(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
コアの周囲が上部クラッド及び下部クラッドにより囲まれた光導波路により構成される２つの方向性結合器及びアーム導波路対からなるマッハツェンダー干渉計回路（以下、ＭＺＩ回路）が熱伝導率の良い基板上に複数アレイ状に形成され、熱光学効果により前記各アーム導波路の前記コアを伝搬する光の位相を変化させるヒータが前記各アーム導波路上の前記上部クラッドの上面に配置された多チャンネルの導波路型熱光学可変減衰器であって、
前記基板上に形成され、前記基板よりも熱伝導率が低い物質からなる断熱層と、
前記断熱層上にのみ形成されるとともに、前記下部クラッドの下部に形成され、前記上部クラッド及び前記下部クラッド並びに前記断熱層よりも熱伝導率が高い物質からなる熱伝導層と、
前記各ＭＺＩ回路を構成する前記アーム導波路対の両外側に前記上部クラッド及び前記下部クラッド並びに前記熱伝導層を全て取り除いて形成された外側断熱溝と、
前記各ＭＺＩ回路を構成する前記アーム導波路対の内側に前記上部クラッドの全て及び前記下部クラッドの少なくとも大部分を取り除いて形成された内側断熱溝とを備え、
前記熱伝導層は、前記内側断熱溝によっては分離されず、前記外側断熱溝によってのみ分離されることにより、前記各ＭＺＩ回路毎に分離されて形成される
ことを特徴とする多チャンネルの導波路型熱光学可変減衰器。
【請求項２】
前記各ＭＺＩ回路の下部にある前記断熱層が、それぞれ他のＭＺＩ回路の下部にある断熱層と、前記外側断熱溝により分離されていることを特徴とする請求項１に記載の多チャンネルの導波路型熱光学可変減衰器。
【請求項３】
前記各ＭＺＩ回路の下部にある前記断熱層が、それぞれ他のＭＺＩ回路の下部にある断熱層と連続していることを特徴とする請求項１に記載の多チャンネルの導波路型熱光学可変減衰器。
【請求項４】
前記熱伝導層が、Ｓｉ、多結晶Ｓｉ、アモルファスＳｉ、タングステン、タングステンシリサイドの少なくともいずれかから形成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれかの項に記載の多チャンネルの導波路型熱光学可変減衰器。
【請求項５】
前記断熱層が、Ｓｉ、Ａｌ、Ｂ、Ｐ、Ｇｅ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｂｉの少なくとも１つの酸化物またはその混合物により形成されていることを特徴とする請求項１から４のいずれかの項に記載の多チャンネルの導波路型熱光学可変減衰器。
【請求項６】
前記熱伝導層がＳｉから形成され、前記各ＭＺＩ回路間の間隔が前記アーム導波路対を構成する各アーム導波路間の間隔の１．９倍から２．１倍の距離で配置されており、かつ前記断熱層の厚さが、前記アーム導波路対を構成する各アーム導波路間の間隔の１／４〜１／６倍のサイズであることを特徴とする請求項３に記載の多チャンネルの導波路型熱光学可変減衰器。
【請求項７】
請求項１から３のいずれかの項に記載の多チャンネルの導波路型熱光学可変減衰器の製造方法であって、
前記基板上の全面に、前記断熱層及び前記熱伝導層を順次積層する工程と、
前記熱伝導層を加工せずに、前記熱伝導層上に、前記下部クラッド、前記コア及び前記上部クラッドを順次積層して、前記複数のＭＺＩ回路を作製する工程と、
前記各アーム導波路上の前記上部クラッドの上面に、前記ヒータを作製する工程と、
前記外側断熱溝が後に形成されかつ前記熱伝導層が分離される箇所の前記上部クラッドを、予め一部除去する工程と、
前記予め上部クラッドを一部除去した箇所において、前記上部クラッドおよび前記下部クラッド並びに前記熱伝導層を全て除去して前記外側断熱溝を形成すると同時に、前記各ＭＺＩ回路を構成する前記アーム導波路対の内側において、前記上部クラッドの全て及び前記下部クラッドの少なくとも大部分を除去して前記内側断熱溝を形成する工程と
を有することを特徴とする多チャンネルの導波路型熱光学可変減衰器の製造方法。
【請求項８】
前記外側断熱溝の下部に残存する前記断熱層のみを選択的に除去する工程をさらに含むことを特徴とする請求項７に記載の多チャンネルの導波路型熱光学可変減衰器の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光通信分野で用いられている光導波回路の可変光減衰器に関し、更に詳しくは、熱光学効果を用いた多チャンネルの導波路型可変光減衰器（平面光導波型熱光学可変減衰器、あるいは熱光学型ＶＯＡとも称する）とその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
平面光回路技術を用いた光デバイスは、光通信分野においてキーデバイスとなっている。その中でも、光強度をダイナミックに変化させる可変光減衰器（ＶＯＡ）の役割は重要になっている。特に、参考文献１、２に開示されているような熱光学効果を用いた平面光導波型可変光減衰器（以下、熱光学可変減衰器と称する）は、アレイ導波路格子合分波器を代表とする他の平面光導波型回路と集積が可能であり、多チャンネル集積型が容易にできる利点を有している。さらに、熱光学可変減衰器は、駆動部分を持たないため、信頼性に優れているなどの長所も有している。
【０００３】
このような熱光学効果を用いた光デバイスの具体的構成は、導波路内に入射した光を３ｄＢカップラーにより分岐し、その分岐した少なくとも一方の光をアーム導波路上にヒータを設けた熱光学光変調器に接続し、再度カップラーにより結合させるマッハツェンダー干渉計回路（ＭＺＩ回路）を構成することで実現している。このように、分岐した少なくとも一方の光を熱光学光変調器に接続し、他方の光に比べて位相差を与えることで、出射端での光強度変調を行なっている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−１７０６５７号公報
【特許文献２】特許第３３３７６２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
図１は従来からある典型的な８チャンネル集積の熱光学可変減衰器の上面図を示す。マッハツェンダー干渉計回路（以下、ＭＺＩ回路と称する）の２本のアーム導波路１０１上に薄膜ヒータ１０３が設けられ、その両端に消費電力を低減するための断熱溝１０５が形成されている。同図では図面が煩雑になるのを防ぐため電力供給を行う電極は図示していない。この断熱溝１０５は、ヒータ１０３から加えられた熱が基板横方向に広がるのを防ぎ、その結果、効率よくアーム導波路１０１のコアの温度上昇を行い、消費電力を下げるために設けられている。
【０００６】
このような従来の熱光学形可変減衰器において課題となっていたのが回路全体の大きさである。熱光学可変減衰器を小型にしようとしても、製造プロセス上、または特性確保のために制限を受け、回路を小さくできないといった点があった。
【０００７】
回路を小型に作製するには、まず、ＭＺＩ回路において、アレイ導波路間隔を可能な限り狭くすることが、回路の幅（図１の紙面横方向の長さ）を短縮できるので有効である。また、３ｄＢカップラー（図示しない）の結合部から、アーム導波路間隔までを曲線導波路（図示しない）により広げて展開すると、この時の回路の長さ（図１の紙面縦方向の長さ）も、短くすることが可能である。しかしながら、消費電力の観点から断熱溝１０５を形成する場合には、このアーム導波路間隔は、断熱溝１０５の幅ｗにより制限される。現在では、低消費電力の観点からこの断熱溝１０５は必須となっている。また断熱溝１０５を形成しないとしても、ＭＺＩ回路を構成する一対のアーム導波路１０１のコアの温度差を確保するために、結果的にはアーム導波路間隔を広くとらなくてはならず、小型化できない。
