(57)【要約】【課題】温度変化の影響を受けず、曲がり半径を小さくしても光損失を低減できること。【解決手段】光導波路１００は、基板１０１上に第２の不純物を拡散させて屈折率が大きい第２の拡散領域（１０２）を形成してなる。この光導波路１００の第２の拡散領域（１０２）の曲がり部の外側に、第２の拡散領域（１０２）に沿って基板１０１に形成した溝１０５と、溝１０５の底部１０５ａから第１の不純物を用いて拡散され、基板１０１の屈折率を小さくした第１の拡散領域（１０７）と、を備える。【選択図】図２
2008026374.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に第２の不純物を拡散させて屈折率が大きい第２の拡散領域を形成してなる曲がり部の光導波路において、
前記第２の拡散領域の曲がり部の外側に、当該第２の拡散領域に沿って前記基板に形成した溝と、
前記溝の底部から第１の不純物を用いて拡散させることにより前記基板の屈折率を小さくした第１の拡散領域と、
を備えることを特徴とする光導波路。
【請求項２】
基板上に第２の不純物を拡散させて屈折率が大きい第２の拡散領域を形成してなる曲がり部の光導波路において、
前記第２の拡散領域の曲がり部の外側に、当該第２の拡散領域に沿って前記基板に形成した溝と、
前記溝の側面から第１の不純物を用いて拡散させることにより前記基板の屈折率を小さくした第１の拡散領域と、
を備えることを特徴とする光導波路。
【請求項３】
前記第２の拡散領域は、曲率半径が２．５ｍｍ以下を有して曲がって形成されることを特徴とする請求項１または２に記載の光導波路。
【請求項４】
前記第２の不純物がチタン（Ｔｉ）であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の光導波路。
【請求項５】
前記第１の不純物が酸化マグネシウム（ＭｇＯ）であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の光導波路。
【請求項６】
前記基板上における前記第１の不純物の第１の拡散領域の形状は、前記第２の不純物の第２の拡散領域の曲がり部の開始位置および終了位置の部分が最も離れており、当該第２の拡散領域の内部につれて徐々に接近して形成されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の光導波路。
【請求項７】
前記第２の不純物の第２の拡散領域の曲がり部の内側に沿って前記基板に形成した溝をさらに備え、
前記第２の不純物の第２の拡散領域は、前記基板の一対の溝の間の凸状のリッジ部に形成されることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載の光導波路。
【請求項８】
基板上に第２の不純物を拡散させて屈折率が大きい第２の拡散領域を形成してなる曲がり部の光導波路において、
前記第２の拡散領域の曲がり部の外側に、当該第２の拡散領域に沿って前記基板に形成した溝と、
前記溝の底部から第１の不純物を用いて拡散させることにより前記基板の屈折率を小さくした第１の拡散領域と、
前記第２の拡散領域の上部に当該第２の拡散領域に沿って配置された信号電極と、
を備えたことを特徴とする光デバイス。
【請求項９】
基板上に、光が進行する光導波路として機能させるために屈折率を大きくする第２の不純物の金属膜Ａを、曲がり部を有してパターン形成する第１のパターン形成工程と、
前記金属膜Ａを用いて形成されたパターンの曲がり部の外側に、当該金属膜Ａに沿って前記基板に溝を形成する溝形成工程と、
屈折率を小さくする第１の不純物の金属膜Ｂを前記溝の底部にパターン形成する第２のパターン形成工程と、
前記第２の不純物の金属膜Ａ、および前記第１の不純物の金属膜Ｂに対して同時に熱を加え、前記基板の内部に金属膜Ａを拡散させた第２の拡散領域と、金属膜Ｂを拡散させた第１の拡散領域とを形成する拡散領域形成工程と、
を含むことを特徴とする光導波路の製造方法。
【請求項１０】
基板上に、光が進行する光導波路として機能させるために屈折率を大きくする第２の不純物の金属膜Ａを、曲がり部を有してパターン形成する第１のパターン形成工程と、
前記金属膜Ａを用いて形成されたパターンの曲がり部の外側に、当該金属膜Ａに沿って前記基板に溝を形成する溝形成工程と、
屈折率を小さくする第１の不純物の金属膜Ｂを前記溝の側面にパターン形成する第２のパターン形成工程と、
前記第２の不純物の金属膜Ａ、および前記第１の不純物の金属膜Ｂに対して同時に熱を加え、前記基板の内部に金属膜Ａを拡散させた第２の拡散領域と、金属膜Ｂを拡散させた第１の拡散領域とを形成する拡散領域形成工程と、
