JP2004145056A

JP2004145056A - Thin-film heater

Info

Publication number: JP2004145056A
Application number: JP2002310719A
Authority: JP
Inventors: Akihiko Komatsu; 小松　昭彦; Sunao Horiai; 堀合　直
Original assignee: Yamaha Corp
Current assignee: Yamaha Corp
Priority date: 2002-10-25
Filing date: 2002-10-25
Publication date: 2004-05-20

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a thin-film heater capable of freely imparting positive and negative temperature gradients without using many control circuits. <P>SOLUTION: The thin-film heater 10 has on a substrate 11 made of an insulator such as a quartz plate two couples of 1st thin-film resistance bodies 12a and 12c capable of forming a positive temperature gradient and 2nd thin-film resistance bodies 12b and 12d capable of a negative temperature gradient, and an insulating film 13 is formed on them. The thin-film resistance bodies 12a 12b, and 12c and 12d are coatings of alloy of Ta<SB>2</SB>N, NiCr, etc., and the insulating film 13 is formed of aluminum nitride (AlN) and alumina (Al<SB>2</SB>O<SB>3</SB>). Such a thin-film heater 10 is used for an optical waveguide to be controlled and then temperature gradients can easily be formed in the optical waveguide. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、薄膜抵抗体が発生する熱により温度勾配を形成できる薄膜ヒータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、大容量のデータ（情報）を高速に伝送する必要性が益々増大して、光ファイバー網の利用が急激に増加するようになった。この場合、１本の光ファイバに異なる波長の光を通してチャネルを多重化する、いわゆるＷＤＭ（ＷａｖｅｌｅｎｇｔｈＤｉｖｉｓｉｏｎ　Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ：波長分割多重）あるいはＤＷＤＭ（Ｄｅｎｓｅ　ＷａｖｅｌｅｎｇｔｈＤｉｖｉｓｉｏｎ　Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ：高密度波長分割多重）等の広帯域の光ネットワーク技術が利用されることとなる。
【０００３】
この種のＷＤＭやＤＷＤＭ等の光ネットワーク技術においては、それぞれの波長を分割、統合するための合分波デバイス（波長フィルタ）が極めて重要となる。そこで、ＩｎＰまたは石英などの基板上に石英系のクラッドとコアを堆積し、光導波路を集積化したＰＬＣ（Ｐｌａｎａｒ　Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ　Ｃｉｒｃｕｉｔ）の一種であるアレイ導波路回析格子（ＡＷＧ：Ａｒｒａｙｅｄ　Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ　Ｇｒａｔｉｎｇ；以下では単にＡＷＧという）が用いられるようになった。このＡＷＧは、多チャンネルの波長の合分波を一括して行うことができ、かつチャンネル数や波長間隔に対する設計の自由度が大きく、量産化、小型化、信頼性の面で優れていることから、今後の多チャンネルのＷＤＭやＤＷＤＭシステムにおいて活躍が期待されるキーデバイスである。
【０００４】
この種のＡＷＧ２０は、例えば図１７に示すように、入射導波路２２、入射側スラブ導波路２３、アレイ導波路２４、出射側スラブ導波路２５、出射導波路２６からなる導波回路が基板２１上に形成されて構成されるものである。そして、石英系ガラス膜の基板上への堆積、フォトリソグラフィー、エッチング技術による導波路パターンの形成といった微細加工技術を用いて作製されるものである。ここで、このようなＡＷＧ２０が波長分波器として使用される場合の分波の仕組について以下に説明する。
【０００５】
まず、図１７に示すように、複数の波長λ_１〜λ_ｎが多重化された波長多重光が入射導波路２２に入射されると、入射側スラブ導波路２３で回折されて拡がってアレイ導波路２４に入射する。アレイ導波路２４は入射側スラブ導波路２３から導出された光を伝搬する複数の併設された光導波路であり、隣接する導波路はある一定の光路長差ΔＬをもって配列されている。このため、アレイ導波路２４の出力端では各導波路を伝搬した光はΔＬに相当する分だけ位相にずれが生じる。通常、アレイ導波路２４は、例えば１００本といったように多数の導波路よりなるが、図１７においては簡略化のために本数を減らして示している。
【０００６】
そして、アレイ導波路２４を通過した光は出射側スラブ導波路２５に到達し、回折により広がるが、それぞれの導波路を通過した光は互いに干渉し、結果的に全体として波面の揃う方向に回折することとなる。ここで、波面の揃う方向である回折角は波長に依存することから、異なる波長の光はそれぞれ別の方向に回折されることになる。このため、波長の異なる光が出射側スラブ導波路２５の出射導波路２６側で集光する位置は互いに異なり、それぞれの位置に出射導波路２６を配設することにより、波長の異なった光を各波長毎に異なる出射導波路２６から出力できる。即ち、波長λ_１〜λ_ｎの光を別々に取り出すことが可能となる。
【０００７】
以上においては、波長分波器として機能する場合のＡＷＧ２０の仕組について説明したが、同一のＡＷＧ２０を用いて波長合波器として使用することも可能である。この場合、波長分波器として使用するときの出射導波路２６から各々の波長の光を入射すると、波長分波器として使用するときの入射導波路２２から、これらの光が一括して出力されることとなる。
【０００８】
ところで、この種のＡＷＧ回路はアレイ導波路の光路長および光路長差を利用した回折格子であるので、アレイ導波路の隣り合う導波路の光路長差ΔＬは精密に制御される必要がある。しかしながら、実際には、温度変化による導波路材料の屈折率の変化や基板および導波路の熱膨張、収縮が存在するため、温度によって光路長が変化し、光路長差ΔＬも変化する。この結果、出射側スラブ導波路の出射導波路側における焦点位置が変化し、出射導波路に入射する光の波長が変化することになる。
【０００９】
例えば、石英ガラスの屈折率の温度依存特性（温度係数）は８×１０^−６／℃、シリコン基板の線膨張係数は３×１０^−６／℃であるから、中心波長の変化はλ＝１．５５μｍ帯では約０．０１３ｎｍ／℃となる。このような温度特性を安定化させるための一つの方法として、高精度な温度制御装置を素子に付加する必要がある。そこで、光導波路の光信号伝搬方向に温度勾配を印加する温度勾配印加手段を備えるようにした光導波路が特許文献１、特許文献２、特許文献３等にて提案されるようになった。
【特許文献１】
特開２０００−２５２９２０号公報
【特許文献２】
