WO2023171581A1 - 光導波路及び光導波路の製造方法 - Google Patents

光導波路及び光導波路の製造方法 Download PDF

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WO2023171581A1
WO2023171581A1 PCT/JP2023/008179 JP2023008179W WO2023171581A1 WO 2023171581 A1 WO2023171581 A1 WO 2023171581A1 JP 2023008179 W JP2023008179 W JP 2023008179W WO 2023171581 A1 WO2023171581 A1 WO 2023171581A1
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waveguide core
region
waveguide
core
optical waveguide
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PCT/JP2023/008179
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玲緒奈 泉二
紘崇 上村
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京セラ株式会社
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    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
    • G02B6/122—Basic optical elements, e.g. light-guiding paths
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
    • G02B6/13—Integrated optical circuits characterised by the manufacturing method

Definitions

  • the present disclosure relates to an optical waveguide and a method for manufacturing an optical waveguide.
  • optical wiring technology optical devices using optical fibers and/or optical waveguide elements as transmission media are used to transmit information between elements, boards, or chips in information processing equipment using optical signals.
  • Patent Document 1 discloses an optical module having a structure in which the terminal end of a tapered first core is covered with a second core, and the periphery of the second core is further covered with a cladding.
  • the optical waveguide is a first waveguide core located in the first region; a second waveguide core located across the first region and a second region adjacent to the first region along the axial direction of the first waveguide core; Along the axial direction of the first waveguide core and the second waveguide core, the first region, the second region, and a third region adjacent to the second region on the side opposite to the first region side. a third waveguide core located over the area; Equipped with The first waveguide core has a tapered shape in which a width in a direction perpendicular to the axial direction of the first waveguide core becomes narrower toward the second region in the first region.
  • the second waveguide core has a tapered shape in which the width in the direction perpendicular to the axial direction of the second waveguide core becomes narrower toward the third region in the second region.
  • the third waveguide core covers the first waveguide core and the second waveguide core in the first region, and covers the second waveguide core in the second region.
  • the method for manufacturing an optical waveguide includes: forming a first waveguide core located in the first region; forming a second waveguide core located across the first region and a second region adjacent to the first region along the axial direction of the first waveguide core; Along the axial direction of the first waveguide core and the second waveguide core, the first region, the second region, and a third region adjacent to the second region on the side opposite to the first region side. forming a third waveguide core located over the region; including.
  • the first waveguide core is formed to have a tapered shape in which the width in the direction perpendicular to the axial direction of the first waveguide core becomes narrower toward the second region in the first region.
  • the second waveguide core is formed to have a tapered shape in which the width in the direction perpendicular to the axial direction of the second waveguide core becomes narrower toward the third region in the second region.
  • the third waveguide core is formed to cover the first waveguide core and the second waveguide core in the first region, and to cover the second waveguide core in the second region.
  • FIG. 1 is a plan view schematically showing the configuration of an optical waveguide according to the first embodiment.
  • 1 is a cross-sectional view schematically showing a cross section of an optical waveguide according to a first embodiment.
  • 1 is a cross-sectional view schematically showing a cross section of an optical waveguide according to a first embodiment;
  • FIG. 3 is a diagram showing an aspect of waveguiding by the optical waveguide according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a diagram showing an aspect of waveguiding by the optical waveguide according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a method for manufacturing an optical waveguide according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a method for manufacturing an optical waveguide according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a method for manufacturing an optical waveguide according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a method for manufacturing an optical waveguide according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a method for manufacturing an optical waveguide according to the first embodiment.
  • FIG. 7 is a plan view schematically showing the configuration of an optical waveguide according to a second embodiment.
  • FIG. 7 is a plan view schematically showing the configuration of an optical waveguide according to a third embodiment.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view schematically showing a cross section of an optical waveguide according to a third embodiment.
  • FIG. 7 is a plan view schematically showing the configuration of an optical waveguide according to a fourth embodiment.
  • FIG. 7 is a plan view schematically showing the configuration of an optical waveguide according to a fifth embodiment.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view schematically showing a cross section of an optical waveguide according to a fifth embodiment.
  • FIG. 7 is a plan view schematically showing the configuration of an optical waveguide according to a sixth embodiment.
  • An object of the present disclosure is to provide an optical waveguide that can reduce loss when converting an MFD, and a method for manufacturing such an optical waveguide. According to one embodiment, it is possible to provide an optical waveguide that can reduce loss when converting an MFD, and a method for manufacturing such an optical waveguide.
  • an “optical waveguide” may be an element that optically connects an optical waveguide core of an optical device and an external element such as an optical fiber. Furthermore, in the embodiments described below, the “optical waveguide” may have the function of the spot size converter described above.
  • Optical waveguides according to some embodiments will be described below with reference to the drawings.
  • the drawings illustrating each embodiment in the present disclosure are schematically illustrated with appropriate simplification etc. for the purpose of explanation. Therefore, the drawings showing each embodiment in the present disclosure do not necessarily show the actual size of each member, the actual size ratio between each member, or the actual size ratio in each direction of each member, etc. It is not meant to be shown.
  • FIG. 1 and 2 are diagrams showing a schematic configuration of an optical waveguide according to the first embodiment.
  • FIG. 1 is a plan view of the optical waveguide according to the first embodiment. That is, FIG. 1 is a top view of the optical waveguide according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the optical waveguide according to the first embodiment. That is, FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line AA of the optical waveguide shown in FIG.
  • the optical waveguide 1 includes a first waveguide core 11, a second waveguide core 12, and a third waveguide core 13. Further, the optical waveguide 1 may include a first end E1 on the left side and a second end E2 on the right side. Here, the first end E1 on the left side and the second end E2 on the right side of the optical waveguide 1 may be virtual ends or substantial (physical) ends.
  • the first end E1 of the optical waveguide 1 may be an end that is optically connected to, for example, an optical device.
  • the second end E2 of the optical waveguide 1 may be an end that is optically connected to an external element such as a semiconductor laser or an optical fiber.
  • the direction of the Z axis shown in FIGS. 1 and 2 may be a direction parallel to the direction in which light is guided (propagated) in the optical waveguide 1.
  • the optical waveguide 1 can convert (enlarge) the MFD of light input to the first end E1 and output it from the second end E2. In this case, in the optical waveguide 1, light is guided (propagated) in the positive direction of the Z-axis. Conversely, the optical waveguide 1 can convert (reduce) the MFD of the light input to the second end E2 and output it from the first end E1. In this case, in the optical waveguide 1, light is guided (propagated) in the negative direction of the Z-axis.
  • the direction of the axes of the optical waveguide 1, the first waveguide core 11, the second waveguide core 12, the third waveguide core 13, etc. refers to the direction in which light is guided in these members. (propagation) direction, for example, the direction of the optical axis.
  • the direction of the Y axis shown in FIGS. 1 and 2 may be parallel to the thickness direction of the optical waveguide 1.
  • the direction of the Y axis shown in FIGS. 1 and 2 indicates the direction of the thickness of the optical waveguide 1 and each member in the optical waveguide 1 (thickness direction).
  • the positive Y-axis direction shown in FIGS. 1 and 2 may be, for example, vertically upward.
  • the Y-axis negative direction shown in FIGS. 1 and 2 may be, for example, vertically downward.
  • the direction of the X axis shown in FIGS. 1 and 2 may be a direction parallel to the width direction of the optical waveguide 1.
  • the width of the optical waveguide 1 may be the length in a direction perpendicular to the axis (Z-axis direction) of the optical waveguide 1 in a plane parallel to the XZ plane.
  • the direction of the X axis shown in FIGS. 1 and 2 indicates the width direction (width direction) of the optical waveguide 1 and each member in the optical waveguide 1.
  • the optical waveguide 1 has a first region R1, a second region R2, and a third region R3.
  • the first region R1, second region R2, and third region R3 of the optical waveguide 1 may each be a virtual region or a substantial (physical) region.
  • the first region R1, the second region R2, and the third region R3 may be arranged in order in the axial direction (for example, the Z-axis positive direction) of the optical waveguide 1, as shown in FIGS. 1 and 2.
  • the first waveguide core 11 is located in the first region R1, as shown in FIGS. 1 and 2.
  • the length of the first region R1 in the Z-axis direction is not particularly limited, but may be, for example, 50 ⁇ m. That is, the length of the first waveguide core 11 in the axial direction is not particularly limited, but may be, for example, 50 ⁇ m.
  • the height t1 of the first waveguide core 11 in the Y-axis direction (also referred to as the thickness t1 of the first waveguide core 11) may be, for example, 0.2 ⁇ m.
  • the length of the first waveguide core 11 in the X-axis direction (also referred to as the width of the first waveguide core 11) is formed to decrease toward the positive direction of the Z-axis. That is, the axial cross-sectional area of the first waveguide core 11 may be formed to become smaller in the positive direction of the Z-axis.
  • the first waveguide core 11 has a tapered shape in which the width in the direction perpendicular to the axial direction (Z-axis direction) of the first waveguide core 11 narrows toward the second region R2 in the first region R1. has.
  • the width w0 of the end of the first waveguide core 11 on the Z-axis negative direction side may be, for example, 0.8 ⁇ m.
  • the width w1 of the end portion of the first waveguide core 11 on the Z-axis negative and positive direction side may be set to, for example, 0.15 ⁇ m.
  • the second waveguide core 12 is located across the first region R1 and the second region R2, as shown in FIGS. 1 and 2.
  • the second region R2 is adjacent to the first region R1.
  • the length of the second region R2 in the Z-axis direction is not particularly limited, but may be, for example, 150 ⁇ m. Therefore, the length of the second waveguide core 12 in the axial direction is not particularly limited, but may be, for example, 200 ⁇ m.
  • the second waveguide core 12 may be arranged along the axial direction (Z-axis direction) of the first waveguide core 11.
  • the height t2 of the second waveguide core 12 in the Y-axis direction (also referred to as the thickness t2 of the second waveguide core 12) may be, for example, 0.2 ⁇ m. In one embodiment, the thickness t2 of the second waveguide core 12 may be less than 0.2 ⁇ m.
  • the length of the second waveguide core 12 in the X-axis direction (also referred to as the width of the second waveguide core 12) is formed so that it has a portion that decreases toward the positive direction of the Z-axis.
  • Ru the axial cross-sectional area of the second waveguide core 12 may be formed to have a portion that becomes smaller toward the positive direction of the Z-axis.
  • the second waveguide core 12 has a tapered shape in which the width in the direction perpendicular to the axial direction (Z-axis direction) of the second waveguide core 12 narrows toward the third region R3 in the second region R2. has.
  • the width w0 of the end of the second waveguide core 12 on the Z-axis negative direction side may be, for example, 0.8 ⁇ m. Further, the width w2 of the end portion of the second waveguide core 12 on the Z-axis negative and positive direction side may be set to, for example, 0.15 ⁇ m.
  • the second waveguide core 12 may have a tapered shape in the second region R2 without having a tapered shape in the first region R1.
  • the width w0 remains constant or almost constant in the first region R1.
  • the width w0 of the second waveguide core 12 at the boundary between the first region R1 and the second region R2 is up to the width w2 at the boundary between the second region R2 and the third region R3. Things are changing gradually.
  • the second waveguide core 12 may have a tapered shape over the entire first region R1 and second region R2. In this case, the second waveguide core 12 may have the same taper angle or taper rate in the first region R1 and the second region R2. Further, the second waveguide core 12 may have different taper angles or taper rates in the first region R1 and the second region R2.
  • the first waveguide core 11 is placed over the second waveguide core 12. Further, the first waveguide core 11 is arranged on the second waveguide core 12 so as to partially overlap with each other. As shown in FIGS. 1 and 2, the first waveguide core 11 overlaps with the second waveguide core 12 in the first region R1. Also at the first end E1 of the optical waveguide 1, the first waveguide core 11 may overlap with the second waveguide core 12. On the other hand, the first waveguide core 11 does not overlap with the second waveguide core 12 in the second region R2.
  • the third waveguide core 13 is located across the first region R1, the second region R2, and the third region R3.
  • the third region R3 is adjacent to the second region R2. More specifically, the third region R3 is adjacent to the second region R2 on the side opposite to the first region R1 side.
  • the length of the third region R3 in the Z-axis direction is not particularly limited, but may be, for example, 600 ⁇ m. Therefore, the length of the third waveguide core 13 in the axial direction is not particularly limited, but may be, for example, 800 ⁇ m.
  • the third waveguide core 13 may be arranged along the axial direction (Z-axis direction) of the first waveguide core 11 and the second waveguide core 12.
  • the height t3 of the third waveguide core 13 in the Y-axis direction (also referred to as the thickness t3 of the third waveguide core 13) may be, for example, 0.6 ⁇ m.
  • the length of the third waveguide core 13 in the X-axis direction (also referred to as the width of the third waveguide core 13) may be constant or approximately constant, for example.
  • the width w3 of the third waveguide core 13 may be, for example, 1.5 ⁇ m.
  • the width w3 remains constant or substantially constant over the first region R1, the second region R2, and the third region R3.
  • the third waveguide core 13 is placed over the first waveguide core 11 and the second waveguide core 12. As shown in FIGS. 1 and 2, the third waveguide core 13 overlaps the first waveguide core 11 and the second waveguide core 12 in the first region R1. More specifically, the third waveguide core 13 is formed in the first region R1 so as to cover the second waveguide core 12 disposed on the first waveguide core 11. Therefore, the third waveguide core 13 may be formed to cover the first waveguide core 11 and the second waveguide core 12 in the first region R1. Also at the first end E1 of the optical waveguide 1, the third waveguide core 13 may be formed to cover the first waveguide core 11 and the second waveguide core 12.
  • the third waveguide core 13 may overlap with the second waveguide core 12 in the second region R2. More specifically, the third waveguide core 13 is formed to cover the second waveguide core 12 in the second region R2. On the other hand, the third waveguide core 13 does not overlap with either the first waveguide core 11 or the second waveguide core 12 in the third region R3. In this way, the third waveguide core 13 covers the first waveguide core 11 and the second waveguide core 12 in the first region R1, and covers the second waveguide core 12 in the second region R2.
  • the first waveguide core 11, the second waveguide core 12, and the third waveguide core 13 may each be formed of a silicon material, such as single crystal silicon, silicon nitride, silicon oxynitride, or the like.
  • the first waveguide core 11 and the second waveguide core 12 may be integrally molded, or may be molded separately and then joined together.
  • the refractive index n1 of the first waveguide core 11 may be, for example, 1.87.
  • the refractive index n2 of the second waveguide core 12 may also be set to, for example, 1.87.
  • the refractive index n1 of the first waveguide core 11 and the refractive index n2 of the second waveguide core 12 may be the same or different.
  • the refractive index n3 of the third waveguide core 13 may be set to 1.58, for example.
  • the first waveguide core 11 and the second waveguide core 12 may be formed of a material having a larger (higher) refractive index than the third waveguide core 13.
  • the optical waveguide 1 includes the first waveguide core 11, the second waveguide core 12, and the third waveguide core 13.
  • the first waveguide core 11 is located in the first region R1.
  • the second waveguide core 12 is located along the axial direction (Z-axis direction) of the first waveguide core 11 over a first region R1 and a second region R2 adjacent to the first region R1.
