(57)【要約】【課題】光導波路回路における損失を少なくし、デバイスのより小型化・集積化を可能とする。【解決手段】光信号の分岐点または合流点から離れるにしたがって間隔が広がる複数の第１コア２０３と、少なくともこれらの第１コアを埋め込むクラッド２０５と、前記第１コアと前記クラッドとの間に設けられ前記第１コアの少なくとも一部を覆うとともに、前記分岐点または合流点近傍の前記第１コアの間の間隙に形成された第２コア２０４とを備える。前記第２コアの屈折率は前記クラッドの屈折率より大きく、前記第２コアと前記クラッドとの境界は滑らかであり、前記第１コア間の間隙に形成された前記第２コアの膜厚は、前記複数の第１コアの間隔が広がるにしたがい薄くなるように形成されている。【選択図】　　　　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１コアと、この第１コアを埋め込むクラッドと、前記第１コアと前記クラッドとの間に設けられ、前記第１コアの少なくとも一部を覆う第２コアとを備え、
前記第２コアの屈折率は前記クラッドの屈折率より大きく、
前記第２コアと前記クラッドとの境界は滑らかに形成されたことを特徴とする光導波路回路。
【請求項２】
光信号を少なくとも１本の光導波路から複数の光導波路に分岐させ、または前記複数の光導波路から少なくとも１本の光導波路に合流させる光導波路回路であって、
前記複数の光導波路は、光信号の分岐点または合流点から離れるにしたがって間隔が広がる複数の第１コアと、少なくともこれらの第１コアを埋め込むクラッドと、
前記第１コアと前記クラッドとの間に設けられ前記第１コアの少なくとも一部を覆うとともに、前記分岐点または合流点近傍の前記第１コアの間の間隙に形成された第２コアとを備え、
前記第２コアの屈折率は前記クラッドの屈折率より大きく、
前記第２コアと前記クラッドとの境界は滑らかであり、
前記第１コア間の間隙に形成された前記第２コアの膜厚は、前記複数の第１コアの間隔が広がるにしたがい薄くなるように形成されていることを特徴とする光導波路回路。
【請求項３】
前記光導波路回路は、Ｙ分岐型回路であることを特徴とする請求項２記載の光導波路回路。
【請求項４】
少なくとも１本の入力導波路を接続した第１スラブ導波路と、少なくとも１本の出力導波路を接続した第２スラブ導波路と、これら第１、第２スラブ導波路間に光路長差を設けて形成されたアレイ導波路とを備えた光導波路回路において、
前記アレイ導波路は、
複数の第１コアと、これらの第１コアを埋め込むクラッドと、前記第１コアと前記クラッドとの間に設けられて前記第１コアの少なくとも一部を覆うとともに、少なくとも前記第１および第２スラブ導波路と前記アレイ導波路との接続部およびその近傍の前記複数の第１コアの間の間隙に形成された第２コアとを備え、
前記第２コアの屈折率は前記クラッドの屈折率より大きく、
前記第２コアと前記クラッドとの境界は滑らかであり、
前記アレイ導波路の第１コア間の間隙に形成された前記第２コアの膜厚は、前記第１コアの間隔が広がるにしたがい薄くなるように形成されていることを特徴とする光導波路回路。
【請求項５】
複数の第１コアが互いに近接した近接導波路を有する光導波路回路において、
前記近接導波路は、
複数の第１コアと、これらの第１コアを埋め込むクラッドと、前記第１コアと前記クラッドとの間に設けられて前記第１コアの少なくとも一部を覆うとともに前記第１コアの間の間隙に形成された第２コアを備え、
前記第２コアの屈折率は前記クラッドの屈折率より大きく、
前記第２コアと前記クラッドとの境界は滑らかに形成されたことを特徴とする光導波路回路。
【請求項６】
前記第２コアに覆われる前記第１コアは略矩形の断面を有し、
前記第２コアは、前記第１コアの上面および側面を覆うことを特徴とする請求項１ないし５のいずれか記載の光導波路回路。
【請求項７】
前記第１コアの少なくとも一部を覆う前記第２コアの厚さは、前記第１コアの厚さの２倍以下であることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか記載の光導波路回路。
【請求項８】
前記第２コアの屈折率は前記第１コアの屈折率の１．０１倍以下であることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか記載の光導波路回路。
【請求項９】
コアおよび前記コアを埋め込むクラッドを備えた光導波路の製造方法において、
コア層を成膜する工程と、
前記コア層を選択的にエッチングして第１コアを形成する工程と、
前記第１コアの側面および上面に屈折率が前記クラッドの屈折率より大きい材料からなる第２コア層を形成する工程と、
前記第２コア層を熱によるリフローによって表面を滑らかに成形し第２コアを形成する工程と、
前記第２コア上に前記クラッドを形成する工程とを少なくとも有することを特徴とする光導波路の製造方法。
【請求項１０】
光信号を少なくとも１本の光導波路から複数の光導波路に分岐させ、または複数の光導波路から少なくとも１本の光導波路に合流させる光導波路回路の製造方法において、
コア層を成膜する工程と、
前記コア層を選択的にエッチングして光信号の分岐点または合流点から離れるにしたがって間隔が広がる複数の第１コアを形成する工程と、
少なくとも前記第１コアの前記分岐点近傍または合流点近傍を含む領域において、前記第１コアの上部および前記複数の第１コア間に屈折率が前記クラッドの屈折率より大きい材料からなる第２コア層を形成する工程と、
前記第２コア層を熱によるリフローによって表面を滑らかに成形するとともに、前記複数の第１コアの間隔が広がるにしたがって前記複数の第１コア間の間隙に形成される前記第２コア層の膜厚が薄くなるように成形し第２コアを形成する工程と、
