(57)【要約】【課題】本発明は、ガラスを主成分とする光導波路に関し、偏波依存性の小さい光導波路を提供することを目的とする。【解決手段】基板５上に形成された下部クラッド層４と、下部クラッド層４上に形成されたコア層２と、コア層２を埋め込む上部クラッド層３とを有する光導波路１であって、少なくともコア層２と上部クラッド層３はガラスを主成分とする材料で形成され、コア層２の線膨張係数をαｃｏｒｅ、軟化点温度Ｔｃｏｒｅと実際の使用温度Ｔ０との差をΔＴｃｏｒｅとし、上部クラッド層３の線膨張係数をαｃｌａｄ、軟化点温度Ｔｃｌａｄと使用温度Ｔ０との差をΔＴｃｌａｄとし、基板５と下部クラッド層４の実効的な線膨張係数をαｓｕｂｓとすると、【数１】2004246235.tif 000024の関係式を満足するように構成する。【選択図】    図１
2004246235.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に形成された下部クラッド層と、前記下部クラッド層上に形成されたコア層と、前記コア層を埋め込む上部クラッド層とを有する光導波路であって、
少なくとも前記コア層と前記上部クラッド層はガラスを主成分とする材料で形成され、
前記コア層の線膨張係数をαｃｏｒｅとし、前記コア層の軟化点温度Ｔｃｏｒｅと実際の使用温度Ｔ０との差をΔＴｃｏｒｅとし、
前記上部クラッド層の線膨張係数をαｃｌａｄとし、前記上部クラッド層の軟化点温度Ｔｃｌａｄと前記使用温度Ｔ０との差をΔＴｃｌａｄとし、
前記基板と前記下部クラッド層の実効的な線膨張係数をαｓｕｂｓとすると、
【数１】
2004246235.tif 000022
の関係式を満足することを特徴とする光導波路。
【請求項２】
請求項１記載の光導波路において、
ΔＴｃｏｒｅ＞ΔＴｃｌａｄ
であることを特徴とする光導波路。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の光導波路において、
【数２】
2004246235.tif 000023
であることを特徴とする光導波路。
【請求項４】
基板上に形成された下部クラッド層と、前記下部クラッド層上に形成されたコア層と、前記コア層を埋め込む上部クラッド層とを有する光導波路であって、
少なくとも前記コア層と前記上部クラッド層はガラスを主成分とする材料で形成され、
前記コア層の線膨張係数をαｃｏｒｅとし、前記上部クラッド層の線膨張係数をαｃｌａｄとし、前記基板と前記下部クラッド層の実効的な線膨張係数をαｓｕｂｓとすると、
αｃｏｒｅ≠αｃｌａｄ≠αｓｕｂｓ
であり、且つ前記コア層の屈折率と上部クラッド層の屈折率との差Δｎの基板面に平行な方向の屈折率差をΔｎｘとし、基板面に垂直な方向の屈折率差をΔｎｙとすると、
Δｎｘ＝Δｎｙ
であることを特徴とする光導波路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガラスを主成分とする光導波路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
基板上にコア層とクラッド層とを形成した光導波路は半導体プロセスと同様の薄膜技術や微細加工技術で製造され、高速な光ファイバネットワークの主要部品として注目を集めている。ガラスを主成分とする光導波路は低損失な特性を有しており作製も容易なことから製品化されている光導波路デバイスの多くを占めている。
【０００３】