  • the third waveguide core 13 includes a first region R1, a second region R2, and a second region R2 along the axial direction (Z-axis direction) of the first waveguide core 11 and the second waveguide core 12. It is located across the third region R3 adjacent to the opposite side to the first region R1 side.
  • the width of the first waveguide core 11 in the direction perpendicular to the axial direction (Z-axis direction) of the first waveguide core 11 in the first region R1 is the same as that of the second region R1. It may have a tapered shape that becomes narrower toward the R2 side.
  • the width of the second waveguide core 12 in the direction perpendicular to the axial direction (Z-axis direction) of the second waveguide core 12 in the second region R2 is on the third region R3 side. It may have a tapered shape that becomes narrower toward the end.
  • the third waveguide core 13 covers the first waveguide core 11 and the second waveguide core 12 in the first region R1, and covers the second waveguide core 13 in the second region R2. 12 may be covered.
  • FIG. 3 is a diagram showing a state in which the optical waveguide 1 according to the first embodiment is produced on a substrate. Similar to FIG. 2, FIG. 3 is a cross-sectional view of the optical waveguide 1 according to the first embodiment.
  • the optical waveguide 1 produced on the substrate includes, in addition to the above-described first waveguide core 11, second waveguide core 12, and third waveguide core 13, a lower cladding layer. 21, an upper cladding layer 22, and a substrate 30.
  • the lower cladding layer 21 and the upper cladding layer 22 may be formed using, for example, silicon oxide or silicon oxynitride.
  • the substrate 30 may be, for example, a silicon substrate.
  • a lower cladding layer 21 may be formed on the substrate 30. Further, the optical waveguide 1 (the first waveguide core 11, the second waveguide core 12, and the third waveguide core 13) according to the first embodiment described above may be formed on the lower cladding layer 21. Furthermore, in the optical waveguide 1, an upper cladding layer 22 may be formed on the third waveguide core 13. The refractive index of the lower cladding layer 21 and the upper cladding layer 22 is configured to be lower (smaller) than the refractive index of any of the first waveguide core 11, the second waveguide core 12, and the third waveguide core 13. You may do so.
  • the optical waveguide 1 according to the first embodiment is produced on a substrate, a configuration as shown in FIG. 3 can be adopted. Since the configurations and functions of the lower cladding layer 21, the upper cladding layer 22, and the substrate 30 are known, a more detailed explanation will be omitted. In the following description, structures other than the lower cladding layer 21, the upper cladding layer 22, and the substrate 30 will be explained. That is, the optical waveguide 1 located between the lower cladding layer 21 and the upper cladding layer 22 will be mainly described below.
  • the refractive index of the third waveguide core 13 is lower than the refractive index of the first waveguide core 11 and the second waveguide core 12, but is lower than the refractive index of the lower cladding layer 21 and the upper cladding layer 22. It's also expensive.
  • the optical waveguide 1 according to the first embodiment has the following effects, for example. (1) When the first waveguide core 11 disappears from the first region R1 to the second region R2, loss of the TE wave component and the TM wave component can be suppressed. Therefore, polarization dependence of MFD conversion can be suppressed.
  • the MFD of the TM wave can be expanded at the boundary between the first region R1 and the second region R2, and the mode of the third waveguide core 13 can be matched. Moreover, at the boundary between the second region R2 and the third region R3S, the MFD of the TE wave can be expanded and matched with the mode of the third waveguide core 13. (3) Members such as waveguide cores can be made into dimensions that can be realized by photolithography.
  • the third waveguide core 13 It is assumed that MFD conversion of migrating light is performed. In such a case, it is only possible to convert the third waveguide core 13 into a waveguide core with strong light confinement, that is, with a small MFD. In order to increase the MFD, it is necessary to reduce the thickness of the tapered tip portions of the first waveguide core 11 and the second waveguide core 12.
  • the thickness of the optical waveguide 1 at the end E1 on the optical device side does not necessarily correspond to the thickness of the optical waveguide appropriate for the optical device. It does not match. Therefore, an additional conversion structure is required when optically connecting the optical waveguide 1 and the optical device with low loss.
  • a third waveguide core 13 is provided that covers the first waveguide core 11 and the second waveguide core 12.
  • the optical waveguide 1 according to the first embodiment can suppress loss in both the TE wave component and the TM wave component. That is, according to the optical waveguide 1, the TE wave component is connected to the thin second waveguide core 12 with low loss due to the step t1 and the refractive index and dimensions of the third waveguide core 13.
  • the optical waveguide 1 by narrowing the tip of the second waveguide core 12 having the thickness t2, it is connected to the third waveguide core with low loss.
  • the TM wave component is connected to the third waveguide core 13 at the tapered tip of the first waveguide core with low loss by providing a step of thickness t1 and a sufficiently thin thickness t2.
  • the step t1 and the third waveguide core 13 can be designed independently of the structure t1+t2 of the optical waveguide on the optical device side. Thereby, according to the optical waveguide 1, polarization dependence upon spot size conversion can be suppressed.
  • the shape of the waveguide mode in the third region R3 is changed to the shape of the waveguide mode at the interface between the second region R2 and the third region R3. It is possible to approximate the shape. As a result, loss of light due to mismatch of waveguide modes between the second region R2 and the third region R3 is suppressed.
  • the sum t1+t2 of the thickness t1 of the first waveguide core 11 and the thickness t2 of the second waveguide core 12 is, for example, 400 nm.
  • t2 is set to be smaller than 200 nm. Good too. In this way, an optical connection with low loss and suppressed polarization dependence is possible between the large-diameter core waveguide in the first region R1 and the small-diameter core waveguide in the second region R2.
  • the diameter (MFD) of the light input from the first end E1 of the optical waveguide 1 is the same as the diameter (MFD) of the light until it is output from the second end E2 of the optical waveguide 1.
  • MFD diameter of the light guided through the entire first waveguide core 11, second waveguide core 12, and third waveguide core 13 varies from the first region R1 to the third region R1. It may be made to become larger toward region R3.
  • FIGS. 4 and 5 are diagrams showing the results of simulating how light propagates in the optical waveguide 1.
  • a description will be given of how the first end E1 of the optical waveguide 1 is used as an input port, light is input therefrom, and spot size conversion is performed.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view showing the intensity of light propagating inside the optical waveguide 1.
  • FIG. 4(A) shows the electric field strength of the TE wave component.
  • FIG. 4(B) shows the state of the electric field strength of the TM wave component.
  • the left end in FIGS. 4(A) and 4(B) may correspond to the first end E1 of the optical waveguide 1.
  • the right end in FIGS. 4(A) and 4(B) may correspond to the second end E2 of the optical waveguide 1. That is, in FIGS. 4A and 4B, the lateral direction corresponds to the Z-axis direction shown in FIGS. 1 to 3.
  • FIGS. 4A and 4B the lateral direction corresponds to the Z-axis direction shown in FIGS. 1 to 3.
  • FIG. 4(A) is a diagram showing the electric field strength of the TE wave component of light propagating inside the optical waveguide 1 in correspondence with the cross section of the optical waveguide 1 as shown in FIG. 3.
  • FIG. 4(B) is a diagram showing the state of the electric field strength of the TM wave component of light propagating inside the optical waveguide 1 in correspondence with the cross section of the optical waveguide 1 as shown in FIG. 3. .
  • the electric field strength is strongest at a location indicated by s1, and locations where the electric field strength becomes weaker in the order of s2, s3, s4, and s5 are shown.
  • s1 which has the strongest electric field strength among the TM wave components, disappears near the boundary between the first region R1 and the second region R2 when propagating from left to right.
  • the MFD is relatively close to the left waveguide. Therefore, the TM wave component propagates inside the third waveguide core 13 without leaking out of the third waveguide core 13.
  • s1 which has the strongest electric field strength among the TE wave components, does not disappear even when it enters the second region R2 from the first region R1 when propagating from left to right. .
  • the optical waveguide 1 can transfer the TM wave component to the outer third waveguide core 13 at a relatively early stage.
  • FIG. 5 is a diagram showing how the output ratio of light propagating through each region of the optical waveguide 1 changes.
  • the change in the output ratio of the TM wave component is shown by a solid line graph.
  • the change in the output ratio of the TE wave component is shown by a broken line graph.
  • the left end in FIG. 5 may correspond to the first end E1 of the optical waveguide 1.
  • the right end in FIG. 5 may correspond to the second end E2 of the optical waveguide 1.
  • the horizontal direction corresponds to the Z-axis direction shown in FIGS. 1 to 3.
  • the lateral direction corresponds to a first region R1, a second region R2, and a third region R3 in the optical waveguide 1 in order from the left.
  • the vertical direction indicates the magnitude of the power ratio of each of the TM wave component and the TE wave component.
  • the vertical axis in FIG. 5 can be assumed to be an index indicating how much light propagating inside the optical waveguide 1 is transferred to the third waveguide core 13. As shown in the solid line graph in FIG. It can be seen that the wave has moved to the wave core 13. On the other hand, as shown in the broken line graph in FIG. It can be seen that the waveguide has moved to the third waveguide core 13.
  • the optical waveguide 1 according to the first embodiment employs a two-step tapered shape formed by the first waveguide core 11 and the second waveguide core 12, and the third waveguide core 13.
  • the first waveguide core 11 transfers the TM wave component to the third waveguide core 13
  • the second waveguide core 12 transfers the TE wave component to the third waveguide core 13. be able to. Therefore, in order to produce the effect of suppressing the polarization dependence in the TE wave component and the TM wave component, for example, the smaller the width of the first waveguide core 11 and the second waveguide core 12, the larger the mode diameter becomes.
  • Each condition and/or specification may be set so that the
  • the value of the effective refractive index n eff that satisfies the following equation (1) may be within a predetermined range.
  • the value of the effective refractive index n eff that satisfies the following equation (1) may be smaller than 0.3n 1 +0.7n 3 .
  • k 0 is the wave number of light in vacuum.
  • w1 is the width w1 of the end of the first waveguide core 11 on the Z-axis negative and positive direction side.
  • w 1 may be equal to the width w 2 of the end of the second waveguide core 12 on the Z-axis negative and positive direction side.
  • n 1 is the refractive index of the first waveguide core 11.
  • n 1 may be equal to the refractive index of the second waveguide core 12 .
  • n 3 is the refractive index of the third waveguide core 13.
  • the optical waveguide 1 according to the first embodiment it is possible to make it difficult to cause a difference in the degree of conversion of the MFD between the TE wave component and the TM wave component, that is, to reduce the polarization dependence of the conversion of the MFD. In this way, according to the optical waveguide 1 according to the first embodiment, it is possible to reduce the loss when converting the MFD.
  • a layer with a thickness of t1+t2 that serves as the first waveguide core 11 and the second waveguide core 12 is formed on the lower cladding layer 21 as shown in FIG. It's okay.
  • the outside of the region of the second waveguide core 12 may be etched by a thickness t1+t2 by first etching.
  • a thickness t1 as the first waveguide core 11 and a thickness t2 as the second waveguide core 12 is realized. be able to.
  • a layer having a thickness of t1+t2 that serves as the first waveguide core 11 and the second waveguide core 12 may be formed.
  • the outside of the region of the first waveguide core 11 having the thickness t1 may be etched by the first etching.
  • the subsequent second etching only the outside of the region of the second waveguide core 12 having a thickness t2 is etched, so that the first waveguide core 11 has a thickness t1, and the second waveguide core 12 has a thickness t1.
  • a structure with a thickness of t2 can be realized.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating an example of the method for manufacturing the optical waveguide 1 according to the first embodiment. With reference to FIG. 6, a manufacturing method in which the thickness (t1+t2) is etched and then the thickness t1 is etched will be described.
  • FIG. 6 shows a top view of the optical waveguide 1 viewed from above.
  • the lower side of FIG. 6 shows cross-sectional views at positions ⁇ , ⁇ , and ⁇ of the optical waveguide 1 shown on the upper side of FIG. 6, respectively.
  • FIG. 6A shows a manufacturing process of the first waveguide core 11 by forming a resist mask.
  • FIG. 6(b) shows a manufacturing process for etching the thickness t1+t2.
  • FIG. 6(c) shows a manufacturing process for removing the resist.
  • FIG. 6(d) shows a manufacturing process of the second waveguide core 12 by forming a resist mask.
  • FIG. 6(e) shows a manufacturing process for etching the thickness t1.
  • a silicon waveguide is formed on a silicon-on-insulator substrate.
  • a silicon waveguide is buried with a silicon oxide film using a chemical vapor deposition (CVD) device, and planarized using chemical mechanical polishing.
  • CVD chemical vapor deposition
  • a silicon nitride (SiN) film is stacked on a flattened substrate using a CVD device or the like.
  • a pattern of the second waveguide core 12 is formed between the end portion E1 and the end portion E2, and a pattern of the second waveguide core 12 is formed between the end portion E1 and the optical device side.
  • a resist pattern having a pattern corresponding to a wave path is formed.
  • a thickness t1+t2 is etched to form precursors of the first waveguide core 11 and the second waveguide core 12.
  • a resist pattern is formed in the region of the first waveguide core 11 by photolithography, as shown in FIG. 6(c). By dry etching only the thickness t1, the first waveguide core 11 and the second waveguide core 12 are formed.
  • the optical waveguide 1 may be manufactured as shown in FIG.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating a manufacturing method in which the thickness t2 is etched after the thickness t1 is etched.
  • FIG. 7 shows a top view of the optical waveguide 1 viewed from above.
  • the lower side of FIG. 7 shows cross-sectional views at positions ⁇ , ⁇ , and ⁇ of the optical waveguide 1 shown on the upper side of FIG. 7, respectively.
  • FIG. 7A shows a manufacturing process of the first waveguide core 11 by forming a resist mask.
  • FIG. 7(b) shows a manufacturing process for etching the thickness t1.
  • FIG. 7(c) shows a manufacturing process for removing the resist.
  • FIG. 7(d) shows a manufacturing process of the second waveguide core 12 by forming a resist mask.
  • FIG. 7(e) shows a manufacturing process for etching the thickness t2.
  • a resist pattern for the first waveguide core 11 is formed by photolithography.
  • the first waveguide core 11 is formed by dry etching to a thickness t1.
  • a pattern of the second waveguide core 12 is formed by photolithography using the alignment mark as a reference.
  • the second waveguide core 12 is formed by dry etching the thickness t2.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating a method for maintaining an alignment margin in a manufacturing method in which a thickness (t1+t2) is etched and then a thickness t1 is etched.
  • FIG. 8 shows a top view of the optical waveguide 1 viewed from above.
  • the lower side of FIG. 8 shows cross-sectional views at positions ⁇ , ⁇ , and ⁇ of the optical waveguide 1 shown on the upper side of FIG. 8, respectively.
  • FIG. 8A shows a manufacturing process of the first waveguide core 11 by forming a resist mask.
  • FIG. 8(b) shows a manufacturing process for etching the thickness t1+t2.
  • FIG. 8(c) shows a manufacturing process for removing the resist.
  • FIG. 8(d) shows a manufacturing process of the second waveguide core 12 by forming a resist mask.
  • FIG. 8(e) shows a manufacturing process for etching the thickness t1.
  • FIG. 8(a), FIG. 8(b), and FIG. 8(c) may be similar to FIG. 6(a), FIG. 6(b), and FIG. 6(c), respectively.
