(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
凹部により形成される格子状のダミーパターンを備える光導波路基板上に、
入力された第１の光を２分岐するとともに、２分岐された前記第１の光の一方を第２の光として出力する第１の分配光導波路及び２分岐された前記第１の光の他方を第３の光として出力する第２の分配光導波路が接続された第１の分岐素子と、
入力された第４の光を２分岐するとともに、２分岐された前記第４の光の一方を第５の光として出力する第３の分配光導波路及び２分岐された前記第４の光の他方を第６の光として出力する第４の分配光導波路が接続された第２の分岐素子と、
前記第２の光と前記第５の光とを干渉させて前記干渉により生成された光を出力する、前記第１の分配光導波路及び前記第３の分配光導波路が接続された第１の干渉素子と、
前記第３の光と前記第６の光とを干渉させて前記干渉により生成された光を出力する、前記第２の分配光導波路及び前記第４の分配光導波路が接続された第２の干渉素子と、
が形成され、
前記第２の分配光導波路と前記第３の分配光導波路とが交差部で交差し、
前記第１及び第２の分岐素子、前記第１乃至第４の分配光導波路、前記第１及び第２の干渉素子並びに前記交差部は、それぞれ、前記ダミーパターンと離間するように前記ダミーパターンが除去された領域に配置され、
前記第１の分岐素子の出力点における前記第１の分配光導波路と前記第２の分配光導波路との間隔と、前記第２の分岐素子の出力点における前記第３の分配光導波路と前記第４の分配光導波路との間隔と、が等しく、
前記第１の分岐素子の光伝搬中心と前記第２の分岐素子の光伝搬中心との間の距離が、前記ダミーパターンの格子間隔の整数倍であり、
前記第１乃至第４の分配光導波路の、隣接する分配光導波路間の距離が最大となる点において、隣接する前記分配光導波路間の距離が前記ダミーパターンの格子間隔の整数倍である、
ことを特徴とする光導波路デバイス。
【請求項２】
前記隣接する分配光導波路間の距離が最大となる点において、隣接する前記分配光導波路間の距離が全て等しいことを特徴とする、請求項１に記載された光導波路デバイス。
【請求項３】
前記第１乃至第４の分配光導波路に直線光導波路が追加して設けられたことを特徴とする、請求項１又は２に記載された光導波路デバイス。
【請求項４】
それぞれの前記隣接する分配光導波路間の距離が最大となる点が、前記ダミーパターンの中心線のうち前記第１乃至第４の分配光導波路の光の伝搬方向と平行な方向の中心線上にあるように前記第１乃至第４の分配光導波路が配置されたことを特徴とする、請求項１乃至３のいずれかに記載された光導波路デバイス。
【請求項５】
それぞれの前記隣接する分配光導波路間の距離が最大となる点が、前記ダミーパターンの中心線のうち前記第１乃至第４の分配光導波路の光の伝搬方向と平行な方向の中心線から、前記伝搬方向に直角な方向に前記ダミーパターンの格子間隔の１／２離れた位置にあるように前記第１乃至第４の分配光導波路が配置されたことを特徴とする、請求項１乃至３のいずれかに記載された光導波路デバイス。
【請求項６】
シリコン基板上に形成されたシリコン導波路で構成されたことを特徴とする、請求項１乃至５のいずれかに記載された光導波路デバイス。
【請求項７】
凹部により形成される格子状のダミーパターンを備える光導波路基板上に、
入力された第１の光を２分岐するとともに、２分岐された前記第１の光の一方を第２の光として出力する第１の分配光導波路及び２分岐された前記第１の光の他方を第３の光として出力する第２の分配光導波路が接続された第１の分岐素子を形成し、
入力された第４の光を２分岐するとともに、２分岐された前記第４の光の一方を第５の光として出力する第３の分配光導波路及び２分岐された前記第４の光の他方を第６の光として出力する第４の分配光導波路が接続された第２の分岐素子を形成し、
前記第２の光と前記第５の光とを干渉させて前記干渉により生成された光を出力する、前記第１の分配光導波路及び前記第３の分配光導波路が接続された第１の干渉素子を形成し、
