光導波路回路の製造方法および製造装置
【課題】紫外光照射による特性の調整を高精度にできる光導波路回路の製造方法および製造装置を提供すること。
【解決手段】紫外光を吸収して媒質の屈折率を変化させるドーパントを含有するコアと該コアの周囲に形成されたクラッドとを備える光導波路回路の該コアに紫外光を照射する紫外光照射工程と、前記ドーパントからの発光量を測定する発光量測定工程と、を含み、前記測定した発光量の積算値に基づいて前記光導波路回路の特性を調整する。
【解決手段】紫外光を吸収して媒質の屈折率を変化させるドーパントを含有するコアと該コアの周囲に形成されたクラッドとを備える光導波路回路の該コアに紫外光を照射する紫外光照射工程と、前記ドーパントからの発光量を測定する発光量測定工程と、を含み、前記測定した発光量の積算値に基づいて前記光導波路回路の特性を調整する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光導波路回路の製造方法および製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
主に光通信の分野において、石英系ガラスを材料とする光導波路回路である平面光波回路(Planar Lightwave Circuit：ＰＬＣ)により構成したマッハツェンダー光干渉計(Mach-Zehnder interferometer：ＭＺＩ)やアレイ導波路回折格子(Arrayed-Waveguide Grating：ＡＷＧ)などの光干渉計素子が用いられている。これらの光導波路回路は、光を導波するコアと、コアの周囲に形成されたクラッドとからなる光導波路を備えている。
【０００３】
このような光干渉計素子は光の干渉作用を利用しているため、光導波路の光路長等に製造誤差がある場合には、所望の特性が得られない場合がある。そこで、光干渉計素子の製造の際には、導波路構造を作製した後に、コアの一部分に紫外光を照射してコアの屈折率を高める工程が行われる場合がある。この工程はトリミング工程とも呼ばれる。このトリミング工程によって光導波路の光路長を調整することができるので、素子の特性を調整することができる。なお、コアがゲルマニウム（Ｇｅ）を含有している場合には、Ｇｅが紫外光を吸収して媒質である石英系ガラスの屈折率を変化させるので、紫外光照射によりコアの屈折率を高めることができる。
【０００４】
たとえば、特許文献１では、導波路構造を作製したＭＺＩ素子に水素を含浸させた後熱処理を行う水素処理工程を行うことによって、コアに含まれるＧｅの紫外光吸収係数を増大させている。これによってコアの光誘起屈折率変化の感受性を高めている。その後、コアの一部分にＫｒＦエキシマレーザのレーザ光（波長２４８ｎｍ）を照射して素子の特性を調整している。なお、紫外光源としてはＡｒＦエキシマレーザ（波長１９３ｎｍ）を用いる場合もある。また、光導波路に紫外光を照射して素子の特性を調整する方法は、光干渉計素子に限らず使用されている（特許文献２〜４参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平０６−３０８５４６号公報
【特許文献２】特開２００１−３１１８４７号公報
【特許文献３】特開２００４−３１７８０２号公報
【特許文献４】特開２００５−３１３５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、素子間または素子内でコアのサイズまたはＧｅの含有量にばらつきがあると、紫外光の照射時間の調整によってコアの屈折率の変化量を調整しようとすると、素子間または素子内でその調整量にばらつきが生じる。その結果調整後の素子特性にばらつきが生じたり、所望の特性が得られない場合があったりするという問題がある。
【０００７】
特に、光導波路に水素処理工程を行う場合、光導波路のクラッドにホウ素（Ｂ）やリン（Ｐ）が添加されていると、水素処理によってクラッドの紫外光吸収（たとえば波長２４８ｎｍの吸収）も増大する場合がある。その結果、その後の紫外光照射を行った場合にクラッドの屈折率も変化する場合がある。したがって、素子間または素子内でクラッドの厚さやＢまたはＰの含有量にばらつきがあると、コアの場合と同様に調整後の素子特性にばらつきが生じたり、所望の特性が得られない場合があったりするというさらなる問題がある。
【０００８】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、紫外光照射による特性の調整を高精度にできる光導波路回路の製造方法および製造装置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】
【０００９】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る光導波路回路の製造方法は、紫外光を吸収して媒質の屈折率を変化させるドーパントを含有するコアと該コアの周囲に形成されたクラッドとを備える光導波路回路の該コアに紫外光を照射する紫外光照射工程と、前記ドーパントからの発光量を測定する発光量測定工程と、を含み、前記測定した発光量の積算値に基づいて前記光導波路回路の特性を調整する。
【００１０】
また、本発明に係る光導波路回路の製造方法は、上記発明において、前記測定した発光量の積算値が所定値に到達したときに前記紫外光の照射を停止する。
【００１１】
また、本発明に係る光導波路回路の製造方法は、上記発明において、前記ドーパントはゲルマニウムである。
【００１２】
また、本発明に係る光導波路回路の製造方法は、上記発明において、前記紫外光の波長は波長１９３ｎｍである。
【００１３】
また、本発明に係る光導波路回路の製造方法は、上記発明において、前記紫外光の波長は波長２４８ｎｍである。
【００１４】
また、本発明に係る光導波路回路の製造方法は、上記発明において、前記光導波路のクラッドはホウ素またはリンを含有する。
【００１５】
また、本発明に係る光導波路回路の製造装置は、紫外光を吸収して媒質の屈折率を変化させるドーパントを含有するコアと該コアの周囲に形成されたクラッドとを備える光導波路回路の該コアに紫外光を照射する紫外光源と、前記ドーパントからの発光量を測定する発光量測定器と、を備え、前記測定した発光量の積算値に基づいて前記光導波路回路の特性を調整する。
【００１６】
また、本発明に係る光導波路回路の製造装置は、上記発明において、前記測定した発光量の積算値が所定値に到達したときに前記紫外光の照射を停止する制御器を備える。
【００１７】
また、本発明に係る光導波路回路の製造装置は、上記発明において、前記ドーパントはゲルマニウムである。
【００１８】
また、本発明に係る光導波路回路の製造装置は、上記発明において、前記紫外光の波長は波長１９３ｎｍである。
【００１９】
また、本発明に係る光導波路回路の製造装置は、上記発明において、前記紫外光の波長は波長２４８ｎｍである。
【００２０】
また、本発明に係る光導波路回路の製造装置は、上記発明において、前記光導波路のクラッドはホウ素またはリンを含有する。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、紫外光照射による光導波路回路の特性の調整を高精度にできるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】図１は、実施の形態１に係る光導波路回路の製造方法を実施するための製造装置の模式的な構成図である。
【図２】図２は、図１に示すウェハに形成された１つの９０度ハイブリッド素子の模式的な平面図である。
【図３】図３は、９０度ハイブリッド素子にレーザ光を照射した場合の変化を説明する模式的な断面図である。
【図４】図４は、同一のウェハから作製した異なる９０度ハイブリッド素子のサンプルにおけるレーザ光の照射時間と位相シフト量との関係を示す図である。
【図５】図５は、異なる２つのウェハから作製した９０度ハイブリッド素子のサンプルにおけるレーザ光の照射時間と位相シフト量との関係を示す図である。
【図６】図６は、異なるウェハから作製した９０度ハイブリッド素子のサンプルにおける発光量と位相シフト量との関係を示す図である。
【図７】図７は、実施の形態２に係る光導波路回路の製造方法を実施するための製造装置の模式的な構成図である。
