(57)【要約】【課題】信号波を平面導波路素子で伝播させる際、信号波のＯＢＯの振幅および周期長を所望の値に容易に設定することができ、また、平面導波路素子で分波する信号波の伝播損失を低減することができる、平面導波路素子およびその製造方法を提供する。【解決手段】下部クラッド層１０１上に間隙を介して並ぶ複数の光導波路１０２を設け、複数の光導波路１０２および下部クラッド層１０１上に上部クラッド層１０３を設ける。複数の光導波路１０２上に設けられた上部クラッド層１０３の上面の高さは、複数の光導波路１０２が並ぶ方向において、一方から他方に向かって増加させ、複数の光導波路１０２に屈折率分布の勾配を形成する。【選択図】図１
2007279317.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下部クラッド層と、前記下部クラッド層上に間隙を介して並ぶ複数の光導波路と、少なくとも前記複数の光導波路上に設けられた上部クラッド層とを備え、
前記複数の光導波路上に設けられた上部クラッド層の上面の高さは、前記複数の光導波路が並ぶ方向において、一方から他方に向かって増加している、平面導波路素子。
【請求項２】
前記上部クラッド層は、前記複数の光導波路上および前記光導波路相互の間隙上に設けられている、請求項１に記載の平面導波路素子。
【請求項３】
前記上部クラッド層は、前記光導波路上のみに設けられている、請求項１に記載の平面導波路素子。
【請求項４】
前記下部クラッド層には、複数の光導波路が並ぶ方向において上部クラッド層の上面の高さが高い側を高温側とする温度勾配を生じさせるヒータが設けられている、請求項１から３のいずれかに記載の平面導波路素子。
【請求項５】
基板上に下部クラッド層を形成する工程と、前記下部クラッド層上に光導波路を形成する工程と、少なくとも前記光導波路上に上部クラッド層を形成する工程とを含み、
前記上部クラッド層を形成する工程においては、前記上部クラッド層の上面の高さが複数の光導波路が並ぶ方向において一方から他方に向かって増加するように上部クラッド層を形成する、平面導波路素子の製造方法。
【請求項６】
前記上部クラッド層を形成する工程の前に、エピタキシャル成長により２つのＳｉＯ２マスクを前記下部クラッド層上に形成する、ＳｉＯ２マスク形成工程をさらに含み、
前記ＳｉＯ２マスク形成工程においては、前記下部クラッド層の光導波路が位置しない、複数の光導波路が並ぶ方向の一方の端部と他方の端部にそれぞれＳｉＯ２マスクが形成され、
前記ＳｉＯ２マスクは前記光導波路の長手方向と平行な方向において下部クラッド層の一方の端から他方の端に達し、かつ、複数の光導波路が並ぶ方向の一方の端部に設けられた前記ＳｉＯ２マスクと他方の端部に設けられた前記ＳｉＯ２マスクとで、光導波路が並ぶ方向の幅が相互に異なる、請求項５に記載の平面導波路素子の製造方法。
【請求項７】
前記上部クラッド層を形成する工程においては、上部クラッド層が成長する面の全面に励起光を照射しながらエピタキシャル成長させることにより前記上部クラッド層を形成し、
前記照射する励起光の強度は、複数の光導波路が並ぶ方向において一方から他方に向かって増加する、請求項５に記載の平面導波路素子の製造方法。
【請求項８】
前記上部クラッド層を形成する工程においては、前記下部クラッド層および複数の光導波路に、前記複数の光導波路が並ぶ方向の一方の端部から他方の端部に向かって温度が上昇する温度勾配を形成しながらエピタキシャル成長させることにより前記上部クラッド層を形成し、
前記温度勾配は、前記複数の光導波路が並ぶ方向の前記下部クラッド層の両側面にそれぞれ設けたヒータにより形成する、請求項５に記載の平面導波路素子の製造方法。
【請求項９】
前記上部クラッド層を形成する工程においては、ＭＯＣＶＤによりエピタキシャル成長させることにより前記上部クラッド層を形成し、
前記ＭＯＣＶＤにおいては、前記複数の光導波路が並ぶ方向と略平行な方向に原料ガスが供給される、請求項５に記載の平面導波路素子の製造方法。
【請求項１０】
前記上部クラッド層を形成する工程においては、原料ガスの流入口が前記複数の光導波路が並ぶ方向の他方の側に偏って配置されたチャンバを用いて堆積させることで前記上部クラッド層を形成する、請求項５に記載の平面導波路素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、多重化された信号波を分波し、波長毎に出力ポートを自在に制御することができる光学的ブロッホ振動を発現する平面導波路素子およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
波長多重（Wavelength Division Multiplexing 以下、ＷＤＭ）光通信では、波長１．５５μｍ帯および１．３μｍ帯にある多波長の信号波が１本の光ファイバ伝送路で多重化されて一括伝送される。これにより、大容量かつ高速の光通信が実現する。
【０００３】
ＷＤＭ光通信では、多重化された信号波が分波して波長毎に出力ポートを自在に指定できるような分波素子が必要とされる。このようなデバイスとして、光学的ブロッホ振動(Optical Bloch Oscillations 以下、ＯＢＯ)を利用した素子が提案されている。このようなＯＢＯを利用した素子として、たとえば、非特許文献１に記載されたような素子が挙げられる。
【０００４】
図３３は、非特許文献１に記載のＯＢＯを発現する平面導波路素子（以下、ＯＢＯ平面導波路素子）の上面図であり、図３４は、同側面図である。これらの図において、ＯＢＯ平面導波路素子３００は、Al0.24Ga0.76Asからなる下部クラッド層３０１、Al0.18Ga0.82AsおよびAl0.24Ga0.76Asからなる高さ１．２μｍの光導波路３０２、信号波が入力する入力ポート３０３、信号波が出力する出力ポート３０４を有する。また、光導波路３０２の組成において、下部クラッド層３０１と接する側がAl0.18Ga0.82Asとなり、その反対側がAl0.24Ga0.76Asとなる。
【０００５】
図３３において、点線の矢印３０７は、Ｘ軸方向にＯＢＯを発現しながら、ＯＢＯ平面導波路素子３００内をＹ軸方向に伝播する信号波の道筋を示している。尚、図３３および図３４に示すように、複数の光導波路３０２が並ぶ方向をＸ軸方向、各光導波路３０２が延びる方向をＹ軸方向、Ｘ軸方向およびＹ軸方向の双方に垂直な方向をＺ軸方向とする。
【０００６】
従来のＯＢＯ平面導波路素子３００においては、Ｙ軸方向の長さが等しい２５本の光導波路３０２が下部クラッド層３０１上に設けられている。これらの光導波路３０２は、相互に平行にＸ軸方向に並べられている。また、光導波路３０２は、Ｘ軸の一方端から他方端へ向かうほど、その幅が広くなり、隣接する光導波路３０２との間隔が狭くなっている。
【０００７】
そして、Ｘ軸の他方端部に位置する最も幅の広い光導波路３０２の幅は３．４μｍ、Ｘ軸の一方端部に位置する最も幅の狭い光導波路３０２の幅は２μｍである。これにより、隣接する光導波路３０２の平均屈折率の差は１．２７５×１０-4で一定となり、Ｘ軸方向における光導波路３０２の屈折率分布に勾配が形成される。