【０００８】
通常、石英系平面光導波路により構成される熱光学可変減衰器では、消費電力の観点から、アレイ導波路のクラッドの厚さは４０μｍから、厚い場合には、８０μｍ程度まで必要とされる。従って、断熱溝１０５の深さとしては同じく４０〜８０μｍの深さの加工が必要となる。そして、その断熱溝の幅ｗが狭い場合には、断熱溝の加工時に、有機レジスト同士の狭い間隙にイオンが入射することができなくなるという現象（ローディング効果）が発生し、深い溝が形成できなくなるといった不具合が発生する。そのため、断熱溝１０５の幅はさほど狭めることができない。例えば、深さ６０μｍ程度の断熱溝を形成するには、通常５０μｍ以上の断熱溝幅が必要となる。
【０００９】
このように製造プロセス上の制限により断熱溝の幅ｗが制限されるために、その結果アーム導波路間隔も制限を受けことになる。なぜなら、断熱溝が少なくとも一対のアーム導波路間に配置される必要があるためである。
【００１０】
いま、断熱溝１０５の幅ｗが、所望の深さの断熱溝深さｈの加工を実現できる最小幅であると想定する。また、断熱溝により区切られ、アーム導波路を形成するリッジ部の幅をｗｒとすると、通常、このリッジ幅ｗｒは、アーム導波路のコア内を伝播するモードフィールドが断熱溝側面を感じない幅以上のサイズを必要とする。例えば、比屈折率差Δが１％前後の導波路の場合には、ｗｒは２５μｍ程度必要となる。
【００１１】
図２の（Ａ）に、多チャンネル熱光学可変減衰器のＭＺＩ回路がレイアウト上最小となる配置を示し、図２の（Ｂ）に、従来の多チャンネル熱光学可変減衰器のＭＺＩ回路の実際の配置を示す。ここで、２０１は導波路のコア、２０３はヒータ、１０５は溝、２０７は基板、および２０９はクラッドである。図２（Ａ）に示すように、ＭＺＩ回路は、理想的には、
ｄmin ＝２×（ｗ＋ｗｒ）
の間隔で周期的に並べた場合が、レイアウト上最も小さく、高密度にマッハツェンダー干渉計を並べた場合に相当する。
【００１２】
また、多チャンネル熱光学可変減衰器において、ＭＺＩ回路を千鳥配置し、レイアウト上のスペースを狭くし、実質のＭＺＩ回路間隔を狭くする方法が考えられている。その場合でも、基本的には上記と同様にリッジ幅ｗｒを考慮する必要があり、この場合は、ｄmin ＝ｗ＋ｗｒとした場合に相当する。
【００１３】
勿論、現在よりもさらに高度な加工技術を利用すれば断熱溝幅をさらに狭めることは可能であると考えられ、高度な加工プロセスの開発とともに断熱溝が改善されることが期待される。
【００１４】
しかし、従来構造において、断熱溝の幅により制限されている回路サイズの制限の要因は、比較的小さなものであり、主たる要因ではない。すなわち、将来にわたり加工技術が進歩し、断熱溝の幅をさらに狭く加工できるようになったとしても、従来の構造では、各チャンネルのＭＺＩ回路の間隔ｄは、レイアウト上可能な最小の間隔ｄmin で配置できない。その結果、回路サイズはさほど小さくならない。つまり、従来の熱光学可変減衰器では、図２（Ｂ）に示すように、最小のＭＺＩ回路間隔ｄminよりもはるかに大きな間隔ｄでＭＺＩ回路を多チャンネル配置しなければならない。なぜならば、ＭＺＩ回路の間隔ｄは、熱クロストークにより決められ、レイアウト上許される間隔ほど詰められないという点があるためである。従って、このＭＺＩ回路の間隔の制限は、多チャンネル可変減衰器の小型化を妨げる主要因となっている。このように、断熱溝幅ｗよりも支配的な回路サイズ決定要因となっているのが熱クロストークである。
【００１５】
次に、熱クロストークが原因で、ＭＺＩ回路間隔を詰めることができず、そのため回路が小型化できない理由を以下に詳述する。
【００１６】
図３は、多チャンネル熱光学可変減衰器の断面構造を示し、チャンネルＮを中心に、その隣接のチャンネルＮ−１、Ｎ＋１を示している。この構成で、チャンネルＮの一方のヒータ２０３に電力を印加して駆動した場合を考える。図３の矢印で示すように、その通電したヒータ２０３によりクラッド２０９に加えられた熱の一部は、基板２０７であるＳｉを伝わり、隣接するＮ−１チャンネルや、Ｎ＋１チャンネルへも伝わる。隣接チャンネルへ伝導してきた熱により、隣接チャンネルの光特性は変化し、透過光強度の変化をもたらしてしまう。
【００１７】
そのため、従来構造では、図２（Ｂ）に示すように、各チャンネルを構成するマッハツェンダー干渉計素子を十分な距離離し配置することで、その不具合を回避している。このように、従来の構造では、熱クロストークの影響を低減するために、ＭＺＩ回路間隔ｄを大きくする必要があるので、結果的に熱光学可変減衰器の回路サイズを小さくできなかった。
【００１８】
次に、どの程度の熱クロストークが実際に問題となるのかについて、定量的に説明をする。いま、１つのＭＺＩ回路に着目し、一方のアーム導波路上のヒータに電力を印加して光可変減衰器を駆動する。このとき出力導波路に現れる光強度Ｉo は、入力光強度を１とすると、
【００１９】
【数１】
0004634897.tif 000002
【００２０】
で示される。ここでφは初期位相であり、Δφは２本のアーム導波路のコア間に温度差ΔＴが与えられた時に生じる位相差である。Δφは、他方のコアとの温度差ΔＴを関数とし、コアの屈折率温度係数をｄｎ／ｄＴ、ヒータの長さをＬとすると、
【００２１】
【数２】
0004634897.tif 000003
【００２２】
により示される。上式（２）により、ある減衰強度Ｉo を得るのに必要な２本のアーム間の温度差ΔＴは、以下の式（３）に示すようになる。
【００２３】
【数３】
0004634897.tif 000004
【００２４】
ここで、光可変減衰器を２５ｄＢに駆動した場合を考える。上の式（３）にＩo ＝２５．０ｄＢ、典型的な石英の屈折率温度係数としてｄｎ／ｄＴ＝１×１０−５（１／℃）、ヒータ長さＬ＝２．０ｍｍを与え、必要な両アーム導波路コア間の温度差ΔＴを求めると、３７．７６２度（℃）となる。同様に、０．１ｄＢの変動に対応するＩo ＝２４．９ｄＢ、Ｉo ＝２５．１ｄＢ減衰時に必要な温度を求める。下記の表１はそれぞれ求めた温度を示し、それぞれの２５ｄＢ時との温度差を合わせて示している。この温度差は、２５ｄＢ減衰時に０．１ｄＢの変動を許容範囲とした時に、許される温度変化量に対応する。
【００２５】
【表１】
0004634897.tif 000005
【００２６】
以上の計算により、２５ｄＢ減衰時に減衰特性上、変動を０．１ｄＢ以内に抑えるためには、０．０１６℃以下に温度の変動を抑える必要性があることがわかる。
【００２７】
図４は、断熱溝２０５により区切られる高さ６０μｍ、幅２０μｍのリッジ部があり、その上面のヒータ２０５を駆動し、基板２０７から４２μｍの高さにコア２０１の中心がくる構造で、ヒータ長さ等が上記の条件の際に、コア中心の温度が２５ｄＢ減衰を達成するように駆動されている（他方のアームのコア中心温度より３７．３６度高くなる）場合の基板２０７の温度分布を示す。図４は、シミュレーションの計算量を減らすために、ヒータ中心の垂直方向に対称境界条件を与え、基板底面が定常２５℃に保たれていると仮定して、計算した結果を示している。図４から、断熱溝２０５により区切られるリッジ部分から伝わった熱が基板２０７に達すると、ほぼ同心半円状に熱が基板２０７内を伝わり、分布しているのがわかる。
【００２８】
