(57)【要約】【課題】作製が容易で、光学特性並びに強度、安定性及び信頼性が良好で、消費電力が小さい熱光学位相シフタ及びその製造方法を提供する。【解決手段】基板１上に犠牲層２を設け、犠牲層２上にクラッド層１３を設ける。クラッド層１３は下側クラッド層３と上側クラッド層５とから構成し、下側クラッド層３上には基板１の表面に平行な方向に延びるコア４を設け、上側クラッド層５はコア４を覆うように設ける。コア４及びコア４の周囲のクラッド層１３により、光導波路１４が形成される。また、光導波路１４の長手方向の一部において、光導波路１４を挟むように溝８を形成する。更に、光導波路１４と基板１との間において、犠牲層２をエッチングにより選択的に除去し、４μｍ以上の隙間１５を形成する。【選択図】　図１
2004037524.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、この基板上に設けられたクラッド層と、このクラッド層内に直線又は曲線状に設けられこのクラッド層と共に光導波路を構成するコアと、このコアの直上域又は直下域を含む領域に設けられ発熱することにより前記光導波路の光の位相を変化させるヒータと、を有し、前記クラッド層における前記ヒータの少なくとも直下域を挟む領域に溝が形成されており、前記クラッド層における前記溝間の部分と前記基板との間に前記溝に連結された４μｍ以上の隙間が形成されていることを特徴とする熱光学位相シフタ。
【請求項２】
前記隙間の一部に設けられ、前記クラッド層における前記溝間の部分を前記基板に対して支持する支柱部を有することを特徴とする請求項１に記載の熱光学位相シフタ。
【請求項３】
基板と、この基板上の全面に設けられ前記基板を形成する材料よりもエッチング速度が大きい犠牲材料により形成された犠牲層と、この犠牲層上に設けられ前記犠牲材料よりもエッチング速度が小さい材料により形成されたクラッド層と、このクラッド層内に直線又は曲線状に設けられこのクラッド層と共に光導波路を構成するコアと、このコアの直上域又は直下域を含む領域に設けられ発熱することにより前記光導波路の光の位相を変化させるヒータと、を有し、前記犠牲層及び前記クラッド層における前記ヒータの少なくとも直下域を挟む領域に溝が形成されており、前記溝間の領域において前記犠牲層がエッチングにより除去され前記クラッド層における前記溝間の部分と前記基板との間に前記溝に連結された隙間が形成されていることを特徴とする熱光学位相シフタ。
【請求項４】
前記隙間の一部に設けられ、前記クラッド層における前記溝間の部分を前記基板に対して支持する支柱部を有することを特徴とする請求項３に記載の熱光学位相シフタ。
【請求項５】
前記支柱部が前記犠牲材料により形成されていることを特徴とする請求項４に記載の熱光学位相シフタ。
【請求項６】
前記支柱部が前記犠牲材料よりもエッチング速度が小さい材料により形成されていることを特徴とする請求項４に記載の熱光学位相シフタ。
【請求項７】
前記犠牲材料の熱伝導率が、前記基板を形成する材料の熱伝導率よりも小さいことを特徴とする請求項３乃至６のいずれか１項に記載の熱光学位相シフタ。
【請求項８】
前記犠牲材料がリンを含むガラス材料であり、前記クラッド層を形成する材料がボロン及びリンを含むガラス材料であることを特徴とする請求項３乃至７のいずれか１項に記載の熱光学位相シフタ。
【請求項９】
前記隙間が４μｍ以上であることを特徴とする請求項３乃至８のいずれか１項に記載の熱光学位相シフタ。
【請求項１０】
前記支柱部が、前記コアが延びる方向の全長にわたって連続的に形成されていることを特徴とする請求項２及び４乃至９のいずれか１項に記載の熱光学位相シフタ。
【請求項１１】
前記支柱部が、前記コアが延びる方向の一部に形成されていることを特徴とする請求項２及び４乃至９のいずれか１項に記載の熱光学位相シフタ。
【請求項１２】
前記溝を張架するように設けられ、前記クラッド層における前記溝間の部分を、この部分と共に前記溝を挟む部分に対して支持する支持梁を有することを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の熱光学位相シフタ。
【請求項１３】
前記溝における前記コアが延びる方向に平行な側面のうち前記コアに近い側の側面は、前記コアが延びる方向における端部において、前記方向における端縁に近づくにつれて前記コアから離れるように湾曲していることを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の熱光学位相シフタ。
【請求項１４】
前記ヒータが前記クラッド層の表面に設けられていることを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の熱光学位相シフタ。
【請求項１５】
前記ヒータが前記クラッド層中に設けられていることを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の熱光学位相シフタ。
【請求項１６】
前記コア及び前記クラッド層が石英を含むガラス材料により形成されていることを特徴とする請求項１及至１５のいずれか１項に記載の熱光学位相シフタ。
【請求項１７】
前記コアを形成するガラス材料がゲルマニウムを含むことを特徴とする請求項１６に記載の熱光学位相シフタ。
【請求項１８】
前記基板が石英を含むガラス材料又はシリコンにより形成されていることを特徴とする請求項１及至１７のいずれか１項に記載の熱光学位相シフタ。
【請求項１９】
基板上の全面にこの基板を形成する材料よりもエッチング速度が大きい犠牲材料により犠牲層を形成する工程と、この犠牲層上に前記犠牲材料よりもエッチング速度が小さい材料により下側クラッド層を形成する工程と、この下側クラッド層上に直線又は曲線状に延びるコアを形成する工程と、このコアを覆うように前記犠牲材料よりもエッチング速度が小さい材料により上側クラッド層を形成する工程と、この上側クラッド層上における前記コアの直上域を含む領域に発熱することにより前記下側クラッド層、コア及び上側クラッド層からなる光導波路の光の位相を変化させるヒータを形成する工程と、前記上側クラッド層及び下側クラッド層における前記ヒータの直下域を挟む領域に前記犠牲層又は基板まで到達する溝を形成する工程と、この溝を介して前記下側クラッド層における前記溝間の部分と前記基板との間に位置する前記犠牲層をエッチングして除去し、前記下側クラッド層における前記溝間の部分と前記基板との間に前記溝に連結された隙間を形成する工程と、を有することを特徴とする熱光学位相シフタの製造方法。
【請求項２０】
基板上の全面にこの基板を形成する材料よりもエッチング速度が大きい犠牲材料により犠牲層を形成する工程と、この犠牲層上に前記犠牲材料よりもエッチング速度が小さい材料により第１の下側クラッド層を形成する工程と、この第１の下側クラッド層上にヒータを形成する工程と、このヒータ上に前記犠牲材料よりもエッチング速度が小さい材料により第２の下側クラッド層を形成する工程と、この第２の下側クラッド層上における前記ヒータの直上域を含む領域に直線又は曲線状に延びるコアを形成する工程と、このコアを覆うように前記犠牲材料よりもエッチング速度が小さい材料により上側クラッド層を形成する工程と、前記上側クラッド層及び前記第２の下側クラッド層における前記ヒータの直上域並びに前記第１の下側クラッド層における前記ヒータの直下域を挟む領域に前記犠牲層又は基板まで到達する溝を形成する工程と、この溝を介して前記第１の下側クラッド層における前記溝間の部分と前記基板との間に位置する前記犠牲層をエッチングして除去し、前記第１の下側クラッド層における前記溝間の部分と前記基板との間に前記溝に連結された隙間を形成する工程と、前記上側クラッド層及び第２の下側クラッド層に前記ヒータに接続するビアを形成する工程と、を有することを特徴とする熱光学位相シフタの製造方法。
【請求項２１】
前記犠牲層の膜厚を４μｍ以上とすることを特徴とする請求項１９又は２０に記載の熱光学位相シフタの製造方法。
【請求項２２】
基板上にこの基板を形成する材料よりもエッチング速度が大きい犠牲材料により膜厚が４μｍ以上の犠牲層を選択的に形成する工程と、この犠牲層上に前記犠牲材料よりもエッチング速度が小さい材料により下側クラッド層を形成する工程と、この下側クラッド層上における前記犠牲層の上方域を含む領域に直線又は曲線状に延びるコアを形成する工程と、このコアを覆うように前記犠牲材料よりもエッチング速度が小さい材料により上側クラッド層を形成する工程と、この上側クラッド層上における前記コアの直上域を含む領域に発熱することにより前記下側クラッド層、コア及び上側クラッド層からなる光導波路の光の位相を変化させるヒータを形成する工程と、前記上側クラッド層及び下側クラッド層における前記ヒータの直下域を挟む領域に前記犠牲層又は基板まで到達する溝を形成する工程と、この溝を介して前記犠牲層をエッチングして除去し、前記下側クラッド層における前記溝間の部分と前記基板との間に前記溝に連結された４μｍ以上の隙間を形成する工程と、を有することを特徴とする熱光学位相シフタの製造方法。
【請求項２３】
基板上にこの基板を形成する材料よりもエッチング速度が大きい犠牲材料により膜厚が４μｍ以上の犠牲層を選択的に形成する工程と、この犠牲層上に前記犠牲材料よりもエッチング速度が小さい材料により第１の下側クラッド層を形成する工程と、この第１の下側クラッド層上における前記犠牲層の直上域を含む領域にヒータを形成する工程と、このヒータ上に前記犠牲材料よりもエッチング速度が小さい材料により第２の下側クラッド層を形成する工程と、この第２の下側クラッド層上における前記ヒータの直上域を含む領域に直線又は曲線状に延びるコアを形成する工程と、このコアを覆うように前記犠牲材料よりもエッチング速度が小さい材料により上側クラッド層を形成する工程と、この上側クラッド層及び第２の下側クラッド層における前記ヒータの直上域並びに前記第１の下側クラッド層における前記ヒータの直下域を挟む領域に前記犠牲層又は基板まで到達する溝を形成する工程と、この溝を介して前記犠牲層をエッチングして除去し、前記第１の下側クラッド層における前記溝間の部分と前記基板との間に前記溝に連結された４μｍ以上の隙間を形成する工程と、前記上側クラッド層及び第２の下側クラッド層に前記ヒータに接続するビアを形成する工程と、を有することを特徴とする熱光学位相シフタの製造方法。
【請求項２４】
前記犠牲層をエッチングする工程において、前記コアと前記基板との間に位置する犠牲層の一部を残留させることにより、前記下側クラッド層における前記溝間の部分を前記基板に対して支持する支柱部を形成することを特徴とする請求項１９乃至２３のいずれか１項に記載の熱光学位相シフタの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は消費電力の低減を図った熱光学位相シフタ及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光通信分野における多チャンネル化は、波長分割多重（ＷＤＭ：Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ　Ｄｉｖｉｓｉｏｎ　Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）通信方式の出現により急速に促進されている。それに伴い、チャンネル毎の機能的な制御、例えば各チャンネルのパワーを一定に揃えたり、スイッチングを行ったりといったことを実現しようとすると、チャンネル数に応じた数の光素子が必要となってくる。
【０００３】