前記第３の光と前記第６の光とを干渉させて前記干渉により生成された光を出力する、前記第２の分配光導波路及び前記第４の分配光導波路が接続された第２の干渉素子を形成し、
前記第２の分配光導波路と前記第３の分配光導波路とが交差部で交差するように形成し、
前記第１及び第２の分岐素子、前記第１乃至第４の分配光導波路、前記第１及び第２の干渉素子並びに前記交差部を、それぞれ、前記ダミーパターンと離間するように前記ダミーパターンが除去された領域に配置し、
前記第１の分岐素子の出力点における前記第１の分配光導波路と前記第２の分配光導波路との間隔と、前記第２の分岐素子の出力点における前記第３の分配光導波路と前記第４の分配光導波路との間隔と、を等しくし、
前記第１の分岐素子の光伝搬中心と前記第２の分岐素子の光伝搬中心との間の距離を、前記ダミーパターンの格子間隔の整数倍とし、
前記第１乃至第４の分配光導波路の、隣接する分配光導波路間の距離が最大となる点において、隣接する前記分配光導波路間の距離を前記ダミーパターンの格子間隔の整数倍とする、
ことを特徴とする光導波路デバイスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光導波路デバイス及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
光ファイバ伝送システムの大容量化は、強度変調の高速化と波長多重数の増加とによって大きく進展してきた。昨今は、デジタル信号処理技術の進展により、偏光多重化技術と多値位相変調技術とを用いて、既設の光ファイバ網を活用してさらに伝送容量を増加させることが可能となった。
【０００３】
多値位相変調技術が採用された光ファイバ伝送システムでは、受信器において、位相変調光信号を強度変調光信号に変換するハイブリッドミキサーと呼ばれる素子が必要とされる。ハイブリッドミキサーは、光ファイバを伝搬してきた信号光と、変調されていない一定の振幅及び位相を持つ局部発振光（以下、「局発光」という。）と、を干渉させるために用いられる。ハイブリッドミキサーは、信号光と局発光とを干渉させることで、位相変調された信号光の位相変化を強度変調光信号に変換する。
【０００４】
ハイブリッドミキサーは、互いに位相が９０度異なる２つの局発光を、位相が等しい２つの信号光のそれぞれと干渉させる機能を持つ、光回路素子である。ハイブリッドミキサーを実現するために、光学特性に優れる光導波路素子が広く用いられる。ハイブリッドミキサーは、信号光の分配及び局発光の分配のために、それぞれ２本ずつの光導波路（分配光導波路）を備える。特許文献１には、このようなハイブリッドミキサーの構成が記載されている。
【０００５】
より安価で高性能なシステムを実現するために、ハイブリッドミキサーには小型化及びコスト低減が強く求められる。このため、ＣＭＯＳ（complementary metal-oxide semiconductor）プロセス技術を活用して、これまで広く用いられてきたガラス光導波路に比べて飛躍的な小型化が可能となるシリコン光導波路を実現するべく、技術開発が行われている。ＣＭＯＳプロセス技術は、ＬＳＩ（large scale integration）製造に広く用いられる技術である。
【０００６】
さらに、本発明に関連して、特許文献２には、ウェハ全面に対するエッチングの均一化を図るために、捨てパターン（ダミーパターン）を形成する技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】国際公開ＷＯ２０１２／０８６８４６号
【特許文献２】特開２０００−０９１３１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ハイブリッドミキサーは、入力された光を干渉素子に分配するために４本の分配光導波路を有する。４本の分配光導波路のそれぞれの長さは設計によって定まり、通常は等長として設計される。そして、分配される信号光及び局発光に所望の位相差を与えるためには、製造時に、分配光導波路の光学長を極めて高い精度で制御する必要がある。
【０００９】
