特開 2023-131665 アイソレータ及びアイソレータの製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023131665

(43)【公開日】2023-09-22

(54)【発明の名称】アイソレータ及びアイソレータの製造方法

(51)【国際特許分類】

   G02B 27/28 20060101AFI20230914BHJP

   G02B 6/125 20060101ALI20230914BHJP

   G02B 6/126 20060101ALI20230914BHJP

   G02B 6/13 20060101ALI20230914BHJP

   G02B 6/12 20060101ALI20230914BHJP

【ＦＩ】

G02B27/28 A

G02B6/125

G02B6/126

G02B6/13

G02B6/12 367

【審査請求】未請求

【請求項の数】12

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022036555

(22)【出願日】2022-03-09

(71)【出願人】

【識別番号】000006633

【氏名又は名称】京セラ株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】304027349

【氏名又は名称】国立大学法人豊橋技術科学大学

(74)【代理人】

【識別番号】100147485

【弁理士】

【氏名又は名称】杉村 憲司

(74)【代理人】

【識別番号】230118913

【弁護士】

【氏名又は名称】杉村 光嗣

(74)【代理人】

【識別番号】100132045

【弁理士】

【氏名又は名称】坪内 伸

(74)【代理人】

【識別番号】100195534

【弁理士】

【氏名又は名称】内海 一成

(72)【発明者】

【氏名】杉田 丈也

(72)【発明者】

【氏名】後藤 太一

【テーマコード（参考）】

2H147

2H199

【Ｆターム（参考）】

2H147AB02

2H147AB04

2H147AB11

2H147AB22

2H147AC04

2H147AC17

2H147BA11

2H147BD01

2H147BD02

2H147BE03

2H147BE11

2H147BG06

2H147CA25

2H147EA07D

2H147EA13A

2H147EA13C

2H147EA14B

2H147FA05

2H147FA09

2H147FA25

2H147FC02

2H147FC05

2H199AA02

2H199AA05

2H199AA08

2H199AA96

(57)【要約】

【課題】半導体プロセスにおけるＹＩＧの影響を低減するアイソレータ及びその製造方法を提供する。
【解決手段】アイソレータ１０は、基板面５０Ａを有する基板５０と、基板面５０Ａの上に位置し、基板面５０Ａに対向する第１面２１１、２２１とその反対側の第２面２１２、２２２と側面２１３、２２３とを有する導波路２１、２２と、底部と導波路２１、２２の側面２１３、２２３の少なくとも一部が露出した側部とを有する溝３０と、導波路２１、２２の第２面２１２、２２２のうち、基板面５０Ａの法線方向から見て少なくとも溝３０に接している領域に重なるように位置するマスク４０と、溝３０の中で導波路２１、２２の側面２１３、２２３に接触するように位置する非相反性部材３１とを備える。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板面を有する基板と、
前記基板面の上に位置し、前記基板面に対向する第１面と前記第１面の反対側に位置する第２面と前記第１面及び前記第２面を接続する側面とを有する導波路と、
底部と、前記導波路の側面の少なくとも一部が露出した側部とを有する溝と、
前記導波路の第２面のうち、前記基板面の法線方向から見て少なくとも前記溝に接している領域に重なるように位置するマスクと、
前記溝の中で前記導波路の側面に接触するように位置する非相反性部材と
を備えるアイソレータ。

【請求項2】

前記非相反性部材は、ＹＩＧ（イットリウム・鉄・ガーネット）を含む、請求項１に記載のアイソレータ。

【請求項3】

前記マスクは、光の透過率が透過閾値未満になるように構成される、請求項１又は２に記載のアイソレータ。

【請求項4】

前記導波路は、前記基板面の法線方向から見て略円形の領域の中につづら折り状に位置する、請求項１から３までのいずれか一項に記載のアイソレータ。

【請求項5】

前記基板面の法線方向における前記溝の底部の位置は、前記導波路の第１面の位置と略同一である、請求項１から４までのいずれか一項に記載のアイソレータ。

【請求項6】

前記基板面の法線方向における前記溝の底部の位置は、前記導波路の第１面の位置よりも低い、請求項１から４までのいずれか一項に記載のアイソレータ。

【請求項7】

前記導波路は、ＴＥモードの電磁波を透過し、ＴＭモードの電磁波を除去する、フィルタ部を有する、請求項１から６までのいずれか一項に記載のアイソレータ。

【請求項8】

前記導波路は、第１導波路と第２導波路とを含む、請求項１から７までのいずれか一項に記載のアイソレータ。

【請求項9】

前記溝の少なくとも一部は、前記第１導波路の側面の少なくとも一部が露出した第１側部と、前記第２導波路の側面の少なくとも一部が露出した第２側部とを有する、請求項８に記載のアイソレータ。

