JP4109672B2 - 光導波路デバイスおよび光導波路デバイスの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、光導波路デバイスおよびその製造方法に関し、特に平面光導波路（Ｐｌａｎｎｅｒ Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ Ｃｉｒｃｕｉｔ）としての光導波路デバイスおよびその製造方法に関する。

近年、通信容量が爆発的に増大しているが、これに応えるため、波長多重（Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ：ＷＤＭ）を用いた大容量のフォトニックネットワークの構築が進められている。このＷＤＭ伝送システムの小型低コスト化には、光導波路デバイスとして、一括プロセスを用い大量生産が可能な平面光導波路（Ｐｌａｎｎｅｒ Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ Ｃｉｒｃｕｉｔ：ＰＬＣ）型機能集積素子の適用が有望視されている。

ここで、上述のごとき光導波路デバイスとしてのＰＬＣデバイスの製造方法としては、アンダークラッド層、コア層を形成した後、コア層上にコアパターンを形成するためのエッチングマスクを形成し、次に反応性イオンエッチング（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ：ＲＩＥ）法等で方向性を持ったエッチングを行ない、エッチングマスクをなすパターン部分以外のコア層を除去して導波路コアを製作する。その後、オーバークラッドを成膜することによってコアを埋め込むことが行なわれる。

なお、上述のエッチングマスクとしては、２層マスクと単層マスクなどがある。この２層マスクとしては、コア層上にメタルやポリイミドなどを成膜して、その上にフォトレジストを塗布してパターニングを行ない、その後、このフォトレジストをエッチングマスクとして下地のメタルやポリイミド等をエッチングすることにより形成する。又、単層マスクとしては、コア層上に耐熱性の高いフォトレジストを塗布・パターニングしたものをエッチングマスクとする。

ところで、このようなＰＬＣ型の光導波路デバイスにあっては、光導波路デバイスとしての高機能化、具体的には平面光導波路デバイスとしての低損失化や分散をコントロールできるようにするための技術が要求されている。
まず、図１４に示すように、ＰＬＣデバイスにおいて、例えばＹ分岐回路、ＡＷＧ（Ａｒｒａｙｅｄ Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ Ｇｒａｔｉｎｇ）のスラブ導波路からチャネル導波路への分岐部等の、１つの導波路９０１が２つ以上の導波路（例えば２本の導波路９０２，９０３）に分岐して光を分岐させるタイプの分岐回路９００では、一般的に分岐部分の導波路間ギャップｄの幅が小さいほど分岐部分の光損失を小さくすることが出来る。そのため、低損失な分岐回路を製作するために、分岐部分の導波路間ギャップｄをなるべく小さくする必要がある。

上述の２層マスクを用いてエッチングすることにより分岐回路を製作する場合においては、製作できる最小の導波路間ギャップは、最終的にマスク材となる層（メタルやポリイミド）をエッチングするためのフォトレジストのフォトリソグラフィー解像度で制限される。又、単層マスクを用いてエッチングすることにより分岐回路を製作する場合においても、直接マスク材となるフォトレジストのフォトリソグラフィー解像度で制限される。

たとえば、クラッドとコアの比屈折率差が０．４８％程度の石英系のＰＬＣデバイスでは、コア層を７μｍ程度エッチングする必要があるため、マスク材としてとして必要なフォトレジストの厚さは２μｍ以上となり、安定なフォトリソグラフィーの特性が得られる解像度は、膜厚と同等の２μｍ程度となる。従って、上述の手法においては、ＰＬＣデバイスの低損失化のために２μｍよりも小さい導波路間ギャップの分岐回路を製造しようとしても、このような２μｍよりも小さい導波路間ギャップを有する分岐回路を光導波路デバイスとして製作するのは困難であるという課題がある。

なお、上述のごとき課題に関連する公知技術としては、特開２００１−７４９５９号公報または特開平７−１９１２２４号公報にて開示された技術がある。
また、光ファイバにおいては、コアの芯部から外周部にかけて屈折率分布を持たせることにより、導波光の分散をコントロールする構造を有するものがあるが、光導波路デバイスにおいては、上述の光ファイバのごとき導波光の分散をコントロールする構造を有するコアを持つものはないため、このような分散をコントロールできるようなコアを有する光導波路デバイスの開発が望まれている。

さらに、光導波路デバイスの高機能化に伴って高集積化が進んでいるが、この高集積化のために光導波路のコアサイズはより細くなってきており、伝送路としての光ファイバとの結合部分におけるスポットサイズの差を解消させる必要性が大きくなってきている。
このスポットサイズ差を解消させるためには、光ファイバとの接続部分における光導波路のコア径を徐々に広げる構造が必要となるが、単に基板面に対して水平な方向の導波路コア幅を広げるのみならず、簡素な工程により、基板面に対して垂直な方向の導波路高さについても徐々に高くできるようにした光導波路デバイスの開発が望まれる。

本発明は、このような課題に鑑み創案されたもので、平面光導波路デバイスとしての高機能化を図ることができるようにした、光導波路デバイスおよび光導波路デバイスの製造方法を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明の光導波路デバイスは、第１クラッド層と、第１クラッド層上に形成され光を導波させるためのコアと、コアを包囲するように上記の第１クラッド層上に形成された第２クラッドとを備えた光導波路デバイスであって、コアが、当該コアの幹をなす幹部分と、幹部分における長手方向についての両側面上に形成され、第１クラッド層をなす面にほぼ垂直な部分と、を備え、前記幹部分が、前記幹部分の上部又は下部に前記第１クラッド層をなす面に対してほぼ水平に形成された複数の層を有する、又は、前記第１クラッド層をなす面にほぼ垂直な部分が、前記第１クラッド層をなす面に対してほぼ垂直な複数の層を有する、ことを特徴としている。

この場合においては、上記の幹部分または第１クラッド層をなす面にほぼ垂直な部分をなす複数層のうちで、隣り合う層の屈折率を異なるように構成することとしてもよい。
さらには、上記の幹部分または第１クラッド層をなす面にほぼ垂直な部分をなす複数層において、隣り合う層の屈折率が段階的に変化するように構成することができ、この場合においては、好ましくは、上記の幹部分または第１クラッド層をなす面にほぼ垂直な部分をなす複数層について、コアの芯部における層の屈折率を比較的高くするとともに、コアの芯部から外側の層に向けて、屈折率を段階的に低くしてから再度高くするように構成する。

また、上記の幹部分または第１クラッド層をなす面にほぼ垂直な部分の屈折率を、コアの芯部から外側に向けて、連続的に変化するように構成することができ、この場合においては、このましくは、上記の幹部分または第１クラッド層をなす面にほぼ垂直な部分における屈折率の分布を、二乗分布とする。
さらに、コアにおける光伝搬方向に垂直な断面についての屈折率分布に関し、第１クラッド層の面位に対する水平方向および垂直方向の屈折率の変化を、上記断面における中心点についてほぼ対称な分布を有するように構成することとしてもよい。

また、上述の光導波路デバイスにおいては、上述のコアを複数本近接して形成することとしてもよい。
さらに、コアの一端部において、上記の幹部分または第１クラッド層をなす面にほぼ垂直な部分をなす複数層におけるコアの外周をなす層がエッチングにより取り除かれ、且つ、上記エッチングによりコアの外周が取り除かれて露となった層の屈折率を、上記第１クラッドおよび第２クラッドとほぼ等くして構成することもでき、この場合においては、コアの一端部に結合する部分近傍のコア径を、上記光伝搬方向にわたって変化するように構成してもよい。

また、上述の光導波路デバイスにおいて、第１クラッド層が、第２クラッド層と等価な材質からなる基板により構成することとしてもよい。
さらに、本発明の光導波路デバイスの製造方法は、基板上に形成されたアンダークラッド層上または、アンダークラッド層としての基板上に、光を導波させるためのコアの幹をなす幹部分をリッジ形状で形成する幹部分形成ステップと、上記の幹部分形成ステップにおいて幹部分を形成した後に、アンダークラッド層上において、リッジ形状をなす幹部分を覆うように均一な薄膜層を成膜するとともに、上記のアンダークラッド層をなす面に対して垂直な方向に選択性を持ったエッチングを行なって、幹部分における長手方向についての両側面上に、アンダークラッド層をなす面にほぼ垂直な層構造の部分を形成する薄膜層成膜・エッチングステップと、上記の薄膜層成膜・エッチングステップにおいてエッチングを行なった後に、オーバークラッド層を形成して、コアを埋め込むオーバークラッド層形成ステップと、をそなえて構成されたことを特徴としている。

この場合においては、薄膜層成膜・エッチングステップが、薄膜層を成膜する薄膜層成膜ステップと、上記のアンダークラッド層をなす面に対して垂直な方向に選択性を持ったエッチングを行なうエッチングステップとを、アンダークラッド層をなす面にほぼ垂直な層の積層数に応じて繰り返すように構成することとしてもよい。
また、薄膜層成膜・エッチングステップが、薄膜層を、アンダークラッド層をなす面にほぼ垂直な層の積層数に応じて繰り返して成膜する薄膜層積層ステップと、上記のアンダークラッド層面または基板面に対して垂直な方向に選択性を持ったエッチングを行なうエッチングステップと、をそなえるように構成してもよい。

さらに、上述の光導波路デバイスの製造方法においては、薄膜層成膜・エッチングステップにおいて、アンダークラッド層上に形成された薄膜層を完全に削らないようにすることとしてもよい。
また、薄膜層成膜・エッチングステップにおいては、好ましくは、化学気相堆積（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＣＶＤ）法を用いることにより、薄膜層を成膜することができる。この場合においては、薄膜層を成膜する際に、所定のドーピング材を、ドーピング量を時間的に変化させながら添加することもできる。

この場合において、石英系の光導波路デバイスとして構成すべく、ドーピング材として、ゲルマニウム（Ｇｅ），リン（Ｐ），ホウ素（Ｂ）およびチタン（Ｔｉ）のうちの少なくとも１種類以上を用いることとしてもよい。
さらに、上述の光導波路デバイスの製造方法においては、好ましくは、薄膜層成膜・エッチングステップにおいて、アンダークラッド層をなす面に垂直な方向に選択性を持ったエッチングとして、反応性イオンエッチング（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ：ＲＩＥ）を用いることができる。

また、上記の薄膜層成膜・エッチングステップに続くオーバークラッド層形成ステップの前段のステップとして、コアの一端部において、上記の幹部分または層構造部分をなす複数層におけるコアの外周をなす層をエッチングにより取り除く外周層除去ステップをそなえることとしてもよい。
さらに、本発明の光導波路デバイスは、第１クラッド層と、第１クラッド層上に形成され光を導波するコアと、コアを覆うように前記第１クラッド層上に形成された第２クラッドと、を備えた光導波路デバイスにおいて、前記コアは、第１コアと、前記第１コアにおける長手方向についての側面に複数層状に形成される第２コアと、を備える。

ここで、前記第１コアは、前記第１クラッド層に対して上下側面及び左右側面を有するとともに、前記第２コアは、上側面、下側面、左側面、右側面のいずれかに形成された複数層状のコアであるようにしてもよい。
このように、本発明の光導波路デバイスおよび光導波路デバイスの製造方法によれば、以下の効果ないし利点がある。

（１）薄膜層形成・エッチングステップにより、幹部分と層構造部分とからなる複数のコアを、分岐導波路をなす複数のコアとして構成することができるので、隣接する複数のコア間のギャップを大幅に小さくさせることができる光導波路デバイスを製造することができ、このように製造された光導波路デバイスにより、コア間のギャップによる光損失を大幅に小さくすることができ、ひいては、平面光導波路デバイスとしての高機能化を図ることができる利点がある。

