JP2007078861A - Thermooptic variable attenuator and its manufacturing method - Google Patents

Thermooptic variable attenuator and its manufacturing method Download PDF

Info

Publication number
JP2007078861A
JP2007078861A JP2005264204A JP2005264204A JP2007078861A JP 2007078861 A JP2007078861 A JP 2007078861A JP 2005264204 A JP2005264204 A JP 2005264204A JP 2005264204 A JP2005264204 A JP 2005264204A JP 2007078861 A JP2007078861 A JP 2007078861A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
heat
layer
thermo
heat insulating
conductive layer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2005264204A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP4634897B2 (en
Inventor
Hiroshi Watanabe
啓 渡辺
Yasuaki Hashizume
泰彰 橋詰
Masayuki Ito
雅之 伊東
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Telegraph and Telephone Corp filed Critical Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority to JP2005264204A priority Critical patent/JP4634897B2/en
Publication of JP2007078861A publication Critical patent/JP2007078861A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP4634897B2 publication Critical patent/JP4634897B2/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To make a circuit size small by suppressing influence of thermal crosstalk on adjacent channels in a multichannel thermooptic variable attenuator constituted by arranging a plurality of variable attenuators, where heaters for shifting the phase of light by thermooptic effect are arranged in parallel on arm waveguides of a Mach-Zehnder interference circuit (MZI circuit) using two couplers. <P>SOLUTION: The multichannel thermooptic variable attenuator has a heat conductive layer made of a substance having high heat conductivity below the arm waveguide pair constituting the MZI circuit separately from a heat conductive layer provided below an adjacent MZI circuit, and also has a heat insulating layer made of a substance having lower heat conductivity than each heat conductive layer below the heat conductive layer. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、光通信分野で用いられている光導波回路の可変光減衰器に関し、更に詳しくは、熱光学効果を用いた多チャンネルの平面光導波型可変光減衰器(熱光学可変減衰器、あるいは熱光学型VOAと称する)とその製造方法に関する。   The present invention relates to a variable optical attenuator of an optical waveguide circuit used in the field of optical communication, and more specifically, a multi-channel planar optical waveguide variable optical attenuator using a thermo-optic effect (thermo-optic variable attenuator, Or a thermo-optic type VOA) and a manufacturing method thereof.

平面光回路技術を用いた光デバイスは、光通信分野においてキーデバイスとなっている。その中でも、光強度をダイナミックに変化させる可変光減衰器(VOA)の役割は重要になっている。特に、参考文献1、2に開示されているような熱光学効果を用いた平面光導波型可変光減衰器(以下、熱光学可変減衰器と称する)は、アレイ導波路格子合分波器を代表とする他の平面光導波型回路と集積が可能であり、多チャンネル集積型が容易にできる利点を有している。さらに、熱光学可変減衰器は、駆動部分を持たないため、信頼性に優れているなどの長所も有している。   Optical devices using planar optical circuit technology have become key devices in the field of optical communications. Among them, the role of a variable optical attenuator (VOA) that dynamically changes the light intensity is important. In particular, a planar optical waveguide variable optical attenuator (hereinafter referred to as a thermo-optic variable attenuator) using a thermo-optic effect as disclosed in References 1 and 2 is an arrayed waveguide grating multiplexer / demultiplexer. It can be integrated with other typical planar optical waveguide circuits, and has the advantage that a multi-channel integrated type can be easily achieved. Furthermore, since the thermo-optic variable attenuator does not have a driving part, it has advantages such as excellent reliability.

このような熱光学効果を用いた光デバイスの具体的構成は、導波路内に入射した光を3dBカップラーにより分岐し、その分岐した少なくとも一方の光をアーム導波路上にヒータを設けた熱光学光変調器に接続し、再度カップラーにより結合させるマッハツェンダー干渉計回路(MZI回路)を構成することで実現している。このように、分岐した少なくとも一方の光を熱光学光変調器に接続し、他方の光に比べて位相差を与えることで、出射端での光強度変調を行なっている。   A specific configuration of an optical device using such a thermo-optic effect is that thermo-optics in which light incident on the waveguide is branched by a 3 dB coupler and at least one of the branched lights is provided with a heater on the arm waveguide. This is realized by configuring a Mach-Zehnder interferometer circuit (MZI circuit) that is connected to the optical modulator and coupled again by the coupler. In this way, at least one of the branched lights is connected to the thermo-optic light modulator, and the light intensity is modulated at the emission end by giving a phase difference compared to the other light.

特開2004−170657号公報JP 2004-170657 A 特許第3337629号公報Japanese Patent No. 3337629

図1は従来からある典型的な8チャンネル集積の熱光学可変減衰器の上面図を示す。マッハツェンダー干渉計回路(以下、MZI回路と称する)の2本のアーム導波路101上に薄膜ヒータ103が設けられ、その両端に消費電力を低減するための断熱溝105が形成されている。同図では図面が煩雑になるのを防ぐため電力供給を行う電極は図示していない。この断熱溝105は、ヒータ103から加えられた熱が基板横方向に広がるのを防ぎ、その結果、効率よくアーム導波路101のコアの温度上昇を行い、消費電力を下げるために設けられている。   FIG. 1 shows a top view of a typical conventional 8-channel integrated thermo-optic variable attenuator. A thin film heater 103 is provided on two arm waveguides 101 of a Mach-Zehnder interferometer circuit (hereinafter referred to as MZI circuit), and heat insulating grooves 105 for reducing power consumption are formed at both ends thereof. In the figure, electrodes for supplying power are not shown in order to prevent the drawing from becoming complicated. The heat insulating groove 105 is provided to prevent the heat applied from the heater 103 from spreading in the lateral direction of the substrate, and as a result, the temperature of the core of the arm waveguide 101 is increased efficiently and the power consumption is reduced. .

このような従来の熱光学形可変減衰器において課題となっていたのが回路全体の大きさである。熱光学可変減衰器を小型にしようとしても、製造プロセス上、または特性確保のために制限を受け、回路を小さくできないといった点があった。   The problem with such a conventional thermo-optic variable attenuator is the size of the entire circuit. Even if the thermo-optic variable attenuator is reduced in size, there is a limitation in terms of the manufacturing process or securing characteristics, and the circuit cannot be reduced.

回路を小型に作製するには、まず、MZI回路において、アレイ導波路間隔を可能な限り狭くすることが、回路の幅(図1の紙面横方向の長さ)を短縮できるので有効である。また、3dBカップラー(図示しない)の結合部から、アーム導波路間隔までを曲線導波路(図示しない)により広げて展開すると、この時の回路の長さ(図1の紙面縦方向の長さ)も、短くすることが可能である。しかしながら、消費電力の観点から断熱溝105を形成する場合には、このアーム導波路間隔は、断熱溝105の幅wにより制限される。現在では、低消費電力の観点からこの断熱溝105は必須となっている。また断熱溝105を形成しないとしても、MZI回路を構成する一対のアーム導波路101のコアの温度差を確保するために、結果的にはアーム導波路間隔を広くとらなくてはならず、小型化できない。   In order to manufacture the circuit in a small size, first, in the MZI circuit, it is effective to reduce the array waveguide interval as much as possible because the circuit width (the length in the horizontal direction in FIG. 1) can be shortened. Further, when the space from the coupling portion of the 3 dB coupler (not shown) to the arm waveguide interval is expanded by a curved waveguide (not shown), the length of the circuit at this time (the length in the vertical direction in FIG. 1). However, it can be shortened. However, when the heat insulating groove 105 is formed from the viewpoint of power consumption, the arm waveguide interval is limited by the width w of the heat insulating groove 105. At present, this heat insulating groove 105 is essential from the viewpoint of low power consumption. Even if the heat insulating groove 105 is not formed, in order to ensure the temperature difference between the cores of the pair of arm waveguides 101 constituting the MZI circuit, the arm waveguide interval must be widened as a result. Can not be converted.

通常、石英系平面光導波路により構成される熱光学可変減衰器では、消費電力の観点から、アレイ導波路のクラッドの厚さは40μmから、厚い場合には、80μm程度まで必要とされる。従って、断熱溝105の深さとしては同じく40〜80μmの深さの加工が必要となる。そして、その断熱溝の幅wが狭い場合には、断熱溝の加工時に、有機レジスト同士の狭い間隙にイオンが入射することができなくなるという現象(ローディング効果)が発生し、深い溝が形成できなくなるといった不具合が発生する。そのため、断熱溝105の幅はさほど狭めることができない。例えば、深さ60μm程度の断熱溝を形成するには、通常50μm以上の断熱溝幅が必要となる。   Usually, in a thermo-optic variable attenuator constituted by a quartz-based planar optical waveguide, the thickness of the clad of the arrayed waveguide is required from 40 μm to about 80 μm when it is thick from the viewpoint of power consumption. Therefore, the depth of the heat insulating groove 105 is also required to be processed to a depth of 40 to 80 μm. When the width w of the heat insulating groove is narrow, a phenomenon (loading effect) that ions cannot enter the narrow gap between the organic resists during processing of the heat insulating groove occurs, and a deep groove can be formed. The problem of disappearing occurs. Therefore, the width of the heat insulating groove 105 cannot be reduced so much. For example, in order to form a heat insulation groove having a depth of about 60 μm, a heat insulation groove width of 50 μm or more is usually required.

このように製造プロセス上の制限により断熱溝の幅wが制限されるために、その結果アーム導波路間隔も制限を受けことになる。なぜなら、断熱溝が少なくとも一対のアーム導波路間に配置される必要があるためである。   As described above, since the width w of the heat insulating groove is limited due to the limitation in the manufacturing process, the distance between the arm waveguides is also limited as a result. This is because the heat insulating groove needs to be disposed between at least the pair of arm waveguides.

いま、断熱溝105の幅wが、所望の深さの断熱溝深さhの加工を実現できる最小幅であると想定する。また、断熱溝により区切られ、アーム導波路を形成するリッジ部の幅をwとすると、通常、このリッジ幅wは、アーム導波路のコア内を伝播するモードフィールドが断熱溝側面を感じない幅以上のサイズを必要とする。例えば、比屈折率差Δが1%前後の導波路の場合には、wは25μm程度必要となる。 Now, it is assumed that the width w of the heat insulation groove 105 is a minimum width that can realize processing of the heat insulation groove depth h having a desired depth. Further, separated by insulation trenches, when the width of the ridge portion forming the arm waveguide and w r, usually, the ridge width w r is the mode field propagating in the core of the arm waveguide is felt insulation groove flank You don't need a size larger than the width. For example, if the relative refractive index difference Δ of about 1% of the waveguide, w r is required about 25 [mu] m.

図2の(A)に、多チャンネル熱光学可変減衰器のMZI回路がレイアウト上最小となる配置を示し、図2の(B)に、従来の多チャンネル熱光学可変減衰器のMZI回路の実際の配置を示す。ここで、201は導波路のコア、203はヒータ、105は溝、207は基板、および209はクラッドである。図2(A)に示すように、MZI回路は、理想的には、
min =2×(w+w
の間隔で周期的に並べた場合が、レイアウト上最も小さく、高密度にマッハツェンダー干渉計を並べた場合に相当する。
FIG. 2A shows an arrangement in which the MZI circuit of the multi-channel thermo-optic variable attenuator is minimized in the layout, and FIG. 2B shows the actual MZI circuit of the conventional multi-channel thermo-optic variable attenuator. The arrangement of Here, 201 is a core of the waveguide, 203 is a heater, 105 is a groove, 207 is a substrate, and 209 is a clad. As shown in FIG. 2A, the MZI circuit is ideally
d min = 2 × (w + wr )
The case where the Mach-Zehnder interferometers are arranged at regular intervals is the smallest in the layout and corresponds to the case where the Mach-Zehnder interferometers are arranged at high density.

また、多チャンネル熱光学可変減衰器において、MZI回路を千鳥配置し、レイアウト上のスペースを狭くし、実質のMZI回路間隔を狭くする方法が考えられている。その場合でも、基本的には上記と同様にリッジ幅wを考慮する必要があり、この場合は、dmin =w+wとした場合に相当する。 In addition, in a multi-channel thermo-optic variable attenuator, a method is considered in which MZI circuits are arranged in a staggered manner, the space on the layout is narrowed, and the actual MZI circuit interval is narrowed. Even then, basically it is necessary to consider the same manner as described above ridge width w r, this case corresponds to the case where the d min = w + w r.

勿論、現在よりもさらに高度な加工技術を利用すれば断熱溝幅をさらに狭めることは可能であると考えられ、高度な加工プロセスの開発とともに断熱溝が改善されることが期待される。   Of course, it is considered possible to further reduce the width of the heat insulating groove by using a more advanced processing technique than at present, and it is expected that the heat insulating groove will be improved with the development of an advanced processing process.

しかし、従来構造において、断熱溝の幅により制限されている回路サイズの制限の要因は、比較的小さなものであり、主たる要因ではない。すなわち、将来にわたり加工技術が進歩し、断熱溝の幅をさらに狭く加工できるようになったとしても、従来の構造では、各チャンネルのMZI回路の間隔dは、レイアウト上可能な最小の間隔dmin で配置できない。その結果、回路サイズはさほど小さくならない。つまり、従来の熱光学可変減衰器では、図2(B)に示すように、最小のMZI回路間隔dminよりもはるかに大きな間隔dでMZI回路を多チャンネル配置しなければならない。なぜならば、MZI回路の間隔dは、熱クロストークにより決められ、レイアウト上許される間隔ほど詰められないという点があるためである。従って、このMZI回路の間隔の制限は、多チャンネル可変減衰器の小型化を妨げる主要因となっている。このように、断熱溝幅wよりも支配的な回路サイズ決定要因となっているのが熱クロストークである。 However, in the conventional structure, the limiting factor of the circuit size that is limited by the width of the heat insulating groove is relatively small and not the main factor. That is, even if the processing technology advances in the future, and the width of the heat insulating groove can be further narrowed, in the conventional structure, the distance d between the MZI circuits of each channel is the minimum distance d min that is possible in the layout. Can not be placed. As a result, the circuit size is not so small. That is, in the conventional thermo-optic variable attenuator, as shown in FIG. 2B, MZI circuits must be arranged in multiple channels at a distance d far larger than the minimum MZI circuit distance d min . This is because the interval d of the MZI circuit is determined by thermal crosstalk and cannot be reduced as much as allowed by the layout. Therefore, the limitation of the interval of the MZI circuit is a main factor that hinders downsizing of the multichannel variable attenuator. As described above, thermal crosstalk is a factor determining the circuit size more dominant than the heat insulation groove width w.

次に、熱クロストークが原因で、MZI回路間隔を詰めることができず、そのため回路が小型化できない理由を以下に詳述する。   Next, the reason why the MZI circuit interval cannot be reduced due to thermal crosstalk, and therefore the circuit cannot be miniaturized will be described in detail below.