図５は、この時の基板２０７の表面の温度を、ヒータ２０５からの水平方向（図４中の矢印Ａの線上）の距離を横軸としてプロット（計算結果）して示している。アーム導波路間隔がｗ＋ｗｒのＭＺＩ回路を、ある距離ｄの位置に配置した時に、その配置したＭＺＩ回路の２つのアーム導波路コアの温度差ΔＴは、図５中に示すように、アーム導波路が配置される位置での、図５の曲線の温度差として近似的に求めることができる。この計算は、その配置箇所に、リッジ部がない場合の計算結果であるが、リッジ部をその配置箇所に設けたとしても、定常状態ではそのリッジ部の温度もほぼ同じ温度で一様の温度となるため、このような計算で十分である。
【００２９】
図６は、アーム導波路間隔ｗが５０μｍ，１００μｍ，２５０μｍとして、それぞれ駆動しているＭＺＩ回路に隣接するマッハツェンダー干渉計のアーム導波路間に生じる温度差ΔＴを、アーム導波路を配置する間隔ｗを関数として求めた計算結果を示す。ここで、Ａの曲線はアーム導波路間隔ｗが５０μｍ、Ｂの曲線はアーム導波路間隔ｗが１００μｍ、Ｃの曲線はアーム導波路間隔ｗが２５０μｍの場合を示す。図６中には、先に求めた２５ｄＢ減衰器に０．１ｄＢ許容を満たすための温度許容量である０．０１６℃に線（Ｄ）を引いてある。図６は、この直線Ｄよりもアーム導波路間に生じる温度差ΔＴが下にくれば、２５ｄＢ減衰時に０．１ｄＢ許容以下の変動に抑えることができるということを意味している。
【００３０】
図６によると、駆動しているＭＺＩ回路から、隣接するＭＺＩ回路を、より離れた位置に配置した方が、アーム導波路間の温度差ΔＴが小さくできることがわかる。従来構造の熱光学可変減衰器において、ＭＺＩ回路間隔を広くとる理由はここにある。また、アーム導波路間隔ｗが狭い程、図６の曲線上で近い２点の差となるため、温度差ΔＴを小さくすることができる。
【００３１】
しかしながら、先に計算により求めたように、２５ｄＢ減衰時に０．１ｄＢの変動を許容できる温度変化は０．０１６℃である。この条件を満たすためには、アーム導波路間隔ｗが５０μｍの時でさえ、１５０μｍ以上離れた位置に隣接のＭＺＩ回路を配置しなければならず、またアーム導波路間隔ｗが広くなる程、その隔離程度は大きく、ＭＺＩ回路間の間隔をより広くしなければならない。上の計算では、１つのマッハツェンダー干渉計の駆動のみを考えているが、実際の多チャンネルの熱光学可変減衰器の場合、隣接する可変減衰器からの熱の伝導だけではなく、更に隣、またその隣の可変減衰器の回路からの熱の流入も考えられる。そのため、その分も考慮して、さらにＭＺＩ回路の距離を離す必要がある。
【００３２】
例えば、１００μｍのアーム導波路間隔の場合（曲線Ｂ）には、少なくともＭＺＩ回路間隔を２８０μｍ以上、離さないといけない。この２８０μｍは０．１ｄＢを許容できる理論上の最小値を意味し、製造マージン等を考慮すれば、図６で示される温度差ΔＴにおいて０．０１℃や０．００５℃といった更に厳しい条件を満たすように間隔を作製しなければならない。従って、実際アーム導波路間隔ｗが１００μｍのＭＺＩ回路であれば、例えば石英系熱光学可変減衰器では、５００μｍ程度の間隔でＭＺＩ回路の間隔を作製する必要がある。したがって、そのＭＺＩ回路間隔で例えば８チャンネルの熱光学可変減衰器を作製すれば、その熱光学可変減衰器の幅は、少なくとも計算上４ｍｍ以上は必要となる。一方、アーム導波路間隔１００μｍの倍の周期２００μｍで、８チャンネルのＭＺＩ回路を、並べられれば、１．６ｍｍとなり、その熱光学可変減衰器の幅のサイズは半分以下とすることができるようになる。
【００３３】
計算ではアーム導波路間隔５０μｍの場合も求めたが、先に述べたように５０μｍのアーム導波路間隔を実現するには、断熱溝幅を非常に狭くする必要があり、かつローディング効果を招かずに、深い断熱溝加工を実現する高度なプロセス技術を必要とする。このとき、断熱溝により区切られるリッジ部の幅ｗｄを２５μｍとすると、断熱溝ｗも２５μｍとする必要があり、非常に高度な製造プロセス技術が必要とされる。
【００３４】
さらに、先の計算では、２５ｄＢ減衰時に０．１ｄＢの変動の許容温度を見積もったが、さらに大きな減衰量、３０ｄＢの駆動時に、同じ許容範囲０．１ｄＢといったスペック（仕様）を要求された場合には、さらにＭＺＩ回路間隔を大きくしなければならない。つまり、それだけ回路全体の大きさが大きくなり、例えレイアウト上、小型化が可能であったとしても、熱クロストークの課題を解決するためには、実際にはＭＺＩ回路間隔を小さくできず、小型化できないといった点があった。
【００３５】
これまでの説明では、石英系熱光学可変減衰器を取り上げてきたが、他の熱光学効果を利用する可変減衰器に関しても、勿論上記と全く同じ課題が挙げられる。その一例として、Ｓｉ細線を利用した熱光学可変減衰器が考えられる。Ｓｉは石英系の材料よりも屈折率温度係数が一桁以上大きいので、その分、消費電力を下げられるという利点がある。そしてなによりも、Ｓｉ細線を利用した熱光学可変減衰器は、コアの寸法がおよそ０．３×０．３μｍ２程度と小さく、屈折率が高いため、曲げ半径も小さくでき、小型のレイアウトが可能で、非常に小さな回路を作製することが可能である。そのため、その熱光学可変減衰器は、ＭＺＩ回路を１つだけ形成するならば、とても小さな回路が実現可能である。しかしながら、Ｓｉ細線導波路を用いて多チャンネルの熱光学可変減衰器を作製しても、先に述べた熱クロストークの問題は本質的に同じであり、Ｓｉ細線を用いているのにもかかわらず、さほど回路全体の大きさは小さくできないといった課題があった。
【００３６】
本発明は、上述の点に鑑みてなされたもので、その目的は隣接チャンネルへの熱クロストークの影響を抑制し、回路サイズの小さな熱光学可変光減衰器とその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００３７】
上記目的を達成するため、本発明の多チャンネルの導波路型熱光学可変減衰器は、コアの周囲が上部クラッド及び下部クラッドにより囲まれた光導波路により構成される２つの方向性結合器及びアーム導波路対からなるマッハツェンダー干渉計回路（以下、ＭＺＩ回路）が熱伝導率の良い基板上に複数アレイ状に形成され、熱光学効果により上記各アーム導波路の上記コアを伝搬する光の位相を変化させるヒータが上記各アーム導波路上の上記上部クラッドの上面に配置された多チャンネルの導波路型熱光学可変減衰器であって、上記基板上に形成され、上記基板よりも熱伝導率が低い物質からなる断熱層と、上記断熱層上にのみ形成されるとともに、上記下部クラッドの下部に形成され、上記上部クラッド及び上記下部クラッド並びに上記断熱層よりも熱伝導率が高い物質からなる熱伝導層と、上記各ＭＺＩ回路を構成する上記アーム導波路対の両外側に上記上部クラッド及び上記下部クラッド並びに上記熱伝導層を全て取り除いて形成された外側断熱溝と、上記各ＭＺＩ回路を構成する上記アーム導波路対の内側に上記上部クラッドの全て及び上記下部クラッドの少なくとも大部分を取り除いて形成された内側断熱溝とを備え、上記熱伝導層は、上記内側断熱溝によっては分離されず、上記外側断熱溝によってのみ分離されることにより、上記各ＭＺＩ回路毎に分離されて形成されることを特徴とする。
【００３８】
ここで、上記各ＭＺＩ回路の下部にある上記断熱層が、それぞれ他のＭＺＩ回路の下部にある断熱層と、上記外側断熱溝により分離されていることは、好ましい。
【００３９】
また、上記各ＭＺＩ回路の下部にある上記断熱層が、それぞれ他のＭＺＩ回路の下部にある断熱層と連続しているとしてもよい。
【００４０】