（２）幹部分形成ステップ，薄膜層成膜・エッチングステップおよびオーバークラッド層形成ステップにより、複数層を有して構成された幹部分と、複数層を有して構成された層構造部分とからなるコアを有する光導波路デバイスを製造することができるので、この光導波路デバイスによって、コアの芯部から外周部にかけて屈折率分布を持たせ、光ファイバで実現されているような導波光の分散をコントロールする構造を有することができ、平面光導波路デバイスとしての高機能化を図ることができる。ひいては、この光導波路デバイスの構成により、ＰＬＣの高集積化に伴って導波路内において生ずるであろう分散などに対しても、光導波路デバイス内においてコントロールできるようになることも期待できる。

また、薄膜層成膜・エッチングステップの薄膜層積層ステップとエッチングステップとにより、ＲＩＥの工程を一つ減らし、より簡略化された工程で上述の場合とほぼ同様の機能を持つ光導波路デバイスを製造することができ、光導波路デバイスとしての性能を保持しつつ製造コストを低減させることができる利点がある。
（３）幹部分形成ステップ，薄膜層成膜・エッチングステップ，外周層除去ステップおよびオーバークラッド層形成ステップという簡素な工程により、コアサイズについて導波路幅のみならず導波路高さについてまでも導波路の途中で変えることのできる光導波路デバイスを製造することができ、このように製造された光導波路デバイスにより、光導波路を伝搬する光のスポットサイズを容易に変換することができようにして、平面光導波路デバイスとしての高機能化を図ることができる利点がある。特に、このようなスポットサイズ変換機能を、高Δの（コア層とクラッド層との屈折率差の大きい）平面光導波路デバイスと光ファイバの接続部分に用いると、光ファイバの接続損失を大幅に低減させることができる利点もある。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
（Ａ）本発明の第１実施形態の説明
図１（ａ）〜図１（ｃ），図２（ａ）〜図２（ｃ）はそれぞれ、本発明の第１実施形態にかかる光導波路デバイス１００の製造方法を説明するための模式図であり、光伝搬方向に垂直な面でのデバイス断面図である。また、図２（ｃ）は特に本発明の製造方法で製造された光導波路デバイス１００を示すものである。

第１実施形態にかかる光導波路デバイス１００は、前述の図１４に示すものと同様に、Ｙ分岐回路として機能するものであるが、上述の図１（ａ）〜図１（ｃ），図２（ａ）〜図２（ｃ）はいずれも、Ｙ分岐回路をなす光導波路がＹ分岐する個所に相当する位置の断面図を示している（図１４に示すＡＡ′断面線参照）。
ここで、この図２（ｃ）に示す光導波路デバイス１００は、シリコン基板（以下、単に基板という）１０３上に第１クラッド層としての石英系層としてのアンダークラッド層１０１をそなえるとともに、アンダークラッド層１０１上に形成され光を導波させるための２条のコア１１１，１１２と、コア１１１，１１２を包囲するようにアンダークラッド層１０１およびコア１１１，１１２上に形成された第２クラッドとしての石英系層のオーバークラッド層１０２とをそなえて構成されている。尚、図１（ａ）〜図１（ｃ），図２（ａ），図２（ｂ）においては、基板１０３についての図示を省略している。

さらに、コア１１１は幹部分１１１−１と層構造部分１１１−２，１１１−３をそなえて構成され、コア１１２についても、幹部分１１２−１と層構造部分１１２−２，１１２−３をそなえて構成されている。ここで、幹部分１１１−１，１１２−１は、それぞれのコア１１１，１１２の幹をなすものである。
また、層構造部分１１１−２，１１１−３はそれぞれ、幹部分１１１−１における長手方向についての両側面１１１ａ，１１１ｂ上に形成され、アンダークラッド層１０１をなす面Ｕにほぼ垂直な層構造をそなえている。同様に、層構造部分１１２−２，１１２−３についても、それぞれ、幹部分１１２−１における長手方向についての両側面１１２ａ，１１２ｂ上に形成され、アンダークラッド層１０１をなす面Ｕにほぼ垂直な層構造をそなえて構成されている。

また、上述のコア１１１をなす幹部分１１１−１および層構造部分１１１−２，１１１−３は、後述するように異なる工程段階で形成されるようになっているが、ともに同一の屈折率分布を有するように構成されている。同様に、コア１１２をなす幹部分１１２−１および層構造部分１１２−２，１１２−３についても、異なる工程段階で形成されるが、ともに同一の屈折率分布を有するように構成されている。

また、この図２（ｃ）に示す光導波路デバイス１００は、以下に示すような方法で製造されているので、後述する一般的な製造方法で製造されたものに比して、コア間のギャップｄ₁を大幅に小さくさせることができるようになっている。
まず、幹部分形成ステップとして、基板１０３〔図２（ｃ）参照〕上に形成されたアンダークラッド層１０１上に、光を導波させるためのコア１１１，１１２の幹をなす幹部分１１１−１，１１２−１をリッジ形状で形成する〔図１（ａ）〜図１（ｃ）参照〕。

具体的には、化学気相堆積（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＣＶＤ）法、火炎堆積（Ｆｌａｍｅ Ｈｙｄｒｏｌｙｓｉｓ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＦＨＤ）法又はスパッタリング等の手法を用いることにより、上述の基板上１０３に、アンダークラッド層１０１を形成してから、コア１１１，１１２の原型となるコア層１１０を成膜する〔図１（ａ）参照〕。

ついで、コア層１１０からコア１１１，１１２をなす幹部分１１１−１，１１２−１を形成するためのマスクパターンを有するエッチングマスク１２１，１２２を形成する。このエッチングマスク１２１，１２２は、２層マスクや単層マスクにより構成する。
すなわち、エッチングマスク１２１，１２２として２層マスクを構成する場合においては、コア層１１０上に下地としてのメタルやポリイミド等を成膜してから、その上にフォトレジストを塗布してパターニングを行ない、その後、このフォトレジストをエッチングマスクとして下地のメタルやポリイミド等をエッチングして形成する。又、単層マスクを構成する場合には、コア層１１０上に耐熱性の高いフォトレジストを塗布・パターニングすることにより、このフォトレジストを単層マスクとしてのエッチングマスク１２１，１２２とする。

次に、このエッチングマスク１２１，１２２をマスクとし、エッチングガスにフッ素系のガス（例えば、ＣＦ₄やＣ₃Ｆ₈やＣ₄Ｆ₈等）を用い、ＲＩＥ法でコア層１１０をエッチングすることにより、幹部分１１１−１，１１２−１を形成する〔図１（ｂ）参照〕。
この際、好ましくは、マスクされていないコア層１１０部分を完全に削らないようにし、一部分（例えば０．数μｍ程度の厚さ分）残してエッチングを行なう。これにより、後段の工程における層構造部分１１１−２，１１１−３，１１２−２，１１２−３が形成された後のＲＩＥにより、最終的なコア１１１，１１２の形状を完全な矩形にすることができる。

なお、上述のエッチングガスとしては、好ましくはフッ素に比して炭素の割合が比較的高いもの（例えばＣ₃Ｆ₈やＣ₄Ｆ₈等）を用いることにより、エッチングマスク１２１，１２２が削られる度合いを少なくしてＳｉＯ₂からなるコア層１１０の不要部分を効率的に削ることができる。
さらに、上述のＲＩＥ法によるエッチングに続いて、幹部分１１１−１，１１２−１の上に残ったエッチングマスク１２１，１２２を除去する〔図１（ｃ）参照〕。

ついで、幹部分形成ステップにおいて幹部分１１１−１，１１２−１を形成した後に、薄膜層成膜・エッチングステップとして、アンダークラッド層１０１上において、リッジ形状をなす幹部分１１１−１，１１２−１を覆うように均一な薄膜層１１０Ａを成膜する〔図２（ａ）参照〕。
ここで、上述の薄膜層１１０Ａについては、アンダークラッド層１０１上において、コア層１１０とほぼ同じ屈折率を持ち、且つコア側面、即ち幹部分１１１−１，の両側面１１１ａ，１１１ｂおよび幹部分１１２−１の両側面１１２ａ，１１２ｂ上にも厚さが均等となるように成膜する。即ち、薄膜層１１０Ａは、幹部分１１１−１，１１２−１とほぼ同じ屈折率を有している。

続いて、アンダークラッド層１０１をなす面Ｕに対して垂直な方向に選択性を持ったエッチングを行なって、幹部分１１１−１，１１２−１における長手方向についての両側面１１１ａ，１１１ｂ，１１２ａ，１１２ｂ上に、アンダークラッド層１０１をなす面Ｕにほぼ垂直な層構造の部分１１１−２，１１１−３，１１２−２，１１２−３を形成する〔図２（ｂ）参照〕。

具体的には、基板に垂直な方向（即ちアンダークラッド層１０１のなす面Ｕに垂直な方向）にのみ選択的にエッチングが進むエッチング方法を用いて、薄膜層１１０Ａのうちで、幹部分１１１−１，１１２−１上部とアンダークラッド層１０１上に成膜された部分をエッチングする。
これにより、上述の幹部分形成ステップにおいて形成された幹部分１１１−１，１１２−１におけるそれぞれの側壁１１１ａ，１１１ｂ，１１２ａ，１１２ｂだけに、後から成膜したコア層とほぼ同じ屈折率を持つ層構造部分１１１−２，１１１−３，１１２−２，１１２−３を残すことができる。即ち、このように構成された幹部分１１１−１および層構造部分１１１−２，１１１−３により、コア１１１を構成し、幹部分１１２−１および層構造部分１１２−２，１１２−３により、コア１１２を構成する。

なお、上述のエッチングとしては、好ましくはフッ素に比して炭素の割合が比較的低いもの（例えばＣＦ₄等）をエッチングガスとしたＲＩＥを用いることによりエッチングを行なう。これにより、マイクロローディング効果の小さいエッチングが可能となり、コア１１１とコア１１２との間の狭いギャップの底面のアンダークラッド層１０１上に成膜された部分を、コア１１１，１１２外側の開口部の広い部分に近いエッチングレートで削ることができる。

続いて、上述の薄膜層成膜・エッチングステップにおいてエッチングを行なった後に、オーバークラッド層形成ステップとして、前述のコア層１１０と同様、化学気相堆積法、火炎堆積法又はスパッタリング等の手法を用いることにより、オーバークラッド層１０２を形成し、コア１１１，１１２を埋め込む。これにより、図２（ｃ）に示す光導波路デバイス１００とすることができる。

ところで、図１（ａ）〜図１（ｃ）に示す工程において製造された幹部分１１１−１，１１２−１をコアとする製造方法においては、続く工程においてオーバークラッド層を積層していたが、このような製造方法に比して、第１実施形態にかかる製造方法で製造された光導波路デバイス１００のコア間のギャップｄ₁を層構造部分１１１−３，１１２−２の厚さに相当する分だけ小さくすることができる。

たとえば、クラッド層とコア層の屈折率差Δが０．４８％程度の石英系ＰＬＣにおいて、上述の図１（ａ）〜図１（ｃ）の工程で製造されたものをコアとする製造方法の場合には、２μｍのコア間ギャップのコアを形成しているところ、その後厚さ０．５μｍの層を成膜して、基板に垂直方向だけに０．５μｍエッチングを行なえば、コア間ギャップを１μｍ減少させて、従来よりの製造方法では製造することが困難であった１μｍ幅のコア間ギャップの光導波路デバイスを容易に実現することができる。

