(57)【要約】  本発明は予め定められた波長範囲内の光を案内する光導波路に関し、該光導波路は光を閉じ込めるためのコア領域及びクラッド領域を含み、該コア領域と一つ又は複数のクラッド領域との少なくとも一方は基質上に形成されているとともに化学量論的組成ＳｉａＯｘＮｙＸｚＨｖの材料を含む。本発明は更に光導波路を製造する方法に関し、該方法により得られた光導波路及びそのような導波路を含む光学装置に関する。本発明の目的は、水素結合に由来する吸収の低減による光学損失の低い光導波路を提供することにある。その問題は、ＸをＢ、Ａｌ、Ｐ、Ｓ、Ａｓ、Ｓｂ及びそれらの組み合わせからなる元素より選択し、かつｙ／ｚ比を１より大きくすることにより解決される。これは導波路内の低光吸収を、可能性としては広い波長範囲にて達成するという利点を有する。更に、比較的低温によるアニーリングは比較的低誘導のひずみを得るために使用され、それにより複屈折の低いものが得られる。光導波路は例えばＰＥＣＶＤ法により製造され、当該方法は低損失導波路を更に処理するのには理想的である。本発明に従う導波路は９００ｎｍ乃至１６００ｎｍにおいて０．０５ｄＢ／ｃｍ未満の損失により特徴付けられる優れた伝搬性を示す。特に、Ｓｉ：Ｎ−Ｈ振動の第二のオーバートーンによる吸収は、検出レベル以下の値に低減され得る。本発明は、例えば光通信システム、特に、構成要素を分けるため（例えば、スパッタ）、及び例えば、電気通信システム、ファイバ−−トゥ−ザ−ホーム等のような波長分割多重システム（ＷＤＭ）用の構成要素のために使用され得る。
2007510961.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
予め定義された波長範囲における光を案内するための光導波路であって、
前記光導波路は光を閉じ込めるためのコア領域及びクラッド領域を含み、前記コア領域と一つ又は複数のクラッド領域とのうちの少なくとも一方は基質上に形成され、かつ前記コア領域と一つ又は複数のクラッド領域とのうちの少なくとも一方の全体又は一部は化学量論的組成ＳｉａＯｘＮｙＸｚＨｖの材料を含み、
Ｘは、Ｂ、Ａｌ、Ｐ、Ｓ、Ａｓ、Ｓｂ及びそれらの組み合わせからなる元素より選択され、かつｙ／ｚ比は１より大きく、例えば１．２より大きい、１．５より大きい、１．８より大きい、２．０より大きい、２．５より大きい、３．０より大きい、３．５より大きい、４．０より大きい、４．５より大きい、５．０より大きい、５．５より大きい、６．０より大きい、７．０より大きい、又は８．０より大きい値である光導波路。
【請求項２】
前記ｙ／ｚ比は、例えば１．０乃至２０、１．０乃至１０、１．５乃至８．０、２．０乃至４．０又は２．５乃至３．５のような１．０乃至１００の範囲にある請求項１に記載の光導波路。
【請求項３】
前記元素Ｓｉの相対濃度を定義する数ａは、０．９乃至１．１の範囲、又は２．９乃至３．１の範囲のような０．１乃至３．５の範囲にある請求項１又は２に記載の光導波路。
【請求項４】
前記元素Ｏの相対濃度を定義する数ｘは、１．９乃至２．１の範囲、又は０乃至０．１の範囲のような０乃至２．５の範囲にある請求項１乃至３のいずれか一項に記載の光導波路。
【請求項５】
前記元素Ｎの相対濃度を定義する数ｙは、３．９乃至４．１の範囲のような０乃至４．５の範囲、又は０．０２乃至０．３の範囲、０．０３乃至０．２の範囲若しくは０．０４乃至０．１０の範囲のような０乃至０．５の範囲にある請求項１乃至４のいずれか一項に記載の光導波路。
【請求項６】
Ｂ、Ａｌ、Ｐ、Ｓ、Ａｓ、Ｓｂ及びそれらの組み合わせからなる群より選択される前記元素Ｘの相対濃度を定義する数ｚは、０．００５乃至０．２の範囲、又は０．０１乃至０．１０の範囲のような０乃至０．３の範囲にある請求項１乃至５のいずれか一項に記載の光導波路。
【請求項７】
ａは０．８乃至１．２の範囲にあり、ｘは１．８乃至２．２の範囲にあり、ｙは０．０１乃至０．５の範囲にあり、かつｚは０．００５乃至０．２の範囲にある請求項１乃至６のいずれか一項に記載の光導波路。
【請求項８】
ａは２．８乃至３．２の範囲にあり、ｙは３．８乃至４．２の範囲にあり、ｘは０．０１乃至０．５の範囲にあり、かつｚは０．００５乃至０．２の範囲にある請求項１乃至６のいずれか一項に記載の光導波路。
【請求項９】
元素Ｓｉの相対濃度を定義する数ａは０．９乃至１．１の範囲にあり、元素Ｏの相対濃度を定義する数ｘは１．９乃至２．１の範囲にあり、元素Ｎの相対濃度を定義する数ｙは０．０１５乃至０．１２の範囲にあり、かつ元素Ｘの相対濃度を定義する数ｚは０．００５乃至０．０４の範囲にある請求項１に記載の光導波路。
【請求項１０】
Ｓｉ：Ｎ−Ｈ結合によりλ＝１５０８ｎｍにある光吸収ピークは０．１ｄＢ／ｃｍより小さく、例えば０．０５ｄＢ／ｃｍより小さい、又は０．０１ｄＢ／ｃｍより小さい請求項１乃至９のいずれか一項に記載の光導波路。
【請求項１１】
元素Ｈの相対濃度を定義する数ｖは、ＳｉａＯｘＮｙＸｚＨｖにおけるＨの相対濃度ｖ／（ａ＋ｘ＋ｙ＋ｚ＋ｖ）が１０−２より小さいものであり、例えば１０−３より小さい、１０−４より小さい、又は１０−５より小さいものである請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の光導波路。
【請求項１２】
水素の原子濃度は窒素及びリンの少なくとも一方の原子濃度より大きい請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の光導波路。
【請求項１３】
水素の原子濃度は、５ａｔ．％より大きい請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の光導波路。
【請求項１４】
元素Ｈの相対濃度を定義する数ｖは、Ｎに対するＨの濃度ｖ／ｙが、１０−２より小さいものであり、例えば１０−３より小さい、又は１０−４より小さいものである請求項１乃至１３のいずれか一項に記載の光導波路。
【請求項１５】
元素Ｈの相対濃度を定義する数ｖは、Ｘに対するＨの濃度ｖ／ｚが、１０−２より小さいものであり、例えば１０−３より小さい、又は１０−４より小さいものであり、かつＸは、Ｂ、Ａｌ、Ｐ、Ｓ、Ａｓ、Ｓｂ及びそれらの組み合わせからなる群より選択される元素であるように構成される請求項１乃至１４のいずれか一項に記載の光導波路。
【請求項１６】
一つの若しくは複数の元素Ｘ又は材料ＳｉａＯｘＮｙＸｚＨｖは、例えば少なくとも７５％のリン、少なくとも９０％のリン、又は１００％のリンのような少なくとも５０％のリンを含む請求項１乃至１５のいずれか一項に記載の光導波路。
【請求項１７】
一つの若しくは複数の元素Ｘ又は材料ＳｉａＯｘＮｙＸｚＨｖは、少なくとも二つの元素Ｘ（１）、Ｘ（２），．．．，Ｘ（ｎ）を含み、ここでｎ≦７であり、かつ各々がｚ１，ｚ２，．．．，ｚｎの相対濃度であるＢ、Ａｌ、Ｐ、Ｓ、Ｇｅ、Ａｓ、Ｓｂからなる群より選択され、ｚ＝ｚ１＋ｚ２＋ｚ３＋．．．＋ｚｎであり、かつｚ１／ｚは０．５０より大きく、例えば０．７５より大きい又は０．９０より大きい請求項１乃至１６にいずれか一項に記載の光導波路。
【請求項１８】
ｎ＝２であり、Ｘ（１）はＰであり、かつＸ（２）はＢ又はＧｅである請求項１７に記載の光導波路。
【請求項１９】
ｎ＝３であり、Ｘ（１）はＰであり、Ｘ（２）はＢであり、かつＸ（３）はＧｅである請求項１７に記載の光導波路。
【請求項２０】
光導波路のコア層及びクラッド層のうちの少なくとも一方は化学量論的組成Ｓｉ（１−ｚ）Ｏ（２−ｙ）ＮｙＸｚの材料を含み、ここでＸはＢ、Ａｌ、Ｐ、Ｓ、Ａｓ、Ｓｂ及びそれらの組み合わせからなる群より選択される元素である請求項１乃至１９のいずれか一項に記載の光導波路。
【請求項２１】
ＸはＰである請求項２０に記載の光導波路。
【請求項２２】
０＜ｙ≦０．２かつ０＜ｚ≦０．１である請求項２０又は２１に記載の光導波路。
【請求項２３】
ケイ素の原子密度Ｎａｔ（Ｓｉ）は、例えば、５．１・１０２１＜Ｎａｔ（Ｓｉ）＜９．１・１０２１の範囲のような４．５・１０２１＜Ｎａｔ（Ｓｉ）＜１．３・１０２２の範囲であり、酸素の原子密度Ｎａｔ（Ｏ）は、例えば、１．０・１０２２＜Ｎａｔ（Ｏ）＜１．８・１０２２の範囲のような９．０・１０２１＜Ｎａｔ（Ｏ）＜２．７・１０２２の範囲であり、窒素の原子密度Ｎａｔ（Ｎ）は、例えば、０＜Ｎａｔ（Ｎ）＜１．８・１０２１の範囲のような０＜Ｎａｔ（Ｎ）＜２．７・１０２１の範囲であり、かつリンの原子密度Ｎａｔ（Ｐ）は、例えば、０＜Ｎａｔ（Ｐ）＜９．０・１０２０の範囲のような０＜Ｎａｔ（Ｐ）＜１．３・１０２１の範囲である請求項１乃至２２のいずれか一項に記載の光導波路。
【請求項２４】
前記コア領域及びクラッド領域の少なくとも一方は、１５５０ｎｍの波長における屈折率が、例えば１．４５乃至１．６０の範囲又は１．４８乃至１．５６の範囲のような１．４５乃至２．０２の範囲にある請求項１乃至２３のいずれか一項に記載の光導波路。
【請求項２５】
光導波路は、例えば８５０ｎｍ乃至１８００ｎｍの範囲のような２５０ｎｍ乃至３．６μｍの範囲の波長である光を案内するように構成される請求項１乃至２４のいずれか一項に記載の光導波路。
【請求項２６】
光導波路は、例えば１５３０ｎｍ乃至１５６５ｎｍの範囲、１４６０乃至１５３０ｎｍの範囲、１３６０乃至１４６０ｎｍの範囲、又は１２６０乃至１３６０ｎｍの範囲のような１２６０ｎｍ乃至１６６０ｎｍの波長範囲である光を案内するように構成される請求項１乃至２５のいずれか一項に記載の光導波路。
【請求項２７】
前記導波路のコア及びクラッドの少なくとも一方は、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ又はそれらの組み合わせからなる元素群より選択される希土類元素を更に含む請求項１乃至２６のいずれか一項に記載の光導波路。
【請求項２８】
前記希土類元素の一つ以上は、５０乃至５０００ｐｐｍモル／モルの範囲のモル濃度にて存在している請求項１乃至２７のいずれか一項に記載の光導波路。
【請求項２９】
前記コア領域及びクラッド領域の少なくとも一方は、前記導波路の熱膨張を制御するために一つ以上のＴＥ−ドーパント元素を更に含む請求項１乃至２８のいずれか一項に記載の光導波路。
【請求項３０】
前記導波路のコア領域及びクラッド領域を構成する一つ以上の層の熱膨張は、一つ以上のＴＥ−ドーパント元素を前記導波路の一つ以上の層に加えることにより基質の熱膨張に適合される請求項１乃至２９のいずれか一項に記載の光導波路。
【請求項３１】
前記一つ又は複数のＴＥ−ドーパント元素は、Ａｌ、Ｆ、Ｔｉ又はそれらの組み合わせを含む元素からなる群より選択される請求項２９又は３０に記載の光導波路。
【請求項３２】
前記一つ又は複数のＴＥ−ドーパント元素は、０乃至５％の範囲のモル濃度にて前記コア領域及び前記一つ又は複数のクラッド領域の少なくとも一方に存在している請求項２９乃至３１のいずれか一項に記載の光導波路。
【請求項３３】
前記一つ又は複数のドーパント元素は、１×１０−７℃−１乃至１５×１０−７℃−１の熱膨張係数を提供するのに十分な量にて前記コア領域及び前記一つ又は複数のクラッド領域の少なくとも一方に存在している請求項２９乃至３２のいずれか一項に記載の光導波路。
【請求項３４】
前記コア領域及びクラッド領域の間にてバリアを構成するとともに前記コア領域の全体又は一部を包囲するバッファ材料を含む請求項１乃至３３のいずれか一項に記載の光導波路。
【請求項３５】
前記バッファ材料は、ＳｉＯ２、例えばＳｉ３Ｎ４のようなＳｉｘＮｙ、交互Ｂ／Ｐドープレベルを備えたＰＥＣＶＤ  ＢＰＳＧ及びそれらの組み合わせからなる群より選択される請求項３４に記載の光導波路。
【請求項３６】
前記材料はＧｅを更に含む請求項１乃至３５のいずれか一項に記載の光導波路。
【請求項３７】
予め定められた波長範囲にて光を案内する光導波路を製造するための方法であって、
前記光導波路は光を閉じ込めるためのコア領域及びクラッド領域を含み、
前記方法は、
Ａ）基質を提供する工程と、
Ｂ）前記基質上により下方クラッド層を形成する工程と、
Ｃ）前記下方クラッド層上に光導波路のコア領域を形成する工程と、
Ｄ）前記コア領域及び前記下方クラッド層を被覆するために上方クラッド層を形成する工程と、を含み、
前記コア領域と一つの若しくは複数のクラッド領域との少なく一方の全体若しくはその一部が化学量論的組成ＳｉａＯｘＮｙＸｚＨｖの材料を含み、Ｘは、元素Ｂ、Ａｌ、Ｐ、Ｓ、Ａｓ、Ｓｂ及びそれらの組み合わせからなる群より選択され、ｙ＞ｚは、例えば１．２より大きい、１．５より大きい、１．８より大きい、２．０より大きい、２．５より大きい、３．０より大きい、３．５より大きい、４．０より大きい、４．５より大きい、５．０より大きい、５．５より大きい、６．０より大きい、７．０より大きい、又は８．０より大きい値である方法。
【請求項３８】
前記工程Ｃ）は、
Ｃ１）下方クラッド層にコア層を形成する工程と、
Ｃ２）前記光導波路のコア領域の輪郭に対応するようにコア領域パターンを含むコアマスクを提供する工程と、
Ｃ３）コアマスク、フォトリソグラフィー及びエッチング法を用いてコア領域を形成する工程と、からなる下位工程を含む請求項３７に記載の方法。
【請求項３９】
前記コア領域パターンの頂部、そして選択的に該コア領域パターンに覆われていない下方クラッド層の頂部にバリア層を形成するという下位工程Ｃ４）が工程Ｄ）の前に挿入される請求項３７又は３８に記載の方法。
【請求項４０】
前記下方クラッド層の頂部にバリア層を形成する下位工程Ｃ０）が工程Ｃ１）の前に挿入される請求項３８又は３９に記載の方法。
【請求項４１】
アニーリングする下位工程が、前記バリア形成工程、又は工程Ｃ０）及び工程Ｃ４）の少なくとも一方の後に挿入される請求項３９又は４０に記載の方法。
【請求項４２】
前記基質はケイ素又は水晶の基質である請求項３７乃至４１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項４３】
前記基質上の層の形成はプラズマ化学気相成長法により実施される請求項３７乃至４２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項４４】
サーフェス  テクノロジー  システムズからの標準クラスタツールＣＶＤ処理チャンバタイププラズマ化学気相成長装置が基質上に層を形成するために使用される請求項４３に記載の方法。
【請求項４５】
前記プラズマ化学気相成長法の処理パラメータは、λ＝１５０８ｎｍ付近での光の吸収を最小限にするべく最適化される請求項４３又は４４に記載の方法。
【請求項４６】
最適化されるべき処理パラメータは、
