JP2013113862A

JP2013113862A - 導波路型光デバイス及びその製造方法

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Publication number: JP2013113862A
Application number: JP2011257078A
Authority: JP
Inventors: Teruo Kurahashi; 輝雄倉橋; Shinsuke Tanaka; 信介田中
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2011-11-25
Filing date: 2011-11-25
Publication date: 2013-06-10
Anticipated expiration: 2031-11-25
Also published as: JP5867016B2

Abstract

【課題】リング導波路の曲率半径を小さくしても伝播損失を抑制できる導波路型光デバイス及びその製造方法を提供する。
【解決手段】導波路型光デバイス３０は、基板４０と、基板４０上に形成されたリング導波路３２とを有する。リング導波路３２はリング状のコア４２と、クラッド４３とにより形成されている。リング状のコア４２の内周面には、リング状のコア４２よりも薄く且つリング状のコア４２の内周面に沿って所定の幅で形成されたスラブ層３３が接続されており、リング状のコア４２の外周にはスラブ層が設けられていない。
【選択図】図２

Description

本発明は、導波路型光デバイス及びその製造方法に関する。

近年、通信の高速化及び大容量化の要求に対応すべく、光デバイスが広く使用されるようになった。リング状の光導波路を有するリング共振器は、光フィルタ、光スイッチ及び光変調器などの光デバイスに用いられている。

光デバイスとトランジスタ等の電子部品とを同一基板上に集積することにより、光デバイスの小型化及び高性能化が達成される。この種の光デバイスは、成膜技術及び微細加工技術を使用して製造される。

特開２００６−２０７８５４号公報

リング導波路の曲率半径を小さくしても伝播損失を抑制できる導波路型光デバイス及びその製造方法を提供することを目的とする。

開示の技術の一観点によれは、基板と、前記基板上に配置されたリング状のコアと、前記リング状のコアの内周面に接続し、前記リング状のコアよりも薄く且つ前記リング状のコアの内周面に沿って所定の幅で形成されたスラブ層と、前記リング状のコア及び前記スラブ層を覆うクラッドとを有し、前記リング状のコア及び前記スラブ層は前記クラッドよりも屈折率が高く、前記リング状のコアの外周にはスラブ層が設けられていない導波路型光デバイスが提供される。

開示の技術の他の一観点によれば、表面に光学材料層が設けられた基板を用意する工程と、前記光学材料層の上にリング状のパターンを形成し、該パターンをマスクとして前記光学材料層をエッチングして、リング状のコアと、エッチングにより薄膜化された前記光学材料層からなるスラブ層とを形成する工程と、前記リング状のコアの内側中心部及び前記リング状のコアの外側の前記スラブ層を除去するとともに、前記リング状のコアの内周面に沿って前記スラブ層を所定の幅で残す工程と、前記リング状のコア及び前記スラブ層を前記リング状のコア及び前記スラブ層よりも屈折率が低い膜で覆う工程とを有する導波路型光デバイスの製造方法が提供される。

開示の技術の更に他の一観点によれば、表面に第１の光学材料層が設けられた基板を用意する工程と、前記第１の光学材料層上に第２の光学材料層を形成する工程と、前記第２の光学材料層上にリング状のパターンを形成し、該パターンをマスクとして前記第２の光学材料層をエッチングし、リング状のコアを形成する工程と、前記リング状のコアの内側中心部及び前記リング状のコアの外側の前記第１の光学材料層を除去するとともに、前記リング状のコアの内周面に沿って前記第１の光学材料層を所定の幅で残してスラブ層とする工程と、前記リング状のコア及び前記スラブ層を前記リング状のコア及び前記スラブ層よりも屈折率が低い膜で覆う工程とを有する導波路型光デバイスの製造方法が提供される。

