(57)【要約】【課題】光導波路形波長フィルタの中心波長の温度無依存化あるいは温度依存性増強を、光導波路を形成する材料の制約を受けることなく行う。【解決手段】光導波路は、光導波路に応力分布を持たせることによって、光導波路の中心波長の温度無依存化を図る。この応力分布による光導波路の中心波長の温度無依存化は、光導波路を形成する材料によらないため、光導波路を形成する材料の制約を受けることなく行うことができる。光導波路に応力分布を持たせる態様として、クラッド上にコアを成膜して生成し、このコアの表面層の一部を削除することで応力分布を調整し、中心波長の温度依存性を調整する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
材料固有の屈折率の温度係数が正のコアおよびクラッドを有する光導波路であり、
前記コアに、当該コアの膜厚方向に、コアとクラッドとを跨ぐ領域の等価屈折率の温度係数を負にする応力分布を持たせ、
前記光導波路は、前記応力分布による負の温度係数と、コアおよびクラッドの材料に固有の正の温度係数とにより定まる等価屈折率の温度係数を有することを特徴とする、光導波路。
【請求項２】
前記応力分布は、クラッド上へのコアの成膜により生成された応力分布であることを特徴とする請求項１に記載の光導波路。
【請求項３】
前記応力分布は、クラッド上へのコアの成膜および当該成膜後のエッチバックにより生成された応力分布であることを特徴とする請求項１に記載の光導波路。
【請求項４】
前記応力分布は、クラッド上へのコアの成膜および当該成膜後のアニールにより生成された応力分布であることを特徴とする請求項１に記載の光導波路。
【請求項５】
材料固有の屈折率の温度係数が正のコアおよびクラッドを有する光導波路において、
前記コアに、当該コアの膜厚方向に、コアとクラッドとを跨ぐ領域の等価屈折率の温度係数を負にする応力分布を生成し、
当該負の温度係数により、コアおよびクラッドの材料が固有に有する正の屈折率の温度係数を補償して、光導波路の等価屈折率の温度係数を調整することを特徴とする、光導波路の光路長温度係数調整方法。
【請求項６】
クラッド上にコアを成膜生成することにより、当該コアに前記応力分布を生成することを特徴とする、請求項５に記載の光導波路の光路長温度係数調整方法。
【請求項７】
クラッド上にコアを成膜生成した後、当該成膜生成後のコアの表層をエッチバックすることにより当該コアの応力分布を調整することを特徴とする、請求項５に記載の光導波路の光路長温度係数調整方法。
【請求項８】
クラッド上にコアの成膜生成した後、当該成膜生成後のコアをアニールすることにより当該コアの応力分布を調整することを特徴とする、請求項５に記載の光導波路の光路長温度係数調整方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光導波路に関し、特に、光導波路形波長フィルタの中心波長の温度に対する依存性の低減化あるいは増強に関する。
【背景技術】
【０００２】
光通信においてマイクロリング共振器フィルタを含めた波長フィルタなどの光導波路デバイスは温度依存性を有していることが知られている。例えば、一般的に波長フィルタなどは温度依存性を有しており、温度変化に伴ってフィルタ特性が変化する。半導体で製作した波長フィルタの温度依存性は０．１［ｎｍ／Ｋ］程度であり，石英系においても０．０１［ｎｍ／Ｋ］程度の温度依存性がある。
【０００３】
シングルモードファイバの低損失波長帯である１．５５μｍ帯の４０〜１００ｎｍの波長帯域に、光信号を０．８ｎｍ（１００ＧＨｚ）あるいは０．４ｎｍ（５０ＧＨｚ）の狭い波長間隔で３２波〜１６０波多重化する高密度波長分割多重方式（Dense Wavelength Division Multiplexing:DWDM）では、光信号を前記した狭い波長間隔で通信を行っており、光通信システムでは約８０℃〜１００ ℃の温度範囲での安定動作が要求されるので、温度依存性は非常に大きな問題である。
【０００４】
現在、ペルチェ素子やヒータと温度センサとを用いて温度を一定に保つことにより、温度に対してフィルタ特性の無依存化がなされているが、コストおよび省電力化の点で不利である。
【０００５】
一般に，干渉あるいは共振を利用した波長フィルタとしてファブリ・ペロー型共振器、分布帰還型共振器、マッハツェンダ干渉計型フィルタ、アレイ導波路格子（ＡＷＧ）型波長フィルタ等が知られているが、これらの中心波長λ0は光路長Ｓの温度依存性のために変化する。
【０００６】
