(57)【要約】変調、減衰、偏波制御、及び光信号の切替を必要とする用途に用いられる、導波路デバイス及び導波路デバイスの製造方式を提供する。本発明の一実施形態によれば、集積光デバイスを製造する方法を提供する。この方法は、（ｉ）電極支持面を規定する支持ウエハを用意するステップと、（ｉｉ）支持ウエハの電極支持面の上方に電極パターンを形成するステップと、（ｉｉｉ）電極パターンの少なくとも一部の上、及び支持ウエハの少なくとも一部の上方に、非ポリマ・バッファ層を形成するステップと、（ｉｖ）非ポリマのシリカ・ベースのバッファ層の上方に導波路コア材料層を形成するステップと、（ｖ）導波路コアを規定するために、コア材料層の一部を除去するステップと、（ｖｉ）クラッディング材料を導波路コアと光連通状態に配置し、バッファ層、クラッディング材料、及び導波路コアが、光学的クラッド導波路コアを規定するようにするステップとからなる。
2006507537.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
集積光デバイスの製造方法において、
電極支持面を規定する支持ウエハを用意するステップと、
前記支持ウエハの前記電極支持面の上方に電極パターンを形成するステップと、
前記電極パターンの少なくとも一部の上、及び前記支持ウエハの少なくとも一部の上方に、非ポリマ・バッファ層を形成するステップと、
前記非ポリマ・バッファ層の上方に、非ポリマのシリカ・ベースの導波路コア材料層を形成するステップと、
導波路コアを規定するために、前記コア材料層を部分的に除去するステップと、
ポリマ・クラッディング材料を前記非ポリマ導波路コアと光学的に連通状態に配置して、前記バッファ層、前記ポリマ・クラッディング材料、及び前記非ポリマ導波路コアが、光学的クラッド導波路コアを規定するようにするステップであって、前記クラッディング材料及び前記導波路コアの少なくとも一方が、前記電極パターンに印加される制御信号が前記導波路コアに沿って伝搬する光信号の伝搬特性を変化させるように構成されている、ステップと
からなることを特徴とする方法。
【請求項２】
請求項１記載の集積光デバイスの製造方法において、前記電極パターン、前記バッファ層、及び前記導波路コアは、前記電極パターンを前記デバイス内において前記導波路コアの直下に埋め込むように形成されることを特徴とする方法。
【請求項３】
集積光デバイスの製造方法において、
電極支持面を規定する支持ウエハを用意するステップと、
前記支持ウエハの前記電極支持面の上方に電極パターンを形成するステップであって、前記電極パターンを、前記電極支持面の上方に、少なくとも２つの電気的に分離された制御電極を規定するように形成するステップと、
前記電極パターンの少なくとも一部の上、及び前記支持ウエハの少なくとも一部の上方に、非ポリマ・バッファ層を形成するステップと、
前記非ポリマ・バッファ層の上方に、導波路コア材料層を形成するステップと、
導波路コアを規定するために、前記コア材料層を部分的に除去するステップと、
前記制御電極上に電気的絶縁バリア層を形成した後に、クラッディング材料を前記導波路コアと光学的に連通状態に配置して、前記バッファ層、前記ポリマ・クラッディング材料、及び前記導波路コアが、光学的クラッド導波路コアを規定するようにするステップであって、前記クラッディング材料及び前記導波路コアの少なくとも一方が、前記電極パターンに印加される制御信号が前記導波路コアに沿って伝搬する光信号の伝搬特性を変化させるように構成されている、ステップと
からなることを特徴とする方法。
【請求項４】
請求項３記載の集積光デバイスの製造方法において、前記電気的絶縁バリアは、シリカ層として、前記制御電極の上に形成されることを特徴とする方法。
【請求項５】
請求項３記載の集積光デバイスの製造方法において、前記クラッディング材料を前記導波路コアと光連通状態に配置する前に、前記電極パターンの上に形成された前記バッファ層の部分を、前記分離された制御電極の間に電気的絶縁バリア層を形成するように、保持することを特徴とする方法。
【請求項６】
請求項３記載の集積光デバイスの製造方法において、前記電極パターンは、前記制御電極がほぼ同一面となるように形成されることを特徴とする方法。
【請求項７】
請求項１記載の集積光デバイスの製造方法において、前記電極パターンは、少なくとも２つの電気的に絶縁された制御電極を規定し、前記導波路コアは、前記制御電極の面からずれかつこれにほぼ平行な面における前記導波路コアの前記位置を前記制御電極の面における前記制御電極のそれぞれの位置に対して制御するプロセスによって、形成されることを特徴とする方法。
【請求項８】
請求項１記載の集積光デバイスの製造方法であって、該方法は更に、前記支持ウエハの前記電極支持面の上方に形成された前記電極パターンの上方に、追加の電極パターンを配置するステップを備えていることを特徴とする方法。
【請求項９】
請求項８記載の集積光デバイスの製造方法において、前記追加の電極パターンは、前記導波路コアとほぼ整列されている単一の制御電極を備えていることを特徴とする方法。
【請求項１０】
請求項８記載の集積光デバイスの製造方法において、前記追加の電極パターンは、前記導波路コアの一方側に沿ってずれている単一の制御電極を備えており、前記支持ウエハの前記電極支持面の上方に形成されている前記電極パターンは、前記導波路コアの対向する側に沿ってずれている単一の制御電極を備えていることを特徴とする方法。
【請求項１１】
請求項１０記載の集積光デバイスの製造方法において、前記導波路コアの前記一方側に沿ってずれている前記単一の制御電極は、前記導波路コアの大部分に沿って延びるのに十分な厚さを規定することを特徴とする方法。
【請求項１２】
請求項１０記載の集積光デバイスの製造方法において、前記追加の電極パターンは、前記支持ウエハの前記電極支持面の上方に形成された電極パターンの上方に、前記導波路コアの前記対向側に沿ってずれている追加の単一制御電極を備えていることを特徴とする方法。
【請求項１３】
請求項８記載の集積光デバイスの製造方法において、
前記追加の電極パターンは、前記導波路コアの一方側に沿ってずれている単一の制御電極と、前記導波路コアの対向側に沿ってずれている追加の単一の制御電極とを備えており、