しかし、主にシリカガラスによって形成されるガラス導波路と比べて、屈折率の大きいシリコンによって形成されるシリコン光導波路は、伝搬モードサイズが非常に小さいため、コア形状の変化に対して伝搬モードが敏感に変化する。従って、ガラス技術によって光導波路が形成されるガラス導波路と比べて、シリコン光導波路の製造にはさらに高い加工精度が必要となる。例えば、これまでのガラス導波路の製造工程ではコア幅が±０．１μｍの範囲で制御されていたのに対して、シリコン導波路の製造ではコア幅は±数ｎｍの範囲で制御されなければならない。
【００１０】
このような高い加工精度を実現するために、ＣＭＯＳプロセス技術が光導波路の製造に応用されつつある。しかしながら、ＭＯＳトランジスタのゲートなどの局所的なパターン幅の制御が求められる電子デバイスに比べて、光導波路ではより大きいデバイスに対するパターン幅の制御が必要となる。例えば、安定した位相特性を光導波路に持たせるためには、数十μｍから数百μｍの長さ、場合によってはｍｍのオーダーの連続した長さのパターンに対する安定した制御が、光導波路の製造時に求められる。従って、電子デバイスよりも寸法が大きいシリコン光導波路の製造に一般的なＣＭＯＳプロセス技術をそのまま適用しても、所望の特性のシリコン光導波路を実現することは困難であった。また、特許文献１、２は、シリコン光導波路を製造する際のこのような課題を解決するための手段を開示していない。
【００１１】
（発明の目的）
本発明は、再現性及び量産性に優れる光導波路デバイスを作製することを可能にするための技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の光導波路デバイスは、所定のピッチを持つ格子状のダミーパターンを備える光導波路基板上に、入力された第１の光を２分岐するとともに、２分岐された前記第１の光の一方を第２の光として出力する第１の分配光導波路及び２分岐された前記第１の光の他方を第３の光として出力する第２の分配光導波路が接続された第１の分岐素子と、入力された第４の光を２分岐するとともに、２分岐された前記第４の光の一方を第５の光として出力する第３の分配光導波路及び２分岐された前記第４の光の他方を第６の光として出力する第４の分配光導波路が接続された第２の分岐素子と、前記第２の光と前記第５の光とを干渉させて前記干渉により生成された光を出力する、前記第１の分配光導波路及び前記第３の分配光導波路が接続された第１の干渉素子と、前記第３の光と前記第６の光とを干渉させて前記干渉により生成された光を出力する、前記第２の分配光導波路及び前記第４の分配光導波路が接続された第２の干渉素子と、が形成され、前記第２の分配光導波路と前記第３の分配光導波路とが交差部で交差し、前記第１及び第２の分岐素子、前記第１乃至第４の分配光導波路、前記第１及び第２の干渉素子並びに前記交差部は、それぞれ、前記ダミーパターンと離間するように前記ダミーパターンが除去された領域に配置され、前記第１の分岐素子の出力点における前記第１の分配光導波路と前記第２の分配光導波路との間隔と、前記第２の分岐素子の出力点における前記第３の分配光導波路と前記第４の分配光導波路との間隔と、が等しく、前記第１の分岐素子の光伝搬中心と前記第２の分岐素子の光伝搬中心との間の距離が、前記ピッチの整数倍であり、前記第１乃至第４の分配光導波路の、隣接する分配光導波路間の距離が最大となる点において、隣接する前記分配光導波路間の距離が前記ピッチの整数倍である、ことを特徴とする。
【００１３】
本発明の光導波路デバイスの製造方法は、所定のピッチを持つ格子状のダミーパターンを備える光導波路基板上に、入力された第１の光を２分岐するとともに、２分岐された前記第１の光の一方を第２の光として出力する第１の分配光導波路及び２分岐された前記第１の光の他方を第３の光として出力する第２の分配光導波路が接続された第１の分岐素子を形成し、入力された第４の光を２分岐するとともに、２分岐された前記第４の光の一方を第５の光として出力する第３の分配光導波路及び２分岐された前記第４の光の他方を第６の光として出力する第４の分配光導波路が接続された第２の分岐素子を形成し、前記第２の光と前記第５の光とを干渉させて前記干渉により生成された光を出力する、前記第１の分配光導波路及び前記第３の分配光導波路が接続