(57)【要約】【課題】低消費電力で効率的に熱光学効果を発揮することができ、製造が容易で信頼性が高い光回路および光回路装置を提供する。【解決手段】コア１とクラッド２とを有する光導波路層３をシリコン基板７上に設け、光導波路層３上にはコア１の一部の温度を局所的に可変制御する温度制御手段８を設ける。温度制御手段８の形成部位を挟む両側の光導波路層３の、コア１の長手方向に沿ってコア１と間隔を介した領域を、シリコン基板７表面に至るまで除去して光導波路層除去部５を形成する。光導波路層除去部５の下部に対向する全領域を包含するシリコン基板７の表面部位に断面矩形状の凹部４を設ける。シリコン基板７の表面をシリコン（１００）結晶面、凹部４の、コア１の長手方向に沿って形成されている側面をシリコン基板表面に対して略垂直なシリコン（１００）結晶面、凹部４の底面をシリコン基板表面に対して略平行なシリコン（１００）結晶面とする。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン基板と、該シリコン基板上に形成されたコアとクラッドとを有する光導波路層と、該光導波路層上に形成されて前記コアの一部の温度を局所的に可変制御する温度制御手段とを有し、該温度制御手段の形成部位を挟む両側の光導波路層は前記コアと間隔を介した領域が前記コアの長手方向に沿って光導波路層表面から前記シリコン基板表面に至るまで除去されており、該光導波路層除去部の下部に対向する全領域を包含するシリコン基板表面部位に断面矩形状の凹部が設けられており、前記シリコン基板の表面がシリコン（１００）結晶面と成し、前記凹部は前記コアの長手方向に沿って形成されている側面が前記シリコン基板表面に対して略垂直なシリコン（１００）結晶面と成し、前記凹部の底面はシリコン基板表面に対して略平行なシリコン（１００）結晶面と成していることを特徴とする光回路。
【請求項２】
シリコン基板と、該シリコン基板上に形成されたコアとクラッドとを有する光導波路層と、該光導波路層上に形成されて前記コアの一部の温度を局所的に可変制御する温度制御手段とを有し、該温度制御手段の形成部位を挟む両側の光導波路層は前記コアと間隔を介した領域が前記コアの長手方向に沿って光導波路層表面から前記シリコン基板表面に至るまで除去されており、該光導波路層除去部の下部に対向する全領域を包含するシリコン基板表面部位に断面矩形状の凹部が設けられており、前記シリコン基板の表面がシリコン（１１１）結晶面と成し、前記凹部は前記コアの長手方向に沿って形成されている側面が前記シリコン基板表面に対して略垂直なシリコン（１１０）結晶面と成し、前記凹部の底面はシリコン基板表面に対して略平行なシリコン（１１１）結晶面と成していることを特徴とする光回路。
【請求項３】
シリコン基板の凹部はアルカリ溶液によるシリコンの異方性エッチングにより形成されていることを特徴とする請求項１記載の光回路。
【請求項４】
シリコン基板の凹部はシリコンの異方性ドライエッチングと該異方性ドライエッチングに続いて行われるアルカリ溶液によるシリコンの異方性エッチングにより形成されていることを特徴とする請求項２記載の光回路。
【請求項５】
温度制御手段は薄膜ヒータとしたことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一つに記載の光回路。
【請求項６】
光導波路層は石英系ガラスにより形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか一つに記載の光回路。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６のいずれ一つに記載の光回路を有し、該光回路のコアは光の分岐と結合の少なくとも一方を行う少なくとも２つの光分岐結合器を形成する結合器形成コアと、これらの結合器形成コア同士を接続する少なくとも２本の接続用コアを有し、該接続用コアの少なくとも１本に温度制御手段が形成されていることを特徴とする光回路装置。
【請求項８】
結合器形成コアは並設された２本のコアを近接して形成し、接続用コアは互いに間隔を介して並設された２本のコアにより形成したマッハツェンダ光干渉計回路を有することを特徴とする請求項７記載の光回路装置。
【請求項９】
少なくとも１本の光入力導波路と、該光入力導波路の出力側に接続された第１スラブ導波路と、該第１スラブ導波路の出力側に接続されて互いに設定量異なる長さの複数並設されたチャネル導波路から成るアレイ導波路と、該アレイ導波路の出力側に接続された第２スラブ導波路と、該第２スラブ導波路の出力側に接続された少なくとも１本の光出力導波路とを有し、前記光入力導波路と前記第１スラブ導波路と前記アレイ導波路の第１スラブ導波路側の端部が第１の光分岐結合器を形成する第１結合器形成コアを成し、前記アレイ導波路の第２スラブ導波路側の端部と前記第２スラブ導波路と前記光出力導波路が第２の光分岐結合器を形成する第２結合器形成コアを成し、該第２結合器形成コアと前記第１結合器形成コアの間のアレイ導波路が接続用コアを成していることを特徴とする請求項７記載の光回路装置。
【請求項１０】
請求項８または請求項９記載の光回路装置を少なくとも１つ有し、温度制御手段の温度を制御することにより少なくとも１つの設定波長光の強度を可変する光可変光減衰制御部を設けて、光可変減衰器としたことを特徴とする光回路装置。
【請求項１１】
請求項８または請求項９記載の光回路装置を少なくとも１つ有し、温度制御手段の温度を制御することにより少なくとも１つの設定波長光の出力部を可変する光スイッチ制御部を設けて、光スイッチとしたことを特徴とする光回路装置。
【請求項１２】
請求項８または請求項９記載の光回路装置を少なくとも１つ有し、温度制御手段の温度を制御することにより合波と分波の少なくとも一方の波長を可変する波長可変制御部を設けて、波長可変合分波器としたことを特徴とする光回路装置。
【請求項１３】
請求項８または請求項９記載の光回路装置を少なくとも１つ有し、温度制御手段の温度を制御することにより少なくとも１つの設定波長光の分散量を可変する分散可変制御部を設けて、接続相手側の波長分散を低減する光可変分散補償器としたことを特徴とする光回路装置。
【請求項１４】
請求項１または請求項３の光回路の製造方法であって、光導波路層の除去部の形成後に、シリコン基板にアルカリ溶液によるシリコンの異方性エッチングを行って前記光導波路層の除去部に対応する位置のシリコン基板表面側に凹部を形成することを特徴とする光回路の製造方法。
【請求項１５】
請求項２または請求項４記載の光回路の製造方法であって、光導波路層の除去部の形成後に、シリコン基板にシリコンの異方性ドライエッチングを行い、然る後にアルカリ溶液による異方性エッチングを行って前記光導波路層の除去部に対応する位置のシリコン基板表面側に凹部を形成することを特徴とする光回路の製造方法。
【請求項１６】
アルカリ溶液は水酸化カリウム水溶液としたことを特徴とする請求項１４または請求項１５記載の光回路の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信分野等に適用される光回路および光回路装置ならびに光回路の製造方法に関するものである。
【０００２】
【背景技術】
光通信等に適用されている光回路は、一般に、シリコン基板と、該シリコン基板上に形成されたコアとクラッドとを有する光導波路層とを有している。光回路は、上記コアにより形成される光導波路構成（コアパターン）を様々に設定することにより、様々な機能を有する光回路装置を形成することができる。
【０００３】
光回路装置の例として、例えば図１６に示すようなマッハツェンダ光干渉計回路３０を有する光回路装置がある。図１６に示す光回路装置は、光回路のコア１が、光の分岐と結合の少なくとも一方を行う少なくとも２つ（ここでは２つ）の結合器形成コア２１と、これらの結合器形成コア２１同士を接続する少なくとも２本の接続用コア２２を有している。
【０００４】
マッハツェンダ光干渉計回路３０において、結合器形成コア２１は並設された２本のコア１（１ａ，１ｂ）を近接して形成され、接続用コア２２は互いに間隔を介して並設された２本のコア１（１ａ，１ｂ）により形成されている。マッハツェンダ光干渉計回路３０において、結合器形成コア２１は２×２光結合器である。
【０００５】
なお、図１６に示す光回路装置は、接続用コア２２の少なくとも１本（ここでは２本）に、接続用コア２２の一部の温度を局所的に可変制御する温度制御手段８を形成している。温度制御手段８は例えば薄膜ヒータ９により形成されている。図１６の図中、４４は、薄膜ヒータ９への給電用電極を示す。