ａ）ＳｉＨ４のフロー；ｂ）Ｎ２Ｏのフロー；ｃ）Ｎ２のフロー；ｄ）ＮＨ３のフロー；ｅ）出力；ｆ）圧力；ｇ）温度；ｈ）周波数；及びｉ）一つ又は複数の元素Ｘからなる一つ又は複数のフロー、の一つ以上を含む請求項４３乃至４５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項４７】
ａ）ＳｉＨ４の流速は、例えば１０乃至３０ｓｃｃｍのような０乃至３０ｓｃｃｍの範囲にあり；
ｂ）Ｎ２Ｏの流速は、例えば１００乃至４００ｓｃｃｍのような０乃至１０００ｓｃｃｍの範囲にあり；
ｃ）Ｎ２の流速は、例えば１０００乃至３０００ｓｃｃｍのような０乃至３０００ｓｃｃｍの範囲にあり；
ｄ）ＮＨ３の流速は、例えば１５０乃至２５０ｓｃｃｍのような０乃至３００ｓｃｃｍの範囲にあり；
ｅ）出力は、例えば４００乃至１０００Ｗのような０乃至１０００Ｗの範囲にあり；
ｆ）圧力は、例えば２６．６乃至６６．５Ｐａのような１３．３乃至６６．５Ｐａの範囲にあり；
ｇ）温度は、例えば２００乃至４００℃のような２００乃至５００℃の範囲にあり；
ｈ）周波数は、３８０ｋＨｚ付近又は１３．８ＭＨｚ付近である請求項４３乃至４６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項４８】
前記Ｘ＝Ｐであり、かつｉ）において、ＰＨ３のフローはＮ２又はその他のキャリアガス中に希釈されたＰＨ３により提供される請求項４６又は４７に記載の方法。
【請求項４９】
ｉ）において、ＰＨ３のフローはＮ２中に希釈された５％ＰＨ３により提供され、その流速は例えば２乃至２０ｓｃｃｍのような０乃至５０ｓｃｃｍである請求項４８に記載の方法。
【請求項５０】
前記ＸはＰを含むとともにｉ）においてＰＨ３のフローはＮ２又はその他のキャリアガス中に希釈されたＰＨ３により提供され、かつ前記ＰＨ３のフロー値はコア領域に対する応力最適化パラメータとして使用される請求項４６又は４７に記載の方法。
【請求項５１】
前記プラズマ化学気相成長法の処理パラメータは、以下の値：
ａ）ＳｉＨ４流速２０ｓｃｃｍ；
ｂ）Ｎ２Ｏ流速１００乃至４００ｓｃｃｍ；
ｃ）Ｎ２流速２０００ｓｃｃｍ；
ｄ）ＮＨ３流速１００ｓｃｃｍ；
ｅ）出力７００Ｗ；
ｆ）圧力３３．２５Ｐａ；
ｇ）温度３５０℃；
ｈ）周波数３８０ｋＨｚ；
ｉ）Ｎ２流速中の５％ＰＨ３１０ｓｃｃｍ、
を本質的に含む請求項４３乃至５０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５２】
工程ｉ）において、フローガスは、ＳｉＨ４、ＳｉＦ４、ＳｉＣｌ４、ＳｉＦ４、Ｓｉ２Ｈ６、ＳｉＨ２Ｃｌ２、ＳｉＣｌ２Ｆ２、ＳｉＨ２Ｆ２、Ｎ２Ｏ、ＮＯ、Ｎ２、ＮＯ２、Ｏ２、Ｈ２Ｏ、Ｈ２Ｏ２、ＣＯ、ＣＯ２、Ｎ２Ｏ、ＮＯ、Ｎ２、ＮＯ２、ＮＨ３、Ｎ２、Ｂ２Ｈ６、ＡｌＨ３、ＰＨ３、Ｈ２Ｓ、ＳＯ、ＳＯ２、ＧｅＨ４、ＡｓＨ３又はそれらの組み合わせからなる群より選択される請求項４６乃至５１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５３】
請求項３７乃至５２のいずれか一項に記載の製造方法により得られる光導波路。
【請求項５４】
請求項１乃至３６及び５３のいずれか一項に記載の光導波路を含む光学装置。
【請求項５５】
スパッタ又はアレイ導波路回折格子のような分岐構成要素を含む請求項５４に記載の光学装置。
【請求項５６】
光学デュプレクサー又は光学トリプレクサーを含む請求項５４又は５５に記載の光学装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は高品質光学フィルムの製造に関する。
本発明は特に、所定の波長範囲における光を案内するための光導波路に関し、光導波路は光を閉じ込めるためのコア領域とクラッド領域とを含み、コア領域及び／又は一つの若しくは複数のクラッド領域は基質上に形成され、かつコア領域及び／又は一つの若しくは複数のクラッド領域の全て又はその一部は化学量論的組成ＳｉａＯｘＮｙＸｚＨｖの材料を含む。
【０００２】
本発明は更に、所定の波長範囲において光を案内するための光導波路であって光を閉じ込めるためのコア領域とクラッド領域とを含む光導波路を製造するための方法、該方法により得られる光導波路、及び光導波路を含む光学装置に関する。
【０００３】
本発明は、インデックスガイド型導波層並びに光バンドギャップ関連導波技術に基づく全ての型の光学装置に適用可能である。本発明は例えば、光通信システムのような用途、特に構成要素を分けるためのシステム（例えば、スパッタ）及び、例えば遠隔通信システム、ファイバ−トゥ−ザ−ホーム（ＦＴＴＨ）システム等のような波長分割多重（ＷＤＭ）システムの構成要素において有用である。
【背景技術】
【０００４】
広範囲の波長にわたって十分に低い損失性を備えた光学的に透明なシリカベースの導波路を製造することは非常に困難であることが知られている。シリコン導波路技術における商業的に完成した平面ガラスは、典型的には低屈折率コントラスト（例えば０．７％未満）に基づいており、コアとクラッドとの間の屈折率の差は以下のように計算される。
【０００５】
（Δｎ／＜ｎ＞）・１００％＝１００％・２・（ｎ１−ｎ２）／（ｎ１＋ｎ２）
この多かれ少なかれ標準的な低屈折率（ｌｏｗ−ｉｎｄｅｘ）技術のプラットホームは、低伝搬損失（＜０．０５ｄＢ／ｃｍ）、かつ低ファイバ−トゥ−チップ接続損失（例えば、＜０．３ｄＢ／ファセット）を備えた平面導波路成分を保証する。導波路のコアとクラッドとの間の屈折率の差は、コアの屈折率を、包囲するクラッドのそれよりも上昇させるために、通常、シリカコア材料を、例えばゲルマニウム、酸化リン、酸化チタン等のようなより高い屈折率の酸化物でドープすることにより達成される。
【０００６】
屈折率を０．７％以上に増大することにより、曲げ損失を増大させることなくより小さな曲げ半径を可能にし、従って、より小さな装置が製造可能となる（例えば、「平面光波回路技術を用いた低損失小型ワイド−ＦＳＲ−ＡＷＧ（Ａ  Ｌｏｗ−Ｌｏｓｓ，ｃｏｍｐａｃｔ  ｗｉｄｅ−ＦＳＲ−ＡＷＧ  ｕｓｉｎｇ  Ｐｌａｎａｒ  Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ  Ｃｉｒｃｕｉｔ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）」、シー．ドール（Ｃ．Ｄｏｅｒｒ）、ＦＪ１  ＯＦＣ  ２００３を参照されたい）。これは単位ウェハ当たりにより多くの装置を可能にするか、代替的により高い機能性を備えた更に複雑な成分に対して空間を作出する。屈折率コントラストを高くすることにより、光バンドギャップ（ＰＢＧ）効果を用いた平面装置のような低屈折率コントラストでは形成できない装置が最終的には可能になるであろう。Ｓｉ３Ｎ４型材料における可視ＰＧＢ導波路装置のデザイン及び製造における最近の開発は、エム．ディ．ビー．チャールトン（Ｍ．Ｄ．Ｂ．Ｃｈａｒｌｔｏｎ）らによる「エレクトロニクスにおける材料（Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  ｉｎ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ）」（Ｊ．ｏｆ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  Ｓｃｉｅｎｃｅ、第１０巻（１９９９年）、４２９−４４０頁）に詳細に論ぜられている（及び本明細書における参照）。
【０００７】
より高い屈折率を備えた導波路のための有望な生産プラットホームとして、酸窒化物タイプの材料（ＳｉＯｘＮｙ）が文献にて詳細に論ぜられてきた。ＳｉＯｘＮｙタイプの材料は従来からの蒸着技術（例えば、化学気相成長法（ＣＶＤ）、プラズマ化学気相成長法（ＰＥＣＶＤ）、大気圧ＣＶＤ（ＡＰＣＶＤ）又は低圧ＣＶＤ（ＬＰＣＶＤ）法）によりＳｉＯ２（１．４５５）の屈折率とＳｉ３Ｎ４（２．０２）の屈折率との間にて変更可能な可変屈折率を用いて製造可能であることが長い間知られており、かつ幾つかのグループによって示されてきた。（エイチ．アルバーズ（Ｈ．Ａｌｂｅｒｓ）らによる「近赤外におけるＰＥＣＶＤ−ＳｉＯｘＮｙ光導波路の水素誘導損失の低減（Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ  ｏｆ  ｈｙｄｒｏｇｅｎ  ｉｎｄｕｃｅｄ  ｌｏｓｓｅｓ  ｉｎ  ＰＥＣＶＤ−ＳｉＯｘＮｙ  ｏｐｔｉｃａｌ  ｗａｖｅｇｕｉｄｅｓ  ｉｎ  ｔｈｅ  ｎｅａｒ  ｉｎｆｒａｒｅｄ）」、ｉｎ  Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ  ｏｆ  ＯＦＰＷ３．４、ＬＥＯＳ  ’９５、ＩＥＥＥ  Ｌａｓｅｒ  ａｎｄ  Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｏｐｔｉｃｓ  Ｓｏｃｉｅｔｙ  １９９５年会、第８年会を参照されたい。）高品質範囲の屈折率は温度を上げてアニーリングすることによりクラックを形成する傾向が高くなることが示されてはいるが、にもかかわらず、全ての範囲にわたり屈折率を調整すること、即ち、０％（ＳｉＯ２）から３２．５％（Ｓｉ３Ｎ４）までの屈折率差を達成すること、が基本的には可能であることが示されている。
【０００８】
しかしながら、ＳｉＯｘＮｙ膜は３３００ｃｍ−１付近に位置するＳｉ：Ｎ−Ｈ振動のオーバートーンにより波長λ＝１５０８ｎｍに吸収ピークを生じさせるＳｉ：Ｎ−Ｈ結合を含むであろうことが文献より公知である（ｋ＝１／（ｎλ）、ここでｎはオーバートーン次数であり、ここではｎ＝２である）。たとえＮ−Ｈ振動が１５０８ｎｍに存在しているとしても、このピークの“テール”は、通信Ｃバンド（１５３０−１５６５ｎｍ）の中間にある１５５０ｎｍに吸収を生じさせる通信バンドまで延びている。Ｓバンド（１４６０−１５３０ｎｍ）、Ｅバンド（１３６０−１４６０ｎｍ）及びＯバンド（１２６０−１３６０ｎｍ）を含むべく帯域幅を増大すると、広い波長の範囲にわたって動作する低損失かつ高屈折率コントラストの装置を製造することが目的である場合、Ｓｉ：Ｎ−Ｈ振動は更に破壊するであろう。
【０００９】
Ｓｉ：Ｎ−Ｈ吸収ピークの強度は、そのように堆積されたＳｉＯｘＮｙフィルムを高温までアニーリングすることにより低くなるであろう（例えば、アール．ジャーマン（Ｒ．Ｇｅｒｍａｎｎ）らの「光導波路に適用される酸窒化シリコン層（Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｏｘｙｎｉｔｒｉｄｅ  Ｌａｙｅｒｓ  ｆｏｒ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ）」（Ｊ．ｏｆ  Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｓｏｃｉｅｔｙ、１４７（６）、２２３７−２２４１頁（２０００年））又はクリス  ローロフゼン（Ｃｈｒｉｓ  Ｒｏｅｌｏｆｆｚｅｎ）の博士論文である「ＳｉＯＮ導波路技術を用いたパスバンド扁平二分木構造化アドドロップ多重装置（Ｐａｓｓｂａｎｄ  ｆｌａｔｔｅｎｅｄ  ｂｉｎａｒｙ−ｔｒｅｅ  ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄ  ａｄｄ−ｄｒｏｐ  ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｒｓ  ｕｓｉｎｇ  ＳｉＯＮ  ｗａｖｅｇｕｉｄｅ  ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）」、２００２年（ＩＳＢＮ  ９０−３６５−１８０３−２）を参照されたい）。１１５０℃まで高いアニーリング温度では約０．６ｄＢ／ｃｍのピーク最大値における損失を与えることが文献には報告されている。残念なことに、簡単なアニーリングでは吸収ピークの完全な除去は不可能であり、更にアニーリングによるアプローチはフィルム層への応力を増大させ、フィルムの複屈折を非常に増大させるという別の欠点もある（複屈折の程度は、ＴＥモードとＴＭモードのそれぞれの屈折率ｎＴＥ及びｎＴＭの間の差により定義される）。これは高度アニーリングの望まざる副作用である。
【００１０】
ＳｉＯＮタイプの材料のアニーリングによる水素結合関連損失における低減は特に、米国特許出願第２００２−０１８２３４２号、第２００２−０１９４８７６号及び第２００２−０１７８７６０号に論ぜられている。
【００１１】
文献に論ぜられている種々の異なるＣＶＤ法は二つの異なるカテゴリーに分けられる、即ち、フィルム層を形成するガスの一つとしてＮＨ３を使用するタイプＡの方法と、ＮＨ３を含んでいないガス組成からフィルムが核発生させられるタイプＢの方法である。我々はタイプＡ及びＢの種々の異なるＰＥＣＶＤの組み合わせをまとめた。文献における知見によれば、両タイプの方法に基づいて、フィルム中にＳｉ：Ｎ−Ｈ結合が存在することにより１５０８ｎｍ付近にてかなり大きな損失が見られることが分かった（図４を参照されたい）。これは、１１５０℃にて１６時間までアニーリングした後の場合も同様である。しかしながら、振動するＮ−Ｈ結合による損失は、タイプＡの手法により形成されたフィルムと比較してタイプＢの手法により形成されたフィルムではわずかに低い。直観的に、これは、タイプＡの手法に基づくフィルムはより高密度のＮ−Ｈ結合を含んでいると考えられ、Ｎ−Ｈ結合はＮＨ３分子のフラグメント、例えばＮＨｘ（ｘは１，２）によりフィルム層に直接導入されるからであると考えられる。文献に従って、吸収の損失は、アニーリング温度及び／又はアニーリング時間を増大することにより低減されることが明らかとなった。
【００１２】
残念なことに、アニーリングにより得られる損失の改良は、低損失ブロードバンド通信関連要素に対しては十分に低いものではない。
化学量論的形態ＳｉａＯｘＮｙＡｚＭｖＨｕの酸窒化シリコン材料の水素濃度を低減するための一つの方法は、国際公開第９９／４４９３７号パンフレットに従って、ガラスマトリックス中における格子間に、周期律表の１５、１６族から、５価又は６価の元素（Ａ）を、及び／又は１、２、１１又は１２族から１価又は２価の金属（Ｍ）を組み込むことである。これにより窒素原子の水素との親和性の低減が期待でき、従ってＮ−Ｈ吸収による光学的損失の低減が期待できる。好ましい実施形態は、化学量論的形態ＳｉａＯｘＮｙＡｚＭｖＨｕであり、ｚ≧ｙ及び／又はｖ≧ｙである。即ち、窒素の濃度は、Ａ元素（例えば、Ｐ、Ａｓ等）又はＭ元素（例えば、Ｌｉ、Ｂｅ、Ｃｕ、Ｚｎ等である）より小さいか、又は等しい。
【００１３】