中心波長λ0はいずれの種類のフィルタの場合も次式のようになる。
λ0＝ｎeqＬ／Ｎ
【０００７】
ただし、Ｌは光導波路の長さ（マッハツェンダ型やＡＷＧ型では光路の長さの差）であり、ｎeq（＝β／κ0）は等価屈折率、Ｎは共振（あるいは干渉）次数である。この式を用いて中心波長λ0および中心周波数ν0の温度依存性を求めると次式が得られる。
ｄλ0／ｄＴ＝（１／Ｌ）・（ｄＳ／ｄＴ）・（λ0／ｎeq）
ｄν0／ｄＴ＝−（１／Ｌ）・（ｄＳ／ｄＴ）・（ν0／ｎep）
【０００８】
ここで、上記式中の（１／Ｌ）・（ｄＳ／ｄＴ）は「光路長温度係数」と呼ばれる値である。この式は、フィルタの中心波長の温度依存性は光路長温度係数に比例していることを表している。例えば，中心波長λ0＝１．５５μｍの場合、ガラス光導波路や半導体光導波路の光路長温度係数は（１／Ｌ）・（ｄＳ／ｄＴ）≒１０−４〜１０−５［１／Ｋ］程度であるので、中心波長の温度依存性はｄλ0／ｄＴ≒０．０１〜０．１［ｎｍ／Ｋ］程度となる。
【０００９】
このことから、高密度な周波数多重光通信を実用化するためには、この光路長の温度依存性が非常に大きな問題となる。現在、素子加熱によって温度を一定に保つことにより温度に対してフィルタ特性の無依存化がなされているが、コストおよび省電力化の点で不利である。
【００１０】
したがって、光導波路や導波路や光導波路を利用した狭帯域波長フィルタの開発においては、アサーマル条件を満たすことが求められている。
【００１１】
ここで、光路長は、導波光が伝搬に伴って生じる位相変化量を真空中の平面波の伝搬定数で割った値と定義される。また、屈折率ｎの媒質中を距離Ｌだけ進む光に対する光路長Ｓは、Ｓ≡ｎ・Ｌと定義される。ここで、媒質の屈折率と長さは温度によって変化するため、この光路長Ｓも温度依存性を持つ。そこで、この光路長の温度依存性を長さＬで規格化した（１／Ｌ）・（ｄＳ／ｄＴ）を光路長温度係数と定義する。
【００１２】
バルク媒質中の空間ビームや光ファイバ、光集積回路の導波路などの空気層を含まない一様媒質中を伝搬する光に対する光路長Ｓは、媒質の屈折率ｎとその長さＬの積によってＳ≡ｎ・Ｌのように表される。したがって、光路長Ｓの温度依存性は、上記式の両辺を温度で全微分することにより、
ｄＳ／ｄＴ＝Ｌ・（ｄｎ／ｄＴ）＋ｎ・（ｄＬ／ｄＴ）
となり、長さＬで規格化した光路長温度係数（１／Ｌ）・（ｄＳ／ｄＴ）は、
（１／Ｌ）・（ｄＳ／ｄＴ）＝ｄｎ／ｄＴ＋（１／Ｌ）・（ｄＬ／ｄＴ）
＝ｄｎ／ｄＴ＋ｎα
となる。
【００１３】
したがって、光路長Ｓが温度に依存しないアサーマル条件は、
（１／ｎ）・（ｄｎ／ｄＴ）＋α＝０
となる。この条件を絶対アサーマル条件と定義する。ただし、前述した通りαは媒質の線膨張係数である。屈折率で規格化した媒質の屈折率温度係数（１／ｎ）・（ｄｎ／ｄＴ）と媒質の線膨張係数αがお互いに打ち消し合うような媒質があればこの条件を満たすことができる。
【００１４】
図２０は、アサーマル光導波路を説明するための図である。図２０（ａ）に示す単一媒質において、絶対アサーマル条件を満たすことは、上記した（１／ｎ）・（ｄｎ／ｄＴ）＋α＝０の条件を満たす材料を探すということに相当する。しかしながら、上記した絶対アサーマル条件の式を満足する材料は、２つの材料定数（１／ｎ）・（ｄｎ／ｄＴ）とα値を独立に制御できない限りは非常に困難である。
【００１５】
さらに、上記の絶対アサーマル条件の式は、バルク材料に対する条件であって、このまま光集積回路に応用することはできず、基板上に形成した光導波路のアサーマル条件を求める必要がある。
【００１６】
図２０（ｂ）は、光導波路において基板の線膨張係数αsubと光導波路材料の屈折率温度係数（ｄｎ／ｄＴ）を独立に組み合わせてアサーマル光導波路を構成する場合を示している。図示するように基板上に光導波路を形成する場合、光導波路の厚さは基板の厚さに比べて非常に薄いため、光導波路の光軸方向の線膨張係数αは基板の線膨張係数αsubで近似できる。また、屈折率は光導波路の等価屈折率を用い、屈折率温度係数はこの等価屈折率の温度係数を用いる。この等価屈折率は導波路材料と導波路構造によって制御することができる。αとｎは異なる材料から決まることになるため、材料の選択と導波路構造の設計により、導波路の光路長温度係数を調節することができる。光導波路の光路長Ｓは、光導波路の屈折率として等価屈折率ｎeq（＝β／κ0，βは伝搬定数）を用いると、
S＝ｎeq・Ｌ
となり、光路長温度係数は、
（１／Ｌ）・（ｄＳ／ｄＴ）＝ｎeq・αsub＋ｄｎeq／ｄＴ