【０００８】
次に、ＯＢＯ平面導波路素子３００の製造方法について説明する。まず、ＯＢＯ平面導波路素子３００の母材料となるＡｌＧａＡｓ基板上にレジストを塗布する。ＡｌＧａＡｓ基板は、Ｚ方向にAl0.24Ga0.76As、Al0.18Ga0.82As、Al0.24Ga0.76Asと順に組成が変化しているものを用いる。
【０００９】
電子線描画やフォトリソグラフィによりこのレジストに光導波路３０２のレジストパターンを形成する。このレジストパターンをマスクとしてＡｌＧａＡｓ基板を１．２μｍエッチングする。こうしてＯＢＯ平面導波路素子３００の光導波路３０２が得られる。
【００１０】
信号の強度ピークが入力ポート３０３の所定のものに位置するように、異なる波長をもつ複数の信号波をＯＢＯ平面導波路素子３００中へ入力する。すると、複数の信号波は光導波路３０２を形成する各光導波路３０２のうち隣接する光導波路間で結合する。その結果、信号波はＹ軸方向へ伝播しながらＸ軸方向においてＯＢＯを発現する。
【００１１】
ここで、ＯＢＯの位相がπ変化する間に、Ｙ軸方向において光が進行する距離を周期長とする。信号波の波長が長くなるにつれて、ＯＢＯの振幅は大きくなり、周期長は長くなる。その上、光導波路３０２のＸ軸方向単位長さあたりの屈折率差、すなわちＸ軸方向の光導波路３０２の屈折率分布の勾配が大きくなるにつれて、ＯＢＯの振幅は小さくなり、周期長は短くなる。
【００１２】
入力する信号波は、異なる複数の波長を有しているため、ＯＢＯの性質から信号波の波長毎にＯＢＯの振幅および周期長が異なる。したがって、異なる波長をもつ複数の信号波がＯＢＯ平面導波路素子３００内を伝播する際、伝播した道筋３０７が波長によって異なる。つまり、信号波はＯＢＯ平面導波路素子３００内で分波することになる。そして、分波した各波長の信号波は、単一波としてそれぞれの出力ポート３０４から取り出される。
【００１３】
また、非特許文献２のように、ヒータおよびヒートシンクを用いて、下部クラッド層のＸ軸方向の単位長さあたりの温度差、つまりＸ軸方向において下部クラッド層の温度勾配を調整すると、Ｘ軸方向において光導波路の屈折率分布の勾配が制御される。この温度勾配の制御により分波した信号波のＯＢＯの振幅および周期長を調整して、信号波の出力ポート先が自在に指定される。したがって、平面導波路素子は可変分波器として機能することが期待される。
【非特許文献１】R.Morandotti, U.Peschel, and J.S.Aitchison, “Experimental Observation of Linear Nonlinear Optical Bloch Oscillations”, Physical Review Letters, Vol.83, No.23, 4756-4759 (1999)
【非特許文献２】T.Pertsch, P.Dannberg, W.Elflein, and A.Brauer, “Optical Bloch Oscillations in Temperature Tuned Waveguide Arrays”, Physical Review letters, Vol.83, No.23, 4752-4755 (1999)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
非特許文献１のＯＢＯ平面導波路素子３００では、Ｘ軸の一方向に向かって光導波路３０２の幅（Ｗi）が狭くなる。したがって、光導波路３０２のレジストパターンにおいて、Ｗiが狭くなるほどレジスト開口部（エッチング領域）の面積は大きくなる。また、エッチングにおいて、エッチング領域の面積が大きい場所ほどエッチングレートが低くなる。
【００１５】
そのため幅が狭い光導波路３０２ほど、光導波路３０２の高さが低くなってしまう。その結果、従来のＯＢＯ平面導波路素子３００では、光導波路３０２の高さを一定に揃えることが困難で、隣接する光導波路３０２の平均屈折率の差にゆらぎが生じる。よって、ＯＢＯの振幅および周期長を所望の値に設定することが困難である。
【００１６】
また、作製する光導波路３０２の幅（Ｗi）が一定でないため、光導波路３０２の位置によって、電子線描画やフォトリソグラフィにおける最適な露光条件が異なる。さらに、エッチング中にマイクロローディングの影響も生ずる。これらが原因で、光導波路３０２が位置する場所によって、光導波路３０２の側面と下部クラッド層の表面とが成す角度が異なってしまう。したがって、光導波路３０２の側面と下部クラッド層３０１の表面との成すすべての角度を９０度にすることができず、ＯＢＯを発現している信号波に伝播損失
が生ずる。
【００１７】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、信号波を平面導波路素子で伝播させる際、信号波のＯＢＯの振幅および周期長を所望の値に容易に設定することができ、また、平面導波路素子で分波する信号波の伝播損失を低減することができる、平面導波路素子およびその製造方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
この発明に基づいた平面導波路素子に従えば、下部クラッド層と、上記下部クラッド層上に間隙を介して並ぶ複数の光導波路と、少なくとも上記複数の光導波路上に設けられた上部クラッド層とを備え、上記複数の光導波路上に設けられた上部クラッド層の上面の高さは、上記複数の光導波路が並ぶ方向において、一方から他方に向かって増加している。
【００１９】
この構成によると、複数の光導波路のピッチおよび幅を一定にすることが可能となる。これにより、光導波路の高さを一定に揃えることができ、光導波路の側面と下部クラッド層のすべての角度を略９０度にすることができる。その結果、ＯＢＯ平面導波路素子内で分波する信号波の伝播損失を低減することができる。
【００２０】
上記平面導波路素子において、上記上部クラッド層は、上記複数の光導波路上および上記光導波路相互の間隙上に設けられていてもよいし、上記光導波路上のみに設けられていてもよい。
【００２１】
上記平面導波路素子において、上記下部クラッド層には、複数の光導波路が並ぶ方向において上部クラッド層の上面の高さが高い側を高温側とする温度勾配を生じさせるヒータが設けられていてもよい。
【００２２】
この構成によると、ヒータにより、分波した信号波のＯＢＯの振幅や周期長を調整することで、信号波の出力ポートを自在に指定することができる。
【００２３】
この発明に基づいた平面導波路素子の製造方法に従えば、基板上に下部クラッド層を形成する工程と、上記下部クラッド層上に光導波路を形成する工程と、少なくとも上記光導波路上に上部クラッド層を形成する工程とを含んでいる。上記上部クラッド層を形成する工程においては、上記上部クラッド層の上面の高さが複数の光導波路が並ぶ方向において一方から他方に向かって増加するように上部クラッド層を形成する。
【００２４】
この製造方法によると、複数の光導波路が並ぶ方向において一方から他方に向かって光導波路の屈折率が変化する、屈折率分布の勾配を有する平面導波路素子を製造することができる。