開示の導波路型光デバイスは、リング導波路の曲率半径を小さくしても伝播損失を抑制することができる。

また、他の一観点によれば、リング導波路の曲率半径を小さくしても伝播損失を抑制できる導波路型光デバイスを製造することができる。

図１（ａ）は導波路型リング共振器の一例を表した平面図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＩ−Ｉ線による断面図である。図２（ａ）は第１の実施形態に係る導波路型光デバイスを表した平面図、図２（ｂ）は図２（ａ）のII−II線による断面図である。図３（ａ），（ｂ）は、実施例及び比較例のリング導波路の各部の寸法を示す図である。図４（ａ），（ｂ）は、リング導波路の曲率半径を７μｍとしたときの実施例及び比較例のリング導波路の断面における光の強度分布のシミュレーション結果を示す図である。図５（ａ），（ｂ）は、リング導波路の曲率半径を５μｍとしたときの実施例及び比較例のリング導波路の断面における光の強度分布のシミュレーション結果を示す図である。図６（ａ），（ｂ）は、リング導波路の曲率半径を３μｍとしたときの実施例及び比較例のリング導波路の断面における光の強度分布のシミュレーション結果を示す図である。図７は、第１の実施形態に係る導波路型光デバイスの第１の製造方法を工程順に示す断面図（その１）である。図８は、第１の実施形態に係る導波路型光デバイスの第１の製造方法を工程順に示す断面図（その２）である。図９（ａ）〜（ｃ）は、第１の実施形態に係る導波路型光デバイスの第２の製造方法を工程順に示す断面図である。図１０（ａ）〜（ｃ）は、第１の実施形態に係る導波路型光デバイスの第３の製造方法を工程順に示す断面図である。図１１（ａ），（ｂ）は、第２の実施形態に係る導波路型光デバイスの平面図である。

以下、実施形態について説明する前に、実施形態の理解を容易にするための予備的事項について説明する。

図１（ａ）は導波路型リング共振器の一例を表した平面図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＩ−Ｉ線による断面図である。

図１（ａ）のように、導波路型リング共振器１０は、直線導波路１１と、直線導波路１１に近接して配置されたリング導波路１２とを有する。

この導波路型リング共振器１０は、例えば図１（ｂ）のように、基板２０の上に配置された下部クラッド２１と、下部クラッド２１上に配置された直線状及びリング状パターンのコア２３と、コア２３を覆う上部クラッド２４とにより形成されている。直線導波路１１は直線状に形成されたコア２３からなり、リング導波路１２はリング状に形成されたコア２３からなる。

コア２３の屈折率は下部クラッド２１及び上部クラッド２４の屈折率よりも高く、光はコア２３と下部クラッド２１及び上部クラッド２４との界面で反射されながらコア２３内を移動する。

図１（ａ），（ｂ）に示す導波路型リング共振器１０では、下部クラッド２１と上部クラッド２４との間にスラブ層２３ａが薄く形成されており、スラブ層２３ａはコア２３の側面下部に接続している。スラブ層２３ａは、例えばコア２３を電気光学材料により形成した場合にコア２３に電界を印加する際の導通路として使用される。光デバイスによっては、スラブ層２３ａがないものもある。

このような構造の導波路型リング共振器１０において、導波路型リング共振器１０の共振波長は、リング導波路１２の周長とコア２３の屈折率とに関係する。コア２３を電気光学材料により形成した場合、コア２３の屈折率は電界の印加により変化する。

ところで、図１（ａ），（ｂ）に例示した導波路型リング共振器１０では、リング導波路１２の曲率半径を小さくすると、伝播損失が増加してしまう。これは、以下の理由によると考えられる。

すなわち、断面が左右対称に形成された直線状の導波路の場合、コア内を通る光の強度分布は正規分布に近い形状となり、光の強度分布の中心はコアの中心と一致する。しかし、光は直線的に進むので、リング状に形成された導波路では光の強度分布は外側に偏り、コアの外周面近傍の光の強度が高くなる。コアの外周面近傍の光の強度の変化量は導波路の曲率半径に関係し、曲率半径が小さくなるほど変化量は大きくなる。

一般的に、コアは微細加工技術を使用して形成されるが、コアの外周面及び内周面にはラフネス（微細な凹凸）が存在する。このため、コアの外周面近傍の光の強度が高いと、ラフネスの影響が大きく作用し、導波路を通る光の伝播損失が増大する。

以下、リング導波路の曲率半径を小さくしても伝播損失を抑制できる導波路型光デバイスについて説明する。

（第１の実施形態）
図２（ａ）は第１の実施形態に係る導波路型光デバイスを表した平面図、図２（ｂ）は図２（ａ）のII−II線による断面図である。なお、ここでは導波路型光デバイスが導波路型リング共振器の場合について説明する。

図２（ａ）のように、本実施形態に係る導波路型光デバイス３０は、直線導波路３１と、直線導波路３１に近接して配置されたリング導波路３２とを有する。また、リング導波路３２の内側には、リング導波路３２に沿ってスラブ層３３が設けられている。リング導波路３２の外側には、スラブ層は設けられていない。

なお、本実施形態ではリング導波路３２が円形に形成されているが、レーストラック状（長円形）に形成されていてもよい。また、本実施形態では直線導波路３１の両側にはスラブ層が設けられていないが、必要に応じて直線導波路３１の一方又は両方の側面に沿ってスラブ層が設けられていてもよい。