【０００６】
温度制御手段８により接続用コア２２の一部の温度を局所的に可変制御すると、この可変制御が行われた側の接続用コア２２の屈折率が変化し、変化させた部分のコアの実効屈折率が変化する。このことは、石英系ガラス等の屈折率が温度により変化する現象である熱光学効果を利用するものであり、上記効果によって、屈折率が変化したコアを伝搬する光の位相に変化が生じる。
【０００７】
つまり、上記薄膜ヒータ９の発熱による熱光学効果により、２本の接続用コア２２間の実効光導波路長差を変化させることで位相シフタを構成し、マッハツェンダ光干渉計回路３０の透過率を変化させることができる。そのため、図１６に示す光回路装置は、光透過率や光分岐比が可変可能な光導波路型干渉計となり、光スイッチ、光可変減衰器等の機能を得ることができる。
【０００８】
図１７には、マッハツェンダ光干渉計回路３０と温度制御手段８を有する従来の光回路装置の断面構成が、図１６のＡ−Ａ断面図により示されている。図１７に示すように、シリコン基板７上に形成されているコア１とクラッド２とを有する光導波路層３は、石英系ガラスから成る埋め込み型光導波路構成を有し、コア１の上側のクラッド２の表面に温度制御手段８が形成されている。
【０００９】
この構成において、温度制御手段８に通電し、温度制御手段８の薄膜ヒータ９によってクラッド２を介してコア１を加熱すると、前記熱光学効果によりコア１の実効屈折率が上昇する。そして、温度制御手段８の下部の接続光導波路の実効的な光路長が変化し、伝搬光の位相を変化させることができる。
【００１０】
石英系ガラスの屈折率の温度係数ｄｎ／ｄＴは、１０−５（１／℃）程度なので、例えば５ｍｍの長さにわたってコア１の温度を２０℃上昇させると、実効的な光路長を１μｍ程度変化させることができる。
【００１１】
しかしながら、上記熱光学効果を利用した位相シフタでは、下記のような問題があった。第１に、温度制御手段８により発生した熱が、コア１の近傍のクラッド２やシリコン基板７に拡散してしまい、加熱効率が悪かった。第２に、加熱によって光導波路層３に生じる異方性の内部応力により、光導波路層３に複屈折率が生じ、コア１を伝搬する光の伝搬特性の偏波依存性が大きいといった問題があった。
【００１２】
そこで、上記熱光学効果を効率的に利用できる構成として、例えば図１６に示した光導波路構成と温度制御手段８を有し、かつ、図１８に示すような断面構成を有する光回路装置が提案されている（例えば、非特許文献１参照。）。
【００１３】
図１８に示す断面構成は、上記提案の光回路装置を図１６のＡ−Ａ断面で切断した構成により示しており、温度制御手段８の薄膜ヒータ９の両側の温度制御手段８に沿った領域の光導波路層３を除去して光導波路層除去部５を形成している。そして、この光導波路層除去部５を応力解放溝とすることで、前記複屈折の低減を図っている。なお、光導波路層除去部５はコア１と間隔を介して形成されている。
【００１４】
また、上記熱光学効果を効率的に利用できる構成として、例えば図１９、図２０に示すような構成も提案されている（例えば、非特許文献２参照。）。
【００１５】
これら、図１９、図２０に示す構成は、温度制御手段８の両側の薄膜ヒータ９に沿った領域の光導波路層３を除去すると共に、光導波路層除去部５に対向する領域のシリコン基板７をエッチングにより除去してシリコン基板７の表面側に凹部４を形成している。なお、これらの構成においても、前記光導波路層除去部５はコア１と間隔を介して形成されている。
【００１６】
また、凹部４は、光導波路層除去部５の下部に対向する全領域を包含するように形成されており、光導波路層除去部５の幅よりも広幅と成し、コア１の下部側に張り出し形成されている。この構成により、温度制御手段８が形成されている領域のコア１を含む光導波路層３（３ａ）の下面は一部露出している。
【００１７】
図１９、図２０に示す構成は、それぞれ、上記のように、光導波路層除去部５に対向するシリコン基板７に凹部４を形成することにより、光導波路層３ａをシリコン基板７から分離する、あるいは光導波路層３ａとシリコン基板７との接触面積を低減させることにより、シリコン基板７への熱拡散を抑制し、消費電力の低減を図っている。
【００１８】
なお、上記マッハツェンダ光干渉計回路３０を用いた光回路装置は様々に提案されており、複数のマッハツェンダ光干渉計回路３０を有する光回路装置の例として、例えば図２１に示すような、可変分散補償器が提案されている（例えば、非特許文献３参照。）。
【００１９】
この提案の光回路装置は、マッハツェンダ光干渉計回路３０を複数直列接続して形成したラティス型フィルター２４を、接続用ファイバ３２を介して、アレイ導波路回折格子２５のそれぞれの出力端に接続したものである。
【００２０】
ラティス型フィルター２４を形成するそれぞれのマッハツェンダ光干渉計回路３０の位相部には温度制御手段８が設けられている。また、隣り合うマッハツェンダ光干渉計回路３０の接続部には、可変カプラー３３が設けられている。
【００２１】
アレイ導波路回折格子２５は、少なくとも１本（ここでは複数）の光入力導波路１２と、該光入力導波路１２の出力側に接続された第１スラブ導波路１３と、該第１スラブ導波路１３の出力側に接続されたアレイ導波路１４と、該アレイ導波路１４の出力側に接続された第２スラブ導波路１５と、該第２スラブ導波路１５の出力側に接続された複数の光出力導波路１６とを有している。
【００２２】
アレイ導波路１４は、互いに設定量（ΔＬ）異なる長さの複数並設されたチャネル導波路１４ａから成る。なお、アレイ導波路１４を構成するチャンネル導波路１４ａは、通常、例えば１００本といったように多数設けられるが、図２１においては、図の簡略化のために、これらのチャンネル導波路１４ａと光出力導波路１６および光入力導波路１２の本数を簡略的に示してある。
【００２３】
また、前記接続用ファイバ３２は、光ファイバアレイ３１ａ，３１ｂを介し、それぞれ、１本ごとに、その一端側がアレイ導波路回折格子２５の対応する１本の光出力導波路１６に接続され、その他端側がラティス型フィルター２４の対応する１本の光入力導波路２９に接続されている。
【００２４】
【非特許文献１】
Ｙａｓｕｙｕｋｉ　Ｉｎｏｕｅ，ｅｔ　ａｌ．著「Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ　Ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ　ｏｆ　ａ　Ｓｉｌｉｃａ　Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ　Ｔｈｅｒｍｏｏｐｔｉｃ　Ｐｈａｓｅ　Ｓｈｉｆｔｅｒ　ｆｏｒ　Ｐｌａｎａｒ　Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ　Ｃｉｒｃｕｉｔ」，ＩＥＥＥ　Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｌｅｔｔｅｒｅｓ，　ｖｏｌ．４，Ｎｏ１，Ｊａｎ．１９９２，ｐ．３６
【００２５】
【非特許文献２】
Ａｋｉｏ　Ｓｕｇｉｔａ，ｅｔ　ａｌ．著「Ｂｒｉｄｇｅ−Ｓｕｓｐｅｎｄｅｄ　Ｓｉｌｉｃａ−Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ　Ｔｈｅｒｍｏ−Ｏｐｔｉｃ　Ｐｈａｓｅ　Ｓｈｉｆｔｅｒ　ａｎｄ　Ｉｔｓ　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｔｏ　Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ　ＴｙｐｅＯｐｔｉｃａｌ　Ｓｗｉｔｃｈ」，Ｔｈｅ　Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｔｈｅ　ＩＥＩＣＥ，Ｖｏｌ．Ｅ７３，Ｎｏ１，Ｊａｎ，１９９０，Ｐ．１０５
【００２６】
【非特許文献３】
瀧口ら著、「１０Ｇｂ／ｓ×Ｎ波、ＷＤＭ伝送用導波路型分散スロープ補償器」２０００年電子情報通信学会エレクトロニクスソサイエティ大会Ｃ−３−１６
【００２７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記のように、光回路装置において、図１８、図１９、図２０のような構成が、熱光学効果を効率的に利用できる光回路構成として提案されているが、図１８に示したような、Ｉｎｏｕｅらが提案した構成では消費電力の低減が不十分であった。
