(57)【要約】【課題】チャネル導波路アレイとスラブ導波路との界面付近のアレイ導波路間に、スラブ導波路から離れていくに従って膜厚が薄くなっていく縦テーパ状のコア層を容易にかつ再現性良く作製するための製造方法を提供すること。【解決手段】アレイ導波路間の間隔をスラブ導波路から離れるに従って広がっていくように設計されたコアパターンを、フォトリソグラフィー技術とエッチング技術により形成する。この段階では、縦方向のテーパ構造を形成する必要はないので、再現性の良い通常のフォトリソグラフィー技術とエッチング技術が使用できる。次に適切な温度での熱処理を行ってコアを変形させ、コアとコアの間に接続層を形成するが、アレイ導波路間の間隔をスラブ導波路から離れるに従って広げていくように設計しておくことにより、熱処理を施すだけで、コアとコアの間の接続層の厚さをスラブ導波路から離れるに従って徐々に薄くすることができる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｎ分岐または合流された（Ｎは２以上）コアとコアの間がコアと同種の材料で接続され、その接続層の厚さが分岐または合流部から離れていくにつれて薄くなっていく分岐または合流回路を含む光導波回路の製造方法であって、
基板上に下部クラッド層を形成する工程と、
前記下部クラッド上にコア層を形成する工程と、
前記コア層を加工してＮ分岐または合流回路のコアパターンを形成する工程と、
前記コアパターンを熱処理してコアを変形させることにより、コアとコアの間の前記接続層を形成する工程と、
前記コアを覆うように上部クラッド層を形成する工程と
を有し、前記コアパターンは一端から他端にかけてコア間隔が広がっていることを特徴とする光導波回路の製造方法。
【請求項２】
前記接続層を形成する工程は、前記Ｎ分岐または合流回路にＮ個のコアが維持されることを特徴とする請求項１に記載の光導波路回路の製造方法。
【請求項３】
前記Ｎ分岐または合流回路が、２つのスラブ導波路と前記スラブ導波路間に配置されたＮチャネル導波路アレイを含むアレイ導波路格子型波長合分波回路におけるスラブ導波路とＮチャネル導波路アレイであることを特徴とする請求項１又は２に記載された光導波回路の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光導波回路の製造方法に関し、より詳細には、アレイ導波路格子（ＡＷＧ）型光波長合分波器の分岐・合流回路を含む光導波回路の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
インターネット利用の世界的な広がりにより、画像や映像情報など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、メトロ網にも商用導入が進んでいる。これに伴って、光通信システムを構成する光回路の研究開発にも拍車がかかっており、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は、低損失かつ信頼性が高いため、さまざまなモジュールが実用化されている。
【０００３】
こうした光導波回路の基本要素の一つとして分岐または合流回路が挙げられる。もっともシンプルな例はＹ分岐スプリッタであり、多数の分岐・合流回路を含む例として挙げられるのが、ＷＤＭシステムのキーデバイスであるアレイ導波路格子（ＡＷＧ）型光波長合分波器である。図９に、一例として典型的なＡＷＧ型光波長合分波器を示す。ＡＷＧ型光波長合分波器は、入力用チャネル導波路２０１、出力用チャネル導波路２０２、チャネル導波路アレイ２０３、前記入力用チャネル導波路２０１とチャネル導波路アレイ２０３とを接続する入力側スラブ導波路２０４、並びに前記チャネル導波路アレイ２０３と出力用チャネル導波路２０２とを結ぶ出力側スラブ導波路２０５により構成される。入力側スラブ導波路２０４とチャネル導波路アレイ２０３の境界部およびチャネル導波路アレイ２０３と出力側スラブ導波路２０５の境界部に、分岐回路２０６および合流回路２０７が設けられている。
【０００４】
ところで、こうした分岐または合流回路は低損失であることが重要である。ＡＷＧ型光波長合分波器も同様で、光波長合分波特性が良好であることに加え低損失であることが欠かせない。石英系光導波路で構成されるＡＷＧ型光波長合分波器においては、主な損失はスラブ導波路とチャネル導波路アレイの界面、すなわち分岐回路２０６、合流回路２０７において発生している。
【０００５】
