(57)【要約】【課題】製造工程の増加を可能な限り抑制しつつ、簡易な構成で偏光依存性を低減させるような導波路を提供する。【解決手段】Ｓｉ（シリコン）基板であるサブストレートＳＳＬと、ＳｉＯ２（二酸化シリコン）膜のアンダークラッド層ＵＣＬと、Ｇｅ（ゲルマニウム）がドープされたＳｉＯ２膜のコアＣＯＲと、Ｂ（ボロン）またはＰ（リン）がドープされたＳｉＯ２膜のバッファ層ＢＰＳと、ＳｉＯ２膜のオーバクラッド層ＯＣＬが積層された導波路１とした。【選択図】  図１
2004309613.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｓｉ基板であるサブストレートと、
該サブストレート上に形成されるＳｉＯ２膜のアンダークラッド層と、
該アンダークラッド層上に形成され、ＧｅがドープされたＳｉＯ２膜のコアと、
該コアおよび前記アンダークラッド層上に形成され、ＢまたはＰがドープされたＳｉＯ２膜のバッファ層と、
該バッファ層上に形成されるＳｉＯ２膜のオーバクラッド層と、
を備えることを特徴とする導波路。
【請求項２】
請求項１記載の導波路において、
前記バッファ層の厚みは、コアから外側へ光が染み出るエバネッセント波の到達領域よりも充分に小さいことを特徴とする導波路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、クラッドに覆われたコアを媒体として光信号を伝送する導波路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来技術の導波路の構造およびその形成方法について図を参照しつつ説明する。図４は従来技術の導波路の構造図、図５は同じく導波路の形成方法を説明する説明図である。
導波路１００は、図４で示すように、サブストレートＳＳＬ、アンダークラッド層ＵＣＬ、コアＣＯＲ、オーバクラッド層ＯＣＬが設けられている。
【０００３】
続いて、このような導波路１００の形成方法について説明する。
図５（ａ）で示すように、Ｓｉ（シリコン）基板によるサブストレートＳＳＬの上面に、例えばＣＶＤ法（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：：化学気相堆積法）などの方法によりＳｉＯ２膜（二酸化シリコン膜）のアンダークラッド層ＵＣＬが形成され、さらに、このアンダークラッド層ＵＣＬの上面に、Ｇｅ（ゲルマニウム）をドープし、厚みが数ミクロン程度のＳｉＯ２膜を成膜してコア層ＣＯＲ１を形成する。
【０００４】
次に、図５（ｂ）で示すように、コア層ＣＯＲ１上にＷＳｉ膜（タングステンシリサイド膜）ＷＳｉＬを形成し、さらに図５（ｃ）で示すようにＷＳｉ膜ＷＳｉＬの上面にフォトレジストＰＲＥＳを塗布する。このフォトレジストＰＲＥＳをフォトリソグラフィ技術を用いてパターニングし、フォトマスクＰＭを構成する。フォトマスクＰＭは、図５（ｄ）で示すように断面寸法が矩形であって幅が数ミクロンの導波路と同じ形状となる。
【０００５】
次にエッチングを行う。このエッチングにより、ＷＳｉ膜ＷＳｉＬとフォトレジストＰＲＥＳとからなるフォトマスクＰＭ、および、フォトマスクＰＭで保護されていないコア層ＣＯＲ１が除去され、図５（ｅ）で示すように幅及び厚みがそれぞれ数ミクロンのコアＣＯＲが残る。
次に、図５（ｆ）で示すように、アンダークラッド層ＵＣＬおよびコアＣＯＲの上にＳｉＯ２膜を成膜してオーバクラッド層ＯＣＬを形成する。これによりコアＣＯＲの周囲はアンダークラッド層ＵＣＬおよびオーバクラッド層ＯＣＬからなるクラッドで囲まれて導波路１００が形成される。最後に高温のアニール処理により成膜時の残留応力を除去して、導波路１００を完成させる。
【０００６】
この導波路１００では、コアＣＯＲの周囲はクラッド（アンダークラッド層ＵＣＬおよびオーバクラッド層ＯＣＬ）により覆われ、さらに、ＧｅをドープしたＳｉＯ２膜であるコアＣＯＲは、Ｇｅにより屈折率を周囲のクラッド（アンダークラッド層ＵＣＬおよびオーバクラッド層ＯＣＬ）より若干高くしてある。これにより、光信号はコアＣＯＲ内を反射しつつ伝送され、低損失な導波路１００としている。
【０００７】
