光導波路素子の製造方法
【課題】容易かつ精度の高い微細加工が可能である光導波路素子の製造方法を提供する。
【解決手段】先端１２ｃを有するテーパ部１２を有するコア４を備えた光導波路素子を製造する方法であって、コア４の材料からなるコア層１４を形成するコア層形成工程と、コア層１４に接する補助層１８を形成する補助層形成工程と、コア層１４にテーパ部１２を形成しコア４を得るテーパ部形成工程とを含む。コア層形成工程は、テーパ部１２の先端１２ｃを含む第１側面領域１６ａを形成する工程である。補助層形成工程は、第１側面領域１６ａに接して、コア４とは異なる材料からなる補助層１８を形成する工程である。テーパ部形成工程は、コア層１４に対し、補助層１８と同時にエッチングを施すことによって、テーパ部１２の先端１２ｃを含む第２側面領域１２ｂを形成する。
【解決手段】先端１２ｃを有するテーパ部１２を有するコア４を備えた光導波路素子を製造する方法であって、コア４の材料からなるコア層１４を形成するコア層形成工程と、コア層１４に接する補助層１８を形成する補助層形成工程と、コア層１４にテーパ部１２を形成しコア４を得るテーパ部形成工程とを含む。コア層形成工程は、テーパ部１２の先端１２ｃを含む第１側面領域１６ａを形成する工程である。補助層形成工程は、第１側面領域１６ａに接して、コア４とは異なる材料からなる補助層１８を形成する工程である。テーパ部形成工程は、コア層１４に対し、補助層１８と同時にエッチングを施すことによって、テーパ部１２の先端１２ｃを含む第２側面領域１２ｂを形成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体をコアとして用いた光導波路を有する光導波路素子の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光通信で伝送される情報量は増加の一途をたどっている。これに対しては、（Ｉ）信号の伝送速度を増す、（ＩＩ）波長多重通信のチャンネル数を増す、といった対策が進められているが、これに伴い、光部品の数が増すとともに伝送経路も複雑になるため、光通信設備の大型化、複雑化、高額化という問題が生じる。
光通信設備が使用される通信キャリア局舎やデータセンター等では、コンピュータやルータ等の情報機器を動作させる電力に加え、機器の発熱により冷却設備にも無視できない電力が必要となる。このため、近年の環境問題への対応の必要から、消費電力削減が大きな課題となっている。
こうした課題に対して、シリコン（Ｓｉ）などの屈折率の高い材料を用いた光導波路素子の使用が検討されている。
媒質中の光の波長はその媒質の屈折率に反比例するため、屈折率が高い材料を使用すると、光導波路のコア幅などの寸法を小さくできる。また、高屈折率材料（シリコン等）に対し屈折率が大きく異なるシリカ等をクラッドとすることで、閉じ込めが強い光導波路が得られ、曲げ半径を小さくすることができ、光導波路素子の小型化が可能となる。
さらに、シリコン等を用いた光導波路素子では、従来のＣＰＵ、メモリ等の半導体デバイス製造で使用する半導体プロセスで使用する半導体プロセスに関する技術・装置と共通の要素が多く、低コスト化を図ることができる。また、従来の半導体デバイスとの同一基板上での集積も可能である。
このように、シリコン等を用いた小型かつ低価格の光導波路素子の実現により、情報通信機器で使用している電気処理の一部を光で置き換えることにより、システム全体の消費電力を削減できる可能性が議論されている。
光導波路素子に対し光を入出力および伝送するには、一般的に光ファイバが用いられる。しかし、光ファイバの一般的なモードフィールド径は約９μｍであるのに対し、シリコン等の高屈折率材料を用いた導波路においては、シングルモード条件を満たすコア径は１μｍ以下であり大きく異なる。このため、シリコン等を用いた導波路と光ファイバとの直接接続を行うと、大きな損失が生じてしまうことがある。
両者の低損失の接続を実現するため、特許文献１には、テーパ形状の導波路構造を有するスポットサイズコンバータが提案されている。
特許文献１に記載の技術では、コア導波路の幅が素子先端方向に向かって狭くなっている構造が採用されている。素子先端の導波路の幅は６０ｎｍとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−１８４９８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
光導波路素子に用いるテーパ形状を有するスポットサイズコンバータでは、一般にそのテーパ構造の先端の幅は狭い方が結合効率を向上させることができるため好ましいが、微細な加工を要する光導波路素子の製造は容易ではない。
微細加工が可能な製造方法としては、電気集積回路基板などの製造に用いられる光学露光法があるが、この方法では、レジストパターンを作製するにあたって、光の回折を原因として微細なパターン形成が難しくなることがある。
また、仮に正確なレジストパターンの作製が可能であったとしても、光部品の製造においてはコアやクラッド等の構造物の形成に深さ方向の加工が必要となるため、精度の高い加工を実現するためのエッチングの条件設定等は容易ではなかった。
さらに、エッチングにより形成した構造物は、微細構造のため強度が低く、その後の工程において外力を受けて変形するおそれがあった。
また、前記電気集積回路用の製造装置では径が大きいウェハーが用いられることが多いのに対し、光部品の製造においては旧世代の小径のウェハーが用いられることが多いため、光部品の製造に前記製造装置を利用するのは難しい場合がある。
また、特許文献１に記載の技術では加工法として電子ビーム直接描画方式が採用されている。この方法は微細な導波路の加工は可能であるが、量産性に優れるものではない。
【０００５】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、容易かつ精度の高い微細加工が可能である光導波路素子の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の課題を解決するため、本発明の光導波路素子の製造方法は、先端に向けて徐々に幅が狭くなるテーパ部を有するコアを備えた光導波路素子を製造する方法であって、前記コアの材料からなるコア層を形成するコア層形成工程と、前記コア層に接する補助層を形成する補助層形成工程と、前記コア層に前記テーパ部を形成し前記コアを得るテーパ部形成工程とを含み、前記コア層形成工程は、前記テーパ部の一方の側面のうち少なくとも前記先端を含む第１側面領域を形成する工程であり、前記補助層形成工程は、前記第１側面領域のうち少なくとも前記先端を含む領域に接して、前記コアとは異なる材料からなる補助層を形成する工程であり、前記テーパ部形成工程は、前記コア層に対し、前記補助層と同時にエッチングを施すことによって、前記テーパ部の他方の側面のうち少なくとも前記先端を含む第２側面領域を形成する工程である光導波路素子の製造方法である。
本発明の光導波路素子の製造方法は、前記テーパ部形成工程におけるエッチングに際し、前記コア層に第２側面領域を形成すると同時に、前記補助層に、前記第２側面領域と面一な側面を形成するができる。
本発明の光導波路素子の製造方法は、前記テーパ部形成工程の後に、上部クラッド形成工程を有し、前記上部クラッド形成工程は、前記補助層と同じ材料からなる上部クラッドを、少なくとも前記コアの先端を覆うように形成する工程である。
本発明の光導波路素子の製造方法は、前記コア層形成工程において、前記コア層と同じ材料からなる同一基板上の他の構造を、前記コア層と同時に形成することができる。
前記テーパ部形成工程においては、前記テーパ部の他方の側面形成と同時に、前記コア層と同じ材料からなる他の構造を所定の形状とすることができる。
本発明の光導波路素子の製造方法は、前記コア層形成工程において、前記第１側面領域を、光の導波方向に対し傾斜して形成し、前記テーパ部形成工程において、前記第２側面領域を、前記第１側面領域に対して、前記光の導波方向に沿い前記基板に垂直な面について鏡映対称となるよう傾斜して形成することができる。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の光導波路素子の製造方法は、互いに接するコア層と補助層に対し同時にエッチングを施すことによって、テーパ部の他方の側面のうち少なくとも先端を含む第２側面領域を形成するため、テーパ部の先端は、補助層に接した状態で形成される。
このため、テーパ部の先端形状に沿う微細な形状のレジスト形成が不要であり、露光工程において光の回折に起因する制限を受けない。
また、微細形状のレジストによる先端のみをむき出しにして形成するエッチングがないため、先端部分の鈍化（丸まり）が起こりにくく、エッチングの条件設定は比較的容易である。
さらに、テーパ部の先端が補助層に接した状態で形成されるため、その後の工程における外力による変形が起こりにくい。
従って、より幅が狭い先端を精度よく形成することができ、テーパ部の先端部分における損失を低減できる。また、電子ビームによる直接描画法に限らず、マスクを用いた光学露光法による製造が可能なため、量産に適する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第１実施形態の光導波路素子の説明図である。
【図２】図１のＡ１−Ａ１断面図である。
【図３】図２のＡ２−Ａ２断面図である。
【図４】第１実施形態の光導波路素子の製造方法を示す工程図であり、光導波路素子のＸＺ平面における断面図である。
【図５】第１実施形態の光導波路素子の製造方法を示す工程図であり、光導波路素子の平面図である。
【図６】シミュレーションに用いた光導波路素子の断面構造を示す図である。
【図７】コア幅と接続損失との関係についてのシミュレーション結果を示すグラフである。
【図８】補助クラッド先端位置と接続損失との関係についてのシミュレーション結果を示すグラフである。
【図９】コア先端位置と接続損失との関係についてのシミュレーション結果を示すグラフである。
【図１０】シミュレーションに用いた光導波路素子の平面構造を示す図である。
【図１１】第２実施形態の光導波路素子の断面図である。
【図１２】図１１のＡ１−Ａ１断面図である。
【図１３】第２実施形態の光導波路素子の断面図である。
【図１４】テーパ部の先端形状の例を示す模式図である。
【図１５】テーパ部の中間部分を示す写真である。
【図１６】テーパ部の先端部分を示す写真である。
【図１７】テーパ部形成工程の例を説明する説明図である。
【図１８】テーパ部形成工程の例を説明する説明図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。
なお、以下の図面においては、ＸＹＺ直交座標系を設定し、ＸＹＺ直交座標系を参照しつつ各部材の位置関係について説明する場合がある。この場合においては、光の導波方向をＹ方向、該導波方向と直交する光導波路の幅方向をＸ方向、Ｘ方向及びＹ方向と直交する高さ方向をＺ方向と称する。
光導波路は基板上に形成されるため、Ｘ方向とＹ方向は基板と平行な方向であり、Ｚ方向は基板と垂直な方向である。
なお、以下の実施形態では、コアがＹ方向に延在する直線光導波路を例示するが、コアが湾曲した曲がり光導波路であっても良い。
【００１０】
［第１の実施の形態］
図１は、本発明の第１実施形態にかかる光導波路素子１０の説明図である。図２は、光導波路素子１０のＸＺ平面における図１および図３のＡ１−Ａ１断面図である。図３は、図２のＡ２−Ａ２断面図である。なお、先端方向とは図３における左方であり、以下、この方向を前方といい、その反対方向（図３における右方）を後方ということがある。
図１および図２に示すように、光導波路素子１０は、基板１上に光導波路２が形成された光導波路素子であり、先端位置において他の光ファイバ等と接続できる。
本実施形態では、ＳＯＩ基板を加工して光導波路素子１０を作製することを想定する。
【００１１】
基板１は、例えばシリコン（Ｓｉ）からなる。
光導波路２は、基板１上に形成された下部クラッド３と、下部クラッド３上に形成されたコア４（第１のコア）と、下部クラッド３上においてコア４の少なくとも一方の側面に形成された補助クラッド５、５と、これらの上に形成された上部クラッド６と、上部クラッド６の外面を覆って形成された外部クラッド７とを有する。
【００１２】
下部クラッド３は、コア４よりも屈折率が低い材料からなり、例えばＳｉＯ２等を使用することができる。
下部クラッド３は、コア４からの漏光が生じないように十分に厚く形成する必要がある。下部クラッド３の厚みは２〜３μｍ、またはそれ以上であることが好ましい。本実施形態では、ＳＯＩ基板の有するＳｉＯ２層をそのまま利用できる。
【００１３】