前記支持ウエハの前記電極支持面の上方に形成されている前記電極パターンは、前記導波路コアとほぼ整列する単一の制御電極を備えている
ことを特徴とする方法。
【請求項１４】
請求項１記載の集積光デバイスの製造方法において、前記電極パターンは、Ａｕ、Ｐｔ、Ｃｒ、Ｔａ、Ｔｉ、酸化インディウム錫、及びこれらの組み合わせから選択した少なくとも１つの材料からなることを特徴とする方法。
【請求項１５】
請求項１記載の集積光デバイスの製造方法において、前記電極パターンはＣｒからなることを特徴とする方法。
【請求項１６】
請求項１記載の集積光デバイスの製造方法において、前記電極パターンは、少なくとも約１５００℃の融点を特徴とする導電性材料からなることを特徴とする方法。
【請求項１７】
請求項１記載の集積光デバイスの製造方法において、前記電極パターンは、第１及び第２導電層を備えており、前記第１導電層は比較的強化した接着特性を有し、前記第２導電層は比較的強化した導電性を有することを特徴とする方法。
【請求項１８】
請求項１記載の集積光デバイスの製造方法において、前記バッファ層は、前記電極パターン及び前記支持ウエハ上に形成されることを特徴とする方法。
【請求項１９】
請求項１記載の集積光デバイスの製造方法において、前記バッファ層は、ゾル・ゲル・プロセスによって形成されることを特徴とする方法。
【請求項２０】
請求項１９記載の集積光デバイスの製造方法において、前記ゾル・ゲル・プロセスは、約４００℃未満の最大処理温度であることを特徴とする方法。
【請求項２１】
請求項１記載の集積光デバイスの製造方法において、前記バッファ層は、前記バッファ層の融点よりも少なくとも５００℃低い最大処理温度で形成されることを特徴とする方法。
【請求項２２】
請求項１記載の集積光デバイスの製造方法において、前記バッファ層は、前記電極パターンの融点よりも少なくとも５００℃低い最大処理温度で形成されることを特徴つる方法。
【請求項２３】
請求項１記載の集積光デバイスの製造方法において、前記バッファ層は、プラズマ・エンハンス化学蒸着プロセスによって形成されることを特徴とする方法。
【請求項２４】
請求項２３記載の集積光デバイスの製造方法において、前記プラズマ・エンハンス化学蒸着プロセスは、約１０００℃よりも低い最大処理温度であることを特徴とする方法。
【請求項２５】
請求項１記載の集積光デバイスの製造方法において、前記バッファ層は、シリカ系バッファ層であることを特徴とする方法。
【請求項２６】
請求項１記載の集積光デバイスの製造方法において、該方法は更に、前記バッファ層の十分な量を除去せずに残しつつ、前記バッファ層の一部を除去して、前記電極パターンの上方に残留保護層を規定するステップを備えていることを特徴とする方法。
【請求項２７】
請求項１記載の集積光デバイスの製造方法において、前記バッファ層は、前記デバイスの動作温度及び動作波長において、前記コア材料の屈折率よりも低い屈折率を有する材料からなることを特徴とする方法。
【請求項２８】
請求項１記載の集積光デバイスの製造方法において、前記バッファ層は、前記デバイスの選択した動作温度及び動作波長において、約１．４４０〜約１．４５０の間の屈折率を特徴とする材料からなることを特徴とする方法。
【請求項２９】
請求項１記載の集積光デバイスの製造方法において、前記バッファ層は、約１．３μｍ及び約１．５５μｍの波長の少なくとも一方の光に対して透過性となる材料からなることを特徴とする方法。
【請求項３０】
請求項１記載の集積光デバイスの製造方法において、前記バッファ層は、電気的絶縁性の非金属材料からなることを特徴とする方法。
【請求項３１】
請求項１記載の集積光デバイスの製造方法において、前記コア材料は、ポリマ、シリカ、ドープしたシリカ、及びそれらの組み合わせから選択した材料からなることを特徴とする方法。
【請求項３２】
請求項１記載の集積光デバイスの製造方法において、前記コア層はゾル・ゲル・プロセスによって形成されることを特徴とする方法。
【請求項３３】
請求項１記載の集積光デバイスの製造方法において、前記コア層は、前記デバイスの選択された動作温度及び動作波長において、約１．４５０〜約１．４５５の間の屈折率を有する材料からなることを特徴とする方法。
【請求項３４】
請求項１記載の集積光デバイスの製造方法において、前記コア層の前記部分は、反応性イオン・エッチングによって除去されることを特徴とする方法。
【請求項３５】
請求項１記載の集積光デバイスの製造方法において、前記導波路コアは、導波路マスクを利用して、前記コア材料層にパターニングすることによって形成されることを特徴とする方法。
【請求項３６】
請求項１記載の集積光デバイスの製造方法において、前記クラッディング材料は、光電媒体からなることを特徴とする方法。
【請求項３７】
請求項３６記載の集積光デバイスの製造方法において、前記クラッディング材料は、光電発色団からなることを特徴とする方法。
【請求項３８】
請求項３６記載の集積光デバイスの製造方法において、前記クラッディング材料は、ポッケル効果によって支配される媒体からなることを特徴とする方法。
【請求項３９】
請求項３６記載の集積光デバイスの製造方法において、前記クラッディング材料は、カー効果によって支配される媒体からなることを特徴とする方法。
【請求項４０】
請求項１記載の集積光デバイスの製造方法において、前記クラッディング材料は、ゾル・ゲル・プロセスによって、前記導波路コアと光連通状態に配置されることを特徴とする方法。
【請求項４１】
請求項１記載の集積光デバイスの製造方法において、前記クラッディング材料は、ポリマ溶液として、前記導波路コアと光連通状態に配置はれることを特徴とする方法。
【請求項４２】
請求項１記載の集積光デバイスの製造方法において、前記クラッディング材料は、ポリマ溶液のエアロゾルとして、前記導波路コアと光連通状態に配置されることを特徴とする方法。
【請求項４３】
請求項１記載の集積光デバイスの製造方法において、前記クラッディング材料は、蒸着ポリマとして、前記導波路コアと光連通状態に配置されることを特徴とする方法。
【請求項４４】