このため、近時、光スイッチ等に適用でき、高密度集積が可能な小型光回路部品の必要性が高まっている。従来、既に単体の光スイッチが実現されており、これらの光スイッチを多数使用した複数の入出力ポートを持つマトリックススイッチも実用化されている。光スイッチを実現する技術としては、入力ポート及び出力ポートを機械的に動かして接続する方法（例えば、特開平９−５６５３号公報）、可動式のミラーを回転して所定の角度に傾けることにより入力ポートと出力ポートとを接続する方法（例えば、特開２００１−２５５４７４号公報及び電子情報通信学会総合大会予稿Ｃ−３−８（２００２年）ｐ．１４０）、液晶を使用する方法（例えば、特開昭６２−１８７８２６号公報）、交差接続された導波路の交差点で泡を発生させる等の手段により光の反射を制御し入力・出力ポート間の接続を変更する方法等、多岐に渡る技術が提案されている。
【０００４】
その中でも、熱光学位相シフタを利用した平面光波回路（ＰＬＣ：Ｐｌａｎ　Ｌｉｇｈｔ−ｗａｖｅ　Ｃｉｒｃｕｉｔ）型デバイスは、その作製プロセスに半導体回路の作製技術を利用できることから、作製の容易さ及び集積性が極めて優れており、高機能化・大規模化にも有利であるという特長をもつ。
【０００５】
通常、熱光学位相シフタは次のようにして実現される。先ず、基板上にクラッド層及びコアからなる光導波路を作製する。そして、この光導波路上に金属薄膜等を成膜して光導波路に沿った細線形状に加工し、通電できるようにする。この薄膜に外部から電力を投入すると、薄膜の電気抵抗により熱が発生して、光導波路のヒータとして動作する。このヒータにおいて発生した熱は、光導波路のクラッド層を伝わりコアに達する。その結果、光導波路におけるヒータで加熱された部分の屈折率が増加し、屈折率変化量と導波路長とに対応して実効導波路長が長くなり、出力端における光の位相がシフトする。ヒータに投入する電力を調節することにより、位相のシフト量を任意に制御することができる。なお、光導波路が石英ガラスにより形成されている場合、石英ガラスの屈折率温度係数（ｄｎ／ｄＴ）は約１×１０−５（／℃）である。
【０００６】
そして、１本の光導波路を入力端において２本に分岐して、その少なくとも一方を熱光学位相シフタに接続し、出力端において２本に分岐した光導波路を再結合させることにより、光スイッチを実現することができる。例えば、２本の分岐された光導波路を導波する光の位相を相互に半波長分シフトさせることにより、出力端における出力をゼロとすることができる。また、前記位相をシフトさせなければ、入力されたままの光を出力することができる。これにより、出力のオン・オフを制御することができる。
【０００７】
しかしながら、多チャンネル化に対応するために、１つの光回路内に複数の熱光学位相シフタを配置する場合には、１つの熱光学位相シフタが消費する電力が大きいと、光回路全体の消費電力が極めて大きくなってしまう。これまでに実用化された熱光学位相シフタにおいては、例えば光通信に通常使用される波長が１５５０ｎｍの光を導波させる場合、位相を半波長分変化させるために必要な電力は、１チャンネル当たり４００ｍＷ程度であった。従って、例えば４０チャンネルの光通信回路を制御するために、各チャンネルに、前述の熱光学位相シフタを利用したスイッチを設けたとすると、最大で４０×４００ｍＷ＝１６０００ｍＷ＝１６Ｗもの電力を必要とする。なお、研究レベルでは１チャンネル当たりの消費電力が４０ｍＷ程度である熱光学位相シフタも報告されているが、熱光学部品に要求される高集積化に対しては、これでもまだ消費電力が大き過ぎる。
【０００８】
熱光学位相シフタの消費電力を低減するために、光導波路を形成する材料を屈折率の温度係数が大きい材料へ変更する方法、例えばポリマーを導波路に使用する方法が提案されている（例えば特許第２８４８１４４号、Ｙ．Ｈｉｄａ　ｅｔａｌ．　ＩＥＥＥ　Ｐｈｏｔｏｎ．　Ｔｅｃｈｎｏｌ．　Ｌｅｔｔ．　Ｖｏｌ．５（１９９３）　ｐｐ．７８２−７８４、電子情報通信学会総合大会予稿Ｃ−３−１０（２００２年）ｐ．１４２等）。
【０００９】
また、熱光学位相シフタの構造を、ヒータにおいて発生した熱が外部へ逃げないように、光導波路間に溝を設けた構造とする技術も提案されている（例えば、電子情報通信学会総合大会予稿Ｃ−３−６１（２００１年）ｐ．２２６、電子情報通信学会総合大会予稿Ｃ−３−６４（２００１年）ｐ．２２９、Ｑ．Ｌａｉ　ｅｔ　ａｌ．　ＩＥＥＥ　Ｐｈｏｔｏｎ．　Ｔｅｃｈｎｏｌ．　Ｌｅｔｔ．　Ｖｏｌ．１０（１９９８）ｐｐ．６８１−６８３）。これらの文献には、溝を設けることにより、少ない投入電力で所望の温度上昇量を得ることができると記載されている。
【００１０】
更に、ヒータが発した熱が基板に逃げることを防止するために、コアの下方に位置するクラッド層を厚くする方法もある。更にまた、シリコン基板上に形成された熱光学位相シフタにおいて、ヒータが発した熱が基板に逃げることを防止するために、光導波路の下方に位置する基板表面を除去し、光導波路をブリッジ構造にする技術も開示されている（例えば、特開平１−１５８４１３号公報、特開平５−３４５２５号公報、特開２００１−２２２０３４号公報）。更にまた、論文「Ａ．Ｓｕｇｉｔａ　ｅｔ　ａｌ．　Ｔｒａｎｓ．　ＩＥＩＣＥ、Ｖｏｌ．Ｅ７３（１９９０）ｐｐ．１０５−１０９」には、光導波路の下方に位置するシリコン基板の一部を残し、光導波路をシリコン基板に対して支持する支柱とする技術も開示されている。
【００１１】
更にまた、特許第３１５２１８２号公報には、石英基板上に選択的にシリコン薄膜を形成し、このシリコン薄膜を覆うようにアンダークラッドを形成し、このアンダークラッド上におけるシリコン薄膜の上方に相当する位置にコアを形成し、このコアを覆うようにオーバークラッドを形成して光導波路を形成し、この光導波路上にヒータを形成し、光導波路を挟む位置に前記シリコン薄膜まで到達する溝を形成し、この溝を介して前記シリコン薄膜を除去する技術が開示されている。これにより、光導波路と石英基板との間に隙間を形成することができ、熱光学位相シフタの消費電力を低減することができる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述の従来の技術には、以下に示すような問題点がある。光導波路をポリマーにより形成する場合、ポリマーは吸湿性が高く、熱光学位相シフタの製造中及び使用中に水分を吸収することにより膜質が劣化してしまい、石英ガラスにより形成される光導波路と比較して、光の伝搬損失が大きくなるという問題がある。また、ポリマーにより形成された光導波路上に、この光導波路を保護するパッシベーション膜を形成することも困難である。このため、ポリマーにより形成された光導波路は、石英ガラスにより形成された光導波路と比較して、安定性が低く、信頼性が劣る。また、石英ガラスにより形成された光導波路の一部にポリマーを埋め込む方法も考えられるが、作製工程の複雑化、低い再現性、石英ガラスとポリマーとの界面において生じる伝搬損失の増大といった問題がある。
【００１３】
また、光導波路間に溝を設ける方法においては、ある光導波路の直上に配置されたヒータから発した熱が、隣接する他の光導波路に伝達されることは防止できるものの、ヒータの熱が基板に逃げることは防止できず、消費電力を低減する効果は小さい。
【００１４】
更に、コアの下方のクラッド層を厚くする方法においては、成膜中にクラッド層内に生じる応力によりクラックが発生するという問題点がある。また、この応力により、基板に反りが発生するという問題点もある。更に、この応力により、光導波路の光学特性が劣化する。更にまた、成膜時間が長くなるため、大量生産には向かない。このため、クラッド層を厚く形成することは、プロセス上困難である。
【００１５】
更にまた、光導波路の下方に位置するシリコン基板の表面を除去する技術においては、シリコン基板をエッチングするために、エッチング液としてフッ硝酸等の強酸が必要となる。シリコン基板をエッチングする際には、ヒータをレジストで覆い保護するが、このレジストがフッ硝酸に耐えられず、エッチングによりヒータが損傷を受ける。このように、シリコン基板をエッチングする方法には、プロセス上の問題点がある。また、シリコン基板の一部を除去することにより、熱光学位相シフタの強度を確保するための基板自体を脆弱化させていることになり、結果として素子の機械的強度の低下を招くという問題点がある。また、シリコン基板をエッチングすることにより、クラッド層への応力の印加状態が変化して不安定な状態となり、光導波路を構成するクラッド層自体の機械的強度及び光学特性が低下するという問題点がある。更にまた、論文「Ａ．Ｓｕｇｉｔａ　ｅｔａｌ．　Ｔｒａｎｓ．　ＩＥＩＣＥ　Ｖｏｌ．Ｅ７３（１９９０）ｐｐ．１０５−１０９」に記載されているように、シリコン基板の一部を支柱として残すと、シリコンは熱伝導性が高いため、光導波路の断熱効果が著しく損なわれ、当初の低消費電力化の目的を果たせない。
【００１６】
更にまた、特許第３１５２１８２号公報に開示されている技術、即ち、基板上に選択的にシリコン薄膜を設け、後の工程でこのシリコン薄膜をエッチングすることにより基板と光導波路との間に隙間を形成する技術においても、シリコン薄膜のエッチングが困難であるという問題点がある。また、選択的に形成されたシリコン薄膜を覆うようにアンダークラッドを形成するため、このアンダークラッドの上面が平坦にならず、このアンダークラッド上にコア、オーバークラッド、ヒータの各層を形成することが困難であるという問題点がある。
【００１７】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、作製が容易で、光学特性並びに強度、安定性及び信頼性が良好で、消費電力が小さい熱光学位相シフタ及びその製造方法を提供することを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る熱光学位相シフタは、基板と、この基板上に設けられたクラッド層と、このクラッド層内に直線又は曲線状に設けられこのクラッド層と共に光導波路を構成するコアと、このコアの直上域又は直下域を含む領域に設けられ発熱することにより前記光導波路の光の位相を変化させるヒータと、を有し、前記クラッド層における前記ヒータの少なくとも直下域を挟む領域に溝が形成されており、前記クラッド層における前記溝間の部分と前記基板との間に前記溝に連結された４μｍ以上の隙間が形成されていることを特徴とする。
【００１９】
本発明においては、ヒータにより光導波路を加熱することにより、この光導波路を導波する光の位相を変化させることができる。このとき、クラッド層における前記ヒータの少なくとも直下域を挟む領域に溝を形成し、前記クラッド層における前記溝間の部分と前記基板との間に前記溝に連結された４μｍ以上の隙間を形成することにより、ヒータで発生した熱がクラッド層を介して基板に直接伝達することを抑制でき、光導波路と基板との間の断熱性が向上する。これにより、少ない加熱量で効率良く光導波路の温度を上げることができる。また、クラッド層における溝間の部分が基板から分離されることで光導波路にかかる応力が低減され、光学特性の劣化を防ぐことができる。更に、溝により光導波路が周辺のクラッド層から分離されることにより、光導波路に印加される応力を著しく低減することができ、応力の印加による光学特性の劣化を抑制することができる。この結果、熱光学位相シフタの光学特性が良好となり、且つ、消費電力が大幅に低減される。この結果、多数の熱光学位相シフタを大規模に集積することが可能となる。更にまた、ポリマーを使用していないため、安定性及び信頼性が優れ、製造が容易である。更にまた、フッ硝酸等の強酸によりシリコンをエッチングするプロセスがないため、製造が容易である。
【００２０】
本発明に係る他の熱光学位相シフタは、基板と、この基板上の全面に設けられ前記基板を形成する材料よりもエッチング速度が大きい犠牲材料により形成された犠牲層と、この犠牲層上に設けられ前記犠牲材料よりもエッチング速度が小さい材料により形成されたクラッド層と、このクラッド層内に直線又は曲線状に設けられこのクラッド層と共に光導波路を構成するコアと、このコアの直上域又は直下域を含む領域に設けられ発熱することにより前記光導波路の光の位相を変化させるヒータと、を有し、前記犠牲層及び前記クラッド層における前記ヒータの少なくとも直下域を挟む領域に溝が形成されており、前記溝間の領域において前記犠牲層がエッチングにより除去され前記クラッド層における前記溝間の部分と前記基板との間に前記溝に連結された隙間が形成されていることを特徴とする。