この導波路型光デバイス３０は、図２（ｂ）のように、基板４０上に配置された下部クラッド４１と、下部クラッド４１の上に配置された直線状及びリング状のコア４２と、コア４２を覆う上部クラッド４３とにより形成されている。直線導波路３１は直線状のコア４２からなり、リング導波路３２はリング状のコア４２からなる。

スラブ層３３は下部クラッド４１と上部クラッド４３との間に形成されており、コア４２の下部に接続している。

本実施形態では、基板４０、コア４２及びスラブ層３３がＳｉ（シリコン）により形成され、下部クラッド４１及び上部クラッド４３がＳｉＯ₂（酸化シリコン）等により形成されているものとする。但し、コア４２及びスラブ層３３は下部クラッド４１及び上部クラッド４３よりも屈折率が高い光学材料により形成されていればよく、コア４２、スラブ層３３、下部クラッド４１及び上部クラッド４３の形成材料がＳｉ又はＳｉＯ₂に限定されるものではない。例えば、コア４２がＳｉＧｅ、ＩｎＰ又はＧａＡｓにより形成されていてもよい。また、基板４０はＳｉ基板に限定されるものではなく、石英基板、ＧａＡｓ基板又はＩｎＰ基板を使用してもよい。

以下、本実施形態に係る導波路型光導波路のリング導波路断面における光の強度分布をシミュレーションした結果について、比較例と比較して説明する。

実施例として、図２（ａ），（ｂ）及び図３（ａ）に示す構造のリング導波路をシミュレーション対象とした。コア４２及びスラブ層３３はＳｉからなり、下部クラッド４１及び上部クラッド４３はＳｉＯ₂からなるものとした。また、リング導波路３２のコア４２の厚さｔ₁は２５０ｎｍ、幅Ｗ₁は５００ｎｍとし、スラブ層３３の厚さｔ₂は４０ｎｍ、幅Ｗ₂は２１０ｎｍとした。スラブ層３３は、リング導波路３２の内側のみに形成されているものとした。

一方、比較例として、図１（ａ），（ｂ）及び図３（ｂ）に示す構造のリング導波路をシミュレーション対象とした。コア２３及びスラブ層２３ａはＳｉからなり、下部クラッド２１及び上部クラッド２４はＳｉＯ₂からなるものとした。リング導波路１２のコア２３の厚さｔ₁は２１０ｎｍ、幅Ｗ₁は５００ｎｍとし、スラブ層２３ａの厚さｔ₂は４０ｎｍとした。スラブ層２３ａは、コア２３の両側に形成されているものとした。

図４（ａ），（ｂ）は、リング導波路の曲率半径を７μｍとしたときの実施例及び比較例のリング導波路の断面における光の強度分布のシミュレーション結果を示す図である。また、図５（ａ），（ｂ）は、リング導波路の曲率半径を５μｍとしたときの実施例及び比較例のリング導波路の断面における光の強度分布のシミュレーション結果を示す図である。更に、図６（ａ），（ｂ）は、リング導波路の曲率半径を３μｍとしたときの実施例及び比較例のリング導波路の断面における光の強度分布のシミュレーション結果を示す図である。

これらの図４〜図６からわかるように、比較例では曲率半径が小さくなるほどコアの外周面（図４〜図６においてコアの右側面）近傍の光の強度が高くなるのに対し、実施例ではコアの外周面近傍の光の強度の上昇が回避される。その理由は、リング導波路内を光が通る際に光の一部がリング導波路の内側に形成されたスラブ層を通り、スラブ層の分だけコアの内周側の光強度が高くなり、外周側の光強度が低くなるためと考えられる。

通常、コアは成膜技術及び微細加工技術を用いて形成されるが、コアの側面にはラフネス（微小な凹凸）が存在する。このため、コアの外周面近傍の光の強度が高いと、コアの側面のラフネスの影響が大きく作用し、伝播損失が増加する。しかし、本実施形態では、コアの外周面近傍の光の強度の上昇が回避できるため、コアの側面のラフネスの影響が少なく、伝播損失が抑制される。

なお、スラブ層３３の厚さは、コア４２の厚さの５％〜８０％とすることが好ましい。スラブ層３３の厚さがコア４２の厚さの５％よりも少ない場合は、上述の効果を十分に得ることができない。一方、スラブ層３３の厚さがコア４２の厚さの８０％を超えると、スラブ層３３が実質的にコア４２の一部となってしまうため、リング共振器の特性が大きく変化してしまう。スラブ層３３のより好ましい厚さは、コア４２の厚さの１５％〜２０％である。

