(57)【要約】【課題】スポットサイズを十分に拡大し、分散シフトファイバやシングルモードファイバとの低損失結合を実現できるようにする。【解決手段】スポットサイズ変換器１を、一定の幅を有する幅一定領域２Ａと、幅一定領域に連なり、終端部へ向けて幅が狭くなる幅テーパ領域２Ｂとを備える第１シリコン導波路コア２と、少なくとも幅テーパ領域を覆って第１シリコン導波路コアに連なる第２導波路コア３とを備え、第１シリコン導波路コア２が、幅一定領域２Ａに厚さ方向の段差４を有するものとする。【選択図】図１
2015084019.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一定の幅を有する幅一定領域と、前記幅一定領域に連なり、終端部へ向けて幅が狭くなる幅テーパ領域とを備える第１シリコン導波路コアと、
少なくとも前記幅テーパ領域を覆って前記第１シリコン導波路コアに連なる第２導波路コアとを備え、
前記第１シリコン導波路コアは、前記幅一定領域に厚さ方向の段差を有することを特徴とするスポットサイズ変換器。
【請求項２】
前記第２導波路コアは、前記幅一定領域を部分的に覆っており、
前記段差は、前記第２導波路コアの前記幅一定領域を覆っている側の端面位置に設けられていることを特徴とする、請求項１に記載のスポットサイズ変換器。
【請求項３】
前記第１シリコン導波路コアは、チャネル構造シリコン導波路コアであり、
前記幅一定領域を挟んで前記幅テーパ領域の反対側に連なるリブ構造シリコン導波路コアをさらに備え、
前記段差は、前記チャネル構造シリコン導波路コアと前記リブ構造シリコン導波路コアとの境界位置に設けられていることを特徴とする、請求項１に記載のスポットサイズ変換器。
【請求項４】
前記段差は、前記幅一定領域の複数箇所に設けられていることを特徴とする、請求項１に記載のスポットサイズ変換器。
【請求項５】
前記段差は、前記幅一定領域が延びる方向に直交する方向に対して斜めに設けられていることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載のスポットサイズ変換器。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載のスポットサイズ変換器と、
前記スポットサイズ変換器の前記第２導波路コア側の端面に接続された分散シフトファイバ又はシングルモードファイバとを備えることを特徴とする光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スポットサイズ変換器及び光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、高精細映像配信が普及するなど情報量が飛躍的に増大してきており、データセンターなどの情報処理能力を向上させることが求められている。そして、情報処理能力の向上を、低コストかつ低消費電力な素子で実現することが求められており、近年、シリコンフォトニクスが活発に研究されている。
このようなシリコンフォトニクスで用いられるシリコン導波路コアの断面形状は、例えば幅約５００ｎｍ、高さ約２２０ｎｍ程度と非常に小さいため、光ファイバのスポットサイズ（例えば数μｍ〜１０μｍ程度）とミスマッチが生じてしまう。このため、過剰な結合損失が生じてしまう。
【０００３】
そこで、過剰な結合損失を抑制するために、シリコン導波路コアの幅をテーパ状に狭くし、これをセカンドコアで覆って、シリコン導波路コアからセカンドコアへ光を遷移させるようにしてスポットサイズを拡大するスポットサイズ変換器が提案されている。これをセカンドコア型スポットサイズ変換器という。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−１８４９８６号公報
【特許文献２】特開２０１２−８３４４６号公報
【特許文献３】特開２００３−３５８３３号公報
【特許文献４】特開平８−１７１０２０号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】Fuad E. Doany et al., “Multichannel High-Bandwidth Coupling of Ultradense Silicon Photonic Waveguide Array to Standard-Pitch Fiber Array”, JOURNAL OF LIGHTWAVE TECHNOLOGY, VOL.29, No4, pp.475-482, 2011
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述の従来のセカンドコア型スポットサイズ変換器では、スポットサイズを十分に拡大できていない。例えば、分散シフトファイバ（Dispersion Shifted Fiber：ＤＳＦ）やシングルモードファイバ（Single Mode Fiber：ＳＭＦ）のスポットサイズまではスポットサイズを拡大できていない。このため、これらの分散シフトファイバやシングルモードファイバとの低損失結合は実現できていない。
【０００７】
そこで、スポットサイズを十分に拡大し、分散シフトファイバやシングルモードファイバとの低損失結合を実現できるようにしたい。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本スポットサイズ変換器は、一定の幅を有する幅一定領域と、幅一定領域に連なり、終端部へ向けて幅が狭くなる幅テーパ領域とを備える第１シリコン導波路コアと、少なくとも幅テーパ領域を覆って第１シリコン導波路コアに連なる第２導波路コアとを備え、第１シリコン導波路コアは、幅一定領域に厚さ方向の段差を有することを要件とする。
本光装置は、上述のスポットサイズ変換器と、スポットサイズ変換器の第２導波路コア側の端面に接続された分散シフトファイバ又はシングルモードファイバとを備えることを要件とする。
【発明の効果】
【０００９】
したがって、本スポットサイズ変換器及び光装置によれば、スポットサイズを十分に拡大し、分散シフトファイバやシングルモードファイバとの低損失結合を実現できるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本実施形態及びその具体例にかかるスポットサイズ変換器の構成を示す模式図であって、（Ａ）は平面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿う断面図であり、（Ｃ）は（Ａ）のＣ−Ｃ線に沿う断面図であり、（Ｄ）は（Ａ）のＤ−Ｄ線に沿う断面図であり、（Ｅ）は（Ａ）のＥ−Ｅ線に沿う断面図であり、（Ｆ）は（Ａ）のＦ−Ｆ線に沿う断面図であり、（Ｇ）は（Ａ）のＧ−Ｇ線に沿う断面図である。
【図２】（Ａ）、（Ｂ）は、本実施形態の具体例にかかるスポットサイズ変換器の製造方法を説明するための模式図であって、（Ａ）は平面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。
【図３】（Ａ）、（Ｂ）は、本実施形態の具体例にかかるスポットサイズ変換器の製造方法を説明するための模式図であって、（Ａ）は平面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。
【図４】（Ａ）〜（Ｃ）は、本実施形態の具体例にかかるスポットサイズ変換器の製造方法を説明するための模式図であって、（Ａ）は平面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿う断面図であり、（Ｃ）は（Ａ）のＣ−Ｃ線に沿う断面図である。
【図５】（Ａ）〜（Ｃ）は、本実施形態の具体例にかかるスポットサイズ変換器の製造方法を説明するための模式図であって、（Ａ）は平面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿う断面図であり、（Ｃ）は（Ａ）のＣ−Ｃ線に沿う断面図である。
