(57)【要約】      （修正有）【課題】導波路型波長フィルタで波長ピークの経時的な変動を抑制する。【解決手段】導波路型波長フィルタ１０Ａは、特定の波長の光を選択的に導波するコア層２３と、コア層を覆う第１クラッド層１３と、積層方向で第１クラッド層の上に部分的に配置される窒化シリコン膜１５と、第１クラッド層及び窒化シリコン膜を覆う第２クラッド層１６とを有し、窒化シリコン膜は、コア層を覆う領域に設けられている。【選択図】図２
2019040099.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
特定の波長の光を選択的に導波するコア層と、
前記コア層を覆う第１クラッド層と、
積層方向で前記第１クラッド層の上に部分的に配置される窒化シリコン膜と、
前記第１クラッド層及び前記窒化シリコン膜を覆う第２クラッド層と、
を有し、
前記窒化シリコン膜は、前記コア層を覆う領域に設けられていることを特徴とする導波路型波長フィルタ。
【請求項２】
前記第１クラッド層に含まれる水分またはОＨ基の量は、前記第２クラッド層に含まれる水分またはＯＨ基の量よりも少ないことを特徴とする請求項１に記載の導波路型波長フィルタ。
【請求項３】
前記第２クラッド層を覆うパッシベーション膜、
をさらに有することを特徴とする請求項１または２に記載の導波路型波長フィルタ。
【請求項４】
前記第１クラッド層は無機材料のシリコン酸化膜、前記第２クラッド層は有機材料のシリコン酸化膜であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の導波路型波長フィルタ。
【請求項５】
前記窒化シリコン膜上で前記コア層に対応する位置に配置されるヒータ、
をさらに有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の導波路型波長フィルタ。
【請求項６】
一方の端面に高反射膜を有し、内部に活性層を有する光半導体素子と、
前記光半導体素子の他方の端面に光学的に接続される請求項１〜５のいずれか１項に記載の導波路型波長フィルタと、
前記導波路型波長フィルタの前記光半導体素子と反対側に配置されて、前記導波路型波長フィルタによって選択された波長の光を出力する部分反射ミラーと、
を有することを特徴とする波長可変光源。
【請求項７】
請求項６に記載の波長可変光源と、
前記波長可変光源から出力される光を変調する光変調器と、
を有する光トランシーバ。
【請求項８】
シリコン酸化膜の上に、所定の平面形状を有するシリコン導波路のコア層を形成し、
前記コア層を第１クラッド層で覆い、
前記第１クラッド層の上に、前記コア層が形成された領域を部分的に覆う窒化シリコン膜を形成し、
前記第１クラッド層と前記窒化シリコン膜を覆う第２クラッド層を形成する
ことを特徴とする導波路型波長フィルタの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、導波路型波長フィルタ、これを用いた波長可変光源、光トランシーバ、及び導波路型波長フィルタの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
シリコン基板上に光回路素子や光電子デバイスを高密度に集積するシリコンフォトニクスが注目を集めている。シリコン導波路で形成される光回路素子として、光変調器、共振器、波長フィルタなどがある。シリコンフォトニクス技術を波長多重の光通信システムに適用する場合、シリコン基板上に集積された共振器等の波長フィルタで、所望の波長の光を取り出して情報を送受信する。
【０００３】
シリコン導波路デバイスでは、シリコン（Ｓｉ）のコアと、コアを取り巻くクラッド層の屈折率差を利用して、光を閉じ込めて伝搬させる。Ｓｉとの屈折率差が大きくなるように、クラッド層の屈折率は１．４６程度であることが望ましい。クラッド層の膜厚は、光ファイバとの結合損失を抑制するために、一般的に１μｍ〜１．５μｍ程度と厚く形成されている。製造上の観点からは、クラッド層として、成膜レートが速く１．４６程度の屈折率を有するテトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ）膜が用いられることが多い。
【０００４】