【００２１】
本発明においては、ヒータにより光導波路を加熱することにより、この光導波路を導波する光の位相を変化させることができる。このとき、クラッド層における前記ヒータの少なくとも直下域を挟む領域に溝を形成し、前記クラッド層における前記溝間の部分と前記基板との間に前記溝に連結された隙間を形成することにより、ヒータで発生した熱がクラッド層を介して基板に直接伝達することを抑制でき、少ない加熱量で効率良く光導波路層の温度を上げることができる。この結果、消費電力が大幅に低減され、大規模集積化が可能となる。
【００２２】
また、基板の全面に犠牲層を形成することにより、この犠牲層の上面が平坦となり、クラッド層の形成が容易になると共に、光導波路の光学特性が良好になる。更に、溝を介してクラッド層における前記溝間の部分と前記基板との間の犠牲層を選択的に除去することにより、簡便に前記隙間を形成することができる。この結果、光学特性が優れた熱光学位相シフタを、容易に制御性良く高収率で作製することが可能となる。また、犠牲層及びクラッド層の成膜を連続的に行うことができ、作製プロセスを大幅に簡略化することができる。この結果、作製コスト低減と高収率化とを実現することが可能である。なお、犠牲層を断続的に設けることにより、犠牲層内に生じる応力を十分に開放でき、成膜プロセスの高信頼性と高い再現性を実現することができる。
【００２３】
また、前記隙間の一部に設けられ、前記クラッド層における前記溝間の部分を前記基板に対して支持する支柱部を有していてもよい。これにより、光導波路層に印加される応力が小さくなるため、光学特性の劣化を防ぐことができる。更に、光導波路の強度を確保でき、高密度集積化にも有利となる。
【００２４】
更に、前記支柱部が前記犠牲材料により形成されていてもよい。これにより、支柱部を形成するために特別な工程を設けることなく、前記犠牲層をエッチングする工程を途中で止めることにより、支柱部を形成することができる。
【００２５】
又は、前記支柱部が前記犠牲材料よりもエッチング速度が小さい材料により形成されていてもよい。これにより、犠牲層のエッチングを途中で停止して支柱部を残す場合と比較して、支柱部の形成を自己整合的に行うことができ、作製の制御性及び再現性が向上し、支柱部の形状のばらつきが小さくなる。また、支柱部を熱伝導率が小さい材料により形成することにより、熱光学位相シフタの消費電力をより一層低減することができる。
【００２６】
更にまた、前記犠牲材料の熱伝導率が、前記基板を形成する材料の熱伝導率よりも小さいことが好ましい。これにより、犠牲層の一部をヒータ下方域に残したとしても、この犠牲層の熱伝導率が小さいことにより、ヒータで発生した熱が基板に伝達することを極力抑制でき、少ない加熱量で効率良く光導波路層の温度を上げることができる。この結果、１つの熱光学位相シフタにおける消費電力が大幅に低減され、大規模集積化が可能となる。
【００２７】
更にまた、前記犠牲材料がリンを含むガラス材料であり、前記クラッド層を形成する材料がボロン及びリンを含むガラス材料であることが好ましい。これにより、犠牲層とクラッド層との間でＢＨＦ溶液によるエッチング速度差が十分に得られ、犠牲層除去工程でクラッド層を劣化させることがないために、作製工程の高い信頼性及び良好な再現性を実現でき、更に、伝搬損失が小さく光学特性が優れた熱光学位相シフタの実現が可能となる。
【００２８】
更にまた、前記支柱部が、前記コアの直下域において前記コアが延びる方向の全長にわたって連続的に形成されていてもよい。これにより、強い機械的振動を受ける環境で利用する場合等に支柱部が支えとして働き、光導波路の破断等の故障を防ぐことができる。さらに、支柱部の熱伝導率を基板よりも小さくすることにより、前述の従来の技術に記載されているような基板を支えとする場合と比較して、ヒータから基板側へ熱が逃げる経路を実質的に減少させることができ、大幅な消費電力の低減が可能となる。
【００２９】
又は、前記支柱部が、前記コアの直下域において前記コアが延びる方向の一部に形成されていてもよい。これにより、ヒータが設置された光導波路部を周辺のクラッド層から分離して、応力を最大限に開放して光学特性劣化の抑制を図れると共に、この光導波路の一部を基板側から支えることにより、機械的強度も確保することができる。更に、支柱部以外の部分は断熱性が極めて高いため、消費電力を大幅に低減することでき、熱光学部品の大規模集積化が可能となる。
【００３０】
更にまた、前記溝を張架するように設けられ、前記クラッド層における前記溝間の部分を、この部分と共に前記溝を挟む部分に対して支持する支持梁を有することが好ましい。これにより、光導波路に印加される応力を最大限開放できると共に、光導波路の強度が向上し、強い機械的振動を受ける環境下での使用も可能となる。なお、支持梁を設けることにより、消費電力が多少増加するが、支持梁の下方にある犠牲層が除去されているため、光導波路から支持梁を介して基板へ熱が逃げることが抑制され、十分な消費電力低減効果が得られる。
【００３１】
更にまた、前記溝における前記コアが延びる方向に平行な側面のうち前記コアに近い側の側面は、前記コアが延びる方向における端部において、前記方向における端縁に近づくにつれて前記コアから離れるように湾曲していることが好ましい。これにより、ブリッジ状の光導波路の根元の部分に相当する最も機械的に弱い部分を、作製工程を全く変更することなく補強することができるため、熱光学位相シフタの信頼性をより一層向上させることができる。
【００３２】
更にまた、前記ヒータが前記クラッド層の表面に設けられていてもよい。これにより、ヒータから発生する熱が光導波路の温度上昇に寄与せずに基板に直接逃げてしまうことを抑制でき、光導波路の加熱効率を向上させることができる。また、熱光学位相シフタの作製工程が簡略化され、高収率性を実現することが可能となる。
【００３３】
又は、前記ヒータが前記クラッド層中に設けられていてもよい。これにより、ヒータが空気中に曝されないことで安定化を図れると共に、作製中にヒータがエッチング液などにより変形を受けたり変質が起きたりすることが無くなり、信頼性が高い熱光学位相シフタを作製することが可能となる。
【００３４】
更にまた、前記コア及び前記クラッド層が石英を含むガラス材料により形成されていることが好ましい。これにより、光導波路の伝搬損失が小さく光学特性及び安定性が優れた熱光学位相シフタの実現が可能となる。
【００３５】
更にまた、前記基板が石英を含むガラス材料又はシリコンにより形成されていることが好ましい。これにより、シリコン半導体プロセスを使用して、本発明の熱光学位相シフタを作製することができる。このため、熱光学位相シフタの作製が容易になり、作製の信頼性及び再現性を向上させることができる。
【００３６】
本発明に係る熱光学位相シフタの製造方法は、基板上の全面にこの基板を形成する材料よりもエッチング速度が大きい犠牲材料により犠牲層を形成する工程と、この犠牲層上に前記犠牲材料よりもエッチング速度が小さい材料により下側クラッド層を形成する工程と、この下側クラッド層上に直線又は曲線状に延びるコアを形成する工程と、このコアを覆うように前記犠牲材料よりもエッチング速度が小さい材料により上側クラッド層を形成する工程と、この上側クラッド層上における前記コアの直上域を含む領域に発熱することにより前記下側クラッド層、コア及び上側クラッド層からなる光導波路の光の位相を変化させるヒータを形成する工程と、前記上側クラッド層及び下側クラッド層における前記ヒータの直下域を挟む領域に前記犠牲層又は基板まで到達する溝を形成する工程と、この溝を介して前記下側クラッド層における前記溝間の部分と前記基板との間に位置する前記犠牲層をエッチングして除去し、前記下側クラッド層における前記溝間の部分と前記基板との間に前記溝に連結された隙間を形成する工程と、を有することを特徴とする。
【００３７】
本発明に係る他の熱光学位相シフタの製造方法は、基板上の全面にこの基板を形成する材料よりもエッチング速度が大きい犠牲材料により犠牲層を形成する工程と、この犠牲層上に前記犠牲材料よりもエッチング速度が小さい材料により第１の下側クラッド層を形成する工程と、この第１の下側クラッド層上にヒータを形成する工程と、このヒータ上に前記犠牲材料よりもエッチング速度が小さい材料により第２の下側クラッド層を形成する工程と、この第２の下側クラッド層上における前記ヒータの直上域を含む領域に直線又は曲線状に延びるコアを形成する工程と、このコアを覆うように前記犠牲材料よりもエッチング速度が小さい材料により上側クラッド層を形成する工程と、前記上側クラッド層及び前記第２の下側クラッド層における前記ヒータの直上域並びに前記第１の下側クラッド層における前記ヒータの直下域を挟む領域に前記犠牲層又は基板まで到達する溝を形成する工程と、この溝を介して前記第１の下側クラッド層における前記溝間の部分と前記基板との間に位置する前記犠牲層をエッチングして除去し、前記第１の下側クラッド層における前記溝間の部分と前記基板との間に前記溝に連結された隙間を形成する工程と、前記上側クラッド層及び第２の下側クラッド層に前記ヒータに接続するビアを形成する工程と、を有することを特徴とする。
【００３８】
本発明に係る更に他の熱光学位相シフタの製造方法は、基板上にこの基板を形成する材料よりもエッチング速度が大きい犠牲材料により膜厚が４μｍ以上の犠牲層を選択的に形成する工程と、この犠牲層上に前記犠牲材料よりもエッチング速度が小さい材料により下側クラッド層を形成する工程と、この下側クラッド層上における前記犠牲層の上方域を含む領域に直線又は曲線状に延びるコアを形成する工程と、このコアを覆うように前記犠牲材料よりもエッチング速度が小さい材料により上側クラッド層を形成する工程と、この上側クラッド層上における前記コアの直上域を含む領域に発熱することにより前記下側クラッド層、コア及び上側クラッド層からなる光導波路の光の位相を変化させるヒータを形成する工程と、前記上側クラッド層及び下側クラッド層における前記ヒータの直下域を挟む領域に前記犠牲層又は基板まで到達する溝を形成する工程と、この溝を介して前記犠牲層をエッチングして除去し、前記下側クラッド層における前記溝間の部分と前記基板との間に前記溝に連結された４μｍ以上の隙間を形成する工程と、を有することを特徴とする。
【００３９】
本発明に係る更に他の熱光学位相シフタの製造方法は、基板上にこの基板を形成する材料よりもエッチング速度が大きい犠牲材料により膜厚が４μｍ以上の犠牲層を選択的に形成する工程と、この犠牲層上に前記犠牲材料よりもエッチング速度が小さい材料により第１の下側クラッド層を形成する工程と、この第１の下側クラッド層上における前記犠牲層の直上域を含む領域にヒータを形成する工程と、このヒータ上に前記犠牲材料よりもエッチング速度が小さい材料により第２の下側クラッド層を形成する工程と、この第２の下側クラッド層上における前記ヒータの直上域を含む領域に直線又は曲線状に延びるコアを形成する工程と、このコアを覆うように前記犠牲材料よりもエッチング速度が小さい材料により上側クラッド層を形成する工程と、この上側クラッド層及び第２の下側クラッド層における前記ヒータの直上域並びに前記第１の下側クラッド層における前記ヒータの直下域を挟む領域に前記犠牲層又は基板まで到達する溝を形成する工程と、この溝を介して前記犠牲層をエッチングして除去し、前記第１の下側クラッド層における前記溝間の部分と前記基板との間に前記溝に連結された４μｍ以上の隙間を形成する工程と、前記上側クラッド層及び第２の下側クラッド層に前記ヒータに接続するビアを形成する工程と、を有することを特徴とする。
