JP3204493B2 - 位相調整機能付光導波路の作製方法 - Google Patents
位相調整機能付光導波路の作製方法Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、位相調整機能付光
導波路の作製方法に関する。詳しくは、省電力で光路長
を調節することができる単一モード光導波路の作製方法
に関する。
導波路の作製方法に関する。詳しくは、省電力で光路長
を調節することができる単一モード光導波路の作製方法
に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、平面基板上に作製される単一モー
ド光導波路、特にシリコン基板上に作製可能な石英系ガ
ラス単一モード光導波路は、光ファイバーとの整合性に
優れており、実用的な導波路形光部品の実現手段として
期待されている。
ド光導波路、特にシリコン基板上に作製可能な石英系ガ
ラス単一モード光導波路は、光ファイバーとの整合性に
優れており、実用的な導波路形光部品の実現手段として
期待されている。
【０００３】とりわけ、石英系ガラス単一モード光導波
路より構成される導波型光干渉計は、単一モード光ファ
イバー通信用などの重要な光部品として期待されてい
る。ここで、導波型光干渉計の分野においては、伝搬光
の位相を調節する機能を光導波路に具備させることが必
要であり、また、実用上は、伝搬光の位相を調節するた
めに必要な電力を如何に小さくするかが大きなポイント
となっている。
路より構成される導波型光干渉計は、単一モード光ファ
イバー通信用などの重要な光部品として期待されてい
る。ここで、導波型光干渉計の分野においては、伝搬光
の位相を調節する機能を光導波路に具備させることが必
要であり、また、実用上は、伝搬光の位相を調節するた
めに必要な電力を如何に小さくするかが大きなポイント
となっている。
【０００４】図６に基本的な従来の位相調整部を有する
光導波路の概略構成例として、例えば、石英系ガラス導
波路における例を示す。同図に示すように、シリコン基
板１上に石英系ガラスよりなるクラッド層２が形成され
ると共にこのクラッド層２には石英系ガラスよりなるコ
ア部３が埋め込まれ、更に、このコア部３の上部のクラ
ッド層２の表面に位相調整器として薄膜ヒータ４が形成
されている。
光導波路の概略構成例として、例えば、石英系ガラス導
波路における例を示す。同図に示すように、シリコン基
板１上に石英系ガラスよりなるクラッド層２が形成され
ると共にこのクラッド層２には石英系ガラスよりなるコ
ア部３が埋め込まれ、更に、このコア部３の上部のクラ
ッド層２の表面に位相調整器として薄膜ヒータ４が形成
されている。
【０００５】このような石英系導波路構造は、ＳiＣ
l4、ＧeＣl4などの原料ガスの加水分解反応を利用した
ガラス膜の堆積技術、反応性イオンエッチング技術及び
ウェットエッチングの組み合わせにより作製される。以
上のような構成において、薄膜ヒータ４に通電し、クラ
ッド層３を介してコア部２を加熱すると、いわゆる熱光
学効果により、コア部２の屈折率が増加し、薄膜ヒータ
４の下部の実効的な光路長が変化し、伝搬光の位相を変
化させることができる。石英系ガラスの屈折率の温度変
化に対する変化率ｄｎ／ｄＴは、１０ -5［１／℃］程度
であるから、１ｃｍの長さに渡って光導波路の温度を１
０℃上昇させると、１μｍ程度光路長を変化させること
ができる。
l4、ＧeＣl4などの原料ガスの加水分解反応を利用した
ガラス膜の堆積技術、反応性イオンエッチング技術及び
ウェットエッチングの組み合わせにより作製される。以
上のような構成において、薄膜ヒータ４に通電し、クラ
ッド層３を介してコア部２を加熱すると、いわゆる熱光
学効果により、コア部２の屈折率が増加し、薄膜ヒータ
４の下部の実効的な光路長が変化し、伝搬光の位相を変
化させることができる。石英系ガラスの屈折率の温度変
化に対する変化率ｄｎ／ｄＴは、１０ -5［１／℃］程度
であるから、１ｃｍの長さに渡って光導波路の温度を１
０℃上昇させると、１μｍ程度光路長を変化させること
ができる。
【０００６】しかしながら、図６のような構成において
は、薄膜ヒータ４により発生した熱は、コア部２の近傍
の温度上昇に費される他、大部分の熱はシリコン基板１
に拡散してしまうので、加熱効率が悪く消費電力が増大
してしまう。また、同一シリコン基板１上に複数個の位
相調節に用いる薄膜ヒータを集積化すると、シリコン基
板１を介して、一方の薄膜ヒータの熱が近傍にある他の
導波路まで伝わり、相互干渉を起こしてしまう。
は、薄膜ヒータ４により発生した熱は、コア部２の近傍
の温度上昇に費される他、大部分の熱はシリコン基板１
に拡散してしまうので、加熱効率が悪く消費電力が増大
してしまう。また、同一シリコン基板１上に複数個の位
相調節に用いる薄膜ヒータを集積化すると、シリコン基
板１を介して、一方の薄膜ヒータの熱が近傍にある他の
導波路まで伝わり、相互干渉を起こしてしまう。
【０００７】そこで、これらの問題を解決すべく、図５
に示す方法が提案されている（特開平１−１５８４１３
号）。図５に示す光導波路では、コア部３の長手方向に
沿って、その左右４か所にシリコン基板１まで達する溝
５１ａ，５１ｂ，５２ｃ，５２ｄをクラッド層２に設け
ると共にコア部３の直下におけるシリコン基板１に空胴
としてシリコン基板除去領域５４を設けることにより、
コア部３を含むクラッド層２である光導波路部５３ａを
シリコン基板１より分離し、この光導波路部５３ａを５
００μｍ間隔のブリッジ構造部５２ａ、５２ｂを介して