シリコン光導波路と石英系光導波路とをモノリシック集積した光モジュールの特性が劣化しないように、上部クラッド層の上を覆って窒化シリコンの保護膜を配置する構成が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１６−２０６４２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
図１のように、シリコン導波路デバイスにおいて、波長フィルタ（たとえばリング共振器）で所望の波長の光を取り出すとき、成長速度とＳｉとの屈折率差の観点から、上部クラッド層として一般的にＴＥＯＳ膜が用いられる。しかし、ＴＥＯＳ膜は成膜開始の直後から水分（またはＯＨ基）を吸湿する。ＴＥＯＳ膜を覆って窒化シリコン（ＳｉＮ）のパッシベーション膜を設けても、成膜過程でＴＥＯＳ膜内に吸湿された水分は、シリコン導波路（Ｓｉ−ＷＧ）コアの近傍まで徐々に拡散する。その結果、リング共振器を形成するシリコン導波路コアの近傍でクラッドの屈折率が変化し、波長フィルタで選択された波長のピークが経時的にシフトし、信頼性が損なわれるおそれがある。
【０００７】
本発明は、波長ピークの経時的な変動を抑制することのできる導波路型波長フィルタとこれを用いた波長可変光源を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
一つの態様では、導波路型波長フィルタは、
特定の波長の光を選択的に導波するコア層と、
前記コア層を覆う第１クラッド層と、
積層方向で前記第１クラッド層の上に部分的に配置される窒化シリコン膜と、
前記第１クラッド層及び前記窒化シリコン膜を覆う第２クラッド層と、
を有し、
前記窒化シリコン膜は、前記コア層を覆う領域に設けられている。
【発明の効果】
【０００９】
一つの側面として、導波路型波長フィルタで波長ピークの経時的な変動を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】従来の構成の問題点を説明する図である。
【図２】第１実施形態の導波路型波長フィルタの概略図である。
【図３】図２の導波路型波長フィルタの製造工程図である。
【図４】第１実施形態の導波路型波長フィルタの変形例を示す図である。
【図５】図４の導波路型波長フィルタの製造工程図である。
【図６】図４の導波路型波長フィルタの製造工程図である。
【図７】第２実施形態の導波路型波長フィルタの概略図である。
【図８】実施形態の導波路型波長フィルタを用いた波長可変光源の模式図である。
【図９】図８の波長可変光源を用いた光トランシーバの模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
＜第１実施形態＞
図２は、第１実施形態の導波路型波長フィルタ１０Ａの概略図である。図２（Ａ）は、最上層のパッシベーション膜を除いたときの上面図、図２（Ｂ）は図２（Ａ）のＡ−Ｂ断面図である。なお、図２（Ｂ）では、パッシベーション膜１７を図示している。導波路型波長フィルタ１０Ａは、特定波長の光を取り出すフィルタとして、リング共振器２０を用いている。導波路型波長フィルタ１０Ａは、リング共振器２０の導波路コアとなるコア層２３、コア層２３を覆う第１クラッド層１３、第１クラッド層１３を部分的に覆うＳｉＮ膜１５、第１クラッド層１３とＳｉＮ膜１５を覆う第２クラッド層１６、及び第２クラッド層１６を覆うパッシベーション膜１７を有する。
【００１２】
リング共振器２０のコア層２３は、使用波長帯での屈折率とその径または円周に応じた共振周波数を有し、特定の波長の光を選択的に透過させる。リング共振器２０のコア層２３を「波長選択コア層」と称してもよい。リング共振器２０のコア層２３に近接して、第１の入出力用のコア層２１と第２の入出力用のコア層２２が配置されている。入出力用のコア層２１とコア層２２は、リング共振器２０のコア層２３との間で光学的な結合が可能な距離に配置されている。光学的な結合が強いと選択波長の透過率が大きくなるが、選択された波長の透過率と隣接する共振モードの透過率との差（モード利得差）が小さくなる。そこで、リング共振器２０は、透過率を高く維持しつつ大きなモード利得差（波長選択性）を実現できるように設計されている。
【００１３】
コア層２１、２２、２３は、Ｓｉ基板１１上のＳｉＯ2膜１２の上に形成されている。ＳｉＯ2膜１２は、下部クラッド層として機能する。第１クラッド層１３と第２クラッド層１６は、上部クラッド層として機能する。コア層２１，２２，２３の周囲を上部クラッドと下部クラッドで囲むことで、コア層２１，２２、２３に光を閉じ込めて伝搬させる。