請求項１記載の集積光デバイスの製造方法において、前記クラッディング材料は、電着ポリマとして、前記導波路コアと光連通状態に配置されることを特徴とする方法。
【請求項４５】
集積光デバイスの製造方法において、
電極支持面を規定する支持ウエハを用意するステップと、
前記支持ウエハの前記電極支持面の上方に電極パターンを形成するステップと、
前記電極パターンの少なくとも一部の上、及び前記支持ウエハの少なくとも一部の上方に、非ポリマ・バッファ層を形成するステップと、
前記非ポリマ・バッファ層の上方に、導波路コア材料層を形成するステップと、
導波路コアを規定するために、前記コア材料層を部分的に除去するステップと、
ポーリング電圧を前記電極パターンに渡って供給しつつポリマ・クラッディング材料を前記非ポリマ導波路コアと光学的に連通状態に配置して、前記バッファ層、前記クラッディング材料、及び前記導波路コアが、光学的クラッド導波路コアを規定するようにするステップであって、前記クラッディング材料及び前記導波路コアの少なくとも一方が、前記電極パターンに印加される制御信号が前記導波路コアに沿って伝搬する光信号の伝搬特性を変化させるように構成されている、ステップと
からなることを特徴とする方法。
【請求項４６】
請求項４５記載の集積光デバイスの製造方法において、前記ポーリング電圧は、前記クラッディング材料の硬化、架橋（クロス・リンク）、又は熱硬化の間、維持されることを特徴とする方法。
【請求項４７】
請求項４５記載の集積光デバイスの製造方法において、前記クラッディング材料は、光電発色団からなり、前記ポーリング電圧は、前記クラッディング材料で発生する電界に沿って前記発色団を配向させるのに十分となるように印加されることを特徴とする方法。
【請求項４８】
請求項４５記載の集積光デバイスの製造方法において、前記ポーリング電圧の印加に先立って、前記電極パターンの上方に電気的絶縁バリア層が形成され、該電気的絶縁層の上方に前記クラッディング材料が配置されることを特徴とする方法。
【請求項４９】
請求項１記載の集積光デバイスの製造方法において、前記クラッディング材料は、前記コア材料層が規定する厚さよりも大きな厚さを規定することを特徴とする方法。
【請求項５０】
請求項１記載の集積光デバイスの製造方法において、前記コア材料層及び前記バッファ層の更に別の部分が除去されて、前記電極パターンの上方に、１対の接点領域が規定されることを特徴とする方法。
【請求項５１】
請求項５０記載の集積光デバイスの製造方法において、前記１対の接点領域から残留物質を除去するために、前記１対の接点領域がフッ化水素酸で処理されることを特徴とする方法。
【請求項５２】
請求項１記載の集積光デバイスの製造方法において、コア材料含有領域を規定するために、前記バッファ層の部分が除去されることを特徴とする方法。
【請求項５３】
請求項５２記載の集積光デバイスの製造方法において、前記バッファ層の上方に前記導波路コア材料層を形成するのに先立って、前記コア材料含有領域が規定されることを特徴とする方法。
【請求項５４】
請求項１記載の集積光デバイスの製造方法において、前記導波路コア材料層は、前記バッファ層により規定されるコア材料含有領域内に形成されることを特徴とする方法。
【請求項５５】
請求項５４記載の集積光デバイスの製造方法において、前記導波路コア材料層は、前記バッファ層が規定する前記コア材料含有領域を超えて延びていることを特徴とする方法。
【請求項５６】
請求項５４記載の集積光デバイスの製造方法において、前記導波路コア材料層は、前記バッファ層により規定される前記コア材料含有領域内に閉じ込められていることを特徴とする方法。
【請求項５７】
集積光デバイスの製造方法において、
電極支持面を規定する支持ウエハを用意するステップと、
前記支持ウエハの前記電極支持面の上方に電極パターンを形成するステップと、
前記電極パターンの少なくとも一部の上、及び前記支持ウエハの少なくとも一部の上方に、非ポリマ・バッファ層を形成するステップと、
前記非ポリマ・バッファ層の上方に、導波路コア材料層を形成するステップと、
導波路コア及び該コアの長手方向にほぼ平行な方向に該コアの両側に延在している一対のクラッディング含有領域を規定するために、前記コア材料層を部分的に除去するステップと、
ポリマ・クラッディング材料を前記非ポリマ導波路コアと光学的に連通状態に配置して、前記バッファ層、前記ポリマ・クラッディング材料、及び前記導波路コアが、光学的クラッド導波路コアを規定するようにするステップであって、前記クラッディング材料及び前記導波路コアの少なくとも一方が、前記電極パターンに印加される制御信号が前記導波路コアに沿って伝搬する光信号の伝搬特性を変化させるように構成されている、ステップと
からなることを特徴とする方法。
【請求項５８】
請求項５７記載の集積光デバイスの製造方法において、前記クラッディング材料が前記導波路コアと光連通状態となるように、前記１対のクラッディング含有領域の少なくとも大部分の中に、前記クラッディング材料が配置されることを特徴とする方法。
【請求項５９】
集積光デバイスの製造方法において、
電極支持面を規定する支持ウエハを用意するステップと、
前記支持ウエハの前記電極支持面の上方に、電極パターンを形成するステップと、
約４００℃未満の最大処理温度を有するゾル・ゲル・プロセスによって、前記電極パターン及び前記支持ウエハの上方にバッファ層を形成するステップと、
前記バッファ層の上方に、導波路コアを形成するステップと、
前記導波路コアと光連通状態にクラッディング材料を配置して、前記バッファ層、前記クラッディング材料、及び前記導波路コアにより光学的クラッド導波路コアを規定するステップであって、前記電極パターンに印加する制御信号が前記導波路コアに沿って伝搬する光信号の透過特性を変化させるように、前記クラッディング材料及び前記導波路コアの少なくとも一方を構成する、ステップと
からなることを特徴とする方法。
【請求項６０】
集積光デバイスにおいて、
電極支持面を規定する支持ウエハと、
前記支持ウエハの前記電極支持面の上方に形成した電極パターンと、
前記電極パターンの少なくとも一部の上、及び前記支持ウエハの少なくとも一部の上方に形成した、非ポリマ・バッファ層と、
前記バッファ層の上方に形成した非ポリマのシリカ系（シリカ・ベース）の導波路コア材料層と、