前記第２コア上に前記クラッドを形成する工程とを少なくとも有することを特徴とする光導波路回路の製造方法。
【請求項１１】
少なくとも１本の入力導波路を接続した第１スラブ導波路と、少なくとも１本の出力導波路を接続した第２スラブ導波路と、これら第１、第２スラブ導波路間に光路長差を設けて形成された複数のコアを有するアレイ導波路とを備えた光導波路回路の製造方法において、
コア層を成膜する工程と、
前記コア層を選択的にエッチングして前記第１、第２スラブ導波路との接続点から離れるにしたがって間隔が広がる前記複数の第１コアを形成する工程と、
少なくとも前記第１および第２スラブ導波路と前記複数の第１コアとの接続部およびその近傍を含む領域において、前記第１コアの上部および前記複数の第１コア間に屈折率が前記クラッドの屈折率より大きい材料からなる第２コア層を形成する工程と、
前記第２コア層を熱によるリフローによって表面を滑らかに成形するとともに、前記複数の第１コアの間隔が広がるにしたがって前記複数の第１コア間の間隙に形成される前記第２コア層の膜厚が薄くなるように成形し第２コアを形成する工程と、
前記第２コア上に前記クラッドを形成する工程を少なくとも有することを特徴とする光導波路回路の製造方法。
【請求項１２】
複数の第１コアが互いに近接した近接導波路を有する光導波路回路の製造方法において、
コア層を成膜する工程と、
前記コア層を選択的にエッチングして前記複数の第１コアを形成する工程と、少なくとも前記近接導波路とその近傍を含む領域において、前記第１コアの上部および前記複数の第１コア間に屈折率が前記クラッドの屈折率より大きい材料からなる第２コア層を形成する工程と、
前記第２コア層を熱によるリフローによって表面を滑らかに成形し第２コアを形成する工程と、
前記第２コア上に前記クラッドを成膜する工程を少なくとも有することを特徴とする光導波路回路の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信などに用いられる光導波路回路に関し、特に分岐部を持つ光導波路回路およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光導波路回路、特に平面上に光導波路を形成した平面光波光回路（Ｐｌａｎａｒ　Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ　Ｃｉｒｃｕｉｔ：ＰＬＣ）は、近年の光通信ネットワークシステムを支えるキーデバイスとして盛んに用いられている。中でも石英系光導波路を用いた光合分波、分岐等の受動素子デバイスは、基幹系大容量光通信からアクセス系ネットワークに至るまで、システムを低コストかつ高機能で実用化する上で必要不可欠となってきており、既に実用量産化されるに至っている。
【０００３】
ＰＬＣの一例として、図８にアレイ導波路格子型光合分波器（Ａｒｒａｙｅｄ　Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ　Ｇｒａｔｉｎｇ：ＡＷＧ）を示す。図８（ａ）はＡＷＧ素子の上面図であり、図８（ｂ）は図８（ａ）におけるＶＩＩＩｂ−ＶＩＩＩｂ′線方向の断面図である。このデバイスは、下クラッド８０２と上クラッド８０４とからなるクラッド層内に、波長多重された光信号を伝搬させる導波路８１１と、この導波路８１１に接続された第１スラブ導波路８１２と、複数の波長の光信号を波長毎に伝搬させる導波路８１５と、この導波路８１５に接続された第２スラブ導波路８１４と、第１スラブ導波路８１２と第２スラブ導波路８１５とを接続するアレイ導波路８１３が形成されたもので、波長多重された光信号を波長毎に分波したり、逆に複数の波長の光信号を一本のファイバに合波する機能を有するものである。図８（ｂ）に示すように、この構成ではアレイ導波路８１３におけるコア８０３の上部および隣接するコア間の間隙は上クラッド８０４によって埋め込まれている。
【０００４】
以下、本デバイスの動作原理について分波の場合を例に簡単に説明する。
波長多重され導波路８１１に入射された光信号は、第１スラブ導波路８１２で回折によって広げられ、複数のコア８０３を有するアレイ導波路８１３に入射される。アレイ導波路８１３には隣接する導波路間に光路長差を設けてあるため、アレイ導波路中を伝搬する等位相面の傾きは波長毎に異なる。アレイ導波路８１３から第２スラブ導波路８１４内に出射された光信号は、この傾きに応じて各出力チャンネル毎に集光され波長分波され、導波路８１５から出力される。
【０００５】
ＰＬＣの他の例として、図９に結合器を示す。図９（ａ）は結合器の上面図であり、図９（ｂ）は図９（ａ）におけるＩＸｂ−ＩＸｂ′線方向の断面図である。結合器は、２つの導波路（コア９０３）を近接導波路領域９１２において互いに近接させた構造を有し、分岐や合流、波長フィルタ、あるいは熱光学効果等と組み合わせた光スイッチ等光通信用デバイスとして広く用いられている。例えば分岐の場合を例にとると、図９（ａ）において入力導波路９１１から入射した光信号は、結合長Ｌを有する近接導波路領域９１２において隣の導波路と干渉しあい、出力導波路９１３Ａ、９１３Ｂに２分割されて出力される。分岐比はＬの大きさによって可変とすることができる。
この構成においても図９（ｂ）に示すように、下クラッド９０２上に形成された２つのコア９０３の上部および隣接するコア間の間隙は、近接導波路領域９１２において、上クラッド９０４によって埋め込まれている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