【００１４】
コア層２１、２２、２３を覆う第１クラッド層１３は、使用波長でコア層との屈折率差が２．０以上、より好ましくは２．０２以上である。第１クラッド層１３の膜中に含まれる水分（またはＯＨ基）の量は、第２クラッド層１６に含まれる水分（またはＯＨ基）の量よりも少なく、第１クラッド層１３は第２クラッド層よりも耐水性に優れている。第１クラッド層１３の厚さは、第２クラッド層１６の厚さ以下であってもよい。逆に言うと、第２クラッド層１６の厚さは、第１クラッド層１３の厚さ以上である。
【００１５】
コア層２１を入力導波路コアとすると、コア層２１を伝搬する光のうち、リング共振器２０の共振波長をもつ光だけがコア層２３に入射する。入射した光がリング状のコア層２３を周回するうちに、強め合う干渉で強度を増して、出力用のコア層２２に光結合される。入出力用のコア層２１とコア層２２のうち、リング共振器２０との結合、すなわち波長選択に関与する部分も、水分等による屈折率変動の影響を受けないことが望ましい。
【００１６】
第１クラッド層１３と第２クラッド層１６の間に挿入されるＳｉＮ膜１５は、第１クラッド層１３の全体を覆うのではなく、リング共振器２０が形成されている領域だけを覆っている。図２の例ではＳｉＮ膜１５は円形の平面形状を有し、リング型のコア層２３と、コア層２３に隣接する入出力用のコア層２１及びコア層２２の一部を覆っている。ＳｉＮ膜１５は緻密で水分の透過量が小さく、上層から第１クラッド層１３へ水分が拡散して、コア層２３の近傍で屈折率が変化することを防止する。
【００１７】
ＳｉＮ膜１５は、緻密で水分透過量は小さいが、ＳｉＯ2と比較してＳｉとの屈折率差が小さい。ＳｉＮ膜１５とコア層２１、２２、２３の間の距離が近すぎると、光がＳｉＮ膜１５に吸収されて光損失が生じるおそれがある。そこで、ＳｉＮ膜１５の配置領域を、ピーク波長ずれを防止できる最小限の範囲内とし、第１クラッド層１３の厚さを、コア層２１、２２、２３への光閉じ込めが確保できる最小限の厚さとする。
【００１８】
すなわち、ＳｉＮ膜１５は、上層からの水分拡散の防止と、光損失の抑制との兼ね合いに基づいてリング共振器２０とその近傍だけを覆って配置される。ピーク波長の選択に関与する部分では、精度良く波長選択を行ってピーク波長ずれを防止することを優先し、それ以外の導波部分では、光損失の抑制を優先する。この理由により、ＳｉＮ膜１５は、吸湿性の少ない第１クラッド層１３を介して、波長選択に関与する部分（図２の例ではリング共振器２０とその近傍の光入出力領域）だけを覆っている。
【００１９】
第１クラッド層１３とＳｉＮ膜１５を覆って、第２クラッド層１６が配置される。第２クラッド層１６は、コア層２１，２２、２３に確実に光を閉じ込めるために十分な厚さを有する。第２クラッド層１６として、成長速度が速く、かつＳｉとの屈折率差が大きい絶縁膜、たとえばＴＥＯＳ等の有機シラン系の酸化膜を用いる。有機シラン系の酸化膜は、成長速度は速いが反応過程で水分が発生し、膜中に水分が吸収される。従来構成では、ＴＥＯＳ膜に吸収された水分はＳｉコアの近傍まで拡散する。これに対し、第１実施形態の構成では、ＳｉＮ膜１５により第１クラッド層１３への水分の拡散が抑制され、特にリング共振器２０のコア層２３の周囲で、第１クラッド層１３の屈折率変化が防止される。また、第１クラッド層１３を第２クラッド層１６よりも耐湿性が良好な膜とすることで、リング共振器２０を含む導波路型波長フィルタ１０Ａで選択される波長ピークが経時変化することを防止できる。
【００２０】
リング共振器２０の形状としては、円形に替えて、レーストラック型、楕円型の共振器としてもよい。レーストラック型や楕円形の共振器の場合、入出力用のコア層２１、２２との結合長が長くなるので、コア層２３と、コア層２１及び２２との間のギャップを広くとることができる。
【００２１】
図３は、図２の導波路型波長フィルタ１０Ａの製造工程図である。図３（Ａ）において、たとえばＳＯＩウェーハ３０を用いて、表面の単結晶Ｓｉ層１４を加工する。ＳＯＩウェーハ３０では、支持基板であるＳｉ基板１１上と、表面の単結晶Ｓｉ層１４の間にＳｉＯ2膜１２が挿入されている。このＳｉＯ2膜１２を下部クラッド層として用いる。リソグラフィ法により、単結晶Ｓｉ層１４上に所定の開口パターンを有するレジスト膜２６を形成する。
【００２２】