前記導波路コアと光連通状態にあるポリマ・クラッディング材料であって、前記非ポリマ・バッファ層、前記ポリマ・クラッディング材料、及び前記導波路コアが光学的クラッド導波路コアを規定し、前記電極パターンに印加する制御信号が前記導波路コアに沿って伝搬する光信号の透過特性を変化させるように、前記クラッディング材料及び前記導波路コアの少なくとも一方が構成されている、クラッディング材料と
を備えていることを特徴とする集積光デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光信号の伝送に関し、更に特定すれば、変調、減衰、分極(polarization)制御、及び光信号の切換を必要とする用途において有用な、導波路デバイスの改良に関する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００２】
本発明の目的は、変調、減衰、偏波制御、及び光信号の切替を必要とする用途に有用な、導波路デバイスの改良、及び改良した導波路デバイスの製造方式を提供することである。本発明のその他の目的は、ここに具体化した発明の説明に鑑みれば明白であろう。
【課題を解決するための手段】
【０００３】
埋め込み電極を含む集積光デバイス、及びこのようなデバイスの製造方法を提供する。本発明の一実施形態によれば、この方法は、（ｉ）電極支持面を規定する支持ウエハを用意するステップと、（ｉｉ）支持ウエハの電極支持面の上方に電極パターンを形成するステップと、（ｉｉｉ）電極パターンの少なくとも一部の上、及び支持ウエハの少なくとも一部の上方に、非ポリマ・バッファ層を形成するステップと、（ｉｖ）非ポリマ・バッファ層の上方に導波路コア材料層を形成するステップと、（ｖ）導波路コアを規定するために、コア材料層の一部を除去するステップと、（ｖｉ）クラッディング材料を導波路コアと光連通状態に配置し、バッファ層、クラッディング材料、及び導波路コアが、光学的クラッド導波路コアを規定するようにするステップとからなる。
【０００４】
本発明の別の実施形態によれば、バッファ層は、約４００℃未満の最大処理温度を特徴とするゾル・ゲル・プロセスによって、電極パターン及び支持ウエハの上方に形成される。
本発明の別の実施形態によれば、支持ウエハと、電極パターンと、非ポリマ・シリカ系バッファ層と、導波路コア材料層と、クラッディング材料とを備えている集積光デバイスを提供する。支持ウエハは、電極支持面を規定する。支持ウエハの電極支持面の上方に、電極パターンを形成する。電極パターンの少なくとも一部の上、及び支持ウエハの少なくとも一部の上方に、非ポリマ・シリカ系バッファ層を形成する。バッファ層の上方に導波路コア材料層を形成する。クラッディング材料は、導波路コアと光連通状態にあり、バッファ層、クラッディング材料、及び導波路コアが光学的クラッド導波路コアを規定するようにする。
【０００５】
本発明の具体的な実施形態に関する以下の詳細な説明は、以下の図面と関連付けて読解すれば、最良に理解することができる。図面においては、同様の構造を同様の参照番号で示すこととする。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
図１〜図４を最初に参照すると、本発明による集積光デバイス１０が示されている。尚、デバイス１０は、埋め込み電極、光学的機能又は非機能クラッディング、及び光学的機能又は非機能導波路コアが用いられている種々の具体的な導波路デバイスの任意の形態とすることができるので、デバイス１０は包括的な意味で図示されている。例えば、本発明の教示は、公開米国特許出願２００３／０１７４９８２−Ａ１（Electrode and Core Arrangement for Polarization Independent Waveguides: 偏波独立導波路）及び２００３／００５９１８９−Ａ１（Waveguides and Devices Incorporating Optically Functional Cladding Regions: 導波路及び光学的機能クラッディング領域を含むデバイス）に開示されている１つ以上のデバイスとの関連において適用することができる。本願の教示は、これら及びその他の関連する引例の教示と共に利用すれば、種々の動作可能デバイス及び製造方式の任意のものを実現することができる。
【０００７】
再度図１〜図４を参照すると、各集積光デバイス１０は、支持ウエハ２０、電極パターン３０、非ポリマ・シリカ系バッファ層４０、導波路材料層５０及びコア５２、クラッディング材料６０、並びに１又は複数の接点領域８０を備えている。支持ウエハ２０は、シリカ・コーティング２５を担持するシリコン・ウエハ２４として設けられており、シリカ・コーティングは電極支持面２２を規定する。電極パターン３０は、支持ウエハ２０の電極支持面２２の上方に形成されている。バッファ層４０は、電極パターン３０及び支持ウエハ２０の上方に形成されている。導波路コア材料層５０は、バッファ層４０の上方に形成されている。
【０００８】
本発明を説明し規定する目的のために、位置の用語「上方」(over)及び「上」(on)のそれぞれの意味の間に区別を意図していることを注記しておく。具体的には、ある層が別の層の「上方」(over)に形成されている場合、これら２つの層の間に別の材料の介在層が存在し得ると考えられる。対照的に、ある層が別の層の「上」(on)に形成されている場合、介在する層はないと考えられる。例えば、図１を参照すると、コア材料層５０は、支持ウエハ２０の「上」ではなく、「上方」に形成されていると言うことができる。
【０００９】
この中で更に詳しく説明するが、電極パターン３０、バッファ層４０、及び導波路コア５２は、１つ以上の電気的に絶縁され実質的に同一面上にある制御電極３２、３４を含むことができる電極パターン３０が、デバイス内部の導波路コア５２の直下に埋め込まれるように形成する。１又は複数の接点領域８０は、電極パターン３０の上方に形成される。導電性エポキシ８４の補助により、ワイヤ・ボンディングによって、又はリード８２を電極パターン３０に導電状態に結合する他の任意の適した手段によって、接点領域８０において導電性リード８２を電極パターン３０と接触させることができる。導電性リード８２を電極パターンと接触させる前に、１対の接点領域を、フッ化水素又はその他の適した物質で処理し、残留クラッディング材料を含む残留絶縁材料を１対の接点領域８０から除去するとよい。
