JP2000321452A - 光導波路素子及び光導波路素子の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 設置面積を拡大せずに複雑な光波回路を形成
可能である高性能・高歩留まりの光導波路素子及び光導
波路素子の製造方法を提供する。 【解決手段】 光導波路素子１００は，Ｓｉ基板１０２
と基板１０２上に順次積層された第１光波回路層１１２
及び第２光波回路層１２０とを備えている。第１光波回
路層１１２には，基板１０２側に形成される第１クラッ
ド層１０４と第１コア部１０８と第２光波回路層１２０
側に形成される第２クラッド層１１０とから第１の光導
波路構造が形成される。また，第２光波回路層１２０に
は，第２コア部１１６と第２光波回路層１２０の第３ク
ラッド層１１８とから第２の光導波路構造が形成され
る。第１光波回路層１１２と第２光波回路層１１２とは
直接積層されているため，第１コア部１０８と第２コア
部１１６との間で方向性光結合を生じさせることができ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は，例えば光通信に適
用可能な光導波路素子及び光導波路素子の製造方法に関
する。

【０００２】

【従来の技術】現在の光通信システムにおいては，受動
光波回路の必要性が高まりつつある。導波路型光波回路
は，安定性，量産性などに優れており，重要な部品の一
つであると考えられている。殊に，石英系光導波路は，
石英ガラスが物理的，化学的に安定しており，伝送路で
ある光ファイバとの整合がよいなどの利点を有している
ため，光の位相や干渉の制御を行うような複雑で高度な
機能を有するＰＬＣ（Ｐｌａｎｅｒ Ｌｉｇｈｔ−ｗａ
ｖｅ Ｃｉｒｃｕｉｔ：平面光波回路）へ展開され，研
究開発が盛んに進められている。

【０００３】図１１には，従来のＰＬＣに適用可能な光
導波路素子５００の概略的な構成を示し，図１２には，
従来の石英系光導波路の製造過程を示す。Ｓｉ基板５０
２上にＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐ
ｏｓｉｔｉｏｎ；化学気相成長）法やＦＨＤ（Ｆｌａｍ
ｅ ｈｙｄｒｏｌｙｓｉｓ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ；火
炎加水分解堆積）法などの気相反応を利用する方法によ
り，ＳｉＯ_２を主成分とする下部クラッド層５０４とコ
ア層５０６とを形成する。下部クラッド層５０４とコア
層５０６とは，原料ガスの組成を変えて形成することに
より，相互に区別される。

【０００４】次に，ＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ
Ｅｔｃｈｉｎｇ；反応性イオンエッチング）やＲＩＢ
Ｅ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｂｅａｍ Ｅｔｃｈｉ
ｎｇ；反応性イオンビームエッチング）などのドライエ
ッチングによりコア層５０６の不要部分を除去する。結
果として，コア層５０６がリッジ状に残されて，コア部
５０８が形成される。

【０００５】最後に，気相反応を利用する方法により，
コア部５０８を覆うように，ＳｉＯ _２を主成分とする上
部クラッド層５１０を形成する。結果として，従来の光
導波路素子５００が得られる。尚，かかる光導波路素子
５００には，下部クラッド層５０４とコア部５０８と上
部クラッド層５１０とから構成される石英系光導波路が
形成される。

【０００６】しかし，以上説明したように，従来の光導
波路素子には，Ｓｉ等の基板上に一層のコア層しか形成
されていない。したがって，光波回路は，実質的に一平
面内で構成しなければならないという制限を受ける。近
年，ＰＬＣに持たせる機能の高度化・多様化が進展し１
チップ当たりの光素子の搭載数が増加しているが，上記
制約を受ける光導波路素子では，かかる傾向にチップサ
イズを大きくして対応しなければならず，コスト高を招
来してしまう。

【０００７】従来，上記一般のＰＬＣの課題を解決する
ために，例えば，特開平７−２０３４４号公報には，光
導波路の回路パターンを形成した光波回路基板とスペー
サとを交互に積層することにより多層光波回路基板を形
成する方法が開示されている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら，上記公
報開示の方法では，相互に隣接する光波回路層間にスペ
ーサや基板が存在するために，異なる光波回路層に形成
される光波回路相互間での干渉や結合を実現することが
できない。したがって，光波回路相互間で干渉や結合を
生じさせる必要がある場合には，光波回路を一光波回路
層内に構成しなければならず，一般のＰＬＣと変わらな
いものであった。本発明は，従来の光導波路素子が有す
る上記その他の問題点に鑑みてなされたものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に，請求項１に記載の発明は，光導波路素子において，
それぞれがコア部とコア部を被覆するクラッド層とから
構成されており順次積み重なって多層構造を成すｎの光
波回路層を備える構成を採用する。ここで，ｎは２以上
の整数である。

【００１０】本項記載の発明では，コア部を光の伝搬経
路とする少なくとも１の光導波路が，各光波回路層内に
形成される。そして，光波回路層から多層構造を形成す
ることによって，光導波路群の３次元的な配置が可能と
なる。したがって，本項記載の発明によれば，単位面積
当たりの光導波路数を増加させることが可能となる。