  • the resist mask in the second etching shown in FIG. 6(d) may be as shown in FIG. 8(d). That is, the first region R1 has a pattern of the first waveguide core 11, and the pattern including the first waveguide core 11 is formed on the side closer to the optical device than the end E1. In particular, it may have a region where the pattern of the first waveguide core 11 is linearly extended, and the end of the region may be a distance m1 or more from the end of the first waveguide core 11.
  • the distance m1 may be made larger than the sum of dimensional tolerance and alignment intersection in photolithography. Thereby, even if misalignment occurs in the second photolithography, it is possible to avoid unintended steps from occurring in the waveguide of the optical device.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating a method of using a hard mask in a manufacturing method in which a thickness t1 is etched after a thickness t2 is etched.
  • FIG. 9 shows a top view of the optical waveguide 1 viewed from above.
  • the lower side of FIG. 9 shows cross-sectional views at positions ⁇ , ⁇ , and ⁇ of the optical waveguide 1 shown on the upper side of FIG. 9, respectively.
  • FIG. 9A shows a manufacturing process of the first waveguide core 11 by forming a hard mask.
  • FIG. 9(b) shows a manufacturing process of the second waveguide core 12 by forming a resist mask.
  • FIG. 9(c) shows a manufacturing process for etching the thickness t2.
  • FIG. 9(d) shows a manufacturing process for removing the resist.
  • FIG. 9(e) shows a manufacturing process for etching the thickness t1.
  • the manufacturing method shown in FIG. 9 may be the same as manufacturing method 1 up to the deposition of SiN by CVD.
  • a hard mask layer is then deposited, such as by reactive sputtering or atomic layer deposition.
  • the material of the hard mask may be, for example, Al, Al 2 O 3 or AlN.
  • a pattern of the first waveguide core 11 is formed between the end E1 and the end E2 by photolithography, and a pattern of the first waveguide core 11 is formed on the optical device side than the end E1.
  • a resist pattern having an optical waveguide pattern is formed.
  • the hard mask is etched by inductively coupled dry etching using, for example, Cl 2 /BCl 3 to form a hard mask as shown in FIG. 9(a).
  • FIG. 9(b) there is a pattern of the second waveguide core 12 between the end E1 and the end E2, and the second waveguide core 12 is included in the optical waveguide on the optical device side than the end E1.
  • a resist pattern 2 is formed.
  • the resist pattern 2 may be included inside the hard mask by a distance m1.
  • the distance m1 may be made larger than the sum of dimensional tolerance and alignment intersection in photolithography.
  • a thickness t2 is etched by CHF 3 /CF 4 based dry etching.
  • the resist is removed and a thickness t1 is etched by CHF 3 /CF 4 based dry etching.
  • Al is removed by, for example, alkaline wet etching or inductively coupled dry etching using, for example, Cl 2 /BCl 3 .
  • Al 2 O 3 or AlN is used as a hard mask, the Al 2 O 3 or AlN is removed by inductively coupled dry etching using, for example, Cl 2 /BCl 3 .
  • the hard mask may be left without being removed.
  • the optical waveguide in the optical device is manufactured in the shape of a hard mask, so even if the resist pattern 2 is formed with a shift relative to the hard mask, unintended steps will occur in the optical waveguide. can be avoided.
  • the optical waveguide 1 may be manufactured as shown in FIG.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating a method of using a hard mask in a manufacturing method in which a thickness t1 is etched after a thickness t2 is etched.
  • FIG. 10 shows a top view of the optical waveguide 1 viewed from above.
  • the lower side of FIG. 10 shows cross-sectional views at positions ⁇ , ⁇ , and ⁇ of the optical waveguide 1 shown on the upper side of FIG. 10, respectively.
  • FIG. 10(a) shows a manufacturing process of the first waveguide core 11 by forming a hard mask.
  • FIG. 10(b) shows a manufacturing process of the second waveguide core 12 by forming a resist mask.
  • FIG. 10(c) shows a manufacturing process for etching the thickness t2.
  • FIG. 10(d) shows a manufacturing process for removing the resist.
  • FIG. 10(e) shows a manufacturing process for etching the thickness t1.
  • the manufacturing method shown in FIG. 10 may be the same as the manufacturing method shown in FIG. 9.
  • the shape of the resist pattern 2 is different from that in the manufacturing method shown in FIG.
  • the resist pattern 2 shown in FIG. 10 expands to include the optical waveguide closer to the optical device than the end E1, and then intersects the optical waveguide and enters the inside as it goes further toward the optical device.
  • the end portion of the resist pattern 2 includes the distance m2.
  • m1 and m2 may be made larger than the sum of dimensional tolerance and alignment intersection in photolithography.
  • SiON is laminated using a CVD device or the like.
  • the third waveguide core 13 is formed using photolithography and etching techniques using the alignment mark as a reference.
  • planarization may be performed by chemical mechanical polishing or an etch-back method.
  • the pattern of the first waveguide core 11 may be formed by using a hard mask of Al, Al 2 O 3 , AlN, or the like.
  • the optical waveguide 1 may be manufactured, for example, as follows.
  • the formation may be performed in the same manner as described above up to the step of forming the SiN film by CVD.
  • a hard mask layer is then deposited, such as by reactive sputtering or atomic layer deposition.
  • the material of the hard mask may be, for example, Al, Al 2 O 3 or AlN.
  • the first waveguide core 11 is patterned by photolithography, and the hard mask is etched by dry etching (for example of the inductively coupled type using Cl 2 /BCl 3 ). Subsequently, the resist is peeled off, and a pattern of the first waveguide core 11 is formed by photolithography. Thereafter, the SiN is etched to a thickness t1 by CHF 3 /CF 4 based inductively coupled dry etching.
  • the resist is peeled off, and the SiN is etched to a thickness t2 again by CHF 3 /CF 4 based inductively coupled dry etching.
  • Al is removed by, for example, alkaline wet etching or inductively coupled dry etching using, for example, Cl 2 /BCl 3 . If Al 2 O 3 or AlN is used as a mask, no removal is required. At this time, the refractive index of Al 2 O 3 or AlN may be greater than the refractive index of the second waveguide core 12 and smaller than the refractive index of the first waveguide core 11 .
  • the pattern of the first waveguide core 11 may be formed by using a hard mask such as SiON.
  • the optical waveguide 1 may be manufactured, for example, as follows.
  • the pattern of the first waveguide core 11 is formed by photolithography, and the hard mask is etched by dry etching (inductively coupled type using CHF 3 /CF 4 system). Subsequently, the resist is removed, and a pattern of the first waveguide core 11 is formed by photolithography. Thereafter, the SiN is etched to a thickness t1 by CHF 3 /CF 4 based inductively coupled dry etching. Then, the resist is peeled off, and the SiN is etched to a thickness t2 again by CHF 3 /CF 4 based inductively coupled dry etching. At this time, SiON used for the hard mask may have the same refractive index as the third waveguide core 13.
  • optical waveguides according to a second embodiment will be explained.
  • the optical waveguides according to the second embodiment and subsequent embodiments will be mainly described from different viewpoints from the optical waveguides according to the already described embodiments. That is, descriptions of the optical waveguides according to the second embodiment and subsequent embodiments that are the same as or similar to the optical waveguides according to the embodiments already described will be simplified or omitted as appropriate.
  • FIG. 11 is a diagram showing a schematic configuration of an optical waveguide according to the second embodiment.
  • FIG. 11 is a plan view of an optical waveguide according to the second embodiment.
  • a cross-sectional view of the optical waveguide according to the second embodiment, that is, a cross-sectional view taken along the line AA of the optical waveguide shown in FIG. 11 is the same as that of FIG. 2, and therefore will be omitted.
  • the width in the direction perpendicular to the axial direction (Z-axis direction) of the third waveguide core 13 is on the second end E2 side. It has a tapered shape that becomes narrower towards the end.
  • the third waveguide core 13 has a cross-sectional area in a direction perpendicular to the axial direction (Z-axis direction) of the third waveguide core 13 in the direction away from the second region R2. It may also have a tapered shape that becomes smaller.
  • the optical waveguide 2 according to the second embodiment has a configuration in which the width of the third waveguide core 13 is narrowed in the waveguide direction (Z-axis positive direction). Therefore, according to the optical waveguide 2 according to the second embodiment, in addition to the features of the optical waveguide 1 according to the first embodiment, the mode diameters of the TE wave component and the TM wave component can be further expanded.
  • FIGS. 12 and 13 are diagrams showing the schematic configuration of an optical waveguide according to the third embodiment.
  • FIG. 12 is a plan view of an optical waveguide according to the third embodiment.
  • FIG. 13 is a cross-sectional view of an optical waveguide according to the third embodiment. That is, FIG. 13 is a cross-sectional view taken along line AA of the optical waveguide shown in FIG.
  • the optical waveguide 3 according to the third embodiment may include a fourth waveguide core 14.
  • the fourth waveguide core 14 covers the entire upper surface of the third waveguide core 13 of the optical waveguide 2 according to the second embodiment shown in FIG. 11 from the first region R1 to the third region R3. It may be formed as follows. Further, in the optical waveguide 3, the fourth waveguide core 14 extends from the first region R1 to the third region R3 in the width direction of the third waveguide core 13 of the optical waveguide 2 according to the second embodiment shown in FIG. It may be formed to cover the entire side of the.
  • the fourth waveguide core 14 of the optical waveguide 3 may be formed to cover the end of the third waveguide core 13 on the Z-axis positive direction side in the fourth region R4.
  • the fourth waveguide core 14 of the optical waveguide 3 may be formed in the first region R1 so as not to cover the end of the third waveguide core 13 on the Z-axis negative direction side.
  • the refractive index of the fourth waveguide core 14 is greater than the refractive index of any one of the first waveguide core 11, the second waveguide core 12, and the third waveguide core 13. can also be lowered.
  • the refractive index of the fourth waveguide core 14 may be higher than the refractive index of either the lower cladding layer 21 or the upper cladding layer 22.
  • the fourth waveguide core 14 may extend to the fourth region R4 via the first region R1, the second region R2, and the third region R3.
  • the fourth waveguide core 14 may be formed to further cover the third waveguide core 13 that covers the first waveguide core 11 formed on the second waveguide core 12.
  • the fourth waveguide core 14 may be formed to further cover the third waveguide core 13 that covers the second waveguide core 12.
  • the fourth waveguide core 14 may be formed to cover the third waveguide core 13.
  • the fourth waveguide core 14 may be formed so as not to cover any of the first region R1, the second region R2, and the third region R3.
  • the fourth waveguide core 14 may be formed to have a constant or substantially constant width w4 from the first region R1 to the fourth region R4.
  • the fourth waveguide core 14 has the first region R1, the first region R1, It may be located over the second region R2, the third region R3, and the fourth region R4 adjacent to the third region R3 on the side opposite to the second region R2.
  • the fourth waveguide core 14 may cover the first waveguide core 11, the second waveguide core 12, and the third waveguide core 13 in the first region R1.
  • the fourth waveguide core 14 may cover the second waveguide core 12 and the third waveguide core 13 in the second region R2.
  • the fourth waveguide core 14 may cover the third waveguide core 13 in the third region R3.
  • the optical waveguide 3 according to the third embodiment includes a fourth waveguide core 14.
  • the refractive index and dimensions of the fourth waveguide core 14 may be designed to reduce mode mismatch at the tip of the third waveguide core 13. Therefore, in addition to the features of the optical waveguide 2 according to the second embodiment, the optical waveguide 3 according to the third embodiment can further expand the mode diameters of the TE wave component and the TM wave component.
  • SiON When manufacturing the optical waveguide 3 according to the third embodiment, SiON may be laminated using a CVD apparatus or the like after manufacturing the optical waveguide 3 according to the second embodiment.
  • the fourth waveguide core 14 may be formed using a photolithography technique or an etching technique using the alignment mark as a reference.
  • planarization may be performed by chemical mechanical polishing or an etch-back method.
  • the following may be used.
  • Up to the third waveguide core 13 can be formed in the same manner as in the first embodiment.
  • SiON may be laminated using a CVD device or the like.
  • the surface of the SiON is planarized by chemical mechanical polishing or an etch-back method.
  • a hard mask layer is deposited, such as by reactive sputtering or atomic layer deposition.
  • the material of the hard mask may be, for example, Al, Al 2 O 3 , or AlN.
  • a resist pattern of the fourth waveguide core 14 is formed by photolithography, and the hard mask is etched by dry etching (for example, inductively coupled type using Cl 2 /BCl 3 ).
  • the resist is peeled off, and the SiON is etched to a thickness t4 by CHF 3 /CF 4 based inductively coupled dry etching.
  • Al is removed by, for example, alkaline wet etching or inductively coupled dry etching using, for example, Cl 2 /BCl 3 .
  • Al 2 O 3 or AlN is used as a hard mask, the Al 2 O 3 or AlN is removed by inductively coupled dry etching using, for example, Cl 2 /BCl 3 .
  • the refractive index of Al 2 O 3 is smaller than the refractive index of the fourth waveguide core 14, Al 2 O 3 may be left without being removed.
  • FIG. 14 is a diagram showing a schematic configuration of an optical waveguide according to the fourth embodiment.
  • FIG. 14 is a plan view of an optical waveguide according to the fourth embodiment.
  • a cross-sectional view of the optical waveguide according to the fourth embodiment, that is, a cross-sectional view taken along line AA of the optical waveguide shown in FIG. 14 is the same as that of FIG. 13, and therefore will be omitted.
  • the width in the direction perpendicular to the axial direction (Z-axis direction) of the fourth waveguide core 14 is on the second end E2 side. It has a tapered shape that becomes narrower towards the end.
  • the fourth waveguide core 14 has a cross-sectional area in the direction perpendicular to the axial direction (Z-axis direction) of the fourth waveguide core 14 in the direction away from the third region R3 in the fourth region R4. It may also have a tapered shape that becomes smaller.
  • the optical waveguide 4 according to the fourth embodiment has a configuration in which the width of the fourth waveguide core 14 is narrowed in the waveguide direction (Z-axis positive direction). Therefore, according to the optical waveguide 4 according to the fourth embodiment, in addition to the features of the optical waveguide 3 according to the third embodiment, the mode diameters of the TE wave component and the TM wave component can be further expanded.
  • the optical waveguide 4 according to the fourth embodiment can be manufactured by the same process as the optical waveguide 3 according to the third embodiment.
  • FIGS. 15 and 16 are diagrams showing the schematic configuration of an optical waveguide according to the fifth embodiment.
  • FIG. 15 is a plan view of an optical waveguide according to the fifth embodiment.
  • FIG. 16 is a cross-sectional view of an optical waveguide according to the fifth embodiment. That is, FIG. 16 is a cross-sectional view taken along the line AA of the optical waveguide shown in FIG.
  • the optical waveguide 5 according to the fifth embodiment may include a fourth waveguide core 14.
  • the fourth waveguide core 14 covers the entire upper surface of the third waveguide core 13 of the optical waveguide 2 according to the second embodiment shown in FIG. 11, from the first region R1 to the third region R3. It may be formed as follows. Further, in the optical waveguide 5, the fourth waveguide core 14 extends from the first region R1 to the third region R3 in the width direction of the third waveguide core 13 of the optical waveguide 2 according to the second embodiment shown in FIG. It may be formed to cover the entire side of the.