【００１０】
本発明による種々の製造方法について、図５〜図７を参照しながら説明することができる。最初に、電極支持面２２を規定する支持ウエハ２０を用意する。支持ウエハ２０の電極支持面２２の上方に、電極パターン３０を形成する（図５参照）。次に、非ポリマ、シリカ系バッファ層４０を、電極パターン３０及び支持ウエハ２０の上方に形成する。バッファ層４０の上方に、導波路コア材料層５０を形成する（図６参照）。コア材料層５０の一部を除去し、導波路コア５２と、導波路コア５２の長手方向にほぼ平行な方向に、導波路コア５２の対向する両側に沿って延びる１対のクラッディング含有領域５４とを規定する（図７参照）。このように、図１〜図３に示すクラッディング材料６０は、初期状態ではゲルや粘性流体のように実質的に非剛性材料であることが多いが、１対のクラッディング含有領域５４内に、導波路コア５２と光連通状態で配置することができる。クラッディング含有領域は、クラッディング材料６０を安定してデバイス１０内に定在することができる有効な手段を設ける。
【００１１】
図１〜図３に示すように、クラッディング含有領域５４の形成中にバッファ層の除去を実行する程度は、様々に異なる可能性がある。例えば、図１の実施形態では、バッファ層４０の内のクラッディング含有領域５４と並んでいる部分のほぼ全てを、クラッディング含有領域の形成中に除去する。対照的に、図２の実施形態では、バッファ層４０は、クラッディング含有領域の形成工程によって殆ど影響を受けずに残っている。図３では、クラッディング含有領域５４と並んでいるバッファ層４０の大部分が残留し、クラッディング含有領域５４内において、電極パターンの上方に残留保護層４２を規定する。
【００１２】
図２及び図３の実施形態では、クラッディング含有領域５４における残留バッファ層は、１対の制御電極３２、３４間に電気的絶縁バッファを形成するのに十分な厚さとする。図７に示すように、クラッディング含有領域５４内にあるバッファ層の厚さをほぼ全て除去する場合、１対のクラッディング含有領域５４内にクラッディング材料を配置する前に、１対の制御電極３２、３４の上方に電気絶縁バリア層７０を設けることが好ましい場合もある。絶縁バリア層７０は、シリカ又はその他の適した電気絶縁材料で構成すればよい。
【００１３】
本発明による製造工程に関する以上の説明は、一般的なものであり、本発明の範囲以内で種々の適した製造工程を採用できると考えられる。例えば、限定ではなく例示として図１を参照すると、導波路コア５２を形成する際に用いることができるプロセスによって、制御電極３２、３４が占有する面３５からずれており、これとほぼ平行な面におけるコア５２の位置を、制御電極面３５内にある１対の制御電極３２、３４のそれぞれの位置に関して制御することが考えられる。例えば、限定ではなく例示として、導波路マスクを利用してコア材料層のパターニングを行い、例えば導波路構造を反応性イオン・エッチングすることによって、コア層５０の該当する部分を除去することができる。
【００１４】
電極パターン３０は、適した導電性材料であれば任意のもので構成してもよい。例えば、Ａｕ、Ｐｔ、Ｃｒ、Ｔａ、Ｔｉ、酸化インディウム錫、及びその組み合わせが適した導電性材料となることが考えられる。Ｃｒは、その優れた接着特性及び比較的低い抵抗率のために、多くの実施形態において有利である可能性が高い。特に有利な導電性材料は、少なくとも約１５００℃の融点を有しているものである。図１３を参照すると、電極パターンは、第１及び第２導電層３６、３８、即ち、接着特性が比較的強化されている第１導電層３６と、導電特性が比較的強化されている第２導電層３８とで構成される。電極パターンは、約６００Å〜約２０００Åの間の厚さを規定する。
【００１５】
バッファ層４０及びクラッディング層６０は、好ましくは、デバイスの動作温度及び動作波長において、コア材料５０の屈折率よりも低い屈折率を有する材料で構成する。例えば、コア５２が、デバイスの選択された動作温度及び動作波長において約１．４５０〜約１．４５５の間の屈折率を有する材料で構成されている場合、バッファ層４０及びクラッディング材料６０は、約１．４４０〜約１．４５０の間の屈折率を有する材料で構成すればよい。バッファ層４０及びクラッディング層６０は、少なくとも１つの共通に用いられる電気通信波長、例えば、約８６０ｎｍ、約１．３μｍ、及び約１．５５μｍの光に対して、又はデバイス１０の選択された動作波長において、透過性であることが好ましい。
【００１６】
尚、バッファ層４０を確実に電気的絶縁性を有する非金属材料で構成すると有利な場合がある。例えば、バッファ層は、シリカ、ＳｉＯｘ（１．５＜ｘ＜２）、ＳｉＯＮ、絶縁性の金属酸化物ガラス、及びその組み合わせで構成することができる。典型的なバッファ層の寸法は、厚さが約３μｍ〜約１０μｍの間であるが、種々の厚さが適していることもある。
【００１７】
本発明の一実施形態によれば、バッファ層４０は、最大処理温度が約４００℃未満であることを特徴とするゾル・ゲル・プロセスによって形成される。このように、バッファ層４０は、電極パターン３０への損傷や電極パターン３０の劣化が生じる虞れがない処理温度で形成することができる。ゾル・ゲル処理を利用すると、本発明による光デバイスのために受動、能動、及び非線形の光学材料を形成することができる。フォトリソグラフィ規定の原理及び望ましい特徴の多くは、ゾル・ゲル材料にも拡大することができる。ゾル・ゲル技法では、低温重合反応によって有機前駆体からガラスを形成するが、組成及び構造の柔軟性に関して、好適な利点が得られる。一般に、ゾル・ゲル・プロセスは、３つの工程からなる。最初に、酸化物粒子のコロイド懸濁液を、加水分解及び前駆体（例えば、及びアルコキシド）の凝縮によって形成する。次に、ゾルを乾燥させ、更に凝縮することによって半剛性「ゲル」(semi-rigid gel)を作成する。最後に、このゲルの熱処理を用いて、残留する有機リーガンド（配位子）を除去し、高密度化を完了する。ゾルは、ディップ・コーティング、スピン・コーティング、又はスプレー・コーティングすることができる。多数のコーティングによって、厚膜を得ることができる。
