JP2004045453A

JP2004045453A - 導波路型光部品およびその製造方法

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Publication number: JP2004045453A
Application number: JP2002199027A
Authority: JP
Inventors: Tetsuya Hattori; 服部　哲也; Shigeru Semura; 瀬村　滋; Kenji Koyama; 小山　健二
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2002-07-08
Filing date: 2002-07-08
Publication date: 2004-02-12

Abstract

【課題】隣接チャネル間の熱的なクロストークを低減可能な導波路型光部品およびその製造方法を提供する。
【解決手段】導波路型光部品１は８つのコア領域パターン２を有する８チャネル型の光スイッチである。各コア領域パターン２は、入力信号光が伝搬する第１コア部２ａと、第１コア部２ａからの光を２分岐する第１カプラ部２ｂと、２分岐された光が各々伝搬一対の第２コア部２ｃと、一対の第２の第２コア部２ｃ各々からの光を結合する第２カプラ部２ｄと、第２カプラ部２ｄにより結合された光が伝搬する第３コア部２ｅと、第２コア部２ｃの温度を調整するヒータ２ｆと有する。複数の第２コア部２ｃが互いに並列されるように配置されており、隣り合う第２コア部２ｃの間には、溝４が設けられている。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱光学効果を利用した導波路型光部品およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
熱光学効果を利用した平面導波路デバイスの典型的な例として、マッハツェンダ干渉計（Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ　ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒ）に熱光学移相器を組合せた光スイッチを挙げることができる。マッハツェンダ干渉計は、入力光を２分岐する光分岐器と、光分岐器で分岐された２つの光を導く一対の光導波路と、これら２つの光導波路を伝搬する光を結合する光結合器とを備える。一対の光導波路のうち少なくとも一つは熱光学移相器として働く。すなわち、この光導波路にはヒータが設けられており、ヒータにより光導波路の温度を変えることにより、光導波路の屈折率が変化する（熱光学効果）。一方の光導波路の屈折率が変化するため、２つの光導波路を伝搬する光の位相もまた変化することとなる。よって、一方の光導波路の温度を調整することにより分岐光の位相差が制御され、その結果、結合光の強度を制御することができ、或いは、光のスイッチングを行うことができる。
【０００３】
熱光学効果を光スイッチに利用するためには、スイッチ動作に応じた２つの状態を実現するように一方の光導波路を２つの異なる温度に維持しなければならない。このような２つ温度状態は、熱光学移相器に設けられた膜状のヒータへの電流を調整することにより実現される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明者らの知見によれば、マッハツェンダ干渉計が複数形成される多チャンネル光スイッチの場合には、隣接する２つの光導波路間での熱的な干渉（熱的クロストーク）が生じることが明らかとなっている。熱的クロストークは、光スイッチが比較的比熱の高い石英ガラスから作製されるため熱光学移相器に熱が蓄積されやすく、しかも、２つの温度状態が室温に比べ高いために生じる。熱的クロストークが発生すると、ＯＮまたはＯＦＦの状態を維持できなくなったり、ＯＮ（ＯＦＦ）からＯＦＦ（ＯＮ）の状態へ切り替えができなくなったりするといったスイッチング特性の悪化を招いてしまう。
【０００５】
そこで、本発明は、隣接チャネル間の熱的なクロストークを低減可能な導波路型光部品を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の一側面に係る導波路型光部品の製造方法は、（１）石英ガラスよりも熱伝導率が大きい材料から構成される板材と石英ガラス板とを一体にすることにより、石英ガラス部および板材部を有する２層基材を得る工程と、（２）信号を含む光が伝搬する複数のコア部を石英ガラス部上に形成する工程と、（３）石英ガラス部上に、複数のコア部を覆うようにクラッド部を形成する工程と、（４）クラッド部上に、複数のコア部の１または複数の温度を個別に調整するヒータを形成する工程と、（５）ヒータにより温度が調整されるべきコア部とこのコア部に隣り合う他のコア部との間に配置される溝部を形成する工程と、を備える。