このように、本発明の第１実施形態によれば、薄膜層形成・エッチングステップにより、幹部分１１１−１と層構造部分１１１−２，１１１−３とからなるコア１１１とともに、幹部分１１２−１と層構造部分１１２−２，１１２−３とからなるコア１１２を、Ｙ分岐回路を構成する分岐導波路をなす２つのコア１１１，１１２として構成することができるので、隣接するコア１１１，１１２間のギャップを大幅に小さくできる光導波路デバイス１００を製造することができ、このように製造された光導波路デバイス１００により、コア１１１，１１２間のギャップによる光損失を大幅に小さくすることができ、平面光導波路デバイスとしての高機能化を図ることができる利点がある。

なお、上述の第１実施形態においては、図１４に示すものに相当するＹ分岐回路として光導波路デバイスを構成した場合について詳述したが、本発明によればこれに限定されず、ＡＷＧのスラブ導波路からチャネル導波路への分岐部等の分岐回路や、例えば方向性結合器等において、複数の導波路が近接する個所のために本発明の構成ないし製造方法を適用することとしてもよい。

（Ｂ１）第２実施形態の説明
図３（ａ）〜図３（ｄ），図４（ａ）〜図４（ｄ）はそれぞれ、本発明の第２実施形態にかかる光導波路デバイス２００の製造方法を説明するための模式図であり、光伝搬方向に垂直な面でのデバイス断面図である。また、図４（ｄ）は特に本発明の製造方法で製造された光導波路デバイス２００のデバイス断面図を示すものである。

ここで、この図４（ｄ）に示す光導波路デバイス２００は、シリコン基板（以下、単に基板という）２５０上に第１クラッド層としての石英系層のアンダークラッド層２０１をそなえるとともに、アンダークラッド層２０１上に形成され光を導波させるための１条のコア２２０と、コア２２０を包囲するようにアンダークラッド層２０１およびコア２２０上に形成された第２クラッドとしての石英系層のオーバークラッド層２１１とをそなえて構成されている。尚、図３（ａ）〜図３（ｄ），図４（ａ）〜図４（ｃ）においては、基板２５０についての図示を省略している。

さらに、コア２２０は、幹部分２０８〔図３（ｃ）参照〕と層構造部分２２１，２２２とをそなえて構成されているが、幹部分２０８はアンダークラッド層２０１をなす面Ｕにほぼ水平な複数の層（この場合においては５つの層２３１〜２３５）を有して構成されている。
また、層構造部分２２１は、幹部分２０８における長手方向についての側面２０８ａ〔図３（ｃ）参照〕上に形成され、アンダークラッド層２０１をなす面Ｕにほぼ垂直な複数の層〔この場合においては２つの層２４１，２４２、図４（ｃ）参照〕を有して構成されている。

同様に、層構造部分２２２は、幹部分２０８における長手方向についての側面２０８ｂ〔図３（ｃ）参照〕上に形成され、アンダークラッド層２０１をなす面Ｕにほぼ垂直な複数の層〔この場合においては２つの層２４３，２４４、図４（ｃ）参照〕を有して構成されている。
また、上述の幹部分２０８をなす層２３１〜２３５，層構造部分２２１をなす層２４１，２４２および層構造部分２２２をなす層２４３，２４４は、隣り合う層の屈折率が異なるように、具体的には、隣り合う層の屈折率が段階的に変化するように構成されている。

すなわち、図４（ｄ）に示すように、幹部分２０８の層２３３は、コア２２０の芯部をなしているが、この層２３３の屈折率ｎ１を、コア２２０をなす他の層２３１，２３２，２３４，２３５，２４１〜２４４よりも比較的高くしている。又、層２３２，２３４，２４２，２４３は、層２３３の外周側に隣接したものであるが、これらの層２３２，２３４，２４２，２４３の屈折率ｎ２については、ほぼ等しい値としつつ層２３３よりも比較的低くしている。

さらには、層２３１，２３５，２４１，２４４はそれぞれ、層２３２，２３４，２４２，２４３の外周側に隣接しているものであるが、これらの層２３１，２３５，２４１，２４４の屈折率ｎ３についてもほぼ等しい値としつつ、層２３２，２３４，２４２，２４３の屈折率ｎ２よりも比較的高くし、且つ層２３３の屈折率ｎ１よりも低い値となるようにしている。

これにより、上述の幹部分２０８をなす層２３１〜２３５または層構造部分２２１，２２２をなす層２４１〜２４４について、コア２２０の芯部にあたる層２３３の屈折率ｎ１を比較的高くするとともに、コア２２０の芯部から外側の層に向けて、屈折率を段階的に低くしてから再度高くしている（ｎ１→ｎ２→ｎ３）。
換言すれば、コア２２０における光伝搬方向に垂直な断面についての屈折率分布に関し、アンダークラッド層２０１の面位に対する水平方向および垂直方向の屈折率の変化が、この断面における中心点についてほぼ対称な分布を有するように構成されているのである。即ち、このようにコア２２０の屈折率分布を調整することにより、光ファイバで実現されているような、導波光の分散をコントロールする構造とすることができる。

なお、各層２３１〜２３５，２４１〜２４４においては、それぞれの層２３１〜２３５，２４１〜２４４の成膜過程において添加されるドーピング材のドーピング量を可変することにより、上述のごとき段階的な屈折率の変化を持たせることができる。又、このドーピング材としては、例えばゲルマニウム（Ｇｅ），リン（Ｐ），ホウ素（Ｂ）およびチタン（Ｔｉ）のうちの少なくとも１種類以上を用いる。

また、この図４（ｄ）に示す光導波路デバイス２００は、例えば以下に示すような方法で製造することができる。
まず、幹部分形成ステップとして、基板２５０上に形成されたアンダークラッド層２０１上に、光を導波させるためのコア２２０の幹をなす幹部分２０８をリッジ形状で形成する〔図３（ａ）〜図３（ｃ）参照〕。

具体的には、化学気相堆積法、火炎堆積法又はスパッタリング等の手法を用いることにより、上述の基板２５０上に、アンダークラッド層２０１を形成してから、幹部分２０８の原型となるコア層２０２〜２０６を順番に成膜する。
ここで、コア層２０４は、幹部分２０８をなす層２３３の原型となるものであって、他のコア層２０２，２０３，２０５，２０６に比して最も高い屈折率ｎ１を有している。又、コア層２０４に隣接するコア層２０３，２０５はそれぞれ幹部分２０８をなす層２３２，２３４の原型となるもので、これらコア層２０３，２０５の屈折率ｎ２は、ほぼ同一の屈折率で他のコア層２０２，２０４，２０６に比して低くなっている。更には、コア層２０２，２０６はそれぞれ幹部分２０８をなす層２３１，２３５の原型となるもので、これらコア層２０２，２０６の屈折率ｎ３は、コア層２０３，２０５の屈折率ｎ２よりも高くコア層２０４の屈折率ｎ１よりも低くなるように形成されている。

上述のごとくコア層２０２〜２０６を成膜すると、次いで、コア層２０２〜２０６からコア２２０をなす幹部分２０８を形成するためのマスクパターンを有するエッチングマスク２０７を形成する。このエッチングマスク２０７は、例えば第１実施形態の場合と同様の２層マスクや単層マスクにより構成する〔図３（ａ）参照〕。
次に、このエッチングマスク２０７をマスクとし、エッチングガスにフッ素系のガス（例えば、ＣＦ₄やＣ₃Ｆ₈やＣ₄Ｆ₈等）を用い、ＲＩＥ法でコア層２０２〜２０６をエッチングすることにより、幹部分２０８を形成する〔図３（ｂ）参照〕。更に、上述のＲＩＥ法によるエッチングに続いて、幹部分２０８の上に残ったエッチングマスク２０７を除去する〔図３（ｃ）参照〕。

なお、上述のＲＩＥ法におけるエッチングガスとしては、好ましくはフッ素に比して炭素の割合が比較的高いもの（例えばＣ₃Ｆ₈やＣ₄Ｆ₈等）を用いることにより、エッチングマスク２０７が削られる度合いを少なくしてＳｉＯ₂からなるコア層２０２〜２０６の不要部分を効率的に削ることができる。
ついで、幹部分形成ステップにおいて幹部分２０８を形成した後に、薄膜層成膜・エッチングステップにおける薄膜層成膜ステップとして、アンダークラッド層２０１上において、リッジ形状をなす幹部分２０８を覆うように均一な薄膜層２０９を成膜する〔図３（ｄ）参照〕。この薄膜層２０９については、幹部分２０８をなす層２３２，２３４とほぼ同じ屈折率ｎ２を持ち、且つコア側面、即ち幹部分２０８の両側面２０８ａ，２０８ｂ上にも厚さが均等となるように成膜する。

続いて、エッチングステップとして、アンダークラッド層２０１をなす面Ｕに対して垂直な方向に選択性を持ったエッチングを行なって、幹部分２０８における長手方向についての両側面２０８ａ，２０８ｂ〔図３（ｃ）参照〕上に、アンダークラッド層２０１をなす面Ｕにほぼ垂直な層構造の部分となる層２４２，２４３を形成する〔図４（ａ）参照〕。

具体的には、基板に垂直な方向（即ちアンダークラッド層２０１のなす面Ｕに垂直な方向）にのみ選択的にエッチングが進むエッチング方法を用いて、薄膜層２０９のうちで、幹部分２０８上部とアンダークラッド層２０１上に成膜された部分をエッチングする。
これにより、上述の幹部分形成ステップにおいて形成された幹部分２０８におけるそれぞれの側壁２０８ａ，２０８ｂ上だけに、層構造部分としての層２４２，２４３を残すことができる。即ち、層２３３に隣接する外周層としての層２３２，２３４，２４２，２４３を、層２３３の屈折率ｎ１よりも小さい屈折率ｎ２で形成することができるのである。

このように層構造部分としての層２４２，２４３が形成されると、更に上述の層２４２，２４３を形成するための工程と同様の工程を繰り返すことにより、層構造部分としての層２４１，２４４を形成する。換言すれば、薄膜層成膜・エッチングステップとしては、上述の薄膜層成膜ステップとエッチングステップとを、アンダークラッド層２０１をなす面にほぼ垂直な層の積層数に応じて繰り返す。

すなわち、薄膜層成膜ステップとして、アンダークラッド層２０１上において、幹部分２０８および層２４２，２４３を覆うように均一な薄膜層２１０（屈折率ｎ３）を成膜する〔図４（ｂ）参照〕。更に、エッチングステップとして、アンダークラッド層２０１をなす面Ｕに対して垂直な方向に選択性を持ったエッチングを行なって、層２４２，２４３上に、アンダークラッド層２０１をなす面Ｕにほぼ垂直な層構造の部分となる層２４１，２４４を形成する〔図４（ｃ）参照〕。

これにより、層２３２，２３４，２４２，２４３に隣接する外周層としての層２３１，２３５，２４１，２４４を、屈折率ｎ３（ｎ２＜ｎ３＜ｎ１）で形成することができるのである。
したがって、上述の層２４１，２４２により幹部分２０８の側壁２０８ａ上に形成された層構造部分２２１を構成し、層２４３，２４４により幹部分２０８の側壁２０８ｂ上に形成された層構造部分２２２を構成する。又、このように構成された幹部分２０８および層構造部分２２１，２２２により、コア２２０を構成する。