図3は、多チャンネル熱光学可変減衰器の断面構造を示し、チャンネルNを中心に、その隣接のチャンネルN−1、N+1を示している。この構成で、チャンネルNの一方のヒータ203に電力を印加して駆動した場合を考える。図3の矢印で示すように、その通電したヒータ203によりクラッド209に加えられた熱の一部は、基板207であるSiを伝わり、隣接するN−1チャンネルや、N+1チャンネルへも伝わる。隣接チャンネルへ伝導してきた熱により、隣接チャンネルの光特性は変化し、透過光強度の変化をもたらしてしまう。   FIG. 3 shows a cross-sectional structure of the multi-channel thermo-optic variable attenuator, and shows the adjacent channels N−1 and N + 1 with the channel N as the center. Consider a case in which power is applied to one heater 203 of channel N and driven with this configuration. As indicated by the arrows in FIG. 3, a part of the heat applied to the clad 209 by the energized heater 203 is transmitted to Si as the substrate 207 and is also transmitted to the adjacent N−1 channel and N + 1 channel. Due to the heat conducted to the adjacent channel, the optical characteristic of the adjacent channel changes, resulting in a change in transmitted light intensity.

そのため、従来構造では、図2(B)に示すように、各チャンネルを構成するマッハツェンダー干渉計素子を十分な距離離し配置することで、その不具合を回避している。このように、従来の構造では、熱クロストークの影響を低減するために、MZI回路間隔dを大きくする必要があるので、結果的に熱光学可変減衰器の回路サイズを小さくできなかった。   Therefore, in the conventional structure, as shown in FIG. 2B, the problem is avoided by arranging the Mach-Zehnder interferometer elements constituting each channel at a sufficient distance. Thus, in the conventional structure, in order to reduce the influence of thermal crosstalk, it is necessary to increase the MZI circuit interval d. As a result, the circuit size of the thermo-optic variable attenuator cannot be reduced.

次に、どの程度の熱クロストークが実際に問題となるのかについて、定量的に説明をする。いま、1つのMZI回路に着目し、一方のアーム導波路上のヒータに電力を印加して光可変減衰器を駆動する。このとき出力導波路に現れる光強度Io は、入力光強度を1とすると、   Next, how much thermal crosstalk is actually a problem will be quantitatively explained. Now, paying attention to one MZI circuit, the optical variable attenuator is driven by applying electric power to the heater on one arm waveguide. At this time, the light intensity Io appearing in the output waveguide is 1 if the input light intensity is 1.

Figure 2007078861
Figure 2007078861

で示される。ここでφは初期位相であり、Δφは2本のアーム導波路のコア間に温度差ΔTが与えられた時に生じる位相差である。Δφは、他方のコアとの温度差ΔTを関数とし、コアの屈折率温度係数をdn/dT、ヒータの長さをLとすると、 Indicated by Here, φ is an initial phase, and Δφ is a phase difference generated when a temperature difference ΔT is given between the cores of the two arm waveguides. Δφ is a function of the temperature difference ΔT with the other core, the refractive index temperature coefficient of the core is dn / dT, and the length of the heater is L.

Figure 2007078861
Figure 2007078861

により示される。上式(2)により、ある減衰強度Io を得るのに必要な2本のアーム間の温度差ΔTは、以下の式(3)に示すようになる。 Indicated by. From the above equation (2), the temperature difference ΔT between the two arms necessary to obtain a certain damping intensity Io is as shown in the following equation (3).

Figure 2007078861
Figure 2007078861

ここで、光可変減衰器を25dBに駆動した場合を考える。上の式(3)にIo =25.0dB、典型的な石英の屈折率温度係数としてdn/dT=1×10−5(1/℃)、ヒータ長さL=2.0mmを与え、必要な両アーム導波路コア間の温度差ΔTを求めると、37.762度(℃)となる。同様に、0.1dBの変動に対応するIo =24.9dB、Io =25.1dB減衰時に必要な温度を求める。下記の表1はそれぞれ求めた温度を示し、それぞれの25dB時との温度差を合わせて示している。この温度差は、25dB減衰時に0.1dBの変動を許容範囲とした時に、許される温度変化量に対応する。 Here, consider a case where the optical variable attenuator is driven to 25 dB. The above formula (3) is given by Io = 25.0 dB, typical quartz refractive index temperature coefficient dn / dT = 1 × 10 −5 (1 / ° C.), heater length L = 2.0 mm The temperature difference ΔT between the two arm waveguide cores is 37.762 degrees (° C.). Similarly, the temperature required at the time of attenuation of Io = 24.9 dB and Io = 25.1 dB corresponding to the fluctuation of 0.1 dB is obtained. Table 1 below shows the obtained temperatures, and also shows the temperature differences from the respective 25 dB times. This temperature difference corresponds to an allowable temperature change amount when a variation of 0.1 dB is allowed within the range of 25 dB attenuation.

Figure 2007078861
Figure 2007078861

以上の計算により、25dB減衰時に減衰特性上、変動を0.1dB以内に抑えるためには、0.016℃以下に温度の変動を抑える必要性があることがわかる。   From the above calculation, it is understood that it is necessary to suppress the temperature fluctuation to 0.016 ° C. or lower in order to suppress the fluctuation within 0.1 dB in the attenuation characteristic at the time of 25 dB attenuation.

図4は、断熱溝205により区切られる高さ60μm、幅20μmのリッジ部があり、その上面のヒータ205を駆動し、基板207から42μmの高さにコア201の中心がくる構造で、ヒータ長さ等が上記の条件の際に、コア中心の温度が25dB減衰を達成するように駆動されている(他方のアームのコア中心温度より37.36度高くなる)場合の基板207の温度分布を示す。図4は、シミュレーションの計算量を減らすために、ヒータ中心の垂直方向に対称境界条件を与え、基板底面が定常25℃に保たれていると仮定して、計算した結果を示している。図4から、断熱溝205により区切られるリッジ部分から伝わった熱が基板207に達すると、ほぼ同心半円状に熱が基板207内を伝わり、分布しているのがわかる。   FIG. 4 shows a structure in which a ridge portion having a height of 60 μm and a width of 20 μm separated by a heat insulating groove 205 is driven, the heater 205 on the upper surface thereof is driven, and the center of the core 201 comes to a height of 42 μm from the substrate 207. Under the above conditions, the temperature distribution of the substrate 207 when the core center temperature is driven to achieve 25 dB attenuation (37.36 degrees higher than the core center temperature of the other arm). Show. FIG. 4 shows the result of calculation assuming that a symmetrical boundary condition is given in the vertical direction of the center of the heater and that the bottom surface of the substrate is kept at a steady 25 ° C. in order to reduce the calculation amount of the simulation. From FIG. 4, it can be seen that when the heat transmitted from the ridge portion partitioned by the heat insulating groove 205 reaches the substrate 207, the heat is transmitted and distributed in the substrate 207 in a substantially concentric semicircular shape.

図5は、この時の基板207の表面の温度を、ヒータ205からの水平方向(図4中の矢印Aの線上)の距離を横軸としてプロット(計算結果)して示している。アーム導波路間隔がw+wのMZI回路を、ある距離dの位置に配置した時に、その配置したMZI回路の2つのアーム導波路コアの温度差ΔTは、図5中に示すように、アーム導波路が配置される位置での、図5の曲線の温度差として近似的に求めることができる。この計算は、その配置箇所に、リッジ部がない場合の計算結果であるが、リッジ部をその配置箇所に設けたとしても、定常状態ではそのリッジ部の温度もほぼ同じ温度で一様の温度となるため、このような計算で十分である。 FIG. 5 shows the temperature of the surface of the substrate 207 at this time by plotting (calculation results) the distance in the horizontal direction (on the line of arrow A in FIG. 4) from the heater 205 as the horizontal axis. The MZI circuit arm waveguide spacing w + w r, when placed in a position of a certain distance d, the temperature difference ΔT of the two arm waveguides cores of the arranged MZI circuit, as shown in FIG. 5, the arm guide The temperature difference of the curve in FIG. 5 at the position where the waveguide is disposed can be approximately obtained. This calculation is based on the calculation result when there is no ridge at the location, but even if the ridge is provided at the location, the temperature of the ridge is constant at the same temperature in the steady state. Therefore, such a calculation is sufficient.

図6は、アーム導波路間隔wが50μm,100μm,250μmとして、それぞれ駆動しているMZI回路に隣接するマッハツェンダー干渉計のアーム導波路間に生じる温度差ΔTを、アーム導波路を配置する間隔wを関数として求めた計算結果を示す。ここで、Aの曲線はアーム導波路間隔wが50μm、Bの曲線はアーム導波路間隔wが100μm、Cの曲線はアーム導波路間隔wが250μmの場合を示す。図6中には、先に求めた25dB減衰器に0.1dB許容を満たすための温度許容量である0.016℃に線(D)を引いてある。図6は、この直線Dよりもアーム導波路間に生じる温度差ΔTが下にくれば、25dB減衰時に0.1dB許容以下の変動に抑えることができるということを意味している。   FIG. 6 shows the temperature difference ΔT generated between the arm waveguides of the Mach-Zehnder interferometer adjacent to the driven MZI circuit, where the arm waveguide intervals w are 50 μm, 100 μm, and 250 μm, respectively. The calculation result which calculated | required w as a function is shown. Here, the curve A shows the case where the arm waveguide interval w is 50 μm, the curve B shows the case where the arm waveguide interval w is 100 μm, and the curve C shows the case where the arm waveguide interval w is 250 μm. In FIG. 6, a line (D) is drawn to 0.016 ° C., which is a temperature tolerance for satisfying the 0.1 dB tolerance for the previously obtained 25 dB attenuator. FIG. 6 means that if the temperature difference ΔT generated between the arm waveguides is lower than the straight line D, the fluctuation can be suppressed to 0.1 dB or less at the time of 25 dB attenuation.

図6によると、駆動しているMZI回路から、隣接するMZI回路を、より離れた位置に配置した方が、アーム導波路間の温度差ΔTが小さくできることがわかる。従来構造の熱光学可変減衰器において、MZI回路間隔を広くとる理由はここにある。また、アーム導波路間隔wが狭い程、図6の曲線上で近い2点の差となるため、温度差ΔTを小さくすることができる。   According to FIG. 6, it can be seen that the temperature difference ΔT between the arm waveguides can be reduced by arranging the adjacent MZI circuit at a further distance from the driven MZI circuit. This is the reason why the MZI circuit interval is widened in the conventional thermo-optic variable attenuator. Further, the smaller the arm waveguide interval w is, the closer the difference is between two points on the curve of FIG. 6, and thus the temperature difference ΔT can be reduced.

しかしながら、先に計算により求めたように、25dB減衰時に0.1dBの変動を許容できる温度変化は0.016℃である。この条件を満たすためには、アーム導波路間隔wが50μmの時でさえ、150μm以上離れた位置に隣接のMZI回路を配置しなければならず、またアーム導波路間隔wが広くなる程、その隔離程度は大きく、MZI回路間の間隔をより広くしなければならない。上の計算では、1つのマッハツェンダー干渉計の駆動のみを考えているが、実際の多チャンネルの熱光学可変減衰器の場合、隣接する可変減衰器からの熱の伝導だけではなく、更に隣、またその隣の可変減衰器の回路からの熱の流入も考えられる。そのため、その分も考慮して、さらにMZI回路の距離を離す必要がある。   However, as previously obtained by calculation, the temperature change capable of allowing a fluctuation of 0.1 dB when attenuated by 25 dB is 0.016 ° C. In order to satisfy this condition, even when the arm waveguide interval w is 50 μm, an adjacent MZI circuit must be arranged at a position separated by 150 μm or more. The degree of isolation is large and the spacing between MZI circuits must be wider. In the above calculation, only one Mach-Zehnder interferometer is considered to be driven. However, in the case of an actual multi-channel thermo-optic variable attenuator, not only the heat conduction from the adjacent variable attenuator but also the next, In addition, inflow of heat from the circuit of the adjacent variable attenuator can be considered. Therefore, it is necessary to further increase the distance of the MZI circuit in consideration of that amount.

例えば、100μmのアーム導波路間隔の場合(曲線B)には、少なくともMZI回路間隔を280μm以上、離さないといけない。この280μmは0.1dBを許容できる理論上の最小値を意味し、製造マージン等を考慮すれば、図6で示される温度差ΔTにおいて0.01℃や0.005℃といった更に厳しい条件を満たすように間隔を作製しなければならない。従って、実際アーム導波路間隔wが100μmのMZI回路であれば、例えば石英系熱光学可変減衰器では、500μm程度の間隔でMZI回路の間隔を作製する必要がある。したがって、そのMZI回路間隔で例えば8チャンネルの熱光学可変減衰器を作製すれば、その熱光学可変減衰器の幅は、少なくとも計算上4mm以上は必要となる。一方、アーム導波路間隔100μmの倍の周期200μmで、8チャンネルのMZI回路を、並べられれば、1.6mmとなり、その熱光学可変減衰器の幅のサイズは半分以下とすることができるようになる。   For example, in the case of an arm waveguide interval of 100 μm (curve B), at least the MZI circuit interval must be separated by 280 μm or more. This 280 μm means a theoretical minimum value that can tolerate 0.1 dB, and considering the manufacturing margin and the like, the temperature difference ΔT shown in FIG. 6 satisfies more severe conditions such as 0.01 ° C. and 0.005 ° C. So the spacing must be made. Accordingly, if the MZI circuit has an arm waveguide interval w of 100 μm, for example, in a quartz-based thermo-optic variable attenuator, it is necessary to produce the MZI circuit interval at an interval of about 500 μm. Therefore, if, for example, an 8-channel thermo-optic variable attenuator is manufactured at the MZI circuit interval, the width of the thermo-optic variable attenuator needs to be at least 4 mm in calculation. On the other hand, if an 8-channel MZI circuit is arranged with a period of 200 μm, which is twice the interval of 100 μm between the arm waveguides, the width of the thermo-optic variable attenuator can be reduced to half or less. Become.

計算ではアーム導波路間隔50μmの場合も求めたが、先に述べたように50μmのアーム導波路間隔を実現するには、断熱溝幅を非常に狭くする必要があり、かつローディング効果を招かずに、深い断熱溝加工を実現する高度なプロセス技術を必要とする。このとき、断熱溝により区切られるリッジ部の幅wを25μmとすると、断熱溝wも25μmとする必要があり、非常に高度な製造プロセス技術が必要とされる。 In the calculation, the case where the arm waveguide interval was 50 μm was also obtained. However, as described above, in order to realize the arm waveguide interval of 50 μm, it is necessary to make the heat insulating groove width very narrow, and the loading effect is not caused. In addition, advanced process technology that realizes deep insulation groove processing is required. At this time, when the width w d of the ridge portion delimited by insulation grooves and 25 [mu] m, must be an adiabatic groove w also 25 [mu] m, it is required highly sophisticated manufacturing process technology.