  • the fourth waveguide core 14 of the optical waveguide 5 may be formed in the third region R3 so as not to cover the end (second end E2) of the third waveguide core 13 on the Z-axis positive direction side. . Further, the fourth waveguide core 14 of the optical waveguide 5 may be formed in the first region R1 so as not to cover the end (first end E1) of the third waveguide core 13 on the Z-axis negative direction side. .
  • the fourth waveguide core 14 may extend to the third region R3 via the first region R1 and the second region R2.
  • the fourth waveguide core 14 may be formed to further cover the third waveguide core 13 that covers the first waveguide core 11 formed on the second waveguide core 12.
  • the fourth waveguide core 14 may be formed to further cover the third waveguide core 13 that covers the second waveguide core 12.
  • the fourth waveguide core 14 may be formed to cover the third waveguide core 13.
  • the width in the direction perpendicular to the axial direction (Z-axis direction) of the third waveguide core 13 increases toward the second end E2 side. It has a tapered shape that becomes narrower.
  • the optical waveguide 5 according to the fifth embodiment shown in FIG. It may have a tapered shape that becomes narrower toward the sides.
  • the optical waveguide 5 according to the fifth embodiment shown in FIG. It may have a tapered shape that becomes narrower toward the end.
  • the fourth waveguide core 14 has the first region R1, the first region R1, It may be located across the second region R2 and the third region R3.
  • the fourth waveguide core 14 may cover the first waveguide core 11, the second waveguide core 12, and the third waveguide core 13 in the first region R1.
  • the fourth waveguide core 14 may cover the second waveguide core 12 and the third waveguide core 13 in the second region R2.
  • the fourth waveguide core 14 may cover the third waveguide core 13 in the third region R3.
  • the cross-sectional area of the third waveguide core 13 in a direction perpendicular to the axial direction (Z-axis direction) of the third waveguide core 13 decreases in the direction away from the second region R2. It may also have a tapered shape.
  • the fourth waveguide core 14 has a tapered shape in which the cross-sectional area in the direction perpendicular to the axial direction (Z-axis direction) of the fourth waveguide core 14 decreases in the direction away from the second region R2 in the third region R3. It may be made to have.
  • the end surface of the third waveguide core 13 and the end surface of the fourth waveguide core 14 overlap.
  • the optical waveguide 5 according to the fifth embodiment can increase the degree of freedom in designing the refractive index and/or dimensions.
  • the optical waveguide 5 according to the fifth embodiment does not have the fourth region in the fourth embodiment. Therefore, according to the optical waveguide 5 according to the fifth embodiment, it is possible to reduce the length of the spot size conversion structure and to avoid optical loss that may occur at the boundary between the third region and the fourth region. . Therefore, according to the optical waveguide 5 according to the fifth embodiment, in addition to the features of the optical waveguide 4 according to the fourth embodiment, the mode diameters of the TE wave component and the TM wave component at the end face can be further expanded. can.
  • the optical waveguide 5 according to the fifth embodiment can be manufactured by the same process as the optical waveguide 3 according to the third embodiment.
  • the optical waveguide 5 according to the fifth embodiment can also be manufactured by a method of aligning the surface positions of the third waveguide core 13 and the fourth waveguide core 14.
  • the fourth waveguide core 14 is manufactured in the same manner as the optical waveguide 4 according to the fourth embodiment.
  • the end of the fourth waveguide core 14 on the Z-axis positive direction is aligned with the end of the third waveguide core 13 on the Z-axis positive direction shown in FIGS. 15 and 16. It may be formed so that the surface position is on the negative side of the Z-axis.
  • the SiON is etched by CHF 3 /CF 4 based inductively coupled dry etching.
  • the third waveguide core 13 located on the left side of the end surface of the fourth waveguide core 14 is also etched at the same time. After that, the resist is peeled off.
  • FIG. 17 is a diagram showing a schematic configuration of an optical waveguide according to the sixth embodiment.
  • FIG. 17 is a plan view of an optical waveguide according to the sixth embodiment.
  • a cross-sectional view of the optical waveguide according to the sixth embodiment, that is, a cross-sectional view taken along line AA of the optical waveguide shown in FIG. 17 is the same as that of FIG. 2, and therefore will be omitted.
  • the optical waveguide 6 according to the sixth embodiment has a width in the direction perpendicular to the axial direction (Z-axis direction) of the third waveguide core 13 in the first region R1 and the second region R2. It has a tapered shape that becomes narrower toward the first end E1 side.
  • the third waveguide core 13 has a cross-sectional area in the direction perpendicular to the axial direction (Z-axis direction) of the third waveguide core 13 in the first region R1 and the second region R2. It may also have a tapered shape that becomes larger towards the end.
  • the optical waveguide 6 according to the sixth embodiment reduces the mode mismatch of the TM wave at the end face of the first waveguide core 11 when selecting the width of the third waveguide core 13, and The mode mismatch of TE waves at the end face of the core 12 can be reduced. Therefore, the optical waveguide 6 according to the sixth embodiment can realize a low-loss optical coupling structure for both TE waves and TM waves.
  • the optical waveguide 6 according to the sixth embodiment can be manufactured by the same process as the optical waveguide 1 according to the first embodiment.
  • the method for manufacturing the optical waveguide 1 may include, for example, the following steps. (1) Step of forming the first waveguide core 11 (2) Step of forming the second waveguide core 12 (3) Step of forming the third waveguide core 13
  • the first waveguide core 11 has a tapered shape in which the width in the direction perpendicular to the axial direction (Z-axis direction) of the first waveguide core 11 narrows toward the second region R2 in the first region R1.
  • the second waveguide core 12 has a tapered shape in which the width in the direction perpendicular to the axial direction (Z-axis direction) of the second waveguide core 12 narrows toward the third region R3 in the second region R2. so that it is formed like this.
  • the third waveguide core 13 is formed to cover the first waveguide core 11 and the second waveguide core 12 in the first region R1, and to cover the second waveguide core 12 in the second region R2. Make it.

Abstract

