JP2004264611A - 波長フィルタの中心波長トリミング方法、光導波路作製方法、およびグレーティング作製方法 - Google Patents
波長フィルタの中心波長トリミング方法、光導波路作製方法、およびグレーティング作製方法 Download PDFInfo
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Abstract
【課題】高精度で、且つ経時変化の少ない安定した中心波長トリミングを行うことのできる波長フィルタの中心波長トリミング方法、ならびに、屈折率制御をより容易に且つ高精度で行い、効率良く光導波路およびグレーティングを作製することのできる光導波路作製方法およびグレーティング作製方法を提供する。
【解決手段】Ｔａ２Ｏ５−ＳｉＯ２をリングコアに用いた波長フィルタを作製し、該波長フィルタのリングコアに対して水素ローディングを行った後、該リングコアに対する紫外線照射によりコア等価屈折率を変化させることで、中心波長をトリミングする。
【選択図】 図３
【解決手段】Ｔａ２Ｏ５−ＳｉＯ２をリングコアに用いた波長フィルタを作製し、該波長フィルタのリングコアに対して水素ローディングを行った後、該リングコアに対する紫外線照射によりコア等価屈折率を変化させることで、中心波長をトリミングする。
【選択図】 図３
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この出願の発明は、波長フィルタの中心波長トリミング方法、光導波路作製方法、およびグレーティング作製方法に関するものである。さらに詳しくは、この出願の発明は、高精度で、且つ経時変化の少ない安定した中心波長トリミングを行うことのできる、新しい波長フィルタの中心波長トリミング方法に関し、また屈折率制御をより容易に且つ高精度で行い、効率良く光導波路およびグレーティングを作製することのできる、新しい光導波路作製方法およびグレーティング作製方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年の高度情報化の著しい進展にともない、光通信のさらなる大容量化、高機能化を実現すべく、この出願の発明の発明者はすでに、波長アクセスネットワーク用のＡＤＤ／ＤＲＯＰ型フィルタなどとして有用な、リング共振器を用いて入力側光導波路および出力側光導波路相互のＡＤＤ／ＤＲＯＰ動作を行うリング共振器付き光導波路型波長フィルタ（「積層マイクロリング共振器型波長フィルタ」とも呼ぶことができる。ここでは「リング共振器型波長フィルタ」と略称する）を提案している（特許文献１、非特許文献１参照）。
【０００３】
このリング共振器型波長フィルタは、たとえば図１に例示したように、入力側光導波路（１）および出力側光導波路（２）（ここでは両者を併せて「バスライン」と略称する場合がある）を下層クラッドに互いに交差するように埋め込み、その交差部においてリング共振器（３）（「リング導波路」とも呼ぶことができる）を積層する構造を持つ。このため、バスラインは光ファイバとの高効率結合を、リング共振器（３）は半径の微小化によるＦＳＲの拡大を目的として、それぞれに最適設計を行うことができる。また、バスラインの結合比を膜厚制御によって高精度に制御できる。さらには、バスラインをクロスグリッド状に構成し、交差部に積層配置するリング共振器（３）も微小であるので高密度集積化が可能であり、複数のリング共振器（３）を直列、並列、あるいは縦列に接続することによって、様々にフィルタ特性を合成して、透過帯域の平坦化やＦＳＲの拡大等を行うことができるなど、多くの特徴を持つＡＤＤ／ＤＲＯＰ波長フィルタを実現している。
【０００４】
しかしながら、このように優れたリング共振器型波長フィルタにあっても、実際に作製すると、フォトマスクの作製分解能やコア膜厚の不均一性等に起因する作製誤差によって中心波長が設計値からずれることがあったのである。たとえば、リング共振器（３）の半径を５０ｎｍずつ微小に異ならせた１×８フィルタアレイ（特許文献１、非特許文献１参照）において、中心波長のチャネル間隔が５．７ｎｍとなるように設計した場合、リング半径と中心波長の関係をプロットすると、たとえば図２に例示したように理論値に対して最大で１．６ｎｍの中心波長誤差が生じることがある。
【０００５】
そこで、この出願の発明の発明者等は、ＵＶ感光性ポリマー（ポリシラン）をクラッドに用いたトリミング方法を既に開発しており、それにより９．０ｎｍのトリミング幅を達成している（非特許文献２参照）。
【０００６】
【特許文献１】
特開２０００−２９８２１５号公報
【０００７】
【非特許文献１】
Ｓ．Ｔ．Ｃｈｕ， Ｂ．Ｅ．Ｌｉｔｔｌｅ， Ｗ．Ｐａｎ， Ｔ．Ｋａｎｅｋｏ， Ｓ．Ｓａｔｏ， Ｙ．Ｋｏｋｕｂｕｎ： ”Ａｎ ８ ｃｈａｎｎｅｌ Ａｄｄ／Ｄｒｏｐ ｆｉｌｔｅｒ ｕｓｉｎｇ ｖｅｒｔｉｃａｌｌｙ ｃｏｕｐｌｅｄ ｍｉｃｒｏｒｉｎｇ ｒｅｓｏｎａｔｏｒｓ ｏｖｅｒ ａ ｃｒｏｓｓ ｇｒｉｄ，” Ｐｈｏｔｏｎ．Ｔｅｃｈｎ．Ｌｅｔｔ．， ｖｏｌ．１１， Ｎｏ．６， ｐｐ．６９１−６９３ （１９９９）
【０００８】
【非特許文献２】
Ｓ．Ｔ．Ｃｈｕ， Ｗ．Ｐａｎ， Ｓ．Ｓａｔｏ， Ｔ．Ｋａｎｅｋｏ， Ｂ．Ｅ．Ｌｉｔｔｌｅ， Ｙ．Ｋｏｋｕｂｕｎ： ”Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ ｔｒｉｍｍｉｎｇ ｏｆ ａ ｍｉｃｒｏｒｉｎｇ ｒｅｓｏｎａｔｏｒ ｆｉｌｔｅｒ ｂｙ ｍｅａｎｓ ｏｆ ａ ＵＶ ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ ｐｏｌｙｍｅｒ ｏｖｅｒｌａｙ，” Ｐｈｏｔｏｎ．Ｔｅｃｈｎ．Ｌｅｔｔ．， ｖｏｌ．１１， Ｎｏ．６， ｐｐ．６８０−６９０ （１９９９）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このように優れたトリミング方法にあっても、さらに改良すべき点のあることが、この出願の発明の発明者等による更なる研究によって見出された。
【００１０】
すなわち、トリミング後の中心波長に経時変化が生じてしまい、せっかくトリミングしても時間が経つにつれて中心波長が設計値からずれてくるのである。
【００１１】
そこで、この出願の発明は、以上のとおりの事情に鑑み、高精度で、且つ経時変化の少ない安定した中心波長トリミングを行うことのできる、新しい波長フィルタの中心波長トリミング方法を提供することを課題としている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