を含むことを特徴とする光導波路の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、光通信における光変調器等に用いられる光導波路にかかり、特に、曲げ部分における光損失を低減できる光導波路、光デバイスおよび光導波路の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
光変調器等に用いられる光導波路は、ＬＮ基板（ニオブ酸リチウム：ＬｉＮｂＯ3）や、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ2）基板などの誘電体基板（電気光学結晶）を用い、基板上の一部にチタン（Ｔｉ）等の金属膜を形成し熱拡散させる、あるいはパターニング後に安息香酸中でプロトン交換するなどして形成される。この後、光導波路近傍に電極を設け、電圧を与えることにより光の変調が行える。導波路中を伝搬する光は電極によって吸収されやすく、これを防ぐために、ＬＮ基板と電極の間にバッファ層が設けられる。バッファ層としては、厚さ０．２〜１μｍの酸化シリコン（ＳｉＯ2）が用いられる。
【０００３】
光変調器を小型化したり、２つ以上の光変調器を多段に接続する場合、あるいは一つのチップの中で長い光導波路を形成する際には、直線状の光導波路と曲がりの光導波路とを組み合わせて用いるようになっている。光導波路を曲げることにより、直線状の光導波路を折り曲げて形成でき、小型化できるようになる。
【０００４】
図１０−１は、従来の曲がり導波路を示す平面図、図１０−２は、従来の曲がり導波路を示す側断面図である。曲がり部の基板（ＬＮ基板）５００には、曲率半径Ｒを有して曲がる光導波路５０２が形成されている。基板５００上からＴｉ等の不純物を拡散して光導波路５０２を形成するが、光導波路５０２の曲がり部は損失が大きいため、この曲がり部の基板５００には、光導波路５０２の外側（アウト側）に溝５０５を形成し、放射による光損失を抑える構成となっている。５０３は基板５００上に形成されるバッファ層である。
【０００５】
このように溝５０５を設ける構成としても損失はゼロにすることはできず、光導波路５０２の曲率半径Ｒが小さいほど損失が大きくなり無視できなくなる。このような放射の光損失は、光導波路５０２への光の閉じ込めを強めることで低減できる。
【０００６】
図１１は、従来の光の閉じ込めを強くした光導波路を示す図である。基板６００上に形成した凸形状（リッジ型）の光導波路６０１の下（図示の例）や、光導波路６０１のまわりに（不図示）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）などの低屈折率の不純物を拡散させた不純物拡散層６０２を形成して屈折率を下げた構成となっている（たとえば、下記特許文献１参照。）。このような構成によれば、光導波路６０１がコアとなり、不純物拡散層６０２がクラッドとなる機能が得られ、コア−クラッド間の大きな屈折率差によって光導波路６０１内への光の閉じ込めを強くでき、損失を低減させることができる。このほか、光導波路の曲がり部の外側に、この光導波路の曲がり部に沿って低屈折率の不純物の拡散層を設けた構成（たとえば、下記特許文献２参照。）、光導波路間に低屈折率の不純物の拡散層を設けた構成（たとえば、下記特許文献３参照。）等がある。
【０００７】
【特許文献１】特開平０１−２０１６０９号公報
【特許文献２】特開昭６３−１５７１０９号公報
【特許文献３】特開平０３−１４８６２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１（図１１）に示した従来の技術は、直線状の光導波路に関するものであり、仮に図１１に示した構成を曲がり導波路に適用しただけでは曲がり部における放射の光損失が増加する問題を生じる。具体的には、製造工程中において、光導波路６０１の両側部に凹状の溝を形成することにより、光導波路６０１部分が凸形状となるリッジ部が形成される。この際の溝は、基板６００をエッチングして形成できるが、エッチングのパターンが光導波路６０１の曲がり状態とずれた場合（パターンずれが発生した場合）などには、曲がり部の光導波路６０１の内側（イン側）に位置する低屈折率の不純物（ＭｇＯ）が光のモードを外側（アウト側）に押し出し、放射の光損失が増加するという問題が生じる。
【０００９】
また、特許文献１の構成のように、低屈折率の不純物（ＭｇＯ）が基板の表面全面に形成され、パターンの幅が広い場合には、Ｔｉが拡散しづらくなって光の損失が増加したり、あるいは温度変化により、この不純物（ＭｇＯ）に応力が発生することによる特性の変動、例えば、光変調器の動作点電圧（バイアス電圧）の安定性が悪くなる等の問題が生じる。
【００１０】
さらに、特許文献２、３に記載された技術において、ＴｉのパターンとＭｇＯのパターンが重なると、重なった部分の拡散が進まず不透明になって、損失がかえって増加する問題が生じる。
【００１１】