さらに、先の計算では、25dB減衰時に0.1dBの変動の許容温度を見積もったが、さらに大きな減衰量、30dBの駆動時に、同じ許容範囲0.1dBといったスペック(仕様)を要求された場合には、さらにMZI回路間隔を大きくしなければならない。つまり、それだけ回路全体の大きさが大きくなり、例えレイアウト上、小型化が可能であったとしても、熱クロストークの課題を解決するためには、実際にはMZI回路間隔を小さくできず、小型化できないといった点があった。   Further, in the previous calculation, the allowable temperature of fluctuation of 0.1 dB was estimated at the time of 25 dB attenuation. However, when the spec (specification) such as the same allowable range of 0.1 dB is required at the time of driving at a larger attenuation, 30 dB. In this case, the MZI circuit interval must be further increased. In other words, even if the size of the entire circuit is increased and the size can be reduced due to the layout, in order to solve the problem of thermal crosstalk, the MZI circuit interval cannot actually be reduced and the size is reduced. There was a point that could not be converted.

これまでの説明では、石英系熱光学可変減衰器を取り上げてきたが、他の熱光学効果を利用する可変減衰器に関しても、勿論上記と全く同じ課題が挙げられる。その一例として、Si細線を利用した熱光学可変減衰器が考えられる。Siは石英系の材料よりも屈折率温度係数が一桁以上大きいので、その分、消費電力を下げられるという利点がある。そしてなによりも、Si細線を利用した熱光学可変減衰器は、コアの寸法がおよそ0.3×0.3μm程度と小さく、屈折率が高いため、曲げ半径も小さくでき、小型のレイアウトが可能で、非常に小さな回路を作製することが可能である。そのため、その熱光学可変減衰器は、MZI回路を1つだけ形成するならば、とても小さな回路が実現可能である。しかしながら、Si細線導波路を用いて多チャンネルの熱光学可変減衰器を作製しても、先に述べた熱クロストークの問題は本質的に同じであり、Si細線を用いているのにもかかわらず、さほど回路全体の大きさは小さくできないといった課題があった。 In the description so far, the quartz-based thermo-optic variable attenuator has been taken up. However, the same problems as described above can be given to variable attenuators using other thermo-optic effects. As an example, a thermo-optic variable attenuator using Si fine wires can be considered. Since Si has a refractive index temperature coefficient that is an order of magnitude greater than quartz-based materials, there is an advantage that power consumption can be reduced accordingly. Above all, the thermo-optic variable attenuator using Si wires has a small core size of about 0.3 × 0.3 μm 2 and a high refractive index, so that the bending radius can be reduced and a small layout can be achieved. It is possible to make very small circuits. Therefore, if the thermo-optic variable attenuator forms only one MZI circuit, a very small circuit can be realized. However, even if a multi-channel thermo-optic variable attenuator is fabricated using a Si wire waveguide, the above-mentioned problem of thermal crosstalk is essentially the same, although the Si wire is used. However, there is a problem that the size of the entire circuit cannot be reduced so much.

本発明は、上述の点に鑑みてなされたもので、その目的は隣接チャンネルへの熱クロストークの影響を抑制し、回路サイズの小さな熱光学可変光減衰器とその製造方法を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above-described points, and an object thereof is to provide a thermo-optic variable optical attenuator having a small circuit size and a manufacturing method thereof, which suppresses the influence of thermal crosstalk on adjacent channels. is there.

上記目的を達成するため、本発明の熱光学可変減衰器は、熱伝導のよい基板上に形成した光導波路と、その光導波路により構成された2つの方向性結合器とアーム導波路対とからなるマッハツェンダー干渉計回路(以下、MZI回路と称する)と、それらアーム導波路対の上面に配置されて熱光学効果により光の位相を変化させる熱光学移相器であるヒータとをそれぞれ複数包含する多チャンネルの導波路型光可変減衰器であって、それぞれ1つのMZI回路を構成するアーム導波路対の下部に各MZI回路毎に分離され形成されて、アーム導波路対のクラッドを構成する物質よりも熱伝導率がよい物質からなる複数の熱伝導層と、各々の熱伝導層の下部と上記熱伝導の良い基板との間に形成されてそれら熱伝導層よりも熱伝導率の低い物質からなる断熱層とを有することを特徴とする。   In order to achieve the above object, a thermo-optic variable attenuator of the present invention comprises an optical waveguide formed on a substrate having good thermal conductivity, two directional couplers constituted by the optical waveguide, and an arm waveguide pair. A plurality of Mach-Zehnder interferometer circuits (hereinafter referred to as MZI circuits) and a plurality of heaters that are arranged on the upper surfaces of the arm waveguide pairs and are thermo-optic phase shifters that change the phase of light by the thermo-optic effect. The multi-channel waveguide type optical variable attenuator is formed separately for each MZI circuit below the arm waveguide pair constituting one MZI circuit, and constitutes the clad of the arm waveguide pair. Formed between a plurality of heat conductive layers made of a material having better heat conductivity than the material, and a lower portion of each heat conductive layer and the substrate having good heat conductivity, and having a heat conductivity lower than those heat conductive layers material And having a Ranaru insulation layer.

ここで、上記MZI回路の下部にある断熱層が、隣接するチャンネルの断熱層と分離されていることは好ましい。   Here, it is preferable that the heat insulation layer under the MZI circuit is separated from the heat insulation layer of the adjacent channel.

また、上記MZI回路の下部にある断熱層が、隣接するチャンネルの断熱層と連続しているとしてもよい。   Moreover, the heat insulation layer under the MZI circuit may be continuous with the heat insulation layer of the adjacent channel.

好ましくは、上記熱伝導層が、Si、多結晶Si、アモルファスSi、タングステン、タングステンシリサイドの少なくともいずれかから形成されているとすることができる。   Preferably, the heat conductive layer may be formed of at least one of Si, polycrystalline Si, amorphous Si, tungsten, and tungsten silicide.

また、好ましくは、上記断熱層が、Si、Al、B、P、Ge、Ti、Ta、Biの少なくとも1つの酸化物またはその混合物により形成されているとすることができる。   Preferably, the heat insulating layer may be formed of at least one oxide of Si, Al, B, P, Ge, Ti, Ta, Bi or a mixture thereof.

また、上記熱伝導層がSiから形成され、上記MZI間隔が上記アーム導波路間隔の1.9倍から2.1倍の距離で配置されており、かつ上記断熱層の厚さが、アーム導波路間隔の1/4〜1/6倍のサイズであることを特徴とすることができる。   Further, the heat conductive layer is formed of Si, the MZI interval is arranged at a distance of 1.9 to 2.1 times the arm waveguide interval, and the thickness of the heat insulating layer is set to be an arm guide. It can be characterized in that the size is 1/4 to 1/6 times the waveguide interval.

また、上記目的を達成するため、本発明の熱光学可変減衰器の製造方法は、上記基板、上記断熱層、上記熱伝導層が順次積層された導波路基板を用意する工程と、その熱伝導層を加工せずにその熱伝導層の上に導波路構造、ヒータおよび電極構造を作製する工程と、断熱溝が後に作製される箇所であってかつ熱伝導層を除去したい箇所のクラッドを予め除去する工程と、断熱溝を形成する工程と、予めクラッドを除去した箇所で熱伝導層を除去する工程とを有することを特徴とする。   In order to achieve the above object, a method of manufacturing a thermo-optic variable attenuator according to the present invention includes a step of preparing a waveguide substrate in which the substrate, the heat insulating layer, and the heat conductive layer are sequentially laminated, and its heat conduction. A step of fabricating a waveguide structure, a heater and an electrode structure on the heat conductive layer without processing the layer, and a clad of a portion where a heat insulating groove is to be formed later and where the heat conductive layer is to be removed are previously formed. It has the process of removing, the process of forming a heat insulation groove | channel, and the process of removing a heat conductive layer in the location which removed the clad previously.

ここで、上記断熱溝の中で隣接するチャンネルに接する断熱溝の下部に残存する断熱層のみを選択的に除去する工程をさらに含むことは好ましい。   Here, it is preferable to further include a step of selectively removing only the heat insulating layer remaining in the lower part of the heat insulating groove in contact with the adjacent channel in the heat insulating groove.

本発明の上記構造によれば、MZI回路間隔を詰めて作製しても、熱伝導層と断熱層の作用により、熱クロストークによる熱光学可変減衰器の特性変動を劇的に抑制する効果が得られる。その結果、熱光学可変減衰器の回路サイズを大幅に小さくすることが可能となる。以下にその作用の詳細な説明を行う。   According to the above-described structure of the present invention, even if the MZI circuit interval is narrowed, the effect of the thermal conduction layer and the heat insulation layer is effective to drastically suppress the characteristic variation of the thermo-optic variable attenuator due to thermal crosstalk. can get. As a result, the circuit size of the thermo-optic variable attenuator can be significantly reduced. The details of the operation will be described below.

熱クロストークは、図4に示したように、ヒータを駆動するかぎり必ず発生し、発熱したヒータ付近の基板温度は上昇する。その温度は、ヒータ駆動箇所から遠ざかるにつれて単調に減少する。ここで、隣接するMZI回路の一対のアーム導波路コアに温度差が生じるが、この温度差が両アーム導波路を伝播する光に不都合な位相変化を発生させる。したがって、この温度差を如何に抑制するかが課題であった。そこで、本発明では、この課題を解決する手段として、上記のように、MZI回路の一対のアーム導波路の下部に基板とは別に、熱伝導率の高い層(この層を“熱伝導層”と呼ぶ)を用意し、かつ基板と熱伝導層の間に、熱伝導層よりも熱伝導率の低い層(この層を“断熱層”と呼ぶことにする。)を設けることで、アーム導波路間の温度差を減少させることを図っている。   As shown in FIG. 4, thermal crosstalk is always generated as long as the heater is driven, and the substrate temperature in the vicinity of the heated heater rises. The temperature decreases monotonously as the distance from the heater drive location increases. Here, a temperature difference occurs between a pair of arm waveguide cores of adjacent MZI circuits, and this temperature difference causes an undesirable phase change in light propagating through both arm waveguides. Therefore, how to suppress this temperature difference is a problem. Therefore, in the present invention, as a means for solving this problem, as described above, a layer having a high thermal conductivity (this layer is referred to as a “thermal conductive layer”) separately from the substrate below the pair of arm waveguides of the MZI circuit. And a layer having a lower thermal conductivity than the thermal conductive layer (this layer will be referred to as a “heat insulation layer”) is provided between the substrate and the thermal conductive layer. It is intended to reduce the temperature difference between the waveguides.

以後の説明では、熱伝導率の良い基板としてSi基板、熱伝導層(熱伝導率の高い熱伝導層)として単結晶Siを用い、その熱伝導層と基板の間に設ける断熱層(熱伝導率の低い層)として石英を用いた場合を例に説明する。本発明は、勿論これらの材料に限られるものではなく、それぞれの層を構成する熱伝導率の大小関係が同じであれば少なくとも所期の効果は得られる。   In the following description, a Si substrate is used as a substrate with good thermal conductivity, single crystal Si is used as a thermal conduction layer (a thermal conduction layer with high thermal conductivity), and a heat insulating layer (thermal conduction) provided between the thermal conduction layer and the substrate. A case where quartz is used as the low-rate layer) will be described as an example. Of course, the present invention is not limited to these materials, and at least the desired effect can be obtained if the magnitude relationship of the thermal conductivity constituting each layer is the same.

図7は、本発明の構造による効果を説明する図である。同図の上部に示すように、厚さ1mmの熱伝導率の良い基板上701の上に厚さ10μmの断熱層702、その該断熱層の上に厚さ10μmの熱伝導層703が形成されており、さらに、図2(A)と同様なリッジ構造704を区切られた熱伝導層703上に形成し、その熱伝導層703が、幅120μm、間隔200μmで配置されている回路系おいて、図5の特性を求めるのに用いた条件と同じ電力をヒータ705に印加した場合の断熱層702の表面での温度分布を計算した結果をプロットしたものを同図の下部のグラフに実線の曲線Aで表わしている。図7中の破線の曲線Bは、比較のため図5の曲線を示している。なお、基板701、熱伝導層703をそれぞれSiとして,断熱層702,リッジ部704をそれぞれ石英として計算を行った。   FIG. 7 is a diagram for explaining the effect of the structure of the present invention. As shown in the upper part of the figure, a heat insulating layer 702 having a thickness of 10 μm is formed on a substrate 701 having a heat conductivity of 1 mm and a heat conductive layer 703 having a thickness of 10 μm is formed on the heat insulating layer. Further, in the circuit system in which a ridge structure 704 similar to that shown in FIG. 2A is formed on the partitioned heat conductive layer 703 and the heat conductive layer 703 is arranged with a width of 120 μm and an interval of 200 μm. The plot of the temperature distribution on the surface of the heat insulation layer 702 when the same power as the conditions used for obtaining the characteristics of FIG. 5 is applied to the heater 705 is plotted. It is represented by curve A. A dashed curve B in FIG. 7 shows the curve of FIG. 5 for comparison. The calculation was performed with the substrate 701 and the heat conductive layer 703 as Si, respectively, and the heat insulating layer 702 and the ridge portion 704 as quartz.

この結果から、熱伝導層703が存在する箇所での温度勾配は減少し、ほぼ一定の温度といっても過言でないほど減少している。これは、熱伝導層703の箇所では、断熱層702により基板701と熱的に断熱された状態になるからである。熱伝導層703は、断熱層702に比べて熱伝導率が圧倒的に大きい(Siの熱伝導率>>石英の熱伝導率)とすると、MZI回路毎に区切られた熱伝導層703はほぼ一定の温度となる。この結果、熱伝導層703の箇所での温度勾配が著しく減少することになる。   From this result, the temperature gradient at the location where the heat conductive layer 703 exists is reduced, and it is not too much to say that the temperature is almost constant. This is because the heat conductive layer 703 is thermally insulated from the substrate 701 by the heat insulating layer 702. If the thermal conductivity of the thermal conductive layer 703 is overwhelmingly higher than that of the heat insulating layer 702 (the thermal conductivity of Si >> the thermal conductivity of quartz), the thermal conductive layer 703 partitioned for each MZI circuit is almost the same. It becomes a constant temperature. As a result, the temperature gradient at the location of the heat conductive layer 703 is significantly reduced.