本開示の目的は、ＭＦＤを変換する際の損失を低減し得る光導波路、及び、このような光導波路の製造方法を提供することにある。　光導波路（１）は、第１領域（Ｒ１）に位置する第１導波路コア（１１）と、第１導波路コア（１１）の軸方向に沿って、第１領域（Ｒ１）及び第１領域に隣接する第２領域（Ｒ２）にわたって位置する第２導波路コア（１２）と、第１導波路コア及び第２導波路コアの軸方向に沿って、第１領域（Ｒ１）、第２領域（Ｒ２）、及び第２領域の第１領域側とは反対側に隣接する第３領域（Ｒ３）にわたって位置する第３導波路コア（１３）と、を備える。第１導波路コア（Ｒ１）は、第１領域において第１導波路コアの軸方向に垂直な方向の幅が第２領域側に向かって狭くなるテーパ形状を有する。第２導波路コア（Ｒ２）は、第２領域において第２導波路コアの軸方向に垂直な方向の幅が第３領域側に向かって狭くなるテーパ形状を有する。第３導波路コア（Ｒ３）は、第１領域において第１導波路コア及び第２導波路コアを覆い、第２領域において第２導波路コアを覆う。

Description

光導波路及び光導波路の製造方法 関連出願の相互参照
　本出願は、２０２２年３月９日に日本国に特許出願された特願２０２２－３６６４１の優先権を主張するものであり、この先の出願の開示全体を、ここに参照のために取り込む。
　本開示は、光導波路、及び光導波路の製造方法に関する。
　情報技術（Information Technology：ＩＴ）又は情報通信技術（Information and Communication Technology：ＩＣＴ）の進歩に伴い、伝達が望まれる情報の量は著しく増加する傾向にある。このような状況において、近年、光配線技術が注目を集めている。光配線技術では、光ファイバ及び／又は光導波路素子などを伝送媒体とした光デバイスを用いて、情報処理機器における素子間、ボード間、又はチップ間などの情報伝達を、光信号によって行う。
　光デバイスの光導波路コアと、例えば光ファイバ等の外部素子との間の光学的な接続は、低損失で効率よく行われることが望ましい。そのような接続のために、光導波路コアと光ファイバ等の外部素子との間を光学的に接続する際に、これらの間において光のモードフィールド径（Mode Field Diameter：ＭＦＤ）を変換することがある。ＭＦＤを変換する素子として、例えばスポットサイズ変換器が知られている。スポットサイズ変換器によれば、外部素子と光導波路コアとの間で入出力される光のＭＦＤを縮小又は拡大することができる。例えば特許文献１は、テーパ形状を設けた第１のコアの終端部を第２のコアで覆い、それらの周りをさらにクラッドで覆う構造の光モジュールを開示している。
特開２００４－１３３４４６号公報
　一実施形態に係る光導波路は、
　第１領域に位置する第１導波路コアと、
　前記第１導波路コアの軸方向に沿って、前記第１領域、及び前記第１領域に隣接する第２領域にわたって位置する第２導波路コアと、
　前記第１導波路コア及び前記第２導波路コアの軸方向に沿って、前記第１領域、前記第２領域、及び前記第２領域の前記第１領域側とは反対側に隣接する第３領域にわたって位置する第３導波路コアと、
　を備える。
　前記第１導波路コアは、前記第１領域において前記第１導波路コアの軸方向に垂直な方向の幅が前記第２領域側に向かって狭くなるテーパ形状を有する。
　前記第２導波路コアは、前記第２領域において前記第２導波路コアの軸方向に垂直な方向の幅が前記第３領域側に向かって狭くなるテーパ形状を有する。
　前記第３導波路コアは、前記第１領域において前記第１導波路コア及び前記第２導波路コアを覆い、前記第２領域において前記第２導波路コアを覆う。
　また、一実施形態に係る光導波路の製造方法は、
　第１領域に位置する第１導波路コアを形成する工程と、
　前記第１導波路コアの軸方向に沿って、前記第１領域、及び前記第１領域に隣接する第２領域にわたって位置する第２導波路コアを形成する工程と、
　前記第１導波路コア及び前記第２導波路コアの軸方向に沿って、前記第１領域、前記第２領域、及び前記第２領域の前記第１領域側とは反対側に隣接する第３領域にわたって位置する第３導波路コアを形成する工程と、
　を含む。
　前記第１導波路コアは、前記第１領域において前記第１導波路コアの軸方向に垂直な方向の幅が前記第２領域側に向かって狭くなるテーパ形状を有するように形成される。
　前記第２導波路コアは、前記第２領域において前記第２導波路コアの軸方向に垂直な方向の幅が前記第３領域側に向かって狭くなるテーパ形状を有するように形成される。
　前記第３導波路コアは、前記第１領域において前記第１導波路コア及び前記第２導波路コアを覆い、前記第２領域において前記第２導波路コアを覆うように形成される。
第１実施形態に係る光導波路の構成を概略的に示す平面図である。 第１実施形態に係る光導波路の断面を概略的に示す断面図である。 第１実施形態に係る光導波路の断面を概略的に示す断面図である 第１実施形態に係る光導波路による導波の態様を示す図である。 第１実施形態に係る光導波路による導波の態様を示す図である。 第１実施形態に係る光導波路の製造方法を説明する図である。 第１実施形態に係る光導波路の製造方法を説明する図である。 第１実施形態に係る光導波路の製造方法を説明する図である。 第１実施形態に係る光導波路の製造方法を説明する図である。 第１実施形態に係る光導波路の製造方法を説明する図である。 第２実施形態に係る光導波路の構成を概略的に示す平面図である。 第３実施形態に係る光導波路の構成を概略的に示す平面図である。 第３実施形態に係る光導波路の断面を概略的に示す断面図である。 第４実施形態に係る光導波路の構成を概略的に示す平面図である。 第５実施形態に係る光導波路の構成を概略的に示す平面図である。 第５実施形態に係る光導波路の断面を概略的に示す断面図である。 第６実施形態に係る光導波路の構成を概略的に示す平面図である。
　ＭＦＤを変換する際の損失は、可能な限り低減し、かつ偏波に対する依存性を低減することが望ましい。特に、直交偏波（ＴＥ波（transverse electric wave））成分と平行偏波（transverse magnetic wave（ＴＭ波））成分とに対するＭＦＤの変換の度合いに差を生じにくくする、すなわちＭＦＤの変換の偏波依存性を低減することができれば、望ましい。さらに、スポットサイズ変換器の製造において、必要とされる最小線幅は大きいことが望ましく、例えば０．１５μｍ以上であることが望ましい。本開示の目的は、ＭＦＤを変換する際の損失を低減し得る光導波路、及び、このような光導波路の製造方法を提供することにある。一実施形態によれば、ＭＦＤを変換する際の損失を低減し得る光導波路、及び、このような光導波路の製造方法を提供することができる。
　以下説明する実施形態において、「光導波路」とは、光デバイスの光導波路コアと、例えば光ファイバ等の外部素子との間を、光学的に接続する素子としてよい。また、以下説明する実施形態において、「光導波路」とは、上述したスポットサイズ変換器の機能を備えるものとしてよい。以下、いくつかの実施形態に係る光導波路について、図面を参照して説明する。ここで、本開示において各実施形態を示す図面は、説明のために適宜簡略化などを施して概略を示すものである。したがって、本開示において各実施形態を示す図面は、必ずしも、各部材などの実際のサイズ、各部材など同士の実際のサイズの比率、又は、各部材などにおける各方向の実際のサイズの比率などを示すものではない。
（第１実施形態）
　まず、第１実施形態に係る光導波路について説明する。
　図１及び図２は、第１実施形態に係る光導波路の概略構成を示す図である。図１は、第１実施形態に係る光導波路の平面図である。すなわち、図１は、第１実施形態に係る光導波路を上から見た図である。図２は、第１実施形態に係る光導波路の断面図である。すなわち、図２は、図１に示す光導波路のＡ－Ａ線断面図である。
　図１及び図２に示すように、第１実施形態に係る光導波路１は、第１導波路コア１１と、第２導波路コア１２と、第３導波路コア１３と、を備える。また、光導波路１は、左側の第１端Ｅ１と、右側の第２端Ｅ２とを備えてよい。ここで、光導波路１の左側の第１端Ｅ１及び右側の第２端Ｅ２は、それぞれ、仮想的な端部としてもよいし、実質的（物理的）な端部としてもよい。光導波路１の第１端Ｅ１は、例えば光デバイスなどに、光学的に接続される端部としてよい。また、光導波路１の第２端Ｅ２は、例えば半導体レーザ又は光ファイバなど外部素子に、光学的に接続される端部としてよい。
　以下の説明において、図１及び図２に示すＺ軸の方向は、光導波路１において光が導波（伝搬）される方向に平行な方向としてよい。光導波路１は、第１端Ｅ１に入力される光のＭＦＤを変換（拡大）して、第２端Ｅ２から出力することができる。この場合、光導波路１において、光はＺ軸正方向に導波（伝搬）される。逆に、光導波路１は、第２端Ｅ２に入力される光のＭＦＤを変換（縮小）して、第１端Ｅ１から出力することができる。この場合、光導波路１において、光はＺ軸負方向に導波（伝搬）される。以下、図１及び図２に示すＺ軸の方向は、光導波路１、並びに、第１導波路コア１１、第２導波路コア１２、及び第３導波路コア１３などの軸の方向（軸方向）を示すものとする。ここで、光導波路１、並びに、第１導波路コア１１、第２導波路コア１２、及び第３導波路コア１３などの軸の方向（軸方向）とは、これらの部材において光が導波（伝搬）される方向、例えば光軸の方向としてよい。
　また、図１及び図２に示すＹ軸の方向は、光導波路１の厚さの方向に平行な方向としてよい。以下、図１及び図２に示すＹ軸の方向は、光導波路１及び光導波路１における各部材の厚さの方向（厚さ方向）を示すものとする。図１及び図２に示すＹ軸正方向は、例えば鉛直上向きとしてよい。また、図１及び図２に示すＹ軸負方向は、例えば鉛直下向きとしてよい。
　また、図１及び図２に示すＸ軸の方向は、光導波路１の幅の方向に平行な方向としてよい。ここで、光導波路１の幅とは、ＸＺ平面に平行な平面おいて、光導波路１の軸（Ｚ軸方向）に垂直な方向の長さとしてよい。以下、図１及び図２に示すＸ軸の方向は、光導波路１及び光導波路１における各部材の幅の方向（幅方向）を示すものとする。
　また、図１及び図２に示すように、第１実施形態に係る光導波路１は、第１領域Ｒ１、第２領域Ｒ２、及び第３領域Ｒ３を有する。ここで、光導波路１の第１領域Ｒ１、第２領域Ｒ２、及び第３領域Ｒ３は、それぞれ、仮想的な領域としてもよいし、実質的（物理的）な領域としてもよい。第１領域Ｒ１、第２領域Ｒ２、及び第３領域Ｒ３は、図１及び図２に示すように、光導波路１の軸方向（例えばＺ軸正方向）に、順番に配置されてよい。
　第１導波路コア１１は、図１及び図２に示すように、第１領域Ｒ１に位置する。第１領域Ｒ１のＺ軸方向の長さは、特に限定されないが、例えば５０μｍなどとしてよい。すなわち、第１導波路コア１１の軸方向の長さは、特に限定されないが、例えば５０μｍなどとしてよい。
　図２に示すように、第１導波路コア１１のＹ軸方向の高さｔ１（第１導波路コア１１の厚さｔ１とも記す）は、例えば０．２μｍなどとしてよい。
　図１に示すように、第１導波路コア１１のＸ軸方向の長さ（第１導波路コア１１の幅とも記す）は、Ｚ軸正方向に向かって小さくなるように形成される。すなわち、第１導波路コア１１の軸方向の断面積は、Ｚ軸正方向に向かって小さくなるように形成されてよい。このように、第１導波路コア１１は、第１領域Ｒ１において第１導波路コア１１の軸方向（Ｚ軸方向）に垂直な方向の幅が第２領域Ｒ２側に向かって狭くなるテーパ形状を有する。第１導波路コア１１のＺ軸負方向側の端部の幅ｗ０は、例えば０．８μｍなどとしてよい。また、第１導波路コア１１のＺ軸負正向側の端部の幅ｗ１は、例えば０．１５μｍなどとしてよい。
　第２導波路コア１２は、図１及び図２に示すように、第１領域Ｒ１及び第２領域Ｒ２にわたって位置する。ここで、第２領域Ｒ２は、第１領域Ｒ１に隣接する。第２領域Ｒ２のＺ軸方向の長さは、特に限定されないが、例えば１５０μｍなどとしてよい。したがって、第２導波路コア１２の軸方向の長さは、特に限定されないが、例えば２００μｍなどとしてよい。図１及び図２に示すように、第２導波路コア１２は、第１導波路コア１１の軸方向（Ｚ軸方向）に沿うように配置されてよい。
　図２に示すように、第２導波路コア１２のＹ軸方向の高さｔ２（第２導波路コア１２の厚さｔ２とも記す）は、例えば０．２μｍなどとしてよい。一実施形態において、第２導波路コア１２の厚さｔ２は、０．２μｍよりも小さくしてもよい。
　図１に示すように、第２導波路コア１２のＸ軸方向の長さ（第２導波路コア１２の幅とも記す）は、Ｚ軸正方向に向かって小さくなる部分を有するように形成される。すなわち、第２導波路コア１２の軸方向の断面積は、Ｚ軸正方向に向かって小さくなる部分を有するように形成されてよい。このように、第２導波路コア１２は、第２領域Ｒ２において第２導波路コア１２の軸方向（Ｚ軸方向）に垂直な方向の幅が第３領域Ｒ３側に向かって狭くなるテーパ形状を有する。第２導波路コア１２のＺ軸負方向側の端部の幅ｗ０は、例えば０．８μｍなどとしてよい。また、第２導波路コア１２のＺ軸負正向側の端部の幅ｗ２は、例えば０．１５μｍなどとしてよい。
　また、図１に示すように、第２導波路コア１２は、第１領域Ｒ１においてはテーパ形状を有さずに、第２領域Ｒ２においてはテーパ形状を有するようにしてもよい。図１に示す第２導波路コア１２は、第１領域Ｒ１において、幅ｗ０は一定又はほぼ一定のままである。また、図１に示すように、第１領域Ｒ１と第２領域Ｒ２との境界において第２導波路コア１２の幅ｗ０は、第２領域Ｒ２と第３領域Ｒ３との境界における幅ｗ２まで、徐々に変化している。一方、第２導波路コア１２は、第１領域Ｒ１及び第２領域Ｒ２の全体にわたってテーパ形状を有するようにしてもよい。この場合、第２導波路コア１２は、第１領域Ｒ１及び第２領域Ｒ２において、同じテーパ角又はテーパ率を有するようにしてもよい。また、第２導波路コア１２は、第１領域Ｒ１と第２領域Ｒ２とにおいて、それぞれ異なるテーパ角又はテーパ率を有するようにしてもよい。
　図１及び図２に示すように、第１導波路コア１１は、第２導波路コア１２の上に重ねて配置される。また、第１導波路コア１１は、第２導波路コア１２上において、部分的に重ねて配置される。図１及び図２に示すように、第１導波路コア１１は、第１領域Ｒ１においては、第２導波路コア１２との重なりを有する。光導波路１の第１端Ｅ１においても、第１導波路コア１１は、第２導波路コア１２との重なりを有してよい。一方、第１導波路コア１１は、第２領域Ｒ２においては、第２導波路コア１２との重なりを有さない。
　第３導波路コア１３は、第１領域Ｒ１、第２領域Ｒ２、及び第３領域Ｒ３にわたって位置する。ここで、第３領域Ｒ３は、第２領域Ｒ２に隣接する。より詳細には、第３領域Ｒ３は、第２領域Ｒ２の第１領域Ｒ１側とは反対側に隣接する。第３領域Ｒ３のＺ軸方向の長さは、特に限定されないが、例えば６００μｍなどとしてよい。したがって、第３導波路コア１３の軸方向の長さは、特に限定されないが、例えば８００μｍなどとしてよい。図１及び図２に示すように、第３導波路コア１３は、第１導波路コア１１及び第２導波路コア１２の軸方向（Ｚ軸方向）に沿うように配置されてよい。
　図２に示すように、第３導波路コア１３のＹ軸方向の高さｔ３（第３導波路コア１３の厚さｔ３とも記す）は、例えば０．６μｍなどとしてよい。
　図１に示すように、第３導波路コア１３のＸ軸方向の長さ（第３導波路コア１３の幅とも記す）は、例えば一定又はほぼ一定としてよい。第３導波路コア１３の幅ｗ３は、例えば１．５μｍなどとしてよい。図１に示す第３導波路コア１３は、第１領域Ｒ１、第２領域Ｒ２、及び第３領域Ｒ３にわたって、幅ｗ３は一定又はほぼ一定のままである。
　図１及び図２に示すように、第３導波路コア１３は、第１導波路コア１１及び第２導波路コア１２の上に重ねて配置される。図１及び図２に示すように、第３導波路コア１３は、第１領域Ｒ１においては、第１導波路コア１１及び第２導波路コア１２との重なりを有する。より詳細には、第３導波路コア１３は、第１領域Ｒ１において、第１導波路コア１１の上に配置された第２導波路コア１２を覆うように形成される。したがって、第３導波路コア１３は、第１領域Ｒ１において、第１導波路コア１１及び第２導波路コア１２を覆うように形成されてよい。光導波路１の第１端Ｅ１においても、第３導波路コア１３は、第１導波路コア１１及び第２導波路コア１２を覆うように形成されてよい。また、第３導波路コア１３は、第２領域Ｒ２においては、第２導波路コア１２との重なりを有してよい。より詳細には、第３導波路コア１３は、第２領域Ｒ２において、第２導波路コア１２を覆うように形成される。一方、第３導波路コア１３は、第３領域Ｒ３においては、第１導波路コア１１とも第２導波路コア１２とも重なりを有さない。このように、第３導波路コア１３は、第１領域Ｒ１において第１導波路コア１１及び第２導波路コア１２を覆い、第２領域Ｒ２において第２導波路コア１２を覆う。