この発明は、上述した従来技術による問題点を解消するため、温度変化の影響を受けず、曲がり半径を小さくしても光損失を低減できる光導波路、光デバイスおよび光導波路の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上述した課題を解決し、目的を達成するため、この発明にかかる光導波路は、基板上に第２の不純物を拡散させて屈折率が大きい第２の拡散領域を形成してなる曲がり部の光導波路において、前記第２の拡散領域の曲がり部の外側に、当該第２の拡散領域に沿って前記基板に形成した溝と、前記溝の底部から第１の不純物を用いて拡散させることにより前記基板の屈折率を小さくした第１の拡散領域と、を備えることを特徴とする。
【００１３】
上記構成によれば、光が進行する光導波路となる第２の拡散領域の曲がり部の外側に形成した溝の底部や側面から第１の不純物を拡散させた第１の拡散領域を設けて曲がり部の基板の屈折率を小さくし、曲がり部の第２の拡散領域内に光を閉じ込める。これにより、小さい半径で、かつ損失の小さい曲がり導波路を実現できる。また、第２の拡散領域は、曲がり部に沿った溝に部分的に設けるため、温度変化があっても第２の拡散領域に応力が生じず、特性を安定化できる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、光導波路に曲がり部を形成し、この曲がり部の曲率を小さくした場合であっても、光損失を抑え、光導波路およびこの光導波路を用いた光デバイスの小型化を図ることができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下に添付図面を参照して、この発明にかかる光導波路、光デバイスおよび光導波路の製造方法の好適な実施の形態を詳細に説明する。この発明の光導波路は、光導波路の曲がり部の外側や下部の基板の屈折率を小さくし、光導波路内に光を閉じ込める構成を特徴の一つとする。具体的には、光導波路の曲がり部の外側に形成した溝の底部(たとえば底の部分あるいは底面などを含む)や側面から不純物を拡散させ、この曲がり部の基板の屈折率を小さくする。
【００１６】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１による光導波路の構成を示す平面図、図２は、図１のＡ−Ａ線側断面図である。図１の光導波路１００は、従来技術同様に、光導波路が曲率半径Ｒで曲がった曲がり部分を示している。基板１０１には、Ｔｉ等の第２の不純物（不純物２）を拡散させた第２の拡散領域が形成されている。この第２の拡散領域は光が進行する光導波路１０２として機能する。基板１０１は、光導波路１０２部分の屈折率が上がる（屈折率が大きい）。この光導波路１０２は、所定のパターン幅を有する線状に形成され、たとえば、このパターン幅は３〜１０μｍである。
【００１７】
この光導波路１０２が曲がる方向の外側には、光導波路１０２の曲がりに沿った形でエッチング等により形成された溝１０５が設けられている。基板１０１としては、誘電体基板としてｚ−ｃｕｔのＬＮ（ＬｉＮｂＯ3）基板等が用いられる。
【００１８】
溝１０５に沿って、この溝１０５の底部１０５ａあるいは側面１０５ｂには、ＭｇＯ等の第１の不純物（不純物１）を拡散させた第１の拡散領域（拡散領域１）１０７を設け、基板１０１の屈折率を下げる（屈折率が小さい）。図２に示す例では、第１の拡散領域１０７は、溝１０５の底部１０５ａから溝１０５の側面１０５ｂ（光導波路１０２の下部）の一部の領域に形成されている。このように、溝１０５の底部１０５ａから光導波路１０２の下部にかけて第１の不純物を拡散させると、基板１０１の上下方向への光の閉じ込めを強くでき、放射による光損失を低減することができる。
【００１９】
図１に示すように、溝１０５の形状は、光導波路１０２の曲がり部に沿って略半円状に形成されるが、この溝１０５の端部１０５ｃは、曲がりの開始位置（および終了位置）から離れる（直線部に向かう）にしたがい、光導波路１０２の直線部から徐々に外側に離れるように形成している。この溝１０５に形成されている第１の不純物の第１の拡散領域１０７は、溝１０５に沿った同じパターン形状であるため、この第１の不純物の第１の拡散領域（拡散領域１）１０７の形状は、第２の不純物の第２の拡散領域（拡散領域２、光導波路１０２）に対して、直線部から徐々に外側に離れるように形成される。なお、第１の不純物の第１の拡散領域１０７について、溝１０５の端部１０５ｃ側（直線部）から見れば、曲がり部の開始位置（および終了位置）から曲がり部の内部（曲がり部の中央に向かう）にしたがい、徐々に第２の不純物の第２の拡散領域（光導波路１０２）に接近するように形成されている。
【００２０】
これにより、屈折率のプロファイルが少しずつ変化するため、曲がり部での損失を抑えた変換（直線部と曲がり部の変換）が行え、光導波路１０２の直線部と曲がり部の結合部分での結合損（光損失）を低減させることができる。
【００２１】