と表される。
【００１７】
半導体基板の線膨張係数αsubは正であるため、屈折率温度係数が負である光学材料を光導波路に用いてｄｎeq／ｄＴが負になるように導波路構造を設計すれば、光路長温度係数を零または負にすることが可能である。すなわち，光導波路のアサーマル条件は、
αsub＋（１／ｎeq）・（ｄｎeq／ｄＴ）＝０
となる。
【００１８】
そこで、波長フィルタを温度無依存化する方法として，屈折率温度係数が負の材料を導波路の一部に挿入する方法（非特許文献１）や， dn/dTの異なる材料を用いる方法（非特許文献２，３）、一般の誘電体導波路材料がdn/dT＞０に対してdn/dT＜０であるポリマー材料を用いる方法（非特許文献４）などが提案されている。
【００１９】
【非特許文献１】Y.Inoue, .Kaneko, F.Hanawa, K.Hattori, and S.Sumida, ”Athermal silica-based arrayed-waveguide grating multiplexer,” Electron. Lett., vol.33, pp.1945-1946 (1997)
【非特許文献２】H.Tanobe, et al., ”A Temperature Insensitive InGaAs-InP Optical Filter.”IEEE Phton. Technol. Lett., vol.8, No.11, pp.1489-1491 (1998)
【非特許文献３】H.Tanobe, et al., ”Temperature Insensitive Arrayed Waveguide Grating on InP Substrates,”IEEE Phton. Technol. Lett., vol.10. No.2, pp.235-237 (1998)
【非特許文献４】Y.Kokubun, N.Funato, and M.Takizawa,”Athermal Waveguides for temperature independent lightwave devices,”IEEE Photonics Tech. Lett., vol.5, No.11, pp.1297-1300 (Nov.1993)
【非特許文献５】豊田中央研究所Ｒ＆Ｄレビュー  ポリシリコン薄膜における膜厚方向応力分布の解析と制御  景山恭行  Vol.34, No.１, pp.3-9（1999.3）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
干渉や共振を用いた導波路型光波長フィルタや光センサでは、光路長の温度変化に伴って中心波長が変化する。この中心波長変化の主な原因は屈折率の温度依存性にある。光導波路に用いる多くの材料は正の屈折率温度係数を有している。上記で提案されたように、屈折率温度係数が負の材料を組み合わせることによって光路長を温度無依存化することができるが、上記した温度無依存化の方法は、屈折率の温度係数が負の材料を組み合わせる必要があり、材料の組み合わせに制約があるという問題がある。
【００２１】
また、屈折率の温度係数が負の材料としてポリマーが用いられるが、一般にポリマーは湿度吸収性を有しており、これにより光導波路の特性が変化するという問題がある。
【００２２】
そこで、本発明は前記した従来の問題点を解決し、光導波路形波長フィルタの中心波長の温度無依存化を、光導波路を形成する材料の制約を受けることなく行うことを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
本発明の発明者は、材料固有の屈折率の温度係数が正のコアおよびクラッドを有する光導波路において、導波路材料のｄｎ／ｄＴが正である誘電体系では、中心波長λ0の温度依存性ｄλ0／ｄＴは正となって通常はレッドシフトするが、応力分布を有する光導波路ではブルーシフトすることを見出した。ブルーシフトは中心波長λ0の温度依存性ｄλ0／ｄＴが負であることを意味している。
【００２４】
本発明の光導波路は、これに基づいて、光導波路に応力分布を持たせることによって、光導波路の中心波長の温度無依存化を図るものである。この応力分布による光導波路の中心波長の温度無依存化は、光導波路を形成する材料の屈折率温度係数によらないため、光導波路を形成する材料の制約を受けることなく行うことができる。
【００２５】