また、スラブ層３３の幅は１０ｎｍ以上とすることが好ましい。スラブ層３３の幅が１０ｎｍ未満であると、上述の効果を十分に得ることができない。スラブ層３３の幅の好ましい範囲は、デバイスにより異なる。

（第１の製造方法）
図７，図８は、第１の実施形態に係る導波路型光デバイスの第１の製造方法を工程順に示す断面図である。

まず、ＳＯＩ（silicon on insulator）基板５０を用意する。ここでは、図７（ａ）のように、シリコン基板５１の上に厚さが３μｍのＳｉＯ₂層（Box-SiO₂層）５２と、厚さが２５０ｎｍのＳｉ層５３とが積層された構造のＳＯＩ基板を使用するものとする。なお、Ｓｉ層５３は光学材料層の一例である。

次に、図７（ｂ）に示す構造を得るまでの工程を説明する。上述の工程でＳＩＯ基板５０を用意した後、Ｓｉ層５３の上にＳｉＮ膜５５を約５０ｎｍの厚さに形成する。このＳｉＮ膜５５は例えばＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法により形成すればよく、成膜時の条件は、例えばチャンバ内にＳｉＨ₂Ｃｌ₂ガスとＮＨ₃ガスとを導入し、基板温度を７８０℃とする。

次に、フォトリソグラフィ法を使用して、ＳｉＮ膜５５の上に所望のリング導波路３２及び直線導波路３１のパターンでフォトレジスト膜５６を形成する。このフォトレジスト膜５６の幅でリング導波路３２及び直線導波路３１の幅が決まる。本実施形態では、フォトレジスト膜５６の幅を５００ｎｍとする。

次に、フォトレジスト膜５６をマスクとし、Ｓｉ層５３が露出するまでＳｉＮ膜５５をエッチングする。このエッチングは例えばＣＦ₄ガスを使用したＲＩＥ（Reactive Ion Etching）法により行えばよく、エッチング時の条件は例えばチャンバ内の圧力を１００mTorr（約１３．３Ｐａ）、ＲＦ（高周波）電力を１５０Ｗとする。

次に、ＳｉＮ膜５５をマスクとしてＳｉ層５３をエッチングし、ＳｉＮ膜５５で覆われていない部分のＳｉ層５３の厚さが約４０ｎｍになったところでエッチングを終了する。このエッチングも例えばＨＢｒガスを使用したＲＩＥ法により行えばよく、エッチング時の条件は、例えばチャンバ内圧力を５０mTorr（約６．７Ｐａ）、ＲＦ電力を２００Ｗとする。図７（ｂ）のように、ＳｉＮ膜５５の下に残ったＳｉ層５３がコア５４となり、それ以外の部分のＳｉ層５３がスラブ層５４ａとなる。

次に、図７（ｃ）の構造を得るまでの工程を説明する。前述の工程でコア５４及びスラブ層５４ａを形成した後、ＳｉＮ膜５５上のフォトレジスト膜５６を除去する。その後、シリコン基板５１の上側全面にＳｉＯ₂を例えば３００ｎｍの厚さに堆積させて、ＳｉＯ₂膜を形成する。このＳｉＯ₂膜は例えばＣＶＤ法により形成すればよく、成膜時の条件は、例えばチャンバ内にＳｉＨ₄（２０％）／Ｈｅ（８０％）の混合ガスとＮ₂Ｏガスとを導入し、基板温度を例えば８００℃とする。

次に、上述の工程で形成したＳｉＯ₂膜を異方性エッチングして、コア５４の両側部にＳｉＯ₂からなるサイドウォール５７を形成する。この異方性エッチングは、例えばＣＦ₄ガスを用いたＲＩＥ法により行えばよく、エッチング条件は例えばチャンバ内の圧力を１．８Torr（約２４０Ｐａ）、ＲＦ電力を１５０Ｗとする。

次に、図７（ｄ）の構造を得るまでの工程を説明する。上述の工程でサイドウォール５７を形成した後、フォトリソグラフィ法によりリング導波路の内側部分を覆うフォトレジスト膜５８を形成する。この場合、フォトレジスト膜５８のエッジがＳｉＮ膜５５と重なっていればよく、ＳｉＮ膜５５の幅の範囲内であればフォトレジスト膜５８の位置ずれは許容される。