【００２８】
また、図１９に示したような、Ｓｕｇｉｔａらが提案した構成は、消費電力の低減を十分にできるものの、シリコン基板７の除去方法として等方的なエッチングを行っているため、シリコン基板７の除去部は半円形状となる。
【００２９】
そのため、図１９の構成は、光導波路層３とシリコン基板７との接触部分の幅を狭くしても、その下部の幅はより広い幅となって熱伝導率が高くなるため、大きな消費電力低減効果を得るためには、光導波路層３とシリコン基板７との接触部分の幅を非常に狭くする必要があった。
【００３０】
また、図１９の構成は、等方的エッチングでのサイドエッチング量の制御は難しく、シリコン基板７の残し部分（Ｓｉ−Ｂａｓｅ）、つまり、温度制御手段８の形成部位の下部側のコア１の下部側に残されたシリコン基板７（７ａ）の幅制御が困難であるといった製造上の問題があった。さらに、図１９の構成は、シリコン基板７と光導波路層３を完全に分離した場合でも、シリコン基板７の除去部分の形状が不整であるため、信頼性上問題があった。
【００３１】
一方、Ｓｕｇｉｔａらが提案した図２０に示すような構成は、凹部４が断面矩形状であることから、温度制御手段８の形成部位の下部側のコア１の下部側に残されたシリコン基板７（７ａ）は、シリコン基板７ａと光導波路層３との接触部の幅とほぼ等しい幅の略矩形断面となり、断熱性に優れ、かつ、形状の再現性が得やすい。
【００３２】
しかしながら、Ｓｕｇｉｔａらは、上記文献において、図２０に示す構成における凹部４の形成方法や結晶面についての詳細を開示してはおらず、本発明者は、図２０に示したような断面構成を、再現性良く的確に形成できる構成を提案する必要があると考えた。
【００３３】
本発明は、上記課題を解決するために成されたものであり、その目的は、低消費電力で効率的に熱光学効果を発揮することができ、製造が容易で信頼性が高い光回路および光回路装置ならびに光回路の製造方法を提供することにある。
【００３４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は次のような構成をもって課題を解決するための手段としている。すなわち、第１の発明の光回路は、シリコン基板と、該シリコン基板上に形成されたコアとクラッドとを有する光導波路層と、該光導波路層上に形成されて前記コアの一部の温度を局所的に可変制御する温度制御手段とを有し、該温度制御手段の形成部位を挟む両側の光導波路層は前記コアと間隔を介した領域が前記コアの長手方向に沿って光導波路層表面から前記シリコン基板表面に至るまで除去されており、該光導波路層除去部の下部に対向する全領域を包含するシリコン基板表面部位に断面矩形状の凹部が設けられており、前記シリコン基板の表面がシリコン（１００）結晶面と成し、前記凹部は前記コアの長手方向に沿って形成されている側面が前記シリコン基板表面に対して略垂直なシリコン（１００）結晶面と成し、前記凹部の底面はシリコン基板表面に対して略平行なシリコン（１００）結晶面と成している構成をもって課題を解決する手段としている。
【００３５】
また、第２の発明の光回路は、シリコン基板と、該シリコン基板上に形成されたコアとクラッドとを有する光導波路層と、該光導波路層上に形成されて前記コアの一部の温度を局所的に可変制御する温度制御手段とを有し、該温度制御手段の形成部位を挟む両側の光導波路層は前記コアと間隔を介した領域が前記コアの長手方向に沿って光導波路層表面から前記シリコン基板表面に至るまで除去されており、該光導波路層除去部の下部に対向する全領域を包含するシリコン基板表面部位に断面矩形状の凹部が設けられており、前記シリコン基板の表面がシリコン（１１１）結晶面と成し、前記凹部は前記コアの長手方向に沿って形成されている側面が前記シリコン基板表面に対して略垂直なシリコン（１１０）結晶面と成し、前記凹部の底面はシリコン基板表面に対して略平行なシリコン（１１１）結晶面と成している構成をもって課題を解決する手段としている。
【００３６】
さらに、第３の発明の光回路は、上記第１の発明の構成に加え、前記シリコン基板の凹部はアルカリ溶液によるシリコンの異方性エッチングにより形成されている構成をもって課題を解決する手段としている。
【００３７】
さらに、第４の発明の光回路は、上記第２の発明の構成に加え、前記シリコン基板の凹部はシリコンの異方性ドライエッチングと該異方性ドライエッチングに続いて行われるアルカリ溶液によるシリコンの異方性エッチングにより形成されている構成をもって課題を解決する手段としている。
【００３８】
さらに、第５の発明の光回路は、上記第１乃至第４のいずれか一つの発明の構成に加え、前記温度制御手段は薄膜ヒータとした構成をもって課題を解決する手段としている。
【００３９】
さらに、第６の発明の光回路は、上記第１乃至第５のいずれか一つの発明の構成に加え、前記光導波路層は石英系ガラスにより形成されている構成をもって課題を解決する手段としている。
【００４０】
さらに、第７の発明の光回路装置は、上記第１乃至第６のいずれか一つの発明の光回路を有し、該光回路のコアは光の分岐と結合の少なくとも一方を行う少なくとも２つの光分岐結合器を形成する結合器形成コアと、これらの結合器形成コア同士を接続する少なくとも２本の接続用コアを有し、該接続用コアの少なくとも１本に温度制御手段が形成されている構成をもって課題を解決する手段としている。
【００４１】
さらに、第８の発明の光回路装置は、上記第７の発明の構成に加え、前記結合器形成コアは並設された２本のコアを近接して形成し、接続用コアは互いに間隔を介して並設された２本のコアにより形成したマッハツェンダ光干渉計回路を有する構成をもって課題を解決する手段としている。
【００４２】
さらに、第９の発明の光回路装置は、上記第７の発明の構成に加え、少なくとも１本の光入力導波路と、該光入力導波路の出力側に接続された第１スラブ導波路と、該第１スラブ導波路の出力側に接続されて互いに設定量異なる長さの複数並設されたチャネル導波路から成るアレイ導波路と、該アレイ導波路の出力側に接続された第２スラブ導波路と、該第２スラブ導波路の出力側に接続された少なくとも１本の光出力導波路とを有し、前記光入力導波路と前記第１スラブ導波路と前記アレイ導波路の第１スラブ導波路側の端部が第１の光分岐結合器を形成する第１結合器形成コアを成し、前記アレイ導波路の第２スラブ導波路側の端部と前記第２スラブ導波路と前記光出力導波路が第２の光分岐結合器を形成する第２結合器形成コアを成し、該第２結合器形成コアと前記第１結合器形成コアの間のアレイ導波路が接続用コアを成している構成をもって課題を解決する手段としている。
【００４３】
さらに、第１０の発明の光回路装置は、上記第８または第９の発明の光回路装置を少なくとも１つ有し、温度制御手段の温度を制御することにより少なくとも１つの設定波長光の強度を可変する光可変光減衰制御部を設けて、光可変減衰器とした構成をもって課題を解決する手段としている。
【００４４】
さらに、第１１の発明の光回路装置は、上記第８または第９の発明の光回路装置を少なくとも１つ有し、温度制御手段の温度を制御することにより少なくとも１つの設定波長光の出力部を可変する光スイッチ制御部を設けて、光スイッチとした構成をもって課題を解決する手段としている。
【００４５】
さらに、第１２の発明の光回路装置は、上記第８または第９の発明の光回路装置を少なくとも１つ有し、温度制御手段の温度を制御することにより合波と分波の少なくとも一方の波長を可変する波長可変制御部を設けて、波長可変合分波器とした構成をもって課題を解決する手段としている。
【００４６】
さらに、第１３の発明の光回路装置は、上記第８または第９の発明の光回路装置を少なくとも１つ有し、温度制御手段の温度を制御することにより少なくとも１つの設定波長光の分散量を可変する分散可変制御部を設けて、接続相手側の波長分散を低減する光可変分散補償器とした構成をもって課題を解決する手段としている。
【００４７】
さらに、第１４の発明の光回路の製造方法は、上記第１または第３の光回路の製造方法であって、光導波路層の除去部の形成後に、シリコン基板にアルカリ溶液によるシリコンの異方性エッチングを行って前記光導波路層の除去部に対応する位置のシリコン基板表面側に凹部を形成する構成をもって課題を解決する手段としている。
【００４８】
さらに、第１５の発明の光回路の製造方法は、上記第２または第４の発明の光回路の製造方法であって、光導波路層の除去部の形成後に、シリコン基板にシリコンの異方性ドライエッチングを行い、然る後にアルカリ溶液による異方性エッチングを行って前記光導波路層の除去部に対応する位置のシリコン基板表面側に凹部を形成する構成をもって課題を解決する手段としている。