光導波路の入力端には光ファイバが接続される。光ファイバからの入力光の偏波状態は不定であるため、光導波路の特性は入力光の偏波状態で変動しないことが望まれる。光導波路の偏波依存性は複屈折により生じる。複屈折はコア層及びクラッド層に蓄積される内部応力で生じ、特に各層の線膨張係数の相違に起因する熱応力が大きく影響する。一般的に石英導波路製造プロセスでは、光導波路の挿入損失低減等の目的で成膜後に熱処理が行われる。当該熱処理後の温度低下の過程において、コア層、クラッド層及び基板のそれぞれの線膨張係数が異なると熱応力が生じる。光導波路近傍で基板面内方向とそれに垂直な方向とで熱応力差が生じると光弾性効果により光導波路内に複屈折が生じる。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１−１６９４０６号公報
【特許文献２】
特開平１１−１７４２４６号公報
【特許文献３】
特開平５−２５７０２１号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
この問題を解決するために、例えばコア層とクラッド層との界面の線膨張係数を等しくする方法（特許文献１参照）や、上部クラッド層と基板との線膨張係数を等しくする方法（特許文献２参照）、あるいはクラッド層とコア層との線膨張係数が等しくなるようにドーパント量を最適化する方法（特許文献３参照）等が知られている。しかしながら、これら公知技術のように層界面の線膨張係数を等しくする方法を用いても、十分な偏波無依存性を備えた光導波路を得ることができないという問題が生じている。
【０００６】
本発明の目的は、偏波依存性の小さい光導波路を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、基板上に形成された下部クラッド層と、前記下部クラッド層上に形成されたコア層と、前記コア層を埋め込む上部クラッド層とを有する光導波路であって、少なくとも前記コア層と前記上部クラッド層はガラスを主成分とする材料で形成され、前記コア層の線膨張係数をαｃｏｒｅとし、前記コア層の軟化点温度Ｔｃｏｒｅと実際の使用温度Ｔ０との差をΔＴｃｏｒｅとし、前記上部クラッド層の線膨張係数をαｃｌａｄとし、前記上部クラッド層の軟化点温度Ｔｃｌａｄと前記使用温度Ｔ０との差をΔＴｃｌａｄとし、前記基板と前記下部クラッド層の実効的な線膨張係数をαｓｕｂｓとすると、
【数３】
2004246235.tif 000003
の関係式を満足することを特徴とする光導波路によって達成される。
【０００８】
また、本発明の光導波路において、ΔＴｃｏｒｅ＞ΔＴｃｌａｄであることを特徴とする。
また、本発明の光導波路において、
【数４】
2004246235.tif 000004
であることを特徴とする。
【０００９】
上記目的は、基板上に形成された下部クラッド層と、前記下部クラッド層上に形成されたコア層と、前記コア層を埋め込む上部クラッド層とを有する光導波路であって、少なくとも前記コア層と前記上部クラッド層はガラスを主成分とする材料で形成され、前記コア層の線膨張係数をαｃｏｒｅとし、前記上部クラッド層の線膨張係数をαｃｌａｄとし、前記基板と前記下部クラッド層の実効的な線膨張係数をαｓｕｂｓとすると、αｃｏｒｅ≠αｃｌａｄ≠αｓｕｂｓであり、且つ前記コア層の屈折率と上部クラッド層の屈折率との差Δｎの基板面に平行な方向の屈折率差をΔｎｘとし、基板面に垂直な方向の屈折率差をΔｎｙとすると、Δｎｘ＝Δｎｙであることを特徴とする光導波路によって達成される。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施の形態による光導波路について説明する。