続いて、上述の薄膜層成膜・エッチングステップにおいてエッチングを行なった後に、オーバークラッド層形成ステップとして、前述のコア層２０２〜２０６と同様、化学気相堆積法、火炎堆積法又はスパッタリング等の手法を用いることにより、オーバークラッド層２０２を形成し、コア２２０を埋め込む。これにより、図４（ｄ）に示す光導波路デバイス２００とすることができる。

このように、本発明の第２実施形態によれば、幹部分形成ステップ，薄膜層成膜・エッチングステップおよびオーバークラッド層形成ステップにより、複数層２３１〜２３５を有して構成された幹部分２０８と、複数層２４１〜２４４を有して構成された層構造部分２２１，２２２とからなるコア２２０を有する光導波路デバイス２００を製造することができるので、この光導波路デバイス２００によって、コアの芯部から外周部にかけて屈折率分布を持たせ、光ファイバで実現されているような導波光の分散をコントロールする構造を有することができ、平面光導波路デバイスとしての高機能化を図ることができる。ひいては、第２実施形態にかかるコア２２０の構成により、ＰＬＣの高集積化に伴って導波路内において生ずるであろう分散などに対しても、光導波路デバイス内においてコントロールできるようになることも期待できる。

なお、上述の第２実施形態にかかる光導波路デバイス２００においては、３種類の屈折率分布を持つ層により、コア２２０の芯部の屈折率をｎ１とし、芯部から外側の層に向けてｎ２，ｎ３の屈折率（ｎ２＜ｎ３＜ｎ１）となるように分布させているが、本発明によればこれに限定されず、幹部分２０８および層構造部分２２１，２２２を構成する層の数を更に増やすことにより、更に精度高く分散をコントロールできるようなきめ細かい屈折率分布を設けることも可能である。

（Ｂ２）第２実施形態の第１変形例の説明
図５（ａ）〜図５（ｃ），図６（ａ）〜図６（ｃ）はそれぞれ、本発明の第２実施形態の第１変形例にかかる光導波路デバイス３００の製造方法を説明するための模式図であり、光伝搬方向に垂直な面でのデバイス断面図である。また、図６（ｃ）は特に本発明の製造方法で製造された光導波路デバイス３００のデバイス断面図を示すものである。

ここで、この図６（ｃ）に示す光導波路デバイス３００は、前述の光導波路デバイス２００と同様に、基板３５０上に第１クラッド層としてのアンダークラッド層３０１をそなえるとともに、アンダークラッド層３０１上に形成され光を導波させるための１条のコア３２０と、コア３２０を包囲するようにアンダークラッド層３０１およびコア３２０上に形成された第２クラッドとしてのオーバークラッド層３１１と、をそなえて構成されている。尚、図５（ａ）〜図５（ｃ），図６（ａ），図６（ｂ）においては、基板３５０についての図示を省略している。

また、アンダークラッド層３０１およびオーバークラッド層３１１については、第２実施形態における光導波路デバイス２００におけるもの（符号２０１，２１１参照）と基本的に同様の構成を有し、コア３２０は、上述の光導波路デバイス２００におけるもの（符号２０８参照）と同様の幹部分３０８をそなえるとともに、層構造部分３２１，３２２をそなえて構成されている。

すなわち、第２実施形態の第１変形例にかかる光導波路デバイス３００は、前述の第２実施形態における光導波路デバイス２００〔図４（ｄ）参照〕に比して、コア３２０を構成する層構造部分３２１，３２２の構造およびその製造方法が異なるもので、この層構造部分３２１，３２２以外の構造およびその製造方法については、基本的に光導波路デバイス２００と同様である。

すなわち、幹部分３０８は、前述の図４（ｄ）における光導波路デバイス２００における幹部分２０８と同様に、アンダークラッド層３０１をなす面Ｕにほぼ水平な複数の層（この場合においては５つの層３３１〜３３５）を有して構成されている。
また、層構造部分３２１は、幹部分３０８における長手方向についての側面３０８ａ〔図５（ｃ）参照〕上に形成され、アンダークラッド層３０１をなす面Ｕにほぼ垂直な複数の層〔この場合においては２つの層３４１，３４２、図４（ｃ）参照〕を有して構成されている。尚、前述の図４（ｄ）に示す層２４１，２４２と異なり、層３４２はアンダークラッド層３０１上に延在し、層３４１は層３４２上に形成されている。

同様に、層構造部分３２２は、幹部分３０８における長手方向についての側面３０８ｂ〔図５（ｃ）参照〕上に形成され、アンダークラッド層３０１をなす面Ｕにほぼ垂直な複数の層〔この場合においては２つの層３４３，３４４、図４（ｃ）参照〕を有して構成されている。尚、前述の図４（ｄ）に示す層３４３，３４４と異なり、層３４４はアンダークラッド層３０１上に延在し、層３４３は層３４４上に形成されている。

また、層３４１〜３４４の屈折率分布は、図４（ｄ）に示す層２４１〜２４４の屈折率分布と同様である。これにより、幹部分３０８および層構造部分３２１，３２２をなす複数層３３１〜３３５，３４１〜３４４について、コア３２０の芯部（中心）における層３３３の屈折率を比較的高く（ｎ１）するとともに、コア３２０の中心から外側の層に向けて屈折率を段階的に低くしてから再度高くするように（ｎ１→ｎ２→ｎ３；ｎ２＜ｎ３＜ｎ１）構成することができる。

また、この図６（ｃ）に示す光導波路デバイス３００は、例えば以下に示すような方法で製造することができる。
まず、幹部分形成ステップとして、基板３５０上に形成されたアンダークラッド層３０１上に、光を導波させるためのコア３２０の幹をなす幹部分３０８を、図４（ｄ）に示す幹部分２０８と同様に、リッジ形状で形成する〔図５（ａ）〜図５（ｃ）参照〕。

具体的には、化学気相堆積法、火炎堆積法又はスパッタリング等の手法を用いることにより、上述の基板３５０上に、アンダークラッド層３０１を形成してから、幹部分３０８の原型となるコア層３０２〜３０６を順番に成膜する。尚、コア層３０２〜３０６の屈折率分布は、図４（ｄ）に示すコア層２０２〜２０６の屈折率分布と同様である。
上述のごとくコア層３０２〜３０６を成膜すると、次いで、コア層３０２〜３０６からコア３２０をなす幹部分３０８を形成するためのマスクパターンを有するエッチングマスク３０７を形成し〔図５（ａ）参照〕、このエッチングマスク３０７をマスクとし、フッ素系のガス（好ましくは、Ｃ₃Ｆ₈やＣ₄Ｆ₈等の炭素の割合が比較的高いもの）を用いＲＩＥ法でエッチングすることにより、コア層３０２〜３０６をエッチングして幹部分３０８を形成する〔図５（ｂ）参照〕。更に、上述のＲＩＥ法によるエッチングに続いて、幹部分２０８の上に残ったエッチングマスク３０７を除去する〔図５（ｃ）参照〕。

ついで、幹部分形成ステップにおいて幹部分３０８を形成した後に、薄膜層成膜・エッチングステップの薄膜層積層ステップとして、アンダークラッド層３０１上において、リッジ形状をなす幹部分４０８を覆うように均一な薄膜層３０９，３１０を順次成膜する〔図６（ａ）参照〕。
なお、薄膜層３０９は図３（ｄ）に示す薄膜層２０９と同様に屈折率ｎ２を持ち、薄膜層３１０は図４（ｂ）に示す薄膜層２１０と同様に屈折率ｎ３を持ち、それぞれ、コア側面、即ち幹部分３０８の両側面３０８ａ，３０８ｂ上にも厚さが均等となるように成膜する。

続いて、エッチングステップとして、アンダークラッド層３０１をなす面Ｕに対して垂直な方向に選択性を持ったエッチングを行なって、幹部分３０８における長手方向についての両側面３０８ａ，３０８ｂ〔図３（ｃ）参照〕上に、アンダークラッド層３０１をなす面Ｕにほぼ垂直な層構造の部分となる層構造部分３２１，３２２を形成する〔図６（ｂ）参照〕。

すなわち、前述の第２実施形態においては、薄膜層２０９を形成した後に、幹部分２０８上部とアンダークラッド層２０１上に成膜された薄膜層２０９の部分を除去するためのエッチングを行なっているが、第２実施形態の第１変形例においては、薄膜層３０９を形成した後にエッチングは行なわずに、２層の薄膜層３０９，３１０を形成した後の１回のエッチング工程のみで、層構造部分３２１，３２２を形成しているのである。

換言すれば、薄膜層成膜・エッチングステップは、薄膜層３０９，３１０をアンダークラッド層３０１をなす面にほぼ垂直な層の積層数（本変形例の場合には２）に応じて繰り返して成膜する薄膜層積層ステップと、アンダークラッド層３０１面または基板３５０面に対して垂直な方向に選択性を持ったエッチングを行なうエッチングステップとにより構成する。

この場合においては、薄膜層３０９は上述のエッチングにより側壁３０８ａ，３０８ｂ上にそれぞれ層３４２，３４３が残り、薄膜層３１０は上述のエッチングにより側壁３０８ａ，３０８ｂ上にそれぞれ層３４１，３４４が残る。即ち、側壁３０８ａ上の層３４１，３４２により層構造部分３２１を構成し、側壁３０８ｂ上の層３４３，３４４により層構造部分３２２を構成する。又、このように構成された幹部分３０８および層構造部分３２１，３２２により、コア３２０を構成する。

続いて、上述の薄膜層成膜・エッチングステップにおいてエッチングを行なった後に、オーバークラッド層形成ステップとして、前述のコア層３０２〜３０６と同様、化学気相堆積法、火炎堆積法又はスパッタリング等の手法を用いることにより、オーバークラッド層３１１を形成し、コア３２０を埋め込む。これにより、図６（ｃ）に示す光導波路デバイス３００とすることができる。

このように、本発明の第２実施形態の第１変形例によれば、幹部分形成ステップ，薄膜層成膜・エッチングステップおよびオーバークラッド層形成ステップにより、複数層３３１〜３３５を有して構成された幹部分３０８と、複数層３４１〜３４４を有して構成された層構造部分３２１，３２２とからなるコア３２０を有する光導波路デバイス３００を製造することができるので、前述の第２実施形態の場合と同様、この光導波路デバイス３００によって、コアの芯部から外周部にかけて屈折率分布を持たせ、導波光の分散をコントロールする構造を有することができる。

また、薄膜層成膜・エッチングステップの薄膜層積層ステップとエッチングステップとにより、ＲＩＥの工程を一つ減らし、前述の第２実施形態の場合よりも簡略化された工程で光導波路デバイス３００を製造することができ、光導波路デバイスとしての性能を保持しつつ製造コストを低減させることができる利点がある。
なお、上述の第２実施形態にかかる光導波路デバイス３００においても、３種類の屈折率分布を持つ層により、コア３２０の芯部の屈折率をｎ１とし、芯部から外側の層に向けてｎ２，ｎ３の屈折率（ｎ２＜ｎ３＜ｎ１）となるように分布させているが、本発明によればこれに限定されず、幹部分３０８および層構造部分３２１，３２２を構成する層の数を更に増やすことにより、更に精度高く分散をコントロールできるようなきめ細かい屈折率分布を設けることも可能である。

（Ｂ３）第２実施形態の第２変形例の説明
図７（ａ）〜図７（ｃ），図８（ａ）〜図８（ｃ）はそれぞれ、本発明の第２実施形態の第２変形例にかかる光導波路デバイス４００の製造方法を説明するための模式図であり、光伝搬方向に垂直な面でのデバイス断面図である。また、図８（ｃ）は特に本発明の製造方法で製造された光導波路デバイス４００のデバイス断面図を示すものである。