【０００７】
上記の製造方法によれば、ヒータによりコア部の温度を高くした場合であっても、溝部により、隣のコア部への熱伝導が抑制される。また、板材は、石英ガラス板よりも熱伝導率が大きい材料で構成されるため、熱が板材を通して隣のコア部へ伝搬するのが抑制される。すなわち、コア部間の熱的クロストークが抑制される。
【０００８】
本発明の他の側面に係る導波路型光部品の製造方法は、（１）石英ガラスよりも熱伝導率が大きい材料から構成される板材と石英ガラス板とを一体にすることにより、石英ガラス部および板材部を有する２層基材を得る工程と、（２）信号を含む光が入射される第１コア部、第１コア部に接続する第１カプラ部、第１カプラ部に接続する一対の第２コア部、第２コア部に接続する第２カプラ部、および第２カプラ部に接続する第３コア部を各々有する複数のコア領域パターンを石英ガラス部上に形成する工程と、（３）石英ガラス部上に、複数のコア領域パターンを覆うようにクラッド部を形成する工程と、（４）クラッド部上に、一対の第２コア部の少なくとも一方の温度を調整するヒータを形成する工程と、（５）ヒータにより温度が調整されるべき第２コア部とこの第２コア部に隣り合う第２コア部との間に配置される溝部を形成する工程と、を備える。
【０００９】
この製造方法によれば、ヒータにより第２コア部の温度を高くした場合であっても、溝部により、隣の第２コア部への熱伝導が抑制される。また、板材は、石英ガラス板よりも熱伝導率が大きい材料で構成されるため、熱が板材を通して隣の第２コア部へ伝搬するのが抑制される。すなわち、第２コア部間の熱的クロストークが抑制される。しかも、この製造方法によれば、マッハツェンダ干渉計が製造される。
【００１０】
また、複数の溝部の底面には板材部が現れていると好ましい。このようにすれば、熱的クロストークが確実に抑制される。また、上記の材料はシリコンであり、上記の板材はシリコン基板であると好ましい。シリコンは石英ガラスに比べ大きな熱伝導率を有するため、板材部を介しての熱伝導が抑制することができる。
【００１１】
また、２層基材を得る工程においては、２層基材は以下に述べる手順によって好適に形成される。これらの手順によれば、石英ガラス板とシリコン基板とが直接貼り合わされるため、両者が剥がれるなどの問題が生じ難い。
【００１２】
石英ガラス板およびシリコン基板の表面を清浄し、清浄された表面同士が接するように石英ガラス板をシリコン基板に重ね、両者を加熱することにより２層基材を形成すると好適である。
【００１３】
さらに、２層基材を得る工程において、石英ガラス板およびシリコン基板の表面を清浄し、清浄された表面をプラズマ雰囲気に晒し、プラズマ雰囲気に晒された表面同士が接するように石英ガラス板をシリコン基板に重ね、両者を加熱することにより２層基材を形成すると好適である。
【００１４】
さらにまた、２層基材を得る工程において、シリコン基板の表面を清浄し、清浄された表面上にガラススート膜を堆積し、該ガラススート膜上に石英ガラス板を重ね、石英ガラス板とシリコン基板とを加熱することにより２層基材を形成すると好適である。
【００１５】
また、溝部を形成する工程において、フォトグラフィおよびエッチングにより溝部を形成すると好ましい。このようにすれば、溝部を精度良く形成される。よって、複雑なコア領域パターンを有する導波路型光部品を製造することが容易となる。
【００１６】
さらに、上記の石英ガラス板の厚さは３０μｍ以上８００μｍ以下であると好適である。このようにすれば、第２コア部とシリコン部との距離を３０μｍ以上８００μｍ以下とできる。よって、スイッチ動作の応答性に優れ、消費電力の低い導波路型光部品を実現できる。
【００１７】
本発明の一側面に係る導波路型光部品は、（１）石英ガラスよりも熱伝導率の大きい材料から構成される板材と石英ガラス板とを一体にすることにより形成され、石英ガラス部および板材部を有する２層基材と、（２）石英ガラス部上に形成され、信号を含む光が伝搬する複数のコア部と、（３）複数のコア部を覆うように石英ガラス部上に形成されたクラッド部と、（４）クラッド部上に形成され、複数のコア部の１または複数の温度を個別に調整するヒータと、（５）ヒータにより温度が調整されるべきコア部とこのコア部に隣り合う他のコア部との間に配置された溝部と、を備える。
【００１８】
本発明の他の側面に係る導波路型光部品は、（１）石英ガラスよりも熱伝導率の大きい材料から構成される板材と石英ガラス板とを一体にすることにより形成され、石英ガラス部および板材部を有する２層基材と、（２）信号を含む光が伝搬する第１コア部、第１コア部に接続する第１カプラ部、第１カプラ部に接続する一対の第２コア部、第２コア部に接続する第２カプラ部、および第２カプラ部に接続する第３コア部を各々有し、石英ガラス部上に形成された複数のコア領域パターンと、（３）複数のコア領域パターンを覆うように設けられたクラッド部と、（４）クラッド部上に設けられ、一対の第２コア部の少なくとも一方の温度を調整するヒータと、（５）ヒータにより温度が調整されるべき第２コア部とこの第２コア部に隣り合う第２コア部との間に配置される溝部と、を備える。