図１０に、分岐回路２０６と合流回路２０７を拡大した図を上面図および断面図で示す。スラブ導波路からチャネル導波路アレイへと接続する境界においては、アレイ導波路の間隔がゼロであることが望ましい。しかし、従来の導波路を作製する工程で使用されるフォトリソグラフィー技術やエッチング技術には解像度に限界があるため、１ミクロン程度の間隔が生じてしまう。この隙間から、スラブ導波路を伝搬してきた光が散逸するため、大きな光損失が発生する。この回路損失を改善するため、図１１に示すように、チャネル導波路アレイとスラブ導波路との界面付近のアレイ導波路間に、スラブ導波路から離れていくに従って膜厚が薄くなっていくように縦テーパ状のコア接続層２０８を形成し、損失を低減する構造が提案されている（特許文献１参照）。この構造であればスラブ導波路を伝搬してきた光は、チャネル導波路アレイの各導波路へと徐々に集まっていくため光損失は発生しない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−１５９７１８号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】Seiichi Kashimura, Manabu Takeuchi, Koichi Maru1 and Hiroaki Okano, “Loss Reduction of GeO2-Doped Silica Waveguide with High Refractive Index Difference by High-Temperature Annealing”, Jpn. J. Appl. Phys., Vol. 39 (2000), pp. L521-L523
【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、前述の従来法は原理的には損失は低減できるものの、フォトリソグラフィー技術やエッチング技術だけで数百ミクロンに渡るなだらかな縦テーパ構造を多数の分岐部に渡って安定的に形成するのは容易ではない。これは、フォトリソグラフィー技術やエッチング技術を使った縦テーパ構造の作製工程が、設計上のパターン幅やギャップ幅に依存して、仕上がり寸法や形状が変化しやすいためである。このため、本構造を再現性良く作製するのが困難で、歩留まりの劣化を招いていた。
【０００９】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、チャネル導波路アレイとスラブ導波路との界面付近のアレイ導波路間に、スラブ導波路から離れていくに従って膜厚が薄くなっていく縦テーパ状のコア層を容易にかつ再現性良く作製するため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】
上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、Ｎ分岐または合流された（Ｎは２以上）コアとコアの間がコアと同種の材料で接続され、その接続層の厚さが分岐または合流部から離れていくにつれて薄くなっていく分岐または合流回路を含む光導波回路の製造方法であって、基板上に下部クラッド層を形成する工程と、下部クラッド上にコア層を形成する工程と、コア層を加工してＮ分岐または合流回路のコアパターンを形成する工程と、コアパターンを熱処理してコアを変形させることにより、コアとコアの間の接続層を形成する工程と、コアを覆うように上部クラッド層を形成する工程とを有し、コアパターンは一端から他端にかけてコア間隔が広がっていることを特徴とする。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の光導波路回路の製造方法において、接続層を形成する工程が、Ｎ分岐または合流回路にＮ個のコアが維持されることを特徴とする。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載された光導波回路の製造方法において、Ｎ分岐または合流回路が、２つのスラブ導波路とスラブ導波路間に配置されたＮチャネル導波路アレイを含むアレイ導波路格子型波長合分波回路におけるスラブ導波路とＮチャネル導波路アレイであることを特徴とする。
【００１３】
本方法では、アレイ導波路間の間隔をスラブ導波路から離れるに従って広がっていくように設計されたコアパターンを、まずフォトリソグラフィー技術とエッチング技術により形成する。この段階では、まだ縦方向のテーパ構造を形成しておく必要はないので、再現性の良い通常のフォトリソグラフィー技術とエッチング技術が使用できる。