欧州特許出願公開第１２９５９６３Ａ２号公報、欧州特許出願公開第１２７３６７７Ａ２号公報及び欧州特許出願公開第１３０２７９２Ａ２号公報において、ウェハ上のシリカフィルムの堆積そして引き続く熱処理を実施するＰＥＣＶＤ法の種々の工程において、流速、圧力、温度、ガス等の方法パラメータの最適化が記載されており、該最適化は、Ｓｉ：Ｎ−Ｈ及びＳｉ：Ｏ−Ｈオシレータによる光学的吸収を低減すべく見地を伴って実施される。
【００１４】
完成した平面導波路における伝搬損失の測定のいかなる特徴づけも国際公開第９９／４４９３７号パンフレットでは実施されていない。欧州特許出願公開第１２９５９６３Ａ２号公報及び欧州特許出願公開第１２７３６７７Ａ２号公報において、光学特性を維持しながらもコアの機械的応力を修正することを可能にする熱処理を最適化することが提案されている。しかしながら、光学的損失とコア層の機械的応力との相関関係には明らかな根拠がなく、それは上方クラッド層の応力の影響がコア層の分光学上の特徴化において考慮されていないからである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
本発明の目的は、水素結合に起因する吸収を低減することにより光学的損失の低い光導波路を提供することにある。本発明の更なる目的は、光通信に使用される波長範囲における光学的損失の低い光導波路を提供することである。本発明の一実施形態において、更なる目的は光導波路における水素結合による吸収ピークを低下する又は除去することである。本発明の一実施形態において、更なる目的は、光導波路におけるＮ−Ｈ結合により吸収ピークを低下する又は除去することである。本発明の一実施形態において、更なる目的は光導波路におけるＯ−Ｈ結合により吸収ピークを低下する又は除去することである。本発明の一実施形態において、更なる目的は光導波路におけるＳｉ−Ｈ結合により吸収ピークを低下する又は除去することである。
【００１６】
本発明の目的は添付した請求の範囲に記載され、かつ以下に記載された発明によって達成される。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
所定の波長範囲において光を案内するための光導波路、該光導波路が光を閉じ込めるためのコア領域とクラッド領域とを含むこと、該コア領域及び／又は一つの若しくは複数のクラッド領域が基板上に形成されること、及び化学量論的組成ＳｉａＯｘＮｙＸｚＨｖの材料からなるコア領域及び／又は一つの若しくは複数のクラッド領域の全体若しくはその一部が本発明により提供され、Ｘは、元素Ｂ、Ａｌ、Ｐ、Ｓ、Ａｓ、Ｓｂ及びそれらの組み合わせからなる群より選択され、ｙ／ｚ比は、例えば１．２より大きい、１．５より大きい、１．８より大きい、２．０より大きい、２．５より大きい、３．０より大きい、３．５より大きい、４．０より大きい、４．５より大きい、５．０より大きい、５．５より大きい、６．０より大きい、７．０より大きい、８．０より大きいというように、１より大きい値である。
【００１８】
本発明の利点は、導波路における低い光学的吸収が達成される点にある。本発明の一実施形態において、導波路の低吸収は例えば、１５３０−１５６５ｎｍのような広い波長範囲にて得られる。更に、本発明の一実施形態において、比較的低いアニーリング温度を付随的に使用して、比較的低い誘導ひずみを生じ、それにより複屈折の低いものが達成され得る。
【００１９】
本発明は、Ｓ−、Ｃ−、Ｌ−及びＯ−バンドにおける低光学吸収特性を備えた光導波路を形成することが可能であることを示している。特に、Ｓｉ：Ｎ−Ｈ結合の密度を低くして、ＳｉａＯｘＮｙＸｚＨｖタイプの材料であって、ｙ＞ｚである、即ちＸ（例えば、Ｐ）の濃度がＮの濃度より小さい材料において、０．１ｄＢ／ｃｍ未満（例えば、０．０５ｄＢ／ｃｍ未満）の吸収を提供することが可能である。
【００２０】
本発明の一実施形態において、ｙ／ｚ比を調整することにより、又は第三の元素もしくな元素の組み合わせを加えることにより、生来的な応力を調製することが更に可能である。一実施形態において、所定量のリンは、光導波路の生来的な応力を最適化（例えば、最小化）するために使用される。
【００２１】
本発明の文脈において、「導波路」なる用語は、任意の長尺状案内構造体であり、かつ回折効果及び可能性として該案内構造体の曲率にも関わらず該構造体の全長を貫通して光波が伝搬されることを可能にする構造体を意味するものと解される。全内反射に基づく「光導波路」は、包囲する媒体に対して屈折率が増大した延長領域により定義される。フォトニックバンドギャップに基づく「光導波路」は、周期的パターンの孔又は周期的パターンの高屈折率材料を含むフォトニックバンドギャップ材料により包囲された延長されたコア領域により定義される。波を案内する強度又は波を閉じ込める強度は、波長、屈折率の差及びガイドの幅に依存する。閉じ込めが強いと、一般的にはより狭いモードとなる。光導波路は、閉じ込めの強度に依存して、複数の光学モードを、又は一つのモードのみを支持する。一般的に、光学モードは、二次元における電磁場の幾何学的形状、その偏光状態及びその波長により区別される。複屈折材料又は非対称的な導波路に案内される光波の偏光状態は、典型的には線形的に偏光される。しかしながら、一般的な偏光状態は、特に光波が大きな帯域帯を有する場合、非平行偏光成分並びに楕円及び非偏光成分を含み得る。仮に屈折率の差が十分に小さく（例えば、Δｎ＝ｎ１−ｎ２＝０．０３６）かつガイドの寸法が十分に狭い（例えば、幅Ｗ＝３μｍ）場合、導波路は波長の範囲にわたり一つの横モード（最も低い次元モード）を閉じ込めるのみであろう。仮に、導波路の上方及び下方における屈折率において非対称性が存在するように該導波路が基板の表面に設けられる場合、屈折率差又は導波路の幅における切捨て値が存在し、その値の下側ではいかなるモードも閉じ込められない。導波路は基板内に設けられ（例えば、基板内に分散することにより）、基板上に設けられ（例えば、コーティングを塗布して周囲の領域をエッチングにより除去することにより、或いはコーティングを塗布して導波路を画定するストリップ以外をエッチングにより除去することにより）、又は基質の内側に設けられる（例えば、複数の処理された基板層を互いに接触又は結合することにより）。導波路を伝搬する光学モードは、導波路の幅のみならず閉じ込めパラメータの全てと関係のある横断寸法を有する。
【００２２】
本明細書の文脈において、導波路要素の幅及び高さは、導波路コアの横断面（即ち、幅測定位置における該導波路コア要素の光を案内する方向に直交する断面）において考慮され、幅は、基板の相対向する実質的に平面である表面により定義される基準面と平行な方向（図６におけるｘの方向）において該導波路要素のコア領域の寸法であり、高さは、基準面と直交する方向（成長する方向、図６におけるｙの方向）において該導波路要素のコア領域の寸法である。
【００２３】
「材料の化学量論的組成」なる用語は、材料における当該元素の相対的な数の単位を反映し、例えば、Ｓｉ０．９７Ｏ１．９１Ｎ０．０９Ｐ０．０３は、（該材料の与えられた容量にわたる平均において）各々が９７個のケイ素原子と、１９１個の酸素原子と、９個の窒素原子と、３個のリン原子が存在している材料を定義する。化学量論的組成ＳｉａＯｘＮｙＸｚＨｖにおける添え字即ち数ａ、ｘ、ｙ、ｚ、ｖはａ＋ｘ＋ｙ＋ｚ＋ｖの合計に対して計算された構成元素のモル濃度を示し、例えば、化学量論的組成ＳｉａＯｘＮｙＸｚＨｖにおける窒素元素の相対濃度ｃ（Ｎ）は、ｙ／ａ＋ｘ＋ｙ＋ｚ＋ｖに等しい。本明細書の文脈において、原子％（ａｔ．％）にて測定された元素Ｑ（例えば、Ｈ）の原子濃度はｃ（Ｑ）・１００を意味する（即ち、水素に対して、ＳｉａＯｘＮｙＸｚＨｖ材料においてｃ（Ｈ）・１００＝ｖ・１００／（ａ＋ｘ＋ｙ＋ｚ＋ｖ）である）ものと解釈される。
【００２４】
容量（上述の定義された「与えられた容量」−組成物が平均化された上での）は、所定の意図された化学量論的組成を有するサンプル又は層の全容量、例えばコアの容量であることが好ましい。代替的に、「与えられた容量」は全容量の代表的な部分であり得、即ち、該部分又は層の全容量の１％以上というようなサンプルの巨視的部分、即ち意味のある平均値たることを可能にするのに十分に統計学的に大きいものである。代替的に、「与えられた容量」は、当該化学量論的組成の一つのユニットを含むように期待されている容量の少なくとも５倍、例えば少なくとも１００倍、少なくとも１０００倍である容量であり得る。代替的に、「与えられた容量」は当該伝搬波の波長λと比較できる寸法、例えば２倍λ、１０倍λにより定義され得る。
【００２５】
与えられたサンプルの異なる元素の原子密度（原子／単位容量、例えば原子／ｃｍ３）は例えば、二次イオン質量分析（ＳＩＭＳ）測定、又はエネルギー分散Ｘ線分析（ＥＤＸ）測定により決定され得る。両技術の原理は種々のテキストに詳細に論ぜられており、例えば、エル．シー．フェルドマン（Ｌ．Ｃ．Ｆｅｌｄｍａｎ）、ジェイ．ダブリュ．メイヤー（Ｊ．Ｗ．Ｍａｙｅｒ）による「表面及び薄膜分析の基礎（Ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌｓ  ｏｆ  ｓｕｒｆａｃｅ  ａｎｄ  ｔｈｉｎ  ｆｉｌｍｓ  ａｎａｌｙｓｉｓ）」、ＩＳＢＮ  ０−４４４−００９８９−２を参照されたい。当該文献には、例えばＥＤＸにより約１％の正確性まで下げた定量分析が論ぜられている。ＥＤＸは進入電子のエネルギーに依存して、５乃至１００Åの電子透過深さを備えた表面感受性ツールであることにより特徴付けられる。
【００２６】
原子密度と相対モル濃度との間の関係は得られる材料の所定の質量密度ρ（ＳｉＯＮＸＨ）を推定する，又は測定することにより概算され得る（Ｈは、質量密度に対して貢献度が低いので選択的に無視され得る）。所定の元素Ｑ（Ｑ＝Ｓｉ、Ｏ、Ｎ、Ｘ、Ｈ）に対する原子密度Ｎａｔは以下の式にて与えられる。
【００２７】
Ｎａｔ（Ｑ）＝ｃ（Ｑ）・ρ（ＳｉＯＮＸＨ）・Ｎａ／Ｍｔｏｔ
ここで、ｃ（Ｑ）は上述のように、組成ＳｉａＯｘＮｙＸｚＨｖにおける元素Ｑの相対濃度であり、Ｎａはアボガドロ数（モル中の原子又は分子の数）であり、かつＭｔｏｔ＝ａ・ＭＳｉ＋ｘ・ＭＯ＋ｙ・ＭＮ＋ｚ・ＭＸ＋ｖ・ＭＨは、ＳｉａＯｘＮｙＸｚＨｖ材料のモル質量（単位質量／モル、例えばｇ／モル）であり、ここで、ＭＱは元素Ｑの原子の質量である（例えば、ＭＳｉ＝２８．０８６ｇ／モル）。
【００２８】
一実施形態において、該材料は更にＧｅを含む。即ち、Ｇｅは一つ以上の元素Ｘ＝Ｂ、Ａｌ、Ｐ、Ｓ、Ａｓ、Ｓｂと組み合わせて存在し得る。これは屈折率を微量に調整し、かつ材料の光感受性を調整する可能性を提供するという更なる利点を有する。
【００２９】
本発明の一実施形態において、光導波路はコア領域を囲むクラッド領域を含む。本発明の一実施形態において、クラッド領域及びコア領域は化学量論的組成ＳｉａＯｘＮｙＸｚＨｖの材料を含み、ここでＸは、元素Ｂ、Ａｌ、Ｐ、Ｓ、Ａｓ、Ｓｂ及びそれらの組み合わせ（及び／又はＧｅとの組み合わせ）からなる群より選択され、ｙ／ｚ比は１より大きい。コアとクラッドとの間の屈折率の差は、例えばｙ／ｘ比を変更することにより（即ち、［Ｎ］／［Ｏ］濃度を変更すること、例えばＣＶＤ法における供給ガスのｙ／ｘ比を変更することにより）提供される。本発明の一実施形態において、コア領域及び／又は一つの若しくは複数のクラッド領域は本質的に化学量論的組成ＳｉａＯｘＮｙＸｚＨｖの材料から構成される。「．．．材料から本質的に構成される」なる用語は、本発明の主題に対して重要な元素を参照するものと解釈される。
【００３０】
本発明の一実施形態において、コア領域は化学量論的組成ＳｉａＯｘＮｙＸｚＨｖの材料を含み、ここでＸは、元素Ｂ、Ａｌ、Ｐ、Ｓ、Ａｓ、Ｓｂ及びそれらの組み合わせ（及び／又はＧｅとの組み合わせ）からなる群より選択される。この実施形態において、一つ又は複数のクラッド領域は適切な反射率を備えた任意のタイプの材料を含み、例えば、ＰＢＳＧタイプのガラス又はＰＢＧ領域であり得る。
【００３１】
本発明の一実施形態において、光導波路はコア領域と、二つ以上の包囲するクラッド領域を含む（例えば、二つの「同心状の」クラッド領域であり、該クラッド領域の少なくとも一方は化学量論的組成ＳｉａＯｘＮｙＸｚＨｖの材料を含み、ここでＸは、元素Ｂ、Ａｌ、Ｐ、Ｓ、Ａｓ、Ｓｂ及びそれらの組み合わせ（及び／又はＧｅとの組み合わせ）からなる群より選択される）。この実施形態において、コア領域は適切な反射率を備えた任意のタイプの材料を含み、例えば、ＰＢＳＧタイプのガラス、ＰＢＧタイプのガラス、又はＧｅでドープされたシリカガラスであり得る。この実施形態において、更なる一つの又は複数のクラッド領域は適切な反射率を備えた任意のタイプの材料を含み、例えば、ＰＢＳＧタイプのガラス、ＰＢＧ領域、又はＳｉＯ２であり得る。
【００３２】
本発明の一実施形態において、ｙ／ｚ比は１．０乃至１００の範囲であり、例えば１．０乃至２０、１．０乃至１０、１．５乃至８．０、２．０乃至４．０、２．５乃至３．５の範囲である。
【００３３】
本発明の一実施形態において、ｙ／ｚ比は３にほぼ等しい。
本発明の一実施形態において、ｙ／ｚ比は７にほぼ等しい。
「ほぼ等しい」なる用語は、本明細書の文脈において、当該値の１０％以内であること、例えば、５％以内、１％以内であることを意味するものと解釈される。
【００３４】
本発明の一実施形態において、元素Ｓｉの相対濃度を定義する数「ａ」は、０．１乃至３．５の範囲にあり、例えば、０．５乃至３．５の範囲、０．９乃至１．１の範囲（例えば、ＳｉＯ２など）又は２．９乃至３．１の範囲（例えば、Ｓｉ３Ｎ４など）である。
【００３５】
本発明の一実施形態において、元素Ｏの相対濃度を定義する数「ｘ」は、０乃至２．５の範囲にあり、例えば、１．９乃至２．１の範囲（例えば、ＳｉＯ２など）又は０乃至０．１の範囲（例えば、Ｓｉ３Ｎ４など）である。
【００３６】
本発明の一実施形態において、元素Ｎの相対濃度を定義する数「ｙ」は、例えば、３．９乃至４．１の範囲（例えば、Ｓｉ３Ｎ４など）のような０乃至４．５の範囲、或いは、０．０２乃至０．３の範囲、０．０３乃至０．２の範囲、０．０４乃至０．１０の範囲のような０乃至０．５の範囲である。
【００３７】
本発明の一実施形態において、Ｂ、Ａｌ、Ｐ、Ｓ、Ａｓ、Ｓｂ及びそれらの組み合わせからなる群より選択される元素Ｘの相対濃度を定義する数「ｚ」は、０乃至０．３の範囲にあり、例えば、０乃至０．２の範囲、０．００５乃至０．２の範囲、０．０１乃至０．１０の範囲にある。
【００３８】
本発明の一実施形態において、元素Ｈの相対濃度を定義する数「ｖ」は、０≦ｖ＜０．０５により定義される。