コア４は、光が導波するものであって、下部クラッド３、上部クラッド６および補助クラッド５よりも高い屈折率を有する材料、例えばシリコン（Ｓｉ）を使用できる。
コア４は断面矩形とすることができる。なお、コア４の形状は特に限定されず、矩形以外の形状、例えば中央部の厚みの厚い部分と、その両側の厚みの薄い部分とを有するリブ型形状であってもよい。
【００１４】
本実施形態では、ＳＯＩ基板の最上層であるシリコン（Ｓｉ）層をエッチング等により加工することでコア４を形成することができる。
具体例としては、下部クラッド３、上部クラッド６および補助クラッド５がＳｉＯ２からなる場合において、シリコンからなり、幅および高さが約３００ｎｍであるコア４を挙げることができる。
【００１５】
図１および図３に示すように、コア４は、光の導波方向（Ｙ方向）に延在する一定幅のコア基部１１と、コア基部１１の先端からさらに先端１２ｃに向けて徐々に幅が狭くなるテーパ部１２とを有する。
テーパ部１２の一方および他方の側面１２ａ、１２ｂは、光導波路２の先端方向（Ｙ方向）に対し互いにほぼ同じ角度で傾斜していてよい。
テーパ部１２の先端１２ｃの幅方向（Ｘ方向）位置は、コア４の幅方向のほぼ中央であることが望ましい。
テーパ部１２の一方および他方の側面１２ａ、１２ｂは、光の導波方向（Ｙ方向）に沿い基板１に垂直な面について鏡映対称となるよう傾斜して形成するのが好ましい。
なお、先端１２ｃは、本実施形態においては、先鋭な鋭角形状（図１４（ａ）参照）であるが、これに限らず、微小な一定幅の先端面１２ｄを有してもよい（図１４（ｂ）参照）。
【００１６】
テーパ部１２においては、先端方向に向けて光の閉じ込めが徐々に弱くなり、モードフィールドが周囲の領域に広がっていく。
テーパ部１２は、先端方向に向かってスポットサイズを漸次拡大するスポットサイズ変換部として機能するため、光導波路素子１０はスポットサイズ変換素子として使用することができる。
テーパ部１２の長さ（Ｙ方向の長さ）を十分に長くすることで、低損失にモードフィールドを広げることが可能である。
また、先端１２ｃを十分に小さくする（例えば図１４（ｂ）において先端面１２ｄの幅を狭くする）ことによって、先端１２ｃにおける光の散乱を低減することができる。
このため、コア４とクラッド３、６、７を有する光導波路と、その先端側の光導波路（上部クラッド６がコアとして機能し、外部クラッド７がクラッドとして機能する光導波路）とを低損失に接続することができる。
さらに、上部クラッド６および外部クラッド７を、接続を想定する外部の光ファイバに合わせて適切に設計することで、外部の光ファイバとの間で低損失に光の伝搬を行うことができるため、光導波路素子１０は、前記コア４を有する光導波路を光ファイバへ接続するためのスポットサイズコンバータとして機能する。
本実施形態では、基板１およびクラッド３、６、７は、テーパ部１２の先端１２ｃよりもさらに前方に延在している。
【００１７】
補助クラッド５は、コア４の一方または両方の側面に形成されている。図示例の補助クラッド５はコア４の両方の側面に形成されているが、コア４の側面の一方のみに形成されていてもよい。
本実施形態では、コア４の両側に形成された補助クラッド５のうち、コア４の一方の側面４ａに形成された補助クラッド５Ａは、コア基部１１の一方の側面１１ａおよびテーパ部１２の一方の側面１２ａの全面を覆い、テーパ部１２の先端１２ｃよりさらに先端方向に延出して形成されている。
補助クラッド５は、断面矩形とすることができる。なお、補助クラッド５の形状は特に限定されず、矩形以外の形状であってもよい。
【００１８】
補助クラッド５の構成材料は、コア４よりも屈折率が低い材料が好ましく、例えばＳｉＯ２等を使用することができる。
補助クラッド５は、酸窒化シリコン（ＳｉＯｘＮｙ）あるいは窒化シリコン（ＳｉｘＮｙ）などを適用することも可能であり、例えば、酸窒化シリコン（ＳｉＯｘＮｙ）では、組成比ｘ：ｙを制御することで、製造段階において屈折率を制御することが可能である。具体的には、屈折率が１．５に調整された酸窒化シリコンや、屈折率が２．０に調整された窒化シリコン等が使用できる。
【００１９】
補助クラッド５は、上部クラッド６と屈折率が同じ材料で構成するのが好ましい。
補助クラッド５が、上部クラッド６と屈折率が同じ材料からなる場合には、補助クラッド５Ａのうち、テーパ部１２の先端１２ｃより先端側に延出した部分８（延出部分８という）については、仮にこの延出部分８がない場合でもその部分は上部クラッド６に覆われるため、その形状に特に制限はない。すなわち、コア４に接していない部分の補助クラッド５Ａについては制限がない。
例えば、延出部分８をできるだけ広く確保することによって、補助クラッド５と上部クラッド６との界面をコア４から離れた位置に形成し、この界面の影響を抑えるという考え方をとることもできるし、逆に、コア４に接していない部分をできるだけ小さくすることもできる。
【００２０】
補助クラッド５は、上部クラッド６の材料より高屈折率の材料または低屈折率の材料で構成することもできる。
補助クラッド５が上部クラッド６の材料より高屈折率の材料からなる場合には、コア４から補助クラッド５に伝搬した光を上部クラッド６に低損失で伝搬させるため延出部分８の先端５ａの幅を極力小さくするのが好ましい。
補助クラッド５が上部クラッド６の材料より低屈折率の材料からなる場合も、先端５ａにおいて、断面構造の急激な変化により生じる散乱による損失を避けるため、先端５ａの幅を極力小さくするのが好ましい。
【００２１】
図示例では、延出部分８の内面は、テーパ部１２の他方の側面１２ｂと面一に形成された傾斜面８ａ（形成面）となっている。
他方の側面１２ｂと傾斜面８ａとが面一であると、これらの側面１２ｂおよび傾斜面８ａの形成精度を高めるのが容易になるため好ましい。
補助クラッド５Ａの先端５ａは、基板１およびクラッド３、６、７の先端に比べ後方に位置する。
【００２２】
コア４の他方の側面４ｂに形成された補助クラッド５Ｂは、コア基部１１の他方の側面１１ｂの全面を覆うように形成されている。補助クラッド５Ｂの先端５ｂは、側面１１ｂの先端に達している。
補助クラッド５Ｂの外面５ｃには、テーパ部１２の他方の側面１２ｂと面一に形成された傾斜面５ｄが形成されている。
【００２３】
図１および図２に示すように、上部クラッド６は、コア４よりも低い屈折率を有する材料からなり、例えばＳｉＯ２等を使用することができる。
上部クラッド６は、コア４および補助クラッド５を覆って形成される。上部クラッド６は、少なくともコア４の先端１２ｃを覆うように形成される。
上部クラッド６は、補助クラッド５より先端側においては、光が導波する第２のコアとして機能させることができる。この場合には下部クラッド３および外部クラッド７は第２のコアを囲むクラッドとして機能するため、上部クラッド６は、下部クラッド３および外部クラッド７よりも屈折率の高い材料からなることが好ましい。
【００２４】
外部クラッド７は、上部クラッド６よりも低い屈折率を有する材料、例えばＳｉＯ２等からなることが好ましい。なお、空気層（屈折率：１）を外部クラッド７として機能させることもできる。
【００２５】
クラッド３、６、７は、酸窒化シリコン（ＳｉＯｘＮｙ）あるいは窒化シリコン（ＳｉｘＮｙ）などを適用することも可能であり、例えば、ＳｉＯｘＮｙでは、組成比ｘ：ｙを調整することで、製造段階において屈折率を制御することが可能である。具体的には、屈折率が１．５に調整された酸窒化シリコンや、屈折率が２．０に調整された窒化シリコン等が使用できる。
【００２６】
補助クラッド５が上部クラッド６と屈折率が同じ材料で構成される場合には、光は主にコア４を導波する。
補助クラッド５が上部クラッド６より屈折率が高い材料で構成される場合には、テーパ部１２においてその幅が狭くなるにつれ、導波光のモードフィールドは、補助クラッド５に位置する割合が大きくなる。
補助クラッド５が上部クラッド６より屈折率が低い材料で構成される場合には、テーパ部１２においてその幅が狭くなるにつれ、導波光のモードフィールドは、上部クラッド６に位置する割合が大きくなる。
【００２７】
上記構造の光導波路素子１０では、コア４が先端方向に徐々に幅が狭くなるテーパ部１２を有するので、コア４先端における損失を低減できる。
なお、補助クラッド５および上部クラッド６の外面の形状は特に限定されず、平面でも曲面でもよい。また、上部クラッド６に対するコア４および補助クラッド５の位置についても図示例に限定されない。
【００２８】
［光導波路素子の製造方法］
次に、光導波路素子１０を製造する場合を例として、図４および図５を参照しつつ、本発明の光導波路素子の製造方法の第１実施形態について説明する。
下部クラッド３の上に、コア４となる材料からなるコア層１３が全面に形成された基板１を用意する。以下、コア層１３を全面コア層１３という。
以下の説明では、Ｓｉ基板１上にＳｉＯ２からなる下部クラッド３が形成され、その上にＳｉからなる全面コア層１３が形成されたＳＯＩ基板を使用する場合を例とするが、これに限らず、ＧａＡｓやＩｎＰなどの他の半導体材料やガラス材料からなる基板を使用することもできる。
【００２９】
（工程１：コア層形成工程）
図４（ａ）、（ｂ）および図５（ａ）、（ｂ）に示すように、フォトリソグラフィーおよびエッチングにより全面コア層１３の不要部分を除去してコア層１４を形成する。不要部分が除去された領域をコア層除去領域という。
図５（ｂ）のコア層１４は、光の導波方向（Ｙ方向）に延在する一定幅のコア基部１５と、コア基部１５の先端から先端側に延出する延出部分１６とを有する。
延出部分１６の一方の側面１６ａ（第１側面領域）は、テーパ部１２の一方の側面１２ａとなる部分であり、先端方向に向けて、延出部分１６の幅が狭くなる方向に傾斜している。一方の側面１６ａは、光の導波方向（Ｙ方向）に対し傾斜して形成されている。
一方の側面１６ａ（第１側面領域）は、テーパ部１２の一方の側面１２ａのうち少なくとも先端１２ｃを含む領域である。すなわち、側面１２ａ全体を含む領域であってもよいし、側面１２ａのうち先端１２ｃを含む一部領域であってもよい。
【００３０】
コア層１４を形成する方法は、例えば以下のとおりである。
まず、全面コア層１３上に、塗布などにより未露光のフォトレジスト層を形成する（フォトレジスト層形成工程）。
次いで、所定の形状のフォトマスクを用い、紫外線などを照射し、所定領域のフォトレジスト層を露光する（露光工程）。露光は、例えばステッパー露光装置を用いて行なうことができる。
次いで、フォトレジスト層を現像する現像工程を経て、現像工程により得られたフォトレジストパターンを用いて全面コア層１３をエッチングする（第１エッチング工程）。
図４（ｂ）および図５（ｂ）に示すように、このエッチング工程によって、コア層１４を形成する。
【００３１】
第１エッチング工程は、図４（ａ）および図５（ａ）に示すように、全面コア層１３を、いったん光導波方向（Ｙ方向）の全長にわたる一定幅で断面矩形の構造体１７とするエッチングを行った後、次いで先端部分を前記形状とするエッチングを行う２段階工程であってもよい。
次いで、残留したフォトレジストを除去する工程を行なう。
なお、第１エッチング工程は、コア層１４の少なくとも延出部分１６の一方の側面１６ａに、補助クラッド５を形成するための領域を確保することができればよい。
【００３２】
本発明では、１枚の基板１上に、光導波路素子１０だけでなく、例えばコア層１４と同じ材料をコアに使用した他の光導波路素子としての変調器や分散補償器など、別機能を持つ光導波路素子を同時に形成することもできる。
この場合には、前記他の光導波路素子のコアとなる全面コア層（図示略）（他の構造）を、光導波路素子１０の全面コア層１３と同時に形成することができる。
【００３３】
（工程２：補助層形成工程）
図４（ｂ）および図５（ｂ）に示すように、コア層形成工程における前記コア層除去領域に、補助クラッド５の材料からなる補助層１８を形成する。補助層１８は、ＣＶＤ装置等を用いて形成することができる。補助層１８はコア４とは異なる材料からなる。
補助層１８は、延出部分１６の一方の側面１６ａ（第１側面領域）のうち、少なくとも先端１２ｃを含む領域に接するように形成する。
【００３４】
コア層１４上に形成された補助層１８は、化学機械研磨（ＣＭＰ）やエッチング等により除去することができる。
コア層１４上の補助層１８の除去は不可欠ではないが、コア層１４の厚みが適当な範囲を越える場合には、ＣＭＰやエッチング等により補助層１８の除去を行うとともに、コア層１４と補助層１８の高さを共通化する（すなわち平坦化する）のが好ましい。
【００３５】
（工程３：テーパ部形成工程）
図４（ｃ）および図５（ｃ）に示すように、フォトリソグラフィーおよびエッチングによりコア層１４および補助層１８の不要部分を除去してコア４および補助クラッド５を形成する。