本発明の光導波路は、材料固有の屈折率の温度係数が正のコアおよびクラッドを有する光導波路であり、コアは、膜厚方向に、コアとクラッドとを跨ぐ領域の等価屈折率の温度係数を負にする応力分布を持つ。光導波路の温度係数は、この応力分布による負の温度係数と、コアおよびクラッドの材料に固有の正の温度係数とにより定まる。
【００２６】
光導波路に応力分布を持たせる態様として、本発明の光導波路は、クラッド上にコアを成膜して生成する。クラッド上にコアを高周波スパッタ法や化学的気相成長法によって成膜生成すると、基板の線膨張係数と光導波膜の線膨張係数の差や成膜時の条件（成膜温度，投入電力，圧力など）および膜厚等に依存してコアの膜厚方向に応力分布が発生する。この応力分布によって、コアとクラッドとを跨ぐ領域の等価屈折率は負の温度係数が生じる。
【００２７】
ここで、膜厚方向の応力分布は、成膜の表面層の削除や成膜のアニールによって変化することが、例えば、非特許文献５で知られている。そこで、本発明の光導波路は、さらに、クラッド上に成膜したコアの一部をエッチバックすることによってコアの応力分布状態を調整し、これによって、等価屈折率の負の温度係数の大きさを調整する。
【００２８】
また、光導波路に応力分布を持たせる他の態様として、本発明の光導波路は、クラッドにコアを成膜し、この成膜後に行うアニールすることで生成する。クラッド上にコアを成膜生成すると、コアの膜厚方向に応力分布が発生する。この応力分布によって、コアとクラッドとを跨ぐ領域の等価屈折率は負の温度係数が生じる。このコアをアニールすることで、コアが有する応力分布状態を調整し、これによって、等価屈折率の負の温度係数の大きさを調整する。
【００２９】
また、本発明は、光導波路の光路長温度係数調整方法を含む。本発明の光導波路の温度係数調整方法は、材料固有の屈折率の温度係数が正のコアおよびクラッドを有する光導波路において、コアに、そのコアの膜厚方向に、コアとクラッドとを跨ぐ領域の等価屈折率の温度係数を負にする応力分布を生成し、この負の温度係数により、コアおよびクラッドの材料が固有に有する正の屈折率の温度係数を補償して、光導波路の光路長温度係数を調整する。
【００３０】
応力分布を生成する態様は、クラッド上へのコアの成膜によってコアに応力分布を生成する。また、クラッド上へのコアの成膜およびこの成膜後にコアをエッチバックすることにより、コアに応力分布を生成する。応力分布を生成する他の態様は、クラッド上にコアを成膜した後、成膜後のコアをアニールすることにより、成膜で生成されたコアの応力分布を調整する。
【発明の効果】
【００３１】
以上説明したように、本発明によれば、光導波路を形成する材料の制約を受けることなく、光導波路形波長フィルタの中心波長の温度無依存化を行うことができる。
【００３２】
また、本発明によれば、光導波路形波長フィルタの中心波長の温度係数を制御することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
以下、本発明の実施の形態について、図を参照しながら詳細に説明する。
【００３４】
図１，図２，図３は、本発明の光導波路の概略を説明するための概略図である。
【００３５】
図１は、本発明の光導波路の構成の概略を示している。図１（ａ）において、光導波路１は、クラッド２と、当該クラッド２上の応力分布を有するコア３とにより構成される。クラッド２は例えばＳｉＯ2とし、コア３は例えば30mol％Ｔａ2Ｏ5-70mol%ＳｉＯ2とすることができるが、これに限るものではない。この構成の光導波路１は、コア３は空気層を上部クラッドとしているが、図１（ｂ）に示すように、コア３の上層に保護クラッド４を設ける構成としてもよい。
【００３６】
図２は、光導波路１のコア２が有する応力分布を調整する一態様を説明するための図である。この態様では、クラッド２上に成膜によってコア５を生成する（図２（ｂ））。クラッド２上に成膜生成することによって、コア５には膜厚方向に応力分布が生じる。この膜厚方向の応力分布は、コア５とクラッド２とを跨ぐ領域の等価屈折率の温度係数を負にする。この等価屈折率の温度係数は応力分布に依存し、さらに、この応力分布はコア５の膜厚に依存する。したがって、本発明の態様では、コア５の膜厚を調整することによって、等価屈折率の温度係数を調整する。
【００３７】
コア５の膜厚調整は、クラッド２上に成膜したコア２をエッチバックすることで行うことができる。
【００３８】