この出願の発明は、上記の課題を解決するものとして、第１には、波長フィルタの中心波長をトリミングする中心波長トリミング方法であって、Ｔａ２Ｏ５−ＳｉＯ２をコアに用いた波長フィルタを作製し、該波長フィルタのコアに対して水素ローディングを行った後、該コアに対する紫外線照射によりコア等価屈折率を変化させることで、中心波長をトリミングすることを特徴とする波長フィルタの中心波長トリミング方法を提供し、第２には、Ｔａ２Ｏ５−ＳｉＯ２におけるＴａ２Ｏ５が３０ｍｏｌ％であることを特徴とする前記波長フィルタの中心波長トリミング方法を提供する。
【００１３】
またこの出願の発明は、上記の課題を解決するものとして、第３には、波長フィルタの中心波長をトリミングする中心波長トリミング方法であって、ＳｉＮをコアに用いた波長フィルタを作製し、該波長フィルタのコアに対する紫外線照射によりコア等価屈折率を変化させることで、中心波長をトリミングすることを特徴とする波長フィルタの中心波長トリミング方法を提供し、第４には、ＳｉＨ４ベースＳｉＮをコアに用いることを特徴とする前記波長フィルタの中心波長トリミング方法、第５には、４ＭＳベースＳｉＮをコアに用いることを特徴とする前記波長フィルタの中心波長トリミング方法、第６には、前記波長フィルタは、リング共振器型波長フィルタ、またはマッハツェンダー型波長フィルタ、またはファブリ・ペロー型波長フィルタ、またはアレイ導波路格子型波長フィルタであることを特徴とする前記波長フィルタの中心波長トリミング方法を提供する。
【００１４】
またさらにこの出願の発明は、第７には、下部クラッド上にＳｉＮ層を成膜し、該ＳｉＮ層上に、作製すべき光導波路コアの平面形状と同じ形状の紫外線不透過領域を持ち、それ以外の領域は紫外線透過領域となっている露光マスクを通して、紫外線を照射する、ことを特徴とする光導波路作製方法を提供する。
【００１５】
またさらにこの出願の発明は、第８には、下部クラッド上にＳｉＮ層を成膜し、該ＳｉＮ層上に紫外線を２光束干渉照射する、ことを特徴とするグレーティング作製方法を提供する。
【００１６】
そしてこの出願の発明は、第９には、前記ＳｉＮ層にＳｉＨ４ベースＳｉＮを用いることを特徴とする前記光導波路作製方法または前記グレーティング作製方法、第１０には、前記ＳｉＮ層に４ＭＳベースＳｉＮを用いることを特徴とする前記光導波路作製方法または前記グレーティング作製方法を提供する。
【００１７】
【発明の実施の形態】
上記のとおりの特徴を有するこの出願の発明では、誘電体材料Ｔａ２Ｏ５−ＳｉＯ２をコアに用い、且つそれに対して水素ローディングを行った後、図３に例示したように紫外線を直接照射してコア等価屈折率を変化させることで中心波長をトリミングするようにしている。また、ＳｉＮをコア材料として用いるようにもしている。以下に、添付した図面に沿って実施例を示し、これらについてさらに詳しく説明する。
【００１８】
なお、紫外線照射によりコア等価屈折率を変化させることができるので、このことを利用して、光導波路やグレーティングの作製をも効率良く行うことができると考えられる。そこで、上記のとおりの特徴を有するこの出願の発明は、高効率な光導波路の作製方法およびグレーティングの作製方法をも提供しており、トリミング方法についての説明の後、それらについても説明する。
【００１９】
【実施例】
＜１＞中心波長トリミング方法
［中心波長トリミングの原理］
リング共振器型波長フィルタは、入力側光導波路（１）の入力ポートから波長多重した光波を入射させると、導波路交差部に積層配置されたリング共振器（３）で共振波長の光波のみが出力側光導波路（２）のドロップポートに出射し、それ以外の波長の光波は入力側光導波路（１）のスルーポートから出射する構造になっており（図１、図３参照）、共振波長は主にリング半径と等価屈折率で決まる。
【００２０】
トリミング時の等価屈折率の変化による中心波長のシフト量Δλ０は、次式で表される。ここで、Ｒはリング半径、Ｎは共振次数、Δηｅｑは等価屈折率の変化量である。
【００２１】
【数１】
【００２２】
［Ｔａ２Ｏ５−ＳｉＯ２膜の屈折率変化］
薄膜への紫外線照射によるＴａ２Ｏ５−ＳｉＯ２（Ｔａ２Ｏ５は３０ｍｏｌ％としている）の屈折率変化をプリズムカプラにより測定したところ、図４に例示したように最大で５×１０−４の変化が測定された。ここで用いた試料は、Ｓｉ基板上に高周波スパッタ法によって形成したＴａ２Ｏ５−ＳｉＯ２（Ｔａ２Ｏ５３０ｍｏｌ％）膜で、厚さは３．０μｍである。また、紫外線の光源はアルゴンイオンＳＨＧレーザ（Ｃｏｈｅｒｅｎｔ社製Ｉｎｎｏｖａ３００ＣＦＲｅＤ型）で、波長２４４ｎｍ、出力１００ｍＷ、スポットサイズ０．３５ｎｍ（半径）である。また。照射は合計４時間行った。
【００２３】
この屈折率が低下する現象は、紫外線照射によるＯ２剥離が原因と考えられる。しかし、図４を見てわかるように屈折率は４時間程度で元の値まで戻ってしまった。この現象は酸素欠損膜Ｔａ２Ｏｘ（ｘ＜５）の再酸化が原因と考えられ、この材料でリングコアを作製した際にも同様に経時変化が起こると予想されるため、何らかの防止手段が必要になる。
【００２４】
［Ｔａ２Ｏ５−ＳｉＯ２をコアに用いたリング共振器型波長フィルタのトリミング］
１．リング共振器型波長フィルタの作製プロセス
図５は、リング共振器型波長フィルタの作製プロセスを例示したものである。
【００２５】
まずＳｉ基板上にクラッドとなるＳｉＯ２、バスラインコアとなるＴａ２Ｏ５−ＳｉＯ２（Ｔａ２Ｏ５３０ｍｏｌ％）をＲＦスパッタ法により成膜し、ＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）用マスクとなるＣｒを蒸着する（▲１▼）。その後フォトリソグラフィー技術とＲＩＥによりバスラインを形成し（▲２▼▲３▼）、その上にＳｉＯ２を成膜してリフトオフ技術により表面平坦化を行う（▲４▼）。そしてＳｉＯ２バッファ層、Ｔａ２Ｏ５−ＳｉＯ２（Ｔａ２Ｏ５３０ｍｏｌ％）リングコア層を成膜する。その後Ｃｒを蒸着し（▲５▼）、フォトリソグラフィー技術とＲＩＥによりリング共振器を形成する（▲６▼▲７▼▲８▼）。
【００２６】
２．リング共振器型波長フィルタの特性評価
実際に、この作製プロセスによりＴａ２Ｏ５−ＳｉＯ２（Ｔａ２Ｏ５３０ｍｏｌ％）をリングコア材料として用いたリング共振器型波長フィルタを作製し、それへの紫外線照射による屈折率変化を利用して中心波長トリミングを行った。作製したリング共振器フィルでは、バスラインはコア厚１．０μｍ、コア幅２．０μｍ、またリング共振器はコア厚１．３μｍ、コア幅１．５μｍ、半径Ｒ＝１０μｍである。
【００２７】