【００２５】
上記上部クラッド層を形成する工程の前に、エピタキシャル成長により２つのＳｉＯ２マスクを上記下部クラッド層上に形成する、ＳｉＯ２マスク形成工程をさらに含み、上記ＳｉＯ２マスク形成工程においては、上記下部クラッド層の光導波路が位置しない、複数の光導波路が並ぶ方向の一方の端部と他方の端部にそれぞれＳｉＯ２マスクが形成され、上記ＳｉＯ２マスクは上記光導波路の長手方向と平行な方向において下部クラッド層の一方の端から他方の端に達し、かつ、複数の光導波路が並ぶ方向の一方の端部に設けられた上記ＳｉＯ２マスクと他方の端部に設けられた上記ＳｉＯ２マスクとで、光導波路が並ぶ方向の幅が相互に異なるようにしてもよい。
【００２６】
この構成によると、幅が広いＳｉＯ２マスクに近づくほど上部クラッド層の成長速度が上がるので、上部クラッド層の上面の高さが、複数の光導波路が並ぶ方向において一方か
ら他方に向かって増加する上部クラッド層を形成することができる。
【００２７】
上記上部クラッド層を形成する工程においては、上部クラッド層が成長する面の全面に励起光を照射しながらエピタキシャル成長させることにより上記上部クラッド層を形成し、上記照射する励起光の強度は、複数の光導波路が並ぶ方向において一方から他方に向かって増加するようにしてもよい。
【００２８】
この構成によると、励起光によって上部クラッド層の成長速度が上がると共に、励起光の強度が増加する方向に上面の高さが増加する上部クラッド層を形成することができる。
【００２９】
上記上部クラッド層を形成する工程においては、上記下部クラッド層および複数の光導波路に、上記複数の光導波路が並ぶ方向の一方の端部から他方の端部に向かって温度が上昇する温度勾配を形成しながらエピタキシャル成長させることにより上記上部クラッド層を形成し、上記温度勾配は、上記複数の光導波路が並ぶ方向の上記下部クラッド層の両側面にそれぞれ設けたヒータにより形成するようにしてもよい。
【００３０】
この構成によると、ヒータで加熱することで上部クラッド層の成長速度が上がると共に、温度勾配により上面の高さが増加する上部クラッド層を形成することができる。
【００３１】
上記上部クラッド層を形成する工程においては、ＭＯＣＶＤによりエピタキシャル成長させることにより上記上部クラッド層を形成し、上記ＭＯＣＶＤにおいては、上記複数の光導波路が並ぶ方向と略平行な方向に原料ガスが供給されるようにしてもよい。
【００３２】
この構成によると、下部クラッド層の面上において、原料ガスが排出口側へ向かうほど原料ガスの濃度が低くなり、上部クラッド層の成長速度が下がる。その結果、複数の光導波路が並ぶ方向において上面の高さが増加する上部クラッド層を形成することができる。
【００３３】
上記上部クラッド層を形成する工程においては、原料ガスの流入口が上記複数の光導波路が並ぶ方向の他方の側に偏って配置されたチャンバーを用いて堆積させることで上記上部クラッド層を形成してもよい。
【００３４】
この構成によると、流入口に近づくほど上部クラッド層の堆積速度が上がる。その結果、複数の光導波路が並ぶ方向において上面の高さが増加する上部クラッド層を形成することができる。
【発明の効果】
【００３５】
本発明に係る平面導波路素子およびその製造方法によると、信号波を平面導波路素子で伝播させる際、信号波のＯＢＯの振幅および周期長を所望の値に容易に設定することができ、また、平面導波路素子で分波する信号波の伝播損失を低減することができる、平面導波路素子およびその製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
以下、この発明に基づいた各実施の形態における平面導波路素子について、図を参照しながら説明する。なお、実施の形態２以降の各実施の形態において、実施の形態１の平面導波路素子の各部位に対応する部位には、実施の形態１の平面導波路素子の参照番号と下一桁の数字が同一の参照番号を付す。特に説明がない限り、対応する部位は、相互に同一の構造および機能を有するので、それらの説明は繰り返さないこととする。
【００３７】
(実施の形態１)
実施の形態１のＯＢＯ平面導波路素子について説明する。図１は、ＯＢＯ平面導波路素
子の側面図であり、図２は、ＯＢＯ平面導波路素子の上面図であり、図３は、ＯＢＯ平面導波路素子の側面拡大図である。なお、図２では、上部クラッド層を省略している。
【００３８】
図１および図２に示すように、ＯＢＯ平面導波路素子１は、ＩｎＰからなる下部クラッド層１０１を備えている。下部クラッド層１０１上には、信号波として光が伝播する複数の光導波路１０２が相互に平行に並んで設けられている。光導波路１０２は、ＩｎＧａＡｓＰで構成されている。各光導波路１０２は、直線状であり、矩形の断面の高さは０．３μｍである。
【００３９】
また、平行に並ぶ複数の光導波路１０２を覆うようにして、ＩｎＰからなる上部クラッド層１０３が、光導波路１０２上および光導波路１０２の間隙に位置する下部クラッド層１０１上に堆積している。光導波路１０２の一方端には、信号波を入力させる入力ポート１０４が設けられている。光導波路１０２の他方端には、信号波を出力させる出力ポート１０５が設けられている。
【００４０】
また、下部クラッド層１０１の一方の側面には、電源装置でその温度が制御されるヒータ１０６が設けられおり、下部クラッド層１０１の他方の側面にヒートシンク１０７が設けられている。これらのヒータ１０６およびヒートシンク１０７により、下部クラッド層１０１に温度勾配を形成すると共に、その温度勾配を制御することができる。
【００４１】
図２において、点線の矢印１０８は、Ｘ軸方向にＯＢＯを発現しながらＯＢＯ平面導波路素子１内をＹ軸方向に伝播する信号波の道筋を示している。なお、図１および図２に示すように、以下の説明においては、複数の光導波路１０２が並ぶ方向をＸ軸方向、各光導波路１０２が延びる方向をＹ軸方向、Ｘ軸方向およびＹ軸方向のそれぞれに垂直な方向をＺ軸方向とする。
【００４２】
ＯＢＯ平面導波路素子１の構造について、図１から図３を用いてより詳しく説明する。本実施の形態のＯＢＯ平面導波路素子１では、図１に示すように、下部クラッド層１０１と光導波路１０２との接面から測った上部クラッド層１０３のＺ軸方向の高さが、Ｘ軸のヒータ側に向かって連続的に高くなる。
【００４３】
つまり、上部クラッド層１０３の厚さは、Ｘ軸方向のヒータ側に向かって連続的に増加している。なお、本実施の形態では、Ｘ軸方向のヒータ側端部に位置する上部クラッド層の厚さの最大値は０．３μｍ、その反対側の端部に位置する上部クラッド層の厚さ最小値は０．１μｍである。
【００４４】
また、光導波路１０２のピッチおよび幅は一定である。光導波路１０２は、入力ポート１０４と出力ポート１０５となる、その端面を除いて、上部クラッド層１０３に覆われている。なお、本実施の形態では、光導波路１０２のピッチは１μｍ、幅は０．５μｍである。
【００４５】
次に、厚さが連続的に変化する上部クラッド層１０３を有するＯＢＯ平面導波路素子１の製造方法を、図４から図１０を用いて説明する。図４から図１０は、ＯＢＯ平面導波路素子の製造工程を示す断面工程図である。