図３（Ｂ）で、レジスト膜２６をマスクとして、ＲＩＥ（Reactive  Ion  Etching：反応性イオンエッチング）により単結晶Ｓｉ層１４を加工する。これにより、入出力用のコア層２１とコア層２２、及びリング共振器２０のコア層２３が形成される。コア層２１，２２、２３の高さは、たとえば２００〜２５０ｎｍ、幅は４００〜５００ｎｍである。コア層２１，２２，２３への光閉じ込めを強くするために断面積は大きい方がよいが、デバイスの小型化との兼ね合いで、適切なサイズに設計される。リング型のコア層２３と、入出力用のコア層２１、２２との間のギャップは、使用波長、結合長等によっても異なるが、１００〜２００ｎｍとする。シリコン導波路では、曲げ半径が１μｍ程度の微小な曲げが許容されるので、リング径をたとえば数ミクロンにすることができる。その後、ＬＰＣＶＤ（Low  Pressure  Chemical  Vapor  Deposition：減圧化学気相成長）装置にて、第１クラッド層１３となるＳｉＯ2膜を、４５０〜５５０ｎｍの厚さ、一例として５００ｎｍの厚さに形成する。
【００２３】
第１クラッド層１３は、第２クラッド層１６よりも水分量の少ない膜である。たとえば、シラン（ＳｉＨ4）を原料ガスとして用いてＬＰＣＶＤ法により成膜することで、ＴＥＯＳ等の有機シラン系の膜に比べて水分量の少ない緻密なＳｉＯ2膜が形成される。ＬＰＣＶＤ法によるＳｉＯ2膜の成膜速度は、ＴＥＯＳ等の有機シラン系酸化膜の成膜速度ほど早くないので、第１クラッド層１３を厚く形成しすぎると製造効率が低下する。他方、第１クラッド層１３を薄く形成すると、Ｓｉ導波路のコア層２１、２２、２３と、上層のＳｉＮ膜１５の間の距離が短くなって、光吸収による損失が増える。この例では、第１クラッド層１３を４５０〜５５０ｎｍの厚さにして、光損失の抑制とデバイス製造効率を両立させている。
【００２４】
図３（Ｃ）で、第１クラッド層１３を部分的に覆うＳｉＮ膜１５を形成する。プラズマＣＶＤ装置で全面にＳｉＮ膜を堆積した後、フォトリソグラフィとＲＩＥ法によりＳｉＮ膜を加工して、所定の形状のＳｉＮ膜１５を得る。ＳｉＮ膜１５で波長選択用のコア層２３とその近傍を覆う。ＳｉＮ膜１５の膜厚は、上層からの水分の拡散を防止でき、かつ短い成膜時間で形成できる厚さであり、たとえば１００〜２５０ｎｍ、一例として２００ｎｍである。
【００２５】
図３（Ｄ）で、第１クラッド層１３とＳｉＮ膜１５を覆う第２クラッド層１６を形成する。第２クラッド層１６として、厚さ１μｍ程度の有機シラン系の酸化膜（たとえばＴＥＯＳ）膜をプラズマＣＶＤ装置で形成する。プラズマＣＶＤ法によるＴＥＯＳ膜の成長速度は速く、ステップカバレッジが良い。その後、最上層に厚さ７００ｎｍ程度のパッシベーション膜１７を形成する。パッシベーション膜１７として、たとえばプラズマＣＶＤ法によりＳｉＮ膜を形成して、導波路型波長フィルタ１０Ａを完成する。ＳｉＮのパッシベーション膜１７を設けることで、外部から水分（たとえば大気中の水分）が導波路型波長フィルタ１０Ａに侵入することを防止する。
【００２６】
第２クラッド層１６の成膜プロセスで水分が発生し、第２クラッド層１６の内部に水分またはＯＨ基が吸収される可能性があるが、ＳｉＮ膜１５の存在により、波長選択用のコア層２３の近傍に水分が拡散して屈折率が変化することを防止できる。その結果、導波路型波長フィルタ１０Ａで選択される波長ピークが安定し、動作特性と信頼性を維持することができる。
【００２７】
図４は、第１実施形態の変形例の導波路型波長フィルタ１０Ｂの概略図である。図４（Ａ）は、最上層のパッシベーション膜３７を除いたときの上面図、図４（Ｂ）は、図４（Ａ）のＡ−Ｂ断面図である。図２と同じ構成要素には同じ符号を付けて、重複する説明を省略する。なお、図４（Ｂ）ではパッシベーション膜３７と引き出し電極３２の全体を図示している。
【００２８】
図４の構成例では、リング共振器２０を形成する波長選択用のコア層２３の上方に、波長制御用のヒータ３１を設けている。ヒータ３１を通電加熱することで、Ｓｉの熱光学効果によって屈折率が変化し、リング共振器２０の共振波長が変化する。これにより、透過波長を制御することができる。
【００２９】
ヒータ３１は、たとえば、第１クラッド層１３と第２クラッド層１６の間に挿入されたＳｉＮ膜１５の直上に配置されている。第２クラッド層１６を貫通して、ヒータ３１に接続される引き出し電極３２が設けられ、外部からの通電を可能にする。引き出し電極は、第２クラッド層１６の膜厚方向に延びるビアプラグ３２ａと、第２クラッド層１６表面の電極パッド３２ｂを含む。最上層のパッシベーション膜３７に、電極パッド３２ｂを露出する開口が設けられ、電極パッド３２ｂから電流が注入される。ヒータ３１の内部抵抗による発熱で、コア層２３が加熱される。