現在、上述したようなＡＷＧや結合器等の光導波路回路に求められているのは、挿入損失が小さいことと、より小型であることである。例えば、ＰＬＣデバイスの挿入損失は、システム設計上、可能な限り小さいことが求められると同時に、素子の低コスト化や機能集積化のためには可能な限り素子が小型であることが求められる。
【０００７】
特に伝搬損失の低減はすべてのＰＬＣデバイスの挿入損失の低減に共通の課題である。ＰＬＣにおいて伝搬損失の大きな要因の一つに、コアとクラッドの境界面の凹凸形状、すなわち荒れによる散乱損失がある。図１０にコア１００３とクラッド１００４の境界面の荒れを模式的に示す。図１０（ａ）はＰＬＣデバイスのコア側面荒れを示す上面図であり、図１０（ｂ）は図１０（ａ）におけるＸｂ−Ｘｂ′線方向の断面図であり、図１０（ｃ）は図１０（ａ）におけるＸｃ−Ｘｃ′線方向の断面図である。これらコア１００３の荒れは、コア層成膜時の膜表面荒れやコアパターニング時のフォトリソグラフィおよびエッチングによるパターン荒れが原因である。
【０００８】
ＰＬＣデバイスを小型化する上で、コアとクラッドの比屈折率差Δを大きくし、導波路の最小曲率半径を小さくすることが有効であるが、特にΔを大きくするにしたがって、散乱損失は大きくなる傾向がある。したがって、デバイスの小型化のために高Δ化するならば、散乱損失を抑えるためにコア表面の平滑化が必要である。
【０００９】
また、分岐点での放射損失は特にＡＷＧで問題となっている。ＡＷＧにおける分岐点、すなわちスラブとアレイの結合部における放射損失は、ＡＷＧ全体の挿入損失の約半分を占めている。分岐部における放射損失を低減するためには、分岐点で分岐されるコアの間隔をできるだけ小さくするとよい。しかし、フォトリソグラフィやエッチング工程での精度の限界から、通常は最低１μｍ程度の間隔を設けなければならない。図８（ｂ）中に示したように、通常コア８０３間にはクラッド材が埋め込まれており、コア８０３とクラッド８０４の境界がはっきりしている。このためスラブ導波路８１２中を伝搬してこの間隙に入射された信号光の大部分はクラッドへ放射されてしまい、損失の原因となる。アレイ導波路８１３からスラブ導波路８１４に入射される場合も同じである。
【００１０】
このようなＡＷＧにおける放射損失の問題に対し、公開特許公報（特開２０００−１４７２８３号）では、図１１（ｂ）および（ｃ）に示すように、屈折率がクラッド８０２、８０４の屈折率より大きく、コア８０３の屈折率以下となるような埋設層１１０１をコア８０３間に設け、この埋設層１１０１の厚さがコア間隔が広がるにしたがって薄くなるような構成を開示している。この構成によれば、スラブ導波路８１２とアレイ導波路８１３との結合部においてコア８０３間の電磁界分布が徐々に変化するため、分岐点での放射損失は低減される。しかしこのような構成は、コアエッチング条件に形状が大きく依存するため素子の作製が難しく、形状にウェハ面内やウェハ間でのばらつきが出やすい等の問題があった。
【００１１】
一方、方向性結合器の結合長Ｌは、特にコア９０３とクラッド９０２、９０４の比屈折率差Δが大きいときに長くなってしまうことが問題である。すなわち、素子の小型化のためにはΔを増加して導波路の最小曲率半径を小さくすることが有効であるが、Δの増加により信号光のコア内への閉じ込めが強くなり、近接導波路への干渉が小さくなるため、所望の分岐比を得るにあたっては結合長Ｌの増大を招く。近接導波路の間隔（すなわち近接導波路領域９１２におけるコア９０３の間隔）を狭くすれば結合長を短尺化できるが、導波路間隔はフォトリソグラフィやエッチング工程での精度によって制限されているため結合長を増大せざるを得なかった。
【００１２】
本発明は、以上の課題を解決するためになされたものであり、光導波路回路における損失を少なくし、デバイスのより小型化・集積化を可能とすることを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために本発明に係る光導波路回路は、第１コア（１０３）と、この第１コアを埋め込むクラッド（１０５）と、前記第１コアと前記クラッドとの間に設けられ、前記第１コアの少なくとも一部を覆う第２コア（１０４）とを備え、前記第２コアの屈折率は前記クラッドの屈折率より大きく、前記第２コアと前記クラッドとの境界は滑らかに形成されたことを特徴とする。本発明において、第２コアとクラッドとの境界を滑らかに形成することにより、光導波路の伝搬損失を低減することができる。
本発明に係る光導波路回路において、前記第２コアに覆われる前記第１コアは略矩形の断面を有する場合、前記第２コアは、例えば前記第１コアの上面および側面を覆う。
前記第２コアの厚さは、前記第１コアの厚さの２倍以下とすることができる。また、クラッドの屈折率より大きい前記第２コアは、前記第１コアとともに光導波路のコアを形成するが、前記第２コアの屈折率は、前記第１コアの屈折率に近い値とすることが望ましく、例えば前記第１コアの屈折率の１．０１倍以下とすることができる。
【００１４】
また、本発明に係る光導波路回路は、光信号を少なくとも１本の光導波路（２１１、３１１）から複数の光導波路（２１３、３１３Ａ、３１３Ｂ）に分岐させ、または前記複数の光導波路から少なくとも１本の光導波路に合流させる光導波路回路であって、前記複数の光導波路は、光信号の分岐点または合流点から離れるにしたがって間隔が広がる複数の第１コア（２０３、３０３）と、少なくともこれらの第１コアを埋め込むクラッド（２０５、３０５）と、前記第１コアと前記クラッドとの間に設けられ前記第１コアの少なくとも一部を覆うとともに、前記分岐点または合流点近傍の前記第１コアの間の間隙に形成された第２コア（２０４、３０４）とを備え、前記第２コアの屈折率は前記クラッドの屈折率より大きく、前記第２コアと前記クラッドとの境界は滑らかであり、前記第１コア間の間隙に形成された前記第２コアの膜厚は、前記複数の第１コアの間隔が広がるにしたがい薄くなるように形成されていることを特徴とする。