エッチバックは、例えばイオンエッチングにより行うことができる。イオンエッチングはドライエッチング法の一種で，プラズマ中のイオンを加速、衝突させる物理的なエッチングである。また，ガスを選択して反応性のイオンを用いる反応性イオンエッチング（Reactive Ion Etching:RIE）によって，物理的な反応に加え，化学的な反応をエッチングに関与させることができる。反応性イオンエッチングに用いるガスとしては、例えば、ＳｉＯ2や30mol％Ｔａ2Ｏ5-70mol%ＳｉＯ2等のガラス系材料に対してはＣ2Ｆ6のガスを用いることができる。
【００３９】
図３は、光導波路１のコア２が有する応力分布を調整する他の態様を説明するための図である。この態様では、図２に示した態様と同様に、クラッド２上に成膜によってコア５を生成する（図３（ｂ））。クラッド２上に成膜生成することによって、コア５には膜厚方向に応力分布が生じる。この態様では、コア５を所定温度に加熱してアニールすることによって、等価屈折率の温度係数を調整する（図３（ｃ））。
【００４０】
以下、本発明の光導波路を、リング導波路に適用した例について説明する。図４は、本発明の光導波路をリング導波路に適用した光導波デバイスを説明するための図である。
【００４１】
図４において、光導波デバイス１１は、基板１５上にＳｉＯ2のクラッド１２を形成し、このクラッド１２上にリングコア１３を備える。また、クラッド１２内に、リングコア１３との間で光信号に授受を行うバスラインコア１４を備える。
【００４２】
リングコア１３は、リングコア厚ｔr、リングコア幅ｗr、リング径Ｒとし、クラッド１２上にオーバーエッチｔoeを介在させて備える。また、バスラインコア１４は、バスラインコア厚ｔb、バスラインコア幅ｗbとし、リングコア１３との間に分離層膜厚ｔespを挟んで備える。
【００４３】
はじめに、コア厚による温度依存性について示す。ここでは、コア厚が１．１μｍと０．８μｍの場合について比較して示す。図１５は、各コア厚の場合におけるリングコアおよびバスラインコアの寸法例である。基板はシリコン基板である。
【００４４】
なお、ここでは、コア厚は、偏光無依存化の解析結果より、共振次数ＮをＴＥモードとＴＭモードで一致させた場合には０．７〜０．８μｍで偏光無依存となり、次数Ｎを一つずらた場合には、１．０〜１．１μｍで偏光無依存となる結果に基づいて定めている。
【００４５】
図５は、コア厚を１．１μｍとしたときの温度特性であり、図５（ａ）はＴＭモードの温度特性を示し、図５（ｂ）はＴＥモードの温度特性を示している。また、図５（ｃ）は、中心波長と温度との関係をプロットしたグラフを示している。
【００４６】
この結果より、ＴＥモードでは温度依存性が０．０００８５ｎｍ／Ｋとなり、通常の誘電体系の１／１０以下の小さな結果が得られた。一方、ＴＭでモードにおいては、−０．０１２ｎｍ／Ｋというように、温度上昇に伴って中心波長が短波長側にシフトする結果となった。
【００４７】
リング共振器フィルタの中心波長の温度依存性は、
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で表され、αsub ≧０であり、導波路材料のｄｎ／ｄＴが正である誘電体系ではｄλ0／ｄＴであるため、通常はレッドシフトするが、図５に示すように、測定結果はブルーシフトする。
【００４８】
図６は、コア厚を０．８μｍとしたときの温度特性であり、図６（ａ）はＴＭモードの温度特性を示し、図６（ｂ）はＴＥモードの温度特性を示している。また、図６（ｃ）は、中心波長と温度との関係をプロットしたグラフを示している。
【００４９】
上記結果は、コア厚ｔ＝１．１μｍに比べてＴＭモード、ＴＥモードともにブルーシフトの量が増加しており，ＴＭ モードにおいては、−０．０４３ｎｍ／Ｋとなり、絶対値が通常の誘電体系の３〜４倍の大きな負の温度依存性を示している。
【００５０】
上記のように、本発明の光導波路では、クラッド上に成膜したコアの膜厚は光路長温度依存性に影響を有し、コア厚によって中心波長の温度特性が変化する。
【００５１】
クラッド上に成膜によって生成されたコアは、膜厚方向に応力分布を有し、また、膜厚方向の応力分布は、成膜の表面層の削除や成膜のアニールによって変化するという知見に基づいて、本発明の光導波路は、クラッド上に成膜したコア表面の除去によるコア厚の調整、あるいは加熱アニールによる中心波長の温度依存性の調整を行う。
【００５２】
はじめに、本発明の光導波路において、クラッド上に成膜したコアの表面を除去することによってコア厚を調整し、これによって中心波長の温度依存性を調整することを、図７〜図１４を用いて説明する。
【００５３】