された第１の干渉素子を形成し、前記第３の光と前記第６の光とを干渉させて前記干渉により生成された光を出力する、前記第２の分配光導波路及び前記第４の分配光導波路が接続された第２の干渉素子を形成し、前記第２の分配光導波路と前記第３の分配光導波路とが交差部で交差するように形成し、前記第１及び第２の分岐素子、前記第１乃至第４の分配光導波路、前記第１及び第２の干渉素子並びに前記交差部を、それぞれ、前記ダミーパターンと離間するように前記ダミーパターンが除去された領域に配置し、前記第１の分岐素子の出力点における前記第１の分配光導波路と前記第２の分配光導波路との間隔と、前記第２の分岐素子の出力点における前記第３の分配光導波路と前記第４の分配光導波路との間隔と、を等しくし、前記第１の分岐素子の光伝搬中心と前記第２の分岐素子の光伝搬中心との間の距離を、前記ピッチの整数倍とし、前記第１乃至第４の分配光導波路の、隣接する分配光導波路間の距離が最大となる点において、隣接する前記分配光導波路間の距離を前記ピッチの整数倍とする、ことを特徴とする。
【００１４】
本発明の光導波路デバイスは、所定のピッチを持つ格子状のダミーパターンと、前記ダミーパターンと離間するように前記ダミーパターンが除去された領域に配置された第１の光導波路及び第２の光導波路と、を備え、前記第１の導波路の周辺の前記ダミーパターンの配置が、前記第２の導波路の周辺の前記ダミーパターンの配置と同様である、ことを特徴とする。
【００１５】
本発明の光導波路デバイスの製造方法は、所定のピッチを持つ格子状のダミーパターンを形成し、前記ダミーパターンと離間するように前記ダミーパターンが除去された領域に配置された第１の光導波路及び第２の光導波路を形成し、前記第１の導波路の周辺の前記ダミーパターンの配置を、前記第２の導波路の周辺の前記ダミーパターンの配置と同様なものとする、ことを特徴とする光導波路デバイスの製造方法。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の光導波路デバイス及びその製造方法は、再現性及び量産性に優れる光導波路デバイスを作製することを可能にする。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】第１の実施形態のハイブリッドミキサーの構成を示す図である。
【図２】第２の実施形態のハイブリッドミキサーの構成を示す図である。
【図３】ハイブリッドミキサーの別の設計例を示す図である。
【図４】ハイブリッドミキサーのさらに別の設計例を示す図である。
【図５】ダミーパターンの構成例を示す平面図である。
【図６】ダミーパターンの構成例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。まず、以下の実施形態に共通する、ダミーパターンについて説明する。ダミーパターンは、光導波路デバイスの製造ばらつきを低減するためにウェハ上に設けられる、光の伝搬には用いられないパターンである。ダミーパターンは、光導波路と同じフォトマスクレイヤに配置され、光導波路と同時にウェハ上に形成される。光導波路の近傍のダミーパターンは、フォトマスクの設計時に一定の条件に従って除去される。例えば、光導波路に対して所定の距離、サイズ、形状の条件を満たすダミーパターンが除去される。光導波路は、ダミーパターンが除去された領域にダミーパターンと所定の間隔をあけて配置される。
【００１９】
図５及び図６は、ダミーパターンの構成例を示す平面図及び断面図である。図５は光導波路ウェハの平面図、図６は図５のＡ−Ａ’を切断線とする断面図である。以下では、例としてシリコン光導波路の製造について述べる。
【００２０】
図５、６において、シリコン基板７０、シリコン酸化層下層７１、そしてシリコン層７２からなるＳＯＩ（silicon on insulator）基板に、シリコン酸化層上層７３が積層されている。シリコン層７２には、シリコン光導波路６０のコアパターン４０と、格子状のダミーパターンで構成されるダミー構造５１の両方が形成される。
【００２１】