【００１８】
尚、他の処理方式を用いて、バッファ層４０を形成可能である。バッファ層４０が高融点のシリカ系材料２１（ｍｐ＞１５００℃）からなる場合、好ましい処理方式は、シリカ系材料４０の融点及び電極パターン３０の重要な即ち主要な成分の融点よりもかなり低い温度（例えば、少なくとも約５００℃低い温度）においてバッファ層の形成を可能とするものを選択しなければならない。このように、本発明によるバッファ層は、電極パターン３０の材料に損傷を生ずることなく形成することができる。例えば、前述のゾル・ゲル処理したものに加えて、バッファ層４０は、最大処理温度が例えば約１０００℃未満であるプラズマ・エンハンス化学蒸着プロセスによって形成することもできる。
【００１９】
導波路コア材料層５０は、導波路コアとしての動作に適した材料であれば任意のもので構成することができる。例えば、適した材料は、限定ではないが、ポリマ、シリカ、ドープしたシリカ、及びその組み合わせを含む。導波路コア材料層５０は、バッファ層４０に関連して先に説明したと同様に、ゾル・ゲル・プロセスによってバッファ層４０の上方に形成することができる。好ましくは、コア層５０は、８６０ｎｍ、１．３μｍ、１．５５μｍ、又はデバイス１０の遠隔通信又は動作に適した任意の波長の光に対して、透過性である材料からなる。本発明によって、種々のコア層の寸法が考えられるが、典型的なコア層は、約３μｍ〜約１０μｍの間の厚さである。
【００２０】
クラッディング材料６０は、光電媒体、又は電極パターン３０に印加した制御信号が、導波路コア５２に沿って伝搬する光の速度、位相、偏波、振幅、又はその他の何らかの特性を変化させる他の任意の媒体で構成することができる。種々の従来のクラッディング材料が本発明における使用に適しているが、先に示した特許文書は、さらに別の適した媒体を選択することができることを示している。例えば、クラッディング材料は、ポリマ媒体又は非ポリマ媒体で構成することができる。ポリマ・クラッディング媒体の例には、限定するものではないが、熱可塑性材料、熱硬化性材料、ＵＶ硬化性材料、架橋材料、及びゾル・ゲル材料が含まれる。クラッディング材料６０は、光電発色団を含むことができ、更にポッケル効果媒体、カー効果媒体、又はその組み合わせで構成することもできる。図１４及び図１５を参照しながら以下で更に詳しく説明するが、導波路コア５２を形成するコア材料も、電極パターン３０に印加した制御電極が、導波路コア５２に沿って伝搬する光の速度、位相、偏波、振幅、又はその他の透過（伝達）特性を変化させる媒体で構成することもできる。
【００２１】
クラッディング材料６０は、バッファ層４０を参照しながら先に説明したのと同様に、ゾル・ゲル・プロセスによって、クラッディング含有領域内に配置することができる。また、クラッディング材料６０は、溶液として、溶液のエアロゾルとして、蒸着材料として、又は電着材料(electro-deposited material)として、クラッディング含有領域５４内に配置することもできる。図１〜図３に示したように、クラッディング材料６０は、コア材料層５０が規定する厚さと少なくとも同じ厚さであることが好ましい。
【００２２】
有極クラッディング材料(poled cladding material)６０が好ましい場合、クラッディング材料６０をクラッディング含有領域５４内に配置しつつ、ポーリング電圧を電極パターン３０全体に印加すればよい。好ましくは、クラッディング材料の硬化、クロス・リンク、乾燥、又は熱硬化の間ポーリング電極を維持する。例えば、クラッディング材料６０が光電発色団を備えている場合、ポーリング電圧は、発色団をクラッディング材料６０内のポーリング磁場に沿って配向するのに十分となるように印加する。図７に示すように、ポーリング電圧の印加、及びクラッディング材料６０の電気的絶縁層７０上方への配置に先立って、電気的絶縁バリア層７０を電極パターンの上方に形成するとよい。
【００２３】
これより図８〜図１１を参照するが、追加の電極パターン９０を、シリカ又はその他の適した材料の電極９２上に形成し、支持ウエハ２０の電極支持面２２の上方に形成されている電極パターン３０の上に配置することができる。図８では、例えば、追加の電極パターン９０は、導波路コア５２とほぼ並んでいる単一の制御電極を備えている。図９では、追加の電極パターン９０は、導波路コア５２の一方側に沿ってずれている単一の制御電極を備え、支持ウエハ２０の電極支持面２２の上方に形成された電極パターン３０は、導波路コア５２の逆側に沿ってずれている単一の制御電極を備えている。その結果得られる電界の輪郭は、コア５２に比較的近い区域では大部分が水平であり、コア５２から偏倚したクラッディング材料の部分では大部分が垂直となっている。このように、電界の輪郭は、電界及びポーリング輪郭のそれぞれの向きが、有極クラッディング材料又は光学的機能コア材料の光学的複屈折を補償するように構成されるようになっている。その結果、導波路デバイス１０のＴＭモード屈折率は、導波路１０のＴＥモード屈折率とほぼ等しくすることができる。あるいは、電極及びコアは、それぞれの屈折率の変化がほぼ等しくなるように構成することもできる。加えて、電極及びコアを、偏波モードの１つのみに作用するように構成してもよい。
【００２４】
図１０〜図１２の実施形態の電極構成は、導波路デバイス１０のＴＭモード屈折率が導波路コア１０のＴＥモード屈折率にほぼ等しくなることを可能にするためのものである。即ち、図１０において、追加の電極パターン９０の単一の制御電極が、導波路コア５２の一方側に沿ってずれており、導波路コア５２の大部分に沿って延びるのに十分な厚さを有している。電極パターン３０の制御電極は、導波路コア５２の逆側に沿ってずれている。その結果得られる電界の輪郭は、厚さを増した電極を有するコア５２の側では、大部分が水平であり、コア５２の対向する側では、大部分が垂直である。
【００２５】