なお、特に図示しないがこの導波路１００をさらに加工して光フィルタを形成することができる。光フィルタは、導波路１００のコアＣＯＲにブラッググレーティングを形成するものである。ブラッググレーティングとは、Ｇｅを含むコアＣＯＲ部分にエキシマレーザ光を照射すると照射部分の屈折率が大きくなる光誘起屈折率変化現象を応用し、コアＣＯＲに交互に屈折率が変化するブラッググレーティングを形成して特定波長を反射させる機能を持たせるものである。このブラッググレーティングに入射する光は、特定波長が反射して所望の出力スペクトルとなるようにフィルタリングされて出力される。
この導波路１００はいわば基本的な形態ということができ、導波路１００を応用した各種の光素子・光回路（例えばＡＷＧ・結合器・分岐器など）とすることができる。
【０００８】
なお、他の従来技術として、例えば特許文献１（発明の名称：光導波路およびそれを用いた光回路）、または、特許文献２（発明の名称：無複屈折受動光学構成要素）などが知られている。
従来技術はこのようなものであった。
【０００９】
【特許文献１】
特開２００１−２２１９２４号公報
（段落番号００２４〜００５５，図１〜図９）
【特許文献２】
特開２００２−９８８５０号公報
（段落番号００１４〜００２４，図１〜図５）
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
図４，図５を用いて説明した従来技術の導波路１００では、プロセスの最後に約１０００℃程度の高温のアニール処理を行っているが、常温に戻った際、ＳｉとＳｉＯ２との熱膨張率係数の差により、熱応力が発生する。
【００１１】
この熱応力のため導波路１００の導波に偏光依存性が発生する。偏光依存性は光学特性に影響を与えるため、偏光依存性を発生させないことが望ましい。
偏光依存性の問題点をブラッググレーティングによる光フィルタを例にとって説明する。偏光依存性のないブラッググレーティングは、本来は１ピークのみの反射スペクトルを生じるものであるが、熱応力により偏光依存性が生じたブラッググレーティングは２ピークの反射スペクトルが生じ、所望のフィルタリング特性を得られないという問題があった。
【００１２】
また、導波路にブラッググレーティングを用いたセンサ素子では、この２ピークの反射スペクトルにより測定精度等の劣化を招いていた。
また、波長多重信号伝送用光素子では、多重可能なチャンネル数が減少するという問題があった。
【００１３】
また、特許文献１の発明は、偏光依存性（偏波依存性）を解消するため、屈折率を交互に変化させた多層構造であって、層と平行な方向の実効屈折率が高くなるコアを採用して、残留熱応力等により生じた複屈折を補償し、偏波依存性を解消している。
しかしながら、製造工程が多くなり、コストが高くなる等の問題があった。
【００１４】
また、特許文献２では、  バッファ層に形成された導波路ベース上に光導波路を乗せた構成を採用し、熱応力による複屈折を減少させることにより、ガラスとシリコン基板の熱膨張係数を完全に適合させなくても偏光依存性（偏波依存性）を解消するようにしている。
しかしながら、より簡易な構成で偏光依存性（偏波依存性）を解消したいという要請があった。
【００１５】
そこで、本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、製造工程の増加を可能な限り抑制しつつ、簡易な構成で偏光依存性を低減させるような導波路を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明の請求項１に係る発明の導波路は、
Ｓｉ（シリコン）基板であるサブストレートと、
該サブストレート上に形成されるＳｉＯ２（二酸化シリコン）膜のアンダークラッド層と、
該アンダークラッド層上に形成され、Ｇｅ（ゲルマニウム）がドープされたＳｉＯ２膜のコアと、
該コアおよび前記アンダークラッド層上に形成され、Ｂ（ボロン）またはＰ（リン）がドープされたＳｉＯ２膜のバッファ層と、
該バッファ層上に形成されるＳｉＯ２膜のオーバクラッド層と、
を備えることを特徴とする。
【００１７】
また、本発明の請求項２に係る発明の導波路は、
請求項１記載の導波路において、
前記バッファ層の厚みは、コアから外側へ光が染み出るエバネッセント波の到達領域よりも充分に小さいことを特徴とする。
【００１８】
【作用】
ブラッググレーティングによる光フィルタを例にとり、本発明の作用による偏光依存性の低減について説明する。偏光依存性によるブラッググレーティングの２ピークの波長間隔は光弾性の理論から次式で示される。