【請求項10】

前記第１導波路が前記非相反性部材に接している距離と、前記第２導波路が前記非相反性部材に接している距離とが等しい、請求項８又は９に記載のアイソレータ。

【請求項11】

前記第１導波路及び前記第２導波路それぞれの温度を制御するヒーターを更に備える、請求項８から１０までのいずれか一項に記載のアイソレータ。

【請求項12】

基板面を有する基板の上に導波路を形成し、
前記導波路の上に絶縁層とマスクとを形成し、
前記導波路の側面を露出させるように前記絶縁層をエッチングして溝を形成し、
前記溝に非相反性部材を形成し、
前記マスクの透過率が透過閾値未満となるレーザ光を前記非相反性部材に照射する、
アイソレータの製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、アイソレータ及びアイソレータの製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

磁気光学材料Ｃｅ：ＹＩＧを導波層として用いる光アイソレータが知られている（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】国際公開第２００７／０８３４１９号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ＹＩＧを導波層として用いたアイソレータを半導体基板上に形成する場合、半導体プロセスにおけるＹＩＧの影響を低減することが求められる。

【0005】

本開示は、半導体プロセスにおけるＹＩＧの影響を低減するアイソレータ及びその製造方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示の一実施形態に係るアイソレータは、基板面を有する基板と、導波路と、溝と、マスクと、非相反性部材とを備える。前記導波路は、前記基板面の上に位置し、前記基板面に対向する第１面と前記第１面の反対側に位置する第２面と前記第１面及び前記第２面を接続する側面とを有する。前記溝は、底部と、前記導波路の側面の少なくとも一部が露出した側部とを有する。前記マスクは、前記導波路の第２面のうち、前記基板面の法線方向から見て少なくとも前記溝に接している領域に重なるように位置する。前記非相反性部材は、前記溝の中で前記導波路の側面に接触するように位置する。

【0007】

本開示の一実施形態に係るアイソレータの製造方法は、基板面を有する基板の上に導波路を形成することと、前記導波路の上に絶縁層とマスクとを形成することと、前記導波路の側面を露出させるように前記絶縁層をエッチングして溝を形成することと、前記溝に非相反性部材を形成することと、前記マスクの透過率が透過閾値未満となるレーザ光を前記非相反性部材に照射することとを含む。

【発明の効果】

【0008】

本開示の一実施形態に係るアイソレータ及びその製造方法によれば、半導体プロセスにおけるＹＩＧの影響が低減され得る。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】一実施形態に係るアイソレータの構成例を示す平面図である。

【図2】図１のＡ－Ａ断面図である。

【図3】第１導波路及び第２導波路の間に溝が位置する構成例を示す平面図である。

【図4】図２のＢ－Ｂ断面図である。

【図5】導波路が略円形のレーザ照射領域内につづら折り状に配置され、第１導波路及び第２導波路に共通して接する溝を含む構成例を示す平面図である。

【図6】導波路が略円形のレーザ照射領域内につづら折り状に配置され、第１導波路及び第２導波路に共通して接する溝を含まない構成例を示す平面図である。

【図7】溝の底部が導波路の第１面より低い構成例を示す断面図である。

【図8】非相反性部材の上に更に吸収部材を備える構成例を示す断面図である。

【図9】平面視において導波路の第２面のうち溝の側に位置する辺の少なくとも一部にマスクが重なっていない構成例を示す断面図である。

【図10】図９において、導波路の断面形状がリブ形状になっている断面図である。

【図11】溝の２つの側部のうち１つの側部だけに非相反性部材が成膜された構成例を示す断面図である。

【図12】ヒーターを更に備えるアイソレータの構成例を示す平面図である。

【図13A】基板に導波路を形成する工程を示す断面図である。

【図13B】導波路の上に第１絶縁層を形成する工程を示す断面図である。

【図13C】第１絶縁層の上にマスクを形成する工程を示す断面図である。

【図13D】マスクの上に第２絶縁層を形成する工程を示す断面図である。

【図13E】導波路の側面が露出するように溝を形成する工程を示す断面図である。

【図13F】溝に非相反性部材を形成する工程を示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

（アイソレータ１０の構成例）
図１及び図２に示されるように、一実施形態に係るアイソレータ１０は、第１導波路２１と、第２導波路２２と、非相反性部材３１と、マスク４０と、第１分岐部８１と、第２分岐部８２とを備える。第１導波路２１及び第２導波路２２は、単に導波路とも称される。