特開２０００−２４４３９４号公報
【特許文献３】
特開平５−３４１３４０号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した特許文献１（特開２０００−２５２９２０号公報）にて提案された光導波路３０においては、図１８（ａ）に示すように、被制御対象となる光導波路３０上に、温度勾配を付けたい間隔の両端に熱源となるヒータ３１，３２を取り付けるようにしている。これにより、両端に配置されたヒータ３１，３２の温度差による熱の移動で温度勾配が制御されることとなる。このため、温度勾配が不安定になるとともに温度勾配にタイムラグが発生するという問題を生じた。
【００１１】
また、上述した特許文献２（特開２０００−２４４３９４号公報）にて提案された光導波路（グレーティング）４０においては、図１８（ｂ）に示すように、被制御対象となる光導波路（グレーティング）４０上に、温度勾配を付けたい方向に発熱体４１を配置するとともに、この発熱体４１に膜厚差を設けるようにし、かつ発熱体４１の両端部に電極４２，４３を設けるようにしている。これにより、温度勾配の制御は容易になるが、反面、膜厚差を設けた発熱体４１を作製する際に、膜厚を正確に制御して膜厚差が均一な複数の発熱体４１を再現性良く作製するのが困難であるという問題を生じた。
【００１２】
また、上述した特許文献３（特開平５−３４１３４０号公報）等にて提案された光導波路（波長変換素子）５０においては、図１８（ｃ）に示すように、被制御対象となる光導波路（波長変換素子）５０上に、温度勾配を付けたい方向に薄膜ヒータ５１の線密度を変化させるようにしている。しかしながら、薄膜ヒータ５１の幅が狭くなり、かつ長さが長くなった場合に、薄膜ヒータ５１の作製時に薄膜ヒータ５１に断線を生じるようになって、薄膜ヒータ５１の歩留まりが低下するという問題を生じた。
【００１３】
さらに、図１８（ｄ）に示すように、被制御対象となる光導波路６０上に、温度勾配を付けたい方向に多分割した薄膜ヒータ６１，６１，６１・・・を配置し、これらの多分割された薄膜ヒータ６１を制御回路６２により１個毎に制御する方法も提案されている。しかしながら、薄膜ヒータ６１を１個毎に制御するための制御回路６２が複雑になって、この種の制御回路６２を簡単、容易に作製することが困難であるという問題が生じた。
【００１４】
そこで、本発明は上述したような問題点を解消するためになされものであって、多数の制御回路を使用することなく、正負の温度勾配を自由に付与することができる薄膜ヒータを提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記の如き目的を達成するため、本発明の薄膜ヒータは温度勾配を形成できる薄膜ヒータであって、薄膜抵抗体の幅を長さ方向に変化させてその始点からの長さに対して正の温度勾配が形成できる第１の薄膜抵抗体と、薄膜抵抗体の幅を長さ方向に変化させてその始点からの長さに対して負の温度勾配が形成できる第２の薄膜抵抗体との少なくとも一対の薄膜抵抗体を備えたことを特徴とする。
【００１６】
ここで、正の温度勾配が形成できる第１の薄膜抵抗体と負の温度勾配が形成できる第２の薄膜抵抗体とからなる一対の薄膜抵抗体を備えるようにすると、第１の薄膜抵抗体に接続する第１電源と第２の薄膜抵抗体に接続する第２電源を制御するだけで、正の温度勾配あるいは負の温度勾配もしくはフラットな温度勾配を自由に形成することが可能となる。そして、薄膜ヒータは薄膜抵抗体で構成されているため、光導波路などの制御対象物の近傍に配置することが可能となる。この結果、薄膜抵抗体の発熱温度を直ちに制御対象物に伝達することが可能となり、タイムラグの発生を防止できるようになる。
【００１７】
また、薄膜抵抗体はフォトリソグラフを使用したパターニングで形成できるため、薄膜抵抗体を精度良く、かつ容易に作製することが可能となる。また、第１の薄膜抵抗体に接続する第１電源と第２の薄膜抵抗体に接続する第２電源を制御するだけであるので、複雑な制御回路を設けることなく、容易に、自由な温度勾配を形成することができるようになる。さらに、必要な区間のみに薄膜抵抗体を形成すればよいので、必要以上に薄膜抵抗体が長くなりすぎて断線するということが防止できるようになる。
【００１８】
この場合、第１の薄膜抵抗体を始点からの長さに反比例して幅を減少させるようにすると、即ち、その始点からの長さをＸとしＸ地点での幅をＹとしたときに、ＸＹ＝Ｋ（但し、Ｋは定数を表す）の関係を有するように規定すると、その始点からの長さ比例して正の温度勾配が形成でき、始点からの長さに比例して温度を上昇させることができる。
一方、第２の薄膜抵抗体を始点からの長さに反比例して幅を増大させるようにすると、即ち、その終点からの長さをＸとしＸ地点での幅をＹとしたときに、ＸＹ＝Ｋ（但し、Ｋは定数を表す）の関係を有するように規定すると、その始点からの長さに比例して負の温度勾配が形成でき、始点からの長さに比例して温度を下降させることができる。
【００１９】
なお、第１の薄膜抵抗体および第２の薄膜抵抗体の上に絶縁膜が形成されていると、この絶縁膜は、第１及び第２の薄膜抵抗体で発生した熱を平面方向に伝導させるように作用するため、平面方向にスムーズな温度勾配を形成することが可能となる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
ついで、本発明の一実施の形態を図１〜図５に基づいて説明する。なお、図１は本発明の薄膜ヒータを模式的に示す図であり、図１（ａ）は最上部に形成された絶縁膜を透かした状態を模式的に示す上面図であり、図１（ｂ）は薄膜ヒータの断面を模式的に示す断面図である。図２は図１の薄膜ヒータに電源を接続した状態を模式的に示す上面図である。図３は薄膜抵抗体の幅が長さに比例して狭くなる場合の薄膜抵抗体の位置に対する相対温度の関係を示す図であり、図３（ａ）は位置に対する幅の関係を示す図であり、図３（ｂ）は位置に対する相対温度の関係を示す図である。
【００２１】
図４は薄膜抵抗体の幅が長さに反比例して狭くなる場合の薄膜抵抗体の位置に対する相対温度の関係を示す図であり、図４（ａ）は位置に対する薄膜ヒータ幅の関係を示す図であり、図４（ｂ）は位置に対する相対温度の関係を示す図である。図５は図２の電源に電圧を印加した場合の位置に対する相対温度の関係を示す図であり、図５（ａ）は第１電源に印加する電圧を変化させた場合の位置に対する相対温度の関係を示す図であり、図５（ｂ）は第２電源に印加する電圧を変化させた場合の位置に対する相対温度の関係を示す図であり、図５（ｃ）は第１電源および第２電源に印加する電圧を変化させた場合の位置に対する相対温度の関係を示す図である。
【００２２】
１．薄膜ヒータ
本実施の形態の薄膜ヒータ１０は、図１に示すように、基板１１上に正の温度勾配が形成できる第１の薄膜抵抗体１２ａ，１２ｃと、負の温度勾配が形成できる第２の薄膜抵抗体１２ｂ，１２ｄとからなる２対の薄膜抵抗体膜が形成されており、これらの上に絶縁膜１３が形成されて構成されるものである。基板１１は、例えば厚みが１ｍｍの石英板などの絶縁体により形成されている。また、各薄膜抵抗体１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄは、基板１１上に所定形状となるようにスパッタリングにより形成されたＴａ_２ＮやＮｉＣｒなどの合金の皮膜である。さらに、絶縁膜１３は窒化アルミニウム（ＡｌＮ）やアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）のスパッタリングにより、各薄膜抵抗体１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄが形成された基板１１上に形成されている。
【００２３】