【００４０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例について添付の図面を参照して具体的に説明する。先ず、本発明の第１の実施例について説明する。図１（ａ）は本実施例に係る熱光学位相シフタを示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）に示すＡ１−Ａ１’線による断面図である。また、図２（ａ）乃至（ｄ）は本実施例に係る熱光学位相シフタの製造方法をその工程順に示す断面図である。
【００４１】
図１（ａ）及び（ｂ）に示すように、本実施例に係る熱光学位相シフタにおいては、例えばシリコンからなり厚さが０．８ｍｍの基板１が設けられ、この基板１上に、犠牲層２が設けられている。犠牲層２は、例えばガラスにリンをドープしたリン添加シリカガラス（ＰＳＧ）により形成されており、その膜厚は例えば５μｍである。そして、犠牲層２上にはクラッド層１３が設けられている。クラッド層１３は、犠牲層２上に設けられた下側クラッド層３と、この下側クラッド層３上に設けられた上側クラッド層５とから構成されている。下側クラッド層３及び上側クラッド層５は例えばガラスにボロン及びリンをドープしたＢＰＳＧにより形成されており、その膜厚は例えば夫々１４μｍ及び１５μｍである。なお、基板１はシリコン以外の半導体又は石英ガラス等の絶縁体から形成されていてもよい。また、犠牲層２は、ＰＳＧに限らず、基板１及びクラッド層１３よりもエッチング速度が大きく、基板１及びクラッド層１３に対して選択エッチングが可能な材料により形成されていればよく、この条件を満たす限り、例えば半導体又はＰＳＧ以外のガラスにより形成されていてもよい。
【００４２】
また、下側クラッド層３上には基板１の表面に平行な方向に延びるコア４が設けられており、上側クラッド層５はコア４を覆うように設けられている。コア４及びコア４の周囲のクラッド層１３により、光導波路１４が形成されている。コア４の長手方向に直交する断面の形状は、高さが例えば５．５μｍ、幅が例えば５．５μｍの矩形である。また、コア４はクラッド層１３よりも屈折率が大きい材料、例えば、ＧＰＳＧ（ゲルマニウム・リン添加シリカガラス）により形成されており、コア４とクラッド層１３との比屈折率差Δは例えば０．６５％である。
【００４３】
更に、光導波路１４上、即ち、上側クラッド層５の表面には、薄膜ヒータ６が設けられている。薄膜ヒータ６は例えばクロムからなる薄膜であり、膜厚は例えば０．２μｍである。薄膜ヒータ６は両端部の電極部分６ａと、電極部分６ａ間のヒータ部分６ｂとからなっている。電極部分６ａの形状は例えば正方形であり、ヒータ部分６ｂの形状は、幅が例えば１０μｍ、長さが例えば４ｍｍの細線状である。
【００４４】
更にまた、クラッド層１３及び犠牲層２における薄膜ヒータ６の下方に相当する領域、即ち光導波路１４の両脇には、コア４が延びる方向と平行に延びる溝８が形成されている。即ち、溝８は光導波路１４を挟むように２ヶ所に形成されている。溝８の長手方向、即ちコア４が延びる方向の長さは例えば４ｍｍであり、溝８の幅、即ち、コア４が延びる方向に直交する方向の長さは例えば２５０μｍであり、溝８の深さは例えば２９μｍである。溝８間の距離、即ち、光導波路１４のリッジ幅は例えば２５μｍである。更にまた、光導波路１４と基板１との間においては、犠牲層２が除去され、隙間１５が形成されている。隙間１５の高さは犠牲層２の膜厚と等しく、例えば５μｍである。これにより、光導波路１４は、２本の溝８及び隙間１５により、光導波路１４以外のクラッド層１３、犠牲層２及び基板１から離間され、橋梁状となっている。なお、犠牲層２は基板１上において隙間１５を除く全面に形成されている。また、溝８は犠牲層２に達するように形成されていてもよい。
【００４５】
次に、本実施例に係る熱光学位相シフタの製造方法について説明する。先ず、図２（ａ）に示すように、例えばシリコンからなり、厚さが例えば０．８ｍｍである基板１上に、常圧化学気相成膜法（ＡＰ−ＣＶＤ）により、犠牲層２を作製する。犠牲層２を形成する材料は、基板１及びクラッド層１３に対して選択エッチングが可能な材料であればよく、例えば、半導体又はガラス等であればよいが、本実施例においてはＰＳＧとする。また、犠牲層２の膜厚は例えば５μｍとする。次に、ＡＰ−ＣＶＤにより、石英を主成分とするガラス膜、例えばＢＰＳＧを例えば厚さ１４μｍに成膜し、下側クラッド層３を形成する。犠牲層２を形成するＰＳＧと、下側クラッド層３を形成するＢＰＳＧとは、ドーピングする元素を途中で変化させることにより、ＡＰ−ＣＶＤによる連続成膜が可能である。
【００４６】
そして、下側クラッド層３上に、下側クラッド層３よりも屈折率が大きい材料により、薄膜４ａを形成する。薄膜４ａは、例えば下側クラッド層３との比屈折率差Δが０．６５％となるようにゲルマニウム及びリンの混入量を調節したＧＰＳＧ（ゲルマニウム・リン添加シリカガラス）からなっており、ＡＰ−ＣＶＤにより例えば５．５μｍの厚さに成膜する。
【００４７】
次に、図２（ｂ）に示すように、フォトリソグラフィ及び反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）により薄膜４ａをパターニングして、基板１の表面に平行な方向に延び、この方向に直交する断面が矩形状であるコア４を形成する。コア４の幅は例えば５．５μｍとする。次に、コア４を埋め込むように、例えばＢＰＳＧからなる上側クラッド層５をＡＰ−ＣＶＤにより例えば１５μｍの膜厚に形成し、埋め込み型の光導波路を作製する。
【００４８】
次に、図２（ｃ）に示すように、上側クラッド層５の表面におけるコア４の直上域に、例えばクロム薄膜等の金属膜を電子ビーム蒸着法により例えば０．２μｍの膜厚に成膜する。そして、フォトリソグラフィ及びウェットエッチングにより、所定の形状にパターニングし、薄膜ヒータ６を形成する。
【００４９】
この後、図２（ｄ）に示すように、上側クラッド層５及び薄膜ヒータ６を覆うようにレジスト７を成膜する。レジスト７には、フォトリソグラフィにより、薄膜ヒータ６の両側に２ヶ所の開口部７ａを形成する。開口部７ａ間の距離は例えば２５μｍである。そして、レジスト７をマスクとしてＲＩＥによりエッチングを行い、クラッド層１３及び犠牲層２における薄膜ヒータ６の両脇に相当する領域を選択的に除去し、基板１に達する深さの溝８を形成する。
【００５０】
そして、図１（ｂ）に示すように、薄膜ヒータ６を保護するためにレジスト７を残したまま、溝８を介して緩衝フッ化水素溶液（ＢＨＦ）により犠牲層２のウェットエッチングを行い、光導波路１４の下方に位置する犠牲層２を除去する。これにより、溝８間における基板１とクラッド層１３との間の領域に隙間１５を形成する。隙間１５の高さは犠牲層２の膜厚と等しく、例えば５μｍである。なお、このとき、エッチング液として緩衝フッ化水素溶液（ＢＨＦ）を使用すると、犠牲層２の材料であるＰＳＧに対するエッチング速度は、クラッド層１３の材料であるＢＰＳＧに対するエッチング速度の６乃至１０倍程度となる。また、基板１の材料であるシリコンはほとんどエッチングされない。このため、ＰＳＧ膜は犠牲層としての機能する。このようにして、本実施例の熱光学位相シフタを作製できる。
【００５１】
次に、本実施例に係る熱光学位相シフタの動作について説明する。外部電源（図示せず）により薄膜ヒータ６に電力を投入する。これにより、薄膜ヒータ６が発熱し、光導波路１４の温度を上昇させることでその屈折率を変化させて、光導波路１４の実効長を変化させる。この結果、入力端（図示せず）から光導波路１４に入射された光の出力端（図示せず）における位相を変化させることができる。
【００５２】
本実施例においては、光導波路１４が基板１及び光導波路１４以外のクラッド層１３から離間されているため、薄膜ヒータ６が発した熱が基板１及びクラッド層１３に逃げることを抑制でき、光導波路１４を効率的に加熱することができる。なお、薄膜ヒータ６において発生した熱は、クラッド層１３の長手方向、並びに溝８及び隙間１５に充填された空気を伝わって多少は逃げて行くが、本実施例の熱光学位相シフタの構造では、熱伝導パスが少ないため、逃げていく熱量は極めて小さい。従って、効率よく光導波路１４を加熱することができる。このため、熱光学位相シフタの駆動に伴う消費電力が極めて小さい。
【００５３】
なお、基板１と光導波路１４との間の距離、即ち隙間１５を大きくするほど、光導波路１４の断熱性が向上し、熱光学位相シフタの消費電力が低減する。隙間１５の高さ、即ち犠牲層２の膜厚を４μｍ以上とすることにより、熱光学位相シフタの消費電力を、従来の最小値である４０ｍＷから更に半減して２０ｍＷ以下とすることができる。このため、隙間１５は４μｍ以上であることが好ましい。
【００５４】
本実施例においては、入射光として波長が１５５０ｎｍの光を使用すると、位相シフト量を半波長分とするのに必要な電力量が実測で１０ｍＷ程度となった。これは、従来の熱光学位相シフタの消費電力の１／４０に相当する極めて小さな値である。即ち、本実施例の熱光学位相シフタにより４０チャンネルの光スイッチを作製した場合、この光スイッチを、通常の熱光学位相シフタによる光スイッチ１チャンネル分の電力で制御することができることになる。これに伴い、電源回路の簡略化等、外部パッケージの小型化も図ることができ、デバイスのより一層の小型化・大規模化が可能となる。
【００５５】
また、本実施例においては、光導波路１４が基板１及びクラッド層１３から離間しているため、基板１及びクラッド層１３から印加される応力が少ない。また、犠牲層２が５μｍ程度と薄いため、犠牲層２から光導波路１４に働く応力も少ない。更に、基板１をエッチングしていないため、基板１から光導波路１４に印加される応力がエッチング量に応じて変化することがなく、エッチングにより基板１が脆弱になることもない。更にまた、下側クラッド層３の形成時点においては、犠牲層２を基板１上の全面に形成しているため、下側クラッド層３の表面が平坦になり、この平坦な面上にコア４を形成できる。このため、本実施例に係る熱光学位相シフタは、応力に起因する偏光依存性が少なく、光学特性が良好であると共に、機械的強度が高い。更に、本実施例の熱光学位相シフタは、その材料としてポリマーを使用していないため、耐熱性が高く、安定性及び信頼性が優れている。
【００５６】
本実施例に係る熱光学位相シフタは、光学特性においても、従来の熱光学位相シフタと比較して損なわれている点は全くなく、波長の３倍の位相シフト量を得られる温度（投入電力は６０ｍＷ程度）に加熱しても、熱応力による破断等は全く生ぜず、機械的強度は問題ないことを確認した。
【００５７】
更にまた、本実施例においては、シリコンをエッチングする工程がないため、エッチング液としてフッ硝酸等の強酸を使用する必要がない。また、前述の如く、犠牲層２を基板１上の全面に形成しているため、下側クラッド層３の表面に段差が形成されることがなく、平坦である。更に、溝８を形成するために設けたレジスト７を、溝８の形成後に薄膜ヒータ６の保護膜としてそのまま使用することができる。これにより、溝８の形成後にレジストを新たに形成する必要がない。更にまた、熱光学位相シフタの材料としてポリマーを使用していないため、アニールに対する制約もない。このため、本実施例に係る熱光学位相シフタは製造が容易である。本実施例に係る熱光学位相シフタの製造方法は、従来の熱光学位相シフタの製造方法からの変更点が極めて少なく、新たなエッチング装置等を導入する必要も無い。また、歩留まりの低下を招くような負荷が高いプロセスも無く、いずれの光導波路にもすぐに適応が可能である。
【００５８】
次に、本発明の第２の実施例について説明する。図３（ａ）は本実施例に係る熱光学位相シフタを示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）に示すＡ２−Ａ２’線による断面図である。本実施例における光導波路１４、薄膜ヒータ６及び溝８の構成及び製造方法は、前述の第１の実施例と同様であるため、詳細な説明は省略する。本第２実施例の特徴は、前述の第１の実施例では薄膜ヒータ６の下方における犠牲層２を全てエッチングして除去したが、本実施例では犠牲層２の一部を残して支柱２ａを形成したことにある。残留させる犠牲層２（支柱２ａ）の幅はエッチング速度を予め明らかにしておくことで、エッチング時間で制御することができる。