【００３０】
この構成でも、リング共振器２０を形成するコア層２３の上方に、第１クラッド層１３を部分的に覆うＳｉＮ膜１５が配置され、第２クラッド層１６からの水分の拡散を防止しているので、ヒータ３１を用いて共振波長を精度良く制御することができる。
【００３１】
図５と図６は、図４の導波路型波長フィルタ１０Ｂの製造工程図である。図５（Ａ）〜図５（Ｃ）の工程は、図３（Ａ）〜図３（Ｃ）と同じである。すなわち、ＳＯＩウェーハ３０を用いて、フォトリソグラフィとＲＩＥにより単結晶Ｓｉ層１４を所定の形状に加工して、波長選択用のコア層２３、及び入出力用のコア層２１とコア層２２を形成する（図５（Ａ）及び図５（Ｂ））。その後、ＬＰＣＶＤ装置を用いて、第１クラッド層１３となるＳｉＯ2膜を、たとえば５００ｎｍの厚さに形成する（図５（Ｂ））。上述のように、第１クラッド層１３は、Ｓｉとの屈折率差が大きく、水分量の少ない膜である。第１クラッド層１３上で、波長選択用のコア層２３を覆う領域に、プラズマＣＶＤにより厚さ２００ｎｍ程度のＳｉＮ膜１５を形成する（図５（Ｃ））。
【００３２】
図５（Ｄ）で、全面に厚さ２０ｎｍのＴｉ膜と、厚さ２００ｎｍのＴｉＮ膜をこの順で形成し、リソグラフィとＲＩＥにより、Ｔｉ／ＴｉＮ膜を所定の形状に加工してヒータ３１を形成する。ヒータ３１は、リフトオフ法で形成してもよい。Ｔｉ膜は密着膜として用いられ、ＴｉＮ膜はメタルヒータ材料として用いられる。Ｔｉ／ＴｉＮ膜に替えて、Ｔａ／ＴａＮ膜を用いてもよい。また、タングステン（Ｗ）、Ｎｉ等の抵抗性の金属膜を用いてもよい。
【００３３】
図６（Ａ）で、第２クラッド層１６を全面に形成し、第２クラッド層１６にコンタクトホール１９を形成してヒータ３１の表面を露出する。第２クラッド層１６は、Ｓｉとの屈折率差が大きい石英系の材料で形成され、かつ成長速度が速い成膜方法で形成される。たとえば、プラズマＣＶＤにより、有機シラン系の酸化膜（ＴＥＯＳ等）が膜厚１μｍ程度に形成される。コンタクトホール１９は、フォトリソグラフィとＲＩＥ法により形成される。
【００３４】
図６（Ｂ）で、厚さ２０ｎｍのＴｉ膜、厚さ５０ｎｍのＴｉＮ膜、及び厚さ１μｍのＡｌ膜をこの順に成膜し、リソグラフィとＲＩＥで金属膜を加工して、引き出し電極３２を形成する。Ｔｉ膜とＴｉＮ膜は、主としてヒータ３１及び第２クラッド層１６への密着膜として用いられ、Ａｌ膜は通電用の配線として用いられる。
【００３５】
図６（Ｃ）で、全面にパッシベーション膜３７を形成する。パッシベーション膜３７として、たとえばプラズマＣＶＤにより厚さ７００ｎｍのＳｉＮ膜を形成する。その後、リソグラフィ法とＲＩＥ法により、パッシベーション膜３７の所定の箇所を開口して、引き出し電極３２の電極パッド３２ｂを露出する。
【００３６】
第１クラッド層１３と第２クラッド層１６の間にＳｉＮ膜１５を挿入してコア層２３を覆っているので、リング型共振器で取り出される光のピーク波長の経時変動が抑制され、共振波長の制御精度の高い導波路型波長フィルタ１０Ｂが実現される。ヒータ３１は、コア層２３の比較的近傍に位置するので、小さい電流で応答性良く共振波長を制御することができる。
【００３７】
＜第２実施形態＞
図７は、第２実施形態の導波路型波長フィルタ１０Ｃの概略図である。図７（Ａ）は、最上層のパッシベーション膜１７を除いたときの上面図、図７（Ｂ）は図７（Ａ）の光軸方向に沿った断面図である。導波路型波長フィルタ１０Ｃは、特定波長の光を取り出すフィルタとして、周期的な屈折率変化を有する回折格子４０を用いている。回折格子４０は、所定のピッチで配置されるＳｉのコア層４３と、コア層４３の間を埋める第１クラッド層１３により、屈折率を周期的に変化させている。回折格子４０により、屈折率、格子の周期、深さ、デューティサイクルなどで決まる特定の波長の光が取り出される。
【００３８】
導波路型波長フィルタ１０Ｃは、回折格子４０のコア層４３、コア層４３を覆う第１クラッド層１３、第１クラッド層１３上に部分的に配置されて回折格子４０を覆うＳｉＮ膜１５、第１クラッド層１３とＳｉＮ膜１５を覆う第２クラッド層１６を有する。第２クラッド層１６上には、デバイス全体を覆うパッシベーション膜１７が形成されている。
【００３９】