クラッド層２より支えている点が図６に示すものと異な
る。
に示す方法が提案されている（特開平１−１５８４１３
号）。図５に示す光導波路では、コア部３の長手方向に
沿って、その左右４か所にシリコン基板１まで達する溝
５１ａ，５１ｂ，５２ｃ，５２ｄをクラッド層２に設け
ると共にコア部３の直下におけるシリコン基板１に空胴
としてシリコン基板除去領域５４を設けることにより、
コア部３を含むクラッド層２である光導波路部５３ａを
シリコン基板１より分離し、この光導波路部５３ａを５
００μｍ間隔のブリッジ構造部５２ａ、５２ｂを介して
クラッド層２より支えている点が図６に示すものと異な
る。
【０００８】この光導波路は、先ず、従来より用いられ
ている火炎堆積技術と反応性エッチングによる微細加工
技術の組み合わせにより石英系ガラス基板をシリコン基
板１上に作製し、次いで、真空蒸着法と化学エッチング
により、薄膜ヒータを４を形成し、引続き、溝５１ａ，
５１ｂ，５２ａ，５２ｂを反応性エッチングにより作製
し、その後、これらの溝５１ａ，５１ｂ，５２ａ，５２
ｂを連通するように化学エッチングすることにより、シ
リコン基板除去領域５４を形成することにより作製す
る。化学エッチングの際には、シリコン基板１の裏面は
腐食されないようにマスキングしている。
ている火炎堆積技術と反応性エッチングによる微細加工
技術の組み合わせにより石英系ガラス基板をシリコン基
板１上に作製し、次いで、真空蒸着法と化学エッチング
により、薄膜ヒータを４を形成し、引続き、溝５１ａ，
５１ｂ，５２ａ，５２ｂを反応性エッチングにより作製
し、その後、これらの溝５１ａ，５１ｂ，５２ａ，５２
ｂを連通するように化学エッチングすることにより、シ
リコン基板除去領域５４を形成することにより作製す
る。化学エッチングの際には、シリコン基板１の裏面は
腐食されないようにマスキングしている。
【０００９】このような、シリコン基板１から分離した
構造の導波路の構造は、シリコン基板除去領域５４にお
いて断熱効果が生じるため、前述した図６に示す基本的
な構造の導波路に比べて、約１０分の１の消費電力で位
相調節を実現することができた。
構造の導波路の構造は、シリコン基板除去領域５４にお
いて断熱効果が生じるため、前述した図６に示す基本的
な構造の導波路に比べて、約１０分の１の消費電力で位
相調節を実現することができた。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図５に
示す断熱用の溝を形成した導波路は構造上から基板より
分離しているため、光導波路部５３ａ，５３ｂの幅、厚
さ及び導波路と基板を接続しているブリッジ構造部５２
ａ，５２ｂの幅が約５０μｍと細いため機械的な強度が
弱く、作製後の取扱が難しくなるという問題があった。
つまり、図５に示す構造の場合は、作製されたブリッジ
構造の導波路は指で触ると折れてしまう程強度的に弱
く、取り扱いが難しかったのである。
示す断熱用の溝を形成した導波路は構造上から基板より
分離しているため、光導波路部５３ａ，５３ｂの幅、厚
さ及び導波路と基板を接続しているブリッジ構造部５２
ａ，５２ｂの幅が約５０μｍと細いため機械的な強度が
弱く、作製後の取扱が難しくなるという問題があった。
つまり、図５に示す構造の場合は、作製されたブリッジ
構造の導波路は指で触ると折れてしまう程強度的に弱
く、取り扱いが難しかったのである。
【００１１】また、ヒータ４に加える電力を大きくする
と熱応力により導波路部が破断してしまうこともあっ
た。現実的に実用に供される回路には図５に示した構造
は用いられず、図６に示した構造が用いられる場合が殆
どである。これは、前述した機械的強度や煩雑な作製工
程が実用上問題となっていることに他ならない。本発明
は、上記従来技術に鑑みてなされたものであり、機械的
強度が強く且つより簡便な方法で部分的な断熱構造を有
する位相調整機能付光導波路の製造方法を提供すること
を目的とする。
と熱応力により導波路部が破断してしまうこともあっ
た。現実的に実用に供される回路には図５に示した構造
は用いられず、図６に示した構造が用いられる場合が殆
どである。これは、前述した機械的強度や煩雑な作製工
程が実用上問題となっていることに他ならない。本発明
は、上記従来技術に鑑みてなされたものであり、機械的
強度が強く且つより簡便な方法で部分的な断熱構造を有
する位相調整機能付光導波路の製造方法を提供すること
を目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】斯かる目的を達成する本
発明の請求項１に係る位相調整機能付光導波路の作製方
法は、基板上に形成されるクラッド層と、該クラッド層
に埋め込まれたコア部と、前記コア部の上部に設けられ
た光路長を調節するための位相調整用ヒータとを備えた
位相調整機能付光導波路の作製方法であって、前記基板
の一部を機械加工により除去して除去領域を形成する手
順と、前記除去領域に適合する形状に、前記基板より熱
伝導率が低い材料を機械加工により形成し、その後両基
板を一体化することで複合基板を形成する手順と、前記
複合基板上に、前記クラッド層と前記コア部とからなる
光導波路を作製する手順と、前記熱伝導率が低い材料の
上部に位相調整用ヒータを作製する手順からなることを
特徴とする。
発明の請求項１に係る位相調整機能付光導波路の作製方
法は、基板上に形成されるクラッド層と、該クラッド層
に埋め込まれたコア部と、前記コア部の上部に設けられ
た光路長を調節するための位相調整用ヒータとを備えた
位相調整機能付光導波路の作製方法であって、前記基板