このような光導波路回路は、光信号を複数の導波路に分岐する分岐回路あるいは複数の導波路が合流する合流回路として用いることができる。このような光導波路回路は、例えばＹ分岐型回路として構成することができる。
本発明においては、前記分岐点または合流点近傍の前記第１コアの間の間隙にその膜厚が前記複数の第１コアの間隔が広がるにしたがい薄くなる第２コア（２０４）を設けたことによって、分岐点で分岐されるコアの間隔をできるだけ小さくしたのと同等の効果を得ることができ、しかも、クラッドとの境界は滑らかに形成されているので、分岐点における放射損失および光導波路における伝送損失を低減することができる。
【００１５】
本発明に係る光導波路回路は、例えば、少なくとも１本の入力導波路（４１１）を接続した第１スラブ導波路（４１２）と、少なくとも１本の出力導波路（４１５）を接続した第２スラブ導波路（４１４）と、これら第１、第２スラブ導波路間に光路長差を設けて形成されたアレイ導波路（４１３）とを備えた光導波路回路において、前記アレイ導波路は、複数の第１コア（４０３）と、これらの第１コアを埋め込むクラッド（４０５）と、前記第１コアと前記クラッドとの間に設けられて前記第１コアの少なくとも一部を覆うとともに、少なくとも前記第１および第２スラブ導波路と前記アレイ導波路との接続部およびその近傍の前記複数の第１コアの間の間隙に形成された第２コア（４０４）とを備え、前記第２コアの屈折率は前記クラッドの屈折率より大きく、前記第２コアと前記クラッドとの境界は滑らかであり、前記アレイ導波路の第１コア間の間隙に形成された前記第２コアの膜厚は、前記第１コアの間隔が広がるにしたがい薄くなるように形成されていることを特徴とする。
上述のような第２コアは、第１スラブ導波路中を伝搬して第１コア間の間隙に入射された信号光がクラッドへ放射されてしまうことを防ぎ、損失を低減することができる。
【００１６】
また、本発明に係る光導波路回路は、複数の第１コア（５０３Ａ、５０３Ｂ）が互いに近接した近接導波路を有する光導波路回路において、前記近接導波路は、複数の第１コア（５０３Ａ、５０３Ｂ）と、これらの第１コアを埋め込むクラッド（５０５）と、前記第１コアと前記クラッドとの間に設けられて前記第１コアの少なくとも一部を覆うとともに前記第１コアの間の間隙に形成された第２コア（５０４）とを備え、前記第２コアの屈折率は前記クラッドの屈折率より大きく、前記第２コアと前記クラッドとの境界は滑らかに形成されたことを特徴とする。
このような光導波路回路は、２本の近接導波路を少なくとも備えた結合器として用いることができ、第２コアを設けたことにより、近接導波路の第１コアの間隔は従来と変わらなくても、近接導波路の間隔を狭くしたのと同等の効果を得ることができ、結合器の結合長を短尺化できる。
【００１７】
一方、本発明に係る光導波路の製造方法は、コア層を成膜する工程と、前記コア層を選択的にエッチングして第１コア（６０３）を形成する工程と、前記第１コアの側面および上面に屈折率が前記クラッドの屈折率より大きい材料からなる第２コア層（６０４Ａ）を形成する工程と、前記第２コア層を熱によるリフローによって表面を滑らかに成形し第２コア（６０４Ｂ）を形成する工程と、前記第２コア上に前記クラッド（６０５）を形成する工程とを少なくとも有することを特徴とする。
【００１８】
また、本発明に係る光導波路の製造方法は、光信号を少なくとも１本の光導波路（２１１、３１１）から複数の光導波路（２１３、３１３Ａ、３１３Ｂ）に分岐させ、または複数の光導波路から少なくとも１本の光導波路に合流させる光導波路回路の製造方法において、コア層を成膜する工程と、前記コア層を選択的にエッチングして光信号の分岐点または合流点から離れるにしたがって間隔が広がる複数の第１コア（６０３）を形成する工程と、少なくとも前記第１コアの前記分岐点近傍または合流点近傍を含む領域において、前記第１コアの上部および前記複数の第１コア間に屈折率が前記クラッドの屈折率より大きい材料からなる第２コア層（６０４Ａ）を形成する工程と、前記第２コア層を熱によるリフローによって表面を滑らかに成形するとともに、前記複数の第１コアの間隔が広がるにしたがって前記複数の第１コア間の間隙に形成される前記第２コア層の膜厚が薄くなるように成形し第２コア（６０４Ｂ）を形成する工程と、前記第２コア上に前記クラッド（６０５）を形成する工程とを少なくとも有することを特徴とする。
【００１９】
また、本発明に係る光導波路の製造方法は、少なくとも１本の入力導波路（４１１）を接続した第１スラブ導波路（４１２）と、少なくとも１本の出力導波路（４１５）を接続した第２スラブ導波路（４１４）と、これら第１、第２スラブ導波路間に光路長差を設けて形成された複数のコアを有するアレイ導波路（４１３）とを備えた光導波路回路の製造方法において、コア層を成膜する工程と、前記コア層を選択的にエッチングして前記第１、第２スラブ導波路との接続点から離れるにしたがって間隔が広がる前記複数の第１コア（６０３）を形成する工程と、少なくとも前記第１および第２スラブ導波路と前記複数の第１コアとの接続部およびその近傍を含む領域において、前記第１コアの上部および前記複数の第１コア間に屈折率が前記クラッドの屈折率より大きい材料からなる第２コア層（６０４Ａ）を形成する工程と、前記第２コア層を熱によるリフローによって表面を滑らかに成形するとともに、前記複数の第１コアの間隔が広がるにしたがって前記複数の第１コア間の間隙に形成される前記第２コア層の膜厚が薄くなるように成形し第２コア（６０４Ｂ）を形成する工程と、前記第２コア上に前記クラッド（６０５）を形成する工程を少なくとも有することを特徴とする。