この場合、正の温度勾配が形成できる第１の薄膜抵抗体１２ａ，１２ｃは、こ薄膜抵抗体１２ａ，１２ｃの始点（図１（ａ）においては薄膜抵抗体１２ａ，１２ｃの左端部）からの長さに反比例して皮膜の幅が減少するように形成されており、負の温度勾配が形成できる第２の薄膜抵抗体１２ｂ，１２ｄは、この薄膜抵抗体１２ｂ，１２ｄの始点（図１（ａ）においては薄膜抵抗体１２ｂ，１２ｄの左端部）からの長さに反比例して皮膜の幅が増大するように形成されている。即ち、第１の薄膜抵抗体１２ａ，１２ｃにおいては、始点からの長さをＸとし、そのＸ地点での幅をＹとしたときにＸＹ＝Ｋの関係を有するように長さに反比例して幅が減少するように形成している。また、第２の薄膜抵抗体１２ｂ，１２ｄにおいては、終点（図１（ａ）においては薄膜抵抗体１２ｂ，１２ｄの右端部）からの長さをＸとし、そのＸ地点での幅をＹとしたときにＸＹ＝Ｋの関係を有するように長さに反比例して幅が減少するように形成している。
【００２４】
ここで、図３（ａ）に示すように、薄膜抵抗体の始点（図３（ａ）においては１の位置）からの長さ（Ｘ）に比例して皮膜の幅（Ｙ）が減少するように形成されていると、この薄膜抵抗体の位置（Ｘ）が図３（ｂ）に示す１の位置から順次２，３・・・の位置に移動すると、端部１からの長さ（Ｘ）に反比例して抵抗値は増大する。この場合、各位置（Ｘ）での温度は各位置（Ｘ）での抵抗の発熱量（ジュールの法則）に比例することから、各位置（Ｘ）での相対的な温度は、図３（ｂ）に示すように、端部１からの長さ（Ｘ）に反比例して上昇することとなる。しかしながら、このような温度勾配を有する薄膜抵抗体を用いて被制御体の温度制御をするのは困難である。
【００２５】
一方、図４（ａ）に示すように、薄膜抵抗体の端部（図４（ａ）においては１の位置）からの長さ（Ｘ）に反比例して皮膜の幅（Ｙ）が減少するように形成されていると、この薄膜抵抗体の位置（Ｘ）が図４（ｂ）に示す１の位置から順次２，３・・・の位置に移動すると、端部１からの長さ（Ｘ）に比例して抵抗値は増大する。これにより、各位置（Ｘ）での相対的な温度は、図４（ｂ）に示すように、端部１からの長さ（Ｘ）に比例して上昇することとなる。この結果、このような温度勾配を有する薄膜抵抗体を用いて被制御体の温度制御をするのが容易となる。このため、本発明においては、第１および第２の薄膜抵抗体１２ａ，１２ｃおよび１２ｂ，１２ｄにおいては、ＸＹ＝Ｋ（Ｋは一定の定数）の関係を有するように長さ（Ｘ）に対して幅（Ｙ）が減少するように形成している。
【００２６】
そこで、まず、図２に示すように、薄膜ヒータ１０の第１の薄膜抵抗体１２ａ，１２ｃの両端部に形成された電極パッド（図１６参照）に第１の電源Ａを接続し、第２の薄膜抵抗体１２ｂ，１２ｄの両端部に形成された電極パッド（図１６参照）に第２の電源Ｂを接続した。この後、第１の電源Ａのスイッチをオンにして第１の薄膜抵抗体１２ａ，１２ｃに電圧を印加し、印加電圧をＡ１，Ａ２，Ａ３（但し、Ａ１＜Ａ２＜Ａ３）に変化させた。そして、このときの薄膜ヒータ１０上の端部ｘ１から端部ｘ２に向けての各位置での温度（℃）を測定すると、図５（ａ）に示すような結果となった。
【００２７】
同様に、第２の電源Ｂのスイッチをオンにして第２の薄膜抵抗体１２ｂ，１２ｄに電圧を印加し、印加電圧をＢ１，Ｂ２，Ｂ３（但し、Ｂ１＜Ｂ２＜Ｂ３）に変化させた。そして、このときの薄膜ヒータ１０上の端部ｘ１から端部ｘ２に向けての各位置での温度（℃）を測定すると、図５（ｂ）に示すような結果となった。さらに、第１の電源Ａおよび第２の電源Ｂの両スイッチをオンにするとともに、第１の電源Ａの電圧を第２の電源Ｂの電圧よりも大きく（Ｂ＜Ａ）なるように印加すると、図５（ｃ）の直線Ｃ１が得られた。また、第２の電源Ｂの電圧を第１の電源Ａの電圧よりも大きく（Ａ＜Ｂ）なるように印加すると、図５（ｃ）の直線Ｃ２が得られ、第１の電源Ａの電圧と第２の電源Ｂの電圧とが等しく（Ａ＝Ｂ）なるように印加すると、図５（ｃ）の直線Ｃ３が得られた。
【００２８】
２．薄膜ヒータの作製
ついで、上述のような構成となる薄膜ヒータ１０の作製方法について、図６〜図１６の模式図に基づいて以下に説明する。なお、図６は第１工程を示し、図６（ａ）はその上面図を示し、図６（ｂ）はその断面図を示す。図７は第２工程を示し、図７（ａ）はその上面図を示し、図７（ｂ）はその断面図を示す。図８は第３工程を示し、図８（ａ）はその上面図を示し、図８（ｂ）は図８（ａ）のＡ−Ａ断面を拡大して示す断面図である。図９は第４工程を示し、図９（ａ）はその上面図を示し、図９（ｂ）は図９（ａ）のＡ−Ａ断面を拡大して示す断面図である。図１０は第５工程を示し、図１０（ａ）はその上面図を示し、図１０（ｂ）は図１０（ａ）のＡ−Ａ断面を拡大して示す断面図である。
【００２９】
図１１は第６工程を示し、図１１（ａ）はその上面図を示し、図１１（ｂ）は図１１（ａ）のＡ−Ａ断面を拡大して示す断面図である。図１２は第７工程を示し、図１２（ａ）はその上面図を示し、図１２（ｂ）は図１２（ａ）のＢ−Ｂ断面を拡大して示す断面図である。図１３は第８工程を示し、図１３（ａ）はその上面図を示し、図１３（ｂ）は図１３（ａ）のＢ−Ｂ断面を拡大して示す断面図である。図１４は第９工程を示し、図１４（ａ）はその上面図を示し、図１４（ｂ）は図１４（ａ）のＢ−Ｂ断面を拡大して示す断面図である。図１５は第１０工程を示し、図１５（ａ）はその上面図を示し、図１５（ｂ）は図１５（ａ）のＢ−Ｂ断面を拡大して示す断面図である。図１６は第１１工程を示し、図１６（ａ）はその上面図を示し、図１６（ｂ）は図１６（ａ）のＡ−Ａ断面を拡大して示す断面図である。
【００３０】
まず、図６に示すように、石英基板（例えば、厚みが１ｍｍで、幅及び長さが７６．２ｍｍのもの）１１を準備する。ついで、この石英基板１１の表面にＴａ_２Ｎ，ＮｉＣｒ等の膜をスパッタリングにより被着させて皮膜を形成した。これにより、図７に示すように、石英基板１１の表面に薄膜抵抗体膜１２が形成されることとなる。
【００３１】
ついで、この薄膜抵抗体膜１２の上にレジスト１１ａを塗布した後、図８に示すように、薄膜抵抗体膜１２が所定のヒータパターン１２ａ，１２ｂ，１２ｃ・・・となるように、塗布したレジスト１１ａを所定のパターンにカットした。この後、エッチングにより余分な薄膜抵抗体膜１２を除去した後に、レジスト１１ａも除去した。これにより、図９に示すように、石英基板１１の表面に被着した薄膜抵抗体膜１２が所定のヒータパターン１２ａ，１２ｂ，１２ｃ・・・に形成されるこことなる。
【００３２】
ついで、図１０に示すように、これらの全面上にレジストからなる保護膜１１ｂを被着させた後、この保護膜１１ｂをヒータパターン１２ａ，１２ｂ，１２ｃ・・・にカットした。この後、これらの全面上にパッドメッキ用下地膜となるＣｒおよびＣｕを順次スパッタリングにより被着させて、図１１に示すように、パッドメッキ用下地膜１１ｃを形成した。ついで、これらの全面上にレジスト１１ｄを塗布した後、所定のパッドパターンが形成されるようにレジスト１１ｄをカットした。
【００３３】
これにより、図１２に示すように、レジスト１１ｄが所定のパッドパターンにカットされたカット部１１ｅが形成されることとなる。この後、これをメッキ槽に浸漬して、パッドメッキ用下地膜１１ｃの上に、順次、銅（Ｃｕ）メッキ、ニッケル（Ｎｉ）メッキ、金（Ａｕ）メッキ処理を施した。ついで、パッドメッキ用下地膜１１ｃの不要部をエッチングにより除去した後、レジスト１１ｄを除去した。これにより、図１３に示すように、下地膜１１ｃの上にパッドメッキ層１４が形成されることとなる。
【００３４】
ついで、これらの全面上にレジスト１１ｆを塗布した後、パッドパターンが残存するようにレジスト１１ｆをカットした。これにより、図１４に示すように、レジスト１１ｆがパッドパターンにカットされて、パッド部がレジスト１１ｆで保護されることとなる。この後、これらの全面上に窒化アルミニウム（ＡｌＮ）あるいはアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）をスパッタリングにより被着させた。これにより、図１５に示すように、パッドメッキ層１４以外の全面に、ＡｌＮあるいはＡｌ_２Ｏ_３からなる絶縁膜１３が形成されることとなる。
【００３５】
ついで、この基板１１を所定寸法（この例の場合は４等分されるように）に切断することにより、図１６に示すような薄膜ヒータ１０が形成されることとなる。即ち、基板１１上に正の温度勾配が形成できる第１の薄膜抵抗体１２ａ，１２ｃと、負の温度勾配が形成できる第２の薄膜抵抗体１２ｂ，１２ｄとからなる２対の薄膜抵抗体膜が形成されており、これらの各薄膜抵抗体１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄの両端部に電極パッド１４が形成され、さらに各薄膜抵抗体１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄの上に絶縁膜１３が形成された薄膜ヒータ１０が形成されることとなる。