の一部を機械加工により除去して除去領域を形成する手
順と、前記除去領域に適合する形状に、前記基板より熱
伝導率が低い材料を機械加工により形成し、その後両基
板を一体化することで複合基板を形成する手順と、前記
複合基板上に、前記クラッド層と前記コア部とからなる
光導波路を作製する手順と、前記熱伝導率が低い材料の
上部に位相調整用ヒータを作製する手順からなることを
特徴とする。
【００１３】また、上記目的を達成する本発明の請求項
２に係る位相調整機能付光導波路の作製方法は、請求項
１において、更に、前記クラッド層はＳiＯ2を主成分と
する石英系ガラスであり、且つ、前記コア部はＳiＯ2を
主成分とする石英系ガラスであり、前記複合基板のうち
熱伝導率が比較的低い材料として石英が用いられ、前記
複合基板のうち熱伝導率が比較的高い材料としてシリコ
ンが用いられることを特徴とする。
２に係る位相調整機能付光導波路の作製方法は、請求項
１において、更に、前記クラッド層はＳiＯ2を主成分と
する石英系ガラスであり、且つ、前記コア部はＳiＯ2を
主成分とする石英系ガラスであり、前記複合基板のうち
熱伝導率が比較的低い材料として石英が用いられ、前記
複合基板のうち熱伝導率が比較的高い材料としてシリコ
ンが用いられることを特徴とする。
【００１４】
【００１５】
【発明の実施の形態】本発明の位相調整機能付光導波路
は、基板上に作製される、コア部をクラッド層が取り囲
んでなる光導波路であって、該コア部の上部に光路長を
調整するためのヒータが設けられていることにより位相
調整ができる光導波路において、基板は熱伝導率の比較
的高い材料、例えば、シリコン（熱伝導率＝１．５Ｗ／
ｃｍ・ｄｅｇ）よりなる基板と、熱伝導率が比較的低い
材料、例えば、石英（熱伝導率＝０．０１４Ｗ／ｃｍ・
ｄｅｇ）よりなる基板とを組み合わせた複合基板であ
り、熱伝導率が比較的低い材料で作製されている基板の
上部に前記コア部が配置されるものである。
は、基板上に作製される、コア部をクラッド層が取り囲
んでなる光導波路であって、該コア部の上部に光路長を
調整するためのヒータが設けられていることにより位相
調整ができる光導波路において、基板は熱伝導率の比較
的高い材料、例えば、シリコン（熱伝導率＝１．５Ｗ／
ｃｍ・ｄｅｇ）よりなる基板と、熱伝導率が比較的低い
材料、例えば、石英（熱伝導率＝０．０１４Ｗ／ｃｍ・
ｄｅｇ）よりなる基板とを組み合わせた複合基板であ
り、熱伝導率が比較的低い材料で作製されている基板の
上部に前記コア部が配置されるものである。
【００１６】更に、この複合基板を実現する方法として
は、一方の基板を機械加工により基板の一部を除去し、
その除去領域に適合する形状に他方の基板を機械加工に
より作製し、その後両基板を一体化させるものである。
本発明では、熱伝導率の異なる材料を組み合わせた複合
基板とし、コア部は熱伝導率の比較的低い材料の上に配
置することで、断熱構造が構成でき、且つ、導波路が基
板と一体化しているので機械的強度に優れている。
は、一方の基板を機械加工により基板の一部を除去し、
その除去領域に適合する形状に他方の基板を機械加工に
より作製し、その後両基板を一体化させるものである。
本発明では、熱伝導率の異なる材料を組み合わせた複合
基板とし、コア部は熱伝導率の比較的低い材料の上に配
置することで、断熱構造が構成でき、且つ、導波路が基
板と一体化しているので機械的強度に優れている。
【００１７】よって、本発明の光導波路は、単一基板上
に作製される光導波路に比べ断熱効果が高く、断熱用の
溝を設けた光導波路に比べて機械的強度が大きい。ま
た、本発明で用いる複合基板は、機械加工により作製で
きるので、パターンニングやエッチング等の煩雑な作製
工程に比較し、簡便且つ安価に複合基板を作製すること
ができる。
に作製される光導波路に比べ断熱効果が高く、断熱用の
溝を設けた光導波路に比べて機械的強度が大きい。ま
た、本発明で用いる複合基板は、機械加工により作製で
きるので、パターンニングやエッチング等の煩雑な作製
工程に比較し、簡便且つ安価に複合基板を作製すること
ができる。
【００１８】
〔実施例１〕本発明の第１の実施例に係る位相調整機能
付光導波路を図１に示す。同図に示すように、本実施例
では、位相を調整する薄膜ヒータ４が装荷されている領
域の下部に位置するシリコン基板１が部分的に石英基板
５に置換されたものである。
付光導波路を図１に示す。同図に示すように、本実施例
では、位相を調整する薄膜ヒータ４が装荷されている領
域の下部に位置するシリコン基板１が部分的に石英基板
５に置換されたものである。
【００１９】その他の構成は、図６に示す光導波路と同
じ構成である。即ち、前述したように、シリコン基板１
上に石英系ガラスよりなるクラッド層２が形成されると
共にこのクラッド層２には石英系ガラスよりなるコア部
３が埋め込まれ、更に、このコア部３の上部のクラッド
層２の表面に位相調整器として薄膜ヒータ４が形成され
ている。
じ構成である。即ち、前述したように、シリコン基板１
上に石英系ガラスよりなるクラッド層２が形成されると
共にこのクラッド層２には石英系ガラスよりなるコア部
３が埋め込まれ、更に、このコア部３の上部のクラッド
層２の表面に位相調整器として薄膜ヒータ４が形成され
ている。
【００２０】ここで、シリコン基板１の厚さは７００μ
ｍ、クラッド層２の厚さは５０μｍ、コア部３の断面寸
法は８μｍ角であり、コア部３とクラッド層２との比屈
折率差は０．２％である。薄膜ヒータ４のサイズは、厚
さ０．３μｍ、幅５０ｍｍ、長さ４ｍｍである。このよ