コア層、上部クラッド層及び基板のそれぞれの軟化点温度が異なっていても線膨張係数が等しければ、熱処理等の温度の昇降で内部応力が光導波路近傍に蓄積されることはない。本発明者らは、コア層等の屈折率自体よりもコア層とクラッド層との屈折率の差に偏波依存性が影響を受ける光導波路では、光導波路近傍に生じる内部応力が等方性であれば偏波依存性は生じないということを見出した。光導波路近傍での内部応力を等方化するためには、コア層、上部クラッド層及び基板のそれぞれの線膨張係数の関係を最適化すればよい。
【００１１】
ガラスを主成分とする材料の熱膨張による熱歪みに関しては、温度上昇に伴う材料の軟化を考慮する必要がある。ガラスの粘性率は温度によって著しく変化するためガラスの状態はいくつかの特性温度で区分されている。特性温度の１つである軟化を開始する軟化点温度Ｔｓでは粘性率は１０７．６ｐｏｉｓｅとなりガラス中に粘性流動が生じる。この場合、ガラス中に熱歪みは蓄積されず軟化点温度Ｔｓ以上では熱応力は極めて小さくなる。光導波路のコア層やクラッド層にはガラスを主成分とした材料が用いられているので軟化点温度Ｔｓ以上でコア層やクラッド層に生じる熱応力は極めて小さくなる。しかしながら、光導波路の製造時の熱処理工程における冷却プロファイルの影響を受けて、軟化点温度Ｔｓから実使用温度に近づくにつれてコア層やクラッド層に生じる熱応力は徐々に増大し、最終的にコア層やクラッド層には軟化点温度Ｔｓ以下で発生した熱応力が残存する。
【００１２】
例えば一般的に上部クラッド層には、コア層を埋め込むためにコア層より軟化点温度Ｔｓの低い材料を使用する。光導波路近傍に蓄積される内部応力のうち、基板面に平行な方向の成分は基板とコア層との間に生じる熱応力に依存し、基板面に垂直な方向の成分はクラッド層とコア層との間に生じる熱応力に依存する。熱処理工程の温度が下降する過程で、基板とコア層との間に生じる熱応力は基板とコア層のそれぞれの軟化点温度のうち低い方の軟化点温度以下で蓄積される。クラッド層とコア層との間に生じる熱応力はクラッド層とコア層のそれぞれの軟化点温度のうち低い方の軟化点温度以下で蓄積される。従って、軟化点温度が異なる場合には、コア層と基板との線膨張係数の差がコア層とクラッド層との線膨張係数との差と同じであっても熱応力はもはや等方でなくなる。
【００１３】
石英系ガラスの軟化特性は線膨張係数や屈折率を制御するために使用するドーパント量に依存して変化する。従って、光導波路中に複屈折が生じないように基板面内方向とそれに垂直な方向との熱応力差を小さくするには、線膨張係数の他に、コア層やクラッド層の軟化特性や軟化特性に影響を与えるドーパントの種類及びドーパント量についても考慮する必要がある。
【００１４】
図１（ａ）は、本実施の形態による光導波路１を基板面及び光導波方向に垂直に切断した断面を示している。光導波路１は石英ガラス等の基板５上に下部クラッド層４が成膜されており、下部クラッド層４上に断面がほぼ長方形のコア層２が形成されている。さらに光導波路１にはコア層２及び下部クラッド層４上に上部クラッド層３が堆積されている。コア層２、上部クラッド層３及び下部クラッド層４はガラスを主成分とする材料で形成されている。これ以降、下部クラッド層４と基板５を総称して複合基板６と言う。なお図１において、複合基板６の基板面内であって紙面左右方向をｘ方向とし、同様に紙面に垂直な方向をｚ方向とし、複合基板６の基板面法線方向をｙ方向とする。
【００１５】