その後、例えば濃度が０．５ｗｔ％のフッ酸により、フォトレジスト膜５８で覆われていない部分のサイドウォール５７、すなわちリング導波路の外側のサイドウォールと直線導波路の両側のサイドウォールとをエッチングにより除去する。なお、ＳｉＮ膜５５はフッ酸でエッチングされないので、図７（ｄ）のようにフォトレジスト膜５８がＳｉＮ膜５５の上を完全に覆っていなくてもよい。また、直線導波路の一方又は両方の側にスラブ層５４ａを残す場合は、直線導波路の一方又は両方の側のサイドウォールの上をフォトレジスト膜５８で覆っておく。

次に、図８（ａ）のように、フォトレジスト膜５８を除去する。そして、ＳｉＮ膜５５及びサイドウォール５７をマスクとしてスラブ層５４ａを例えばＨＢｒガスを使用したＲＩＥ法によりエッチングする。

その後、図８（ｂ）のように、シリコン基板５１の上側全面にＳｉＯ₂膜５９を約１μｍの厚さに形成する。このＳｉＯ₂膜５９は例えばＣＶＤ法により形成すればよく、成膜時の条件は例えばチャンバ内にＳｉＨ₄（２０％）／Ｈｅ（８０％）の混合ガスとＮ₂Ｏガスとを導入し、基板温度を７９０℃とする。その後、必要に応じて、ＳｉＯ₂膜５９の表面を研磨して平坦化する。

このようにして、図２（ａ），（ｂ）に示す構造の導波路型光デバイス３０が完成する。なお、図８（ｂ）のＳｉＯ₂層５２、コア５４及びスラブ層５４ａはそれぞれ図２（ｂ）の下部クラッド４１、コア４２及びスラブ層３３に対応し、図８（ｂ）のサイドウォール５７、ＳｉＮ膜５５及びＳｉＯ₂膜５９は図２の上部クラッド４３に対応する。

上述した第１の製造方法では、リング導波路３２の内側のスラブ層５４ａの幅がＳｉＯ₂膜を異方性エッチングして形成したサイドウォール５７の幅により決定されるので、スラブ層５４ａの幅が均一になるという利点がある。

（第２の製造方法）
図９（ａ）〜（ｃ）は、第１の実施形態に係る導波路型光デバイスの第２の製造方法を工程順に示す断面図である。

まず、第１の製造方法と同様に、シリコン基板５１の上にＳｉＯ₂層５２及びＳｉ層５３が積層されたＳＯＩ基板５０を用意する（図７（ａ）参照）。そして、図９（ａ）のように、Ｓｉ層５３の上にＳｉＮ膜５５を形成し、ＳｉＮ膜５５の上にフォトレジスト膜５６を所望の直線導波路及びリング導波路のパターンで形成する。

次に、フォトレジスト膜５６をマスクとしてＳｉＮ膜５５をエッチングする。その後、ＳｉＮ膜５５をマスクとしてＳｉ層５３をエッチングし、コア５４及びスラブ層５４ａを形成する。コア５４及びスラブ層５４ａを形成した後、ＳｉＮ膜５５上のフォトレジスト膜５６を除去する。

次に、図９（ｂ）のように、シリコン基板５１の上側全面にフォトレジストを塗布し、露光及び現像処理を実施して、リング導波路となるコア５４の上からスラブ層５４ａとなる領域の上までを覆うフォトレジスト膜６１を形成する。

次に、フォトレジスト膜６１をマスクとし、ＳｉＯ₂層５２が露出するまでスラブ層５４ａをエッチングする。その後、フォトレジスト膜６１を除去し、図９（ｃ）のようにシリコン基板５１の上側全面にＳｉＯ₂膜５９を形成する。これにより、図２（ａ），（ｂ）に示す構造の導波路型光デバイス３０が完成する。

第２の製造方法では、フォトレジスト膜６１の位置ずれによりスラブ層５４ａの幅が変化するおそれがあるものの、サイドウォールを形成する工程がないので、第１の製造方法に比べて製造が容易であるという利点がある。

（第３の製造方法）
図１０（ａ）〜（ｃ）は、第１の実施形態に係る導波路型光デバイスの第３の製造方法を工程順に示す断面図である。

まず、第１の製造方法と同様に、シリコン基板５１の上にＳｉＯ₂層５２及びＳｉ層５３が積層されたＳＯＩ基板５０を用意する（図７（ａ）参照）。ここでは、ＳｉＯ₂層５２の厚さが３μｍであり、Ｓｉ層５３の厚さが５０ｎｍであるとする。Ｓｉ層５３は第１の光学材料層の一例である。