【００５９】
熱光学位相シフタが極めて強い振動等の機械的ストレスを受ける場合は、前述の第１の実施例における光導波路１４の構造は吊り橋と同様であるため、場合によっては光導波路１４が破断する可能性がある。また、破断しないまでも、光導波路１４が湾曲して基板１又は光導波路１４以外のクラッド層１３に接触してしまい、熱効率が低下して消費電力が増大する可能性がある。光導波路１４を支えるために、特開平１−１５８４１３号公報等ではシリコン基板のエッチングを途中で止める方法が示されているが、シリコンのような熱伝導性が高い材料により支柱を形成すると、消費電力が著しく増大してしまうという問題が生じる。このように、強度の確保と消費電力の低減との間でトレードオフが存在する。これに対して、本実施例のように、犠牲層２を熱伝導性が低いＰＳＧ等で構成し、光導波路１４の直下に位置する犠牲層２の一部を残留させることにより支柱２ａを形成することにより、支柱を熱伝導性が高いシリコン等により形成する場合と比較して、大幅な消費電力の低減を図ることが可能となる。
【００６０】
本実施例に係る熱光学位相シフタの消費電力は、残留させる犠牲層２、即ち、支柱２ａの幅によって大きく変化する。支柱２ａの幅が５μｍの場合及び１０μｍの場合に、波長が１５５０ｎｍの光に対して半波長分の位相シフト量が得られる消費電力を実測した結果、夫々約６０ｍＷ及び約１２０ｍＷとなった。従って、従来の熱光学位相シフタと比較して、十分に消費電力を図ることができた。なお、前述の第１の実施例のように、光導波路を完全に基板から分離する場合と比較すると、６乃至１２倍の電力が必要となってしまう。但し、機械的強度は、本実施例に係る熱光学位相シフタは、前述の第１の実施例に係る熱光学位相シフタよりも優れている。従って、用途に応じて前述の第１の実施例に係る熱光学位相シフタと本実施例に係る熱光学位相シフタとを選択すればよい。
【００６１】
次に、本発明の第３の実施例について説明する。図４（ａ）乃至（ｄ）は本実施例に係る熱光学位相シフタの製造方法をその工程順に示す断面図である。また、図５（ａ）は本実施例に係る熱光学位相シフタを示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）に示すＡ３−Ａ３’線による断面図である。前述の第１の実施例においては、犠牲層２を基板１上の全面に形成し、犠牲層２と下側クラッド層３とを連続成膜したが、本実施例においては、犠牲層２を薄膜ヒータ６の下方に相当する領域のみに設けたことを特徴とする。
【００６２】
犠牲層２を形成する材料によっては、基板１の全面に犠牲層２を成膜することにより、極めて大きな応力が生じる。このため、光導波路１４の光学特性の劣化及び光導波路の形成における成膜の不具合等が起こることがある。このため、本実施例においては、先ず犠牲層２のみを成膜した後、犠牲層２が必要な部分のみに残るようにパターニングする。
【００６３】
先ず、図４（ａ）に示すように、基板１上の全面に犠牲層２を成膜する。そして、フォトリソグラフィ及びＲＩＥにより犠牲層２をパターニングして選択的に除去する。このとき、犠牲層２は薄膜ヒータ６の下方のみに残留して細線状となるため、膜応力は解放される。犠牲層２の材料には、前述の第１の実施例と同様に、例えばＰＳＧを使用する。
【００６４】
次に、図４（ｂ）に示すように、この犠牲層２上に、前述の第１の実施例と同様な方法により、下側クラッド層３、コア４、上側クラッド層５を形成する。次に、図４（ｃ）に示すように、上側クラッド層５の表面における犠牲層２の上方に相当する領域に、薄膜ヒータ６を形成する。次に、図４（ｄ）に示すように、前述の第１の実施例と同様に上側クラッド層５及び薄膜ヒータ６上にレジスト７を形成する。そして、このレジスト７をマスクとして上側クラッド層５、下側クラッド層３及び犠牲層２を順次エッチングすることにより、光導波路１４の両側にエッチング用の溝８を形成する。
【００６５】
その後、図５（ａ）及び（ｂ）に示すように、溝８を介して犠牲層２（図４（ｄ）参照）のウェットエッチングを行い、犠牲層２を除去する。これにより、犠牲層２が残留しておらず、溝８の外側においては、基板１上に下側クラッド層３が設けられた熱光学位相シフタを作製することができる。本実施例における上記以外の構成及び製造方法は、前述の第１の実施例と同様である。
【００６６】
本実施例においては、犠牲層を選択エッチングしているため、工程としては１ステップの増加となるが、犠牲層に生じる応力を開放することができる。このため、光導波路１４の偏光依存性をより一層低減することができ、光学特性がより向上する。また、予め犠牲層２をパターニングすることにより、ウェットエッチングにより犠牲層２を除去する際のエッチングのばらつきがなくなり、より一層の信頼性及び歩留まりの向上を図ることができる。
【００６７】
更に、犠牲層２をＰＳＧにより形成することにより、エッチング液としてＢＨＦを使用することができる。このため、前述の特許第３１５２１８２号に記載されているように、犠牲層をシリコンにより形成して、エッチング液としてフッ硝酸を使用する必要がない。このため、本実施例に係る熱光学位相シフタは、特許第３１５２１８２号に記載されている熱光学位相シフタと比較して、製造が容易である。
【００６８】
次に、本発明の第４の実施例について説明する。図６（ａ）は本実施例に係る熱光学位相シフタを示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）に示すＡ４−Ａ４’線による断面図である。本実施例は前述の第２の実施例と第３の実施例とを組み合わせた実施例である。図６（ａ）及び（ｂ）に示すように、本実施例においては、犠牲層２（図４（ｄ）参照）と光導波路１４の作製方法は第３の実施例と同様であるが、本実施例の特徴は犠牲層２の一部を残して支柱２ａを形成したことにある。残留させる犠牲層２の幅はエッチング速度を予め明らかにしておくことで、エッチング時間を調整することにより制御することができる。支柱２ａを形成する理由は前述の第２の実施例において説明したとおりであり、低消費電力化の効果は小さくなるが、強度を向上させることができる。このため、熱光学位相シフタに大きな機械的強度が必要不可欠な場合には、前述の第３の実施例に係る熱光学位相シフタに替わって使用することができ、これにより、強度の確保と低消費電力化とのバランスをとることができる。
【００６９】
次に、本発明の第５の実施例について説明する。図７（ａ）は本実施例に係る熱光学位相シフタを示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）に示すＡ５−Ａ５’線による断面図である。また、図８（ａ）乃至（ｄ）は本実施例に係る熱光学位相シフタの製造方法をその工程順に示す断面図である。前述の第１の実施例においては、薄膜ヒータ６が上側クラッド層５の表面に形成されているが、本実施例においては、薄膜ヒータ６が下側クラッド層３の内部に形成されている。即ち、下側クラッド層３が犠牲層２上に形成されている第１の下側クラッド層９と、この第１の下側クラッド層９上に形成されている第２の下側クラッド層１０とから構成されており、第１の下側クラッド層９上に薄膜ヒータ６が形成されており、この薄膜ヒータ６を埋め込むように、第２の下側クラッド層１０が形成されている。また、第２の下側クラッド層１０及び上側クラッド層５には、薄膜ヒータ６の電極部分６ａに電力を供給するためのビア１１が設けられている。
【００７０】
次に、本実施例に係る熱光学位相シフタの製造方法について説明する。先ず、図８（ａ）に示すように、基板１上に犠牲層２を形成した後、第１の下側クラッド層９を成膜し、薄膜ヒータ６の材料となるクロム膜を成膜し、パターニングする。次に、図８（ｂ）に示すように、第２の下側クラッド層１０を成膜して薄膜ヒータ６を埋め込み、コア４の材料となる薄膜４ａの成膜を行う。次に、図８（ｃ）に示すように、薄膜４ａをパターニングしてコア４を形成し、上側クラッド層５を成膜する。次に、図８（ｄ）に示すように、溝８を形成し、犠牲層２をエッチングする。そして、上側クラッド層５及び第２の下側クラッド層１０に、薄膜ヒータ６に接続する電極用ビア１１を形成する。電極用ビア１１の形成はフォトリソグラフィ及びＲＩＥにより行う。これにより、図７（ａ）及び（ｂ）に示すような熱光学位相シフタを作製することができる。本実施例における上記以外の構成及び製造方法は、前述の第１の実施例と同様である。
【００７１】
前述の第１乃至第４の各実施例においては、溝８を形成する際に使用するレジスト７（図２（ｄ）参照）を、溝８を形成した後も残しておき、犠牲層２のエッチング時に薄膜ヒータ６を保護するために使用している。しかしながら、光導波路を形成する材料が半導体等である場合、犠牲層のエッチングに強酸を使用することがあり、レジストが強酸に耐えられない場合がある。そこで、薄膜ヒータ６を下側クラッド層３中に設けることにより、強酸から保護することができる。この結果、熱光学位相シフタの製造が容易になり、信頼性が向上する。
【００７２】
次に、本発明の第６の実施例について説明する。図９（ａ）は本実施例に係る熱光学位相シフタを示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）に示すＡ６−Ａ６’線による断面図である。本実施例は前述の第２の実施例と第５の実施例とを組み合わせた実施例である。即ち、図９（ａ）及び（ｂ）に示すように、基板１と光導波路１４との間の隙間１５に、ＰＳＧからなる支柱２ａが設けられている。支柱２ａの形成方法は前述の第２の実施例と同様である。また、本実施例における上記以外の構成及び製造方法は、前述の第５の実施例と同様である。本実施例においては、大きな機械的強度を確保できると共に、犠牲層をエッチングする際に、レジストによらずに薄膜ヒータを保護することができる。
【００７３】
次に、本発明の第７の実施例について説明する。図１０（ａ）は本実施例に係る熱光学位相シフタを示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）に示すＡ７−Ａ７’線による断面図である。また、図１１（ａ）乃至（ｄ）は本実施例に係る熱光学位相シフタの製造方法をその工程順に示す断面図である。本実施例は前述の第３の実施例と第５の実施例とを組み合わせた実施例である。前述の第５の実施例においては、犠牲層２を基板１上の全面に形成し、犠牲層２と下側クラッド層３とを連続成膜したが、本実施例においては、前述の第３の実施例と同様に、犠牲層２を薄膜ヒータ６の下方に相当する領域のみに設ける。
【００７４】
即ち、図１０（ａ）及び（ｂ）に示すように、本実施例においては、光導波路１４の下側クラッド層３が第１の下側クラッド層９及び第２の下側クラッド層１０から構成されており、両者の間に薄膜ヒータ６が配置されている。本実施例における上記以外の構成は、前述の第３の実施例と同様である。
【００７５】
次に、本実施例に係る熱光学位相シフタの製造方法について説明する。先ず、図１１（ａ）に示すように、前述の第３の実施例と同様に、基板１の表面に選択的に犠牲層２を形成する。次に、図１１（ｂ）に示すように、前述の第５の実施例と同様に、基板１及び犠牲層２上に第１の下側クラッド層９、薄膜ヒータ６、第２の下側クラッド層１０及び薄膜４ａを形成する。次に、図１１（ｃ）に示すように、薄膜４ａをパターニングしてコア４を形成し、このコア４を覆うように、上側クラッド層５を形成する。次に、図１１（ｄ）に示すように、上側クラッド層５上にレジスト７を形成し、このレジスト７をマスクとして、上側クラッド層５、下側クラッド層３をエッチングし、溝８を形成する。
【００７６】
次に、図１０（ａ）及び（ｂ）に示すように、溝８を介して犠牲層２をエッチングして除去し、隙間１５を形成する。そして、上側クラッド層５及び第２の下側クラッド層１０に、電極用ビア１１を形成する。
