
なお、第１の実施形態と同様に亀裂防止用凸部を設けてもよい。
【００４３】
以下、実施例を示す。具体的な数値等に言及するが、これらのみに限定する意図ではないことに留意されたい。
【００４４】
実施例３ 
シリコン基板６−１に、フォトリソグラフィーと反応性イオンエッチング法を用いて、１μｍ〜２００μｍの範囲で幅を変化させた凸部６−１Ａを１０μｍの高さで形成した（図６（ａ）、工程１）。続いて、下部クラッドを堆積せずに、反応性スパッタ法を用いて３％−ΔＳｉＯＮコア層を３μｍ堆積した（図６（ｂ）、工程２）。次に、実施例１と同様に、コア層６−２の安定化と、コア層６−２内部に含有し、光吸収の原因となるＮ−Ｈ基除去のために１２００℃の熱処理を行って亀裂の有無を確認した。コア幅が１０μｍより広いコアパターン６−２Ａでは亀裂の発生が確認されたが、一方で１０μｍ以下では亀裂の発生がなかった。その後、ＣＶＤ法を用いて上部クラッド層６−３を１５μｍ堆積して埋め込み型光導波路を作製した（図６（ｃ）、工程３）。
【００４５】
作製した石英系光導波路の伝搬損失を測定した。亀裂の発生した１０μｍより太い導波路では大きな損失が発生したが、亀裂の発生していなかった１０μｍ以下の光導波路では、０．１ｄＢ／ｃｍという、光回路としては実用的な低損失な導波特性を得ることができ、実施例１及び２と同様、良好な結果を得た。このとき、図３の計算例から１０μｍ以下のコア幅では、引っ張り応力が７０ＭＰａ以下となっている。
【００４６】
すなわち、コア層６−２の熱膨張係数が基板６−１の熱膨張係数を大きく上回る製造工程で、コア膜の状態での熱処理では亀裂が入ってしまうものでも、予めシリコン基板６−１に凸部６−１Ａを形成してそのままコア層６−２を堆積することによりコアパターン６−２Ａを孤立形状にして熱処理をすることで、亀裂の発生を防ぐことができる。その結果、低損失で高性能な光導波路を実現することができた。
【符号の説明】
【００４７】
４−１  平面基板
４−２  下部クラッド層
４−２Ａ  凸部
４−３  コア層
４−３Ａ  コアパターン
４−３Ｂ  コアパターン以外の部位
４−４  上部クラッド層
５−１  基板
５−１Ａ  凸部
５−２  下部クラッド層
５−２Ａ  下部クラッドの凸部
５−３  コア層
５−３Ａ  コアパターン
５−３Ｂ  コアパターン以外の部位
５−４  上部クラッド層
５−１  基板
６−１Ａ  凸部
６−２  コア層
６−２Ａ  コアパターン
６−２Ｂ  コアパターン以外の部位
６−３  上部クラッド層
【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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