JP4446591B2

JP4446591B2 - 光導波路および光回路基板

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Publication number: JP4446591B2
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Authority: JP
Inventors: 真一阿部
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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信や光情報処理に利用される光導波路を集積化した光回路基板に使用するのに好適な、フォトニック結晶と呼ばれる光学的な周期構造を有するクラッド部を用いた、低損失でありかつ簡便な作製プロセスによって作製可能な光導波路およびこれを用いた光集積回路に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
基板上に３次元導波路形状で形成される光導波路は、光通信や光情報処理に利用される光集積回路を構成する重要な光学的要素として使用されている。従来の光導波路は、光を伝搬するコア部となる高屈折率部の周りを低屈折率部であるクラッド部が囲む構造によって、伝搬光を高屈折率部内に閉じ込めて導波を行なっていた。
【０００３】
しかし、このような屈折率差を利用した構造では、光導波路の湾曲部や分岐部においては非常に緩やかな湾曲状態にしないと導波光が低屈折率部へ放射して漏洩してしまい損失が大きくなってしまうという問題点があった。これに対して、この損失を防ぐために緩やかな湾曲状態とすると、この光導波路を形成する基板寸法が大きくなってしまって光回路基板の小型化が困難となり、また生産効率も低下してしまうという問題点があった。
【０００４】
このような問題点を解決する新たな光導波路の構造として、フォトニック結晶を利用するものが提案されている（特表平８−505707号公報、特開2000−56146号公報等参照）。このフォトニック結晶は、光学材料中に屈折率の高低が0.1〜1.0μｍ程度の周期で周期的に変化する構造を形成することによって構成されており、このような周期構造には、光がこの周期構造中を伝搬できない遮断波長帯が存在することから、このフォトニック結晶によってコア部を囲む構造の光導波路によれば、この遮断波長帯の導波光に対しては急峻な湾曲部でも理論上放射損失を０とすることができるというものである。
【０００５】
フォトニック結晶には、大別して２次元構造と３次元構造があると言われており、前者は基板上に形成された場合に基板に平行な方向にのみ光遮断効果があり、後者は平行な方向と垂直な方向とを含む全方向に光遮断効果を有するものである。
【０００６】
しかし、３次元構造のフォトニック結晶は作製プロセスが複雑であることや遮断波長帯が比較的狭いという問題点があるため、基板上で２次元構造のフォトニック結晶によってコア部を囲む構造により構成された光導波路が、光回路基板等への工業的応用が期待されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従来のフォトニック結晶を用いた光導波路は、図６（ａ）に平面図で、また図６（ｂ）に断面図で示すように、下部クラッド部としても機能する基板23上にコア部21を有する光導波路を形成する光学材料が形成され、この光学材料と基板23の一部を貫通して、コア部21の両側に周期的に屈折率が変化する周期構造、ここでは柱状周期構造を有するクラッド部22が形成されている。
【０００８】
しかしながら、このように２次元構造のフォトニック結晶から成るクラッド部22を用いてコア部21を両側から囲んで構成された光導波路は、基板23表面に平行でかつコア部21の光伝搬方向に直交する方向には優れた光遮断効果を持つものの、基板23表面に垂直な方向には光遮断効果を持たないために、基板23表面に垂直な方向についてはコア部21と基板23とのあるいはコア部21と空気との屈折率差による光閉じ込めを利用するものであった。
【０００９】
この場合、通常、上部クラッド部は空気（屈折率ｎ＝1.0）でありコア部との屈折率差を十分大きくできるために、上部クラッド部への光の放射はほとんどないが、下部クラッド部は基板（ｎ＞1.0）を利用することとなり、構造上コア部21と下部クラッド部となる基板23とは屈折率差を十分大きくとることが困難であるために、基板23への光の放射損失が発生し易いという問題点がある。