【００１１】さらに，本項記載の発明では，２以上の光
波回路層が基板やスペーサを介さずに順次積層されてい
る。したがって，異なる光波回路層に形成された光導波
路間で導波光の相互作用，例えば干渉や結合等を生じさ
せることが可能となり，３次元的に光波回路を形成する
ことが可能となる。

【００１２】以上のように，本項記載の発明によれば，
単位面積当たりの光導波路数の向上と３次元的な光波回
路形成の実現とにより，光波回路の形成自由度を大幅に
向上させることができる。したがって，光導波路素子の
配置面積を拡大せずに，各種の光波回路を実現可能であ
り，光学装置の高集積化及び小型化への寄与が可能とな
る。

【００１３】尚，本項記載の発明において，各光波回路
層では，コア部を様々な配置状態で形成することができ
る。即ち，コア層は，例えば，隣接光波回路層との境界
面に完全に接する状態，隣接光波回路層との境界面に１
又は２以上の部分で部分的に接する状態，或いは，隣接
光波回路層から完全に離隔した状態等，各種の配置状態
で形成可能である。

【００１４】請求項２に記載の発明は，多層構造に連続
する２以上の光波回路層にまたがる１以上の光結合器が
形成されている構成を採用し，複数の光波回路層にわた
る立体的な光波回路の実現を可能とする。本項記載の光
結合器には，例えば，方向性光結合器や平行３導波路方
向性光結合器などの結合部の光導波路間隔が一様な光結
合器，或いは可変間隙を持つ方向性光結合器等を適用す
ることができる。

【００１５】また，本項記載の構成では，連続する光波
回路層のコア部群を様々に組み合わせて光結合器を形成
することができる。本項記載の発明では，例えば，連続
する光波回路層のそれぞれが光結合器を構成する少なく
とも１のコア部を含む構成，光結合器を構成するコア部
を１つおきの光波回路層だけが含む構成，更には光結合
器を構成するコア部が連続する光波回路層に完全にラン
ダムに配置される構成などが可能である。尚，本項記載
の構成において，光結合器を構成するコア部では，例え
ば，光エネルギを導波する機能，他の２のコア部の結合
を中継する機能，或いはそれらを組み合わせた機能等が
実現される。

【００１６】請求項３に記載の発明は，多層構造には２
の光波回路層にまたがる光結合器が形成されている構成
を採用する。ここで，光結合器は２以上のコア部から構
成されるため，本項記載の構成では，当該２の光波回路
層のそれぞれに当該光結合器を構成する少なくとも１の
コア部が形成される。さらに，光結合器が２の光波回路
層にまたがって形成されるため，光結合器を構成する２
以上のコア部には光波回路層の境界を介して相互に結合
するコア部の対が少なくとも１つ存在する。本項記載の
発明では，かかるコア部の対の距離を制御することによ
って，光結合器の結合係数を調整することができる。

【００１７】請求項４に記載の発明は，多層構造には３
つの連続する光波回路層にまたがる光結合器であって，
中間の光波回路層のコア部を介して両端の光波回路層間
でコア部同士の結合が行われるものが形成されている構
成を採用する。尚，本項記載の構成において，中間の光
波回路層のコア部は，中間の光波回路層内部で終端させ
て光波の導波機能を持たない構成としても良いし，光波
回路層で終端させずに自身も光波の導波機能を持つ構成
としても良い。

【００１８】また，請求項５に記載の発明は，コア部が
チャネル状に形成されている構成を採用する。本項記載
の発明によれば，チャネル状に形成された１又は２以上
のコア部によって，光波回路層毎に平面的な光波回路を
形成することが可能である。したがって，積層方向での
光波回路の形成と各光波回路層内での光波回路の形成と
の双方が実現可能となり，複雑な光波回路を立体的に形
成可能な光導波路素子を提供することができる。尚，本
項記載の発明において，チャネル状のコア部には，例え
ば曲線状や直線状や分岐形等の様々な形状のものを適用
することができる。

【００１９】請求項６に記載の発明は，コア部とクラッ
ド層との少なくとも一方はＳｉＯ_２を主成分とする構成
を採用する。本項記載の構成では，コア部とクラッド層
とから構成される光導波路の光学的特性を，一般に光信
号の伝送線として用いられている光ファイバの光学的特
性と整合させ易い。したがって，光ファイバとの接続が
容易であり，光通信システムに対し挿入損失の少ない光
導波路素子を形成することができる。

【００２０】請求項７に記載の発明は，さらに，ｎの光
波回路層を支持するＳｉから成る基板を備える構成を採
用する。本項記載の構成は，例えばコア部とクラッド部
とから石英系光導波路が形成される場合など，コア部や
クラッド層の主成分がＳｉＯ _２である場合に有効であ
る。