【００３６】
そして、このようにして形成した薄膜ヒータ１０を制御対象（被制御体）となる光導波路、例えば、図１７に示すようなＡＷＧ（Ａｒｒａｙｅｄ　Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ　Ｇｒａｔｉｎｇ）や光通信用分散補償器（グレーティング）や波長変換素子などに用いるようにすると、これらの各制御対象に容易に温度勾配を形成することができるようになる。これにより、この薄膜ヒータ１０を用いたＡＷＧやグレーティングや波長変換素子などの光導波路の温度特性を安定化させることができるようになる。
【００３７】
【発明の効果】
以上に詳述したように、本発明においては、正の温度勾配が形成できる第１の薄膜抵抗体１２ａ，１２ｃと負の温度勾配が形成できる第２の薄膜抵抗体１２ｂ，１２ｄとからなる二対の薄膜抵抗体を備えるようにしている。このため、第１の薄膜抵抗体１２ａ，１２ｃに接続する第１電源Ａと第２の薄膜抵抗体１２ｂ，１２ｄに接続する第２電源Ｂを制御するだけで、正の温度勾配あるいは負の温度勾配もしくはフラットな温度勾配を自由に形成することが可能となる。そして、このような薄膜ヒータ１０は、光導波路などの制御対象物の近傍に配置することが可能となるので、各薄膜抵抗体１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄの発熱温度を直ちに制御対象物に伝達することが可能となり、タイムラグの発生を防止できるようになる。
【００３８】
なお、上述した実施の形態においては、薄膜抵抗体１２ａ，１２ｃからなる正の温度勾配が形成できる第１の薄膜抵抗体と、薄膜抵抗体１２ｂ，１２ｄからなる負の温度勾配が形成できる第２の薄膜抵抗体の二対の薄膜抵抗体を用いる例について説明したが、薄膜抵抗体としては一対以上であれば何対であっても良い。また、本発明の薄膜ヒータは、２本の光導波路を波長オーダーで近接させることによって光導波路間で光パワーが移行する現象を利用した方向性結合器や、光路長の異なる２本の光導波路を導波する光に付与される位相差を利用して波長選択性を得るマッハツェンダ干渉器や、リング部を周回する光のうち共振条件（リング１周分の光路長が波長の整数倍）を満たす光のみを選択的に取り出すリング共振器や、導波路の端面部に２枚のミラー（劈開面、屈折率の異なる膜等の反射機能を有するもの）を対向させて共振器とするファブリーペロ共振器等、様々な導波路型光デバイスに適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の薄膜ヒータを模式的に示す図であり、図１（ａ）は最上部に形成された絶縁膜を透かした状態を模式的に示す上面図であり、図１（ｂ）は薄膜ヒータの断面を模式的に示す断面図である。
【図２】図１の薄膜ヒータに電源を接続した状態を模式的に示す上面図である。
【図３】薄膜ヒータ幅が長さに比例して狭くなる場合の位置に対する相対温度の関係を示す図であり、図３（ａ）は位置に対する薄膜ヒータ幅の関係を示す図であり、図３（ｂ）は位置に対する相対温度の関係を示す図である。
【図４】薄膜ヒータ幅が長さに反比例して狭くなる場合の位置に対する相対温度の関係を示す図であり、図４（ａ）は位置に対する薄膜ヒータ幅の関係を示す図であり、図４（ｂ）は位置に対する相対温度の関係を示す図である。
【図５】図２の電源に電圧を印加した場合の位置に対する相対温度の関係を示す図であり、図５（ａ）は第１電源に印加する電圧を変化させた場合の位置に対する相対温度の関係を示す図であり、図５（ｂ）は第２電源に印加する電圧を変化させた場合の位置に対する相対温度の関係を示す図であり、図５（ｃ）は第１電源および第２電源に印加する電圧を変化させた場合の位置に対する相対温度の関係を示す図である。
【図６】図１に示す薄膜ヒータを製造するための第１工程を模式的に示す図であり、図６（ａ）はその上面図を示し、図６（ｂ）はその断面図を示す。
【図７】図１に示す薄膜ヒータを製造するための第２工程を模式的に示す図であり、図７（ａ）はその上面図を示し、図７（ｂ）はその断面図を示す。
【図８】図１に示す薄膜ヒータを製造するための第３工程を模式的に示す図であり、図８（ａ）はその上面図を示し、図８（ｂ）は図８（ａ）のＡ−Ａ断面を拡大して示す断面図である。
【図９】図１に示す薄膜ヒータを製造するための第４工程を模式的に示す図であり、図９（ａ）はその上面図を示し、図９（ｂ）は図９（ａ）のＡ−Ａ断面を拡大して示す断面図である。
【図１０】図１に示す薄膜ヒータを製造するための第５工程を模式的に示す図であり、図１０（ａ）はその上面図を示し、図１０（ｂ）は図１０（ａ）のＡ−Ａ断面を拡大して示す断面図である。
【図１１】図１に示す薄膜ヒータを製造するための第６工程を模式的に示す図であり、図１１（ａ）はその上面図を示し、図１１（ｂ）は図１１（ａ）のＡ−Ａ断面を拡大して示す断面図である。
【図１２】図１に示す薄膜ヒータを製造するための第７工程を模式的に示す図であり、図１２（ａ）はその上面図を示し、図１２（ｂ）は図１２（ａ）のＢ−Ｂ断面を拡大して示す断面図である。
【図１３】図１に示す薄膜ヒータを製造するための第８工程を模式的に示す図であり、図１３（ａ）はその上面図を示し、図１３（ｂ）は図１３（ａ）のＢ−Ｂ断面を拡大して示す断面図である。
【図１４】図１に示す薄膜ヒータを製造するための第９工程を模式的に示す図であり、図１４（ａ）はその上面図を示し、図１４（ｂ）は図１４（ａ）のＢ−Ｂ断面を拡大して示す断面図である。
【図１５】図１に示す薄膜ヒータを製造するための第１０工程を模式的に示す図であり、図１５（ａ）はその上面図を示し、図１５（ｂ）は図１５（ａ）のＢ−Ｂ断面を拡大して示す断面図である。
【図１６】図１に示す薄膜ヒータを製造するための第１１工程を模式的に示す図であり、図１６（ａ）はその上面図を示し、図１６（ｂ）は図１６（ａ）のＡ−Ａ断面を拡大して示す断面図である。
【図１７】アレイ導波路回析格子（ＡＷＧ）を模式的に示す図である。
【図１８】従来例の光導波路に薄膜ヒータを形成した状態を模式的に示す図である。
【符号の説明】
１０…薄膜ヒータ、１１…石英基板、１１ａ…レジスト、１１ｂ…保護膜、１１ｃ…パッドメッキ用下地膜、１１ｄ…レジスト、１１ｅ…レジストカット部、１１ｆ…レジスト、１２…薄膜抵抗体膜、１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ…薄膜抵抗体、１３…絶縁膜、１４…電極パッド[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a thin-film heater capable of forming a temperature gradient by heat generated by a thin-film resistor.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art In recent years, the necessity of transmitting high-capacity data (information) at a high speed has been increasing, and the use of an optical fiber network has rapidly increased. In this case, a broadband optical network technology such as so-called WDM (Wavelength Division Multiplexing) or DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing) is used to multiplex channels through light of different wavelengths on one optical fiber. Will be used.