同様に、図１１において、追加の電極パターン９０の制御電極の１つが、導波路コア５２の一方側に沿ってずれており、導波路コア５２の大部分に沿って延びるのに十分な厚さを有している。電極パターン９０の追加の制御電極が、導波路コア５２の逆側に沿ってずれており、厚さが減少している。その結果得られる電界の輪郭は、厚さを増した電極を有するコア５２の側では、大部分が水平であり、コア５２の対向する側では大部分が垂直である。
【００２６】
図１２では、追加の電極パターン９０は、導波路コア５２の対向する両側に沿ってずれている１対の制御電極を備えている。支持ウエハ２０の電極支持面２２の上方に形成されている電極パターン３０は、導波路コア５２とほぼ整列する単一の制御電極を備えている。その結果得られた電界の輪郭は、追加電極パターン９０の電極対と整列するクラッディング６０の区域では大部分垂直であり、コアに隣接するクラッディングの区域では大部分が水平であり、コア５２の区域では大部分が垂直である。
【００２７】
図１４及び図１５を参照すると、コア５２を形成する材料は、光学的機能材料、即ち、光電媒体、又は電極パターン３０、９０に印加される制御信号が、導波路コア５２に沿って伝搬する光の速度、位相、偏波、振幅、又はその他の透過特性を変化させる、その他の任意の媒体で構成することができる。図１４及び図１５の実施形態では、コア材料含有領域を規定するようにバッファ層４０の一部を除去し、コア材料をコア材料含有領域に導入する。コア材料含有領域は、バッファ層の上方への導波路コア５２の形成に先立って、バッファ層４０内に規定される。本発明を規定し説明する上で、コア５２をバッファ層４０の「上方」に形成されていると記載したが、これはバッファ層４０全体の上方に配置されているのではない。
【００２８】
図１４の実施形態では、導波路コア材料はコア材料含有領域を超えて延び、コア材料オーバーレイヤ５６を規定する。対照的に、図１５の実施形態では、導波路コア材料は、バッファ層４０が規定するコア材料含有領域内にほぼ閉じこめられる。
図１４及び図１５は、２つの異なる種類の電極構成も示す。種々の適した電極配置を図１４及び図１５の実施形態において用いることができ、本発明の残りの実施形態において図示したものを含む。
【００２９】
本発明を定義しかつ説明する目的上、「光」又は「光信号」の波長は、いずれの特定の導波路や電磁スペクトルの一部に限定されない。むしろ、「光」及び「光信号」という用語は本明細書を通じて相互交換可能に用いられており、別個の主題を集合的に包含することを意図しておらず、ここでは、光導波路において伝搬可能な電磁放射線の任意の波長を包含するように規定されている。例えば、電磁スペクトルの可視部分及び赤外部分における光又は光信号は、双方とも光導波路内を伝搬することができる。光導波路は、適した信号伝搬構造であれば任意のもので構成してもよい。光導波路の例には、限定ではないが、光ファイバ、スラブ導波路、及び、例えば、集積光学回路において用いられる薄膜が含まれる。
【００３０】
本発明を説明し規定する目的のために、「ほぼ（実質的に）」という用語は、いずれかの定量的比較、値、測定、又はその他の表現に帰することができる不確実性の固有の度合いを表すためにここでは利用されている。また、「ほぼ」という用語は、定量的表現が、問題の主題の基本的機能の変化を生ずることなく、定められた基準から変動し得る度合いを表すために、ここでは利用されている。
【００３１】
以上、詳細に、そして具体的な実施形態を参照しつつ本発明について説明したが、添付した特許請求の範囲に規定されている本発明の範囲から逸脱することなく、変更や変形が可能であることは明白であろう。例えば、本発明の種々の実施形態を参照すると、本発明の種々のコア、クラッディング、バッファ、及びオーバーレイヤ領域、並びにそのそれぞれの異なる部分は、光学的に機能する材料又は非機能的な材料を含む場合もある。また、本発明による導波路デバイスは、遠隔通信や、他の種類の光ネットワークにも採用可能である。加えて、本発明の態様の一部は、ここでは、好ましい、典型的な、又は特に有利なものとして特定したが、本発明はかならずしもこれらの発明の態様に限定される訳ではないことを想定している。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の実施形態による、電極埋め込み集積光デバイスを断面で示す模式図である。
【図２】本発明の実施形態による、電極埋め込み集積光デバイスを断面で示す模式図である。
【図３】本発明の実施形態による、電極埋め込み集積光デバイスを断面で示す模式図である。
【図４】図１〜図３に示した集積光デバイスの一部を平面図で示す模式図である。
【図５】本発明による集積光デバイスを製造する方法を示す図である。
【図６】本発明による集積光デバイスを製造する方法を示す図である。
【図７】本発明による集積光デバイスを製造する方法を示す図である。
【図８】図１〜図３に示した埋め込み電極に加えて、制御電極を含む本発明の実施形態による集積光デバイスを断面で示す模式図である。
【図９】図１〜図３に示した埋め込み電極に加えて、制御電極を含む本発明の実施形態による集積光デバイスを断面で示す模式図である。
【図１０】図１〜図３に示した埋め込み電極に加えて、制御電極を含む本発明の実施形態による集積光デバイスを断面で示す模式図である。
【図１１】図１〜図３に示した埋め込み電極に加えて、制御電極を含む本発明の実施形態による集積光デバイスを断面で示す模式図である。
【図１２】図１〜図３に示した埋め込み電極に加えて、制御電極を含む本発明の実施形態による集積光デバイスを断面で示す模式図である。
【図１３】本発明による埋め込み電極の代替設計の図である。
【図１４】本発明の実施形態による更に別の集積光デバイスを断面で示す模式図である。
【図１５】本発明の種々の実施形態による更に別の集積光デバイスを断面で示す模式図である。
【図１】
2006507537.tif 000003
【図２】
2006507537.tif 000004
【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】
2006507537.tif 000011
【図１０】
2006507537.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