【0011】

アイソレータ１０は、第１分岐部８１に入力されたＴＥモードの電磁波を第２分岐部８２に透過させ、第２分岐部８２に入力されたＴＥモードの電磁波を遮断して第１分岐部８１に透過させないように構成される。電磁波が第１分岐部８１から第２分岐部８２に伝搬する方向は、第１方向とも称される。電磁波が第２分岐部８２から第１分岐部８１に伝搬する方向は、第２方向とも称される。つまり、アイソレータ１０は、ＴＥモードの電磁波を第１方向に透過させ、第２方向に透過させない。

【0012】

アイソレータ１０は、非対称マッハツェンダー干渉計の原理を用いて非対称な電磁波の伝搬特性を実現する。アイソレータ１０は、第１導波路２１を第１方向に伝搬する電磁波の位相のずれと第２導波路２２を第１方向に伝搬する電磁波の位相のずれとが同じになるように構成される。また、アイソレータ１０は、第１導波路２１を第２方向に伝搬する電磁波の位相のずれと第２導波路２２を第２方向に伝搬する電磁波の位相のずれとの間に波長の１／４に相当する分（９０度の位相）だけ差が生じるように構成される。

【0013】

位相のずれは、導波路の線路長によって調整され得るし、導波路の実効屈折率によって調整され得る。アイソレータ１０は、非相反性部材３１が存在しない場合に第１導波路２１を伝搬する電磁波の位相が第２導波路２２を伝搬する電磁波の位相よりも９０度だけ遅れるように構成されるとする。非相反性部材３１が存在しない場合、電磁波がアイソレータ１０を第１方向に伝搬する場合でも第２方向に伝搬する場合でも第１導波路２１を伝搬する電磁波の位相が第２導波路２２を伝搬する電磁波の位相よりも９０度だけ遅れる。したがって、単に導波路の線路長又は実効屈折率を設定しても、第１方向に伝搬する電磁波の位相のずれ方と第２方向に伝搬する電磁波の位相のずれ方とが同じになる。そこで、アイソレータ１０は、導波路を第１方向に伝搬する電磁波の位相のずれと第２方向に伝搬する電磁波の位相のずれとを異ならせるように、導波路の少なくとも一部に沿って位置する非相反性部材３１を備える。非相反性部材３１を備える導波路は、磁場の印加によって非相反性導波路として機能する。

【0014】

非相反性導波路は、伝搬する電磁波の位相を進ませたり遅らせたりする。本実施形態に係るアイソレータ１０は、電磁波の伝搬方向に向かって導波路を見たときに非相反性部材３１が導波路の右側に位置する場合に、その電磁波の位相を波長の１／８に相当する分（４５度の位相）だけ遅らせるとする。また、アイソレータ１０は、電磁波の伝搬方向に向かって導波路を見たときに非相反性部材３１が導波路の左側に位置する場合に、その電磁波の位相を波長の１／８に相当する分（４５度の位相）だけ進ませるとする。

【0015】

図１の例において、電磁波が第１方向（図１でＸ軸の正の方向）に伝搬する場合、非相反性部材３１は、第１導波路２１の第１方向に向かって左側に位置する。また、非相反性部材３１は、第２導波路２２の第１方向に向かって右側に位置する。したがって、第１方向に伝搬する電磁波の位相は、第１導波路２１で４５度だけ進み、第２導波路２２で４５度だけ遅れる。上述したように、アイソレータ１０は、非相反性部材３１が存在しない場合に第１導波路２１を第１方向に伝搬する電磁波の位相が第２導波路２２を第１方向に伝搬する電磁波の位相よりも９０度だけ遅れるように構成される。そうすると、第１導波路２１を第１方向に向かって伝搬する電磁波の位相の遅れが４５度になる。一方で、第２導波路２２を第１方向に向かって伝搬する電磁波の位相の遅れが４５度になる。その結果、第１導波路２１を第１方向に向かって伝搬する電磁波の位相のずれと第２導波路２２を第１方向に向かって伝搬する電磁波の位相のずれとの差が０度になる。つまり、第１導波路２１を第１方向に向かって伝搬する電磁波の位相のずれと第２導波路２２を第１方向に向かって伝搬する電磁波の位相のずれとが同じになる。