なお、各図７〜図１４において、（ａ）はＴＭモードの温度特性を示し、（ｂ）はＴＥモードの温度特性を示し、（ｃ）は中心波長と温度との関係をプロットしたグラフを示している。
【００５４】
以下では、図４に示した光導波デバイスの構成において、後に除去する膜厚分を含む膜厚のコアをクラッド上に成膜生成し、成膜後にコアの表層部分について、前記した余分に生成しておいた膜厚分を、反応性エッチング等によってエッチバックによって除去することによって、最終の膜厚を等しくする例について示す。図１６に示すテーブルは、エッチバックによって膜厚調整された後のリングコア厚を０．８μｍあるいは１．１μｍとしてときの各例の寸法例である。コアをエッチバックした割合は、各例のコア厚の，１０％，２０％，２３％，２５％，３０％としている。
【００５５】
ここで、図７はエッチバック量が７％の場合のＴＥモードとＴＭモードの中心波長の温度特性、および中心波長シフトの温度特性を示し、図８はエッチバック量が１０％の場合のＴＥモードとＴＭモードの中心波長の温度特性、および中心波長シフトの温度特性を示し、図９はエッチバック量が２０％の場合のＴＥモードとＴＭモードの中心波長の温度特性、および中心波長シフトの温度特性を示し、図１０、１１は、中心波長エッチバック量が２５％の場合であって、リングコア幅ｗrがそれぞれ１．１５μｍおよび１．２５μｍのときのＴＥモードとＴＭモードの中心波長の温度特性、および中心波長シフトの温度特性を示し、図１２はエッチバック量が３０％の場合のＴＥモードとＴＭモードの中心波長の温度特性、および中心波長シフトの温度特性を示している。
【００５６】
図７のエッチバック量が７％の結果によれば、図６のエッチバックを行わない場合と比較して、温度依存性の低減は認められない。これは、７％程度のエッチバック量では、時間が非常に短いためにデッドタイム等の影響で設計通りにできていない可能性があると考えられる。
【００５７】
図６のエッチバックを行っていない場合と温度依存性を比較すると、ＴＥモードにおいてはブルーシフトであった特性がエッチバックを行うことによってレッドシフトに変わることが認められる。また、ＴＭモードにおいては、ブルーシフトであるものの、エッチバックを行っていない結果と比べてブルーシフトの量が低減されることが認められる。また、ＴＭモードにおいて、温度上昇に伴ってブルーシフトしているものの、約８０℃付近においてブルーシフトが飽和してレッドシフトに転じることが認められる。
【００５８】
図９のエッチバック量が２０％の結果によれば、図８に示す１０％のエッチバック量の結果と比較して、２０％のエッチバック量とした光導波デバイスにおいて、ＴＥ，ＴＭモードともに、さらに応力の影響が低減されて、ブルーシフトの要因が低減され、ＴＥ，ＴＭモードともにレッドシフトに移行する。また、ＴＥモードでは、０．０１ｎｍ／Ｋと通常の誘電体系に近い温度依存性となることが認められる。
【００５９】
図１０のエッチバック量が２５％の結果によれば、前述したエッチバック量が１０％、２０％の場合の特性とは逆の傾向となって、２５％のエッチバックを行った場合には、ＴＥ，ＴＭモードともにブルーシフトすることが確認される。このことから、エッチバックによって応力は低減されるが、過度のＲＩＥ（反応性エッチバック）では応力が発生してしまうと考えられる。また、 １０％のエッチバックのＴＭモードと同様に、高温時においてブルーシフトからレッドシフトへの転換が認められる。
【００６０】
また、図１０はリングコア幅ｗrが１．１５μｍの場合の結果を示しているが、図１１のリングコア幅ｗrが１．２５μｍの場合についても、同様の結果が認められる。
【００６１】
図１２のエッチバック量が３０％の結果によれば、２５％のエッチバックした場合と同様に、ブルーシフトする結果となり、過度のＲＩＥによって応力が発生したものと考えられる。
【００６２】
前記したように、２０％のエッチバック量の場合ではエッチバック量の増加に従ってブルーシフトの要因が低減してレッドシフトに移行するのに対して、２５％のエッチバック量の場合では、低温時ではレッドシフトに移行せずにブルーシフトに止まる。したがって、上記構成例の光導波デバイスの場合には、エッチバック量が２０％と２５％との間に、中心波長のシフトが温度に依存しない無温度依存性となるエッチバック量があると推測される。
【００６３】
図１３は、このエッチバック量が２０％と２５％との間としてエッチバック量を２３％としたときの結果を示している。図１３のエッチバック量が２３％の結果によれば、エッチバック量を２０％とした光導波デバイスの温度依存性と、エッチバック量を２５％とした光導波デバイスの温度依存性の中間程度の温度依存性が認められる。