【００４６】
まず、図４に示すように、下部クラッド層１０１に堆積する光導波路層（ＩｎＧａＡｓＰ）１０９の上に、厚さ０．３μｍのレジスト膜１１０を塗布する。図５に示すように、このレジスト膜１１０により、電子線直接描画法を用いて光導波路１０２を形成するためのレジストパターン１１１を形成する。
【００４７】
本実施の形態における電子線直接描画法は、電子線の照射電流が０．１ｎＡであり、１ドット当りの電子線のドーズ時間が４．５μｓｅｃの条件で行なわれる。ここで、光導波路１０２のピッチおよび幅が一定であるため、いずれの光導波路１０２においても電子線直接描画の最適な露光条件は同一となる。
【００４８】
また、フォトリソグラフィ法によっても、転写時間が１０ｓｅｃで光導波路１０２のレジストパターン１１１が得られる。この場合も、光導波路１０２の位置する場所によらず、フォトリソグラフィの最適な露光条件は同一となる。
【００４９】
次に、図６に示すように、レジストパターン１１１をマスクとして光導波路層１０９をエッチングすることで光導波路１０２が得られる。ここで用いることができるエッチング方法としては、ＩＣＰエッチング、反応性イオンエッチング、反応性イオンビームエッチングなどがある。
【００５０】
本実施の形態においては、エッチングガスがＣｌ２とＣＨ４とＨ２の混合ガスであり、エッチング圧力が１Ｐａ、ＲＦパワーが２００Ｗの条件で行なわれる反応性イオンエッチングを用いる。
【００５１】
ここで、レジストパターン１１１のピッチと幅は一定であるため、光導波路層１０９のエッチングレートは場所によらず一定となる。これにより、光導波路１０２の高さはすべて等しくなる。また、光導波路１０２のピッチと幅が一定であるためマイクロローディングの影響を受けない。したがって、エッチング後の光導波路１０２は、光導波路１０２が位置する場所によらず同一の形状となる。その結果、光導波路１０２の側面と下部クラッド層１０１との成す角度をすべて９０度にすることができる。
【００５２】
次に、図７および図８に示すように、下部クラッド層１０１上で光導波路１０２が位置しないＸ軸方向の両端部分に、リフトオフ法を用いて２つのＳｉＯ２マスク１１２，１１３を形成する。図８に示すように、ＳｉＯ２マスク１１２，１１３はＹ軸方向において下部クラッド層の一方の端から他方の端に達する矩形形状である。
【００５３】
また、Ｘ軸方向において一方のＳｉＯ２マスク１１２の幅をＭ１、他方のＳｉＯ２マスク１１３の幅をＭ２とすると、Ｍ１＞Ｍ２の関係がある。ここでは、Ｍ１＝５００μｍ、Ｍ２＝１０μｍのＳｉＯ２マスク１１２，１１３を使用する。なお、本実施の形態では、Ｍ１＞Ｍ２の関係がある２つのＳｉＯ２マスク１１２，１１３を用いているが、上部クラッド層１０３の厚さをＸ軸の一方向に向かって連続的に増加させることができれば、広い幅Ｍ１を有するＳｉＯ２マスク１１２のみを使用しても良い。
【００５４】
次に、図９に示すように、ＩｎＰからなる上部クラッド層１０３をエピタキシャル成長させる。ここでは、原料としてトリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）およびホスフィン（ＰＨ３）が用いられる。エピタキシャル成長中にＳｉＯ２上でＩｎＰは成長しないため、ＳｉＯ２マスク１１２，１１３へ飛来する上部クラッド層１０３の原料は光導波路１０２側へマイグレーションする。
【００５５】
そして、広い幅Ｍ１を有するＳｉＯ２マスク１１２に近づくほど、下部クラッド層１０１および光導波路１０２にＩｎとＰが供給される割合が高くなり、上部クラッド層１０３の成長速度が上がる。一方、狭い幅Ｍ２を有するＳｉＯ２マスク１１３に近づくほど、下部クラッド層１０１および光導波路１０２にＩｎとＰが供給される割合が低くなり、上部クラッド層１０３の成長速度が下がる。
【００５６】
これらの作用によって、上部クラッド層１０３の厚さはＸ軸方向の（Ｍ１）ＳｉＯ２マ
スク１１２側へ向かって連続的に増加する。また、成長温度、圧力、原料ガス濃度、Ｍ１とＭ２の値を変化させることで、上部クラッド層１０３の厚さやＸ軸方向の厚さ分布の勾配を容易に調整することができる。
【００５７】
次に、図１０に示すように、スパッタリング法または蒸着法を用いて、下部クラッド層１０１のＸ軸方向の一方の側面に、ヒータ１０６となる窒化タンタル膜を形成する。同様の方法により、下部クラッド層１０１のＸ軸方向の他方の側面にヒートシンク１０７となる窒化アルミ膜を形成する。このとき、上部クラッド層１０３が厚い側にヒータ１０６を位置させ、上部クラッド層１０３が薄い側にヒートシンク１０７を位置させる。
【００５８】
最後に、ＯＢＯ平面導波路素子１をＸ軸方向に延びる線に沿って劈開することにより、入力ポート１０４および出力ポート１０５を形成する。
【００５９】
続いて、厚さが連続的に変化する上部クラッド層１０３を有するＯＢＯ平面導波路素子１の動作について、図１から図３を用いて説明する。
【００６０】
上部クラッド層１０３の厚さはＸ軸方向のヒータ１０６側に向かって連続的に増加している。よって、ヒータ１０６の電源装置がＯＦＦ状態で、Ｘ軸方向において光導波路１０２の屈折率分布の勾配が形成される。すなわち、Ｘ軸方向において上部クラッド層１０３が厚い場所ほど光導波路１０２の屈折率は高くなる。
【００６１】
ここで、信号の強度ピークが所定の一つの入力ポート１０４に位置するように、異なる波長をもつ複数の信号波をＯＢＯ平面導波路素子１中へ入力させる。すると、複数の信号波は、隣接する光導波路１０２間で結合し、その結果Ｙ軸方向へ伝播しながらＸ軸方向においてＯＢＯを発現する。
【００６２】
そして、信号波の波長が長くなるにつれて、ＯＢＯの振幅は大きくなり、周期長は長くなる。その上、Ｘ軸方向の光導波路１０２の屈折率分布の勾配が大きくなるにつれて、ＯＢＯの振幅は小さくなり、周期長は短くなる。ここでは、図２に示すλ１〜λｋを１．３μｍ〜１．５５μｍの波長とした。
【００６３】
入力する信号波は異なる複数の波長を有しているため、ＯＢＯの性質から信号波の波長毎にＯＢＯの振幅および周期長が異なる。したがって、異なる波長をもつ複数の信号波がＯＢＯ平面導波路素子１内を伝播する際、伝播する道筋１０８が波長によって異なる。つまり、信号波はＯＢＯ平面導波路素子１内で分波することになる。そして、分波した各波長の信号波は、単一波としてそれぞれの出力ポート１０５から取り出される。
【００６４】
ここでは、上部クラッド層１０３によりＸ軸方向において光導波路１０２の屈折率分布の勾配が形成されるため、ヒータ１０６に通電することなくＯＢＯ平面導波路素子１内の分波動作が実現される。
【００６５】
また、光導波路１０２のピッチ、幅および高さを一定にしながら、エピタキシャル成長やＳｉＯ２マスク１１２の幅の条件により、上部クラッド層１０３の厚さ分布の勾配を調整する事ができる。したがって、Ｘ軸方向において光導波路１０２の屈折率分布の勾配を容易に設定することができる。これより、平面導波路素子１におけるＯＢＯの振幅および周期長を所望の値に設定することができる。
【００６６】