【図８】図８は、図７に示すウェハに形成された１つのＡＷＧ素子の模式的な平面図である。
【図９】図９は、ＡＷＧ素子にレーザ光を照射した場合の変化を説明する模式的な断面図である。
【図１０】図１０は、ＡｒＦエキシマレーザを用いた場合の、入力光導波路と所定の出力導波路との間の調整前後の透過スペクトルを示す図である。
【図１１】図１１は、同一ウェハから作製した異なるＡＷＧ素子のサンプルにおける発光量と位相シフト量との関係を示す図である。
【図１２】図１２は、ＫｒＦエキシマレーザを用いた場合の、入力光導波路と所定の出力導波路との間の調整前後の透過スペクトルを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下に、図面を参照して本発明に係る光導波路回路の製造方法および製造装置の実施の形態を詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、各図面において、同一または対応する要素には適宜同一の符号を付している。
【００２４】
（実施の形態１）
図１は、実施の形態１に係る光導波路回路の製造方法を実施するための製造装置の模式的な構成図である。図１に示すように、この製造装置１０は、ＫｒＦエキシマレーザ１１と、ミラー系１２ａと、コリメートレンズ系１３と、ミラー１２ｂと、移動装置１４と、受光器１５と、測定制御器１６とを備えている。
【００２５】
ＫｒＦエキシマレーザ１１は、紫外光である波長２４８ｎｍのレーザ光Ｌ１を出力する。ミラー系１２ａ、コリメートレンズ系１３、およびミラー１２ｂは、レーザ光Ｌ１をコリメートし、移動装置１４に載置されたウェハＷ１に導くように配置されている。なお、ミラー系１２ａ、コリメートレンズ系１３、およびミラー１２ｂによって、レーザ光Ｌ１のビーム径はたとえば約１０ｍｍ×１５ｍｍに調整される。
【００２６】
移動装置１４は、光導波路回路である多数の９０度ハイブリッド素子が形成されたウェハＷ１を載置するとともに、ウェハＷ１を、紙面の左右方向および紙面に垂直方向に移動させることができるように構成されている。これによって、移動装置１４は、レーザ光Ｌ１がウェハＷ１の所望の場所に照射されるように、ウェハＷ１の位置を調整することができる。なお、ウェハＷ１の表面には、レーザ光Ｌ１が照射されるべき場所以外を覆うシャドウマスクＭ１が形成されている。
【００２７】
受光器１５は、たとえばフォトダイオードを備えており、９０度ハイブリッド素子からの発光を受光できるように配置されている。測定制御器１６は、受光器１５に接続されている。測定制御器１６は、受光器１５の受光量をもとに９０度ハイブリッド素子からの発光量を測定する照度計と、発光量の積算値を算出し、その積算値をもとにＫｒＦエキシマレーザ１１を制御する制御器とを備えている。
【００２８】
図２は、図１に示すウェハに形成された１つの９０度ハイブリッド素子の模式的な平面図である。図２に示すように、１つの９０度ハイブリッド素子１は、入力光導波路１ａ、１ｂと、入力光導波路１ａに接続したＹ分岐光導波路１ｃと、入力光導波路１ｂに接続したＹ分岐光導波路１ｄと、Ｙ分岐光導波路１ｃに接続したアーム光導波路１ｅ、１ｆと、Ｙ分岐光導波路１ｄに接続したアーム光導波路１ｇ、１ｈと、アーム光導波路１ｅ、１ｇに接続した方向性結合器からなる３ｄＢカプラ１ｉと、アーム光導波路１ｆ、１ｈに接続した方向性結合器からなる３ｄＢカプラ１ｊと、３ｄＢカプラ１ｉに接続した出力光導波路１ｋ、１ｌと、３ｄＢカプラ１ｊに接続した出力光導波路１ｍ、１ｎと、を備えている。
【００２９】
アーム光導波路１ｅ、１ｆは同じ光路長である。アーム光導波路１ｈの光路長とアーム光導波路１ｇの光路長とは、光路差が光の位相に換算して９０度となるように設定されている。たとえば、アーム光導波路１ｈの光路長はアーム光導波路１ｅ、１ｆの光路長よりも光の位相に換算してπ／４ラジアン（４５度）だけ短く設定され、アーム光導波路１ｇの光路長はアーム光導波路１ｅ、１ｆの光路長よりも光の位相に換算してπ／４ラジアンだけ長く設定されている。これによって、９０度ハイブリッド素子１は、３ｄＢカプラ１ｊの出力特性と３ｄＢカプラ１ｉとで位相が９０度異なる干渉特性を有する。
【００３０】
この９０度ハイブリッド素子１は、たとえば偏波多重四値位相変調（ＤＰ−ＱＰＳＫ：Dual Polarization Quadrature Phase Shift Keying）方式を用いる光伝送システムの受光側において、局所発振（Local Oscillation：ＬＯ）光と伝送後のＤＰ−ＱＰＳＫ光信号とを混合させて干渉させるために用いられる。たとえば、偏波分離されたＬＯ光とＤＰ−ＱＰＳＫ光信号とが入力光導波路１ａ、１ｂのそれぞれに入力され、混合、干渉した後に出力光導波路１ｋ、１ｌ、１ｍ、１ｎのそれぞれから出力される。出力光導波路１ｋ、１ｌ、１ｍ、１ｎから出力された光をバランスドフォトディテクタ（Balanced-Photo Detector：Ｂ−ＰＤ）によって受光することによって、変調信号のＩチャネルとＱチャネルとを分離して、電気信号として取り出すことができる。
【００３１】
この９０度ハイブリッド素子１では、アーム光導波路１ｅ、１ｆ、１ｇ、１ｈの光路長の設計が素子の特性に大きく影響を与える。しかしながら、製造ばらつきなどによって、光導波路構造の作製時には所望の光路長が得られない場合がある。
【００３２】
そのため、本実施の形態１では、図１に示す製造装置１０によって以下のように光路長の調整（トリミング）を行う。
【００３３】
はじめに、ウェハＷ１に９０度ハイブリッド素子１の光導波路構造を作製した後、水素処理を行う。この水素処理は、たとえば圧力１５ＭＰａ水素ガス下で７日間行う。
【００３４】
つぎに、図１に示すように移動装置１４に水素処理を行ったウェハＷ１を載置する。移動装置１４によってウェハＷ１の位置を調整した後、ＫｒＦエキシマレーザ１１からのレーザ光Ｌ１を、ミラー系１２ａ、コリメートレンズ系１３、およびミラー１２ｂによって所定の９０度ハイブリッド素子１に導き、シャドウマスクＭ１で覆われていないアーム光導波路のいずれか（たとえばアーム光導波路１ｅ）に照射し、光路長の調整を行う。
【００３５】
図３は、９０度ハイブリッド素子にレーザ光を照射した場合の変化を説明する模式的な断面図である。図３（ａ）に示すように、９０度ハイブリッド素子１のアーム光導波路１ｅを含めたすべての光導波路のコアは、たとえばシリコンからなる基板１ｏの上で、その周囲に形成されたクラッド層１ｐに囲まれている。コアはＧｅが添加されており、クラッド層１ｐはＢまたはＰが添加されている。なお、アーム光導波路１ｅを含めた光導波路のコアの断面のサイズはたとえば６μｍ×６μｍである。またクラッド層１ｐに対するコアの比屈折率差がたとえば０．７５％となるようにＧｅおよびＢまたはＰが添加されている。
【００３６】
９０度ハイブリッド素子１にレーザ光Ｌ１を照射すると、クラッド層１ｐ中のＢまたはＰ、およびアーム光導波路１ｅのコア中のＧｅがレーザ光Ｌ１を吸収する。これによって、アーム光導波路１ｅのコアおよびクラッド層１ｐのうち、レーザ光Ｌ１が照射された領域の屈折率が高くなるように変化する。このように屈折率を変化させることによって光路長を調整することができる。図３（ｂ）の領域１ｑは屈折率が変化した領域を示している。
【００３７】
レーザ光Ｌ１を吸収したＢまたはＰは発光しない。これに対して、レーザ光Ｌ１を吸収したＧｅは波長４００ｎｍ付近の光を含む蛍光Ｌ２を発光する。受光器１５は、このＧｅの蛍光Ｌ２を受光してその受光量に対応する電流を出力する。測定制御器１６は、受光器１５からの電流量に基づいてＧｅの発光量を測定し、発光量の積算値を算出する。そして、この発光量の積算値が所定値に達したら、測定制御器１６がＫｒＦエキシマレーザ１１を制御して、レーザ光Ｌ１の照射を停止する。これによって、光路長の調整は終了する。なお、レーザ光Ｌ１の照射の停止は、測定制御器１６が表示する発光量の積算値に基づいて、作業者が停止作業を行っても良い。
【００３８】
ここで、たとえば従来のようにレーザ光Ｌ１の照射時間に基づいて光路長を調整する場合は、コアのサイズやＧｅの含有量にばらつきがある場合には、同一の照射時間であっても、コアで吸収されるレーザ光Ｌ１のエネルギー量にもばらつきが生じる。その結果、光路長の調整量にもばらつきが生じる。