図7に示すように、本発明では、MZI回路を構成するアーム導波路を、その区切られた熱伝導層703上に形成している。このように構成すると、隣接するMZI回路が駆動されて熱クロストークが発生したとしても、熱伝導層703上に形成した両アーム導波路間の温度差を非常に小さくすることができる。その結果、従来構造で問題となっていた熱クロストークによる隣接チャンネルの透過強度変動を抑制する効果が得られ、隣接マッハツェンダー干渉計間の距離を詰めて、回路を小さくすることが可能となる。   As shown in FIG. 7, in the present invention, an arm waveguide constituting the MZI circuit is formed on the partitioned heat conduction layer 703. With this configuration, even if the adjacent MZI circuit is driven and thermal crosstalk occurs, the temperature difference between the two arm waveguides formed on the heat conductive layer 703 can be made extremely small. As a result, the effect of suppressing the transmission intensity fluctuation of the adjacent channel due to the thermal crosstalk, which has been a problem in the conventional structure, can be obtained, and the distance between the adjacent Mach-Zehnder interferometers can be reduced to reduce the circuit. .

次に、本発明の熱光学可変減衰器の製造方法の効果について説明する。   Next, the effect of the manufacturing method of the thermo-optic variable attenuator of the present invention will be described.

上述したような本発明の構造は、従来から知られる構造の製造方法と同様な製造方法で作製しようとすると、予め熱伝導層703となる箇所を残すため、マスク材によりパターンニングし、エッチングした後に、導波路を構成するアンダークラッド706、コア707、オーバークラッド708の層を順次形成していく必要がある。その際に、導波路を構成するこれら層を堆積する前に、下地となる熱伝導層をパターン化している上にガラスを堆積する必要があるが、パターン化した熱伝導層のために堆積したガラス表面に段差が生じてしまい、平坦な面が得られないというという不都合が生じる。特に、アンダークラッド706、コア層707の平坦性は光学特性に及ぼす影響が大きい。その段差を解消するためには、パターン化した熱伝導層をガラスで埋め込んだ後に、ガラス表面を研磨し平坦性を上げる必要性がある。その研磨を行う分、工程数、製造時間が長くなり、その結果としてコスト増大へとつながるといった不都合が生じることとなる。   The structure of the present invention as described above is patterned and etched with a mask material in order to leave a portion that becomes the heat conductive layer 703 in advance if an attempt is made to produce the structure by a manufacturing method similar to a conventionally known structure manufacturing method. Later, it is necessary to sequentially form layers of an underclad 706, a core 707, and an overclad 708 constituting the waveguide. At that time, before depositing these layers constituting the waveguide, it is necessary to deposit the glass on the patterned thermal conductive layer, but it was deposited for the patterned thermal conductive layer. There is a disadvantage that a step is generated on the glass surface and a flat surface cannot be obtained. In particular, the flatness of the underclad 706 and the core layer 707 has a great influence on the optical characteristics. In order to eliminate the step, it is necessary to polish the surface of the glass to increase the flatness after the patterned heat conductive layer is embedded with glass. As the polishing is performed, the number of steps and the manufacturing time become longer, and as a result, there arises a disadvantage that the cost increases.

そこで、その不都合を回避するため、本発明の製造方法では、上述したように、平坦な基板を用いて、基板、断熱層、熱伝導層が順次積層された導波路基板を用意した後、その熱伝導層を加工せずにその熱伝導層の上に導波路構造、ヒータおよび電極構造を作製し、その後、断熱溝が後に作製される箇所であってかつ熱伝導層を除去したい箇所のクラッドを予め除去し、断熱溝を形成し、最終工程において、断熱溝により熱伝導層を隣接するMZI回路と隔離すべく、予めクラッドを除去した箇所で不要部分の熱伝導層を除去している。   Therefore, in order to avoid the inconvenience, in the manufacturing method of the present invention, as described above, after preparing a waveguide substrate in which a substrate, a heat insulating layer, and a heat conductive layer are sequentially laminated using a flat substrate, A waveguide structure, a heater and an electrode structure are produced on the heat conduction layer without processing the heat conduction layer, and then a cladding where a heat insulation groove is later produced and where the heat conduction layer is to be removed. Is removed in advance, and a heat insulating groove is formed. In the final step, the heat conductive layer of the unnecessary portion is removed at the portion where the clad has been previously removed in order to isolate the heat conductive layer from the adjacent MZI circuit by the heat insulating groove.

従来から知られる製造方法で、導波路部分を作製した後に、断熱溝を形成し、この断熱溝を介して熱伝導層となる層を単純に除去しようとすると、すべての断熱溝箇所の下部にある熱伝導層を除去してしまうおそれがある。そこで、本発明では、断熱溝を形成する前に、熱伝導層を除去しない箇所をマスキングして予め熱伝導層として後に除去したい部分上方のクラッドの一部を除去している。そして、再度断熱溝形成箇所のマスクをパターン化した後に、断熱溝を掘削している。このようにすると、予め一部を除去していた箇所が先に、熱伝導層に到達し、除去したくない箇所の断熱溝の底部では熱伝導層に達せずにクラッドにより保護されている状態が得られる。そして、断熱溝を利用して選択的に不要な部分の熱伝導層を掘削して除去すればよい。本発明の製造方法では、このように作製することで、通常良く知られた製造工程を利用して導波路回路となる部分を作製することができ、光学特性の劣化を招かずに済む。また、本発明の製造方法では、研磨も不要であるため、コスト削減に寄与する。   After manufacturing the waveguide portion by a conventionally known manufacturing method, if a heat insulating groove is formed and the layer that becomes the heat conduction layer is simply removed through this heat insulating groove, the heat insulating layer is formed at the bottom of all the heat insulating groove portions. There is a possibility of removing a certain heat conductive layer. Therefore, in the present invention, before forming the heat insulating groove, a portion where the heat conductive layer is not removed is masked, and a part of the cladding above the portion to be removed later as a heat conductive layer is removed in advance. Then, after the mask of the heat insulation groove forming portion is patterned again, the heat insulation groove is excavated. In this case, the part where the part has been removed in advance reaches the heat conducting layer first, and the bottom part of the heat insulating groove at the part where it is not desired to be removed is protected by the clad without reaching the heat conducting layer. Is obtained. Then, an unnecessary portion of the heat conduction layer may be excavated and removed using the heat insulating groove. In the manufacturing method of the present invention, by manufacturing in this way, a part that becomes a waveguide circuit can be manufactured by using a generally well-known manufacturing process, and optical characteristics are not deteriorated. Further, the manufacturing method of the present invention does not require polishing, which contributes to cost reduction.

以上説明したように、本発明の熱光学可変減衰器によれば、熱クロストークによる隣接チャンネルの出力変動を抑えるために各チャンネルを離して配置することで回路サイズが大きくなっていた課題が解決され、熱クロストークによる隣接チャンネル出力変動を従来構造の約1/10程度まで削減することが可能となる。したがって、本発明によれば、その分、各チャンネルのMZI回路間隔を狭くでき、回路全体の大きさを劇的に削減することが可能となる。   As described above, the thermo-optic variable attenuator of the present invention solves the problem that the circuit size is increased by arranging each channel apart in order to suppress the output fluctuation of the adjacent channel due to thermal crosstalk. Thus, it is possible to reduce adjacent channel output fluctuations due to thermal crosstalk to about 1/10 of the conventional structure. Therefore, according to the present invention, the MZI circuit interval of each channel can be reduced correspondingly, and the size of the entire circuit can be dramatically reduced.

また、本発明の熱光学可変減衰器の製造方法によれば、光が導波する部分を従来工程により先に形成した後に、断熱溝形成時に選択的に一部を除去し、作成した段差を利用して、所望の断熱溝下部のみを除去するようにしたので、平坦性の課題が回避でき、光学特性に優れた本発明の熱光学可変減衰器を研磨工程等を経ずに廉価に提供できる。   In addition, according to the method of manufacturing a thermo-optic variable attenuator of the present invention, after forming a portion where light is guided first by a conventional process, a part of the step is selectively removed at the time of forming a heat insulating groove. Since only the lower part of the desired heat insulation groove is removed, the problem of flatness can be avoided, and the thermo-optic variable attenuator of the present invention having excellent optical characteristics can be provided at low cost without a polishing process. it can.

さらに、本発明の熱光学可変減衰器を熱伝導層だけでなく、断熱層においても隣接するMZI回路と基板水平方向に離れている構造とすることで、熱クロストークの影響を抑制し、回路を小型化するだけでなく、消費電力の低減も可能となる。また、その断熱層の厚さを適切に選択することで、断熱層が基板全域でつながっている構造においても、離散型と同様の熱クロストークの影響抑制効果が得られ、かつ工程の負荷を低減できる。   Furthermore, the thermo-optic variable attenuator of the present invention is structured not only in the heat conductive layer but also in the heat insulating layer so as to be separated from the adjacent MZI circuit in the horizontal direction of the substrate, thereby suppressing the influence of thermal crosstalk and the circuit. In addition to downsizing, it is also possible to reduce power consumption. In addition, by properly selecting the thickness of the heat insulating layer, the effect of suppressing the influence of thermal crosstalk similar to that of the discrete type can be obtained even in a structure in which the heat insulating layers are connected over the entire substrate, and the process load is reduced. Can be reduced.

本発明は、数百分の一度という、従来構造では制御がほとんど困難であったMZI回路の両アーム間の温度差を比較的簡単な構造で制御できるという画期的な発明であり、その効果は非常に大きい。   The present invention is an epoch-making invention in which the temperature difference between both arms of the MZI circuit, which is almost difficult to control with the conventional structure, can be controlled with a relatively simple structure, which is once in hundreds of times. Is very big.

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
(第1の実施形態)
構造
本発明の第1の実施形態の熱光学可変減衰器の構造を図8(A)〜図8(C)に示す。同図(A)は斜視図、(B)は上面図、(C)は、(B)内A−A′での断面構造を示す。また、図(C)において、1チャンネル部の拡大図も示している。本図では、簡略化のために、図面上では電極配線を記載していない。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
(First embodiment)
Structure The structure of the thermo-optic variable attenuator according to the first embodiment of the present invention is shown in FIGS. FIG. 4A is a perspective view, FIG. 4B is a top view, and FIG. 4C is a cross-sectional structure taken along the line AA ′ in FIG. In addition, an enlarged view of one channel portion is also shown in FIG. In this figure, for simplification, electrode wiring is not shown in the drawing.

図8(A)〜図8(C)に示すように、本実施形態の熱光学可変減衰器800は、熱伝導のよい基板801上に形成した光導波路802と、その光導波路802により構成された2つの方向性結合器803とアーム導波路対804からなるマッハツェンダー干渉計回路805(以下、MZI回路と称する)と、それらアーム導波路対804の上面に配置されて熱光学効果により光の位相を変化させる熱光学移相器であるヒータ806とをそれぞれ複数包含する多チャンネルの導波路型光可変減衰器であって、それぞれ1つのMZI回路805を構成するアーム導波路対804の下部に各MZI回路毎に分離され形成されてアーム導波路対のクラッド808,809を構成する物質よりも熱伝導率がよい物質からなる複数の熱伝導層810と、各々の熱伝導層810の下部と上記熱伝導の良い基板801との間に形成されてそれら熱伝導層よりも熱伝導率の低い物質からなる断熱層811とを有する。また、807はアーム導波路のコア、808はアンダークラッド(下部のクラッド)、809はオーバークラッド(上部のクラッド)、812は断熱溝である。   As shown in FIGS. 8A to 8C, the thermo-optic variable attenuator 800 of this embodiment includes an optical waveguide 802 formed on a substrate 801 having good thermal conductivity, and the optical waveguide 802. A Mach-Zehnder interferometer circuit 805 (hereinafter referred to as an MZI circuit) comprising two directional couplers 803 and an arm waveguide pair 804, and disposed on the upper surface of the arm waveguide pair 804 to transmit light by a thermo-optic effect. A multi-channel waveguide-type variable optical attenuator including a plurality of heaters 806 each of which is a thermo-optic phase shifter for changing the phase, and is provided below the arm waveguide pair 804 constituting one MZI circuit 805. A plurality of heat conductive layers 810 made of a material that is formed separately for each MZI circuit and has a higher thermal conductivity than the material constituting the clad 808, 809 of the arm waveguide pair; Formed between the good substrate 801 to bottom of the heat conduction of people thermally conductive layer 810 than their thermal conductivity layer and a heat-insulating layer 811 made of substance having a low thermal conductivity. Reference numeral 807 denotes an arm waveguide core; 808, an underclad (lower clad); 809, an overclad (upper clad); and 812, a heat insulating groove.

実施例
本実施形態の一実施例として、図8(A)〜図8(C)に示す上記の構成の多チャンネルの導波路型光可変減衰器を、熱伝導層810として単結晶Si、断熱層811として石英を用いて作製し、評価を行なった。
EXAMPLE As an example of the present embodiment, a multi-channel waveguide type variable optical attenuator having the above-described configuration shown in FIGS. 8A to 8C is used as a heat conductive layer 810 with single crystal Si, heat insulation. The layer 811 was manufactured using quartz and evaluated.

使用した導波路コア807の比屈折率は0.75%とし、導波路802,804の幅(導波路幅)を6μm、コア807の高さを6μm、アンダークラッド808の高さを40μm、オーバークラッド809の高さを20μmとする。方向性結合器803により3dBカップラーを構成し、アーム導波路部分804を長さ2.2mmの直線導波路を有するようにし、この直線導波路上にCrにより形成した長さ2.0mmのヒータ806を形成し、各チャンネルには金により配線(図示しない)を形成する。また、ヒータ806の両側には、断熱溝811を形成する。MZI回路805を構成する一対のアーム導波路804の間隔は100μmとし、各MZI回路間の間隔(MZI回路間隔)は200μmとする。   The relative refractive index of the used waveguide core 807 is 0.75%, the width of the waveguides 802 and 804 (waveguide width) is 6 μm, the height of the core 807 is 6 μm, the height of the under clad 808 is 40 μm, and over The height of the clad 809 is 20 μm. A directional coupler 803 constitutes a 3 dB coupler, and the arm waveguide portion 804 has a straight waveguide having a length of 2.2 mm, and a heater 806 having a length of 2.0 mm formed of Cr on the straight waveguide. And wiring (not shown) is formed on each channel with gold. In addition, heat insulation grooves 811 are formed on both sides of the heater 806. The interval between the pair of arm waveguides 804 constituting the MZI circuit 805 is 100 μm, and the interval between the MZI circuits (MZI circuit interval) is 200 μm.