うな構成の光導波路において、約１００ｍＷの電力を薄
膜ヒータ４に供給すると、光導波路の光路長が０．４μ
ｍ増加することが観測された。この光路長増加は薄膜ヒ
ータ４の下に位置するコア部近傍の温度が約１０度上昇
することに相当する。
ｍ、クラッド層２の厚さは５０μｍ、コア部３の断面寸
法は８μｍ角であり、コア部３とクラッド層２との比屈
折率差は０．２％である。薄膜ヒータ４のサイズは、厚
さ０．３μｍ、幅５０ｍｍ、長さ４ｍｍである。このよ
うな構成の光導波路において、約１００ｍＷの電力を薄
膜ヒータ４に供給すると、光導波路の光路長が０．４μ
ｍ増加することが観測された。この光路長増加は薄膜ヒ
ータ４の下に位置するコア部近傍の温度が約１０度上昇
することに相当する。
【００２１】比較例として、図６に示す従来の基本的な
構成の光導波路において、薄膜ヒータ４による光路長変
化を調べたところ、０．４μｍの光路長変化を得るのに
必要な薄膜ヒータ４への供給電力は約３００ｍＷであっ
た。この例から明らかなように、本実施例では、図６に
示す従来構成に比べて３分の１以下の電力供給で位相調
整を実現することができた。
構成の光導波路において、薄膜ヒータ４による光路長変
化を調べたところ、０．４μｍの光路長変化を得るのに
必要な薄膜ヒータ４への供給電力は約３００ｍＷであっ
た。この例から明らかなように、本実施例では、図６に
示す従来構成に比べて３分の１以下の電力供給で位相調
整を実現することができた。
【００２２】また、本実施例の光導波路は、図５に示す
ブリッジ構造部による断熱構造を有する光導波路に比較
し、遙に強い機械的強度を持ち、実際に作製後のウェハ
ーを図６の構造の場合と同じように取り扱っても全く問
題なかった。しかも、図５に示す光導波路は、断熱構造
であるブリッジ構造部の導波路を作製するのに、パター
ニングやエッチング等の煩雑な作製工程を用いていたの
に比較し、本実施例で用いる複合基板は断熱構造とし
て、主に機械加工により、簡便且つ安価に作製できると
言う利点がある。
ブリッジ構造部による断熱構造を有する光導波路に比較
し、遙に強い機械的強度を持ち、実際に作製後のウェハ
ーを図６の構造の場合と同じように取り扱っても全く問
題なかった。しかも、図５に示す光導波路は、断熱構造
であるブリッジ構造部の導波路を作製するのに、パター
ニングやエッチング等の煩雑な作製工程を用いていたの
に比較し、本実施例で用いる複合基板は断熱構造とし
て、主に機械加工により、簡便且つ安価に作製できると
言う利点がある。
【００２３】このような構成の石英系光導波路は、図２
に示す手順を経て作製される。先ず、図２（ａ）に示す
ように、シリコン基板１の薄膜ヒータ４の装荷されるべ
き領域の下部に位置する部分を、例えば、ドリル加工の
ような機械加工若しくはレーザ加工で研削し、図２
（ｂ）に示すように穴を開けて、シリコン基板研削領域
２１を形成し、加熱処理により表面に熱酸化膜を形成し
た。
に示す手順を経て作製される。先ず、図２（ａ）に示す
ように、シリコン基板１の薄膜ヒータ４の装荷されるべ
き領域の下部に位置する部分を、例えば、ドリル加工の
ような機械加工若しくはレーザ加工で研削し、図２
（ｂ）に示すように穴を開けて、シリコン基板研削領域
２１を形成し、加熱処理により表面に熱酸化膜を形成し
た。
【００２４】次に、図２（ｃ）に示すように、シリコン
基板研削領域２１にその径に合わせた石英基板５を嵌め
込み、１４００度程度加熱処理を施すことにより、シリ
コン基板１と石英基板５とを接続し一体化した。接続部
分に段差が生じた場合など、必要に応じて表面を研磨し
た。引き続き、図２（ｄ）に示すように、従来より用い
ている火炎堆積技術と反応性エッチングによる微細加工
技術の組み合わせにより、石英系ガラス導波路を複合基
板上に作製した。
基板研削領域２１にその径に合わせた石英基板５を嵌め
込み、１４００度程度加熱処理を施すことにより、シリ
コン基板１と石英基板５とを接続し一体化した。接続部
分に段差が生じた場合など、必要に応じて表面を研磨し
た。引き続き、図２（ｄ）に示すように、従来より用い
ている火炎堆積技術と反応性エッチングによる微細加工
技術の組み合わせにより、石英系ガラス導波路を複合基
板上に作製した。
【００２５】その後、図２（ｅ）に示すように、真空蒸
着法でクロム金属膜を蒸着し、化学エッチングでパター
ン化することにより、ヒータ４を形成した。また、今回
の複合基板の作製において、機械加工は任意の位置に数
μｍの位置制度で形成でき、光導波路の配置を特に制限
するものではなかった。
着法でクロム金属膜を蒸着し、化学エッチングでパター
ン化することにより、ヒータ４を形成した。また、今回
の複合基板の作製において、機械加工は任意の位置に数
μｍの位置制度で形成でき、光導波路の配置を特に制限
するものではなかった。
【００２６】〔実施例２〕本発明の第２の実施例に係る
位相調整機能付光導波路を図３に示す。本実施例は、光
スイッチに応用したものである。特に、図３は、複数個
の光スイッチを集積した例である。
位相調整機能付光導波路を図３に示す。本実施例は、光
スイッチに応用したものである。特に、図３は、複数個
の光スイッチを集積した例である。
【００２７】即ち、シリコン基板１上には、石英系光導
波路により構成される方向性結合器（３ｄＢ）３１ａ，
３１ｂ，３１ｃ，３１ｄと、これら方向性結合器３１ａ
〜３１ｄを連結するように、位相調整に用いる薄膜ヒー
タ付き導波路３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄとが配置
され、全体としてマッハ・ツェンダー光干渉回路を構成