【００３９】
特に、ＫｒＦエキシマレーザ１１のような波長２４８ｎｍのレーザ光Ｌ１を用いた場合には、クラッド層１ｐ中のＢまたはＰもレーザ光Ｌ１を吸収する。そのため、レーザ光Ｌ１の照射開始から所定の時間まではクラッド層１ｐ中のＢまたはＰが主にレーザ光Ｌ１を吸収し、その吸収が飽和した後に、アーム光導波路１ｅの導波路コア中のＧｅによるレーザ光Ｌ１の吸収が主となる。レーザ光Ｌ１の照射開始から、ＢまたはＰの光吸収が飽和するまでの時間は、プレ照射時間とも呼ばれる。このプレ照射時間は、クラッド層１ｐの厚さのばらつきやＢまたはＰの含有量のぱらつきに応じてばらつくので、レーザ光Ｌ１の照射時間に基づいて光路長を調整する場合は、光路長の調整量のばらつきがさらに大きくなるおそれがある。
【００４０】
これに対して、本実施の形態１では、Ｇｅが吸収したエネルギー量に比例する蛍光の発光量の積算値に基づいて光路長を調整している。レーザ光Ｌ１が照射されたアーム光導波路１ｅのコアの屈折率の変化量は、吸収されたレーザ光Ｌ１のエネルギー量に比例する。吸収されたエネルギー量を直接測定することは困難である。しかしながら、本実施の形態１のように、発光量の積算値に基づきレーザ光Ｌ１の照射時間を制御し、光路長を調整することによって、精度よく光路長の調整を行うことができる。
【００４１】
なお、光路長の調整後は、たとえば温度８０℃で４８時間の水素抜き処理と温度３００℃以上で１０分間の特性安定化処理を行うことで、所望の特性に調整された９０度ハイブリッド素子１を製造することができる。
【００４２】
つぎに、実施の形態１に従い、９０度ハイブリッド素子のアーム導波路にＫｒＦエキシマレーザからの波長２４８ｎｍのレーザ光を照射して光路長を調整した場合の、３ｄＢカプラの干渉特性の位相シフト量の測定結果について説明する。
【００４３】
図４は、同一のウェハから作製した異なる９０度ハイブリッド素子のサンプルにおけるレーザ光の照射時間と位相シフト量との関係を示す図である。図４中の実線は、最小二乗法によるデータ点の近似直線を示している。図４において、照射時間が４０秒以下のときに位相シフト量がばらついている。このことはプレ照射時間がばらついていることを示している。また、レーザ光の照射時間によって位相シフト量を調整しようとした場合は、同じウェハから作製したサンプルであっても、位相シフト量にばらつきが生じることが分かる。
【００４４】
図５は、異なる２つのウェハから作製した９０度ハイブリッド素子のサンプルにおけるレーザ光の照射時間と位相シフト量との関係を示す図である。図５中の実線は、あるウェハからのサンプルについての、最小二乗法によるひし形のデータ点の近似直線を示している。図５中の破線は、別のウェハからのサンプルについての、最小二乗法による三角形のデータ点の近似直線を示している。図５から、異なるウェハから作製したサンプル間ではさらに位相シフト量にばらつきが生じることが分かる。
【００４５】
一方、図６は、異なるウェハから作製した９０度ハイブリッド素子のサンプルにおける発光量と位相シフト量との関係を示す図である。図６中の実線は、最小二乗法によるひし形および三角形のデータ点の近似直線を示している。なお、発光量は、レーザ光の照射開始時からの積算値であり、プレ照射時間において測定した発光も含まれている。発光量の積算値の単位は「Ｊ／ｃｍ２」であり、図６の横軸のスケールはこの単位に比例している。図６から、発光量の積算値と位相シフト量とは比例関係にあり、かつばらつきがきわめて少ないことが分かる。すなわち、発光量の積算値に基づいてレーザ光の照射を制御し、光路差を調整すれば、クラッド層のＢまたはＰの含有量のばらつきやコアのＧｅの含有量のばらつき等があったとしても、位相シフト量のばらつきをきわめて少なくできることが分かる。
【００４６】
（実施の形態２）
図７は、実施の形態２に係る光導波路回路の製造方法を実施するための製造装置の模式的な構成図である。図７に示すように、この製造装置２０は、ＡｒＦエキシマレーザ２１と、シャッター１７と、ミラー１２ｂと、移動装置１４と、受光器１５と、測定制御器１６とを備えている。ミラー１２ｂ、移動装置１４、受光器１５、および測定制御器１６は図１に示す製造装置１０のものと同一である。
【００４７】
ＡｒＦエキシマレーザ２１は、紫外光である波長１９３ｎｍのレーザ光Ｌ３を出力する。シャッター１７はレーザ光Ｌ３のビーム径を絞る機能を有する。ミラー１２ｂは、移動装置１４に載置されたウェハＷ２に導くように配置されている。レーザ光Ｌ３のビーム径はシャッター１７によってたとえば約１０ｍｍ×１０ｍｍに調整される。
【００４８】
移動装置１４は、光導波路回路である多数のＡＷＧ素子が形成されたウェハＷ２を載置するとともに、レーザ光Ｌ３がウェハＷ２の所望の場所に照射されるようにウェハＷ２の位置を調整することができる。ウェハＷ２の表面には、レーザ光Ｌ３が照射されるべき場所以外を覆うシャドウマスクＭ２が形成されている。
【００４９】
図８は、図７に示すウェハに形成された１つのＡＷＧ素子の模式的な平面図である。図８に示すように、１つのＡＷＧ素子２は、入力光導波路２ａと、入力スラブ光導波路２ｂと、ｍ本（たとえば６００本）のチャネル光導波路２ｃと、出力スラブ光導波路２ｄと、ｎ本（たとえば４８本）の出力光導波路２ｅとがこの順に接続されて構成されている。
【００５０】
ここで、各チャネル光導波路２ｃの光路長は、内周側から外周側に向かって一定の光路長差ΔＬで増加するように設定されている。すなわち、隣接するチャネル光導波路２ｃ間の光路長差は等しくΔＬである。これによって、ＡＷＧ素子２は、入力光導波路２ａから、光の周波数上に等間隔に配列した波長λ１、・・、λｎの信号光からなる波長多重信号光を入力した場合に、各出力光導波路２ｅからそれぞれ波長λ１、・・、λｎの信号光を分離して出力することができる。このとき、たとえば入力光導波路２ａと、出力光導波路２ｅのうち波長λ１に対応する出力光導波路との間の透過スペクトルは、波長λ１において透過率が最大となるピークを有する。
【００５１】
このＡＷＧ素子２では、各チャネル光導波路２ｃの光路長の設計が素子の特性に大きく影響を与える。しかしながら、製造ぱらつきなどによって、光導波路構造の作製時には所望の光路長が得られない場合がある。その結果、入力光導波路２ａと各出力光導波路２ｅとの透過スペクトルにおいて、透過率のピークが所望の波長からずれてしまう場合がある。
【００５２】
そのため、本実施の形態２では、図７に示す製造装置２０によって以下のように光路長の調整（トリミング）を行う。
【００５３】
はじめに、ウェハＷ２にＡＷＧ素子２の光導波路構造を作製した後、水素処理を行う。この水素処理は、たとえば圧力１５ＭＰａ水素ガス下で７日間行う。
【００５４】
つぎに、移動装置１４に水素処理を行ったウェハＷ２を載置する。移動装置１４によってウェハＷ２の位置を調整した後、ＡｒＦエキシマレーザ２１からのレーザ光Ｌ３を、シャッター１７およびミラー１２ｂを介して所定のＡＷＧ素子２に導き、シャドウマスクＭ２で覆われていないチャネル光導波路２ｃ全体に照射し、光路長の調整を行う。
【００５５】
図９は、ＡＷＧ素子にレーザ光を照射した場合の変化を説明する模式的な断面図である。図９（ａ）に示すように、ＡＷＧ素子２のチャネル光導波路２ｃを含めたすべての光導波路のコアは、たとえばシリコンからなる基板２ｏの上で、その周囲に形成されたクラッド層２ｐに囲まれている。コアはＧｅが添加されており、クラッド層２ｐはＢまたはＰが添加されている。なお、各光導波路のコアの断面のサイズはたとえば６μｍ×６μｍである。クラッド層２ｐに対する光導波路の比屈折率差がたとえば０．７５％となるようにＧｅおよびＢまたはＰが添加されている。
【００５６】
ＡＷＧ素子２にレーザ光Ｌ３を照射すると、チャネル光導波路２ｃ中のＧｅがレーザ光Ｌ３を吸収し、レーザ光Ｌ３が照射された領域の屈折率が高くなるように変化する。ただし、ＫｒＦエキシマレーザを使用した実施の形態１の場合とは異なり、クラッド層２ｐ中のＢまたはＰは波長１９３ｎｍのレーザ光Ｌ３を吸収しない。
【００５７】