1つのMZI回路805を構成する一対のアーム導波路804の下部に、単結晶Siからなる厚さ10μmの熱伝導層810をそれぞれ形成し、各熱伝導層810はそれぞれ隣接するマッハツェンダー干渉計の熱伝導層と隔離されている状態に形成する。さらに、熱伝導層810とSi基板801との間には、断熱層811となる厚さ10μmのSiO層を形成し、その断熱層はSi基板全面にわたり存在するものとする。 A thermal conductive layer 810 made of single crystal Si and having a thickness of 10 μm is formed below a pair of arm waveguides 804 constituting one MZI circuit 805, and each thermal conductive layer 810 is formed by an adjacent Mach-Zehnder interferometer. It is formed so as to be isolated from the heat conductive layer. Further, an SiO 2 layer having a thickness of 10 μm to be a heat insulating layer 811 is formed between the heat conductive layer 810 and the Si substrate 801, and the heat insulating layer is present over the entire surface of the Si substrate.

以上の設計条件で実際に作製した8チャンネルの熱光学可変減衰器に電源(図示しない)を接続し、評価を実施した。比較のため、通常の熱伝導層や、断熱層を持たない、単なるSi基板上に作製した他は、パラメーターも同じにした回路を、従来の回路として測定する実施も行なった。評価としては、チャンネル#4(4番目のチャンネル)を25.0dB減衰させた状態で、チャンネル#4以外に、位相πの変動を与える電力を投入し、チャンネル#4の出力端での光強度の変動を観測した。その変動量は非常に小さいため、与える電力を変調し、同期を取ることで高感度の測定を実施した。図9は、その熱ストロークの影響を測定した結果を示すものであり、横軸は駆動するチャンネルの番号(#)、縦軸は光強度の変化(dB)である。図9において、実線の曲線Aは本発明の構造の特性を示し、破線の曲線Bは従来構造の特性を示している。   A power source (not shown) was connected to an 8-channel thermo-optic variable attenuator actually manufactured under the above design conditions, and evaluation was performed. For comparison, a circuit having the same parameters except that it was produced on a simple Si substrate without a normal heat conduction layer or heat insulation layer was also measured as a conventional circuit. As an evaluation, in a state where channel # 4 (fourth channel) is attenuated by 25.0 dB, in addition to channel # 4, power that gives a variation of phase π is input, and the light intensity at the output end of channel # 4 Observed fluctuations. Since the amount of variation is very small, high-sensitivity measurement was performed by modulating the applied power and synchronizing it. FIG. 9 shows the result of measuring the influence of the thermal stroke, the horizontal axis is the number of the channel to be driven (#), and the vertical axis is the change in light intensity (dB). In FIG. 9, a solid curve A indicates the characteristics of the structure of the present invention, and a broken curve B indicates the characteristics of the conventional structure.

図9に示す測定結果によると、従来構造の回路では、隣接するチャンネル#3、または、チャンネル#5を駆動すると、チャンネル#4の温度上昇は、許容変動量0.1dB以上の光強度の変動を示した。この結果は、従来技術の説明で述べたように、シミュレーション結果上、従来構造でアーム導波路間隔100μmとした場合、MZI回路間隔は280μm以上ないといけないという結果と定性的に一致している。また、この時に25dB減衰に必要な電力は52mWであった。   According to the measurement results shown in FIG. 9, in the circuit of the conventional structure, when the adjacent channel # 3 or channel # 5 is driven, the temperature rise of the channel # 4 is a fluctuation of the light intensity with an allowable fluctuation amount of 0.1 dB or more. showed that. As described in the description of the prior art, this result qualitatively agrees with the result that the MZI circuit interval must be 280 μm or more when the arm waveguide interval is 100 μm in the conventional structure. At this time, the power required for 25 dB attenuation was 52 mW.

一方、本実施形態の一対のアーム導波路の下にチャンネル毎に区切られたSOI層を熱伝導層810として持つ構造においては、0.016dBの変動しか示さなかった。つまり、本実施形態の構造では、25dB減衰時に隣接するチャンネルを駆動しても許される変動許容量である0.1dB以下の変動であった。これは、変動した温度に換算すると0.0028℃に対応する。この値は従来構造の変動量よりも一桁も小さな値である。従来構造において熱クロストークを同じ程度削減するためには、図6に示した計算によると、アーム導波路間隔100μmの場合、計算上640μm以上もMZI回路間隔を離して作製しなければならない。   On the other hand, the structure having the SOI layer divided for each channel under the pair of arm waveguides of the present embodiment as the heat conducting layer 810 showed only a fluctuation of 0.016 dB. In other words, in the structure of the present embodiment, the fluctuation was 0.1 dB or less, which is an allowable fluctuation amount even if the adjacent channel is driven at the time of 25 dB attenuation. This corresponds to 0.0028 ° C. when converted to a fluctuating temperature. This value is an order of magnitude smaller than the fluctuation amount of the conventional structure. In order to reduce the thermal crosstalk to the same extent in the conventional structure, according to the calculation shown in FIG. 6, when the arm waveguide interval is 100 μm, the MZI circuit interval must be separated by 640 μm or more in calculation.

また、本実施形態の構造では、25dB減衰に必要な電力は51mWであった。つまり、熱クロストークの影響を抑制し、かつ消費電力の劣化を招かないことが確認できた。   In the structure of the present embodiment, the power required for 25 dB attenuation was 51 mW. That is, it was confirmed that the influence of thermal crosstalk was suppressed and power consumption was not deteriorated.

以上から明らかなように、本実施形態の構造では、消費電力値の劣化を招かず、従来構造で問題となっていた熱クロストークによる隣接チャンネルの特性変動を約1/10に抑制することが可能となる。その結果、本実施形態の構造では、MZI回路間隔を従来よりも大幅に詰めて配置することができるので、従来構造で問題となっていた熱光学可変減衰器の回路サイズを大幅に小さくすることが可能となる。   As is clear from the above, the structure of this embodiment does not cause deterioration of the power consumption value, and suppresses the characteristic variation of the adjacent channel due to thermal crosstalk, which has been a problem in the conventional structure, to about 1/10. It becomes possible. As a result, in the structure of the present embodiment, the MZI circuit interval can be arranged much closer than before, so that the circuit size of the thermo-optic variable attenuator, which has been a problem in the conventional structure, can be greatly reduced. Is possible.

製造方法
次に、図10(A)〜図10(H)に示す工程図を参照して、本実施形態における多チャンネルの導波路型光可変減衰器の製造方法を説明する。簡略化のため、1チャンネル分の断面形状を工程毎に示している。
Manufacturing Method Next, a manufacturing method of the multi-channel waveguide type optical variable attenuator according to this embodiment will be described with reference to the process diagrams shown in FIGS. 10 (A) to 10 (H). For simplification, the cross-sectional shape for one channel is shown for each process.

本実施形態の多チャンネルの導波路型光可変減衰器は、上述したように、1つのMZI回路805を構成するアーム導波路対804の下部に、クラッド808,809を構成する物質よりも熱伝導率がよい物質からなる熱伝導層810を有し、この熱伝導層が隣接するチャンネルのMZI回路の下部に設けた熱伝導層と分離され、各々の熱伝導層の下部にそれら熱伝導層よりも熱伝導率の低い物質からなる断熱層811を有していることを特徴としている。   As described above, the multi-channel waveguide type optical variable attenuator of the present embodiment is more thermally conductive than the material constituting the clads 808 and 809 below the arm waveguide pair 804 constituting one MZI circuit 805. A heat conductive layer 810 made of a material having a high efficiency, and the heat conductive layer is separated from the heat conductive layer provided in the lower part of the MZI circuit of the adjacent channel; Is also characterized by having a heat insulating layer 811 made of a material having low thermal conductivity.

図10(A)〜図10(H)に示すように、上述した本発明の第1の実施形態の熱光学可変減衰器の構造は、以下のようにして作製することができる。   As shown in FIGS. 10A to 10H, the structure of the thermo-optic variable attenuator according to the first embodiment of the present invention described above can be manufactured as follows.

まず、図10(A)に示すように、平坦な厚さ1mmのSi基板801上に、断熱層となる厚さ10μmのSiOの層811があり、そのさらに上に後で熱伝送層810となる単結晶Siが10μm形成されているSOI基板を、導波路基板として用いた。断熱層となる埋め込み酸化膜層811は一般的にBOX層、単結晶Si層810はSOI層と呼ばれている。 First, as shown in FIG. 10A, a 10 μm thick SiO 2 layer 811 serving as a heat insulating layer is provided on a flat Si substrate 801 having a thickness of 1 mm, and a heat transfer layer 810 is further formed thereon. An SOI substrate on which 10 μm of single crystal Si is formed was used as a waveguide substrate. The buried oxide film layer 811 serving as a heat insulating layer is generally called a BOX layer, and the single crystal Si layer 810 is called an SOI layer.

工程1として、まず基板洗浄を行った。通常半導体産業で用いられる表面活性剤を用いたクリーニングを実施した。   As step 1, first, the substrate was cleaned. Cleaning was carried out using a surfactant usually used in the semiconductor industry.

次いで、図10(B)に示すように、工程2として、SOI層810上に、火炎堆積法を用いてアンダークラッドとなるガラス層808、続いてコアとなる層のガラス813を堆積した。ここで火炎堆積法とは、SiCl等の塩化物を酸水素炎の中で燃焼させ、基板上に高速にガラス膜を製膜する方法であって、比較的厚い膜を堆積するのに適しており、埋め込み特性に優れているために光導波路の作製に広く用いられている方法である。その堆積直後は、ガラス層808やガラス813は、微粒子の集まりであるため可視光の散乱のため白色を示しているが、熱処理を実施することで透明な膜を得ることができる。一般的には透明化温度降下のため、例えば、P、Bなどを適量添加したガラスを堆積し、さらにコア層813には屈折率を上げるためのGeO等を添加する。ここでは、堆積したコア層813はその比屈折率差Δがクラッド層808に対して0.75%となるようにし、厚さ6μmとした。 Next, as shown in FIG. 10B, as step 2, a glass layer 808 serving as an underclad and a glass 813 serving as a core were deposited on the SOI layer 810 using a flame deposition method. Here, the flame deposition method is a method in which a chloride film such as SiCl 4 is burned in an oxyhydrogen flame to form a glass film on the substrate at high speed, and is suitable for depositing a relatively thick film. This method is widely used for manufacturing optical waveguides because of its excellent embedding characteristics. Immediately after the deposition, the glass layer 808 and the glass 813 are white because of a collection of fine particles, and a transparent film can be obtained by heat treatment. Generally, for lowering the transparent temperature, for example, glass to which an appropriate amount of P 2 O 5 , B 2 O 3 or the like is added is deposited, and GeO 2 or the like for increasing the refractive index is further added to the core layer 813. . Here, the deposited core layer 813 has a relative refractive index difference Δ of 0.75% with respect to the cladding layer 808 and a thickness of 6 μm.

また、本実施形態では火炎堆積法を用いて作製したが、ガラス堆積の方法は、これに限らず、各種CVD法、スパッタ法、ゾルゲル法等の方法であっても差し支えない。   In this embodiment, the flame deposition method is used. However, the glass deposition method is not limited to this, and various CVD methods, sputtering methods, sol-gel methods, and the like may be used.

さらに、図10(C)に示すように、工程3として、標準的なフォトリソグラフィー技術、反応性イオンエッチングを用いてコア形状にコア層813を加工した、これにより得られたコア807は幅6μmとした。コア807のパターンは、図8(B)に示したような2つの3dBカップラー803からなるMZI回路805である。本実施形態では、8チャンネルのマッハツェンダー干渉計とし、そのマッハツェンダー干渉計を構成するアーム導波路間隔を100μm、MZI回路間隔を200μmとした。2つの3dBカップラーを接続するアーム導波路部分は、2.5mmとした。   Further, as shown in FIG. 10C, as step 3, the core layer 813 is processed into a core shape using a standard photolithography technique and reactive ion etching, and the resulting core 807 has a width of 6 μm. It was. The pattern of the core 807 is an MZI circuit 805 including two 3 dB couplers 803 as shown in FIG. In this embodiment, an 8-channel Mach-Zehnder interferometer is used, and the interval between arm waveguides constituting the Mach-Zehnder interferometer is 100 μm, and the MZI circuit interval is 200 μm. The arm waveguide portion connecting the two 3 dB couplers was 2.5 mm.

工程4として、図10(D)に示すように、コアを加工した面上に、火炎堆積法を用いてオーバークラッドとなるガラス809を堆積し、埋め込みを実施した。   As step 4, as shown in FIG. 10D, a glass 809 serving as an overcladding was deposited on the processed surface of the core using a flame deposition method, and embedding was performed.

工程5として、図10(E)に示すように、ヒータ806、及び金属配線部分(図示しない)の形成を行った。この工程も標準的はフォトリソグラフィー、蒸着法、リフトオフ工程を用いて作製した。ヒータ806はCrを用いて作製し、その長さは2mmとした。また金属配線は、金を用いて作製した。   In step 5, as shown in FIG. 10E, a heater 806 and a metal wiring portion (not shown) were formed. This process was also typically made using photolithography, vapor deposition, and lift-off process. The heater 806 was made of Cr and its length was 2 mm. The metal wiring was made using gold.

この時点までは特殊な工程はなく、標準的な良く知られている作製方法である。   Up to this point, there is no special process and it is a standard well-known manufacturing method.

次いで、工程6として、図10(F)に示すように、マスクとなるレジストを塗布し、パターンニングした後、一対のアーム導波路両端外側に位置する断熱溝を先に1μmほどエッチングを実施する。このエッチング部分814は、後にSOI層810の一部を選択的に除去する際に、除去する部分と、除去しない部分とを、クラッドのガラスをマスクとして残すためである。この工程終了時に一部マスク材を剥離した。   Next, as step 6, as shown in FIG. 10 (F), a resist to be a mask is applied and patterned, and then the insulating grooves located on both outer sides of the pair of arm waveguides are first etched by about 1 μm. . This etching portion 814 is to leave a portion to be removed and a portion not to be removed using the cladding glass as a mask when a part of the SOI layer 810 is selectively removed later. A part of the mask material was peeled off at the end of this step.

工程7として、図10(G)に示すように、再度、マスク材を塗布した後、断熱溝812となるパターンを形成する。この時、一対のアーム導波路外側だけでなく、内側にくる断熱溝812もパターンニングし、エッチングする。以後、一対のアーム導波路の間に位置する断熱溝を内側断熱溝812Aと呼び、一方それとはヒータ806を挟んである断熱溝を外側断熱溝812Bと呼ぶこととする。外側断熱溝812Bは、工程6で先んじてエッチングをしてあるため、先にSOI層810に達する。外側断熱溝812BがSOI層810まで達した時点でエッチングを停止させる。   As step 7, as shown in FIG. 10G, after applying the mask material again, a pattern to be the heat insulation groove 812 is formed. At this time, not only the outside of the pair of arm waveguides but also the heat insulating groove 812 inside is patterned and etched. Hereinafter, the heat insulating groove positioned between the pair of arm waveguides is referred to as an inner heat insulating groove 812A, while the heat insulating groove sandwiching the heater 806 is referred to as an outer heat insulating groove 812B. The outer heat insulating groove 812B reaches the SOI layer 810 first because it has been etched in step 6 first. The etching is stopped when the outer heat insulating groove 812B reaches the SOI layer 810.