【0016】

一方で、電磁波が第２方向（図１でＸ軸の負の方向）に伝搬する場合、非相反性部材３１は、第１導波路２１の第２方向に向かって右側に位置する。また、非相反性部材３１は、第２導波路２２の第２方向に向かって左側に位置する。したがって、第２方向に伝搬する電磁波の位相は、第１導波路２１で４５度だけ遅れ、第２導波路２２で４５度だけ進む。上述したように、アイソレータ１０は、非相反性部材３１が存在しない場合に第１導波路２１を第２方向に伝搬する電磁波の位相が第２導波路２２を第２方向に伝搬する電磁波の位相よりも９０度だけ遅れるように構成される。そうすると、第１導波路２１を第２方向に向かって伝搬する電磁波の位相の遅れが１３５度になる。一方で、第２導波路２２を第２方向に向かって伝搬する電磁波の位相の進みが４５度になる。その結果、第１導波路２１を第２方向に向かって伝搬する電磁波の位相のずれと第２導波路２２を第１方向に向かって伝搬する電磁波の位相のずれとの差が１８０度になる。

【0017】

以上述べてきたように構成されるアイソレータ１０において、第１導波路２１を伝搬する電磁波と第２導波路２２を伝搬する電磁波との間の位相差が、第１方向に伝搬する場合において０度になり、第２方向に伝搬する場合において１８０度になる。このようにすることで、アイソレータ１０は、第１方向に伝搬する電磁波を透過させ、第２方向に伝搬する電磁波を透過させないように構成される。

【0018】

アイソレータ１０の導波路及び非相反性部材３１は、基板面５０Ａを有する基板５０の上に形成されている。基板５０は、金属等の導体、シリコン等の半導体、ガラス、又は樹脂等を含んで構成されてよい。本実施形態において、基板５０は、シリコン（Ｓｉ）であるとするが、これに限られず、他の種々の材料であってよい。

【0019】

基板５０は、基板面５０Ａの上にシリコン酸化膜等の絶縁体で構成されるボックス層５２を備える。導波路は、ボックス層５２の上に位置する。第１導波路２１は、基板面５０Ａに対向する側に位置する第１面２１１と、第１面２１１の反対側に位置する第２面２１２と、第１面２１１及び第２面２１２を接続する側面２１３とを有する。第２導波路２２は、基板面５０Ａに対向する側に位置する第１面２２１と、第１面２２１の反対側に位置する第２面２２２と、第１面２２１及び第２面２２２を接続する側面２２３とを有する。基板５０は、導波路の上に位置する第１絶縁層５４を更に備える。基板５０は、第１絶縁層５４の上に位置するマスク４０を更に備える。基板５０は、マスク４０の上に位置する第２絶縁層５６を更に備える。

【0020】

導波路は、ボックス層５２と第１絶縁層５４と非相反性部材３１とに囲まれている。導波路は、コアとも称される。ボックス層５２及び第１絶縁層５４は、クラッドとも称される。コア及びクラッドは、誘電体を含んで構成されてよい。導波路は、誘電体線路とも称される。コア及びクラッドの材質は、コアの比誘電率がクラッドの比誘電率よりも大きくなるように定められる。言い換えれば、コア及びクラッドの材質は、クラッドの屈折率がコアの屈折率より大きくなるように定められる。このようにすることで、コアを伝搬する電磁波は、クラッドとの境界において全反射され得る。その結果、コアを伝搬する電磁波の損失が低減され得る。

【0021】

コア及びクラッドの比誘電率は、空気の比誘電率よりも大きくされてよい。コア及びクラッドの比誘電率が空気の比誘電率よりも大きくされることで、アイソレータ１０からの電磁波の漏れが抑制され得る。結果として、アイソレータ１０から外部に電磁波が放射されることによる損失が低減され得る。

【0022】

本実施形態において、コアとしての導波路の材質は、シリコン（Ｓｉ）であるとするが、これに限られず、他の種々の材料であってよい。クラッドとしてのボックス層５２及び第１絶縁層５４の材質は、石英ガラス又はシリコン酸化膜（ＳｉＯ_２）であるとするが、これに限られず、他の種々の材料であってよい。シリコン及び石英ガラスの比誘電率はそれぞれ、約１２及び約２である。シリコンは、約１．２μｍ～約６μｍの近赤外波長を有する電磁波を低損失で伝搬させ得る。導波路は、シリコンで構成される場合、光通信で使用される１．３μｍ帯又は１．５５μｍ帯の波長を有する電磁波を低損失で伝搬させ得る。