図６は、このリング共振器型波長フィルタにおける、ＵＶ照射前とＵＶ照射後における出力側光導波路（２）のドロップポートのフィルタ特性を例示したものである。この図６に例示したように、中心波長は紫外線照射５時間で０．４８ｎｍ変化しており、この値は屈折率の変化量から計算した値と一致した。また、半値全幅に変化がないことから、トリミングによる損失の増加はないものと考えられる。
【００２８】
［水素ローディングによる経時変化の抑止］
続いて、上述したように作製したリング共振器型波長フィルタについて、トリミング後に中心波長を長時間にわたって測定したところ、予測したようにトリミングを行ってから４〜５時間後にシフトした中心波長が元に戻ってしまう現象が観察された。
【００２９】
この中心波長の経時変化を抑止する方法として、ファイバグレーティングで用いられている水素ローディングを行って屈折率変化の安定化を試みた。また、ファイバグレーティングの材料であるＧｅＯ２−ＳｉＯ２（ＧｅＯ２３ｍｏｌ％）では、水素ローディングを行わない場合には１．２×１０−３であった紫外線による屈折率変化が、水素ローディングを行うことによって５．９×１０−３まで増加することが既に知られている。そこで、Ｔａ２Ｏ５−ＳｉＯ２（Ｔａ２Ｏ５３０ｍｏｌ％）においても、同様の感光性増強効果も期待される。
【００３０】
上記作製したリング共振器にＵＶ照射前に水素ローディングを行い（圧力＝１０ｋｇｆ／ｃｍ２、６７時間）、その後に紫外線トリミングを行ったリング共振器型波長フィルタの透過スペクトル特性の変化を測定したところ、図７に例示したようになった。
【００３１】
３本のスペクトル特性はそれぞれ、トリミング前、トリミング後１時間、トリミング後５００時間でのものを表している。トリミング終了１時間後には最大で０．８ｎｍの中心波長シフトを確認し、これは水素ローディングを行わなかった場合の１．６倍の値であった。このことから、水素ローディングによる感光性増強効果を確認できた。
【００３２】
時間の経過に伴う中心波長の値をプロットすると、図８に例示したようになる。図８中の点線は水素ローディングを行わなかった場合、実線は水素ローディングを行った場合の経時変化を表している。水素ローディングを行った後にトリミングを行うと、５００〜１０００時間後に中心波長シフト量は約０．６５ｎｍ（１．３倍）で定常状態になり、水素ローディングにより経時変化が抑止できることがわかる。
【００３３】
なお、Ｔａ２Ｏ５−ＳｉＯ２の組成について、上述した実施例ではＴａ２Ｏ５＝３０ｍｏｌ％としているが、もちろんこれ以外の組成比であってもよい。但し、上記実施例ではＴａ２Ｏ５＝３０ｍｏｌ％の場合に最も良好な結果が得られている。
【００３４】
［リングコア用ＳｉＮの屈折率変化］
上述したようにＴａ２Ｏ５−ＳｉＯ２（Ｔａ２Ｏ５３０ｍｏｌ％）をリングコアに用いたリング共振器では、紫外線照射による中心波長のシフト量が０．６５ｎｍ得られる。
【００３５】
この出願の発明では、これよりも大きなシフト量を実現すべく、Ｔａ２Ｏ５と同様に屈折率が約２．０と大きい超高屈折率差導波路用コア材料としてＳｉＮに着目した。
【００３６】
実際にプラズマＣＶＤ装置により成膜したＳｉＨ４（モノシラン）ベースＳｉＮ膜と４ＭＳ（テトラメチルシラン）ベースＳｉＮ膜に紫外線を照射して、プリズムカプラによって屈折率変化量を測定した。いずれもＳｉＮ膜の厚さは約２．８μｍであり、基板はＳｉである。その結果、図９に例示したように、ＳｉＨ４ベースＳｉＮ膜では、４時間の紫外線照射で−１．３×１０−２という大きな屈折率変化が観測でき、また、水素ローディングを行わなくても屈折率の経時変化が見られず、極めて有用な特性を持つことがわかった。
【００３７】
これは、材料自体が多量のＨ２を含むことにより水素ローディングを行った場合と同様に経時変化抑止効果が得られたことによるものと考えられる。
【００３８】
次に、同じ条件でＳｉＨ４ベースＳｉＮ膜と４ＭＳベースＳｉＮ膜に紫外線を照射した場合の屈折率変化量を、図１０に比較して例示する。図１０より、４ＭＳベースＳｉＮ薄膜ではほとんど屈折率の変化が見られない。両者の屈折率がほぼ等しいことから、リングコア材料としてＳｉＨ４ベースＳｉＮを用い、バスライン材料として４ＭＳベースＳｉＮを用いれば、等価屈折率を近づけることができ、さらにリング共振器に紫外線を照射したときのバスラインの屈折率変化を考慮する必要がなくなる。
【００３９】
紫外線照射時間に対する屈折率の変化から中心波長のシフト量を算出した結果を、図１１に例示する。リング半径１０μｍ、コア幅１．５μｍ、コア厚１．５μｍのリング共振器を仮定すると、４時間照射で最大１１．５ｎｍの中心波長シフトが得られることがわかった。
【００４０】
また、中心波長は紫外線照射時間に対して線形に変化しており、照射時間による中心波長シフト量の制御が容易であることがわかる。
【００４１】
ここで、実際にＳｉＨ４ベースＳｉＮ膜をリングコアに用いてリング共振器型波長フィルタ（リング半径Ｒ＝１０ｎｍ）を作製し、それに対して紫外線照射を行い、中心波長シフト量を測定した。図１２はその測定結果の一例を示したものである。この図１２から明らかなように、実際には上記算出した理論値−１１．４ｎｍよりも大幅に大きなシフト量である−１２．４ｎｍを得ることができた。また、トリミング後の中心波長の測定結果の一例は図１３に示したとおりであり、２５０時間以上にわたり経時変化は観測されていない。
【００４２】
したがって、中心波長のシフト効果および経時変化抑止効果ともに極めて優れたトリミング方法を実現できたことがわかる。
【００４３】
なお、以上の実施例ではリング共振器型波長フィルタを中心に説明したが、この出願の発明の中心波長トリミング方法は当然、それ以外の様々な波長フィルタ、たとえばマッハツェンダー型波長フィルタ、ファブリ・ペロー型波長フィルタ、アレイ導波路格子型波長フィルタなど、に適用できることは言うまでもなく、それぞれのコアにＴａ２Ｏ５−ＳｉＯ２（好ましくはＴａ２Ｏ５３０ｍｏｌ％）やＳｉＮ（好ましくはＳｉＨ４ベースや４ＭＳベースＳｉＮ）を用いればよい。いずれの波長フィルタであっても同様に優れたトリミングを実現できるのである。
【００４４】
＜２＞光導波路作製方法
さて、この出願の発明によればさらに、上述したとおりの紫外線照射によるコア等価屈折率の高精度且つ高安定な変化効果を利用することで、高効率な光導波路の作製をも実現することができる。
【００４５】
従来では、光導波路を作製するために、何らかの方法で屈折率を変化させてコアを形成することが知られているが、その屈折率変化の制御を高精度且つ高安定で行う技術は実現されていなかった。そこで、この出願の発明は以下に詳細に説明する光導波路作製方法を提供する。