【図６】（Ａ）、（Ｂ）は、本実施形態の具体例にかかるスポットサイズ変換器の製造方法を説明するための模式図であって、（Ａ）は平面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。
【図７】（Ａ）、（Ｂ）は、本実施形態の具体例にかかるスポットサイズ変換器の製造方法を説明するための模式図であって、（Ａ）は平面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。
【図８】（Ａ）、（Ｂ）は、本実施形態の具体例にかかるスポットサイズ変換器の製造方法を説明するための模式図であって、（Ａ）は平面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。
【図９】（Ａ）、（Ｂ）は、本実施形態の具体例にかかるスポットサイズ変換器の製造方法を説明するための模式図であって、（Ａ）は平面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。
【図１０】（Ａ）、（Ｂ）は、本実施形態の具体例にかかるスポットサイズ変換器の製造方法を説明するための模式図であって、（Ａ）は平面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。
【図１１】本実施形態の具体例及び変形例にかかるスポットサイズ変換器に分散シフトファイバを結合させた場合の挿入損失を計算した結果を示す図である。
【図１２】本実施形態の具体例及び変形例にかかるスポットサイズ変換器（セカンドコアの屈折率が約１．４６の場合）に分散シフトファイバを結合させた場合の挿入損失の先端幅依存性を計算した結果を示している。
【図１３】本実施形態の具体例及び変形例にかかるスポットサイズ変換器（セカンドコアの屈折率が約１．４８の場合）に分散シフトファイバを結合させた場合の挿入損失の先端幅依存性を計算した結果を示している。
【図１４】本実施形態の第１変形例にかかるスポットサイズ変換器の構成を示す模式図であって、（Ａ）は平面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿う断面図であり、（Ｃ）は（Ａ）のＣ−Ｃ線に沿う断面図であり、（Ｄ）は（Ａ）のＤ−Ｄ線に沿う断面図であり、（Ｅ）は（Ａ）のＥ−Ｅ線に沿う断面図であり、（Ｆ）は（Ａ）のＦ−Ｆ線に沿う断面図であり、（Ｇ）は（Ａ）のＧ−Ｇ線に沿う断面図である。
【図１５】（Ａ）、（Ｂ）は、本実施形態の第１変形例にかかるスポットサイズ変換器の製造方法を説明するための模式図であって、（Ａ）は平面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。
【図１６】（Ａ）、（Ｂ）は、本実施形態の第１変形例にかかるスポットサイズ変換器の製造方法を説明するための模式図であって、（Ａ）は平面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。
【図１７】（Ａ）、（Ｂ）は、本実施形態の第１変形例にかかるスポットサイズ変換器の製造方法を説明するための模式図であって、（Ａ）は平面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。
【図１８】（Ａ）、（Ｂ）は、本実施形態の第１変形例にかかるスポットサイズ変換器の製造方法を説明するための模式図であって、（Ａ）は平面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。
【図１９】シリコン導波路コアの幅一定領域に設けられる厚さ方向の段差の大きさに対する損失のシミュレーション結果を示している。
【図２０】本実施形態の第２変形例にかかるスポットサイズ変換器の構成を示す模式図であって、（Ａ）は平面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿う断面図であり、（Ｃ）は（Ａ）のＣ−Ｃ線に沿う断面図であり、（Ｄ）は（Ａ）のＤ−Ｄ線に沿う断面図であり、（Ｅ）は（Ａ）のＥ−Ｅ線に沿う断面図であり、（Ｆ）は（Ａ）のＦ−Ｆ線に沿う断面図であり、（Ｇ）は（Ａ）のＧ−Ｇ線に沿う断面図である。
【図２１】（Ａ）、（Ｂ）は、本実施形態の第２変形例にかかるスポットサイズ変換器の製造方法を説明するための模式図であって、（Ａ）は平面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。
【図２２】本実施形態の第３変形例にかかるスポットサイズ変換器の構成を示す模式的平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面により、本発明の実施の形態にかかるスポットサイズ変換器及び光装置について説明する。
まず、本実施形態にかかるスポットサイズ変換器について、図１〜図２２を参照しながら説明する。
本実施形態にかかるスポットサイズ変換器は、シリコン導波路コアの幅をテーパ状に狭くし、これをセカンドコアで覆って、シリコン導波路コアからセカンドコアへ光を遷移させるようにしてスポットサイズを拡大するセカンドコア型スポットサイズ変換器である。このようなセカンドコア型スポットサイズ変換器では、シリコン導波路コアの幅をテーパ状に狭くした領域で、シリコン導波路コアからセカンドコアへ光が徐々に遷移し、最終的にはセカンドコアへ光が完全に遷移することで、スポットサイズが拡大される。このようなスポットサイズ変換器は、例えばシリコン基板上に形成されたシリコン光素子に備えられる。
【００１２】
なお、スポットサイズを、スポット径、モードフィールドサイズ、モードサイズ、モードフィールド径又はモード径ともいう。また、シリコン光素子を光半導体素子ともいう。また、スポットサイズ変換器を光スポットサイズ変換器ともいう。
本実施形態では、図１に示すように、スポットサイズ変換器１は、シリコン導波路コア２（第１シリコン導波路コア）と、セカンドコア３（第２導波路コア）とを備える。
【００１３】
ここで、シリコン導波路コア２は、一定の幅を有する幅一定領域２Ａと、幅一定領域２Ａに連なり、終端部（先端部）へ向けて幅が狭くなる幅テーパ領域２Ｂとを備える。ここでは、幅テーパ領域２Ｂは、スポットサイズが拡大されていく方向に向けて幅が狭くなる幅テーパ領域である。また、幅テーパ領域２Ｂは、幅テーパ構造を有する領域である。また、幅テーパ領域２Ｂは、厚さは一定である。
【００１４】
また、セカンドコア３は、少なくとも幅テーパ領域２Ｂを覆ってシリコン導波路コア２に連なる。ここでは、セカンドコア３は、幅テーパ領域２Ｂだけでなく、幅一定領域２Ａも部分的に覆っている。また、セカンドコア３は、断面サイズがその全長にわたって一定である。
そして、シリコン導波路コア２は、幅一定領域２Ａに厚さ方向の段差４を有する。具体的には、段差４は、シリコン導波路コア２の幅一定領域２Ａのセカンドコア３で覆われていない領域に設けられている。
【００１５】
このように構成しているのは、以下の理由による。
まず、上述したように、従来のセカンドコア型スポットサイズ変換器では、スポットサイズを十分に拡大できていない。例えば、細径コアファイバのスポットサイズ（例えば約４μｍ程度）までスポットサイズを拡大できるものの、分散シフトファイバのスポットサイズ（例えば約８μｍ程度）やシングルモードファイバのスポットサイズ（例えば約１０．５μｍ程度）まではスポットサイズを拡大できていない。このため、細径コアファイバとの低損失結合は実現できるものの、分散シフトファイバやシングルモードファイバとの低損失結合は実現できていない。なお、スポットサイズ変換器によってスポットサイズを十分に拡大でき、分散シフトファイバやシングルモードファイバとの低損失結合が実現できれば、細径コアファイバよりも安価な分散シフトファイバやシングルモードファイバを用いることができ、低コスト化を実現することができる。
【００１６】
この場合、分散シフトファイバやシングルモードファイバとの低損失結合を実現するために、例えば、セカンドコアのサイズを大きくし、セカンドコアの屈折率を低くして、スポットサイズを拡大することが考えられる。
しかしながら、スポットサイズを拡大するために、単に、セカンドコアのサイズを大きくし、セカンドコアの屈折率を低くすると、シリコン導波路コアからセカンドコアへ光を遷移させる際の損失が大きくなってしまう。このため、分散シフトファイバやシングルモードファイバとの低損失結合を実現するのは難しい。
【００１７】
このように、セカンドコアのサイズを大きくし、セカンドコアの屈折率を低くした場合に、シリコン導波路コアからセカンドコアへ光を遷移させる際の損失が大きくなってしまうのは、ＴＭ偏光成分の損失が増加してしまうことに起因する。この場合、偏光依存性も高くなってしまう。つまり、セカンドコアのサイズを大きくし、セカンドコアの屈折率を低くした場合、ＴＭ偏光成分の損失の増加が顕著であり、偏光依存性が高くなってしまう。このように、ＴＭ偏光成分で損失の増加が顕著となるのは、シリコン導波路コアの厚さ（膜厚）が一定であるため、ＴＭ偏光成分がセカンドコアに遷移しにくいことに起因していると考えられる。
【００１８】
この場合、ＴＭ偏光成分のセカンドコアへの遷移を促進するために、シリコン導波路コアの幅をテーパ状に狭くするのと同様に厚さもテーパ状に薄くすること、シリコン導波路コアの終端部、即ち、幅テーパ領域の先端部の幅をできるだけ狭くすること、あるいは、これらを組み合わせることなどが考えられる。
しかしながら、シリコン導波路コアの厚さをテーパ状に薄くするのはプロセス上の難易度が高い。また、シリコン導波路コアの幅テーパ領域の先端部の幅をできるだけ狭くするとしても、これには限界があるし、精度良く作製するのは難しい。
【００１９】
そこで、シリコン導波路コアの幅をテーパ状に狭くし、このテーパ状に幅を狭くしていく領域で厚さをステップ状に薄くすることで、容易に作製できるようにすることが考えられる。
しかしながら、シリコン導波路コアからセカンドコアへ光を遷移させている領域に厚さ方向の段差ができ、この段差で光の遷移が急激に起こって、損失が大きくなってしまうことがわかった。つまり、シリコン導波路コアのテーパ状に幅を狭くしていく領域で厚さをステップ状に薄くしても、ＴＭ偏光成分の損失を抑制することができず、低偏光依存性を実現するのは難しいことがわかった。このように、シリコン導波路コアのテーパ状に幅を狭くしていく領域で厚さをステップ状に薄くしても、シリコン導波路コアからセカンドコアへ光を遷移させる際の損失を抑制することができず、分散シフトファイバやシングルモードファイバとの低損失結合を実現するのは難しいことがわかった。
【００２０】
そこで、本実施形態では、上述のように、シリコン導波路コア２の幅テーパ領域２Ｂ以外の領域、即ち、幅一定領域２Ａに厚さ方向の段差４を設けている。つまり、シリコン導波路コア２の幅テーパ領域２Ｂに連なる幅一定領域２Ａで厚さをステップ状に薄くすることで、幅テーパ領域２Ｂの厚さを薄くし、幅テーパ領域２Ｂの先端部の厚さを薄くするようにしている。
【００２１】
このように、シリコン導波路コア２とセカンドコア３との間の光の遷移がない領域又は光の遷移が小さい領域に膜厚方向の段差４を設けることで、段差箇所における光の急激な遷移を避けることができ、損失が大きくなってしまうのを抑制することができる。これにより、低損失なセカンドコア型スポットサイズ変換器１を実現することができる。つまり、セカンドコア型スポットサイズ変換器１において、ＴＭ偏光成分の損失を抑制でき、低偏光依存性を実現することができる。このため、安価な分散シフトファイバやシングルモードファイバと高効率に結合可能なサイズまでスポットサイズを拡大すべく、セカンドコア３のサイズを大きくし、セカンドコア３の屈折率を低くした場合に、シリコン導波路コア２からセカンドコア３へ光を遷移させる際の損失を低く抑えることができる。この結果、分散シフトファイバやシングルモードファイバとの低損失結合を実現でき、低コスト化を実現できる。
【００２２】
以下、具体例を挙げて説明する。
本スポットサイズ変換器１は、図１に示すように、図示しないシリコン基板上に設けられたＳｉＯ２下部クラッド層５と、ＳｉＯ２下部クラッド層５上に設けられたシリコン導波路コア２と、シリコン導波路コア２を部分的に覆うセカンドコア３と、シリコン導波路コア２及びセカンドコア３を覆うＳｉＯ２上部クラッド層６とを備える。
【００２３】
そして、シリコン導波路コア２は、チャネル構造部分２Ｘ［例えば図１（Ｄ）〜図１（Ｆ）参照］と、このチャネル構造部分２Ｘに連なるリブ構造部分２Ｙ［例えば図１（Ｃ）参照］とを備える。ここでは、チャネル構造部分２Ｘは、断面四角形のチャネル状部分であり、リブ構造部分２Ｙは、スラブ部２ＹＡとリブ部２ＹＢとを有する。なお、チャネル構造部分２Ｘを、チャネル構造シリコン導波路コア又はチャネル導波路コアともいう。また、リブ構造部分２Ｙを、リブ構造シリコン導波路コア又はリブ導波路コアともいう。また、リブ構造部分２Ｙは、他の光素子（光機能素子）との接続部分である。そして、シリコン導波路コア２のチャネル構造部分２Ｘは、幅変化のない幅一定領域２Ａと、幅テーパ領域２Ｂとを備え、幅一定領域２Ａに厚さ方向（膜厚方向）の段差４を有する。ここでは、シリコン導波路コア２のリブ構造部分２Ｙは、幅一定領域２Ａを挟んで幅テーパ領域２Ｂの反対側に連なっている。なお、シリコン導波路コア２は、リブ構造部分２Ｙを備えず、チャネル構造部分２Ｘのみを備えるものとして構成しても良い。
【００２４】
ここでは、セカンドコア３は、幅テーパ領域２Ｂだけでなく、幅一定領域２Ａも部分的に覆って、シリコン導波路コア２に連なっている。そして、段差４は、シリコン導波路コア２の幅一定領域２Ａのセカンドコア３で覆われていない領域に設けられている。
ここで、ＳｉＯ２下部クラッド層５の膜厚は、例えば約３μｍであり、屈折率約１．４４である。
【００２５】
シリコン導波路コア２は、チャネル構造部分２Ｘの幅一定領域２Ａで幅が例えば約５００ｎｍであり、幅テーパ領域２Ｂで幅が例えば約５００ｎｍから約５０ｎｍまで先端部へ向けてテーパ状に狭くなっており、シングルモード導波路を構成する。また、シリコン導波路コア２は、チャネル構造部分２Ｘの幅一定領域２Ａの段差形成箇所までは膜厚が例えば約２２０ｎｍであり、例えば約３０ｎｍ程度の段差が１箇所設けられており、段差形成箇所から幅テーパ領域２Ｂの先端部までは膜厚が例えば約１９０ｎｍである。また、シリコン導波路コア２は、リブ構造部分２Ｙのスラブ部２ＹＡの膜厚が例えば約５０ｎｍであり、リブ部２ＹＢの膜厚が例えば約２２０ｎｍであり、リブ部２ＹＢの幅が例えば約５００ｎｍである。なお、シリコン導波路コア２の屈折率は約３．４８である。
【００２６】
セカンドコア３は、その材料にＳｉＯＸ（酸化シリコン；シリコン化合物）を用いたＳｉＯＸ導波路コア（シリコン化合物導波路コア）であり、例えば膜厚約３μｍ、幅約７μｍ、屈折率約１．４６である。このように、セカンドコア３は、シリコン導波路コア２よりも小さい屈折率を有し、かつ、シリコン導波路コア２よりも大きい断面サイズを有し、シングルモード導波路を構成する。
【００２７】
ＳｉＯ２上部クラッド層６の膜厚は、セカンドコア３の上方で例えば約１μｍであり、それ以外の部分で例えば約２μｍであり、屈折率約１．４４である。
この具体例では、シングルモード条件を満たすように、セカンドコア３のサイズを大きくすべく、セカンドコア３の膜厚（高さ）を約３μｍとし、幅を約７μｍとし、セカンドコア３の屈折率を低くすべく、セカンドコア３の屈折率を約１．４６として、分散シフトファイバやシングルモードファイバと高効率に結合可能なサイズまでスポットサイズを拡大している。そして、シリコン導波路コア２の幅一定領域２Ａに約３０ｎｍ程度の段差４を１箇所設けて、シリコン導波路コア２の幅テーパ領域２Ｂの膜厚を約１９０ｎｍとして、シリコン導波路コア２からセカンドコア３へ光を遷移させる際の損失を低く抑え、分散シフトファイバやシングルモードファイバとの低損失結合を実現している。また、セカンドコア３の断面サイズをその全長にわたって均一に大きくすることでスポットサイズを拡大しているため、例えば、セカンドコアの長さを長くし、その断面サイズをステップ状又はテーパ状に大きくしてスポットサイズを拡大する場合と比較して、コンパクト化を図ることが可能である。
【００２８】
例えば、シリコン導波路コア２の幅テーパ領域２Ｂに段差を設けた場合の分散シフトファイバに対する挿入損失は、ＴＭ偏光成分が約１．８ｄＢ程度、ＴＥ偏光成分が約１．１ｄＢ程度であった。これに対し、上述のように、シリコン導波路コア２の幅一定領域２Ａに段差４を設けた場合の分散シフトファイバに対する挿入損失は、ＴＭ偏光成分が約１．５ｄＢ程度、ＴＥ偏光成分が約１．１ｄＢであった。このように、ＴＭ偏光成分については約２割の損失低減を実現することができた。
【００２９】
このような具体例の構成を備えるものは、例えばＳＯＩ（silicon on insulator）基板を用いて、例えば以下のようにして作製することができる。なお、ＳＯＩ基板をＳＯＩウェハ基板ともいう。
まず、ＳＯＩ基板（ＳｉＯ２層であるＢＯＸ層の膜厚約３μｍ、シリコン層であるＳＯＩ層２０の膜厚約２２０ｎｍ）上に、図２（Ａ）、図２（Ｂ）に示すように、ＳｉＯ２膜１０（例えば膜厚約５０ｎｍ）をＣＶＤ法によって堆積する。ここで、原料ガスとしてはＳｉＨ４（２０％）／Ｈｅ及びＮ２Ｏを用いれば良い。なお、ＢＯＸ層がＳｉＯ２下部クラッド層５となる。
【００３０】
次に、ＳｉＯ２膜１０上にフォトレジストパターンを形成し、ＣＦ４ガスを用いてＳｉＯ２膜１０をＲＩＥによってエッチングして、図３（Ａ）、図３（Ｂ）に示すように、ハードマスクパターン１０Ｘを形成する。ここで、ハードマスクパターン１０Ｘは、ＳＯＩ層２０を加工してシリコン導波路コア２を形成するためのパターンである。
次に、フォトレジストを除去した後、図４（Ａ）〜図４（Ｃ）に示すように、ＨＢｒガスを用いてシリコン層であるＳＯＩ層２０をＲＩＥによってエッチングする。ここでは、シリコン導波路コア２のチャネル構造部分２Ｘ及びリブ構造部分２Ｙのリブ部２ＹＢとなる部分の両側に、シリコン層であるＳＯＩ層２０を約５０ｎｍ程度残すようにエッチング量を制御する。これにより、シリコン導波路コア２のリブ構造部分２Ｙのスラブ部２ＹＡ及びリブ部２ＹＢが形成される。
【００３１】
なお、シリコン導波路コア２のリブ構造部分２Ｙは、他の光素子に接続されており、他の光素子もシリコン導波路コアのリブ構造部分を有し、ここに電流注入領域などを設ける場合には、この段階で、選択的にイオン注入を行なって、ｐ型ドーピング領域及びｎ型ドーピング領域を形成して、ｐ−ｉ−ｎ構造を形成すれば良い。
次に、図５（Ａ）〜図５（Ｃ）に示すように、ハードマスクパターン１０Ｘ及びシリコン導波路コア２のリブ構造部分２Ｙを覆うレジストパターン１１を用いて、シリコン導波路コア２のリブ構造部分２Ｙを形成する領域（リブ導波路領域）以外の領域（チャネル導波路領域）の約５０ｎｍ程度残していたシリコン層であるＳＯＩ層２０を除去することで、シリコン導波路コア２のチャネル構造部分２の幅一定領域２Ａ及び幅テーパ領域２Ｂを形成する。
【００３２】
次に、図６（Ａ）、図６（Ｂ）に示すように、シリコン導波路コア２のリブ構造部分２Ｙから段差４を形成する箇所までを残したハードマスクパターン１０ＸＡ及びシリコン導波路コア２のリブ構造部分２Ｙを覆うレジストパターン１１を用いて、シリコン導波路コア２のチャネル構造部分２Ｘの幅一定領域２Ａの任意の箇所から幅テーパ領域２Ｂの先端部までのＳＯＩ層２０を約３０ｎｍ程度エッチングすることで、シリコン導波路コア２の幅一定領域２Ａに厚さ方向に約３０ｎｍ程度の段差４を設け、幅テーパ領域２Ｂの膜厚を約１９０ｎｍとする。
【００３３】
次に、ハードマスクパターン１０ＸＡ及びレジストパターン１１を除去した後、図７（Ａ）、図７（Ｂ）に示すように、ＳｉＯ２膜１２（例えば膜厚約１μｍ）を、ＣＶＤ法によって堆積し、図８（Ａ）、図８（Ｂ）に示すように、セカンドコア３を形成する領域のＳｉＯ２膜１２をエッチングによって除去する。
次に、図９（Ａ）、図９（Ｂ）に示すように、ＳｉＯＸ膜（例えば膜厚約３μｍ、幅約７μｍ、屈折率ｎ＝１．４６）をＣＶＤ法により堆積する。そして、不要なＳｉＯＸ膜をエッチングによって除去することで、シリコン導波路コア２の幅テーパ領域２Ｂ及び幅一定領域２Ａの一部を覆うようにセカンドコア３を形成する。
【００３４】
そして、図１０（Ａ）、図１０（Ｂ）に示すように、シリコン導波路コア２及びセカンドコア３を覆うようにＳｉＯ２膜１３（例えば膜厚約１μｍ）をＣＶＤ法によって堆積し、ＳｉＯ２膜１２及びＳｉＯ２膜１３からなるＳｉＯ２上部クラッド層６を形成して、上述の具体例の構成を備えるスポットサイズ変換器１が作製される。
なお、スポットサイズ変換器１に接続される他の光素子に電流注入領域などを設ける場合には、ｐ型ドーピング領域及びｎ型ドーピング領域上に堆積しているＳｉＯ２膜１２、１３をエッチングによって除去してコンタクトホールを形成し、このコンタクトホールに電極を形成すれば良い。
【００３５】
したがって、本実施形態にかかるスポットサイズ変換器１によれば、スポットサイズを十分に拡大し、分散シフトファイバやシングルモードファイバとの低損失結合を実現できるという利点がある。
なお、本発明は、上述した実施形態に記載した構成に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形することが可能である。
【００３６】
例えば、上述の実施形態の具体例では、セカンドコア３の屈折率、即ち、セカンドコア３の材料の屈折率を約１．４６としているが、これに限られるものではない。つまり、分散シフトファイバやシングルモードファイバとの低損失結合を実現するには、セカンドコア３の屈折率は、約１．４５以上約１．４８以下とすれば良い。好ましくは、約１．４６以上約１．４８以下とする。より好ましくは、約１．４６以上約１．４７以下とする。なお、セカンドコア３の屈折率が大きくなるほど、スポットサイズが小さくなり、分散シフトファイバやシングルモードファイバとの結合損失が増加する一方で、シリコン導波路コア２の幅テーパ領域２Ｂの先端部の幅（先端幅）の条件が緩くなり、即ち、低偏光依存性を実現しうる先端幅の範囲が広くなり、偏光依存性が高くなってしまうのを容易に抑制することが可能となる。
【００３７】
また、上述の実施形態の具体例では、セカンドコア３の屈折率を約１．４６とした場合に、シリコン導波路コア２の幅一定領域２Ａに約３０ｎｍ程度の段差４を設けて、シリコン導波路コア２の幅テーパ領域２Ｂの膜厚（特に幅テーパ領域２Ｂの先端部の膜厚）を約１９０ｎｍとしているが、これに限られるものではない。
例えば、セカンドコア３の屈折率を約１．４５〜約１．４８とした場合に、シリコン導波路コア２の幅一定領域２Ａに約３０ｎｍ程度の段差４を設けて、シリコン導波路コア２の幅テーパ領域２Ｂの膜厚（特に幅テーパ領域２Ｂの先端部の膜厚）を約１９０ｎｍとしても、シリコン導波路コア２からセカンドコア３へ光を遷移させる際の損失を低く抑え、分散シフトファイバやシングルモードファイバとの低損失結合を実現することができる。また、例えば、セカンドコア３の屈折率を約１．４５〜約１．４８とした場合に、シリコン導波路コア２の幅一定領域２Ａに約２０ｎｍ程度の段差４を設けて、シリコン導波路コア２の幅テーパ領域２Ｂの膜厚（特に幅テーパ領域２Ｂの先端部の膜厚）を約２００ｎｍとしても、シリコン導波路コア２からセカンドコア３へ光を遷移させる際の損失を低く抑え、分散シフトファイバやシングルモードファイバとの低損失結合を実現することができる。また、例えば、セカンドコア３の屈折率を約１．４５〜約１．４８とした場合に、シリコン導波路コア２の幅一定領域２Ａに約５０ｎｍ程度の段差４を設けて、シリコン導波路コア２の幅テーパ領域２Ｂの膜厚（特に幅テーパ領域２Ｂの先端部の膜厚）を約１７０ｎｍとしても、シリコン導波路コア２からセカンドコア３へ光を遷移させる際の損失を低く抑え、分散シフトファイバやシングルモードファイバとの低損失結合を実現することができる。
【００３８】
このように、上述のようにセカンドコア３の屈折率を約１．４５〜約１．４８とした場合に、シリコン導波路コア２の幅一定領域２Ａに約２０ｎｍ〜約５０ｎｍ（即ち、約２０ｎｍ以上）の段差４を設けて、シリコン導波路コア２の幅テーパ領域２Ｂの膜厚（特に幅テーパ領域２Ｂの先端部の膜厚）を約２００ｎｍ〜約１７０ｎｍ（即ち、約２００ｎｍ以下）とすれば、シリコン導波路コア２からセカンドコア３へ光を遷移させる際の損失を低く抑え、分散シフトファイバやシングルモードファイバとの低損失結合を実現することができる。
【００３９】
なお、ここでは、約２０ｎｍ〜約５０ｎｍの段差４を設けて、シリコン導波路コア２の幅テーパ領域２Ｂの膜厚（特に幅テーパ領域２Ｂの先端部の膜厚）を約２００ｎｍ〜約１７０ｎｍとする場合を例に挙げているが、約２０ｎｍ〜約５０ｎｍの範囲外の大きさの段差４を設け、約２００ｎｍ〜約１７０ｎｍの範囲外の膜厚のシリコン導波路コア２の幅テーパ領域２Ｂとしても良い。
【００４０】
ここで、図１１は、セカンドコア３の屈折率を小さくし、シリコン導波路コア２の幅一定領域２Ａに段差４を設けたスポットサイズ変換器１に分散シフトファイバを結合させた場合の挿入損失（結合損失）を計算した結果を示している。
なお、図１１では、セカンドコア３の屈折率を約１．４８とし、シリコン導波路コア２の幅一定領域２Ａに約２０ｎｍの段差４を設けて、シリコン導波路コア２の幅テーパ領域２Ｂの膜厚（特に幅テーパ領域２Ｂの先端部の膜厚）を約２００ｎｍとした場合の計算値、セカンドコア３の屈折率を約１．４６とし、シリコン導波路コア２の幅一定領域２Ａに約５０ｎｍの段差４を設けて、シリコン導波路コア２の幅テーパ領域２Ｂの膜厚（特に幅テーパ領域２Ｂの先端部の膜厚）を約１７０ｎｍとした場合の計算値、セカンドコア３の屈折率を約１．５０とし、シリコン導波路コア２の幅一定領域２Ａに段差を設けずに、シリコン導波路コア２の幅テーパ領域２Ｂの膜厚（特に幅テーパ領域２Ｂの先端部の膜厚）を約２２０ｎｍとした場合の計算値をプロットしている。ここでは、いずれの場合も、シリコン導波路コア２の幅テーパ領域２Ｂの先端部の幅（先端幅）は、約５０ｎｍとしている。また、図１１中、実線ＡはＴＥ偏光成分の計算値を示しており、破線ＢはＴＭ偏光成分の計算値を示している。
【００４１】
図１１に示すように、セカンドコア３の屈折率を約１．５０とし、シリコン導波路コア２の幅一定領域２Ａに段差４を設けなかった場合と比較して、セカンドコア３の屈折率を約１．４８とし、シリコン導波路コア２の幅一定領域２Ａに段差４を設けた場合、及び、セカンドコア３の屈折率を約１．４６とし、シリコン導波路コア２の幅一定領域２Ａに段差４を設けた場合は、分散シフトファイバとの低損失結合を実現することができている。このように、スポットサイズを大きくするために、セカンドコア３の屈折率を小さくしても、シリコン導波路コア２の幅一定領域２Ａに段差４を設けることで、約５０ｎｍという作製可能な先端幅で、低偏光依存性を維持しながら、分散シフトファイバとの低損失結合を実現することができる。
【００４２】
ここで、図１２、図１３は、分散シフトファイバとの挿入損失（結合損失）の先端幅依存性を計算した結果を示している。なお、図１２は、セカンドコア３の屈折率が約１．４６の場合であり、図１３は、セカンドコア３の屈折率が約１．４８の場合である。また、図１２、図１３中、実線Ａ〜ＣはＴＥ偏光成分に対する値を示しており、破線Ａ〜ＣはＴＭ偏光成分に対する値を示している。また、図１２、図１３中、実線Ａ、破線Ａは、シリコン導波路コア２の幅テーパ領域２Ｂの膜厚（特に幅テーパ領域２Ｂの先端部の膜厚）が約２００ｎｍの場合、即ち、シリコン導波路コア２の幅一定領域２Ａに約２０ｎｍの段差４を設けた場合を示している。また、図１２、図１３中、実線Ｂ、破線Ｂは、シリコン導波路コア２の幅テーパ領域２Ｂの膜厚（特に幅テーパ領域２Ｂの先端部の膜厚）が約１７０ｎｍの場合、即ち、シリコン導波路コア２の幅一定領域２Ａに約５０ｎｍの段差４を設けた場合を示している。さらに、比較のために、図１２、図１３では、シリコン導波路コア２の幅テーパ領域２Ｂの膜厚（特に幅テーパ領域２Ｂの先端部の膜厚）が約２２０ｎｍの場合、即ち、段差を設けていない場合を実線Ｃ、破線Ｃで示している。
【００４３】
まず、図１２、図１３に示すように、セカンドコア３の屈折率を約１．４６にした場合、約１．４８にした場合のいずれの場合も、段差を設けない場合と比較して、シリコン導波路コア２の幅一定領域２Ａに段差４を設けることで、ＴＭ偏光成分の損失を抑制することができ、偏光依存性が高くなってしまうのを抑制することができる。
また、図１２、図１３に示すように、セカンドコア３の屈折率を約１．４６にした場合、約１．４８にした場合のいずれの場合も、段差を設けない場合と比較して、シリコン導波路コア２の幅一定領域２Ａに段差４を設けることで、偏光依存性が高くなってしまうのを抑制するために、シリコン導波路コア２の幅テーパ領域２Ｂの先端幅を狭くしなくても良くなり、作製が容易になり、より精度良く作製することも可能となる。
【００４４】
また、図１２、図１３に示すように、セカンドコア３の屈折率を約１．４８にした場合には、例えば屈折率を約１．４６にした場合と比較して、スポットサイズが小さくなるため、分散シフトファイバとの結合損失が増加する。一方、シリコン導波路コア２の幅テーパ領域２Ｂの先端幅の条件が緩くなるため、即ち、低偏光依存性を実現しうる先端幅の範囲が広くなるため、偏光依存性が高くなってしまうのを容易に抑制することが可能となる。
【００４５】
また、セカンドコア３の屈折率を約１．４６にし、段差を設けない場合、即ち、シリコン導波路コア２の幅テーパ領域２Ｂの膜厚が約２２０ｎｍの場合、ＴＭ偏光成分の損失を抑制し、偏光依存性が高くなってしまうのを抑制するためには、図１２中、実線Ｃ、破線Ｃで示すように、幅テーパ領域２Ｂの先端幅を約３０ｎｍ以下と作製上困難なほど狭くする必要がある。
【００４６】
これに対し、セカンドコア３の屈折率を約１．４６にし、シリコン導波路コア２の幅一定領域２Ａに約２０ｎｍの段差４を設けた場合、即ち、シリコン導波路コア２の幅テーパ領域２Ｂの膜厚が約２００ｎｍの場合、図１２中、実線Ａ、破線Ａで示すように、幅テーパ領域２Ｂの先端幅が約４０ｎｍ程度であっても、ＴＭ偏光成分の損失を抑制し、偏光依存性が高くなってしまうのを抑制することが可能である。このように、段差４が小さく、シリコン導波路コア２の幅テーパ領域２Ｂの膜厚をそれほど薄くしない場合は、幅テーパ領域２Ｂの先端幅を狭くすることで、例えば約５０ｎｍ以下（好ましくは約４０ｎｍ以下）とすることで、ＴＭ偏光成分の損失を抑制し、偏光依存性が高くなってしまうのを抑制することが可能である。
【００４７】
また、セカンドコア３の屈折率を約１．４６にし、シリコン導波路コア２の幅一定領域２Ａに約５０ｎｍの段差４を設けた場合、即ち、シリコン導波路コア２の幅テーパ領域２Ｂの膜厚が約１７０ｎｍの場合、図１２中、実線Ｂ、破線Ｂで示すように、幅テーパ領域２Ｂの先端幅が約７０ｎｍ程度であっても、ＴＭ偏光成分の損失を抑制し、偏光依存性が高くなってしまうのを抑制することが可能である。このように、段差４が大きく、シリコン導波路コア２の幅テーパ領域２Ｂの膜厚を薄くする場合は、幅テーパ領域２Ｂの先端幅が広くても、例えば約７０ｎｍ以下であれば、ＴＭ偏光成分の損失を抑制し、偏光依存性が高くなってしまうのを抑制することが可能である。
【００４８】
このように、スポットサイズを大きくし、分散シフトファイバとの低損失結合を実現するために、セカンドコア３の屈折率を約１．４６と小さくしても、シリコン導波路コア２の幅一定領域２Ａに段差４を設けることで、作製可能な先端幅で、ＴＭ偏光成分の損失を抑制し、低偏光依存性を実現することができる。
なお、ここでは、シリコン導波路コア２の幅テーパ領域２Ｂの先端幅が約４０ｎｍ程度の場合も作製可能な先端幅としているが、シリコン導波路コア２の幅テーパ領域２Ｂの先端幅が約４０ｎｍ程度で作製可能でない場合もある。この場合、作製可能な先端幅で、ＴＭ偏光成分の損失を抑制し、低偏光依存性を実現することができるように、段差４の厚さ方向の大きさ（段差４の高さ；段差量）をより大きくし、幅テーパ領域２Ｂの膜厚をより薄くすれば良い。
【００４９】
また、セカンドコア３の屈折率を約１．４８にし、シリコン導波路コア２の幅一定領域２Ａに約２０ｎｍの段差４を設けた場合、即ち、シリコン導波路コア２の幅テーパ領域２Ｂの膜厚が約２００ｎｍの場合、図１３中、実線Ａ、破線Ａで示すように、幅テーパ領域２Ｂの先端幅が約６０ｎｍ程度であっても、ＴＭ偏光成分の損失を抑制し、偏光依存性が高くなってしまうのを抑制することが可能である。このように、段差４が小さく、シリコン導波路コア２の幅テーパ領域２Ｂの膜厚をそれほど薄くしない場合は、幅テーパ領域２Ｂの先端幅を狭くすることで、例えば約６０ｎｍ以下とすることで、ＴＭ偏光成分の損失を抑制し、偏光依存性が高くなってしまうのを抑制することが可能である。
【００５０】
また、セカンドコア３の屈折率を約１．４８にし、シリコン導波路コア２の幅一定領域２Ａに約５０ｎｍの段差４を設けた場合、即ち、シリコン導波路コア２の幅テーパ領域２Ｂの膜厚が約１７０ｎｍの場合、図１３中、実線Ｂ、破線Ｂで示すように、幅テーパ領域２Ｂの先端幅が約８０ｎｍ程度であっても、ＴＭ偏光成分の損失を抑制し、偏光依存性が高くなってしまうのを抑制することが可能である。このように、段差４が大きく、シリコン導波路コア２の幅テーパ領域２Ｂの膜厚を薄くする場合は、幅テーパ領域２Ｂの先端幅が広くても、例えば約８０ｎｍ以下であれば、ＴＭ偏光成分の損失を抑制し、偏光依存性が高くなってしまうのを抑制することが可能である。
【００５１】
このように、セカンドコア３の屈折率を約１．４８とすることで、シリコン導波路コア２の幅テーパ領域２Ｂの先端幅の条件を緩くすることができるため、即ち、低偏光依存性を実現しうる先端幅の範囲を広くすることができるため、偏光依存性が高くなってしまうのを容易に抑制することが可能となる。また、シリコン導波路コア２の幅一定領域２Ａに段差４を設けることで、シリコン導波路コア２の幅テーパ領域２Ｂの先端幅を作製限界に近い幅まで狭くしなくても良くなり、作製が容易になり、より精度良く作製することが可能となる。特に、段差の大きさ（段差量）を大きくして、シリコン導波路コア２の幅テーパ領域２Ｂの膜厚を薄くするほど、シリコン導波路コア２の幅テーパ領域２Ｂの先端幅の条件は緩くなるため、作製が容易になり、より精度良く作製することが可能となる。
【００５２】
ところで、上述の実施形態及びその具体例では、段差４を、シリコン導波路コア２の幅一定領域２Ａのセカンドコア３で覆われていない領域に設けているが、これに限られるものではなく、段差４は、シリコン導波路コア２の幅一定領域２Ａに設けられていれば良い。例えば、段差４は、シリコン導波路コア２の幅一定領域２Ａのセカンドコア３で覆われている領域に設けても良い。これらの場合、段差４は、セカンドコア３の幅一定領域２Ａを覆っている側の端面位置以外の位置に設けられていることになる。
【００５３】
また、例えば、図１４（Ａ）〜図１４（Ｇ）に示すように、段差４は、セカンドコア３の幅一定領域２Ａを覆っている側の端面位置に設けても良い。つまり、上述の実施形態の具体例において、セカンドコア３と上部クラッド層６との境界部に段差形成箇所が一致するように、段差４を設けても良い。なお、これを第１変形例という。
この場合、上述の実施形態の具体例の光スポットサイズ変換器１の製造方法において、ＳＯＩ層２０を約３０ｎｍ程度エッチングして、シリコン導波路コア２の幅一定領域２Ａに厚さ方向に約３０ｎｍ程度の段差４を設け、幅テーパ領域２Ｂの膜厚を約１９０ｎｍとする工程［図６（Ａ）、図６（Ｂ）参照］を行なわずに、図１５（Ａ）、図１５（Ｂ）に示すように、ＳｉＯ２膜１２（例えば膜厚約１μｍ）を、ＣＶＤ法によって堆積し、図１６（Ａ）、図１６（Ｂ）に示すように、セカンドコア３を形成する領域のＳｉＯ２膜１２をエッチングによって除去し、図１７（Ａ）、図１７（Ｂ）に示すように、ＳｉＯ２膜１２を除去した領域のＳＯＩ層２０を約５０ｎｍ程度エッチングして、シリコン導波路コア２の幅一定領域２Ａに厚さ方向に約５０ｎｍ程度の段差４を設け、幅テーパ領域２Ｂの膜厚を約１７０ｎｍとすれば良い。その後、図１８（Ａ）、図１８（Ｂ）に示すように、ＳｉＯＸ膜（例えば膜厚約３μｍ、幅約７μｍ、屈折率ｎ＝１．４６）をＣＶＤ法により堆積し、不要なＳｉＯＸ膜をエッチングによって除去することで、シリコン導波路コア２の幅テーパ領域２Ｂ及び幅一定領域２Ａの一部を覆うようにセカンドコア３を形成すれば良い。この場合、前工程で形成しているマスクパターンを利用して作製可能であるため、低コスト化が可能である。なお、これ以外は上述の実施形態の具体例の場合と同様である。
【００５４】
ここで、図１９は、シリコン導波路コア２の幅一定領域２Ａに設けられる厚さ方向の段差４の大きさ（段差量）に対する損失のシミュレーション結果を示している。
なお、図１９中、実線Ａ、ＢはＴＥ偏光成分の値を示しており、破線Ａ、ＢはＴＭ偏光成分の値を示している。また、図１９中、実線Ａ（丸印がプロットされている）、破線Ａ（丸印がプロットされている）は、上述の実施形態の具体例のように、セカンドコア３の幅一定領域２Ａを覆っている側の端面位置以外の位置に段差４を設けた場合（具体的にはシリコン導波路コア２の幅一定領域２Ａのセカンドコア３で覆われていない領域に段差４を設けた場合；図１参照）の値を示している。また、図１９中、実線Ｂ（三角印がプロットされている）、破線Ｂ（三角印がプロットされている）は、セカンドコア３の幅一定領域２Ａを覆っている側の端面位置に段差４を設けた場合（図１４参照）の値を示している。
【００５５】
まず、上述したように、シリコン導波路コア２の幅一定領域２Ａに段差４を設けることで、ＴＭ偏光成分の損失を抑制でき、低偏光依存性を実現することができ、ひいては、分散シフトファイバやシングルモードファイバとの低損失結合を実現することができる。
但し、シリコン導波路コア２の幅一定領域２Ａに段差４を設けると、段差４が設けられている箇所（段差部）で散乱損失が生じるため、図１９に示すように、段差量が大きくなるにしたがって損失が大きくなってしまう。特に、この段差量を大きくしていった場合の損失の増加はＴＭ偏光成分で顕著である。
【００５６】
例えば、上述の実施形態の具体例（図１参照）のように、セカンドコア２の幅一定領域２Ａを覆っている側の端面位置以外の位置に段差４を設けた場合、図１９中、破線Ａで示すように、段差量が約３０ｎｍ程度までは、ＴＥ偏光成分とＴＭ偏光成分との損失差がほとんど見られない。
このため、上述の実施形態の具体例（図１参照）のように、セカンドコア２の幅一定領域２Ａを覆っている側の端面位置以外の位置に段差４を設ける場合には、段差量を約３０ｎｍ以下にするのが好ましい。これにより、段差４が設けられている箇所での散乱損失によって損失が低下してしまうのを抑制することができる。つまり、段差４を設けたことによって、損失が生じてしまうのを抑制することができ、また、ＴＥ偏光成分とＴＭ偏光成分との損失差が生じてしまうのを抑制することができる。
【００５７】
これに対し、例えば、セカンドコア３の幅一定領域２Ａを覆っている側の端面位置に段差４を設けた場合（図１４参照）、図１９中、破線Ｂで示すように、段差量を大きくしていったときにＴＭ偏光成分の損失が増加してしまうのを抑制することができる。例えば、段差量を約４０ｎｍ以上にする場合、ＴＭ偏光成分の損失の増加を抑制することができる。例えば、段差量を約５０ｎｍとする場合、約０．５ｄＢの損失抑制が可能であり、段差量を約６０ｎｍとする場合、約２．４ｄＢ程度の損失抑制が可能である。これは、セカンドコア３の端面位置に対応する位置のシリコン導波路コア２に膜厚方向の段差４を設けることで、ＴＭ偏光成分に対する等価屈折率変化が緩やかになり、ＴＭ偏光成分に対する損失を抑制できるためである。
【００５８】
なお、図１９中、実線Ａ、Ｂで示すように、セカンドコア３の幅一定領域２Ａを覆っている側の端面位置以外の位置に段差４を設けた場合（図１参照）と、セカンドコア３の幅一定領域２Ａを覆っている側の端面位置に段差４を設けた場合（図１４参照）とで、ＴＥ偏光成分の損失は段差量を大きくしていってもほとんど同じである。
このため、セカンドコア３の幅一定領域２Ａを覆っている側の端面位置に段差４を設ける場合（図１４参照）には、段差量を約５０ｎｍ以下にするのが好ましく、段差量を約４０ｎｍ以下とするのがより好ましい。これにより、段差４が設けられている箇所での散乱損失によって損失が低下してしまうのを抑制することができる。つまり、段差４を設けたことによって、損失が生じてしまうのを抑制することができ、また、ＴＥ偏光成分とＴＭ偏光成分との損失差が生じてしまうのを抑制することができる。
【００５９】
このように、セカンドコア３の幅一定領域２Ａを覆っている側の端面位置に段差４を設けることで、セカンドコア３の幅一定領域２Ａを覆っている側の端面位置以外の位置に段差４を設ける場合と比較して、ＴＭ偏光成分に対する等価屈折率変化を緩やかにし、ＴＭ偏光成分に対する損失を抑制できるため、段差量を大きくすることが可能となる。そして、段差量を大きくし、シリコン導波路コア２の幅テーパ領域２Ｂの膜厚（特に幅テーパ領域２Ｂの先端部の膜厚）を薄くすることで、よりＴＭ偏光成分の損失を抑制でき、より低偏光依存性を実現することができる。
【００６０】
例えば、セカンドコア３の幅一定領域２Ａを覆っている側の端面位置以外の位置に段差量約３０ｎｍ程度の段差４を設けた場合（図１参照）の分散シフトファイバに対する挿入損失は、ＴＭ偏光成分が約１．５ｄＢ程度、ＴＥ偏光成分が約１．１ｄＢであった。これに対し、セカンドコア３の幅一定領域２Ａを覆っている側の端面位置に段差量約５０ｎｍ程度の段差４を設けた場合（図１４参照）の分散シフトファイバに対する挿入損失は、ＴＭ偏光成分が約１．２ｄＢ程度、ＴＥ偏光成分が約１．３ｄＢであった。このように、セカンドコア３の幅一定領域２Ａを覆っている側の端面位置に段差４を設け、段差量を大きくし、シリコン導波路コア２の幅テーパ領域２Ｂの膜厚（特に幅テーパ領域２Ｂの先端部の膜厚）を薄くすることで、よりＴＭ偏光成分の損失を抑制でき、より低偏光依存性を実現することができた。
【００６１】
また、段差４は、チャネル構造シリコン導波路コアとリブ構造シリコン導波路コアとの境界位置に設けても良い。この場合、段差４は、シリコン導波路コア２の幅一定領域２Ａ、即ち、セカンドコア３の幅一定領域２Ａを覆っている側の端面位置以外の位置に設けられていることになる。つまり、上述の実施形態の具体例において、シリコン導波路コア２のチャネル構造部分２Ｘとリブ構造部分２Ｙとの境界部に段差形成箇所が一致するように、段差４を設けても良い。この場合、上述の実施形態の具体例の光スポットサイズ変換器の製造方法において、シリコン導波路コア２のリブ構造部分２Ｙから段差４を形成する箇所までを残したハードマスクパターン１０ＸＡ及びシリコン導波路コア２のリブ構造部分２Ｙを覆うレジストパターン１１を用いて、シリコン導波路コア２のチャネル構造部分２Ｘの幅一定領域２Ａの任意の箇所から幅テーパ領域２Ｂの先端部までのＳＯＩ層２０を約３０ｎｍ程度エッチングすることで、シリコン導波路コア２の幅一定領域２Ａに厚さ方向に約３０ｎｍ程度の段差４を設け、幅テーパ領域２Ｂの膜厚を約１９０ｎｍとする［図６（Ａ）、図６（Ｂ）参照］のに代えて、シリコン導波路コア２のリブ構造部分２Ｙのリブ部２ＹＢを覆う部分を残したハードマスクパターン１０ＸＢ［図２１（Ａ）、図２１（Ｂ）参照］及びシリコン導波路コア２のリブ構造部分２Ｙを覆うレジストパターン１１を用いて、シリコン導波路コア２のリブ構造部分２Ｙとチャネル構造部分２Ｘとの境界部から幅テーパ領域２Ｂの先端部までのＳＯＩ層２０を約３０ｎｍ程度エッチングすることで、シリコン導波路コア２のリブ構造部分２Ｙとチャネル構造部分２Ｘとの境界部に厚さ方向に約３０ｎｍ程度の段差４を設け、シリコン導波路コア２のチャネル構造部分２Ｘの幅一定領域２Ａ及び幅テーパ領域２Ｂの膜厚を約１９０ｎｍとすれば良い。なお、それ以外は上述の実施形態の具体例の場合と同様である。
【００６２】
ところで、上述の実施形態及びその具体例では、シリコン導波路コア２の幅一定領域２Ａの１箇所に段差４を設けているが、これに限られるものではなく、シリコン導波路コア２の幅一定領域２Ａの複数箇所に段差を設けても良い。
例えば、図２０（Ａ）〜図２０（Ｇ）に示すように、上述の実施形態の具体例の構成において、さらに、シリコン導波路コア２のチャネル構造部分２Ｘとリブ構造部分２Ｙとの境界位置に段差４Ｘを追加しても良い。この場合、セカンドコア３の幅一定領域２Ａを覆っている側の端面位置以外の位置に設けられている段差４（第１段差）、及び、シリコン導波路コア２のチャネル構造部分２Ｘ（チャネル構造シリコン導波路コア）とリブ構造部分２Ｙ（リブ構造シリコン導波路コア）との境界位置に設けられている段差４Ｘ（第２段差）の２つの段差が設けられることになる。なお、これを第２変形例という。
【００６３】
例えば、シリコン導波路コア２のチャネル構造部分２Ｘとリブ構造部分２Ｙとの境界位置に例えば約２０ｎｍの段差４Ｘを設けるとともに、シリコン導波路コア２のチャネル構造部分２Ｘの幅一定領域２Ａの１箇所に約３０ｎｍの段差４を設けることで、合計約５０ｎｍの段差を設けて、シリコン導波路コア２の幅テーパ領域２Ｂの膜厚を約１７０ｎｍとしても良い。これにより、上述のセカンドコア３の幅一定領域２Ａを覆っている側の端面位置に段差量約５０ｎｍの段差４を設けた場合（図１４参照）と同程度の効果が得られる。また、各段差の段差量を小さくして、段差を設けることによる損失の増加を抑えながら、上述の実施形態の具体例（図１参照）の構成に対して、シリコン導波路コア２の幅テーパ領域２Ｂの膜厚をより薄くすることで、よりＴＭ偏光成分の損失を抑制でき、より低偏光依存性を実現することができる。この場合、上述の実施形態の具体例の光スポットサイズ変換器の製造方法において、シリコン導波路コア２のリブ構造部分２Ｙから段差４を形成する箇所までを残したハードマスクパターン１０ＸＡ及びシリコン導波路コア２のリブ構造部分２Ｙを覆うレジストパターン１１を用いて、シリコン導波路コア２のチャネル構造部分２Ｘの幅一定領域２Ａの任意の箇所から幅テーパ領域２Ｂの先端部までのＳＯＩ層２０を約３０ｎｍ程度エッチングすることで、シリコン導波路コア２の幅一定領域２Ａに厚さ方向に約３０ｎｍ程度の段差４を設け、幅テーパ領域２Ｂの膜厚を約１９０ｎｍとする工程［図６（Ａ）、図６（Ｂ）参照］に代えて、シリコン導波路コア２のリブ構造部分２Ｙから段差４を形成する箇所までを残したハードマスクパターン１０ＸＡ及びシリコン導波路コア２のリブ構造部分２Ｙを覆うレジストパターン１１を用いて、シリコン導波路コア２のチャネル構造部分２Ｘの幅一定領域２Ａの任意の箇所から幅テーパ領域２Ｂの先端部までのＳＯＩ層２０を約３０ｎｍ程度エッチングし［図６（Ａ）、図６（Ｂ）参照］、さらに、図２１（Ａ）、図２１（Ｂ）に示すように、シリコン導波路コア２のリブ構造部分２Ｙのリブ部２ＹＢを覆う部分を残したハードマスクパターン１０ＸＢ及びシリコン導波路コア２のリブ構造部分２Ｙを覆うレジストパターン１１を用いて、シリコン導波路コア２のリブ構造部分２Ｙとチャネル構造部分２Ｘとの境界部から幅テーパ領域２Ｂの先端部までのＳＯＩ層２０を約２０ｎｍ程度エッチングすることで、シリコン導波路コア２の幅一定領域２Ａに厚さ方向に約３０ｎｍ程度の段差４を設けるとともに、シリコン導波路コア２のリブ構造部分２Ｙとチャネル構造部分２Ｘとの境界部に厚さ方向に約２０ｎｍ程度の段差４Ｘを設け、幅テーパ領域２Ｂの膜厚を約１７０ｎｍとすれば良い。このように、上述の実施形態の具体例のスポットサイズ変換器の製造方法に対して、エッチング工程を追加するだけで作製可能なため、簡便に段差形成箇所を追加することができ、容易に低偏光依存性を実現することができる。
【００６４】