している。
波路により構成される方向性結合器（３ｄＢ）３１ａ，
３１ｂ，３１ｃ，３１ｄと、これら方向性結合器３１ａ
〜３１ｄを連結するように、位相調整に用いる薄膜ヒー
タ付き導波路３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄとが配置
され、全体としてマッハ・ツェンダー光干渉回路を構成
している。
【００２８】薄膜ヒータ付き導波路３２ａ，３２ｂ，３
２ｃ，３２ｄは、実施例１と同様に、シリコン基板１に
複数の細溝を各々研削し、これらの細溝に石英基板５
ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄを各々嵌め込んで一体化すること
により複合基板とし、その石英基板５ａ〜５ｄ上に各々
石英系ガラス導波路を形成し、更に、その上に薄膜ヒー
タを形成したものである。
２ｃ，３２ｄは、実施例１と同様に、シリコン基板１に
複数の細溝を各々研削し、これらの細溝に石英基板５
ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄを各々嵌め込んで一体化すること
により複合基板とし、その石英基板５ａ〜５ｄ上に各々
石英系ガラス導波路を形成し、更に、その上に薄膜ヒー
タを形成したものである。
【００２９】ここで、薄膜ヒータ付き導波路３２ａ〜３
２ｄの間隔は２００μｍ、入力端３３ａ，３３ｂ，３３
ｃ，３３ｄの間隔、出力端３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３
４ｄの間隔についても同様である。薄膜ヒータ付き導波
路３２ａ〜３２ｄの実効的加熱長は１０ｍｍである。こ
れ以外の概略寸法は、実施例１と同様である。本実施例
の光導波路において、シリコン基板１上の細溝の研削加
工には、ダンシング・ソーを用いた。また、今回の複合
基板の作製において、機械加工は任意の向きに数μｍの
位置制度で形成でき、光導波路の配置を特に制限するも
のではない。
２ｄの間隔は２００μｍ、入力端３３ａ，３３ｂ，３３
ｃ，３３ｄの間隔、出力端３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３
４ｄの間隔についても同様である。薄膜ヒータ付き導波
路３２ａ〜３２ｄの実効的加熱長は１０ｍｍである。こ
れ以外の概略寸法は、実施例１と同様である。本実施例
の光導波路において、シリコン基板１上の細溝の研削加
工には、ダンシング・ソーを用いた。また、今回の複合
基板の作製において、機械加工は任意の向きに数μｍの
位置制度で形成でき、光導波路の配置を特に制限するも
のではない。
【００３０】このような構成の光導波路において、入力
端３３ａから入力された信号光は、光干渉原理に基づい
て、出力端３４ｂから出力されるが、薄膜ヒータ付き光
導波路３２ａ又は３２ｂに電力を供給して、光路長を信
号光の１／２波長だけ変化させると、公知の干渉原理に
より、信号光は出力端３４ａから出力される。即ち、本
回路は光スイッチとして機能する。
端３３ａから入力された信号光は、光干渉原理に基づい
て、出力端３４ｂから出力されるが、薄膜ヒータ付き光
導波路３２ａ又は３２ｂに電力を供給して、光路長を信
号光の１／２波長だけ変化させると、公知の干渉原理に
より、信号光は出力端３４ａから出力される。即ち、本
回路は光スイッチとして機能する。
【００３１】上述した薄膜ヒータ付き導波路３２ａ〜３
２ｄにおいて、任意の薄膜ヒータに電力を供給して、ス
イッチの切替え動作を行わせると、薄膜ヒータより発生
した熱は各細溝内で断熱されているため、シリコン基板
１を通じて拡がらず、隣接する薄膜ヒータ付き導波路３
２ａ〜３２ｄでの信号光の通過強度を測定したところ、
強度変化は０．１％以下であった。
２ｄにおいて、任意の薄膜ヒータに電力を供給して、ス
イッチの切替え動作を行わせると、薄膜ヒータより発生
した熱は各細溝内で断熱されているため、シリコン基板
１を通じて拡がらず、隣接する薄膜ヒータ付き導波路３
２ａ〜３２ｄでの信号光の通過強度を測定したところ、
強度変化は０．１％以下であった。
【００３２】比較例として、図６に示すような従来構造
の光導波路において、同一基板上に複数個のスイッチ列
を集積した回路を作製し、特定の光スイッチの切替え動
作のために薄膜ヒータに電力を供給して、同様な実験を
行った。その結果、発生した熱がシリコン基板を介して
広がり、隣接したスイッチに影響を与えて相互干渉が生
じたため、数％の強度変化が見られ実用上不都合であっ
た。
の光導波路において、同一基板上に複数個のスイッチ列
を集積した回路を作製し、特定の光スイッチの切替え動
作のために薄膜ヒータに電力を供給して、同様な実験を
行った。その結果、発生した熱がシリコン基板を介して
広がり、隣接したスイッチに影響を与えて相互干渉が生
じたため、数％の強度変化が見られ実用上不都合であっ
た。
【００３３】尚、本実施例においても、従来構成のスイ
ッチに比べて、３分の１以下に消費電力化が達成されて
おり、消費電力の低減が相互干渉の低減に寄与している
ことも見逃せない。
ッチに比べて、３分の１以下に消費電力化が達成されて
おり、消費電力の低減が相互干渉の低減に寄与している
ことも見逃せない。
【００３４】〔実施例３〕本発明の第３の実施例に係る
位相調整機能付光導波路を図４に示す。本実施例は、光
合分波器に応用した例である。即ち、シリコン基板１上
には、石英系光導波路により構成される方向性結合器
（３ｄＢ）３１ａ，３１ｂと、これら方向性結合器３１