レーザ光Ｌ３を吸収したＧｅは波長４００ｎｍ付近の光を含む蛍光Ｌ４を発光する。受光器１５は、このＧｅの蛍光Ｌ４を受光してその受光量に対応する電流を出力する。測定制御器１６は、受光器１５からの電流量に基づいてＧｅの発光量を測定し、発光量の積算値を算出する。そして、この発光量の積算値が所定値に達したら、測定制御器１６がＡｒＦエキシマレーザ２１を制御して、レーザ光Ｌ３の照射を停止する。これによって、光路長の調整は終了する（図９（ｂ））。なお、レーザ光Ｌ３の照射の停止は、測定制御器１６が表示する発光量の積算値に基づいて、作業者が停止作業を行っても良い。
【００５８】
本実施の形態２では、実施の形態１と同様に、吸収したエネルギー量に比例する蛍光の発光量の積算値に基づいて光路長を調整している。レーザ光Ｌ３が照射されたチャネル光導波路２ｃのコアの屈折率の変化量は、吸収されたレーザ光Ｌ３のエネルギー量に比例する。本実施の形態２のように、発光量の積算値に基づきレーザ光Ｌ３の照射時間を制御し、光路長を調整することによって、精度よく光路長の調整を行うことができる。
【００５９】
特に、本実施の形態２では、ＡｒＦエキシマレーザ２１の波長１９３ｎｍのレーザ光Ｌ３を使用している。その結果、クラッド層２ｐ中のＢまたはＰはレーザ光を吸収しないので、プレ照射時間のばらつきの問題が発生しない。したがって、よりいっそう精度よく光路長の調整を行うことができる。
【００６０】
なお、光路長の調整後は、たとえば温度８０℃で４８時間の水素抜き処理と温度３００℃以上で１０分間の特性安定化処理を行うことで、所望の特性に調整されたＡＷＧ素子２を製造することができる。
【００６１】
つぎに、実施の形態２に従い、ＡＷＧ素子のチャネル導波路にＡｒＦエキシマレーザからの波長１９３ｎｍのレーザ光を照射して光路長を調整した場合の透過スペクトルの測定結果について説明する。
【００６２】
図１０は、ＡｒＦエキシマレーザを用いた場合の、入力光導波路と所定の出力導波路との間の調整前後の透過スペクトルを示す図である。なお、透過スペクトルは、ＴＭ偏波（ＡＷＧ素子を形成したウェハの表面に垂直方向の偏波）の光を用いて測定した。
【００６３】
図１０に示すように、トリミングを行って光路長を調整することによって、所定の出力導波路に関する透過ピーク波長をシフトする調整を行うことができる。
【００６４】
図１１は、同一ウェハから作製した異なるＡＷＧ素子のサンプルにおける発光量と波長シフト量との関係を示す図である。図１１中の実線は、最小二乗法によるデータ点の近似直線を示している。なお、発光量は、レーザ光の照射開始時からの積算値である。発光量の積算値の単位は「Ｊ／ｃｍ２」であり、図１１の横軸のスケールはこの単位に比例している。図１１から、発光量の積算値に基づいてレーザ光の照射を制御し、光路差を調整すれば、波長シフト量のばらつきをきわめて少なくできることが分かる。
【００６５】
つぎに、ＡＷＧ素子のチャネル導波路に、実施の形態１のようにＫｒＦエキシマレーザからの波長２４８ｎｍのレーザ光を照射して光路長を調整した場合の透過スペクトルを測定した。
【００６６】
図１２は、ＫｒＦエキシマレーザを用いた場合の、入力光導波路と所定の出力導波路との間の調整前後の透過スペクトルを示す図である。なお、透過スペクトルは、ＴＭ偏波の光を用いて測定した。
【００６７】
図１２に示すように、ＫｒＦエキシマレーザを用いた場合も同様に、所定の出力導波路に関する透過ピーク波長をシフトする調整を行うことができる。ただし、ＫｒＦエキシマレーザを用いた場合は、クラッド層のＢまたはＰが光を吸収するため、クラッド層の屈折率も変化する。その結果、コアとクラッド層との間の比屈折率差が変化してしまう。これによって、図１２に示すように、調整後の透過スペクトルにおいては、中央の透過ピークの両側に小さい透過ピークが現れる。このことは、透過ピーク波長をシフトする調整によって、ＡＷＧ素子におけるチャネル光導波路間のクロストークが劣化したことを示している。したがって、このようなクロストークの劣化を防止するためには、ＡｒＦエキシマレーザを用いて調整を行うことが好ましい。
【００６８】
なお、上記実施の形態では、光導波路回路である９０度ハイブリッド素子およびＡＷＧ素子のクラッド層はＢまたはＰを含有しているが、ＢまたはＰは含有されていなくてもよい。クラッド層にＢまたはＰが含有されていない場合は、たとえばＫｒＦエキシマレーザを用いる場合でも、上記のようなプレ照射時間のばらつきや、クロストークの劣化を発生しないようにできる。
【００６９】
また、上記実施の形態では、紫外光源としてエキシマレーザを使用しているが、紫外光を出力できる光源であれば特に限定されない。また、コアに添加するドーパントはＧｅに限らず、照射する紫外光を吸収してガラス媒質の屈折率を変化させることができるドーパントであれば特に限定されない。
【００７０】
また、上記実施の形態では、光導波路回路として９０度ハイブリッド素子およびＡＷＧ素子を例示しているが、コアの屈折率を変化させて特性を調整できるものであれば、光導波路回路の種類は特に限定されない。
【００７１】
また、上記各実施の形態により本発明が限定されるものではない。上記各実施形態の各構成要素を適宜組み合わせて構成したものも本発明に含まれる。その他、上記実施の形態に基づいて当業者等によりなされる他の実施の形態、実施例及び運用技術等は全て本発明に含まれる。
【符号の説明】
【００７２】
１ ９０度ハイブリッド素子
１ａ、１ｂ、２ａ 入力光導波路
１ｃ、１ｄ Ｙ分岐光導波路
１ｅ、１ｆ、１ｇ、１ｈ アーム光導波路
１ｉ、１ｊ ３ｄＢカプラ
１ｋ、１ｌ、１ｍ、１ｎ、２ｅ 出力光導波路
１ｏ、２ｏ 基板
１ｐ、２ｐ クラッド層
１ｑ 領域
２ ＡＷＧ素子
２ｂ 入力スラブ光導波路
２ｃ チャネル光導波路
２ｄ 出力スラブ光導波路
１０、２０ 製造装置
１１ ＫｒＦエキシマレーザ
１２ａ ミラー系
１２ｂ ミラー
１３ コリメートレンズ系
１４ 移動装置
１５ 受光器
１６ 測定制御器
１７ シャッター
２１ ＡｒＦエキシマレーザ
Ｌ１、Ｌ３ レーザ光
Ｌ２、Ｌ４ 蛍光
Ｍ１、Ｍ２ シャドウマスク
Ｗ１、Ｗ２ ウェハ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光導波路回路の製造方法および製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
主に光通信の分野において、石英系ガラスを材料とする光導波路回路である平面光波回路(Planar Lightwave Circuit：ＰＬＣ)により構成したマッハツェンダー光干渉計(Mach-Zehnder interferometer：ＭＺＩ)やアレイ導波路回折格子(Arrayed-Waveguide Grating：ＡＷＧ)などの光干渉計素子が用いられている。これらの光導波路回路は、光を導波するコアと、コアの周囲に形成されたクラッドとからなる光導波路を備えている。
【０００３】
このような光干渉計素子は光の干渉作用を利用しているため、光導波路の光路長等に製造誤差がある場合には、所望の特性が得られない場合がある。そこで、光干渉計素子の製造の際には、導波路構造を作製した後に、コアの一部分に紫外光を照射してコアの屈折率を高める工程が行われる場合がある。この工程はトリミング工程とも呼ばれる。このトリミング工程によって光導波路の光路長を調整することができるので、素子の特性を調整することができる。なお、コアがゲルマニウム（Ｇｅ）を含有している場合には、Ｇｅが紫外光を吸収して媒質である石英系ガラスの屈折率を変化させるので、紫外光照射によりコアの屈折率を高めることができる。
【０００４】
たとえば、特許文献１では、導波路構造を作製したＭＺＩ素子に水素を含浸させた後熱処理を行う水素処理工程を行うことによって、コアに含まれるＧｅの紫外光吸収係数を増大させている。これによってコアの光誘起屈折率変化の感受性を高めている。その後、コアの一部分にＫｒＦエキシマレーザのレーザ光（波長２４８ｎｍ）を照射して素子の特性を調整している。なお、紫外光源としてはＡｒＦエキシマレーザ（波長１９３ｎｍ）を用いる場合もある。また、光導波路に紫外光を照射して素子の特性を調整する方法は、光干渉計素子に限らず使用されている（特許文献２〜４参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平０６−３０８５４６号公報
【特許文献２】特開２００１−３１１８４７号公報
【特許文献３】特開２００４−３１７８０２号公報