【００２１】また，請求項８に記載の発明は，光導波路
素子の製造方法において，第１クラッド層を形成する第
１の工程と，第ｋクラッド層上に第ｋコア部を形成する
第２の工程と，第ｋコア部を被覆する第（ｋ＋１）クラ
ッド層を形成する第３の工程と，第２の工程と第３の工
程とを交互にｎ回繰り返す第４の工程と，を含む構成を
採用する。かかる本項記載の発明では，各光波回路層の
コア層が隣接光波回路層との境界面に完全に接する状態
で形成される本願に係る光導波路素子が形成可能であ
る。ここで，ｋは，１以上ｎ以下の整数である。

【００２２】本項記載の発明では，間にクラッド層を挟
んでコア層が順次形成されて行くため，コア層の間隔が
クラッド層の厚さによって制御されることとなる。クラ
ッド層は，様々な形成方法，例えば，ＣＶＤ法，ＦＨＤ
法，スパッタ法，真空蒸着法，或いはエピタキシ法等に
より形成可能であるが，いずれの形成方法を用いるとし
ても，コア部のパターンニングに用いるフォトリソグラ
フィやエッチングよりもプロセス精度が高い。したがっ
て，クラッド層の厚さは，コア部のパターニングよりも
高精度に制御することができる。

【００２３】以上より，本項記載の発明では，コア部間
の距離が高精度に制御されて，コア部間に導波光の相互
作用を設計通りに生じさせることが可能となり，本願に
係る光導波路素子の歩留まりを向上させることができ
る。

【００２４】また，請求項９に記載の発明は，第ｋクラ
ッド層はＣＶＤ法により形成する構成を採用する。本項
記載の発明によれば，ＣＶＤ法の膜厚制御性の高さを利
用して，コア部間の距離を極めて正確に制御することが
できる。尚，ＣＶＤ法としては，例えば，常温ＣＶＤ
法，減圧ＣＶＤ法，プラズマＣＶＤ法，レーザＣＶＤ法
等が知られているが，本項記載の発明にはいずれのＣＶ
Ｄ法も適用可能である。

【００２５】また，請求項１０に記載の発明は，第３の
工程は，第ｋクラッド層上に第ｋコア部の材料層を形成
する工程と，反応性イオンエッチングにより材料層の不
要部分を除去して第ｋコア部を形成する工程と，から成
る構成を採用する。かかる本項記載の発明によれば，コ
ア部をチャネル状の所定のパターンに形成することがで
きる。したがって，積層方向でのコア部間の相互作用と
積層方向に垂直な面内でのコア部のパターンとによっ
て，極めて複雑な光波回路を形成することができる。

【００２６】

【発明の実施の形態】以下，本発明の好適な実施形態に
ついて，添付図面を参照しながら詳細に説明する。尚，
以下の説明及び添付図面において，同一の機能及び構成
を有する構成要素については，同一符号を付することに
より，重複説明を省略する。また，以下の説明及び図面
では，説明の便宜上，光の入射方向をｚ軸方向とし，ｚ
軸方向に垂直で基板平面に略平行な方向をｘ軸方向と
し，ｚ軸方向に垂直で基板平面に略垂直な方向をｙ軸方
向とする。

【００２７】（１）第１の実施形態 まず，図１〜図６を参照しながら，第１の実施形態につ
いて説明する。尚，図１及び図２は，本実施形態に係る
２層光導波路型の光導波路素子の概略構成を示す斜視図
である。さらに，図３及び図４は，本実施形態に係る３
層光導波路型の光導波路素子の概略構成を示す斜視図で
ある。また，図５は，本実施形態に係る２層光導波路型
の光導波路素子の製造方法に関する説明図であり，図６
は，本実施形態に係る２層以上の多層光導波路型の光導
波路素子の製造方法に関する説明図である。

【００２８】（１−１）光導波路素子の構成 本実施形態によれば，図１に示す２層光導波路型の光導
波路素子１００を構成することができる。図１に示すよ
うに，光導波路素子１００は，Ｓｉ基板１０２と基板１
０２上にｙ方向に順次積層された第１光波回路層１１２
及び第２光波回路層１２０とを備えている。

【００２９】第１光波回路層１１２には，ｚ軸と略平行
な直線状の第１コア部１０８が形成されている。光導波
路素子１００では，基板１０２側に形成される第１クラ
ッド層１０４と第２光波回路層１２０側に形成される第
２クラッド層１１０とによりかかる第１コア部１０８が
狭窄されて，第１の光導波路構造が形成される。

【００３０】また，第２光波回路層１２０には，曲線状
の第２コア部１１６が形成されている。光導波路素子１
００では，第１光波回路層１１２の第２クラッド層１１
０と第２光波回路層１２０の第３クラッド層１１８とに
よりかかる第２コア部１１６が狭窄されて，第２の光導
波路構造が形成される。

【００３１】さらに，光導波路素子１００において，第
２コア部１１６は，第１コア部１０８を含みｚ−ｘ平面
と略垂直な平面内に配される所定の長さの直線部分を有
している。光導波路素子１００では，第１コア部１０８
と第２コア部１１６の該直線部分との間に導波モードの
結合を生じさせることができる。