ａ，３１ｂを結合するように、位相調整に用いる薄膜ヒ
ータ付き導波路４２ａ，４２ｂが配置されている。薄膜
付き導波路４２ａは薄膜付き導波路４２ｂに比べて、Δ
Ｌだけ導波路長が長くなっており、全体として非対象マ
ッハ・ツェンダー光干渉回路を構成している。
位相調整機能付光導波路を図４に示す。本実施例は、光
合分波器に応用した例である。即ち、シリコン基板１上
には、石英系光導波路により構成される方向性結合器
（３ｄＢ）３１ａ，３１ｂと、これら方向性結合器３１
ａ，３１ｂを結合するように、位相調整に用いる薄膜ヒ
ータ付き導波路４２ａ，４２ｂが配置されている。薄膜
付き導波路４２ａは薄膜付き導波路４２ｂに比べて、Δ
Ｌだけ導波路長が長くなっており、全体として非対象マ
ッハ・ツェンダー光干渉回路を構成している。
【００３５】薄膜ヒータ付き導波路４２ａ，４２ｂは、
実施例１と同様に、シリコン基板１の一部を除去して除
去領域を形成し、この除去領域に石英基板５を嵌め込ん
で一体化することにより複合基板とし、その上に石英系
ガラス導波路を形成し、更に、その上に薄膜ヒータを形
成したものである。本実施例の光導波路において、シリ
コン基板１上の除去領域の形成加工には、ドリル及びワ
イヤカッターを用いた。また、今回の複合基板の作製に
おいて、機械加工は任意の向きに数μｍの位置制度で形
成でき、光導波路の配置を特に制限するものではない。
実施例１と同様に、シリコン基板１の一部を除去して除
去領域を形成し、この除去領域に石英基板５を嵌め込ん
で一体化することにより複合基板とし、その上に石英系
ガラス導波路を形成し、更に、その上に薄膜ヒータを形
成したものである。本実施例の光導波路において、シリ
コン基板１上の除去領域の形成加工には、ドリル及びワ
イヤカッターを用いた。また、今回の複合基板の作製に
おいて、機械加工は任意の向きに数μｍの位置制度で形
成でき、光導波路の配置を特に制限するものではない。
【００３６】このような構成の光導波路において、入力
端３３ａから入力された波長λの光は、光干渉原理に基
づき、波長λに応じて、出力端３４ａ，３４ｂからそれ
ぞれsin2(neπΔL/λ),cos2(neπΔL/λ)で表される対
入力強度比で出力される。即ち、本回路は光合分波器と
して機能する。薄膜ヒータに通電することで、ΔＬを調
整することにより、透過波長特性を微調することができ
る。尚、本回路においても、この微調に必要な電力を少
なくすることができた。
端３３ａから入力された波長λの光は、光干渉原理に基
づき、波長λに応じて、出力端３４ａ，３４ｂからそれ
ぞれsin2(neπΔL/λ),cos2(neπΔL/λ)で表される対
入力強度比で出力される。即ち、本回路は光合分波器と
して機能する。薄膜ヒータに通電することで、ΔＬを調
整することにより、透過波長特性を微調することができ
る。尚、本回路においても、この微調に必要な電力を少
なくすることができた。
【００３７】更に、本実施例では、通常のシングルモー
ドファイバを用いた光通信システムで回避しなければな
らない、分波特性の偏波依存性が以下に述べるように回
避された。通常のシリコン基板を用いた基板の場合、ガ
ラス導波路の面内方向にシリコン基板と石英系ガラスを
用いた導波路の熱膨張係数の差に起因する圧縮応力が生
じるので、導波する光の偏波によって光が感じる屈折率
ｎeが僅かに異なり、分波特性に偏波依存性が生じてい
た。
ドファイバを用いた光通信システムで回避しなければな
らない、分波特性の偏波依存性が以下に述べるように回
避された。通常のシリコン基板を用いた基板の場合、ガ
ラス導波路の面内方向にシリコン基板と石英系ガラスを
用いた導波路の熱膨張係数の差に起因する圧縮応力が生
じるので、導波する光の偏波によって光が感じる屈折率
ｎeが僅かに異なり、分波特性に偏波依存性が生じてい
た。
【００３８】しかし、本実施例の回路では、遅延差を与
え得る導波路４２ａ，４２ｂの下部に位置する基板は石
英基板５であり熱膨張係数はほぼ等しいことから偏波依
存性は生じなかった。以上、三つの実施例では、シリコ
ン基板上の石英系ガラス導波路を例として本発明の構
成、作用を説明したが、これは石英系光導波路が光ファ
イバとの整合性の点で実用上有利なためである。しか
し、本発明は、石英系ガラス導波路にのみ限られるもの
ではなく、他のガラス系材料に対して適用できることは
もちろんでる。
え得る導波路４２ａ，４２ｂの下部に位置する基板は石
英基板５であり熱膨張係数はほぼ等しいことから偏波依
存性は生じなかった。以上、三つの実施例では、シリコ
ン基板上の石英系ガラス導波路を例として本発明の構
成、作用を説明したが、これは石英系光導波路が光ファ
イバとの整合性の点で実用上有利なためである。しか
し、本発明は、石英系ガラス導波路にのみ限られるもの
ではなく、他のガラス系材料に対して適用できることは
もちろんでる。
【００３９】また、以上の実施例では、複合基板として
シリコンと石英ガラスから構成される場合について述べ
たが、本発明の特徴が熱伝導率の異なる材料を複合した
基板を使うことにあるので、シリコンとサファイヤ、シ
リコンと多成分ガラス等の他の組み合わせの複合基板に
も適用できることは自明である。
シリコンと石英ガラスから構成される場合について述べ
たが、本発明の特徴が熱伝導率の異なる材料を複合した
基板を使うことにあるので、シリコンとサファイヤ、シ
リコンと多成分ガラス等の他の組み合わせの複合基板に
も適用できることは自明である。
【００４０】
【発明の効果】以上、実施例に基づいて具体的に説明し
たように、本発明では、熱伝導率の異なる複数の材料を