【００１９】
【数１】
2004309613.tif 000003
【００２０】
上記の数式で用いられる定数・変数は以下のような内容を表している。
【００２１】
【数２】
2004309613.tif 000004
【００２２】
上記の数式からも明らかであるが、▲１▼で示すようにｐ１２＝ｐ１１となるような材料で導波路を構成するか、または、▲２▼で示すように線膨張係数を同じとすることができれば波長間隔はゼロとなる。
そこで本発明ではコアとクラッドとの間に応力を吸収する緩衝体となるバッファ層を設け、線膨張係数の相違による影響を排除することで波長間隔ゼロにする。つまり、１ピーク出力として性能を高めるものである。
【００２３】
【発明の実施の形態】
続いて、本発明の導波路に係る実施形態について、図を参照しつつ説明する。図１は本実施形態の導波路の構造図、図２は同じく導波路の形成方法を説明する説明図である。
【００２４】
本発明による導波路１は、図１で示すように、サブストレートＳＳＬ、アンダークラッド層ＵＣＬ、コアＣＯＲ、バッファ層ＢＰＳ、オーバクラッド層ＯＣＬを備える。
【００２５】
続いて、このような導波路１の形成方法について説明する。
図２（ａ）で示すように、Ｓｉ基板によるサブストレートＳＳＬの上面に、例えばＣＶＤ法などの方法によりＳｉＯ２膜のアンダークラッド層ＵＣＬが形成され、さらに、このアンダークラッド層ＵＣＬの上面に、Ｇｅをドープした厚み数ミクロンのＳｉＯ２膜を成膜してコア層ＣＯＲ１を形成する。
【００２６】
次に、図２（ｂ）で示すように、コア層ＣＯＲ１上にＷＳｉ膜ＷＳｉＬを形成し、さらに図２（ｃ）で示すようにＷＳｉ膜ＷＳｉＬの上面にフォトレジストＰＲＥＳを塗布する。このフォトレジストＰＲＥＳをフォトリソグラフィ技術を用いてパターニングし、フォトマスクＰＭを構成する。フォトマスクＰＭは、図２（ｄ）で示すように断面寸法が矩形であって幅数ミクロンの導波路と同じ形状となる。
【００２７】
次にエッチングを行う。このエッチングにより、ＷＳｉ膜ＷＳｉＬとフォトレジストＰＲＥＳとからなるフォトマスクＰＭ、および、フォトマスクＰＭで保護されていないコア層ＣＯＲ１が除去され、図２（ｅ）で示すように幅及び厚みがそれぞれ数ミクロンのコアＣＯＲが残る。
次に、図２（ｆ）で示すように、熱応力を吸収するためのバッファ層ＢＰＳとしてＢ（ボロン）またはＰ（リン）をドープしたＳｉＯ２膜をコアＣＯＲおよびアンダークラッド層ＵＣＬの上に成膜する。
なお、後述するがＢは実際はＢ２Ｏ３（ホウ酸）を、また、Ｐは実際はＰ２Ｏ５（リン酸）を添加することでドープされる。
【００２８】
次に、図２（ｇ）で示すように、バッファ層ＢＰＳの上にＳｉＯ２膜を成膜してオーバクラッド層ＯＣＬを形成する。これによりコアＣＯＲの周囲はアンダークラッド層ＵＣＬ、バッファ層ＢＰＳおよびオーバクラッド層ＯＣＬからなるクラッドで囲まれて導波路が形成される。最後に高温のアニール処理により成膜時の残留応力を除去して、導波路１を完成させる。
【００２９】
続いて、このような導波路１の特徴について説明する。
一般にピュアなＳｉＯ２は、ヤング率が７４００ｋｇｆ／ｍｍ２、ポアッソン比が０．１６程度である。
またＢをドープしたＳｉＯ２は、Ｂのドープ量により値は変化し、ヤング率は（６０００〜６５００）ｋｇｆ／ｍｍ２程度、ポアッソン比は０．１９〜０．２２程度である。即ちＢをドープしたＳｉＯ２はピュアなＳｉＯ２よりも柔らかい。
また、Ｐをドープした  ＳｉＯ２はヤング率が（６０００〜６３００）ｋｇｆ／ｍｍ２程度、ポアッソン比は０．２５程度である。即ちＰをドープしたＳｉＯ２はピュアなＳｉＯ２よりも柔らかい。
【００３０】
なお、ＧｅをドープしたＳｉＯ２では、Ｓｉ−Ｏの原子間結合よりも、Ｇｅ−Ｏの原子間結合が弱く、ピュアなＳｉＯ２に比べＢをＳｉＯ２にドープした場合と同様にヤング率は小さく、また、ポアッソン比は大きくなる。
しかしＧｅの方がＢに比べ原子間結合が３次元的であるためＢをドープしたバッファ層ＢＰＳの方がＧｅをドープしたコアＣＯＲに比べより柔らかい。Ｐをドープしたバッファ層ＢＰＳも略同様に考えられる。
【００３１】