シリコン光導波路６０はいわゆるリッジ型の光導波路であり、シリコン膜厚が薄く平板状のスラブ４１と、シリコン膜厚が厚く狭幅のコア４０とによって光導波路の伝搬層が形成される。図６に示されるコア４０及びスラブ４１の断面形状には、リッジ型の光導波路の凸型形状が現れる。
【００２２】
コア４０は、光回路設計によってウェハ面内の所定の位置に配置される。ダミー構造５１のうち、シリコン光導波路６０のコア４０と重なる領域のダミーパターン及びコア４０の近傍にあるダミーパターンは、光導波路の設計時に除去される。除去されたダミーパターンは、図５の破線部分に、除去跡５４として示される。
【００２３】
ダミー構造５１は、光導波路の配置が設計される前にはウェハの全面に存在し、ダミーパターンが所定のピッチで周期的な格子構造として配置される。ダミー構造５１によって、ウェハ面内のパターン密度がほぼ一定に保たれるため、ウェハ全体の平均エッチングレートが一定に保たれる。その結果、より均質な光導波路デバイスを作成することが可能となる。
【００２４】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態のハイブリッドミキサー９００の構成を示す図である。ハイブリッドミキサー９００において、信号光１は１×２ＭＭＩ（multi-mode interferometer）９０１で２分岐される。局発光２は２×２ＭＭＩ９０２で２分岐される。２×２ＭＭＩ９０７は、分配光導波路９０３を伝搬した信号光と分配光導波路９０５を伝搬した局発光とを干渉させる。２×２ＭＭＩ９０８は、分配光導波路９０４を伝搬した信号光と分配光導波路９０６を伝搬した局発光とを干渉させる。ハイブリッドミキサー９００が形成されるウェハは、ピッチがＰである格子状のダミーパターンを持つ。格子状の破線はダミーパターンの中心線を示す。なお、上述のように、実際にはハイブリッドミキサー９００を構成する光導波路の近傍のダミーパターンは除去され、ハイブリッドミキサー９００は、ダミーパターンと離間して配置される。また、以降の図１〜図４においては、図面を見やすくするためにダミーパターンの中心線のみが格子状の破線で示され、ダミーパターン自体は図示されない。
【００２５】
第１の実施形態のハイブリッドミキサー９００は、ダミー構造５１を持つウェハ上に形成される。ダミー構造５１によりウェハ面内のパターン密度がほぼ一定に保たれるため、第１の実施形態のハイブリッドミキサー９００は、再現性及び量産性に優れるハイブリッドミキサーを実現できるという効果を奏する。
【００２６】
（第２の実施形態）
第１の実施形態で説明したハイブリッドミキサー９００では、分配光導波路９０３〜９０６の幾何学長は、最短となるように設計される。分配光導波路９０３〜９０６の間隔は、分岐素子（１×２ＭＭＩ９０１及び２×２ＭＭＩ９０２）の出力側の導波路間の距離に依存するため、必ずしもダミーパターンのピッチＰの整数倍にならない。すなわち、図１に示す分配光導波路９０３〜９０６の間隔をＬ’（left）、Ｃ’（center）及びＲ’（right）とすると、一般にはＬ’＝Ｒ’≠Ｃ’≠ｎ×Ｐ（ただしｎは正の整数）である。このため、分配光導波路９０３〜９０６の周辺ダミーパターンの同一性は保証されない。ここで、「周辺ダミーパターンの同一性が保証される」とは、光導波路周辺のダミーパターンの配置状況（パターン密度分布）に起因する、光導波路の製造プロセスにおけるそれぞれの光導波路の形状への影響の相違が、光導波路の特性面で充分に小さくなることをいう。
【００２７】
第１の実施形態のハイブリッドミキサー９００のように、ハイブリッドミキサーの各分配光導波路の長さを最短となるよう設計すると、各分配光導波路に対する周辺のダミーパターンの配置が分配光導波路ごとに異なるものとなる場合がある。分配光導波路に対する周辺のダミーパターンの配置が分配光導波路ごとに異なると、分配光導波路の製造時に局所的なエッチング状態にばらつきが生じる可能性がある。そして、その結果、４本の分配光導波路の特性にもばらつきが生じ、周辺ダミーパターンの同一性が保証されない恐れがある。
【００２８】
（第２の実施形態の構成）