ここで、この図８（ｃ）に示す光導波路デバイス４００は、前述の光導波路デバイス２００，３００〔図４（ｄ）および図６（ｃ）参照〕と同様に、基板４５０上に第１クラッド層としてのアンダークラッド層４０１をそなえるとともに、アンダークラッド層４０１上に形成され光を導波させるための１条のコア４２０と、コア４２０を包囲するようにアンダークラッド層４０１およびコア４２０上に形成された第２クラッドとしてのオーバークラッド層４１１と、をそなえて構成されている。尚、図７（ａ）〜図７（ｃ），図８（ａ），図８（ｂ）においては、基板４５０についての図示を省略している。

また、コア４２０は、前述の図４（ｄ）または図６（ｃ）に示す光導波路デバイス２００，３００におけるコア２２０，３２０と同様、幹部分４０８および層構造部分４２１，４２２をそなえて構成されている。
ここで、第２実施形態の第２変形例にかかる光導波路デバイス４００は、図４（ｄ）または図６（ｃ）に示す光導波路デバイス２００，３００に比して、コア４２０を構成する幹部分４０８および層構造部分４２１，４２２の構造およびその製造方法が異なり、このコア４２０以外のアンダークラッド層４０１およびオーバークラッド層４１１の構造およびその製造方法については、基本的に光導波路デバイス２００，３００の場合と同様である。

すなわち、幹部分４０８は、前述の図４（ｄ），図６（ｃ）における光導波路デバイス２００，３００における幹部分２０８，３０８と異なり、例えば化学気相堆積法によって形成された単層からなるものであって、幹部分４０８の中心からアンダークラッド層４０１またはオーバークラッド層４１１に近づくに従って連続的に屈折率が変化するように構成されている。

また、層構造部分４２１は、アンダークラッド層４０１をなす面Ｕにほぼ垂直な層構造の部分として、幹部分４０８における長手方向についての側面４０８ａ〔図７（ｃ）参照〕上に単層で形成されたものであって、前述の図４（ｄ），図６（ｃ）における層構造部分２２１，３２１と異なり、側面４０８ａからコア４２０の側面に向けて、屈折率が連続的に変化するように構成されている。

同様に、層構造部分４２２は、アンダークラッド層４０１をなす面Ｕにほぼ垂直な層構造の部分として、幹部分４０８における長手方向についての側面４０８ｂ〔図７（ｃ）参照〕上に単層で形成されたものであって、前述の図４（ｄ），図６（ｃ）における層構造部分２２２，３２２と異なり、側面４０８ｂからコア４２０の側面に向けて、屈折率が連続的に変化するように構成されている。

これにより、幹部分４０８および層構造部分４２１，４２２については、コア４２０の中心（芯部）から外側に向けて、連続的に変化するようになっている。尚、好ましくは、幹部分４０８および層構造部分４２１，４２２の屈折率の分布を、二乗分布で連続的に変化させることができ、これにより、適切に伝搬する光の分散をコントロールすることができる。

また、この図８（ｃ）に示す光導波路デバイス４００は、例えば以下に示すような方法で製造することができる。
まず、幹部分形成ステップとして、基板４５０上に形成されたアンダークラッド層４０１上に、光を導波させるためのコア４２０の幹をなす幹部分４０８を、図４（ｄ），図６（ｃ）に示す幹部分２０８，３０８と同様に、リッジ形状で形成する〔図７（ａ）〜図７（ｃ）参照〕。

具体的には、化学気相堆積法の手法を用いることにより、上述の基板４５０上に、アンダークラッド層３０１を形成してから、幹部分４０８の原型となるコア層４０２を成膜する。このコア層４０２としては、上述の化学気相堆積法のためのＣＶＤ装置を用いることにより、ドーピング材の濃度を成膜時間とともに変化させながら成膜するようになっている〔図７（ａ）参照〕。

換言すれば、薄膜層としてのコア層４０２を成膜する際に、コア底部から屈折率分布が二乗分布となるように、ドーピング量を時間的に変化させながらドーピング材を添加するようになっている。このドーピング材としては、例えばゲルマニウム（Ｇｅ），リン（Ｐ），ホウ素（Ｂ）およびチタン（Ｔｉ）のうちの少なくとも１種類以上を用いる。
これにより、コア層４０２としては、コア底部から屈折率分布が二乗分布となるように、屈折率がｎ２からｎ１まで連続的に変化させるように形成し、次いで厚さＷ１分が形成されていく間は屈折率をｎ１に保たれるように形成し、その後コア上部までの分布が二乗分布となるようにｎ１からｎ２に連続的に変化するよう形成する。

上述のごとくコア層４０２を成膜すると、次いで、コア層４０２からコア４２０をなす幹部分４０８を形成するためのマスクパターンを有するエッチングマスク４０７を形成し〔図７（ａ）参照〕、このエッチングマスク４０７をマスクとし、フッ素系のガス（好ましくは、Ｃ₃Ｆ₈やＣ₄Ｆ₈等の炭素の割合が比較的高いもの）を用いＲＩＥ法でエッチングすることにより、コア層４０２をエッチングして幹部分４０８を形成する〔図７（ｂ）参照〕。更に、上述のＲＩＥ法によるエッチングに続いて、幹部分４０８の上に残ったエッチングマスク４０７を除去する〔図７（ｃ）参照〕。

なお、上述のエッチングにより形成された幹部分４０８を上述のＷ１の値とほぼ等しくすることにより、コア４２０の芯部分となる比較的屈折率の高い（ｎ１）部分の断面形状をほぼ正方形とし、コア４２０断面の芯点についての屈折率分布の点対称性を確保している。これにより、伝搬される光の分散のコントロール精度を高めている。
ついで、幹部分形成ステップにおいて幹部分４０８を形成した後に、薄膜層成膜・エッチングステップとして、アンダークラッド層４０１上において、リッジ形状をなす幹部分４０８を覆うように均一な厚さの薄膜層４０９を成膜する〔図８（ａ）参照〕。この薄膜層４０９としては、前述のＣＶＤ装置を用いることにより、屈折率分布をｎ１からｎ２に連続的に変化する二乗分布とするように形成する。

続いて、エッチングステップとして、アンダークラッド層４０１をなす面Ｕに対して垂直な方向に選択性を持ったエッチングを行なって、幹部分４０８における長手方向についての両側面４０８ａ，４０８ｂ〔図７（ｃ）参照〕上に、アンダークラッド層４０１をなす面Ｕにほぼ垂直な層構造の部分となる層構造部分４２１，４２２を形成する〔図８（ｂ）参照〕。このように構成された幹部分４０８および層構造部分４２１，４２２により、コア４２０を構成する。

続いて、上述の薄膜層成膜・エッチングステップにおいてエッチングを行なった後に、オーバークラッド層形成ステップとして、前述のアンダークラッド層４０１と同様、化学気相堆積法、火炎堆積法又はスパッタリング等の手法を用いることにより、オーバークラッド層４１１を形成し、コア４２０を埋め込む。これにより、図８（ｃ）に示す光導波路デバイス４００とすることができる。

このように、本発明の第２実施形態の第２変形例によれば、幹部分形成ステップ，薄膜層成膜・エッチングステップおよびオーバークラッド層形成ステップにより、幹部分４０８と、層構造部分４２１，４２２とからなるコア４２０を有する光導波路デバイス４００を製造することができるので、前述の第２実施形態の場合と同様、この光導波路デバイス４００によって、コアの芯部から外周部にかけて屈折率分布を持たせ、導波光の分散をコントロールする構造を有することができるほか、前述の第２実施形態および第２実施形態の第１変形例の場合よりも屈折率分布を有するコア層を形成させるための工程数を減らすことができるので、工程数を簡素化させて製造コストを低減させることができる利点もある。

なお、上述の第２実施形態の第２変形例においては、幹部分４０８および層構造部分４２１，４２２の屈折率分布を、２乗分布となるように形成しているが、本発明によればこれに限定されず、他の屈折率分布を付けることも可能なことはいうまでもない。
また、上述の第２実施形態および各変形例における光導波路デバイス２００〜４００においては、１条のコア２２０〜４２０が形成されたものについて詳述しているが、本発明によれば、前述の第１実施形態の場合と同様に、例えば方向性結合器やＹ分岐導波路のギャップ部分のように、複数本のコアが近接する部分において上述のコア２２０〜４２０の構造を採用することとしてもよい。

（Ｃ）第３実施形態の説明
図１２（ｄ）は本発明の第３実施形態にかかる光導波路デバイス５００の特にコア５２０の形状に着目して示す模式図であり、図１３（ａ）〜図１３（ｃ）はそれぞれ、光導波路デバイス５００における図１２（ｄ）のＰＰ′断面，ＱＱ′断面およびＲＲ′断面のコア５２０の形状について、クラッド層５０１，５１１および基板５５０とともに示す模式図である。

この図１２（ｄ），図１３（ａ）〜図１３（ｃ）に示す光導波路デバイス５００は、光ファイバとの結合部分近傍において、光導波路のコアサイズと光ファイバとの結合部分におけるスポットサイズの差を低減させるための構造を有するものである。即ち、簡素な工程により製造された光導波路デバイス５００により、光導波路デバイスの高集積化のために細くなってきている光導波路のコアサイズを、伝送路としての光ファイバとの結合部分におけるスポットサイズの差を小さくさせることができるようになっている。

また、第５実施形態にかかる光導波路デバイス５００は、図１３（ａ）〜図１３（ｃ）に示すように、シリコン基板５５０上に形成された第１クラッド層としてのアンダークラッド層５０１をそなえるとともに、アンダークラッド層５０１上に形成され光を導波させるためのコア５２０と、コア５２０を包囲するようにアンダークラッド層５０１およびコア５２０上に形成された第２クラッド層としてのオーバークラッド層５１１と、をそなえて構成されている。

なお、上述のアンダークラッド層５０１およびオーバークラッド層５１１は、前述の各実施形態における光導波路デバイス１００〜４００におけるもの（例えば、光導波路デバイス２００〔図４（ｄ）参照〕における符号２０１，２１１参照）と同様に、石英系層により構成される。
ここで、光導波路デバイス５００のコア５２０は、図１２（ｄ）に示すように、光ファイバとの接続部分に近い側から３つのコア部５２０−１〜５２０−３をそなえている。これらのコア部５２０−１〜５２０−３により、光導波路デバイス５００と光ファイバとの接続部分における光導波路のコア径を徐々に広げることができるようになっており、これにより、上述のスポットサイズ差を解消させることができる。

すなわち、コア部５２０−１は、コア径を光ファイバのスポットサイズに合わせて最も大きい一定幅Ｗａを有し、光ファイバとの接続部分から離れたコア部５２０−３のコア径を通常の光導波路としての一定幅のコア径Ｗｃとするとともに、コア部５２０−１，５２０−３間のコア部５２０−２についてはテーパ構造を有し、コア径Ｗｂが、コア部５２０−３側からコア部５２０−１に近づくに従ってコア部５２０−３のコア径からコア部５２０−１のコア径となるように徐々に大きくなるようなテーパ構造を有している。