次に、図１０（ａ）のように、Ｓｉ層５３の上にＳｉＧｅ層６５を２００ｎｍの厚さにエピタキシャル成長させる。ＳｉＧｅ層６５は第２の光学材料層の一例である。

次いで、図１０（ｂ）に示す構造を得るまでの工程を説明する。上述の工程でＳｉＧｅ層６５を形成した後、ＳｉＧｅ層６５の上にＳｉＮ膜６７を形成する。その後、ＳｉＮ膜６７の上にフォトレジスト膜６８を所望の直線導波路及びリング導波路のパターンで形成する。

次に、フォトレジスト膜６８をマスクとしてＳｉＮ膜６７をエッチングする。その後、ＳｉＮ膜６７をマスクとし、ＲＩＥ法によりＳｉ層５３が露出するまでＳｉＧｅ層６５をエッチングする。この場合、Ｓｉ層５３とＳｉＧｅ層６５とのエッチングレートが異なる条件でエッチングを行うことにより、Ｓｉ層５３を殆どエッチングすることなくＳｉＧｅ層６５をエッチングすることができる。ＳｉＧｅ層６５をエッチングした後、ＳｉＮ膜６７上のフォトレジスト膜６８を除去する。

次に、図１０（ｃ）に示す構造を得るまでの工程を説明する。上述の工程でＳｉＧｅ層６５をエッチングした後、第１の実施形態と同様に、シリコン基板５１の上側全面にＳｉＯ₂膜を形成し、このＳｉＯ₂膜を異方性エッチングしてサイドウォール６９を形成する。そして、フォトレジスト膜（図示せず）を使用してリング導波路の外側及び直線導波路の両側のサイドウォール６９を選択的に除去し、リング導波路の内側のみにサイドウォール６９を残す。

次に、残存するサイドウォール６９をマスクとしてＳｉ層５３をエッチングした後、シリコン基板５１の上側全面にＳｉＯ₂膜５９を形成する。サイドウォール６９の下に残存するＳｉ層５３がスラブ層５３ａとなる。また、ＳｉＧｅ層６５及びその下方のＳｉ層５３はコアとなる。このようにして、図２（ａ），（ｂ）に示す構造の導波路型光デバイス３０が完成する。

第３の製造方法では、ＳｉとＳｉＧｅとのエッチングレートの差を利用することにより、所望の厚さのスラブ層５３ａを容易に形成できるという利点がある。

（第２の実施形態）
図１１（ａ），（ｂ）は、第２の実施形態に係る導波路型光デバイスの平面図である。図１１（ａ）に示す導波路型光デバイス８０は、直線導波路８１に沿って半径が同一の２つのリング導波路８２ａ，８２ｂを配置している。リング導波路８２ａ，８２ｂの内側には、リング導波路８２ａ，８２ｂに沿ってスラブ層８３が設けられている。この導波路型光デバイス８０では、図２に示す導波路型光デバイス３０に比べて位相の変調が大きくなる。

図１１（ｂ）に示す導波路型光デバイス８５は、直線導波路８６に沿って半径が相互に異なる２つのリング導波路８７ａ，８７ｂを配置している。リング導波路８７ａ，８７ｂの内側には、リング導波路８７ａ，８７ｂに沿ってスラブ層８８が設けられている。この導波路型光デバイス８０では、図２に示す導波路型光デバイス３０に比べて帯域が広くなる。

以上の諸実施形態に関し、更に以下の付記を開示する。

（付記１）基板と、
前記基板上に配置されたリング状のコアと、
前記リング状のコアの内周面に接続し、前記リング状のコアよりも薄く且つ前記リング状のコアの内周面に沿って所定の幅で形成されたスラブ層と、
前記リング状のコア及び前記スラブ層を覆うクラッドとを有し、
前記リング状のコア及び前記スラブ層は前記クラッドよりも屈折率が高く、前記リング状のコアの外周にはスラブ層が設けられていないことを特徴とする導波路型光デバイス。