最後に工程8として、図10(H)に示すように、一対のアーム導波路の外側断熱溝812Bに露出したSOI層810を、SF系のガスによりICPエッチング装置を用いて除去する。この時、内側の断熱溝812Aの底面は、SiOにより覆われているため、SOI層除去時に内側断熱溝812Aの下のSOI層は除去されない。最終的に、断熱溝形成に用いたマスク材を除去することで、一対のアーム導波路下に、SOI層が熱伝導層810として存在する形状を得る。 Finally, as step 8, as shown in FIG. 10H, the SOI layer 810 exposed in the outer heat insulating grooves 812B of the pair of arm waveguides is removed with an SF-based gas using an ICP etching apparatus. At this time, since the bottom surface of the inner heat insulating groove 812A is covered with SiO 2 , the SOI layer under the inner heat insulating groove 812A is not removed when removing the SOI layer. Finally, by removing the mask material used for forming the heat insulating grooves, a shape in which the SOI layer exists as the heat conductive layer 810 under the pair of arm waveguides is obtained.

本実施形態では、市販されているSOI基板を用いて作製を実施したが、熱伝導層810の熱伝導率がクラッド808,809を形成する物質よりも高く、基板801と熱伝導層810を隔てる断熱層811の物質の熱伝導率が、熱伝導層810よりも小さければ、少なくとも所期の効果が得られる。したがって、例えば、熱伝導層810として、SOI層の代わりに、多結晶Si層、各種金属の層を用いても同様に所期の効果は得られる。この熱伝導層の材質としては、クラッドとなる物質とエッチングの選択比が大きい物質の方が好ましい。   In the present embodiment, a commercially available SOI substrate is used. However, the thermal conductivity of the thermal conductive layer 810 is higher than that of the material forming the clads 808 and 809, and separates the substrate 801 and the thermal conductive layer 810. If the thermal conductivity of the material of the heat insulating layer 811 is smaller than that of the heat conductive layer 810, at least the desired effect can be obtained. Therefore, for example, a desired effect can be obtained by using a polycrystalline Si layer or various metal layers as the heat conductive layer 810 instead of the SOI layer. As the material of the heat conductive layer, a material having a large etching selectivity to a material to be a cladding is preferable.

図11(A)〜図11(C)は、基板801として多結晶Siを用いた時の導波路基板の作製方法を説明する図である。 図11(A)に示すように、Si基板801を用意し、図11(B)に示すように、そのSi基板801上に、火炎堆積法により所定の厚さのSiO層811を堆積し、 図11(C)に示すように、SiO層を堆積した面上に、スパッタリング法により符号810で示すアモルファスSiを堆積した。この時点で一度、熱処理をしてアモルファスSiを多結晶化させた。その後、図10(A)〜図10(H)に示した工程にしたがって熱光学可変減衰器を作製すればよい。 FIGS. 11A to 11C are diagrams illustrating a method for manufacturing a waveguide substrate when polycrystalline Si is used as the substrate 801. FIG. As shown in FIG. 11A, a Si substrate 801 is prepared, and as shown in FIG. 11B, a SiO 2 layer 811 having a predetermined thickness is deposited on the Si substrate 801 by a flame deposition method. As shown in FIG. 11C, amorphous Si indicated by reference numeral 810 was deposited by sputtering on the surface on which the SiO 2 layer was deposited. At this point, heat treatment was performed once to polycrystallize amorphous Si. Thereafter, a thermo-optic variable attenuator may be manufactured according to the steps shown in FIGS. 10 (A) to 10 (H).

また同様に、本実施形態では、熱伝導層810と基板810を隔てる断熱層811の材質として石英を用いたが、これに限定されず、熱伝導層810よりも熱伝導率の低い物質であればよく、例えばアルミナ等のセラミックス層や、Si、Al、B、P、Ge、Ti、Ta、Biの少なくとも1つの酸化物、またはその混合物により形成されている場合でも、少なくとも所期の効果は得られる。   Similarly, in this embodiment, quartz is used as the material of the heat insulating layer 811 that separates the heat conductive layer 810 and the substrate 810. However, the present invention is not limited to this, and any material having lower heat conductivity than the heat conductive layer 810 may be used. Even if it is formed of, for example, a ceramic layer such as alumina, at least one oxide of Si, Al, B, P, Ge, Ti, Ta, Bi, or a mixture thereof, at least the expected effect is can get.

図10(H)に示した工程8において、SOI層810を除去する際、石英とSiではエッチングレートの違うため(通常選択比>10)、SOI層810の下部のBOX層811の表面が露出した時点でエッチングが止まる。また同時に、内側の断熱溝底部812Aに薄いクラッド層808Aが残る形状となる。このクラッド層808Aは極薄いため、その存在の有無により消費電力が大きくことなることもなく、大きな問題とはならない。この薄いクラッド層808Aを除去しない本実施形態の構造は、本発明の第2実施形態として後述する構造に比べて消費電力は若干劣化する(数パーセント)が、熱クロストークの影響の抑制効果は十分に得られる。一方、この構造は、本発明の熱光学可変減衰器を製造するにあたって工程数が少なくて済む利点があり、その結果、製造コストを廉価にすることができる。   In step 8 shown in FIG. 10H, when the SOI layer 810 is removed, the etching rate is different between quartz and Si (normal selection ratio> 10), so that the surface of the BOX layer 811 below the SOI layer 810 is exposed. At this point, etching stops. At the same time, the thin cladding layer 808A remains in the inner heat insulation groove bottom 812A. Since this clad layer 808A is extremely thin, power consumption does not increase depending on the presence or absence of the clad layer 808A. The structure of this embodiment that does not remove this thin clad layer 808A is slightly degraded in power consumption (several percent) compared to the structure described later as the second embodiment of the present invention, but the effect of suppressing the influence of thermal crosstalk is Fully obtained. On the other hand, this structure has an advantage that the number of steps is small in manufacturing the thermo-optic variable attenuator of the present invention, and as a result, the manufacturing cost can be reduced.

以上述べたように、熱伝導層を加工してからクラッドとなるガラスを堆積する従来の製造方法では、クラッド表面の平坦性が悪く、光学特性に影響を及ぼすといった問題が発生するため、平坦性を得るために研磨しなくてはいけないという課題があったが、本実施形態の製造方法によれば、熱伝導層を加工するのに先立って通常の周知工程により導波路部分を作製し、最終的な工程において、熱伝導層、さらには断熱層を除去することが可能となるので、平坦性を得るために研磨が不要になり、光学特性の劣化を招かずに、工程負荷を最小限に抑えて、本発明の熱光学可変減衰器を容易に作製することが可能となる。   As described above, in the conventional manufacturing method in which the glass serving as the cladding is deposited after the heat conductive layer is processed, the flatness of the cladding surface is poor and the optical characteristics are affected. However, according to the manufacturing method of the present embodiment, the waveguide portion is manufactured by a normal well-known process before the heat conductive layer is processed. In a typical process, it is possible to remove the heat conductive layer and further the heat insulating layer, so that polishing is not required to obtain flatness, and the process load is minimized without causing deterioration of optical characteristics. Therefore, the thermo-optic variable attenuator of the present invention can be easily manufactured.

(第2の実施形態)
次に、本発明の第2の実施形態の熱光学可変減衰器の構造と製造方法について説明する。
(Second Embodiment)
Next, the structure and manufacturing method of the thermo-optic variable attenuator according to the second embodiment of the present invention will be described.

以上述べた本発明の第1の実施形態の製造方法により、熱クロストークの影響の抑制効果の大きな熱光学可変減衰器の構造が得られる。しかし、工程が若干増えるが、以下の工程をさらに追加することで、さらなる効果が得られる。図12(A)〜図12(C)は、下記に説明する本発明の第2の実施形態の工程により得られる構造の違いを比較して示す図である。   With the manufacturing method of the first embodiment of the present invention described above, a structure of a thermo-optic variable attenuator having a large effect of suppressing the influence of thermal crosstalk can be obtained. However, although the number of steps is slightly increased, further effects can be obtained by adding the following steps. FIG. 12A to FIG. 12C are diagrams showing the difference in structure obtained by the process of the second embodiment of the present invention described below.

図12(A)は、前述の図10(H)に示した工程8で得られる構造を示している。   FIG. 12A shows a structure obtained in Step 8 shown in FIG.

上記の工程8の後、工程9として、BOX層811の表面が露出した時点でエッチングガスをCF系のガスに切り替え、内側断熱溝812A内に残ったクラッド層808Aを除去してもよい。この工程9は、内側断熱溝812A内に残ったクラッド層808Aの除去処理がガスを切り替えるだけで実施することができるので、エッチング装置のチャンバーをリークする必要もなく、全自動化されている装置であれば、さほど製造プロセスの負荷にならない。内側断熱溝812A内のSOI層810が露出した時点でエッチングをストップさせる。このようにして、内側断熱溝812Aの箇所のクラッドを除去することで、図12(B)に示すような構造が得られる。この工程9において、外側断熱溝812B内で露出したBOX層811が一部エッチングされるが、問題とならない。   After step 8 described above, as step 9, the etching gas may be switched to a CF-based gas when the surface of the BOX layer 811 is exposed, and the cladding layer 808A remaining in the inner heat insulating groove 812A may be removed. This step 9 can be performed simply by switching the gas to remove the cladding layer 808A remaining in the inner heat insulating groove 812A, so that it is not necessary to leak the chamber of the etching apparatus and is a fully automated apparatus. If so, it will not be a burden on the manufacturing process. Etching is stopped when the SOI layer 810 in the inner heat insulating groove 812A is exposed. Thus, the structure as shown in FIG. 12B is obtained by removing the clad at the location of the inner heat insulating groove 812A. In this step 9, the BOX layer 811 exposed in the outer heat insulating groove 812B is partially etched, but this does not cause a problem.

図12(A)に示すような内側断熱溝812Aの底部にSOI層のマスクとして用いて残ったクラッド層808Aは、若干ではあるが、消費電力を上昇させる。従って、工程9により、このクラッド層808Aを除去することで消費電力を低減する効果が得られる。   The cladding layer 808A remaining as a mask for the SOI layer at the bottom of the inner heat insulating groove 812A as shown in FIG. 12A slightly increases the power consumption. Therefore, in step 9, the effect of reducing the power consumption can be obtained by removing the cladding layer 808A.

さらに、上記工程9に加えて、工程10として、内側断熱溝812Aの底部にSOI層810の表面が露出した時点でエッチングを終了させずに、さらにエッチングを続ける。露出したSOI層810は、このエッチングによりエッチングされないため残る。一方、外側断熱溝812Bに露出しているBOX層811はエッチングされてゆく。その後、外側断熱溝812AにSi基板801が露出した時点でエッチングをストップさせる。このようにして得られる構造は、図12(C)に示すような、外側断熱溝812B内のBOX層811が除去された構造となる。後述するように、断熱層であるBOX層811も、熱伝導層810と同様に、隣接するチャンネルのBOX層と隔離した方が、熱クロストークの影響抑制の効果は大きく、さらに消費電力低減の効果が得られる。   Further, in addition to the above step 9, as a step 10, the etching is further continued without terminating the etching when the surface of the SOI layer 810 is exposed at the bottom of the inner heat insulating groove 812A. The exposed SOI layer 810 remains because it is not etched by this etching. On the other hand, the BOX layer 811 exposed in the outer heat insulating groove 812B is etched. Thereafter, the etching is stopped when the Si substrate 801 is exposed in the outer heat insulating groove 812A. The structure thus obtained is a structure in which the BOX layer 811 in the outer heat insulating groove 812B is removed as shown in FIG. As will be described later, the BOX layer 811 which is a heat insulating layer is also isolated from the BOX layer of the adjacent channel, as in the case of the heat conduction layer 810, and the effect of suppressing the influence of the thermal crosstalk is greater, and the power consumption can be further reduced. An effect is obtained.

次に、図12(C)に示した、熱伝導層810だけではなく断熱層811においても隣接するMZI回路と基板水平方向に分離されている構造についての効果を述べる。また、断熱層811の厚さには最適値が存在するが、その最適値についても以下に述べる。   Next, effects of the structure shown in FIG. 12C that is separated not only in the heat conductive layer 810 but also in the heat insulating layer 811 from the adjacent MZI circuit in the substrate horizontal direction will be described. Moreover, although the optimum value exists in the thickness of the heat insulation layer 811, the optimum value is also described below.

図13における破線曲線Bは、図12(B)に示すような断熱層811が基板全域でつながっている構造(以後“連結構造”と呼ぶことにする。)の熱光学可変減衰器において、あるチャンネルに位相πの回転に対応する電力を印加し、隣接するチャンネルのMZI回路における両アーム導波路コア間の温度差ΔTが、断熱層厚さによりどのように変化するかを示している。   A broken line curve B in FIG. 13 is a thermo-optic variable attenuator having a structure in which the heat insulating layers 811 are connected throughout the substrate as shown in FIG. 12B (hereinafter referred to as “connected structure”). The graph shows how the temperature difference ΔT between the arm waveguide cores in the MZI circuit of the adjacent channel changes depending on the thickness of the heat insulating layer when power corresponding to the rotation of phase π is applied to the channel.

一方、図13における実線曲線Aは、図12(C)に示すような熱伝導層810だけなく、断熱層811においても隣接するMZI回路と基板水平方向に離れている構造(以後“離散構造”と呼ぶことにする。)の熱光学可変減衰器において、あるチャンネルに位相πの回転に対応する電力を印加し、隣接するチャンネルのMZI回路における両アーム導波路コア間の温度差ΔTが断熱層厚さによりどのように変化するかを示している。   On the other hand, a solid line curve A in FIG. 13 shows a structure (hereinafter referred to as “discrete structure”) that is not only in the heat conduction layer 810 as shown in FIG. In the thermo-optic variable attenuator, the power corresponding to the rotation of the phase π is applied to a certain channel, and the temperature difference ΔT between both arm waveguide cores in the MZI circuit of the adjacent channel is It shows how it varies with thickness.

図13におけるいずれのデータも、シミュレーションによる結果をプロットしたものであり、基板801にSi(1mm)、熱伝導層810としてSi(10μm)、断熱層811として石英を使用して本発明の第2の実施形態の製造方法で実際に作製した場合の熱光学可変減衰器の構造を想定した結果を示している。   Each data in FIG. 13 is a plot of the results of the simulation, and Si (1 mm) is used for the substrate 801, Si (10 μm) is used as the heat conductive layer 810, and quartz is used as the heat insulating layer 811. The result which assumed the structure of the thermo-optic variable attenuator at the time of actually producing with the manufacturing method of this embodiment is shown.