換言すれば、コア５２０の一端部としてのコア部５２０−３に結合する部分近傍のコア部５２０−２のコア径が、光伝搬方向にわたって変化するように構成されているのである。
ここで、コア５２０の部分をなすコア部５２０−１，５２０−２はそれぞれ、図１３（ａ）〜図１３（ｃ）に示すように、異なる形状の幹部分５０８−１，５０８−２および層構造部分５２１−１，５２１−２および層構造部分５２２−１，５２２−２をそなえて構成されている。

すなわち、図１３（ａ）に示すコア部５２０−１の幹部分５０８−１は、アンダークラッド層５０１をなす面Ｕにほぼ水平な複数の層（この場合においては３つの層５３１−１〜５３３−１）を有して構成されている。又、コア部５２０−１の層構造部分５２１−１は、幹部分５０８−１における長手方向についての側面５０８ａ上に形成され、アンダークラッド層５０１をなす面Ｕにほぼ垂直な複数の層（この場合においては２つの層５４１−１，５４２−１）を有して構成されている。同様に、コア部５２０−１の層構造部分５２２−１は、幹部分５０８−１における長手方向についての側面５０８ｂ上に形成され、アンダークラッド層５０１をなす面Ｕにほぼ垂直な２つの層５４３−１，５４４−１）を有して構成されている。

ここで、幹部分５０８−１における層５３１−１の屈折率はｎ１となるように形成されているが、層５３１−１上部の層５３２−１，層５３１−１に側壁５０８ａ側で隣接する層５４２−１および層５３１−１に側壁５０８ｂ側で隣接する層５４３−１を、いずれも屈折率がｎ２となるように形成されている。又、各層５３２−１，５４２−１，５４３−１上の各層５３３−１，５４１−１，５４４−１の屈折率については層５３１−１とほぼ同様のｎ１とする。

また、図１３（ｂ）に示すコア部５２０−２の幹部分５０８−２は、アンダークラッド層５０１をなす面Ｕにほぼ水平な３つの層５３１−２〜５３３−２を有して構成されている。又、コア部５２０−２の層構造部分５２１−２は、幹部分５０８−２における長手方向についての側面５０８ａ〔後述の図９（ｃ）参照〕上に形成され、アンダークラッド層５０１をなす面Ｕにほぼ垂直な２つの層５４１−２，５４２−２を有して構成されている。同様に、コア部５２０−２の層構造部分５２２−２は、幹部分５０８−２における長手方向についての側面５０８ｂ〔図９（ｃ）参照〕上に形成され、アンダークラッド層５０１をなす面Ｕにほぼ垂直な２つの層５４３−２，５４４−２）を有して構成されている。

ここで、幹部分５０８−２における層５３１−２の屈折率はｎ１となるように形成されているが、層５３１−２上部の層５３２−２，層５３１−２に側壁５０８ａ側で隣接する層５４２−２および層５３１−２に側壁５０８ｂ側で隣接する層５４３−２を、いずれも屈折率がｎ２となるように形成されている。又、各層５３２−２，５４２−２，５４３−２上の各層５３３−２，５４１−２，５４４−２の屈折率については層５３１−２とほぼ同様のｎ１とする。

また、図１３（ｃ）に示すコア部５２０−３は、後述するように〔図９（ａ）〜図９（ｃ）および図１２（ａ）参照〕、コア部５２０−１，５２０−２の幹部分５０８−１，５０８−２を構成する層５３１−１，５３１−２と同質の層５３１−３により構成されるものであって、屈折率をｎ１とし、一定のコア幅Ｗｃを有している。
なお、５３２−３は幹部分５０８−３を形成する際に層５３１−１上に積層された層であるが、この層５３２−３の屈折率はｎ２（＜ｎ１）であり、アンダークラッド層５０１およびオーバークラッド層５１１の屈折率にほぼ等しくなるように構成されている。換言すれば、層５３２−３は、オーバークラッド層５１１の一部として機能するようになっている。

さらに、５４２−３は、コア部５２０−１，５２０−２の各層構造部分５２１−１，５２１−２をなす層５４２−１，５４２−２と一体に形成されたものであるが、この層５４２−３の屈折率はｎ２（＜ｎ１）であり、アンダークラッド層５０１およびオーバークラッド層５１１の屈折率にほぼ等しくなるように構成されている。換言すれば、層５４２−３は、オーバークラッド層５１１の一部として機能する。

同様に、５４３−３は、コア部５２０−１，５２０−２の各層構造部分５２２−１，５２２−２をなす層５４３−１，５４３−２と一体に形成されたものであるが、この層５４３−３の屈折率はｎ２（＜ｎ１）であり、アンダークラッド層５０１およびオーバークラッド層５１１の屈折率にほぼ等しくなるように構成されている。
換言すれば、コア５２０の一端部としてのコア部５２０−３において、上記の幹部分５０８または層構造部分５２１，５２２をなす複数層５３１〜５３３，５４１〜５４４におけるコアの外周をなす層５３３，５４１，５４４がウェットエッチングにより取り除かれ、且つ、このウェットエッチングによりコア部５２０の外周が取り除かれて露となった層５３２−３，５４１−３，５４４−３の屈折率が、アンダークラッド５０１およびオーバークラッド５１１とほぼ等しい値ｎ２となる。従って、層５４３−３についても、オーバークラッド層５１１の一部として機能する。

したがって、コア部５２０−３の高さＨｃとしては、コア部５２０−１，５２０−２の高さＨａ，Ｈｂよりも低くすることができるようになっている。換言すれば、上述のコア部５２０ａ〜５２０ｃのコア径について、単に基板５５０面に対して水平な方向の導波路コア幅Ｗａ〜Ｗｃを、光ファイバの接続部分に近づくに従って広げるのみならず、後述するような簡素な製造工程により、基板５５０面に対して垂直な方向の導波路高さＨａ〜Ｈｃについても、光ファイバの接続部分側を高くすることができる。

すなわち、この図１２（ｄ），図１３（ａ）〜図１３（ｃ）に示す光導波路デバイス５００は、例えば図９（ａ）〜図９（ｃ），図１０（ａ）〜図１０（ｃ）および図１１（ａ）〜図１１（ｃ）に示すような方法で製造することができる。尚、上述の図９（ａ）〜図９（ｃ），図１０（ａ）〜図１０（ｃ）および図１１（ａ）〜図１１（ｃ）中において、基板５５０については図示を省略している。

まず、幹部分形成ステップとして、基板５５０上に形成されたアンダークラッド層５０１上に、光を導波させるためのコア５２０の幹をなす幹部分５０８をリッジ形状、例えば図１２（ａ）に示すような形状で形成する〔図９（ａ）〜図９（ｃ）参照〕。
具体的には、化学気相堆積法、火炎堆積法又はスパッタリング等の手法を用いることにより、上述の基板５５０上に、アンダークラッド層５０１を形成してから、幹部分５０８（５０８−１，５０８−２）の原型となるコア層５０２〜５０４を順番に成膜する。

ここで、コア層５０２は、幹部分５０８−１，５０８−２およびコア５２０−３をなす層５３１−１〜５３１−３の原型となるもので、屈折率ｎ１を有している。又、コア層５０３は、幹部分５０８−１，５０８−２をなす層５３２−１，５３２−２の原型となるもので、例えばＢＰＳＧ膜により構成されて、屈折率ｎ２（＜ｎ１）を有するように形成されている。更に、コア層５０４は、幹部分５０８−１，５０８−２をなす層５３３−１，５３３−２の原型となるもので、例えばＧＰＳＧ膜により構成されて、屈折率ｎ１を有するように形成されている。

上述のごとくコア層５０２〜５０４を成膜すると、次いで、コア５２０をなす幹部分５０８を形成するためのマスクパターンを有するエッチングマスク５０７を形成する〔図９（ａ）参照〕。具体的には、後段のＲＩＥ法によるエッチング処理によって、コア層５０２〜５０４について図１２（ａ）に示すような幹部分５０８以外の部分が除去されるようなパターンで、エッチングマスク５０７を形成する。

ついで、このエッチングマスク５０７をマスクとし、フッ素系のガス（例えば、ＣＦ₄やＣ₃Ｆ₈やＣ₄Ｆ₈等）を用いＲＩＥ法でエッチングすることにより、コア層５０２〜５０４をエッチングして幹部分５０８を形成する〔図９（ｂ）参照〕。更に、上述のＲＩＥ法によるエッチングに続いて、幹部分５０８の上に残ったエッチングマスク５０７を除去する〔図９（ｃ）参照〕。

これにより、基板５５０に対して平行な３つの層５３１（５３１−１〜５３１−３），５３２（５３２−１〜５３２−３），５３３（５３３−１〜５３３−３）からなる幹部分５０８を構成することができる。
なお、上述のエッチングにより形成された幹部分５０８の幅については、幹部分５０８−１においては一定の比較的幅広に形成し、幹部分５０８−２においては、コア部５２０−２とコア部５２０−３との境界とする場所において最も幅を狭くし、コア部５２０−１とコア部５２０−２との境界とする場所において、幹部分５０８−１の幅となるように、幅を連続的かつテーパ状に広くする。

なお、上述のＲＩＥ法におけるエッチングガスとしては、好ましくはフッ素に比して炭素の割合が比較的高いもの（例えばＣ₃Ｆ₈やＣ₄Ｆ₈等）を用いることにより、エッチングマスク５０７が削られる度合いを少なくしてＳｉＯ₂からなるコア層５０２〜５０４の不要部分を効率的に削ることができる。
ついで、幹部分形成ステップにおいて幹部分５０８を形成した後に、薄膜層成膜・エッチングステップとして、アンダークラッド層５０１上において、リッジ形状をなす幹部分５０８を覆うように均一なコア層としての薄膜層５０９を成膜する〔図１０（ａ）参照〕。この薄膜層２０９については、幹部分５０８をなす層５３２とほぼ同じ屈折率ｎ２を持ち、且つコア側面、即ち幹部分５０８の両側面５０８ａ，５０８ｂ〔図９（ｃ）参照〕上にも厚さが均等となるように成膜する。

続いて、アンダークラッド層５０１をなす面Ｕに対して垂直な方向に選択性を持ったエッチングを行なって、幹部分５０８における長手方向についての両側面５０８ａ，５０８ｂ〔図９（ｃ）参照〕上に、アンダークラッド層５０１をなす面Ｕにほぼ垂直な層構造の部分となる層５４２（５４２−１〜５４２−３），５４３（５４３−１〜５４３−３）を形成する〔図１０（ｂ），図１３（ａ）〜図１３（ｃ）参照〕。

具体的には、基板に垂直な方向（即ちアンダークラッド層５０１のなす面Ｕに垂直な方向）にのみ選択的にエッチングが進むエッチング方法を用いて、薄膜層５０９のうちで、幹部分５０８上部とアンダークラッド層５０１上に成膜された部分をエッチングする。
これにより、上述の幹部分形成ステップにおいて形成された幹部分５０８におけるそれぞれの側壁５０８ａ，５０８ｂ上だけに、層構造部分としての層５４２，５４３を残すことができる〔図１２（ｂ）参照〕。尚、上述の屈折率ｎ２の層５３２，５４２，５４３は、ともに後段の工程として行なわれるウェットエッチングにおいてエッチング溶液に解けにくい組成が選択される。