まず、コア層１４および補助層１８上に、塗布などにより未露光のフォトレジスト層を形成する（フォトレジスト層形成工程）。
次いで、所定の形状のフォトマスクを用い、紫外線などを照射し、所定領域のフォトレジスト層を露光する（露光工程）。露光は、例えばステッパー露光装置を用いて行なうことができる。
次いで、フォトレジスト層を現像する現像工程を経て、現像工程により得られたフォトレジストパターンを用いてコア層１４および補助層１８をエッチングする（第２エッチング工程）。
【００３６】
この第２エッチング工程では、コア層１４および補助層１８に、光の導波方向（Ｙ方向）に対する一定角度の傾斜面１９を形成する。
これによって、補助クラッド５Ａの傾斜面８ａ（側面）と、補助クラッド５Ｂの傾斜面５ｄが形成されるとともに、傾斜面８ａに隣接して、コア層１４の延出部分１６の側面１６ｂ側に、テーパ部１２の他方の側面１２ｂである傾斜面１２ｂ（第２側面領域）が形成される。
図示例では他方の側面１２ｂの全面が第２側面領域となっているが、第２側面領域は、側面１２ｂのうち少なくとも先端１２ｃを含む領域であればよい。
図示例では、他方の側面１２ｂ（第２側面領域）は、一方の側面１６ａ（第１側面領域）に対して、光の導波方向（Ｙ方向）に沿い基板１に垂直な面について鏡映対称となるよう傾斜して形成される。
この工程によって、テーパ部１２を有するコア４と、補助クラッド５とが形成される。
【００３７】
この工程では、互いに接するコア層１４と補助層１８に対し同時にエッチングを施すことによって、補助クラッド５Ａの傾斜面８ａとテーパ部１２の他方の側面１２ｂとを同時に形成するため、テーパ部１２の先端１２ｃは、補助クラッド５Ａに接した状態で形成される。
このため、テーパ部１２の先端形状に沿う微細な形状のレジスト形成が不要であり、露光工程において光の回折に起因する制限を受けない。
また、微細形状のレジストによる先端のみをむき出しにして形成するエッチングがないため、先端部分の鈍化（丸まり）が起こりにくく、エッチングの条件設定は比較的容易である。
さらに、テーパ部１２の先端１２ｃが補助クラッド５Ａに接した状態で形成されるため、その後の工程における外力による変形が起こりにくい。
従って、より幅が狭い先端１２ｃを精度よく形成することができ、テーパ部１２の先端部分における損失を低減できる。また、電子ビームによる直接描画法に限らず、マスクを用いた光学露光法による製造が可能なため、量産に適する。
【００３８】
第２エッチング工程において、補助層１８の一部が除去しきれずに下部クラッド３上に残ることが考えられるが、補助クラッド５と上部クラッド６の屈折率が同じまたは近い場合には、上部クラッド６に相当する部分の補助層１８がそのまま残っても光導波路素子１０の特性に大きな影響はない。補助クラッド５と上部クラッド６の屈折率が異なる場合においても、前記部分に補助層１８が残ることの影響は軽微である。
ただし、補助クラッド５を光の導波路として利用する場合のように、不要部分の補助層１８の除去が求められる場合には、さらなるエッチングによって前記部分の補助層１８を除去することが好ましい。
上部クラッド６の外側部分の残存補助層１８については、外部クラッド７を形成するにあたって除去することができる。
【００３９】
上述のように、基板１上に、他の光導波路素子を同時に形成する場合には、テーパ部形成工程（第２エッチング工程）において、前記他の光導波路素子の全面コア層（図示略）（他の構造）にエッチングを施して、所定形状のコア層を得ることができる。
【００４０】
一般に、製造装置には、パターンのアラインメントに誤差が生じることがある。このアラインメントの誤差は、通常数ｎｍから数十ｎｍであるが、このアラインメントにより、本発明ではコアのテーパ部の長さが変化することが考えられる。
これを図１７を用いて説明する。この図は、コア層形成工程および補助層形成工程においてコア層１４および補助層１８を形成した後（図５（ｂ）参照）、テーパ部形成工程においてフォトマスク１９を用いてコア層１４にテーパ部を形成する工程を説明する図である。
テーパ部形成工程においては、レジスト層を形成した後、フォトマスク１９を用いて露光を行い、コア層１４の一方の側面１６ａ（テーパ部１２の一方の側面１２ａとなる面）とは反対の側面に、テーパ部１２の他方の側面１２ｂを形成する。
図中、一点鎖線で示す位置１９Ａと二点鎖線で示す位置１９Ｂは、フォトマスク１９のアラインメント精度を考慮して得られたＸ方向の一方側および他方側の最大ずれ位置である。
【００４１】
例えば、コア幅ｍ１が２００ｎｍで、フォトマスク１９がＸ方向一方側（図中上方）に最もずれた場合（位置１９Ａ）におけるテーパ部１２の最大長さｍ３（Ｙ方向の長さ）を３００μｍとすると、フォトマスク１９のアラインメントのずれが３０ｎｍの場合は、このアラインメントずれによるテーパ部１２の先端１２ｃ位置のずれ量は３０μｍとなる。
なお、Ｙ方向への装置のアラインメント精度はＸ方向と同程度であるので、テーパ部１２の先端１２ｃの位置への影響はＸ方向のずれによる影響と比較して小さい。
【００４２】
しかし、テーパ部１２の長さが制限されている場合などのように、製造におけるテーパ部１２の先端１２ｃ位置のずれを低減することが好ましい場合には、次の方法を採用することができる。
図１８に示すように、フォトマスク１９に代えてフォトマスク２９を使用する。フォトマスク２９は、先端２９ａのＹ方向の位置を、テーパ部１２の先端１２ｃのＹ方向の想定位置と一致させる。
フォトマスク２９は、Ｘ方向一方側の最大ずれ位置２９Ａにあるときに先端１２ｃが鋭角形状となる（先端１２ｃの幅がゼロとなる）ようにその位置を設定する。
このようにすると、フォトマスク２９のずれが発生した場合でも、先端１２ｃの幅が変化する代わりに、先端１２ｃの位置は一定とすることができる。
この方法では、フォトマスク２９を用いた露光により、先端２９ａに沿う側面を有する補助クラッド５と、テーパ部１２の側面１２ｂが同時に形成されるため、幅が狭い先端１２ｃを精度よく形成することができる。
先端１２ｃの幅の最大値は、フォトマスク２９の最大ずれ量（マスクシフト量）に一致する。
先端１２ｃの幅が増大するのは好ましいことではないが、先端１２ｃの幅の最大値は前記マスクシフト量であり、一般的にはマスクシフト量は、その装置で行う従来の製造工程で得られる先端幅よりも小さいため、本方法では、従来の手法に比べて低損失化が可能な導波路構造を得ることができる。
【００４３】
（工程４：上部クラッドおよび外部クラッド形成工程）
図４（ｄ）および図５（ｄ）に示すように、コア４、補助クラッド５および下部クラッド３を覆うように上部クラッド６を形成する。
次いで、外部クラッド７を形成し、図１に示す光導波路素子１０を得る。
【００４４】
［第２の実施の形態］
図１１および図１２は、本発明の第２実施形態にかかる光導波路素子２０の断面図であり、グレーティング構造を採用したものである。
図１１は、光導波路素子２０のＸＺ平面における断面図であり、図１２のＡ２−Ａ２断面図である。図１２は、図１１のＡ１−Ａ１断面図である。図１３は、光導波路素子２０の断面図である。
以下の説明においては、第１の実施形態の光導波路素子１０と同じ構成については同一符号を付してその説明を省略することがある。本実施形態の一部の構成は、国際公開第２００９／１０７８１２号に記載されている光導波路素子と共通である。
光導波路素子２０は、基板１上に光導波路２２が形成された光導波路素子である。本実施形態では、ＳＯＩ基板を加工して作製することを想定する。
基板１は、例えばシリコン（Ｓｉ）からなる。
【００４５】
図１１において、光導波路２２は、下部クラッド３と、下部クラッド３上に形成された内側コア２４と、その上に形成された中間コア２５と、これらを覆って形成された上部クラッド２６とを有する。
下部クラッド３は、内側コア２４よりも屈折率が低い材料からなり、例えばＳｉＯ２等を使用することができる。
【００４６】
内側コア２４は、厚みの薄い平板部（薄板部）２４ａと、平板部２４ａの幅方向中央位置において上部クラッド２６側に突出する厚みの厚い凸状部（厚板部）２４ｂとから構成されるリブ型形状をなす。
内側コア２４には、下部クラッド３、中間コア２５および上部クラッド２６よりも高い屈折率を有する材料、例えばシリコン（Ｓｉ）を使用できる。
【００４７】
中間コア２５は、内側コア２４とは異なる材料、内側コア２４より屈折率が低く、かつ上部クラッド２６より屈折率が高い材料からなることが好ましく、内側コア２４の凸状部２４ｂおよびこれに近い部分の平板部２４ａを覆って形成されている。
内側コア２４および中間コア２５は、光が導波する複合コアを構成している。
【００４８】
図１１に示すように、中間コア２５は、上面に設けた溝２５ａの幅ｗｉｎおよび中間コア２５の全幅ｗｏｕｔを光の導波方向（紙面に垂直な方向）に周期的に変化させることによりブラッググレーティング構造となり、光導波路２２の実効屈折率を変化させることができる。この構造は、波長分散補償素子に適用できる。
上部クラッド２６は、中間コア２５よりも低い屈折率を有する材料からなり、例えばＳｉＯ２等を使用することができる。
【００４９】
図１２のＡ３−Ａ３断面、Ａ５−Ａ５断面、Ａ７−Ａ７断面およびＡ８−Ａ８断面をそれぞれ図１３（ａ）〜図１３（ｄ）に示す。
図１３（ａ）に示すように、Ａ３−Ａ３断面（図１２参照）では、内側コア２４の平板部２４ａの幅が中間コア２５の幅に等しくされている。
なお、平板部２４ａの幅は、中間コア２５の幅より広く、または狭く形成することも可能であり、導波路構造の変化によるモードフィールドの変化が小さい範囲で適宜設計変更が可能である。
【００５０】
図１３（ａ）において、内側コア２４の外側には中間コア２５が設けられ、その外側には外側コア２８が設けられ、その外側に上部クラッド２６が設けられている。
図１２に示すように、外側コア２８は、このＡ３−Ａ３断面位置から先端方向に延在して形成されている。Ａ３−Ａ３断面位置より後方では外側コア２８は存在しないため、この位置の前後で光導波路の構造が変化するが、光は内側コア２４を中心に分布するため、外側コア２８についての構造変化が光特性に及ぼす影響は小さい。
【００５１】
外側コア２８は、中間コア２５より屈折率が低く、かつ上部クラッド２６より屈折率が高い材料からなることが好ましい。例えば、ＳｉＯｘＮｙが使用できる。
Ａ３−Ａ３断面（図１２参照）では、外側コア２８は、内側コア２４および中間コア２５からなる複合コアに対するクラッドとして機能させることができる。
外側コア２８は、後述する光導波路２２の先端（図１３（ｄ）参照）では、光が導波するコアとして機能する。
【００５２】
なお、本実施形態では、Ａ３−Ａ３断面位置より後方では外側コア２８は存在しない構造が採用されているが（図１３（ａ）参照）、これに限らず、Ａ３−Ａ３断面位置より後方の部分にも、中間コア２５の外側に外側コア２８を形成してもよい。
【００５３】
Ａ３−Ａ３断面位置から先端方向に向かって、内側コア２４の平板部２４ａは、幅が徐々に狭くなるテーパ状に形成され、その幅はＡ４−Ａ４断面位置に至って凸状部２４ｂの幅と一致する。平板部２４ａをテーパ状とすることによって、光の導波方向に導波路構造が急激に変化することに起因する損失を抑えることができる。
【００５４】
図１２および図１３に示すように、中間コア２５は上面位置が内側コア２４より高く形成され、Ａ４−Ａ４断面位置からＡ５−Ａ５断面位置までの範囲では、内側コア２４の一方面２４ｃ、他方面２４ｄおよび上面に接して形成されている。
図１２および図１３（ｂ）に示すように、Ａ５−Ａ５断面位置からＡ６−Ａ６断面位置までの範囲における中間コア２５（中間コア基部３８）は内側コア２４の一方面２４ｃおよび上面に形成されており、テーパ部３０の一方の側面３０ａに接している。
Ａ５−Ａ５断面位置からＡ６−Ａ６断面位置までの範囲において、中間コア基部３８のテーパ部３０に沿う部分のうち内側コア２４と同じ高さ範囲の部分３８ａは、先端３０ｃに向けたテーパ部３０の幅の減少に応じて幅が大きくなる形状である。
中間コア２５は、先端方向に向けたテーパ部３０の幅の減少に応じて幅が徐々に大きくなる形状となっているため、導波光の分布が徐々に内側コア２４から中間コア２５に移ることから、低損失で光を内側コア２４から中間コア２５に伝搬させることができる。
Ａ５−Ａ５断面位置からＡ６−Ａ６断面位置までの範囲において、内側コア２４の一方面２４ｃは、他方面２４ｄに向かって傾斜した傾斜面２４ｅとなっている。
【００５５】
傾斜面２４ｅが形成された部分の内側コア２４は、先端に向けて徐々に幅が狭くなるテーパ部３０となっている。図示例の先端３０ｃは先鋭な鋭角形状であるが、先端３０ｃは微小な一定幅の先端面１２ｄを有してもよい（図１４参照）。
テーパ部３０では、一方面２４ｃには中間コア２５が接しており、テーパ部３０の先端３０ｃは、中間コア２５に接する面（傾斜面２４ｅ）の先端に形成されている。