好ましくは、上記熱伝導層が、Ｓｉ、多結晶Ｓｉ、アモルファスＳｉ、タングステン、タングステンシリサイドの少なくともいずれかから形成されているとすることができる。
【００４１】
また、好ましくは、上記断熱層が、Ｓｉ、Ａｌ、Ｂ、Ｐ、Ｇｅ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｂｉの少なくとも１つの酸化物またはその混合物により形成されているとすることができる。
【００４２】
また、上記熱伝導層がＳｉから形成され、上記各ＭＺＩ回路間の間隔が上記アーム導波路対を構成する各アーム導波路間の間隔の１．９倍から２．１倍の距離で配置されており、かつ上記断熱層の厚さが、上記アーム導波路対を構成する各アーム導波路間の間隔の１／４〜１／６倍のサイズであることを特徴とすることができる。
【００４３】
また、上記目的を達成するため、本発明の多チャンネルの導波路型熱光学可変減衰器の製造方法は、上記基板上の全面に、上記断熱層及び上記熱伝導層を順次積層する工程と、上記熱伝導層を加工せずに、上記熱伝導層上に、上記下部クラッド、上記コア及び上記上部クラッドを順次積層して、上記複数のＭＺＩ回路を作製する工程と、上記各アーム導波路上の上記上部クラッドの上面に、上記ヒータを作製する工程と、上記外側断熱溝が後に形成されかつ上記熱伝導層が分離される箇所の上記上部クラッドを、予め一部除去する工程と、上記予め上部クラッドを一部除去した箇所において、上記上部クラッドおよび上記下部クラッド並びに上記熱伝導層を全て除去して上記外側断熱溝を形成すると同時に、上記各ＭＺＩ回路を構成する上記アーム導波路対の内側において、上記上部クラッドの全て及び上記下部クラッドの少なくとも大部分を除去して上記内側断熱溝を形成する工程とを有することを特徴とする。
【００４４】
ここで、上記外側断熱溝の下部に残存する上記断熱層のみを選択的に除去する工程をさらに含むことは好ましい。
【発明の効果】
【００４５】
本発明の上記構造によれば、ＭＺＩ回路間隔を詰めて作製しても、熱伝導層と断熱層の作用により、熱クロストークによる熱光学可変減衰器の特性変動を劇的に抑制する効果が得られる。その結果、熱光学可変減衰器の回路サイズを大幅に小さくすることが可能となる。以下にその作用の詳細な説明を行う。
【００４６】
熱クロストークは、図４に示したように、ヒータを駆動するかぎり必ず発生し、発熱したヒータ付近の基板温度は上昇する。その温度は、ヒータ駆動箇所から遠ざかるにつれて単調に減少する。ここで、隣接するＭＺＩ回路の一対のアーム導波路コアに温度差が生じるが、この温度差が両アーム導波路を伝播する光に不都合な位相変化を発生させる。したがって、この温度差を如何に抑制するかが課題であった。そこで、本発明では、この課題を解決する手段として、上記のように、ＭＺＩ回路の一対のアーム導波路の下部に基板とは別に、熱伝導率の高い層（この層を“熱伝導層”と呼ぶ）を用意し、かつ基板と熱伝導層の間に、熱伝導層よりも熱伝導率の低い層（この層を“断熱層”と呼ぶことにする。）を設けることで、アーム導波路間の温度差を減少させることを図っている。
【００４７】
以後の説明では、熱伝導率の良い基板としてＳｉ基板、熱伝導層（熱伝導率の高い熱伝導層）として単結晶Ｓｉを用い、その熱伝導層と基板の間に設ける断熱層（熱伝導率の低い層）として石英を用いた場合を例に説明する。本発明は、勿論これらの材料に限られるものではなく、それぞれの層を構成する熱伝導率の大小関係が同じであれば少なくとも所期の効果は得られる。
【００４８】
図７は、本発明の構造による効果を説明する図である。同図の上部に示すように、厚さ１ｍｍの熱伝導率の良い基板上７０１の上に厚さ１０μｍの断熱層７０２、その該断熱層の上に厚さ１０μｍの熱伝導層７０３が形成されており、さらに、図２（Ａ）と同様なリッジ構造７０４を区切られた熱伝導層７０３上に形成し、その熱伝導層７０３が、幅１２０μｍ、間隔２００μｍで配置されている回路系おいて、図５の特性を求めるのに用いた条件と同じ電力をヒータ７０５に印加した場合の断熱層７０２の表面での温度分布を計算した結果をプロットしたものを同図の下部のグラフに実線の曲線Ａで表わしている。図７中の破線の曲線Ｂは、比較のため図５の曲線を示している。なお、基板７０１、熱伝導層７０３をそれぞれＳｉとして，断熱層７０２，リッジ部７０４をそれぞれ石英として計算を行った。
【００４９】
この結果から、熱伝導層７０３が存在する箇所での温度勾配は減少し、ほぼ一定の温度といっても過言でないほど減少している。これは、熱伝導層７０３の箇所では、断熱層７０２により基板７０１と熱的に断熱された状態になるからである。熱伝導層７０３は、断熱層７０２に比べて熱伝導率が圧倒的に大きい（Ｓｉの熱伝導率＞＞石英の熱伝導率）とすると、ＭＺＩ回路毎に区切られた熱伝導層７０３はほぼ一定の温度となる。この結果、熱伝導層７０３の箇所での温度勾配が著しく減少することになる。
【００５０】
図７に示すように、本発明では、ＭＺＩ回路を構成するアーム導波路を、その区切られた熱伝導層７０３上に形成している。このように構成すると、隣接するＭＺＩ回路が駆動されて熱クロストークが発生したとしても、熱伝導層７０３上に形成した両アーム導波路間の温度差を非常に小さくすることができる。その結果、従来構造で問題となっていた熱クロストークによる隣接チャンネルの透過強度変動を抑制する効果が得られ、隣接マッハツェンダー干渉計間の距離を詰めて、回路を小さくすることが可能となる。
【００５１】
次に、本発明の熱光学可変減衰器の製造方法の効果について説明する。
【００５２】
上述したような本発明の構造は、従来から知られる構造の製造方法と同様な製造方法で作製しようとすると、予め熱伝導層７０３となる箇所を残すため、マスク材によりパターンニングし、エッチングした後に、導波路を構成するアンダークラッド７０６、コア７０７、オーバークラッド７０８の層を順次形成していく必要がある。その際に、導波路を構成するこれら層を堆積する前に、下地となる熱伝導層をパターン化している上にガラスを堆積する必要があるが、パターン化した熱伝導層のために堆積したガラス表面に段差が生じてしまい、平坦な面が得られないというという不都合が生じる。特に、アンダークラッド７０６、コア層７０７の平坦性は光学特性に及ぼす影響が大きい。その段差を解消するためには、パターン化した熱伝導層をガラスで埋め込んだ後に、ガラス表面を研磨し平坦性を上げる必要性がある。その研磨を行う分、工程数、製造時間が長くなり、その結果としてコスト増大へとつながるといった不都合が生じることとなる。
【００５３】
そこで、その不都合を回避するため、本発明の製造方法では、上述したように、平坦な基板を用いて、基板、断熱層、熱伝導層が順次積層された導波路基板を用意した後、その熱伝導層を加工せずにその熱伝導層の上に導波路構造、ヒータおよび電極構造を作製し、その後、断熱溝が後に作製される箇所であってかつ熱伝導層を除去したい箇所のクラッドを予め除去し、断熱溝を形成し、最終工程において、断熱溝により熱伝導層を隣接するＭＺＩ回路と隔離すべく、予めクラッドを除去した箇所で不要部分の熱伝導層を除去している。
【００５４】