【００３２】また，本実施形態によれば，図２に示す２
層光導波路型の光導波路素子１００’も構成することが
できる。図２に示すように，光導波路素子１００’は，
Ｓｉ基板１０２’と基板１０２’上にｙ方向に順次積層
された第１光波回路層１１２’及び第２光波回路層１２
０’とを備えている。ここで，第１光波回路層１１２’
は，図１に示す第１光波回路層１１２と略同一の構成を
有する。

【００３３】対して，第２光波回路層１２０’は，図１
に示す第２光波回路層１２０と異なり，第２コア部１１
６’が途中でｙ分岐するように曲線状に形成されてい
る。かかる構成により，光導波路素子１００’では，第
１コア部１０８’から第２コア部１１６’に分配された
光波エネルギをさらに分岐することができる。

【００３４】光導波路素子１００’において，第２コア
部１１６’には，分岐前の合波部分に，所定の長さの直
線部分が形成されている。光導波路素子１００’では，
第２コア部１１６’の該直線部分が第１コア部１０８’
を含むｚ−ｘ平面と略垂直な平面内に形成されており，
第１コア部１０８’と第２コア部１１６’の該直線部分
との結合が実現される。尚，第２コア部１１６’は，一
方の分岐部分が第１コア部１０８’と交差するが，かか
る交差部分では，十分な結合長が確保されていないた
め，ほとんど第１コア部１０８’と第２コア部１１６’
との結合が生じない。

【００３５】さらに，本実施形態によれば，図３に示す
光導波路素子２００や図４に示す光導波路素子２００’
のように３層光導波路型の光導波路素子を構成すること
ができる。図３，４に示すように，光導波路素子２０
０，２００’には，順次積み重なった３の光波回路層か
ら構成される３層光導波路が形成されている。即ち，光
導波路素子２００，２００’は，実質的に，図１，２に
示す上記光導波路素子１００，１００’の上にさらに第
３光波回路層を積層した構成を有する。

【００３６】図３に示す光導波路素子２００は，第１光
波回路層２１２の第１コア部２０８と第２光波回路層２
２０の第２コア部２１６と第３光波回路層２２８の第３
コア部２２４とが一部で略平行にｙ軸方向に並び，相互
に結合を起こさせることができるように構成されてい
る。かかる光導波路素子２００では，隣接コア部間の結
合を生じさせることができる他にも，例えば，第２コア
部２１６を介して第１コア部２０８と第３コア部２２４
との結合を生じさせることもできるし，第２コア部２１
６の導波光を第１コア部２０８と第３コア部とに分配す
ることもできる。また，図４に示す光導波路素子２０
０’には，第１光波回路層２１２’の第１コア部２０
８’と第２光波回路層２２０’の第２コア部２１６’と
第３光波回路層２２８’の第３コア部２２４’とによる
結合部及び立体交差部が形成されている。

【００３７】本実施形態によれば，Ｓｉ基板に順次積層
される光波回路層の数を増加させることにより，一般
に，ｎの光波回路層を有するｎ層光導波路型の光導波路
素子を構成することができる。ここで，ｎは，２以上の
自然数である。そして，例えばクラッド層の膜厚或いは
コア部の形状や光波回路層内でのコア部の配置位置等を
調整することにより，コア部相互の位置関係を自在に調
整し，光導波路素子全体として所定の立体的な光波回路
を構成することができる。尚，付言すると，本実施形態
に係る光導波路素子によれば，最上部のクラッド層上
に，さらに基板やスペーサを介して他の光波回路構造を
形成することもできる。

【００３８】（１−２）光導波路素子の製造方法 図５に示すように，光導波路素子の製造方法では，ま
ず，Ｓｉ基板１５２の基板平面１５２ａ上に，ＣＶＤ法
により，第１クラッド層１５４とコア層１５６とを順次
形成する。ここで，第１クラッド層１５４と第１コア層
１５６とは，ともにＳｉＯ_２が主成分である。但し，両
者の間に所定の比屈折率差が生じるように，第１クラッ
ド層１５４の成長時と第１コア層１５６の成長時とで
は，原料ガスの組成を変える。

【００３９】次に，ＲＩＥ法により第１コア層１５６の
不要部分を除去して，第１クラッド層１５４上にリッジ
状の第１コア部１５８を残す。

【００４０】次に，第１クラッド層１５４上に，ＣＶＤ
法によって，第１コア部１５８を覆うＳｉＯ_２を主成分
とする第２クラッド層１６０を形成し，続けて，第２ク
ラッド層１６０上に原料ガスの組成を変えてＳｉＯ２を
主成分とする第２コア層１６４を形成する。ここで，第
２クラッド層１６０は，第１コア層１５６と第２コア層
１６４との間で結合が生じる膜厚で形成される。