【００１０】
この問題点に対しては、例えばフォトニック結晶を厚く形成して周期構造を下部クラッド部へ深く貫通させる構造や、図７に断面図で示すように下部クラッド部をエッチング等で部分的に除去してエアブリッジ構造とすることが検討されている。図７に示す光導波路においては、図６に示したような光導波路における下部クラッド部に相当する基板23の一部分がエアブリッジ構造によって空気に置き換えられており、これによってコア部21と下部クラッド部としての空気との屈折率差を大きくとることができるというものである。
【００１１】
しかしながら、前者は高アスペクト比の構造が必要となること、また後者はエッチング工程が煩雑であることとエアブリッジ構造の機械的強度が不足してしまうこと等、それぞれさらに解決すべき問題点を有している。
【００１２】
本発明は上記従来技術における問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、フォトニック結晶をクラッド部に利用した、簡便な工程で作製が可能で低損失な光導波路を提供することにある。
【００１３】
また本発明の目的は、フォトニック結晶をクラッド部に利用した、簡便な工程で作製が可能で低損失な光導波路を具備した、小型化・高集積化が可能な光回路基板を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明の光導波路は、基板上に形成された、コア部と、該コア部を両側から挟み込むように配置され、光伝搬方向に直交する方向にそれぞれ周期的に屈折率が変化している周期構造を有する一方のフォトニック結晶および他方のフォトニック結晶と、を具備する光導波路であって、前記一方のフォトニック結晶と前記他方のフォトニック結晶との間隔は、前記基板の表面に近づくにつれて狭くなることを特徴とするものである。
【００１５】
また本発明の光導波路は、上記構成において、前記周期構造の少なくとも一方が、前記基板の表面に対し垂直方向から５〜60度の角度で傾斜していることを特徴とするものである。
【００１６】
また、本発明の光導波路は、上記各構成において、両側の前記周期構造の下端部同士が接していることを特徴とするものである。
【００１７】
さらに、本発明の光導波路は、上記各構成において、前記周期構造が柱状周期構造であることを特徴とするものである。
【００１８】
また、本発明の光回路基板は、基板上に、上記各構成の光導波路と、該光導波路と光結合される光電子変換素子の搭載部とを具備して成ることを特徴とするものである。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明の光導波路によれば、コア部を両側から挟み込むように配置された周期構造を有するクラッド部の少なくとも一方が基板の表面に対し基板側で他方との間隔が狭くなるように傾斜していることから、コア部の下方についてもこの傾斜に応じて周期構造によるフォトニック結晶の光遮断効果が現れ、従来のようにコア部と基板との屈折率差による光閉じ込めを利用したものと比較して導波光をコア部内により強く閉じ込めることができる。また、従来のようにフォトニック結晶を厚く形成する構造の場合と比較してアスペクト比を下げることができて光導波路の薄型化を図ることができ、さらに、従来のように下部クラッド部をエッチング等で除去するエアブリッジ構造の場合と比較して作製工数を少なくすることができるとともに機械強度を維持することができる。その結果、光伝搬特性が良好で、薄型化・小型化を図ることができ、作製工程が比較的単純でかつ簡便であり、機械強度も強い光導波路となる。
【００２０】
また、本発明の光導波路によれば、周期構造の少なくとも一方を基板の表面に対し垂直方向から５〜60度の角度で傾斜させることにより、コア部の基板側における光閉じ込め効果を高めつつ、コア部上方への光の放射を防ぎ、かつ光導波路の幅が不必要に大きくなるのを避けることができる。
【００２１】
さらに、周期構造の下端同士が接するように形成した場合には、コア部の基板側におけるフォトニック結晶による光閉じ込め効果を確実に発揮させることができ、コア部から基板側への導波光の漏洩をなくして光損失を抑えた光伝搬特性に優れた光導波路となる。