光導波路１０２が形成された基板１０１の表面全体には、低屈折率のバッファ層１１０が形成される。このバッファ層１１０は、赤外光に対して透明であり、かつ、基板１０１の材料よりも低屈折率の絶縁材料、たとえば、ＳｉＯ2（屈折率１．５）などを用いる。バッファ層１１０は、図示のように、溝１０５の形状に応じて光導波路１０２の側面にも形成される。このバッファ層１１０の上には図示しない電極が形成され、光変調器や光スイッチ等の各種の光デバイスとして用いられる（詳細は後述する）。
【００２２】
図３は、本発明の実施の形態１による他の光導波路の構成を示す側断面図である。図３に示す構成は、溝１０５の底部１０５ａに限らず、側面１０５ｂの全面についても第１の不純物の第１の拡散領域１０７を設けている。Ｔｉ等の第２の不純物を拡散させた領域（光導波路１０２）の側部の全面に第１の不純物の第１の拡散領域１０７を設けることにより、光導波路１０２における左右方向の光の閉じ込めを強くでき、溝１０５の側面１０５ｂが粗い状態のときに生じる散乱の光損失についても低減できるようになる。
【００２３】
（実施の形態２）
図４は、本発明の実施の形態２による光導波路の構成を示す平面図、図５は、図４のＢ−Ｂ線断面図である。上述した実施の形態１（図１、図２参照）と同一の構成部には同一の符号を附してある。実施の形態１の構成との違いは、光導波路１０２の曲がり部の両側（内側および外側）にエッチング等による溝１０５をそれぞれ形成したことである。一対の溝１０５，１０５によって、この溝１０５，１０５の間に凸状のリッジ部１０６が形成され、このリッジ部１０６に光導波路１０２が位置する。
【００２４】
実施の形態２においても、基板１０１上には、全面にバッファ層１１０が設けられる。この際、リッジ部１０６の上面のバッファ層１１０上に、図示しない電極を設けることにより、光変調器や光スイッチとして構成することができる（詳細は後述する）。このような、リッジ部１０６上に電極を設けた構成によれば、電極に印加する電界の印加効率を改善できる。
【００２５】
そして、図４および図５に示すように、リッジ部１０６に光導波路１０２を形成した構成においても、この光導波路１０２の曲がり部の外側に設けられた溝１０５の底部１０５ａ部分に、第１の不純物の第１の拡散領域１０７を設ける。これにより、リッジ部１０６を設けた光導波路１０２の曲がり部での放射による光損失を低減することができるようになる。
【００２６】
図６は、本発明の実施の形態２による他の光導波路の構成を示す側断面図である。図６に示す構成は、溝１０５の底部１０５ａだけに限らず、側面１０５ｂの全面にも第１の不純物の第１の拡散領域１０７を設けている。この溝１０５の側面１０５ｂは、リッジ部１０６の曲がり部の外側に位置する側面である。溝１０５で見れば溝１０５の曲がり部の内側に位置する側面である。このように、Ｔｉ等の第２の不純物を拡散させた領域（光導波路１０２）の側部（リッジ部１０６の外側に位置する溝１０５の側面１０５ｂ）の全面に、第１の不純物の第１の拡散領域１０７を設けることにより、光導波路１０２における左右方向の光の閉じ込めを強くでき、溝１０５の側面１０５ｂが粗い状態のときに生じる散乱の光損失についても低減できるようになる。
【００２７】
以上説明した実施の形態１、２の構成において、曲がり部の光損失が顕著になるのは曲率半径Ｒが小さい場合、たとえば、２．５ｍｍ以下の場合であるため、曲率半径が２．５ｍｍ以下となった光導波路１０２の曲がりの部分のみに溝１０５および第１の不純物の第１の拡散領域１０７を形成すればよい。
【００２８】
また、光が進行するコアとして機能する光導波路１０２は、上述したようなＴｉ等の第２の不純物を拡散させて形成するに限らず、プロトン交換でも形成することができる。光導波路１０２は、光の閉じ込めを強くするために、その幅は３〜１０μｍとする。また、ＭｇＯ等の第１の不純物の第１の拡散領域１０７のパターン（図１および図４における幅）は、狭すぎると効果が十分に得られず、広すぎると応力が発生して光導波路１０２の特性が不安定になる。したがって、第１の不純物の第１の拡散領域１０７のパターンの幅は、５〜２０μｍとする。
【００２９】
ところで、第２の不純物を拡散させた光導波路１０２のパターンと、第１の不純物の第１の拡散領域１０７のパターンとが重なると、その部分の拡散が進まず不透明になって、逆に光損失が増加する。これを防ぐためには、マスク合わせのずれを考慮して、第２の不純物を拡散させた光導波路１０２のパターンと、第１の不純物の第１の拡散領域１０７のパターンの間（図６の隙間Ｌ）に、１μｍ以上の隙間を空けて形成することが望ましい。また、溝１０５の深さは、光のモードフィールド径が５μｍ程度であるため、基板表面からの深さが５μｍ以上であることが望ましい。
【００３０】
第１の不純物と第２の不純物は、後述するように同時に拡散される。この拡散後、溝１０５の側面にＳｉＯ2等、赤外光に対して透明でかつ基板１０１よりも屈折率の低い絶縁膜（バッファ層１１０が形成される。このバッファ層１１０を設けることにより、溝１０５の側面１０５ｂが粗い状態のときに生じる散乱の光損失を、さらに低減できるようになる。