【特許文献４】特開２００５−３１３５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、素子間または素子内でコアのサイズまたはＧｅの含有量にばらつきがあると、紫外光の照射時間の調整によってコアの屈折率の変化量を調整しようとすると、素子間または素子内でその調整量にばらつきが生じる。その結果調整後の素子特性にばらつきが生じたり、所望の特性が得られない場合があったりするという問題がある。
【０００７】
特に、光導波路に水素処理工程を行う場合、光導波路のクラッドにホウ素（Ｂ）やリン（Ｐ）が添加されていると、水素処理によってクラッドの紫外光吸収（たとえば波長２４８ｎｍの吸収）も増大する場合がある。その結果、その後の紫外光照射を行った場合にクラッドの屈折率も変化する場合がある。したがって、素子間または素子内でクラッドの厚さやＢまたはＰの含有量にばらつきがあると、コアの場合と同様に調整後の素子特性にばらつきが生じたり、所望の特性が得られない場合があったりするというさらなる問題がある。
【０００８】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、紫外光照射による特性の調整を高精度にできる光導波路回路の製造方法および製造装置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】
【０００９】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る光導波路回路の製造方法は、紫外光を吸収して媒質の屈折率を変化させるドーパントを含有するコアと該コアの周囲に形成されたクラッドとを備える光導波路回路の該コアに紫外光を照射する紫外光照射工程と、前記ドーパントからの発光量を測定する発光量測定工程と、を含み、前記測定した発光量の積算値に基づいて前記光導波路回路の特性を調整する。
【００１０】
また、本発明に係る光導波路回路の製造方法は、上記発明において、前記測定した発光量の積算値が所定値に到達したときに前記紫外光の照射を停止する。
【００１１】
また、本発明に係る光導波路回路の製造方法は、上記発明において、前記ドーパントはゲルマニウムである。
【００１２】
また、本発明に係る光導波路回路の製造方法は、上記発明において、前記紫外光の波長は波長１９３ｎｍである。
【００１３】
また、本発明に係る光導波路回路の製造方法は、上記発明において、前記紫外光の波長は波長２４８ｎｍである。
【００１４】
また、本発明に係る光導波路回路の製造方法は、上記発明において、前記光導波路のクラッドはホウ素またはリンを含有する。
【００１５】
また、本発明に係る光導波路回路の製造装置は、紫外光を吸収して媒質の屈折率を変化させるドーパントを含有するコアと該コアの周囲に形成されたクラッドとを備える光導波路回路の該コアに紫外光を照射する紫外光源と、前記ドーパントからの発光量を測定する発光量測定器と、を備え、前記測定した発光量の積算値に基づいて前記光導波路回路の特性を調整する。
【００１６】
また、本発明に係る光導波路回路の製造装置は、上記発明において、前記測定した発光量の積算値が所定値に到達したときに前記紫外光の照射を停止する制御器を備える。
【００１７】
また、本発明に係る光導波路回路の製造装置は、上記発明において、前記ドーパントはゲルマニウムである。
【００１８】
また、本発明に係る光導波路回路の製造装置は、上記発明において、前記紫外光の波長は波長１９３ｎｍである。
【００１９】
また、本発明に係る光導波路回路の製造装置は、上記発明において、前記紫外光の波長は波長２４８ｎｍである。
【００２０】
また、本発明に係る光導波路回路の製造装置は、上記発明において、前記光導波路のクラッドはホウ素またはリンを含有する。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、紫外光照射による光導波路回路の特性の調整を高精度にできるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】図１は、実施の形態１に係る光導波路回路の製造方法を実施するための製造装置の模式的な構成図である。
【図２】図２は、図１に示すウェハに形成された１つの９０度ハイブリッド素子の模式的な平面図である。
【図３】図３は、９０度ハイブリッド素子にレーザ光を照射した場合の変化を説明する模式的な断面図である。
【図４】図４は、同一のウェハから作製した異なる９０度ハイブリッド素子のサンプルにおけるレーザ光の照射時間と位相シフト量との関係を示す図である。
【図５】図５は、異なる２つのウェハから作製した９０度ハイブリッド素子のサンプルにおけるレーザ光の照射時間と位相シフト量との関係を示す図である。
【図６】図６は、異なるウェハから作製した９０度ハイブリッド素子のサンプルにおける発光量と位相シフト量との関係を示す図である。
【図７】図７は、実施の形態２に係る光導波路回路の製造方法を実施するための製造装置の模式的な構成図である。
【図８】図８は、図７に示すウェハに形成された１つのＡＷＧ素子の模式的な平面図である。
【図９】図９は、ＡＷＧ素子にレーザ光を照射した場合の変化を説明する模式的な断面図である。
【図１０】図１０は、ＡｒＦエキシマレーザを用いた場合の、入力光導波路と所定の出力導波路との間の調整前後の透過スペクトルを示す図である。
【図１１】図１１は、同一ウェハから作製した異なるＡＷＧ素子のサンプルにおける発光量と位相シフト量との関係を示す図である。
【図１２】図１２は、ＫｒＦエキシマレーザを用いた場合の、入力光導波路と所定の出力導波路との間の調整前後の透過スペクトルを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下に、図面を参照して本発明に係る光導波路回路の製造方法および製造装置の実施の形態を詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、各図面において、同一または対応する要素には適宜同一の符号を付している。
【００２４】
（実施の形態１）
図１は、実施の形態１に係る光導波路回路の製造方法を実施するための製造装置の模式的な構成図である。図１に示すように、この製造装置１０は、ＫｒＦエキシマレーザ１１と、ミラー系１２ａと、コリメートレンズ系１３と、ミラー１２ｂと、移動装置１４と、受光器１５と、測定制御器１６とを備えている。
【００２５】
ＫｒＦエキシマレーザ１１は、紫外光である波長２４８ｎｍのレーザ光Ｌ１を出力する。ミラー系１２ａ、コリメートレンズ系１３、およびミラー１２ｂは、レーザ光Ｌ１をコリメートし、移動装置１４に載置されたウェハＷ１に導くように配置されている。なお、ミラー系１２ａ、コリメートレンズ系１３、およびミラー１２ｂによって、レーザ光Ｌ１のビーム径はたとえば約１０ｍｍ×１５ｍｍに調整される。
【００２６】
移動装置１４は、光導波路回路である多数の９０度ハイブリッド素子が形成されたウェハＷ１を載置するとともに、ウェハＷ１を、紙面の左右方向および紙面に垂直方向に移動させることができるように構成されている。これによって、移動装置１４は、レーザ光Ｌ１がウェハＷ１の所望の場所に照射されるように、ウェハＷ１の位置を調整することができる。なお、ウェハＷ１の表面には、レーザ光Ｌ１が照射されるべき場所以外を覆うシャドウマスクＭ１が形成されている。
【００２７】
受光器１５は、たとえばフォトダイオードを備えており、９０度ハイブリッド素子からの発光を受光できるように配置されている。測定制御器１６は、受光器１５に接続されている。測定制御器１６は、受光器１５の受光量をもとに９０度ハイブリッド素子からの発光量を測定する照度計と、発光量の積算値を算出し、その積算値をもとにＫｒＦエキシマレーザ１１を制御する制御器とを備えている。
【００２８】
図２は、図１に示すウェハに形成された１つの９０度ハイブリッド素子の模式的な平面図である。図２に示すように、１つの９０度ハイブリッド素子１は、入力光導波路１ａ、１ｂと、入力光導波路１ａに接続したＹ分岐光導波路１ｃと、入力光導波路１ｂに接続したＹ分岐光導波路１ｄと、Ｙ分岐光導波路１ｃに接続したアーム光導波路１ｅ、１ｆと、Ｙ分岐光導波路１ｄに接続したアーム光導波路１ｇ、１ｈと、アーム光導波路１ｅ、１ｇに接続した方向性結合器からなる３ｄＢカプラ１ｉと、アーム光導波路１ｆ、１ｈに接続した方向性結合器からなる３ｄＢカプラ１ｊと、３ｄＢカプラ１ｉに接続した出力光導波路１ｋ、１ｌと、３ｄＢカプラ１ｊに接続した出力光導波路１ｍ、１ｎと、を備えている。