【００２２】
さらにまた、クラッド部としての周期構造を柱状周期構造とし、三角格子エアロッド構造またはハニカム格子誘電体柱構造をとった場合には、コア部を伝搬する光の全ての偏光面に対して光遮断効果を持たせることができ、種々のモードや偏光面を有する導波光に対してもその漏洩をなくして光損失を抑えることができる、光伝搬特性に極めて優れた光導波路となる。
【００２３】
そして、このような本発明の光導波路を具備し、この光導波路が搭載される光電子変換素子と光結合される本発明の光回路基板によれば、光導波路が低損失で小型化・薄型化が可能なことから、光信号の伝送特性に優れ、簡便な工程で作製が可能な、小型化・高集積化が可能な光回路基板となる。
【００２４】
以下、図面に基づいて本発明を詳細に説明する。
【００２５】
図１（ａ）および（ｂ）は、それぞれ本発明の光導波路の実施の形態の一例を示す上面図および断面図である。図１において、１は基板３上に形成された光導波路のコア部であり、２は、同じく基板３上に形成され、このコア部１を両側から挟み込むように配置された、コア部１を光伝搬方向に直交する方向にそれぞれ周期的に屈折率が変化している周期構造を有するとともにこの周期構造が基板３の表面に対し基板３側で他方との間隔が狭くなるように傾斜しているクラッド部である。クラッド部２はその少なくとも一方が基板３の表面に対して傾斜していればよいが、この例では、クラッド部２は両方が基板３に対して傾斜している例を示しており、これによれば、コア部１の下方すなわち基板３側の光閉じ込め効果がより良好なものとなる。また、この例では、柱状周期構造によるフォトニック結晶をクラッド部２に用いた例を示している。なお、θは、クラッド部２の周期構造が基板３の表面に垂直方向から傾斜している角度を見たときの傾斜角を示している。
【００２６】
この例に示すクラッド部２に用いた柱状周期構造のようなフォトニック結晶は２方向にのみ周期的な屈折率変化を有していることから２次元フォトニック結晶と呼ばれており、クラッド部２としてはこの他にも、１方向にのみ周期的な屈折率変化を有していることから１次元フォトニック結晶と呼ばれるもの、例えば屈折率が異なる層が光導波路方向に多層に積層されて構成された多層周期構造のものを用いることもできる。ただし、クラッド部２に柱状周期構造のような２次元フォトニック結晶を用いると、このクラッド部２が挟み込んでいるコア部１を伝搬する光に対しＴＥモード偏光およびＴＭモード偏光に対して同時に光遮断効果を持たせることが可能であるという利点があることから、より良好な光伝送特性を有する光導波路を構成することができる。
【００２７】
これらコア部１およびクラッド部２が形成される光学材料としては、コア部１を高屈折率部として機能させるとともにクラッド部２としてのフォトニック結晶を形成するために、比較的屈折率が高く、導波光の波長帯域で透明なＧａＡｓまたはＧａＡｓ上にＡｌＧａＡｓを成膜したもの、ＩｎＰまたはＩｎＰ上にＩｎＧａＡｓを成膜したもの、Ｓｉ等が適している。
【００２８】
また、基板３はこれらコア部１およびクラッド部２から成る光導波路がその上に形成され、この光導波路に対する支持基板として、また電気回路および光導波路を始めとする光電気回路が形成される支持基板としても機能するものであり、光集積回路基板や光電子混在基板等の光信号を扱う基板として使用される種々の基板、例えばシリコン基板やＧａＡｓ基板・ＩｎＰ基板・ガラス基板・アルミナ基板・ガラスセラミック基板・多層セラミック基板・プラスチック電気配線基板等が使用できる。また、この基板３は、コア部１に対して低屈折率部となる光学材料を用いて屈折率差を利用した従来のクラッド部として機能するものとしてもよく、その場合の材質は、コア部１およびクラッド部２の部分と同じものを用いても、異なるものを用いてもよい。
【００２９】
本発明の光導波路においては、コア部１の上方は空気または真空となっており、コア部１との屈折率差が大きいことから、コア部１への強い光閉じ込めが行なわれている。一方、クラッド部２を構成する周期構造は、コア部１の下方向を囲むように、基板の表面に対し基板側で間隔が狭くなるように、基板表面に垂直な方向に対して傾斜しており、良好な光閉じ込め効果を有するフォトニック結晶がコア部１の下方に入り込むように配置されている。このような構成により、従来のクラッド部２を構成するフォトニック結晶の周期構造が基板の表面に垂直方向に形成されていた構造ではコア部１の上方と比較して光閉じ込めの弱かったコア部１の下方へもフォトニック結晶の光遮断効果が現れてコア部１への光閉じ込めが強くなっており、コア部１の下方への導波光の放射損失を抑えている。