【0023】

アイソレータ１０は、第１絶縁層５４をエッチングすることによって形成された溝３０を備える。溝３０は、導波路に沿って延在する。溝３０は、その延在方向（図１においてＸ軸方向）に向かって見た断面（図２）において底部と側部とを有する。第１導波路２１に沿って位置する溝３０は、その側部において第１導波路２１の側面２１３の少なくとも一部を露出させるように形成されている。第２導波路２２に沿って位置する溝３０は、その側部において第２導波路２２の側面２２３の少なくとも一部を露出させるように形成されている。溝３０の底部の位置は、導波路の下面（第１導波路２１の第１面２１１又は第２導波路２２の第１面２２１）の位置と略同一であってよい。

【0024】

非相反性部材３１は、溝３０の底部及び側部への成膜によって形成されている。非相反性部材３１は、第１導波路２１に沿って位置する溝３０において、第１導波路２１の側面２１３に接触する。また、非相反性部材３１は、第２導波路２２に沿って位置する溝３０において、第２導波路２２の側面２２３に接触する。

【0025】

溝３０は、第１絶縁層５４に位置する部分と、第２絶縁層５６に位置する部分とで２段に構成されてよい。第２絶縁層５６における溝３０の幅（図２においてＹ軸方向の寸法）は、第１絶縁層５４における溝３０の幅よりも広い。このようにすることで、導波路が露出する部分まで非相反性部材３１が成膜されやすくなる。非相反性部材３１は、溝３０の底部と側部とが交差する部分にまで成膜されるように、基板５０をＹ軸の正の方向又は負の方向に傾けた状態で成膜されてもよい。

【0026】

本実施形態において、非相反性部材３１の材料としてＣｅ：ＹＩＧ（セリウム置換のイットリウム・鉄・ガーネット）が用いられる。非相反性部材３１の材料として、Ｂｉ：ＹＩＧ（ビスマス置換のＹＩＧ）等のＹＩＧの一部置換物質のような透明状磁性体が用いられてもよい。非相反性部材３１の材料として、ＦｅＣｏ、ＦｅＮｉ若しくはＣｏＰｔ等の強磁性体、又は、強磁性体を含む物質等が用いられてもよい。非相反性部材３１の材料として、磁性体ナノ粒子がコンポジットされた誘電体、例えばナノグラニュラー材が用いられてもよい。これらに限られず他の種々の磁性材料が非相反性部材３１として用いられてよい。

【0027】

ＹＩＧ系の非相反性部材３１は、その結晶化が十分に進行することによって十分な非相反性を発現させる。非相反性部材３１を所定温度以上に加熱することによって非相反性部材３１の結晶化が進行する。しかし、基板５０に形成された導波路又は配線等の他の構成への影響を考慮すれば、非相反性部材３１の成膜時において基板５０の全体を所定温度以上に加熱することは難しい。したがって、基板５０を加熱しない状態の成膜によって溝３０に形成された非相反性部材３１は、十分に結晶化されておらず、そのままで十分な非相反性を発現させない。

【0028】

そこで、本実施形態に係るアイソレータ１０において、非相反性部材３１を結晶化させるために、レーザ光の照射によって非相反性部材３１が加熱される。レーザ光として、非相反性部材３１による光の吸収効率が高い波長の光が用いられる。非相反性部材３１がＣｅ：ＹＩＧである場合、可視光の吸収効率が高い。したがって、加熱のために可視光レーザが用いられてよい。

【0029】

レーザ光は、光学的な限界によって照射点において有限の範囲に広がる。レーザ光の照射範囲は、溝３０の幅よりも広くなる。本実施形態に係るアイソレータ１０において、マスク４０は、レーザ光の透過率が透過閾値未満になるように、又は、レーザ光の反射率が反射閾値以上になるように構成される。マスク４０の材料として、例えばアルミ等の金属が採用されてよい。マスク４０の材料として、これらに限られず種々の材料が採用され得る。マスク４０は、導波路の第２面２１２又は２２２のうち基板５０の平面視において（基板面５０Ａの法線方向から見たときに）少なくとも溝３０に接している領域に重なるように位置する。言い換えれば、マスク４０は、基板５０の平面視において、導波路に重なって位置し、溝３０に重ならない。マスク４０が導波路に重なって位置することによって、基板５０に対して基板面５０Ａの側から照射されるレーザ光は、導波路に到達しにくくなる。マスク４０が溝３０に重ならないことによって、レーザ光は、溝３０の内部の非相反性部材３１に到達しやすくなる。その結果、レーザ光の照射によって、溝３０の内部の非相反性部材３１だけが加熱されやすくなる。