　第１導波路コア１１、第２導波路コア１２、及び第３導波路コア１３は、それぞれ、シリコン素材、例えば単結晶シリコン、窒化シリコン、又は酸窒化シリコンなどによって形成されてよい。第１導波路コア１１及び第２導波路コア１２は、一体成型されてもよいし、別体として成型されたものが接合されてもよい。第１導波路コア１１の屈折率ｎ１は、例えば１．８７としてよい。また、第２導波路コア１２の屈折率ｎ２も、例えば１．８７としてよい。第１導波路コア１１の屈折率ｎ１と、第２導波路コア１２の屈折率ｎ２とは、同じにしてもよいし、異なるものとしてもよい。また、第３導波路コア１３の屈折率ｎ３は、例えば１．５８としてよい。このように、第１導波路コア１１及び第２導波路コア１２は、第３導波路コア１３よりも屈折率が大きい（高い）素材で形成されてもよい。
　このように、第１実施形態に係る光導波路１は、第１導波路コア１１と、第２導波路コア１２と、第３導波路コア１３と、を備える。第１導波路コア１１は、第１領域Ｒ１に位置する。第２導波路コア１２は、第１導波路コア１１の軸方向（Ｚ軸方向）に沿って、第１領域Ｒ１、及び第１領域Ｒ１に隣接する第２領域Ｒ２にわたって位置する。第３導波路コア１３は、第１導波路コア１１及び第２導波路コア１２の軸方向（Ｚ軸方向）に沿って、第１領域Ｒ１、第２領域Ｒ２、及び第２領域Ｒ２の第１領域Ｒ１側とは反対側に隣接する第３領域Ｒ３にわたって位置する。
　また、第１実施形態に係る光導波路１において、第１導波路コア１１は、第１領域Ｒ１において第１導波路コア１１の軸方向（Ｚ軸方向）に垂直な方向の幅が第２領域Ｒ２側に向かって狭くなるテーパ形状を有してよい。第１実施形態に係る光導波路１において、第２導波路コア１２は、第２領域Ｒ２において第２導波路コア１２の軸方向（Ｚ軸方向）に垂直な方向の幅が第３領域Ｒ３側に向かって狭くなるテーパ形状を有してよい。第１実施形態に係る光導波路１において、第３導波路コア１３は、第１領域Ｒ１において第１導波路コア１１及び第２導波路コア１２を覆い、第２領域Ｒ２において第２導波路コア１２を覆うようにしてよい。
　図３は、第１実施形態に係る光導波路１が基板上に生成された態様を示す図である。図３は、図２と同様に、第１実施形態に係る光導波路１の断面図である。
　図３に示すように、基板上に生成された態様の光導波路１は、上述した第１導波路コア１１、第２導波路コア１２、及び第３導波路コア１３の他に、下部クラッド層２１、上部クラッド層２２、及び基板３０を備えてよい。下部クラッド層２１及び上部クラッド層２２は、例えば酸化シリコン又は酸窒化シリコンなどを用いて構成してよい。また、基板３０は、例えばシリコン基板としてよい。
　図３に示すように、光導波路１において、基板３０の上に、下部クラッド層２１が形成されてよい。また、下部クラッド層２１の上に、上述した第１実施形態に係る光導波路１（第１導波路コア１１、第２導波路コア１２、及び第３導波路コア１３）が形成されてよい。さらに、光導波路１において、第３導波路コア１３の上に、上部クラッド層２２が形成されてよい。下部クラッド層２１及び上部クラッド層２２の屈折率は、第１導波路コア１１、第２導波路コア１２、及び第３導波路コア１３のいずれの屈折率よりも低く（小さく）なるように構成してよい。
　第１実施形態に係る光導波路１が基板上に生成される際には、図３に示すような構成を採用することができる。下部クラッド層２１、上部クラッド層２２、及び基板３０の構成及び機能については既知であるため、より詳細な説明は省略する。以下の説明においては、下部クラッド層２１、上部クラッド層２２、及び基板３０以外の構成について説明する。すなわち、以下、主として、下部クラッド層２１と上部クラッド層２２との間に位置する光導波路１について説明する。
　上述のように、第３導波路コア１３の屈折率は、第１導波路コア１１及び第２導波路コア１２の屈折率よりも低いが、下部クラッド層２１及び上部クラッド層２２の屈折率よりも高い。このように中間の屈折率を有する第３導波路コア１３を採用することにより、第１実施形態に係る光導波路１は、例えば、次のような効果を奏する。
（１）第１領域Ｒ１から第２領域Ｒ２にかけて第１導波路コア１１が消失する際、ＴＥ波成分及びＴＭ波成分の損失を抑制することができる。したがって、ＭＦＤの変換の偏波依存性を抑制することができる。
（２）第１領域Ｒ１と第２領域Ｒ２との境界においてＴＭ波のＭＦＤを拡大し、第３導波路コア１３のモードをマッチングすることができる。かつ、第２領域Ｒ２と第３領域Ｒ３Ｓの境界において、ＴＥ波のＭＦＤを拡大し、第３導波路コア１３のモードとマッチングすることができる。
（３）導波路コアなどの部材をフォトリソグラフィで実現可能な寸法にすることができる。
　例えば、第１導波路コア１１（厚さｔ１）及び第２導波路コア１２（厚さｔ２）がテーパ形状の先端部として有限幅の先端を備えるような構成において、第３導波路コア１３に移行する光のＭＦＤ変換を行うことを想定する。このような場合、第３導波路コア１３として光の閉じ込めが強い、すなわちＭＦＤが小さい導波路コアに変換することしかできない。ＭＦＤを大きくするためには、第１導波路コア１１及び第２導波路コア１２のテーパ形状の先端部の厚さを小さくすることが必要となる。一方、第１導波路コア１１及び第２導波路コア１２の厚さを小さくした場合、光デバイス側の端部Ｅ１における光導波路１の厚さは、光デバイスにとって適切な光導波路の厚さと必ずしも一致しない。このため、光導波路１と光デバイスとを光学的に低損失に接続する際に、更なる変換構造を必要とする。
　第１実施形態に係る光導波路１において、第１導波路コア１１及び第２導波路コア１２を覆う第３導波路コア１３が設けられる。これにより、第３導波路コア１３の屈折率及び寸法を適切に設計することで、任意の導波路の厚さｔ１＋ｔ２に対して、第１導波路コア１１の厚さｔ１による段差を設けることができる。このため、第１実施形態に係る光導波路１は、ＴＥ波成分及びＴＭ波成分の両方において損失を抑制することができる。すなわち、光導波路１によれば、段差ｔ１と第３導波路コア１３の屈折率及び寸法により、ＴＥ波成分については、薄い第２導波路コア１２に低損失で接続される。さらに、光導波路１によれば、厚さｔ２の第２導波路コア１２の先端を狭めることで、第３導波路コアに低損失で接続される。ＴＭ波成分については、厚さｔ１の段差と十分に薄い厚さｔ２を設けることにより、第１導波路コアのテーパ先端部にて、第３導波路コア１３に低損失で接続される。しかも、光導波路１によれば、この段差ｔ１と第３導波路コア１３を、光デバイス側の光導波路の構造ｔ１＋ｔ２とは独立に設計することができる。これにより、光導波路１によれば、スポットサイズ変換の際の偏波依存性を抑制することができる。
　光導波路１において、第３導波路コア１３の屈折率及び寸法を調整することにより、第３領域Ｒ３における導波モードの形状を、第２領域Ｒ２と第３領域Ｒ３の界面における導波モードの形状に近づけることが可能となる。その結果、第２領域Ｒ２と第３領域Ｒ３との間における導波モードのミスマッチによる光の損失は抑制される。研究の結果、出願人は、テーパ長が短くなるほど、光の損失における偏波依存性が大きくなることを見出した。そこで、光導波路１において、第１導波路コア１１の厚さｔ１による段差にある一定の値を持たせることで、偏波依存性を小さくしつつ、テーパ長を短くすることが可能になる。また、同じテーパ長であれば、第１導波路コア１１の厚さｔ１による段差にある一定の値を持たせる方が、ＴＥ波成分及びＴＭ波成分における偏波依存性は小さくなる。
　また、第１導波路コア１１の厚さｔ１及び第２導波路コア１２の厚さｔ２の和ｔ１＋ｔ２を、例えば４００ｎｍとしたとする。このとき、第１領域Ｒ１のリブ型導波路及び第２領域Ｒ２のストリップ導波路において、ＴＥ波成分及びＴＭ波成分のＭＦＤのミスマッチを小さくするため、例えばｔ２が２００ｎｍよりも小さくなるようにしてもよい。このようにすれば、第１領域Ｒ１の大径コアの導波路と第２領域Ｒ２の小径コアの導波路の間において、低損失かつ偏波依存性を抑制した光接続が可能となる。
　以上説明したように、第１実施形態に係る光導波路１において、光導波路１の第１端Ｅ１から入力される光の径（ＭＦＤ）は、光導波路１の第２端Ｅ２から出力されるまでに拡大されてよい。このように、光導波路１において、第１導波路コア１１、第２導波路コア１２、及び第３導波路コア１３の全体を経て導波される光の径は、第１領域Ｒ１から第３領域Ｒ３に向かって大きくなるようにしてもよい。
　次に、第１実施形態に係る光導波路１による効果について、さらに具体的に説明する。
　図４及び図５は、光導波路１において光を伝搬させた様子をシミュレーションした結果を示す図である。以下、光導波路１の第１端Ｅ１を入力ポートとして、ここから光を入力し、スポットサイズ変換を行った様子について説明する。
　図４は、光導波路１の内部を伝搬する光の強度の様子を示す断面図である。図４（Ａ）は、ＴＥ波成分の電界強度の様子を示す。また、図４（Ｂ）は、ＴＭ波成分の電界強度の様子を示す。図４（Ａ）及び図４（Ｂ）の左端は、光導波路１の第１端Ｅ１に対応するものとしてよい。また、図４（Ａ）及び図４（Ｂ）の右端は、光導波路１の第２端Ｅ２に対応するものとしてよい。すなわち、図４（Ａ）及び図４（Ｂ）において、横方向は、図１乃至図３に示すＺ軸方向に対応する。図４（Ａ）及び図４（Ｂ）において、横方向は、左から順に、光導波路１における第１領域Ｒ１、第２領域Ｒ２、及び第３領域Ｒ３に対応する。また、図４（Ａ）及び図４（Ｂ）のそれぞれにおいて、縦方向は、図１乃至図３に示すＹ軸方向に対応する。したがって、図４（Ａ）は、光導波路１の内部を伝搬する光のＴＥ波成分の電界強度の様子を、図３に示したような光導波路１の断面に対応させて示した図である。また、図４（Ｂ）は、光導波路１の内部を伝搬する光のＴＭ波成分の電界強度の様子を、図３に示したような光導波路１の断面に対応させて示した図である。図４（Ａ）及び図４（Ｂ）のそれぞれにおいて、ｓ１によって示す箇所の電界強度が最も強く、ｓ２，ｓ３，ｓ４，ｓ５の順に電界強度が弱くなっている箇所を示している。
　図４（Ｂ）に示すように、ＴＭ波成分のうち最も電界強度が強いｓ１は、左から右に伝搬する際に、第１領域Ｒ１と第２領域Ｒ２との境界付近で消えている。第３導波路コア１３によって形成される導波路は、比較的左側の導波路とＭＦＤが近しくなる。このため、ＴＭ波成分は、第３導波路コア１３の外に漏れることなく、第３導波路コア１３の内部を伝播していく。一方、図４（Ａ）に示すように、ＴＥ波成分のうち最も電界強度が強いｓ１は、左から右に伝搬する際に、第１領域Ｒ１から第２領域Ｒ２に入っても消えていない。すなわち、ＴＥ波成分は、第２領域Ｒ２に入っても、まだ第１導波路コア１１の内部にとどまり、第２導波路コア１２に移っていない。図４（Ａ）及び図４（Ｂ）に示すように、光導波路１は、ＴＭ波成分を比較的早い段階で外側の第３導波路コア１３に移すことができる。
　図５は、光導波路１の各領域を伝搬する光の出力比の変化の様子を示す図である。図５において、ＴＭ波成分の出力比の変化を実線のグラフによって示す。また、図５において、ＴＥ波成分の出力比の変化を破線のグラフによって示す。図５の左端は、光導波路１の第１端Ｅ１に対応するものとしてよい。また、図５の右端は、光導波路１の第２端Ｅ２に対応するものとしてよい。すなわち、図５において、横方向は、図１乃至図３に示すＺ軸方向に対応する。図５において、横方向は、左から順に、光導波路１における第１領域Ｒ１、第２領域Ｒ２、及び第３領域Ｒ３に対応する。また、図５において、縦方向は、ＴＭ波成分及びＴＥ波成分それぞれの出力比（power ratio）の大きさを示す。
　図５の縦軸は、光導波路１の内部を伝搬する光が、どの程度第３導波路コア１３に移っているかを示す指標と想定することができる。図５の実線のグラフに示すように、第１領域Ｒ１と第２領域Ｒ２との境界、すなわち第１導波路コア１１におけるテーパ形状の先端部分から、比較的多くのＴＭ波成分が第３導波路コア１３に移っていることがわかる。一方、図５の破線のグラフに示すように、第２領域Ｒ２と第３領域Ｒ３との境界、すなわち第２導波路コア１２におけるテーパ形状の先端部分から、比較的多くのＴＥ波成分が第３導波路コア１３に移っていることがわかる。
　図４及び図５に示すように、ＴＭ波成分については、第２領域Ｒ２から第３領域Ｒ３に移るテーパ形状の段階で、ほとんど第３導波路コア１３の方に移る。一方、ＴＥ波成分については、最後の段階で厚さが薄くなってから、ようやく第３導波路コア１３の方に移る。
　以上説明したように、第１実施形態に係る光導波路１は、第１導波路コア１１及び第２導波路コア１２による２段階のテーパ形状、並びに第３導波路コア１３を採用する。第１実施形態に係る光導波路１において、第１導波路コア１１によってＴＭ波成分を第３導波路コア１３に移し、第２導波路コア１２によってＴＥ波成分を第３導波路コア１３に移すことができる。そこで、ＴＥ波成分及びＴＭ波成分における偏波依存性を抑制する効果を生じさせるために、例えば第１導波路コア１１及び第２導波路コア１２の幅を小さくするほどモード径が大きくなる関係性が保たれるように、各条件及び／又は仕様を設定してよい。
　例えば、第１実施形態に係る光導波路１において、次の式（１）を満たす実効屈折率ｎｅｆｆの値が所定の範囲になるようにしてもよい。例えば、光導波路１において、次の式（１）を満たす実効屈折率ｎｅｆｆの値が、０．３ｎ１＋０．７ｎ３よりも小さくなるようにしてもよい。
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　上記式（１）において、ｋ０は、真空中の光の波数とする。ｗ１は、第１導波路コア１１のＺ軸負正向側の端部の幅ｗ１とする。ｗ１は、第２導波路コア１２のＺ軸負正向側の端部の幅ｗ２と等しくてもよい。ｎ１は、第１導波路コア１１の屈折率とする。ｎ１は、第２導波路コア１２の屈折率と等しくてもよい。ｎ３は、第３導波路コア１３の屈折率とする。
　第１実施形態に係る光導波路１によれば、ＴＥ波成分とＴＭ波成分とに対するＭＦＤの変換の度合いに差を生じにくくする、すなわちＭＦＤの変換の偏波依存性を低減することができる。このように、第１実施形態に係る光導波路１によれば、ＭＦＤを変換する際の損失を低減することができる。
　次に、第１実施形態に係る光導波路１の製造方法について説明する。
　例えば、光導波路１を製造する際に、図３に示したような下部クラッド層２１の上に、第１導波路コア１１と第２導波路コア１２を兼ねる、厚さｔ１＋ｔ２の層を形成してもよい。その後、第１のエッチングによって、第２導波路コア１２の領域の外側を、厚さｔ１＋ｔ２だけエッチングしてもよい。さらにその後、第１導波路コア１１の領域の外側を、厚さｔ１だけエッチングすることで、第１導波路コア１１として厚さｔ１，第２導波路コア１２として厚さｔ２の構造を実現することができる。
　また、例えば、光導波路１を製造する際に、第１導波路コア１１と第２導波路コア１２を兼ねる、厚さｔ１＋ｔ２の層を形成してもよい。図３に示したような下部クラッド層２１の上に、第１のエッチングによって、厚さｔ１の第１導波路コア１１の領域の外側をエッチングしてもよい。この場合、続く第２のエッチングによって、厚さｔ２の第２導波路コア１２の領域の外側みをエッチングすることで、第１導波路コア１１として厚さｔ１、また第２導波路コア１２として厚さｔ２の構造を実現することができる。
　第１実施形態に係る光導波路１の製造方法について、さらに具体的に説明する。
　図６は、第１実施形態に係る光導波路１の製造方法の例を説明する図である。図６を参照して、厚さ（ｔ１＋ｔ２）をエッチングした後、厚さｔ１をエッチングする製造方法について説明する。
　図６の上側は、光導波路１を上から見た上面図を示す。図６の下側は、図６の上側に示す光導波路１のα、β、及びγの位置における断面図をそれぞれ示す。図６（ａ）は、レジストマスクを形成することによる第１導波路コア１１の製造工程を示す。図６（ｂ）は、厚さｔ１＋ｔ２をエッチングする製造工程を示す。図６（ｃ）は、レジストを除去する製造工程を示す。図６（ｄ）は、レジストマスクを形成することによる第２導波路コア１２の製造工程を示す。図６（ｅ）は、厚さｔ１をエッチングする製造工程を示す。