【００３１】
次に、図７は、この発明による光導波路の製造工程を説明する図である。実施の形態２（図４および図５参照）に示したリッジ部１０６を形成する場合の製造工程を例に説明する。はじめに、（ａ）ＬＮ基板等の基板１０１の表面に、Ｔｉなどの第２の不純物の金属膜Ａをパターンにより製膜する。この際、第２の不純物は、曲率半径Ｒで曲がった曲がり部分を有して形成される（図４参照）。次に、（ｂ）マスク等を用いて基板１０１をエッチングし、金属膜Ａの両側部にそれぞれ溝１０５を形成する（相対的にリッジ部１０６が凸状に形成される）。この溝１０５は、金属膜Ａの曲がり部分に沿って、この曲がり部分の両側部にそれぞれ形成される。
【００３２】
この後、（ｃ）曲がり部を有して形成されたリッジ部１０６の曲がり部の外側の溝１０５部分に、この曲がりに沿ったマスク等を用いて、ＭｇＯ等の第１の不純物の金属膜Ｂをパターンにより製膜する。この際、金属膜Ｂが溝１０５の側面１０５ｂに接するように製膜する。側面１０５ｂは、リッジ部１０６の側面でもある。
【００３３】
次に、（ｄ）第２の不純物の金属膜Ａ、および第１の不純物の金属膜Ｂを高温中で拡散させる。この際の温度は、各金属膜Ａ，Ｂが拡散可能な所定温度（たとえば、金属膜ＡのＴｉが拡散可能な１０００度）とする。これにより、リッジ部１０６の上部には、金属膜Ａの第２の拡散領域（光導波路１０２）が形成されるとともに、リッジ部１０６の曲がり部の外側の溝１０５には、金属膜Ｂを拡散させた第１の拡散領域（拡散領域１）１０７が形成される。この際、第２の不純物の金属膜Ａは、リッジ部１０６の上部から下部方向に拡散される。また、第１の不純物の金属膜Ｂは、溝１０５の底部１０５ａから下部方向へ拡散されるとともに、溝１０５の側面１０５ｂからリッジ部１０６の下部位置の内部方向（図中横方向）へも拡散される。ところで、上記（ｃ）にて説明したように、第１の不純物の金属膜Ｂの形成位置は、リッジ部１０６の上部位置であり、第２の不純物の金属膜Ａの形成位置は、溝１０５の底部１０５ａの位置であり互いに離れているため、この（ｄ）の拡散後において、これら金属膜Ａ，Ｂ同士が互いに混じるおそれがない。
【００３４】
この後、（ｅ）基板１０１の表面上からＳｉＯ2等の低屈折率の膜によるバッファ層１１０を形成する。バッファ層１１０は、溝１０５の底部１０５ａおよび側面１０５ｂ、リッジ部１０６についても連続して形成される。
【００３５】
また、実施の形態１の如く、リッジ部１０６を設けない場合には、上記工程（ｂ）において、光導波路１０２の曲がり部の外側にだけ溝１０５を形成すればよい。
【００３６】
上記の製造方法によれば、実施の形態２の図５に相当する第１の拡散領域１０７が形成される。また、工程（ｃ）において、ＭｇＯ等の第１の不純物の金属膜Ｂを溝１０５の側面１０５ｂ全体にパターンで製膜したときには、図６に相当する第１の拡散領域１０７を形成することができる。
【００３７】
上記製造方法に限らず、他の製造方法としては、１．Ｔｉ等の第２の不純物のパターン形成後、２．この第２の不純物を拡散させてから、３．エッチングで溝１０５を形成し、４．その後、溝１０５にＭｇＯ等の第１の不純物をパターン形成し、５．第１の不純物を拡散させ、６．バッファ層１１０を形成する製造方法が考えられる。この場合の工程数は６となり、図７に示した工程数５に比して工程数が増える。特に、２．第２の不純物の拡散工程と、５．第１の不純物の拡散工程がそれぞれ独立した工程として必要になり工程数が増えるとともに、５．第１の不純物の拡散工程では、２．第２の不純物としてのＴｉ等が拡散しない低めの温度としなければならず、第１の不純物の第１の拡散領域１０７が広がらない。
【００３８】
さらに、他の製造方法としては、１．Ｔｉ等の第２の不純物のパターン形成後、２．第２の不純物の側部にＭｇＯ等の第１の不純物をパターン形成し、３．これら第１、第２の不純物を同時に拡散させ、４．エッチングで溝１０５を形成し、５．バッファ層１１０を形成する製造方法が考えられる。この場合、３．の拡散工程では、第１、第２の不純物を同時に拡散させることができ工程数を５にできるが、拡散後に４．溝１０５を形成するため、第１の不純物の第１の拡散領域１０７をエッチング等で削ることになり、第１の不純物の第１の拡散領域１０７を大きく取れない。同時に、基板１０１の同一面上から第１、第２の不純物が同時に拡散されるため、これら第１、第２の不純物が互いに混じるおそれも生じる。たとえば、第１の不純物の第１の拡散領域１０７を基板１０１の底部方向に大きく取るために第１の不純物の金属膜Ｂを厚く形成した場合、第２の不純物の第２の拡散領域（光導波路１０２）に混じるおそれが高くなる。さらに、３．の拡散工程では、基板１０１の上面から第１、第２の不純物がいずれも基板の底部方向に拡散されるため、第１の不純物の第１の拡散領域１０７は、第２の不純物の第２の拡散領域（光導波路１０２）の側部にしか位置せず、第１の不純物の第１の拡散領域１０７を、第２の不純物の第２の拡散領域（光導波路１０２）の下部に位置させることができない。