第１クラッド層１３は、水分またはＯＨ基が生成されにくい成膜プロセスで形成されたＳｉＯ2膜である。第２クラッド層１６は、成膜レートの大きいプロセスで形成された、たとえばＴＥＯＳ膜である。第１クラッド層１３に含まれる水分（またはＯＨ基）の量は、第２クラッド層１６に含まれる水分量よりも少ない。
【００４０】
回折格子４０の両側は、入出力用のコア層４１及びコア層４２と光学的に接続されている。たとえば、コア層４１を入力導波路、コア層４２を出力導波路とする。コア層４１は、光入力側の端部にテーパ４１ａを有する。テーパ４１ａを覆う部分のＳｉＯ2膜１３ａは、石英コアあるいはスポットサイズコンバータとして機能し、光ファイバに接続される。コア層４２は、光出力側の端部にテーパ４２ａを有する。テーパ４２ａを覆う部分のＳｉＯ2膜１３ａは、石英コアあるいはスポットサイズコンバータとして機能し、光ファイバに接続される。
【００４１】
この構成でも、回折格子４０を覆ってＳｉＮ膜１５が配置され、第２クラッド層１６から回折格子４０を取り巻く第１クラッド層１３に水分が拡散して屈折率が変化することを抑制できる。最上層のパッシベーション膜１７は、外部から、たとえば大気中の水分が導波路型波長フィルタ１０Ｃに侵入することを防止する。この構成により導波路型波長フィルタ１０Ｃで選択される波長ピークが経時的に変動することを抑制して、動作の信頼性を高めることができる。
【００４２】
図７の導波路型波長フィルタ１０Ｃに、図４のヒータ構成を組み合わせてもよい。その場合は、ＳｉＮ膜１５の上に、回折格子４０に対応する形状（たとえば帯状）にパターニングされた抵抗性の金属パターンを形成し通電することで、回折格子４０により選択される波長を制御することができる。
【００４３】
＜導波路型波長フィルタの適用例＞
図８は、導波路型波長フィルタ１０Ｄを適用した波長可変光源１の模式図である。波長可変光源１は、たとえばＷＤＭ（Wavelength  Division  Multiplexing：波長分割多重）通信に用いられる。波長可変光源１で用いられる導波路型波長フィルタ１０Ｄは、円周が異なる２つのリング共振器６１、６２を用いたバーニア型可変波長フィルタである。リング共振器６１は、Ｓｉ導波路のコア層６３で形成され、リング共振器６２は、Ｓｉ導波路のコア層６４で形成されている。コア層６３とコア層６４は、第１実施形態及び第２実施形態で説明したように、第１クラッド層上に部分的に形成されたＳｉＮ膜１５で覆われている。ＳｉＮ膜１５上で、コア層６３及び６４に対応する位置にヒータ３１が形成されている。図４（Ｂ）を参照して説明したように、引き出し電極を介して外部からヒータ３１に電流が印加される。
【００４４】
Ｓｉ基板１１上には、リング共振器６１、６２の他に種々の光導波路デバイスが集積されている。リング共振器６１の出力ポートに接続されるＳｉ導波路５５の一部にヒータ６６が設けられ、位相調整器６５が形成されている。位相調整器６５と出力側のＳｉ導波路５６の間に、部分反射ミラー６７が形成されている。断面図は省略するが、これらの光導波路デバイスは、膜に含まれる水分（ＯＨ基）の量が少ない第１クラッド層１３と、第１クラッド層１３よりも厚い第２クラッド層１６により、この順で覆われている。リング共振器６１のコア層６３と、リング共振器６２のコア層６４に対応する領域で、第１クラッド層１３と第２クラッド層１６(図４（Ｂ）等参照)の間に、ＳｉＮ膜１５が挿入されている。また、これらの光導波路デバイス領域の最上層は、パッシベーション膜で覆われている。
【００４５】
光導波路デバイスが集積されたＳｉ基板１１の一部が掘り下げられて、テラス１１１が形成され、テラス１１１に、化合物半導体のＳＯＡ（Semiconductor  Optical  Amplifier：半導体光増幅器）５１及び５２がハイブリッド実装されている。
【００４６】
ＳＯＡ５１は、光源用の半導体素子として用いられる。ＳＯＡ５２は、光増幅用の半導体素子として用いられる。ＳＯＡ５１の一端面（図面の左側の端面）に反射ミラーとして機能する高反射膜５１２が形成されており、他方の端面に、特定の波長で高い透過率が得られる反射防止膜（ＡＲコーティング：Anti-Reflection  Coating）が形成されている。ＳＯＡ５１はたとえばＩｎＰ系の半導体素子であり、ＩｎＧａＡｓＰの活性層とＩｎＰクラッドで導波路５１１が形成されている。活性層は、一層以上の量子ドット層、量子井戸層などで形成される。ＳＯＡ５２の両端はＡＲコーティングされており、導波路５２１で増幅された光が出力される。