【００６４】
図１４は、上記した各結果に基づいて、エッチバック量と温度依存性の関係をプロットしたグラフを示している。ここで、中心波長の温度依存性（ｄλ0／ｄＴ）は中心波長の変化が飽和し、レッドシフトする前までの間は、線形的に変化していることが傾きから読み取ることができる。この結果から、エッチバックによって応力が低減されブルーシフトの要因が減少し、レッドシフトとなることが読み取れる。また、過度のエッチバックは応力を発生し、ブルーシフトすることも読み取ることができる。
【００６５】
以上の結果は、エッチバック量を制御することにより温度依存性の制御が可能であることを示している。また、このことから、応力を制御による温度無依存化の可能性を導くことができる。
【００６６】
次に、本発明の光導波路において、クラッド上に成膜したコアを加熱してアニールし、これによって中心波長の温度依存性を調整することを、図１７〜図１９を用いて説明する。
【００６７】
以下では、図４に示した光導波デバイスの構成において、異なるエッチバック量でコアの表面層の一部を削除した光導波デバイスに対して同じ温度でアニールした場合（図１７に示す例と図１８に示す例）と、異なる温度でアニールした場合（図１９に示す例）について示す。なお、各図１７〜図１９において、（ａ）はＴＭモードの温度特性を示し、（ｂ）はＴＥモードの温度特性を示し、（ｃ）は中心波長と温度との関係をプロットしたグラフを示している。
【００６８】
図１７に示すアニール例は、２５％のエッチバック量の光導波デバイスを、窒素のガス雰囲気内において、７００℃、４時間の条件下でアニールを行う例である。結果から、アニールを行うことにより応力の影響が低減されブルーシフトの要因が低減されることが認められる。また、高温時においてブルーシフトからレッドシフトへの転換が認められ、レッドシフトの傾きから読み取った温度依存性は、ＴＥ，ＴＭモードともに０．０１５ｎｍ／Ｋ程度となり、通常の石英系の温度依存性と同程度の結果となっている。また、アニール後の温度依存性はアニール前に比べレッドシフトへと転じる温度が低下していることが認められる。
【００６９】
図１８に示すアニール例は、３０％のエッチバック量の光導波デバイスを、窒素のガス雰囲気内において、７００℃、４時間の条件下でアニールを行う例である。結果から、図１７に示す２５％のエッチバック量でコアの表面層の一部を除去した光導波デバイスのアニール例と同様に、アニールを行うことにより応力の影響が低減されブルーシフトの要因が低減され、７０℃付近でレッドシフトに転じていることが認められる。
【００７０】
図１９に示すアニール例は、７％のエッチバック量の光導波デバイスを、窒素のガス雰囲気内において、１１８０℃、４時間の条件下でアニールを行う例である。結果から、ＴＥモードでは、０．０１７ｎｍ／Ｋ、ＴＭ モードでは０．０１６ｎｍ／Ｋとなり、通常の誘電体系の温度依存性となっており、ブルーシフトは見られない。
【００７１】
このことから、アニールによる中心波長の温度依存性は、高温のアニール条件下の方が応力低減の効果は大きいと考えられる。
【００７２】
上記のように、本発明の光導波路は、クラッド上に成膜生成するコアが持つ応力分布によって中心波長の温度無依存化を図ることができ、この応力分布をコア表面層を削除する量や、アニールの温度を調整することによって応力分布状態を変化させ、これによって光導波路の中心波長の温度特性を調整し、温度無依存化を図ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００７３】
本発明は、導波路型光波長フィルタや光センサ等に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】本発明の光導波路の構成の概略を示す図である。
【図２】光導波路のコアが有する応力分布を調整する一態様を説明するための図である。
【図３】光導波路のコアが有する応力分布を調整する他の態様を説明するための図である。
【図４】本発明の光導波路をリング導波路に適用した光導波デバイスを説明するための図である。
【図５】本発明の光導波デバイス例において、コア厚を１．１μｍとしたときのＴＥモードとＴＭモードの中心波長の温度特性、および中心波長シフトの温度特性を示す図である。
【図６】本発明の光導波デバイス例において、コア厚を０．８μｍとしたときのＴＥモードとＴＭモードの中心波長の温度特性、および中心波長シフトの温度特性を示す図である。