【００４９】
さらに、第１６の発明の光回路の製造方法は、上記第１４または第１５の発明の構成に加え、前記アルカリ溶液は水酸化カリウム水溶液とした構成をもって課題を解決する手段としている。
【００５０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。なお、本実施形態例の説明において、従来例と同一名称部分には同一符号を付し、その重複説明は省略または簡略化する。
【００５１】
図１には、本発明に係る光回路の第１実施形態例の要部構成が示されている。図１の（ａ）は本実施形態例の光回路の平面構成を示す模式図であり、図１の（ｂ）は図１の（ａ）のＡ−Ａ断面を示す模式図である。
【００５２】
これらの図に示すように、第１実施形態例の光回路は、シリコン基板７と、該シリコン基板７上に形成されたコア１とクラッド２とを有する光導波路層３と、該光導波路層３上に形成されて前記コア１の一部の温度を局所的に制御する温度制御手段８を有している。温度制御手段８は薄膜ヒータ９からなり、薄膜ヒータ９には図示されていない給電用電気配線と該給電用電気配線を通して薄膜ヒータ９に給電する給電手段（図示せず）とが接続されている。
【００５３】
また、前記温度制御手段８の形成部位を挟む両側の光導波路層３は、コア１と間隔を介した領域がコア１の長手方向に沿って光導波路層３の表面からシリコン基板７の表面に至るまで除去されており、光導波路層除去部５が形成されている。また、該光導波路層除去部５の下部に対向する全領域を包含するシリコン基板７の表面部位に断面矩形状の凹部４が設けられている。
【００５４】
本実施形態例の特徴は、シリコン基板７の表面がシリコン（１００）結晶面と成しており、かつ、前記凹部４は前記コア１の長手方向に沿って形成されている側面が前記シリコン基板７の表面に対して略垂直なシリコン（１００）結晶面と成し、凹部４の底面はシリコン基板７の表面に対して略平行なシリコン（１００）結晶面と成していることである。
【００５５】
なお、本実施形態例において、薄膜ヒータ９の下部側の光導波路層３ａの幅は５０μｍ、この光導波路層３ａの下部側のシリコン基板７ａの幅は１０μｍである。また、図１の（ｂ）は、コア１の大きさを誇張して示している。
【００５６】
以下、本実施形態例の光回路の製造方法について述べる。まず、図２の（ａ）に示すように、（１００）結晶面を表面とする単結晶シリコン基板７を用意し、このシリコン基板７上に、火炎加水分解堆積法（ＦＨＤ法）を用いて、図２の（ｂ）に示すように、アンダークラッド層２ａを形成する。
【００５７】
次に、図２の（ｃ）に示すように、アンダークラッド層２ａ上にコア層１１を形成する。コア層１１にはＧｅＯ２を添加し、コア層１１の屈折率がアンダークラッド層２ａよりも０．８％高くなるようにする。
【００５８】
次に、図２の（ｄ）に示すように、薄膜ヒータ９を形成する部分の光導波路（コア１）がシリコン基板７の表面に垂直な（１００）面に沿うように、フォトリソグラフィーおよびドライエッチングによりパターニングしてコア１を形成する。その後、図２の（ｅ）に示すように、ＦＨＤ法を用いてオーバークラッド層２ｂを形成し、コア１を埋め込んで光導波路層３を形成する。
【００５９】
次に、スパッタ法とリフトオフ法を用い、図２の（ｆ）に示すように、長さ５ｍｍ、幅３０μｍ、膜厚０．５μｍのＮｉ製の薄膜ヒータ９をコア１に沿って光導波路層３の上に形成する。この際、Ｎｉ膜と光導波路層３との密着性向上のため、Ｎｉ膜の下部に膜厚０．１μｍのＴｉ膜を形成する。次に、同様の方法で、Ｔｉ・Ｎｉ・Ａｕの３層から成る給電用配線（図示せず）を形成する。
【００６０】
次に、図２の（ｇ）に示すように、薄膜ヒータ９の両側の光導波路層３をフォトリソグラフィーおよびドライエッチングによって、薄膜ヒータ９に平行な矩形形状に除去し、光導波路層３の除去部（光導波路層除去部５）を形成する。
【００６１】
次に、図２の（ｈ）に示すように、水酸化カリウム水溶液を用いた異方性エッチングによりシリコン基板７の表面側をエッチングし、光導波路層除去部５の下部に対向する全領域を包含するシリコン基板７の表面部位に断面矩形状の凹部４を形成する。この凹部４は、温度制御手段８の長手方向に直交する方向の幅が光導波路層除去部５よりも広く形成される。したがって、凹部４の形成により、光導波路層３の底面の一部が露出する。
【００６２】
上記のように、シリコン基板７の表面をシリコン（１００）結晶面とし、異方性ウエットエッチングを適用すると、シリコン基板７の表面から下方へのエッチング速度と、光導波路層除去部５と対向するシリコン基板７の領域から光導波路層３の下部のシリコン基板７を温度制御手段８の長手方向に直交する方向にエッチングする速度とが等速度で進行する。
【００６３】
したがって、光導波路層除去部５と対向するシリコン基板７の表面を始点として開始されるシリコン基板７のエッチングは、シリコン基板７の表面に対して垂直な側壁形状と、シリコン基板７の表面に対して平行な底面形状とを保ちつつ、側方と下方へ等速度で進行することになる。
【００６４】
したがって、エッチングの深さ（凹部４の形成深さ）をシリコン基板７の表面から測定することにより、温度制御手段８の長手方向に直交する方向のエッチング長さを同時に把握することができ、温度制御手段８が形成されている光導波路層３の下部のシリコン基板７（７ａ）の幅（温度制御手段８の長手方向に直交する方向の幅）を適切に調節できる。
【００６５】
本実施形態例の光回路は以上のように構成されており、本実施形態例の光回路について、波長１．５５μｍの伝搬光に対して光路長を半波長分変化させるのに要する電力を測定したところ、１００ｍＷであった。
【００６６】
一方、比較のために、本実施形態例と同様の光導波路構成と温度制御手段８を有し、光導波路層除去部５とシリコン基板７の凹部４を有していない光回路について同様に電力測定を行ったところ、７００ｍＷの電力を要した。
【００６７】
以上のように、本実施形態例の光回路は、低消費電力で効率的にコア１の熱光学効果を発揮できることが確認された。
【００６８】
また、本実施形態例の光回路を、上記の製造方法を適用して２０個作製したところ、上記消費電力の値は１００±２ｍＷのほぼ一定の値となり、歩留まりよく、安定的に製造できることが確認できた。
【００６９】
次に、本発明に係る光回路の第２実施形態例について述べる。第２実施形態例の光回路は、図３に示すように、上記第１実施形態例の光回路とほぼ同様に構成されている。第２実施形態例の光回路の説明において、第１実施形態例と同一名称部分には同一符号を付し、その重複説明は省略または簡略化する。
【００７０】
第２実施形態例が上記第１実施形態例と異なる特徴的なことは、シリコン基板７の表面および凹部４を形成するシリコン結晶面を以下のようにしたことである。つまり、図３に示すように、第２実施形態例の光回路において、シリコン基板７の表面はシリコン（１１１）結晶面と成し、前記凹部４はコア１の長手方向に沿って形成されている側面が前記シリコン基板７の表面に対して略垂直なシリコン（１１０）結晶面と成し、凹部４の底面はシリコン基板７の表面に対して略平行なシリコン（１１１）結晶面と成している。
【００７１】
以下、第２実施形態例の光回路の製造方法について述べる。まず、図４の（ａ）に示すように、（１１１）結晶面を表面とする単結晶シリコン基板７を用意し、このシリコン基板７上に、図４の（ｂ）、（ｃ）に示すように、上記第１実施形態例と同様に、アンダークラッド層２ａとコア層１１を順に形成する。
【００７２】
次に、図４の（ｄ）に示すように、薄膜ヒータを９形成する部分のコア１がシリコン基板７の表面に垂直な（１１０）面に沿うように、フォトリソグラフィーおよびドライエッチングによりパターニングしてコア１を形成する。その後、図４の（ｅ）に示すように、ＦＨＤ法を用いてオーバークラッド層２ｂを形成し、コア１を埋め込んで光導波路層３を形成する。
【００７３】
次に、第１実施形態例と同様に、図４の（ｆ）、（ｇ）に示すように、薄膜ヒータ９の形成、薄膜ヒータ９の両側の光導波路層３の除去を行う。
【００７４】
次に、図４の（ｈ）に示すように、異方性ドライエッチングにより光導波路層除去部５の下部のシリコン基板７を除去して凹部４を形成する。なお、このシリコン基板７のエッチングは、光導波路層除去部５に対向するシリコン基板７の領域のみをシリコン基板７の表面に対してほぼ垂直に除去するようにする。