【００１９】
また、溝部の底部には板材部が現れていると好適である。さらに、上記の材料はシリコンであると好ましい。さらにまた、石英ガラス板の厚さは３０μｍ以上８００μｍ以下であると有用である。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る導波路型光部品の好適な実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、図面の説明においては、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。また、図面においては、石英ガラス板上に成長される各層の層厚の比率を始めとして、寸法比率は、説明のものとは必ずしも一致していない。
【００２１】
（第１の実施形態）
初めに、本発明の第１の実施形態による導波路型光部品を説明する。図１は、第１の実施形態による導波路光部品の上面図である。図２は、図１のＩ−Ｉ線に沿った断面の一部を示す図である。導波路型光部品１は、８つのコア領域パターン２を有する８チャネル型のマッハツェンダ干渉計である。図１を参照すると、各コア領域パターン２は、信号を含む光が伝搬する第１コア部２ａ、第１コア部に接続する第１カプラ部２ｂ、第１カプラ部２ｂに接続する一対の第２コア部２ｃ、第２コア部２ｃに接続する第２カプラ部２ｄ、および第２カプラ部２ｄに接続する第３コア部２ｅを有する。複数のコア領域パターン２において、一対の第２コア部２ｃは互いに並列されるように配置されている。
【００２２】
図２から理解されるように、各コア領域パターンは、２層基材２２上に設けられている。２層基材２２は、厚さが８００μｍの石英ガラス板とシリコン基板とが貼り付けられて作製されており、石英ガラス部２２０とシリコン部２２１とを有する。ただし、２層基材２２の作製に使用される石英ガラス板の厚さは、後述の通り、３０μｍ以上８００μｍ以下であると好ましい。
【００２３】
図３（Ａ），（Ｂ）は、第１カプラ部２ｂおよび第２カプラ部２ｄを説明する図である。図３（Ａ）を参照すると、第１カプラ部２ｂは２つのコア部２５，２６から構成され、これら２つのコア部２５，２６は、一方のコア部を伝搬する光が他方のコア部へと伝搬する、或いは、双方の光が互いに影響し合う程度の距離をおいて並置されている。ここで、コア部２５，２６の長さＤは、例えば０ｍｍより大きく５ｍｍ程度以下であってよい。コア部２５は、その一端で第１コア部２ａと連続しており、他端で一対の第２コア部２ｃの一方と接続している。また、コア部２６は、一端で別のコア部３０と接続しており、他端で一対の第２コア部２ｃの他方と接続している。
【００２４】
図３（Ｂ）を参照すると、第２カプラ部２ｄは２つのコア部２７，２８から構成され、これら２つのコア部２７，２８は、一方のコア部を伝搬する光が他方のコア部へと伝搬する、或いは、双方の光が互いに影響し合う程度の距離をおいて並置されている。ここで、コア部２７，２８の長さは、第１カプラ部２ｂと同程度の長さＤである。コア部２７は、その一端で一対の第２コア部２ｃの一方と連続しており、他端で第３コア部２ｅと接続している。また、コア部２８は、一端で一対の第２コア部２ｃの他方と連続しており、他端で第３コア部２ｅと接続している。
【００２５】
再び図２を参照すると、シリコン部２２１上に下部クラッド部２０ｂが形成され、下部クラッド部２０ｂ上に第２コア部２ｃが形成されている。下部クラッド部２０ｂ上には、第２コア部２ｃを囲むよう上部クラッド部２０ｃが形成されている。第２コア部２ｃおよび上部クラッド部２０ｃは、石英ガラスから構成されている。また、下部クラッド部２０ｂは、上述の石英ガラス部２２０から形成されている。上部クラッド部２０ｃの上には、第２コア部２ｃの温度を調整するヒータ２ｆが設けられている。また、ヒータ２ｆにより温度が調整されるべき第２のコア部２ｃのいずれかと、隣り合う他のコア部２ｃとの間には、溝４が設けられている。導波路型光部品１においては、この溝４は、シリコン部２２１にまで達しており、その底部にはシリコン部２２１が露出している。
【００２６】
下部クラッド部２０ｂの高さは、本実施形態においては１００μｍ程度である。ただし、この高さは、１００μｍ程度に限らず、３０μｍ以上８００μｍ以下であると好ましい。また、３０μｍ以上１００μｍ以下であってもよい。この高さが３０μｍよりも低い場合には、第２コア部２ｃが加熱された際、その熱がシリコン部２２１に吸収され易くなる。よって、第２コア部２ｃの温度を一定に保つためには、ヒータ２ｆへ比較的大きな電力を供給する必要がある。その結果、消費電力が大きくなってしまう。また、当該高さが８００μｍより高いと、第２コア部２ｃの熱がシリコン部２２１へ伝わり難くなる。このため、第２コア部２ｃの温度を下げる場合には、長い時間を要することとなる。その結果、スイッチ動作の応答性が悪化してしまう。