【００４１】次に，ＲＩＥ法により第２コア層１６４の
不要部分を除去して，第２クラッド層１６０上にリッジ
状の第２コア部１６６を残す。最後に，ＣＶＤ法により
第２コア部１６６を覆うようにＳｉＯ_２を主成分とする
第３クラッド層１６８を形成する。

【００４２】結果として，２層光導波路型の光導波路素
子１５０が得られる。尚，かかる光導波路素子１５０に
おいて，第１クラッド層１５４と第１コア部１５８と第
２クラッド層１６０とから第１光波回路層１６２が構成
され，第２コア部１６６と第３クラッド層１６８とから
第２光波回路層１７０が構成される。

【００４３】さらに，本実施形態によれば，図６に示す
ように，第３クラッド層１６８の形成に続く第３コア層
１７２の形成，第３コア層１７２の不要部分除去による
第３コア部１７４の形成，第４クラッド層１７６の形成
を行い，第３光波回路層１７８を形成することができ
る。これにより，３層光導波路構造型の光導波路素子を
得ることができる。さらにまた，本実施形態によれば，
第４クラッド層１７６の形成に続く第４コア層１８０の
形成，第４コア層１８０の不要部分除去による第４コア
部１８２の形成，第５クラッド層１８４の形成を行い，
第４光波回路層１８６を形成し，４層光導波路構造型の
光導波路素子を得ることができる。

【００４４】この様に，本実施形態によれば，第ｋクラ
ッド層の形成に続く第ｋコア層の形成と第ｋコア部の形
成と第（ｋ＋１）クラッド層の形成とからなる第ｋ光波
回路層の形成を順次繰り返し行うことにより，ｎの光波
回路層を有する多層光導波路型の光導波路素子を得るこ
とができる。ここで，ｋは，ｎ以下の自然数である。

【００４５】（１−３）光導波路素子の作用 次に，本実施形態に係る光導波路素子の作用について説
明する。尚，以下では，図２に示す光導波路素子１０
０’の方向性光結合器としての作用を例に挙げて説明す
るが，図１に示す光導波路素子１００或いは図３に示す
光導波路素子２００や図４に示す光導波路素子２００’
でもほぼ同様の作用が得られる。

【００４６】光導波路素子２００’では，第１光波回路
層１１２’に形成される第１コア部１０８’と第２光波
回路層１２０’に形成される第２コア部１１６’とが，
第２クラッド層１１０’を挟んで異なるｘ−ｚ平面に配
置される。

【００４７】したがって，第１コア部１０８’と第２コ
ア部１１６’との間での結合がｙ軸方向で行われること
となるとともに，結合後の第１コア部１０８’と第２コ
ア部１１６’とを立体的に交差させることができる。
尚，第１コア部１０８’と第２コア部１１６’との立体
的な交差部分でも両者間で結合が生じ得ると考えられる
が，交差部分の結合長が短いために強い結合は起こらな
い。

【００４８】さらに，光導波路素子２００’では，第１
コア部１０８’と第２コア部１１６’との間隔が第２ク
ラッド層１１０’の層厚で決まる。該間隔は，第２クラ
ッド層１１０’の形成方法による膜厚制御によって，フ
ォトリソグラフィやドライエッチングの精度よりも高精
度に制御可能である。したがって，光導波路素子２０
０’では，所望の結合系数で光エネルギを分配すること
ができる第１コア部１０８’と第２コア部１１６’との
間隔を容易に実現することができる。

【００４９】対して，図１２に示す上記従来の光導波路
素子５００に係る方向性光結合器では，２本の光導波路
（コア部５０８を有する。）が同一のｘ−ｚ平面内に配
置されおり，両者間での結合もそのｘ−ｚ平面内で行わ
れる。したがって，従来のＰＬＣでは，結合後の２本の
光導波路は，互いに交差させることはできない。また，
従来の光導波路素子５００では，光導波路の幅や２本の
光導波路間の間隔は，コア部５０８を形成する際のフォ
トリソグラフィやドライエッチングの精度に影響される
ため，設計通りにすることが難しい。したがって，従来
の光導波路素子５００の２本の光導波路間で，所望の結
合係数で光エネルギを分配することが困難である。

【００５０】（１−４）効果 以上説明したように，本実施形態によれば，例えば方向
性光結合器において，相互に略平行な異なる２平面に配
置されている光導波路間に該２平面の双方に略垂直な方
向で結合を生じさせることができる。したがって，結合
後の２本の光導波路は，自由に交差させることが可能で
ある。よって，従来より複雑な光波回路を構成すること
が可能であるとともに，光導波路の設計自由度が向上し
光導波路に結合される光能動素子や光ファイバの配置自
由度を大きくすることができる。さらに，本実施形態に
よれば，３層或いはそれ以上の光波回路層を配すること
により，一層複雑な光波回路を構成することが可能とな
る。