さらに、ヒータ１０６およびヒートシンク１０７を用いて、Ｘ軸方向における下部クラッド層１０１の温度勾配を制御すると、光導波路１０２の屈折率分布の勾配を制御することができる。これにより、ヒータ１０６により分波した信号波のＯＢＯの振幅や周期長を
調整することで、信号波の出力ポート１０５を自在に指定することができる。
【００６７】
また、本実施の形態の光導波路１０２の側面と下部クラッド層１０１の成す角度（θ１）はすべて９０度であり、光の伝播損失はほとんど観測されない。なお、本実施の形態において光導波路１０２の側面と下部クラッド層１０１の成す角度（θ１）は９０度であるが、８７°≦θ１≦９３°の関係を満たせば、光の伝播損失はほとんど観測されない。
【００６８】
さらに、上部クラッド層１０３が光導波路１０２を覆っているために、光導波路１０２の光の閉じ込めが強くなり、Ｚ軸方向への光の漏れが抑制される。したがって、光の伝播損失がより低減される。
【００６９】
なお、エピタキシャル成長によって形成される上部クラッド層１０３の側面は下部クラッド層１０１に対して傾斜している。よって、上部クラッド層１０３の側面と下部クラッド層１０１の成す角度（θ２）は９０度にならない。しかし、θ２の角度は光の伝播損失に影響しないため、ＯＢＯ平面導波路素子１においては問題とならない。
【００７０】
また、本実施の形態では平面導波路素子１にヒータ１０６およびヒートシンク１０７を用いたが、ヒータ１０６およびヒートシンク１０７による温度制御がない場合でも、上部クラッド層１０３によってＸ軸方向において光導波路１０２の屈折率分布の勾配が形成される。これにより、異なる波長をもつ複数の信号波がＯＢＯ平面導波路素子１内で分波できる。したがって、本実施の形態における平面導波路素子１を分波器として用いる場合は、ヒータ１０６およびヒートシンク１０７を省略しても差し支えない。
【００７１】
（実施の形態２）
図１１は本実施の形態のＯＢＯ平面導波路素子の上面図であり、図１２はＯＢＯ平面導波路素子の側面図である。なお、図１１では、上部クラッド層が省かれている。
【００７２】
本実施の形態のＯＢＯ平面導波路素子２は、実施の形態１のＯＢＯ平面導波路素子１と比較すると、ＩｎＰからなる上部クラッド層１２３の形状が異なる。一方、本実施の形態のＩｎＰからなる下部クラッド層１２１、ＩｎＧａＡｓＰからなる光導波路１２２、入力ポート１２４、出力ポート１２５、ヒータ１２６、およびヒートシンク１２７の構造および機能は、実施の形態１の下部クラッド層１０１、光導波路１０２、入力ポート１０４、出力ポート１０５、ヒータ１０６、およびヒートシンク１０７の構造および機能と全く同一である。
【００７３】
図１１において、点線の矢印１２８は、Ｘ軸方向にＯＢＯを発現しながらＯＢＯ平面導波路素子２内をＹ軸方向に伝播する信号波の道筋を示している。なお、図１１および図１２に示すように、以下の説明においては、複数の光導波路１２２が並ぶ方向をＸ軸方向、各光導波路１２２が延びる方向をＹ軸方向、Ｘ軸方向およびＹ軸方向のそれぞれに垂直な方向をＺ軸方向とする。
【００７４】
まず、ＯＢＯ平面導波路素子２の構造について、図１１および図１２を用いて説明する。ＯＢＯ平面導波路素子２の上部クラッド層１２３は光導波路１２２上のみに堆積している。したがって、実施の形態１のＯＢＯ平面導波路素子１の上部クラッド層１０３とは異なり、本実施の形態の上部クラッド層１２３は、隣接する光導波路１２２の間隙に位置する下部クラッド層１２１の上には堆積していない。
【００７５】
また、下部クラッド層１２１と光導波路１２２との接面から測った上部クラッド層１２３のＺ軸高さは、Ｘ軸方向のヒータ１２６側に向かって離散的に高くなる。つまり、上部クラッド層１２３の厚さはＸ軸方向のヒータ１２６側に向かって離散的に増加している。
【００７６】
また、隣接する光導波路１２２上に堆積する上部クラッド層１２３の厚さの差は一定である。本実施の形態のＯＢＯ平面導波路素子２では、図１２に示すように、下部クラッド層１２１と光導波路１２２の接面から測った上部クラッド層１２３のＺ軸高さが、Ｘ軸のヒータ側に向かって離散的に高くなる。つまり、上部クラッド層１２３の厚さはＸ軸方向のヒータ側に向かって離散的に増加している。
【００７７】
次に、厚さが離散的に変化する上部クラッド層１２３を有するＯＢＯ平面導波路素子２の製造方法を、図１３から図１９を用いて説明する。図１３から図１９は、本実施の形態のＯＢＯ平面導波路素子の製造工程を示す断面工程図である。
【００７８】
本実施の形態のＯＢＯ平面導波路素子２の製造方法は、実施の形態１のＯＢＯ平面導波路素子１の製造方法と比較すると、図１９に示すヒータ１２６とヒートシンク１２７を作製する工程、および、入力ポート１２４と出力ポート１２５作製する工程は同一である。
【００７９】
本実施の形態の製造方法においては、まず、図１３および図１４に示すように、光導波路層１２９上で光導波路１２２を形成しないＸ軸方向の両端部分に、ＳｉＯ２マスク１３０，１３１を形成する。
【００８０】
次に、図１５に示すように、ＩｎＰからなる上部クラッド層１３３をエピタキシャル成長させる。広い幅Ｍ１を有するＳｉＯ２マスク１３０に近づくほど、光導波路層１２９にＩｎとＰが供給される割合が高くなり、上部クラッド層１３３の成長速度が上がる。一方、狭い幅Ｍ２を有するＳｉＯ２マスク１３１に近づくほど、光導波路層１２９にＩｎＰが供給される割合が低くなり、上部クラッド層１３３の成長速度が下がる。これにより、光導波路層１２９上で、上部クラッド層１３３の厚さは、Ｘ軸方向の広い幅Ｍ１を有するＳｉＯ２マスク１３０側へ向かって連続的に増加する。
【００８１】
続いて、図１６に示すように、上部クラッド層１３３の上に、厚さ１μｍのフォトレジスト膜を塗布し、フォトリソグラフィを用いて光導波路１２２を形成するためのレジストパターン１３９を形成する。本実施の形態においては、転写時間が１０ｓｅｃで光導波路１２２のレジストパターン１３９が得られる。
【００８２】
なお、光の焦点深度の距離は、Ｘ軸方向における上部クラッド層１３３の厚さの全変化量より大きい。したがって、フォトリソグラフィ中に、露光面の全面において光の焦点が合う。また、電子線の照射電流が０．１ｎＡであり、かつ、１ドット当りの電子線のドーズ時間が４．５μｓｅｃである条件で行なわれる電子線直接描画法によっても、光導波路１２２のレジストパターン１３９が得られる。この場合の電子線の焦点深度の距離も、Ｘ軸方向における上部クラッド層１３３の厚さの全変化量より大きい。
【００８３】
次に、レジストパターン１３９をマスクとして、ＨＣｌ水溶液で上部クラッド層１３３をウェットエッチングする。ＨＣｌはＩｎＰをエッチングし、ＩｎＧａＡｓＰをエッチングしない。したがって、図１７のように、上部クラッド層１３３はエッチングされるが、光導波路層１２９はエッチングされない。
【００８４】
これにより、ＨＣｌウェットエッチングにより上部クラッド層１３３だけに光導波路１２２のレジストパターン１３９が転写される。そして、Ｘ軸方向のＳｉＯ２マスク１３０側へ向かって離散的に厚さが増す上部クラッド層１２３が形成される。
【００８５】