【００１４】
次に適切な温度での熱処理を行ってコアを変形させ、コアとコアの間に接続層を形成するが、アレイ導波路間の間隔をスラブ導波路から離れるに従って広げていくように設計しておくことにより、熱処理を施すことだけで、コアとコアの間の接続層の厚さをスラブ導波路から離れるに従って徐々に薄くすることができる。また、こうした熱処理においては、パターン領域が熱処理炉よりも十分小さい場合、その領域は温度分布のない均熱域とみなせるため、多数の分岐回路・合流回路に渡って同じコア変形効果を得ることができる。
【００１５】
尚、加工されたコアパターンを熱処理することによりコアが変形することはこれまでも知られている（非特許文献１参照）。しかしながら、これまで報告されているコア変形はコアの側面や上面の荒れを低減して伝搬損失の小さな導波路を実現するための熱処理による、副次的なコア変形であり、導波路間にコア接続層を形成するためのものではない。
【発明の効果】
【００１６】
本発明は、チャネル導波路アレイとスラブ導波路界面付近のアレイ導波路間に、スラブ導波路から離れていくに従って膜厚が薄くなっていく縦テーパ状のコア層を容易にかつ再現性良く作製する効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】（ａ）は本発明の実施形態１に係るアレイ導波路格子（ＡＷＧ）型光波長合分波器の分岐回路又は合流回路の上面図であり、（ｂ）はそのＥ−Ｅ断面図である。
【図２】（ａ）〜（ｅ）は、本願発明の実施形態１に係るＡＷＧ型光波長合分波器の分岐回路又は合流回路のＢ−Ｂ断面における作製工程を示す図である。
【図３】（ａ）〜（ｅ）は、本願発明の実施形態１に係るＡＷＧ型光波長合分波器の分岐回路又は合流回路のＣ−Ｃ断面における作製工程を示す図である。
【図４】（ａ）〜（ｅ）は、本願発明の実施形態１に係るＡＷＧ型光波長合分波器の分岐回路又は合流回路のＤ−Ｄ断面における作製工程を示す図である。
【図５】（ａ）は本発明の実施形態２に係るＡＷＧ型光波長合分波器の分岐回路又は合流回路の上面図であり、（ｂ）はそのＥ−Ｅ断面図である。
【図６】（ａ）〜（ｅ）は、本願発明の実施形態２に係るＡＷＧ型光波長合分波器の分岐回路又は合流回路のＢ−Ｂ断面における作製工程を示す図である。
【図７】（ａ）〜（ｅ）は、本願発明の実施形態２に係るＡＷＧ型光波長合分波器の分岐回路又は合流回路のＣ−Ｃ断面における作製工程を示す図である。
【図８】（ａ）〜（ｅ）は、本願発明の実施形態２に係るＡＷＧ型光波長合分波器の分岐回路又は合流回路のＤ−Ｄ断面における作製工程を示す図である。
【図９】典型的なＡＷＧ型光波長合分波器を示す図である。
【図１０】（ａ）は従来のＡＷＧ型光波長合分波器の分岐回路又は合流回路の上面図であり、（ｂ）〜（ｄ）はそのＡ−Ａ〜Ｃ−Ｃ断面図である。
【図１１】（ａ）は従来のＡＷＧ型光波長合分波器の分岐回路又は合流回路の上面図であり、（ｂ）〜（ｆ）はそのＡ−Ａ〜Ｅ−Ｅ断面である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本願において開示される発明は、アレイ導波路間の間隔をスラブ導波路から離れるに従って広がっていくように設計されたコアパターンを、まずフォトリソグラフィー技術とエッチング技術により形成する。この段階では、まだ縦方向のテーパ構造を形成しておく必要はないので、再現性の良い通常のフォトリソグラフィー技術とエッチング技術が使用できる。次に適切な温度での熱処理を行ってコアを変形させ、コアとコアの間に接続層を形成するが、アレイ導波路間の間隔をスラブ導波路から離れるに従って広げていくように設計しておくことにより、熱処理を施すだけで、コアとコアの間の接続層の厚さをスラブ導波路から離れるに従って徐々に薄くすることができる。
【００１９】
また、こうした熱処理においては、パターン領域が熱処理炉よりも十分小さい場合、その領域は温度分布のない均熱域とみなせるため、多数の分岐回路・合流回路に渡って同じコア変形効果を得ることができ、回路内での形状ばらつきを軽減できる。この製造方法をＡＷＧ型光波長合分波器に適用することで、低損失なＡＷＧを再現性良く作製できるため、製造工程の歩留まり改善に大きく貢献することができる。
【００２０】
以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。  
（実施形態１）