また、例えば、上述のセカンドコア３の幅一定領域２Ａを覆っている側の端面位置に段差４を設けた場合（図１４参照）において、さらに、シリコン導波路コア２のチャネル構造部分２Ｘとリブ構造部分２Ｙとの境界位置に段差を追加しても良い。この場合、セカンドコア２の幅一定領域２Ａを覆っている側の端面位置に設けられている段差（第３段差）、及び、シリコン導波路コア２のチャネル構造部分２Ｘ（チャネル構造シリコン導波路コア）とリブ構造部分２Ｙ（リブ構造シリコン導波路コア）との境界位置に設けられている段差（第４段差）の２つの段差が設けられることになる。この場合、前工程で形成しているマスクパターンを利用して作製可能であるため、低コスト化が可能である。
【００６５】
このように、複数箇所に段差を設けることで、各段差の段差量を小さくしながら、シリコン導波路コア２の幅テーパ領域２Ｂの膜厚を薄くすることができる。そして、シリコン導波路コア２の幅テーパ領域２Ｂの膜厚を薄くするほど、シリコン導波路コア２の幅テーパ領域２Ｂの先端幅の条件は緩くなるため、作製が容易になり、より精度良く作製することが可能となる。
【００６６】
ところで、上述の実施形態及び変形例では、段差４、４Ｘを形成するためのＳＯＩ層２０の薄膜化を、シリコン導波路コア２の幅一定領域２Ａ及び幅テーパ領域２Ｂを形成した後に行なっているが、これに限定されるものではない。例えば、全体的にＳＯＩ層をエッチングして薄膜化して段差を形成した後に、シリコン導波路コアの幅一定領域及び幅テーパ領域を形成するようにしても良い。また、例えば、全体的にＳＯＩ層をエッチングして薄膜化して１つ目の段差を形成した後に、シリコン導波路コアの幅一定領域及び幅テーパ領域を形成し、その後、２つ目の段差を形成するためのＳＯＩ層の薄膜化を行なうようにしても良い。
【００６７】
また、上述の実施形態及び変形例において、段差４、４Ｘが設けられている箇所での反射等を抑制するために、段差４、４Ｘを、シリコン導波路コア２の幅一定領域２Ａが延びる方向に直交する方向に対して斜めに設けるのも好ましい。例えば、図２２に示すように、上述の実施形態及びその具体例のものに対して、段差４を、シリコン導波路コア２の幅一定領域２Ａが延びる方向に直交する方向に対して斜めに設けるのも好ましい。なお、これを第３変形例という。また、セカンドコア３の幅一定領域２Ａを覆っている側の端面位置での反射等を抑制するために、セカンドコア３の端面を、シリコン導波路コア２の幅一定領域２Ａが延びる方向に直交する方向に対して斜めに設けるのも好ましい。
【００６８】
また、上述の実施形態及び変形例では、セカンドコア３の材料としてＳｉＯＸを用いているが、これに限定されるものではない。例えば、セカンドコア３の材料としては、ＳｉＯＮ（酸窒化シリコン）などの他のシリコン化合物又はポリマを用いても良い。つまり、セカンドコア３は、ＳｉＯＸ、ＳｉＯＮなどのシリコン化合物を用いたシリコン化合物導波路コアであっても良いし、ポリマを用いたポリマ導波路コアであっても良い。但し、例えば、セカンドコア３の材料としてＳｉＯＮを用いる場合には、Ｎ−Ｈ基による吸収損失が生じるため、セカンドコア３の長さを極力短くするのが好ましい。
【００６９】
また、上述の実施形態及び変形例のスポットサイズ変換器のセカンドコア側の端面に、分散シフトファイバ又はシングルモードファイバを接続することで、光装置を構成することもできる。この場合、光装置は、上述の実施形態及び変形例のスポットサイズ変換器１と、スポットサイズ変換器１のセカンドコア側の端面に接続された分散シフトファイバ又はシングルモードファイバとを備えるものとなる。例えば、上述の実施形態及び変形例のスポットサイズ変換器１のセカンドコア側の端面に、例えば接着剤等によって、分散シフトファイバ又はシングルモードファイバを接合することで、光装置を構成することができる。このような光装置としては、例えば光送信器、光受信器、光送受信器、光源などがある。
【００７０】
以下、上述の実施形態及び変形例に関し、更に、付記を開示する。
（付記１）
一定の幅を有する幅一定領域と、前記幅一定領域に連なり、終端部へ向けて幅が狭くなる幅テーパ領域とを備える第１シリコン導波路コアと、
少なくとも前記幅テーパ領域を覆って前記第１シリコン導波路コアに連なる第２導波路コアとを備え、
前記第１シリコン導波路コアは、前記幅一定領域に厚さ方向の段差を有することを特徴とするスポットサイズ変換器。
【００７１】
（付記２）
前記第２導波路コアは、前記幅一定領域を部分的に覆っており、
前記段差は、前記第２導波路コアの前記幅一定領域を覆っている側の端面位置に設けられていることを特徴とする、付記１に記載のスポットサイズ変換器。
（付記３）
前記第１シリコン導波路コアは、チャネル構造シリコン導波路コアであり、
前記幅一定領域を挟んで前記幅テーパ領域の反対側に連なるリブ構造シリコン導波路コアをさらに備え、
前記段差は、前記チャネル構造シリコン導波路コアと前記リブ構造シリコン導波路コアとの境界位置に設けられていることを特徴とする、付記１に記載のスポットサイズ変換器。
【００７２】
（付記４）
前記第２導波路コアは、前記幅一定領域を部分的に覆っており、
前記第１シリコン導波路コアは、チャネル構造シリコン導波路コアであり、
前記幅一定領域を挟んで前記幅テーパ領域の反対側に連なるリブ構造シリコン導波路コアをさらに備え、
前記段差は、前記第２導波路コアの前記幅一定領域を覆っている側の端面位置以外の位置に設けられている第１段差、及び、前記チャネル構造シリコン導波路コアと前記リブ構造シリコン導波路コアとの境界位置に設けられている第２段差であることを特徴とする、付記１に記載のスポットサイズ変換器。
【００７３】
（付記５）
前記第２導波路コアは、前記幅一定領域を部分的に覆っており、
前記第１シリコン導波路コアは、チャネル構造シリコン導波路コアであり、
前記幅一定領域を挟んで前記幅テーパ領域の反対側に連なるリブ構造シリコン導波路コアをさらに備え、
前記段差は、前記第２導波路コアの前記幅一定領域を覆っている側の端面位置に設けられている第３段差、及び、前記チャネル構造シリコン導波路コアと前記リブ構造シリコン導波路コアとの境界位置に設けられている第４段差であることを特徴とする、付記１に記載のスポットサイズ変換器。
【００７４】
（付記６）
前記段差は、前記幅一定領域の複数箇所に設けられていることを特徴とする、付記１に記載のスポットサイズ変換器。
（付記７）
前記段差は、前記幅一定領域が延びる方向に直交する方向に対して斜めに設けられていることを特徴とする、付記１〜６のいずれか１項に記載のスポットサイズ変換器。
【００７５】
（付記８）
付記１〜７のいずれか１項に記載のスポットサイズ変換器と、
前記スポットサイズ変換器の前記第２導波路コア側の端面に接続された分散シフトファイバ又はシングルモードファイバとを備えることを特徴とする光装置。
【符号の説明】
【００７６】
１  スポットサイズ変換器
２  シリコン導波路コア（第１シリコン導波路コア）
２Ａ  幅一定領域
２Ｂ  幅テーパ領域
２Ｘ  チャネル構造部分
２Ｙ  リブ構造部分
２ＹＡ  スラブ部
２ＹＢ  リブ部
３  セカンドコア（第２導波路コア）
４，４Ｘ  段差
５  ＳｉＯ２下部クラッド層
６  ＳｉＯ２上部クラッド層
１０  ＳｉＯ２膜
１０Ｘ，１０ＸＡ，１０ＸＢ  ハードマスクパターン
１１  レジストパターン
１２，１３  ＳｉＯ２膜
２０  ＳＯＩ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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２２】
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【図５】
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【図６】
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【図２１】
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