従来から知られる製造方法で、導波路部分を作製した後に、断熱溝を形成し、この断熱溝を介して熱伝導層となる層を単純に除去しようとすると、すべての断熱溝箇所の下部にある熱伝導層を除去してしまうおそれがある。そこで、本発明では、断熱溝を形成する前に、熱伝導層を除去しない箇所をマスキングして予め熱伝導層として後に除去したい部分上方のクラッドの一部を除去している。そして、再度断熱溝形成箇所のマスクをパターン化した後に、断熱溝を掘削している。このようにすると、予め一部を除去していた箇所が先に、熱伝導層に到達し、除去したくない箇所の断熱溝の底部では熱伝導層に達せずにクラッドにより保護されている状態が得られる。そして、断熱溝を利用して選択的に不要な部分の熱伝導層を掘削して除去すればよい。本発明の製造方法では、このように作製することで、通常良く知られた製造工程を利用して導波路回路となる部分を作製することができ、光学特性の劣化を招かずに済む。また、本発明の製造方法では、研磨も不要であるため、コスト削減に寄与する。
【００５５】
以上説明したように、本発明の熱光学可変減衰器によれば、熱クロストークによる隣接チャンネルの出力変動を抑えるために各チャンネルを離して配置することで回路サイズが大きくなっていた課題が解決され、熱クロストークによる隣接チャンネル出力変動を従来構造の約１／１０程度まで削減することが可能となる。したがって、本発明によれば、その分、各チャンネルのＭＺＩ回路間隔を狭くでき、回路全体の大きさを劇的に削減することが可能となる。
【００５６】
また、本発明の熱光学可変減衰器の製造方法によれば、光が導波する部分を従来工程により先に形成した後に、断熱溝形成時に選択的に一部を除去し、作成した段差を利用して、所望の断熱溝下部のみを除去するようにしたので、平坦性の課題が回避でき、光学特性に優れた本発明の熱光学可変減衰器を研磨工程等を経ずに廉価に提供できる。
【００５７】
さらに、本発明の熱光学可変減衰器を熱伝導層だけでなく、断熱層においても隣接するＭＺＩ回路と基板水平方向に離れている構造とすることで、熱クロストークの影響を抑制し、回路を小型化するだけでなく、消費電力の低減も可能となる。また、その断熱層の厚さを適切に選択することで、断熱層が基板全域でつながっている構造においても、離散型と同様の熱クロストークの影響抑制効果が得られ、かつ工程の負荷を低減できる。
【００５８】
本発明は、数百分の一度という、従来構造では制御がほとんど困難であったＭＺＩ回路の両アーム間の温度差を比較的簡単な構造で制御できるという画期的な発明であり、その効果は非常に大きい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５９】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
（第１の実施形態）
構造
本発明の第１の実施形態の熱光学可変減衰器の構造を図８（Ａ）〜図８（Ｃ）に示す。同図（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は上面図、（Ｃ）は、（Ｂ）内Ａ−Ａ′での断面構造を示す。また、図（Ｃ）において、１チャンネル部の拡大図も示している。本図では、簡略化のために、図面上では電極配線を記載していない。
【００６０】
図８（Ａ）〜図８（Ｃ）に示すように、本実施形態の熱光学可変減衰器８００は、熱伝導のよい基板８０１上に形成した光導波路８０２と、その光導波路８０２により構成された２つの方向性結合器８０３とアーム導波路対８０４からなるマッハツェンダー干渉計回路８０５（以下、ＭＺＩ回路と称する）と、それらアーム導波路対８０４の上面に配置されて熱光学効果により光の位相を変化させる熱光学移相器であるヒータ８０６とをそれぞれ複数包含する多チャンネルの導波路型光可変減衰器であって、それぞれ１つのＭＺＩ回路８０５を構成するアーム導波路対８０４の下部に各ＭＺＩ回路毎に分離され形成されてアーム導波路対のクラッド８０８，８０９を構成する物質よりも熱伝導率がよい物質からなる複数の熱伝導層８１０と、各々の熱伝導層８１０の下部と上記熱伝導の良い基板８０１との間に形成されてそれら熱伝導層よりも熱伝導率の低い物質からなる断熱層８１１とを有する。また、８０７はアーム導波路のコア、８０８はアンダークラッド（下部のクラッド）、８０９はオーバークラッド（上部のクラッド）、８１２は断熱溝である。
【００６１】
実施例
本実施形態の一実施例として、図８（Ａ）〜図８（Ｃ）に示す上記の構成の多チャンネルの導波路型光可変減衰器を、熱伝導層８１０として単結晶Ｓｉ、断熱層８１１として石英を用いて作製し、評価を行なった。
【００６２】
使用した導波路コア８０７の比屈折率は０．７５％とし、導波路８０２，８０４の幅（導波路幅）を６μｍ、コア８０７の高さを６μｍ、アンダークラッド８０８の高さを４０μｍ、オーバークラッド８０９の高さを２０μｍとする。方向性結合器８０３により３ｄＢカップラーを構成し、アーム導波路部分８０４を長さ２．２ｍｍの直線導波路を有するようにし、この直線導波路上にＣｒにより形成した長さ２．０ｍｍのヒータ８０６を形成し、各チャンネルには金により配線（図示しない）を形成する。また、ヒータ８０６の両側には、断熱溝８１１を形成する。ＭＺＩ回路８０５を構成する一対のアーム導波路８０４の間隔は１００μｍとし、各ＭＺＩ回路間の間隔（ＭＺＩ回路間隔）は２００μｍとする。
【００６３】
１つのＭＺＩ回路８０５を構成する一対のアーム導波路８０４の下部に、単結晶Ｓｉからなる厚さ１０μｍの熱伝導層８１０をそれぞれ形成し、各熱伝導層８１０はそれぞれ隣接するマッハツェンダー干渉計の熱伝導層と隔離されている状態に形成する。さらに、熱伝導層８１０とＳｉ基板８０１との間には、断熱層８１１となる厚さ１０μｍのＳｉＯ２層を形成し、その断熱層はＳｉ基板全面にわたり存在するものとする。
【００６４】
以上の設計条件で実際に作製した８チャンネルの熱光学可変減衰器に電源（図示しない）を接続し、評価を実施した。比較のため、通常の熱伝導層や、断熱層を持たない、単なるＳｉ基板上に作製した他は、パラメーターも同じにした回路を、従来の回路として測定する実施も行なった。評価としては、チャンネル＃４（４番目のチャンネル）を２５．０ｄＢ減衰させた状態で、チャンネル＃４以外に、位相πの変動を与える電力を投入し、チャンネル＃４の出力端での光強度の変動を観測した。その変動量は非常に小さいため、与える電力を変調し、同期を取ることで高感度の測定を実施した。図９は、その熱ストロークの影響を測定した結果を示すものであり、横軸は駆動するチャンネルの番号（＃）、縦軸は光強度の変化（ｄＢ）である。図９において、実線の曲線Ａは本発明の構造の特性を示し、破線の曲線Ｂは従来構造の特性を示している。
【００６５】
図９に示す測定結果によると、従来構造の回路では、隣接するチャンネル＃３、または、チャンネル＃５を駆動すると、チャンネル＃４の温度上昇は、許容変動量０．１ｄＢ以上の光強度の変動を示した。この結果は、従来技術の説明で述べたように、シミュレーション結果上、従来構造でアーム導波路間隔１００μｍとした場合、ＭＺＩ回路間隔は２８０μｍ以上ないといけないという結果と定性的に一致している。また、この時に２５ｄＢ減衰に必要な電力は５２ｍＷであった。
【００６６】
一方、本実施形態の一対のアーム導波路の下にチャンネル毎に区切られたＳＯＩ層を熱伝導層８１０として持つ構造においては、０．０１６ｄＢの変動しか示さなかった。つまり、本実施形態の構造では、２５ｄＢ減衰時に隣接するチャンネルを駆動しても許される変動許容量である０．１ｄＢ以下の変動であった。これは、変動した温度に換算すると０．００２８℃に対応する。この値は従来構造の変動量よりも一桁も小さな値である。従来構造において熱クロストークを同じ程度削減するためには、図６に示した計算によると、アーム導波路間隔１００μｍの場合、計算上６４０μｍ以上もＭＺＩ回路間隔を離して作製しなければならない。
【００６７】
