JP2008209425A

JP2008209425A - グレーティング作製方法

Info

Publication number: JP2008209425A
Application number: JP2006223404A
Authority: JP
Inventors: Yasuo Kokubu; 泰雄國分
Original assignee: Japan Science and Technology Agency
Current assignee: Japan Science and Technology Agency
Priority date: 2006-08-18
Filing date: 2006-08-18
Publication date: 2008-09-11

Abstract

【課題】屈折率制御を容易に且つ高精度で行い、効率良くグレーティングを作製することのできる、新しいグレーティング作製方法を提供する。
【解決手段】下部クラッド上にＳｉＮ層を成膜し、該ＳｉＮ層上に紫外線を２光束干渉照射する、ことを特徴とするグレーティング作製方法。
【選択図】図９

Description

この出願の発明は、グレーティング作製方法に関するものである。さらに詳しくは、この出願の発明は、屈折率制御をより容易に且つ高精度で行い、効率良くグレーティングを作製することのできる、新しいグレーティング作製方法に関するものである。

近年の高度情報化の著しい進展にともない、光通信のさらなる大容量化、高機能化を実現すべく、この出願の発明の発明者はすでに、波長アクセスネットワーク用のＡＤＤ／ＤＲＯＰ型フィルタなどとして有用な、リング共振器を用いて入力側光導波路および出力側光導波路相互のＡＤＤ／ＤＲＯＰ動作を行うリング共振器付き光導波路型波長フィルタ（「積層マイクロリング共振器型波長フィルタ」とも呼ぶことができる。ここでは「リング共振器型波長フィルタ」と略称する）を提案している（特許文献１、非特許文献１参照）。

このリング共振器型波長フィルタは、たとえば図１に例示したように、入力側光導波路（１）および出力側光導波路（２）（ここでは両者を併せて「バスライン」と略称する場合がある）を下層クラッドに互いに交差するように埋め込み、その交差部においてリング共振器（３）（「リング導波路」とも呼ぶことができる）を積層する構造を持つ。このため、バスラインは光ファイバとの高効率結合を、リング共振器（３）は半径の微小化によるＦＳＲの拡大を目的として、それぞれに最適設計を行うことができる。また、バスラインの結合比を膜厚制御によって高精度に制御できる。さらには、バスラインをクロスグリッド状に構成し、交差部に積層配置するリング共振器（３）も微小であるので高密度集積化が可能であり、複数のリング共振器（３）を直列、並列、あるいは縦列に接続することによって、様々にフィルタ特性を合成して、透過帯域の平坦化やＦＳＲの拡大等を行うことができるなど、多くの特徴を持つＡＤＤ／ＤＲＯＰ波長フィルタを実現している。

しかしながら、このように優れたリング共振器型波長フィルタにあっても、実際に作製すると、フォトマスクの作製分解能やコア膜厚の不均一性等に起因する作製誤差によって中心波長が設計値からずれることがあったのである。たとえば、リング共振器（３）の半径を５０ｎｍずつ微小に異ならせた１×８フィルタアレイ（特許文献１、非特許文献１参照）において、中心波長のチャネル間隔が５．７ｎｍとなるように設計した場合、リング半径と中心波長の関係をプロットすると、たとえば図２に例示したように理論値に対して最大で１．６ｎｍの中心波長誤差が生じることがある。

そこで、この出願の発明の発明者等は、ＵＶ感光性ポリマー（ポリシラン）をクラッドに用いたトリミング方法を既に開発しており、それにより９．０ｎｍのトリミング幅を達成している（非特許文献２参照）。
特開２０００−２９８２１５号公報 S.T.Chu, B.E.Little, W.Pan, T.Kaneko, S.Sato, Y.Kokubun: "An 8 channel Add/Drop filter using vertically coupled microring resonators over a cross grid", Photon.Techn.Lett., vol.11, No.6, pp.691-693 (1999) S.T.Chu, W.Pan, S.Sato, T.Kaneko, B.E.Little, Y.Kokubun: "Wavelength trimming of a microring resonator filter by means of a UV sensitive polymer overlay", Photon.Techn.Lett., vol.11, No.6, pp.680-690 (1999)

