JP2000039532A - プレ―ナ型導波路構造体を製造する方法および導波路構造体 - Google Patents

プレ―ナ型導波路構造体を製造する方法および導波路構造体

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 プレーナ型導波路構造体を製造する方法およ
び導波路構造体を提供すること。 【解決手段】 シリコンまたはガラスの基板上に第１の
層を堆積させ、その後コア構造体を構造化し、このコア
構造体を保護層で保護する、導波路を製造する方法を提
案する。新しい層を堆積させる各ステップの前に、堆積
させたばかりの層をフッ素化する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、独立請求項の包括
的クラスによる、プレーナ型導波路構造体を製造する方
法および導波路構造体に基づくものである。
【０００２】
【従来の技術】例えば文献「Ｏｐｔｉｓｃｈｅ Ｔｅｌ
ｅｋｏｍｍｕｎｉｋａｔｉｏｎｓｓｙｓｔｅｍｅ」（Ｏ
ｐｔｉｃａｌ Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ
Ｓｙｓｔｅｍｓ）Ｐｕｂｌｉｓｈｅｒ Ｈａｒｇｅｎ
Ｐｕｌｔｓｃｈには、製造方法（ｐｐ．１１７ｆｆ参
照）、およびこれらの製造方法によって製造される導波
路構造体（ｐｐ．２２１ｆｆ参照）が記載されている。
【０００３】光導波路中で光を導くためには、導波路の
屈折率は、その周囲の屈折率より大きくなければならな
い。原理的に、プレーナ型導波路は、屈折率ｎ２を有す
る導波誘電体がその上に位置する、第１の屈折率ｎ１を
有する基板である誘電体回路キャリアを含む。カバー層
は、空気か、または屈折率ｎ３を有する追加の誘電体で
ある。この構造を用いると、光は、全反射を繰り返すこ
とによって導波路の境界表面に沿って導かれる。ストリ
ップライン中の光波の電磁界の強さの分布を調べると、
隣接する媒体との電磁界境界に沿って、電磁界が急激に
弱まって０になることはないことが分かる。導波路は開
放型導波路の働きをする。この構造の導波路と周囲との
間の屈折率の差が十分に大きい場合には、電磁界のスパ
ーは、導波路構造体の外にわずかしか延びない。最適な
導波を得るためには、屈折率の差を大きく保つこと、具
体的にいうと製造プロセス中に境界に沿って構造を清浄
にすることが望ましい。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】気相からのガラス堆積
など知られている方法を用いて、ガラスまたはシリコン
材料で導波路構造体を製造するときには、様々な問題に
直面する。導波路は、高温が作用するとしばしば変形
し、応力を受ける。この両方の問題が生じると、導波路
内での光導波が不十分になる。上側カバー層を加えると
しばしば泡構造体が生じ、これも導波路の品質を損な
う。さらに、光コアから周囲の層へのドーピング物質の
外方拡散が起こる。その結果、境界層に沿った屈折率の
上昇が、クリーンな導波を引き起こすのに十分に鋭くな
らない。
【０００５】
【課題を解決するための手段】独立請求項の特徴を備え
た本発明による方法には、最適な対称領域がコアを取り
囲み、ドーピング物質の外方拡散を防止するように、光
コアを構築する簡単な方法を記述するという利点があ
る。さらに、フッ化物を含む層からなる対称領域は、コ
アの形状を安定させる効果を有し、したがって導波路構
造体内の応力を低下させる。
【０００６】従属請求項に記載の処置は、独立請求項に
規定した方法をさらに有利に発展させ、改善したもので
ある。
【０００７】この方法は、ガラスまたはシリコンをベー
スとする様々な導波路構造体に特に有利であり、層は、
例えば火炎加水分解によって生成される。コア構造体
は、反応性イオンエッチング法によって構造化できるの
で有利である。
【０００８】さらに、フッ化物を含む液体を作用させる
ことによって、フッ化物を含む層を生成すると有利であ
る。これにはさらに、導波路の材料と比べて著しく変化
した屈折率を有する、非常に薄いフッ化物層が形成され
るという利点がある。１５０ｎｍ程度の層の厚さが最適
である。フッ化物を含む液体を作用させることには、こ
の構造体の材料を洗浄するという追加の効果がある。
【０００９】独立請求項の特徴を備えた本発明の導波路
には、非常にクリーンな導波を可能にするという利点が
あり、これにより製造方法自体も高いコストおよび複雑
な作業から解放される。
【００１０】図面は本発明の例示的な実施形態を示すも
のであり、これについて以下の記述でさらに説明する。
【００１１】
【発明の実施の形態】図１に、導波路を製造する段階１
から４を示す。第１の製造段階で、コアに比べて厚い下
側層２を基板表面１上に製造する。下側層は、例えば、
酸化ホウ素または酸化ゲルマニウムをドーピングした酸
化ケイ素で生成される。この層を、火炎加水分解によっ
て基板上に堆積させる。この目的のために、この方法の
基本物質である純度の高い液体塩化物を蒸発させる。こ
れらの塩化物は、キャリアガスおよびおそらくは乾燥ガ
スとともに反応チャンバ中に導入される。ガラスを堆積
させるのに必要なエネルギーは、バーナまたは炉によっ
て外部から、あるいはプラズマおよび高温との相互作用
によって発生される。その他の元素、例えばホウ素やゲ
ルマニウムの塩化物を四塩化ケイ素に加えると、純粋な
石英ガラスとは異なる屈折率を有するガラスが生成され
る。層２の軟化温度は、その後に堆積させる層に比べて
最も高い。下側層２を、基板、例えばシリコンまたは石
英ガラスのウェハ上に焼結させる。層２の表面を、フッ
化物を含む溶液、例えばＢＨＦ溶液（緩衝ＨＦ溶液）、
または希釈したフッ化水素酸でエッチングする。境界相
に、エッチングによりフッ化物の含有量の多い薄層が生
成され、その後、この上に次の層の材料を堆積させるこ
とができる。フッ化物を含む境界層４上に、酸化ケイ素
のコア層３を堆積させる。このガラス層は、ガラス材料
の屈折率を高めるために、例えば酸化ホウ素、酸化ゲル
マニウム、および／または酸化リンをドーピングしてあ
る。一体化された光学的構造体の要件に依存して、この
層３を完全なまま残すか、または構造化する。導波路の
構造化は、例えば反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）に
よって実施することができる。この目的のために、プラ
ズマを反応チャンバ中で発生させ、その中で反応性でイ
オン化された分子を生成し、これらを陰極すなわち基板
自体に生じる電圧降下によってその試料に向けて加速す
る。このエッチング法により、例えば図１．２に示す導
波路の構造体３が生じる。例えばＣＨＦ３および酸素が
エッチングガスとして使用される。下側層２および導波
構造体３を含む構造体の表面全体を、図１．１の処理と
同様にＢＨＦ溶液または希釈したフッ化水素酸で処理す
る。これによりケイ酸塩層がわずかに除去され、境界層
がフッ素化される。フッ化物を含む物質は、屈折率を低
下させ、さらに興味深いことに、ガラス内のドーピング
物質（ゲルマニウムイオン、リンイオン、ホウ素イオ
ン）の移動を抑制する特性を有する。光導波コア３が、
残りのコア材料に比べて著しく異なる屈折率を有する非
常に薄いフッ化物層４を備える場合には、この層は光導
波に悪影響を及ぼさない。好ましい層の厚さは１５０ｎ
ｍ程度である。この層の厚さは、同時に、コア材料か
ら、またはコア材料中へのドーピング物質の移動を防止
するのにも十分である。エッチングした構造体材料をフ
ッ素化することの追加の効果は、害を与える不純物が表
面から取り除かれることである。エッチング中に、フッ
化物の含有量の多い薄層が境界相に生じ、その後、この
上にコアおよび／または上側カバー層の材料を堆積させ
る。同時に、フッ化物を含む境界層は、このガラス層の
軟化点が隣接する材料の軟化点より高いので、形状安定
化効果を有する。したがって、コアは隣接する材料の圧
力にあまりさらされず、応力は低下し、光導波コアの屈
折率は、一定濃度および低下した応力により一定のまま
となる。図１．３のフッ化物層を設けることに続いて、
上側カバー層５を堆積させる。この層もやはり、材料を
火炎加水分解し、その後焼結することによって生成す
る。この製造プロセスが完了した後、コア３は薄いフッ
化物層４で均一に囲まれる。カバー層５は好ましくは下
側層２と類似した屈折率を有し、基板、下側層、および
コア材料が焼結処理によって変形しすぎないように、そ
の材料の軟化温度はより低くなければならない。フッ化
物を含む薄層４を設けることは、カバー層５の焼結によ
って生じる泡の欠陥を抑制するのに特に有利である。
【００１２】図２に、例として、断面軸ａおよびｂにわ
たる屈折率ｎの推移を示す。屈折率の急激な上昇は、コ
ア材料３の領域で明白である。フッ化物を含む薄層は、
６で示す点で屈折率をわずかに低下させる。この効果を
グラフでは強調している。高品質の導波路であることを
述べるには、屈折率ｎ１とｎ２の間で鋭角な接合が得ら
れれば十分である。フッ化物を含む層を設けることで、
理想的に示した屈折率の上昇が、より鋭いエッジに改善
される。全体的に、これにより導波路構造体の品質が高
まり、光の減衰は低下する。
【図面の簡単な説明】
【図１】導波路を製造する段階１から４を示す図であ
る。
【図２】このようにして製造された導波路の屈折率のプ
ロフィルを示す図である。
【符号の説明】
１ 基板 ２ 下側層 ３ コア層 ４ 境界層 ５ 上側カバー層