図13のシミュレーション結果によると、実線曲線A、破線曲線Bで示される両構造において少なくとも断熱層811があれば、本発明の熱クロストークによる影響の抑制効果が得られることが分かる。わずか厚さ1μmの断熱層811があれば、熱伝導層810や断熱層811を実施していない従来例の場合(図6参照)に比べ、上記温度差ΔTを半分以下に抑えることができることが分かる。   According to the simulation result of FIG. 13, it can be seen that if there is at least the heat insulating layer 811 in both structures shown by the solid curve A and the broken curve B, the effect of suppressing the influence of the thermal crosstalk of the present invention can be obtained. If the heat insulation layer 811 having a thickness of only 1 μm is present, the temperature difference ΔT can be suppressed to half or less compared to the case of the conventional example in which the heat conduction layer 810 and the heat insulation layer 811 are not implemented (see FIG. 6). I understand.

実線曲線A、破線曲線Bで示すように、断熱層811の厚さが増すと、構造の違いにより上記温度差ΔTに差が生じる。破線曲線Bで示すように、連続構造ではある厚さ、この場合は20μm近傍で最小値を取り、断熱層811の厚さが増すと、上記温度差ΔTは再び増加する。一方、実線曲線Aで示すように、離散構造では断熱層811の厚さが増すにつれて単調に記温度差ΔTは減少してゆく。   As indicated by the solid curve A and the broken curve B, when the thickness of the heat insulating layer 811 increases, the temperature difference ΔT varies due to the structure. As indicated by the dashed curve B, the temperature difference ΔT increases again as the thickness of the continuous structure takes a minimum value in the vicinity of 20 μm and the thickness of the heat insulating layer 811 increases. On the other hand, as indicated by a solid curve A, the temperature difference ΔT monotonously decreases as the thickness of the heat insulating layer 811 increases in the discrete structure.

図14は、連続構造と離散構造の両構造における断熱層811の厚さと消費電力の関係を示す。ここで、曲線Aは離散構造の場合の消費電力特性、曲線Bは連結構造の場合の消費電力特性を示す。図14のデータはいずれも、あるチャンネルで位相πを回転するのに必要な電力を計算により求めたものであり、断熱層811がない場合の消費電力を1として規格化してある。   FIG. 14 shows the relationship between the thickness of the heat insulating layer 811 and the power consumption in both the continuous structure and the discrete structure. Here, the curve A shows the power consumption characteristic in the case of the discrete structure, and the curve B shows the power consumption characteristic in the case of the connection structure. All of the data in FIG. 14 are obtained by calculating the power required to rotate the phase π in a certain channel, and are normalized with the power consumption when there is no heat insulation layer 811 as 1.

図14から、本発明の両構造を採用することにより消費電力が大きくなるということはないことが確認できる。曲線Bで示すように、連続構造の場合は、断熱層811の厚さの変化にかかわらず、消費電力はほぼ一定であり、断熱層の厚さが薄くなることで消費電力特性が悪くなるということはない。一方、曲線Aで示すように、離散構造の場合は、断熱層811の厚さが増加すると共に消費電力が低下する。つまり、本発明の構造の1つである離散型の構造では、熱クロストークによる変動を抑えながら、回路を小さくできるだけでなく、断熱層811の厚さを増加することで、消費電力を下げる効果も得られる。   From FIG. 14, it can be confirmed that the power consumption is not increased by adopting both structures of the present invention. As shown by the curve B, in the case of the continuous structure, the power consumption is almost constant regardless of the change in the thickness of the heat insulating layer 811, and the power consumption characteristics are worsened by the thin heat insulating layer. There is nothing. On the other hand, as shown by the curve A, in the case of a discrete structure, the thickness of the heat insulating layer 811 increases and the power consumption decreases. That is, in the discrete structure that is one of the structures of the present invention, not only can the circuit be made small while suppressing fluctuation due to thermal crosstalk, but also the effect of reducing power consumption by increasing the thickness of the heat insulating layer 811. Can also be obtained.

図12(A)、図12(B)に示す連続構造の場合は、消費電力を下げる効果は得られないが、断熱層811を除去する追加工程(工程10)が必要ではない分、工程負荷が小さいという利点がある。つまり断熱層811が連続している効果は、断熱層811が不連続の場合に比べ、熱クロストークの影響を抑制する効果を持ちながら、工程を削減できる点にある。連続構造の場合は、図13を用いて既述したように、また図15を用いて後述するように、その構造上、断熱層811の厚さには最適値が存在する。そこで、断熱層811の厚さを適切な最適値、またはその近傍値に選択すれば、得られる効果は離散構造の場合とほぼ同じになる。   In the case of the continuous structure shown in FIGS. 12 (A) and 12 (B), the effect of reducing power consumption cannot be obtained, but an additional step (step 10) for removing the heat insulating layer 811 is not necessary, so the process load is reduced. Has the advantage of being small. In other words, the effect that the heat insulating layer 811 is continuous is that the number of steps can be reduced while having the effect of suppressing the influence of thermal crosstalk compared to the case where the heat insulating layer 811 is discontinuous. In the case of the continuous structure, as described above with reference to FIG. 13 and as described later with reference to FIG. 15, there is an optimum value for the thickness of the heat insulating layer 811 due to the structure. Therefore, if the thickness of the heat insulating layer 811 is selected to an appropriate optimum value or a value close to the optimum value, the obtained effect is almost the same as that of the discrete structure.

この効果を更に詳述する。図15は、上記の連続構造において、熱伝導層810の厚さを変えた場合の断熱層811の最適な厚さの違いを示す。ここで、曲線Aは熱伝導層810の厚さを5μmとした場合の、曲線Bは熱伝導層810の厚さを10μmとした場合の、曲線Cは熱伝導層810の厚さを15μmとした場合の、断熱層811の厚さの変動に対するMZI回路における両アーム導波路コア間の温度差ΔTの変化を計算して求めた結果をプロットしたものである。図15から、熱伝導層810の厚さを変えても断熱層811の適切な厚さ(最適な厚さ)は変わらないことが分かる。従って、熱伝導層810の厚さのサイズにかかわりなく、断熱層811の厚さを適切な最適値に選べばよい。この計算で用いた構造(具体的には、図12(A)の第1の実施形態の構造、または図12(B)の第2の実施形態の構造で、アーム導波路間隔100μm、MZI回路間隔200μmで、SOI基板を用いて作製した場合)では、断熱層811の厚さが約20μm程度であれば最適である。しかし、この構造では、断熱層811の厚さが10〜30μmの範囲内であれば、さほど得られる効果に違いはない。   This effect will be further described in detail. FIG. 15 shows the difference in the optimum thickness of the heat insulating layer 811 when the thickness of the heat conductive layer 810 is changed in the above-described continuous structure. Here, the curve A is when the thickness of the heat conduction layer 810 is 5 μm, the curve B is when the thickness of the heat conduction layer 810 is 10 μm, and the curve C is 15 μm when the thickness of the heat conduction layer 810 is 15 μm. In this case, the results obtained by calculating the change in the temperature difference ΔT between the arm waveguide cores in the MZI circuit with respect to the variation in the thickness of the heat insulating layer 811 are plotted. From FIG. 15, it can be seen that even if the thickness of the heat conductive layer 810 is changed, the appropriate thickness (optimum thickness) of the heat insulating layer 811 does not change. Therefore, the thickness of the heat insulating layer 811 may be selected to an appropriate optimum value regardless of the size of the thickness of the heat conductive layer 810. The structure used in this calculation (specifically, the structure of the first embodiment in FIG. 12A or the structure of the second embodiment in FIG. 12B, arm waveguide spacing of 100 μm, MZI circuit) In the case of manufacturing using an SOI substrate with an interval of 200 μm, it is optimal if the thickness of the heat insulating layer 811 is about 20 μm. However, in this structure, as long as the thickness of the heat insulating layer 811 is in the range of 10 to 30 μm, there is no difference in the effect that can be obtained.

また、この断熱層811の最適な厚さは、MZI回路の配置や、アーム導波路間隔の変動によっても変わる。図16はアーム導波路間隔の違いによる断熱層の最適厚さの違いを示し、特に隣接するマッハツェンダー干渉計をアーム導波路間隔の2倍として計算した結果を示している。ここで、曲線Aはアーム導波路間隔が100μm、曲線Bはアーム導波路間隔が70μm、曲線Cはアーム導波路間隔が50μmの場合を示している。いずれの場合も断熱溝811により区切られるアーム導波路部804を構成するリッジ構造の幅wは、20μmとして計算を実施した。また熱伝導層810の幅は、アーム導波路804の間隔wとリッジ幅wrの和に等しいとして計算を実施した。 Further, the optimum thickness of the heat insulating layer 811 varies depending on the arrangement of the MZI circuit and the fluctuation of the arm waveguide interval. FIG. 16 shows the difference in the optimum thickness of the heat insulating layer due to the difference in the arm waveguide spacing, and in particular shows the calculation result when the adjacent Mach-Zehnder interferometer is twice the arm waveguide spacing. Here, the curve A shows the case where the arm waveguide interval is 100 μm, the curve B shows the case where the arm waveguide interval is 70 μm, and the curve C shows the case where the arm waveguide interval is 50 μm. Width w r of the ridge structure constituting the arm waveguides 804 delimited by insulation grooves 811 in both cases, were performed calculated as 20 [mu] m. The calculation was performed assuming that the width of the heat conductive layer 810 is equal to the sum of the interval w between the arm waveguides 804 and the ridge width wr.

図16で示す計算結果によると、アーム導波路間隔が短い程、最適な断熱層厚さは、薄くなる。例えば、図16の曲線Cで示すように、アーム導波路間隔が50μmの場合には、断熱層811の最適な厚さは9μm程度となる。この結果により、アーム導波路間隔の2倍の距離でMZI回路を配置した場合には、アーム導波路間隔のおよそ1/5程度が断熱層811の厚さの最適値となる。   According to the calculation result shown in FIG. 16, the optimum heat insulating layer thickness becomes thinner as the arm waveguide interval is shorter. For example, as shown by the curve C in FIG. 16, when the arm waveguide interval is 50 μm, the optimum thickness of the heat insulating layer 811 is about 9 μm. As a result, when the MZI circuit is disposed at a distance twice as long as the arm waveguide interval, about 1/5 of the arm waveguide interval is the optimum value of the thickness of the heat insulating layer 811.

図16は、熱伝導層810としてSi単結晶、断熱層811として石英を使用した場合の最適値を求めた計算結果を示すものであり、曲線で示すデータは、あくまで最適値を示すことを目的とするものである。先に述べたように、少なくとも本発明の構造をとれば、断熱層811の厚みが多少薄くとも、所期の温度差低減効果が得られる。また、断熱層811に例え他の材料を用いたとしても同様の効果が得られる。例えば、断熱層811に石英の半分の熱伝導率を持つ材料を使えば、その断熱層811の最適厚さも半分になると考えることができる。   FIG. 16 shows a calculation result of obtaining an optimum value when Si single crystal is used as the heat conduction layer 810 and quartz is used as the heat insulation layer 811. The data shown by the curve is only intended to show the optimum value. It is what. As described above, if at least the structure of the present invention is adopted, an expected temperature difference reducing effect can be obtained even if the heat insulating layer 811 is somewhat thin. Further, even if other materials are used for the heat insulating layer 811, the same effect can be obtained. For example, if a material having a thermal conductivity half that of quartz is used for the heat insulating layer 811, it can be considered that the optimum thickness of the heat insulating layer 811 is also halved.

以上述べたように、本実施形態によれば、わずか1μmの断熱層を設けるだけでも、熱クロストークの影響を抑制できる効果が得られる。また、本実施形態の離散構造を採用すれば、熱クロストークの影響を抑制し、回路が小型化できるだけでなく、消費電力を下げることも可能となる。さらに、本実施形態の連続構造において、断熱層の厚さには最適値が存在するので、断熱層の厚さを最適値またはその近傍値に設定することで、工程の負荷を低減しながら、離散構造とほぼ同様の効果が得られる。   As described above, according to the present embodiment, an effect of suppressing the influence of thermal crosstalk can be obtained even by providing a heat insulating layer of only 1 μm. If the discrete structure of this embodiment is adopted, the influence of thermal crosstalk can be suppressed, the circuit can be miniaturized, and the power consumption can be reduced. Furthermore, in the continuous structure of this embodiment, there is an optimum value for the thickness of the heat insulating layer, so by setting the thickness of the heat insulating layer to the optimum value or its vicinity value, while reducing the process load, The same effect as the discrete structure can be obtained.

(他の実施の形態)
上記では、本発明の好適な実施形態を例示して説明したが、本発明の実施形態は上記例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載の範囲内であれば、その構成部材等の置換、変更、追加、個数の増減、形状の設計変更等の各種変形は、全て本発明の実施形態に含まれる。
(Other embodiments)
In the above, the preferred embodiment of the present invention has been described by way of example. However, the embodiment of the present invention is not limited to the above-described example, and the constituent members thereof are within the scope of the claims. Various modifications such as replacement, change, addition, increase / decrease in number, change in shape design, and the like are all included in the embodiment of the present invention.