【0030】

以上述べてきたように、本実施形態に係るアイソレータ１０において、基板５０の他の構成に影響を及ぼしにくいように、非相反性部材３１が加熱される。このようにすることで、加熱処理を必要とする材料を非相反性部材３１として用いた場合でも、半導体プロセスに及ぼす影響が低減され得る。また、アイソレータ１０の性能が高められ得る。

【0031】

非相反性部材３１の結晶化の度合いによって、アイソレータ１０の性能が変化し得る。アイソレータ１０の完成後に性能を調整するために、追加でレーザ光が照射されてもよい。本実施形態に係るアイソレータ１０がマスク４０を備えることによって、追加でレーザ光が照射されたとしても、非相反性部材３１の他の構成への影響が低減され得る。

【0032】

図３及び図４に示されるように、溝３０は、第１導波路２１及び第２導波路２２の両方に沿うように位置してもよい。このようにすることで、基板５０においてアイソレータ１０によって占められる面積が低減し得る。つまり、アイソレータ１０が小型化され得る。溝３０の側部のうち第１導波路２１の側面２１３の少なくとも一部を露出させる側部は、第１側部とも称される。溝３０の側部のうち第２導波路２２の側面２２３の少なくとも一部を露出させる側部は、第２側部とも称される。

【0033】

図５及び図６に示されるように、導波路がつづら折り状に配置されてもよい。言い換えれば、導波路は、延在方向が変化する部分を有してよい。導波路は、略円形の領域の中につづら折り状に位置してもよい。導波路は、略円形のレーザ照射領域ＬＳの中に入るように配置されてよい。このようにすることで、レーザ光が非相反性部材３１の加熱に有効に利用され得る。また、基板５０の上においてアイソレータ１０の他の構成にレーザ光が照射されにくくなる。

【0034】

導波路は、電磁波の伝搬方向が１８０度異なる部分が並ぶように配置されてよい。溝３０は、導波路のうち、電磁波の伝搬方向が１８０度異なる部分の間に配置されてよい。このようにすることで、導波路を非相反性導波路として機能させるために、１つの溝３０の両側の側部に位置する非相反性部材３１が活用され得る。

【0035】

アイソレータ１０は、図５に示されるように第１導波路２１と第２導波路２２の間に溝３０が位置するように構成されてもよいし、図６に示されるように第１導波路２１と第２導波路２２の間に溝３０が位置しないように構成されてもよい。このようにすることで、アイソレータ１０の設計の自由度が向上し得る。また、図６に示されるように第１導波路２１及び第２導波路２２それぞれに別の溝３０が位置することによって、溝３０の２つの側部への成膜された非相反性部材３１が非対称になった場合でも、導波路が溝３０の両側を通ることによってその影響が低減され得る。

【0036】

図７に示されるように、溝３０は、その底部が第１導波路２１よりも低い位置になるように形成されてよい。つまり、導波路が露出している部分が溝３０の底部から離れるように溝３０が構成されてよい。溝３０の内部に非相反性部材３１を成膜する場合、底部と側部とが交わる部分に非相反性部材３１が入りにくい。導波路が露出している部分が底部から離れることによって、導波路が露出している部分に非相反性部材３１が成膜されやすくなる。このようにすることで、導波路に接触する非相反性部材３１の特性が制御されやすくなる。その結果、アイソレータ１０の性能が高められ得る。

【0037】

図８に示されるように、溝３０に形成された非相反性部材３１の上に、更に吸収部材３２が形成されてもよい。吸収部材３２として、レーザ光の吸収効率が高い材料が用いられる。また、非相反性部材３１と異なる吸収特性を有する材料が用いられてもよい。吸収部材３２として、赤外光の吸収効率が高いカーボン等が用いられてもよい。

【0038】

図９に示されるように、基板５０の平面視において、マスク４０は、導波路の一部に重ならないように位置してもよい。このようにすることで、導波路は、溝３０の側部で露出しやすくなり、非相反性部材３１に接触しやすくなる。その結果、アイソレータ１０の性能が安定になり得る。また、アイソレータ１０の製造工程が簡略化され得る。図１０に示されるように、導波路の断面形状がリブ型になってもよい。