図１（ａ）に、本発明の実施形態１に係る光導波回路の上面図を示し、（ｂ）にそのＥ−Ｅ断面図を示す。また、図２〜４の（ａ）〜（ｅ）に、本発明の実施形態１に係る光導波回路の作製プロセスを示す。
【００２１】
コアとクラッドの比屈折率差Δは２．５％、下部クラッド、上部クラッドともに膜厚は１５ミクロンと設計されている。コアの厚さは３．５ミクロンである。
【００２２】
基板１０１上に下部クラッド層１０２（図２〜４（ａ））、コア層１０３（図２〜４（ｂ））を作製した後に、フォトリソグラフィー技術と反応性イオンエッチング技術を用いることにより、ＡＷＧ型光波長合分波器の回路パターンを形成する（図２〜４（ｃ））。このとき、スラブ導波路２０４、２０５近傍のアレイ導波路は導波路間隔がスラブ導波路から離れていくに従って広くなるように設定しておく。すなわち、Ｂ−Ｂ断面、Ｃ−Ｃ断面、Ｄ−Ｄ断面の順に導波路間隔が広くなるように設定しておく。続いて、１１００℃の熱処理を施してコアを変形させ、アレイ導波路間に接続層２０８を形成する（図２〜４（ｄ））。この接続層２０８の厚さは、スラブ導波路２０４、２０５から離れるに従って薄くなっている。最後に上部クラッド１０４を形成してＡＷＧを完成させる（図２〜４（ｅ））。
【００２３】
こうして作製したＡＷＧを評価したところ、回路損失を１ｄＢ低減することに成功した。
【００２４】
（実施形態２）
図５（ａ）に、本発明の実施形態２に係る光導波回路の上面図を示し、（ｂ）にそのＥ−Ｅ断面図を示す。また、図６〜８の（ａ）〜（ｅ）に、本発明の実施形態２に係る光導波回路の作製プロセスを示す。
【００２５】
本発明の実施形態１と作製工程はほぼ同じだが、この実施形態２ではコアを導波路パターンに加工する（ｃ）で、完全にコアを除去せずにわずかに残している。これは、コアやクラッドの成分や組成によっては、コアを変形させる工程で下部クラッドガラスがコアガラスをはじいて、コアとコアの接続層２０８が形成されない場合がある。このような場合は、コアガラスと下部クラッドガラスの組成を調整して両ガラスの親和性を向上させるか、本実施形態２のようにコアをわずかに残すことによって接続層２０８の形成を実現することができる。残すコア層１０３の厚さは、光学特性が要求仕様値を逸脱しない範囲でコア厚の半分以下の適当な値に設定するのが良い。
【００２６】
尚、実施形態２ではチップ全面にコア層１０３を薄く残したが、コアとコアの接続層２０８を形成したい場所にのみコア層１０３を残してもよい。
【００２７】
以上、コアを熱変形させることでコアとコアの接続層２０８を簡便に形成する方法を説明したが、コアを熱変形させるための温度は、コアガラスに含まれるガラスの成分や組成によって決まる軟化温度によって最適な温度が決まる。すなわち、低温すぎればガラスは十分な熱変形をせず、逆に、高温過ぎてもガラスが流動性を高め過ぎて流れてしまい、複数のコアからなる導波路パターンそのものが維持できない。よって、コアを熱変形させるための温度は、その中間に相当する最適な温度を選ぶ必要がある。また、下部クラッドガラスの軟化温度も考慮する必要がある。すなわち、コアガラスが熱変形する温度よりも著しく低い温度で下部クラッドガラスが熱変形してしまうとコアパターンが維持できない。したがって、下部クラッドガラスの軟化温度はコアガラスのそれと比較して、同等かそれ以上の温度に設定する必要がある。
【００２８】
さらに、本発明はコアとクラッドの比屈折率差Δがどのような導波路に対しても同様の構造が適用できる。また、基板に石英基板を使用した場合においては、石英基板を下部クラッドと見なし、下部クラッド形成を省略してもよい。さらに、本発明はガラス形成法に依存せず、火炎堆積法、スパッタ法、ＣＶＤ法などいかなるガラス形成法によって作製した光導波回路にも適用できる。加えて、一般的な構造のＡＷＧを例として取り上げたが、アサーマルＡＷＧやＡＷＧとＶＯＡを組み合わせた複合回路にも適用できる。また、ＡＷＧ以外の単純なスプリッタなどにも適用可能である。
【符号の説明】
【００２９】
１０１  基板
１０２  下部クラッド層
１０３  コア層
１０４  上部クラッド層
２０１  入力用チャネル導波路
２０２  出力用チャネル導波路
２０３  チャネル導波路アレイ
２０４  入力側スラブ導波路
２０５  出力側スラブ導波路
２０６  分岐回路
２０７  合流回路
２０８  接続層
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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