【００３０】
なお、クラッド部２を構成する周期構造の基板３表面に対する傾斜角θは、あまり小さ過ぎるとコア部１からの下方への光の放射を抑制できなくなるので、５度以上とすることが好ましい。一方、この傾斜角θは大きい程コア部１からの下方への光の放射を抑制できるようになるが、大き過ぎると光導波路の幅が不必要に大きくなってしまい、またそのような周期構造の加工・形成が困難となってしまうとともに、コア部１から上方の空気または真空の部分へ光が放射するようになってしまうことがあるために、適切な角度に設定する必要があり、そのような観点からは60度以下としておくことが好ましい。なお、この周期構造の傾斜角θは、コア部１を伝搬する光の断面形状が円形に近い場合が光電子変換素子との結合や外部の光回路との結合に有利であるため、30°程度が最も適している。
【００３１】
また、クラッド部２の周期構造は、これを柱状周期構造として構成する場合であれば、光伝搬方向には、基板３の表面に対し垂直な方向から前後に60度程度（±60度程度）の範囲内に設定しておくことが好ましく、60度を大きく超えると周期構造の加工・形成が困難となる傾向がある。
【００３２】
図１に示したクラッド部２の柱状周期構造は、両側の柱状周期構造の下端部同士が光学的に見て接している、三角格子エアロッドと呼ばれる２次元フォトニック結晶となっており、柱の部分は光導波路を形成する光学材料中に設けた穴となっていて、その内部は空気で満たされている。この柱の内部には、異なる屈折率を有する他の光学材料を満たしておいてもよい。
【００３３】
また柱の断面形状は、この例では円形であるが、この例における柱は基板３の表面に対して所定の傾斜角θで傾斜しているために、光導波路部分の表面に現れる柱の断面形状は楕円形となっている。なお、この柱の断面形状は、他の形状、例えば複数の直線で囲まれた多角形や複数の曲線で囲まれた形状等としてもよい。
【００３４】
柱状周期構造や多層周期構造等による周期的に屈折率が変化している周期構造の周期は、コア部１を伝搬する光の波長の20〜60％程度の厚みとしておくことが好ましく、また周期の数としては５周期程度以上としておくことが好ましく、それによりコア部１の伝搬光に対して有効なフォトニック結晶の光遮断効果が現れる。なお、柱状周期構造とする場合は、柱の直径が大きい程、広い波長範囲で光遮断効果が現れるものとなるが、柱の加工精度や柱のための穴を開けた後の強度等を考慮すると、柱の長さに垂直な断面における柱の占有面積は20〜80％程度の範囲、好適には60％程度としておくことが好ましい。
【００３５】
具体的には、例えば屈折率3.4の材料に周期0.5μｍで屈折率が1.0かつ直径が0.47μｍ（面積占有率80％）の円柱を三角格子状に配置した場合、波長1.0〜1.16μｍの範囲に光遮断効果が現れる。
【００３６】
次に、本発明の光導波路の作製工程について説明する。図２（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ本発明の光導波路の作製工程の例を示す工程毎の断面図であり、図１に示した本発明の光導波路を作製するための工程例を示すものである。
【００３７】
まず、図２（ａ）に示すように、基板３上に光導波路を形成するための光学材料から成る層を積層し、この層の表面にフォトレジストや電子線レジスト等の異方性ドライエッチングに耐性のあるマスク層４を被着し、これにフォトリソグラフィ技術によって、まず片側の柱状周期構造を形成するためのマスクパターンを形成して、これに対して基板３の表面に対し垂直方向から所定の傾斜角のエッチング方向から異方性ドライエッチング５を行なう。これにより、中央に位置することとなるコア部に対して片側のクラッド部２が柱状周期構造により形成される。
【００３８】
このような異方性ドライエッチング５としては、ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）やＲＩＢＥ（反応性イオンビームエッチング）が用いられ、エッチングガスの主成分としては、ＡｌＧａＡｓ系材料やＩｎＧａＡｓＰ系材料等のエッチングには塩素または３塩化ホウ素等が、Ｓｉのエッチングには４塩化炭素等が、有機化合物材料には酸素等が用いられる。
【００３９】
次いで、このマスク層４を除去した後、図２（ｂ）に示すように、新たにマスク層６を形成し、図２（ａ）とは反対側の柱状周期構造のマスクパターンを形成し、基板３の表面に対し垂直方向から所定の傾斜角で反対方向に傾斜したエッチング方向から異方性ドライエッチング７を行なう。これにより、中央に位置することとなるコア部１に対して反対側のクラッド部２が柱状周期構造により形成される。
【００４０】
そして、最後にマスク層６を除去することにより、図２（ｃ）に示すように、コア部１に対して両側に柱状周期構造のクラッド部２が形成され、これら両側のクラッド部２と、これらに挟み込まれたコア部１とから成る、図１に示した本発明の光導波路が作製されることとなる。
【００４１】
次に、図３（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ本発明の光導波路の作製工程の他の例を示す断面図である。
【００４２】
図３においては、図１に示した本発明の光導波路の例を作製するための他の工程例について説明する。本工程例は、上記の工程例とくべると工数が増えて工程がやや複雑になる短所があるが、フォトマスク等を用いてマスク層を描画する場合のマスク位置合わせ精度についてあまり高い精度を必要としない利点がある。この工程によれば、電子線描画装置やステッパ等ではサブミクロン精度のマスク位置合わせが容易であるが、通常のフォトマスクを用いる露光機ではサブミクロン精度のマスク位置合わせ精度は困難であるため、後者をマスク層の描画に使用する場合には非常に有効なものである。
【００４３】
まず、図３（ａ）に示すように、両側のクラッド部となる柱状周期構造のパターンがマスク層８によって形成され、そのうちの片側の柱状周期構造のパターンをマスク層９によって隠した後、基板３の表面に対し垂直方向から所定の傾斜角で傾斜したエッチング方向から異方性ドライエッチング５を行なう。これにより、中央に位置することとなるコア部に対して片側のクラッド部２が柱状周期構造により形成される。
【００４４】
次いで、図３（ｂ）に示すように、マスク層９を除去した後、既に作製された片側の柱状周期構造をマスク層10によって隠した後、基板３表面に対し垂直方向から所定の傾斜角で反対方向に傾斜したエッチング方向から異方性ドライエッチング７を行なう。これにより、中央に位置することとなるコア部１に対して反対側のクラッド部２が柱状周期構造により形成される。
【００４５】
そして、最後にマスク層８とマスク層10を除去することにより、図３（ｃ）に示すように、コア部１に対して両側に柱状周期構造のクラッド部２が形成され、これら両側のクラッド部２と、これらに挟み込まれたコア部１とから成る、図１に示した本発明の光導波路が作製されることとなる。
【００４６】
本発明の光導波路は、上記の実施の形態の例の他にも、種々の形態とすることができる。
【００４７】
図４（ａ）および（ｂ）は、本発明の光導波路の実施の形態の他の例を示す上面図および断面図である。
【００４８】
図４に示す例においては、コア部１と柱状周期構造から成るクラッド部２とは図１に示す例と同様の構成をしているが、コア部１の上方に周期的に屈折率が変化している１次元フォトニック結晶である多層周期構造を有する上部クラッド部11が形成されており、コア部１の下方だけでなく、コア部１の上方にもフォトニック結晶の光遮断効果を有するものとなっている。これにより、光導波路の光伝搬方向に直交する断面において全方向に強い光閉じ込めが実現でき、図１に示す例よりもさらに光の放射損失を抑えることができるものとなる。
【００４９】
この１次元フォトニック結晶となっている多層周期構造を有する上部クラッド部４は、高屈折率層と低屈折率層の交互多層構造となっている。この高屈折率層には基板３と同様の材質が適しているが、低屈折率層には光導波路が使用される光の波長帯域で透明なＬｉＦ、ＭｇＦ₂等の材質が適している。
【００５０】
また、図５（ａ）および（ｂ）は、それぞれ本発明の光導波路の実施の形態のさらに他の例を示す上面図および断面図である。
【００５１】
図５に示す例においては、図１に示す例とほぼ同様の構成であるが、コア部１の両側の柱状周期構造を有するクラッド部２の下端部同士がコア部１の下方で重なり合って光学的のみならず構造的にも接しており、コア部１の下方への光閉じ込めを図１に示す例よりもさらに強化して、光の放射損失を極めて低レベルに抑制することができるものとなる。
【００５２】
そして、本発明の光導波路を形成した基板上に、この本発明の光導波路と光結合される発光素子や受光素子あるいは光演算素子等の光電変換素子の搭載部を具備する本発明の光回路基板によれば、低損失でかつ小型化・薄型化が可能な高集積化に好適な本発明の光導波路を用いて光電変換素子との間で光信号の授受が良好に行なえるものとなり、しかも簡便な工程で作製が可能なことから、光通信や光情報処理に利用される光回路モジュール等に好適な光回路基板となる。
【００５３】
なお、このような本発明の光導波路と搭載部に搭載された光電変換素子とを光結合させる構成としては、光受発光部および波長フィルタを集積化した波長多重通信用光送受信モジュール用基板や、光受発光部および光スイッチを集積化した光演算回路基板等がある。
【００５４】
【実施例】
次に、本発明の光回路基板について具体例を説明する。
【００５５】
［例１］
ＡｌＧａＡｓ系の光学材料を用いた本発明の光導波路を作製した。ＡｌＧａＡｓ系材料は波長0.7〜0.9μｍの発光が可能であり、この材料で形成した発光素子の発光部と本発明の光導波路との同一基板への集積化を考慮し、本例ではこの波長帯の伝送を目的とした。なお、この材料の屈折率は、波長またはＡｌとＧａの比率によって変化するが、波長１μｍでは2.9（ＡｌＡｓ）〜3.4（ＧａＡｓ）である。
【００５６】
まず、ＧａＡｓ基板上に伝送波長帯で透明なＡｌＧａＡｓをＭＢＥ（分子線エピタキシー）法やＭＯＣＶＤ（有機金属化学的気相成長）法等で成膜し、ＵＶ（紫外線）または電子線でフォトレジストまたは電子線レジストに描画した。次いで、このフォトレジストまたは電子線レジストをマスクとして、ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）またはＲＩＢＥ（反応性イオンビームエッチング）等の高密度プラズマエッチング装置で、、柱状周期構造をエッチングにより形成し、クラッド部の形成を行なった。このときのエッチングガスとしては、塩素または塩素をアルゴン希釈したものが望ましい。
【００５７】
これにより、図１に示すような構成の本発明の光導波路が得られ、従来のフォトニック結晶によるクラッド部を有する光導波路と比較したところ、光損失の少ない、光伝搬特性に優れたものであった。
【００５８】
［例２］
Ｓｉ基板を用いて構成した本発明の光導波路を作製した。Ｓｉは光通信に用いられる波長1.31μｍまたは1.55μｍの光に対して透明であり、また制御用電子デバイスの集積化が容易であること、光ファイバ等の外部との光信号の接続手段や光電変換素子や光素子・駆動素子等を基板上に固定するためのＶ溝の形成に適していること、基板上に搭載した光電変換素子を始めとする各種のデバイスから発生する熱を逃がしやすいこと等の利点を有している。
【００５９】
Ｓｉ基板上にＵＶまたは電子線でフォトレジストまたは電子線レジストを描画した。次いで、このフォトレジストまたは電子線レジストをマスクとして、ＲＩＥまたはＲＩＢＥ等の高密度プラズマエッチング装置で柱状周期構造をエッチングにより形成し、クラッド部の形成を行なった。このときのエッチングガスとしては、ＣＦ₄と酸素の混合ガスが望ましい。
【００６０】
これにより、図１に示すような構成の本発明の光導波路が得られ、従来のフォトニック結晶によるクラッド部を有する光導波路と比較したところ、例１と同様に光損失の少ない、光伝搬特性に優れたものであった。
【００６１】
以上の結果より、本発明の光導波路は、簡便な工程で作製が可能で、低損失な優れた光伝搬特性を有する光導波路であることが確認できた。
【００６２】
また、この光導波路を形成した基板上に光電変換素子として半導体受光素子を搭載して光結合させ、その結合効率を評価したところ、良好な光伝送特性および光結合効率で半導体受光素子を作動させることができ、光回路モジュールに用いるのに好適な光回路基板であることが確認できた。
【００６３】
なお、本発明は以上の実施の形態の例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更・改良を行なうことは何ら差し支えない。
【００６４】
【発明の効果】