【0039】

上述したように、溝３０の中に成膜される非相反性部材３１は、溝３０の両側の側部で非対称になり得る。図１１に示されるように、溝３０の２つの側部の一方の側部のみに非相反性部材３１が成膜されてもよい。この場合、溝３０の右側に位置する導波路に非相反性部材３１が接触していない。しかし、溝３０の両側の導波路は、直列に接続されている。したがって、導波路全体として、非相反性部材３１に接触している長さは、第１導波路２１及び第２導波路２２のいずれでも調整され得る。溝３０の一方の側部のみに非相反性部材３１が成膜されることによって、溝３０の一方の側部における非相反性部材３１が安定に成膜され得る。その結果、アイソレータ１０の性能が高められ得る。

【0040】

導波路を伝搬する電磁波の位相は、導波路の温度によっても変化する。アイソレータ１０は、電磁波の位相を調整するために、導波路の温度を制御してもよい。図１２に示されるように、アイソレータ１０は、第１導波路２１及び第２導波路２２それぞれの一部の温度を制御するヒーター７１及び７２を更に備えてもよい。ヒーター７１は、第１導波路２１の一部の温度を制御できる。ヒーター７２は、第１導波路２１の一部の温度を制御できる。このようにすることで、アイソレータ１０は、基板５０の上に形成した導波路の線路長に誤差が生じたとしても、温度制御によって位相を補償できる。その結果、アイソレータ１０の性能が高められ得る。

【0041】

図１２において、ヒーター７１及び７２が配置されている部分において、導波路は、小さい曲率半径で１８０度曲がっている。このように小さい曲率半径で導波路を曲げることによって、この部分を通過するＴＭモードの電磁波が外に放射されて除去される。本実施形態に係るアイソレータ１０の導波路と非相反性部材３１との組み合わせはＴＥモードの電磁波に対して非相反性を発現させる。したがって、ＴＭモードの電磁波を除去する部分を有することによって、ＴＭモードの電磁波が第２分岐部８２から第１分岐部８１に向かって伝搬することが防がれ得る。ＴＭモードの電磁波を除去する部分は、フィルタ部とも総称される。フィルタ部として、小さい曲率半径で導波路を曲げる構成だけでなく、ＴＭモードの電磁波を結合させない方向性結合器が用いられてもよい。

【0042】

アイソレータ１０は、第１導波路２１が非相反性部材３１に接している距離と、第２導波路２２が非相反性部材３１に接している距離とが等しくなるように、構成されてよい。このようにすることで、位相が調整されやすくなる。その結果、アイソレータ１０の性能が向上し得る。

【0043】

（アイソレータ１０の製造方法）
本実施形態に係るアイソレータ１０の製造方法が図１３Ａから図１３Ｆまでに例示される断面図を参照して説明される。

【0044】

図１３Ａに示されるように、基板５０のボックス層５２の上に、第１導波路２１及び第２導波路２２が形成される。導波路は、成膜工程とエッチング工程との組み合わせによって形成されてよい。成膜工程として、プラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）又はスパッタ等が実行されてよい。エッチング工程として、例えばＲＩＥ（Reactive Ion Etching）等のドライエッチング又はウェットエッチングが実行されてよい。

【0045】

図１３Ｂに示されるように、第１導波路２１及び第２導波路２２の上に第１絶縁層５４が形成される。第１絶縁層５４は、プラズマＣＶＤ等によって成膜されてよい。図１３Ｃに示されるように、第１絶縁層５４の上に、マスク４０が形成される。マスク４０は、成膜工程とエッチング工程との組み合わせによって形成されてよい。図１３Ｄに示されるように、マスク４０の上に、第２絶縁層５６が形成される。第２絶縁層５６は、プラズマＣＶＤ等によって成膜されてよい。

【0046】

図１３Ｅに示されるように、溝３０が形成される。溝３０は、ドライエッチングによって形成されてよい。溝３０のうち、第１絶縁層５４に形成される部分は、マスク４０をエッチングマスクとしてドライエッチングを実行することによって形成される。溝３０の側部で導波路が露出するように、ウェットエッチングが更に実行されてもよい。

【0047】

図１３Ｆに示されるように、溝３０の側部及び底部に非相反性部材３１が形成される。非相反性部材３１は、スパッタ等によって成膜されてよい。さらに、非相反性部材３１に対してレーザ光が照射される。レーザ光の照射によって非相反性部材３１が加熱される。非相反性部材３１の温度及び加熱時間を制御することによって、非相反性部材３１の結晶化の度合いが制御され得る。

【0048】

以上、図１３Ａ～図１３Ｆを参照して説明してきたように、アイソレータ１０が製造され得る。アイソレータ１０の完成後に追加でレーザ光を照射することによって、完成後でもアイソレータ１０の特性が調整され得る。