本発明の一実施形態において、「ａ」は０．８乃至１．２の範囲にあり、「ｘ」は１．８乃至２．２の範囲にあり、「ｙ」は０．０１乃至０．５の範囲にあり、かつ「ｚ」は０．００５乃至０．２の範囲にある。これは元素Ｎ及びＸの相対的に小さな量を備えたＳｉＯ２ベースのＳｉＯＮＸ組成の場合を示す。
【００３９】
本発明の一実施形態において、「ａ」は２．８乃至３．２の範囲にあり、「ｘ」は０．０１乃至０．５の範囲にあり、「ｙ」は３．８乃至４．２の範囲にあり、かつ「ｚ」は０．００５乃至０．２の範囲にある。これは元素Ｏ及びＸの微量な相対部分を備えたＳｉ３Ｎ４ベースのＳｉＯＮＸ組成の場合を示す。
【００４０】
本発明の一実施形態において、元素Ｓｉの相対濃度を定義する数「ａ」は０．９乃至１．１の範囲にあり、元素Ｏの相対濃度を定義する数「ｘ」は１．９乃至２．１の範囲にあり、元素Ｎの相対濃度を定義する数「ｙ」は０．０１５乃至０．１２の範囲にあり、かつ元素Ｘの相対濃度を定義する数「ｚ」は０．００５乃至０．０４の範囲にある。
【００４１】
本発明の一実施形態において、導波路のコア及び／又はクラッド層は、化学量論的組成Ｓｉ（１−ｚ）Ｏ（２−ｙ）ＮｙＸｚの材料を含み、ここで、Ｘは、Ｂ、Ａｌ、Ｐ、Ｓ、Ａｓ、Ｓｂ及びそれらの組み合わせからなる群より選択される元素である。
【００４２】
本発明の一実施形態において、導波路のコア及び／又はクラッド層は、化学量論的組成Ｓｉ（１−ｚ）Ｏ（２−ｙ）ＮｙＸｚの材料から本質的に構成され、ここで、Ｘは、Ｂ、Ａｌ、Ｐ、Ｓ、Ａｓ、Ｓｂ及びそれらの組み合わせからなる群より選択される元素である。
【００４３】
本発明の一実施形態において、導波路のコア及び／又はクラッド層は、化学量論的組成Ｓｉ（１−ｚ）Ｏ（２−ｙ）ＮｙＰｚの材料を含む。本発明の一実施形態において、０＜ｙ≦０．２及び０＜ｚ≦０．１である。本発明の一実施形態において、ケイ素の原子密度Ｎａｔ（Ｓｉ）は、例えば５．１・１０２１＜Ｎａｔ（Ｓｉ）＜９．１・１０２１のような４．５・１０２１＜Ｎａｔ（Ｓｉ）＜１．３・１０２２の範囲にあり、酸素の原子密度Ｎａｔ（Ｏ）は、例えば１．０・１０２２＜Ｎａｔ（Ｏ）＜１．８・１０２２のような９．０・１０２１＜Ｎａｔ（Ｏ）＜２．７・１０２２の範囲にあり、窒素の原子密度Ｎａｔ（Ｎ）は、例えば０＜Ｎａｔ（Ｎ）＜１．８・１０２１のような０＜Ｎａｔ（Ｎ）＜２．７・１０２１の範囲にあり、かつリンの原子密度Ｎａｔ（Ｐ）は、例えば０＜Ｎａｔ（Ｐ）＜９．０・１０２０のような０＜Ｎａｔ（Ｐ）＜１．３・１０２１の範囲にある。
【００４４】
本発明の一実施形態において、Ｓｉ（１−ｚ）Ｏ（２−ｙ）ＮｙＰｚ中の元素Ｓｉ、Ｏ、Ｎ、Ｐの少なくとも一つの原子密度はＳＩＭＳにより決定される。
本発明の一実施形態において、Ｓｉ（１−ｚ）Ｏ（２−ｙ）ＮｙＰｚ中の元素Ｓｉ、Ｏ、Ｎ、Ｐの少なくとも一つの原子密度はＥＤＸにより決定される。
【００４５】
本発明の一実施形態において、Ｘは、例えば二個以上、全部でｍ個のような一つ以上の元素を含み、各元素はＸの全濃度ｚと比較した相対濃度を有し、Ｘ（１）はｚ１，Ｘ（２）はｚ２など、そしてＸ（ｍ）はｚｍである。「ＳｉａＯｘＮｙＸｚＨｖ材料の一つ又は複数の元素Ｘは少なくともｑ１％の元素Ｘ（１）を含む」なる記載は、本明細書の文脈において、ｑ１／１００＝ｚ１／ｚ、ここでｚ＝ＳＵＭ（ｚｉ）であり、かつｉ＝１，２，．．．，ｍ、ＳＵＭ（ｚｉ）は元素ｚｉの代数和を示す、ことを意味するものと解釈される。これに対し、ＳｉａＯｘＮｙＸｚＨｖ材料の元素Ｘ（ｉ）の相対濃度は、ｚｉ／（ａ＋ｘ＋ｙ＋ｚ＋ｖ）である。
【００４６】
本発明の一実施形態において、一つ若しくは複数の元素Ｘ又は材料ＳｉａＯｘＮｙＸｚＨｖは少なくとも５０％のリンを含み、例えば少なくとも７５％のリン、少なくとも９０％のリン、１００％のリンを含む。
【００４７】
本発明の一実施形態において、一つ若しくは複数の元素Ｘ又は材料ＳｉａＯｘＮｙＸｚＨｖは少なくとも二つの元素Ｘ（１），Ｘ（２），．．．，Ｘ（ｎ）（ここでｎ≦７である）を含み、それらは相対濃度がそれぞれｚ１，ｚ２，．．．，ｚｎであるＢ、Ａｌ、Ｐ、Ｓ、Ａｓ、Ｓｂからなる群より選択され（ここで、ｚ＝ｚ１＋ｚ２＋ｚ３＋．．．＋ｚｎである）、かつｚ１／ｚは０．５０より大きく、例えば、０．７５より大きい、０．９０より大きい値である。
【００４８】
一般に、Ｐ、Ｇｅ及びＮのシリカガラスベースへの添加は、得られる導波路材料の屈折率を増大させる一方、Ｂの添加は屈折率を減少させる。一般に、Ｂ及びＰの添加は得られるシリカガラスの流動性を増大する。興味深いことに、我々は、本発明と関連させて、ＰのＳｉＯＮへの添加は屈折率を低減させることを認め、ＰはＮに置き換えることを提案する。
【００４９】
近年、ＧｅのＢＰＳＧ材料への添加はＰの低減を可能にする一方で同じ屈折率を保持することが提案されている（米国特許出願公開第２００３／００２１５７８号）。Ｐ濃度を低減させた結果、より密度の小さいＢＰＯ４が引き続くアニーリング工程にて形成され、改善されたリフロー機構はキーホールを形成することなく（即ち、クラッド材料中に空隙又は介在物が存在することなく）高アスペクト比を備えた構造体を製造することを可能にする。同様に、キーホールを形成することなく高アスペクト比を備えた構造体を製造することを可能にする改善されたリフロー機構は、ＳｉａＯｘＮｙＸｚＨｖ（Ｘ（１）＝Ｐ、Ｘ（２）＝Ｇｅ及びＸ（３）＝Ｂである）においても期待できる。
【００５０】
本発明の一実施形態において、ｎ＝２かつＸ（１）はＰ及びＸ（２）はＢである。本発明の一実施形態において、ｎ＝２かつＸ（１）はＰ及びＸ（２）はＧｅである。Ｐと、Ｂ又はＧｅとの相対濃度は得られる屈折率を微量に調整するために使用され得るので有利である。
【００５１】
本発明の一実施形態において、ｎ＝３かつＸ（１）はＰ、Ｘ（２）はＢ及びＸ（３）はＧｅである。Ｐ、Ｂ及びＧｅとの相対濃度は得られる屈折率を微量に調整するために使用され得るので有利である。
【００５２】
本発明の一実施形態において、Ｓｉ：Ｎ−Ｈ結合によりλ＝１５０８ｎｍにおける光吸収ピークは、例えば従来のカット−バック法の平面バージョンにより測定されるように、０．１ｄＢ／ｃｍより小さく、例えば、０．０５ｄＢ／ｃｍより小さい、０．０１ｄＢ／ｃｍより小さいものである。
【００５３】
好ましくは、Ｈの濃度は非常に小さいのでＳｉ：Ｎ−Ｈ結合による光吸収ピークは、λ＝１５０８ｎｍにおいて０．１ｄＢ／ｃｍより小さく、例えば０．０５ｄＢ／ｃｍより小さい、０．０１ｄＢ／ｃｍより小さいものである。本発明の一実施形態において、Ｈの濃度は１００００ｐｐｍより小さく（即ち、ｖ／（ａ＋ｘ＋ｙ＋ｚ＋ｖ）＜１０−２である）、例えば１０００ｐｐｍより小さい、１００ｐｐｍより小さい、１０ｐｐｍより小さいものである。本発明の一実施形態において、Ｈの相対濃度はＮの相対濃度よりはるかに小さく、例えば、ｖ＜１０−２ｙ、例えばｖ＜１０−３ｙ、ｖ＜１０−４ｙである。本発明の一実施形態において、Ｈの相対濃度はＸの相対濃度よりはるかに小さく、例えば、ｖ＜１０−２ｚ、例えばｖ＜１０−３ｚ、ｖ＜１０−４ｚであり、Ｘは、元素Ｂ、Ａｌ、Ｐ、Ｓ、Ａｓ、Ｓｂ及びそれらの組み合わせからなる群より選択される。本発明の一実施形態において、水素の原子濃度は２５ａｔ．％より小さく、例えば１５ａｔ．％より小さい、５ａｔ．％より小さいものである。
【００５４】
本発明の一実施形態において、Ｈの濃度はＮ若しくはＸの濃度又はＮにＸを加えたものの濃度よりも大きい（即ち、ｖ＞ｙ若しくはｖ＞ｚ又はｖ＞ｙ＋ｚである）。しかしながら、この場合、水素原子の一部は１５０８ｎｍ付近の光吸収に寄与していない、及び／又はＮ−Ｈタイプの結合において、材料中に結合されていないであろう。本発明の一実施形態において、ＳｉａＯｘＮｙＸｚＨｖ材料中の水素原子の濃度は５乃至２５ａｔ．％の範囲にあり、例えば１０ａｔ．％乃至２０ａｔ．％の範囲にある。
【００５５】
サンプルの水素濃度は、例えば水素核反応分析により決定され得る（例えば、エル．シー．フェルドマン及びジェイ．ダブリュ．メイヤーの「表面及び薄膜分析の基礎」、ＩＳＢＮ０−４４４−００９８９−２を参照されたい）。
【００５６】
窒素をキャリアガスとして使用するか、又は例えば酸素を含む反応ガス（即ち、Ｎ２Ｏ又はＮＨ３）の一部として使用する場合、小さな割合の窒素不純物がＣＶＤ堆積ガラスに主として存在するであることを明記すべきである。そのような堆積ガラス中の窒素不純物の割合は低いものであり、多くの場合は測定されないか若しくは報告されない。その理由は一つには、適切な正確性をもって窒素含量を確認することが困難であるからである。分析的検出の問題は、ガラス中にて化学的に結合された窒素の特異的な特性及び利点が当該技術分野において完全に理解されず、評価されていない一つの理由を示す。
【００５７】
本発明の一実施形態において、コア領域及び／又はクラッド領域は、１５５０ｎｍの波長にて１．４５乃至２．０２の範囲、例えば１．４５乃至１．６０の範囲、１．４８乃至１．５６の範囲のような範囲の反射率を有する材料を含む。これは、例えばＧｅ又はＡｌのような少量のドーパントイオンを加えることにより達成され得る。これは、Ｎ−Ｈ吸収ピークを回避しながら比較的高屈折率の導波路を製造することを可能にするという利点となる。
【００５８】
導波路の特定の断面積により示される領域又は容量の「屈折率」なる用語は、本明細書の文脈において、幾何学的な屈折率を意味するものと解釈される。仮に当該領域が特定の屈折率を備えた一つの均一な材料にて構成される場合、幾何学的な屈折率は均一な材料の通常の屈折率である。仮に当該領域が各々が均一な材料である複数の小さな領域から構成される場合、幾何学的な屈折率はこれらのより小さな領域の通常の屈折率の幾何学的に秤量された平均値、即ち屈折率ｎｉと、考慮されるべき全体の領域の面積Ａに対する当該部分的な領域Ａｉの比Ａｉ／Ａと、の積の合計である（即ち、ＳＵＭ（ｎｉ・（Ａｉ／Ａ））、ｉ＝１，２，．．．，ｍ、ここでｍは考慮されるべき領域を構成するより小さな（又は部分的な）領域の数である）。
【００５９】
幾らかの場合、有効屈折率ｎｅｆｆは光導波路の特性を特徴づけるために簡便に使用され得る。コア及びクラッドを備えた真の導波路構造体を考慮する代わりに、いわゆる有効屈折率である屈折率ｎｅｆｆを有する均一な媒質中を伝わる平面波として光の伝搬が記載される。この有効屈折率はマックスウェル式に由来する固有値式に基づいている。
【００６０】
結合モードの有効屈折率はクラッドの屈折率より大きく、かつコアの屈折率より小さい。有効屈折率は更に、導波路のコアの断面の関数である。例えば、エイチ．ニシハラ（Ｈ．Ｎｉｓｈｉｈａｒａ）他の「光集積回路（Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔｓ）」、ＭｃＧｒａｗ−Ｈｉｌｌ（１９８９年）を参照されたい。
【００６１】
本発明に従う光導波路は任意の波長の光を案内するために使用され得る。本発明の一実施形態において、光導波路は２５０ｎｍ乃至３．６μｍの範囲に配置された波長範囲、例えば８５０ｎｍ乃至１８００ｎｍの範囲、の光を案内するべく構成されている。本発明の一実施形態において、光導波路は１２６０ｎｍ乃至１６６０ｎｍの範囲における波長、例えば１５３０ｎｍ乃至１５６５ｎｍの範囲、１４６０ｎｍ乃至１５３０ｎｍの範囲、１３６０−１４６０ｎｍの範囲、又は１２６０−１３６０ｎｍの範囲である波長を含む光を案内するべく構成される。
【００６２】
本発明の一実施形態において、導波路のコア及び／又はクラッドは更に一つ以上の希土類（ＲＥ）元素を含む（即ち、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｔｂ、Ｌｕ元素）。本発明の一実施形態において、一つ以上のＲＥ元素は５０乃至５０００ｐｐｍ（モル／モル）の範囲の濃度にて存在しており、例えば、化学量論的組成ＳｉａＯｘＮｙＸｚＨｖ（ＲＥ）ｑの材料において５０・１０−６＜ｑ／（ａ＋ｘ＋ｙ＋ｚ＋ｖ＋ｑ）＜５０００・１０−６である。これは低吸収損失特性と組み合わせて（増幅器又はレーザタイプの機能のための）活性導波路の形成を可能にするという利点となる。
【００６３】
本発明の一実施形態において、コア領域及び／又は一つの若しくは複数のクラッド領域は、導波路の熱膨張又は熱収縮による内部応力を最小限にするのに十分な量にてＧｅを更に含む。これはコア層及び／又はクラッド層の複屈折を低減することを可能にするという利点となる。本発明の一実施形態において、コア領域及び／又は一つの若しくは複数のクラッド領域の材料は５ａｔ．％未満のＧｅを含む。
【００６４】
本発明の一実施形態において、導波路のコア領域及びクラッド領域を構成する一つ以上の層の熱膨張は、該導波路の該一つ以上の層に一つ以上のＴＥ−ドーパント元素を加えることにより基質の熱膨張に適合される。「ＴＥ−ドーパント」は「熱膨張に影響を与えるドーパント」の省略形として使用される。
【００６５】
本発明の一実施形態において、一つ又は複数のＴＥ−ドーパント元素は、Ａｌ、Ｂ、Ｆ、Ｇｅ、Ｐ、Ｔｉ又はそれらの組み合わせからなる群より選択される。
本発明の一実施形態において、一つ又は複数のＴＥ−ドーパント元素は、０乃至５％の範囲のモル濃度、即ちＳｉ、Ｏ、Ｎ、Ｘ、Ｈ（及び可能性としてＲＥ−ドーパント）とＴＥ−ドーパントのモル濃度の合計に対して考慮されるモル濃度にてコア領域及び／又は一つの若しくは複数のクラッド領域にて存在している。
【００６６】
本発明の一実施形態において、一つ又は複数のＴＥ−ドーパント元素は、１・１０−７℃−１乃至１５・１０−７℃−１の熱膨張係数を提供するのに十分な量にてコア領域及び／又は一つの若しくは複数のクラッド領域に存在している。
【００６７】
本発明の一実施形態において、導波路はコア領域及び／又は一つの若しくは複数のクラッド領域にリンを含む。
本発明の一実施形態において、光導波路はコア領域及びクラッド領域の間にてバリアを構成するとともにコア領域の全体又は一部を包囲するバッファ材料を含む。一実施形態において、バリア層はコア領域の頂部のみに適用され、該コア領域を部分的に包囲する。一実施形態において、バリア層はコア領域の頂部及び下部に適用され、それにより該コア領域を完全に包囲する。一つ又は複数のバッファ層を挿入することの利点は、結晶子を形成する傾向が低減又は回避され、それによりコア領域からのリンの外部への拡散が低減又は回避され得る。
【００６８】
一実施形態において、バッファ材料は、ＳｉＯ２、ＳｉｘＮｙ、（即ち、ＳｉｘＮｙは例えばＳｉ３Ｎ４であり得る）、交互したＢ／Ｐドーピングレベルを備えたＰＥＣＶＤ  ＢＰＳＧ及びそれらの組み合わせからなる群より選択される。
【００６９】