【００２７】
なお、第１のコア部２ａ、第１カプラ部２ｂ、第２カプラ部２ｄ、および第３コア部２ｅもまた、第２コア部２ｃと同様に、シリコン部２２１上に形成されている。第１のコア部２ａ、第１カプラ部２ｂ、第２カプラ部２ｄ、および第３コア部２ｅにおいては、石英ガラス部２２０が下部クラッド部として働く。また、シリコン部２２１上には、第１のコア部２ａ、第１カプラ部２ｂ、第２カプラ部２ｄ、および第３コア部２ｅを囲むように上部クラッド部が形成されている。
【００２８】
第２コア部２ｃの温度を調整するヒータ２ｆは、外部の温度調整器（図示せず）と接続されるための電極（図示せず）を有する。温度調整器によりヒータ２ｆへ供給される電流が調整され、よって、第２コア部２ｃの温度が制御される。すなわち、第２コア部２ｃは熱光学移相器として働く。
【００２９】
次に、導波路型光部品１の動作を説明する。まず、外部の光ファイバから所定の信号を含む光Ｌ_１が第１のコア部２ａに入射される。第１のコア部２ａに入射された光は第１カプラ部２ｂに至ると、当該第１カプラ部２ｂにより分岐されて２つの方向へと進行する。２つに分岐された光の各々は、一対の第２コア部２ｃそれぞれを通過して第２カプラ部２ｄに至ると、当該第２カプラ部２ｄにより結合される。結合された光は、第３の光導波路２ｅ内を進行し、導波路型光部品１の端部から光Ｌ_２，Ｌ_３として外部へ出射される。
【００３０】
このとき、ヒータ２ｆにより第２コア部２ｃの温度を変えると、第２コア部２ｃの屈折率が変化する。このため、一対の第２コア部２ｃの温度を調整することにより、第２カプラ部２ｄで結合された光の強度を変えることができる。例えば、光Ｌ_２の強度に着目すると、対となる第２コア部２ｃの温度を等しく保てば、結合される光の強度を入射光とほぼ等しくすることができる。また、対となる第２コア部２ｃ間の温度差が所定の値となるように維持すれば、結合光の強度を下げることができる。すなわち、温度差がない場合にＯＮの状態が実現され、温度差が設けられた場合にＯＦＦの状態が実現される。
【００３１】
上記の通り、導波路型光部品１においては、第２コア部２ｃの間に溝４が形成されている。比較のため、溝が形成されていない導波路型光部品を例に挙げる。このような導波路型光部品では、対となる光導波路間に温度差を付与するために一方を加熱すると、この熱は上部および下部クラッド部を通して他方の光導波路へと伝搬する。そのため、他方の光導波路のコア部の温度が変化してしまう。故に、他方の光導波路を伝搬する光の位相が変化してしまう。したがって、結合光の減衰比を所望の通りとできない事態となる。
【００３２】
熱の伝搬により生じる問題は、また、光導波路素子間でも発生する。すなわち、対となる光導波路の一方を加熱すると、熱が隣の光導波路素子を構成する光導波路に伝搬してしまう。よって、隣の光導波路の温度が変化してしまうこととなる。このため、隣の光導波路素子における結合光の減衰比に悪影響が生じる。
【００３３】
これに対し、本実施形態の導波路型光部品１では、ヒータ２ｆにより第２コア部２ｃが加熱され、第２コア部２ｃの温度が上昇した場合であっても、溝４により、熱が隣の第２コア部２ｃに伝搬するのが防止される。しかも、導波路型光部品１においては、溝４の底部はシリコン部２２１に達しているため、隣の第２コア部２ｃへの熱の伝搬はより確実に防止される。したがって、結合光の減衰比を所望の値とすることができる。また、光スイッチとして利用される場合だけでなく光アッテネータとして利用される場合においても、導波路型光部品１は安定して動作できる。
【００３４】
また、導波路型光部品１では、第２コア部２ｃはシリコン部２２１上に形成されている。シリコンは、石英ガラスに比べ、熱伝導率が高いため、シリコン部２２１はヒートシンクとして働く。すなわち、加熱された第２コア部２ｃの熱がシリコン部２２１を介して隣の第２コア部２ｃに伝搬するのが防止される。よって、各第２コア部２ｃは所望の温度に維持され、このため、スイッチ動作がより安定する。
【００３５】
（第２の実施形態）
次いで、本発明の第２の実施形態による導波路型光部品の製造方法を説明する。以下では、第１の実施形態による導波路型光部品１の製造方法を例にとり説明する。図４（Ａ）〜（Ｃ）、および図５（Ａ）〜（Ｃ）は、導波路型光部品１の製造方法を説明する図であり、図１のＩ−Ｉ線に沿う断面の一部に相当する。
【００３６】
（１）　２層基材形成工程
初めに、２層基材を得る手順を説明する。ここで、２層基材は、互いに重なり合う２つの層から構成され、一方の層はシリコン部であり、他方の層は石英ガラス部である。後に説明するように、石英ガラス部から導波路型光部品１の下部クラッド部２０ｂが形成される。
【００３７】