次に、エッチングされた上部クラッド層１２３をマスクとして、Ｈ２ＳＯ４+Ｈ２Ｏ２の水溶液で光導波路層１２９をウェットエッチングし、光導波路１２２を形成する。Ｈ２
ＳＯ４はＩｎＧａＡｓＰをエッチングし、ＩｎＰをエッチングしない。したがって、図１８のように、光導波路層１２９はエッチングされるが、上部クラッド層１２３および下部クラッド層１２１はエッチングされない。
【００８６】
Ｈ２ＳＯ４ウェットエッチングにより光導波路層１２９だけに光導波路１２２のパターン１３９が転写され、高さが等しい光導波路１２２を容易に得ることができる。その上、Ｘ軸方向における上部クラッド層１２３の厚さの全変化量はエッチング形状に影響を及ぼさないほど小さい。
【００８７】
また、光導波路１２２のピッチと幅が一定であるため、エッチング後の光導波路１２２は、光導波路１２２が位置する場所によらず同形状となる。よって、光導波路１２２の側面と下部クラッド層１２１の成す角度をすべて９０度にすることができる。なお、Ｃｌ２とＣＨ４とＨ２の混合ガスを用いたＩＣＰエッチング、反応性イオンエッチング、反応性イオンビームエッチングなどのエッチング方法を用いても光導波路１２２を形成することができる。
【００８８】
次に、厚さが離散的に変化する上部クラッド層１２３を有するＯＢＯ平面導波路素子２の動作について、図１１およびを図１２を用いて説明する。ここでは、上部クラッド層１２３の厚さはＸ軸方向のヒータ１２６側に向かって離散的に増加している。
【００８９】
よって、ヒータ１２６の電源装置がＯＦＦ状態で、Ｘ軸方向において光導波路１２２の屈折率分布の勾配が形成される。また、Ｘ軸方向において上部クラッド層１２３が厚い場所ほど光導波路１２２の屈折率は高くなる。これにより、ＯＢＯ平面導波路素子２内のＸ軸方向において、信号波がＯＢＯを発現する。
【００９０】
また、離散的に厚さが変化する上部クラッド層１２３は光導波路１２２上へ堆積しているため、光導波路１２２の光の閉じ込めが強くなり、Ｚ軸方向への光の漏れが抑制される。したがって、光の伝播損失はほとんど観測されない。
【００９１】
(実施の形態３)
図２０および図２１を用いて、実施の形態３のＯＢＯ平面導波路素子３について説明する。図２０および図２１は本実施の形態のＯＢＯ平面導波路素子の製造工程を示す断面工程図である。
【００９２】
本実施の形態のＯＢＯ平面導波路素子３は、実施の形態１のＯＢＯ平面導波路素子１と比較すると、構造および機能においては、実施の形態１のＯＢＯ平面導波路素子１と全く同様である。なお、図２０および図２１に示すように、以下の説明においては、複数の光導波路１４２が並ぶ方向をＸ軸方向、各光導波路１４２が延びる方向をＹ軸方向、Ｘ軸方向およびＹ軸方向のそれぞれに垂直な方向をＺ軸方向とする。
【００９３】
本実施の形態のＯＢＯ平面導波路素子３の製造方法について説明する。本実施の形態のＯＢＯ平面導波路素子３の製造方法は、実施の形態１のＯＢＯ平面導波路素子１の作製方法と比較すると、上部クラッド層１４３の形成方法が異なる。一方、本実施の形態のＯＢＯ平面導波路素子３は、前述の部分以外の製造方法においては、実施の形態１のＯＢＯ平面導波路素子１と全く同様である。
【００９４】
本実施の形態においては、エッチングにより光導波路１４２が形成された後、励起光を用いてＩｎＰからなる上部クラッド層１４３をエピタキシャル成長させる。ここでは、図２０に示すように、下部クラッド層１４１および光導波路１４２の全面に励起光を上部から照射する。
【００９５】
この励起光によってＩｎＰのエピタキシャル成長が促進されるため、上部クラッド層１４３の成長速度が上がる。また、図２２に示すように、下部クラッド層１４１面内の励起光強度をＸ軸の一方向に向かって大きくしていく。そして、Ｘ軸の一方の端部での励起光強度を０ＭＷ／ｃｍ２とし、他方の端部での励起光強度を０．８ＭＷ／ｃｍ２とする。
【００９６】
これにより、Ｘ軸方向の励起光強度が大きい側へ向かって、上部クラッド層１４３の成長速度が上がる。その結果、図２１に示すような、Ｘ軸方向において連続的に厚さが変化する上部クラッド層１４３が、下部クラッド層１４１および光導波路１４２上に形成される。
【００９７】
また、図２２のＸ軸方向において励起光強度の分布の勾配を制御することで、上部クラッドの厚さやＸ軸方向の厚さ分布の勾配を容易に調整することができる。
【００９８】
尚、励起光強度を１ＭＷ／ｃｍ２より大きくすると、エピタキシャル成長中に下部クラッド層１４１のＩｎとＰを吸着する量が減少し、上部クラッド層１４３の成長速度が下がる。したがって、励起光強度の最大値は１ＭＷ／ｃｍ２以下に設定することが好ましい。
【００９９】
(実施の形態４)
図２３および図２４を用いて、本発明の実施の形態４のＯＢＯ平面導波路素子４について説明する。図２３および図２４は、本実施の形態のＯＢＯ平面導波路素子の製造工程を示す断面工程図である。
【０１００】
本実施の形態のＯＢＯ平面導波路素子４は、実施の形態１のＯＢＯ平面導波路素子１と比較すると、構造および機能においては、実施の形態１のＯＢＯ平面導波路素子１と全く同一である。なお、図２３および図２４に示すように、以下の説明においては、複数の光導波路１５２が並ぶ方向をＸ軸方向、各光導波路１５２が延びる方向をＹ軸方向、Ｘ軸方向およびＹ軸方向のそれぞれに垂直な方向をＺ軸方向とする。
【０１０１】
厚さが連続的に変化する上部クラッド層１５３を有するＯＢＯ平面導波路素子４の製造方法について説明する。
【０１０２】
本実施の形態のＯＢＯ平面導波路素子４の製造方法は、実施の形態１のＯＢＯ平面導波路素子１の製造方法と比較すると、上部クラッド層１５３の製造方法が異なる。一方、本実施の形態のＯＢＯ平面導波路素子４は、前述の部分以外の製造方法においては、実施の形態１のＯＢＯ平面導波路素子１と全く同一である。
【０１０３】
本実施の形態においては、エッチングにより光導波路１５２が形成された後、装置に付属するヒータ１５４，１５５を用いてＩｎＰからなる上部クラッド層１５３をエピタキシャル成長させる。そのため、図２３に示すように、下部クラッド層１５１のＸ軸方向の両側面にヒータ１５４，１５５を設けている。
【０１０４】
このヒータ１５４，１５５により加熱することで、下部クラッド層１５１の温度を上昇させる。下部クラッド層１５１の温度が上昇すると、ＩｎＰからなる上部クラッド層１５３のエピタキシャル成長が促進される。このように、ヒータ１５４，１５５により加熱することで上部クラッド層１５３の成長速度が上昇する。
【０１０５】
また、図２３に示すヒータ１５４，１５５の温度をそれぞれ制御すると、Ｘ軸方向において下部クラッド層１５１に温度勾配が形成される。本実施の形態では、一方のヒータ１５４の温度を７００℃に、他方のヒータ１５５の温度を６２０℃に設定した。これにより
、Ｘ軸方向の下部クラッド層１５１の高温側へ向かって、上部クラッド層１５３の成長速度が上昇する。
【０１０６】
図２５は、下部クラッド層の温度勾配を示す図である。これよって、図２５に示すように、ヒータ１５４，１５５を用いたエピタキシャル成長により、Ｘ軸方向において連続的に厚さが変化する上部クラッド層１５３が下部クラッド層１５１および光導波路１５２上に形成される。また、図２５の下部クラッド層１５１の温度勾配を制御することで、上部クラッド１５３の厚さやＸ軸方向の厚さ分布の勾配を容易に調整することができる。