バッファ層ＢＰＳにドープするＢは、実際はＢ２Ｏ３としてＳｉＯ２にドープする。ドープ量によってバッファ層ＢＰＳの屈折率が変化するが、このドープによってピュアなＳｉＯ２の場合と比べ光学的に大きな変化は生じない。この点について屈折率を評価パラメータとする特性図を参照しつつ説明する。図３はドーパント量と屈折率との関係を示す特性図である。図３では、実際に添加されるＢ２Ｏ３，ＧｅＯ２，Ｐ２Ｏ５  をドーパント量を変化させたときのＳｉＯ２の屈折率の変化と表している。
【００３２】
ＳｉＯ２をベースに例えばコアＣＯＲにＧｅＯ２を５モルドープし、また、バッファ層ＢＰＳにＢ２Ｏ３を５モルドープすればコアＣＯＲの屈折率は約１．４６６、バッファ層ＢＰＳの屈折率は１．４５７となりバッファ層ＢＰＳとコアＣＯＲとの屈折率差は０．６％となる。
これは通常の導波路のコアとクラッドの屈折率差０．５〜１％と略同じであり、バッファ層ＢＰＳは、光学的にはクラッド（オーバクラッド層ＯＣＬ）と実質上同じ働きをすることが分かる。
【００３３】
更に本来のコアＣＯＲとクラッド（オーバクラッド層ＯＣＬ）の屈折率差と、コアＣＯＲとバッファ層ＢＰＳの屈折率差と、に若干の差があったとしてもこのバッファ層ＢＰＳの厚みを、エバネッセント波が通過する程度に薄く設計すれば（例えば１００ｎｍ以下）、実質上直接正規のクラッド（オーバクラッド層ＯＣＬ）に囲まれたコアＣＯＲと同じ光学系と考えられるので何ら問題は生じない。従って、バッファ層ＢＰＳは光学系に影響を与えることなく応力のみ吸収する働きをすることになる。
【００３４】
また図３でも明らかなようＧｅＯ２とＰ２Ｏ５とはドープモル数に対してほぼ同じ屈折率変化を示すのでドープ量に差をつけることによりコアＣＯＲの屈折率を高く、バッファ層ＢＰＳの屈折率を低くでき、Ｐ（実際はＰ２Ｏ５）をドープしてもＢ（実際はＢ２Ｏ３）と同様な作用のバッファ層ＢＰＳを実現できる。
また、バッファ層ＢＰＳとして、Ｂ（実際はＢ２Ｏ３）とＰ（実際はＰ２Ｏ５）ともにドープしたＳｉＯ２による成膜した場合も同様に応力吸収の機能を持たせることができる。
【００３５】
このような導波路１では、ＧｅをドープしたＳｉＯ２膜であるコアＣＯＲは、Ｇｅにより屈折率を周囲のクラッド層（アンダークラッド層ＵＣＬ、バッファ層ＢＰＳおよびオーバクラッド層ＯＣＬ）より若干高くしてあるため光信号はコアＣＯＲから漏れることなく、低損失な導波路１を実現している。
このような導波路１は、バッファ層ＢＰＳを設ける一工程のみ増加するだけで、偏光依存性を除去、もしくは低減させることができ、優れた光学特性を有するものである。
【００３６】
【発明の効果】
以上記載したとおり、本発明の導波路にブラッググレーティングを形成した光フィルタでは偏光依存性をなくして、２ピークの反射スペクトルのブラッググレーティングを１ピークの反射スペクトルブラッググレーティングとすることができるため、光センサとして用いるときに測定精度を向上させることができる。
また波長多重信号伝送の多重数を増すことができる。
このように導波路は偏光依存性を除去、もしくは低減させるため、本発明の導波路１の構造を含む光素子・光回路に適用して、光素子・光回路の光学特性を向上させることができる。
【００３７】
総じて、本発明によれば、製造工程の増加を可能な限り抑制しつつ、簡易な構成で偏光依存性を低減させるような導波路を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の導波路の構造図である。
【図２】本発明の実施形態の導波路の形成方法を説明する説明図である。
【図３】ドーパント量と屈折率との関係を示す特性図である。
【図４】従来技術の導波路の構造図である。
【図５】従来技術の導波路の形成方法を説明する説明図である。
【符号の説明】
１，１００  ：導波路
ＣＯＲ      ：コア
ＣＯＲ１    ：コア層
ＵＣＬ      ：アンダークラッド層
ＳＳＬ      ：サブストレート
ＷＳｉＬ    ：タングステンシリサイド膜
ＰＲＥＳ    ：フォトレジスト膜
ＯＣＬ      ：オーバクラッド層
ＢＰＳ      ：バッファ層
【図１】
2004309613.tif 000005
【図２】
2004309613.tif 000006
【図３】
2004309613.tif 000007
【図４】
2004309613.tif 000008
【図５】
2004309613.tif 000009