【００７７】
本実施例においては、前述の第３の実施例と同様の理由により、犠牲層の応力を解放して、光学特性及び機械的強度の改善を図ることができる。また、前述の第５の実施例と同様な理由により、エッチング時に薄膜ヒータ６を保護することができる。
【００７８】
次に、本発明の第８の実施例について説明する。図１２（ａ）は本実施例に係る熱光学位相シフタを示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）に示すＡ８−Ａ８’線による断面図である。図１２（ａ）及び（ｂ）に示すように、本実施例は前述の第４の実施例と第５の実施例とを組み合わせた実施例であり、換言すれば、本実施例は前述の第２の実施例と第７の実施例とを組み合わせた実施例である。本実施例においては、隙間１５において、犠牲層２の一部を残留させて、ＰＳＧからなる支柱２ａを形成している。本実施例における上記以外の構成及び製造方法は、前述の第７の実施例と同様である。本実施例においては、光学特性及び機械的強度の向上を図ることができると共に、エッチング時に薄膜ヒータ６を保護することができる。
【００７９】
次に、本発明の第９の実施例について説明する。図１３（ａ）は本実施例に係る熱光学位相シフタを示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）に示すＡ９−Ａ９’線による断面図であり、（ｃ）は（ａ）に示すＢ９−Ｂ９’線による断面図である。図１３（ａ）及び（ｂ）に示すように、本実施例の熱光学位相シフタにおいては、溝８における長手方向、即ちコア４が延びる方向に平行な側面のうち、コア４に近い側の側面８ａが、長手方向端部において、端部８ｂに近づくにつれてコア４から離れるようにテーパ状に湾曲している。これにより、光導波路１４の橋梁部１４ａにおける根元部１４ｂが、橋梁部１４ａにおける根元部１４ｂ以外の部分よりも太くなっている。また、隙間１５における根元部１４ｂの下方に相当する領域においては、犠牲層２がエッチング時に残留し、支柱２ａを形成している。本実施例における上記以外の構成は、前述の第１の実施例と同様である。
【００８０】
前述の第１の実施例に係る熱光学位相シフタおいて、機械的に最も弱い部分は光導波路１４の橋梁部１４ａにおける根元部１４ｂであり、この部分に最も機械的ストレスが集中すると考えられる。本実施例においては、この根元部１４ｂをテーパ状の形状とすることにより、補強している。これにより、熱光学位相シフタの信頼性をより一層向上させることができる。また、本実施例に係る熱光学位相シフタを製造するためには、前述の第１の実施例において、レジスト７をパターニングする際のフォトリソグラフィマスクパターンを変更すればよく、マスク形状以外に前述の第１の実施例における熱光学位相シフタの作製工程を変更することなく、第１の実施例と同様に自己形成工程により、熱光学位相シフタを作製することができる。
【００８１】
次に、本発明の第１０の実施例について説明する。図１４（ａ）は本実施例に係る熱光学位相シフタを示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）に示すＡ１０−Ａ１０’線による断面図であり、（ｃ）は（ａ）に示すＢ１０−Ｂ１０’線による断面図である。図１４（ａ）乃至（ｃ）に示すように、本実施例においては、光導波路１４の橋梁部１４ａの途中に、光導波路１４をクラッド層１３に対して支持する梁１６が設けられている。梁１６は、コア４が延びる方向に直交する方向に延びており、溝８を張架するように設けられている。本実施例における上記以外の構成は、前述の第１の実施例と同様である。
【００８２】
前述の第１の実施例においては、光導波路１４の橋梁部１４ａが長手方向に長くなった場合、橋梁部１４ａの横方向、即ち、コア４が延びる方向に直交する方向における自由度が大きくなり、場合によっては途中で光導波路１４が曲がり、伝搬損失が増大するか、又はクラッド層１３における光導波路１４以外の部分若しくは基板１と接触して断熱性が損なわれてしまう可能性がある。
【００８３】
これに対して、本実施例においては、梁１６を設けることにより、橋梁部１４ａの横方向における自由度を低減している。これにより、光導波路１４が外力を受けたときに、橋梁部１４ａが横方向に撓むことを防止でき、熱光学位相シフタの信頼性が向上する。このような構造とすることにより、断熱性が多少損なわれることが考えられるが、梁１６を形成する材料の熱伝導性が十分に低い場合には、基板１までの熱伝導パスが長いこともあり、あまり大きな熱伝導パスにはならない。なお、本実施例に係る熱光学位相シフタを製造するためには、前述の第１の実施例において、レジスト７をパターニングする際のフォトリソグラフィマスクパターンを変更すればよく、マスク形状以外に前述の第１の実施例における熱光学位相シフタの作製工程を変更することなく、第１の実施例と同様に自己形成工程により、熱光学位相シフタを作製することができる。なお、梁１６の数は左右１本ずつに限定されず、左右に複数本ずつ設けてもよい。
【００８４】
次に、本発明の第１１の実施例について説明する。図１５（ａ）は本実施例に係る熱光学位相シフタを示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）に示すＡ１１−Ａ１１’線による断面図であり、（ｃ）は（ａ）に示すＢ１１−Ｂ１１’線による断面図である。図１５（ａ）乃至（ｃ）に示すように、本実施例においては、光導波路１４の橋梁部１４ａの長手方向中央部の下方において、隙間１５に支柱２ａが設けられている。支柱２ａは犠牲層２（図１（ｄ）参照）と同じ材料、即ち、ＰＳＧにより形成されている。支柱２ａは、基板１上に設けられ、光導波路１４を基板１に対して支持し、橋梁部１４ａの上下方向の自由度を低減するものである。なお、橋梁部１４ａにおける支柱２ａの上方に相当する部分１４ｃは、他の部分よりも幅が大きくなっている。
【００８５】
前述の第１の実施例においては、光導波路１４の橋梁部１４ａが長手方向に長くなった場合、橋梁部１４ａの横方向における自由度が大きくなり、場合によっては途中で光導波路１４が曲がり、伝搬損失が増大するか、又は基板１と接触して断熱性が損なわれてしまう可能性がある。
【００８６】
そこで、本実施例においては、適当な位置に支柱を設けることで、これを防ぐことができる。このような構造とすることにより、断熱性が損なわれることが考えられるが、支柱が基板よりも熱伝導性が低いＰＳＧにより形成されており、また支柱の大きさも縦及び横が夫々１０μｍ程度であれば、充分に熱伝導性が低く、それほど大きな熱伝導パスにはならない。また、前述の第９及び第１０の実施例と同様に、本実施例に係る熱光学位相シフタを製造するためには、前述の第１の実施例において、レジスト７をパターニングする際のフォトリソグラフィマスクパターンを変更し、光導波路１４に、他の部分よりも幅が広い部分１４ｃが形成されるようにすればよい。これにより、犠牲層２のエッチング時に、部分１４ｃの下方において犠牲層２が残留し、支柱２ａが形成される。このように、本実施例においては、マスク形状以外に前述の第１の実施例における熱光学位相シフタの作製工程を変更することなく、第１の実施例と同様に自己形成工程により、熱光学位相シフタを作製することができる。なお、支柱２ａの数は１個に限定されず、複数個設けてもよい。
【００８７】
次に、本発明の第１２の実施例について説明する。図１６（ａ）は本実施例に係る熱光学位相シフタを示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）に示すＡ１２−Ａ１２’線による断面図であり、（ｃ）は（ａ）に示すＢ１２−Ｂ１２’線による断面図である。図１６（ａ）乃至（ｃ）に示すように、本実施例は前述の第１０の実施例と第１１の実施例とを組み合わせた実施例である。本実施例においては、橋梁部１４ａの途中に、梁１６及び支柱２ａを設けている。本実施例における上記以外の構成及び製造方法は、前述の第１の実施例と同様である。
【００８８】
熱光学位相シフタを前述の第９、第１０及び第１１の実施例の構造では強度不足となるような環境で使用する場合、本実施例のような構造とすることで、橋梁部１４ａの横方向の自由度及び上下方向の自由度の双方を減じ、消費電力の低減を多少犠牲にしつつも、強度を確保することが可能となる。本構造への変更はエッチング用の溝を形成するときに用いるフォトリソグラフィマスクパターンを変更すれば良いだけであり、作製工程の変更無く自己形成工程で実現できる。
【００８９】
次に、本発明の第１３の実施例について説明する。図１７（ａ）は本実施例に係る熱光学位相シフタを示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）に示すＡ１３−Ａ１３’線による断面図であり、（ｃ）は（ａ）に示すＢ１３−Ｂ１３’線による断面図である。また、図１８（ａ）乃至（ｄ）は本実施例に係る熱光学位相シフタの製造方法をその工程順に示す断面図であり、図１９は本実施例に係る熱光学位相シフタの製造方法における図１８（ｃ）に示す工程を示す平面図である。
【００９０】
図１７（ａ）乃至（ｃ）に示すように、本実施例に係る熱光学位相シフタにおいては、隙間１５の一部に支柱１２が形成されている。支柱１２は犠牲層２（図１（ｄ）参照）よりもエッチング速度が大きい材料により形成されており、例えば、犠牲層２がＰＳＧにより形成されている場合、支柱１２は例えばＢＰＳＧにより形成されている。支柱１２は橋梁部分１４ａの長手方向の一部に設けられており、橋梁部分１４ａを基板１に対して支持し、上下方向の自由度を低減するものである。
【００９１】
次に、本実施例に係る熱光学位相シフタの製造方法について説明する。先ず、図１８（ａ）に示すように、基板１上に、例えばＰＳＧにより犠牲層２を形成する。そして、フォトリソグラフィ及びＲＩＥにより、犠牲層２の一部を除去し、その部分にＢＰＳＧ膜を埋め込み、支柱１２を形成する。次に、図１８（ｂ）に示すように、前述の第１の実施例と同様な方法により、下側クラッド層３及び薄膜４ａを形成する。
【００９２】
次に、図１８（ｃ）及び図１９に示すように、薄膜４ａをパターニングしてコア４を形成し、上側クラッド層５を形成する。そして、図１８（ｄ）に示すように、上側クラッド層５上に薄膜ヒータ６を形成する。
【００９３】
次に、図１７（ａ）乃至（ｃ）に示すように、光導波路１４を挟む位置に２本の溝８を形成し、光導波路１４の下方における犠牲層２をエッチングして除去し、隙間１５を形成する。このとき、ＢＰＳＧからなる支柱１２はエッチングされずに残る。本実施例における上記以外の構成及び製造方法は、前述の第１の実施例と同様である。
【００９４】
上述の如く、前述の第１１の実施例においては、犠牲層のサイドエッチングを所望の時間で止めることにより支柱を形成したが、本実施例は、最初に犠牲層の一部に犠牲層のエッチングの時にエッチングされない材料で支柱部を作り込んでおくことを特徴とする。これにより、例えば犠牲層のエッチング速度が極めて速く、途中でエッチングを止めることが困難な場合等に、支柱が自己形成されるために、作製工程の信頼性及び再現性を向上させることができる。
【００９５】
なお、前述の各実施例においては、光導波路が埋め込み型導波路である場合について説明したが、本発明の熱光学位相シフタにおける光導波路の構造はこれに限定されず、例えばリッジ型の導波路においても、本発明の効果が十分に期待できる。また、薄膜ヒータの形状も１本の直線状の形状に制限されるものではなく、複数の直線を組み合わせた形状又は曲線形状であってもよく、光導波路のコアを所望の温度に上昇させることができ、屈折率変化を誘起できる熱が発生できればよい。