図２は本発明の第２の実施形態のハイブリッドミキサー１０の構成を示す図である。ハイブリッドミキサー１０は、シリコン光導波路で構成される。信号光１及び局発光２は、それぞれ１×２ＭＭＩ２１及び２×２ＭＭＩ２２で分岐される。１×２ＭＭＩ２１は、入力された信号光１を１：１の分岐比で分岐する。２×２ＭＭＩ２２は、入力された局発光２を、１：１の分岐比で分岐する。分岐された信号光３、４及び局発光５、６は、それぞれ、分配光導波路２３、２４、２５、２６を伝搬して、干渉素子である２×２ＭＭＩ２７、２８に入力される。２×２ＭＭＩ２７は信号光３と局発光５とを干渉させる。２×２ＭＭＩ２８は信号光４と局発光６とを干渉させる。分配の途中で、分配光導波路２４と分配光導波路２５とは１か所の交差部３０で交差する。格子状の破線は、ダミーパターンの中心線を示す。
【００２９】
ハイブリッドミキサー１０は、交差部３０の前後に、直線光導波路を備える。直線光導波路は、分配光導波路２４、２５とダミーパターンとの位置を合わせるために用いられる。直線光導波路は、図２では塗りつぶされて示される。
【００３０】
なお、必ずしも交差部を備える必要のない分配光導波路２３、２６においても、分配光導波路２３〜２６の損失特性及び位相特性を揃えるために、分配光導波路２３〜２６の幾何学長や構成は極力同一とされることが望ましい。このため、図２に示されるハイブリッドミキサー１０では、分配光導波路２３、２６にもそれぞれ交差部３１、３２が設けられる。
【００３１】
（動作の説明）
ハイブリッドミキサー１０の詳細な動作を説明する。信号光１は１×２ＭＭＩ２１で等強度の２つの光に分岐される。局発光は２×２ＭＭＩ２２で等強度の２つの光に分岐される。１×２ＭＭＩ２１から出力される信号光３、４の位相差はゼロ（等位相）であり、２×２ＭＭＩ２２から出力される局発光５、６の位相差は９０度である。２×２ＭＭＩ２２から出力される光の位相差は広い波長範囲で９０度となるため、２×２ＭＭＩを用いて局発光に位相差を付与することで、波長特性が優れたハイブリッドミキサーが実現される。
【００３２】
このように、ハイブリッドミキサー１０では、信号光１と局発光２とが１×２ＭＭＩ２１あるいは２×２ＭＭＩ２２で分岐された時点で、分岐された光に所望の位相差が付与される。従って、干渉素子である２×２ＭＭＩ２７、２８においては、１×２ＭＭＩ２１の出力における信号光３、４の位相差と２×２ＭＭＩ２２の出力における局発光５、６の位相差とをそれぞれ保ったまま、信号光３と局発光５、あるいは、信号光４と局発光６と、を干渉させればよい。
【００３３】
分岐された信号光と局発光とを２×２ＭＭＩ２７、２８で干渉させるために、上述のように、分配光導波路には交差部３０が設けられる。交差部３０における所望の交差角度と、光導波路の設計上の円弧曲率半径の制約とから、１×２ＭＭＩ２１と２×２ＭＭＩ２２との光伝搬中心間の最短距離が定まる。
【００３４】
ここで、分配光導波路２３〜２６において周辺ダミーパターンの同一性を保証するための「第１の条件」として、図２でｇ１とｇ２とが等しくなるように、ハイブリッドミキサー１０が設計される。ｇ１は、１×２ＭＭＩ２１の出力点における、分配光導波路２３と分配光導波路２４との間の距離である。ｇ２は、２×２ＭＭＩ２２の出力点における、分配光導波路２５と分配光導波路２６との間の距離である。以下では、１×２ＭＭＩ２１及び２×２ＭＭＩ２２の出力点における分配光導波路間の距離を「出力光導波路間隔」という。すなわち、第１の条件は「出力光導波路間隔ｇ１＝ｇ２」と書ける。
【００３５】
さらに、分配光導波路２３〜２６の周辺ダミーパターンの同一性を保証するために、以下の「第２の条件」によりハイブリッドミキサー１０が設計される。第２の条件では、１×２ＭＭＩ２１と２×２ＭＭＩ２２との光伝搬中心間距離Ｇが、設計可能な最短距離より大きく、かつ、ダミーパターンのピッチＰの整数倍となるように設計される。すなわち、第２の条件は「光伝搬中心間距離Ｇ＝ｍ×Ｐ、ただしｍは正の整数」と書ける。
【００３６】
第１及び第２の条件を満たすハイブリッドミキサー１０を設計するために、交差部３０〜３２の前後に光導波路が追加されてもよい。図２には、追加された光導波路が、直線光導波路として塗りつぶされて示される。あるいは、第１及び第２の条件を満たすために、交差部３０〜３２に接続される分配光導波路２３〜２６の円弧の曲率半径を調整してもよい。