【００４６】
図１４は、この光導波路作製方法を説明するための図である。この図１４に例示したように、まずＳｉ等の基板（１０）上にＳｉＯ２等の下部クラッド（２０）をＲＦスパッタ法等により成膜し、その上にＳｉＮ層（３０）を成膜する。続いてこのＳｉＮ層（３０）上に、作製したい光導波路コアの平面形状と同じ形状の紫外線不透過領域（５１）を持ち、それ以外の領域は紫外線透過領域（５２）となっている露光マスク（５０）を通して、紫外線を照射する。これにより、ＳｉＮ層（３０）において、紫外線不透過領域（５１）により紫外線が遮られた領域は屈折率が変化せずにコアとなり、それ以外の紫外線透過領域（５２）下の領域は屈折率が変化してクラッドとなる。後はこの上に上部クラッド（４０）を成膜すればよい。
【００４７】
これによれば、コア材料としてＳｉＮを用い、且つそれに対する紫外線照射を行うことで、屈折率制御をより容易に且つ高精度で行い、高効率で光導波路を作製することができるのである。もちろんＳｉＮ層（３０）にＳｉＨ４ベースＳｉＮまたは４ＭＳベースＳｉＮを用いることが好ましいのは、前述のトリミング方法と同様であり、また水素ローディングをさらに適用してもよい。
【００４８】
＜３＞グレーティング形成方法
またさらに、この出願の発明によれば、同様にして、光グレーティングをも作製することができる。
【００４９】
従来では、光グレーティングを作製するために様々な技術が提案されているが、そのいずれも屈折率変化の制御を高精度且つ高安定で行うことができず、高効率でグレーティングを作製できるものではなかった。そこで、この出願の発明は以下に詳細に説明するグレーティング作製方法を提供する。
【００５０】
図１５は、このグレーティング作製方法について説明するための図である。この図１５に例示したように、まず、Ｓｉ等の基板（１００）上にＳｉＯ２等の下部クラッド（２００）およびＳｉＮを用いたＳｉＮコア（３００）を成膜する。続いてこのＳｉＮコア（３００）上に、互いに干渉し合う２光束の紫外線を異なる方向から照射する。これにより、ＳｉＮコア（３００）において、紫外線の２光束干渉に従って屈折率が互い違いに異なる干渉縞が現れて、グレーティング（５００）が形成される。後はこの上に上部クラッド（４００）を成膜すればよい。
【００５１】
これによれば、コア材料としてＳｉＮを用い、且つそれに対する紫外線の２光束干渉照射を行うことで、屈折率制御をより容易に且つ高精度で行い、高効率でグレーティング（５００）を作製することができるのである。もちろんＳｉＮコア（３００）にＳｉＨ４ベースＳｉＮまたは４ＭＳベースＳｉＮを用いることが好ましいのは、前述のトリミング方法と同様であり、また水素ローディングをさらに適用してもよい。
【００５２】
この出願の発明は以上の各種実施例に限定されるものではなく、細部については様々な態様が可能であることは言うまでもない。
【００５３】
【発明の効果】
以上詳しく説明したとおり、この出願の発明によって、高精度で、且つ経時変化の少ない安定した中心波長トリミングを行うことのできる、新しいリング共振器型波長フィルタの中心波長トリミング方法が提供される。
【００５４】
誘電体材料Ｔａ２Ｏ５−ＳｉＯ２（Ｔａ２Ｏ５３０ｍｏｌ％）をリングコアに用い、かつそのリングコアに対して水素ローディングした後、紫外線を直接照射してコア等価屈折率を変化させることで、感光性増強効果と経時変化抑止効果に優れた、中心波長トリミングを実現することができる。
【００５５】
また、ＳｉＮをリングコアに用い、そのリングコアに紫外線を直接照射することで−１．３×１０−２の大きな紫外線誘起屈折率変化量が得られ、その変化量は水素ローディングを行わなくても安定しており、優れた中心波長トリミングを実現することができる。
【００５６】
さらにまた、この出願の発明によれば、紫外線照射によるコア等価屈折率の高精度且つ高安定な変化効果を利用して、屈折率制御をより容易に且つ高精度で行い、効率良く光導波路およびグレーティングを作製することのできる、新しい光導波路作製方法およびグレーティング作製方法も提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】リング共振器型波長フィルタの一実施形態を示した斜視図である。
【図２】作製誤差による中心波長誤差の一例を示した図である。
【図３】この出願の発明の中心波長トリミング方法について説明するための図である。
【図４】Ｔａ２Ｏ５−ＳｉＯ２（Ｔａ２Ｏ５３０ｍｏｌ％）への紫外線照射による屈折率変化および経時変化の測定値の一例を示した図である。
【図５】リング共振器型波長フィルタの作製プロセスを説明するための図である。
【図６】ＵＶトリミングによる中心波長シフト現象の測定値の一例を示した図である。
【図７】水素ローディング後のＵＶトリミングによる中心波長シフト現象の測定値の一例を示した図である。
【図８】水素ローディングによる中心波長の経時変化抑止現象の測定値の一例を示した図である。
【図９】ＳｉＨ４ベースＳｉＮへの紫外線照射による屈折率変化および経時変化の測定値の一例を示した図である。
【図１０】ＳｉＨ４ベースＳｉＮ膜と４ＭＳベースＳｉＮ膜の紫外線誘起屈折率変化の一比較例を示した図である。
【図１１】屈折率変化を示した中心波長シフト量の計算値の一例を示した図である。
【図１２】ＳｉＨ４ベースＳｉＮリングコアへの紫外線照射による中心波長シフト量の測定値の一例を示した図である。
【図１３】ＵＶトリミング後の中心波長の測定値の一例を示した図である。
【図１４】この出願の発明の光導波路作製方法について説明するための図である。
【図１５】この出願の発明のグレーティング作製方法について説明するための図である。
【符号の説明】
１ 入力側光導波路
１１ 入力バス
１２ スルーバス
２ 出力側光導波路
２１ ＤＲＯＰバス
２２ ＡＤＤバス
３ リング共振器
１０ 基板
２０ 下部クラッド
３０ ＳｉＮ層
４０ 上部クラッド
５０ 露光マスク
５１ 紫外線不透過領域
５２ 紫外線透過領域
１００ 基板
２００ 下部クラッド
３００ ＳｉＮコア
４００ 上部クラッド
５００ グレーティング
【発明の属する技術分野】