【０１０７】
なお、ヒータによる加熱温度を７５０℃より大きくすると、エピタキシャル成長中に下部クラッド層１５１がＩｎおよびＰを吸着する量が減少し、上部クラッド層１５３の成長速度が下がってしまう。また、ヒータ温度を５００℃より小さくすると、ＩｎＰのエピタキシャル成長を促進させる効果が得られない。したがって、ヒータ１５４，１５５の温度は、５００℃以上、７５０℃以下に設定することが好ましい。
【０１０８】
（実施の形態５）
図２６から図２８を用いて、実施の形態５のＯＢＯ平面導波路素子５について説明する。図２６は本実施の形態のＯＢＯ平面導波路素子の製造工程を示す断面図であり、図２７は、同平面図であり、図２８は、同断面図である。
【０１０９】
本実施の形態のＯＢＯ平面導波路素子５は、実施の形態１のＯＢＯ平面導波路素子１と比較すると、構造および機能においては、実施の形態１のＯＢＯ平面導波路素子１と全く同様である。なお、図２６から図２８に示すように、以下の説明においては、複数の光導波路１６２が並ぶ方向をＸ軸方向、各光導波路１６２が延びる方向をＹ軸方向、Ｘ軸方向およびＹ軸方向のそれぞれに垂直な方向をＺ軸方向とする。
【０１１０】
厚さが連続的に変化する上部クラッド層１６３を有する本実施の形態のＯＢＯ平面導波路素子５の製造方法について説明する。
【０１１１】
本実施の形態のＯＢＯ平面導波路素子５の製造方法は、実施の形態１のＯＢＯ平面導波路素子１の作製方法と比較すると、上部クラッド層１６３の形成方法が異なる。一方、本実施の形態のＯＢＯ平面導波路素子５は、前述の部分以外の製造方法においては、実施の形態１のＯＢＯ平面導波路素子１と全く同一である。
【０１１２】
本実施の形態においては、エッチングにより光導波路１６２が形成された後、ＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）により、ＩｎＰからなる上部クラッド層１６３をエピタキシャル成長させる。ここでは一例として、図２６および図２７に示すように、原料ガスを流入させる流入口とそのガスを排出させる排出口が対向するように設けられるＭＯＣＶＤ装置を示している。Ｘ軸の一方向に流入口、他方向に排出口が配置される。
【０１１３】
下部クラッド層１６１の面上を流れる原料ガスにおいては、ＩｎおよびＰがエピタキシャル成長するために下部クラッド層１６１および光導波路１６２で消費される。これにより、下部クラッド層１６１の面上において、排出口側へ向かうほど原料ガス中のＩｎおよびＰの濃度が低くなる。
【０１１４】
したがって、排出口に近づくほど、下部クラッド層１６１および光導波路１６２にＩｎとＰが供給される割合が低くなり、上部クラッド層１６３の成長速度が下がる。よって、図２８のように、ＭＯＣＶＤによるエピタキシャル成長により、上部クラッド層１６３の厚さはＸ軸方向の流入口側へ向かって連続的に増加する。
【０１１５】
また、成長温度、圧力、原料ガスの流速を変化させることで、上部クラッド層１６３の厚さやＸ軸方向の厚さ分布の勾配を容易に調整することができる。
【０１１６】
更に、図２６および図２７に示すように、チャンバーのＺ軸方向の高さやＹ軸方向の幅を変化させると、Ｘ軸方向においてガスの流速を制御できる。したがって、チャンバーのＺ軸方向の高さやＹ軸方向の幅を変化させることで、上部クラッド層１６３のＸ軸方向の厚さ分布の勾配を容易に調整することができる。
【０１１７】
これにより図２８に示すような、厚さが連続的に変化する上部クラッド層１６３を有するＯＢＯ平面導波路素子５を製造することができる。
【０１１８】
(実施の形態６)
図２９から図３２を用いて、実施の形態６のＯＢＯ平面導波路素子６について説明する。図２９は、本実施の形態のＯＢＯ平面導波路素子の構造を示す平面図である。なお、図２９では、上部クラッド層が省かれている。
【０１１９】
本実施の形態のＯＢＯ平面導波路素子６は、実施の形態１のＯＢＯ平面導波路素子１と比較すると、ＯＢＯ平面導波路素子６の母材料としてＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板を使用することが異なる。
【０１２０】
よって、ＯＢＯ平面導波路素子６はＳｉからなる下地基板１７０を備え、その下地基板１７０は下部クラッド層１７１の下に位置する。また、下部クラッド層１７１がＳｉＯ２、光導波路１７２がＳｉ、上部クラッド層１７３がＳｉＯ２からなる。一方、本実施の形態のＯＢＯ平面導波路素子６は、前述の部分以外の部分の構造および機能においては、実施の形態１のＯＢＯ平面導波路素子１と全く同一である。
【０１２１】
また、本実施の形態のＯＢＯ平面導波路素子６を伝播する信号波は、実施の形態１と同様に、Ｘ軸方向にＯＢＯを発現しながらＯＢＯ平面導波路素子６内をＹ軸方向に伝播する（図２９に矢印１７８で示す）。なお、図２９および図３０に示すように、以下の説明においては、複数の光導波路１７２が並ぶ方向をＸ軸方向、各光導波路１７２が延びる方向をＹ軸方向、Ｘ軸方向およびＹ軸方向のそれぞれに垂直な方向をＺ軸方向とする。
【０１２２】
厚さが連続的に変化する上部クラッド層１７３を有するＯＢＯ平面導波路素子６の製造方法を、図３１および図３２を用いて説明する。図３１および図３２は、本実施の形態のＯＢＯ平面導波路素子の製造工程を示す断面工程図である。
【０１２３】
本実施の形態のＯＢＯ平面導波路素子６の製造方法は、実施の形態１のＯＢＯ平面導波路素子１の製造方法と比較すると、光導波路１７２を形成する際のエッチング条件および上部クラッド層１７３の形成方法が異なる。一方、本実施の形態のＯＢＯ平面導波路素子６は、前述の部分以外の製造方法においては、実施の形態１のＯＢＯ平面導波路素子１と全く同様である。
【０１２４】
本実施の形態において、光導波路１７２を形成する際には、反応性イオンエッチングが用いられる。この反応性イオンエッチングは、エッチングガスとしてＣｌ２２５ｓｃｃｍとＮ２１０ｓｃｃｍの混合ガスを用い、エッチング圧力が１Ｐａ、ＲＦパワーが２００Ｗの条件下で行なわれる。
【０１２５】
次に、上部クラッド層１７３の形成工程で、蒸着法やスパッタリング法によりＳｉＯ２の堆積が行なわれる。図３１に示すように、下部クラッド層１７１の上部から上部クラッ
ド層１７３の原料であるＳｉＯ２が供給される。ここで、本デバイスがチャンバー中央に設置されるのに対して、原料ガスの流入口はＸ軸方向の片側に偏って配置される。
【０１２６】
したがって、Ｘ軸方向において一方のチャンバー内側壁から流入口までの距離をＬ１、他方のチャンバー内側壁から流入口までの距離をＬ２とすると、Ｌ１＞Ｌ２≧０の関係が成り立つ。そして、チャンバー内ではＸ軸方向の流入口側の原料濃度が高くなる。
【０１２７】
したがって、Ｘ軸方向において流入口に近づくほど、下部クラッド層１７１および光導波路１７２にＩｎとＰが供給される割合が高くなり、上部クラッド層１７３の堆積速度が上昇する。よって、蒸着やスパッタリングにより、上部クラッド層１７３の厚さはＸ軸方向の流入口側へ向かって連続的に増加する。