【００７５】
次に、図４の（ｉ）に示すように、水酸化カリウム水溶液を用いた異方性エッチングにより、コア１を有する光導波路層３ａの下部側のシリコン基板７の表面側をエッチングし、凹部４を光導波路層３の下部側に張り出すように形成する。
【００７６】
上記のように、凹部４の、コア１の長手方向に沿って形成されている側面をシリコン（１１０）結晶面と成し、凹部４の底面はシリコン基板７の表面に対して略平行なシリコン（１１１）結晶面と成し、凹部４の形成方法として異方性ドライエッチングとシリコン基板７の異方性ウエットエッチングを適用すると、以下の効果を奏する。
【００７７】
つまり、アルカリ溶液によるシリコン基板７の（１１０）結晶面のエッチング速度は（１１１）結晶面のエッチング速度の数十〜数百倍である。そのため、図４の（ｈ）に示したように、異方性ドライエッチングにて光導波路層除去部５とほぼ同じ平面形状のシリコン基板除去部を形成し、その後、図４の（ｉ）に示したように、アルカリ溶液による異方性ウエットエッチングを行うと、凹部４の底面方向へのエッチングと側面方向へのエッチングの制御が行いやすくなり、所望の凹部４を形成できる。
【００７８】
第２実施形態例の光回路は以上のように構成されており、上記第１実施形態例の光回路と同様の効果を奏することができる。
【００７９】
次に、本発明に係る光回路装置の第１実施形態例について説明する。なお、第１実施形態例の光回路装置の説明において、上記説明に用いた各部と同一名称部分には同一符号を付し、その重複説明は省略または簡略化する。
【００８０】
第１実施形態例の光回路装置は、図５の（ａ）に示す平面構成を有するマッハツェンダ光干渉計回路３０を有し、結合器形成コア２１同士を接続する接続用コア２２の両方に温度制御手段８が形成されている。また、第１実施形態例の光回路装置は、図５の（ｂ）に示す断面構成を有している。なお、図５の（ｂ）は、図５の（ａ）のＡ−Ａ断面図である。
【００８１】
図５の（ｂ）に示すように、本実施形態例の光回路装置は、上記第１実施形態例の光回路の構成を適用して形成されている。つまり、コア１の一部に沿って温度制御手段８を形成し、この温度制御手段８の両側に光導波路層除去部５を形成し、さらに、光導波路層除去部５の下部に対向する全領域を包含するシリコン基板７の表面部位に断面矩形状の凹部４を設けている。凹部４の構成も上記第１実施形態例の光回路の構成を適用している。
【００８２】
第１実施形態例の光回路装置において、接続用コア２２に温度制御手段８を形成することにより位相シフタを形成している。また、温度制御手段８には、温度制御手段８の温度を制御して、接続用コア２２ａ，２２ｂ間に温度差を与えることで熱光学効果による屈折率差を発生させ、コア１ａ，１ｂ間での伝搬光の干渉状態を変化させることにより、少なくとも１つの設定波長光の強度を可変する可変光減衰制御部（図示せず）が接続されており、第１実施形態例の光回路装置は光可変減衰器と成している。
【００８３】
なお、第１実施形態例の光回路装置を形成するマッハツェンダ光干渉計回路３０は、温度制御手段８への給電が無いときに、コア１（１ａ）の入射側１７から入力されてコア１（１ｂ）の出射側２０から出力される光の減衰量が、導波路損失および光ファイバとの接続損失を除いてほぼ零となるように、コア１（１ａ，１ｂ）における接続用コア２２の互いの長さの差ΔＬがゼロに設定されている。
【００８４】
第１実施形態例の光回路装置は、以上のように構成されており、本実施形態例の光回路装置に、波長１．５５μｍのＴＥ偏光およびＴＭ偏光をそれぞれ入力し、これらの光の減衰量および光減衰量の偏波による差を測定した。
【００８５】
具体的には、上記偏光をコア１（１ａ）の入射側１７から入力してコア１（１ｂ）の出射側２０から出力し、図６の（ａ）に示すように、温度制御手段８に投入した投入電力と、上記偏光の減衰量および光減衰量の偏波による差を測定した。特性線ａがＴＥ偏光の光減衰量、特性線ｂがＴＭ偏光の光減衰量、特性線ｃが光減衰量の偏波による差を示す。
【００８６】
また、比較のために、第１実施形態例の光回路装置と同様の光導波路構成を有し、かつ、温度制御手段８を有して、光導波路層除去部５とシリコン基板７の凹部４を有していない光回路装置について同様の測定を行った。その結果を、図６の（ａ）と同様に、図６の（ｂ）の特性線ａ〜ｃに示す。
【００８７】
これらの特性線から明らかなように、比較例の光可変減衰器では、１０ｄＢの光減衰量を得るのに約６００ｍＷを要し、そのときの偏波による光減衰量の差が約２．５ｄＢも発生しているのに対し、第１実施形態例の光回路装置は、わずか７５ｍＷの電力で１０ｄＢの光減衰量が得られている。また、このときの偏波による光減衰量の差は０．２ｄＢと大幅に抑制できている。
【００８８】
以上のように、第１実施形態例の光回路装置は、低消費電力で効率的にコア１の熱光学効果を発揮でき、所望の光減衰量を効率的に得ることができる。また、本実施形態例の光回路装置は、偏波による光減衰量の差も非常に小さくできる。
【００８９】
また、第１実施形態例の光回路装置を、上記の製造方法を適用して２０個作製したところ、１０ｄＢ光減衰時の消費電力は７５±１ｍＷのほぼ一定の値となり、偏波依存性は０．２±０．０３ｄＢとほぼ一定の値となり、歩留まりよく、安定的に製造できることが確認できた。つまり、本実施形態例によれば、省電力、低偏波依存性であり、かつ、安定生産可能な光可変減衰器を実現できる。
【００９０】
次に、本発明に係る光回路装置の第２実施形態例について説明する。第２実施形態例の光回路装置は上記第１実施形態例の光回路装置とほぼ同様に構成されており、第２実施形態例の光回路装置の説明において、上記第１実施形態例の光回路と同一名称部分には同一符号を付し、その重複説明は省略または簡略化する。
【００９１】
第２実施形態例の光回路装置は、図５の（ａ）に示した上記第１実施形態例と同様の光導波路構成と温度制御手段８を有し、その断面構成も図５の（ｂ）に示す構成と同様である。
【００９２】
第２実施形態例の光回路装置が上記第１実施形態例の光回路装置と異なる特徴的なことは、温度制御手段８の温度を制御して、接続用コア２２ａ，２２ｂ間に温度差を与えることで熱光学効果による屈折率差を発生させ、コア１ａ，１ｂ間での伝搬光の干渉状態を変化させることにより、少なくとも１つの設定波長光の出力部を可変する光スイッチ制御部（図示せず）を設けたことである。第２実施形態例の光回路装置は、この光スイッチ制御部を有することから、光スイッチとして機能するものである。
【００９３】
第２実施形態例の光回路装置は以上のように構成されており、第２実施形態例の光回路装置と同様の光導波路構成と温度制御手段８を有して、光導波路層除去部５とシリコン基板７の凹部４を有していない比較例の光回路装置の光スイッチを形成し、この比較例の光スイッチと第２実施形態例の光回路装置とのスイッチング電力の比較を行った。
【００９４】
その結果、比較例の光回路装置のスイッチング電力が約７５０ｍＷであったのに対し、第２実施形態例の光回路装置のスイッチング電力は約１００ｍＷであり、スイッチング電力の大幅な低減を実現できた。
【００９５】
次に、本発明に係る光回路装置の第３実施形態例について説明する。第３実施形態例の光回路装置は上記第１実施形態例の光回路装置とほぼ同様に構成されており、第３実施形態例の光回路装置の説明において、上記第１実施形態例の光回路と同一名称部分には同一符号を付し、その重複説明は省略または簡略化する。
【００９６】
第３実施形態例の光回路装置は、図７に示すように、マッハツェンダ光干渉計回路３０を有しており、接続用コア２２が互いに異なる長さに形成されている。そして、マッハツェンダ光干渉計回路３０は、波長１５５０ｎｍ帯において約０．８ｎｍ間隔の光合分波機能を有するように、２本の接続用コア２２の長さの差ΔＬと接続用コア２２の実効屈折率ｎｃとの積ｎｃΔＬが決定されている。
【００９７】
つまり、コア１（１ａ）の入射側１７から入力されてコア１（１ｂ）の出射側２０から出力される波長光λ１の整数倍、かつ、コア１（１ａ）の入射側１７から入力されてコア１（１ａ）の出射側１９から出力される波長光λ２の半整数倍となるように、ΔＬが１０３５．５μｍに設定されている。
【００９８】
また、第３実施形態例には、温度制御手段８の温度を制御し、接続用コア２２ａ，２２ｂ間に温度差を与えることで熱光学効果による屈折率差を発生させ、コア１ａ，１ｂ間での伝搬光の干渉状態を変化させることにより、合波と分波の少なくとも一方の波長を可変する波長可変制御部（図示せず）が設けられており、第３実施形態例の光回路装置は、波長可変合分波器と成している。