【００９６】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、熱光学位相シフタにおいて、基板上にコアとクラッド層からなる光導波路を形成し、基板と光導波路との間に４μｍ以上の隙間を設けることにより、光導波路の基板に対する断熱性を向上させることができ、光学特性並びに強度、安定性及び信頼性が良好で、消費電力が小さい熱光学位相シフタを得ることができる。また、この熱光学位相シフタは、大規模電子集積回路に一般的に使用されている手法により容易に製造することができる。このため、本発明は、光回路の小型化、高機能化及び大規模化を実現する上で極めて有用な技術である。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明の第１の実施例に係る熱光学位相シフタを示す平面図であり、（ｂ）はＡ１−Ａ１’線による断面図である。
【図２】（ａ）乃至（ｄ）は本実施例に係る熱光学位相シフタの製造方法をその工程順に示す断面図である。
【図３】（ａ）は本発明の第２の実施例に係る熱光学位相シフタを示す平面図であり、（ｂ）はＡ２−Ａ２’線による断面図である。
【図４】（ａ）乃至（ｄ）は本発明の第３の実施例に係る熱光学位相シフタの製造方法をその工程順に示す断面図である。
【図５】（ａ）は本実施例に係る熱光学位相シフタを示す平面図であり、（ｂ）はＡ３−Ａ３’線による断面図である。
【図６】（ａ）は本発明の第４の実施例に係る熱光学位相シフタを示す平面図であり、（ｂ）はＡ４−Ａ４’線による断面図である。
【図７】（ａ）は本発明の第５の実施例に係る熱光学位相シフタを示す平面図であり、（ｂ）はＡ５−Ａ５’線による断面図である。
【図８】（ａ）乃至（ｄ）は本実施例に係る熱光学位相シフタの製造方法をその工程順に示す断面図である。
【図９】（ａ）は本発明の第６の実施例に係る熱光学位相シフタを示す平面図であり、（ｂ）はＡ６−Ａ６’線による断面図である。
【図１０】（ａ）は本発明の第７の実施例に係る熱光学位相シフタを示す平面図であり、（ｂ）はＡ７−Ａ７’線による断面図である。
【図１１】（ａ）乃至（ｄ）は本実施例に係る熱光学位相シフタの製造方法をその工程順に示す断面図である。
【図１２】（ａ）は本発明の第８の実施例に係る熱光学位相シフタを示す平面図であり、（ｂ）はＡ８−Ａ８’線による断面図である。
【図１３】（ａ）は本発明の第９の実施例に係る熱光学位相シフタを示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）に示すＡ９−Ａ９’線による断面図であり、（ｃ）は（ａ）に示すＢ９−Ｂ９’線による断面図である。
【図１４】（ａ）は本発明の第１０の実施例に係る熱光学位相シフタを示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）に示すＡ１０−Ａ１０’線による断面図であり、（ｃ）は（ａ）に示すＢ１０−Ｂ１０’線による断面図である。
【図１５】（ａ）は本発明の第１１の実施例に係る熱光学位相シフタを示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）に示すＡ１１−Ａ１１’線による断面図であり、（ｃ）は（ａ）に示すＢ１１−Ｂ１１’線による断面図である。
【図１６】（ａ）は本発明の第１２の実施例に係る熱光学位相シフタを示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）に示すＡ１２−Ａ１２’線による断面図であり、（ｃ）は（ａ）に示すＢ１２−Ｂ１２’線による断面図である。
【図１７】（ａ）は本発明の第１３の実施例に係る熱光学位相シフタを示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）に示すＡ１３−Ａ１３’線による断面図であり、（ｃ）は（ａ）に示すＢ１３−Ｂ１３’線による断面図である。
【図１８】（ａ）乃至（ｄ）は本実施例に係る熱光学位相シフタの製造方法をその工程順に示す断面図である。
【図１９】本実施例に係る熱光学位相シフタの製造方法における図１８（ｃ）に示す工程を示す平面図である。
【符号の説明】
１；基板
２；犠牲層
２ａ；支柱
３；下側クラッド層
４；コア
４ａ；薄膜
５；上側クラッド層
６；薄膜ヒータ
６ａ；電極部分
６ｂ；ヒータ部分
７；レジスト
７ａ；開口部
８；溝
８ａ；側面
８ｂ；端部
９；第１の下側クラッド層
１０；第２の下側クラッド層
１１；ビア
１２；支柱
１３；クラッド層
１４；光導波路
１４ａ；橋梁状の部分
１４ｂ；根元部
１４ｃ；部分
１５；隙間
１６；梁
【図１】
2004037524.tif 000003
【図２】
2004037524.tif 000004
【図３】
2004037524.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
2004037524.tif 000008
【図７】
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【図８】
2004037524.tif 000010
【図９】
2004037524.tif 000011
【図１０】
2004037524.tif 000012
【図１１】
2004037524.tif 000013
【図１２】
2004037524.tif 000014
【図１３】
2004037524.tif 000015
【図１４】
2004037524.tif 000016
【図１５】
2004037524.tif 000017
【図１６】
2004037524.tif 000018
【図１７】
2004037524.tif 000019
【図１８】
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【図１９】
2004037524.tif 000021
【手続補正書】
【提出日】平成15年9月10日(2003.9.10)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、この基板上に設けられたクラッド層と、このクラッド層内に直線又は曲線状に設けられ光導波路を構成するコアと、このコアの直上域又は直下域を含む領域に設けられ発熱することにより前記光導波路の光の位相を変化させるヒータと、を有し、前記クラッド層における前記ヒータの少なくとも直下域を挟む領域に溝が形成されており、前記クラッド層における前記溝間の部分と前記基板との間に前記溝に連結された４μｍ以上の隙間が形成されていることを特徴とする熱光学位相シフタ。
【請求項２】
前記隙間の一部に設けられ、前記クラッド層における前記溝間の部分を前記基板に対して支持する支柱部を有することを特徴とする請求項１に記載の熱光学位相シフタ。
【請求項３】
基板と、この基板上に設けられ前記基板を形成する材料よりもエッチング速度が大きい犠牲材料により形成された犠牲層と、この犠牲層上に設けられ前記犠牲材料よりもエッチング速度が小さい材料により形成されたクラッド層と、このクラッド層内に直線又は曲線状に設けられ光導波路を構成するコアと、このコアの直上域又は直下域を含む領域に設けられ発熱することにより前記光導波路の光の位相を変化させるヒータと、を有し、前記犠牲層及び前記クラッド層における前記ヒータの少なくとも直下域を挟む領域に溝が形成されており、前記溝間の領域において前記犠牲層がエッチングにより除去され前記クラッド層における前記溝間の部分と前記基板との間に前記溝に連結された隙間が形成されていることを特徴とする熱光学位相シフタ。
【請求項４】
前記隙間の一部に設けられ、前記クラッド層における前記溝間の部分を前記基板に対して支持する支柱部を有することを特徴とする請求項３に記載の熱光学位相シフタ。
【請求項５】
前記支柱部が前記犠牲材料により形成されていることを特徴とする請求項４に記載の熱光学位相シフタ。
【請求項６】
前記支柱部が前記犠牲材料よりもエッチング速度が小さい材料により形成されていることを特徴とする請求項４に記載の熱光学位相シフタ。
【請求項７】
前記犠牲材料の熱伝導率が、前記基板を形成する材料の熱伝導率よりも小さいことを特徴とする請求項３乃至６のいずれか１項に記載の熱光学位相シフタ。
【請求項８】
前記犠牲材料がリンを含むガラス材料であり、前記クラッド層を形成する材料がボロン及びリンを含むガラス材料であることを特徴とする請求項３乃至７のいずれか１項に記載の熱光学位相シフタ。
【請求項９】
前記隙間が４μｍ以上であることを特徴とする請求項３乃至８のいずれか１項に記載の熱光学位相シフタ。
【請求項１０】
前記支柱部が、前記コアが延びる方向の全長にわたって連続的に形成されていることを特徴とする請求項２及び４乃至６のいずれか１項に記載の熱光学位相シフタ。
【請求項１１】
前記支柱部が、前記コアが延びる方向の一部に形成されていることを特徴とする請求項２及び４乃至６のいずれか１項に記載の熱光学位相シフタ。
【請求項１２】
前記クラッド層における前記溝間の部分において、前記支柱の直上域を含み前記コアが延びる方向に直交する断面の幅が、前記支柱の直上域を含まず前記コアが延びる方向に直交する断面の幅よりも大きいことを特徴とする請求項１１に記載の熱光学位相シフタ。
【請求項１３】
前記溝を張架するように設けられ、前記クラッド層における前記溝間の部分を、この部分と共に前記溝を挟む部分に対して支持する支持梁を有することを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の熱光学位相シフタ。
【請求項１４】
前記溝における前記コアが延びる方向に平行な側面のうち前記コアに近い側の側面は、前記コアが延びる方向における端部において、前記方向における端縁に近づくにつれて前記コアから離れるように湾曲していることを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の熱光学位相シフタ。
【請求項１５】
前記ヒータが前記クラッド層の表面に設けられていることを特徴とする請求項１乃至１４のいずれか１項に記載の熱光学位相シフタ。
【請求項１６】
前記ヒータが前記クラッド層中に設けられていることを特徴とする請求項１乃至１４のいずれか１項に記載の熱光学位相シフタ。
【請求項１７】
前記コア及び前記クラッド層が石英を含むガラス材料により形成されていることを特徴とする請求項１及至１６のいずれか１項に記載の熱光学位相シフタ。
【請求項１８】
前記コアを形成するガラス材料がゲルマニウムを含むことを特徴とする請求項１７に記載の熱光学位相シフタ。
【請求項１９】
前記基板が石英を含むガラス材料又はシリコンにより形成されていることを特徴とする請求項１及至１８のいずれか１項に記載の熱光学位相シフタ。
【請求項２０】
基板上にこの基板を形成する材料よりもエッチング速度が大きい犠牲材料により犠牲層を形成する工程と、この犠牲層上に前記犠牲材料よりもエッチング速度が小さい材料により下側クラッド層を形成する工程と、この下側クラッド層上に直線又は曲線状に延びるコアを形成する工程と、このコアを覆うように前記犠牲材料よりもエッチング速度が小さい材料により上側クラッド層を形成する工程と、この上側クラッド層上における前記コアの直上域を含む領域に発熱することにより前記下側クラッド層、コア及び上側クラッド層からなる光導波路の光の位相を変化させるヒータを形成する工程と、前記上側クラッド層及び下側クラッド層における前記ヒータの直下域を挟む領域に前記犠牲層又は基板まで到達する溝を形成する工程と、この溝を介して前記下側クラッド層における前記溝間の部分と前記基板との間に位置する前記犠牲層をエッチングして除去し、前記下側クラッド層における前記溝間の部分と前記基板との間に前記溝に連結された隙間を形成する工程と、を有することを特徴とする熱光学位相シフタの製造方法。
【請求項２１】