式（１−１）〜（１−４）は、それぞれコア層２及び上部クラッド層３各部で生じる熱応力を示している。式（１−１）は、コア層２の線膨張係数αｃｏｒｅと複合基板６の線膨張係数αｓｕｂｓとの差（線膨張係数差）に基づいて、温度変化がΔＴｃｏｒｅだけ生じた場合にコア層２でｘ方向に生じる熱応力σｘ＿ｃｏｒｅの大きさを表している。ここで、温度変化ΔＴｃｏｒｅは、コア層２の軟化点温度Ｔｃｏｒｅと光導波路の実際の使用温度Ｔ０との差である。また、温度変化ΔＴはコア層２及び複合基板６のいずれか低い方の軟化点温度を用いる。一般にコア層２の軟化点温度Ｔｃｏｒｅは複合基板６の軟化点温度Ｔｓｕｂｓより低いため、式（１−１）では温度変化ΔＴｃｏｒｅを用いている。式中のＥはヤング率であり、νはポアソン比である。なお、複合基板６の線膨張係数αｓｕｂｓは、下部クラッド層４と基板５からなる複合体の熱膨張の大きさ、複合体を構成する基板と積層膜の厚さの比や、ヤング率・ポアソン比の関係から見積もられる実効的な値である。
【００１６】
式（１−２）は、コア層２の線膨張係数αｃｏｒｅと上部クラッド層３の線膨張係数αｃｌａｄとの線膨張係数差に基づいて、温度変化がΔＴｃｌａｄだけ生じた場合にコア層２でｙ方向に生じる熱応力σｙ＿ｃｏｒｅの大きさを表している。ここで、上部クラッド層３の軟化点温度Ｔｃｌａｄはコア層２の軟化点温度Ｔｃｏｒｅより低いため、式（１−２）では温度変化ΔＴｃｌａｄを用いている。
【００１７】
同様にして、式（１−３）は、上部クラッド層３の線膨張係数αｃｌａｄと複合基板６の線膨張係数αｓｕｂｓとの線膨張係数差に基づいて、温度変化がΔＴｃｌａｄだけ生じた場合に上部クラッド層３でｘ方向に生じる熱応力σｘ＿ｃｌａｄの大きさを表している。ここで、上部クラッド層３の軟化点温度Ｔｃｌａｄは複合基板６の軟化点温度Ｔｓｕｂｓより低いため、式（１−３）では温度変化ΔＴｃｌａｄを用いている。
【００１８】
また同様にして、式（１−４）は、上部クラッド層３の線膨張係数αｃｌａｄとコア層２の線膨張係数αｃｏｒｅとの線膨張係数差に基づいて、温度変化がΔＴｃｌａｄだけ生じた場合に上部クラッド層３でｙ方向に生じる熱応力σｙ＿ｃｌａｄの大きさを表している。
なお、式（１−１）〜（１−４）以外にも、例えば、上部クラッド層３の線膨張係数αｃｌａｄとコア層２の線膨張係数αｃｏｒｅとの線膨張係数差に基づいて、温度変化がΔＴｃｌａｄだけ生じた場合に上部クラッド層３でｘ方向に生じる熱応力σｘ＿ｃｌａｄも存在するが、本実施形態の以後の説明では不要なため式の記載は省略する。
【００１９】
【数５】
2004246235.tif 000005
【００２０】
ここで、特に図示しないが、コアとそれを取り囲むクラッドからなる一般的な導波路構造を考える。光導波路の伝搬特性は伝搬モードの実効屈折率ｎｅｆｆで特徴付けられる。実効屈折率ｎｅｆｆはコアの屈折率ｎｃｏｒｅやクラッドの屈折率ｎｃｌａｄを用いて固有値方程式を解くことで得られるが、規格化屈折率ｂを示す式（２−１）を用いて式（２−２）のように表せる。式（２−１）及び式（２−２）において、屈折率差Δｎはコアの屈折率ｎｃｏｒｅとクラッドの屈折率ｎｃｌａｄとの差（Δｎ＝ｎｃｏｒｅ−ｎｃｌａｄ）である。
【００２１】
【数６】
2004246235.tif 000006
【００２２】
実効屈折率ｎｅｆｆを示す式（２−２）の右辺第１項は屈折率差Δｎを含むが、右辺第２項は屈折率差Δｎを含んでいない。つまり、実効屈折率ｎｅｆｆを示す式（２−２）の右辺第１項は、伝搬特性のうち主として光導波路内部への光の閉じ込めに関係し、右辺第２項は光学的距離に関係する。