図１２に示すように、Ａ５−Ａ５断面位置から先端側のＡ７−Ａ７断面位置までの範囲では、中間コア２５は先端方向に延出している。
Ａ５−Ａ５断面位置から先端側のＡ６−Ａ６断面位置までの範囲では、中間コア２５の側面２５ｂは、テーパ部３０の他方の側面３０ｂ（他方面２４ｄ）に対し面一に形成されている。
【００５６】
図１２に示すように、Ａ６−Ａ６断面位置とＡ７−Ａ７断面位置との間に位置する部分の中間コア２５である延出基部３５は、一定幅の下部２５Ａと、その上に形成されて徐々に幅が狭くなる上部２５Ｂとを有する形状である（図１３（ｃ）参照）。延出基部３５と、その先端から先端方向に幅が狭くなりつつ延出するテーパ延出部３６は、延出部分３９を構成する。
延出部分３９の先端２５ｃは、Ａ８−Ａ８断面位置にあり、光導波路２２の先端２２ａより後方にある（図１３（ｄ）参照）。
【００５７】
内側コア２４は、既に説明した製造方法を利用して作製できる。
すなわち、一方の側面３０ａ（第１側面領域）を有するコア層（図示略）を形成し（コア層形成工程）、中間コア２５となる補助層（図示略）を一方の側面３０ａに接して形成し（補助層形成工程）、前記コア層に対して前記補助層と同時にエッチングを施して、テーパ部３０の他方の側面３０ｂ（第２側面領域）を形成することによって（テーパ部形成工程）、内側コア２４を形成することができる。
【００５８】
内側コア２４のテーパ部３０の他方の側面３０ｂ（他方面２４ｄ）は、テーパ部形成工程において、中間コア２５の側面２５ｂとともにエッチングにより形成されるため、先端３０ｃは、中間コア２５に接した状態で形成される。
このため、テーパ部３０の先端形状に沿う微細な形状のレジスト形成が不要であり、露光工程において光の回折に起因する制限を受けない。
また、微細形状のレジストによる先端のみをむき出しにして形成するエッチングがないため、先端部分の鈍化（丸まり）が起こりにくく、エッチングの条件設定は比較的容易である。
さらに、テーパ部３０の先端３０ｃが中間コア２５に接した状態で形成されるため、その後の工程における外力による変形が起こりにくい。
従って、より幅が狭い先端３０ｃを精度よく形成することができ、テーパ部３０の先端部分における損失を低減できる。
【００５９】
［実施例１］
図６に断面構造を示す構成の光導波路素子において、接続損失についてのシミュレーションを行った。
以下の説明においては、第１の実施形態の光導波路素子１０と同じ構成については同一符号を付してその説明を省略することがある。
図６の構造において、コア４をＳｉ（屈折率３．５）、上部クラッド６をＳｉＯＮ（屈折率１．５）、下部クラッド３および外部クラッド７をＳｉＯ２（屈折率１．４５）で構成し、各部の寸法をｗ２＝３０００ｎｍ、ｔ１＝３００ｎｍ、ｔ２＝３０００ｎｍとした第１の光導波路と、第１の光導波路におけるコア４に、Ｓｉ（屈折率３．５）に代えて上部クラッド６の材料（ＳｉＯＮ（屈折率１．５））を用いた第２の光導波路と、が接続されている構造についてシミュレーションを行った。
両構造における導波モードのオーバーラップインテグラルを求めることで結合効率を算出し、結合効率から、導波モードに結合しなかったパワーとして接続損失を求めた。
各導波路構造の導波モードは、有限要素法、有限差分法等により求めることができる。
【００６０】
図６に示すコア４の幅ｗ１をパラメータとするシミュレーション結果を図７に示す。図７には、ＴＥ−ｌｉｋｅモードとＴＭ−ｌｉｋｅモードについての接続損失を示す。
なお、ＴＥ−ｌｉｋｅモードとは、導波路中を伝播する光の電界が主に導波方向に垂直方向の成分を有し、電界の主成分が基板に対して平行方向（水平方向）である伝播モードであり、ＴＭ−ｌｉｋｅモードとは、導波路中を伝播する光の磁界が主に導波方向に垂直方向の成分を有し、電界の主成分が基板に対して垂直方向である伝播モードである。
図７より、例えばＴＭ−ｌｉｋｅモードではコア４の幅が６０ｎｍであっても０．８ｄＢという大きな損失が生じるが、コア４の幅を狭くすることによって、結合損失を低減でき、低損失化を図ることができることがわかる。
【００６１】
［実施例２］
図８は、補助クラッド５における接続損失についてのシミュレーション結果を示すものである。
本シミュレーションは、図６の構造において、コア４に、Ｓｉ（屈折率３．５）に代えて、補助クラッド５に使用可能な材料であるＳｉＮ（屈折率２．０）を使用すること以外は実施例１と同様である。
図８より、ＳｉＮ（屈折率２．０）を使用すると、Ｓｉ（屈折率３．５）を用いた場合（図７）に比べ、損失が低くなることがわかる。
【００６２】
実施例１、２の結果から、以下に説明するように、本発明の採用により損失低減が可能となることがわかる。
例えば、図３に示す光導波路素子１０において補助クラッド５を上部クラッド６と同じ材料とすれば、光導波路素子１０は図６に示すものと同じ基本構造となる。
従来技術によりテーパ部を形成すると先端の幅は大きくなるため（例えば１５０ｎｍ以上）、実施例１の結果（図７）より、損失は大きくなる。
これに対し、本発明の方法を採用すれば上述のとおり先端１２ｃの幅を小さくできるため、実施例１の結果（図７）より、先端１２ｃにおける損失を非常に小さくできると考えられる。
【００６３】
さらに、図３に示す光導波路素子１０において、上部クラッド６とは異なる材料（上部クラッド６より高屈折率、かつコア４より低屈折率の材料。例えばＳｉＮ（屈折率２．０））を補助クラッド５に用いる場合には、コア４を伝搬する光を低損失で補助クラッド５に伝搬させることができることに加え、実施例２の結果（図８）より、補助クラッド５の先端５ａの幅が比較的大きい場合でも先端５ａにおける損失を低くできる。このため、補助クラッド５の先端５ａから上部クラッド６に低損失で光を伝搬させることができる。
以上より、本発明の方法を採用すれば、テーパ部１２の先端１２ｃの幅を小さくできるため、コア４から補助クラッド５へ低損失で光を伝搬させ、さらに補助クラッド５から上部クラッド６への光の伝搬についても低損失化できることがわかる。
【００６４】
［実施例３］
図９は、コア４の先端の幅方向位置がコア４の幅方向中央位置からずれた場合の影響についてのシミュレーション結果を示すものである。
この図より、コア４の先端幅が１０ｎｍである場合には損失は非常に小さく、コア４の先端幅が６０ｎｍである場合にも、ずれ幅が０．５μｍでも損失は１．０ｄＢ以下であり、損失を低く抑えられることがわかる。
テーパ部先端の幅方向の位置は、上部クラッドに対して中央であることが好ましいが、本発明では、先端の幅方向の位置が中央からずれた場合においても、従来の方法と比較して十分低損失な接続を実現することができる。
【００６５】
［実施例４］
図１０は、本発明の構造をスポットサイズ変換素子に応用することを考慮したシミュレーションに用いた構造を示すものである。
図１０は、図３と同様に、光導波路素子のＸＹ平面における断面図である。ここでは、コア４の外側に上部クラッド６が形成され、その外側に外部クラッド７が形成された構造を想定している。
コア４のコア基部１１の長さ（Ｙ方向の長さ）をＬ３とし、テーパ部１２の長さをＬ２とし、テーパ部１２の先端と光導波路２の先端との距離をＬ１として、Ｌ１＝１０μｍ、Ｌ２＝３００μｍ、Ｌ３＝１０μｍとした場合において、この光導波路素子を、ビームウェストが３μｍのレンズファイバと結合させた場合の損失を、ＥＭＥ（Eigen mode Expansion Method）法により計算した結果、接続損失は、ＴＥ−ｌｉｋｅモードでは０．２８ｄＢ、ＴＭ−ｌｉｋｅモードでは０．３１ｄＢであった。
【００６６】
［実施例５］
図１１〜図１３に示す構成の光導波路素子２０において、ビームウェストが３μｍの光ファイバと結合させた場合の結合効率を計算した。
本シミュレーションに用いた各寸法は次のとおりである。
図１１において、ｔ１＝２５０ｎｍ、ｔ２＝５０ｎｍ、ｔｉｎ＝１００ｎｍ、ｔｏｕｔ＝４５０ｎｍ、ｗ１＝５６０ｎｍ、ｗｉｎ＝０ｎｍ、ｗｏｕｔ＝１０００ｎｍ。
図１２において、Ｌ１＝５０μｍ、Ｌ２＝１００μｍ、Ｌ３＝２００μｍ、Ｌ４＝５０μｍ、Ｌ５＝３００μｍ、Ｌ６＝１０μｍ。
図１３（ａ）において、ｈ１＝６００ｎｍ、ｈ２＝２５０ｎｍ、ｈ３＝５０ｎｍ、ｈ４＝２２００ｎｍ、ｗ１＝１０００ｎｍ、ｗ２＝１６０ｎｍ、ｗ３＝２８０ｎｍ、ｗ４＝２５００ｎｍ。
図１３（ｂ）において、ｈ１＝６００ｎｍ、ｈ２＝３００ｎｍ、ｈ４＝２２００ｎｍ、ｗ１＝７８０ｎｍ、ｗ２＝５６０ｎｍ、ｗ４＝２５００ｎｍ。
図１３（ｃ）において、ｈ１＝３００ｎｍ、ｈ２＝３００ｎｍ、ｈ４＝２２００ｎｍ、ｗ１＝７８０ｎｍ、ｗ２＝１５０ｎｍ。
図１３（ｄ）において、ｈ４＝２５００ｎｍ、ｗ４＝２２００ｎｍ。
【００６７】
第１の実施形態における実施例１のシミュレーションと同様の方法によりシミュレーションを行った結果、結合効率は、ＴＥ−ｌｉｋｅモードについて０．１９ｄＢ、ＴＭ−ｌｉｋｅモードについて０．３２ｄＢであった。
【００６８】
［実施例６］
図１５および図１６は、本発明の製造方法の一例により作製した光導波路素子のコアのテーパ部および補助クラッドを示すＳＥＭ写真である。
補助クラッドにはＳｉＯ２を使用し、コアにはＳｉを使用した。テーパ部形成工程では、ＫｒＦ線のステッパを用いた。
図１５はテーパ部の（長さ方向の）中間部分、図１６はテーパ部の先端部分を示す。補助クラッドおよびコアの高さは２８０ｎｍである。
従来の方法による加工可能な最小先端幅は１６０ｎｍであるが、図１５に示す中間部分ではコアの幅は約１００ｎｍであり、図１６に示すテーパ部先端では約６０ｎｍ幅を実現した。
これらの結果より、本発明の製造方法によれば、より幅が狭い先端を有するテーパ部を形成できることがわかる。
【符号の説明】
【００６９】
１・・・基板、２、２２・・・光導波路、３・・・下部クラッド、４、２４・・・コア、５・・・補助クラッド、６、２６・・・上部クラッド、７・・・外部クラッド、８・・・延出部分、８ａ・・・傾斜面、１０、２０・・・光導波路素子、１２、３０・・・テーパ部、１２ａ・・・テーパ部の一方の側面、１２ｂ・・・テーパ部の他方の側面、１２ｃ、３０ｃ・・・テーパ部の先端、１４・・・コア層、１５・・・コア基部、１６・・・延出部分、１６ａ・・・一方の側面、１６ｂ・・・他方の側面、１８・・・補助層、１９・・・傾斜面、２４・・・内側コア、２５・・・中間コア、２８・・・外側コア。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体をコアとして用いた光導波路を有する光導波路素子の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光通信で伝送される情報量は増加の一途をたどっている。これに対しては、（Ｉ）信号の伝送速度を増す、（ＩＩ）波長多重通信のチャンネル数を増す、といった対策が進められているが、これに伴い、光部品の数が増すとともに伝送経路も複雑になるため、光通信設備の大型化、複雑化、高額化という問題が生じる。
光通信設備が使用される通信キャリア局舎やデータセンター等では、コンピュータやルータ等の情報機器を動作させる電力に加え、機器の発熱により冷却設備にも無視できない電力が必要となる。このため、近年の環境問題への対応の必要から、消費電力削減が大きな課題となっている。
こうした課題に対して、シリコン（Ｓｉ）などの屈折率の高い材料を用いた光導波路素子の使用が検討されている。
媒質中の光の波長はその媒質の屈折率に反比例するため、屈折率が高い材料を使用すると、光導波路のコア幅などの寸法を小さくできる。また、高屈折率材料（シリコン等）に対し屈折率が大きく異なるシリカ等をクラッドとすることで、閉じ込めが強い光導波路が得られ、曲げ半径を小さくすることができ、光導波路素子の小型化が可能となる。
さらに、シリコン等を用いた光導波路素子では、従来のＣＰＵ、メモリ等の半導体デバイス製造で使用する半導体プロセスで使用する半導体プロセスに関する技術・装置と共通の要素が多く、低コスト化を図ることができる。また、従来の半導体デバイスとの同一基板上での集積も可能である。
このように、シリコン等を用いた小型かつ低価格の光導波路素子の実現により、情報通信機器で使用している電気処理の一部を光で置き換えることにより、システム全体の消費電力を削減できる可能性が議論されている。
光導波路素子に対し光を入出力および伝送するには、一般的に光ファイバが用いられる。しかし、光ファイバの一般的なモードフィールド径は約９μｍであるのに対し、シリコン等の高屈折率材料を用いた導波路においては、シングルモード条件を満たすコア径は１μｍ以下であり大きく異なる。このため、シリコン等を用いた導波路と光ファイバとの直接接続を行うと、大きな損失が生じてしまうことがある。