【０１２８】
また、成長温度、圧力、原料ガス濃度、Ｌ１とＬ２の値を変化させることで、上部クラッド層１７３の厚さやＸ軸方向の厚さ分布の勾配を容易に調整することができる。これにより、厚さが連続的に変化する上部クラッド層１７３を有するＯＢＯ平面導波路素子６を製造することができる。
【０１２９】
なお、今回開示した上記実施の形態はすべての点で例示であって、限定的な解釈の根拠となるものではない。したがって、本発明の技術的範囲は、上記した実施の形態のみによって解釈されるのではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて画定される。また、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
【図面の簡単な説明】
【０１３０】
【図１】本発明の実施の形態１のＯＢＯ平面導波路素子の構造を示す側面図である。
【図２】本発明の実施の形態１のＯＢＯ平面導波路素子の構造を示す上面図である。
【図３】本発明の実施の形態１のＯＢＯ平面導波路素子の構造を示す拡大した側面図である。
【図４】本発明の実施の形態１のＯＢＯ平面導波路素子の製造工程を示す断面工程図である。
【図５】本発明の実施の形態１のＯＢＯ平面導波路素子の製造工程を示す断面工程図である。
【図６】本発明の実施の形態１のＯＢＯ平面導波路素子の製造工程を示す断面工程図である。
【図７】本発明の実施の形態１のＯＢＯ平面導波路素子の製造工程を示す断面工程図である。
【図８】本発明の実施の形態１のＯＢＯ平面導波路素子の製造工程を示す断面工程図である。
【図９】本発明の実施の形態１のＯＢＯ平面導波路素子の製造工程を示す断面工程図である。
【図１０】本発明の実施の形態１のＯＢＯ平面導波路素子の製造工程を示す断面工程図である。
【図１１】本発明の実施の形態２のＯＢＯ平面導波路素子の構造を示す上面図である。
【図１２】本発明の実施の形態２のＯＢＯ平面導波路素子の構造を示す側面図である。
【図１３】本発明の実施の形態２のＯＢＯ平面導波路素子の製造工程を示す断面工程図である。
【図１４】本発明の実施の形態２のＯＢＯ平面導波路素子の製造工程を示す上面工程図である。
【図１５】本発明の実施の形態２のＯＢＯ平面導波路素子の製造工程を示す断面工程図である。
【図１６】本発明の実施の形態２のＯＢＯ平面導波路素子の製造工程を示す断面工程図である。
【図１７】本発明の実施の形態２のＯＢＯ平面導波路素子の製造工程を示す断面工程図である。
【図１８】本発明の実施の形態２のＯＢＯ平面導波路素子の製造工程を示す断面工程図である。
【図１９】本発明の実施の形態２のＯＢＯ平面導波路素子の製造工程を示す断面工程図である。
【図２０】本発明の実施の形態３のＯＢＯ平面導波路素子の製造工程を示す断面工程図である。
【図２１】本発明の実施の形態３のＯＢＯ平面導波路素子の製造工程を示す断面工程図である。
【図２２】本発明の実施の形態３のＯＢＯ平面導波路素子の上部クラッド層を形成するために用いる励起光の強度を示す図である。
【図２３】本発明の実施の形態４のＯＢＯ平面導波路素子の製造工程を示す断面工程図である。
【図２４】本発明の実施の形態４のＯＢＯ平面導波路素子の製造工程を示す断面工程図である。
【図２５】本発明の実施の形態４のＯＢＯ平面導波路素子の上部クラッド層を形成する工程における下部クラッド層の温度勾配を示す図である。
【図２６】本発明の実施の形態５のＯＢＯ平面導波路素子の製造工程を示す断面工程図である。
【図２７】本発明の実施の形態５のＯＢＯ平面導波路素子の製造工程を示す上面工程図である。
【図２８】本発明の実施の形態５のＯＢＯ平面導波路素子の製造工程を示す断面工程図である。
【図２９】本発明の実施の形態６のＯＢＯ平面導波路素子の構造を示す上面図である。
【図３０】本発明の実施の形態６のＯＢＯ平面導波路素子の構造を示す側面図である。
【図３１】本発明の実施の形態６のＯＢＯ平面導波路素子の製造工程を示す断面工程図である。
【図３２】本発明の実施の形態６のＯＢＯ平面導波路素子の製造工程を示す断面工程図である。
【図３３】従来のＯＢＯ平面導波路素子の構造を示す上面図である。
【図３４】従来のＯＢＯ平面導波路素子の構造を示す側面図である。
【符号の説明】
【０１３１】
１，２，３，４，５，６  平面導波路素子、１０１，１２１，１４１，１５１，１６１，１７１  下部クラッド層、１０２，１２２，１４２，１５２，１６２，１７２  光導波路、１０３，１２３，１３３，１４３，１５３，１６３，１７３  上部クラッド層、１０４，１２４，１７４  入力ポート、１０５，１２５，１７５  出力ポート、１０６，１２６，１７６  ヒータ、１０７，１２７，１７７  ヒートシンク、１０８，１２８，１７８
信号波の伝播経路、１０９，１２９  光導波路層、１１０  レジスト膜、１１１，１３９  レジストパターン、１１２，１１３，１３０，１３１  ＳｉＯ２マスク、１５４，１５５  ヒータ、１７０  下地基板。
【図１】
2007279317.tif 000003
【図２】
2007279317.tif 000004
【図３】
2007279317.tif 000005
【図４】
2007279317.tif 000006
【図５】
2007279317.tif 000007
【図６】
2007279317.tif 000008
【図７】
2007279317.tif 000009
【図８】
2007279317.tif 000010
【図９】
2007279317.tif 000011
【図１０】
2007279317.tif 000012
【図１１】
2007279317.tif 000013
【図１２】
2007279317.tif 000014
【図１３】
2007279317.tif 000015
【図１４】
2007279317.tif 000016
【図１５】
2007279317.tif 000017
【図１６】
2007279317.tif 000018
【図１７】
2007279317.tif 000019
【図１８】
2007279317.tif 000020
【図１９】
2007279317.tif 000021
【図２０】
2007279317.tif 000022
【図２１】
2007279317.tif 000023
【図２２】
2007279317.tif 000024
【図２３】
2007279317.tif 000025
【図２４】
2007279317.tif 000026
【図２５】
2007279317.tif 000027
【図２６】
2007279317.tif 000028
【図２７】
2007279317.tif 000029
【図２８】
2007279317.tif 000030
【図２９】
2007279317.tif 000031
【図３０】
2007279317.tif 000032
【図３１】
2007279317.tif 000033
【図３２】
2007279317.tif 000034
【図３３】
2007279317.tif 000035
【図３４】
2007279317.tif 000036