【００２３】
マッハツェンダ構成やアレイ導波路構成など干渉系を含む光導波路デバイスの特性は、干渉系を構成する複数の光路の光路長差を如何に精度よく設定できるかに依存する。従って、干渉系を含む光導波路デバイスで偏波依存性を低減させるには、式（２−２）第２項に示すクラッドの屈折率ｎｃｌａｄ（あるいはコアの屈折率ｎｃｏｒｅ）自体に複屈折が生じないようにする必要がある。
【００２４】
一方、方向性結合器やパワースプリッタ等の干渉系を含まない光導波路の特性は光路長差の変化による影響は小さく、光の閉じ込め状態に大きく影響される。光の閉じ込め状態は、コアの屈折率ｎｃｏｒｅとクラッドの屈折率ｎｃｌａｄとの差であるΔｎに依存して変化するため、干渉系を含まない光導波路の偏波依存性の低減はコア及びクラッドの各々の屈折率ではなく、コアとクラッドとの屈折率差Δｎを考慮すればよい。さらに、干渉系を含まない光導波路回路での偏波依存性は、図１（ｂ）に示すような複数のコア層２，２’  が隣接した個所を含む光導波路にて生じる場合が多い。このような場合は、コア上下部の閉じ込めの変化よりもコア側方部の閉じ込め変化の影響の方が顕著になるので、本例では上下クラッド層３、４の屈折率を上部クラッド層３の屈折率ｎｃｌａｄで代表させている。
【００２５】
【数７】
2004246235.tif 000007
【００２６】
一般に、物体に生じる応力σと歪みεとの関係は式（３−１）〜（３−３）のように表わされる。式（３−１）〜式（３−３）において、（εｘ、εｙ、εｚ）は（ｘ、ｙ、ｚ）方向の歪みであり、（σｘ、σｙ、σｚ）は（ｘ、ｙ、ｚ）方向の応力である。なお本例では、基板面内方向でのｘ方向及びｚ方向の応力σｘ、σｚはσｘ＝σｚであるものとしている。
【００２７】
【数８】
2004246235.tif 000008
【００２８】
また一般に、熱応力による光弾性効果に基づく屈折率変化δｎは光弾性定数ｐｉｊ、屈折率ｎ及び歪みεを用いて式（４−１）及び（４−２）のように表わされる。式（４−１）及び式（４−２）において、（δｎｘ、δｎｙ）は、光弾性効果による（ｘ、ｙ）方向の屈折率変化を表している。
【００２９】
さらに、式（４−１）及び式（４−２）に式（３−１）〜式（３−３）を代入すると、δｎｘ、δｎｙは、それぞれ式（５−１）及び式（５−２）のように表される。
【００３０】
【数９】
2004246235.tif 000009
【００３１】
なお、ｕｘｘ、ｕｘｙ、ｕｙｘ及びｕｙｙは以下に示す通りである。
【数１０】
2004246235.tif 000010
【００３２】
式（５−１）及び式（５−２）は、光弾性効果に基づく屈折率変化δｎと熱応力σとの関係を示している。式（５−１）及び式（５−２）にそれぞれ式（１−１）〜式（１−４）を代入すると、コア層２と上部クラッド層３との屈折率差Δｎを求めることができる。ｘ方向の屈折率差ΔｎをΔｎｘ、ｙ方向の屈折率差ΔｎをΔｎｙとし、定数θを式（６−３）のように定義することにより、屈折率差Δｎｘは式（６−１）で表され、屈折率差Δｎｙは式（６−２）で表される。
【００３３】
【数１１】
2004246235.tif 000011
【００３４】
但し、式（６−１）及び式（６−２）において、δｎｘ＿ｃｏｒｅとδｎｙ＿ｃｏｒｅはコア層２のｘ方向とｙ方向の光弾性効果による屈折率変化を示し、δｎｘ＿ｃｌａｄとδｎｙ＿ｃｌａｄは上部クラッド層３のｘ方向とｙ方向の光弾性効果による屈折率変化を示している。
また、式（５−３）〜式（５−６）より、式（７−１）及び式（７−２）が求まる。
【００３５】