【００２９】
アーム光導波路１ｅ、１ｆは同じ光路長である。アーム光導波路１ｈの光路長とアーム光導波路１ｇの光路長とは、光路差が光の位相に換算して９０度となるように設定されている。たとえば、アーム光導波路１ｈの光路長はアーム光導波路１ｅ、１ｆの光路長よりも光の位相に換算してπ／４ラジアン（４５度）だけ短く設定され、アーム光導波路１ｇの光路長はアーム光導波路１ｅ、１ｆの光路長よりも光の位相に換算してπ／４ラジアンだけ長く設定されている。これによって、９０度ハイブリッド素子１は、３ｄＢカプラ１ｊの出力特性と３ｄＢカプラ１ｉとで位相が９０度異なる干渉特性を有する。
【００３０】
この９０度ハイブリッド素子１は、たとえば偏波多重四値位相変調（ＤＰ−ＱＰＳＫ：Dual Polarization Quadrature Phase Shift Keying）方式を用いる光伝送システムの受光側において、局所発振（Local Oscillation：ＬＯ）光と伝送後のＤＰ−ＱＰＳＫ光信号とを混合させて干渉させるために用いられる。たとえば、偏波分離されたＬＯ光とＤＰ−ＱＰＳＫ光信号とが入力光導波路１ａ、１ｂのそれぞれに入力され、混合、干渉した後に出力光導波路１ｋ、１ｌ、１ｍ、１ｎのそれぞれから出力される。出力光導波路１ｋ、１ｌ、１ｍ、１ｎから出力された光をバランスドフォトディテクタ（Balanced-Photo Detector：Ｂ−ＰＤ）によって受光することによって、変調信号のＩチャネルとＱチャネルとを分離して、電気信号として取り出すことができる。
【００３１】
この９０度ハイブリッド素子１では、アーム光導波路１ｅ、１ｆ、１ｇ、１ｈの光路長の設計が素子の特性に大きく影響を与える。しかしながら、製造ばらつきなどによって、光導波路構造の作製時には所望の光路長が得られない場合がある。
【００３２】
そのため、本実施の形態１では、図１に示す製造装置１０によって以下のように光路長の調整（トリミング）を行う。
【００３３】
はじめに、ウェハＷ１に９０度ハイブリッド素子１の光導波路構造を作製した後、水素処理を行う。この水素処理は、たとえば圧力１５ＭＰａ水素ガス下で７日間行う。
【００３４】
つぎに、図１に示すように移動装置１４に水素処理を行ったウェハＷ１を載置する。移動装置１４によってウェハＷ１の位置を調整した後、ＫｒＦエキシマレーザ１１からのレーザ光Ｌ１を、ミラー系１２ａ、コリメートレンズ系１３、およびミラー１２ｂによって所定の９０度ハイブリッド素子１に導き、シャドウマスクＭ１で覆われていないアーム光導波路のいずれか（たとえばアーム光導波路１ｅ）に照射し、光路長の調整を行う。
【００３５】
図３は、９０度ハイブリッド素子にレーザ光を照射した場合の変化を説明する模式的な断面図である。図３（ａ）に示すように、９０度ハイブリッド素子１のアーム光導波路１ｅを含めたすべての光導波路のコアは、たとえばシリコンからなる基板１ｏの上で、その周囲に形成されたクラッド層１ｐに囲まれている。コアはＧｅが添加されており、クラッド層１ｐはＢまたはＰが添加されている。なお、アーム光導波路１ｅを含めた光導波路のコアの断面のサイズはたとえば６μｍ×６μｍである。またクラッド層１ｐに対するコアの比屈折率差がたとえば０．７５％となるようにＧｅおよびＢまたはＰが添加されている。
【００３６】
９０度ハイブリッド素子１にレーザ光Ｌ１を照射すると、クラッド層１ｐ中のＢまたはＰ、およびアーム光導波路１ｅのコア中のＧｅがレーザ光Ｌ１を吸収する。これによって、アーム光導波路１ｅのコアおよびクラッド層１ｐのうち、レーザ光Ｌ１が照射された領域の屈折率が高くなるように変化する。このように屈折率を変化させることによって光路長を調整することができる。図３（ｂ）の領域１ｑは屈折率が変化した領域を示している。
【００３７】
レーザ光Ｌ１を吸収したＢまたはＰは発光しない。これに対して、レーザ光Ｌ１を吸収したＧｅは波長４００ｎｍ付近の光を含む蛍光Ｌ２を発光する。受光器１５は、このＧｅの蛍光Ｌ２を受光してその受光量に対応する電流を出力する。測定制御器１６は、受光器１５からの電流量に基づいてＧｅの発光量を測定し、発光量の積算値を算出する。そして、この発光量の積算値が所定値に達したら、測定制御器１６がＫｒＦエキシマレーザ１１を制御して、レーザ光Ｌ１の照射を停止する。これによって、光路長の調整は終了する。なお、レーザ光Ｌ１の照射の停止は、測定制御器１６が表示する発光量の積算値に基づいて、作業者が停止作業を行っても良い。
【００３８】
ここで、たとえば従来のようにレーザ光Ｌ１の照射時間に基づいて光路長を調整する場合は、コアのサイズやＧｅの含有量にばらつきがある場合には、同一の照射時間であっても、コアで吸収されるレーザ光Ｌ１のエネルギー量にもばらつきが生じる。その結果、光路長の調整量にもばらつきが生じる。
【００３９】
特に、ＫｒＦエキシマレーザ１１のような波長２４８ｎｍのレーザ光Ｌ１を用いた場合には、クラッド層１ｐ中のＢまたはＰもレーザ光Ｌ１を吸収する。そのため、レーザ光Ｌ１の照射開始から所定の時間まではクラッド層１ｐ中のＢまたはＰが主にレーザ光Ｌ１を吸収し、その吸収が飽和した後に、アーム光導波路１ｅの導波路コア中のＧｅによるレーザ光Ｌ１の吸収が主となる。レーザ光Ｌ１の照射開始から、ＢまたはＰの光吸収が飽和するまでの時間は、プレ照射時間とも呼ばれる。このプレ照射時間は、クラッド層１ｐの厚さのばらつきやＢまたはＰの含有量のぱらつきに応じてばらつくので、レーザ光Ｌ１の照射時間に基づいて光路長を調整する場合は、光路長の調整量のばらつきがさらに大きくなるおそれがある。
【００４０】
これに対して、本実施の形態１では、Ｇｅが吸収したエネルギー量に比例する蛍光の発光量の積算値に基づいて光路長を調整している。レーザ光Ｌ１が照射されたアーム光導波路１ｅのコアの屈折率の変化量は、吸収されたレーザ光Ｌ１のエネルギー量に比例する。吸収されたエネルギー量を直接測定することは困難である。しかしながら、本実施の形態１のように、発光量の積算値に基づきレーザ光Ｌ１の照射時間を制御し、光路長を調整することによって、精度よく光路長の調整を行うことができる。
【００４１】
なお、光路長の調整後は、たとえば温度８０℃で４８時間の水素抜き処理と温度３００℃以上で１０分間の特性安定化処理を行うことで、所望の特性に調整された９０度ハイブリッド素子１を製造することができる。
【００４２】
つぎに、実施の形態１に従い、９０度ハイブリッド素子のアーム導波路にＫｒＦエキシマレーザからの波長２４８ｎｍのレーザ光を照射して光路長を調整した場合の、３ｄＢカプラの干渉特性の位相シフト量の測定結果について説明する。
【００４３】
図４は、同一のウェハから作製した異なる９０度ハイブリッド素子のサンプルにおけるレーザ光の照射時間と位相シフト量との関係を示す図である。図４中の実線は、最小二乗法によるデータ点の近似直線を示している。図４において、照射時間が４０秒以下のときに位相シフト量がばらついている。このことはプレ照射時間がばらついていることを示している。また、レーザ光の照射時間によって位相シフト量を調整しようとした場合は、同じウェハから作製したサンプルであっても、位相シフト量にばらつきが生じることが分かる。
【００４４】
図５は、異なる２つのウェハから作製した９０度ハイブリッド素子のサンプルにおけるレーザ光の照射時間と位相シフト量との関係を示す図である。図５中の実線は、あるウェハからのサンプルについての、最小二乗法によるひし形のデータ点の近似直線を示している。図５中の破線は、別のウェハからのサンプルについての、最小二乗法による三角形のデータ点の近似直線を示している。図５から、異なるウェハから作製したサンプル間ではさらに位相シフト量にばらつきが生じることが分かる。
【００４５】