【００５１】さらにまた，本実施形態では，２本の光導
波路の間隔が第２クラッド層の形成方法の膜厚制御に依
存する。したがって，本実施形態によれば，従来の光導
波路素子よりも高精度に光導波路間の結合係数を正確に
制御することができる。特に，第２クラッド層が膜厚制
御性（均一性，再現性）に優れたＣＶＤ法によって形成
されるため，極めて高精度に導波路間隔を制御すること
が可能であり，所望の分波特性を得ることができる。

【００５２】（２）第２の実施形態 次に，図７及び図８を参照しながら，第２の実施形態に
ついて説明する。尚，図７は，本実施形態に係る光導波
路素子３００の概略構成を示す斜視図であり，図８は，
光導波路素子３００の構成を説明するための断面図であ
る。

【００５３】図７及び図８に示すように，本実施形態に
係る光導波路素子３００は，第２クラッド層の構成が図
３に示す上記第３実施形態に係る光導波路素子２００と
相違し，他の構成は光導波路素子２００と実質的に同一
である。

【００５４】光導波路素子２００において，第２クラッ
ド層２１０は，第１コア部２０８と第２コア部２１６と
の結合が起こらない程度の大きな膜厚で形成されてい
る。即ち，光導波路素子３００において，同一のｙ−ｚ
平面内に存在する相対する２つのコア部である第１コア
部３０８と第２コア部３１６とは，両層間に介在する第
２クラッド層３１０の膜厚を大きくすることにより，相
互に結合しないようにされている。

【００５５】ここで，第１コア部３０８と第２コア部３
１６とが結合を起こすことができない第２クラッド層３
１０の膜厚は，両コア部と第２クラッド層３１０との比
屈折率差や光の波長或いは両コア部の断面形状等に依存
する。例えば，低屈折率差導波路で比屈折率差が約０．
３％であり，コア断面形状が約８μｍ×約８μｍの正方
形であり，光の波長が約１．３１μｍとすると，結合係
数κは約５１．５となる。したがって，かかる例示の条
件下でクラッド層の膜厚を１０μｍとした場合，完全結
合長は約３０ｃｍとなり，一般の光波回路サイズ（約ｌ
ｃｍ）程度ではコア部間に結合がほとんど起こらないこ
とがわかる。かかる例示の条件は，一般的なものである
から，第２クラッド層３１０の膜厚を１０μｍ以上とす
ると，第１コア部３０８と第２コア部３１６の間に結合
が起こらない多層光導波路が得られるといえる。

【００５６】以上説明したように，本実施形態に係る光
導波路素子では，第１コア部と第２コア部との間に結合
が起こらない。したがって，いかなる場所においても第
１コア部と第２コア部とは高いアイソレーションを保つ
ことができる。さらに，第１コア部と第２コア部との間
に基板やスペーサが介在しないので，チップ体積を小さ
くすることができ，コストダウンにつながる。

【００５７】（３）第３の実施形態 次に，図９及び図１０を参照しながら，第４の実施形態
について説明する。尚，図９は，本実施形態に係る光導
波路素子４００の概略構成を示す斜視図であり，図１０
は，光導波路素子４００の構成を説明するための断面図
である。

【００５８】本実施形態は，偶数番コア部として，奇数
番コア部同士を結合させるための中間導波路のみを配す
るものである。図９及び図１０に示す本実施形成に係る
光導波路素子４００を例に挙げて具体的に説明する。図
９及び図１０に示すように，光導波路素子４００は，第
２コア部の構成が図３に示す上記第１実施形態に係る光
導波路素子２００と相違し，他の構成は光導波路素子２
００と略同一である。

【００５９】光導波路素子２００において，かかる第２
コア部４１６は，第１コア部４０８と第３コア部４２４
とがｙ軸方向に整列する部分，即ち第１コア部４０８と
第３コア部４２４との結合部分に形成されている。そし
て，かかる第２コア部４１６の少なくとも一端は，第２
光波回路層４２０内部で終端している。かかる構成を有
する第２コア部４１６は，第１光波回路層４１２の第１
コア部４０８と第３光波回路層４２８の第３コア部４２
４との光結合を中継するが，光導波路素子４００外部に
光を導波することができない。

【００６０】本実施形態にかかる光導波路の動作につい
て方向性結合器としての動作を例にあげて説明する。図
１０に示すように，同じｙ−ｚ平面内に存在する第１コ
ア部４０８，第２コア部４１６及び第３コア部４２４に
おいて，第１コア部４０８と第２コア部４１６との結合
により第１コア部４０８を伝搬する光の一部が第２コア
部４１６へ移行する。さらに，第２コア部４１６と第３
コア部４２４との結合により第２コア部４１６を伝搬す
る光の一部が第３コア部４２４へ移行する。

【００６１】一方，同じｙ−ｚ平面内に第１コア部４０
８と第３コア部４２４しか存在しない場合は，第１コア
部と第３コア部との間隔４５０が非常に大きくなるた
め，第１コア部４０８と第３コア部４２４とで結合が起
こらない。したがって，結合後の第１コア部４０８と第
３コア部４２４を相互のアイソレーションを高く保った
まま互いに交差させることが可能である。