【数１２】
2004246235.tif 000012
【００３６】
式（６−１）、式（６−２）、式（７−１）及び式（７−２）よりｘ方向の屈折率差Δｎｘとｙ方向の屈折率差Δｎｙとの差は式（８−１）のように表わされる。
【００３７】
【数１３】
2004246235.tif 000013
【００３８】
光導波路に偏波依存性がなくなるには、ｘ方向の屈折率差Δｎｘとｙ方向の屈折率差Δｎｙが等しくなればよいので、式（８−１）の右辺を０として式を整理すると式（９−１）のようになる。
【００３９】
【数１４】
2004246235.tif 000014
【００４０】
式（９−１）は、コア層２、上部クラッド層３、及び複合基板６のそれぞれの線膨張係数の関係を、コア層２と上部クラッド層３の軟化点温度Ｔｃｏｒｅ、Ｔｃｌａｄを考慮して表したものである。式（９−１）を満たすようにコア層２や上部クラッド層３等の組成を調整することで、偏波依存性のない光導波路が作製できる。なお、式（９−１）において、ΔＴｃｏｒｅ＝ΔＴｃｌａｄとおいて式を整理すれば、αｃｏｒｅ＝αｃｌａｄとなる。これは、コア層２と上部クラッド層３の軟化点温度Ｔｃｏｒｅ、Ｔｃｌａｄを考慮せずにコア層２と上部クラッド層３の線膨張係数のみを等しくして偏波依存性を低減しようとする参考文献１や参考文献３等の技術を表している。
【００４１】
〔実施例〕
以下、具体的に実施例を用いて説明する。まず、常温と軟化点温度との温度差ΔＴを求めるため、プラズマＣＶＤ法を用いてシリコン基板上に石英ガラス膜を形成した。形成した石英ガラス膜は２種類であり、第１はゲルマニウム添加の石英ガラス膜（ＧＳＧ）、第２は燐とボロンを添加した石英ガラス膜（ＢＰＳＧ）である。２種類のガラス膜に共通の石英成分として、テトラエトキシオルソシリケート（ＴＥＯＳ）液体原料を使用した。ＧＳＧのドーパント材料はテトラメトキシゲルマニウム（ＴＭＧ）を使用し、ＢＰＳＧのドーパント材料はテトラメトキシボロン（ＴＭＢ）とテトラメトキシフォスファ（ＴＭＰ）を使用した。各ガラス膜は５μｍの膜厚に成膜され、成膜後１１００℃で２４時間の熱処理を行った。
【００４２】
温度変化（温度差）ΔＴは基板の反り量から見積もられる内部応力から計算した。内部応力と複屈折率との関係は式（５−１）及び式（５−２）から求めることができる。石英ガラス膜はシリコン基板全面に形成しているためσｙ＝０である。従って、複屈折率は式（５−１）及び式（５−２）においてσｙ＝０として変形することにより式（１０−１）のように表される。
【００４３】
【数１５】
2004246235.tif 000015
【００４４】
内部応力から求められる複屈折率との照合・整合性を確認するために作製した各サンプルの屈折率を測定した。複屈折率は、波長１．５５μｍのプリズムカプラで膜面に平行な方向（ＴＥモード）と膜面に垂直な方向（ＴＭモード）の両偏波について測定し、ＴＥモードでの屈折率ｎＴＥとＴＭモードでの屈折率ｎＴＭとの差から求めた。各サンプルの測定結果を表２に示す。
【００４５】
また、膜の内部応力は基板の反り量を測定し反り量と表１の値を式（１１−１）に代入して求めた。式（１１−１）において、Ｒは曲率半径、ｔは膜厚、ｄはシリコン基板厚、Ｅは基板に成膜した膜のヤング率、νは基板に成膜した膜のポアソン比である。なお、表１に示す各石英ガラス膜の線膨張係数は図２に示す文献データと他の実験で測定したドーパント濃度より見積もった。
【００４６】
【数１６】
2004246235.tif 000016
【００４７】
【表１】