【００３７】
具体的な設計値を以下に説明する。例えば、ダミーパターンのピッチＰが１００μｍ、設計上許される最小曲率半径が１５０μｍ、交差部３０の交差角度が９０度、１×２ＭＭＩ２１と２×２ＭＭＩ２２との出力導波路間隔ｇ１及びｇ２をそれぞれ１０μｍとする。この場合、１×２ＭＭＩ２１の中心と２×２ＭＭＩ２２の中心との最短距離は１６０μｍとなる。ピッチＰは１００μｍであるから、１６０μｍ以上で最も近いピッチＰの整数倍の距離は２００μｍである。従って、１×２ＭＭＩ２１の中心と２×２ＭＭＩ２２の光伝搬中心間距離Ｇは２００μｍとされる。
【００３８】
図２では、１×２ＭＭＩ２１及び２×２ＭＭＩ２２から交差部３０〜３２に至る分配光導波路２３〜２６は、直線光導波路及び交差部３０〜３２を除き、いずれも曲率１５０μｍの円弧導波路である。分配光導波路２４、２５は、交差部３０において交差角が９０度となるようにそれぞれのＭＭＩから分岐される。
【００３９】
図３は、別の設計例によるハイブリッドミキサー１０Ａの構成を示す図である。図３は、１×２ＭＭＩ２１及び２×２ＭＭＩ２２から交差部３０〜３２までの間の分配光導波路２３〜２６の円弧の曲率半径を２１０μｍとして、分配光導波路２４、２５が９０度で交差するように設計された例を示す。図３の例では、交差部３０〜３２よりも入力側（すなわち、１×２ＭＭＩ２１及び２×２ＭＭＩ２２側）には直線光導波路は設けられていない。
【００４０】
なお、分配光導波路２３〜２６の形状は円弧に限られるものではなく、Raised sine関数等、種々の形状の曲線を用いて光導波路の配置を調整できる。交差部３０〜３２にテーパ導波路を設けることで光導波路の低損失化を図る場合などには、テーパ導波路の形状に応じて光導波路の構成を決めればよい。
【００４１】
続いて、さらに、交差部３０〜３２よりも出力側（すなわち、２×２ＭＭＩ２７、２８側）の領域で、分配光導波路２３−２６の周辺ダミーパターンの同一性を保証するための「第３の条件」について説明する。第３の条件では、隣接する分配光導波路２３〜２６の間の距離が最大となる点で、当該距離がピッチＰの整数倍となるように、分配光導波路２３〜２６の間隔が調整される。図２に示されるハイブリッドミキサー１０では、分配光導波路２３〜２６の間の距離が最大となる点は、点線Ａ−Ａ’上にある。
【００４２】
第３の条件を満たすために、分配光導波路２３〜２６の間隔Ｌ、Ｃ及びＲが、それらの間隔より大きく、かつ、ピッチＰの整数倍となるように、光導波路が設計される。図２及び図３では、交差部３０〜３２の前後あるいは後に塗りつぶしで示された直線光導波路は、さらに第３の条件を満たすように追加されている。
【００４３】
第３の条件は、例えば、Ｌ＝Ｃ＝Ｒ＝ｎ×Ｐ（ただしｎは正の整数）と書ける。第３の条件により、各分配光導波路の位相関係が変わらないようにしつつ、周辺ダミーパターンの同一性を確保できる。
【００４４】
図４は、さらに別の設計例によるハイブリッドミキサー１０Ｂの構成を示す図である。図４に示された構成では、分配光導波路２３〜２６の間隔の調整を、直線光導波路を追加せず、分配光導波路２３〜２６の円弧曲率半径を変えることで行っている。このように、第１〜第３の条件を満たすために、必ずしも直線光導波路が用いられる必要はない。図４に示されるように分配光導波路２３〜２６の円弧曲率半径を変更し、直線光導波路以外の構成によって分配光導波路２３〜２６の間隔が調整されてもよい。
【００４５】
以上説明した第１〜第３の条件を満たすようにハイブリッドミキサーの光導波路を設計することにより、全ての分配光導波路の周辺ダミーパターンの同一性が保証される。その結果、光導波路の製造ばらつきやパターン効果の影響を最小限に抑えることができ、再現性及び量産性に優れるハイブリッドミキサーを実現できる。また、第１〜第３の条件により、ハイブリッドミキサー全体の構成の対称性が向上することによっても、量産性の向上及び光導波路の特性ばらつきの低減が期待できる。
【００４６】