両者の低損失の接続を実現するため、特許文献１には、テーパ形状の導波路構造を有するスポットサイズコンバータが提案されている。
特許文献１に記載の技術では、コア導波路の幅が素子先端方向に向かって狭くなっている構造が採用されている。素子先端の導波路の幅は６０ｎｍとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−１８４９８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
光導波路素子に用いるテーパ形状を有するスポットサイズコンバータでは、一般にそのテーパ構造の先端の幅は狭い方が結合効率を向上させることができるため好ましいが、微細な加工を要する光導波路素子の製造は容易ではない。
微細加工が可能な製造方法としては、電気集積回路基板などの製造に用いられる光学露光法があるが、この方法では、レジストパターンを作製するにあたって、光の回折を原因として微細なパターン形成が難しくなることがある。
また、仮に正確なレジストパターンの作製が可能であったとしても、光部品の製造においてはコアやクラッド等の構造物の形成に深さ方向の加工が必要となるため、精度の高い加工を実現するためのエッチングの条件設定等は容易ではなかった。
さらに、エッチングにより形成した構造物は、微細構造のため強度が低く、その後の工程において外力を受けて変形するおそれがあった。
また、前記電気集積回路用の製造装置では径が大きいウェハーが用いられることが多いのに対し、光部品の製造においては旧世代の小径のウェハーが用いられることが多いため、光部品の製造に前記製造装置を利用するのは難しい場合がある。
また、特許文献１に記載の技術では加工法として電子ビーム直接描画方式が採用されている。この方法は微細な導波路の加工は可能であるが、量産性に優れるものではない。
【０００５】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、容易かつ精度の高い微細加工が可能である光導波路素子の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の課題を解決するため、本発明の光導波路素子の製造方法は、先端に向けて徐々に幅が狭くなるテーパ部を有するコアを備えた光導波路素子を製造する方法であって、前記コアの材料からなるコア層を形成するコア層形成工程と、前記コア層に接する補助層を形成する補助層形成工程と、前記コア層に前記テーパ部を形成し前記コアを得るテーパ部形成工程とを含み、前記コア層形成工程は、前記テーパ部の一方の側面のうち少なくとも前記先端を含む第１側面領域を形成する工程であり、前記補助層形成工程は、前記第１側面領域のうち少なくとも前記先端を含む領域に接して、前記コアとは異なる材料からなる補助層を形成する工程であり、前記テーパ部形成工程は、前記コア層に対し、前記補助層と同時にエッチングを施すことによって、前記テーパ部の他方の側面のうち少なくとも前記先端を含む第２側面領域を形成する工程である光導波路素子の製造方法である。
本発明の光導波路素子の製造方法は、前記テーパ部形成工程におけるエッチングに際し、前記コア層に第２側面領域を形成すると同時に、前記補助層に、前記第２側面領域と面一な側面を形成するができる。
本発明の光導波路素子の製造方法は、前記テーパ部形成工程の後に、上部クラッド形成工程を有し、前記上部クラッド形成工程は、前記補助層と同じ材料からなる上部クラッドを、少なくとも前記コアの先端を覆うように形成する工程である。
本発明の光導波路素子の製造方法は、前記コア層形成工程において、前記コア層と同じ材料からなる同一基板上の他の構造を、前記コア層と同時に形成することができる。
前記テーパ部形成工程においては、前記テーパ部の他方の側面形成と同時に、前記コア層と同じ材料からなる他の構造を所定の形状とすることができる。
本発明の光導波路素子の製造方法は、前記コア層形成工程において、前記第１側面領域を、光の導波方向に対し傾斜して形成し、前記テーパ部形成工程において、前記第２側面領域を、前記第１側面領域に対して、前記光の導波方向に沿い前記基板に垂直な面について鏡映対称となるよう傾斜して形成することができる。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の光導波路素子の製造方法は、互いに接するコア層と補助層に対し同時にエッチングを施すことによって、テーパ部の他方の側面のうち少なくとも先端を含む第２側面領域を形成するため、テーパ部の先端は、補助層に接した状態で形成される。
このため、テーパ部の先端形状に沿う微細な形状のレジスト形成が不要であり、露光工程において光の回折に起因する制限を受けない。
また、微細形状のレジストによる先端のみをむき出しにして形成するエッチングがないため、先端部分の鈍化（丸まり）が起こりにくく、エッチングの条件設定は比較的容易である。
さらに、テーパ部の先端が補助層に接した状態で形成されるため、その後の工程における外力による変形が起こりにくい。
従って、より幅が狭い先端を精度よく形成することができ、テーパ部の先端部分における損失を低減できる。また、電子ビームによる直接描画法に限らず、マスクを用いた光学露光法による製造が可能なため、量産に適する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第１実施形態の光導波路素子の説明図である。
【図２】図１のＡ１−Ａ１断面図である。
【図３】図２のＡ２−Ａ２断面図である。
【図４】第１実施形態の光導波路素子の製造方法を示す工程図であり、光導波路素子のＸＺ平面における断面図である。
【図５】第１実施形態の光導波路素子の製造方法を示す工程図であり、光導波路素子の平面図である。
【図６】シミュレーションに用いた光導波路素子の断面構造を示す図である。
【図７】コア幅と接続損失との関係についてのシミュレーション結果を示すグラフである。
【図８】補助クラッド先端位置と接続損失との関係についてのシミュレーション結果を示すグラフである。
【図９】コア先端位置と接続損失との関係についてのシミュレーション結果を示すグラフである。
【図１０】シミュレーションに用いた光導波路素子の平面構造を示す図である。
【図１１】第２実施形態の光導波路素子の断面図である。
【図１２】図１１のＡ１−Ａ１断面図である。
【図１３】第２実施形態の光導波路素子の断面図である。
【図１４】テーパ部の先端形状の例を示す模式図である。
【図１５】テーパ部の中間部分を示す写真である。
【図１６】テーパ部の先端部分を示す写真である。
【図１７】テーパ部形成工程の例を説明する説明図である。
【図１８】テーパ部形成工程の例を説明する説明図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。
なお、以下の図面においては、ＸＹＺ直交座標系を設定し、ＸＹＺ直交座標系を参照しつつ各部材の位置関係について説明する場合がある。この場合においては、光の導波方向をＹ方向、該導波方向と直交する光導波路の幅方向をＸ方向、Ｘ方向及びＹ方向と直交する高さ方向をＺ方向と称する。
光導波路は基板上に形成されるため、Ｘ方向とＹ方向は基板と平行な方向であり、Ｚ方向は基板と垂直な方向である。
なお、以下の実施形態では、コアがＹ方向に延在する直線光導波路を例示するが、コアが湾曲した曲がり光導波路であっても良い。
【００１０】
［第１の実施の形態］
図１は、本発明の第１実施形態にかかる光導波路素子１０の説明図である。図２は、光導波路素子１０のＸＺ平面における図１および図３のＡ１−Ａ１断面図である。図３は、図２のＡ２−Ａ２断面図である。なお、先端方向とは図３における左方であり、以下、この方向を前方といい、その反対方向（図３における右方）を後方ということがある。
図１および図２に示すように、光導波路素子１０は、基板１上に光導波路２が形成された光導波路素子であり、先端位置において他の光ファイバ等と接続できる。
本実施形態では、ＳＯＩ基板を加工して光導波路素子１０を作製することを想定する。
【００１１】
基板１は、例えばシリコン（Ｓｉ）からなる。
光導波路２は、基板１上に形成された下部クラッド３と、下部クラッド３上に形成されたコア４（第１のコア）と、下部クラッド３上においてコア４の少なくとも一方の側面に形成された補助クラッド５、５と、これらの上に形成された上部クラッド６と、上部クラッド６の外面を覆って形成された外部クラッド７とを有する。
【００１２】
下部クラッド３は、コア４よりも屈折率が低い材料からなり、例えばＳｉＯ２等を使用することができる。
下部クラッド３は、コア４からの漏光が生じないように十分に厚く形成する必要がある。下部クラッド３の厚みは２〜３μｍ、またはそれ以上であることが好ましい。本実施形態では、ＳＯＩ基板の有するＳｉＯ２層をそのまま利用できる。
【００１３】
コア４は、光が導波するものであって、下部クラッド３、上部クラッド６および補助クラッド５よりも高い屈折率を有する材料、例えばシリコン（Ｓｉ）を使用できる。
コア４は断面矩形とすることができる。なお、コア４の形状は特に限定されず、矩形以外の形状、例えば中央部の厚みの厚い部分と、その両側の厚みの薄い部分とを有するリブ型形状であってもよい。
【００１４】
本実施形態では、ＳＯＩ基板の最上層であるシリコン（Ｓｉ）層をエッチング等により加工することでコア４を形成することができる。
具体例としては、下部クラッド３、上部クラッド６および補助クラッド５がＳｉＯ２からなる場合において、シリコンからなり、幅および高さが約３００ｎｍであるコア４を挙げることができる。
【００１５】
図１および図３に示すように、コア４は、光の導波方向（Ｙ方向）に延在する一定幅のコア基部１１と、コア基部１１の先端からさらに先端１２ｃに向けて徐々に幅が狭くなるテーパ部１２とを有する。
テーパ部１２の一方および他方の側面１２ａ、１２ｂは、光導波路２の先端方向（Ｙ方向）に対し互いにほぼ同じ角度で傾斜していてよい。
テーパ部１２の先端１２ｃの幅方向（Ｘ方向）位置は、コア４の幅方向のほぼ中央であることが望ましい。
テーパ部１２の一方および他方の側面１２ａ、１２ｂは、光の導波方向（Ｙ方向）に沿い基板１に垂直な面について鏡映対称となるよう傾斜して形成するのが好ましい。
なお、先端１２ｃは、本実施形態においては、先鋭な鋭角形状（図１４（ａ）参照）であるが、これに限らず、微小な一定幅の先端面１２ｄを有してもよい（図１４（ｂ）参照）。
【００１６】
テーパ部１２においては、先端方向に向けて光の閉じ込めが徐々に弱くなり、モードフィールドが周囲の領域に広がっていく。
テーパ部１２は、先端方向に向かってスポットサイズを漸次拡大するスポットサイズ変換部として機能するため、光導波路素子１０はスポットサイズ変換素子として使用することができる。
テーパ部１２の長さ（Ｙ方向の長さ）を十分に長くすることで、低損失にモードフィールドを広げることが可能である。
また、先端１２ｃを十分に小さくする（例えば図１４（ｂ）において先端面１２ｄの幅を狭くする）ことによって、先端１２ｃにおける光の散乱を低減することができる。
このため、コア４とクラッド３、６、７を有する光導波路と、その先端側の光導波路（上部クラッド６がコアとして機能し、外部クラッド７がクラッドとして機能する光導波路）とを低損失に接続することができる。
さらに、上部クラッド６および外部クラッド７を、接続を想定する外部の光ファイバに合わせて適切に設計することで、外部の光ファイバとの間で低損失に光の伝搬を行うことができるため、光導波路素子１０は、前記コア４を有する光導波路を光ファイバへ接続するためのスポットサイズコンバータとして機能する。
本実施形態では、基板１およびクラッド３、６、７は、テーパ部１２の先端１２ｃよりもさらに前方に延在している。
【００１７】
補助クラッド５は、コア４の一方または両方の側面に形成されている。図示例の補助クラッド５はコア４の両方の側面に形成されているが、コア４の側面の一方のみに形成されていてもよい。
本実施形態では、コア４の両側に形成された補助クラッド５のうち、コア４の一方の側面４ａに形成された補助クラッド５Ａは、コア基部１１の一方の側面１１ａおよびテーパ部１２の一方の側面１２ａの全面を覆い、テーパ部１２の先端１２ｃよりさらに先端方向に延出して形成されている。
補助クラッド５は、断面矩形とすることができる。なお、補助クラッド５の形状は特に限定されず、矩形以外の形状であってもよい。
【００１８】
補助クラッド５の構成材料は、コア４よりも屈折率が低い材料が好ましく、例えばＳｉＯ２等を使用することができる。
補助クラッド５は、酸窒化シリコン（ＳｉＯｘＮｙ）あるいは窒化シリコン（ＳｉｘＮｙ）などを適用することも可能であり、例えば、酸窒化シリコン（ＳｉＯｘＮｙ）では、組成比ｘ：ｙを制御することで、製造段階において屈折率を制御することが可能である。具体的には、屈折率が１．５に調整された酸窒化シリコンや、屈折率が２．０に調整された窒化シリコン等が使用できる。