【００４７】
ＳＯＡ５１、導波路型波長フィルタ１０Ｄ、部分反射ミラー６７のパスで、レーザ共振器５０が形成されている。ＳＯＡ５１から出力された光は、Ｓｉ導波路５４から導波路型波長フィルタ１０Ｄのリング共振器６２に結合し、リング共振器６２からリング共振器６１に結合する。導波路型波長フィルタ１０Ｄの出力光は位相調整器６５で位相調整されて、部分反射ミラー６７で反射される。ＳＯＡ５１の高反射膜５１２と部分反射ミラー６７の間の多重反射、及び位相調整器６５での位相調整により、強度が高められ位相のそろった光が部分反射ミラー６７を透過し、Ｓｉ導波路５６からＳＯＡ５２に入力される。ＳＯＡ５２から増幅された光が出力される。
【００４８】
導波路型波長フィルタ１０Ｄで用いられるリング共振器６１、６２の透過ピークの周期を微小に変えることで、２つの波長フィルタの選択波長が重なる波長で、レーザ発振させる。リング共振器６１及び６２で形成される２つの波長フィルタの周期やフィネスを調整することで、広い波長範囲で波長可変動作が可能になる。このとき、Ｓｉ導波路内の光強度が大きいと、光の非線形効果によりシリコンフォトニクスチップである波長可変光源１の動作が不安定になる。そのため、適切な光強度となるようにＳＯＡ５１の駆動条件が設定されている。
【００４９】
導波路型波長フィルタ１０Ｄでは、各リング共振器６１、６２がＳｉＮ膜１５で覆われており、上層のクラッドからの水分の拡散が防止され、屈折率の経時変動が防止される。したがって、波長可変光源１では、安定した波長選択動作が行われる。
【００５０】
図９は、図８の波長可変光源１を用いた光トランシーバ１００の模式図である。光トランシーバ１００は、波長可変光源１と、光変調器２と、光受信器３を有する。波長可変光源１と光変調器２で、光送信器５が形成される。波長可変光源１から出力される光は、光変調器２において、外部（たとえばデジタル信号プロセッサ）から供給される入力データで変調され、変調光信号が光変調器２から出力される。光変調器２は、たとえばＤＰ（Dual  Polarization：偏波多重）ＱＰＳＫ方式の光変調器であるが、この例に限定されない。
【００５１】
光受信器３は、たとえばコヒーレントレシーバである。波長可変光源１の出力光の一部は、光受信器３での検波用の局発光として用いられてもよい。
【００５２】
波長可変光源１の導波路型波長フィルタ１０Ｄでは、リング共振器６１、６２を覆って設けられたＳｉＮ膜１５により、経時的な屈折率変動による波長ピークずれが抑制されており、波長が密に多重されたＤＷＤＭ（Dense-WDM）方式の光通信にも好適に用いられる。
【００５３】
以上、特定の実施例に基づいて発明を説明してきたが、本発明は上記の実施例に限定されない。図８の波長可変光源１で用いられる導波路型波長フィルタとして、第１実施形態の導波路型波長フィルタ１０Ａまたは１０Ｂを用いてもよいし、第２実施形態の回折格子型の共振器を有する導波路型波長フィルタ１０Ｃを用いてもよい。波長選択フィルタとしては、アレイ導波路フィルタや、非対称マッハツェンダ干渉計型のフィルタなど、所望の波長を取り出すことのできる形状と長さの導波路フィルタを用いてもよい。最上層に設けられるパッシベーション膜として、ＳｉＮ膜に替えて、ＳｉＯＮ膜、Ａｌ2Ｏ3膜などを用いてもよい。第１クラッド層と第２クラッド層の間に部分的に挿入されるＳｉＮ膜１５はプラズマＣＶＤに替えて触媒ＣＶＤ法で形成されてもよい。触媒ＣＶＤにより、低温で水分またはＯＨ基に対するバリア性の高いＳｉＮ膜１５が形成される。図９の光トランシーバの変調方式はＤＰ−ＱＰＳＫに限定されず、ＱＰＳＫ、１６ＱＡＭ、６４ＱＡＭなど、所望の変調方式を用いることができる。
【００５４】
以上の説明に対し、以下の付記を提示する。
（付記１）
特定の波長の光を選択的に導波するコア層と、
前記コア層を覆う第１クラッド層と、
積層方向で前記第１クラッド層の上に部分的に配置される窒化シリコン膜と、
前記第１クラッド層及び前記窒化シリコン膜を覆う第２クラッド層と、
を有し、
前記窒化シリコン膜は、前記コア層を覆う領域に設けられていることを特徴とする導波路型波長フィルタ。
（付記２）
前記第１クラッド層に含まれる水分またはОＨ基の量は、前記第２クラッド層に含まれる水分またはＯＨ基の量よりも少ないことを特徴とする付記１に記載の導波路型波長フィルタ。
（付記３）