図４（Ａ）に示す通り、まず、シリコン部２２１となるべきシリコン基板２１と石英ガラス部２２０となるべき石英ガラス板１２とが用意される。ここで、シリコン基板２１としては、厚さが５００μｍであり、直径が１０ｃｍのシリコンウエハを用いることができる。また、本実施形態では石英ガラス板１２の厚さは１００μｍとしたが、３０μｍ以上８００μｍ以下であると好適である。また、石英ガラス板１２は、直径がシリコン基板２１と等しい円形であることができる。
【００３８】
次に、シリコン基板２１および石英ガラス板１２の表面が清浄される。すなわち、これらの表面は、有機溶剤により脱脂処理された後、希フッ酸または硫酸を含むエッチング液によりエッチングされて清浄化される。次いで、清浄化された表面が接触するように両者を重ね合わせる。この後、シリコン基板２１および石英ガラス板１２を重ね合わせたまま加熱炉に入れる。加熱炉としては、電気炉またはランプアニール炉が使用されることができる。重ね合わされたシリコン基板２１および石英ガラス板１２を１２００℃程度の温度で１０時間程度加熱すると、両者が直接貼り合わされて２層基材２２が形成される。図４（Ｂ）を参照すると、２層基材２２は、石英ガラス部２２０とシリコン部２２１とを有する。
【００３９】
（２）　コア領域形成工程
次に、プラズマＣＶＤ装置を用いて、石英ガラス部２２０上にコア層を堆積する。ここで、コア層の堆積に用いる原料としては、ＴＥＯＳガスとＯ_２ガスが好ましい。また、コア層から形成されるコア部がクラッド部よりも高い屈折率を持つようにＧｅ等の屈折率増加剤が添加される。Ｇｅの原料としては、テトラメトキシゲルマニウム（Ｔｅｔｒａ　Ｍｅｔｈｏｘｙ　Ｇｅｒｍａｎｉｕｍ：Ｇｅ（ＯＣＨ_３）_４）が、その取り扱いが容易である等の理由により好適である。
【００４０】
プラズマＣＶＤ装置のチャンバ内のサセプタ上に２層基材２２を載置し、２層基材２２を所定の温度にまで加熱する。その後、アルゴン（Ａｒ）ガス又はヘリウム（Ｈｅ）ガス等の希釈ガスとともにＴＥＯＳガスとＯ_２ガスとをチャンバへ供給し、チャンバ内の圧力を圧力調整器により所定の圧力値に調整する。そして、所定の高周波電力をチャンバに備えられた電極に供給すると、チャンバ内にプラズマが発生し、コア層の堆積が開始される。
【００４１】
コア層の膜厚が所定の膜厚となった時点で、ＴＥＯＳガスとＯ_２ガスとの供給を停止し、コア層の堆積を終了する。コア層の厚さは、例えば、７．５μｍ程度とすることができる。以上で、コア層の形成工程が終了する。
【００４２】
次いで、コア層上にレジストを塗布してレジスト膜を形成する。所定のパターンを有するフォトマスクを用いて、レジスト膜を露光し、フォトマスクのパターンをレジスト膜に転写する。ここで、所定のパターンとは、コア領域パターンに相当する。コア領域パターンは、導波路型光部品１における第１コア部２ａ、第１カプラ部２ｂ、第２コア部２ｃ、第２カプラ部２ｄ、および第３の光導波路２ｅを含む。
【００４３】
続けて、有機アルカリまたは現像液等を用いて、レジスト膜の露光されていない部分を除去してレジストマスクを得る。この後、コア層を反応性イオンエッチング（Ｒｅａｃｔｉｖｅ　Ｉｏｎ　Ｅｔｃｈｉｎｇ：ＲＩＥ）装置内のサセプタに載置し、エッチングを行ってレジスト膜が形成されていない部分のコア層を除去する。以上により、図４（Ｃ）に示すように、２層基材２２の石英ガラス部２２０上に第２コア部２ｃを含むコア領域パターンが形成される。
【００４４】
（３）　上部クラッド層形成工程
コア領域パターンが形成された２層基材２２を再びプラズマＣＶＤ装置のチャンバ内のサセプタ上に載置する。２層基材２２を所定の温度にまで加熱し、温度が安定化した後、アルゴン（Ａｒ）ガス又はヘリウム（Ｈｅ）ガスを供給するとともにＴＥＯＳガスとＯ_２ガスとをチャンバへ供給する。次いで、所定の高周波電力をチャンバに備えられた電極に供給すると、チャンバ内にプラズマが発生し、上部クラッド層２１ｃの堆積が始まる。所定の膜厚となったときに、高周波電力の供給と、ＴＥＯＳガス及びＯ_２ガスの供給とを停止する。以上により、コア回路を覆う上部クラッド層２１ｃ形成工程が終了する（図５（Ａ））。
【００４５】
（４）　ヒータ形成工程
図５（Ｂ）を参照すると、上部クラッド層２１ｃ上にヒータ２ｆが形成されている。ヒータ２ｆは以下のように形成される。まず、スパッタ装置を用いて、ニッケル（Ｎｉ）またはクロム（Ｃｒ）といった金属を上部クラッド層２１ｃ上に堆積して金属膜を形成する。次いで、金属膜上にレジストマスクを形成する。このマスクは、上記のコア回路のうち第２の光導波路となるべき部分の上方に設けられている。この後、このマスクを利用してＲＩＥにより金属膜をエッチングすると、ヒータ２ｆが形成される。
【００４６】
（５）　溝形成工程
図５（Ｃ）を参照すると、シリコン部２２１上には、複数の第２コア部２ｃと、これらの間に配置された溝４とが形成されている。このような構成は、以下のように形成される。
【００４７】