（付記２）前記スラブ層の厚さが均一であることを特徴とする付記１に記載の導波路型光デバイス。

（付記３）前記スラブ層の幅が均一であることを特徴とする付記１又は２に記載の導波路型光デバイス。

（付記４）前記リング状のコアに近接して直線状のコアが配置されていることを特徴とする付記１乃至３のいずれか１項に記載の導波路型光デバイス。

（付記５）前記スラブ層の幅が１０ｎｍ以上であることを特徴とする付記１乃至４のいずれか１項に記載の導波路型光デバイス。

（付記６）前記スラブ層の厚さが前記リング状のコアの厚さの５％乃至８０％の範囲内であることを特徴とする付記１乃至５のいずれか１項に記載の導波路型光デバイス。

（付記７）前記基板が、半導体により形成されていることを特徴とする付記１乃至６のいずれか１項に記載の導波路型光デバイス。

（付記８）前記リング状のコア及び前記スラブ層が同一の材料により形成されていることを特徴とする付記１乃至７のいずれか１項に記載の導波路型光デバイス。

（付記９）前記リング状のコア及び前記スラブ層が相互に異なる材料により形成されていることを特徴とする付記１乃至７のいずれか１項に記載の導波路型光デバイス。

（付記１０）前記コア及びスラブ層が、シリコンを主成分とする材料により形成されていることを特徴とする付記１乃至７のいずれか１項に記載の導波路型光デバイス。

（付記１１）前記直線状のコアの長さ方向に沿って、前記リング状のコアが複数配置されていることを特徴とする付記４に記載の導波路型光デバイス。

（付記１２）表面に光学材料層が設けられた基板を用意する工程と、
前記光学材料層の上にリング状のパターンを形成し、該パターンをマスクとして前記光学材料層をエッチングして、リング状のコアと、エッチングにより薄膜化された前記光学材料層からなるスラブ層とを形成する工程と、
前記リング状のコアの内側中心部及び前記リング状のコアの外側の前記スラブ層を除去するとともに、前記リング状のコアの内周面に沿って前記スラブ層を所定の幅で残す工程と、
前記リング状のコア及び前記スラブ層を前記リング状のコア及び前記スラブ層よりも屈折率が低い膜で覆う工程と
を有することを特徴とする導波路型光デバイスの製造方法。

（付記１３）前記リング状のコアの内側中心部及び前記リング状のコアの外側の前記スラブ層を除去するとともに、前記リング状のコアの内周面に沿って前記スラブ層を所定の幅で残す工程は、
前記基板上に前記光学材料層よりも屈折率が低い第１の膜を形成する工程と、
前記第１の膜を異方性エッチングして前記リング状のコアの側部にサイドウォールを形成する工程と、
前記サイドウォールをマスクとして前記スラブ層をエッチングする工程とを含むことを特徴とする付記１２に記載の導波路型光デバイスの製造方法。

（付記１４）前記リング状のコアの内側中心部及び前記リング状のコアの外側の前記スラブ層を除去するとともに、前記リング状のコアの内周面に沿って前記スラブ層を所定の幅で残す工程は、
前記リング状のコアの上から前記リング状のコアの内周面近傍の領域の前記スラブ層を覆うレジスト膜を形成する工程と、
前記レジスト膜をマスクとして前記スラブ層をエッチングする工程と、
前記レジスト膜を除去する工程と
を含むことを特徴とする付記１２に記載の導波路型光デバイスの製造方法。

（付記１５）表面に第１の光学材料層が設けられた基板を用意する工程と、
前記第１の光学材料層上に第２の光学材料層を形成する工程と、
前記第２の光学材料層上にリング状のパターンを形成し、該パターンをマスクとして前記第２の光学材料層をエッチングし、リング状のコアを形成する工程と、
前記リング状のコアの内側中心部及び前記リング状のコアの外側の前記第１の光学材料層を除去するとともに、前記リング状のコアの内周面に沿って前記第１の光学材料層を所定の幅で残してスラブ層とする工程と、
前記リング状のコア及び前記スラブ層を前記リング状のコア及び前記スラブ層よりも屈折率が低い膜で覆う工程と
を有することを特徴とする導波路型光デバイスの製造方法。

（付記１６）前記リング状のコアの内側中心部及び前記リング状のコアの外側の前記スラブ層を除去するとともに、前記リング状のコアの内周面に沿って前記スラブ層を所定の幅で残す工程は、
前記基板上に前記第１の光学材料層及び前記第２の光学材料層よりも屈折率が低い第１の膜を形成する工程と、
前記第１の膜を異方性エッチングして前記コアの側部にサイドウォールを形成する工程と、
前記サイドウォールをマスクとして前記第１の光学材料層をエッチングする工程とを含むことを特徴とする付記１５に記載の導波路型光デバイスの製造方法。

（付記１７）前記第１の光学材料層と前記第２の光学材料層は、前記第２の光学材料層をエッチングする際のエッチングレートが異なることを特徴とする付記１５に記載の導波路型光デバイスの製造方法。