【００６２】尚，本実施形態においては，積層する光波
回路層の数を増加させた場合にも，同様にして，第４コ
ア部により第３コア部と第５コア部が結合され，第６コ
ア部により第５コア部と第７コア部が結合される。即
ち，ｎの光波回路層を有する本実施形態に係るｎ層光導
波路型の光導波路素子では，第２ｊコア部を介して第
（２ｊ−１）コア部と第（２ｊ＋１）コア部とが結合さ
れる。ただし，ここでのｎは，３以上の任意の自然数で
ある。また，ｊは，ｎが偶数の場合にはｎ／２以下の自
然数であり，ｎが奇数の場合には（ｎ−１）／２以下の
自然数である。

【００６３】そして，本実施形態において，偶数番コア
部は，２本の奇数番コア部を相互に結合するためだけに
形成することが可能であり，従って，２本の奇数番コア
部が単に交差する部分には偶数番コア部を介在させなく
てもよい。したがって，アイソレーションを高く保った
まま２本の奇数番コア部を互いに交差させることが可能
である。

【００６４】以上説明した本実施形態では，偶数番コア
部を形成することにより２本の奇数番コア部を結合させ
ることがでる。また，偶数番コア部を形成しない部分で
２本の奇数番コア部を交差させることにより，該交差部
分で奇数番コア部の間で高いアイソレーションを保つこ
とができる。

【００６５】尚，本実施形態の応用として，上下の導波
路を結合させるための中間導波路を任意の光波回路層に
配することができる。さらに，上記第２の実施形態と組
み合わせること，即ち一の光導波路素子内で中間導波路
を用いてアイソレーションを高く保つ構成とクラッド層
厚を大きくしてアイソレーションを高く保つ構成とを組
み合わせることも可能である。

【００６６】以上，本発明に係る好適な実施の形態につ
いて説明したが，本発明はかかる構成に限定されない。
当業者であれば，特許請求の範囲に記載された技術思想
の範囲内において，各種の修正例及び変更例を想定し得
るものであり，それら修正例及び変更例についても本発
明の技術範囲に包含されるものと了解される。

【００６７】上記実施の形態においては，クラッド層及
びコア部の形成にＣＶＤ法を適用した光導波路素子の製
造方法を例に挙げたが，本発明はかかる構成に限定され
ない。本発明は，クラッド層又はコア部の少なくとも一
方の形成に，他の様々な形成方法，例えば，ＦＨＤ法な
どの他の気相反応を利用する方法，或いはスピンコーテ
ィングや熱拡散その他の気相反応を利用しない方法等を
適用した光導波路素子の製造方法に対しても適用するこ
とができる。

【００６８】上記実施の形態においては，コア部のパタ
ーニングにＲＩＥ法を適用した光導波路素子の製造方法
を例に挙げたが，本発明はかかる構成に限定されない。
本発明は，コア部のパターニングに，他の様々なエッチ
ング法，例えば，ＲＩＢＥ法などの他のドライエッチン
グ法或いはウェットエッチング法等を適用した光導波路
素子の製造方法に対しても適用することができる。

【００６９】上記実施の形態においては，クラッド層及
びコア部にＳｉＯ_２を適用した光導波路素子を例に挙げ
たが，本発明はかかる構成に限定されない。本発明は，
クラッド層又はコア部の少なくとも一方に，他の様々な
材料物質，例えば，エポキシ系やポリウレタン系などの
有機材料，硫化砒素などの力ルコゲナイド系材料，ニオ
ブ酸リチウムやタンタル酸リチウムなどの電気光学結晶
材料，イットリウム鉄ガーネットなどの磁性材料，酸化
亜鉛などの金属酸化物，或いはガリウムアルミニウム砒
素等を適用した光導波路素子に対しても適用することが
できる。

【００７０】上記実施の形態においては，基板にＳｉを
適用した光導波路素子を例に挙げたが，本発明はかかる
構成に限定されない。本発明は，基板に，他の様々な材
料物質，例えば，ソーダガラス，パイレックスガラス，
ニオブ酸リチウム，アルミナ，石英，或いはガリウムア
ルミニウム砒素等を適用した光導波路素子に対しても適
用することができる。即ち，本発明では，光導波路を構
成する材料物質に合わせて適切な基板の材料物質を選ぶ
ことができる。

【００７１】上記実施の形態においては，光波回路とし
て方向性結合器を適用した光導波路素子を例に挙げた
が，本発明はかかる構成に限定されない。本発明は，他
の様々な光波回路，例えば，直線状の光導波路，Ｓ字導
波路などの曲線状の光導波路，Ｙ分岐導波路などの分岐
導波路，マッハツェンダー導波路，或いはこれらを組み
合わせた光波回路等を適用した光導波路素子に対しても
適用することができる。