また、本実施形態の構造では、２５ｄＢ減衰に必要な電力は５１ｍＷであった。つまり、熱クロストークの影響を抑制し、かつ消費電力の劣化を招かないことが確認できた。
【００６８】
以上から明らかなように、本実施形態の構造では、消費電力値の劣化を招かず、従来構造で問題となっていた熱クロストークによる隣接チャンネルの特性変動を約１／１０に抑制することが可能となる。その結果、本実施形態の構造では、ＭＺＩ回路間隔を従来よりも大幅に詰めて配置することができるので、従来構造で問題となっていた熱光学可変減衰器の回路サイズを大幅に小さくすることが可能となる。
【００６９】
製造方法
次に、図１０（Ａ）〜図１０（Ｈ）に示す工程図を参照して、本実施形態における多チャンネルの導波路型光可変減衰器の製造方法を説明する。簡略化のため、１チャンネル分の断面形状を工程毎に示している。
【００７０】
本実施形態の多チャンネルの導波路型光可変減衰器は、上述したように、１つのＭＺＩ回路８０５を構成するアーム導波路対８０４の下部に、クラッド８０８，８０９を構成する物質よりも熱伝導率がよい物質からなる熱伝導層８１０を有し、この熱伝導層が隣接するチャンネルのＭＺＩ回路の下部に設けた熱伝導層と分離され、各々の熱伝導層の下部にそれら熱伝導層よりも熱伝導率の低い物質からなる断熱層８１１を有していることを特徴としている。
【００７１】
図１０（Ａ）〜図１０（Ｈ）に示すように、上述した本発明の第１の実施形態の熱光学可変減衰器の構造は、以下のようにして作製することができる。
【００７２】
まず、図１０（Ａ）に示すように、平坦な厚さ１ｍｍのＳｉ基板８０１上に、断熱層となる厚さ１０μｍのＳｉＯ２の層８１１があり、そのさらに上に後で熱伝送層８１０となる単結晶Ｓｉが１０μｍ形成されているＳＯＩ基板を、導波路基板として用いた。断熱層となる埋め込み酸化膜層８１１は一般的にＢＯＸ層、単結晶Ｓｉ層８１０はＳＯＩ層と呼ばれている。
【００７３】
工程１として、まず基板洗浄を行った。通常半導体産業で用いられる表面活性剤を用いたクリーニングを実施した。
【００７４】
次いで、図１０（Ｂ）に示すように、工程２として、ＳＯＩ層８１０上に、火炎堆積法を用いてアンダークラッドとなるガラス層８０８、続いてコアとなる層のガラス８１３を堆積した。ここで火炎堆積法とは、ＳｉＣｌ４等の塩化物を酸水素炎の中で燃焼させ、基板上に高速にガラス膜を製膜する方法であって、比較的厚い膜を堆積するのに適しており、埋め込み特性に優れているために光導波路の作製に広く用いられている方法である。その堆積直後は、ガラス層８０８やガラス８１３は、微粒子の集まりであるため可視光の散乱のため白色を示しているが、熱処理を実施することで透明な膜を得ることができる。一般的には透明化温度降下のため、例えば、Ｐ２Ｏ５、Ｂ２Ｏ３などを適量添加したガラスを堆積し、さらにコア層８１３には屈折率を上げるためのＧｅＯ２等を添加する。ここでは、堆積したコア層８１３はその比屈折率差Δがクラッド層８０８に対して０．７５％となるようにし、厚さ６μｍとした。
【００７５】
また、本実施形態では火炎堆積法を用いて作製したが、ガラス堆積の方法は、これに限らず、各種ＣＶＤ法、スパッタ法、ゾルゲル法等の方法であっても差し支えない。
【００７６】
さらに、図１０（Ｃ）に示すように、工程３として、標準的なフォトリソグラフィー技術、反応性イオンエッチングを用いてコア形状にコア層８１３を加工した、これにより得られたコア８０７は幅６μｍとした。コア８０７のパターンは、図８（Ｂ）に示したような２つの３ｄＢカップラー８０３からなるＭＺＩ回路８０５である。本実施形態では、８チャンネルのマッハツェンダー干渉計とし、そのマッハツェンダー干渉計を構成するアーム導波路間隔を１００μｍ、ＭＺＩ回路間隔を２００μｍとした。２つの３ｄＢカップラーを接続するアーム導波路部分は、２．５ｍｍとした。
【００７７】
工程４として、図１０（Ｄ）に示すように、コアを加工した面上に、火炎堆積法を用いてオーバークラッドとなるガラス８０９を堆積し、埋め込みを実施した。
【００７８】
工程５として、図１０（Ｅ）に示すように、ヒータ８０６、及び金属配線部分（図示しない）の形成を行った。この工程も標準的はフォトリソグラフィー、蒸着法、リフトオフ工程を用いて作製した。ヒータ８０６はＣｒを用いて作製し、その長さは２ｍｍとした。また金属配線は、金を用いて作製した。
【００７９】
この時点までは特殊な工程はなく、標準的な良く知られている作製方法である。
【００８０】
次いで、工程６として、図１０（Ｆ）に示すように、マスクとなるレジストを塗布し、パターンニングした後、一対のアーム導波路両端外側に位置する断熱溝を先に１μｍほどエッチングを実施する。このエッチング部分８１４は、後にＳＯＩ層８１０の一部を選択的に除去する際に、除去する部分と、除去しない部分とを、クラッドのガラスをマスクとして残すためである。この工程終了時に一部マスク材を剥離した。
【００８１】
工程７として、図１０（Ｇ）に示すように、再度、マスク材を塗布した後、断熱溝８１２となるパターンを形成する。この時、一対のアーム導波路外側だけでなく、内側にくる断熱溝８１２もパターンニングし、エッチングする。以後、一対のアーム導波路の間に位置する断熱溝を内側断熱溝８１２Ａと呼び、一方それとはヒータ８０６を挟んである断熱溝を外側断熱溝８１２Ｂと呼ぶこととする。外側断熱溝８１２Ｂは、工程６で先んじてエッチングをしてあるため、先にＳＯＩ層８１０に達する。外側断熱溝８１２ＢがＳＯＩ層８１０まで達した時点でエッチングを停止させる。
【００８２】
最後に工程８として、図１０（Ｈ）に示すように、一対のアーム導波路の外側断熱溝８１２Ｂに露出したＳＯＩ層８１０を、ＳＦ系のガスによりＩＣＰエッチング装置を用いて除去する。この時、内側の断熱溝８１２Ａの底面は、ＳｉＯ２により覆われているため、ＳＯＩ層除去時に内側断熱溝８１２Ａの下のＳＯＩ層は除去されない。最終的に、断熱溝形成に用いたマスク材を除去することで、一対のアーム導波路下に、ＳＯＩ層が熱伝導層８１０として存在する形状を得る。
【００８３】
本実施形態では、市販されているＳＯＩ基板を用いて作製を実施したが、熱伝導層８１０の熱伝導率がクラッド８０８，８０９を形成する物質よりも高く、基板８０１と熱伝導層８１０を隔てる断熱層８１１の物質の熱伝導率が、熱伝導層８１０よりも小さければ、少なくとも所期の効果が得られる。したがって、例えば、熱伝導層８１０として、ＳＯＩ層の代わりに、多結晶Ｓｉ層、各種金属の層を用いても同様に所期の効果は得られる。この熱伝導層の材質としては、クラッドとなる物質とエッチングの選択比が大きい物質の方が好ましい。
【００８４】
図１１（Ａ）〜図１１（Ｃ）は、基板８０１として多結晶Ｓｉを用いた時の導波路基板の作製方法を説明する図である。  図１１（Ａ）に示すように、Ｓｉ基板８０１を用意し、図１１（Ｂ）に示すように、そのＳｉ基板８０１上に、火炎堆積法により所定の厚さのＳｉＯ２層８１１を堆積し、  図１１（Ｃ）に示すように、ＳｉＯ２層を堆積した面上に、スパッタリング法により符号８１０で示すアモルファスＳｉを堆積した。この時点で一度、熱処理をしてアモルファスＳｉを多結晶化させた。その後、図１０（Ａ）〜図１０（Ｈ）に示した工程にしたがって熱光学可変減衰器を作製すればよい。
【００８５】
また同様に、本実施形態では、熱伝導層８１０と基板８１０を隔てる断熱層８１１の材質として石英を用いたが、これに限定されず、熱伝導層８１０よりも熱伝導率の低い物質であればよく、例えばアルミナ等のセラミックス層や、Ｓｉ、Ａｌ、Ｂ、Ｐ、Ｇｅ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｂｉの少なくとも１つの酸化物、またはその混合物により形成されている場合でも、少なくとも所期の効果は得られる。