従来の多チャンネル光減衰器の構成例を示す概略上面図である。It is a schematic top view which shows the structural example of the conventional multichannel optical attenuator. マッハツェンダー干渉計回路(MZI回路)の配置間隔を説明する断面図で、(A)はレイアウト上最小となる配置を示す図、(B)は実際の配置を示す図である。FIG. 5 is a cross-sectional view for explaining an arrangement interval of a Mach-Zehnder interferometer circuit (MZI circuit), in which (A) shows a minimum arrangement in the layout, and (B) shows an actual arrangement. 隣接チャンネルの熱クロストークの影響を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining the influence of the thermal crosstalk of an adjacent channel. 1つのヒータを駆動した時の基板の温度分布を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the temperature distribution of a board | substrate when one heater is driven. 基板表面の水平方向の温度分布(計算結果)を示す特性図である。It is a characteristic view which shows the temperature distribution (calculation result) of the horizontal direction of a substrate surface. マッハツェンダー干渉計の間隔と温度上昇の関係を示す特性図である。It is a characteristic view which shows the relationship between the space | interval of a Mach-Zehnder interferometer, and a temperature rise. 本発明の効果を示す熱光学可変減衰器の間隔と温度上昇の関係を示す特性図である。It is a characteristic view which shows the relationship between the space | interval of a thermo-optic variable attenuator which shows the effect of this invention, and temperature rise. 本発明の第1の実施形態の熱光学可変減衰器の構成を示す概略図であり、(A)は斜視図、(B)は上面図、(C)は一部拡大断面図である。It is the schematic which shows the structure of the thermo-optic variable attenuator of the 1st Embodiment of this invention, (A) is a perspective view, (B) is a top view, (C) is a partially expanded sectional view. 本発明の熱光学可変減衰器に対して熱クロストークの影響を測定した結果を従来例と比較して示す特性図である。It is a characteristic view which shows the result of having measured the influence of the thermal crosstalk with respect to the thermo-optic variable attenuator of this invention compared with a prior art example. 本発明の第1の実施形態による多チャンネル導波路型光可変減衰器の製造方法を示す工程図であり、(A)〜(H)はそれぞれ断面図である。It is process drawing which shows the manufacturing method of the multichannel waveguide type optical variable attenuator by the 1st Embodiment of this invention, (A)-(H) is sectional drawing, respectively. 本発明の第1の実施形態に係わる基板の作製方法を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the preparation methods of the board | substrate concerning the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施形態の構造を第1の実施形態と比較して示す図であり、(A)は第1の実施形態の構造、(B)は第2の実施形態の構造、(C)は第2の実施形態の異なる構造を示す断面図である。It is a figure which shows the structure of the 2nd Embodiment of this invention compared with 1st Embodiment, (A) is the structure of 1st Embodiment, (B) is the structure of 2nd Embodiment, ( C) is a cross-sectional view showing a different structure of the second embodiment. 本発明の第1、第2の実施形態に係わる連結構造と、離散構造における温度差ΔTと断熱層厚さの関係を示す特性図である。It is a characteristic view which shows the relationship between the temperature difference (DELTA) T and heat insulation layer thickness in the connection structure concerning the 1st, 2nd embodiment of this invention, and a discrete structure. 本発明の第1、第2の実施形態に係わる連結構造と、離散構造における消費電力と断熱層厚さの関係を示す特性図である。It is a characteristic view which shows the relationship between the power consumption and heat insulation layer thickness in the connection structure concerning the 1st, 2nd embodiment of this invention, and a discrete structure. 本発明の第1、第2の実施形態に係わる連結構造における熱伝導層厚さの違いによる最適な断熱層厚さを示す特性図である。It is a characteristic view which shows the optimal heat insulation layer thickness by the difference in the heat conductive layer thickness in the connection structure concerning the 1st, 2nd embodiment of this invention. 本発明の第1、第2の実施形態に係わるアーム導波路間隔の違いによる断熱層厚さの最適値を示す特性図である。It is a characteristic view which shows the optimal value of the heat insulation layer thickness by the difference in the arm waveguide space | interval concerning the 1st, 2nd embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

800 熱光学可変減衰器
801 基板
802 光導波路
803 方向性結合器
804 アーム導波路
805 MZI回路
806 ヒータ
807 コア
808 アンダークラッド
809 オーバークラッド
810 熱伝導層
811 断熱層
812 断熱溝
800 Thermo-optic variable attenuator 801 Substrate 802 Optical waveguide 803 Directional coupler 804 Arm waveguide 805 MZI circuit 806 Heater 807 Core 808 Underclad 809 Overclad 810 Thermal conduction layer 811 Thermal insulation layer 812 Thermal insulation groove

Claims (8)

熱伝導の比較的よい基板上に形成した光導波路により構成される2つの方向性結合器とアーム導波路対からなるマッハツェンダー干渉計回路(以下、MZI回路)と、前記アーム導波路対の上面に配置されて熱光学効果により光の位相を変化させる熱光学移相器であるヒータとをそれぞれ複数包含する多チャンネルの導波路型光可変減衰器であって、
それぞれ1つの前記MZI回路を構成する前記アーム導波路対の下部に各該MZI回路毎に分離されて形成されて、該アーム導波路対のクラッドを構成する物質よりも熱伝導率がよい物質からなる複数の熱伝導層と、
各々の前記熱伝導層の下部と前記基板との間に形成されて該熱伝導層よりも熱伝導率の低い物質からなる断熱層と
を有することを特徴とする熱光学可変減衰器。
A Mach-Zehnder interferometer circuit (hereinafter referred to as an MZI circuit) comprising two directional couplers and arm waveguide pairs formed by optical waveguides formed on a substrate having relatively good heat conduction, and the upper surfaces of the arm waveguide pairs A multi-channel waveguide-type variable optical attenuator including a plurality of heaters each being a thermo-optic phase shifter arranged in a thermo-optic effect to change the phase of light by a thermo-optic effect,
Each of the MZI circuits is separated from each of the MZI circuits and is formed in a lower part of the arm waveguide pair that constitutes the MZI circuit, and has a material having a higher thermal conductivity than the material that constitutes the clad of the arm waveguide pair. A plurality of heat conductive layers,
A thermo-optic variable attenuator, comprising: a heat insulating layer formed between a lower portion of each of the heat conductive layers and the substrate and made of a material having a lower thermal conductivity than the heat conductive layer.
前記MZI回路の下部にある前記断熱層が、隣接するチャンネルの断熱層と分離されていることを特徴とする請求項1に記載の熱光学可変減衰器。   The thermo-optic variable attenuator according to claim 1, wherein the heat insulation layer under the MZI circuit is separated from a heat insulation layer of an adjacent channel. 前記MZI回路の下部にある前記断熱層が、隣接するチャンネルの断熱層と連続していることを特徴とする請求項1に記載の熱光学可変減衰器。   The thermo-optic variable attenuator according to claim 1, wherein the heat insulating layer under the MZI circuit is continuous with a heat insulating layer of an adjacent channel. 前記熱伝導層が、Si、多結晶Si、アモルファスSi、タングステン、タングステンシリサイドの少なくともいずれかから形成されていることを特徴とする請求項1から3のいずれかの項に記載の熱光学可変減衰器。   The thermo-optic variable attenuation according to any one of claims 1 to 3, wherein the thermal conductive layer is formed of at least one of Si, polycrystalline Si, amorphous Si, tungsten, and tungsten silicide. vessel. 前記断熱層が、Si、Al、B、P、Ge、Ti、Ta、Biの少なくとも1つの酸化物またはその混合物により形成されていることを特徴とする請求項1から4のいずれかの項に記載の熱光学可変減衰器。   5. The heat insulation layer according to claim 1, wherein the heat insulation layer is formed of at least one oxide of Si, Al, B, P, Ge, Ti, Ta, Bi or a mixture thereof. The described thermo-optic variable attenuator. 前記熱伝導層がSiから形成され、前記MZI間隔が前記アーム導波路間隔の1.9倍から2.1倍の距離で配置されており、かつ前記断熱層の厚さが、前記アーム導波路間隔の1/4〜1/6倍のサイズであることを特徴とする請求項3に記載の熱光学可変減衰器。   The thermally conductive layer is made of Si, the MZI interval is arranged at a distance of 1.9 to 2.1 times the arm waveguide interval, and the thickness of the heat insulating layer is the arm waveguide. The thermo-optic variable attenuator according to claim 3, wherein the size is 1/4 to 1/6 times the interval. 請求項1から3のいずれかの項に記載の熱光学可変減衰器の製造方法であって、
前記基板、前記断熱層、前記熱伝導層が順次積層された導波路基板を用意する工程と、
前記熱伝導層を加工せずに該熱伝導層の上に前記MZI回路を含む導波路構造、前記ヒータおよび電極構造を作製する工程と、
断熱溝が後に作製される箇所であってかつ前記熱伝導層を除去したい箇所のクラッドを予め除去する工程と、
前記断熱溝を形成する工程と、
前記予めクラッドを除去した箇所で前記熱伝導層を除去する工程と
を有することを特徴とする熱光学可変減衰器の製造方法。
A method of manufacturing a thermo-optic variable attenuator according to any one of claims 1 to 3,
Preparing a waveguide substrate in which the substrate, the heat insulating layer, and the heat conductive layer are sequentially laminated;
Producing the waveguide structure including the MZI circuit, the heater and the electrode structure on the heat conductive layer without processing the heat conductive layer;
Removing the clad in advance where the heat insulating groove is to be produced later and where the heat conductive layer is to be removed;
Forming the heat insulating groove;
And a step of removing the thermal conductive layer at a location where the cladding has been removed in advance.
前記断熱溝の中で隣接するチャンネルに接する断熱溝の下部に残存する前記断熱層のみを選択的に除去する工程をさらに含むことを特徴とする請求項7に記載の熱光学可変減衰器の製造方法。
The manufacturing method of a thermo-optic variable attenuator according to claim 7, further comprising a step of selectively removing only the heat insulation layer remaining in a lower portion of the heat insulation groove in contact with an adjacent channel in the heat insulation groove. Method.
JP2005264204A 2005-09-12 2005-09-12 Multi-channel waveguide-type thermo-optic variable attenuator and manufacturing method thereof Expired - Fee Related JP4634897B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005264204A JP4634897B2 (en) 2005-09-12 2005-09-12 Multi-channel waveguide-type thermo-optic variable attenuator and manufacturing method thereof

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005264204A JP4634897B2 (en) 2005-09-12 2005-09-12 Multi-channel waveguide-type thermo-optic variable attenuator and manufacturing method thereof

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2007078861A true JP2007078861A (en) 2007-03-29
JP4634897B2 JP4634897B2 (en) 2011-02-16

Family

ID=37939288

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2005264204A Expired - Fee Related JP4634897B2 (en) 2005-09-12 2005-09-12 Multi-channel waveguide-type thermo-optic variable attenuator and manufacturing method thereof

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4634897B2 (en)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2021113947A (en) * 2020-01-21 2021-08-05 住友電気工業株式会社 Light receiving device and manufacturing method of light receiving device
CN116529644A (en) * 2020-11-23 2023-08-01 我们科技有限责任公司 Heat dissipation for LIDAR sensor
US11822120B2 (en) 2022-02-24 2023-11-21 Globalfoundries U.S. Inc. Optical components with enhanced heat dissipation
US11828984B2 (en) 2022-02-24 2023-11-28 Globalfoundries U.S. Inc. Thermal management of an optical component for temperature control
US11846804B2 (en) 2022-02-24 2023-12-19 Globalfoundries U.S. Inc. Thermally-conductive features positioned adjacent to an optical component
US11934021B2 (en) 2022-01-27 2024-03-19 Globalfoundries U.S. Inc. Photonic devices integrated with thermally conductive layers

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01158413A (en) * 1987-09-29 1989-06-21 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Optical waveguide device
JP2003228031A (en) * 2002-02-01 2003-08-15 Nec Corp Optical circuit component
JP2004037524A (en) * 2002-06-28 2004-02-05 Nec Corp Thermooptic phase shifter and method ror manufacturing the same
JP2004045453A (en) * 2002-07-08 2004-02-12 Sumitomo Electric Ind Ltd Waveguide type optical component and method for manufacturing the same
JP2006259104A (en) * 2005-03-16 2006-09-28 Hitachi Cable Ltd Optical circuit and optical variable attenuator with waveguide

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01158413A (en) * 1987-09-29 1989-06-21 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Optical waveguide device
JP2003228031A (en) * 2002-02-01 2003-08-15 Nec Corp Optical circuit component
JP2004037524A (en) * 2002-06-28 2004-02-05 Nec Corp Thermooptic phase shifter and method ror manufacturing the same
JP2004045453A (en) * 2002-07-08 2004-02-12 Sumitomo Electric Ind Ltd Waveguide type optical component and method for manufacturing the same
JP2006259104A (en) * 2005-03-16 2006-09-28 Hitachi Cable Ltd Optical circuit and optical variable attenuator with waveguide

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2021113947A (en) * 2020-01-21 2021-08-05 住友電気工業株式会社 Light receiving device and manufacturing method of light receiving device
JP7342714B2 (en) 2020-01-21 2023-09-12 住友電気工業株式会社 Light-receiving device and method for manufacturing the light-receiving device
CN116529644A (en) * 2020-11-23 2023-08-01 我们科技有限责任公司 Heat dissipation for LIDAR sensor
US11934021B2 (en) 2022-01-27 2024-03-19 Globalfoundries U.S. Inc. Photonic devices integrated with thermally conductive layers
US11822120B2 (en) 2022-02-24 2023-11-21 Globalfoundries U.S. Inc. Optical components with enhanced heat dissipation
US11828984B2 (en) 2022-02-24 2023-11-28 Globalfoundries U.S. Inc. Thermal management of an optical component for temperature control
US11846804B2 (en) 2022-02-24 2023-12-19 Globalfoundries U.S. Inc. Thermally-conductive features positioned adjacent to an optical component

Also Published As

Publication number Publication date
JP4634897B2 (en) 2011-02-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6704487B2 (en) Method and system for reducing dn/dt birefringence in a thermo-optic PLC device
JP5413810B2 (en) Optical waveguide and method for manufacturing the same
JP2010517113A (en) Thermo-optic waveguide device
JP4932029B2 (en) Waveguide-type variable optical attenuator
JP2003131055A (en) Optical waveguide and manufacturing method thereof
JP4634897B2 (en) Multi-channel waveguide-type thermo-optic variable attenuator and manufacturing method thereof
US7228019B2 (en) Multi-channel Mach-Zehnder interferometer type optical circuits for restraining heat interference of adjacent channel
JP4638749B2 (en) Thermo-optic phase modulator and manufacturing method thereof
JP2007047326A (en) Thermo-optic optical modulator and optical circuit
JP2003050327A (en) Optical waveguide device and method for manufacturing the same
JP3911271B2 (en) Optical waveguide and method for manufacturing the same
JP2006259104A (en) Optical circuit and optical variable attenuator with waveguide
JP3719644B2 (en) Waveguide type optical circuit
JP3679036B2 (en) Waveguide type optical circuit
JPH08334639A (en) Mach-zehnder optical circuit
JP4267888B2 (en) OPTICAL CIRCUIT, OPTICAL CIRCUIT DEVICE, AND OPTICAL CIRCUIT MANUFACTURING METHOD
JP3573332B2 (en) Interferometric thermo-optical components
WO2023243018A1 (en) Silicon photonic circuit and method for manufacturing silicon photonic circuit
JPH10123341A (en) Optical waveguide and its production
JP7273340B2 (en) Optical module and its manufacturing method
KR20150128319A (en) Thermo-optic waveguide device
JP2002250903A (en) Optical waveguide element
JP2004126399A (en) Optical waveguide and optical waveguide circuit
JP2006030734A (en) Optical waveguide and manufacturing method thereof
JP3679037B2 (en) Waveguide type optical circuit

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20070817

RD02 Notification of acceptance of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422

Effective date: 20100512

RD04 Notification of resignation of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424

Effective date: 20100512

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20100723

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20100727

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20100827

RD02 Notification of acceptance of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422

Effective date: 20100903

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20100924

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20101029

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20101112

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20101119

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20131126

Year of fee payment: 3

S531 Written request for registration of change of domicile

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees