JP5983051B2

JP5983051B2 - 光導波路素子

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Publication number: JP5983051B2
Application number: JP2012125059A
Authority: JP
Inventors: 関口　茂昭; 茂昭関口
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Priority date: 2012-05-31
Filing date: 2012-05-31
Publication date: 2016-08-31
Anticipated expiration: 2032-05-31
Also published as: JP2013250435A

Description

本発明は、光導波路素子に関する。

シリコンを用いた光導波路は、光通信における波長が１．３〜１．５μｍの光に対して低損失であり、また、半導体プロセス技術を用いて作製することができるため、光通信における様々な素子に使用することが可能である。ところで、光通信においては、このようなシリコンを用いた光導波路と光ファイバーによる接続が行なわれるが、光導波路のサイズと光ファイバーのサイズは大きく異なるため、光導波路と光ファイバーによる接続において、結合効率が低下してしまう。このため、結合効率の低下を抑制するため、光導波路の端部にスポットサイズ変換器と呼ばれる光導波路素子を設け、スポットサイズを変換して光ファイバーに光を入射させる方法がとられている。

特開平６−７５１３１号公報特開２０００−３６６３８号公報特開２０１１−１２３０９４号公報

図１及び図２は、このようなスポットサイズ変換器の一例を示す。図１に示されるスポットサイズ変換器は、シリコン等の基板９１１の上に酸化シリコンにより下部クラッド９１２が形成されており、この下部クラッド９１２の上にシリコンにより形成された光導波路となる第１の光導波路コア９２１が形成されている。この第１の光導波路コア９２１は、端部に向かって徐々に幅が狭くなるように形成されており、このように徐々に幅が狭くなるように形成された第１の光導波路コア９２１を覆うようにポリマー等により形成された第２の光導波路コア９２２が形成されている。このような構造の第１の光導波路コア９２１及び第２の光導波路コア９２２を形成することにより、スポットサイズを広げることができ、スポットサイズ変換器として機能するものとなる。尚、このようなスポットサイズ変換器においては、スポットサイズ変換器として機能する領域の長さ、即ち、スポットサイズ変換器の長さはＬ１である。また、第１の光導波路コア９２１が徐々に幅が狭くなる領域の手前、即ち、スポットサイズ変換器の手前は、第１の光導波路コア９２１は酸化シリコンにより形成された上部クラッド９１３により覆われている。

また、図２に示されるスポットサイズ変換器は、シリコン等の基板９３１の上に酸化シリコンにより下部クラッド９３２が形成されており、この下部クラッド９３２の上にシリコンにより形成された光導波路となる第１の光導波路コア９４１が形成されている。この第１の光導波路コア９４１は、端部に向かって徐々に幅が狭くなるように形成されており、このように徐々に幅が狭くなるように形成された第１の光導波路コア９４１を覆うようにポリマー等により形成された第２の光導波路コア９４２が形成されている。このような構造の第１の光導波路コア９４１及び第２の光導波路コア９４２を形成することにより、スポットサイズを広げることができ、スポットサイズ変換器として機能するものとなる。尚、このようなスポットサイズ変換器においては、スポットサイズ変換器の長さはＬ２である。また、第１の光導波路コア９４１が徐々に幅が狭くなる手前、即ち、スポットサイズ変換器の手前の領域と、第２の光導波路９４２は、酸化シリコンにより形成された上部クラッド９３３により覆われている。

図１及び図２に示されるスポットサイズ変換器において、スポットサイズ変換器の長さＬ１及びＬ２を長くすれば、結合効率の低下を抑制することができるものの、スポットサイズ変換器が長くなり大型化してしまう。また、スポットサイズ変換器を小型化にするため、スポットサイズ変換器の長さＬ１及びＬ２を短くすると、結合効率が大きく低下してしまう。このように、スポットサイズ変換器の長さと結合効率とはトレードオフの関係にある。

よって、スポットサイズ変換器の長さを短くしても、結合効率の低下が抑制されるスポットサイズ変換器となる光導波路素子が求められている。

本実施の形態の一観点によれば、第１のクラッドと、前記第１のクラッドの上に、先端が細くなるようにテーパー状に形成された第１の光導波路コアと、前記第１のクラッドの上に、前記第１の光導波路コアを覆うように形成された第２の光導波路コアと、前記第１のクラッドの上に、前記第２の光導波路コアを覆うように形成された第２のクラッドと、第１の光導波路コア及び第２の光導波路コアの延びる方向において、前記第２のクラッドの両側に形成された第３のクラッドと、を有し、前記第２のクラッドの両側に形成された前記第３のクラッドのうち、前記第１の光導波路コアの先端が細くなっている側の第３のクラッドは、前記第２の光導波路コアを覆うように形成されており、前記第１の光導波路コアの先端が細くなっている側とは反対側の第３のクラッドは、前記第１の光導波路コアを覆うように形成されているものであって、前記第２の光導波路コアにおける屈折率は、前記第１の光導波路コアにおける屈折率よりも低く、前記第３のクラッドにおける屈折率は、前記第２の光導波路コアにおける屈折率よりも低く、前記第２のクラッドにおける屈折率は、前記第３のクラッドにおける屈折率よりも低く、前記第３のクラッドにおける屈折率ｎ _３に対する前記第２のクラッドにおける屈折率ｎ _２の比ｎ _２／ｎ _３は、０．９以上、１．０未満であることを特徴とする。

開示の光導波路素子によれば、スポットサイズ変換器の長さを短くしても、結合効率の低下を抑制することができる。

光導波路素子となるスポットサイズ変換器の構造図（１）光導波路素子となるスポットサイズ変換器の構造図（２）第１の実施の形態における光導波路素子の構造図スポットサイズ変換器の長さと結合効率との相関図ｎ_２／ｎ_３とスポットサイズ変換器の長さとの相関図第１の実施の形態における光導波路素子の製造方法の工程図（１）第１の実施の形態における光導波路素子の製造方法の工程図（２）第１の実施の形態における光導波路素子の製造方法の工程図（３）第１の実施の形態における光導波路素子の製造方法の工程図（４）第１の実施の形態における光導波路素子の製造方法の工程図（５）第１の実施の形態における光導波路素子の製造方法の工程図（６）第１の実施の形態における光導波路素子の製造方法の工程図（７）第１の実施の形態における光導波路素子の製造方法の工程図（８）第１の実施の形態における光導波路素子の製造方法の工程図（９）第２の実施の形態における光導波路素子の製造方法の工程図（１）第２の実施の形態における光導波路素子の製造方法の工程図（２）第２の実施の形態における光導波路素子の製造方法の工程図（３）第２の実施の形態における光導波路素子の製造方法の工程図（４）第２の実施の形態における光導波路素子の製造方法の工程図（５）第２の実施の形態における光導波路素子の製造方法の工程図（６）第３の実施の形態における光導波路素子の構造図（１）第３の実施の形態における光導波路素子の構造図（２）第３の実施の形態における光導波路素子の構造図（３）

発明を実施するための形態について、以下に説明する。尚、同じ部材等については、同一の符号を付して説明を省略する。

〔第１の実施の形態〕
（光導波路素子）
第１の実施の形態における光導波路素子であるスポットサイズ変換器について図３に基づき説明する。本実施の形態におけるスポットサイズ変換器は、シリコン等により形成された基板１１の上に酸化シリコンにより第１のクラッド１２が形成されており、この第１のクラッド１２の上にシリコンにより光導波路となる第１の光導波路コア２１が形成されている。この第１の光導波路コア２１は、端部に向かって徐々に幅が狭くなるように形成されており、このように徐々に幅が狭くなるように形成された第１の光導波路コア２１を覆うようにポリマー等により形成された第２の光導波路コア２２が形成されている。このような構造の第１の光導波路コア２１及び第２の光導波路コア２２を形成することにより、スポットサイズを広げることができ、スポットサイズ変換器として機能するものとなる。

また、第２の光導波路コア２２を覆うように第２のクラッド３２が形成されており、第１の光導波路コア２１及び第２の光導波路コア２２が延びる方向における第２のクラッド３２の両側には、第３のクラッド３３及び３４が形成されている。尚、本実施の形態では、例えば、第１の光導波路コア２１は厚さが約２５０ｎｍであって、幅は端部に向かって約５００ｎｍから約１００ｎｍと細くなるようにテーパー状に形成されている。また、第１の光導波路コア２１においてテーパー状に形成されている領域の長さは２５０μｍであり、幅が最も細くなっている第１の光導波路コア２１の先端２１ａから端面までの長さは約２０μｍとなるように形成されている。第２の光導波路コア２２は厚さが３μｍ、幅が３μｍとなるように形成されており、第２クラッド３２及び第３クラッド３３及び３４は、第２の光導波路コア２２の上の部分の厚さが約１μｍ以上となるように形成されている。尚、本実施の形態においては、第１のクラッド１２は下部クラッドに相当し、第２のクラッド３２及び第３のクラッド３３及び３４は上部クラッドに相当する。

本実施の形態においては、上述したように第１のクラッド１２は、屈折率が約１．４４４の酸化シリコンにより形成されており、第１の光導波路コア２１は、屈折率が約３．５のシリコンにより形成されている。また、第２の光導波路コア２２は、屈折率が約１．５のＳｉＯＮにより形成されており、第３のクラッド３３及び３４は、屈折率が約１．４４４の酸化シリコンにより形成されている。また、第２のクラッド３２は、屈折率が１．３〜１．４となるフッ化マグネシウム（ＭｇＦ_２）またはフッ素系のポリマーにより形成されており、例えば、フッ化マグネシウムにより形成した場合においては、屈折率は１．３８となる。従って、本実施の形態においては、第１の光導波路コア２１、第２の光導波路コア２２、第１のクラッド１２及び第３のクラッド３３及び３４、第２のクラッド３２の順に、屈折率が小さくなるように形成されている。尚、上記屈折率は、波長が１．５５μｍの光における値である。また、本実施の形態におけるスポットサイズ変換器においては、スポットサイズ変換器として機能する領域の長さ、即ち、スポットサイズ変換器の長さはＬ３である。

次に、図３に示す構造の光導波路素子であるスポットサイズ変換器において、第２のクラッド３２の屈折率ｎ_２を変えた場合について説明する。具体的には、第２のクラッド３２の屈折率ｎ_２を１．４４４、１．４、１．３５、１．３と変化させた場合におけるスポットサイズ変換器の長さＬ３と結合効率との関係についてシミュレーションを行なった結果を図４に示す。尚、屈折率ｎ_２が１．４４４の場合では、第２のクラッド３２と第３のクラッド３３及び３４がともに酸化シリコンにより形成されている構造のものとなり、図２に示される構造のスポットサイズ変換器と同じ構造のものとなる。

ここで、結合効率が０．９（９０％）となるような、スポットサイズ変換器の長さＬ３は、第２のクラッド３２における屈折率ｎ_２が１．４４４の場合、即ち、図２に示される構造の場合では約３１５μｍである。これに対し、第２のクラッド３２における屈折率ｎ_２が１．４の場合では、スポットサイズ変換器の長さＬ３は約２７０μｍ、屈折率ｎ_２が１．３５の場合では約２４５μｍ、屈折率ｎ_２が１．３の場合では約３００μｍとなる。従って、第３クラッド３３及び３４の屈折率ｎ_３よりも第２のクラッド３２の屈折率ｎ_２を低くすることにより、スポットサイズ変換器の長さＬ３を短くすることができる。即ち、図３に示すような本実施の形態における光導波路素子であるスポットサイズ変換器においては、スポットサイズ変換器の長さを短くしても同じ結合効率が得られる。言い換えるならば、スポットサイズ変換器の長さを短くしても、結合効率の低下を抑制することができる。

図５は、図３に示す構造のスポットサイズ変換器において、第３クラッド３３及び３４の屈折率ｎ_３に対する第２クラッド３２の屈折率ｎ_２の割合（ｎ_２／ｎ_３）と、結合効率が９０％となるようなスポットサイズ変換器の長さＬ３との関係を示す。尚、ｎ_２／ｎ_３の値が１００％の場合では、このスポットサイズ変換器は図２に示されるスポットサイズ変換器と同様の構造となる。

図５に基づくならば、ｎ_２／ｎ_３の値が９０％以上、１００％未満であれば、結合効率が９０％となるようなスポットサイズ変換器の長さＬ３を図２に示される構造のものよりも短くすることができる。また、ｎ_２／ｎ_３の値を９０％以上、９９％以下とすることにより、結合効率が９０％となるようなスポットサイズ変換器の長さＬ３を３００μｍ以下にすることができる。更に、ｎ_２／ｎ_３の値を９２％以上、９７％以下とすることにより、結合効率が９０％となるようなスポットサイズ変換器の長さＬ３を２７０μｍ以下にすることができる。尚、第２のクラッド３２にフッ化マグネシウムを用いた場合には、フッ化マグネシウムの屈折率が１．３８であることから、結合効率が９０％となるようなスポットサイズ変換器の長さＬ３は約２５５μｍにすることができる。

従って、ｎ_２／ｎ_３の値は、９０％（０．９）以上、１００％（１．０）未満であることが好ましく、９０％（０．９）以上、９９％（０．９９）以下であることがより好ましい。更には、ｎ_２／ｎ_３の値は、９２％（０．９２）以上、９７％（０．９７）以下であることがより一層好ましい。例えば、第３クラッド３３及び３４にｎ_３が１．４４４となる酸化シリコンを用いた場合では、第２クラッド３２はｎ_２が１．３以上、１．４４４未満であることが好ましく、更には、１．３以上、１．４３以下であることが好ましい。また、第２クラッド３２はｎ_２が１．３３以上、１．４以下であることがより一層好ましい。

尚、第１の光導波路コア２１は、シリコン以外にも光通信に用いられる波長の光に対して透明な材料であればよく、ＳｉＧｅ、ＩｎＰ、ＧａＡｓ、またはこれらの材料の混晶等により形成してもよい。また、基板１１は、低コストであり、電子回路等を形成することが容易であることからシリコンが好ましいが、シリコンの他、石英、ＧａＡｓ、ＩｎＰ等により形成されているものであってもよい。また、第２の光導波路コア２２は、ＳｉＯＮ以外の材料であって、ＳｉＯＮと同程度の屈折率を有する材料により形成してもよく、例えば、Ｇｅがドープされた酸化シリコン、酸化シリコン、ポリマー材料等の樹脂材料であってもよい。尚、本実施の形態におけるスポットサイズ変換器の説明において用いたスポットサイズ変換器に関する厚さや幅等は一例であり、適宜変更してもよい。

（光導波路素子の製造方法）
次に、本実施の形態における光導波路素子の製造方法について説明する。

最初に、図６に示すように、シリコン等により形成された基板１１の上に、第１のクラッド１２となる酸化シリコン層が形成されたのもの上に、第１の光導波路コア２１を形成する。具体的には、基板１１の上に、第１のクラッド１２となる酸化シリコン層、第１の光導波路コア２１を形成するためのシリコン層が形成されたものの上にフォトレジストを塗布し、露光装置による露光、現像を行なうことにより、不図示のレジストパターンを形成する。このレジストパターンは、シリコン層において第１の光導波路コア２１が形成される領域の上に形成される。この後、ＲＩＥ（Reactive Ion Etching）等によるドライエッチングにより、レジストパターンの形成されていない領域のシリコン層を除去することにより、残存するシリコン層により第１の光導波路コア２１が形成される。このように形成された第１の光導波路コア２１は、先端部分が細くなるようにテーパー状の形状となるように形成される。この後、不図示のレジストパターンは有機溶剤等により除去する。このように基板１１の上に、第１のクラッド１２を形成するための酸化シリコン層、第１の光導波路コア２１を形成するためのシリコン層が形成されたものとしては、例えば、ＳＯＩ（Silicon on Insulator）基板等が挙げられる。尚、図６（ａ）は、この工程における上面図である。図６（ｂ）は、図６（ａ）の一点鎖線６Ａ−６Ｂにおいて切断した断面図であり、図６（ｃ）は、図６（ａ）の一点鎖線６Ｃ−６Ｄにおいて切断した断面図であり、図６（ｄ）は、図６（ａ）の一点鎖線６Ｅ−６Ｆにおいて切断した断面図である。

次に、図７に示すように第１の光導波路コア２１及び第１のクラッド１２の上に、第３のクラッド３３を形成するための酸化シリコン膜３３ａを形成する。具体的には、第１の光導波路コア２１及び第１のクラッド１２の上に、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）による成膜により酸化シリコン膜３３ａを形成する。尚、図７（ａ）は、この工程における上面図である。図７（ｂ）は、図７（ａ）の一点鎖線７Ａ−７Ｂにおいて切断した断面図であり、図７（ｃ）は、図７（ａ）の一点鎖線７Ｃ−７Ｄにおいて切断した断面図であり、図７（ｄ）は、図７（ａ）の一点鎖線７Ｅ−７Ｆにおいて切断した断面図である。

次に、図８に示すように、酸化シリコン膜３３ａを加工することにより、第３のクラッド３３を形成する。具体的には、酸化シリコン膜３３ａの上にフォトレジストを塗布し、露光装置による露光、現像を行なうことにより、酸化シリコン膜３３ａにおいて第３のクラッド３３が形成される領域の上に、不図示のレジストパターンを形成する。この後、フッ素成分を含むエッチングガスを用いてＲＩＥ等のドライエッチングを行なうことにより、レジストパターンの形成されていない領域の酸化シリコン膜３３ａを除去し、第１の光導波路コア２１等を露出させる。この際行なわれるドライエッチングは、酸化シリコン膜３３ａの除去に必要な時間行う。選択性があるため第１の光導波路コア２１を形成しているシリコンはほとんどエッチングされない。尚、図８（ａ）は、この工程における上面図である。図８（ｂ）は、図８（ａ）の一点鎖線８Ａ−８Ｂにおいて切断した断面図であり、図８（ｃ）は、図８（ａ）の一点鎖線８Ｃ−８Ｄにおいて切断した断面図であり、図８（ｄ）は、図８（ａ）の一点鎖線８Ｅ−８Ｆにおいて切断した断面図である。

次に、図９に示すように、第１の光導波路コア２１を覆うように第２の光導波路コア２２を形成する。具体的には、第１の光導波路コア２１及び第１のクラッド１２の上に、第２の光導波路コア２２を形成するためのＳｉＯＮ膜をＣＶＤによる成膜により形成する。この後、このＳｉＯＮ膜の上にフォトレジストを塗布し、露光装置による露光、現像を行なうことにより、ＳｉＯＮ膜において第２の光導波路コア２２が形成される領域の上に不図示のレジストパターンを形成する。この後、レジストパターンの形成されていない領域のＳｉＯＮ膜をＲＩＥ等のドライエッチングにより、第１のクラッド１２の表面が露出するまで除去することにより、第２の光導波路コア２２を形成する。この後、不図示のレジストパターンは有機溶剤等により除去する。尚、図９（ａ）は、この工程における上面図である。図９（ｂ）は、図９（ａ）の一点鎖線９Ａ−９Ｂにおいて切断した断面図であり、図９（ｃ）は、図９（ａ）の一点鎖線９Ｃ−９Ｄにおいて切断した断面図であり、図９（ｄ）は、図９（ａ）の一点鎖線９Ｅ−９Ｆにおいて切断した断面図である。

次に、図１０に示すように、第２のクラッド３２が形成される領域にエッチグストッパーとなるメタル層５１を形成する。具体的には、第２の光導波路コア２２及び第１のクラッド１２の上に、スパッタリングによりＴｉ膜を形成する。この後、Ｔｉ膜の上にフォトレジストを塗布し、露光装置による露光、現像を行なうことにより、Ｔｉ膜においてメタル層５１が形成される領域の上に不図示のレジストパターンを形成する。この後、ＲＩＥ等のドライエッチングによりレジストパターンの形成されていない領域のＴｉ膜を除去し、第２の光導波路コア２２及び第１のクラッド１２を露出させて、メタル層５１を形成する。この後、不図示のレジストパターンは有機溶剤等により除去する。尚、図１０（ａ）は、この工程における上面図である。図１０（ｂ）は、図１０（ａ）の一点鎖線１０Ａ−１０Ｂにおいて切断した断面図であり、図１０（ｃ）は、図１０（ａ）の一点鎖線１０Ｃ−１０Ｄにおいて切断した断面図であり、図１０（ｄ）は、図１０（ａ）の一点鎖線１０Ｅ−１０Ｆにおいて切断した断面図である。

次に、図１１に示すように、第２の光導波路コア２２及び第１のクラッド１２の上に、第３のクラッド３４を形成するための酸化シリコン膜３４ａを形成する。具体的には、第２の光導波路コア２２、第１のクラッド１２、メタル層５１等の上に、ＣＶＤによる成膜により酸化シリコン膜３４ａを形成する。尚、図１１（ａ）は、この工程における上面図である。図１１（ｂ）は、図１１（ａ）の一点鎖線１１Ａ−１１Ｂにおいて切断した断面図であり、図１１（ｃ）は、図１１（ａ）の一点鎖線１１Ｃ−１１Ｄにおいて切断した断面図であり、図１１（ｄ）は、図１１（ａ）の一点鎖線１１Ｅ−１１Ｆにおいて切断した断面図である。

次に、図１２に示すように、酸化シリコン膜３４ａを加工することにより、第３のクラッド３４を形成する。具体的には、酸化シリコン膜３４ａの上にフォトレジストを塗布し、露光装置による露光、現像を行なうことにより、酸化シリコン膜３４ａにおいて第３のクラッド３４が形成される領域の上に不図示のレジストパターンを形成する。この後、フッ素成分を含むエッチングガスを用いてＲＩＥ等のドライエッチングを行なうことにより、レジストパターンの形成されていない領域の酸化シリコン膜３４ａをメタル層５１が露出するまで除去する。ここで、メタル層５１はエッチングストッパーとなるＴｉにより形成されているため、この際行なわれるドライエッチングは、メタル層５１が露出した状態でストップする。尚、図１２（ａ）は、この工程における上面図である。図１２（ｂ）は、図１２（ａ）の一点鎖線１２Ａ−１２Ｂにおいて切断した断面図であり、図１２（ｃ）は、図１２（ａ）の一点鎖線１２Ｃ−１２Ｄにおいて切断した断面図であり、図１２（ｄ）は、図１２（ａ）の一点鎖線１２Ｅ−１２Ｆにおいて切断した断面図である。

次に、図１３に示すように、メタル層５１を酸等によるエッチング液を用いたウェットエッチングにより除去する。尚、図１３（ａ）は、この工程における上面図である。図１３（ｂ）は、図１３（ａ）の一点鎖線１３Ａ−１３Ｂにおいて切断した断面図であり、図１３（ｃ）は、図１３（ａ）の一点鎖線１３Ｃ−１３Ｄにおいて切断した断面図であり、図１３（ｄ）は、図１３（ａ）の一点鎖線１３Ｅ−１３Ｆにおいて切断した断面図である。

次に、図１４に示すように、第２の光導波路コア２２及び第１のクラッド１２が露出している領域にフッ素系ポリマー等を塗布した後、固めることにより第２のクラッド３２を形成する。第２のクラッド３２は、第３のクラッド３３と第３のクラッド３４の間の領域であるため、フッ素系ポリマー等を塗布することにより、この領域をフッ素系ポリマー等により容易に埋めることができる。尚、図１４（ａ）は、この工程における上面図である。図１４（ｂ）は、図１４（ａ）の一点鎖線１４Ａ−１４Ｂにおいて切断した断面図であり、図１４（ｃ）は、図１４（ａ）の一点鎖線１４Ｃ−１４Ｄにおいて切断した断面図であり、図１４（ｄ）は、図１４（ａ）の一点鎖線１４Ｅ−１４Ｆにおいて切断した断面図である。

〔第２の実施の形態〕
次に、第２の実施の形態について説明する。本実施の形態は、第１の実施の形態における光導波路素子を第１の実施の形態とは異なる製造方法により製造する製造方法である。

最初に、図１５に示すように、シリコン等により形成された基板１１の上に、第１のクラッド１２となる酸化シリコン層が形成されたのもの上に、第１の光導波路コア２１を形成する。具体的には、基板１１の上に、第１のクラッド１２となる酸化シリコン層、第１の光導波路コア２１を形成するためのシリコン層が形成されたものの上にフォトレジストを塗布し、露光装置による露光、現像を行なうことにより、不図示のレジストパターンを形成する。このレジストパターンは、シリコン層において第１の光導波路コア２１が形成される領域の上に形成される。この後、ＲＩＥ等によるドライエッチングにより、レジストパターンの形成されていない領域のシリコン層を除去することにより、残存するシリコン層により第１の光導波路コア２１が形成される。このように形成された第１の光導波路コア２１は、先端部分が細くなるようにテーパー状の形状となるように形成される。この後、不図示のレジストパターンは有機溶剤等により除去する。このように基板１１の上に、第１のクラッド１２を形成するための酸化シリコン層、第１の光導波路コア２１を形成するためのシリコン層が形成されたものとしては、例えば、ＳＯＩ基板等が挙げられる。尚、図１５（ａ）は、この工程における上面図である。図１５（ｂ）は、図１５（ａ）の一点鎖線１５Ａ−１５Ｂにおいて切断した断面図であり、図１５（ｃ）は、図１５（ａ）の一点鎖線１５Ｃ−１５Ｄにおいて切断した断面図であり、図１５（ｄ）は、図１５（ａ）の一点鎖線１５Ｅ−１５Ｆにおいて切断した断面図である。

次に、図１６に示すように第１の光導波路コア２１及び第１のクラッド１２の上に、第３のクラッド３３を形成するための酸化シリコン膜３３ａを形成する。具体的には、第１の光導波路コア２１及び第１のクラッド１２の上に、ＣＶＤによる成膜により酸化シリコン膜３３ａを形成する。尚、図１６（ａ）は、この工程における上面図である。図１６（ｂ）は、図１６（ａ）の一点鎖線１６Ａ−１６Ｂにおいて切断した断面図であり、図１６（ｃ）は、図１６（ａ）の一点鎖線１６Ｃ−１６Ｄにおいて切断した断面図であり、図１６（ｄ）は、図１６（ａ）の一点鎖線１６Ｅ−１６Ｆにおいて切断した断面図である。

次に、図１７に示すように、酸化シリコン膜３３ａを加工することにより、第３のクラッド３３を形成する。具体的には、酸化シリコン膜３３ａの上にフォトレジストを塗布し、露光装置による露光、現像を行なうことにより、酸化シリコン膜３３ａにおいて第３のクラッド３３が形成される領域の上に、不図示のレジストパターンを形成する。この後、フッ素成分を含むエッチングガスを用いてＲＩＥ等のドライエッチングを行なうことにより、レジストパターンの形成されていない領域の酸化シリコン膜３３ａを除去し、第１の光導波路コア２１等を露出させる。この際行なわれるドライエッチングは、酸化シリコン膜３３ａの除去に必要な時間行う。選択性があるため第１の光導波路コア２１を形成しているシリコンはほとんどエッチングされない。尚、図１７（ａ）は、この工程における上面図である。図１７（ｂ）は、図１７（ａ）の一点鎖線１７Ａ−１７Ｂにおいて切断した断面図であり、図１７（ｃ）は、図１７（ａ）の一点鎖線１７Ｃ−１７Ｄにおいて切断した断面図であり、図１７（ｄ）は、図１７（ａ）の一点鎖線１７Ｅ−１７Ｆにおいて切断した断面図である。

次に、図１８に示すように、第１の光導波路コア２１を覆うように第２の光導波路コア２２を形成する。具体的には、第１の光導波路コア２１及び第１のクラッド１２の上に、第２の光導波路コア２２を形成するためのＳｉＯＮ膜をＣＶＤによる成膜により形成する。この後、このＳｉＯＮ膜の上にフォトレジストを塗布し、露光装置による露光、現像を行なうことにより、ＳｉＯＮ膜において第２の光導波路コア２２が形成される領域の上に不図示のレジストパターンを形成する。この後、レジストパターンの形成されていない領域のＳｉＯＮ膜をＲＩＥ等のドライエッチングにより、第１のクラッド１２の表面が露出するまで除去することにより、第２の光導波路コア２２を形成する。この後、不図示のレジストパターンは有機溶剤等により除去する。尚、図１８（ａ）は、この工程における上面図である。図１８（ｂ）は、図１８（ａ）の一点鎖線１８Ａ−１８Ｂにおいて切断した断面図であり、図１８（ｃ）は、図１８（ａ）の一点鎖線１８Ｃ−１８Ｄにおいて切断した断面図であり、図１８（ｄ）は、図１８（ａ）の一点鎖線１８Ｅ−１８Ｆにおいて切断した断面図である。

次に、図１９に示すように、ナノインプリントにより第３のクラッド３４を形成する。具体的には、ＳＯＧ（Spin-on-Glass）等の塗布型の二酸化シリコンを塗布した後、ナノインプリントを行なった後、焼成等の加熱処理を行なうことにより、二酸化シリコンにより第３のクラッド３４を形成する。この方法では、ナノインプリントによるプリントにより第３のクラッド３４のみ容易に形成することができる。

次に、図２０に示すように、第２の光導波路コア２２及び第１のクラッド１２が露出している領域にフッ素系ポリマー等を塗布した後、固めることにより第２のクラッド３２を形成する。第２のクラッド３２は、第３のクラッド３３と第３のクラッド３４の間の領域であるため、フッ素系ポリマー等を塗布することにより、この領域をフッ素系ポリマー等により容易に埋めることができる。尚、図２０（ａ）は、この工程における上面図である。図２０（ｂ）は、図２０（ａ）の一点鎖線２０Ａ−２０Ｂにおいて切断した断面図であり、図２０（ｃ）は、図２０（ａ）の一点鎖線２０Ｃ−２０Ｄにおいて切断した断面図であり、図２０（ｄ）は、図２０（ａ）の一点鎖線２０Ｅ−２０Ｆにおいて切断した断面図である。

尚、上記以外の内容については、第１の実施の形態と同様である。

〔第３の実施の形態〕
次に、第３の実施の形態について説明する。本実施の形態は、第１の実施の形態とは異なる構造の光導波路素子であるスポットサイズ変換器である。

本実施の形態における光導波路素子であるスポットサイズ変換器は、図２１に示されるように、第２のクラッド１３２と第３のクラッド１３４との境界面１３５ａが、基板１１面に対し垂直ではなく斜めとなるような構造のものであってもよい。このような構造のスポットサイズ変換器では、第２のクラッド１３２と第３のクラッド１３４との境界面１３５ａは、第１の光導波路コア２１及び第２の光導波路コア２２に対して垂直ではなく斜めとなる角度となるように形成される。このように、境界面１３５ａを斜めに形成することにより、リターンロスを減らすことができる。

また、図２２に示されるように、第２のクラッド２３２と第３のクラッド２３４との境界面２３５ａ及び２３５ｂが、第１の光導波路コア２１及び第２の光導波路コア２２に沿った基板１１に垂直な面に対し垂直ではなく斜めとなるような構造のものであってもよい。このような構造のスポットサイズ変換器では、第２のクラッド２３２と第３のクラッド２３４との境界面２３５ａ及び２３５ｂは、第１の光導波路コア２１及び第２の光導波路コア２２に対して垂直ではなく斜めとなる角度となるように形成される。このように、境界面２３５ａ及び２３５ｂを斜めに形成することにより、図２１に示される構造のものと同様にリターンロスを減らすことができる。

また、図２３に示されるように、第２のクラッド３３２と第３のクラッド３３４との間に、第２のクラッド３３２の屈折率から第３のクラッド３３４の屈折率へと屈折率が徐々に変化する屈折率傾斜領域３３５が形成されているものであってもよい。このような屈折率傾斜領域３３５は、第２のクラッド３３２の組成から第３のクラッド３３４の組成へと徐々に組成が変化するように組成傾斜させることにより形成することが可能である。このように屈折率傾斜領域３３５を形成することにより、屈折率が急激に変化することなく徐々に変化しているため、この領域における光の反射を低くすることができ、リターンロスを減らすことができる。

以上、実施の形態について詳述したが、特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された範囲内において、種々の変形及び変更が可能である。