また、ダミーパターンを持つ光導波路基板の設計では、光導波路の周辺のダミーパターンの影響を設計者が事前に考慮することが難しかった。その理由は、周辺ダミーパターンは、プロセスコントロールのために、通常は光回路設計後に自動的に配置されていたためである。しかしながら、第１〜第３の条件を満たすように光導波路を設計することで、周辺ダミーパターンの影響が抑制されたハイブリッドミキサーの設計が可能となる。
【００４７】
第２の実施形態において、交差部３０〜３２よりも出力側の分配光導波路２３〜２６の曲率半径と直線光導波路の長さとの２つの設計値の組合せは無数に存在する。また、分配光導波路２３〜２６の曲率半径は一定でなくともよい。第２の実施形態においては、分配光導波路２３〜２６の配置は、第１〜第３の条件を満たすどのような構成であってもよい。
【００４８】
また、周辺ダミーパターンの同一性を保証するための条件は上述した第１〜第３の条件に限定されない。例えば、Ｌ＝Ｒ＝ｐ×Ｐ、Ｃ＝ｑ×Ｐ（ｐ、ｑは異なる正の整数）であっても、周辺ダミーパターンの同一性が保証される。
【００４９】
さらに、第２の実施形態では、分配光導波路２３〜２６が最大間隔となる位置（図２のＡ−Ａ’上）において、分配光導波路２３〜２６は光の伝搬方向と平行なダミーパターンの中心線上にあるとした。ただし、実際には、ダミーパターンは設計時に削除されている。しかし、図２〜図４において、ハイブリッドミキサー１０、１０Ａ、１０Ｂは、ダミー構造に対して各図の左又は右に１／２ピッチ移動させて配置されてもよい。このような１／２ピッチの移動の結果、除去されるダミーパターンの面積が低減される場合には、このような配置も有効である。除去されるダミーパターンの面積が低減されることで、ハイブリッドミキサーを構成する光導波路がウェハ全体のパターン密度分布に与える影響を低減できる。
【００５０】
（第３の実施形態）
第３の実施形態の光導波路デバイスは、所定のピッチを持つ格子状のダミーパターンと、ダミーパターンと離間するようにダミーパターンが除去された領域に配置された第１の光導波路及び第２の光導波路と、を備える。第１及び第２の光導波路は、例えば、図２〜図４の分配光導波路２３〜２６のいずれか２つに対応する。そして、第１の光導波路及び第２の光導波路は、周辺のダミーパターンの配置が同様となるように設計される。すなわち、第１の導波路の周辺のダミーパターンの配置は、第２の導波路の周辺のダミーパターンの配置と同様となるように設計される。このような構成を備えることで、光導波路周辺のダミーパターンの配置に起因する光導波路製造寸法のばらつきを抑制でき、ひいては光導波路デバイスの特性のばらつきを抑制できる。すなわち、第３の実施形態の光導波路デバイスも、再現性及び量産性に優れる光導波路デバイスを作製することを可能にするという効果を奏する。
【００５１】
以上、実施形態を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記の実施形態に限定されない。本願発明の構成や詳細には、本願発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。
【００５２】
例えば、第１及び第２の実施形態ではハイブリッドミキサーを例として説明した。しかし、他の光導波路デバイスの設計に第１〜第３の条件を適用することで、再現性及び量産性に優れる光導波路デバイスを実現してもよい。
【符号の説明】
【００５３】
１、３、４    信号光
２、５、６    局発光
２３〜２６、９０３〜９０６    分配光導波路
１０、１０Ａ、１０Ｂ    ハイブリッドミキサー
２１、９０１    １×２ＭＭＩ
２２、２７、２８、９０２、９０７、９０８    ２×２ＭＭＩ
３０〜３２    交差部
４０    コア
４１    スラブ
５１    ダミー構造
５４    除去跡
６０    シリコン光導波路
７０    シリコン基板
７１    シリコン酸化層下層
７２    シリコン層
７３    シリコン酸化層上層
【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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