【００８６】
図１０（Ｈ）に示した工程８において、ＳＯＩ層８１０を除去する際、石英とＳｉではエッチングレートの違うため（通常選択比＞１０）、ＳＯＩ層８１０の下部のＢＯＸ層８１１の表面が露出した時点でエッチングが止まる。また同時に、内側の断熱溝底部８１２Ａに薄いクラッド層８０８Ａが残る形状となる。このクラッド層８０８Ａは極薄いため、その存在の有無により消費電力が大きくことなることもなく、大きな問題とはならない。この薄いクラッド層８０８Ａを除去しない本実施形態の構造は、本発明の第２実施形態として後述する構造に比べて消費電力は若干劣化する（数パーセント）が、熱クロストークの影響の抑制効果は十分に得られる。一方、この構造は、本発明の熱光学可変減衰器を製造するにあたって工程数が少なくて済む利点があり、その結果、製造コストを廉価にすることができる。
【００８７】
以上述べたように、熱伝導層を加工してからクラッドとなるガラスを堆積する従来の製造方法では、クラッド表面の平坦性が悪く、光学特性に影響を及ぼすといった問題が発生するため、平坦性を得るために研磨しなくてはいけないという課題があったが、本実施形態の製造方法によれば、熱伝導層を加工するのに先立って通常の周知工程により導波路部分を作製し、最終的な工程において、熱伝導層、さらには断熱層を除去することが可能となるので、平坦性を得るために研磨が不要になり、光学特性の劣化を招かずに、工程負荷を最小限に抑えて、本発明の熱光学可変減衰器を容易に作製することが可能となる。
【００８８】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態の熱光学可変減衰器の構造と製造方法について説明する。
【００８９】
以上述べた本発明の第１の実施形態の製造方法により、熱クロストークの影響の抑制効果の大きな熱光学可変減衰器の構造が得られる。しかし、工程が若干増えるが、以下の工程をさらに追加することで、さらなる効果が得られる。図１２（Ａ）〜図１２（Ｃ）は、下記に説明する本発明の第２の実施形態の工程により得られる構造の違いを比較して示す図である。
【００９０】
図１２（Ａ）は、前述の図１０（Ｈ）に示した工程８で得られる構造を示している。
【００９１】
上記の工程８の後、工程９として、ＢＯＸ層８１１の表面が露出した時点でエッチングガスをＣＦ系のガスに切り替え、内側断熱溝８１２Ａ内に残ったクラッド層８０８Ａを除去してもよい。この工程９は、内側断熱溝８１２Ａ内に残ったクラッド層８０８Ａの除去処理がガスを切り替えるだけで実施することができるので、エッチング装置のチャンバーをリークする必要もなく、全自動化されている装置であれば、さほど製造プロセスの負荷にならない。内側断熱溝８１２Ａ内のＳＯＩ層８１０が露出した時点でエッチングをストップさせる。このようにして、内側断熱溝８１２Ａの箇所のクラッドを除去することで、図１２（Ｂ）に示すような構造が得られる。この工程９において、外側断熱溝８１２Ｂ内で露出したＢＯＸ層８１１が一部エッチングされるが、問題とならない。
【００９２】
図１２（Ａ）に示すような内側断熱溝８１２Ａの底部にＳＯＩ層のマスクとして用いて残ったクラッド層８０８Ａは、若干ではあるが、消費電力を上昇させる。従って、工程９により、このクラッド層８０８Ａを除去することで消費電力を低減する効果が得られる。
【００９３】
さらに、上記工程９に加えて、工程１０として、内側断熱溝８１２Ａの底部にＳＯＩ層８１０の表面が露出した時点でエッチングを終了させずに、さらにエッチングを続ける。露出したＳＯＩ層８１０は、このエッチングによりエッチングされないため残る。一方、外側断熱溝８１２Ｂに露出しているＢＯＸ層８１１はエッチングされてゆく。その後、外側断熱溝８１２ＡにＳｉ基板８０１が露出した時点でエッチングをストップさせる。このようにして得られる構造は、図１２（Ｃ）に示すような、外側断熱溝８１２Ｂ内のＢＯＸ層８１１が除去された構造となる。後述するように、断熱層であるＢＯＸ層８１１も、熱伝導層８１０と同様に、隣接するチャンネルのＢＯＸ層と隔離した方が、熱クロストークの影響抑制の効果は大きく、さらに消費電力低減の効果が得られる。
【００９４】
次に、図１２（Ｃ）に示した、熱伝導層８１０だけではなく断熱層８１１においても隣接するＭＺＩ回路と基板水平方向に分離されている構造についての効果を述べる。また、断熱層８１１の厚さには最適値が存在するが、その最適値についても以下に述べる。
【００９５】
図１３における破線曲線Ｂは、図１２（Ｂ）に示すような断熱層８１１が基板全域でつながっている構造（以後“連結構造”と呼ぶことにする。）の熱光学可変減衰器において、あるチャンネルに位相πの回転に対応する電力を印加し、隣接するチャンネルのＭＺＩ回路における両アーム導波路コア間の温度差ΔＴが、断熱層厚さによりどのように変化するかを示している。
【００９６】
一方、図１３における実線曲線Ａは、図１２（Ｃ）に示すような熱伝導層８１０だけなく、断熱層８１１においても隣接するＭＺＩ回路と基板水平方向に離れている構造（以後“離散構造”と呼ぶことにする。）の熱光学可変減衰器において、あるチャンネルに位相πの回転に対応する電力を印加し、隣接するチャンネルのＭＺＩ回路における両アーム導波路コア間の温度差ΔＴが断熱層厚さによりどのように変化するかを示している。
【００９７】
図１３におけるいずれのデータも、シミュレーションによる結果をプロットしたものであり、基板８０１にＳｉ（１ｍｍ）、熱伝導層８１０としてＳｉ（１０μｍ）、断熱層８１１として石英を使用して本発明の第２の実施形態の製造方法で実際に作製した場合の熱光学可変減衰器の構造を想定した結果を示している。
【００９８】
図１３のシミュレーション結果によると、実線曲線Ａ、破線曲線Ｂで示される両構造において少なくとも断熱層８１１があれば、本発明の熱クロストークによる影響の抑制効果が得られることが分かる。わずか厚さ１μｍの断熱層８１１があれば、熱伝導層８１０や断熱層８１１を実施していない従来例の場合（図６参照）に比べ、上記温度差ΔＴを半分以下に抑えることができることが分かる。
【００９９】
実線曲線Ａ、破線曲線Ｂで示すように、断熱層８１１の厚さが増すと、構造の違いにより上記温度差ΔＴに差が生じる。破線曲線Ｂで示すように、連続構造ではある厚さ、この場合は２０μｍ近傍で最小値を取り、断熱層８１１の厚さが増すと、上記温度差ΔＴは再び増加する。一方、実線曲線Ａで示すように、離散構造では断熱層８１１の厚さが増すにつれて単調に記温度差ΔＴは減少してゆく。
【０１００】
図１４は、連続構造と離散構造の両構造における断熱層８１１の厚さと消費電力の関係を示す。ここで、曲線Ａは離散構造の場合の消費電力特性、曲線Ｂは連結構造の場合の消費電力特性を示す。図１４のデータはいずれも、あるチャンネルで位相πを回転するのに必要な電力を計算により求めたものであり、断熱層８１１がない場合の消費電力を１として規格化してある。
【０１０１】
図１４から、本発明の両構造を採用することにより消費電力が大きくなるということはないことが確認できる。曲線Ｂで示すように、連続構造の場合は、断熱層８１１の厚さの変化にかかわらず、消費電力はほぼ一定であり、断熱層の厚さが薄くなることで消費電力特性が悪くなるということはない。一方、曲線Ａで示すように、離散構造の場合は、断熱層８１１の厚さが増加すると共に消費電力が低下する。つまり、本発明の構造の１つである離散型の構造では、熱クロストークによる変動を抑えながら、回路を小さくできるだけでなく、断熱層８１１の厚さを増加することで、消費電力を下げる効果も得られる。