組み合わせた複合基板を用い、コア部を複合基板のうち
熱伝導率が比較的低い材料の上に配置したので、従来の
ものに比較して機械的強度が向上し作製後の取り扱いが
簡単で、且つ、簡便で安価に、低電力動作であり、且つ
相互干渉の少ない光路長調整可能な単一モード光導波路
を提供できる。また、付帯的な効果として偏波依存性を
低減することができた。従って、本発明は、低電力動作
の光路長調節可能な単一モード光導波路を実用する上で
極めて効果的である。
たように、本発明では、熱伝導率の異なる複数の材料を
組み合わせた複合基板を用い、コア部を複合基板のうち
熱伝導率が比較的低い材料の上に配置したので、従来の
ものに比較して機械的強度が向上し作製後の取り扱いが
簡単で、且つ、簡便で安価に、低電力動作であり、且つ
相互干渉の少ない光路長調整可能な単一モード光導波路
を提供できる。また、付帯的な効果として偏波依存性を
低減することができた。従って、本発明は、低電力動作
の光路長調節可能な単一モード光導波路を実用する上で
極めて効果的である。
【図１】同図（ａ）は本発明の第１の実施例に係る位相
調整機能付光導波路の概略構成を示す平面図、同図
（ｂ）は同図（ａ）中のＡ−Ａ′線断面図、同図（ｃ）
は同図（ａ）中のＢ−Ｂ′線断面図である。
調整機能付光導波路の概略構成を示す平面図、同図
（ｂ）は同図（ａ）中のＡ−Ａ′線断面図、同図（ｃ）
は同図（ａ）中のＢ−Ｂ′線断面図である。
【図２】本発明の位相調整機能付光導波路の作製方法の
一実施例を示す工程図である。
一実施例を示す工程図である。
【図３】本発明の第２の実施例に係る位相調整機能付光
導波路の概略構成を示す平面図である。
導波路の概略構成を示す平面図である。
【図４】本発明の第３の実施例に係る位相調整機能付光
導波路の概略構成を示す平面図である。
導波路の概略構成を示す平面図である。
【図５】同図（ａ）は従来の光導波路の平面図、同図
（ｂ）は同図（ａ）中のＣ−Ｃ′線断面図、同図（ｃ）
は、同図（ａ）中のＤ−Ｄ′線断面図である。
（ｂ）は同図（ａ）中のＣ−Ｃ′線断面図、同図（ｃ）
は、同図（ａ）中のＤ−Ｄ′線断面図である。
【図６】同図（ａ）は従来の位相調整部を有する光導波
路の概略構成例である石英系ガラス導波路の平面図、同
図（ｂ）は同図（ａ）中のＥ−Ｅ′線断面図である。
路の概略構成例である石英系ガラス導波路の平面図、同
図（ｂ）は同図（ａ）中のＥ−Ｅ′線断面図である。
１ シリコン基板 ２ クラッド層 ３ コア部 ４ 薄膜ヒータ ５，５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ 石英基板 ２１ シリコン基板研削領域 ３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄ 方向性結合器 ３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄ，４２ａ，４２ｂ 薄
膜ヒータ付き導波路 ３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，３３ｄ 入力端 ３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４ｄ 出力端
膜ヒータ付き導波路 ３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，３３ｄ 入力端 ３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４ｄ 出力端
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大森 保治 東京都新宿区西新宿三丁目19番２号 日 本電信電話株式会社内 (56)参考文献 特開 平５−34525（ＪＰ，Ａ) 実開 昭59−126220（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G02B 6/12 - 6/14 G02F 1/00 - 1/125 G02F 1/29 - 7/00
Claims (2)
- 【請求項１】 基板上に形成されるクラッド層と、該ク
ラッド層に埋め込まれたコア部と、前記コア部の上部に
設けられた光路長を調節するための位相調整用ヒータと
を備えた位相調整機能付光導波路の作製方法であって、
前記基板の一部を機械加工により除去して除去領域を形
成する手順と、前記除去領域に適合する形状に、前記基
板より熱伝導率が低い材料を機械加工により形成し、そ
の後両基板を一体化することで複合基板を形成する手順
と、前記複合基板上に、前記クラッド層と前記コア部と
からなる光導波路を作製する手順と、前記熱伝導率が低
い材料の上部に位相調整用ヒータを作製する手順からな
ることを特徴とする位相調整機能付光導波路の作製方
法。 - 【請求項２】 前記クラッド層はＳiＯ2を主成分とする
石英系ガラスであり、且つ、前記コア部はＳiＯ2を主成
分とする石英系ガラスであり、前記複合基板のうち熱伝
導率が比較的低い材料として石英が用いられ、前記複合
基板のうち熱伝導率が比較的高い材料としてシリコンが
用いられることを特徴とする請求項１記載の位相調整機