この出願の発明は、波長フィルタの中心波長トリミング方法、光導波路作製方法、およびグレーティング作製方法に関するものである。さらに詳しくは、この出願の発明は、高精度で、且つ経時変化の少ない安定した中心波長トリミングを行うことのできる、新しい波長フィルタの中心波長トリミング方法に関し、また屈折率制御をより容易に且つ高精度で行い、効率良く光導波路およびグレーティングを作製することのできる、新しい光導波路作製方法およびグレーティング作製方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年の高度情報化の著しい進展にともない、光通信のさらなる大容量化、高機能化を実現すべく、この出願の発明の発明者はすでに、波長アクセスネットワーク用のＡＤＤ／ＤＲＯＰ型フィルタなどとして有用な、リング共振器を用いて入力側光導波路および出力側光導波路相互のＡＤＤ／ＤＲＯＰ動作を行うリング共振器付き光導波路型波長フィルタ（「積層マイクロリング共振器型波長フィルタ」とも呼ぶことができる。ここでは「リング共振器型波長フィルタ」と略称する）を提案している（特許文献１、非特許文献１参照）。
【０００３】
このリング共振器型波長フィルタは、たとえば図１に例示したように、入力側光導波路（１）および出力側光導波路（２）（ここでは両者を併せて「バスライン」と略称する場合がある）を下層クラッドに互いに交差するように埋め込み、その交差部においてリング共振器（３）（「リング導波路」とも呼ぶことができる）を積層する構造を持つ。このため、バスラインは光ファイバとの高効率結合を、リング共振器（３）は半径の微小化によるＦＳＲの拡大を目的として、それぞれに最適設計を行うことができる。また、バスラインの結合比を膜厚制御によって高精度に制御できる。さらには、バスラインをクロスグリッド状に構成し、交差部に積層配置するリング共振器（３）も微小であるので高密度集積化が可能であり、複数のリング共振器（３）を直列、並列、あるいは縦列に接続することによって、様々にフィルタ特性を合成して、透過帯域の平坦化やＦＳＲの拡大等を行うことができるなど、多くの特徴を持つＡＤＤ／ＤＲＯＰ波長フィルタを実現している。
【０００４】
しかしながら、このように優れたリング共振器型波長フィルタにあっても、実際に作製すると、フォトマスクの作製分解能やコア膜厚の不均一性等に起因する作製誤差によって中心波長が設計値からずれることがあったのである。たとえば、リング共振器（３）の半径を５０ｎｍずつ微小に異ならせた１×８フィルタアレイ（特許文献１、非特許文献１参照）において、中心波長のチャネル間隔が５．７ｎｍとなるように設計した場合、リング半径と中心波長の関係をプロットすると、たとえば図２に例示したように理論値に対して最大で１．６ｎｍの中心波長誤差が生じることがある。
【０００５】
そこで、この出願の発明の発明者等は、ＵＶ感光性ポリマー（ポリシラン）をクラッドに用いたトリミング方法を既に開発しており、それにより９．０ｎｍのトリミング幅を達成している（非特許文献２参照）。
【０００６】
【特許文献１】
特開２０００−２９８２１５号公報
【０００７】
【非特許文献１】
Ｓ．Ｔ．Ｃｈｕ， Ｂ．Ｅ．Ｌｉｔｔｌｅ， Ｗ．Ｐａｎ， Ｔ．Ｋａｎｅｋｏ， Ｓ．Ｓａｔｏ， Ｙ．Ｋｏｋｕｂｕｎ： ”Ａｎ ８ ｃｈａｎｎｅｌ Ａｄｄ／Ｄｒｏｐ ｆｉｌｔｅｒ ｕｓｉｎｇ ｖｅｒｔｉｃａｌｌｙ ｃｏｕｐｌｅｄ ｍｉｃｒｏｒｉｎｇ ｒｅｓｏｎａｔｏｒｓ ｏｖｅｒ ａ ｃｒｏｓｓ ｇｒｉｄ，” Ｐｈｏｔｏｎ．Ｔｅｃｈｎ．Ｌｅｔｔ．， ｖｏｌ．１１， Ｎｏ．６， ｐｐ．６９１−６９３ （１９９９）
【０００８】
【非特許文献２】
Ｓ．Ｔ．Ｃｈｕ， Ｗ．Ｐａｎ， Ｓ．Ｓａｔｏ， Ｔ．Ｋａｎｅｋｏ， Ｂ．Ｅ．Ｌｉｔｔｌｅ， Ｙ．Ｋｏｋｕｂｕｎ： ”Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ ｔｒｉｍｍｉｎｇ ｏｆ ａ ｍｉｃｒｏｒｉｎｇ ｒｅｓｏｎａｔｏｒ ｆｉｌｔｅｒ ｂｙ ｍｅａｎｓ ｏｆ ａ ＵＶ ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ ｐｏｌｙｍｅｒ ｏｖｅｒｌａｙ，” Ｐｈｏｔｏｎ．Ｔｅｃｈｎ．Ｌｅｔｔ．， ｖｏｌ．１１， Ｎｏ．６， ｐｐ．６８０−６９０ （１９９９）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このように優れたトリミング方法にあっても、さらに改良すべき点のあることが、この出願の発明の発明者等による更なる研究によって見出された。
【００１０】
すなわち、トリミング後の中心波長に経時変化が生じてしまい、せっかくトリミングしても時間が経つにつれて中心波長が設計値からずれてくるのである。
【００１１】
そこで、この出願の発明は、以上のとおりの事情に鑑み、高精度で、且つ経時変化の少ない安定した中心波長トリミングを行うことのできる、新しい波長フィルタの中心波長トリミング方法を提供することを課題としている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
この出願の発明は、上記の課題を解決するものとして、第１には、波長フィルタの中心波長をトリミングする中心波長トリミング方法であって、Ｔａ２Ｏ５−ＳｉＯ２をコアに用いた波長フィルタを作製し、該波長フィルタのコアに対して水素ローディングを行った後、該コアに対する紫外線照射によりコア等価屈折率を変化させることで、中心波長をトリミングすることを特徴とする波長フィルタの中心波長トリミング方法を提供し、第２には、Ｔａ２Ｏ５−ＳｉＯ２におけるＴａ２Ｏ５が３０ｍｏｌ％であることを特徴とする前記波長フィルタの中心波長トリミング方法を提供する。
【００１３】
またこの出願の発明は、上記の課題を解決するものとして、第３には、波長フィルタの中心波長をトリミングする中心波長トリミング方法であって、ＳｉＮをコアに用いた波長フィルタを作製し、該波長フィルタのコアに対する紫外線照射によりコア等価屈折率を変化させることで、中心波長をトリミングすることを特徴とする波長フィルタの中心波長トリミング方法を提供し、第４には、ＳｉＨ４ベースＳｉＮをコアに用いることを特徴とする前記波長フィルタの中心波長トリミング方法、第５には、４ＭＳベースＳｉＮをコアに用いることを特徴とする前記波長フィルタの中心波長トリミング方法、第６には、前記波長フィルタは、リング共振器型波長フィルタ、またはマッハツェンダー型波長フィルタ、またはファブリ・ペロー型波長フィルタ、またはアレイ導波路格子型波長フィルタであることを特徴とする前記波長フィルタの中心波長トリミング方法を提供する。
【００１４】
またさらにこの出願の発明は、第７には、下部クラッド上にＳｉＮ層を成膜し、該ＳｉＮ層上に、作製すべき光導波路コアの平面形状と同じ形状の紫外線不透過領域を持ち、それ以外の領域は紫外線透過領域となっている露光マスクを通して、紫外線を照射する、ことを特徴とする光導波路作製方法を提供する。
【００１５】