　光導波路１の製造に際し、シリコンオンインシュレータ基板において、シリコン導波路を形成する。化学気相成長（Chemical Vapor Deposition：ＣＶＤ）装置によって、シリコン導波路を酸化シリコン膜で埋め込み、化学機械研磨で平坦化を行う。
　ＣＶＤ装置などによって、平坦化した基板上に、窒化シリコン（ＳｉＮ）膜を積層する。次に、図６（ａ）に示すように、フォトリソグラフィにより、端部Ｅ１と端部Ｅ２との間では第２導波路コア１２のパターンを有するとともに、端部Ｅ１よりも光デバイス側では光導波路に相当するパターンを有するレジストパターンを形成する。ドライエッチングにより、厚さｔ１＋ｔ２をエッチングし、第１導波路コア１１及び第２導波路コア１２の前駆体を形成する。次に、位置合わせマークを基準として、フォトリソグラフィにより、図６（ｃ）に示すように、第１導波路コア１１の領域にレジストパターンを形成する。ドライエッチングにより厚さｔ１のみエッチングすることで、第１導波路コア１１と第２導波路コア１２を形成する。
　あるいは、図７に示すように光導波路１を製造してもよい。図７は、厚さｔ１をエッチングした後、厚さｔ２をエッチングする製造方法について説明する図である。
　図７の上側は、光導波路１を上から見た上面図を示す。図７の下側は、図７の上側に示す光導波路１のα、β、及びγの位置における断面図をそれぞれ示す。図７（ａ）は、レジストマスクを形成することによる第１導波路コア１１の製造工程を示す。図７（ｂ）は、厚さｔ１をエッチングする製造工程を示す。図７（ｃ）は、レジストを除去する製造工程を示す。図７（ｄ）は、レジストマスクを形成することによる第２導波路コア１２の製造工程を示す。図７（ｅ）は、厚さｔ２をエッチングする製造工程を示す。
　図７（ａ）に示すように、フォトリソグラフィによって、第１導波路コア１１のレジストパターンを形成する。そして、図７（ｂ）に示すように、ドライエッチングによって厚さｔ１をエッチングすることで、第１導波路コア１１を形成する。その後、図７（ｄ）に示すように、位置合わせマークを基準として、フォトリソグラフィにより、第２導波路コア１２のパターンを形成する。そして、図７（ｅ）に示すように、厚さｔ２をドライエッチングすることで、第２導波路コア１２を形成する。
　あるいは、図８に示すように光導波路１を製造してもよい。図８は、厚さ（ｔ１＋ｔ２）をエッチングした後、厚さｔ１をエッチングする製造方法において、アライメントマージンを保持する方法について説明する図である。
　図８の上側は、光導波路１を上から見た上面図を示す。図８の下側は、図８の上側に示す光導波路１のα、β、及びγの位置における断面図をそれぞれ示す。図８（ａ）は、レジストマスクを形成することによる第１導波路コア１１の製造工程を示す。図８（ｂ）は、厚さｔ１＋ｔ２をエッチングする製造工程を示す。図８（ｃ）は、レジストを除去する製造工程を示す。図８（ｄ）は、レジストマスクを形成することによる第２導波路コア１２の製造工程を示す。図８（ｅ）は、厚さｔ１をエッチングする製造工程を示す。
　図８（ａ）、図８（ｂ）、及び図８（ｃ）は、それぞれ図６（ａ）、図６（ｂ）、図６（ｃ）と同様としてよい。一方、図６（ｄ）の第２のエッチングにおけるレジストマスクに関しては、図８（ｄ）のようにしてもよい。すなわち、第１領域Ｒ１においては、第１導波路コア１１のパターンを有し、かつ端部Ｅ１よりも光デバイス側においては、第１導波路コア１１を包含するようなパターンとする。特に、第１導波路コア１１のパターンを直線状に延長した領域を有し、かつ、当該領域の端が第１導波路コア１１の端部から距離ｍ１以上となるようにしてもよい。ここで、距離ｍ１は、フォトリソグラフィにおける寸法公差、アライメント交差の和よりも大きくなるようにしてよい。これによって、第２のフォトリソグラフィにおいてアライメントずれが発生した場合でも、光デバイスの導波路に、意図せぬ段差が発生することを避けることができる。
　あるいは、図９に示すように光導波路１を製造してもよい。図９は、厚さｔ２をエッチングした後、厚さｔ１をエッチングする製造方法において、ハードマスクを使用する方法について説明する図である。
　図９の上側は、光導波路１を上から見た上面図を示す。図９の下側は、図９の上側に示す光導波路１のα、β、及びγの位置における断面図をそれぞれ示す。図９（ａ）は、ハードマスクを形成することによる第１導波路コア１１の製造工程を示す。図９（ｂ）は、レジストマスクを形成することによる第２導波路コア１２の製造工程を示す。図９（ｃ）は、厚さｔ２をエッチングする製造工程を示す。図９（ｄ）は、レジストを除去する製造工程を示す。図９（ｅ）は、厚さｔ１をエッチングする製造工程を示す。
　図９に示す製造方法において、ＣＶＤによるＳｉＮの堆積までは、製造方法１と同様としてよい。その後、反応性スパッタ又は原子層堆積等により、ハードマスクの層を成膜する。ハードマスクの材料は、例えば、Ａｌ、Ａｌ２Ｏ３又は、ＡｌＮなどとしてよい。その後、図９（ａ）に示すように、フォトリソグラフィによって、端部Ｅ１と端部Ｅ２との間では第１導波路コア１１のパターンを有し、かつ、端部Ｅ１よりも光デバイス側では光導波路のパターンを有するレジストパターンを形成する。
　その後、例えばＣｌ２／ＢＣｌ３を用いた誘導結合型のドライエッチングによってハードマスクをエッチングし、図９（ａ）に示すようなハードマスクを形成する。続けて、図９（ｂ）に示すように、端部Ｅ１と端部Ｅ２の間では第２導波路コア１２のパターンを有し、端部Ｅ１よりも光デバイス側では光導波路に包含されるようなレジストパターン２を形成する。ここで、レジストパターン２は、ハードマスクに対して、距離ｍ１だけ内側に包含されてよい。ここで、距離ｍ１はフォトリソグラフィにおける寸法公差、アライメント交差の和よりも大きくなるようにしてよい。
　続けて、図９（ｃ）に示すように、ＣＨＦ３／ＣＦ４系のドライエッチングにより厚さｔ２をエッチングする。その後、図９（ｄ）に示すように、レジストを除去し、ＣＨＦ３／ＣＦ４系のドライエッチングにより厚さｔ１をエッチングする。その後、Ａｌをハードマスクに用いた場合、例えばアルカリ系のウエットエッチング、又は、例えばＣｌ２／ＢＣｌ３を用いた誘導結合型のドライエッチングにより、Ａｌを除去する。また、Ａｌ２Ｏ３又はＡｌＮをハードマスクに用いた場合、例えばＣｌ２／ＢＣｌ３を用いた誘導結合型のドライエッチングにより、Ａｌ２Ｏ３又はＡｌＮを除去する。あるいは、Ａｌ２Ｏ３又はＡｌＮの屈折率が第１導波路コア１１の屈折率よりも小さい場合、ハードマスクを除去せずに残してもよい。この製造方法では、光デバイス内の光導波路は、ハードマスクの形状で作製されるため、レジストパターン２がハードマスクに対してずれて形成された場合でも、光導波路に意図せぬ段差が発生することを避けることができる。
　あるいは、図１０に示すように光導波路１を製造してもよい。図１０は、厚さｔ２をエッチングした後、厚さｔ１をエッチングする製造方法において、ハードマスクを使用する方法について説明する図である。
　図１０の上側は、光導波路１を上から見た上面図を示す。図１０の下側は、図１０の上側に示す光導波路１のα、β、及びγの位置における断面図をそれぞれ示す。図１０（ａ）は、ハードマスクを形成することによる第１導波路コア１１の製造工程を示す。図１０（ｂ）は、レジストマスクを形成することによる第２導波路コア１２の製造工程を示す。図１０（ｃ）は、厚さｔ２をエッチングする製造工程を示す。図１０（ｄ）は、レジストを除去する製造工程を示す。図１０（ｅ）は、厚さｔ１をエッチングする製造工程を示す。
　図１０に示す製造方法は、図９に示した製造方法と同様にしてよい。図１０に示す製造方法においては、レジストパターン２の形状が、図９に示した製造方法と異なる。図１０に示すレジストパターン２は、端部Ｅ１よりも光デバイス側で、光導波路を包含するように広がった後、さらに光デバイス側に向かうにつれて、光導波路と交差し、内側に入る。レジストパターン２が光導波路を包含する領域では、距離ｍ１だけ包含し、光導波路がレジストパターン２を包含する領域では、レジストパターン２の端部で距離ｍ２だけ包含される。ここで、ｍ１とｍ２はフォトリソグラフィにおける寸法公差、アライメント交差の和よりも大きくなるようにしてよい。この構成においては、端部Ｅ１と端部Ｅ２との間の領域に、ハードマスクとレジストパターン２が交差する領域がない。一般に、異なるレイヤが交差する点では、形状の異常が発生しやすくなる。本構成において、そのような点は、光導波路１の第１領域Ｒ１、第２領域Ｒ２、第３領域Ｒ３には存在せず、光導波路１でのモード変換を精度よく実現することが可能である。一方、光デバイス側の光導波路において、レジストパターン２とハードマスクの交差が発生している。しかしながら、この領域において伝搬する光の大部分は、光導波路コア内部に閉じ込められているため、パターン端における形状異常の影響は小さい。
　次に、ＣＶＤ装置などよって、ＳｉＯＮを積層する。次に、位置合わせマークを基準として、フォトリソグラフィ技術及びエッチング技術によって第３導波路コア１３を形成する。ここで、ＳｉＯＮを積層した後に、化学機械研磨又はエッチバック法による平坦化を行ってもよい。
　また、第１導波路コア１１のパターン形成において、Ａｌ、Ａｌ２Ｏ３、又はＡｌＮなどのハードマスクを用いることにより、パターンを形成してもよい。この場合、例えば次のようにして、光導波路１を製造してよい。
　すなわち、ＣＶＤによるＳｉＮの成膜までは、上述同様に形成してよい。その後、反応性スパッタ又は原子層堆積等により、ハードマスクの層を成膜する。ハードマスクの材料としては、例えば、Ａｌ、Ａｌ２Ｏ３、又はＡｌＮなどとしてよい。フォトリソグラフィによって第１導波路コア１１のパターンを形成し、（例えばＣｌ２／ＢＣｌ３を用いた誘導結合型の）ドライエッチングによってハードマスクをエッチングする。続いて、レジストを剥離し、フォトリソグラフィにより、第１導波路コア１１のパターンを形成する。その後、ＣＨＦ３／ＣＦ４系の誘導結合型ドライエッチングにより、ＳｉＮを厚さｔ１だけエッチングする。レジストを剥離し、再び、ＣＨＦ３／ＣＦ４系の誘導結合型ドライエッチングにより、ＳｉＮを厚さｔ２だけエッチングする。その後、Ａｌをハードマスクに用いた場合、例えばアルカリ系のウエットエッチング、又は、例えばＣｌ２／ＢＣｌ３を用いた誘導結合型のドライエッチングにより、Ａｌを除去する。Ａｌ２Ｏ３又はＡｌＮをマスクに用いた場合、除去をしなくてもよい。この時、Ａｌ２Ｏ３又はＡｌＮの屈折率は、第２導波路コア１２の屈折率よりも大きく、第１導波路コア１１の屈折率よりも小さくしてよい。
　また、第１導波路コア１１のパターン形成において、ＳｉＯＮなどのハードマスクを用いることにより、パターンを形成しても良い。この場合、例えば次のようにして、光導波路１を製造してよい。
　すなわち、フォトリソグラフィにより、第１導波路コア１１のパターンを形成し、（ＣＨＦ３／ＣＦ４系を用いた誘導結合型の）ドライエッチングによってハードマスクをエッチングする。続いて、レジストを剥離し、フォトリソグラフィによって第１導波路コア１１のパターンを形成する。その後、ＣＨＦ３／ＣＦ４系の誘導結合型ドライエッチングにより、ＳｉＮを厚さｔ１だけエッチングする。そして、レジストを剥離し、再びＣＨＦ３／ＣＦ４系の誘導結合型ドライエッチングによって、ＳｉＮを厚さｔ２だけエッチングする。このとき、ハードマスクに用いるＳｉＯＮは、第３導波路コア１３と同じ屈折率を有していてもよい。
（第２実施形態）
　次に、第２実施形態に係る光導波路について説明する。以下、第２実施形態以降に係る光導波路について、既に述べた実施形態に係る光導波路とは異なる観点を主として説明する。すなわち、第２実施形態以降に係る光導波路について、既に述べた実施形態に係る光導波路と同様又は類似になる説明は、適宜、簡略化又は省略する。
　図１１は、第２実施形態に係る光導波路の概略構成を示す図である。図１１は、第２実施形態に係る光導波路の平面図である。第２実施形態に係る光導波路の断面図、すなわち、図１１に示す光導波路のＡ－Ａ線断面図は、図２と同様になるため、省略する。
　図１１に示すように、第２実施形態に係る光導波路２は、第３領域Ｒ３において、第３導波路コア１３の軸方向（Ｚ軸方向）に垂直な方向の幅が第２端Ｅ２側に向かって狭くなるテーパ形状を有する。このように、第３導波路コア１３は、第３領域Ｒ３において、第３導波路コア１３の軸方向（Ｚ軸方向）に垂直な方向の断面積が第２領域Ｒ２から離れる方向に向かって小さくなるテーパ形状を有するようにしてもよい。
　第２実施形態に係る光導波路２は、第３導波路コア１３の幅が導波方向（Ｚ軸正方向）に狭まる構成を有する。したがって、第２実施形態に係る光導波路２によれば、第１実施形態に係る光導波路１の特徴に追加して、ＴＥ波成分及びＴＭ波成分のモード径を、より拡大することができる。
（第３実施形態）
　次に、第３実施形態に係る光導波路について説明する。
　図１２及び図１３は、第３実施形態に係る光導波路の概略構成を示す図である。図１２は、第３実施形態に係る光導波路の平面図である。図１３は、第３実施形態に係る光導波路の断面図である。すなわち、図１３は、図１２に示す光導波路のＡ－Ａ線断面図である。
　図１２及び図１３に示すように、第３実施形態に係る光導波路３は、第４導波路コア１４を備えてよい。光導波路３において、第４導波路コア１４は、第１領域Ｒ１から第３領域Ｒ３にわたって、図１１に示した第２実施形態に係る光導波路２の第３導波路コア１３の上面全体を覆うように形成されてよい。また、光導波路３において、第４導波路コア１４は、第１領域Ｒ１から第３領域Ｒ３にわたって、図１１に示した第２実施形態に係る光導波路２の第３導波路コア１３の幅方向の側面全体を覆うように形成されてよい。さらに、光導波路３の第４導波路コア１４は、第４領域Ｒ４において、第３導波路コア１３のＺ軸正方向側の端部を覆うように形成されてよい。一方、光導波路３の第４導波路コア１４は、第１領域Ｒ１において、第３導波路コア１３のＺ軸負方向側の端部を覆わないように形成されてよい。
　第４導波路コア１４の屈折率は、第４導波路コア１４の屈折率は、第１導波路コア１１、第２導波路コア１２、及び第３導波路コア１３のいずれかの屈折率よりも低くしてよい。一方、第４導波路コア１４の屈折率は、下部クラッド層２１及び上部クラッド層２２のいずれかの屈折率よりも高くしてよい。
　第３実施形態に係る光導波路３において、第４導波路コア１４は、第１領域Ｒ１、第２領域Ｒ２、第３領域Ｒ３を経て、第４領域Ｒ４まで延在してよい。第１領域Ｒ１において、第４導波路コア１４は、第２導波路コア１２の上に形成された第１導波路コア１１を覆う第３導波路コア１３を、さらに覆うように形成されてよい。第２領域Ｒ２において、第４導波路コア１４は、第２導波路コア１２を覆う第３導波路コア１３を、さらに覆うように形成されてよい。第３領域Ｒ３において、第４導波路コア１４は、第３導波路コア１３を覆うように形成されてよい。第４領域Ｒ４において、第４導波路コア１４は、第１領域Ｒ１、第２領域Ｒ２、及び第３領域Ｒ３のいずれも覆わないように形成されてよい。また、第４導波路コア１４は、第１領域Ｒ１から第４領域Ｒ４までにわたって、一定又はほぼ一定の幅ｗ４を有するように形成されてよい。
　このように、第４導波路コア１４は、第１導波路コア１１、第２導波路コア１２、及び第３導波路コア１３の軸方向（Ｚ軸方向）に沿って、第１領域Ｒ１、第２領域Ｒ２、第３領域Ｒ３、及び第３領域Ｒ３の第２領域Ｒ２側とは反対側に隣接する第４領域Ｒ４にわたって位置するようにしてもよい。第４導波路コア１４は、第１領域Ｒ１において、第１導波路コア１１、第２導波路コア１２、及び第３導波路コア１３を覆ようにしてもよい。第４導波路コア１４は、第２領域Ｒ２において、第２導波路コア１２及び第３導波路コア１３を覆うようにしてもよい。第４導波路コア１４は、第３領域Ｒ３において、第３導波路コア１３を覆うようにしてもよい。
　第３実施形態に係る光導波路３は、第４導波路コア１４を備える。第４導波路コア１４の屈折率及び寸法は、第３導波路コア１３の先端におけるモードのミスマッチが小さくなるように設計されてよい。したがって、第３実施形態に係る光導波路３は、第２実施形態に係る光導波路２の特徴に追加して、ＴＥ波成分及びＴＭ波成分のモード径を、より拡大することができる。