前記第２クラッド層を覆うパッシベーション膜、
をさらに有することを特徴とする付記１または２に記載の導波路型波長フィルタ。
（付記４）
前記第１クラッド層は無機材料のシリコン酸化膜、前記第２クラッド層は有機材料のシリコン酸化膜であることを特徴とする付記１〜３のいずれかに記載の導波路型波長フィルタ。
（付記５）
前記窒化シリコン膜上で前記コア層に対応する位置に配置されるヒータ、
をさらに有することを特徴とする付記１〜４のいずれか記載の導波路型波長フィルタ。
（付記６）
前記第２クラッド層の厚さは前記第１クラッド層の厚さ以上であることを特徴とする付記１〜５のいずれかに記載の導波路型波長フィルタ。
（付記７）
前記コア層は、リング共振器、レーストラック型共振器、または回折格子共振器を形成することを特徴とする付記１〜６のいずれかに記載の導波路型波長フィルタ。
（付記８）
前記窒化シリコン膜は、円形、長円、または帯状の平面形状を有することを特徴とする付記７に記載の導波路型波長フィルタ。
（付記９）
前記パッシベーション膜は、窒化シリコン、酸窒化シリコン、または酸化アルミニウムで形成されていることを特徴とする付記３に記載の導波路型波長フィルタ。
（付記１０）
一方の端面に高反射膜を有し、内部に活性層を有する光半導体素子と、
前記光半導体素子の他方の端面に光学的に接続される付記１〜９のいずれかに記載の導波路型波長フィルタと、
前記導波路型波長フィルタの前記光半導体素子と反対側に配置されて、前記導波路型波長フィルタによって選択された波長の光を出力する部分反射ミラーと、
を有することを特徴とする波長可変光源。
（付記１１）
前記高反射膜と前記部分反射ミラーの間でレーザ共振器が形成されることを特徴とする付記１０に記載の波長可変光源。
（付記１２）
前記部分反射ミラーの出力側に配置される光増幅用の第２の光半導体素子、
をさらに有することを特徴とする付記１０または１１に記載の波長可変光源。
（付記１３）
前記導波路型波長フィルタは円周が異なる２つのリング共振器を有するバーニア型可変波長フィルタであることを特徴とする付記１０〜１２のいずれかに記載の波長可変光源。
（付記１４）
付記１０〜１３のいずれかに記載の波長可変光源と、
前記波長可変光源から出力される光を変調する光変調器と、
を有する光トランシーバ。
（付記１５）
シリコン酸化膜の上に、所定の平面形状を有するシリコン導波路のコア層を形成し、
前記コア層を第１クラッド層で覆い、
前記第１クラッド層の上に、前記コア層が形成された領域を部分的に覆う窒化シリコン膜を形成し、
前記第１クラッド層と前記窒化シリコン膜を覆う第２クラッド層を形成する
ことを特徴とする導波路型波長フィルタの製造方法。
（付記１６）
無機シラン系の材料で前記第１クラッド層を形成し、
有機シラン系の材料で前記第２クラッド層を形成する
ことを特徴とする付記１５に記載の導波路型波長フィルタの製造方法。
（付記１７）
前記第１クラッド層を減圧ＣＶＤで形成し、
前記第２クラッド層をプラズマＣＶＤで形成することを特徴とする付記１５または１６に記載の導波路型波長フィルタの製造方法。
（付記１８）
前記第２クラッド層の全面を覆うパッシベーション膜を形成する、
ことを特徴とする付記１５〜１７のいずれかに記載の導波路型波長フィルタの製造方法。
【符号の説明】
【００５５】
１  波長可変光源
２  光変調器
３  光受信器
５  光送信器
１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ  導波路型波長フィルタ
１１  Ｓｉ基板
１２  ＳｉＯ2膜
１３  第１クラッド層
１４  単結晶Ｓｉ膜
１５  ＳｉＮ膜（窒化シリコン膜）
１６  第２クラッド層
１７、３７  パッシベーション膜
２０、６１、６２  リング共振器  
２１、２２、４１、４２  コア層（入出力用）
２３、４３、６３、６４  コア層（波長選択用）
３０  ＳＯＩウェーハ
３１、６６  ヒータ
３２  引き出し電極
４０  回折格子
４１ａ、４２ａ  テーパ
５０  レーザ共振器
５１、５２  ＳＯＡ（半導体光増幅器）
５４、５５、５６  Ｓｉ導波路
６５  位相調整器
６７  部分反射ミラー
１００  光トランシーバ
【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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