まず、ヒータ２ｆが形成された上部クラッド層２１ｃ上にレジストを塗布し、レジスト膜を形成する。次いで、リソグラフィにより、レジスト膜からレジストマスクを形成する。このレジストマスクは、溝４が形成されるべき部分に開口部を有する。このレジストマスクを用いた高密度プラズマエッチングにより、レジストマスクの開口部に露出する上部クラッド層２１ｃと、上部クラッド層２１ｃの下地層である石英ガラス部２２０とをエッチングする。このとき、エッチングは、上部クラッド層２１ｃおよび石英ガラス部２２０が除去されてシリコン部２２１が露出されるまで行われる。これにより、溝４が形成されるとともに、上部クラッド部２０ｃおよび下部クラッド部２０ｂが形成される。以上の手順により、導波路型光部品１が完成する。
【００４８】
第２の実施形態による製造方法によれば、導波路型光部品１には、上部クラッド層２１ｃおよび石英ガラス部２２０がエッチングされ、溝４が形成される。溝４が形成されているため、第２コア部２ｃを加熱する際に、隣の第２コア部２ｃへ熱が伝搬するのが防止される。しかも、導波路型光部品１においては、溝４の底部はシリコン部２２１に達しているため、下部クラッド部を介して隣の第２コア部２ｃへ熱が伝搬するのが防止される。よって、隣の第２コア部２ｃへの熱の伝搬はより確実に防止される。したがって、結合光の減衰比を所望の値とできる。また、光スイッチとして利用する場合は、ＯＮ／ＯＦＦいずれのスイッチング状態が安定して実現される。
【００４９】
また、上述した製造方法によれば、第２コア部２ｃの下部クラッド部２０ｂは、石英ガラス部２２０から形成される。石英ガラス部２２０は、厚さが８００μｍの石英ガラス板１２から構成される。したがって、石英ガラス部２２０から形成される下部クラッド部２０ｂの高さもまた８００μｍとなる。この高さは８００μｍに限らず、３０μｍ以上８００μｍ以下とすれば、減衰比制御の応答性に優れ、消費電力の低い導波路型光部品を実現できる。これは以下の理由による。すなわち、下部クラッド部の高さが３０μｍよりも低い場合は、加熱された第２コア部２ｃの熱がシリコン部２２１に吸収され易くなってしまい、第２コア部２ｃの温度を維持するためには大きな電力が必要となる。また、下部クラッド部の高さが８００μｍより高いと、第２コア部２ｃの熱がシリコン部２２１へ伝わり難くなるため、減衰比制御の応答性が悪化してしまう。
【００５０】
高さが３０μｍ以上８００μｍ以下の下部クラッド部２０ｂは、上述の通り、この程度の厚さを有する石英ガラス部２２０から形成される。この程度の厚さの石英ガラス部を例えばＣＶＤ法や火炎加水分解堆積法により形成すると、２層基材に反りが生じたり、石英ガラス部に亀裂が入ったりする場合がある。しかも、２層基材の作製に長い時間がかかる。しかし、第２の実施形態の製造方法においては、石英ガラス板１２とシリコン基板２１とを直接貼り合わせることにより２層基材２２が形成されため、亀裂などの虞はなく、しかも、上記の程度の厚い石英ガラス部を容易かつ短時間で作製できる。
【００５１】
また、石英ガラス板１２とシリコン基板２１とが樹脂または接着剤で貼り合わされる場合に比べ、第２の実施形態によれば、剥がれなどの不具合は生じにくい。また、樹脂や接着剤を使用する場合に比べ、下部クラッド部とシリコン部との間の熱伝導は良好である。ただし、導波路型光部品が使用される環境等を考慮の上、樹脂または接着剤を用いて石英ガラス板とシリコン基板とを貼り合わせるようにしても構わない。
【００５２】
また、導波路型光部品は消費電力を低減できるという利点を有している。この点に関し、本発明者らが行った測定結果について説明する。図６は、減衰比の消費電力依存性を示すグラフである。ここで、消費電力は、ヒータに供給される電力を示す。また、減衰比とは、導波路回路素子から出射される光の強度は、当該素子がＯＦＦのときに、ＯＮのとき（供給電力がゼロのとき）に比べて、どの程度低下するかを示す。図６には、導波路型光部品１の結果（図中実線）と、溝４が形成されていない点を除き導波路型光部品１と同様の構成を有するよう製造された光部品（以下、光部品Ｃ）の結果（図中破線）とが示されている。
【００５３】
図６から分かる通り、導波路型光部品１においては、光部品Ｃに比べて、大きな減衰比が実現されている。例えば、導波路型光部品１においては、１０ｄＢ程度の減衰比を実現するために必要な消費電力は、光部品Ｃの４分の１程度である。この結果は、低い消費電力でも、ＯＮの状態とＯＦＦの状態とが明確に区別されることを意味している。すなわち、導波路型光部品１では、低い消費電力でも安定したスイッチ動作が実現される。以上の結果から、本実施形態の導波路型光部品１の効果が理解される。
【００５４】
さらにまた、上述の製造方法では、溝４はフォトリソグラフィおよびエッチングにより形成されるため、例えば機械加工により形成される場合に比べ、寸法精度および位置精度は向上される。したがって、複雑な構成を有する導波路型部品の製造が可能となる。
【００５５】
以上、幾つかの実施形態を参照しながら、本発明に係る導波路型光部品およびその製造方法を説明したが、本発明はこれらに限られることなく、種々の変形が可能である。