【００３９】
この点、図７を用いて説明した製造方法によれば、第１の不純物の金属膜Ｂと、第２の不純物の金属膜Ａとを同時に１回の工程で拡散させることができ、工程数は（ａ）〜（ｅ）の５に削減できる。また、第１の不純物の金属膜Ｂは、溝１０５からリッジ部１０６の下部の位置にて横方向に所定量入り込む如く形成できる。すなわち、第２の不純物を拡散させてなる光導波路１０２の下部位置に第１の不純物の第１の拡散領域１０７が位置するよう形成できる。これにより、溝１０５の底部１０５ａに形成された第１の不純物の第１の拡散領域１０７は、光導波路１０２の曲がり部における光の上下方向への光の閉じ込めを強くし、光導波路１０２の曲がり部における放射の光損失を低減できるようになる。また、溝１０５の側部１０５ｂに形成された第１の不純物の第１の拡散領域１０７は、基板１０１の横方向への光の閉じ込めを強くし、側面１０５ｂの面が粗い状態のときに生じる散乱の光損失についても低減できるようになる。
【００４０】
ところで、図７を用いて説明した製造方法のうち、上記（ｄ）の工程は、熱拡散させて形成するに代えて安息香酸中でプロトン交換させることにより形成することもできる。この場合、工程（ｄ）より以前の工程にて、第１の不純物の金属膜Ｂを熱により拡散させ、第１の拡散領域１０７を形成しておく。この後、工程（ｄ）において、プロトン交換によって第２の拡散領域を形成する手順となる。
【００４１】
図８は、本発明による光導波路の特性を示す図である。横軸は曲率半径Ｒ［ｍｍ］、縦軸は曲がり損失（曲がり部での光損失）［ｄＢ］である。図８に示すように、上述した本発明の「第１の不純物（不純物１）あり」の構成によれば、「第１の不純物（不純物１）なし」の従来構成に比べて、曲率半径２．５ｍｍ程度以下の全域に渡り損失を低減させることができ、半径１ｍｍでは従来に比べて、２ｄＢの低減が得られる。このように、本発明は、曲率半径が小さい程、光導波路１０２の曲がり部における光損失を低減できる効果を有している。
【００４２】
（実施の形態３）
実施の形態３では、実施の形態１、２により説明した光導波路を光デバイスに適用した具体例について説明する。光デバイスとしては、光変調器や光スイッチがある。図９は、本発明の実施の形態３による光変調器を示す図である。この図９は、マッハツェンダ干渉型の光変調器であり、光導波路の一部に曲がり部を形成したものである。
【００４３】
図９に示す光変調器２００の基板１０１上には、信号ライン２１２と、信号電極２１２ａ，２１２ｂと、接地電極２１３が形成されている。信号ライン２１２は、位相差の生成に必要な所定の作用長（Ｌ０）を満たす長さを有し、一部が略Ｕ字型に折り曲げられた曲がり部を有している。光導波路１０２は、信号ライン２１２に沿って配置され、信号ライン２１２に対して重なる部分に分岐部１０２ｃ，１０２ｄが形成され、これら分岐部１０２ｃ，１０２ｄ間に光導波路１０２が２つ平行に配置されてなる。この光導波路１０２は、実施の形態１、２において説明した曲がり部１０２Ａと、直線部１０２Ｂとを有しており、これら曲がり部１０２Ａと、直線部１０２Ｂが光とマイクロ波の相互作用部となる。
【００４４】
そして、光導波路１０２のうち、少なくとも曲がり部１０２Ａ部分には、実施の形態１、２で説明した溝１０５（不図示）と、第１の不純物の第１の拡散領域１０７を設けることにより、曲がり部１０２Ａ部分の光導波路１０２内への光の閉じ込めが行え、曲がり部１０２Ａでの光損失を低減できるようになる。この際、上述したように、溝１０５の底部から第１の不純物の第１の拡散領域１０７を形成させると放射の光損失を低減でき、溝１０５の側面から第１の不純物の第１の拡散領域１０７を形成させると散乱の光損失を低減できる。加えて、このような光変調器２００によれば、光導波路１０２を１８０度折り返した曲がり部１０２Ａを設けることにより、図９の横方向に示す長さを短くすることができ、光変調器２００の小型化を図ることができる。
【００４５】
また、この第１の不純物の第１の拡散領域１０７は、光導波路１０２の側部に形成される溝部１０５の側面１０５ｂにも形成されるため、光損失の増加を抑えることができるようになる。
【００４６】
実施の形態３において説明した光デバイスの光導波路１０２は、１箇所で１８０度折り返した略Ｕ字型の構成を例に説明した。図９に示したように、光導波路１０２に１箇所の折り返しを設けた場合には、光導波路１０２の光入力部と光出力部は、光デバイスの同一側面に配置される。光導波路１０２は、２箇所で折り返しを行う略Ｓ字型の構成としたり、３箇所以上の折り返しを行う構成も考えられる。光導波路１０２の折り返し回数を増やすことにより、作用長（Ｌ０）を長く設定することができ、位相差の可変領域を増やすことができるようになる。偶数回の折り返し時においては、光導波路１０２の光入力部と、光出力部は、光デバイスの異なる側面にそれぞれ配置されることになる。