上記の説明に関し、更に以下の付記を開示する。
（付記１）
第１のクラッドと、
前記第１のクラッドの上に、先端が細くなるようにテーパー状に形成された第１の光導波路コアと、
前記第１のクラッドの上に、前記第１の光導波路コアを覆うように形成された第２の光導波路コアと、
前記第１のクラッドの上に、前記第２の光導波路コアを覆うように形成された第２のクラッドと、
第１の光導波路コア及び第２の光導波路コアの延びる方向において、前記第２のクラッドの両側に形成された第３のクラッドと、
を有し、
前記第２の光導波路コアにおける屈折率は、前記第１の光導波路コアにおける屈折率よりも低く、
前記第３のクラッドにおける屈折率は、前記第２の光導波路コアにおける屈折率よりも低く、
前記第２のクラッドにおける屈折率は、前記第３のクラッドにおける屈折率よりも低いことを特徴とする光導波路素子。
（付記２）
前記第３のクラッドにおける屈折率ｎ_３に対する前記第２のクラッドにおける屈折率ｎ_２の比ｎ_２／ｎ_３は、０．９以上、１．０未満であることを特徴とする付記１に記載の光導波路素子。
（付記３）
前記第３のクラッドにおける屈折率ｎ_３に対する前記第２のクラッドにおける屈折率ｎ_２の比ｎ_２／ｎ_３は、０．９以上、０．９９以下であることを特徴とする付記１に記載の光導波路素子。
（付記４）
前記第３のクラッドにおける屈折率ｎ_３に対する前記第２のクラッドにおける屈折率ｎ_２の比ｎ_２／ｎ_３は、０．９２以上、０．９７以下であることを特徴とする付記１に記載の光導波路素子。
（付記５）
前記第１のクラッドは、前記第３のクラッドと同じ材料により形成されていることを特徴とする付記１から４のいずれかに記載の光導波路素子。
（付記６）
前記第３のクラッドは、酸化シリコンを含む材料により形成されていることを特徴とする付記１から５のいずれかに記載の光導波路素子。
（付記７）
前記第２のクラッドは、フッ化マグネシウムまたはフッ素成分を含む樹脂材料により形成されていることを特徴とする付記１から６のいずれかに記載の光導波路素子。
（付記８）
前記第１の光導波路コアは、シリコンを含む材料により形成されていることを特徴とする付記１から７のいずれかに記載の光導波路素子。
（付記９）
前記第２の光導波路コアは、ＳｉＯＮを含む材料により形成されていることを特徴とする付記１から８のいずれかに記載の光導波路素子。
（付記１０）
前記第２のクラッドと前記第３のクラッドとの境界面は、前記第１の光導波路コア及び前記第２の光導波路コアの延びる方向に対して所定の角度で傾斜していることを特徴とする付記１から９のいずれかに記載の光導波路素子。
（付記１１）
前記第２のクラッドと前記第３のクラッドとの間には、前記第２のクラッドにおける屈折率から前記第３のクラッドにおける屈折率へと徐々に変化する屈折率傾斜領域が設けられていることを特徴とする付記１から１０のいずれかに記載の光導波路素子。
（付記１２）
前記第１のクラッドは、シリコン基板の上に形成されていることを特徴とする付記１から１１のいずれかに記載の光導波路素子。

１１基板
１２第１のクラッド
２１第１の光導波路コア
２１ａ第１の光導波路コアの先端
２２第２の光導波路コア
３２第２のクラッド
３３第３のクラッド
３４第３のクラッド

Claims

第１のクラッドと、
前記第１のクラッドの上に、先端が細くなるようにテーパー状に形成された第１の光導波路コアと、
前記第１のクラッドの上に、前記第１の光導波路コアを覆うように形成された第２の光導波路コアと、
前記第１のクラッドの上に、前記第２の光導波路コアを覆うように形成された第２のクラッドと、
第１の光導波路コア及び第２の光導波路コアの延びる方向において、前記第２のクラッドの両側に形成された第３のクラッドと、
を有し、
前記第２のクラッドの両側に形成された前記第３のクラッドのうち、前記第１の光導波路コアの先端が細くなっている側の第３のクラッドは、前記第２の光導波路コアを覆うように形成されており、前記第１の光導波路コアの先端が細くなっている側とは反対側の第３のクラッドは、前記第１の光導波路コアを覆うように形成されているものであって、
前記第２の光導波路コアにおける屈折率は、前記第１の光導波路コアにおける屈折率よりも低く、
前記第３のクラッドにおける屈折率は、前記第２の光導波路コアにおける屈折率よりも低く、
前記第２のクラッドにおける屈折率は、前記第３のクラッドにおける屈折率よりも低く、
前記第３のクラッドにおける屈折率ｎ _３に対する前記第２のクラッドにおける屈折率ｎ _２の比ｎ _２／ｎ _３は、０．９以上、１．０未満であることを特徴とする光導波路素子。
前記第１のクラッドは、前記第３のクラッドと同じ材料により形成されていることを特徴とする請求項１に記載の光導波路素子。
前記第２のクラッドと前記第３のクラッドとの境界面は、前記第１の光導波路コア及び前記第２の光導波路コアの延びる方向に対して所定の角度で傾斜していることを特徴とする請求項１または２に記載の光導波路素子。
前記第２のクラッドと前記第３のクラッドとの間には、前記第２のクラッドにおける屈折率から前記第３のクラッドにおける屈折率へと徐々に変化する屈折率傾斜領域が設けられていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の光導波路素子。