本発明の一実施形態において、光導波路は基質上に形成された平面導波路の形態をとる。本発明の一実施形態において、基質はケイ素である。これは大量生産を容易にするという利点を有する。本発明の一実施形態において、基質は水晶である。これは生来的に下方クラッド層と、更に基質（例えばケイ素）からの誘導された応力を回避するという利点を有する。
【００７０】
本発明の一実施形態において、導波路はフォトニック結晶構造体の一部であり、特定の波長範囲にある電磁エネルギーの伝搬が、フォトニックバンドギャップ（ＰＢＧ）を提供する周期的な構造特性の導入により制御されることを可能にする。
【００７１】
本発明の一実施形態において、光導波路は、プラズマＣＶＤ（ＰＥＣＶＤ）又は大気圧ＣＶＤ（ＡＰＣＶＤ）のような化学気相成長法（ＣＶＤ）により製造される。これは大容量に対して信頼性が高く、かつ容易に秤量可能である工業的に証明された製造技術を提供するという利点を有する。
【００７２】
代替的に、導波路は、火炎加水分解蒸着又はガラス上にて材料をスピニングする技術のようなその他の技術によって製造され得る。
予め定められた波長範囲にて光を案内する光導波路を製造するための方法であって、光を閉じ込めるためのコア及びクラッド領域を含む該光導波路は更に本発明により提供され、該方法は、Ａ）基質を提供する工程と、Ｂ）基質上に下方クラッド層を形成する工程と、Ｃ）下方クラッド層上に光導波路のコア領域を形成する工程と、Ｄ）コア領域及び下方クラッド層を被覆するために上方クラッド層を形成する工程と、を含み、コア領域及び／又は一つの若しくは複数のクラッド領域の全体若しくはその一部が化学量論的組成ＳｉａＯｘＮｙＸｚＨｖの材料を含み、Ｘは、元素Ｂ、Ａｌ、Ｐ、Ｓ、Ａｓ、Ｓｂ及びそれらの組み合わせからなる群より選択され、ｙ／ｚ比は、例えば１．２より大きい、１．５より大きい、１．８より大きい、２．０より大きい、２．５より大きい、３．０より大きい、３．５より大きい、４．０より大きい、４．５より大きい、５．０より大きい、５．５より大きい、６．０より大きい、７．０より大きい、８．０より大きい値である。
【００７３】
該方法は確認されているこれまでの光導波路の製造技術に容易に組み込まれ、かつ対応する（上述の）光導波路の利点を有する組み込まれた光学要素が提供される。
本発明の一実施形態において、０．５＜ａ＜３．５、０＜ｘ＜２．５、０＜ｙ＜４．５、０＜ｚ＜０．２。
【００７４】
本発明の一実施形態において、０．５＜ａ＜３．５、０＜ｘ＜２．５、０＜ｙ＜４．５、０＜ｚ＜０．２及び０≦ｖ＜０．０５。
本発明の一実施形態において、ｖ≧０．０５。本発明の一実施形態において、ｖはｙ、ｚ又はｙ＋ｚより大きい。本発明の一実施形態において、材料ＳｉａＯｘＮｙＸｚＨｖ中の水素の原子濃度は２５ｔ．％未満であり、例えば１５ｔ．％未満、５ｔ．％未満又は５乃至２５ｔ．％の範囲、１０ｔ．％乃至２０ｔ．％の範囲である。
【００７５】
本発明の一実施形態において、０．５＜ａ＜３．５、０＜ｘ＜２．５、０＜ｙ＜４．５、０＜ｚ＜０．２。
本発明の一実施形態において、０．８＜ａ＜１．２、１．８＜ｘ＜２．２、０．０１＜ｙ＜０．５、０．００５＜ｚ＜０．２。
【００７６】
本発明の一実施形態において、０．９＜ａ＜１．１、１．９＜ｘ＜２．１、０．０１５＜ｙ＜０．１２、０．００５＜ｚ＜０．０４。
本発明の一実施形態において、２．８＜ａ＜３．２、０．０１＜ｘ＜０．５、３．８＜ｙ＜４．２、０．００５＜ｚ＜０．２。
【００７７】
一実施形態において、材料は更にＧｅを含む。言い換えれば、Ｇｅは一つ以上の元素Ｘ＝Ｂ、Ａｌ、Ｐ、Ｓ、Ａｓ、Ｓｂとの組み合わせにて存在する。これは、屈折率の微量の調整及び材料の感光性を調整する可能性を提供するという更なる利点を有する。
【００７８】
本発明の一実施形態において、工程Ｃ）は、Ｃ１）下方クラッド層にコア層を形成する工程と、Ｃ２）光導波路のコア領域の輪郭に対応するようにコア領域パターンを含むコアマスクを提供する工程と、Ｃ３）コアマスク、フォトリソグラフィー及びエッチング法を用いてコア領域を形成する工程とからなる下位工程を含む。これは集積回路及び光回路の製造から周知である工業水準の製造方法の利用に有利である。
【００７９】
一実施形態において、コア領域パターンの頂部、そして選択的に該コア領域パターンに覆われていない下方クラッド層の頂部にバリア層を形成するという下位工程Ｃ４）が工程Ｄ）の前に挿入される。一つ又は複数のバッファ層を挿入する利点は結晶子形成の傾向が低減されるか或いは回避され、それによりコア領域からのリンの外側への拡散が低減又は回避される点にある。
【００８０】
一実施形態において、下方クラッド層の頂部にバリア層を形成する下位工程Ｃ０）が工程Ｃ１）の前に挿入される。これは導波路のコア領域を包囲するバリア層の形成を容易にするという利点を有する。
【００８１】
一実施形態において、アニーリングするという下位工程が、バリア形成工程、工程Ｃ０）又はＣ４）の後に挿入される。これは、その他の層、例えば上方クラッド層を適用する前にバリア層のリフローを可能にするという利点を有する。
【００８２】
本発明の一実施形態において、基質はケイ素又は水晶の基質である。
本発明の一実施形態において、光導波路は、プラズマＣＶＤ（ＰＥＣＶＤ）又は大気圧ＣＶＤ（ＡＰＣＶＤ）のような化学気相成長法（ＣＶＤ）により製造される。これは大量生産において信頼性がありかつ容易に秤量可能である産業上証明された製造技術を提供するという利点を有する。
【００８３】
本発明の一実施形態において、サーフェス  テクノロジー  システムズ（Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ｓｙｓｔｅｍｓ）から入手される標準クラスタツールＣＶＤ処理チャンバタイプＰＥＣＶＤ装置が基質上に層を形成するために使用される。
【００８４】
本発明の一実施形態において、Ｎ２の流速は、０乃至２０００ｓｃｃｍの範囲であり、Ｎ２Ｏの流速は１００乃至４００ｓｃｃｍの範囲であり、ＮＨ３の流速は０乃至３００ｓｃｃｍの範囲であり、ＳｉＨ４の流速は０乃至３０ｓｃｃｍの範囲であり、Ｎ２中に５％ＰＨ３の流速は０乃至５０ｓｃｃｍの範囲であり、出力は０乃至１２００Ｗの範囲であり、圧力は６．６５乃至６６．５Ｐａ（５０乃至５００ｍＴｏｒｒ）の範囲であり、温度は２００乃至４００℃の範囲であり、かつ周波数は約３８０ｋＨｚ又は約１３．５６ＭＨｚである。
【００８５】
単位ｓｃｃｍは標準圧力及び温度（即ち、大気圧及び０℃）にて単位立方センチメートルとして定義されるＳｔａｎｄａｒｄ  Ｃｕｂｉｃ  Ｃｅｎｔｉｍｅｔｅｒｓ  ｐｅｒ  Ｍｉｎｕｔｅの省略語である。
【００８６】
一実施形態において、Ｘ＝Ｐであり、かつｉ）においてＰＨ３のフローはＮ２又は別のキャリアガス中に希釈されたＰＨ３により提供される。
一実施形態において、ｉ）においてＰＨ３のフローは、２乃至２０ｓｃｃｍのような０乃至５０ｓｃｃｍの流速を備えたＮ２中の５％ＰＨ３により提供される。
【００８７】
一実施形態において、ＸはＰを含み、かつｉ）においてＰＨ３のフローはＮ２又は別のキャリアガス中に希釈されたＰＨ３により提供されるとともにＰＨ３の流速値はコア領域の応力最適化パラメータとして使用される。
【００８８】
一実施形態において、ＰＥＣＶＤ法の処理パラメータは本質的に以下の値を有する：ａ）ＳｉＨ４流速２０ｓｃｃｍ；ｂ）Ｎ２Ｏ流速１００乃至４００ｓｃｃｍ；ｃ）Ｎ２流速２０００ｓｃｃｍ；ｄ）ＮＨ３流速１００ｓｃｃｍ；ｅ）出力７００Ｗ；ｆ）圧力３３．２５Ｐａ（２５０ｍＴｏｒｒ）；ｇ）温度３５０℃；ｈ）周波数３８０ｋＨｚ；ｉ）Ｎ２中にの５％ＰＨ３の流速１０ｓｃｃｍ。
【００８９】
一実施形態において、工程ｉ）において、フローガスは、ＳｉＨ４、ＳｉＦ４、ＳｉＣｌ４、Ｓｉ２Ｈ６、ＳｉＨ２Ｃｌ２、ＳｉＣｌ２Ｆ２、ＳｉＨ２Ｆ２、Ｎ２Ｏ、ＮＯ、Ｎ２、ＮＯ２、Ｏ２、Ｈ２Ｏ、Ｈ２Ｏ２、ＣＯ、ＣＯ２、Ｎ２Ｏ、ＮＯ、Ｎ２、ＮＯ２、ＮＨ３、Ｎ２、Ｂ２Ｈ６、ＡｌＨ３、ＰＨ３、Ｈ２Ｓ、ＳＯ、ＳＯ２、ＧｅＨ４、ＡｓＨ３又はそれらの組み合わせからなる群より選択される。
【００９０】
上述の製造方法により得られる光導波路はさらに本発明により提供される。そのような導波路は上述の導波路に関するものと同様の利点を有する。
上述の光導波路を含む光学装置は更に本発明により提供される。本発明に従う導波路が有用である装置の例は、例えば、スパッタ、カプラ、例えば、アレイ導波路回折格子（ＡＷＧ）、一般化されたマッハツェンダ干渉計及び光学通信システムの一部である任意のその他の機能ユニットである。一実施形態において、本発明に従う導波路は、デュプレクサー又はトリプレクサーに含まれる。光学的トリプレクサーは、光導波路を介してデジタル通信及びアナログビデオ受信の組み合わせを可能にする光学要素である。そのような要素は、例えばファイバ−トゥ−ザ−ホーム解決策において有用である。
【００９１】
一実施形態において、光学的トリプレクサー（又はより正確に表現されると「トリプレックス送受信機要素」）は、付随的なアナログビデオ受信機（１５５０ｎｍにて）を備えたフル−デュプレックスデジタル通信を単一のファイバ上に与える（１３１０ｎｍ上流レーザ発振及び１４９０ｎｍ下流検出）。トリプレックス送受信機は、本発明のガラス材料の使用により確立された受動平面光チップ上に活性装置（レーザ及びフォトダイオード）をハイブリッド装着することにより構築される。好ましいバージョンにおいて、トリプレックス送受信機は、高容量アセンブリの単純なインターフェース及びサポートに対して簡単な工程であるハンダ付け法を使用することによりハイブリッド装着される。
【００９２】
本発明のガラス材料の使用は、１５０８ｎｍにおいてＮＨ−吸収ピークが存在しないことによりトリプレックス送受信機と組み合わせにおいて有利である一方、高い屈折率コントラストの導波路を使用する能力を維持しているので、低減されたチップサイズを与える。
【００９３】
本明細書において使用される場合「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）／含んでいる（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」なる用語は、記述された特徴、整数、工程又は構成要素の存在を特定するが、一つ以上のその他の特徴、整数、工程、構成要素又はそれらの群が存在すること或いは加えることを排除しないものと解釈される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００９４】
本発明は、好ましい実施形態と関連させ、図面を参照して以下に詳細に説明される。
図面は明瞭にするために概略化及び単純化されており、本発明を理解するのに本質的である詳細部のみを示しており、その他の詳細は省略されている。図面全体を通して、同一の符号が同一の又は対応する部材に使用されている。
【００９５】
本発明に従う方法は、以下に記載された一つ以上の示唆を用いて、λ＝１５０８ｎｍ付近の低光吸収を備えた導波路を提供することに関して最適化され得る：
１．ＮＨ３は更なる水素源であり、ＮＨ−結合を含むので、該ＮＨ３の使用を避ける。
２．ＳｉＨ４フローは水素源の可能性となるので、該ＳｉＨ４のフローを低くする。
３．プラズマ出力を増大させる。その理由は、プラズマ法が低出力にて実施され、Ｓｉ−Ｈ結合の破壊される量が少ない場合と比較して、より多くのＳｉ−Ｈ結合が破壊されて、水素を含むＳｉフラグメントの混入が低減されるからである。
４．総流量を増大する。その理由は、最も好ましくないものである水素及び水素含有フラグメントである反応生成物を排除するためである。
５．温度を増大させる。その理由は、プラズマ成長ＰＥＣＶＤガラス中の水素濃度を低減できるからである。
６．圧力の変更はプラズマ中の分子のフラグメント化の程度を変更可能であり、それにより得られたフィルムの特性を変更できる。
７．プラズマを駆動するエネルギー源の周波数を変更すると、ＰＥＣＶＤ成長フィルムの特性を変更できる。
８．少量の（選択的に希釈された）ＰＨ３を加える。
【００９６】
上述の要因の一つ以上の組み合わせにより、ＰＥＣＶＤ成長コアガラスを光導波路として使用した場合に１５０８ｎｍにおける強い吸収を引き起こすＮ−Ｈピークのオーバートーンの完全な除去が得られる。
【００９７】
本発明の種々の実施形態において、導波路材料は、化学量論的組成ＳｉａＯｘＮｙＸｚＨｖ（ＲＥ）ｑ（ＴＥ）ｐ中において種々の元素Ｓｉ、Ｏ、Ｎ、Ｘ（「Ｘ」＝Ｂ、Ａｌ、Ｐ、Ｓ、Ａｓ、Ｓｂ）、Ｈ、ＲＥ−ドーパント（「ＲＥ」＝Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ）、ＴＥ−ドーパント（「ＴＥ」＝Ａｌ、Ｆ、Ｇｅ、Ｔｉ、Ｂ、Ｐ）を含み、Ｘは、屈折率及び／又は光吸収特性及び／又は熱膨張特性を制御するための一つ以上の元素「Ｘ」を、「ＲＥ」は光学利得を制御するための一つ以上の希土類元素「ＲＥ」を、「ＴＥ」は熱膨張を制御するための一つ以上の元素「ＴＥ」を示す。
【００９８】
プラズマＣＶＤ（ＰＣＶＤ）及び低圧化学気相成長法（ＬＰＣＶＤ）としても公知のＰＥＣＶＤは、ヒロシ  ナシハラ（Ｈｉｒｏｓｈｉ  Ｎａｓｈｉｈａｒａ）、マサミツ  ハルナ（Ｍａｓａｍｉｔｓｕ  Ｈａｒｕｎａ）及びトシアキ  スハラ（Ｔｏｓｈｉａｋｉ  Ｓｕｈａｒａ）の「光集積回路（Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  ｃｉｒｃｕｉｔｓ」、ＭａｃＧｒａｗ−Ｈｉｌｌ  Ｂｏｏｋ  Ｃｏｍｐａｎｙ（１９８９年）及びマーク  マドウ（Ｍａｒｃ  Ｍａｄｏｕ）の「マイクロ加工の基礎（Ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌｓ  ｏｆ  Ｍｉｃｒｏｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ）」、第３章、ＩＳＢＮ  ０−８４９３−９４５１−１に更に詳細に記載されており、それらは本明細書において参照にて援用される。
【実施例１】
【００９９】
ＰＥＣＶＤコアガラスは、標準ＰＥＣＶＤ装置上にて成長され、この場合、ＳＴＳ（Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ｓｙｓｔｅｍｓ  ｐｌｃ（イギリス国、サウスウェールズ、ニューポートに所在））から入手可能な標準クラスタツールＣＶＤ処理チャンバタイプＰＥＣＶＤ−装置がシリコン基質の層形成に使用され、その際、以下のパラメータが使用される：ａ）ＳｉＨ４流速２０ｓｃｃｍ；ｂ）Ｎ２Ｏ流速１００乃至４００ｓｃｃｍ；ｃ）Ｎ２流速２０００ｓｃｃｍ；ｄ）Ｎ２中に５％ＰＨ３の流速１０ｓｃｃｍ；ｅ）出力７００Ｗ；ｆ）圧力３３．２５Ｐａ（２５０ｍＴｏｒｒ）；ｇ）温度３５０℃；ｈ）周波数３８０ｋＨｚ。