【００２０】
また、本発明に係る光導波路の製造方法は、複数の第１コア（５０３Ａ、５０３Ｂ）が互いに近接した近接導波路を有する光導波路回路の製造方法において、コア層を成膜する工程と、前記コア層を選択的にエッチングして前記複数の第１コア（６０３）を形成する工程と、少なくとも前記近接導波路とその近傍を含む領域において、前記第１コアの上部および前記複数の第１コア間に屈折率が前記クラッドの屈折率より大きい材料からなる第２コア層（６０４Ａ）を形成する工程と、前記第２コア層を熱によるリフローによって表面を滑らかに成形し第２コア（６０４Ｂ）を形成する工程と、前記第２コア上に前記クラッド（６０５）を成膜する工程を少なくとも有することを特徴とする。
【００２１】
本発明によりコアとクラッドの境界付近の荒れは平滑化できるため、導波路の伝搬損失を低減することができる。
また、本発明によりコア間隔が広がるにしたがいコア間の等価屈折率が徐々に小さくなるようにでき、しかも従来より滑らかなコア断面形状にできるため、分岐回路や合流回路での分岐点近傍における散乱損失を低減することができる。
さらに、本発明により近接導波路領域における伝搬光のコア間へのしみ出しを大きくできるため、結合器等の結合長を短尺化することができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照し、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００２３】
〔第１の実施の形態〕
図１に本発明の第１の実施の形態に係る光導波路を示す。図１（ａ）は上面図、図１（ｂ）は図１（ａ）におけるＩｂ−Ｉｂ′線方向の断面図、図１（ｃ）は図１（ａ）におけるＩｃ−Ｉｃ′線方向の断面図である。
この光導波路は、基板１０１上に形成された下クラッド１０２と、下クラッド１０２に形成された略矩形の断面を有する第１コア１０３と、第１コア１０３の上面および側面を覆う第２コア１０４と、第１コア１０３および第２コア１０４を埋め込むように下クラッド１０２上に形成された上クラッド１０５とから構成される。
【００２４】
第２コア１０４の表面は滑らかに成形されている。第１クラッド１０３の表面には形成時に荒れを生じるが、第１コア１０３と上クラッド１０５との間に第２コア１０４を設け、第２コア１０４の上クラッド１０５との境界面を第１コア１０３との境界面より滑らかにすることにより、結果として第１コア１０３の荒れが平滑化され、コア表面の荒れによる散乱損失が抑えられる。したがって、デバイスを小型化するためにコアとクラッドとの比屈折率差Δを大きくしても、これによる散乱損失の増大を抑えられるので、導波路伝搬損失の増大を招くことなく、デバイスの小型化を実現できる。
【００２５】
なお、第２コア１０４の屈折率は上クラッド１０５の屈折率より大きいことが必要である。しかし第２コア１０４の屈折率が大きすぎると、第２コア１０４に起因する伝搬定数の変化が大きくなるため、第２コア１０４の屈折率は第１コア１０３の屈折率に近い値とすることが望ましく、第１コア１０３の屈折率の１．０１倍以下がよい。
第２コア１０４の膜厚はコア１０３の上面または側面の荒れの深さ以上あればよい。しかし第２コア１０４の膜厚が厚すぎると、第２コア１０４に起因する伝搬定数の変化が大きくなるため、好適にはコア１０３の厚さの２倍以下がよい。
【００２６】
以下に第１の実施の形態の具体例を示す。基板１０１としてシリコン基板を用いた。下クラッド１０２および上クラッド１０５の材料にはホウ素および燐をドーピングした石英系材料（ＢＰＳＧ）を用い、膜厚はそれぞれ１０μｍとし、屈折率はそれぞれ１．４５０とした。第１第１コア１０３の材料には酸窒化シリコン（ＳｉＯＮ）を用い、厚さ３μｍ、幅３μｍとし、屈折率は１．４８０としてクラッド１０２、１０５との比屈折率差Δを２％に設定した。第２コア１０４の材料にはＢＰＳＧを用い、膜厚は０．５μｍとして、屈折率は第１コア１０３と同じ１．４８０を用いた。
【００２７】
第２コア１０４の表面の平滑化には熱によるリフローを適用した。第２コア１０４の材料としてＢＰＳＧを選んだ理由は、軟化温度が第１コア１０３よりも低いためである。第２コア１０４の材料の軟化温度が第１コア１０３よりも低いことは、リフロー時に第１コア１０３の形状が崩れることなく第２コア１０４を平滑化するのに必要な条件である。
以上の構成により、第２コア１０４がない場合の第１コア１０３の表面の荒れの深さは約１００ｎｍあったのに対し、第２コア１０４の表面の荒れの深さは１０ｎｍ以下に低減された。この結果、導波路伝搬損失は第２コア１０４がない場合の０．２ｄＢ／ｃｍから０．０４ｄＢ／ｃｍに低減された。
【００２８】
以上では第２コア１０４が第１コア１０３の上面および側面を覆う例を示したが、第２コア１０４は第１第１コア１０３の少なくとも一部を覆っていればよく、第１コア１０３の上面および側面に加えて下面を覆う構成であってもよい。
【００２９】
〔第２の実施の形態〕
図２に本発明の第２の実施の形態に係る光導波路回路を示す。図２（ａ）は上面図、図２（ｂ）は図２（ａ）におけるＩＩｂ−ＩＩｂ′線方向の断面図、図２（ｃ）は図２（ａ）におけるＩＩｃ−ＩＩｃ′線方向の断面図、図２（ｄ）は図２（ａ）におけるＩＩｄ−ＩＩｄ′線方向の断面図である。