2004246235.tif 000017
【００４８】
実使用温度（常温）と軟化点温度との差ΔＴは式（１２−１）から求められる。但し、式（１２−１）において、αｆは基板に成膜した膜の線膨張係数、ヤング率Ｅ、ポアソン比νは膜のものを示している。また、各サンプルの測定結果及び計算結果を表２に示す。
【００４９】
【数１７】
2004246235.tif 000018
【００５０】
【表２】
2004246235.tif 000019
【００５１】
光導波路製造プロセスでは、光導波路の挿入損失低減等の目的で成膜後に熱処理が行われる。熱処理温度が軟化点温度より高い場合には、降温時に軟化点温度以下の温度範囲で熱応力が蓄積される。
軟化点温度を考慮しないならば、ＧＳＧのΔＴとＢＰＳＧのΔＴはともに熱処理温度にほぼ等しい１０００℃程度と考えられる。表１に示す各線膨張係数の値とΔＴ＝１０００℃を式（１２−１）にそれぞれ代入すると、ＧＳＧの膜応力は２５０ＭＰａ、ＢＰＳＧの膜応力は２７８ＭＰａとなる。ＧＳＧの膜応力は表２に示す実測値とほぼ一致するが、ＢＰＳＧの膜応力は表２に示す実測値と大きく異なる。一方、表２に示す膜応力の実測値とΔＴ＝１０００℃を式（１２−１）にそれぞれ代入しＧＳＧとＢＰＳＧのそれぞれの線膨張係数を求めると、ＧＳＧの線膨張係数は１３×１０−７、ＢＰＳＧの線膨張係数は２４×１０−７となる。ＧＳＧの線膨張係数は誤差範囲内であるが、ＢＰＳＧの線膨張係数は表１の値と大きく異なる。
【００５２】
軟化点温度を考慮すると、ＧＳＧとＢＰＳＧの軟化点温度は異なるため、両者のΔＴは等しくなる必要はない。従って、表２に示す膜応力と表１に示す線膨張係数を式（１２−１）にそれぞれ代入して求められるΔＴがＧＳＧとＢＰＳＧとで異なっていたとしても問題はない。表２に示すようにＧＳＧのΔＴは９００℃、ＢＰＳＧのΔＴは３００℃と計算される。ところで、一般的なガラスのドーパント濃度と軟化点温度との関係から、ＧＳＧの軟化点温度は８００〜１１００℃、ＢＰＳＧの軟化点温度は３００〜６００℃と試算される。実測値に基づいて計算された表２に示すΔＴは一般的なガラスのドーパント濃度と軟化点温度との関係から試算された軟化点温度にほぼ一致する。従って、表２に示すΔＴは実使用温度と軟化点温度との差であると考えられる。
【００５３】
光導波路の実デバイスでは、式（１−１）〜式（１−４）に示すように、コア層のΔＴ（＝ΔＴｃｏｒｅ）と上部クラッド層のΔＴ（＝ΔＴｃｌａｄ）が熱応力を生じさせる。また、式（６−１）及び式（６−２）に示すように、ΔＴｃｏｒｅとΔＴｃｌａｄが複屈折を生じさせる。表１に示す線膨張係数と上記得られたＧＳＧのΔＴｃｏｒｅ＝９００℃及びＢＰＳＧのΔＴｃｌａｄ＝３００℃を式（８−１）にそれぞれ代入すると、Δｎｘ−Δｎｙは１．０×１０−４となり、干渉系を持たない光導波路であっても偏波依存性を持つことが予想される。
【００５４】
次に、図１に示す構造の光導波路を作製し偏波依存性の検証を行った。当該光導波路はコア層２の材料にＧＳＧを用い、上部クラッド層３の材料にＢＰＳＧを用いている。さらに当該光導波路は下部クラッド層４の材料にドーパント添加なしの石英ガラス膜（ＮＳＧ）を用いている。またさらに当該光導波路は基板５材料に石英ガラスを用いている。石英ガラス基板５上に３μｍのＮＳＧ下部クラッド層４を成膜し、次いで７μｍのＧＳＧのコア層２を成膜した。導波路パターン形成のためエッチングマスク用のタングステンシリサイド膜を１μｍ成膜し、その後フォトレジストを塗布、露光、現像する通常のフォトリソグラフィ手法によりレジストの導波路パターンを作製し、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）で所望の形状に導波路コア層２をパターニングした。１１００℃で３時間の熱処理を行い、その後上部クラッド層３として３０μｍのＢＰＳＧを堆積し、１１００℃で２４時間の熱処理を行った。ウェハプロセス終了後切断してから表面を研磨し光導波路チップを作製した。