　第３実施形態に係る光導波路３を製造する際は、第２実施形態に係る光導波路３の製造に次いで、ＣＶＤ装置などによってＳｉＯＮを積層してよい。位置合わせマークを基準として、フォトリソグラフィ技術又はエッチング技術によって、第４導波路コア１４を形成してよい。ここで、ＳｉＯＮの積層後に、化学機械研磨又はエッチバック法による平坦化を行ってもよい。
　また、ハードマスクを使用する場合は以下のようにしてよい。第３導波路コア１３までは、第１実施形態と同様に形成することができる。その後、ＣＶＤ装置などによってＳｉＯＮを積層してよい。続けて、化学機械研磨又はエッチバック法により、ＳｉＯＮの表面を平坦化する。反応性スパッタ又は原子層堆積等により、ハードマスクの層を成膜する。ハードマスクの材料は、例えば、Ａｌ、Ａｌ２Ｏ３，又はＡｌＮなどとしてよい。フォトリソグラフィによって第４導波路コア１４のレジストパターンを形成し、（例えばＣｌ２／ＢＣｌ３を用いた誘導結合型の）ドライエッチングによってハードマスクをエッチングする。続いて、レジストを剥離し、ＣＨＦ３／ＣＦ４系の誘導結合型ドライエッチングにより、ＳｉＯＮを厚さｔ４だけエッチングする。その後、Ａｌをハードマスクに用いた場合、例えばアルカリ系のウエットエッチング、又は、例えばＣｌ２／ＢＣｌ３を用いた誘導結合型のドライエッチングにより、Ａｌを除去する。また、Ａｌ２Ｏ３又はＡｌＮをハードマスクに用いた場合、例えばＣｌ２／ＢＣｌ３を用いた誘導結合型のドライエッチングにより、Ａｌ２Ｏ３又はＡｌＮを除去する。あるいは、Ａｌ２Ｏ３の屈折率が第４導波路コア１４の屈折率よりも小さい場合、Ａｌ２Ｏ３を除去せずに残してもよい。
（第４実施形態）
　次に、第４実施形態に係る光導波路について説明する。
　図１４は、第４実施形態に係る光導波路の概略構成を示す図である。図１４は、第４実施形態に係る光導波路の平面図である。第４実施形態に係る光導波路の断面図、すなわち、図１４に示す光導波路のＡ－Ａ線断面図は、図１３と同様になるため、省略する。
　図１４に示すように、第４実施形態に係る光導波路２は、第４領域Ｒ４において、第４導波路コア１４の軸方向（Ｚ軸方向）に垂直な方向の幅が第２端Ｅ２側に向かって狭くなるテーパ形状を有する。このように、第４導波路コア１４は、第４領域Ｒ４において、第４導波路コア１４の軸方向（Ｚ軸方向）に垂直な方向の断面積が第３領域Ｒ３から離れる方向に向かって小さくなるテーパ形状を有するようにしてもよい。
　第４実施形態に係る光導波路４は、第４導波路コア１４の幅が導波方向（Ｚ軸正方向）に狭まる構成を有する。したがって、第４実施形態に係る光導波路４によれば、第３実施形態に係る光導波路３の特徴に追加して、ＴＥ波成分及びＴＭ波成分のモード径を、より拡大することができる。
　第４実施形態に係る光導波路４は、第３実施形態に係る光導波路３と同様の工程によって製造することができる。
（第５実施形態）
　次に、第５実施形態に係る光導波路について説明する。
　図１５及び図１６は、第５実施形態に係る光導波路の概略構成を示す図である。図１５は、第５実施形態に係る光導波路の平面図である。図１６は、第５実施形態に係る光導波路の断面図である。すなわち、図１６は、図１５に示す光導波路のＡ－Ａ線断面図である。
　図１５及び図１６に示すように、第５実施形態に係る光導波路５は、第４導波路コア１４を備えてよい。光導波路５において、第４導波路コア１４は、第１領域Ｒ１から第３領域Ｒ３にわたって、図１１に示した第２実施形態に係る光導波路２の第３導波路コア１３の上面全体を覆うように形成されてよい。また、光導波路５において、第４導波路コア１４は、第１領域Ｒ１から第３領域Ｒ３にわたって、図１１に示した第２実施形態に係る光導波路２の第３導波路コア１３の幅方向の側面全体を覆うように形成されてよい。一方、光導波路５の第４導波路コア１４は、第３領域Ｒ３において、第３導波路コア１３のＺ軸正方向側の端部（第２端Ｅ２）を覆わないように形成されてよい。また、光導波路５の第４導波路コア１４は、第１領域Ｒ１において、第３導波路コア１３のＺ軸負方向側の端部（第１端Ｅ１）を覆わないように形成されてよい。
　第５実施形態に係る光導波路５において、第４導波路コア１４は、第１領域Ｒ１、第２領域Ｒ２を経て、第３領域Ｒ３まで延在してよい。第１領域Ｒ１において、第４導波路コア１４は、第２導波路コア１２の上に形成された第１導波路コア１１を覆う第３導波路コア１３を、さらに覆うように形成されてよい。第２領域Ｒ２において、第４導波路コア１４は、第２導波路コア１２を覆う第３導波路コア１３を、さらに覆うように形成されてよい。第３領域Ｒ３において、第４導波路コア１４は、第３導波路コア１３を覆うように形成されてよい。
　図１１に示した第２実施形態に係る光導波路２は、第３領域Ｒ３において、第３導波路コア１３の軸方向（Ｚ軸方向）に垂直な方向の幅が第２端Ｅ２側に向かって狭くなるテーパ形状を有する。同様に、図１５に示した第５実施形態に係る光導波路５も、第３領域Ｒ３において、第３導波路コア１３の軸方向（Ｚ軸方向）に垂直な方向の幅が第２端Ｅ２側に向かって狭くなるテーパ形状を有してよい。さらに、図１５に示した第５実施形態に係る光導波路５は、第３領域Ｒ３において、第４導波路コア１４の軸方向（Ｚ軸方向）に垂直な方向の幅が第２端Ｅ２側に向かって狭くなるテーパ形状を有してよい。
　このように、第４導波路コア１４は、第１導波路コア１１、第２導波路コア１２、及び第３導波路コア１３の軸方向（Ｚ軸方向）に沿って、第１領域Ｒ１、第２領域Ｒ２、及び第３領域Ｒ３にわたって位置するようにしてもよい。第４導波路コア１４は、第１領域Ｒ１において、第１導波路コア１１、第２導波路コア１２、及び第３導波路コア１３を覆うようにしてもよい。第４導波路コア１４は、第２領域Ｒ２において、第２導波路コア１２及び第３導波路コア１３を覆うようにしてもよい。第４導波路コア１４は、第３領域Ｒ３において、第３導波路コア１３を覆うようにしてもよい。
　また、第３導波路コア１３は、第３領域Ｒ３において、第３導波路コア１３の軸方向（Ｚ軸方向）に垂直な方向の断面積が第２領域Ｒ２から離れる方向に向かって小さくなるテーパ形状を有するようにしてもよい。第４導波路コア１４は、第３領域Ｒ３において、第４導波路コア１４の軸方向（Ｚ軸方向）に垂直な方向の断面積が第２領域Ｒ２から離れる方向に向かって小さくなるテーパ形状を有するようにしてもよい。
　第５実施形態に係る光導波路５は、第３導波路コア１３の端面と第４導波路コア１４の端面とが重なっている。これにより、第５実施形態に係る光導波路５は、屈折率及び／又は寸法の設計の自由度を高めることができる。また同時に、第５実施形態に係る光導波路５は、第４実施形態における第４領域が存在しない。このため、第５実施形態に係る光導波路５によれば、スポットサイズ変換構造の長さの低減、及び、第３領域と第４領域との境界で発生し得る光損失を回避することができる。したがって、第５実施形態に係る光導波路５によれば、第４実施形態に係る光導波路４の特徴に追加して、端面におけるＴＥ波成分及びＴＭ波成分のモード径を、より拡大することができる。
　第５実施形態に係る光導波路５は、第３実施形態に係る光導波路３と同様の工程によって製造することができる。
　また、第５実施形態に係る光導波路５は、第３導波路コア１３及び第４導波路コア１４の面位置を合わせる方法によっても製造することができる。この場合、第２実施形態に係る光導波路２と同様に第２導波路コア１２まで作製した後、第４実施形態に係る光導波路４と同様に第４導波路コア１４を作製する。その際、レジストマスクを作製することにより、第４導波路コア１４のＺ軸正方向側の端部が、図１５及び図１６に示す第３導波路コア１３のＺ軸正方向側の端部よりもＺ軸負方向側の面位置になるように形成してよい。そして、ＣＨＦ３／ＣＦ４系の誘導結合型ドライエッチングにより、ＳｉＯＮをエッチングする。その際、第４導波路コア１４の端面より左側にある第３導波路コア１３も、同時にエッチングされる。その後、レジストを剥離する。
（第６実施形態）
　次に、第６実施形態に係る光導波路について説明する。
　図１７は、第６実施形態に係る光導波路の概略構成を示す図である。図１７は、第６実施形態に係る光導波路の平面図である。第６実施形態に係る光導波路の断面図、すなわち、図１７に示す光導波路のＡ－Ａ線断面図は、図２と同様になるため、省略する。
　図１７に示すように、第６実施形態に係る光導波路６は、第１領域Ｒ１及び第２領域Ｒ２において、第３導波路コア１３の軸方向（Ｚ軸方向）に垂直な方向の幅が第１端Ｅ１側に向かって狭くなるテーパ形状を有する。このように、第３導波路コア１３は、第１領域Ｒ１及び第２領域Ｒ２において、第３導波路コア１３の軸方向（Ｚ軸方向）に垂直な方向の断面積が第３領域Ｒ３に向かって大きくなるテーパ形状を有するようにしてもよい。
　第６実施形態に係る光導波路６は、第３導波路コア１３の幅を選定する際に、第１導波路コア１１の端面におけるＴＭ波のモードのミスマッチを小さくし、かつ、第２導波路コア１２の端面におけるＴＥ波のモードのミスマッチを小さくすることができる。したがって、第６実施形態に係る光導波路６は、ＴＥ波、ＴＭ波の両方について、低損失な光結合の構造を実現することができる。
　第６実施形態に係る光導波路６は、第１実施形態に係る光導波路１と同様の工程によって製造することができる。
　次に、上述した第１実施形態に係る光導波路１の製造方法について、さらに説明する。
　一実施形態に係る光導波路１の製造方法は、例えば、以下の工程を含むようにしてよい。
（１）第１導波路コア１１を形成する工程
（２）第２導波路コア１２を形成する工程
（３）第３導波路コア１３を形成する工程
　ここで、第１導波路コア１１は、第１領域Ｒ１において第１導波路コア１１の軸方向（Ｚ軸方向）に垂直な方向の幅が第２領域Ｒ２側に向かって狭くなるテーパ形状を有するように形成されるようにする。また、第２導波路コア１２は、第２領域Ｒ２において第２導波路コア１２の軸方向（Ｚ軸方向）に垂直な方向の幅が第３領域Ｒ３側に向かって狭くなるテーパ形状を有するように形成されるようにする。さらに、第３導波路コア１３は、第１領域Ｒ１において第１導波路コア１１及び第２導波路コア１２を覆い、第２領域Ｒ２において第２導波路コア１２を覆うように形成されるようにする。
　第１実施形態に係る光導波路１を製造する際の各工程においては、従来既知の技術を用いてもよいし、本明細書中に記載した各種の製造の手法を用いてもよい。
　本開示に係る実施形態について、諸図面及び実施例に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形又は修正を行うことが容易であることに注意されたい。従って、これらの変形又は修正は本開示の範囲に含まれることに留意されたい。例えば、各構成部又は各ステップなどに含まれる機能などは論理的に矛盾しないように再配置可能であり、複数の構成部又はステップなどを１つに組み合わせたり、或いは分割したりすることが可能である。本開示に係る実施形態について光導波路を中心に説明してきたが、本開示に係る実施形態は光導波路の製造方法としても実現し得る。
　１，２，３，４，５，６　光導波路
　１１　第１導波路コア
　１２　第２導波路コア
　１３　第３導波路コア
　１４　第４導波路コア
　２１　下部クラッド層
　２２　上部クラッド層
　３０　基板
　Ｅ１　第１端
　Ｅ２　第２端
　Ｒ１　第１領域
　Ｒ２　第２領域
　Ｒ３　第３領域
 
 

Claims (10)

  1. 　第１領域に位置する第１導波路コアと、
    　前記第１導波路コアの軸方向に沿って、前記第１領域、及び前記第１領域に隣接する第２領域にわたって位置する第２導波路コアと、
    　前記第１導波路コア及び前記第２導波路コアの軸方向に沿って、前記第１領域、前記第２領域、及び前記第２領域の前記第１領域側とは反対側に隣接する第３領域にわたって位置する第３導波路コアと、
    　を備え、
    　前記第１導波路コアは、前記第１領域において前記第１導波路コアの軸方向に垂直な方向の幅が前記第２領域側に向かって狭くなるテーパ形状を有し、
    　前記第２導波路コアは、前記第２領域において前記第２導波路コアの軸方向に垂直な方向の幅が前記第３領域側に向かって狭くなるテーパ形状を有し、
    　前記第３導波路コアは、前記第１領域において前記第１導波路コア及び前記第２導波路コアを覆い、前記第２領域において前記第２導波路コアを覆う、光導波路。
  2. 　前記第１導波路コア及び前記第２導波路コアは、前記第３導波路コアよりも屈折率が大きい素材で形成される、請求項１に記載の光導波路。
  3. 　前記第１導波路コア、前記第２導波路コア、及び前記第３導波路コアの全体を経て導波される光の径は、前記第１領域から前記第３領域に向かって大きくなる、請求項１又は２に記載の光導波路。
  4. 　前記第３導波路コアは、前記第３領域において、前記第３導波路コアの軸方向に垂直な方向の断面積が前記第２領域から離れる方向に向かって小さくなるテーパ形状を有する、請求項１から３のいずれかに記載の光導波路。
  5. 　前記第１導波路コア、前記第２導波路コア、及び前記第３導波路コアの軸方向に沿って、前記第１領域、前記第２領域、前記第３領域、及び前記第３領域の前記第２領域側とは反対側に隣接する第４領域にわたって位置する第４導波路コアを備え、
    　前記第４導波路コアは、前記第１領域において、前記第１導波路コア、前記第２導波路コア、及び前記第３導波路コアを覆い、前記第２領域において前記第２導波路コア及び前記第３導波路コアを覆い、前記第３領域において前記第３導波路コアを覆う、請求項１から４のいずれかに記載の光導波路。
  6. 　前記第４導波路コアは、前記第４領域において、前記第４導波路コアの軸方向に垂直な方向の断面積が前記第３領域から離れる方向に向かって小さくなるテーパ形状を有する、請求項５に記載の光導波路。
  7. 　前記第１導波路コア、前記第２導波路コア、及び前記第３導波路コアの軸方向に沿って、前記第１領域、前記第２領域、及び前記第３領域にわたって位置する第４導波路コアを備え、
    　前記第４導波路コアは、前記第１領域において、前記第１導波路コア、前記第２導波路コア、及び前記第３導波路コアを覆い、前記第２領域において前記第２導波路コア及び前記第３導波路コアを覆い、前記第３領域において前記第３導波路コアを覆う、請求項１から４のいずれかに記載の光導波路。
  8. 　前記第３導波路コアは、前記第３領域において、前記第３導波路コアの軸方向に垂直な方向の断面積が前記第２領域から離れる方向に向かって小さくなるテーパ形状を有し、
    　前記第４導波路コアは、前記第３領域において、前記第４導波路コアの軸方向に垂直な方向の断面積が前記第２領域から離れる方向に向かって小さくなるテーパ形状を有する、請求項７に記載の光導波路。
  9. 　前記第３導波路コアは、前記第１領域及び前記第２領域において、前記第３導波路コアの軸方向に垂直な方向の断面積が前記第３領域に向かって大きくなるテーパ形状を有する、請求項１から３のいずれかに記載の光導波路。
  10. 　第１領域に位置する第１導波路コアを形成する工程と、
    　前記第１導波路コアの軸方向に沿って、前記第１領域、及び前記第１領域に隣接する第２領域にわたって位置する第２導波路コアを形成する工程と、
    　前記第１導波路コア及び前記第２導波路コアの軸方向に沿って、前記第１領域、前記第２領域、及び前記第２領域の前記第１領域側とは反対側に隣接する第３領域にわたって位置する第３導波路コアを形成する工程と、
    　を含む光導波路の製造方法であって、
    　前記第１導波路コアが、前記第１領域において前記第１導波路コアの軸方向に垂直な方向の幅が前記第２領域側に向かって狭くなるテーパ形状を有するように形成され、
    　前記第２導波路コアが、前記第２領域において前記第２導波路コアの軸方向に垂直な方向の幅が前記第３領域側に向かって狭くなるテーパ形状を有するように形成され、
    　前記第３導波路コアが、前記第１領域において前記第１導波路コア及び前記第２導波路コアを覆い、前記第２領域において前記第２導波路コアを覆うように形成される、光導波路の製造方法。
     
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