１０…導波路型リング共振器、１１…曲線導波路、１２…リング導波路、２０…基板、２１…下部クラッド、２３…コア、２３ａ…スラブ層、２４…上部クラッド、３０…導波路型光デバイス、３１…直線導波路、３２…リング導波路、３３…スラブ層、４０…基板、４１…下部クラッド、４２…コア、４３…上部クラッド，５０…ＳＯＩ基板、５１…シリコン基板、５２…ＳｉＯ₂層、５３…Ｓｉ層、５３ａ，５４ａ…スラブ層、５４…コア、５５…ＳｉＮ膜、５６，５８，６１…フォトレジスト膜、５７，６９…サイドウォール、５９…ＳｉＯ₂膜、６５…ＳｉＧｅ層、８０，８５…導波路型光デバイス、８１，８６…直線導波路、８２ａ，８２ｂ，８７ａ，８７ｂ…リング導波路、８３，８８…スラブ層。

Claims

基板と、
前記基板上に配置されたリング状のコアと、
前記リング状のコアの内周面に接続し、前記リング状のコアよりも薄く且つ前記リング状のコアの内周面に沿って所定の幅で形成されたスラブ層と、
前記リング状のコア及び前記スラブ層を覆うクラッドとを有し、
前記リング状のコア及び前記スラブ層は前記クラッドよりも屈折率が高く、前記リング状のコアの外周にはスラブ層が設けられていないことを特徴とする導波路型光デバイス。
前記リング状のコアに近接して直線状のコアが配置されていることを特徴とする請求項１に記載の導波路型光デバイス。
前記スラブ層の幅が１０ｎｍ以上であることを特徴とする請求項１又は２に記載の導波路型光デバイス。
前記基板が、半導体により形成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の導波路型光デバイス。
前記直線状のコアの長さ方向に沿って、前記リング状のコアが複数配置されていることを特徴とする請求項２に記載の導波路型光デバイス。
表面に光学材料層が設けられた基板を用意する工程と、
前記光学材料層の上にリング状のパターンを形成し、該パターンをマスクとして前記光学材料層をエッチングして、リング状のコアと、エッチングにより薄膜化された前記光学材料層からなるスラブ層とを形成する工程と、
前記リング状のコアの内側中心部及び前記リング状のコアの外側の前記スラブ層を除去するとともに、前記リング状のコアの内周面に沿って前記スラブ層を所定の幅で残す工程と、
前記リング状のコア及び前記スラブ層を前記リング状のコア及び前記スラブ層よりも屈折率が低い膜で覆う工程と
を有することを特徴とする導波路型光デバイスの製造方法。
前記リング状のコアの内側中心部及び前記リング状のコアの外側の前記スラブ層を除去するとともに、前記リング状のコアの内周面に沿って前記スラブ層を所定の幅で残す工程は、
前記基板上に前記光学材料層よりも屈折率が低い第１の膜を形成する工程と、
前記第１の膜を異方性エッチングして前記リング状のコアの側部にサイドウォールを形成する工程と、
前記サイドウォールをマスクとして前記スラブ層をエッチングする工程とを含むことを特徴とする請求項６に記載の導波路型光デバイスの製造方法。
前記リング状のコアの内側中心部及び前記リング状のコアの外側の前記スラブ層を除去するとともに、前記リング状のコアの内周面に沿って前記スラブ層を所定の幅で残す工程は、
前記リング状のコアの上から前記リング状のコアの内周面近傍の領域の前記スラブ層を覆うレジスト膜を形成する工程と、
前記レジスト膜をマスクとして前記スラブ層をエッチングする工程と、
前記レジスト膜を除去する工程と
を含むことを特徴とする請求項６に記載の導波路型光デバイスの製造方法。
表面に第１の光学材料層が設けられた基板を用意する工程と、
前記第１の光学材料層上に第２の光学材料層を形成する工程と、
前記第２の光学材料層上にリング状のパターンを形成し、該パターンをマスクとして前記第２の光学材料層をエッチングし、リング状のコアを形成する工程と、
前記リング状のコアの内側中心部及び前記リング状のコアの外側の前記第１の光学材料層を除去するとともに、前記リング状のコアの内周面に沿って前記第１の光学材料層を所定の幅で残してスラブ層とする工程と、
前記リング状のコア及び前記スラブ層を前記リング状のコア及び前記スラブ層よりも屈折率が低い膜で覆う工程と
を有することを特徴とする導波路型光デバイスの製造方法。
前記リング状のコアの内側中心部及び前記リング状のコアの外側の前記スラブ層を除去するとともに、前記リング状のコアの内周面に沿って前記スラブ層を所定の幅で残す工程は、
前記基板上に前記第１の光学材料層及び前記第２の光学材料層よりも屈折率が低い第１の膜を形成する工程と、
前記第１の膜を異方性エッチングして前記コアの側部にサイドウォールを形成する工程と、
前記サイドウォールをマスクとして前記第１の光学材料層をエッチングする工程とを含むことを特徴とする請求項９に記載の導波路型光デバイスの製造方法。