【図７】本発明の光導波デバイス例において、エッチバック量が７％の場合のＴＥモードとＴＭモードの中心波長の温度特性、および中心波長シフトの温度特性を示す図である。
【図８】本発明の光導波デバイス例において、エッチバック量が１０％の場合のＴＥモードとＴＭモードの中心波長の温度特性、および中心波長シフトの温度特性を示す図である。
【図９】本発明の光導波デバイス例において、エッチバック量が２０％の場合のＴＥモードとＴＭモードの中心波長の温度特性、および中心波長シフトの温度特性を示す図である。
【図１０】本発明の光導波デバイス例において、中心波長エッチバック量が２５％で、リングコア幅ｗrが１．１５μｍのときの、ＴＥモードとＴＭモードの中心波長の温度特性、および中心波長シフトの温度特性を示す図である。
【図１１】本発明の光導波デバイス例において、中心波長エッチバック量が２５％で、リングコア幅ｗrが１．２５μｍのときの、ＴＥモードとＴＭモードの中心波長の温度特性、および中心波長シフトの温度特性を示す図である。
【図１２】本発明の光導波デバイス例において、エッチバック量が３０％の場合のＴＥモードとＴＭモードの中心波長の温度特性、および中心波長シフトの温度特性を示す図である。
【図１３】本発明の光導波デバイス例において、エッチバック量が２３％の場合のＴＥモードとＴＭモードの中心波長の温度特性、および中心波長シフトの温度特性を示す図である。
【図１４】本発明の光導波デバイス例において、エッチバック量と温度依存性の関係をプロットしたグラフである。
【図１５】本発明の光導波デバイス例のリングコアおよびバスラインコアの寸法例である。
【図１６】本発明の光導波デバイス例のリングコアおよびバスラインコアの寸法例である。
【図１７】発明の光導波デバイス例のエッチバック量が２５％の場合のアニールによる中心波長の温度特性、および中心波長シフトの温度特性を示す図である。
【図１８】発明の光導波デバイス例のエッチバック量が３０％の場合のアニールによる中心波長の温度特性、および中心波長シフトの温度特性を示す図である。
【図１９】発明の光導波デバイス例のエッチバック量が７％の場合のアニールによる中心波長の温度特性、および中心波長シフトの温度特性を示す図である。
【図２０】アサーマル光導波路を説明するための図である。
【符号の説明】
【００７５】
１…光導波路
２…クラッド
３，３Ａ，３Ｂ…コア
４…保護コア
５…コア
１１…光導波デバイス
１２…クラッド
１３…リングコア
１４…バスラインコア
１５…基板
１００…バルク媒質
１０１…基板
１０２…コア
【図１】
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【図２】
2007248785.tif 000005
【図３】
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【図４】
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【図１４】
2007248785.tif 000008
【図１５】
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【図１６】
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【図２０】
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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】
2007248785.tif 000018
【図１２】
2007248785.tif 000019
【図１３】
2007248785.tif 000020
【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【手続補正書】
【提出日】平成18年3月17日(2006.3.17)
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１５】
2007248785.tif 000024
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１６】
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