【0049】

（アイソレータ１０の応用例）
アイソレータ１０は、電磁波を送信する構成と組み合わされて使用されてよい。アイソレータ１０は、光スイッチ、光送受信機、又は、データセンタに適用されてもよい。アイソレータ１０は、例えば、電磁波送信器に適用されてもよい。電磁波送信器は、アイソレータ１０と、光源とを備える。電磁波送信器は、光源からアイソレータ１０に電磁波を入力し、アイソレータ１０から受信器に向けて電磁波を出力する。アイソレータ１０は、光源から受信器に向けて伝搬する電磁波の透過率が受信器から光源に向けて伝搬する電磁波の透過率より大きくなるように構成される。このようにすることで、光源に向けて電磁波が入射しにくくなる。その結果、光源が保護され得る。

【0050】

光源は、例えば、ＬＤ（Laser Diode）又はＶＣＳＥＬ（Vertical Cavity Surface Emitting LASER）等の半導体レーザであってよい。光源は、可視光に限られず種々の波長の電磁波を射出するデバイスを含んでよい。光源は、基板５０の上にアイソレータ１０とともに形成されてよい。光源は、ＴＥモードの電磁波をアイソレータ１０に入力してよい。

【0051】

電磁波送信器は、変調器と信号入力部とをさらに備えてよい。変調器は、電磁波の強度を変化させることによって変調する。変調器は、光源とアイソレータ１０との間ではなく、アイソレータ１０と受信器との間に位置してもよい。変調器は、例えば、電磁波をパルス変調してもよい。信号入力部は、外部装置等からの信号の入力を受け付ける。信号入力部は、例えばＤ／Ａコンバータを含んでよい。信号入力部は、変調器に信号を出力する。変調器は、信号入力部で取得した信号に基づいて、電磁波を変調する。

【0052】

光源は、変調器及び信号入力部を含んで構成されてもよい。この場合、光源は、変調した電磁波を出力し、アイソレータ１０に入力してもよい。

【0053】

電磁波送信器は、基板５０の上に実装されてよい。光源は、変調器を介して、第１分岐部８１に接続するように実装されてよい。光源は、変調器を介さずに、第１分岐部８１に接続するように実装されてよい。受信器は、変調器を介さずに、第２分岐部８２に接続するように実装されてよい。受信器は、変調器を介して、第２分岐部８２に接続するように実装されてよい。この場合、変調器は、第２分岐部８２に接続するように実装されてよい。

【0054】

本開示に係る実施形態について、諸図面及び実施例に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形又は改変を行うことが可能であることに注意されたい。従って、これらの変形又は改変は本開示の範囲に含まれることに留意されたい。例えば、各構成部などに含まれる機能などは論理的に矛盾しないように再配置可能であり、複数の構成部などを１つに組み合わせたり、或いは分割したりすることが可能である。

【0055】

本開示において「第１」及び「第２」等の記載は、当該構成を区別するための識別子である。本開示における「第１」及び「第２」等の記載で区別された構成は、当該構成における番号を交換することができる。例えば、第１導波路２１は、第２導波路２２と識別子である「第１」と「第２」とを交換することができる。識別子の交換は同時に行われる。識別子の交換後も当該構成は区別される。識別子は削除してよい。識別子を削除した構成は、符号で区別される。本開示における「第１」及び「第２」等の識別子の記載のみに基づいて、当該構成の順序の解釈、小さい番号の識別子が存在することの根拠に利用してはならない。

【0056】

本開示において、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸は、説明の便宜上設けられたものであり、互いに入れ替えられてよい。本開示に係る構成は、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸によって構成される直交座標系を用いて説明されてきた。本開示に係る各構成の位置関係は、直交関係にあると限定されるものではない。

【符号の説明】

【0057】

１０ アイソレータ
２１ 第１導波路（２１１：第１面、２１２：第２面、２１３：側面）
２２ 第２導波路（２２１：第１面、２２２：第２面、２２３：側面）
３０ 溝
３１ 非相反性部材
３２ 吸収部材
４０ マスク
５０ 基板（５０Ａ：基板面、５２：ボックス層）
５４ 第１絶縁層
５６ 第２絶縁層
７１、７２ ヒーター
８１ 第１分岐部
８２ 第２分岐部
ＬＳ レーザ照射範囲

【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13A】

【図13B】

【図13C】

【図13D】

【図13E】

【図13F】