一方、図６は、異なるウェハから作製した９０度ハイブリッド素子のサンプルにおける発光量と位相シフト量との関係を示す図である。図６中の実線は、最小二乗法によるひし形および三角形のデータ点の近似直線を示している。なお、発光量は、レーザ光の照射開始時からの積算値であり、プレ照射時間において測定した発光も含まれている。発光量の積算値の単位は「Ｊ／ｃｍ２」であり、図６の横軸のスケールはこの単位に比例している。図６から、発光量の積算値と位相シフト量とは比例関係にあり、かつばらつきがきわめて少ないことが分かる。すなわち、発光量の積算値に基づいてレーザ光の照射を制御し、光路差を調整すれば、クラッド層のＢまたはＰの含有量のばらつきやコアのＧｅの含有量のばらつき等があったとしても、位相シフト量のばらつきをきわめて少なくできることが分かる。
【００４６】
（実施の形態２）
図７は、実施の形態２に係る光導波路回路の製造方法を実施するための製造装置の模式的な構成図である。図７に示すように、この製造装置２０は、ＡｒＦエキシマレーザ２１と、シャッター１７と、ミラー１２ｂと、移動装置１４と、受光器１５と、測定制御器１６とを備えている。ミラー１２ｂ、移動装置１４、受光器１５、および測定制御器１６は図１に示す製造装置１０のものと同一である。
【００４７】
ＡｒＦエキシマレーザ２１は、紫外光である波長１９３ｎｍのレーザ光Ｌ３を出力する。シャッター１７はレーザ光Ｌ３のビーム径を絞る機能を有する。ミラー１２ｂは、移動装置１４に載置されたウェハＷ２に導くように配置されている。レーザ光Ｌ３のビーム径はシャッター１７によってたとえば約１０ｍｍ×１０ｍｍに調整される。
【００４８】
移動装置１４は、光導波路回路である多数のＡＷＧ素子が形成されたウェハＷ２を載置するとともに、レーザ光Ｌ３がウェハＷ２の所望の場所に照射されるようにウェハＷ２の位置を調整することができる。ウェハＷ２の表面には、レーザ光Ｌ３が照射されるべき場所以外を覆うシャドウマスクＭ２が形成されている。
【００４９】
図８は、図７に示すウェハに形成された１つのＡＷＧ素子の模式的な平面図である。図８に示すように、１つのＡＷＧ素子２は、入力光導波路２ａと、入力スラブ光導波路２ｂと、ｍ本（たとえば６００本）のチャネル光導波路２ｃと、出力スラブ光導波路２ｄと、ｎ本（たとえば４８本）の出力光導波路２ｅとがこの順に接続されて構成されている。
【００５０】
ここで、各チャネル光導波路２ｃの光路長は、内周側から外周側に向かって一定の光路長差ΔＬで増加するように設定されている。すなわち、隣接するチャネル光導波路２ｃ間の光路長差は等しくΔＬである。これによって、ＡＷＧ素子２は、入力光導波路２ａから、光の周波数上に等間隔に配列した波長λ１、・・、λｎの信号光からなる波長多重信号光を入力した場合に、各出力光導波路２ｅからそれぞれ波長λ１、・・、λｎの信号光を分離して出力することができる。このとき、たとえば入力光導波路２ａと、出力光導波路２ｅのうち波長λ１に対応する出力光導波路との間の透過スペクトルは、波長λ１において透過率が最大となるピークを有する。
【００５１】
このＡＷＧ素子２では、各チャネル光導波路２ｃの光路長の設計が素子の特性に大きく影響を与える。しかしながら、製造ぱらつきなどによって、光導波路構造の作製時には所望の光路長が得られない場合がある。その結果、入力光導波路２ａと各出力光導波路２ｅとの透過スペクトルにおいて、透過率のピークが所望の波長からずれてしまう場合がある。
【００５２】
そのため、本実施の形態２では、図７に示す製造装置２０によって以下のように光路長の調整（トリミング）を行う。
【００５３】
はじめに、ウェハＷ２にＡＷＧ素子２の光導波路構造を作製した後、水素処理を行う。この水素処理は、たとえば圧力１５ＭＰａ水素ガス下で７日間行う。
【００５４】
つぎに、移動装置１４に水素処理を行ったウェハＷ２を載置する。移動装置１４によってウェハＷ２の位置を調整した後、ＡｒＦエキシマレーザ２１からのレーザ光Ｌ３を、シャッター１７およびミラー１２ｂを介して所定のＡＷＧ素子２に導き、シャドウマスクＭ２で覆われていないチャネル光導波路２ｃ全体に照射し、光路長の調整を行う。
【００５５】
図９は、ＡＷＧ素子にレーザ光を照射した場合の変化を説明する模式的な断面図である。図９（ａ）に示すように、ＡＷＧ素子２のチャネル光導波路２ｃを含めたすべての光導波路のコアは、たとえばシリコンからなる基板２ｏの上で、その周囲に形成されたクラッド層２ｐに囲まれている。コアはＧｅが添加されており、クラッド層２ｐはＢまたはＰが添加されている。なお、各光導波路のコアの断面のサイズはたとえば６μｍ×６μｍである。クラッド層２ｐに対する光導波路の比屈折率差がたとえば０．７５％となるようにＧｅおよびＢまたはＰが添加されている。
【００５６】
ＡＷＧ素子２にレーザ光Ｌ３を照射すると、チャネル光導波路２ｃ中のＧｅがレーザ光Ｌ３を吸収し、レーザ光Ｌ３が照射された領域の屈折率が高くなるように変化する。ただし、ＫｒＦエキシマレーザを使用した実施の形態１の場合とは異なり、クラッド層２ｐ中のＢまたはＰは波長１９３ｎｍのレーザ光Ｌ３を吸収しない。
【００５７】
レーザ光Ｌ３を吸収したＧｅは波長４００ｎｍ付近の光を含む蛍光Ｌ４を発光する。受光器１５は、このＧｅの蛍光Ｌ４を受光してその受光量に対応する電流を出力する。測定制御器１６は、受光器１５からの電流量に基づいてＧｅの発光量を測定し、発光量の積算値を算出する。そして、この発光量の積算値が所定値に達したら、測定制御器１６がＡｒＦエキシマレーザ２１を制御して、レーザ光Ｌ３の照射を停止する。これによって、光路長の調整は終了する（図９（ｂ））。なお、レーザ光Ｌ３の照射の停止は、測定制御器１６が表示する発光量の積算値に基づいて、作業者が停止作業を行っても良い。
【００５８】
本実施の形態２では、実施の形態１と同様に、吸収したエネルギー量に比例する蛍光の発光量の積算値に基づいて光路長を調整している。レーザ光Ｌ３が照射されたチャネル光導波路２ｃのコアの屈折率の変化量は、吸収されたレーザ光Ｌ３のエネルギー量に比例する。本実施の形態２のように、発光量の積算値に基づきレーザ光Ｌ３の照射時間を制御し、光路長を調整することによって、精度よく光路長の調整を行うことができる。
【００５９】
特に、本実施の形態２では、ＡｒＦエキシマレーザ２１の波長１９３ｎｍのレーザ光Ｌ３を使用している。その結果、クラッド層２ｐ中のＢまたはＰはレーザ光を吸収しないので、プレ照射時間のばらつきの問題が発生しない。したがって、よりいっそう精度よく光路長の調整を行うことができる。
【００６０】
なお、光路長の調整後は、たとえば温度８０℃で４８時間の水素抜き処理と温度３００℃以上で１０分間の特性安定化処理を行うことで、所望の特性に調整されたＡＷＧ素子２を製造することができる。
【００６１】
つぎに、実施の形態２に従い、ＡＷＧ素子のチャネル導波路にＡｒＦエキシマレーザからの波長１９３ｎｍのレーザ光を照射して光路長を調整した場合の透過スペクトルの測定結果について説明する。
【００６２】
図１０は、ＡｒＦエキシマレーザを用いた場合の、入力光導波路と所定の出力導波路との間の調整前後の透過スペクトルを示す図である。なお、透過スペクトルは、ＴＭ偏波（ＡＷＧ素子を形成したウェハの表面に垂直方向の偏波）の光を用いて測定した。
【００６３】
図１０に示すように、トリミングを行って光路長を調整することによって、所定の出力導波路に関する透過ピーク波長をシフトする調整を行うことができる。
【００６４】
図１１は、同一ウェハから作製した異なるＡＷＧ素子のサンプルにおける発光量と波長シフト量との関係を示す図である。図１１中の実線は、最小二乗法によるデータ点の近似直線を示している。なお、発光量は、レーザ光の照射開始時からの積算値である。発光量の積算値の単位は「Ｊ／ｃｍ２」であり、図１１の横軸のスケールはこの単位に比例している。図１１から、発光量の積算値に基づいてレーザ光の照射を制御し、光路差を調整すれば、波長シフト量のばらつきをきわめて少なくできることが分かる。
【００６５】
つぎに、ＡＷＧ素子のチャネル導波路に、実施の形態１のようにＫｒＦエキシマレーザからの波長２４８ｎｍのレーザ光を照射して光路長を調整した場合の透過スペクトルを測定した。
【００６６】
図１２は、ＫｒＦエキシマレーザを用いた場合の、入力光導波路と所定の出力導波路との間の調整前後の透過スペクトルを示す図である。なお、透過スペクトルは、ＴＭ偏波の光を用いて測定した。
【００６７】