このように層構造部分としての層５４２，５４３が形成されると、更に上述の層５４２，５４３を形成するための工程と同様の工程を繰り返すことにより、層構造部分としての層５４１（５４１−１，５４１−２），５４４（５４４−１，５４４−２）を形成する〔図１０（ｃ），図１１（ａ），図１２（ｃ），図１３（ａ）および図１３（ｃ）参照〕。
すなわち、薄膜層成膜ステップとして、アンダークラッド層５０１上において、幹部分５０８および層５４２，５４３を覆うように均一なコア層としての薄膜層５１０（屈折率ｎ１）を成膜する〔図１０（ｃ）参照〕。更に、エッチングステップとして、アンダークラッド層５０１をなす面Ｕに対して垂直な方向に選択性を持ったエッチングを行なって、層５４２，５４３上に、アンダークラッド層５０１をなす面Ｕにほぼ垂直な層構造の部分となる層５４１，５４４を形成する〔図１１（ａ）参照〕。

これにより、層５３２，５４２，５４３に隣接する外周層としての層５３３，５４１，５４４を、屈折率ｎ１（＞ｎ２）で形成することができるのである。尚、上述の屈折率ｎ１の層５３３，５４１，５４４は、ともに後段の工程として行なわれるウェットエッチングにおいてエッチング溶液に解けやすい組成が選択される。
したがって、上述の図１２（ｃ）に示す層５４１−１，５４２−１により幹部分５０８−１の側壁５０８ａ上に形成された層構造部分５２１−１を構成し、層５４３−１，５４４−１により幹部分５０８−１の側壁５０８ｂ上に形成された層構造部分５２２−１を構成する。又、このように構成された幹部分５０８−１および層構造部分５２１−１，５２２−１により、コア部５２０−１を構成する〔図１３（ａ）参照〕。

同様に、上述の図１２（ｃ）に示す層５４１−２，５４２−２により幹部分５０８−２の側壁５０８ａ上に形成された層構造部分５２１−２を構成し、層５４３−２，５４４−２により幹部分５０８−２の側壁５０８ｂ上に形成された層構造部分５２２−２を構成する。又、このように構成された幹部分５０８−２および層構造部分５２１−２，５２２−２により、コア部５２０−２を構成する〔図１３（ａ）参照〕。

ついで、外周層除去ステップとして、コア５２０の一端部としてのコア部５２０−３において、幹部分５０８または層構造部分５２１，５２２をなす複数層５３１〜５３３，５４１〜５４４におけるコア５２０の外周をなす層５３３，５４１，５４４をエッチングにより取り除く。
具体的には、コア５２０の一部となるコア部５２０−１，５２０−２をフォトレジストなどでマスクをして、露出している部分（コア部５２０−３となる部分）の層５３３，５４１，５４４を、例えばバッファードフッ酸（フッ化アンモニウム＋フッ酸）等のエッチング溶液を用いてウェットエッチングする。尚、この場合において、層５３２，５４２，５４３はエッチング溶液に解けにくい組成を有しているので、ウェットエッチングのストップ層として機能する。

これにより、コア部５２０−３となる部分における層５３３，５４１，５４４は解けて、ストップ層としての層５３２−３，５４２−３，５４３−３を露出させることができる〔図１１（ｂ）参照〕。
なお、上述のエッチング溶液としてバッファードフッ酸を用いた場合には、エッチングされる層５３３，５４１，５４４の組成としては、バッファードフッ酸に解けやすいＧＰＳＧ膜またはＰＳＧ膜が適しており、ストップ層としての層５３２，５４２，５４３の組成としては、バッファードフッ酸に溶けにくいＢＰＳＧ膜が適している。

続いて、上述の薄膜層成膜・エッチングステップおよび外周層除去ステップにおいてエッチングを行なった後に、オーバークラッド層形成ステップとして、前述のアンダークラッド層５０１と同様、化学気相堆積法、火炎堆積法又はスパッタリング等の手法を用いることにより、オーバークラッド層５１１を形成し、コア５２０（コア部５２０−１〜５２０−３）を埋め込む。

このとき、オーバークラッド層５１１の屈折率は、上述のウェットエッチングのステップにおいて露出した層５３２，５４２，５４３の屈折率とほぼ同一のｎ２であり、これらの層５３２，５４２，５４３については、オーバークラッド層５１１の一部として機能することになる。換言すれば、層５３２，５４２，５４３の内側の層５３１が、コア部５２０−３として機能することになる。

このようにして、図１２（ｄ）に示す光導波路デバイス５００とすることができる。
このように、本発明の第３実施形態によれば、幹部分形成ステップ，薄膜層成膜・エッチングステップ，外周層除去ステップおよびオーバークラッド層形成ステップという簡素な工程により、コアサイズについて導波路幅のみならず導波路高さについてまでも導波路の途中で変えることのできる平面光導波路構造を有する光導波路デバイス５００を製造させることができ、このように製造された光導波路デバイス５００により、光導波路を伝搬する光のスポットサイズを容易に変換させることができ、平面光導波路デバイスとしての高機能化を図ることができる利点がある。特に、このようなスポットサイズ変換機能を、高Δの（コア層とクラッド層との屈折率差の大きい）平面光導波路デバイスと光ファイバの接続部分に用いると、光ファイバの接続損失を大幅に低減させることができる利点もある。

（Ｄ）その他
なお、上述の各実施形態にかかる光導波路デバイス１００〜５００において、基板としてはシリコン基板１０３，２５０〜５５０を用いているが、本発明によればこれに限定されず、オーバークラッド層１０２，２１１〜５１１と等価な材質とすることもできる。具体的には、光導波路としてのコア１１１，１１２，２２０〜５２０と熱膨張係数を合わせるために石英基板上に形成することとしてもよい。更に、この石英基板を用いた場合には、当該石英基板をアンダークラッド層１０１〜５０１とすることもできる。即ち、この場合には、アンダークラッド層１０１〜５０１としての石英基板上にコア１１１，１１２，２２０〜５２０を形成することができる。

さらに、上述の各実施形態においては、光導波路層として石英系の材料で製作する例について詳述しているが、光導波路を形成できる材料であれば、特に石英系の材料に限るものではない。
また、上述した実施形態に関わらず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。

さらに、本発明の各実施形態が開示されていれば、当業者によって製造することが可能である。
（Ｅ）付記
（付記１）
第１クラッド層をそなえるとともに、該第１クラッド層上に形成され光を導波させるためのコアと、該コアを包囲するように上記の第１クラッド層およびコア上に形成された第２クラッドとをそなえてなる光導波路デバイスであって、
該コアが、
当該コアの幹をなす幹部分と、
該幹部分における長手方向についての両側面上に形成され、該第１クラッド層をなす面にほぼ垂直な層構造の部分をそなえて構成されたことを特徴とする、光導波路デバイス。
（付記２）
上記複数本の各コアをなす層構造部分の屈折率が、該コア幹部分の屈折率にほぼ等しいことを特徴とする、付記１記載の光導波路デバイス。
（付記３）
該幹部分が、該第１クラッド層をなす面にほぼ水平な複数の層を有して構成されたことを特徴とする、付記１記載の光導波路デバイス。
（付記４）
該層構造部分が、該第１クラッド層をなす面にほぼ垂直な複数の層を有して構成されたことを特徴とする、付記１記載の光導波路デバイス。
（付記５）
上記の幹部分または層構造部分をなす複数層のうちで、隣り合う層の屈折率が異なるように構成されたことを特徴とする、付記３または付記４に記載の光導波路デバイス。
（付記６）
上記の幹部分または層構造部分をなす複数層において、隣り合う層の屈折率が段階的に変化するように構成されたことを特徴とする、付記５記載の光導波路デバイス。
（付記７）
上記の幹部分または層構造部分をなす複数層について、該コアの芯部における層の屈折率を比較的高くするとともに、該コアの芯部から外側の層に向けて、屈折率を段階的に低くしてから再度高くするように構成されたことを特徴とする、付記６記載の光導波路デバイス。
（付記８）
上記の幹部分または層構造部分の屈折率が、該コアの芯部から外側に向けて、連続的に変化するように構成されたことを特徴とする、付記１記載の光導波路デバイス。
（付記９）
上記の幹部分または層構造部分における屈折率の分布を、二乗分布としたことを特徴とする、付記８記載の光導波路デバイス。
（付記１０）
該コアにおける光伝搬方向に垂直な断面についての屈折率分布に関し、該第１クラッド層の面位に対する水平方向および垂直方向の屈折率の変化が、上記断面における中心点についてほぼ対称な分布を有するように構成されたことを特徴とする、付記３〜９のいずれか１に記載の光導波路デバイス。
（付記１１）
該コアが複数本近接して形成されたことを特徴とする、付記１〜１０のいずれか１に記載の光導波路デバイス。
（付記１２）
該コアの一端部において、上記の幹部分または層構造部分をなす複数層における該コアの外周をなす層がエッチングにより取り除かれ、且つ、上記エッチングにより該コアの外周が取り除かれて露となった層の屈折率が、上記第１クラッドおよび第２クラッドとほぼ等しいことを特徴とする、付記５記載の光導波路デバイス。
（付記１３）
該コアの一端部に結合する部分近傍のコア径が、上記光伝搬方向にわたって変化するように構成されたことを特徴とする、付記１２記載の光導波路デバイス。
（付記１４）
該第１クラッド層が、該第２クラッド層と等価な材質からなる基板により構成されたことを特徴とする、付記１〜１３のいずれか１に記載の光導波路デバイス。
（付記１５）
基板上に形成されたアンダークラッド層上または、該アンダークラッド層としての基板上に、光を導波させるためのコアの幹をなす幹部分をリッジ形状で形成する幹部分形成ステップと、
上記の幹部分形成ステップにおいて幹部分を形成した後に、該アンダークラッド層上において、該リッジ形状をなす幹部分を覆うように均一な薄膜層を成膜するとともに、上記のアンダークラッド層をなす面に対して垂直な方向に選択性を持ったエッチングを行なって、該幹部分における長手方向についての両側面上に、該アンダークラッド層をなす面にほぼ垂直な層構造の部分を形成する薄膜層成膜・エッチングステップと、
上記の薄膜層成膜・エッチングステップにおいてエッチングを行なった後に、オーバークラッド層を形成して、該コアを埋め込むオーバークラッド層形成ステップと、
をそなえて構成されたことを特徴とする、光導波路デバイスの製造方法。
（付記１６）
該薄膜層成膜・エッチングステップが、該薄膜層を成膜する薄膜層成膜ステップと、上記のアンダークラッド層をなす面に対して垂直な方向に選択性を持ったエッチングを行なうエッチングステップとを、該アンダークラッド層をなす面にほぼ垂直な層の積層数に応じて繰り返すように構成されたことを特徴とする、付記１５記載の光導波路デバイスの製造方法。
（付記１７）
該薄膜層成膜・エッチングステップが、該薄膜層を、該アンダークラッド層をなす面にほぼ垂直な層の積層数に応じて繰り返して成膜する薄膜層積層ステップと、上記のアンダークラッド層面または基板面に対して垂直な方向に選択性を持ったエッチングを行なうエッチングステップと、をそなえて構成されたことを特徴とする、付記１５記載の光導波路デバイスの製造方法。
（付記１８）
該薄膜層成膜・エッチングステップにおいて、該アンダークラッド層上に形成された薄膜層を完全に削らないようにすることを特徴とする、付記１５〜１７のいずれか１に記載の光導波路デバイスの製造方法。
（付記１９）
該薄膜層成膜・エッチングステップにおいて、化学気相堆積（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＣＶＤ）法を用いることにより、該薄膜層を成膜することを特徴とする、付記１５〜１８のいずれか１に記載の光導波路デバイスの製造方法。
（付記２０）
該薄膜層を成膜する際に、所定のドーピング材を、ドーピング量を時間的に変化させながら添加することを特徴とする、付記１９記載の光導波路デバイスの製造方法。
（付記２１）
石英系の光導波路デバイスとして構成すべく、該ドーピング材として、ゲルマニウム（Ｇｅ），リン（Ｐ），ホウ素（Ｂ）およびチタン（Ｔｉ）のうちの少なくとも１種類以上を用いることを特徴とする、付記２０記載の光導波路デバイスの製造方法。
（付記２２）
該薄膜層成膜・エッチングステップにおいて、該アンダークラッド層をなす面に垂直な方向に選択性を持ったエッチングとして、反応性イオンエッチング（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ：ＲＩＥ）を用いることを特徴とする、付記１５〜２１のいずれか１に記載の光導波路デバイスの製造方法。
（付記２３）
上記の薄膜層成膜・エッチングステップに続くオーバークラッド層形成ステップの前段のステップとして、該コアの一端部において、上記の幹部分または層構造部分をなす複数層における該コアの外周をなす層をエッチングにより取り除く外周層除去ステップをそなえて構成されたことを特徴とする、付記１５記載の光導波路デバイスの製造方法。