【００９９】
なお、第３実施形態例の光回路装置を形成するマッハツェンダ光干渉計回路３０は、温度制御手段８への給電が無いときに、図８に示すように、コア１（１ａ）の入射側１７から入力されてコア１（１ｂ）の出射側２０から出力される光の結合効率が周期的な波長依存性を有する。
【０１００】
そこで、波長約１５５０ｎｍに出現している、上に凸のピークの中心波長をλ１、波長約１５４９．２ｎｍに出現している、下に凸のピークの中心波長をλ２と定義し、第３実施形態例の光回路装置において、温度制御手段８への給電（投入）電力と波長λ１、λ２の変化を測定した。
【０１０１】
また、比較のために、第３実施形態例の光回路装置と同様の光導波路構成と温度制御手段８を有して、光導波路層除去部５とシリコン基板７の凹部４を有していない光回路装置について同様の測定を行った。
【０１０２】
図９には、これら第３実施形態例の光回路装置と比較例の光回路装置の温度制御手段８への投入電力と波長λ１、λ２の変化の測定結果を示す。第３実施形態例の光回路装置の波長λ１の測定結果が特性線ａに、波長λ２の測定結果が特性線ｂに示されている。また、比較例の光回路装置の波長λ１の測定結果が特性線ｃに、波長λ２の測定結果が特性線ｄに示されている。
【０１０３】
特性線ａと特性線ｃとの比較および、特性線ｂと特性線ｄとの比較から明らかなように、例えば波長λ１と波長λ２を１周期分（約１．６ｎｍ）シフトさせるのに要する電力は、比較例が約１４００ｍＷであるのに対し、第３実施形態例の光回路装置は約２００ｍＷであり、大幅に低減できることが分かった。
【０１０４】
なお、上記第３実施形態例の光回路装置についての説明は、波長合分波器を波長分波器として適用した例について述べたが、第３実施形態例の光回路装置は、光を入力する導波路と出力する導波路の関係を適宜設定する（例えばコア１（１ａ，１ｂ）の出射端１９，２０から波長λ１、λ２の光を入力する）ことにより、波長合波器として適用することもできる。
【０１０５】
次に、本発明に係る光回路装置の第４実施形態例について説明する。第４実施形態例の光回路装置は図２１に示した光回路装置と同様の光導波路構成と温度制御手段８を有して、温度制御手段８の形成領域における断面構成を、図１の（ａ）に示したような構成としたことである。
【０１０６】
第４実施形態例の光回路装置は、温度制御手段８の温度を制御して、温度制御手段８を付与した部分のコアの屈折率を変化させることにより伝搬光の位相状態を制御し、少なくとも１つの設定波長光の分散量を可変する分散可変制御部（図示せず）を設けて、接続相手側の波長分散を低減する光可変分散補償器である。
【０１０７】
第４実施形態例の光回路装置を、図２１に示す光導波路構成と温度制御手段８を有して、光導波路層除去部５とシリコン基板７の凹部４を有していない比較例の光回路装置と比較したところ、分散補償性能が以下のように向上した。
【０１０８】
つまり、１６波長に対して６４０ｋｍの分散シフト光ファイバの分散値を補償するために、比較例においては約２０Ｗの消費電力を要したが、第４実施形態例の光回路装置は約５Ｗと大幅に消費電力を低減できた。このように、第４実施形態例の光回路装置は、低消費電力で分散シフト光ファイバの分散値を効率的に補償できる。
【０１０９】
図１０には、本発明に係る光回路装置の第５実施形態例の平面構成が一部省略して示されている。第５実施形態例の光回路装置は、アレイ導波路回折格子２５の導波路構成と温度制御手段８とを有しており、温度制御手段８の形成領域における断面構成を、図１の（ａ）に示したような構成としている。なお、図１０において、光導波路層除去部５と凹部４の構成は省略して示している。
【０１１０】
図１０に示すアレイ導波路回折格子２５の光導波路構成において、光入力導波路１２と第１スラブ導波路１３とアレイ導波路１４の第１スラブ導波路１３側の端部が第１の光分岐結合器を形成する第１結合器形成コア２１（２１ａ）を成す。
【０１１１】
また、アレイ導波路１４の第２スラブ導波路１５側の端部と前記第２スラブ導波路１５と前記光出力導波路１６が第２の光分岐結合器を形成する第２結合器形成コア２１（２１ｂ）を成す。そして、第２結合器形成コア２１ｂと第１結合器形成コア２１ａの間のアレイ導波路１４が接続用コア２２を成している。
【０１１２】
アレイ導波路１４を形成するそれぞれのチャンネル導波路１４ａには、温度制御手段８が設けられている。また、温度制御手段８の温度を制御することにより、合波と分波の少なくとも一方の波長を可変する波長可変制御部（図示せず）が設けられており、第５実施形態例の光回路装置は、波長可変合分波器と成している。
【０１１３】
よく知られているように、シリコン基板上に石英系ガラス膜で形成されたアレイ導波路回折格子の中心波長λｃは、約０．０１１ｎｍ／℃の温度依存性を有している。そのため、温度制御手段８によりチャンネル導波路１４ａの温度を可変制御すると、波長可変合分波器として機能することができる。
【０１１４】
なお、第５実施形態例の光回路装置は、周波数スペーシングを２５ＧＨｚとし、無給電時の中心波長が１５４５．３２２ｎｍとなるように、それぞれのチャンネル導波路１４ａの長さの差等が適宜設定されている。
【０１１５】
第５実施形態例の光回路装置に、ＴＥ偏光およびＴＭ偏光の波長可変光を用いて、温度制御手段８への投入電力と出力スペクトルを測定したところ、図１１の（ａ）に示すような結果が得られた。また、図１０に示す光導波路構成と温度制御手段８を有して、光導波路層除去部５とシリコン基板７の凹部４を有していない比較例の光回路装置について同様の測定を行ったところ、図１１の（ｂ）に示す結果が得られた。
【０１１６】
これらの図において、特性線ａ１、ｂ１、ｃ１、ｄ１はＴＥ偏波光の出力スペクトルであり、特性線ａ２、ｂ２、ｃ２、ｄ２はＴＭ偏波光の出力スペクトルである。
【０１１７】
また、図１１の（ａ）において、特性線ａ１、ａ２は、温度制御手段８への投入電力が０のとき、特性線ｂ１、ｂ２は、温度制御手段８への投入電力が１００ｍＷのとき、特性線ｃ１、ｃ２は、温度制御手段８への投入電力が２００ｍＷのとき、特性線ｄ１、ｄ２は、温度制御手段８への投入電力が３００ｍＷのときをそれぞれ示す。
【０１１８】
一方、図１１の（ｂ）においては、特性線ａ１、ａ２は、温度制御手段８への投入電力が０のとき、特性線ｂ１、ｂ２は、温度制御手段８への投入電力が１０００ｍＷのとき、特性線ｃ１、ｃ２は、温度制御手段８への投入電力が２０００ｍＷのとき、特性線ｄ１、ｄ２は、温度制御手段８への投入電力が３０００ｍＷのときをそれぞれ示す。
【０１１９】
図１１の（ｂ）に示すように、比較例の光回路装置は、２チャンネル分、すなわち、約０．４ｎｍの波長可変範囲を得るために２０００ｍＷを要し、そのときの偏波による中心波長の差が０．１ｎｍも発生した。それに対し、図１１の（ａ）に示すように、第５実施形態例の光回路装置は、わずか３００ｍＷの電力で約０．４ｎｍの波長可変範囲を得ることができ、そのときの偏波による中心波長の差も０．０２ｎｍと大幅に抑制できた。
【０１２０】
また、上記第５実施形態例と同様の方法で、同様の光回路装置を２０個作製したところ、波長を０．４ｎｍ可変する時の消費電力は３００±３ｍＷ、偏波依存性は０．０２±０．０１ｎｍと大幅に抑制でき、歩留まりも良好であった。
【０１２１】
このように、第５実施形態例の光回路装置は、省電力、低偏波依存性で、作製歩留まりが良好な波長可変光合分波器を実現できた。したがって、第５実施形態例の光回路装置を利用して、例えば波長可変光源や波長可変光アド・ドロップフィルタ等の様々な機能の光回路装置を、省電力、低偏波依存性で安定に作製できる。
【０１２２】
次に、本発明に係る光回路装置の第６実施形態例について説明する。第６実施形態例の光回路装置は、第５実施形態例の光回路装置と同様の光導波路構成と温度制御手段８を有しており、第６実施形態例が第５実施形態例と異なる特徴的なことは、温度制御手段８の温度を制御することにより少なくとも１つの設定波長光の強度を可変する光可変光減衰制御部（図示せず）を設けて、光可変減衰器としたことである。
【０１２３】
第６実施形態例の光回路装置は、アレイ導波路回折格子２５の回路がチャンネル間隔２５ＧＨｚの設計で形成されており、光を１本の光出力導波路１６からのみ出力する。温度制御手段８によりチャンネル導波路１４ａの温度を変化させることで透過波長スペクトルをシフトさせ、設計中心波長における透過率を変化させることにより設定波長光の強度を可変する。