またさらにこの出願の発明は、第８には、下部クラッド上にＳｉＮ層を成膜し、該ＳｉＮ層上に紫外線を２光束干渉照射する、ことを特徴とするグレーティング作製方法を提供する。
【００１６】
そしてこの出願の発明は、第９には、前記ＳｉＮ層にＳｉＨ４ベースＳｉＮを用いることを特徴とする前記光導波路作製方法または前記グレーティング作製方法、第１０には、前記ＳｉＮ層に４ＭＳベースＳｉＮを用いることを特徴とする前記光導波路作製方法または前記グレーティング作製方法を提供する。
【００１７】
【発明の実施の形態】
上記のとおりの特徴を有するこの出願の発明では、誘電体材料Ｔａ２Ｏ５−ＳｉＯ２をコアに用い、且つそれに対して水素ローディングを行った後、図３に例示したように紫外線を直接照射してコア等価屈折率を変化させることで中心波長をトリミングするようにしている。また、ＳｉＮをコア材料として用いるようにもしている。以下に、添付した図面に沿って実施例を示し、これらについてさらに詳しく説明する。
【００１８】
なお、紫外線照射によりコア等価屈折率を変化させることができるので、このことを利用して、光導波路やグレーティングの作製をも効率良く行うことができると考えられる。そこで、上記のとおりの特徴を有するこの出願の発明は、高効率な光導波路の作製方法およびグレーティングの作製方法をも提供しており、トリミング方法についての説明の後、それらについても説明する。
【００１９】
【実施例】
＜１＞中心波長トリミング方法
［中心波長トリミングの原理］
リング共振器型波長フィルタは、入力側光導波路（１）の入力ポートから波長多重した光波を入射させると、導波路交差部に積層配置されたリング共振器（３）で共振波長の光波のみが出力側光導波路（２）のドロップポートに出射し、それ以外の波長の光波は入力側光導波路（１）のスルーポートから出射する構造になっており（図１、図３参照）、共振波長は主にリング半径と等価屈折率で決まる。
【００２０】
トリミング時の等価屈折率の変化による中心波長のシフト量Δλ０は、次式で表される。ここで、Ｒはリング半径、Ｎは共振次数、Δηｅｑは等価屈折率の変化量である。
【００２１】
【数１】
［Ｔａ２Ｏ５−ＳｉＯ２膜の屈折率変化］
薄膜への紫外線照射によるＴａ２Ｏ５−ＳｉＯ２（Ｔａ２Ｏ５は３０ｍｏｌ％としている）の屈折率変化をプリズムカプラにより測定したところ、図４に例示したように最大で５×１０−４の変化が測定された。ここで用いた試料は、Ｓｉ基板上に高周波スパッタ法によって形成したＴａ２Ｏ５−ＳｉＯ２（Ｔａ２Ｏ５３０ｍｏｌ％）膜で、厚さは３．０μｍである。また、紫外線の光源はアルゴンイオンＳＨＧレーザ（Ｃｏｈｅｒｅｎｔ社製Ｉｎｎｏｖａ３００ＣＦＲｅＤ型）で、波長２４４ｎｍ、出力１００ｍＷ、スポットサイズ０．３５ｎｍ（半径）である。また。照射は合計４時間行った。
【００２３】
この屈折率が低下する現象は、紫外線照射によるＯ２剥離が原因と考えられる。しかし、図４を見てわかるように屈折率は４時間程度で元の値まで戻ってしまった。この現象は酸素欠損膜Ｔａ２Ｏｘ（ｘ＜５）の再酸化が原因と考えられ、この材料でリングコアを作製した際にも同様に経時変化が起こると予想されるため、何らかの防止手段が必要になる。
【００２４】
［Ｔａ２Ｏ５−ＳｉＯ２をコアに用いたリング共振器型波長フィルタのトリミング］
１．リング共振器型波長フィルタの作製プロセス
図５は、リング共振器型波長フィルタの作製プロセスを例示したものである。
【００２５】
まずＳｉ基板上にクラッドとなるＳｉＯ２、バスラインコアとなるＴａ２Ｏ５−ＳｉＯ２（Ｔａ２Ｏ５３０ｍｏｌ％）をＲＦスパッタ法により成膜し、ＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）用マスクとなるＣｒを蒸着する（▲１▼）。その後フォトリソグラフィー技術とＲＩＥによりバスラインを形成し（▲２▼▲３▼）、その上にＳｉＯ２を成膜してリフトオフ技術により表面平坦化を行う（▲４▼）。そしてＳｉＯ２バッファ層、Ｔａ２Ｏ５−ＳｉＯ２（Ｔａ２Ｏ５３０ｍｏｌ％）リングコア層を成膜する。その後Ｃｒを蒸着し（▲５▼）、フォトリソグラフィー技術とＲＩＥによりリング共振器を形成する（▲６▼▲７▼▲８▼）。
【００２６】
２．リング共振器型波長フィルタの特性評価
実際に、この作製プロセスによりＴａ２Ｏ５−ＳｉＯ２（Ｔａ２Ｏ５３０ｍｏｌ％）をリングコア材料として用いたリング共振器型波長フィルタを作製し、それへの紫外線照射による屈折率変化を利用して中心波長トリミングを行った。作製したリング共振器フィルでは、バスラインはコア厚１．０μｍ、コア幅２．０μｍ、またリング共振器はコア厚１．３μｍ、コア幅１．５μｍ、半径Ｒ＝１０μｍである。
【００２７】
図６は、このリング共振器型波長フィルタにおける、ＵＶ照射前とＵＶ照射後における出力側光導波路（２）のドロップポートのフィルタ特性を例示したものである。この図６に例示したように、中心波長は紫外線照射５時間で０．４８ｎｍ変化しており、この値は屈折率の変化量から計算した値と一致した。また、半値全幅に変化がないことから、トリミングによる損失の増加はないものと考えられる。
【００２８】
［水素ローディングによる経時変化の抑止］
続いて、上述したように作製したリング共振器型波長フィルタについて、トリミング後に中心波長を長時間にわたって測定したところ、予測したようにトリミングを行ってから４〜５時間後にシフトした中心波長が元に戻ってしまう現象が観察された。
【００２９】
この中心波長の経時変化を抑止する方法として、ファイバグレーティングで用いられている水素ローディングを行って屈折率変化の安定化を試みた。また、ファイバグレーティングの材料であるＧｅＯ２−ＳｉＯ２（ＧｅＯ２３ｍｏｌ％）では、水素ローディングを行わない場合には１．２×１０−３であった紫外線による屈折率変化が、水素ローディングを行うことによって５．９×１０−３まで増加することが既に知られている。そこで、Ｔａ２Ｏ５−ＳｉＯ２（Ｔａ２Ｏ５３０ｍｏｌ％）においても、同様の感光性増強効果も期待される。
【００３０】
上記作製したリング共振器にＵＶ照射前に水素ローディングを行い（圧力＝１０ｋｇｆ／ｃｍ２、６７時間）、その後に紫外線トリミングを行ったリング共振器型波長フィルタの透過スペクトル特性の変化を測定したところ、図７に例示したようになった。
【００３１】
３本のスペクトル特性はそれぞれ、トリミング前、トリミング後１時間、トリミング後５００時間でのものを表している。トリミング終了１時間後には最大で０．８ｎｍの中心波長シフトを確認し、これは水素ローディングを行わなかった場合の１．６倍の値であった。このことから、水素ローディングによる感光性増強効果を確認できた。
【００３２】