[0003]
In this type of optical network technology such as WDM or DWDM, a multiplexing / demultiplexing device (wavelength filter) for dividing and integrating respective wavelengths is extremely important. Therefore, an arrayed waveguide grating (AWG), which is a kind of PLC (Planar Lightwave Circuit) in which a quartz clad and a core are deposited on a substrate such as InP or quartz, and an optical waveguide is integrated, is hereinafter referred to as an AWG (Arrayed Waveguide Grating). Now simply AWG) has come to be used. This AWG can perform multiplexing and demultiplexing of multi-channel wavelengths at the same time, has a large degree of design freedom with respect to the number of channels and wavelength intervals, and is excellent in mass production, miniaturization, and reliability. Therefore, it is a key device that is expected to play an active role in future multi-channel WDM and DWDM systems.
[0004]
As shown in FIG. 17, for example, an AWG 20 of this type includes a waveguide 21 composed of an input waveguide 22, an input slab waveguide 23, an arrayed waveguide 24, an output slab waveguide 25, and an output waveguide 26. It is formed and formed on the top. Then, it is manufactured using a fine processing technique such as deposition of a quartz glass film on a substrate, photolithography, and formation of a waveguide pattern by an etching technique. Here, a demultiplexing mechanism when such an AWG 20 is used as a wavelength demultiplexer will be described below.
[0005]
First, as shown in FIG. ₁ ~ Λ _n When the wavelength-division multiplexed light multiplexed is incident on the incident waveguide 22, it is diffracted and spread by the incident side slab waveguide 23 and is incident on the array waveguide 24. The arrayed waveguides 24 are a plurality of optical waveguides provided to propagate the light guided from the incident side slab waveguide 23, and adjacent waveguides are arranged with a certain optical path length difference ΔL. Therefore, at the output end of the arrayed waveguide 24, the phase of the light propagating through each waveguide is shifted by an amount corresponding to ΔL. Usually, the arrayed waveguide 24 is composed of a large number of waveguides, for example, 100, but is shown in a reduced number in FIG. 17 for simplification.
[0006]
Then, the light passing through the arrayed waveguide 24 reaches the emission side slab waveguide 25 and spreads by diffraction. Will be done. Here, since the diffraction angle, which is the direction in which the wavefronts are aligned, depends on the wavelength, light of different wavelengths is diffracted in different directions. For this reason, the positions at which the light beams having different wavelengths converge on the output waveguide 26 side of the output side slab waveguide 25 are different from each other. The light can be output from a different output waveguide 26 for each wavelength. That is, the wavelength λ ₁ ~ Λ _n Light can be separately extracted.
[0007]
In the above, the mechanism of the AWG 20 when functioning as a wavelength demultiplexer has been described. However, the same AWG 20 can be used as a wavelength multiplexer. In this case, when light of each wavelength is incident from the output waveguide 26 when used as a wavelength demultiplexer, these lights are collectively output from the input waveguide 22 when used as a wavelength demultiplexer. The Rukoto.
[0008]
By the way, since this type of AWG circuit is a diffraction grating using the optical path length and the optical path length difference of the arrayed waveguide, the optical path length difference ΔL between adjacent waveguides of the arrayed waveguide needs to be precisely controlled. However, in practice, there is a change in the refractive index of the waveguide material due to a temperature change, and thermal expansion and contraction of the substrate and the waveguide, so that the optical path length changes depending on the temperature, and the optical path length difference ΔL also changes. As a result, the focal position of the output side slab waveguide on the output waveguide side changes, and the wavelength of light incident on the output waveguide changes.
[0009]
For example, the temperature-dependent characteristic (temperature coefficient) of the refractive index of quartz glass is 8 × 10 ^-6 / ° C, the coefficient of linear expansion of the silicon substrate is 3 × 10 ^-6 / ° C., the change in the center wavelength is about 0.013 nm / ° C. in the λ = 1.55 μm band. As one method for stabilizing such temperature characteristics, it is necessary to add a high-precision temperature control device to the element. Therefore, optical waveguides that include a temperature gradient applying unit that applies a temperature gradient in the optical signal propagation direction of the optical waveguide have been proposed in Patent Documents 1, 2, 3, and 6.
[Patent Document 1]
JP-A-2000-252920
[Patent Document 2]
JP-A-2000-244394
[Patent Document 3]
JP-A-5-341340
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the optical waveguide 30 proposed in the above-mentioned Patent Document 1 (Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-252920), as shown in FIG. The heaters 31 and 32 serving as heat sources are attached to both ends of the space where it is desired to attach. Thereby, the temperature gradient is controlled by the heat transfer due to the temperature difference between the heaters 31 and 32 disposed at both ends. Therefore, there has been a problem that the temperature gradient becomes unstable and a time lag occurs in the temperature gradient.
[0011]
Also, in the optical waveguide (grating) 40 proposed in the above-mentioned Patent Document 2 (Japanese Patent Laid-Open No. 2000-244394), as shown in FIG. 18B, an optical waveguide (grating) to be controlled is used. A heating element 41 is disposed on the heating element 40 in a direction in which a temperature gradient is desired to be provided, a thickness difference is provided between the heating elements 41, and electrodes 42 and 43 are provided at both ends of the heating element 41. . This facilitates the control of the temperature gradient, but, on the other hand, when manufacturing the heating elements 41 having a difference in film thickness, a plurality of heating elements 41 having a uniform thickness difference are accurately controlled by the film thickness. There is a problem that it is difficult to manufacture with good reproducibility.
[0012]
In addition, in the optical waveguide (wavelength conversion element) 50 proposed in the above-mentioned Patent Document 3 (Japanese Patent Laid-Open No. 5-341340) and the like, as shown in FIG. On the (wavelength conversion element) 50, the linear density of the thin film heater 51 is changed in a direction in which a temperature gradient is desired to be provided. However, when the width and the length of the thin-film heater 51 are reduced, the thin-film heater 51 may be disconnected at the time of manufacturing the thin-film heater 51, and the yield of the thin-film heater 51 may be reduced. occured.
[0013]
Further, as shown in FIG. 18 (d), thin-film heaters 61, 61, 61,... Which are multi-divided in a direction in which a temperature gradient is to be provided are arranged on the optical waveguide 60 to be controlled. A method of controlling the divided thin film heaters 61 one by one by a control circuit 62 has also been proposed. However, the control circuit 62 for controlling the thin film heaters 61 one by one has become complicated, and there has been a problem that it is difficult to easily and easily manufacture this kind of control circuit 62.
[0014]
Therefore, the present invention has been made to solve the above-described problems, and it is an object of the present invention to provide a thin-film heater which can freely apply positive and negative temperature gradients without using a large number of control circuits. With the goal.
[0015]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the thin-film heater of the present invention is a thin-film heater capable of forming a temperature gradient. A first thin film resistor capable of forming a temperature gradient, and a second thin film resistor capable of forming a negative temperature gradient with respect to the length from the starting point by changing the width of the thin film resistor in the length direction. At least one pair of thin film resistors is provided.