【０１２４】
図１２の特性線ａと特性線ｂに、第６実施形態例における温度制御手段８への投入電力と設定波長光の光減衰量との関係を示す。また、図１２の特性線ｃと特性線ｄに、第６実施形態例の光回路装置と同様の光導波路構成と温度制御手段８とを有して、光導波路層除去部５とシリコン基板７の凹部４を有していない比較例の光回路装置における温度制御手段８への投入電力と設定波長光の光減衰量との関係を示す。
【０１２５】
なお、図１２の特性線ａ、特性線ｃがＴＭ偏波光の光減衰量であり、特性線ｂ、特性線ｄがＴＥ偏波光の光減衰量である。
【０１２６】
図１２の特性線ａ〜ｄから明らかなように、比較例の光回路装置においては、１０ｄＢの光減衰量を得るのに温度制御手段８への投入電力を約７００ｍＷ要し、そのときの偏波による光減衰量の差も約２ｄＢと非常に大きいのに対し、第６実施形態例の光回路装置は、１０ｄＢの光減衰量を得るのに温度制御手段８への投入電力は約１８０ｍＷですみ、そのときの偏波による光減衰量の差も約０．５ｄＢと小さい。
【０１２７】
つまり、第６実施形態例の光回路装置は、アレイ導波路回折格子２５の導波路構成を用いて、省電力、低偏波依存性の光可変減衰器を実現できた。
【０１２８】
次に、本発明に係る光回路装置の第７実施形態例について説明する。第７実施形態例の光回路装置は、第５実施形態例の光回路装置と同様の光導波路構成と温度制御手段８を有している。
【０１２９】
なお、第７実施形態例において、アレイ導波路回折格子２５の回路はチャンネル間隔２５ＧＨｚの設計で形成されており、光を２本の光出力導波路１６から切り替え出力する光スイッチとしている。温度制御手段８には、温度制御手段の温度を制御することにより少なくとも１つの設定波長光の出力部を可変する光スイッチ制御部（図示せず）が設けられている。
【０１３０】
第７実施形態例は以上のように構成されており、第７実施形態例の光回路装置と、該第７実施形態例の光回路装置と同様の光導波路構成と温度制御手段８とを有して、光導波路層除去部５とシリコン基板７の凹部４を有していない比較例の光回路装置において、スイッチング電力を求めた。
【０１３１】
その結果、比較例の光回路装置のスイッチング電力は約１０００ｍＷであったのに対し、第７実施形態例の光回路装置のスイッチング電力は約１５０ｍＷであり、スイッチング電力の大幅な低減を実現できた。
【０１３２】
図１３には、本発明に係る光回路装置の第８実施形態例の要部構成が平面図により示されている。第８実施形態例の光回路装置は、図１３に示す導波路構成を有する光回路チップ４１と、分散補償光ファイバ４０とを有している。
【０１３３】
光回路チップ４１は、シリコン基板７上に、以下に示す光導波路構成を有する導波路形成領域を形成したものである。上記光導波路構成は、少なくとも１本（ここでは１本）の光入力導波路１２と、該光入力導波路１２の出力側に接続された第１スラブ導波路１３と、該第１スラブ導波路１３の出力側に接続されたアレイ導波路１４と、該アレイ導波路１４の出力側に接続された第２スラブ導波路１５と、該第２スラブ導波路１５の出力側に接続された少なくとも１本（ここでは１本）の光出力導波路１６とを有している。
【０１３４】
アレイ導波路１４は、互いに設定量（ΔＬ）異なる長さの複数並設されたチャネル導波路１４ａから成る。なお、アレイ導波路１４を構成するチャンネル導波路１４ａは、通常、例えば１００本といったように多数設けられるが、図１３においては、図の簡略化のために、これらのチャンネル導波路１４ａの本数を簡略的に示してある。
【０１３５】
チャンネル導波路１４ａにはそれぞれ温度制御手段８が形成されており、この温度制御手段８はアレイ導波路１４に設定位相分布を与える位相分布付与部と成している。温度制御手段８は薄膜ヒータ９（９ａ，９ｂ）により形成されている。
【０１３６】
また、温度制御手段８の温度を制御することにより少なくとも１つの設定波長光の分散量を可変する分散可変制御部（図示せず）が設けられており、第８実施形態例の光回路装置は、接続相手側の波長分散を低減する光可変分散補償器と成している。
【０１３７】
上記設定位相分布は、アレイ導波路１４のチャンネル導波路１４ａの本数をＭ本（Ｍは正の整数）、チャンネル導波路１４ａの配列順に付したチャンネル導波路１４ａの番号をｋ（ｋ＝０〜Ｍ−１）としたとき、チャンネル導波路番号ｋの中心（Ｍ−１）／２に対して実質的に線対称となる偶関数的分布である。
【０１３８】
この偶関数的分布は、例えば図１５に示すような２次関数分布であり、係数Ａを含む式、（数１）で表せる位相分布Ｐ（ｋ）とすることができる。なお、位相分布の式は特に限定されるものでなく適宜設定されるものであり、上記偶関数分布であればよい。
【０１３９】
【数１】
2004133130.tif 000003
【０１４０】
図１４には、温度制御手段８を形成するヒータ９ｂの形成部の拡大図が模式的に示されており、このヒータ９ｂには、通電手段４５と通電用の電極４４が接続されている。また、図１４はヒータ９ｂを示しているが、ヒータ９ａもヒータ９ｂと同様にアレイ導波路１４の形成領域の設定領域に形成されており、ヒータ９ａにも通電用の電極と通電手段が接続されている。
【０１４１】
第８実施形態例は、ヒータ９（９ａ，９ｂ）による加熱により、それぞれのチャンネル導波路１４ａの屈折率を調整することによって、設定位相分布が上記のような実質的に偶関数的分布となるようにする。
【０１４２】
上記設定位相分布は可変可能と成しており、前記通電手段によりヒータ９（９ａ，９ｂ）に通電する通電量を可変することによって、ヒータ９（９ａ，９ｂ）によるチャンネル導波路１４ａの加熱量を可変し、対応するチャンネル導波路１４ａの屈折率の調整量を可変する。
【０１４３】
なお、ヒータ９（９ａ，９ｂ）の形成形態は特に限定されるものではないが、本実施形態例においては、図１に示すように、ヒータ９（９ａ）とヒータ９（９ｂ）は互いに間隔を介して形成されている。ヒータ９（９ａ）とヒータ９（９ａ）に通電する通電手段は、正分散補償用位相シフタとして機能し、ヒータ９（８ｂ）とヒータ９（９ｂ）に通電する通電手段は、負分散補償用位相シフタとして機能する。
【０１４４】
第８実施形態例の光回路装置は以上のように構成されており、第８実施形態例の光回路装置は、±１００ｐｓ／ｎｍの波長分散補償量を得るのに温度制御手段８に投入する電力は約８Ｗ必要だった。第８実施形態例の光回路装置と同様の光導波路構成と温度制御手段８とを有して、光導波路層除去部５とシリコン基板７の凹部４を有していない比較例の光回路装置において検討を行ったところ、上記温度制御手段８への必要投入電力は約２０Ｗであった。
【０１４５】
このように、第８実施形態例の光回路装置は、省電力で、必要な波長分散補償量を得ることができた。
【０１４６】
なお、本発明は上記実施形態例に限定されることはなく、様々な実施の態様を採り得る。例えば光回路や光回路装置を構成する光導波路（コア）の構成は特に限定されるものでなく適宜設定されるものである。
【０１４７】
また、上記各実施形態例の光回路装置は、上記第１実施形態例の光回路の構成を適用して形成したが、光回路装置は上記第２実施形態例の光回路の構成を適用して形成してもよい。この場合も、上記各実施形態例の光回路装置と同様の効果を奏することができる。
【０１４８】
【発明の効果】
本発明の光回路によれば、基板上にコアを有する光導波路層を形成し、コアの一部の温度を局所的に可変制御する温度制御手段の形成部位を挟む両側の光導波路層を除去し、この除去部の全領域を包含するシリコン基板表面部位に断面矩形状の凹部を設け、前記シリコン基板の表面と、前記凹部の側面、底面の結晶面を定めることにより、低消費電力で効率的に熱光学効果を発揮することができ、製造が容易で信頼性が高い光回路を実現できる。
【０１４９】
また、本発明の光回路は、上記のような構成とすることで熱応力が効果的に解放され、複屈折による光伝搬特性の偏波依存性を低減することができる。
【０１５０】
また、本発明の光回路において、シリコン基板表面、凹部のコア長手方向に沿って形成されている側面、凹部の底面をいずれもシリコン（１００）結晶面とした構成によれば、シリコン基板の異方性ウエットエッチングを適用することによって、シリコン基板の表面から下方へのエッチング速度と、光導波路除去部から、温度制御手段が形成されている側の光導波路層方向へと進むサイドエッチングが共にシリコン基板の（１００）結晶面に対するエッチングとなり、等速度で進行する。
【０１５１】