【００７２】上記実施の形態においては，バルク構造の
コア部を適用した光導波路素子を例に挙げたが，本発明
はかかる構成に限定されない。本発明は，他の様々な構
造，例えば，単一量子井戸構造や多重量子井戸構造歪み
量子井戸構造などの量子井戸構造，或いは分離閉じ込め
ヘテロ構造等のコア層を適用した光導波路素子に対して
も適用することができる。

【００７３】上記実施の形態においては，特殊の内部構
造を有するコア部を適用した光導波路素子を例に挙げた
が，本発明はかかる構成に限定されない。本発明は，他
の様々な内部構造，例えば，グレーティング構造，チャ
ープトグレーティング構造，或いは屈折率が不均一に分
布させる構造等を有するコア部を適用した光導波路素子
に対しても適用することができる。

【００７４】

【発明の効果】本発明によれば，立体的に光波回路を形
成することができる。したがって，光導波路素子の設置
面積を拡大せずに，複雑な光波回路を形成することがで
きる。また，本発明によれば，クラッド層の層厚制御に
よりコア部間の距離を調整することができるため，コア
部間距離を極めて高精度に制御可能である。したがっ
て，例えば光干渉や光結合等の光の相互作用をコア部間
に設計通り実現することが可能となり，光波回路の性能
と歩留まりとを高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用可能な光導波路素子の概略構成を
示す斜視図である。

【図２】本発明を適用可能な他の光導波路素子の概略構
成を示す斜視図である。

【図３】本発明を適用可能な他の光導波路素子の概略構
成を示す斜視図であり，

【図４】本発明を適用可能な他の光導波路素子の概略構
成を示す斜視図である。

【図５】本発明を適用可能な光導波路素子の製造方法に
ついての説明図である。

【図６】本発明を適用可能な他の光導波路素子の製造方
法についての説明図である。

【図７】本発明を適用可能な他の光導波路素子の概略構
成を示す斜視図であり，

【図８】図７に示す光導波路素子の動作を説明するため
の断面図である。

【図９】本発明を適用可能な他の光導波路素子の概略構
成を示す斜視図であり，

【図１０】図９に示す光導波路素子の動作を説明するた
めの断面図である。

【図１１】従来の光導波路素子の概略的な構成を示す斜
視図である。

【図１２】従来の光導波路素子の製造方法についての説
明図である。

【符号の説明】

１００ 光導波路素子 １０２ 基板 １０４，１１０，１１８ クラッド層 １０６，１１４ コア層 １０８，１１６ コア部 １１２，１２０ 光波回路層

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光導波路素子であって：それぞれがコア
   部と前記コア部を被覆するクラッド層とから構成されて
   おり，順次積み重なって多層構造を成す，ｎの光波回路
   層を備えることを特徴とする（ｎは，２以上の整数であ
   る），光導波路素子。
2. 【請求項２】 前記多層構造には，連続する２以上の前
   記光波回路層にまたがる１以上の光結合器が形成されて
   いることを特徴とする，請求項１に記載の光導波路素
   子。
3. 【請求項３】 前記多層構造には，連続する２の前記光
   波回路層にまたがる１以上の光結合器が形成されている
   ことを特徴とする，請求項１に記載の光導波路素子。
4. 【請求項４】 前記多層構造には，連続する３の前記光
   波回路層にまたがる光結合器であって，中間の光波回路
   層のコア部を介して両端の光波回路層間でコア部同士の
   結合が行われるものが形成されていることを特徴とす
   る，請求項１に記載の光導波路素子。
5. 【請求項５】 前記コア部は，チャネル状に形成されて
   いることを特徴とする，請求項１，２，３または４のい
   ずれかに記載の光導波路素子。
6. 【請求項６】 前記コア部と前記クラッド層との少なく
   とも一方は，ＳｉＯ_２を主成分とすることを特徴とす
   る，請求項１，２，３，４または５のいずれかに記載の
   光導波路素子。
7. 【請求項７】 さらに，Ｓｉからなり前記ｎの光波回路
   層を支持する基板を備えることを特徴とする，請求項
   １，２，３，４，５または６のいずれかに記載の光導波
   路素子。
8. 【請求項８】 光導波路素子の製造方法であって：第１
   クラッド層を形成する第１の工程と，前記第ｋクラッド
   層上に第ｋコア部を形成する第２の工程と（ｋは，１以
   上ｎ以下の整数である），第ｋコア部を被覆する第（ｋ
   ＋１）クラッド層を形成する第３の工程と，前記第２の
   工程と前記第３の工程とを交互にｎ回繰り返す第４の工
   程と，を含むことを特徴とする，光導波路素子の製造方
   法。
9. 【請求項９】 第ｋクラッド層は，化学気相成長法によ
   り形成することを特徴とする，請求項８に記載の光導波
   路素子の製造方法。
10. 【請求項１０】 前記第３の工程は，第ｋクラッド層上
    に第ｋコア部の材料層を形成する工程と，反応性イオン
    エッチングにより前記材料層の不要部分を除去して前記
    第ｋコア部を形成する工程と，から成ることを特徴とす
    る，請求項８または９に記載の光導波路素子の製造方
    法。