以上のように、本発明の光導波路デバイスおよび光導波路デバイスの製造方法は、平面光導波路デバイスとしての高機能化を図るのに有用であり、特に平面光導波路（Ｐｌａｎｎｅｒ Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ Ｃｉｒｃｕｉｔ）デバイスおよびこのデバイスを製造する際に適している。

（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ、本発明の第１実施形態にかかる光導波路デバイス１００の製造方法を説明するための模式図であり、光伝搬方向に垂直な面でのデバイス断面図である。 （ａ）〜（ｃ）はそれぞれ、本発明の第１実施形態にかかる光導波路デバイス１００の製造方法を説明するための模式図であり、光伝搬方向に垂直な面でのデバイス断面図である。 （ａ）〜（ｄ）はそれぞれ、本発明の第２実施形態にかかる光導波路デバイス２００の製造方法を説明するための模式図であり、光伝搬方向に垂直な面でのデバイス断面図である。 （ａ）〜（ｄ）はそれぞれ、本発明の第２実施形態にかかる光導波路デバイス２００の製造方法を説明するための模式図であり、光伝搬方向に垂直な面でのデバイス断面図である。 （ａ）〜（ｃ）はそれぞれ、本発明の第２実施形態の第１変形例にかかる光導波路デバイス３００の製造方法を説明するための模式図であり、光伝搬方向に垂直な面でのデバイス断面図である。 （ａ）〜（ｃ）はそれぞれ、本発明の第２実施形態の第１変形例にかかる光導波路デバイス３００の製造方法を説明するための模式図であり、光伝搬方向に垂直な面でのデバイス断面図である。 （ａ）〜（ｃ）はそれぞれ、本発明の第２実施形態の第２変形例にかかる光導波路デバイス４００の製造方法を説明するための模式図であり、光伝搬方向に垂直な面でのデバイス断面図である。 （ａ）〜（ｃ）はそれぞれ、本発明の第２実施形態の第２変形例にかかる光導波路デバイス４００の製造方法を説明するための模式図であり、光伝搬方向に垂直な面でのデバイス断面図である。 （ａ）〜（ｃ）はそれぞれ、本発明の第３実施形態にかかる光導波路デバイス５００の製造方法を説明するための模式図であり、光伝搬方向に垂直な面でのデバイス断面図である。 （ａ）〜（ｃ）はそれぞれ、本発明の第３実施形態にかかる光導波路デバイス５００の製造方法を説明するための模式図であり、光伝搬方向に垂直な面でのデバイス断面図である。 （ａ）〜（ｃ）はそれぞれ、本発明の第３実施形態にかかる光導波路デバイス５００の製造方法を説明するための模式図であり、光伝搬方向に垂直な面でのデバイス断面図である。 （ａ）〜（ｃ）はいずれも、本発明の第３実施形態にかかる光導波路デバイス５００の製造過程における特にコアとなる部分の形状に着目して示す模式図であり、（ｄ）は本発明の第３実施形態にかかる光導波路デバイス５００の特にコア５２０の形状に着目して示す模式図である。 （ａ）〜（ｃ）はそれぞれ、光導波路デバイス５００における図１２（ｄ）のＰＰ′断面，ＱＱ′断面およびＲＲ′断面のコア５２０の形状について、クラッド層５０１，５１１および基板５５０とともに示す模式図である。 Ｙ分岐回路を示す模式図である。

Claims (22)

1. 第１クラッド層と、該第１クラッド層上に形成され光を導波させるためのコアと、該コアを包囲するように上記の第１クラッド層上に形成された第２クラッドと、を備えた光導波路デバイスであって、
   該コアが、
   当該コアの幹をなす幹部分と、
   該幹部分における長手方向についての両側面上に形成され、該第１クラッド層をなす面にほぼ垂直な部分と、
   を備え、
   該幹部分が、該幹部分の上部又は下部に該第１クラッド層をなす面に対してほぼ水平に形成された複数の層を有する、
   又は、
   該第１クラッド層をなす面にほぼ垂直な部分が、該第１クラッド層をなす面に対してほぼ垂直な複数の層を有する、
   ことを特徴とする、光導波路デバイス。
2. 上記の幹部分または該第１クラッド層をなす面にほぼ垂直な部分をなす複数層のうちで、隣り合う層の屈折率が異なるように構成されたことを特徴とする、請求項１記載の光導波路デバイス。
3. 上記の幹部分または該第１クラッド層をなす面にほぼ垂直な部分をなす複数層において、隣り合う層の屈折率が段階的に変化するように構成されたことを特徴とする、請求項２項記載の光導波路デバイス。
4. 上記の幹部分または該第１クラッド層をなす面にほぼ垂直な部分をなす複数層について、該コアの芯部における層の屈折率を比較的高くするとともに、該コアの芯部から外側の層に向けて、屈折率を段階的に低くしてから再度高くするように構成されたことを特徴とする、請求項３項記載の光導波路デバイス。
5. 上記の幹部分または該第１クラッド層をなす面にほぼ垂直な部分の屈折率が、該コアの芯部から外側に向けて、連続的に変化するように構成されたことを特徴とする、請求項１記載の光導波路デバイス。
6. 上記の幹部分または該第１クラッド層をなす面にほぼ垂直な部分における屈折率の分布を、二乗分布としたことを特徴とする、請求項５記載の光導波路デバイス。
7. 該コアにおける光伝搬方向に垂直な断面についての屈折率分布に関し、該第１クラッド層の面位に対する水平方向および垂直方向の屈折率の変化が、上記断面における中心点についてほぼ対称な分布を有するように構成されたことを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項記載の光導波路デバイス。
8. 該コアが複数本近接して形成されたことを特徴とする、請求項１〜７のいずれか１項記載の光導波路デバイス。
9. 該コアの一端部において、上記の幹部分または該第１クラッド層をなす面にほぼ垂直な部分をなす複数層における該コアの外周をなす層がエッチングにより取り除かれ、且つ、上記エッチングにより該コアの外周が取り除かれて露となった層の屈折率が、上記第１クラッドおよび第２クラッドとほぼ等しいことを特徴とする、請求項２記載の光導波路デバイス。
10. 該コアの一端部に結合する部分近傍のコア径が、上記光伝搬方向にわたって変化するように構成されたことを特徴とする、請求項９記載の光導波路デバイス。
11. 該第１クラッド層が、該第２クラッド層と等価な材質からなる基板により構成されたことを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか１項記載の光導波路デバイス。
12. 基板上に形成されたアンダークラッド層上または、該アンダークラッド層としての基板上に、光を導波させるためのコアの幹をなす幹部分をリッジ形状で形成する幹部分形成ステップと、
    上記の幹部分形成ステップにおいて幹部分を形成した後に、該アンダークラッド層上において、該リッジ形状をなす幹部分を覆うように均一な薄膜層を成膜するとともに、上記のアンダークラッド層をなす面に対して垂直な方向に選択性を持ったエッチングを行なって、該幹部分における長手方向についての両側面上に、該アンダークラッド層をなす面にほぼ垂直な層構造の部分を形成する薄膜層成膜・エッチングステップと、
    上記の薄膜層成膜・エッチングステップにおいてエッチングを行なった後に、オーバークラッド層を形成して、該コアを埋め込むオーバークラッド層形成ステップと、
    をそなえて構成されたことを特徴とする、光導波路デバイスの製造方法。
13. 該薄膜層成膜・エッチングステップが、該薄膜層を成膜する薄膜層成膜ステップと、上記のアンダークラッド層をなす面に対して垂直な方向に選択性を持ったエッチングを行なうエッチングステップとを、該アンダークラッド層をなす面にほぼ垂直な層の積層数に応じて繰り返すように構成されたことを特徴とする、請求項１２項記載の光導波路デバイスの製造方法。
14. 該薄膜層成膜・エッチングステップが、該薄膜層を、該アンダークラッド層をなす面にほぼ垂直な層の積層数に応じて繰り返して成膜する薄膜層積層ステップと、上記のアンダークラッド層面または基板面に対して垂直な方向に選択性を持ったエッチングを行なうエッチングステップと、をそなえて構成されたことを特徴とする、請求項１２項記載の光導波路デバイスの製造方法。
15. 該薄膜層成膜・エッチングステップにおいて、該アンダークラッド層上に形成された薄膜層を完全に削らないようにすることを特徴とする、請求項１２〜１４のいずれか１項記載の光導波路デバイスの製造方法。
16. 該薄膜層成膜・エッチングステップにおいて、化学気相堆積（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＣＶＤ）法を用いることにより、該薄膜層を成膜することを特徴とする、請求項１２〜１５のいずれか１項記載の光導波路デバイスの製造方法。
17. 該薄膜層を成膜する際に、所定のドーピング材を、ドーピング量を時間的に変化させながら添加することを特徴とする、請求項１６記載の光導波路デバイスの製造方法。
18. 石英系の光導波路デバイスとして構成すべく、該ドーピング材として、ゲルマニウム（Ｇｅ），リン（Ｐ），ホウ素（Ｂ）およびチタン（Ｔｉ）のうちの少なくとも１種類以上を用いることを特徴とする、請求項１７記載の光導波路デバイスの製造方法。
19. 該薄膜層成膜・エッチングステップにおいて、該アンダークラッド層をなす面に垂直な方向に選択性を持ったエッチングとして、反応性イオンエッチング（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ：ＲＩＥ）を用いることを特徴とする、請求項１２〜１８のいずれか１項記載の光導波路デバイスの製造方法。
20. 上記の薄膜層成膜・エッチングステップに続くオーバークラッド層形成ステップの前段のステップとして、該コアの一端部において、上記の幹部分または層構造部分をなす複数層における該コアの外周をなす層をエッチングにより取り除く外周層除去ステップをそなえて構成されたことを特徴とする、請求項１２記載の光導波路デバイスの製造方法。
21. 第１クラッド層と、該第１クラッド層上に形成され光を導波するコアと、該コアを覆うように該第１クラッド層上に形成された第２クラッドと、を備えた光導波路デバイスにおいて、
    前記コアは、第１コアと、該第１コアにおける長手方向についての側面に複数層状に形成される第２コアと、
    を備えたことを特徴とする、光導波路デバイス。
22. 前記第１コアは、前記第１クラッド層に対して上下側面及び左右側面を有するとともに、
    前記第２コアは、上側面、下側面、左側面、右側面のいずれかに形成された複数層状のコアであることを特徴とする、請求項２１記載の光導波路デバイス。

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