【００５６】
第１および第２の実施形態においては、マッハツェンダ干渉計へと構成された導波路型光部品を例示したが、本発明は、光が伝搬するコア部の温度を変えるためのヒータを有し、コア部の光学的特性がコア部の温度変化により変化するのを利用する導波路型光部品に適用可能である。
【００５７】
第１および第２の実施形態においては、石英ガラス部とシリコン部とから構成される２層基材について説明したが、２層基材はこの形態に限られることはない。シリコンに替わり、石英ガラスよりも熱伝導率が大きい材料を使用できる。例えば、２層基材の作製に使用したシリコン基板に替わり、銅（Ｃｕ）やアルミニウム（Ａｌ）などの金属プレートを使用できる。
【００５８】
また、第１および第２の実施形態においては、第２コア部２ｃのすべてに対してヒータ２ｆが設けられたが、各コア領域パターン２における一対の第２コア部２ｃの一方にだけ設けられるようにしても良い。この場合、ヒータ２ｆにより温度が調整されるべき第２コア部２ｃと、この第２のコア部２ｃに隣り合う他の第２のコア部２ｃとの間に溝部４が設けられる。また、すべてのコア領域パターン２に対してヒータが設けられる必要は必ずしも無く、この場合にも、ヒータ２ｆにより温度が調整されるべき第２コア部２ｃと、この第２のコア部２ｃに隣り合う他の第２のコア部２ｃとの間に溝部４が設けられる。
【００５９】
第１および第２の実施形態では、光スイッチとしての導波路型光部品について主に説明したが、本発明に係る導波路型光部品は光スイッチに限らず、光アッテネータや光フィルタ等としても利用可能である。
【００６０】
また、２層基材を得る工程は、第２の実施形態において説明した手順に限られるものではない。例えば、シリコン基板２１および石英ガラス板１２の表面を清浄した後、清浄された表面にプラズマ処理を施してもよい。プラズマ処理によれば、シリコン基板２１および石英ガラス板１２の最表面に現れる原子が活性化されるため、シリコン基板２１と石英ガラス板１２との貼り合わせが容易となる。この場合、石英ガラス板１２をシリコン基板２１に重ねた後、両者を２００℃程度に加熱すれば、２層基材が得られる。このようにしても、シリコン基板２１と石英ガラス板１２が直接に貼り合わされて２層基材が得られる。
【００６１】
さらに、以下の手順によっても、２層基材が得られる。すなわち、シリコン基板２１の表面を清浄し、清浄された表面上に火炎加水分解堆積法によりガラススート膜を堆積する。一方、石英ガラス板１２についても、その表面を清浄しておく。清浄された石英ガラス表面とガラススート膜とが接するように石英ガラス板１２をシリコン基板２１上に置き、石英ガラス板１２とシリコン基板２１とを９００℃程度に加熱する。すると、ガラススート膜は焼結されるとともに石英ガラス板１２と融着する。このようにしても、シリコン基板２１と石英ガラス板１２が直接に貼り合わされて２層基材２２が得られる。
【００６２】
第２の実施形態においては、コア層にＧｅを添加することにより、クラッド部に比べて、第２コア部２ｃを含むコア領域パターンの屈折率を高くするようにしが、これに限られることはない。２層基材２２を得る際にフッ素を含有する石英ガラス板を用い、屈折率増加剤を添加することなくコア層を形成し、フッ素を添加した上部クラッド層２１ｃを形成してもよい。この場合には、下部および上部クラッド部の屈折率が第２コア部２ｃ（コア領域パターン）よりも低くなって、光導波路が形成されることとなる。
【００６３】
また、第２の実施形態において、コア層および上部クラッド層２１ｃはプラズマＣＶＤ法により形成されたが、これらの層は、火炎加水分解堆積法を利用して形成されてよい。
【００６４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る導波路型光部品の製造方法によれば、隣り合う第２コア部の間に溝部が形成された導波路型光部品が製造される。このような導波路型光部品では、溝部により、第２コア部間の熱伝導が抑制される。すなわち、本発明によれば、隣接チャネル間の熱的なクロストークを低減可能な導波路型光部品およびその製造方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、第１の実施形態による導波路光部品の上面図である。
【図２】図２は、図１のＩ−Ｉ線に沿った断面の一部を示す図である。
【図３】図３（Ａ），（Ｂ）は、カプラ部を説明する図である。
【図４】図４（Ａ）〜（Ｃ）は、導波路型光部品の製造方法を説明する図である。
【図５】図５（Ａ）〜（Ｃ）は、導波路型光部品の製造方法を説明する図である。
【図６】図６は、減衰比の消費電力依存性を示すグラフである。
【符号の説明】
１・・・導波路型光部品、２・・・コア領域パターン、２ａ・・・第１コア部、２ｃ・・・第２コア部、２ｅ・・・第３コア部、２ｂ・・・第１カプラ部、２ｄ・・・第２カプラ部、２ｆ・・・ヒータ、４・・・溝、１２・・・石英ガラス板、２１・・・シリコン基板、２０ａ・・・コア部、２０ｃ・・・上部クラッド部、２０ｂ・・・下部クラッド部、２１ｃ・・・上部クラッド層、２２・・・２層基材、２２０・・・石英ガラス部、２２１・・・シリコン部。