しかしながら、このように優れたトリミング方法にあっても、さらに改良すべき点のあることが、この出願の発明の発明者等による更なる研究によって見出された。

すなわち、トリミング後の中心波長に経時変化が生じてしまい、せっかくトリミングしても時間が経つにつれて中心波長が設計値からずれてくるのである。

そこで、この出願の発明は、以上のとおりの事情に鑑み、高精度で、且つ経時変化の少ない安定した中心波長トリミングを行うことのできる、新しい波長フィルタの中心波長トリミング方法を基に、屈折率制御を容易に且つ高精度で行い、効率良くグレーティングを作製することのできる、新しいグレーティング作製方法を提供することを課題としている。

この出願の発明は、上記の課題を解決するものとして、第１には、下部クラッド上にＳｉＮ層を成膜し、該ＳｉＮ層上に紫外線を２光束干渉照射する、ことを特徴とするグレーティング作製方法を提供し、第２には、ＳｉＮ層にＳｉＨ₄（モノシランベース）ＳｉＮを用いることを特徴とするグレーティング作製方法を提供し、第３には、ＳｉＮ層に４ＭＳ（テトラメチルシラン）ベースＳｉＮを用いることを特徴とするグレーティング作製方法を提供する。

以上詳しく説明したとおり、この出願の発明によって、紫外線照射によるコア等価屈折率の高精度且つ高安定な変化効果を利用して、屈折率制御をより容易に且つ高精度で行い、効率良くグレーティングを作製することのできる、新しいグレーティング作製方法が提供される。

以下に、添付した図面に沿って実施例に基づき本発明の実施の形態を詳しく説明する。

実施例の説明に先立ち、中心波長トリミング方法について述べる。

［中心波長トリミングの原理］
リング共振器型波長フィルタは、入力側光導波路（１）の入力ポートから波長多重した光波を入射させると、導波路交差部に積層配置されたリング共振器（３）で共振波長の光波のみが出力側光導波路（２）のドロップポートに出射し、それ以外の波長の光波は入力側光導波路（１）のスルーポートから出射する構造になっており（図１、図３参照）、共振波長は主にリング半径と等価屈折率で決まる。

トリミング時の等価屈折率の変化による中心波長のシフト量Δλ₀は、次式で表される。ここで、Ｒはリング半径、Ｎは共振次数、Δη_eqは等価屈折率の変化量である。

この出願の発明では、屈折率が約２．０と大きい超高屈折率差導波路用コア材料としてＳｉＮに着目した。ここでリングコア用ＳｉＮの屈折率変化について述べる。

実際にプラズマＣＶＤ装置により成膜したＳｉＨ₄（モノシラン）ベースＳｉＮ膜と４ＭＳ（テトラメチルシラン）ベースＳｉＮ膜に紫外線を照射して、プリズムカプラによって屈折率変化量を測定した。いずれもＳｉＮ膜の厚さは約２．８μｍであり、基板はＳｉである。その結果、図４に例示したように、ＳｉＨ₄ベースＳｉＮ膜では、４時間の紫外線照射で−１．３×１０^-2という大きな屈折率変化が観測でき、また、水素ローディングを行わなくても屈折率の経時変化が見られず、極めて有用な特性を持つことがわかった。

これは、材料自体が多量のＨ₂を含むことにより水素ローディングを行った場合と同様に経時変化抑止効果が得られたことによるものと考えられる。

次に、同じ条件でＳｉＨ₄ベースＳｉＮ膜と４ＭＳベースＳｉＮ膜に紫外線を照射した場合の屈折率変化量を、図５に比較して例示する。図５より、４ＭＳベースＳｉＮ薄膜ではほとんど屈折率の変化が見られない。両者の屈折率がほぼ等しいことから、リングコア材料としてＳｉＨ₄ベースＳｉＮを用い、バスライン材料として４ＭＳベースＳｉＮを用いれば、等価屈折率を近づけることができ、さらにリング共振器に紫外線を照射したときのバスラインの屈折率変化を考慮する必要がなくなる。

紫外線照射時間に対する屈折率の変化から中心波長のシフト量を算出した結果を、図６に例示する。リング半径１０μｍ、コア幅１．５μｍ、コア厚１．５μｍのリング共振器を仮定すると、４時間照射で最大１１．５ｎｍの中心波長シフトが得られることがわかった。