【０１００】
図１は、本発明に従う種々の光導波路のコア領域のλ＝１５５０ｎｍにおける屈折率であって、アニーリング前のもの及びアニーリング後のものをそれぞれ示す。アニーリングは、窒素雰囲気下にて、１１００℃で４時間実施された。
【０１０１】
屈折率はかなり広い範囲にて容易に調整され、図１に示されるものよりかなり大きかった。屈折率の変化は、［Ｎ］／［Ｏ］比の関数として屈折率の線形関係により示されるように（図１を参照）、ＰＥＣＶＤ供給ガス（一定なＳｉＨ４のフロー）中の窒素原子の酸素原子に対する比により大きく支配される。ここで、［Ｎ］＝２・［Ｎ２Ｏ］＋２・［Ｎ２］＋０．９５・［５％ＰＨ３／Ｎ２］かつ［Ｏ］＝［Ｎ２Ｏ］であり、ここで［ｘｘ］は種ｘｘの流速（ｓｃｃｍ）を示す。
【０１０２】
図２は、本発明に従う導波路のコア領域のλ＝１５５０ｎｍにおける層の厚み及び屈折率のアニーリング温度の関数としてのそれぞれの値を示す。白抜きの記号はλ＝１５５０ｎｍにおける屈折率を示す。黒塗りの記号は層の厚み（μｍ）を示す。窒素及びリンの原子密度は、補正されたＳＩＭＳにより決定されるように、それぞれ、［Ｎ］＝１．３０・１０２１原子／ｃｍ３であり、かつ［Ｐ］＝４．５８・１０２０原子／ｃｍ３である。
【０１０３】
堆積されたＰＥＣＶＤガラスの屈折率は、図２に示されるようにアニーリングにより変更され得る。屈折率の変化は約８００℃以上にて開始され、１１００℃まで続く。
図３は、本発明に従う導波路のλ＝１５５０ｎｍにおける複屈折をアニーリング温度の関数として測定したものを示す。
【０１０４】
屈折率の変化は図３に示されるように複屈折における増大と関連しており、該図３において、λ＝１５５０ｎｍにおいて測定されたＴＥモード及びＴＭモードにおける屈折率の差異は温度の関数としてプロットされている。従って、複屈折の構築を最小限にするためには比較的低いアニーリング温度を使用することが提案されている。しかしながら、適用されたアニーリング温度は、引き続くクラッド工程で比較されるべき要因とすべきである。
【０１０５】
本発明に従う光導波路を含む光学要素は、以下の工程：Ａ）基質を提供する工程と、Ｂ）基質上により下方クラッド層を形成する工程と、Ｃ１）下方クラッド層にコア層を形成する工程と、Ｃ２）該要素の光導波路要素のコア領域の輪郭に対応するようにコア領域パターンを含むコアマスクを提供する工程と、Ｃ３）コアマスク、フォトリソグラフィー及びエッチング法を用いてコア領域を形成する工程と、Ｄ）コア領域パターン及び下方クラッド層を被覆するために上方クラッド層を形成する工程と、Ｅ）制御された雰囲気下にてアニーリングする工程と、を含む方法により製造され得る。
【０１０６】
アニーリング工程Ｅ）は、例えば、コア層の堆積の後に実施されるか、連続的な上方堆積及びアニーリング工程と関連して実施されるかの少なくとも一方である。
本発明の一実施形態において、清潔かつ未加工のシリコンウェハ（工程Ａにて基質として使用される）が最初に酸化され（工程Ｂ）、シリカの光学的な単離層（バッファ層）が提供され、該単離層の厚みは、導波路のコアを保持するフィールドのエバネセント場の底部の強度が、無視しうるほどの伝搬損失を保証するのに十分低くなるのに十分な厚みである。バッファ層の頂部に、ＳｉａＯｘＮｙＸｚＨｖ（ＲＥ）ｑ（ＴＥ）ｐ（上述の意味を有する）の層（「コア層」と定義される）が堆積され（工程Ｃ１）、該層は、該層の屈折率を制御するのに有効に作用する一つ以上のドーパントを含み、該層が光学的に活性になる及び／又は基質の熱膨張特性に適合された熱膨張特性となる。コア層を堆積させるために使用される方法に応じて、高温処理（アニーリング工程として周知である）は、該層の光学及び／又は機械的特性を安定化させるために有利であろう。光導波路回路は標準光学リソグラフィーにより定義され、該標準光学リソグラフィーにおいて、導波路デザインパターンのクロムパターンレプリカを典型的に含むＵＶ透明プレートはコア層の表面にスピンコーティングされたＵＶ感受性ポリマーの層に対して押圧され（工程Ｃ２）、引き続いてＵＶ感受性ポリマーがマスクを介して露出され、該パターンが現像される（工程Ｃ３）。導波路パターンのポリマー層への露出及び現像に続いて、ポリマーパターンはコア層への乾式エッチング（例えば、ＲＩＥ−反応性イオンエッチング、ＩＣＰ−誘導結合プラズマ）のためのマスキング材料として使用される（工程Ｃ３）。代替的に、工程Ｃ２において、第二のマスクシステムがコア層とＵＶ感受性ポリマー層との間に挟持され、選択性と導波路のコアのプロファイルを高めるために使用される。本発明の一実施形態において、この第二のマスキングシステムは酸化物／ポリマー又は窒化物／ポリマーから構成され、酸化物ポリマーに関しては、ジェイ．エム．モラン（Ｊ．Ｍ．Ｍｏｒａｎ）及びディ．メイダン（Ｄ．Ｍａｙｄａｎ）による「高解像度かつ急勾配プロファイルのレジストパターン（Ｈｉｇｈ  ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ，ｓｔｅｅｐ  ｐｒｏｆｉｌｅ  ｒｅｓｉｓｔ  ｐａｔｔｅｒｎｓ）」、Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．，第１６巻、第６号、Ｎｏｖ．／Ｄｅｃ．（１９７９年）を、窒化物ポリマーに関しては、エイチ．ナマツ（Ｈ．Ｎａｍａｔｓｕ）、ワイ．オザキ（Ｙ．Ｏｚａｋｉ）及びケイ．ヒラタ（Ｋ．Ｈｉｒａｔａ）による「高解像度トリレベルレジスト（ｈｉｇｈ  ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ  ｔｏｒｉｌｅｖｅｌ  ｒｅｓｉｓｔ）」、Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．，第２１巻、第２号、Ｊｕｌｙ／Ａｕｇ．（１９８２年）を参照されたい。このようにして、デザイン化導波路パターンは、所定の断面特性と屈折率とを有するコア層に移される。このように定義された導波路コアを保護するため、そして構造体中の伝搬方向を横切った対称性を高めるために、選択された製造技術が許容される場合、バッファ層に近い光学特性を備えたシリカ層がコア構造体の頂部に堆積される（工程Ｄ）。後者の層の形成（例えば、上方クラッド層と定義される）は連続的な堆積及びアニーリング工程を用いて形成され得る（即ち、工程Ｄ及びＥの連���的な繰り返し）。上方クラッド層がコア及び下方クラッド層より低いフロー温度を有することを保証することは有効である。これは、ホウ素、リン及び／又はフッ素（或いは上方クラッド層のフロー温度を低減するその他任意のドーパント）を適切に加えることにより制御され得る。
【０１０７】
Δｎ／＜ｎ＞＝２．５％の屈折率コントラストを備えたサンプルは、１２ミクロンの熱的酸化物（ＳｉＯ２）の頂部に上述の工程に従って形成された。断面が３×３平方ミクロンである螺旋導波路が製造され、引き続いて最適化されたクラッディング工程にてクラッドが形成された（標準的なＢＰＳＧクラッディング）。これにより得られた導波路は、１メートルまでの導波路を通過した後も直接かつ信頼性のある伝搬損失により特徴付けられる（ビー．エイチ．ラーセン（Ｂ．Ｈ．Ｌａｒｓｅｎ）ら、Ｗｅ１．２．６、ＥＣＯＣ−ＩＯＯＣ（２００３年）に記載されているように）。これらの特徴化の実験は、実施例１に列挙されたパラメータを適用した場合、１５０８ｎｍにおけるＮ−Ｈ吸収ピークのオーバートーンが除去可能であることを示しており、このことは、異なる製造条件、「ＮＨ３を含むもの」、「ＮＨ３を含まないもの」及び本発明に従う「新たな方法」のそれぞれに従って製造された導波路に対してλ＝１５００ｎｍからλ＝１６００ｎｍまでの光吸収損失（ｄＢ／ｃｍ）を示す図４における「新たな方法」の曲線により示されている。
【０１０８】
１５５０ｎｍにおける長さの関数として伝搬損失を測定することにより、本発明の発明者らは非常に広範囲の波長にわたり０．０３ｄＢ／ｃｍ未満の極端に損失の少ない導波路を製造することができ、本発明に従う導波路に対してλ＝１５５０ｎｍにおける光伝搬損失（ｄＢ）を導波路の長さ（ｃｍ）及びモード（ＴＥ又はＴＭ）の関数として示す図５に示されている。
【０１０９】
実施例１に列挙されたパラメータにより形成されたサンプルは、二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ）により分析した。簡潔に述べると、試験中のサンプルを、材料が表面層から連続的に除去されることによる加速されたイオン（ここでは、Ｃｓ＋）のフラックスによりスパッタリングされる。スパッタリングにより形成されたフラグメントを単にモニタリングし、かつオンラインにて分析することにより、スパッタリング時間の関数として化学的に分析可能となる。スパッタリングの収率を補正し、かつ関連物の対照と比較することにより、関連物フラグメントの強度が濃度に直接変換可能となる（ここでは、Ｎ及びＰが関連物である）。
【０１１０】
実施例１に記載された方法により形成されたサンプルにおいて、Ｎ及びＰの濃度は、［Ｎ］／［Ｐ］比の２．８３に対応して、［Ｎ］＝１．３０・１０２１原子／ｃｍ３であり、［Ｐ］＝４．５８・１０２０原子／ｃｍ３と決定された。
【０１１１】
ＳｉＯＮタイプの材料について報告されているように（「シリコンオキシ窒化物フィルムのプラズマ成長、組成及び屈折率（Ｐｌａｓｍａ−ｅｎｈａｎｃｅｄ  ｇｒｏｗｔｈ，  ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ  ａｎｄ  ｒｅｆｒａｃｔｉｖｅ  ｉｎｄｅｘ  ｏｆ  ｓｉｌｉｃｏｎ  ｏｘｙ−ｎｉｔｒｉｄｅ  ｆｉｌｍｓ）、ケイ．イー．マットソン（Ｋ．Ｅ．Ｍａｔｔｏｓｓｏｎ）、Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．第７７巻、第１２号、６６１６−６６２３頁（１９９５年））、２．３ｇ／ｃｍ３に近似する密度で、かつＳｉＯ２の分子量（２８．０８６ｇ／モル＋２・１５．９９９ｇ／モル＝６０．０８４０ｇ／モル）に近い分子量であると仮定すると、ＳｉＯＮタイプの材料の密度が２．３ｇ／ｃｍ３／６０．０８４０ｇ／モル＝０．０３８３モル／ｃｍ３に近似するので、測定された原子密度が化学量論的な値に変換可能となる。アボガドロ数Ｎａをかけると、原子密度、２．３０５２・１０２２原子／ｃｍ３が得られる。
【０１１２】
これより窒素及びリンの相対濃度ｙ及びｚがそれぞれ導かれる。
Ｎｙ：ｙ＝１．３０・１０２１／２．３０５２・１０２２＝０．０５６
Ｐｚ：ｚ＝４．５８・１０２０／２．０３５２・１０２２＝０．０２０
【実施例２】
【０１１３】
本発明に従う光導波路を含むサンプルは、実施例１の記載に従って形成したが、５％ＰＨ３／９５％Ｎ２ガスのフローを１０乃至５０ｓｃｃｍに増大した点のみが異なる。それにより、成長したＰＥＣＶＤフィルムは、高いＰ含量によりアニーリングにより層間剥離した。従って、上述の工程パラメータ下においてＰＥＣＶＤのコアの成長時に存在するＰＨ３の量には上限が存在する。
【実施例３】
【０１１４】
本発明に従う光導波路を含むサンプルは、実施例１の記載に従って形成した。得られた導波路の構造は、引き続いて、磨かれた断面切片の走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）により分析された。図７ａは、コア３３と、下方クラッド領域６１と、上方クラッド領域６２とを有する分離された導波路１００の得られた導波路プロファイルを示す。図７ａから、導波路のコア３３（ＳＥＭ写真に示されるように約７μｍの幅を有する）は上方クラッド層６２により（部分的に）包囲されていることは明らかであり、更に、導波路のコア領域に付近には如何なる欠陥も見られなかった。より接近して離間した導波路（例えば、エッジとエッジとの間隙７２が４μｍ未満，図７ｂを参照）に対しては、（上方）クラッド層６２と導波路コア材料３３との間の明らかな反応が観察され、導波路コア領域に隣接して小さな結晶子／粒子７１の核化及び成長が認められる。図７ｂは、隣接する導波路コア領域中間のこの粒子形成工程の代表的なＳＥＭ画像を示す（ここでは、ＳＥＭ写真に示されるように、エッジとエッジとの間隙は５μｍである）。これらの結晶子の形成は、コア領域と上方クラッド層との間にバッファ領域を加えることにより回避できるという驚くべきことが判明した。この場合において、エッチングされたコア層の頂部にドープされていないＰＥＣＶＤの０．３５μｍのＳｉＯ２バッファ層があれば、結晶子／粒子形成を回避するのに十分である。適切な最小厚さは、コア及びクラッドのドーパントのレベルにそれぞれ依存する（ドーパントのレベルが高いと厚みも大きくなる）。好ましくはバッファ層の厚みは、０．２μｍ乃至１．０μｍの範囲である。交互Ｂ／Ｐドーピングレベルを伴うＰＥＣＶＤ  ＢＰＳＧ、ＳｉＯＮ、ＳｉｘＮｙ（例えば、Ｓｉ３Ｎ４）等のようなその他のバッファ／バリア（及び対応して最適化された層の厚み）が適用され得る。
【０１１５】
実施例１に概説された方法の好ましい実施形態において、コア領域のパターンの頂部、そして選択的にコア領域のパターンに被覆されない下方クラッド層の頂部にバリア層を形成する下位工程（Ｃ４）は、コア領域パターン及び下方クラッド層を被覆する上方クラッド層を形成する工程Ｄ）の前に挿入される。選択的に、バリア層は、該下方クラッド層の頂部にバリア層を形成する下位工程Ｃ０）を挿入することによりコア領域パターンの下側に適用される。後者は、コア層を下方クラッド層及び上方クラッド層から完全に分離するという利点を有する。バリア層を弛緩させるためにバリア層形成工程の後に選択的なアニーリング工程が挿入可能である。一つ又は複数のバッファ層を挿入する利点は、結晶子を形成する傾向が低減又は回避される点にある。それにより、コア領域からリンが外側に分散されることが低減又は回避される。更に、導波路のコアの応力を低減するという利点も有する。コア及びクラッド領域の間にバリア層を含みこむというこれらの効果は、Ｘ（例えばＰを含む）の濃度（ｙ）がＮの濃度（ｚ）より大きい（即ち、本発明により定義されているように、ｙ／ｚ＞１）本発明の導波路においては特に有利である。
【０１１６】
Ｂ２Ｏ３、Ｐ２Ｏ５又はＢＰＯ４結晶子の形成により観察された粒子を結合させようと考えるかもしれない。そのような粒子の形成は、ＢＰＳＧフィルムのアニーリング時にホウ素及びリンの分離の結果として観察された（例えば、エス．イマイ（Ｓ．Ｉｍａｉ）らによるＡｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．第６０巻、第２２号、１７６１頁を参照されたい）。従って、上記バッファを加えることは、Ｂ及びＰの相対濃度を明らかに変更し、局所的な核生成及び結晶子の成長を回避する。
【実施例４】
【０１１７】
実施例１に従って形成されたコアは二つの異なるＰＨ３フローを用いて形成された。屈折率は、いずれの場合においても、その他の要素を一定にして、Ｎ２Ｏフローを調整することにより調整された。両方のＰＨ３のフローに対して約１．４４から１．５まで屈折率の範囲を（１５５０ｎｍにおいて）保持することが可能であることは図８から明らかである。興味深いことに、図面から、複屈折（ｎ（ＴＥ）−ｎ（ＴＭ））は５ｓｃｃｍのＰＨ３のシリーズ８１では１５ｓｃｃｍのＰＨ３シリーズ８２と比較して小さいことを明記したい。更に、１５ｓｃｃｍシリーズにおいては、屈折率が増大すると複屈折も増大するが、５ｓｃｃｍのＰＨ３シリーズでは、−２・１０−３乃至−３・１０−３と低い値にてほぼ一定に留まっていることが観察される。
【０１１８】
従って、正確なＰＨ３フロー値は、この種のコアの更なる用途と関連して正確なコア工程を調整する場合更なる応力最適化パラメータとして使用可能である。
基本元素
組成ＳｉａＯｘＮｙＸｚＨｖの材料を含む本発明に従う導波路に対して、個々の元素は、以下の化合物から−主として気体相から−導入される。
【０１１９】
ケイ素，Ｓｉ：
ＳｉＨ４、ＳｉＦ４、ＳｉＣｌ４、ＳｉＦ４、Ｓ２Ｈ６、ＳｉＨ２Ｃｌ２、ＳｉＣｌ２Ｆ２、ＳｉＨ２Ｆ２又は水素、塩素、酸素の使用を含む気体又は固体を含むその他任意のケイ素、或いはＳｉＯｘ若しくはガラスタイプのスピンのような固体化合物並びにＳｉを含むゾル−ゲル化合物から得られるもの。
酸素，Ｏ：
Ｎ２Ｏ、ＮＯ、Ｎ２、ＮＯ２、Ｏ２、Ｈ２Ｏ、Ｈ２Ｏ２、ＣＯ、ＣＯ２
窒素，Ｎ：
Ｎ２Ｏ、ＮＯ、Ｎ２、ＮＯ２、ＮＨ３、Ｎ２
ホウ素，Ｂ：
Ｂ２Ｈ６又はＢ２Ｏ３のような固体化合物から得られるもの
アルミニウム，Ａｌ：
ＡｌＨ３又は液体に溶解した有機Ａｌ複合体
リン，Ｐ：
ＰＨ３
硫黄，Ｓ：
Ｈ２Ｓ、ＳＯ、ＳＯ２
ゲルマニウム，Ｇｅ：
ＧｅＨ４又はＧｅＯ２のような固体化合物
砒素，Ａｓ：
ＡｓＨ３
アンチモン，Ｓｂ：
有機化合物に溶解したＳｂ
以下より選択されるキャリアガス：
Ｎ２、Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅ
原子濃度に基づく例
以下において、得られた材料の種々の質量密度に対して、相対的な化学量論的濃度（ＳｉａＯｘＮｙＸｚＨｖにおけるａ，ｘ，ｙ，ｚ，ｖの濃度）と対応する原子密度との間に相関関係が確立された。これは例えば、与えられたサンプルの原子濃度を測定するためにＳＩＭＳ測定が実施される場合に使用できる。
【０１２０】
ＳｉａＯｘＮｙＸｚＨｖタイプの材料の所定の容量における「原子」濃度（単位ＳｉａＯｘＮｙＸｚＨｖ／ｃｍ３）は、質量密度（ρ（ｇ／ｃｍ３））をモル質量Ｍｔｏｔ（ｇ／モル）で割って、アボガドロ数Ｎａをかけることにより計算される。ＳｉａＯｘＮｙＸｚＨｖの全モル質量は、構成元素のモル質量の加重和により得られる、即ち、Ｍｔｏｔ＝ａ・ＭＳｉ＋ｘ・ＭＯ＋ｙ・ＭＮ＋ｚ・ＭＸ＋ｖ・ＭＨ。
【０１２１】
各タイプの原子の個々の原子密度Ｎａｔ（原子／ｃｍ３）は、以下のように与えられる：
Ｎａｔ（Ｓｉ）＝ａ／（ａ＋ｘ＋ｙ＋ｚ＋ｖ）・原子の総数＝ａ・ρ・Ｎａ／［（ａ＋ｘ＋ｙ＋ｚ＋ｖ）・Ｍｔｏｔ］
Ｎａｔ（Ｏ）＝ｘ／（ａ＋ｘ＋ｙ＋ｚ＋ｖ）・原子の総数＝ｘ・ρ・Ｎａ／［（ａ＋ｘ＋ｙ＋ｚ＋ｖ）・Ｍｔｏｔ］
Ｎａｔ（Ｎ）＝ｙ／（ａ＋ｘ＋ｙ＋ｚ＋ｖ）・原子の総数＝ｙ・ρ・Ｎａ／［（ａ＋ｘ＋ｙ＋ｚ＋ｖ）・Ｍｔｏｔ］
Ｎａｔ（Ｘ）＝ｚ／（ａ＋ｘ＋ｙ＋ｚ＋ｖ）・原子の総数＝ｚ・ρ・Ｎａ／［（ａ＋ｘ＋ｙ＋ｚ＋ｖ）・Ｍｔｏｔ］
Ｎａｔ（Ｈ）＝ｖ／（ａ＋ｘ＋ｙ＋ｚ＋ｖ）・原子の総数＝ｖ・ρ・Ｎａ／［（ａ＋ｘ＋ｙ＋ｚ＋ｖ）・Ｍｔｏｔ］
本発明の一実施形態において、上記方法はＳｉ（１−ｚ）Ｏ（２−ｙ）ＮｙＰｚのような構造のタイプを仮定することにより示され、Ｐは一般式においてＸ（「Ｘ」＝Ｂ、Ａｌ、Ｐ、Ｓ、Ａｓ、Ｓｂ）により示される元素群よりからなる例として示される。この例において、ＰはＳｉを置換し、ＮはＯを置換すると仮定される。少量のＨｖを加えること（意図的、非意図的のいずれにせよ）は水素の大きさ及び質量が小さく、期待されるべきＨの濃度が小さいことからρ又はＭｔｏｔのいずれにも大きな影響を与えることは期待されていない。しかしながら、Ｈの局所的な存在は、材料が中和した原子価とすべきであることにより重要である、即ち、（１−ｚ）・［Ｓｉの酸化状態］＋（２−ｙ）・［Ｏの酸化状態］＋ｙ・［Ｎの酸化状態］＋ｚ・［Ｐの酸化状態］＋ｖ・［Ｈの酸化状態］＝０。
【０１２２】
報告されている酸化状態は以下のとおりである。
Ｈ：
＋１及び−１、共有結合水素化物と関連して＋１が最も自明な形態である。
【０１２３】
Ｏ：
−２及び−１、−２が最も自明な状態である。
Ｓｉ：
＋４、＋６、−２、ＳｉＯ２等の材料と関連して＋４が最も安定な形態である。
【０１２４】
Ｎ：
＋３、−３、＋４、＋５、本発明の文脈において−３が最も安定な形態である。
Ｐ：
＋３、＋５、−３、＋５が最も安定な状態である。
【０１２５】
従って、個々の化合物の上述の酸化状態を仮定すると、（１−ｚ）・（＋４）＋（２−ｙ）・（−２）＋ｙ・（−３）＋ｚ・（＋５）＋ｖ・（＋１）＝４−４ｚ−４＋２ｙ−３ｙ＋５ｚ＋ｖ＝ｚ−ｙ＋ｖ＝０となり、即ち、ｚ＝ｙ−ｖとなる。即ち、このシンプルなモデルにおいて、少量の水素は、ｚ＜ｙ、即ち、リンより多くの窒素とすることを可能にする。構成物の代替的な価数状態は無視することはできない。
【０１２６】
Ｓｉ（１−ｚ）Ｏ（２−ｙ）ＮｙＰｚタイプの材料であると仮定すると、ｚは０乃至１であり、ｙは０乃至２である。本発明の一実施形態において、ｚは例えば０と０．２の間であり、ｙは０と０．１の間であり、かつｙ＞ｚである。水素の存在は以下の式には組み込まれていない。とはいえ、少量では存在しているであろう。
【０１２７】
上述の場合において、Ｍｔｏｔは以下のように計算された。
Ｍｔｏｔ＝（１−ｚ）・ＭＳｉ＋（２−ｙ）・ＭＯ＋ｙ・ＭＮ＋ｚ・ＭＰ、ここで、ＭＳｉ＝２８．０８６ｇ／モル、ＭＯ＝１５．９９９ｇ／モル、ＭＰ＝３０．９７４ｇ／モル、ＭＮ＝１４．００７ｇ／モル
Ｍｔｏｔの結果を表１に要約した。表１から明らかなように、Ｍｔｏｔは５９．６９ｇ／モル乃至６０．１７ｇ／モルの間のみにて変動した。
【０１２８】
【表１】
2007510961.tif 000003
上述の場合を適用すると、材料の質量密度（ρ（ｇ／ｃｍ３））が既知である場合、Ｓｉ、Ｏ、Ｐ及びＮの原子密度を計算することが可能である。しかしながら、質量密度は原子構造とともに変化することが予測される。ＰＥＣＶＤ、ＳｉＯＮタイプの材料の場合、２．２６ｇ／ｃｍ３乃至２．３５ｇ／モルの密度が測定された（ケント  エリック  マットソン（Ｋｅｎｔ  Ｅｒｉｋ  Ｍａｔｔｏｓｓｏｎ）の博士号学位論文ＭＩＣ、デンマーク技術大学（Ｔｈｅ  Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ  Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ  ｏｆ  Ｄｅｎｍａｒｋ（１９９４年））。種々の形態の水晶に関して、２．３２、２．１９、２．２６、２．６３５、２．１３ｇ／モルのような密度が、「化学及び物理のハンドブック（Ｈａｎｄｂｏｏｋ  ｏｆ  ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ  ａｎｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ）、第６６版」に記載されている。
【０１２９】
図示された実施例のように、Ｓｉ（１−ｚ）Ｏ（２−ｙ）ＮｙＰｚタイプの材料に対して質量密度は、２．３ｇ／モル（ｚ∈［０，０．１］、ｙ∈［０，０．２］かつｙ＞ｚ）であると仮定される。Ｓｉ、Ｏ、Ｐ及びＮの対応する原子密度が計算可能である。得られた値を、それぞれ表２、３、４及び５に示し、ここで、１０２１は１Ｅ２１と表記され、例えば、７．７・１０２１は、７．７Ｅ２１と表記されている。
【０１３０】
【表２】
2007510961.tif 000004
表２から、Ｓｉの密度は、ρ＝２．３ｇ／ｃｍ３と仮定すると、６．９Ｅ２１乃至７．７Ｅ２１原子／ｃｍ３であることがわかる。
【０１３１】
【表３】
2007510961.tif 000005
表３から、Ｎの密度は、ρ＝２．３ｇ／ｃｍ３と仮定すると、０乃至１．５Ｅ２１原子／ｃｍ３であることがわかる。
【０１３２】
【表４】
2007510961.tif 000006
表４から、Ｐの密度は、ρ＝２．３ｇ／ｃｍ３と仮定すると、０乃至７．７Ｅ２０原子／ｃｍ３であることがわかる。
【０１３３】
【表５】
2007510961.tif 000007
表５から、Ｏの密度は、ρ＝２．３ｇ／ｃｍ３と仮定すると、１．４Ｅ２２乃至１．５Ｅ２２原子／ｃｍ３であることがわかる。
【０１３４】
同様の評価は、２．３ｇ／モル付近の質量密度の範囲に対して実施され得る。それにより計算された最大及び最小原子密度を図６に要約した。
【０１３５】
【表６】
2007510961.tif 000008
表６に基づいて、Ｓｉ（１−ｚ）Ｏ（２−ｙ）ＮｙＰｚタイプの材料（ｚ∈［０，０．１］、ｙ∈［０，０．２］かつｙ＞ｚ、質量密度が１．５乃至４ｇ／ｃｍ３である）に対して、Ｓｉ、Ｏ、Ｎ及びＰの原子密度は以下に示された範囲内であろう。
【０１３６】
Ｓｉの原子密度は、４．５Ｅ２１乃至１．３Ｅ２２原子／ｃｍ３である。
Ｏの原子密度は、９．０Ｅ２１乃至２．７Ｅ２２原子／ｃｍ３である。
Ｎの原子密度は、０乃至２．７Ｅ２１原子／ｃｍ３である。
【０１３７】
Ｐの原子密度は、０乃至１．３Ｅ２１原子／ｃｍ３である。
本発明の一実施形態（実施例１）において、Ｎ及びＰの密度は［Ｎ］＝１．３０Ｅ２１原子／ｃｍ３及び［Ｐ］＝４．５８Ｅ２０原子／ｃｍ３であり、それらは上述のＮ及びＰの範囲内である。
【０１３８】
図６は本発明に従う光学要素１００の概略断面図（ｘ−ｙ面）であり、該要素１００は基質１０上に形成されたベース層（又は下方クラッド層）６１を含み、該ベース層に種々の導波路コア要素３１、３２、３３が適用されており、かつ上方クラッド層６２にて被覆されている（結合されたクラッド層６１、６２が図６では符号６で示されている）。上方クラッド層は上面６２１を有し、該上面６２１はアニーリング及びリフロー工程により波状になっているかもしれない（図６においては縮尺比に従ってはいないが）。それぞれ異なる幅ｗ１、ｗ２、ｗ３と同一の高さｈ（コア層の厚みに等しい）を有する導波路３１、３２、３３が示されている。導波路は端面３３１を有する（図６の断面は要素の「端面図」であると仮定している）。基質（例えば、シリコン基質）１０は底部にほぼ平坦な面１１（ｘ−ｚ面）を有する。
【０１３９】
本発明は独立請求項の特徴により定義される。好ましい実施形態は従属請求項に定義されている。
幾らかの好ましい実施形態をこれまでに記載してきたが、本発明はこれらに限定されるものではなく、以下の特許請求の範囲に定義された主題の範囲内において、その他の様式にて具現化され得るものであることを強調すべきである。
【図面の簡単な説明】
【０１４０】
【図１】本発明に従う種々の光導波路のコア領域のλ＝１５５０ｎｍにおける屈折率であって、アニーリング前のもの及びアニーリング後の屈折率をそれぞれ示す。
【図２】本発明に従う導波路のコア領域のλ＝１５５０ｎｍにおける層の厚み（黒塗りの記号）及び屈折率（白抜きの記号）のアニーリング温度の関数としてのそれぞれの値を示す。
【図３】本発明に従う導波路のλ＝１５５０ｎｍにおける複屈折をアニーリング温度の関数として測定したものを示す。
【図４】異なる製造条件、「ＮＨ３を含むもの」、「ＮＨ３を含まないもの」及び本発明に従う「新たな方法」のそれぞれに従って製造された導波路に対してλ＝１５００ｎｍからλ＝１６００ｎｍまでの光吸収損失（ｄＢ／ｃｍ）を示す。
【図５】本発明に従う導波路に対してλ＝１５５０ｎｍにおける光伝搬損失（ｄＢ）を導波路の長さ（ｃｍ）及びモード（ＴＥ又はＴＭ）の関数として示す。
【図６】本発明に従う光学要素の一部の断面を示す。
【図７ａ】隣接する粒子形成を伴わない分離された導波路を示す。
【図７ｂ】粒子形成を伴う隣接する導波路を示す。
【図８】異なるＰＨ３流速を用いて製造された本発明に従う光導波路に対してλ＝１５５０ｎｍにおける複屈折対屈折率を示す。
【図１】
2007510961.tif 000009
【図２】
2007510961.tif 000010
【図３】
2007510961.tif 000011
【図４】
2007510961.tif 000012
【図５】
2007510961.tif 000013
【図６】
2007510961.tif 000014
【図７ａ】
2007510961.tif 000015
【図７ｂ】
2007510961.tif 000016
【図８】
2007510961.tif 000017
【手続補正書】
【提出日】平成17年9月20日(2005.9.20)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
予め定義された波長範囲における光を案内するための光導波路であって、
前記光導波路は光を閉じ込めるためのコア領域及びクラッド領域を含み、前記コア領域と一つ又は複数のクラッド領域とのうちの少なくとも一方は基質上に形成され、かつ前記コア領域と一つ又は複数のクラッド領域とのうちの少なくとも一方の全体又は一部は化学量論的組成ＳｉａＯｘＮｙＸｚＨｖの材料を含み、
ここで、
ａは０．１乃至３．５の範囲にあり、
ｘは０乃至２．５の範囲にあり、
ｙは３．９乃至４．１の範囲又は０．０２乃至０．３の範囲にあり、
ｚは０乃至０．３の範囲にあり、かつ
Ｘは、Ｂ、Ａｌ、Ｐ、Ｓ、Ａｓ、Ｓｂ及びそれらの組み合わせからなる元素より選択され、かつｙ／ｚ比は１．２より大きく、例えば、１．５より大きい、１．８より大きい、２．０より大きい、２．５より大きい、３．０より大きい、３．５より大きい、４．０より大きい、４．５より大きい、５．０より大きい、５．５より大きい、６．０より大きい、７．０より大きい、又は８．０より大きい値である光導波路。
【請求項２】
前記ｙ／ｚ比は、例えば１．２乃至２０、１．２乃至１０、１．５乃至８．０、２．０乃至４．０又は２．５乃至３．５のような１．２乃至１００の範囲にある請求項１に記載の光導波路。