【００４７】
ところで、実施の形態３では、マッハツェンダ干渉型の光変調器２００について説明したが、このほかに、位相変調器についても上記光導波路１０２を適用することができる。位相変調器は、上記の光変調器２００の構成と比較して、分岐部を設けず１本の光導波路１０２で構成した点のみが異なる。このような位相変調器に設けられる光導波路１０２についても、上述した曲がり部１０２Ａ部分に第１の不純物の第１の拡散領域１０７を設けることにより、光損失を抑え、小型化を達成できる。
【００４８】
以上説明した実施の形態１、２において説明した光導波路は、位相変調器や光変調器の他に、光スイッチ等の他の光デバイスについても適用することができ、これら光デバイスにおける光損失を低く抑えることができ、かつ装置の小型化を図ることができるようになる。
【００４９】
また、上記の実施の形態１、２において説明した光導波路は、第１の不純物の第１の拡散領域を基板の曲がり部にのみ部分的に形成するため、温度変化があっても第１の不純物の第１の拡散領域に応力が発生しない。これにより、実施の形態３のような、実施の形態１、２の光導波路の構成を用いた光デバイスは、温度変化の影響を受けずに安定動作できるようになる。
【００５０】
（付記１）基板上に第２の不純物を拡散させて屈折率が大きい第２の拡散領域を形成してなる曲がり部の光導波路において、
前記第２の拡散領域の曲がり部の外側に、当該第２の拡散領域に沿って前記基板に形成した溝と、
前記溝の底部から第１の不純物を用いて拡散させることにより前記基板の屈折率を小さくした第１の拡散領域と、
を備えることを特徴とする光導波路。
【００５１】
（付記２）基板上に第２の不純物を拡散させて屈折率が大きい第２の拡散領域を形成してなる曲がり部の光導波路において、
前記第２の拡散領域の曲がり部の外側に、当該第２の拡散領域に沿って前記基板に形成した溝と、
前記溝の側面から第１の不純物を用いて拡散させることにより前記基板の屈折率を小さくした第１の拡散領域と、
を備えることを特徴とする光導波路。
【００５２】
（付記３）前記第２の拡散領域は、曲率半径が２．５ｍｍ以下を有して曲がって形成されることを特徴とする付記１または２に記載の光導波路。
【００５３】
（付記４）前記基板がニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ3）であることを特徴とする付記１〜３のいずれか一つに記載の光導波路。
【００５４】
（付記５）前記第２の不純物がチタン（Ｔｉ）であることを特徴とする付記１〜４のいずれか一つに記載の光導波路。
【００５５】
（付記６）前記第２の不純物の第２の拡散領域がプロトン交換によって形成されることを特徴とする付記１〜５のいずれか一つに記載の光導波路。
【００５６】
（付記７）前記第１の不純物が酸化マグネシウム（ＭｇＯ）であることを特徴とする付記１〜６のいずれか一つに記載の光導波路。
【００５７】
（付記８）前記基板上における前記第１の不純物の第１の拡散領域の形状は、前記第２の不純物の第２の拡散領域の曲がり部の開始位置および終了位置の部分が最も離れており、当該第２の拡散領域の内部につれて徐々に接近して形成されることを特徴とする付記１〜７のいずれか一つに記載の光導波路。
【００５８】
（付記９）前記溝の少なくとも側面に形成され、前記基板よりも低屈折率の絶縁膜からなるバッファ層を備えたことを特徴とする付記１〜８のいずれか一つに記載の光導波路。
【００５９】
（付記１０）前記バッファ層が酸化シリコン（ＳｉＯ2）であることを特徴とする付記９に記載の光導波路。
【００６０】
（付記１１）前記第１の不純物の第１の拡散領域の形状は、パターン幅が５〜２０μｍであることを特徴とする付記１〜１０のいずれか一つに記載の光導波路。
【００６１】
（付記１２）前記第２の不純物の第２の拡散領域の形状は、パターン幅が３〜１０μｍであることを特徴とする付記１〜１１のいずれか一つに記載の光導波路。
【００６２】
（付記１３）前記第２の不純物の第２の拡散領域の曲がり部の内側に沿って前記基板に形成した溝をさらに備え、
前記第２の不純物の第２の拡散領域は、前記基板の一対の溝の間の凸状のリッジ部に形成されることを特徴とする付記１〜１２のいずれか一つに記載の光導波路。
【００６３】
（付記１４）前記第１の不純物の第１の拡散領域は、前記リッジ部の側面のうち、当該リッジ部の曲がり部の外側の側面のみに拡散されていることを特徴とする付記１３に記載の光導波路。
【００６４】
（付記１５）前記溝は、前記基板表面からの深さが５μｍ以上であることを特徴とする付記１〜１４のいずれか一つに記載の光導波路。