また、中心波長は紫外線照射時間に対して線形に変化しており、照射時間による中心波長シフト量の制御が容易であることがわかる。

ここで、実際にＳｉＨ₄ベースＳｉＮ膜をリングコアに用いてリング共振器型波長フィルタ（リング半径Ｒ＝１０ｎｍ）を作製し、それに対して紫外線照射を行い、中心波長シフト量を測定した。図７はその測定結果の一例を示したものである。この図７から明らかなように、実際には上記算出した理論値−１１．４ｎｍよりも大幅に大きなシフト量である−１２．４ｎｍを得ることができた。また、トリミング後の中心波長の測定結果の一例は図８に示したとおりであり、２５０時間以上にわたり経時変化は観測されていない。

したがって、中心波長のシフト効果および経時変化抑止効果ともに極めて優れたトリミング方法を実現できたことがわかる。

なお、以上の例ではリング共振器型波長フィルタを中心に説明したが、この出願の発明の中心波長トリミング方法は当然、それ以外の様々な波長フィルタ、たとえばマッハツェンダー型波長フィルタ、ファブリ・ペロー型波長フィルタ、アレイ導波路格子型波長フィルタなど、に適用できることは言うまでもなく、それぞれのコアにＳｉＮ（好ましくはＳｉＨ₄ベースや４ＭＳベースＳｉＮ）を用いればよい。いずれの波長フィルタであっても同様に優れたトリミングを実現できるのである。

以上の知見に基づくこの出願の発明の実施例について述べる。

この出願の発明によれば、上述したとおりの紫外線照射によるコア等価屈折率の高精度且つ高安定な変化効果を利用することで、高効率なグレーティングの作製を実現することができる。

従来は光グレーティングを作製するために様々な技術が提案されているが、そのい
ずれも屈折率変化の制御を高精度且つ高安定で行うことができず、高効率でグレーティングを作製できるものではなかった。そこで、この出願の発明は以下に詳細に説明するグレーティング作製方法を提供する。

図９は、このグレーティング作製方法について説明するための図である。この図１０に例示したように、まず、Ｓｉ等の基板（１００）上にＳｉＯ₂等の下部クラッド（２００）およびＳｉＮを用いたＳｉＮコア（３００）を成膜する。続いてこのＳｉＮコア（３００）上に、互いに干渉し合う２光束の紫外線を異なる方向から照射する。これにより、ＳｉＮコア（３００）において、紫外線の２光束干渉に従って屈折率が互い違いに異なる干渉縞が現れて、グレーティング（５００）が形成される。後はこの上に上部クラッド（４００）を成膜すればよい。

これによれば、コア材料としてＳｉＮを用い、且つそれに対する紫外線の２光束干渉照射を行うことで、屈折率制御をより容易に且つ高精度で行い、高効率でグレーティング（５００）を作製することができるのである。もちろんＳｉＮコア（３００）にＳｉＨ₄ベースＳｉＮまたは４ＭＳベースＳｉＮを用いることが好ましいのは、前述のトリミング方法と同様であり、また水素ローディングをさらに適用してもよい。

この出願の発明は以上の実施例に限定されるものではなく、細部については様々な態様が可能であることは言うまでもない。

リング共振器型波長フィルタの一実施形態を示した斜視図である。作製誤差による中心波長誤差の一例を示した図である。この出願の発明の中心波長トリミング方法について説明するための図である。ＳｉＨ₄ベースＳｉＮへの紫外線照射による屈折率変化および経時変化の測定値の一例を示した図である。ＳｉＨ₄ベースＳｉＮ膜と４ＭＳベースＳｉＮ膜の紫外線誘起屈折率変化の一比較例を示した図である。屈折率変化を示した中心波長シフト量の計算値の一例を示した図である。ＳｉＨ₄ベースＳｉＮリングコアへの紫外線照射による中心波長シフト量の測定値の一例を示した図である。ＵＶトリミング後の中心波長の測定値の一例を示した図である。この出願の発明のグレーティング作製方法について説明するための図である。

符号の説明

１００基板
２００下部クラッド
３００ＳｉＮコア
４００上部クラッド
５００グレーティング

Claims

下部クラッド上にＳｉＮ層を成膜し、該ＳｉＮ層上に紫外線を２光束干渉照射する、ことを特徴とするグレーティング作製方法。
ＳｉＮ層にＳｉＨ₄（モノシラン）ベースＳｉＮを用いることを特徴とする請求項１記載のグレーティング作製方法。
ＳｉＮ層に４ＭＳ（テトラメチルシラン）ベースＳｉＮを用いることを特徴とする請求項１記載のグレーティング作製方法。