[0016]
Here, when a pair of thin film resistors composed of a first thin film resistor capable of forming a positive temperature gradient and a second thin film resistor capable of forming a negative temperature gradient is provided, the first thin film resistor is provided. It is possible to freely form a positive temperature gradient, a negative temperature gradient, or a flat temperature gradient only by controlling the first power supply connected to the second power supply and the second power supply connected to the second thin film resistor. Since the thin-film heater is formed of a thin-film resistor, it can be arranged near a control target such as an optical waveguide. As a result, it is possible to immediately transmit the heat generation temperature of the thin-film resistor to the control target, thereby preventing a time lag from occurring.
[0017]
Further, since the thin-film resistor can be formed by patterning using photolithography, the thin-film resistor can be manufactured accurately and easily. In addition, since only the first power supply connected to the first thin-film resistor and the second power supply connected to the second thin-film resistor are controlled, a free temperature can be easily set without providing a complicated control circuit. A gradient can be formed. Further, since the thin film resistor may be formed only in a necessary section, it is possible to prevent the thin film resistor from being unnecessarily long and being disconnected.
[0018]
In this case, when the width of the first thin film resistor is reduced in inverse proportion to the length from the starting point, that is, when the length from the starting point is X and the width at the X point is Y, When it is defined to have a relationship of XY = K (where K represents a constant), a positive temperature gradient can be formed in proportion to the length from the start point, and the temperature rises in proportion to the length from the start point. Can be done.
On the other hand, if the width of the second thin film resistor is increased in inverse proportion to the length from the start point, that is, when the length from the end point is X and the width at the X point is Y, XY = K (where K represents a constant), a negative temperature gradient can be formed in proportion to the length from the starting point, and the temperature can be decreased in proportion to the length from the starting point. Can be done.
[0019]
When an insulating film is formed on the first thin film resistor and the second thin film resistor, the insulating film conducts heat generated in the first and second thin film resistors in a plane direction. Therefore, it is possible to form a smooth temperature gradient in the plane direction.
[0020]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a diagram schematically showing a thin film heater of the present invention, and FIG. 1A is a top view schematically showing a state in which an insulating film formed on the uppermost portion is seen through. (b) is a sectional view schematically showing a section of the thin film heater. FIG. 2 is a top view schematically showing a state where a power supply is connected to the thin film heater of FIG. FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the relative temperature and the position of the thin film resistor when the width of the thin film resistor is reduced in proportion to the length, and FIG. 3A is a diagram showing the relationship between the width and the position. FIG. 3B is a diagram showing the relationship between the position and the relative temperature.
[0021]
FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the position of the thin-film resistor and the relative temperature when the width of the thin-film resistor becomes narrow in inverse proportion to the length, and FIG. 4A shows the relationship between the position and the thin-film heater width. FIG. 4B is a diagram showing a relationship between a position and a relative temperature. FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the relative temperature and the position when a voltage is applied to the power supply in FIG. 2. FIG. 5A shows the relative temperature with respect to the position when the voltage applied to the first power supply is changed. FIG. 5B is a diagram showing the relationship, and FIG. 5B is a diagram showing the relationship between the relative temperature and the position when the voltage applied to the second power supply is changed, and FIG. FIG. 7 is a diagram illustrating a relationship between a position and a relative temperature when a voltage applied to a power supply is changed.
[0022]
1. Thin film heater
As shown in FIG. 1, the thin-film heater 10 of the present embodiment includes a first thin-film resistor 12a, 12c capable of forming a positive temperature gradient on a substrate 11, and a second thin-film resistor capable of forming a negative temperature gradient on a substrate 11. Two pairs of thin film resistor films composed of resistors 12b and 12d are formed, and an insulating film 13 is formed thereon. The substrate 11 is formed of an insulator such as a quartz plate having a thickness of 1 mm. Each of the thin film resistors 12a, 12b, 12c, and 12d is made of Ta formed by sputtering on the substrate 11 to have a predetermined shape. ₂ It is a film of an alloy such as N or NiCr. Further, the insulating film 13 is made of aluminum nitride (AlN) or alumina (Al ₂ O ₃ The thin film resistors 12a, 12b, 12c, and 12d are formed on the substrate 11 on which the thin film resistors 12a, 12b, 12c, and 12d are formed by the sputtering method of FIG.
[0023]
In this case, the first thin-film resistors 12a and 12c capable of forming a positive temperature gradient are connected from the starting point of the thin-film resistors 12a and 12c (the left ends of the thin-film resistors 12a and 12c in FIG. 1A). The second thin-film resistors 12b and 12d, which are formed so that the width of the coating decreases in inverse proportion to the length and can form a negative temperature gradient, are the starting points of the thin-film resistors 12b and 12d (FIG. In a), the width of the film is increased in inverse proportion to the length from the left ends of the thin film resistors 12b and 12d). That is, in the first thin film resistors 12a and 12c, when the length from the starting point is X and the width at the X point is Y, the length is inversely proportional to the length so that XY = K. It is formed so that the width is reduced. In the second thin film resistors 12b and 12d, the length from the end point (the right end of the thin film resistors 12b and 12d in FIG. 1A) is X, and the width at the X point is Y. In this case, the width is inversely proportional to the length so as to have a relationship of XY = K.
[0024]
Here, as shown in FIG. 3A, the width (Y) of the film decreases in proportion to the length (X) from the starting point of the thin film resistor (the position 1 in FIG. 3A). When the position (X) of the thin film resistor is sequentially moved from the position 1 shown in FIG. 3B to the position 2, 3,... From the position 1 shown in FIG. The resistance increases in inverse proportion to X). In this case, since the temperature at each position (X) is proportional to the heating value (Joule's law) of the resistance at each position (X), the relative temperature at each position (X) is shown in FIG. As shown in b), the distance increases in inverse proportion to the length (X) from the end 1. However, it is difficult to control the temperature of the controlled object using a thin film resistor having such a temperature gradient.
[0025]
On the other hand, as shown in FIG. 4A, the width (Y) of the film decreases in inverse proportion to the length (X) from the end of the thin film resistor (position 1 in FIG. 4A). When the position (X) of the thin film resistor is sequentially moved from the position 1 shown in FIG. 4B to the position 2, 3,..., The length from the end 1 ( The resistance value increases in proportion to X). As a result, the relative temperature at each position (X) rises in proportion to the length (X) from the end 1 as shown in FIG. As a result, it becomes easy to control the temperature of the controlled object using the thin-film resistor having such a temperature gradient. Therefore, in the present invention, the first and second thin film resistors 12a, 12c and 12b, 12d have a length (X) with respect to the length (X) so that XY = K (K is a constant). And the width (Y) is reduced.
[0026]
Therefore, first, as shown in FIG. 2, the first power supply A is connected to the electrode pads (see FIG. 16) formed on both ends of the first thin film resistors 12a and 12c of the thin film heater 10, and The second power supply B was connected to the electrode pads (see FIG. 16) formed at both ends of the thin film resistors 12b and 12d. Thereafter, the switch of the first power supply A was turned on to apply a voltage to the first thin film resistors 12a and 12c, and the applied voltage was changed to A1, A2 and A3 (where A1 <A2 <A3). . When the temperature (° C.) at each position from the end x1 to the end x2 on the thin film heater 10 at this time was measured, the result shown in FIG. 5A was obtained.