【００６５】
（付記１６）前記第１の不純物の第１の拡散領域と、前記第２の不純物の第２の拡散領域との間は、１μｍ以上の隙間を有することを特徴とする付記１〜１５のいずれか一つに記載の光導波路。
【００６６】
（付記１７）基板上に第２の不純物を拡散させて屈折率が大きい第２の拡散領域を形成してなる曲がり部の光導波路において、
前記第２の拡散領域の曲がり部の外側に、当該第２の拡散領域に沿って前記基板に形成した溝と、
前記溝の底部から第１の不純物を用いて拡散させることにより前記基板の屈折率を小さくした第１の拡散領域と、
前記第２の拡散領域の上部に当該第２の拡散領域に沿って配置された信号電極と、
を備えたことを特徴とする光デバイス。
【００６７】
（付記１８）基板上に、光が進行する光導波路として機能させるために屈折率を大きくする第２の不純物の金属膜Ａを、曲がり部を有してパターン形成する第１のパターン形成工程と、
前記金属膜Ａを用いて形成されたパターンの曲がり部の外側に、当該金属膜Ａに沿って前記基板に溝を形成する溝形成工程と、
屈折率を小さくする第１の不純物の金属膜Ｂを前記溝の底部にパターン形成する第２のパターン形成工程と、
前記第２の不純物の金属膜Ａ、および前記第１の不純物の金属膜Ｂに対して同時に熱を加え、前記基板の内部に金属膜Ａを拡散させた第２の拡散領域と、金属膜Ｂを拡散させた第１の拡散領域とを形成する拡散領域形成工程と、
を含むことを特徴とする光導波路の製造方法。
【００６８】
（付記１９）基板上に、光が進行する光導波路として機能させるために屈折率を大きくする第２の不純物の金属膜Ａを、曲がり部を有してパターン形成する第１のパターン形成工程と、
前記金属膜Ａを用いて形成されたパターンの曲がり部の外側に、当該金属膜Ａに沿って前記基板に溝を形成する溝形成工程と、
屈折率を小さくする第１の不純物の金属膜Ｂを前記溝の側面にパターン形成する第２のパターン形成工程と、
前記第２の不純物の金属膜Ａ、および前記第１の不純物の金属膜Ｂに対して同時に熱を加え、前記基板の内部に金属膜Ａを拡散させた第２の拡散領域と、金属膜Ｂを拡散させた第１の拡散領域とを形成する拡散領域形成工程と、
を含むことを特徴とする光導波路の製造方法。
【００６９】
（付記２０）前記拡散領域形成工程の後に、前記溝の少なくとも側面に前記基板よりも低屈折率の絶縁膜からなるバッファ層を形成するバッファ層形成工程を含むことを特徴とする付記１８または１９に記載の光導波路の製造方法。
【産業上の利用可能性】
【００７０】
以上のように、本発明にかかる光導波路は、曲がり部における光損失の低減に有用であり、特に、低光損失な光変調器や光スイッチ等の光デバイスに適している。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本発明の実施の形態１による光導波路の構成を示す平面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線側断面図である。
【図３】本発明の実施の形態１による他の光導波路の構成を示す側断面図である。
【図４】本発明の実施の形態２による光導波路の構成を示す平面図である。
【図５】図４のＢ−Ｂ線断面図である。
【図６】本発明の実施の形態２による他の光導波路の構成を示す側断面図である。
【図７】この発明による光導波路の製造工程を説明する図である。
【図８】本発明による光導波路の特性を示す図である。
【図９】本発明の実施の形態３による光変調器を示す図である。
【図１０−１】従来の曲がり導波路を示す平面図である。
【図１０−２】従来の曲がり導波路を示す側断面図である。
【図１１】従来の光の閉じ込めを強くした光導波路を示す図である。
【符号の説明】
【００７２】
１００  光導波路
１０１  基板
１０２  第２の拡散領域（拡散領域２、光導波路）
１０５  溝
１０５ａ  底部
１０５ｂ  側面
１０６  リッジ部
１０７  第１の拡散領域（拡散領域１）
１１０  バッファ層
２００  光変調器
２１２  信号ライン
２１２ａ，２１２ｂ  信号電極
【図１】
2008026374.tif 000003
【図２】
2008026374.tif 000004
【図３】
2008026374.tif 000005
【図４】
2008026374.tif 000006
【図５】
2008026374.tif 000007
【図６】
2008026374.tif 000008
【図７】
2008026374.tif 000009
【図８】
2008026374.tif 000010
【図９】
2008026374.tif 000011
【図１０−１】
2008026374.tif 000012
【図１０−２】
2008026374.tif 000013
【図１１】
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