【０１０２】
図１２（Ａ）、図１２（Ｂ）に示す連続構造の場合は、消費電力を下げる効果は得られないが、断熱層８１１を除去する追加工程（工程１０）が必要ではない分、工程負荷が小さいという利点がある。つまり断熱層８１１が連続している効果は、断熱層８１１が不連続の場合に比べ、熱クロストークの影響を抑制する効果を持ちながら、工程を削減できる点にある。連続構造の場合は、図１３を用いて既述したように、また図１５を用いて後述するように、その構造上、断熱層８１１の厚さには最適値が存在する。そこで、断熱層８１１の厚さを適切な最適値、またはその近傍値に選択すれば、得られる効果は離散構造の場合とほぼ同じになる。
【０１０３】
この効果を更に詳述する。図１５は、上記の連続構造において、熱伝導層８１０の厚さを変えた場合の断熱層８１１の最適な厚さの違いを示す。ここで、曲線Ａは熱伝導層８１０の厚さを５μｍとした場合の、曲線Ｂは熱伝導層８１０の厚さを１０μｍとした場合の、曲線Ｃは熱伝導層８１０の厚さを１５μｍとした場合の、断熱層８１１の厚さの変動に対するＭＺＩ回路における両アーム導波路コア間の温度差ΔＴの変化を計算して求めた結果をプロットしたものである。図１５から、熱伝導層８１０の厚さを変えても断熱層８１１の適切な厚さ（最適な厚さ）は変わらないことが分かる。従って、熱伝導層８１０の厚さのサイズにかかわりなく、断熱層８１１の厚さを適切な最適値に選べばよい。この計算で用いた構造（具体的には、図１２（Ａ）の第１の実施形態の構造、または図１２（Ｂ）の第２の実施形態の構造で、アーム導波路間隔１００μｍ、ＭＺＩ回路間隔２００μｍで、ＳＯＩ基板を用いて作製した場合）では、断熱層８１１の厚さが約２０μｍ程度であれば最適である。しかし、この構造では、断熱層８１１の厚さが１０〜３０μｍの範囲内であれば、さほど得られる効果に違いはない。
【０１０４】
また、この断熱層８１１の最適な厚さは、ＭＺＩ回路の配置や、アーム導波路間隔の変動によっても変わる。図１６はアーム導波路間隔の違いによる断熱層の最適厚さの違いを示し、特に隣接するマッハツェンダー干渉計をアーム導波路間隔の２倍として計算した結果を示している。ここで、曲線Ａはアーム導波路間隔が１００μｍ、曲線Ｂはアーム導波路間隔が７０μｍ、曲線Ｃはアーム導波路間隔が５０μｍの場合を示している。いずれの場合も断熱溝８１１により区切られるアーム導波路部８０４を構成するリッジ構造の幅ｗｒは、２０μｍとして計算を実施した。また熱伝導層８１０の幅は、アーム導波路８０４の間隔ｗとリッジ幅ｗｒの和に等しいとして計算を実施した。
【０１０５】
図１６で示す計算結果によると、アーム導波路間隔が短い程、最適な断熱層厚さは、薄くなる。例えば、図１６の曲線Ｃで示すように、アーム導波路間隔が５０μｍの場合には、断熱層８１１の最適な厚さは９μｍ程度となる。この結果により、アーム導波路間隔の２倍の距離でＭＺＩ回路を配置した場合には、アーム導波路間隔のおよそ１／５程度が断熱層８１１の厚さの最適値となる。
【０１０６】
図１６は、熱伝導層８１０としてＳｉ単結晶、断熱層８１１として石英を使用した場合の最適値を求めた計算結果を示すものであり、曲線で示すデータは、あくまで最適値を示すことを目的とするものである。先に述べたように、少なくとも本発明の構造をとれば、断熱層８１１の厚みが多少薄くとも、所期の温度差低減効果が得られる。また、断熱層８１１に例え他の材料を用いたとしても同様の効果が得られる。例えば、断熱層８１１に石英の半分の熱伝導率を持つ材料を使えば、その断熱層８１１の最適厚さも半分になると考えることができる。
【０１０７】
以上述べたように、本実施形態によれば、わずか１μｍの断熱層を設けるだけでも、熱クロストークの影響を抑制できる効果が得られる。また、本実施形態の離散構造を採用すれば、熱クロストークの影響を抑制し、回路が小型化できるだけでなく、消費電力を下げることも可能となる。さらに、本実施形態の連続構造において、断熱層の厚さには最適値が存在するので、断熱層の厚さを最適値またはその近傍値に設定することで、工程の負荷を低減しながら、離散構造とほぼ同様の効果が得られる。
【０１０８】
（他の実施の形態）
上記では、本発明の好適な実施形態を例示して説明したが、本発明の実施形態は上記例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載の範囲内であれば、その構成部材等の置換、変更、追加、個数の増減、形状の設計変更等の各種変形は、全て本発明の実施形態に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【０１０９】
【図１】従来の多チャンネル光減衰器の構成例を示す概略上面図である。
【図２】マッハツェンダー干渉計回路（ＭＺＩ回路）の配置間隔を説明する断面図で、（Ａ）はレイアウト上最小となる配置を示す図、（Ｂ）は実際の配置を示す図である。
【図３】隣接チャンネルの熱クロストークの影響を説明する断面図である。
【図４】１つのヒータを駆動した時の基板の温度分布を示す説明図である。
【図５】基板表面の水平方向の温度分布（計算結果）を示す特性図である。
【図６】マッハツェンダー干渉計の間隔と温度上昇の関係を示す特性図である。
【図７】本発明の効果を示す熱光学可変減衰器の間隔と温度上昇の関係を示す特性図である。
【図８】本発明の第１の実施形態の熱光学可変減衰器の構成を示す概略図であり、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は上面図、（Ｃ）は一部拡大断面図である。
【図９】本発明の熱光学可変減衰器に対して熱クロストークの影響を測定した結果を従来例と比較して示す特性図である。
【図１０】本発明の第１の実施形態による多チャンネル導波路型光可変減衰器の製造方法を示す工程図であり、（Ａ）〜（Ｈ）はそれぞれ断面図である。
【図１１】本発明の第１の実施形態に係わる基板の作製方法を示す断面図である。
【図１２】本発明の第２の実施形態の構造を第１の実施形態と比較して示す図であり、（Ａ）は第１の実施形態の構造、（Ｂ）は第２の実施形態の構造、（Ｃ）は第２の実施形態の異なる構造を示す断面図である。
【図１３】本発明の第１、第２の実施形態に係わる連結構造と、離散構造における温度差ΔＴと断熱層厚さの関係を示す特性図である。
【図１４】本発明の第１、第２の実施形態に係わる連結構造と、離散構造における消費電力と断熱層厚さの関係を示す特性図である。
【図１５】本発明の第１、第２の実施形態に係わる連結構造における熱伝導層厚さの違いによる最適な断熱層厚さを示す特性図である。
【図１６】本発明の第１、第２の実施形態に係わるアーム導波路間隔の違いによる断熱層厚さの最適値を示す特性図である。
【符号の説明】
【０１１０】
８００  熱光学可変減衰器
８０１  基板
８０２  光導波路
８０３  方向性結合器
８０４  アーム導波路
８０５  ＭＺＩ回路
８０６  ヒータ
８０７  コア
８０８  アンダークラッド
８０９  オーバークラッド
８１０  熱伝導層
８１１  断熱層
８１２  断熱溝
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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