この光導波路回路は、光信号を少なくとも１本の光導波路２１１から複数の光導波路２１３に分岐させ、または複数の光導波路２１３から少なくとも１本の光導波路２１１に合流させる光導波路回路であり、光信号を複数の光導波路２１３に分岐する分岐回路または複数の光導波路２１３が合流する合流回路として用いることができる。なお、単波長または波長の異なる複数の光信号の分岐回路または合流回路として用いることができる。
【００３０】
複数の光導波路２１３は、基板２０１上に形成された下クラッド２０２と、光信号の分岐点または合流点であるスラブ導波路２１２との接続部から離れるにしたがって間隔が広がるように下クラッド２０２上に形成された複数の第１コア２０３と、第１コア２０３の上面および側面を覆うとともに、スラブ導波路２１２との接続部近傍の隣り合う第１コア２０３の間の間隙に形成された第２コア２０４と、第１コア２０３および第２のコア２０４を埋め込むように下クラッド２０２上に形成された上クラッド２０５とから構成される。
第２コア２０４の屈折率がクラッド２０２、２０５の屈折率より大きく、第２コア２０４とクラッド２０５との境界が滑らかであることは、第１の実施の形態と同じである。
【００３１】
第２コア２０４はスラブ導波路２１２の第１コア２０３Ｓの上部から光導波路２１３の第１コア２０３の上部に渡って形成されている。また第１コア２０３間の間隙に形成された第２コア２０４の膜厚は、隣り合う第１コア２０３の間隔が広がるにしたがい薄くなるように形成されている。このように第２コア２０４を形成することにより、コア間の間隙が０から滑らかに増加する形状を得ることができる。このような構成は第２コア２０４の成膜後、例えば熱によるリフロー処理によって実現できる。またはポリマー樹脂やスピンオングラス樹脂等の液体材料をスピンコートによって塗布することによっても実現できる。このような構成により、導波路２１２、２１３におけるコア間の等価屈折率は徐々に減少するようになるため、分岐点または合流点で放射はほとんどおこらなくなる。また図１１に示した光導波路回路の従来例に比べても、第２コア２０４が第１コア２０３、２０３Ｓの上部にも形成されており、かつ第２コア２０４と上クラッド２０５との境界面が滑らかな曲面形状であるため、偏光に依存する損失の変化（Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ　Ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ　Ｌｏｓｓ：ＰＤＬ）が小さいという効果も得られる。
【００３２】
以上のように、本実施の形態においては、光信号の分岐点または合流点近傍の第１コア２０３の間の間隙に、その膜厚が隣り合う第１コアの間隔が広がるにしたがい薄くなる第２コア２０４を設けたことによって、分岐点で分岐されるコアの間隔をできるだけ小さくしたのと同等の効果を得ることができ、しかも、クラッドとの境界は滑らかに形成されているので、分岐点における放射損失および光導波路における伝送損失を低減することができる。
【００３３】
以下に第２の実施の形態の具体例を示す。光導波路回路は１入力８出力型のスター型分岐回路とした。基板材料、導波路各層の材料やサイズ、屈折率等は第１の実施の形態と同じにした。スラブ導波路２１２との接続点における第１コア２０３間の間隔は１μｍとした。また分岐された第１コア２０４の間隔はスラブ導波路２１２との接続点からの伝搬長ｚ＝５００μｍで２０μｍまで広がるようにした。このとき第２コア２０４の第１コア２０３間の間隙中央での厚さはスラブ導波路２１２との接続部での４μｍからｚ＝５００μｍでの０μｍまで緩やかに減少するようにした。この結果、全８ｃｈ分の出力の合計の過剰損失は、第２コア２０４がない場合の１．０ｄＢから０．２ｄＢに低減できた。またＰＤＬは０．０５ｄＢ以下と非常に小さかった。
【００３４】
〔第３の実施の形態〕
図３に本発明の第３の実施の形態に係る光導波路回路を示す。図３（ａ）は上面図、図３（ｂ）は図３（ａ）におけるＩＩＩｂ−ＩＩＩｂ′線方向の断面図、図３（ｃ）は図３（ａ）におけるＩＩＩｃ−ＩＩＩｃ′線方向の断面図、図３（ｄ）は図３（ａ）におけるＩＩＩｄ−ＩＩＩｄ′線方向の断面図である。
この光導波路回路は、第２の実施の形態で特に１入力２出力型回路すなわちＹ分岐型回路を構成したものである。
【００３５】
以下に第３の実施の形態の具体例を示す。基板材料、導波路各層の材料やサイズ、屈折率等は第１の実施の形態と同じにした。テーパ導波路３１２との接続点における導波路３１３Ａの第１コア３０３Ａと導波路３１３Ｂの第１コア３０３Ｂとの間隔は１μｍとした。また分岐されたコア３０３Ａ、３０３Ｂの間隔はテーパ導波路３１２との接続点からの伝搬長ｚ＝３００μｍで２０μｍまで広がるようにした。このとき第２コア３０４の第１コア３０３間の間隙中央での厚さはテーパ導波路３１２との接続部での４μｍからｚ＝３００μｍでの０μｍまで緩やかに減少するようにした。この結果、２ｃｈ分の出力の合計の過剰損失は第２コア３０４がない場合の０．５ｄＢから０．１ｄＢに低減できた。またＰＤＬは０．０５以下と非常に小さかった。
【００３６】
〔第４の実施の形態〕
図４に本発明の第４の実施の形態に係る光導波路回路を示す。図４（ａ）は上面図、図４（ｂ）は図４（ａ）におけるＩＶｂ−ＩＶｂ′線方向の断面図、図４（ｃ）は図４（ａ）におけるＩＶｃ−ＩＶｃ′線方向の断面図、図４（ｄ）は図４（ａ）におけるＩＶｄ−ＩＶｄ′線方向の断面図である。
この光導波路回路は、第２の実施の形態の光導波路回路をＡＷＧに適用したものであり、少なくとも１本の入力導波路４１１を接続した第１スラブ導波路４１２と、少なくとも１本の出力導波路４１５を接続した第２スラブ導波路４１４と、これら第１、第２スラブ導波路間に光路長差を設けて形成されたアレイ導波路４１３とから構成される。