2006507537.tif 000014
【図１３】
2006507537.tif 000015
【図１４】
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【図１５】
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【手続補正書】
【提出日】平成17年7月27日(2005.7.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
集積光デバイスの製造方法において、
電極支持面を有する支持ウエハを用意するステップと、
前記支持ウエハの前記電極支持面の上方に電極パターンを形成するステップと、
前記電極パターンの少なくとも一部の上、及び前記支持ウエハの少なくとも一部の上方に、非ポリマ・バッファ層を形成するステップと、
前記非ポリマ・バッファ層の上方に、非ポリマのシリカ系の導波路コア材料層を形成するステップと、
非ポリマ導波路コアを規定するために、前記コア材料層を部分的に除去するステップと、
ポリマ・クラッディング材料を前記非ポリマ導波路コアと光学的に連通状態に配置して、前記非ポリマ・バッファ層、前記ポリマ・クラッディング材料、及び前記非ポリマ導波路コアが、光学的クラッド導波路コアを規定するようにするステップであって、前記クラッディング材料及び前記導波路コアの少なくとも一方が、前記電極パターンに印加される制御信号が前記導波路コアに沿って伝搬する光信号の伝搬特性を変化させるように構成されている、ステップと
からなることを特徴とする製造方法。
【請求項２】
請求項１記載の集積光デバイスの製造方法において、前記電極パターン、前記バッファ層、及び前記導波路コアは、前記電極パターンを前記デバイス内において前記導波路コアの直下に埋め込むように形成されることを特徴とする製造方法。
【請求項３】
請求項１記載の集積光デバイスの製造方法において、
前記電極パターンは、前記電極支持面の上方に、少なくとも２つの電気的に絶縁された制御電極を規定するように形成され、
電気的絶縁バリア層が、前記クラッディング材料を前記導波路コアと光学的に連通状態に配置する前に、電気的絶縁バリア層が前記制御電極の上方に形成され、
前記クラッディング材料を前記導波路コアと光学的に連通状態に配置する前に、前記電極パターンの上方に形成された前記バッファ層の十分な量を除去せずに残して、前記電気的絶縁バリアを形成する
ことを特徴とする製造方法。
【請求項４】
請求項１記載の集積光デバイスの製造方法において、前記バッファ層は、前記伝教パターン及び前記支持ウエハ上に形成されることを特徴とする製造方法。
【請求項５】
請求項１記載の集積光デバイスの製造方法において、前記バッファ層は、約４００℃未満の最大処理温度の元で行われるゾル・ゲル・プロセスで形成されることを特徴とする方法。
【請求項６】
請求項１記載の集積光デバイスの製造方法において、該方法はさらに、前記バッファ層の十分な量を残しつつ該バッファ層の部分を除去して、前記電極パターンの上方に残りの保護層を規定するステップを備えていることを特徴とする製造方法。
【請求項７】
請求項１記載の集積光デバイスの製造方法において、前記コア層は、ゾル・ゲル・プロセスによって形成されることを特徴とする製造方法。
【請求項８】
請求項１記載の集積光デバイスの製造方法において、前記クラッディング材料は、ゾル・ゲル・プロセスによって、前記導波路コアと光学的に連通するように配置されることを特徴とする製造方法。
【請求項９】
請求項１記載の集積光デバイスの製造方法において、前記クラッディング材料は、ポリマ溶液として、ポリマ溶液のエアロゾルとして、蒸着ポリマとして、又は電着ポリマとして、前記導波路コアと光学的に連通するように配置されることを特徴とする製造方法。
【請求項１０】
請求項１記載の集積光デバイスの製造方法において、
前記クラッディング材料は、ポーリング電圧を前記電極パターンに渡って供給しつつ、前記導波路コアと光学的に連通状態に配置され、
前記ポーリング電圧の供給の前に、電気的絶縁バリア層が前記電極パターンの上方に形成され、
前記クラッディング材料は、前記電気的絶縁バリア層の上方に配置される
ことを特徴とする製造方法。
【請求項１１】
請求項１記載の集積光デバイスの製造方法において、導波路コア及び該コアの対抗する２つの側部に該コアの長手方向にほぼ平行に伸びるクラッディング含有領域を規定するために、前記コア材料の部分が除去されることを特徴とする製造方法。
【請求項１２】
請求項１記載の集積光デバイスの製造方法において、前記バッファ層の部分が除去されて、コア材料含有領域が規定されることを特徴とする製造方法。
【請求項１３】
請求項１記載の集積光デバイスの製造方法において、前記コア材料含有領域は、前記バッファ層の上方に前記導波路コア材料層を形成する前に、規定されることを特徴とする製造方法。
【請求項１４】
請求項１記載の集積光デバイスの製造方法において、前記導波路コア材料層は、前記バッファ層により規定される前記コア材料含有領域内に形成されていることを特徴とする製造方法。
【請求項１５】
集積光デバイスにおいて、
電極支持面を有する支持ウエハと、
前記支持ウエハの前記電極支持面の上方に形成された電極パターンと、
前記電極パターンの少なくとも一部の上、及び前記支持ウエハの少なくとも一部の上方に形成された非ポリマ・バッファ層と、
前記バッファ層の上方に形成された非ポリマのシリカ・ベースの導波路コア材料層と、
前記導波路コアと光学的に連通状態にあるポリマ・クラッディング材料であって、前記非ポリマ・バッファ層、前記ポリマ・クラッディング材料、及び前記非ポリマ導波路コアが光学的クラッド導波路コアを規定し、前記電極パターンに印加される制御信号が前記導波路コアに沿って伝搬する光信号の透過特性を変化させるように、前記クラッディング材料及び前記導波路コアの少なくとも一方が構成されている、クラッディング材料と
を備えていることを特徴とする集積光デバイス。
【国際調査報告】
2006507537.tif 000018
2006507537.tif 000019
2006507537.tif 000020
2006507537.tif 000021