[0027]
Similarly, the switch of the second power supply B was turned on to apply a voltage to the second thin film resistors 12b and 12d, and the applied voltage was changed to B1, B2 and B3 (B1 <B2 <B3). . Then, when the temperature (° C.) at each position from the end portion x1 to the end portion x2 on the thin film heater 10 at this time was measured, the result shown in FIG. 5B was obtained. Further, when the switches of the first power supply A and the second power supply B are turned on, and the voltage of the first power supply A is applied to be higher than the voltage of the second power supply B (B <A), 5 (c) was obtained. When the voltage of the second power supply B is applied so as to be higher than the voltage of the first power supply A (A <B), a straight line C2 in FIG. 5C is obtained, and the voltage of the first power supply A is obtained. When the voltage and the voltage of the second power source B were applied so as to be equal (A = B), a straight line C3 in FIG. 5C was obtained.
[0028]
2. Fabrication of thin film heater
Next, a method of manufacturing the thin film heater 10 having the above-described configuration will be described below with reference to schematic diagrams of FIGS. 6A and 6B show a first step, FIG. 6A shows a top view thereof, and FIG. 6B shows a cross-sectional view thereof. 7A and 7B show a second step, FIG. 7A shows a top view thereof, and FIG. 7B shows a cross-sectional view thereof. 8A and 8B show a third step, FIG. 8A is a top view thereof, and FIG. 8B is an enlarged cross-sectional view taken along the line AA of FIG. 8A. 9 shows a fourth step, FIG. 9 (a) shows a top view thereof, and FIG. 9 (b) is an enlarged cross-sectional view taken along the line AA of FIG. 9 (a). FIG. 10 shows a fifth step, FIG. 10 (a) is a top view thereof, and FIG. 10 (b) is an enlarged cross-sectional view taken along the line AA of FIG. 10 (a).
[0029]
11 shows a sixth step, FIG. 11 (a) is a top view thereof, and FIG. 11 (b) is an enlarged cross-sectional view taken along the line AA of FIG. 11 (a). FIG. 12 shows a seventh step, FIG. 12 (a) is a top view thereof, and FIG. 12 (b) is an enlarged cross-sectional view taken along the line BB of FIG. 12 (a). FIG. 13 shows an eighth step, FIG. 13 (a) shows a top view thereof, and FIG. 13 (b) is an enlarged cross-sectional view showing a BB cross section of FIG. 13 (a). FIG. 14 shows a ninth step, FIG. 14 (a) shows a top view thereof, and FIG. 14 (b) is a cross-sectional view showing an enlarged cross section BB of FIG. 14 (a). 15 shows a tenth step, FIG. 15 (a) shows a top view thereof, and FIG. 15 (b) is a cross-sectional view showing an enlarged cross section BB of FIG. 15 (a). FIG. 16 shows an eleventh step, FIG. 16 (a) shows a top view thereof, and FIG. 16 (b) is an enlarged cross-sectional view taken along the line AA of FIG. 16 (a).
[0030]
First, as shown in FIG. 6, a quartz substrate (for example, one having a thickness of 1 mm, a width and a length of 76.2 mm) 11 is prepared. Then, the surface of the quartz substrate 11 is ₂ A film of N, NiCr or the like was applied by sputtering to form a film. Thereby, as shown in FIG. 7, the thin film resistor film 12 is formed on the surface of the quartz substrate 11.
[0031]
Then, after applying a resist 11a on the thin film resistor film 12, as shown in FIG. 8, the thin film resistor film 12 is applied so as to have predetermined heater patterns 12a, 12b, 12c. The resist 11a was cut into a predetermined pattern. After that, after removing the unnecessary thin film resistor film 12 by etching, the resist 11a was also removed. Thereby, as shown in FIG. 9, the thin film resistor film 12 adhered to the surface of the quartz substrate 11 is formed into predetermined heater patterns 12a, 12b, 12c.
[0032]
Then, as shown in FIG. 10, after a protective film 11b made of a resist was applied on the entire surface thereof, the protective film 11b was cut into heater patterns 12a, 12b, 12c. Thereafter, Cr and Cu as a pad plating base film were sequentially deposited on the entire surface by sputtering to form a pad plating base film 11c as shown in FIG. Then, after applying a resist 11d on the entire surface, the resist 11d was cut so that a predetermined pad pattern was formed.
[0033]
As a result, as shown in FIG. 12, a cut portion 11e in which the resist 11d is cut into a predetermined pad pattern is formed. Thereafter, this was immersed in a plating bath, and copper (Cu) plating, nickel (Ni) plating, and gold (Au) plating were sequentially performed on the pad plating base film 11c. Next, unnecessary portions of the pad plating base film 11c were removed by etching, and then the resist 11d was removed. Thereby, as shown in FIG. 13, the pad plating layer 14 is formed on the base film 11c.
[0034]
Then, after applying a resist 11f on the entire surface, the resist 11f was cut so that a pad pattern remained. Thereby, as shown in FIG. 14, the resist 11f is cut into a pad pattern, and the pad portion is protected by the resist 11f. Thereafter, aluminum nitride (AlN) or alumina (Al ₂ O ₃ ) Was applied by sputtering. Thereby, as shown in FIG. 15, the entire surface other than the pad plating layer 14 is covered with AlN or Al. ₂ O ₃ Is formed.
[0035]
Next, the substrate 11 is cut into a predetermined size (in this case, divided into four equal parts), whereby the thin film heater 10 as shown in FIG. 16 is formed. That is, two pairs of thin-film resistor films each including a first thin-film resistor 12a, 12c capable of forming a positive temperature gradient on the substrate 11 and a second thin-film resistor 12b, 12d capable of forming a negative temperature gradient. Are formed, electrode pads 14 are formed on both ends of each of the thin film resistors 12a, 12b, 12c, 12d, and an insulating film 13 is formed on each of the thin film resistors 12a, 12b, 12c, 12d. The thin film heater 10 thus formed is formed.
[0036]
The thin-film heater 10 formed in this manner is controlled by an optical waveguide to be controlled (a controlled object), for example, an AWG (Arrayed Waveguide Grating), an optical communication dispersion compensator (grating), and a wavelength as shown in FIG. When used for a conversion element or the like, a temperature gradient can be easily formed in each of these controlled objects. This makes it possible to stabilize the temperature characteristics of an optical waveguide such as an AWG, a grating or a wavelength conversion element using the thin film heater 10.
[0037]
【The invention's effect】
As described in detail above, in the present invention, two thin film resistors 12a and 12c capable of forming a positive temperature gradient and second thin film resistors 12b and 12d capable of forming a negative temperature gradient are provided. A pair of thin film resistors is provided. Therefore, only by controlling the first power supply A connected to the first thin film resistors 12a and 12c and the second power supply B connected to the second thin film resistors 12b and 12d, a positive temperature gradient or a negative temperature A gradient or a flat temperature gradient can be freely formed. Since such a thin film heater 10 can be arranged near an object to be controlled such as an optical waveguide, the heat generation temperature of each thin film resistor 12a, 12b, 12c, 12d is immediately transmitted to the object to be controlled. And a time lag can be prevented.
[0038]
In the above-described embodiment, the first thin-film resistor formed of the thin-film resistors 12a and 12c can form a positive temperature gradient, and the second thin-film resistor formed of the thin-film resistors 12b and 12d can be formed in the second thin-film resistor. Although the example using two pairs of thin film resistors of the above is described, any number of pairs of thin film resistors may be used as long as they are one pair or more. Further, the thin film heater of the present invention provides a directional coupler utilizing a phenomenon in which optical power is transferred between optical waveguides by bringing two optical waveguides close to each other in a wavelength order, and two optical waveguides having different optical path lengths. Mach-Zehnder interferometer that obtains wavelength selectivity by using the phase difference given to light guided through the ring, and the resonance condition (the optical path length for one round of the ring is an integer multiple of the wavelength) of the light circling the ring. A Fabry-Perot that is a ring resonator that selectively extracts only the light to be filled, or a resonator in which two mirrors (ones having a reflection function such as a cleavage plane and a film having a different refractive index) face the end face of the waveguide. It can be applied to various waveguide type optical devices such as a resonator.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram schematically showing a thin film heater of the present invention, and FIG. 1A is a top view schematically showing a state in which an insulating film formed on an uppermost portion is seen through; () Is a cross-sectional view schematically showing a cross section of the thin-film heater.