【００３７】
アレイ導波路４１３は、基板４０１上に形成された下クラッド４０２と、下クラッド４０２上に形成された複数の第１コア４０３と、第１コア４０３の上面および側面を覆うとともに、少なくとも第１および第２スラブ導波路４１２、４１４とアレイ導波路４１３との接続部およびその近傍の隣り合う第１コア４０３の間の間隙に形成された第２コア４０４と、第１コア４０３および第２コア４０４を埋め込むように下クラッド４０２上に形成された上クラッド４０５とから構成される。ここで第２コア４０４の屈折率はクラッド４０２、４０５の屈折率より大きく、第２コア４０４とクラッド４０２、４０５との境界は滑らかであり、第２コア４０４はスラブ導波路４１２、４１４の第１コア４０３Ｓの上部からアレイ導波路４１３の第１コア４０３の上部に渡って形成され、アレイ導波路４１３の第１コア４０３間の間隙に形成された第２コア４０４の膜厚は、第１コア４０３の間隔が広がるにしたがい薄くなるように形成されている。第２コア４０４により、第１スラブ導波路４１２中を伝搬して第１コア４０３間の間隙に入射された信号光がクラッド４０２、４０５へ放射されてしまうことを防ぎ、損失を低減することができる。
【００３８】
以下に第４の実施の形態の具体例を示す。基板材料、導波路各層の材料やサイズ、屈折率等、スター型分岐回路の各パラメータは全て第２の実施の形態と同じにしてチャンネル間隔１００ＧＨｚ、チャンネル数４０のＡＷＧを作製した。この結果、ＡＷＧ挿入損失は第２コア４０４がない場合の２．５ｄＢから１．０ｄＢに低減できた。また透過波長帯域１ｎｍにおけるＰＤＬは０．１５ｄＢ以下と十分小さかった。
【００３９】
〔第５の実施の形態〕
図５に本発明の第５の実施の形態に係る光導波路回路を示す。図５（ａ）は上面図、図５（ｂ）は図５（ａ）におけるＶｂ−Ｖｂ′線方向の断面図、図５（ｃ）は図５（ａ）におけるＶｃ−Ｖｃ′線方向の断面図である。
この光導波路回路は、複数の第１コア５０３Ａ、５０３Ｂが互いに近接した近接導波路５１２を有する結合器である。近接導波路５１２は、基板５０１上に形成された下クラッド５０２と、下クラッド５０２上に互いに平行に形成された複数の第１コア５０３Ａ、５０３Ｂと、第１コア５０３Ａ、５０３Ｂの少なくとも一部を覆うとともに第１コア５０３Ａ、５０３Ｂの間の間隙に形成された第２コア５０４と、第１コア５０３Ａ、５０３Ｂおよび第２のコア５０４を埋め込むように下クラッド５０２上に形成された上クラッド５０５とから構成される。
【００４０】
第２コア５０４について更に説明する。第２コア５０４は、近接導波路５１２の形成領域およびその近傍には形成される。第２コア５０４は第１コア５０３Ａ、５０３Ｂの上面および側面を埋め込むように形成される。特に第１コア５０３Ａ、５０３Ｂ間の間隔の狭い近接導波路領域５１２の形成領域では両第１コア間の間隙は第２コア５０４で十分に埋め込まれている。第１コア５０３Ａ、５０３Ｂ間の間隙中の第２コア５０４の膜厚は、近接導波路５１２の形成領域から離れ両第１コア間の間隔が広がるにしたがって薄くなるように形成される。なお第２コア５０４の膜厚は、近接導波路５１２の形成領域において、第１コア間の間隙を十分に埋め込むことができる程度でよい。第２コア５０４の屈折率は上クラッド５０５の屈折率より大きく、第１コア５０３Ａ、５０３Ｂの屈折率程度以下であることが望ましい。第２コア５０４と上クラッド５０５との境界は滑らかに形成される。
【００４１】
第２コア５０４を設けたことにより、近接導波路５１２の形成領域における第１コア５０３Ａ、５０３Ｂ間隙中の等価屈折率を、十分に第１コア間の間隔が離れた領域に比べて大きくでき、等価的にΔを小さくしたことになる。したがって第１コア５０３Ａ、５０３Ｂからの信号光のしみ出しを大きくできる。その結果、近接導波路５１２の第１コア５０３Ａ、５０３Ｂの間隔は従来と変わらなくても、近接導波路５１２の間隔を狭くしたのと同等の効果を得ることができ、結合器の結合長Ｌを短尺化できる。
【００４２】
以下に第５の実施の形態の具体例を示す。基板５０１としてシリコン基板を用いた。下クラッド５０２および上クラッド５０５の材料にはＢＰＳＧを用い、膜厚はそれぞれ７μｍとし、屈折率はそれぞれ１．４５０とした。第１コア５０３Ａ、５０３Ｂの材料にはＳｉＯＮを用い、それぞれ厚さ２μｍ、幅２μｍとし、屈折率は１．５２６としてクラッド５０２、５０５との比屈折率差Δを５％に設定した。第２コア５０４の材料にはＢＰＳＧを用い、膜厚は０．４μｍとして、屈折率は１．５１１を用いた。第２コア５０４の表面の平滑化には熱によるリフローを適用した。近接導波路５１２の形成領域におけるコア５０３Ａ、５０３Ｂ間の間隔は２μｍとした。この結果、入力導波路５１１から入力された信号光を出力導波路５１３Ａ、５１３Ｂに２分割して出力させるのに必要な結合長Ｌは、第２コア５０４がない場合の１５００μｍからに２００μｍに短尺化された。
【００４３】
〔第６の実施の形態〕
図６および図７は本発明の第６の実施の形態に係る光導波路回路の製造方法を示す製造工程図である。基板６０１、７０１上に下クラッド６０２、７０２および第１コア層を成膜し、フォトリソグラフィおよびリアクティブイオンエッチングによって第１コア層を選択的にエッチングして第１コア６０３、７０３を形成した後、少なくとも第１コア６０３、７０３の上面および側面を覆うように下クラッド６０２、７０２上に第２コア層６０４Ａ、７０４Ａを成膜する（図６（ａ）、図７（ａ））。
【００４４】