基板上にこの基板を形成する材料よりもエッチング速度が大きい犠牲材料により犠牲層を形成する工程と、この犠牲層上に前記犠牲材料よりもエッチング速度が小さい材料により第１の下側クラッド層を形成する工程と、この第１の下側クラッド層上にヒータを形成する工程と、このヒータ上に前記犠牲材料よりもエッチング速度が小さい材料により第２の下側クラッド層を形成する工程と、この第２の下側クラッド層上における前記ヒータの直上域を含む領域に直線又は曲線状に延びるコアを形成する工程と、このコアを覆うように前記犠牲材料よりもエッチング速度が小さい材料により上側クラッド層を形成する工程と、前記上側クラッド層及び前記第２の下側クラッド層における前記ヒータの直上域並びに前記第１の下側クラッド層における前記ヒータの直下域を挟む領域に前記犠牲層又は基板まで到達する溝を形成する工程と、この溝を介して前記第１の下側クラッド層における前記溝間の部分と前記基板との間に位置する前記犠牲層をエッチングして除去し、前記第１の下側クラッド層における前記溝間の部分と前記基板との間に前記溝に連結された隙間を形成する工程と、前記上側クラッド層及び第２の下側クラッド層に前記ヒータに接続するビアを形成する工程と、を有することを特徴とする熱光学位相シフタの製造方法。
【請求項２２】
前記犠牲層の膜厚を４μｍ以上とすることを特徴とする請求項２０又は２１に記載の熱光学位相シフタの製造方法。
【請求項２３】
基板上にこの基板を形成する材料よりもエッチング速度が大きい犠牲材料により膜厚が４μｍ以上の犠牲層を選択的に形成する工程と、この犠牲層上に前記犠牲材料よりもエッチング速度が小さい材料により下側クラッド層を形成する工程と、この下側クラッド層上における前記犠牲層の上方域を含む領域に直線又は曲線状に延びるコアを形成する工程と、このコアを覆うように前記犠牲材料よりもエッチング速度が小さい材料により上側クラッド層を形成する工程と、この上側クラッド層上における前記コアの直上域を含む領域に発熱することにより前記下側クラッド層、コア及び上側クラッド層からなる光導波路の光の位相を変化させるヒータを形成する工程と、前記上側クラッド層及び下側クラッド層における前記ヒータの直下域を挟む領域に前記犠牲層又は基板まで到達する溝を形成する工程と、この溝を介して前記犠牲層をエッチングして除去し、前記下側クラッド層における前記溝間の部分と前記基板との間に前記溝に連結された４μｍ以上の隙間を形成する工程と、を有することを特徴とする熱光学位相シフタの製造方法。
【請求項２４】
基板上にこの基板を形成する材料よりもエッチング速度が大きい犠牲材料により膜厚が４μｍ以上の犠牲層を選択的に形成する工程と、この犠牲層上に前記犠牲材料よりもエッチング速度が小さい材料により第１の下側クラッド層を形成する工程と、この第１の下側クラッド層上における前記犠牲層の直上域を含む領域にヒータを形成する工程と、このヒータ上に前記犠牲材料よりもエッチング速度が小さい材料により第２の下側クラッド層を形成する工程と、この第２の下側クラッド層上における前記ヒータの直上域を含む領域に直線又は曲線状に延びるコアを形成する工程と、このコアを覆うように前記犠牲材料よりもエッチング速度が小さい材料により上側クラッド層を形成する工程と、この上側クラッド層及び第２の下側クラッド層における前記ヒータの直上域並びに前記第１の下側クラッド層における前記ヒータの直下域を挟む領域に前記犠牲層又は基板まで到達する溝を形成する工程と、この溝を介して前記犠牲層をエッチングして除去し、前記第１の下側クラッド層における前記溝間の部分と前記基板との間に前記溝に連結された４μｍ以上の隙間を形成する工程と、前記上側クラッド層及び第２の下側クラッド層に前記ヒータに接続するビアを形成する工程と、を有することを特徴とする熱光学位相シフタの製造方法。
【請求項２５】
前記犠牲層をエッチングする工程において、前記コアと前記基板との間に位置する犠牲層の一部を残留させることにより、前記下側クラッド層における前記溝間の部分を前記基板に対して支持する支柱部を形成することを特徴とする請求項２０乃至２４のいずれか１項に記載の熱光学位相シフタの製造方法。
【請求項２６】
前記犠牲層、前記下側クラッド層、前記コア、前記上側クラッド層のうち少なくとも１つを常圧化学気相成膜法により成膜することを特徴とする請求項２０又は２３に記載の熱光学位相シフタの製造方法。
【請求項２７】
前記犠牲層、前記第１の下側クラッド層、前記第２の下側クラッド層、前記コア、前記上側クラッド層のうち少なくとも１つを常圧化学気相成膜法により成膜することを特徴とする請求項２１又は２４に記載の熱光学位相シフタの製造方法。
【請求項２８】
前記犠牲層をエッチングする工程において、緩衝フッ化水素溶液により犠牲層をエッチングすることを特徴とする請求項２０乃至２７のいずれか１項に記載の熱光学位相シフタの製造方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る熱光学位相シフタは、基板と、この基板上に設けられたクラッド層と、このクラッド層内に直線又は曲線状に設けられ光導波路を構成するコアと、このコアの直上域又は直下域を含む領域に設けられ発熱することにより前記光導波路の光の位相を変化させるヒータと、を有し、前記クラッド層における前記ヒータの少なくとも直下域を挟む領域に溝が形成されており、前記クラッド層における前記溝間の部分と前記基板との間に前記溝に連結された４μｍ以上の隙間が形成されていることを特徴とする。


【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２０】
本発明に係る他の熱光学位相シフタは、基板と、この基板上に設けられ前記基板を形成する材料よりもエッチング速度が大きい犠牲材料により形成された犠牲層と、この犠牲層上に設けられ前記犠牲材料よりもエッチング速度が小さい材料により形成されたクラッド層と、このクラッド層内に直線又は曲線状に設けられ光導波路を構成するコアと、このコアの直上域又は直下域を含む領域に設けられ発熱することにより前記光導波路の光の位相を変化させるヒータと、を有し、前記犠牲層及び前記クラッド層における前記ヒータの少なくとも直下域を挟む領域に溝が形成されており、前記溝間の領域において前記犠牲層がエッチングにより除去され前記クラッド層における前記溝間の部分と前記基板との間に前記溝に連結された隙間が形成されていることを特徴とする。


【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３６】
本発明に係る熱光学位相シフタの製造方法は、基板上にこの基板を形成する材料よりもエッチング速度が大きい犠牲材料により犠牲層を形成する工程と、この犠牲層上に前記犠牲材料よりもエッチング速度が小さい材料により下側クラッド層を形成する工程と、この下側クラッド層上に直線又は曲線状に延びるコアを形成する工程と、このコアを覆うように前記犠牲材料よりもエッチング速度が小さい材料により上側クラッド層を形成する工程と、この上側クラッド層上における前記コアの直上域を含む領域に発熱することにより前記下側クラッド層、コア及び上側クラッド層からなる光導波路の光の位相を変化させるヒータを形成する工程と、前記上側クラッド層及び下側クラッド層における前記ヒータの直下域を挟む領域に前記犠牲層又は基板まで到達する溝を形成する工程と、この溝を介して前記下側クラッド層における前記溝間の部分と前記基板との間に位置する前記犠牲層をエッチングして除去し、前記下側クラッド層における前記溝間の部分と前記基板との間に前記溝に連結された隙間を形成する工程と、を有することを特徴とする。


【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３７】
本発明に係る他の熱光学位相シフタの製造方法は、基板上にこの基板を形成する材料よりもエッチング速度が大きい犠牲材料により犠牲層を形成する工程と、この犠牲層上に前記犠牲材料よりもエッチング速度が小さい材料により第１の下側クラッド層を形成する工程と、この第１の下側クラッド層上にヒータを形成する工程と、このヒータ上に前記犠牲材料よりもエッチング速度が小さい材料により第２の下側クラッド層を形成する工程と、この第２の下側クラッド層上における前記ヒータの直上域を含む領域に直線又は曲線状に延びるコアを形成する工程と、このコアを覆うように前記犠牲材料よりもエッチング速度が小さい材料により上側クラッド層を形成する工程と、前記上側クラッド層及び前記第２の下側クラッド層における前記ヒータの直上域並びに前記第１の下側クラッド層における前記ヒータの直下域を挟む領域に前記犠牲層又は基板まで到達する溝を形成する工程と、この溝を介して前記第１の下側クラッド層における前記溝間の部分と前記基板との間に位置する前記犠牲層をエッチングして除去し、前記第１の下側クラッド層における前記溝間の部分と前記基板との間に前記溝に連結された隙間を形成する工程と、前記上側クラッド層及び第２の下側クラッド層に前記ヒータに接続するビアを形成する工程と、を有することを特徴とする。


【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４４】
更にまた、クラッド層１３及び犠牲層２における薄膜ヒータ６の下方に相当する領域のうち光導波路１４の両脇に位置する領域には、コア４が延びる方向と平行に延びる溝８が形成されている。即ち、溝８は光導波路１４を挟むように２ヶ所に形成されている。溝８の長手方向、即ちコア４が延びる方向の長さは例えば４ｍｍであり、溝８の幅、即ち、コア４が延びる方向に直交する方向の長さは例えば２５０μｍであり、溝８の深さは例えば２９μｍである。溝８間の距離、即ち、光導波路１４のリッジ幅は例えば２５μｍである。更にまた、光導波路１４と基板１との間においては、犠牲層２が除去され、隙間１５が形成されている。隙間１５の高さは犠牲層２の膜厚と等しく、例えば５μｍである。これにより、光導波路１４は、２本の溝８及び隙間１５により、光導波路１４以外のクラッド層１３、犠牲層２及び基板１から離間され、橋梁状となっている。なお、犠牲層２は基板１上において隙間１５を除く全面に形成されている。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４９】
この後、図２（ｄ）に示すように、上側クラッド層５及び薄膜ヒータ６を覆うようにレジスト７を成膜する。レジスト７には、フォトリソグラフィにより、薄膜ヒータ６の両側に２ヶ所の開口部７ａを形成する。開口部７ａ間の距離は例えば２５μｍである。そして、レジスト７をマスクとしてＲＩＥによりエッチングを行い、クラッド層１３及び犠牲層２における薄膜ヒータ６の両脇に相当する領域を選択的に除去し、基板１に達する深さの溝８を形成する。なお、溝８は犠牲層２に達するように形成されてもよい。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７９】
次に、本発明の第９の実施例について説明する。図１３（ａ）は本実施例に係る熱光学位相シフタを示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）に示すＡ９−Ａ９’線による断面図であり、（ｃ）は（ａ）に示すＢ９−Ｂ９’線による断面図である。図１３（ａ）乃至（ｃ）に示すように、本実施例の熱光学位相シフタにおいては、溝８における長手方向、即ちコア４が延びる方向に平行な側面のうち、コア４に近い側の側面８ａが、長手方向端部において、端部８ｂに近づくにつれてコア４から離れるようにテーパ状に湾曲している。これにより、光導波路１４の橋梁部１４ａにおける根元部１４ｂが、橋梁部１４ａにおける根元部１４ｂ以外の部分よりも太くなっている。また、隙間１５における根元部１４ｂの下方に相当する領域においては、犠牲層２がエッチング時に残留し、支柱２ａを形成している。本実施例における上記以外の構成は、前述の第１の実施例と同様である。


【手続補正９】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図８】
2004037524.tif 000022
【手続補正１０】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１１】
2004037524.tif 000023