【００１９】
補助クラッド５は、上部クラッド６と屈折率が同じ材料で構成するのが好ましい。
補助クラッド５が、上部クラッド６と屈折率が同じ材料からなる場合には、補助クラッド５Ａのうち、テーパ部１２の先端１２ｃより先端側に延出した部分８（延出部分８という）については、仮にこの延出部分８がない場合でもその部分は上部クラッド６に覆われるため、その形状に特に制限はない。すなわち、コア４に接していない部分の補助クラッド５Ａについては制限がない。
例えば、延出部分８をできるだけ広く確保することによって、補助クラッド５と上部クラッド６との界面をコア４から離れた位置に形成し、この界面の影響を抑えるという考え方をとることもできるし、逆に、コア４に接していない部分をできるだけ小さくすることもできる。
【００２０】
補助クラッド５は、上部クラッド６の材料より高屈折率の材料または低屈折率の材料で構成することもできる。
補助クラッド５が上部クラッド６の材料より高屈折率の材料からなる場合には、コア４から補助クラッド５に伝搬した光を上部クラッド６に低損失で伝搬させるため延出部分８の先端５ａの幅を極力小さくするのが好ましい。
補助クラッド５が上部クラッド６の材料より低屈折率の材料からなる場合も、先端５ａにおいて、断面構造の急激な変化により生じる散乱による損失を避けるため、先端５ａの幅を極力小さくするのが好ましい。
【００２１】
図示例では、延出部分８の内面は、テーパ部１２の他方の側面１２ｂと面一に形成された傾斜面８ａ（形成面）となっている。
他方の側面１２ｂと傾斜面８ａとが面一であると、これらの側面１２ｂおよび傾斜面８ａの形成精度を高めるのが容易になるため好ましい。
補助クラッド５Ａの先端５ａは、基板１およびクラッド３、６、７の先端に比べ後方に位置する。
【００２２】
コア４の他方の側面４ｂに形成された補助クラッド５Ｂは、コア基部１１の他方の側面１１ｂの全面を覆うように形成されている。補助クラッド５Ｂの先端５ｂは、側面１１ｂの先端に達している。
補助クラッド５Ｂの外面５ｃには、テーパ部１２の他方の側面１２ｂと面一に形成された傾斜面５ｄが形成されている。
【００２３】
図１および図２に示すように、上部クラッド６は、コア４よりも低い屈折率を有する材料からなり、例えばＳｉＯ２等を使用することができる。
上部クラッド６は、コア４および補助クラッド５を覆って形成される。上部クラッド６は、少なくともコア４の先端１２ｃを覆うように形成される。
上部クラッド６は、補助クラッド５より先端側においては、光が導波する第２のコアとして機能させることができる。この場合には下部クラッド３および外部クラッド７は第２のコアを囲むクラッドとして機能するため、上部クラッド６は、下部クラッド３および外部クラッド７よりも屈折率の高い材料からなることが好ましい。
【００２４】
外部クラッド７は、上部クラッド６よりも低い屈折率を有する材料、例えばＳｉＯ２等からなることが好ましい。なお、空気層（屈折率：１）を外部クラッド７として機能させることもできる。
【００２５】
クラッド３、６、７は、酸窒化シリコン（ＳｉＯｘＮｙ）あるいは窒化シリコン（ＳｉｘＮｙ）などを適用することも可能であり、例えば、ＳｉＯｘＮｙでは、組成比ｘ：ｙを調整することで、製造段階において屈折率を制御することが可能である。具体的には、屈折率が１．５に調整された酸窒化シリコンや、屈折率が２．０に調整された窒化シリコン等が使用できる。
【００２６】
補助クラッド５が上部クラッド６と屈折率が同じ材料で構成される場合には、光は主にコア４を導波する。
補助クラッド５が上部クラッド６より屈折率が高い材料で構成される場合には、テーパ部１２においてその幅が狭くなるにつれ、導波光のモードフィールドは、補助クラッド５に位置する割合が大きくなる。
補助クラッド５が上部クラッド６より屈折率が低い材料で構成される場合には、テーパ部１２においてその幅が狭くなるにつれ、導波光のモードフィールドは、上部クラッド６に位置する割合が大きくなる。
【００２７】
上記構造の光導波路素子１０では、コア４が先端方向に徐々に幅が狭くなるテーパ部１２を有するので、コア４先端における損失を低減できる。
なお、補助クラッド５および上部クラッド６の外面の形状は特に限定されず、平面でも曲面でもよい。また、上部クラッド６に対するコア４および補助クラッド５の位置についても図示例に限定されない。
【００２８】
［光導波路素子の製造方法］
次に、光導波路素子１０を製造する場合を例として、図４および図５を参照しつつ、本発明の光導波路素子の製造方法の第１実施形態について説明する。
下部クラッド３の上に、コア４となる材料からなるコア層１３が全面に形成された基板１を用意する。以下、コア層１３を全面コア層１３という。
以下の説明では、Ｓｉ基板１上にＳｉＯ２からなる下部クラッド３が形成され、その上にＳｉからなる全面コア層１３が形成されたＳＯＩ基板を使用する場合を例とするが、これに限らず、ＧａＡｓやＩｎＰなどの他の半導体材料やガラス材料からなる基板を使用することもできる。
【００２９】
（工程１：コア層形成工程）
図４（ａ）、（ｂ）および図５（ａ）、（ｂ）に示すように、フォトリソグラフィーおよびエッチングにより全面コア層１３の不要部分を除去してコア層１４を形成する。不要部分が除去された領域をコア層除去領域という。
図５（ｂ）のコア層１４は、光の導波方向（Ｙ方向）に延在する一定幅のコア基部１５と、コア基部１５の先端から先端側に延出する延出部分１６とを有する。
延出部分１６の一方の側面１６ａ（第１側面領域）は、テーパ部１２の一方の側面１２ａとなる部分であり、先端方向に向けて、延出部分１６の幅が狭くなる方向に傾斜している。一方の側面１６ａは、光の導波方向（Ｙ方向）に対し傾斜して形成されている。
一方の側面１６ａ（第１側面領域）は、テーパ部１２の一方の側面１２ａのうち少なくとも先端１２ｃを含む領域である。すなわち、側面１２ａ全体を含む領域であってもよいし、側面１２ａのうち先端１２ｃを含む一部領域であってもよい。
【００３０】
コア層１４を形成する方法は、例えば以下のとおりである。
まず、全面コア層１３上に、塗布などにより未露光のフォトレジスト層を形成する（フォトレジスト層形成工程）。
次いで、所定の形状のフォトマスクを用い、紫外線などを照射し、所定領域のフォトレジスト層を露光する（露光工程）。露光は、例えばステッパー露光装置を用いて行なうことができる。
次いで、フォトレジスト層を現像する現像工程を経て、現像工程により得られたフォトレジストパターンを用いて全面コア層１３をエッチングする（第１エッチング工程）。
図４（ｂ）および図５（ｂ）に示すように、このエッチング工程によって、コア層１４を形成する。
【００３１】
第１エッチング工程は、図４（ａ）および図５（ａ）に示すように、全面コア層１３を、いったん光導波方向（Ｙ方向）の全長にわたる一定幅で断面矩形の構造体１７とするエッチングを行った後、次いで先端部分を前記形状とするエッチングを行う２段階工程であってもよい。
次いで、残留したフォトレジストを除去する工程を行なう。
なお、第１エッチング工程は、コア層１４の少なくとも延出部分１６の一方の側面１６ａに、補助クラッド５を形成するための領域を確保することができればよい。
【００３２】
本発明では、１枚の基板１上に、光導波路素子１０だけでなく、例えばコア層１４と同じ材料をコアに使用した他の光導波路素子としての変調器や分散補償器など、別機能を持つ光導波路素子を同時に形成することもできる。
この場合には、前記他の光導波路素子のコアとなる全面コア層（図示略）（他の構造）を、光導波路素子１０の全面コア層１３と同時に形成することができる。
【００３３】
（工程２：補助層形成工程）
図４（ｂ）および図５（ｂ）に示すように、コア層形成工程における前記コア層除去領域に、補助クラッド５の材料からなる補助層１８を形成する。補助層１８は、ＣＶＤ装置等を用いて形成することができる。補助層１８はコア４とは異なる材料からなる。
補助層１８は、延出部分１６の一方の側面１６ａ（第１側面領域）のうち、少なくとも先端１２ｃを含む領域に接するように形成する。
【００３４】
コア層１４上に形成された補助層１８は、化学機械研磨（ＣＭＰ）やエッチング等により除去することができる。
コア層１４上の補助層１８の除去は不可欠ではないが、コア層１４の厚みが適当な範囲を越える場合には、ＣＭＰやエッチング等により補助層１８の除去を行うとともに、コア層１４と補助層１８の高さを共通化する（すなわち平坦化する）のが好ましい。
【００３５】
（工程３：テーパ部形成工程）
図４（ｃ）および図５（ｃ）に示すように、フォトリソグラフィーおよびエッチングによりコア層１４および補助層１８の不要部分を除去してコア４および補助クラッド５を形成する。
まず、コア層１４および補助層１８上に、塗布などにより未露光のフォトレジスト層を形成する（フォトレジスト層形成工程）。
次いで、所定の形状のフォトマスクを用い、紫外線などを照射し、所定領域のフォトレジスト層を露光する（露光工程）。露光は、例えばステッパー露光装置を用いて行なうことができる。
次いで、フォトレジスト層を現像する現像工程を経て、現像工程により得られたフォトレジストパターンを用いてコア層１４および補助層１８をエッチングする（第２エッチング工程）。
【００３６】
この第２エッチング工程では、コア層１４および補助層１８に、光の導波方向（Ｙ方向）に対する一定角度の傾斜面１９を形成する。
これによって、補助クラッド５Ａの傾斜面８ａ（側面）と、補助クラッド５Ｂの傾斜面５ｄが形成されるとともに、傾斜面８ａに隣接して、コア層１４の延出部分１６の側面１６ｂ側に、テーパ部１２の他方の側面１２ｂである傾斜面１２ｂ（第２側面領域）が形成される。
図示例では他方の側面１２ｂの全面が第２側面領域となっているが、第２側面領域は、側面１２ｂのうち少なくとも先端１２ｃを含む領域であればよい。
図示例では、他方の側面１２ｂ（第２側面領域）は、一方の側面１６ａ（第１側面領域）に対して、光の導波方向（Ｙ方向）に沿い基板１に垂直な面について鏡映対称となるよう傾斜して形成される。
この工程によって、テーパ部１２を有するコア４と、補助クラッド５とが形成される。
【００３７】
この工程では、互いに接するコア層１４と補助層１８に対し同時にエッチングを施すことによって、補助クラッド５Ａの傾斜面８ａとテーパ部１２の他方の側面１２ｂとを同時に形成するため、テーパ部１２の先端１２ｃは、補助クラッド５Ａに接した状態で形成される。
このため、テーパ部１２の先端形状に沿う微細な形状のレジスト形成が不要であり、露光工程において光の回折に起因する制限を受けない。
また、微細形状のレジストによる先端のみをむき出しにして形成するエッチングがないため、先端部分の鈍化（丸まり）が起こりにくく、エッチングの条件設定は比較的容易である。
さらに、テーパ部１２の先端１２ｃが補助クラッド５Ａに接した状態で形成されるため、その後の工程における外力による変形が起こりにくい。
従って、より幅が狭い先端１２ｃを精度よく形成することができ、テーパ部１２の先端部分における損失を低減できる。また、電子ビームによる直接描画法に限らず、マスクを用いた光学露光法による製造が可能なため、量産に適する。
【００３８】
第２エッチング工程において、補助層１８の一部が除去しきれずに下部クラッド３上に残ることが考えられるが、補助クラッド５と上部クラッド６の屈折率が同じまたは近い場合には、上部クラッド６に相当する部分の補助層１８がそのまま残っても光導波路素子１０の特性に大きな影響はない。補助クラッド５と上部クラッド６の屈折率が異なる場合においても、前記部分に補助層１８が残ることの影響は軽微である。
ただし、補助クラッド５を光の導波路として利用する場合のように、不要部分の補助層１８の除去が求められる場合には、さらなるエッチングによって前記部分の補助層１８を除去することが好ましい。
上部クラッド６の外側部分の残存補助層１８については、外部クラッド７を形成するにあたって除去することができる。
【００３９】
上述のように、基板１上に、他の光導波路素子を同時に形成する場合には、テーパ部形成工程（第２エッチング工程）において、前記他の光導波路素子の全面コア層（図示略）（他の構造）にエッチングを施して、所定形状のコア層を得ることができる。
【００４０】
一般に、製造装置には、パターンのアラインメントに誤差が生じることがある。このアラインメントの誤差は、通常数ｎｍから数十ｎｍであるが、このアラインメントにより、本発明ではコアのテーパ部の長さが変化することが考えられる。
これを図１７を用いて説明する。この図は、コア層形成工程および補助層形成工程においてコア層１４および補助層１８を形成した後（図５（ｂ）参照）、テーパ部形成工程においてフォトマスク１９を用いてコア層１４にテーパ部を形成する工程を説明する図である。