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 シリコンまたはガラスの基板（１）上に
    第１の下側層（２）を堆積させ、その後コア構造体
    （３）を堆積させて構造化し、このコア構造体（３）を
    カバー層（５）で保護する、プレーナ型導波路構造体を
    製造する方法であって、層（３、５）の一つを堆積させ
    る各ステップの前に、堆積させたばかりの層をフッ素化
    することを特徴とする方法。
  2. 【請求項２】 各層が、Ｓｉ、Ｂ、および／またはＧｅ
    のハロゲン化物を使用するＦＤＨ（火炎加水分解堆積）
    法によって生成されることを特徴とする請求項１に記載
    の方法。
  3. 【請求項３】 コア構造体が、ＲＩＥ（反応性イオンエ
    ッチング）法によって構造化されることを特徴とする請
    求項１または２に記載の方法。
  4. 【請求項４】 フッ化物を含む液体を作用させることに
    よってフッ素化が行われることを特徴とする請求項１に
    記載の方法。
  5. 【請求項５】 フッ素化によって厚さ１５０ｎｍのフッ
    化物を含む層が生成されることを特徴とする請求項４に
    記載の方法。
  6. 【請求項６】 第１の屈折率を有する第１の下側層
    （２）と、第２の屈折率を有する導波コア層（３）と、
    第３の屈折率を有するカバー層（５）とがその上に載る
    基板（１）を含む導波路構造体であって、フッ化物を含
    む層（４）が各層（２、３、５）の間に堆積されている
    ことを特徴とする導波路構造。
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