以上のように、本発明の光導波路によれば、基板上に形成された、コア部と、該コア部を両側から挟み込むように配置され、光伝搬方向に直交する方向にそれぞれ周期的に屈折率が変化している周期構造を有する一方のフォトニック結晶および他方のフォトニック結晶と、を具備する光導波路であって、前記一方のフォトニック結晶と前記他方のフォトニック結晶との間隔は、前記基板の表面に近づくにつれて狭くなることから、コア部の下方についてもこの傾斜に応じて周期構造によるフォトニック結晶の光遮断効果を利用して導波光をコア部内により強く閉じ込めることができ、アスペクト比を下げることができて光導波路の薄型化を図ることができ、さらに、作製工数を少なくすることができるとともに機械強度を維持することができる。その結果、光伝搬特性が良好で、薄型化・小型化を図ることができ、作製工程が比較的単純でかつ簡便であり、機械強度も強い光導波路となる。
【００６５】
また、本発明の光導波路によれば、周期構造を基板の表面に対し垂直方向から５〜60度の角度で傾斜させることにより、光閉じ込め効果を高めつつ光導波路の幅が不必要に大きくなるのを避けることができる、小型化に有利なものとなる。
【００６６】
さらに、周期構造の下端同士が接するように形成した場合には、光閉じ込め効果を確実に発揮させることができ、コア部から基板側への導波光の漏洩をなくして光損失を抑えた光伝搬特性に優れた光導波路となる。
【００６７】
さらにまた、クラッド部としての周期構造を柱状周期構造とした場合には、コア部を伝搬する光の全ての偏光面に対して光遮断効果を持たせることができ、種々のモードや偏光面を有する導波光に対してもその漏洩をなくして光損失を抑えることができる、光伝搬特性に極めて優れた光導波路となる。
【００６８】
そして、このような本発明の光導波路と、この光導波路が光結合される光電子変換素子の搭載部とを具備して成る本発明の光回路基板によれば、光導波路が低損失で小型化・薄型化が可能なことから、光信号の伝送特性に優れ、簡便な工程で作製が可能な、小型化・高集積化が可能な、光通信や光情報処理に使用される光モジュール等に好適な光回路基板となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）および（ｂ）は、それぞれ本発明の光導波路の実施の形態の例を示す上面図および断面図である。
【図２】（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ本発明の光導波路の作製工程の例を示す工程毎の断面図である。
【図３】（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ本発明の光導波路の作製工程の他の例を示す工程毎の断面図である。
【図４】（ａ）および（ｂ）は、それぞれ本発明の光導波路の実施の形態の他の例を示す上面図および断面図である。
【図５】（ａ）および（ｂ）は、それぞれ本発明の光導波路の実施の形態のさらに他の例を示す上面図および断面図である。
【図６】（ａ）および（ｂ）は、それぞれ従来の光導波路の例を示す上面図および断面図である。
【図７】（ａ）および（ｂ）は、それぞれ従来の光導波路の他の例を示す上面図および断面図である。
【符号の説明】
１・・・・・コア部
２・・・・・周期構造を有するクラッド部
３・・・・・基板
θ・・・・・基板３の表面に対する垂直方向からの傾斜角

Claims

基板上に形成された、コア部と、該コア部を両側から挟み込むように配置され、光伝搬方向に直交する方向にそれぞれ周期的に屈折率が変化している周期構造を有する一方のフォトニック結晶および他方のフォトニック結晶と、を具備する光導波路であって、
前記一方のフォトニック結晶と前記他方のフォトニック結晶との間隔は、前記基板の表面に近づくにつれて狭くなる光導波路。
前記周期構造は、前記基板の表面に対し垂直方向から５〜６０度の角度で傾斜していることを特徴とする請求項１記載の光導波路。
前記一方のフォトニック結晶または前記他方のフォトニック結晶の下端部同士が接していることを特徴とする請求項１または請求項２記載の光導波路。
前記周期構造が柱状周期構造であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の光導波路。
基板上に、請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の光導波路と、該光導波路と光結合される光電子変換素子の搭載部とを具備して成ることを特徴とする光回路基板。