テーパ部形成工程においては、レジスト層を形成した後、フォトマスク１９を用いて露光を行い、コア層１４の一方の側面１６ａ（テーパ部１２の一方の側面１２ａとなる面）とは反対の側面に、テーパ部１２の他方の側面１２ｂを形成する。
図中、一点鎖線で示す位置１９Ａと二点鎖線で示す位置１９Ｂは、フォトマスク１９のアラインメント精度を考慮して得られたＸ方向の一方側および他方側の最大ずれ位置である。
【００４１】
例えば、コア幅ｍ１が２００ｎｍで、フォトマスク１９がＸ方向一方側（図中上方）に最もずれた場合（位置１９Ａ）におけるテーパ部１２の最大長さｍ３（Ｙ方向の長さ）を３００μｍとすると、フォトマスク１９のアラインメントのずれが３０ｎｍの場合は、このアラインメントずれによるテーパ部１２の先端１２ｃ位置のずれ量は３０μｍとなる。
なお、Ｙ方向への装置のアラインメント精度はＸ方向と同程度であるので、テーパ部１２の先端１２ｃの位置への影響はＸ方向のずれによる影響と比較して小さい。
【００４２】
しかし、テーパ部１２の長さが制限されている場合などのように、製造におけるテーパ部１２の先端１２ｃ位置のずれを低減することが好ましい場合には、次の方法を採用することができる。
図１８に示すように、フォトマスク１９に代えてフォトマスク２９を使用する。フォトマスク２９は、先端２９ａのＹ方向の位置を、テーパ部１２の先端１２ｃのＹ方向の想定位置と一致させる。
フォトマスク２９は、Ｘ方向一方側の最大ずれ位置２９Ａにあるときに先端１２ｃが鋭角形状となる（先端１２ｃの幅がゼロとなる）ようにその位置を設定する。
このようにすると、フォトマスク２９のずれが発生した場合でも、先端１２ｃの幅が変化する代わりに、先端１２ｃの位置は一定とすることができる。
この方法では、フォトマスク２９を用いた露光により、先端２９ａに沿う側面を有する補助クラッド５と、テーパ部１２の側面１２ｂが同時に形成されるため、幅が狭い先端１２ｃを精度よく形成することができる。
先端１２ｃの幅の最大値は、フォトマスク２９の最大ずれ量（マスクシフト量）に一致する。
先端１２ｃの幅が増大するのは好ましいことではないが、先端１２ｃの幅の最大値は前記マスクシフト量であり、一般的にはマスクシフト量は、その装置で行う従来の製造工程で得られる先端幅よりも小さいため、本方法では、従来の手法に比べて低損失化が可能な導波路構造を得ることができる。
【００４３】
（工程４：上部クラッドおよび外部クラッド形成工程）
図４（ｄ）および図５（ｄ）に示すように、コア４、補助クラッド５および下部クラッド３を覆うように上部クラッド６を形成する。
次いで、外部クラッド７を形成し、図１に示す光導波路素子１０を得る。
【００４４】
［第２の実施の形態］
図１１および図１２は、本発明の第２実施形態にかかる光導波路素子２０の断面図であり、グレーティング構造を採用したものである。
図１１は、光導波路素子２０のＸＺ平面における断面図であり、図１２のＡ２−Ａ２断面図である。図１２は、図１１のＡ１−Ａ１断面図である。図１３は、光導波路素子２０の断面図である。
以下の説明においては、第１の実施形態の光導波路素子１０と同じ構成については同一符号を付してその説明を省略することがある。本実施形態の一部の構成は、国際公開第２００９／１０７８１２号に記載されている光導波路素子と共通である。
光導波路素子２０は、基板１上に光導波路２２が形成された光導波路素子である。本実施形態では、ＳＯＩ基板を加工して作製することを想定する。
基板１は、例えばシリコン（Ｓｉ）からなる。
【００４５】
図１１において、光導波路２２は、下部クラッド３と、下部クラッド３上に形成された内側コア２４と、その上に形成された中間コア２５と、これらを覆って形成された上部クラッド２６とを有する。
下部クラッド３は、内側コア２４よりも屈折率が低い材料からなり、例えばＳｉＯ２等を使用することができる。
【００４６】
内側コア２４は、厚みの薄い平板部（薄板部）２４ａと、平板部２４ａの幅方向中央位置において上部クラッド２６側に突出する厚みの厚い凸状部（厚板部）２４ｂとから構成されるリブ型形状をなす。
内側コア２４には、下部クラッド３、中間コア２５および上部クラッド２６よりも高い屈折率を有する材料、例えばシリコン（Ｓｉ）を使用できる。
【００４７】
中間コア２５は、内側コア２４とは異なる材料、内側コア２４より屈折率が低く、かつ上部クラッド２６より屈折率が高い材料からなることが好ましく、内側コア２４の凸状部２４ｂおよびこれに近い部分の平板部２４ａを覆って形成されている。
内側コア２４および中間コア２５は、光が導波する複合コアを構成している。
【００４８】
図１１に示すように、中間コア２５は、上面に設けた溝２５ａの幅ｗｉｎおよび中間コア２５の全幅ｗｏｕｔを光の導波方向（紙面に垂直な方向）に周期的に変化させることによりブラッググレーティング構造となり、光導波路２２の実効屈折率を変化させることができる。この構造は、波長分散補償素子に適用できる。
上部クラッド２６は、中間コア２５よりも低い屈折率を有する材料からなり、例えばＳｉＯ２等を使用することができる。
【００４９】
図１２のＡ３−Ａ３断面、Ａ５−Ａ５断面、Ａ７−Ａ７断面およびＡ８−Ａ８断面をそれぞれ図１３（ａ）〜図１３（ｄ）に示す。
図１３（ａ）に示すように、Ａ３−Ａ３断面（図１２参照）では、内側コア２４の平板部２４ａの幅が中間コア２５の幅に等しくされている。
なお、平板部２４ａの幅は、中間コア２５の幅より広く、または狭く形成することも可能であり、導波路構造の変化によるモードフィールドの変化が小さい範囲で適宜設計変更が可能である。
【００５０】
図１３（ａ）において、内側コア２４の外側には中間コア２５が設けられ、その外側には外側コア２８が設けられ、その外側に上部クラッド２６が設けられている。
図１２に示すように、外側コア２８は、このＡ３−Ａ３断面位置から先端方向に延在して形成されている。Ａ３−Ａ３断面位置より後方では外側コア２８は存在しないため、この位置の前後で光導波路の構造が変化するが、光は内側コア２４を中心に分布するため、外側コア２８についての構造変化が光特性に及ぼす影響は小さい。
【００５１】
外側コア２８は、中間コア２５より屈折率が低く、かつ上部クラッド２６より屈折率が高い材料からなることが好ましい。例えば、ＳｉＯｘＮｙが使用できる。
Ａ３−Ａ３断面（図１２参照）では、外側コア２８は、内側コア２４および中間コア２５からなる複合コアに対するクラッドとして機能させることができる。
外側コア２８は、後述する光導波路２２の先端（図１３（ｄ）参照）では、光が導波するコアとして機能する。
【００５２】
なお、本実施形態では、Ａ３−Ａ３断面位置より後方では外側コア２８は存在しない構造が採用されているが（図１３（ａ）参照）、これに限らず、Ａ３−Ａ３断面位置より後方の部分にも、中間コア２５の外側に外側コア２８を形成してもよい。
【００５３】
Ａ３−Ａ３断面位置から先端方向に向かって、内側コア２４の平板部２４ａは、幅が徐々に狭くなるテーパ状に形成され、その幅はＡ４−Ａ４断面位置に至って凸状部２４ｂの幅と一致する。平板部２４ａをテーパ状とすることによって、光の導波方向に導波路構造が急激に変化することに起因する損失を抑えることができる。
【００５４】
図１２および図１３に示すように、中間コア２５は上面位置が内側コア２４より高く形成され、Ａ４−Ａ４断面位置からＡ５−Ａ５断面位置までの範囲では、内側コア２４の一方面２４ｃ、他方面２４ｄおよび上面に接して形成されている。
図１２および図１３（ｂ）に示すように、Ａ５−Ａ５断面位置からＡ６−Ａ６断面位置までの範囲における中間コア２５（中間コア基部３８）は内側コア２４の一方面２４ｃおよび上面に形成されており、テーパ部３０の一方の側面３０ａに接している。
Ａ５−Ａ５断面位置からＡ６−Ａ６断面位置までの範囲において、中間コア基部３８のテーパ部３０に沿う部分のうち内側コア２４と同じ高さ範囲の部分３８ａは、先端３０ｃに向けたテーパ部３０の幅の減少に応じて幅が大きくなる形状である。
中間コア２５は、先端方向に向けたテーパ部３０の幅の減少に応じて幅が徐々に大きくなる形状となっているため、導波光の分布が徐々に内側コア２４から中間コア２５に移ることから、低損失で光を内側コア２４から中間コア２５に伝搬させることができる。
Ａ５−Ａ５断面位置からＡ６−Ａ６断面位置までの範囲において、内側コア２４の一方面２４ｃは、他方面２４ｄに向かって傾斜した傾斜面２４ｅとなっている。
【００５５】
傾斜面２４ｅが形成された部分の内側コア２４は、先端に向けて徐々に幅が狭くなるテーパ部３０となっている。図示例の先端３０ｃは先鋭な鋭角形状であるが、先端３０ｃは微小な一定幅の先端面１２ｄを有してもよい（図１４参照）。
テーパ部３０では、一方面２４ｃには中間コア２５が接しており、テーパ部３０の先端３０ｃは、中間コア２５に接する面（傾斜面２４ｅ）の先端に形成されている。
図１２に示すように、Ａ５−Ａ５断面位置から先端側のＡ７−Ａ７断面位置までの範囲では、中間コア２５は先端方向に延出している。
Ａ５−Ａ５断面位置から先端側のＡ６−Ａ６断面位置までの範囲では、中間コア２５の側面２５ｂは、テーパ部３０の他方の側面３０ｂ（他方面２４ｄ）に対し面一に形成されている。
【００５６】
図１２に示すように、Ａ６−Ａ６断面位置とＡ７−Ａ７断面位置との間に位置する部分の中間コア２５である延出基部３５は、一定幅の下部２５Ａと、その上に形成されて徐々に幅が狭くなる上部２５Ｂとを有する形状である（図１３（ｃ）参照）。延出基部３５と、その先端から先端方向に幅が狭くなりつつ延出するテーパ延出部３６は、延出部分３９を構成する。
延出部分３９の先端２５ｃは、Ａ８−Ａ８断面位置にあり、光導波路２２の先端２２ａより後方にある（図１３（ｄ）参照）。
【００５７】
内側コア２４は、既に説明した製造方法を利用して作製できる。
すなわち、一方の側面３０ａ（第１側面領域）を有するコア層（図示略）を形成し（コア層形成工程）、中間コア２５となる補助層（図示略）を一方の側面３０ａに接して形成し（補助層形成工程）、前記コア層に対して前記補助層と同時にエッチングを施して、テーパ部３０の他方の側面３０ｂ（第２側面領域）を形成することによって（テーパ部形成工程）、内側コア２４を形成することができる。
【００５８】
内側コア２４のテーパ部３０の他方の側面３０ｂ（他方面２４ｄ）は、テーパ部形成工程において、中間コア２５の側面２５ｂとともにエッチングにより形成されるため、先端３０ｃは、中間コア２５に接した状態で形成される。
このため、テーパ部３０の先端形状に沿う微細な形状のレジスト形成が不要であり、露光工程において光の回折に起因する制限を受けない。
また、微細形状のレジストによる先端のみをむき出しにして形成するエッチングがないため、先端部分の鈍化（丸まり）が起こりにくく、エッチングの条件設定は比較的容易である。
さらに、テーパ部３０の先端３０ｃが中間コア２５に接した状態で形成されるため、その後の工程における外力による変形が起こりにくい。
従って、より幅が狭い先端３０ｃを精度よく形成することができ、テーパ部３０の先端部分における損失を低減できる。
【００５９】
［実施例１］
図６に断面構造を示す構成の光導波路素子において、接続損失についてのシミュレーションを行った。
以下の説明においては、第１の実施形態の光導波路素子１０と同じ構成については同一符号を付してその説明を省略することがある。
図６の構造において、コア４をＳｉ（屈折率３．５）、上部クラッド６をＳｉＯＮ（屈折率１．５）、下部クラッド３および外部クラッド７をＳｉＯ２（屈折率１．４５）で構成し、各部の寸法をｗ２＝３０００ｎｍ、ｔ１＝３００ｎｍ、ｔ２＝３０００ｎｍとした第１の光導波路と、第１の光導波路におけるコア４に、Ｓｉ（屈折率３．５）に代えて上部クラッド６の材料（ＳｉＯＮ（屈折率１．５））を用いた第２の光導波路と、が接続されている構造についてシミュレーションを行った。
両構造における導波モードのオーバーラップインテグラルを求めることで結合効率を算出し、結合効率から、導波モードに結合しなかったパワーとして接続損失を求めた。
各導波路構造の導波モードは、有限要素法、有限差分法等により求めることができる。
【００６０】
図６に示すコア４の幅ｗ１をパラメータとするシミュレーション結果を図７に示す。図７には、ＴＥ−ｌｉｋｅモードとＴＭ−ｌｉｋｅモードについての接続損失を示す。
なお、ＴＥ−ｌｉｋｅモードとは、導波路中を伝播する光の電界が主に導波方向に垂直方向の成分を有し、電界の主成分が基板に対して平行方向（水平方向）である伝播モードであり、ＴＭ−ｌｉｋｅモードとは、導波路中を伝播する光の磁界が主に導波方向に垂直方向の成分を有し、電界の主成分が基板に対して垂直方向である伝播モードである。