Claims

石英ガラスよりも熱伝導率が大きい材料から構成される板材と石英ガラス板とを一体にすることにより、石英ガラス部および板材部を有する２層基材を得る工程と、
信号を含む光が伝搬する複数のコア部を前記石英ガラス部上に形成する工程と、
前記石英ガラス部上に、前記複数のコア部を覆うようにクラッド部を形成する工程と、
前記クラッド部上に、前記複数のコア部の１または複数の温度を個別に調整するヒータを形成する工程と、
前記ヒータにより温度が調整されるべきコア部とこのコア部に隣り合う他のコア部との間に配置される溝部を形成する工程と、
を備える、導波路型光部品の製造方法。
石英ガラスよりも熱伝導率が大きい材料から構成される板材と石英ガラス板とを一体にすることにより、石英ガラス部および板材部を有する２層基材を得る工程と、
信号を含む光が入射される第１コア部、前記第１コア部に接続する第１カプラ部、前記第１カプラ部に接続する一対の第２コア部、前記第２コア部に接続する第２カプラ部、および前記第２カプラ部に接続する第３コア部を各々有する複数のコア領域パターンを前記石英ガラス部上に形成する工程と、
前記石英ガラス部上に、前記複数のコア領域パターンを覆うようにクラッド部を形成する工程と、
前記クラッド部上に、前記一対の第２コア部の少なくとも一方の温度を調整するヒータを形成する工程と、
前記ヒータにより温度が調整されるべき第２コア部とこの第２コア部に隣り合う第２コア部との間に配置される溝部を形成する工程と、
を備える、導波路型光部品の製造方法。
前記複数の溝部の底面には前記板材部が現れている請求項１または２に記載の導波路型光部品の製造方法。
前記材料はシリコンであり、前記板材はシリコン基板である請求項１から３のいずれか一項に記載の導波路型光部品の製造方法。
前記２層基材を得る工程において、前記石英ガラス板および前記シリコン基板の表面を清浄し、清浄された前記表面同士が接するように前記石英ガラス板を前記シリコン基板に重ね、両者を加熱することにより前記２層基材を形成する請求項４記載の導波路型光部品の製造方法。
前記２層基材を得る工程において、前記石英ガラス板および前記シリコン基板の表面を清浄し、清浄された前記表面をプラズマ雰囲気に晒し、プラズマ雰囲気に晒された前記表面同士が接するように前記石英ガラス板を前記シリコン基板に重ね、両者を加熱することにより前記２層基材を形成する請求項４記載の導波路型光部品の製造方法。
前記２層基材を得る工程において、前記シリコン基板の表面を清浄し、清浄された前記表面上にガラススート膜を堆積し、該ガラススート膜上に前記石英ガラス板を重ね、前記石英ガラス板と前記シリコン基板とを加熱することにより前記２層基材を形成する請求項４に記載の導波路型光部品の製造方法。
前記溝部を形成する工程において、前記溝部はフォトリソグラフィおよびエッチングにより形成される請求項１〜７のいずれか一項に記載の導波路型光部品の製造方法。
前記石英ガラス板の厚さは３０μｍ以上８００μｍ以下である請求項１〜８のいずれか一項に記載の導波路型光部品の製造方法。
石英ガラスよりも熱伝導率の大きい材料から構成される板材と石英ガラス板とを一体にすることにより形成され、石英ガラス部および板材部を有する２層基材と、
前記石英ガラス部上に形成され、信号を含む光が伝搬する複数のコア部と、
前記複数のコア部を覆うように前記石英ガラス部上に形成されたクラッド部と、
前記クラッド部上に形成され、前記複数のコア部の１または複数の温度を個別に調整するヒータと、
前記ヒータにより温度が調整されるべきコア部とこのコア部に隣り合う他のコア部との間に配置された溝部と、
を備える、導波路型光部品。
石英ガラスよりも熱伝導率の大きい材料から構成される板材と石英ガラス板とを一体にすることにより形成され、石英ガラス部および板材部を有する２層基材と、
信号を含む光が伝搬する第１コア部、前記第１コア部に接続する第１カプラ部、前記第１カプラ部に接続する一対の第２コア部、前記第２コア部に接続する第２カプラ部、および前記第２カプラ部に接続する第３コア部を各々有し、前記石英ガラス部上に形成された複数のコア領域パターンと、
前記複数のコア領域パターンを覆うように設けられたクラッド部と、
前記クラッド部上に設けられ、前記一対の第２コア部の少なくとも一方の温度を調整するヒータと、
前記ヒータにより温度が調整されるべき第２コア部とこの第２コア部に隣り合う第２コア部との間に配置される溝部と、
を備える導波路型光部品。
前記溝部の底部には前記板材部が現れている請求項１０または１１記載の導波路型光部品。
前記材料はシリコンである請求項１０から１２のいずれか一項に記載の導波路型光部品。
前記石英ガラス板の厚さは３０μｍ以上８００μｍ以下である請求項１０から１３のいずれか一項に記載の導波路型光部品。