時間の経過に伴う中心波長の値をプロットすると、図８に例示したようになる。図８中の点線は水素ローディングを行わなかった場合、実線は水素ローディングを行った場合の経時変化を表している。水素ローディングを行った後にトリミングを行うと、５００〜１０００時間後に中心波長シフト量は約０．６５ｎｍ（１．３倍）で定常状態になり、水素ローディングにより経時変化が抑止できることがわかる。
【００３３】
なお、Ｔａ２Ｏ５−ＳｉＯ２の組成について、上述した実施例ではＴａ２Ｏ５＝３０ｍｏｌ％としているが、もちろんこれ以外の組成比であってもよい。但し、上記実施例ではＴａ２Ｏ５＝３０ｍｏｌ％の場合に最も良好な結果が得られている。
【００３４】
［リングコア用ＳｉＮの屈折率変化］
上述したようにＴａ２Ｏ５−ＳｉＯ２（Ｔａ２Ｏ５３０ｍｏｌ％）をリングコアに用いたリング共振器では、紫外線照射による中心波長のシフト量が０．６５ｎｍ得られる。
【００３５】
この出願の発明では、これよりも大きなシフト量を実現すべく、Ｔａ２Ｏ５と同様に屈折率が約２．０と大きい超高屈折率差導波路用コア材料としてＳｉＮに着目した。
【００３６】
実際にプラズマＣＶＤ装置により成膜したＳｉＨ４（モノシラン）ベースＳｉＮ膜と４ＭＳ（テトラメチルシラン）ベースＳｉＮ膜に紫外線を照射して、プリズムカプラによって屈折率変化量を測定した。いずれもＳｉＮ膜の厚さは約２．８μｍであり、基板はＳｉである。その結果、図９に例示したように、ＳｉＨ４ベースＳｉＮ膜では、４時間の紫外線照射で−１．３×１０−２という大きな屈折率変化が観測でき、また、水素ローディングを行わなくても屈折率の経時変化が見られず、極めて有用な特性を持つことがわかった。
【００３７】
これは、材料自体が多量のＨ２を含むことにより水素ローディングを行った場合と同様に経時変化抑止効果が得られたことによるものと考えられる。
【００３８】
次に、同じ条件でＳｉＨ４ベースＳｉＮ膜と４ＭＳベースＳｉＮ膜に紫外線を照射した場合の屈折率変化量を、図１０に比較して例示する。図１０より、４ＭＳベースＳｉＮ薄膜ではほとんど屈折率の変化が見られない。両者の屈折率がほぼ等しいことから、リングコア材料としてＳｉＨ４ベースＳｉＮを用い、バスライン材料として４ＭＳベースＳｉＮを用いれば、等価屈折率を近づけることができ、さらにリング共振器に紫外線を照射したときのバスラインの屈折率変化を考慮する必要がなくなる。
【００３９】
紫外線照射時間に対する屈折率の変化から中心波長のシフト量を算出した結果を、図１１に例示する。リング半径１０μｍ、コア幅１．５μｍ、コア厚１．５μｍのリング共振器を仮定すると、４時間照射で最大１１．５ｎｍの中心波長シフトが得られることがわかった。
【００４０】
また、中心波長は紫外線照射時間に対して線形に変化しており、照射時間による中心波長シフト量の制御が容易であることがわかる。
【００４１】
ここで、実際にＳｉＨ４ベースＳｉＮ膜をリングコアに用いてリング共振器型波長フィルタ（リング半径Ｒ＝１０ｎｍ）を作製し、それに対して紫外線照射を行い、中心波長シフト量を測定した。図１２はその測定結果の一例を示したものである。この図１２から明らかなように、実際には上記算出した理論値−１１．４ｎｍよりも大幅に大きなシフト量である−１２．４ｎｍを得ることができた。また、トリミング後の中心波長の測定結果の一例は図１３に示したとおりであり、２５０時間以上にわたり経時変化は観測されていない。
【００４２】
したがって、中心波長のシフト効果および経時変化抑止効果ともに極めて優れたトリミング方法を実現できたことがわかる。
【００４３】
なお、以上の実施例ではリング共振器型波長フィルタを中心に説明したが、この出願の発明の中心波長トリミング方法は当然、それ以外の様々な波長フィルタ、たとえばマッハツェンダー型波長フィルタ、ファブリ・ペロー型波長フィルタ、アレイ導波路格子型波長フィルタなど、に適用できることは言うまでもなく、それぞれのコアにＴａ２Ｏ５−ＳｉＯ２（好ましくはＴａ２Ｏ５３０ｍｏｌ％）やＳｉＮ（好ましくはＳｉＨ４ベースや４ＭＳベースＳｉＮ）を用いればよい。いずれの波長フィルタであっても同様に優れたトリミングを実現できるのである。
【００４４】
＜２＞光導波路作製方法
さて、この出願の発明によればさらに、上述したとおりの紫外線照射によるコア等価屈折率の高精度且つ高安定な変化効果を利用することで、高効率な光導波路の作製をも実現することができる。
【００４５】
従来では、光導波路を作製するために、何らかの方法で屈折率を変化させてコアを形成することが知られているが、その屈折率変化の制御を高精度且つ高安定で行う技術は実現されていなかった。そこで、この出願の発明は以下に詳細に説明する光導波路作製方法を提供する。
【００４６】
図１４は、この光導波路作製方法を説明するための図である。この図１４に例示したように、まずＳｉ等の基板（１０）上にＳｉＯ２等の下部クラッド（２０）をＲＦスパッタ法等により成膜し、その上にＳｉＮ層（３０）を成膜する。続いてこのＳｉＮ層（３０）上に、作製したい光導波路コアの平面形状と同じ形状の紫外線不透過領域（５１）を持ち、それ以外の領域は紫外線透過領域（５２）となっている露光マスク（５０）を通して、紫外線を照射する。これにより、ＳｉＮ層（３０）において、紫外線不透過領域（５１）により紫外線が遮られた領域は屈折率が変化せずにコアとなり、それ以外の紫外線透過領域（５２）下の領域は屈折率が変化してクラッドとなる。後はこの上に上部クラッド（４０）を成膜すればよい。
【００４７】
これによれば、コア材料としてＳｉＮを用い、且つそれに対する紫外線照射を行うことで、屈折率制御をより容易に且つ高精度で行い、高効率で光導波路を作製することができるのである。もちろんＳｉＮ層（３０）にＳｉＨ４ベースＳｉＮまたは４ＭＳベースＳｉＮを用いることが好ましいのは、前述のトリミング方法と同様であり、また水素ローディングをさらに適用してもよい。
【００４８】
＜３＞グレーティング形成方法
またさらに、この出願の発明によれば、同様にして、光グレーティングをも作製することができる。
【００４９】
従来では、光グレーティングを作製するために様々な技術が提案されているが、そのいずれも屈折率変化の制御を高精度且つ高安定で行うことができず、高効率でグレーティングを作製できるものではなかった。そこで、この出願の発明は以下に詳細に説明するグレーティング作製方法を提供する。
【００５０】