能付光導波路の作製方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1517096A JP3204493B2 (ja) | 1996-01-31 | 1996-01-31 | 位相調整機能付光導波路の作製方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1517096A JP3204493B2 (ja) | 1996-01-31 | 1996-01-31 | 位相調整機能付光導波路の作製方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09211240A JPH09211240A (ja) | 1997-08-15 |
| JP3204493B2 true JP3204493B2 (ja) | 2001-09-04 |
Family
ID=11881342
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1517096A Expired - Fee Related JP3204493B2 (ja) | 1996-01-31 | 1996-01-31 | 位相調整機能付光導波路の作製方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3204493B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7333679B2 (en) | 2002-06-28 | 2008-02-19 | Nec Corporation | Thermophotometric phase shifter and method for fabricating the same |
| KR200494211Y1 (ko) * | 2019-12-23 | 2021-08-30 | 주식회사 한국가스기술공사 | 방식전위 측정용 테스트 박스 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0915511B1 (de) * | 1997-10-31 | 2004-09-29 | Infineon Technologies AG | Anordnung aus einer zu beheizenden Schicht auf einem Substrat |
| GB2344657A (en) * | 1998-11-06 | 2000-06-14 | Univ Heriot Watt | Wavelength selective optical filter |
| JP2000314814A (ja) * | 1999-03-02 | 2000-11-14 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 光アッテネータ、それを有する平面導波路型光回路及びそれを有するアッテネーション・システム |
| US6370307B1 (en) * | 1999-07-15 | 2002-04-09 | Agere Systems Guardian Corp. | Optical device formed on a substrate with thermal isolation regions formed therein |
| JP2003240990A (ja) | 2002-02-14 | 2003-08-27 | Fujitsu Ltd | 平面光導波路装置 |
| WO2006025116A1 (en) * | 2004-09-01 | 2006-03-09 | Matsushita Electric Works, Ltd. | Optical switch |
| JP4522340B2 (ja) * | 2005-08-01 | 2010-08-11 | シャープ株式会社 | 平面導波路素子 |
| EP1983359B1 (en) | 2006-02-09 | 2012-12-12 | NEC Corporation | Optical waveguide |
| JP5737651B2 (ja) * | 2011-06-10 | 2015-06-17 | 日本電信電話株式会社 | 可変光バッファ回路および回路装置 |
| GB2554460A (en) * | 2016-09-29 | 2018-04-04 | Oclaro Tech Ltd | Waveguide structure |
| CN112558331A (zh) * | 2020-12-11 | 2021-03-26 | 中国科学院微电子研究所 | 一种热光器件及其制造方法 |
-
1996
- 1996-01-31 JP JP1517096A patent/JP3204493B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7333679B2 (en) | 2002-06-28 | 2008-02-19 | Nec Corporation | Thermophotometric phase shifter and method for fabricating the same |
| KR200494211Y1 (ko) * | 2019-12-23 | 2021-08-30 | 주식회사 한국가스기술공사 | 방식전위 측정용 테스트 박스 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH09211240A (ja) | 1997-08-15 |
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|---|---|---|---|
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