FIG. 2 is a top view schematically showing a state where a power supply is connected to the thin film heater of FIG.
FIG. 3 is a diagram showing a relationship between relative temperature and a position when a thin film heater width is reduced in proportion to a length, and FIG. 3 (a) is a diagram showing a relationship between a thin film heater width and a position. FIG. 3B is a diagram illustrating a relationship between a position and a relative temperature.
FIG. 4 is a diagram illustrating a relationship between a relative temperature and a position when a thin film heater width is reduced in inverse proportion to a length, and FIG. 4A is a diagram illustrating a relationship between a position and a thin film heater width. FIG. 4B is a diagram showing the relationship between the position and the relative temperature.
5 is a diagram showing a relationship between a relative temperature and a position when a voltage is applied to the power supply in FIG. 2; FIG. 5A shows a relative temperature with respect to a position when the voltage applied to the first power supply is changed; FIG. 5B is a diagram showing the relationship between the relative temperature and the position when the voltage applied to the second power source is changed, and FIG. 5C is a diagram showing the relationship between the first power source and the second power source. FIG. 6 is a diagram illustrating a relationship between a position and a relative temperature when a voltage applied to two power sources is changed.
6 is a view schematically showing a first step for manufacturing the thin film heater shown in FIG. 1, wherein FIG. 6 (a) shows a top view thereof, and FIG. 6 (b) shows a cross sectional view thereof. .
7 is a view schematically showing a second step for manufacturing the thin film heater shown in FIG. 1, wherein FIG. 7 (a) shows a top view thereof, and FIG. 7 (b) shows a sectional view thereof. .
8A and 8B are diagrams schematically showing a third step for manufacturing the thin film heater shown in FIG. 1, FIG. 8A is a top view thereof, and FIG. 8B is a diagram of FIG. FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view showing an AA cross section of FIG.
9 is a view schematically showing a fourth step for manufacturing the thin film heater shown in FIG. 1, wherein FIG. 9 (a) shows a top view thereof, and FIG. 9 (b) shows FIG. 9 (a). FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view showing an AA cross section of FIG.
10 is a diagram schematically showing a fifth step for manufacturing the thin film heater shown in FIG. 1, wherein FIG. 10 (a) shows a top view thereof, and FIG. 10 (b) shows FIG. 10 (a). FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view showing an AA cross section of FIG.
11 is a view schematically showing a sixth step for manufacturing the thin film heater shown in FIG. 1, wherein FIG. 11 (a) shows a top view thereof, and FIG. 11 (b) shows FIG. 11 (a). FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view showing an AA cross section of FIG.
12 is a view schematically showing a seventh step for manufacturing the thin film heater shown in FIG. 1, wherein FIG. 12 (a) shows a top view thereof, and FIG. 12 (b) shows FIG. 12 (a). It is sectional drawing which expands and shows the BB cross section of FIG.
13 is a view schematically showing an eighth step for manufacturing the thin-film heater shown in FIG. 1, wherein FIG. 13 (a) shows a top view thereof, and FIG. 13 (b) shows FIG. 13 (a). It is sectional drawing which expands and shows the BB cross section of FIG.
14 is a view schematically showing a ninth step for manufacturing the thin film heater shown in FIG. 1, wherein FIG. 14 (a) shows a top view thereof, and FIG. 14 (b) shows FIG. 14 (a). It is sectional drawing which expands and shows the BB cross section of FIG.
15 is a diagram schematically showing a tenth step for manufacturing the thin-film heater shown in FIG. 1, wherein FIG. 15 (a) shows a top view thereof, and FIG. 15 (b) shows FIG. 15 (a). It is sectional drawing which expands and shows the BB cross section of FIG.
16 is a view schematically showing an eleventh step for manufacturing the thin-film heater shown in FIG. 1; FIG. 16 (a) is a top view thereof; FIG. 16 (b) is FIG. 16 (a) FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view showing an AA cross section of FIG.
FIG. 17 is a diagram schematically showing an arrayed waveguide diffraction grating (AWG).
FIG. 18 is a diagram schematically showing a state in which a thin-film heater is formed on a conventional optical waveguide.
[Explanation of symbols]
Reference Signs List 10 thin film heater, 11 quartz substrate, 11a resist, 11b protective film, 11c pad plating base film, 11d resist, 11e resist cut portion, 11f resist, 12 thin film resistor film, 12a, 12b, 12c, 12d: thin film resistor, 13: insulating film, 14: electrode pad

Claims

薄膜抵抗体が発生する熱により温度勾配を形成できる薄膜ヒータであって、
前記薄膜抵抗体の幅を長さ方向に変化させてその始点からの長さに対して正の温度勾配が形成できる第１の薄膜抵抗体と、前記薄膜抵抗体の幅を長さ方向に変化させてその始点からの長さに対して負の温度勾配が形成できる第２の薄膜抵抗体との少なくとも一対の薄膜抵抗体を備えたことを特徴とする薄膜ヒータ。A thin-film heater capable of forming a temperature gradient by heat generated by the thin-film resistor,
A first thin film resistor capable of forming a positive temperature gradient with respect to the length from the starting point by changing the width of the thin film resistor in the length direction, and changing the width of the thin film resistor in the length direction A thin film heater comprising at least one pair of thin film resistors with a second thin film resistor capable of forming a negative temperature gradient with respect to the length from the starting point.

前記第１の薄膜抵抗体は始点からの長さに反比例して幅を減少させてその始点からの長さに対して正の温度勾配が形成できるようにし、
前記第２の薄膜抵抗体は始点からの長さに反比例して幅を増大させてその始点からの長さに対して負の温度勾配が形成できるようにしたことを特徴とする請求項１に記載の薄膜ヒータ。The first thin film resistor has a width reduced in inverse proportion to the length from the starting point so that a positive temperature gradient can be formed with respect to the length from the starting point,
2. The structure according to claim 1, wherein the second thin film resistor has a width which is inversely proportional to a length from the starting point, and a negative temperature gradient is formed with respect to the length from the starting point. The thin film heater according to the above.

少なくとも一対の薄膜抵抗体を備えた薄膜ヒータであって、
前記一対の薄膜抵抗体は、始点からの長さに応じて幅が減少する第１の薄膜抵抗体と、始点からの長さに応じて幅が増大する第２の薄膜抵抗体とからなり、
前記第１の薄膜抵抗体はその始点からの長さをＸとしＸ地点での幅をＹとしたときに、ＸＹ＝Ｋ（但し、Ｋは定数を表す）の関係を有し、
前記第２の薄膜抵抗体はその終点からの長さをＸとしＸ地点での幅をＹとしたときに、ＸＹ＝Ｋ（但し、Ｋは定数を表す）の関係を有していることを特徴とする薄膜ヒータ。A thin film heater comprising at least a pair of thin film resistors,
The pair of thin-film resistors include a first thin-film resistor whose width decreases according to the length from the starting point, and a second thin-film resistor whose width increases according to the length from the starting point,
The first thin film resistor has a relationship of XY = K (where K represents a constant) when a length from the start point is X and a width at the X point is Y,
When the length from the end point is X and the width at the X point is Y, the second thin film resistor has a relationship of XY = K (where K represents a constant). Characterized thin film heater.

前記第１の薄膜抵抗体および前記第２の薄膜抵抗体の上に絶縁膜が形成されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の薄膜ヒータ。4. The thin-film heater according to claim 1, wherein an insulating film is formed on the first thin-film resistor and the second thin-film resistor.