図７より、例えばＴＭ−ｌｉｋｅモードではコア４の幅が６０ｎｍであっても０．８ｄＢという大きな損失が生じるが、コア４の幅を狭くすることによって、結合損失を低減でき、低損失化を図ることができることがわかる。
【００６１】
［実施例２］
図８は、補助クラッド５における接続損失についてのシミュレーション結果を示すものである。
本シミュレーションは、図６の構造において、コア４に、Ｓｉ（屈折率３．５）に代えて、補助クラッド５に使用可能な材料であるＳｉＮ（屈折率２．０）を使用すること以外は実施例１と同様である。
図８より、ＳｉＮ（屈折率２．０）を使用すると、Ｓｉ（屈折率３．５）を用いた場合（図７）に比べ、損失が低くなることがわかる。
【００６２】
実施例１、２の結果から、以下に説明するように、本発明の採用により損失低減が可能となることがわかる。
例えば、図３に示す光導波路素子１０において補助クラッド５を上部クラッド６と同じ材料とすれば、光導波路素子１０は図６に示すものと同じ基本構造となる。
従来技術によりテーパ部を形成すると先端の幅は大きくなるため（例えば１５０ｎｍ以上）、実施例１の結果（図７）より、損失は大きくなる。
これに対し、本発明の方法を採用すれば上述のとおり先端１２ｃの幅を小さくできるため、実施例１の結果（図７）より、先端１２ｃにおける損失を非常に小さくできると考えられる。
【００６３】
さらに、図３に示す光導波路素子１０において、上部クラッド６とは異なる材料（上部クラッド６より高屈折率、かつコア４より低屈折率の材料。例えばＳｉＮ（屈折率２．０））を補助クラッド５に用いる場合には、コア４を伝搬する光を低損失で補助クラッド５に伝搬させることができることに加え、実施例２の結果（図８）より、補助クラッド５の先端５ａの幅が比較的大きい場合でも先端５ａにおける損失を低くできる。このため、補助クラッド５の先端５ａから上部クラッド６に低損失で光を伝搬させることができる。
以上より、本発明の方法を採用すれば、テーパ部１２の先端１２ｃの幅を小さくできるため、コア４から補助クラッド５へ低損失で光を伝搬させ、さらに補助クラッド５から上部クラッド６への光の伝搬についても低損失化できることがわかる。
【００６４】
［実施例３］
図９は、コア４の先端の幅方向位置がコア４の幅方向中央位置からずれた場合の影響についてのシミュレーション結果を示すものである。
この図より、コア４の先端幅が１０ｎｍである場合には損失は非常に小さく、コア４の先端幅が６０ｎｍである場合にも、ずれ幅が０．５μｍでも損失は１．０ｄＢ以下であり、損失を低く抑えられることがわかる。
テーパ部先端の幅方向の位置は、上部クラッドに対して中央であることが好ましいが、本発明では、先端の幅方向の位置が中央からずれた場合においても、従来の方法と比較して十分低損失な接続を実現することができる。
【００６５】
［実施例４］
図１０は、本発明の構造をスポットサイズ変換素子に応用することを考慮したシミュレーションに用いた構造を示すものである。
図１０は、図３と同様に、光導波路素子のＸＹ平面における断面図である。ここでは、コア４の外側に上部クラッド６が形成され、その外側に外部クラッド７が形成された構造を想定している。
コア４のコア基部１１の長さ（Ｙ方向の長さ）をＬ３とし、テーパ部１２の長さをＬ２とし、テーパ部１２の先端と光導波路２の先端との距離をＬ１として、Ｌ１＝１０μｍ、Ｌ２＝３００μｍ、Ｌ３＝１０μｍとした場合において、この光導波路素子を、ビームウェストが３μｍのレンズファイバと結合させた場合の損失を、ＥＭＥ（Eigen mode Expansion Method）法により計算した結果、接続損失は、ＴＥ−ｌｉｋｅモードでは０．２８ｄＢ、ＴＭ−ｌｉｋｅモードでは０．３１ｄＢであった。
【００６６】
［実施例５］
図１１〜図１３に示す構成の光導波路素子２０において、ビームウェストが３μｍの光ファイバと結合させた場合の結合効率を計算した。
本シミュレーションに用いた各寸法は次のとおりである。
図１１において、ｔ１＝２５０ｎｍ、ｔ２＝５０ｎｍ、ｔｉｎ＝１００ｎｍ、ｔｏｕｔ＝４５０ｎｍ、ｗ１＝５６０ｎｍ、ｗｉｎ＝０ｎｍ、ｗｏｕｔ＝１０００ｎｍ。
図１２において、Ｌ１＝５０μｍ、Ｌ２＝１００μｍ、Ｌ３＝２００μｍ、Ｌ４＝５０μｍ、Ｌ５＝３００μｍ、Ｌ６＝１０μｍ。
図１３（ａ）において、ｈ１＝６００ｎｍ、ｈ２＝２５０ｎｍ、ｈ３＝５０ｎｍ、ｈ４＝２２００ｎｍ、ｗ１＝１０００ｎｍ、ｗ２＝１６０ｎｍ、ｗ３＝２８０ｎｍ、ｗ４＝２５００ｎｍ。
図１３（ｂ）において、ｈ１＝６００ｎｍ、ｈ２＝３００ｎｍ、ｈ４＝２２００ｎｍ、ｗ１＝７８０ｎｍ、ｗ２＝５６０ｎｍ、ｗ４＝２５００ｎｍ。
図１３（ｃ）において、ｈ１＝３００ｎｍ、ｈ２＝３００ｎｍ、ｈ４＝２２００ｎｍ、ｗ１＝７８０ｎｍ、ｗ２＝１５０ｎｍ。
図１３（ｄ）において、ｈ４＝２５００ｎｍ、ｗ４＝２２００ｎｍ。
【００６７】
第１の実施形態における実施例１のシミュレーションと同様の方法によりシミュレーションを行った結果、結合効率は、ＴＥ−ｌｉｋｅモードについて０．１９ｄＢ、ＴＭ−ｌｉｋｅモードについて０．３２ｄＢであった。
【００６８】
［実施例６］
図１５および図１６は、本発明の製造方法の一例により作製した光導波路素子のコアのテーパ部および補助クラッドを示すＳＥＭ写真である。
補助クラッドにはＳｉＯ２を使用し、コアにはＳｉを使用した。テーパ部形成工程では、ＫｒＦ線のステッパを用いた。
図１５はテーパ部の（長さ方向の）中間部分、図１６はテーパ部の先端部分を示す。補助クラッドおよびコアの高さは２８０ｎｍである。
従来の方法による加工可能な最小先端幅は１６０ｎｍであるが、図１５に示す中間部分ではコアの幅は約１００ｎｍであり、図１６に示すテーパ部先端では約６０ｎｍ幅を実現した。
これらの結果より、本発明の製造方法によれば、より幅が狭い先端を有するテーパ部を形成できることがわかる。
【符号の説明】
【００６９】
１・・・基板、２、２２・・・光導波路、３・・・下部クラッド、４、２４・・・コア、５・・・補助クラッド、６、２６・・・上部クラッド、７・・・外部クラッド、８・・・延出部分、８ａ・・・傾斜面、１０、２０・・・光導波路素子、１２、３０・・・テーパ部、１２ａ・・・テーパ部の一方の側面、１２ｂ・・・テーパ部の他方の側面、１２ｃ、３０ｃ・・・テーパ部の先端、１４・・・コア層、１５・・・コア基部、１６・・・延出部分、１６ａ・・・一方の側面、１６ｂ・・・他方の側面、１８・・・補助層、１９・・・傾斜面、２４・・・内側コア、２５・・・中間コア、２８・・・外側コア。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
先端（１２ｃ、３０ｃ）に向けて徐々に幅が狭くなるテーパ部（１２、３０）を有するコア（４、２４）を備えた光導波路素子を製造する方法であって、
前記コアの材料からなるコア層（１４）を形成するコア層形成工程と、前記コア層に接する補助層（１８）を形成する補助層形成工程と、前記コア層に前記テーパ部を形成し前記コアを得るテーパ部形成工程とを含み、
前記コア層形成工程は、前記テーパ部の一方の側面（１２ａ）のうち少なくとも前記先端を含む第１側面領域（１６ａ）を形成する工程であり、
前記補助層形成工程は、前記第１側面領域のうち少なくとも前記先端を含む領域（１６ａ）に接して、前記コアとは異なる材料からなる補助層（１８）を形成する工程であり、
前記テーパ部形成工程は、前記コア層に対し、前記補助層と同時にエッチングを施すことによって、前記テーパ部の他方の側面（１２ｂ）のうち少なくとも前記先端を含む第２側面領域を形成する工程であることを特徴とする光導波路素子の製造方法。
【請求項２】
前記テーパ部形成工程におけるエッチングに際し、前記コア層に第２側面領域を形成すると同時に、前記補助層に、前記第２側面領域と面一な側面（８ａ）を形成することを特徴とする請求項１に記載の光導波路素子の製造方法。
【請求項３】
前記テーパ部形成工程の後に、上部クラッド形成工程を有し、
前記上部クラッド形成工程は、前記補助層と同じ材料からなる上部クラッドを、少なくとも前記コアの先端を覆うように形成する工程であ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の製造方法。
【請求項４】
前記コア層形成工程において、前記コア層と同じ材料からなる同一基板上の他の構造を、前記コア層と同時に形成することを特徴とする請求項１〜３のうちいずれか１項に記載の光導波路素子の製造方法。
【請求項５】
前記テーパ部形成工程において、前記テーパ部の他方の側面（１２ｂ）形成と同時に、前記コア層と同じ材料からなる他の構造を所定の形状とすることを特徴とする請求項４に記載の光導波路素子の製造方法。
【請求項６】
前記コア層形成工程において、前記第１側面領域を、光の導波方向に対し傾斜して形成し、
前記テーパ部形成工程において、前記第２側面領域を、前記第１側面領域に対して、前記光の導波方向に沿い前記基板に垂直な面について鏡映対称となるよう傾斜して形成することを特徴とする請求項１〜５のうちいずれか１項に記載の光導波路素子の製造方法。
【請求項１】
先端（１２ｃ、３０ｃ）に向けて徐々に幅が狭くなるテーパ部（１２、３０）を有するコア（４、２４）を備えた光導波路素子を製造する方法であって、
前記コアの材料からなるコア層（１４）を形成するコア層形成工程と、前記コア層に接する補助層（１８）を形成する補助層形成工程と、前記コア層に前記テーパ部を形成し前記コアを得るテーパ部形成工程とを含み、
前記コア層形成工程は、前記テーパ部の一方の側面（１２ａ）のうち少なくとも前記先端を含む第１側面領域（１６ａ）を形成する工程であり、
前記補助層形成工程は、前記第１側面領域のうち少なくとも前記先端を含む領域（１６ａ）に接して、前記コアとは異なる材料からなる補助層（１８）を形成する工程であり、
前記テーパ部形成工程は、前記コア層に対し、前記補助層と同時にエッチングを施すことによって、前記テーパ部の他方の側面（１２ｂ）のうち少なくとも前記先端を含む第２側面領域を形成する工程であることを特徴とする光導波路素子の製造方法。
【請求項２】
前記テーパ部形成工程におけるエッチングに際し、前記コア層に第２側面領域を形成すると同時に、前記補助層に、前記第２側面領域と面一な側面（８ａ）を形成することを特徴とする請求項１に記載の光導波路素子の製造方法。
【請求項３】
前記テーパ部形成工程の後に、上部クラッド形成工程を有し、
前記上部クラッド形成工程は、前記補助層と同じ材料からなる上部クラッドを、少なくとも前記コアの先端を覆うように形成する工程であ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の製造方法。
【請求項４】
前記コア層形成工程において、前記コア層と同じ材料からなる同一基板上の他の構造を、前記コア層と同時に形成することを特徴とする請求項１〜３のうちいずれか１項に記載の光導波路素子の製造方法。
【請求項５】
前記テーパ部形成工程において、前記テーパ部の他方の側面（１２ｂ）形成と同時に、前記コア層と同じ材料からなる他の構造を所定の形状とすることを特徴とする請求項４に記載の光導波路素子の製造方法。
【請求項６】
前記コア層形成工程において、前記第１側面領域を、光の導波方向に対し傾斜して形成し、
前記テーパ部形成工程において、前記第２側面領域を、前記第１側面領域に対して、前記光の導波方向に沿い前記基板に垂直な面について鏡映対称となるよう傾斜して形成することを特徴とする請求項１〜５のうちいずれか１項に記載の光導波路素子の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１７】
【図１８】
【図１５】
【図１６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１７】
【図１８】
【図１５】
【図１６】
【公開番号】特開２０１１−２４２６５０（Ｐ２０１１−２４２６５０Ａ）
【公開日】平成２３年１２月１日（２０１１．１２．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１１５４８２（Ｐ２０１０−１１５４８２）
【出願日】平成２２年５月１９日（２０１０．５．１９）
【出願人】（０００００５１８６）株式会社フジクラ (4,463)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１２月１日（２０１１．１２．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年５月１９日（２０１０．５．１９）
【出願人】（０００００５１８６）株式会社フジクラ (4,463)
【Ｆターム（参考）】
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