図１２に示すように、ＫｒＦエキシマレーザを用いた場合も同様に、所定の出力導波路に関する透過ピーク波長をシフトする調整を行うことができる。ただし、ＫｒＦエキシマレーザを用いた場合は、クラッド層のＢまたはＰが光を吸収するため、クラッド層の屈折率も変化する。その結果、コアとクラッド層との間の比屈折率差が変化してしまう。これによって、図１２に示すように、調整後の透過スペクトルにおいては、中央の透過ピークの両側に小さい透過ピークが現れる。このことは、透過ピーク波長をシフトする調整によって、ＡＷＧ素子におけるチャネル光導波路間のクロストークが劣化したことを示している。したがって、このようなクロストークの劣化を防止するためには、ＡｒＦエキシマレーザを用いて調整を行うことが好ましい。
【００６８】
なお、上記実施の形態では、光導波路回路である９０度ハイブリッド素子およびＡＷＧ素子のクラッド層はＢまたはＰを含有しているが、ＢまたはＰは含有されていなくてもよい。クラッド層にＢまたはＰが含有されていない場合は、たとえばＫｒＦエキシマレーザを用いる場合でも、上記のようなプレ照射時間のばらつきや、クロストークの劣化を発生しないようにできる。
【００６９】
また、上記実施の形態では、紫外光源としてエキシマレーザを使用しているが、紫外光を出力できる光源であれば特に限定されない。また、コアに添加するドーパントはＧｅに限らず、照射する紫外光を吸収してガラス媒質の屈折率を変化させることができるドーパントであれば特に限定されない。
【００７０】
また、上記実施の形態では、光導波路回路として９０度ハイブリッド素子およびＡＷＧ素子を例示しているが、コアの屈折率を変化させて特性を調整できるものであれば、光導波路回路の種類は特に限定されない。
【００７１】
また、上記各実施の形態により本発明が限定されるものではない。上記各実施形態の各構成要素を適宜組み合わせて構成したものも本発明に含まれる。その他、上記実施の形態に基づいて当業者等によりなされる他の実施の形態、実施例及び運用技術等は全て本発明に含まれる。
【符号の説明】
【００７２】
１ ９０度ハイブリッド素子
１ａ、１ｂ、２ａ 入力光導波路
１ｃ、１ｄ Ｙ分岐光導波路
１ｅ、１ｆ、１ｇ、１ｈ アーム光導波路
１ｉ、１ｊ ３ｄＢカプラ
１ｋ、１ｌ、１ｍ、１ｎ、２ｅ 出力光導波路
１ｏ、２ｏ 基板
１ｐ、２ｐ クラッド層
１ｑ 領域
２ ＡＷＧ素子
２ｂ 入力スラブ光導波路
２ｃ チャネル光導波路
２ｄ 出力スラブ光導波路
１０、２０ 製造装置
１１ ＫｒＦエキシマレーザ
１２ａ ミラー系
１２ｂ ミラー
１３ コリメートレンズ系
１４ 移動装置
１５ 受光器
１６ 測定制御器
１７ シャッター
２１ ＡｒＦエキシマレーザ
Ｌ１、Ｌ３ レーザ光
Ｌ２、Ｌ４ 蛍光
Ｍ１、Ｍ２ シャドウマスク
Ｗ１、Ｗ２ ウェハ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
紫外光を吸収して媒質の屈折率を変化させるドーパントを含有するコアと該コアの周囲に形成されたクラッドとを備える光導波路回路の該コアに紫外光を照射する紫外光照射工程と、
前記ドーパントからの発光量を測定する発光量測定工程と、
を含み、前記測定した発光量の積算値に基づいて前記光導波路回路の特性を調整することを特徴とする光導波路回路の製造方法。
【請求項２】
前記測定した発光量の積算値が所定値に到達したときに前記紫外光の照射を停止することを特徴とする請求項１に記載の光導波路回路の製造方法。
【請求項３】
前記ドーパントはゲルマニウムであることを特徴とする請求項１または２に記載の光導波路回路の製造方法。
【請求項４】
前記紫外光の波長は波長１９３ｎｍであることを特徴とする請求項３に記載の光導波路回路の製造方法。
【請求項５】
前記紫外光の波長は波長２４８ｎｍであることを特徴とする請求項３に記載の光導波路回路の製造方法。
【請求項６】
前記光導波路のクラッドはホウ素またはリンを含有することを特徴とする請求項３〜５のいずれか一つに記載の光導波路回路の製造方法。
【請求項７】
紫外光を吸収して媒質の屈折率を変化させるドーパントを含有するコアと該コアの周囲に形成されたクラッドとを備える光導波路回路の該コアに紫外光を照射する紫外光源と、
前記ドーパントからの発光量を測定する発光量測定器と、
を備え、前記測定した発光量の積算値に基づいて前記光導波路回路の特性を調整することを特徴とする光導波路回路の製造装置。
【請求項８】
前記測定した発光量の積算値が所定値に到達したときに前記紫外光の照射を停止する制御器を備えることを特徴とする請求項７に記載の光導波路回路の製造装置。
【請求項９】
前記ドーパントはゲルマニウムであることを特徴とする請求項７または８に記載の光導波路回路の製造装置。
【請求項１０】
前記紫外光の波長は波長１９３ｎｍであることを特徴とする請求項９に記載の光導波路回路の製造装置。
【請求項１１】
前記紫外光の波長は波長２４８ｎｍであることを特徴とする請求項９に記載の光導波路回路の製造装置。
【請求項１２】
前記光導波路のクラッドはホウ素またはリンを含有することを特徴とする請求項９〜１１のいずれか一つに記載の光導波路回路の製造装置。
【請求項１】
紫外光を吸収して媒質の屈折率を変化させるドーパントを含有するコアと該コアの周囲に形成されたクラッドとを備える光導波路回路の該コアに紫外光を照射する紫外光照射工程と、
前記ドーパントからの発光量を測定する発光量測定工程と、
を含み、前記測定した発光量の積算値に基づいて前記光導波路回路の特性を調整することを特徴とする光導波路回路の製造方法。
【請求項２】
前記測定した発光量の積算値が所定値に到達したときに前記紫外光の照射を停止することを特徴とする請求項１に記載の光導波路回路の製造方法。
【請求項３】
前記ドーパントはゲルマニウムであることを特徴とする請求項１または２に記載の光導波路回路の製造方法。
【請求項４】
前記紫外光の波長は波長１９３ｎｍであることを特徴とする請求項３に記載の光導波路回路の製造方法。
【請求項５】
前記紫外光の波長は波長２４８ｎｍであることを特徴とする請求項３に記載の光導波路回路の製造方法。
【請求項６】
前記光導波路のクラッドはホウ素またはリンを含有することを特徴とする請求項３〜５のいずれか一つに記載の光導波路回路の製造方法。
【請求項７】
紫外光を吸収して媒質の屈折率を変化させるドーパントを含有するコアと該コアの周囲に形成されたクラッドとを備える光導波路回路の該コアに紫外光を照射する紫外光源と、
前記ドーパントからの発光量を測定する発光量測定器と、
を備え、前記測定した発光量の積算値に基づいて前記光導波路回路の特性を調整することを特徴とする光導波路回路の製造装置。
【請求項８】
前記測定した発光量の積算値が所定値に到達したときに前記紫外光の照射を停止する制御器を備えることを特徴とする請求項７に記載の光導波路回路の製造装置。
【請求項９】
前記ドーパントはゲルマニウムであることを特徴とする請求項７または８に記載の光導波路回路の製造装置。
【請求項１０】
前記紫外光の波長は波長１９３ｎｍであることを特徴とする請求項９に記載の光導波路回路の製造装置。
【請求項１１】
前記紫外光の波長は波長２４８ｎｍであることを特徴とする請求項９に記載の光導波路回路の製造装置。
【請求項１２】
前記光導波路のクラッドはホウ素またはリンを含有することを特徴とする請求項９〜１１のいずれか一つに記載の光導波路回路の製造装置。
【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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１３−３３１５０（Ｐ２０１３−３３１５０Ａ）
【公開日】平成２５年２月１４日（２０１３．２．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１６９４０８（Ｐ２０１１−１６９４０８）
【出願日】平成２３年８月２日（２０１１．８．２）
【出願人】（０００００５２９０）古河電気工業株式会社 (4,457)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年２月１４日（２０１３．２．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月２日（２０１１．８．２）
【出願人】（０００００５２９０）古河電気工業株式会社 (4,457)
【Ｆターム（参考）】
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