次に熱によるリフロー処理によって第２コア層６０４Ａ、７０４Ａの表面を滑らかに成形し、第２コア６０４Ｂ、７０４Ｂを形成する（図６（ｂ）、図７（ｂ））。この際、隣接する第１コア６０３、７０３の間隔によって第１コア間の間隙中の第２コア６０４Ｂ、７０４Ｂの膜厚が所望の形状に変化するように、リフロー処理温度や時間を調整する。すなわち第２コア６０４Ｂ、７０４Ｂの膜厚は第１コア間隔が狭いところでは厚く、広いところでは薄く、しかもそれらが滑らかにつながるように成形する。
この後、必要に応じて、第１コア６０３、７０３から十分に離れた領域の第２コア６０４Ｂ、７０４Ｂをエッチングにより除去する（図６（ｃ）、図６（ｃ））。
【００４５】
最後に第１コア６０３、７０３および第２コア６０４Ｂ、７０４Ｂを埋め込むように、下クラッド６０２、７０２上に上クラッド６０５、７０５を成膜し、光導波路回路が完成する（図６（ｄ）、図６（ｄ））。
なお、第２コア層６０４、７０４の材料には、クラッド６０２、６０５、７０２、７０５の屈折率より大きい材料が用いられる。
【００４６】
本発明者の実験によれば、例えば第１コア６０３、７０３の厚さが１〜８μｍの範囲で、第１コア間の最小間隔を１μｍとした場合、第２コア層６０４Ａ、７０４ＡとしてＢＰＳＧを成膜し、窒素または酸素またはヘリウムガス雰囲気中でリフロー処理温度を８５０℃から１２００℃の間、リフロー処理時間を１時間から５時間の間にとれば、第２コア６０４Ｂ、７０４Ｂとして良好な形状を得ることができた。
上下クラッド６０２、６０５、７０２、７０５、第１コア６０３、７０３および第２コア層６０４Ａ、７０４Ａの成膜には化学気相堆積（ＣＶＤ）法、火炎堆積（ＦＨＤ）法、スパッタリング法等が適用できる。
【００４７】
本実施の形態の製造方法により、第１〜第５の実施の形態に記載した材料およびパラメータで光導波路および光導波路回路を作製した。この製造方法を用いれば、第１〜第５の実施の形態における第２コアを一般的な技術として確立された成膜工程とリフロー処理工程のみで形成できるため、ウェハ面内やウェハ間での特性のばらつきは少なく高歩留まりで、低損失導波路、あるいは低損失かつＰＤＬの小さい分岐・合流回路やＡＷＧ、あるいは結合長の短い結合器を作製できる。
【００４８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、第１コアとクラッドとの間に第２コアを設け、第２コアとクラッドとの境界を滑らかに形成したことによって、コアとクラッドの境界面の荒れによる散乱を低減できるため、光導波路の伝搬損失を低減できる。
また本発明は、分岐を有する光導波路回路において、分岐点近傍の第１コアの間の間隙に、その膜厚が隣り合う第１コアの間隔が広がるにしたがい薄くなる第２コア（２０４）を設けたことによって、分岐点で分岐されるコアの間隔をできるだけ小さくしたのと同等の効果を得ることができ、しかも、クラッドとの境界を滑らかに形成したことによって、分岐点における放射損失および光導波路における伝送損失を低減することができる。
また本発明は、Ｙ分岐回路やアレイ導波路格子型光合分波器での損失低減に使用できる。
【００４９】
また本発明は、近接導波路を有する光導波路回路において、近接導波路の隣り合う第１のコアの間の間隙に第２コアを形成し、近接導波路における信号光の閉じ込めを弱めることによって、近接導波路の第１コアの間隔は従来と変わらなくても、近接導波路の間隔を狭くしたのと同等の効果を得ることができ、例えば光導波路回路によって構成される結合器の結合長を短尺化できる。
また本発明による光導波路回路の製造方法は、上記光導波路回路を高歩留まりで製造できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る光導波路を示す図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態に係る光導波路回路を示す図である。
【図３】本発明の第３の実施の形態に係る光導波路回路を示す図である。
【図４】本発明の第４の実施の形態に係る光導波路回路を示す図である。
【図５】本発明の第５の実施の形態に係る光導波路回路を示す図である。
【図６】本発明の第６の実施の形態に係る光導波路回路の製造方法を工程順に示す断面図である。
【図７】本発明の第６の実施の形態に係る光導波路回路の製造方法を工程順に示す断面図である。
【図８】従来の光導波路回路を示す図である。
【図９】従来の光導波路回路を示す図である。
【図１０】従来の光導波路を示す図である。
【図１１】従来の光導波路回路を示す図である。
【符号の説明】
１０１、２０１、３０１、４０１、５０１、６０１、７０１…基板、１０２、２０２、３０２、４０２、５０２、６０２、７０２…下クラッド、１０３、２０３、３０３、４０３、５０３、６０３、７０３…第１コア、１０４、２０４、３０４、４０４、５０４、６０４Ｂ、６０４Ｃ、７０４Ｂ、７０４Ｃ…第２コア、１０５、２０５、３０５、４０５、５０５、６０５、７０５…上クラッド、２１１、２１３、３１１、３１３、４１１、４１５、５１１、５１３…導波路、２１２、４１２、４１４…スラブ導波路、３１２…テーパ導波路、４１３…アレイ導波路、５１２…近接導波路、６０４Ａ、６０４Ｂ、７０４Ａ、７０４Ｂ…第２コア層。
【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５】
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【図６】
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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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