したがって、光導波路層除去部と対向するシリコン基板の表面を始点として開始されるシリコン基板のエッチングは、シリコン基板の表面に対して垂直な側壁形状と、シリコン基板の表面に対して平行な底面形状とを保ちつつ、側方と下方へ当速度で進行することになる。
【０１５２】
したがって、エッチングの深さ（凹部の形成深さ）をシリコン基板の表面から測定することにより、温度制御手段の長手方向に直交する方向のエッチング長さを同時に把握することができ、温度制御手段が形成されている光導波路層の下部のシリコン基板の幅（温度制御手段の長手方向に直交する方向の幅）を適切に調節でき、上記優れた効果を奏する光回路を歩留まり良く形成できる。
【０１５３】
また、本発明の光回路において、シリコン基板の表面と凹部の底面がシリコン（１１１）結晶面と成し、凹部の、コアの長手方向に沿って形成されている側面がシリコン（１１０）結晶面と成している構成によれば、アルカリ溶液によるシリコン基板の（１１０）結晶面のエッチング速度は（１１１）結晶面のエッチング速度の数十〜数百倍であるので、２種類のエッチングを組み合わせて適切な凹部を形成できる。
【０１５４】
つまり、例えば異方性ドライエッチングにて光導波路層除去部とほぼ同じ平面形状のシリコン基板除去部を形成し、その後、アルカリ溶液による異方性ウエットエッチングを行うと、凹部の底面方向へのエッチングと側面方向へのエッチングの制御が行いやすくなり、所望の凹部を形成でき、上記優れた効果を奏する光回路を歩留まり良く形成できる。
【０１５５】
また、本発明の光回路において、シリコン基板の凹部をアルカリ溶液によるシリコンの異方性エッチングにより形成した構成は、シリコン基板のエッチング速度の結晶面依存性により再現性良く凹部を形成することができる。
【０１５６】
さらに、本発明の光回路において、シリコンの異方性ドライエッチングと該異方性ドライエッチングに続いて行われるアルカリ溶液によるシリコンの異方性エッチングにより形成したりした構成は、シリコン基板の表面に垂直な方向と水平な方向のエッチングをほぼ独立して行うことができ、再現性良くエッチングをしてシリコン基板の凹部を形成できる。
【０１５７】
さらに、本発明の光回路において、前記温度制御手段は薄膜ヒータとした構成によれば、温度制御手段を容易に形成でき、上記優れた効果を奏する光回路を容易に実現できる。
【０１５８】
さらに、本発明の光回路において、前記光導波路層は石英系ガラスにより形成されている構成によれば、光導波路層を容易に形成できるし、石英系ガラス屈折率の温度依存性を利用して熱光学効果を良好に発揮できる。
【０１５９】
さらに、本発明の光回路装置によれば、光の分岐と結合の少なくとも一方を行う少なくとも２つの光分岐結合器同士を接続用コアにより接続し、この接続用コアの少なくとも１本に温度制御手段を形成し、この温度制御手段近傍の構成を上記本発明の光回路の構成とすることにより、熱光学効果を効率的に発揮でき、かつ、歩留まりよく光回路装置を製造できる。
【０１６０】
さらに、本発明の光回路装置において、マッハツェンダ光干渉計回路を有する構成によれば、マッハツェンダ光干渉計回路の位相部が接続用コアとなるので、この接続用コアに形成した温度制御手段により接続用コアの温度を制御し、光可変減衰器や光スイッチ等の様々な機能を有する光回路装置を歩留まり良く形成できる。
【０１６１】
さらに、本発明の光回路装置において、少なくとも１本の光入力導波路と、第１スラブ導波路と、アレイ導波路と、第２スラブ導波路と光出力導波路とを有し、前記アレイ導波路が接続用コアを成している構成によれば、位相部となるアレイ導波路に温度制御手段を形成してアレイ導波路の温度を制御し、光可変減衰器や光スイッチ等の様々な機能を有する光回路装置を歩留まり良く形成できる。
【０１６２】
さらに、本発明の光回路装置において、光可変減衰器、光スイッチ、波長可変合分波器、光可変分散補償器と成している構成によれば、温度制御手段に投入する電力が少なくてもそれぞれの機能を効率的に発揮でき、かつ、歩留まりの良好な光回路装置を実現できる。
【０１６３】
さらに、本発明の光回路の製造方法によれば、シリコン基板表面側に凹部を形成する方法を、アルカリ溶液によるシリコンの異方性エッチングとしたり、シリコンの異方性ドライエッチングと該異方性ドライエッチングに続いて行われるアルカリ溶液によるシリコンの異方性エッチングとしたりすることにより、容易に、かつ、歩留まり良く光回路を製造することができる。
【０１６４】
さらに、本発明の光回路の製造方法において、アルカリ溶液は水酸化カリウム水溶液とした構成によれば、入手が容易な水酸化カリウム水溶液を用い、シリコン基板に凹部をより一層再現性良く形成できるので、確実に歩留まり良く光回路を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る光回路の第１実施形態例を示す要部構成図である。
【図２】上記第１実施形態例の光回路の製造工程を示す説明図である。
【図３】本発明に係る光回路の第２実施形態例を示す要部構成図である。
【図４】上記第２実施形態例の光回路の製造工程を示す説明図である。
【図５】本発明に係る光回路装置の第１、第２実施形態例を示す要部構成図である。
【図６】上記第１実施形態例の光回路装置の投入電力と光減衰量との関係を比較例における関係と共に示すグラフである。
【図７】本発明に係る光回路装置の第３実施形態例を示す要部平面構成図である。
【図８】第３実施形態例の光回路装置における波長と結合効率との関係を示すグラフである。
【図９】上記第３実施形態例の光回路装置と比較例の光回路装置の温度制御手段への投入電力と中心波長との関係を比較例における関係と共に示すグラフである。
【図１０】本発明に係る光回路装置の第５、第６、第７実施形態例の平面構成図である。
【図１１】上記第５実施形態例の光回路装置の投入電力と透過率との関係を比較例における関係と共に示すグラフである。
【図１２】本発明に係る光回路装置の第６実施形態例における温度制御手段への投入電力と設定波長光の光減衰量との関係を示す
【図１３】本発明に係る光回路装置の第８実施形態例の要部構成を示す平面図である。
【図１４】上記第８実施形態例における温度制御手段形成部の拡大図である。
【図１５】上記第８実施形態例において温度制御手段がアレイ導波路に与える設定位相分布の例を示すグラフである。
【図１６】マッハツェンダ光干渉計回路を備えた光回路装置の例を示す説明図である。
【図１７】従来の光回路装置の断面構成例を示す説明図である。
【図１８】従来提案された光回路装置の断面構成例を示す説明図である。
【図１９】従来提案された光回路装置の断面構成の別の例を示す説明図である。
【図２０】従来提案された光回路装置の断面構成のさらに別の例を示す説明図である。
【図２１】従来提案された光回路装置の例を平面図により示す説明図である。
【符号の説明】
１　コア
２　クラッド
３　光導波路層
４　凹部
５　光導波路層除去部
７　シリコン基板
８　温度制御手段
９　薄膜ヒータ
１２　光入力導波路
１３　第１スラブ導波路
１４　アレイ導波路
１４ａ　チャンネル導波路
１５　第２スラブ導波路
１６　光出力導波路
２１　結合器形成コア
２２　接続用コア
【図１】
2004133130.tif 000004
【図２】
2004133130.tif 000005
【図３】
2004133130.tif 000006
【図４】
2004133130.tif 000007
【図５】
2004133130.tif 000008
【図６】
2004133130.tif 000009
【図７】
2004133130.tif 000010
【図８】
2004133130.tif 000011
【図９】
2004133130.tif 000012
【図１０】
2004133130.tif 000013
【図１１】
2004133130.tif 000014
【図１２】
2004133130.tif 000015
【図１３】
2004133130.tif 000016
【図１４】
2004133130.tif 000017
【図１５】
2004133130.tif 000018
【図１６】
2004133130.tif 000019
【図１７】
2004133130.tif 000020
【図１８】
2004133130.tif 000021
【図１９】
2004133130.tif 000022
【図２０】
2004133130.tif 000023
【図２１】
2004133130.tif 000024