【００５５】
方向性結合器と１×８分岐パワースプリッタの光導波路デバイスを用い、各光導波路デバイスのＴＥモードとＴＭモードでの特性差を評価した。光導波路を構成するコア層２、上部クラッド層３及び複合基板６の線膨張係数の関係は、上記得られたＧＳＧのΔＴｃｏｒｅ＝９００℃及びＢＰＳＧのΔＴｃｌａｄ＝３００℃を式（９−１）に代入して式（１３−１）を求めた。
【００５６】
【数１８】
2004246235.tif 000020
【００５７】
式（１３−１）は本実施例の光導波路の偏波依存性が０になる条件式である。コア層２と上部クラッド層３及び複合基板６の組成が式（１３−１）を満たすようにゲルマニウム、ボロン及び燐の濃度を最適化した光導波路と、濃度を最適化しない光導波路とを試作し偏波依存性の比較評価を行った。なお、両光導波路において組成以外のプロセス要素は全て同様である。この組成においてもΔＴｃｏｒｅとΔＴｃｌａｄの比は実施例１での結果と殆ど差はないことは別の実験で検証済みである。
【００５８】
方向性結合器ではスルーポート出力とクロスポート出力との差（分岐比）で生じる偏波依存損失（ＰＤＬ）を測定した。一方、１×８分岐スプリッタでは８ポートの出力におけるＰＤＬを測定し平均値を求めた。光源は波長１．５５μｍの光を使用した。
【００５９】
【表３】
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【００６０】
表３に示すように、本実施例の式（１３−１）を用いてコア層２、上部クラッド層３及び複合基板６の組成を最適化した光導波路は偏波依存性を大幅に低減させることができた。
【００６１】
さらに各部分の熱膨張率αを変えた構成について（９−１）式の右辺で与えられる値Ｕを計算し、測定された方向性結合器のＰＤＬとの関係を調べた。図３は、値Ｕと方向性結合器のＰＤＬの測定値との関係を示しており、横軸は値Ｕを表し縦軸はＰＤＬの測定値（ｄＢ）を表している。図３に示すように、Ｕ値が大きくなるほどＰＤＬが減少する傾向にあることが分かる。コア層２等の線膨張係数αが表１に示す値のときＵ＝０．８であり、ＰＤＬの測定値は表３に示すように０．９ｄＢであったが、Ｕ＞１にするとＰＤＬ＜０．６ｄＢとなり、偏波依存性が低減できていることが分かる。
【００６２】
【発明の効果】
以上の通り、本発明によれば、偏波依存性の小さい光導波路を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態による光導波路の断面図である。
【図２】石英ガラス膜の線膨張係数とドーパント濃度との関係を示す図である。
【図３】コア層２等の線膨張係数αを変化させて式（９−１）の右辺で求めた値Ｕと方向性結合器のＰＤＬの測定値との関係を示す図である。
【符号の説明】
１  光導波路
２  コア層
３  上部クラッド層
４  下部クラッド層
５  基板
６  複合基板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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