【請求項３】
前記元素Ｓｉの相対濃度を定義する数ａは、０．９乃至１．１の範囲、又は２．９乃至３．１の範囲にある請求項１又は２に記載の光導波路。
【請求項４】
前記元素Ｏの相対濃度を定義する数ｘは、１．９乃至２．１の範囲、又は０乃至０．１の範囲にある請求項１乃至３のいずれか一項に記載の光導波路。
【請求項５】
前記元素Ｎの相対濃度を定義する数ｙは、３．９乃至４．１の範囲、又は０．０４乃至０．１０の範囲のような０．０３乃至０．２の範囲にある請求項１乃至４のいずれか一項に記載の光導波路。
【請求項６】
Ｂ、Ａｌ、Ｐ、Ｓ、Ａｓ、Ｓｂ及びそれらの組み合わせからなる群より選択される前記元素Ｘの相対濃度を定義する数ｚは、０．０１乃至０．１０の範囲のような０．００５乃至０．２の範囲にある請求項１乃至５のいずれか一項に記載の光導波路。
【請求項７】
ａは０．８乃至１．２の範囲にあり、ｘは１．８乃至２．２の範囲にあり、ｙは０．０１乃至０．５の範囲にあり、かつｚは０．００５乃至０．２の範囲にある請求項１乃至６のいずれか一項に記載の光導波路。
【請求項８】
ａは２．８乃至３．２の範囲にあり、ｙは３．８乃至４．２の範囲にあり、ｘは０．０１乃至０．５の範囲にあり、かつｚは０．００５乃至０．２の範囲にある請求項１乃至６のいずれか一項に記載の光導波路。
【請求項９】
元素Ｓｉの相対濃度を定義する数ａは０．９乃至１．１の範囲にあり、元素Ｏの相対濃度を定義する数ｘは１．９乃至２．１の範囲にあり、元素Ｎの相対濃度を定義する数ｙは０．０１５乃至０．１２の範囲にあり、かつ元素Ｘの相対濃度を定義する数ｚは０．００５乃至０．０４の範囲にある請求項１に記載の光導波路。
【請求項１０】
Ｓｉ：Ｎ−Ｈ結合によりλ＝１５０８ｎｍにある光吸収ピークは０．１ｄＢ／ｃｍより小さく、例えば０．０５ｄＢ／ｃｍより小さい、又は０．０１ｄＢ／ｃｍより小さい請求項１乃至９のいずれか一項に記載の光導波路。
【請求項１１】
元素Ｈの相対濃度を定義する数ｖは、ＳｉａＯｘＮｙＸｚＨｖにおけるＨの相対濃度ｖ／（ａ＋ｘ＋ｙ＋ｚ＋ｖ）が１０−２より小さいものであり、例えば１０−３より小さい、１０−４より小さい、又は１０−５より小さいものである請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の光導波路。
【請求項１２】
水素の原子濃度は窒素及びリンの少なくとも一方の原子濃度より大きい請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の光導波路。
【請求項１３】
水素の原子濃度は、５ａｔ．％より大きい請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の光導波路。
【請求項１４】
元素Ｈの相対濃度を定義する数ｖは、Ｎに対するＨの濃度ｖ／ｙが、１０−２より小さいものであり、例えば１０−３より小さい、又は１０−４より小さいものである請求項１乃至１３のいずれか一項に記載の光導波路。
【請求項１５】
元素Ｈの相対濃度を定義する数ｖは、Ｘに対するＨの濃度ｖ／ｚが、１０−２より小さいものであり、例えば１０−３より小さい、又は１０−４より小さいものであり、かつＸは、Ｂ、Ａｌ、Ｐ、Ｓ、Ａｓ、Ｓｂ及びそれらの組み合わせからなる群より選択される元素であるように構成される請求項１乃至１４のいずれか一項に記載の光導波路。
【請求項１６】
一つの若しくは複数の元素Ｘ又は材料ＳｉａＯｘＮｙＸｚＨｖは、例えば少なくとも７５％のリン、少なくとも９０％のリン、又は１００％のリンのような少なくとも５０％のリンを含む請求項１乃至１５のいずれか一項に記載の光導波路。
【請求項１７】
一つの若しくは複数の元素Ｘ又は材料ＳｉａＯｘＮｙＸｚＨｖは、少なくとも二つの元素Ｘ（１）、Ｘ（２），．．．，Ｘ（ｎ）を含み、ここでｎ≦７であり、かつ各々がｚ１，ｚ２，．．．，ｚｎの相対濃度であるＢ、Ａｌ、Ｐ、Ｓ、Ｇｅ、Ａｓ、Ｓｂからなる群より選択され、ｚ＝ｚ１＋ｚ２＋ｚ３＋．．．＋ｚｎであり、かつｚ１／ｚは０．５０より大きく、例えば０．７５より大きい又は０．９０より大きい請求項１乃至１６にいずれか一項に記載の光導波路。
【請求項１８】
ｎ＝２であり、Ｘ（１）はＰであり、かつＸ（２）はＢ又はＧｅである請求項１７に記載の光導波路。
【請求項１９】
ｎ＝３であり、Ｘ（１）はＰであり、Ｘ（２）はＢであり、かつＸ（３）はＧｅである請求項１７に記載の光導波路。
【請求項２０】
光導波路のコア層及びクラッド層のうちの少なくとも一方は化学量論的組成Ｓｉ（１−ｚ）Ｏ（２−ｙ）ＮｙＸｚの材料を含み、ここでＸはＢ、Ａｌ、Ｐ、Ｓ、Ａｓ、Ｓｂ及びそれらの組み合わせからなる群より選択される元素である請求項１乃至１９のいずれか一項に記載の光導波路。
【請求項２１】
ＸはＰである請求項２０に記載の光導波路。
【請求項２２】
０＜ｙ≦０．２かつ０＜ｚ≦０．１である請求項２０又は２１に記載の光導波路。
【請求項２３】
ケイ素の原子密度Ｎａｔ（Ｓｉ）は、例えば、５．１・１０２１＜Ｎａｔ（Ｓｉ）＜９．１・１０２１の範囲のような４．５・１０２１＜Ｎａｔ（Ｓｉ）＜１．３・１０２２の範囲であり、酸素の原子密度Ｎａｔ（Ｏ）は、例えば、１．０・１０２２＜Ｎａｔ（Ｏ）＜１．８・１０２２の範囲のような９．０・１０２１＜Ｎａｔ（Ｏ）＜２．７・１０２２の範囲であり、窒素の原子密度Ｎａｔ（Ｎ）は、例えば、０＜Ｎａｔ（Ｎ）＜１．８・１０２１の範囲のような０＜Ｎａｔ（Ｎ）＜２．７・１０２１の範囲であり、かつリンの原子密度Ｎａｔ（Ｐ）は、例えば、０＜Ｎａｔ（Ｐ）＜９．０・１０２０の範囲のような０＜Ｎａｔ（Ｐ）＜１．３・１０２１の範囲である請求項１乃至２２のいずれか一項に記載の光導波路。
【請求項２４】
前記コア領域及びクラッド領域の少なくとも一方は、１５５０ｎｍの波長における屈折率が、例えば１．４５乃至１．６０の範囲又は１．４８乃至１．５６の範囲のような１．４５乃至２．０２の範囲にある請求項１乃至２３のいずれか一項に記載の光導波路。
【請求項２５】
光導波路は、例えば８５０ｎｍ乃至１８００ｎｍの範囲のような２５０ｎｍ乃至３．６μｍの範囲の波長である光を案内するように構成される請求項１乃至２４のいずれか一項に記載の光導波路。
【請求項２６】
光導波路は、例えば１５３０ｎｍ乃至１５６５ｎｍの範囲、１４６０乃至１５３０ｎｍの範囲、１３６０乃至１４６０ｎｍの範囲、又は１２６０乃至１３６０ｎｍの範囲のような１２６０ｎｍ乃至１６６０ｎｍの波長範囲である光を案内するように構成される請求項１乃至２５のいずれか一項に記載の光導波路。
【請求項２７】
前記導波路のコア及びクラッドの少なくとも一方は、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ又はそれらの組み合わせからなる元素群より選択される希土類元素を更に含む請求項１乃至２６のいずれか一項に記載の光導波路。
【請求項２８】
前記希土類元素の一つ以上は、５０乃至５０００ｐｐｍモル／モルの範囲のモル濃度にて存在している請求項１乃至２７のいずれか一項に記載の光導波路。
【請求項２９】
前記コア領域及びクラッド領域の少なくとも一方は、前記導波路の熱膨張を制御するために一つ以上のＴＥ−ドーパント元素を更に含む請求項１乃至２８のいずれか一項に記載の光導波路。
【請求項３０】
前記導波路のコア領域及びクラッド領域を構成する一つ以上の層の熱膨張は、一つ以上のＴＥ−ドーパント元素を前記導波路の一つ以上の層に加えることにより基質の熱膨張に適合される請求項１乃至２９のいずれか一項に記載の光導波路。
【請求項３１】
前記一つ又は複数のＴＥ−ドーパント元素は、Ａｌ、Ｆ、Ｔｉ又はそれらの組み合わせを含む元素からなる群より選択される請求項２９又は３０に記載の光導波路。
【請求項３２】
前記一つ又は複数のＴＥ−ドーパント元素は、０乃至５％の範囲のモル濃度にて前記コア領域及び前記一つ又は複数のクラッド領域の少なくとも一方に存在している請求項２９乃至３１のいずれか一項に記載の光導波路。
【請求項３３】
前記一つ又は複数のドーパント元素は、１×１０−７℃−１乃至１５×１０−７℃−１の熱膨張係数を提供するのに十分な量にて前記コア領域及び前記一つ又は複数のクラッド領域の少なくとも一方に存在している請求項２９乃至３２のいずれか一項に記載の光導波路。
【請求項３４】
前記コア領域及びクラッド領域の間にてバリアを構成するとともに前記コア領域の全体又は一部を包囲するバッファ材料を含む請求項１乃至３３のいずれか一項に記載の光導波路。
【請求項３５】
前記バッファ材料は、ＳｉＯ２、例えばＳｉ３Ｎ４のようなＳｉｘＮｙ、交互Ｂ／Ｐドープレベルを備えたＰＥＣＶＤ  ＢＰＳＧ及びそれらの組み合わせからなる群より選択される請求項３４に記載の光導波路。
【請求項３６】
前記材料はＧｅを更に含む請求項１乃至３５のいずれか一項に記載の光導波路。
【請求項３７】
請求項１乃至３６のいずれか一項に記載の光導波路を製造するための方法であって、
前記方法は、
Ａ）基質を提供する工程と、
Ｂ）前記基質上により下方クラッド層を形成する工程と、
Ｃ）前記下方クラッド層上に光導波路のコア領域を形成する工程と、
Ｄ）前記コア領域及び前記下方クラッド層を被覆するために上方クラッド層を形成する工程と、を含む方法。
【請求項３８】
前記工程Ｃ）は、
Ｃ１）下方クラッド層にコア層を形成する工程と、
Ｃ２）前記光導波路のコア領域の輪郭に対応するようにコア領域パターンを含むコアマスクを提供する工程と、
Ｃ３）コアマスク、フォトリソグラフィー及びエッチング法を用いてコア領域を形成する工程と、からなる下位工程を含む請求項３７に記載の方法。
【請求項３９】
前記コア領域パターンの頂部、そして選択的に該コア領域パターンに覆われていない下方クラッド層の頂部にバリア層を形成するという下位工程Ｃ４）が工程Ｄ）の前に挿入される請求項３７又は３８に記載の方法。
【請求項４０】
前記下方クラッド層の頂部にバリア層を形成する下位工程Ｃ０）が工程Ｃ１）の前に挿入される請求項３８又は３９に記載の方法。
【請求項４１】
アニーリングする下位工程が、前記バリア形成工程、又は工程Ｃ０）及び工程Ｃ４）の少なくとも一方の後に挿入される請求項３９又は４０に記載の方法。
【請求項４２】
前記基質はケイ素又は水晶の基質である請求項３７乃至４１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項４３】
前記基質上の層の形成はプラズマ化学気相成長法により実施される請求項３７乃至４２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項４４】
サーフェス  テクノロジー  システムズからの標準クラスタツールＣＶＤ処理チャンバタイププラズマ化学気相成長装置が基質上に層を形成するために使用される請求項４３に記載の方法。
【請求項４５】
前記プラズマ化学気相成長法の処理パラメータは、λ＝１５０８ｎｍ付近での光の吸収を最小限にするべく最適化される請求項４３又は４４に記載の方法。
【請求項４６】
最適化されるべき処理パラメータは、
ａ）ＳｉＨ４のフロー；ｂ）Ｎ２Ｏのフロー；ｃ）Ｎ２のフロー；ｄ）ＮＨ３のフロー；ｅ）出力；ｆ）圧力；ｇ）温度；ｈ）周波数；及びｉ）一つ又は複数の元素Ｘからなる一つ又は複数のフロー、の一つ以上を含む請求項４３乃至４５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項４７】
ａ）ＳｉＨ４の流速は、例えば１０乃至３０ｓｃｃｍのような０乃至３０ｓｃｃｍの範囲にあり；
ｂ）Ｎ２Ｏの流速は、例えば１００乃至４００ｓｃｃｍのような０乃至１０００ｓｃｃｍの範囲にあり；
ｃ）Ｎ２の流速は、例えば１０００乃至３０００ｓｃｃｍのような０乃至３０００ｓｃｃｍの範囲にあり；
ｄ）ＮＨ３の流速は、例えば１５０乃至２５０ｓｃｃｍのような０乃至３００ｓｃｃｍの範囲にあり；
ｅ）出力は、例えば４００乃至１０００Ｗのような０乃至１０００Ｗの範囲にあり；
ｆ）圧力は、例えば２６．６乃至６６．５Ｐａのような１３．３乃至６６．５Ｐａの範囲にあり；
ｇ）温度は、例えば２００乃至４００℃のような２００乃至５００℃の範囲にあり；
ｈ）周波数は、３８０ｋＨｚ付近又は１３．８ＭＨｚ付近である請求項４３乃至４６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項４８】
前記Ｘ＝Ｐであり、かつｉ）において、ＰＨ３のフローはＮ２又はその他のキャリアガス中に希釈されたＰＨ３により提供される請求項４６又は４７に記載の方法。
【請求項４９】
ｉ）において、ＰＨ３のフローはＮ２中に希釈された５％ＰＨ３により提供され、その流速は例えば２乃至２０ｓｃｃｍのような０乃至５０ｓｃｃｍである請求項４８に記載の方法。
【請求項５０】
前記ＸはＰを含むとともにｉ）においてＰＨ３のフローはＮ２又はその他のキャリアガス中に希釈されたＰＨ３により提供され、かつ前記ＰＨ３のフロー値はコア領域に対する応力最適化パラメータとして使用される請求項４６又は４７に記載の方法。
【請求項５１】
前記プラズマ化学気相成長法の処理パラメータは、以下の値：
ａ）ＳｉＨ４流速２０ｓｃｃｍ；
ｂ）Ｎ２Ｏ流速１００乃至４００ｓｃｃｍ；
ｃ）Ｎ２流速２０００ｓｃｃｍ；
ｄ）ＮＨ３流速１００ｓｃｃｍ；
ｅ）出力７００Ｗ；
ｆ）圧力３３．２５Ｐａ；
ｇ）温度３５０℃；
ｈ）周波数３８０ｋＨｚ；
ｉ）Ｎ２流速中の５％ＰＨ３１０ｓｃｃｍ、
を本質的に含む請求項４３乃至５０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５２】
工程ｉ）において、フローガスは、ＳｉＨ４、ＳｉＦ４、ＳｉＣｌ４、ＳｉＦ４、Ｓｉ２Ｈ６、ＳｉＨ２Ｃｌ２、ＳｉＣｌ２Ｆ２、ＳｉＨ２Ｆ２、Ｎ２Ｏ、ＮＯ、Ｎ２、ＮＯ２、Ｏ２、Ｈ２Ｏ、Ｈ２Ｏ２、ＣＯ、ＣＯ２、Ｎ２Ｏ、ＮＯ、Ｎ２、ＮＯ２、ＮＨ３、Ｎ２、Ｂ２Ｈ６、ＡｌＨ３、ＰＨ３、Ｈ２Ｓ、ＳＯ、ＳＯ２、ＧｅＨ４、ＡｓＨ３又はそれらの組み合わせからなる群より選択される請求項４６乃至５１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５３】
請求項１乃至３６のいずれか一項に記載の光導波路を含む光学装置。
【請求項５４】
スパッタ又はアレイ導波路回折格子のような分岐構成要素を含む請求項５３に記載の光学装置。
【請求項５５】
光学デュプレクサー又は光学トリプレクサーを含む請求項５３又は５４に記載の光学装置。
【国際調査報告】
2007510961.tif 000018
2007510961.tif 000019
2007510961.tif 000020
2007510961.tif 000021
2007510961.tif 000022