図１５は、このグレーティング作製方法について説明するための図である。この図１５に例示したように、まず、Ｓｉ等の基板（１００）上にＳｉＯ２等の下部クラッド（２００）およびＳｉＮを用いたＳｉＮコア（３００）を成膜する。続いてこのＳｉＮコア（３００）上に、互いに干渉し合う２光束の紫外線を異なる方向から照射する。これにより、ＳｉＮコア（３００）において、紫外線の２光束干渉に従って屈折率が互い違いに異なる干渉縞が現れて、グレーティング（５００）が形成される。後はこの上に上部クラッド（４００）を成膜すればよい。
【００５１】
これによれば、コア材料としてＳｉＮを用い、且つそれに対する紫外線の２光束干渉照射を行うことで、屈折率制御をより容易に且つ高精度で行い、高効率でグレーティング（５００）を作製することができるのである。もちろんＳｉＮコア（３００）にＳｉＨ４ベースＳｉＮまたは４ＭＳベースＳｉＮを用いることが好ましいのは、前述のトリミング方法と同様であり、また水素ローディングをさらに適用してもよい。
【００５２】
この出願の発明は以上の各種実施例に限定されるものではなく、細部については様々な態様が可能であることは言うまでもない。
【００５３】
【発明の効果】
以上詳しく説明したとおり、この出願の発明によって、高精度で、且つ経時変化の少ない安定した中心波長トリミングを行うことのできる、新しいリング共振器型波長フィルタの中心波長トリミング方法が提供される。
【００５４】
誘電体材料Ｔａ２Ｏ５−ＳｉＯ２（Ｔａ２Ｏ５３０ｍｏｌ％）をリングコアに用い、かつそのリングコアに対して水素ローディングした後、紫外線を直接照射してコア等価屈折率を変化させることで、感光性増強効果と経時変化抑止効果に優れた、中心波長トリミングを実現することができる。
【００５５】
また、ＳｉＮをリングコアに用い、そのリングコアに紫外線を直接照射することで−１．３×１０−２の大きな紫外線誘起屈折率変化量が得られ、その変化量は水素ローディングを行わなくても安定しており、優れた中心波長トリミングを実現することができる。
【００５６】
さらにまた、この出願の発明によれば、紫外線照射によるコア等価屈折率の高精度且つ高安定な変化効果を利用して、屈折率制御をより容易に且つ高精度で行い、効率良く光導波路およびグレーティングを作製することのできる、新しい光導波路作製方法およびグレーティング作製方法も提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】リング共振器型波長フィルタの一実施形態を示した斜視図である。
【図２】作製誤差による中心波長誤差の一例を示した図である。
【図３】この出願の発明の中心波長トリミング方法について説明するための図である。
【図４】Ｔａ２Ｏ５−ＳｉＯ２（Ｔａ２Ｏ５３０ｍｏｌ％）への紫外線照射による屈折率変化および経時変化の測定値の一例を示した図である。
【図５】リング共振器型波長フィルタの作製プロセスを説明するための図である。
【図６】ＵＶトリミングによる中心波長シフト現象の測定値の一例を示した図である。
【図７】水素ローディング後のＵＶトリミングによる中心波長シフト現象の測定値の一例を示した図である。
【図８】水素ローディングによる中心波長の経時変化抑止現象の測定値の一例を示した図である。
【図９】ＳｉＨ４ベースＳｉＮへの紫外線照射による屈折率変化および経時変化の測定値の一例を示した図である。
【図１０】ＳｉＨ４ベースＳｉＮ膜と４ＭＳベースＳｉＮ膜の紫外線誘起屈折率変化の一比較例を示した図である。
【図１１】屈折率変化を示した中心波長シフト量の計算値の一例を示した図である。
【図１２】ＳｉＨ４ベースＳｉＮリングコアへの紫外線照射による中心波長シフト量の測定値の一例を示した図である。
【図１３】ＵＶトリミング後の中心波長の測定値の一例を示した図である。
【図１４】この出願の発明の光導波路作製方法について説明するための図である。
【図１５】この出願の発明のグレーティング作製方法について説明するための図である。
【符号の説明】
１ 入力側光導波路
１１ 入力バス
１２ スルーバス
２ 出力側光導波路
２１ ＤＲＯＰバス
２２ ＡＤＤバス
３ リング共振器
１０ 基板
２０ 下部クラッド
３０ ＳｉＮ層
４０ 上部クラッド
５０ 露光マスク
５１ 紫外線不透過領域
５２ 紫外線透過領域
１００ 基板
２００ 下部クラッド
３００ ＳｉＮコア
４００ 上部クラッド
５００ グレーティング
Claims (10)
- 波長フィルタの中心波長をトリミングする中心波長トリミング方法であって、Ｔａ２Ｏ５−ＳｉＯ２をコアに用いた波長フィルタを作製し、該波長フィルタのコアに対して水素ローディングを行った後、該コアに対する紫外線照射によりコア等価屈折率を変化させることで、中心波長をトリミングすることを特徴とする波長フィルタの中心波長トリミング方法。
- Ｔａ２Ｏ５−ＳｉＯ２におけるＴａ２Ｏ５が３０ｍｏｌ％であることを特徴とする請求項１記載の波長フィルタの中心波長トリミング方法。
- 波長フィルタの中心波長をトリミングする中心波長トリミング方法であって、ＳｉＮをコアに用いた波長フィルタを作製し、該波長フィルタのコアに対する紫外線照射によりコア等価屈折率を変化させることで、中心波長をトリミングすることを特徴とする波長フィルタの中心波長トリミング方法。
- ＳｉＨ４ベースＳｉＮをコアに用いることを特徴とする請求項３記載の波長フィルタの中心波長トリミング方法。
- ４ＭＳベースＳｉＮをコアに用いることを特徴とする請求項３記載の波長フィルタの中心波長トリミング方法。
- 波長フィルタは、リング共振器型波長フィルタ、またはマッハツェンダー型波長フィルタ、またはファブリ・ペロー型波長フィルタ、またはアレイ導波路格子型波長フィルタであることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の波長フィルタの中心波長トリミング方法。
- 下部クラッド上にＳｉＮ層を成膜し、該ＳｉＮ層上に、作製すべき光導波路コアの平面形状と同じ形状の紫外線不透過領域を持ち、それ以外の領域は紫外線透過領域となっている露光マスクを通して、紫外線を照射する、ことを特徴とする光導波路作製方法。
- 下部クラッド上にＳｉＮ層を成膜し、該ＳｉＮ層上に紫外線を２光束干渉照射する、ことを特徴とするグレーティング作製方法。
- ＳｉＮ層にＳｉＨ４ベースＳｉＮを用いることを特徴とする請求項７記載の光導波路作製方法または請求項８記載のグレーティング作製方法。
- ＳｉＮ層に４ＭＳベースＳｉＮを用いることを特徴とする請求項７記載の光導波路作製方法または請求項８記載のグレーティング作製方法。
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|---|---|---|---|---|
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