JP2000066048A - 光導波路デバイスとその製造方法 - Google Patents
光導波路デバイスとその製造方法Info
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- JP2000066048A JP2000066048A JP23074898A JP23074898A JP2000066048A JP 2000066048 A JP2000066048 A JP 2000066048A JP 23074898 A JP23074898 A JP 23074898A JP 23074898 A JP23074898 A JP 23074898A JP 2000066048 A JP2000066048 A JP 2000066048A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 形状にあわせて最適な屈折率差を有する光導
波路を集積した小型且つ低損失な光導波路デバイスを高
い歩留まりで製造する。 【解決手段】 基板上に石英系のコア層とクラッド層と
が設けられ、前記コア層とクラッド層との屈折率差が第
１の屈折率差である光導波路部分１と、前記第１の屈折
率差と異なる第２の屈折率差である光導波路部分２とを
備えた光導波路デバイスの製造方法において、前記コア
層５の上面にマスク材料６を形成する第１の工程と、前
記コア層５の上面に前記マスク材料６を選択的に残した
前記第１の光導波路部分２を形成すると共に、コア層の
上面に前記マスク材料を設けない前記第２の光導波路部
分１を形成する第２の工程と、全面に前記コウ層５と異
なる組成の第１のアッパークラッド層７を堆積させる第
３の工程と、前記第１の光導波路部分２の前記第１のア
ッパークラッド層７のみを選択的に除去する第４の工程
と、全面に前記第１のアッパークラッド層７と異なる組
成の第２のアッパークラッド層８を堆積させた第５の工
程と、を含むことを特徴とする。
波路を集積した小型且つ低損失な光導波路デバイスを高
い歩留まりで製造する。 【解決手段】 基板上に石英系のコア層とクラッド層と
が設けられ、前記コア層とクラッド層との屈折率差が第
１の屈折率差である光導波路部分１と、前記第１の屈折
率差と異なる第２の屈折率差である光導波路部分２とを
備えた光導波路デバイスの製造方法において、前記コア
層５の上面にマスク材料６を形成する第１の工程と、前
記コア層５の上面に前記マスク材料６を選択的に残した
前記第１の光導波路部分２を形成すると共に、コア層の
上面に前記マスク材料を設けない前記第２の光導波路部
分１を形成する第２の工程と、全面に前記コウ層５と異
なる組成の第１のアッパークラッド層７を堆積させる第
３の工程と、前記第１の光導波路部分２の前記第１のア
ッパークラッド層７のみを選択的に除去する第４の工程
と、全面に前記第１のアッパークラッド層７と異なる組
成の第２のアッパークラッド層８を堆積させた第５の工
程と、を含むことを特徴とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光導波路デバイス
とその製造方法に係わり、光通信等に用いて好適な光導
波路デバイスとその製造方法に関する。
とその製造方法に係わり、光通信等に用いて好適な光導
波路デバイスとその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】インターネットの急激な普及にともな
い、光通信システムの商用化展開が非常な勢いで進んで
いる。通常の電話回線で３万回線以上を伝送できる２．
５Ｇｂ／ｓシステムなどが多くの地域で導入されてお
り、情報伝送容量の拡大にあわせて、波長多重方式によ
って多重数倍の大容量化を図る方式が既に実用化される
に至っている。初期の数波レベルの波長多重から、現在
では、８０波レベルまでの高密度波長多重方式が商用化
されるようになってきた。このような波長多重光通信方
式においては、異なる波長を有する複数の信号光を１本
の光ファイバに導入するための合波器、また波長多重さ
れた光信号から異なる波長の信号に切り分けるための分
波器が重要となり、その一例として、アレイ導波路格子
（以下、ＡＷＧという）が注目されている。ＡＷＧは入
出力２つのスターカップラの間に同じ光路長差を有する
アレイ状の光導波路が形成されたものであり、アレイ導
波路が高次の回折格子の役割を担うことによって合分波
の機能を示すものである。Ｓｉ基板や石英基板上に石英
系の光導波路を形成したＡＷＧはすでに商用化されてお
り、実際の光通信システムに用いられている。現在商用
化されているＡＷＧは３ｃｍ×４ｃｍ程度のサイズのも
のが一般的であり、温調機能が必要であることから、パ
ルチエ素子に貼り付けて、パッケージに収容されてお
り、パッケージ全体のサイズは５ｃｍ×６ｃｍ程度とな
るため、伝送装置のボード内で少なからぬスペースを占
有してしまい、デバイスの小型化が重要な課題の一つと
なっている。
い、光通信システムの商用化展開が非常な勢いで進んで
いる。通常の電話回線で３万回線以上を伝送できる２．
５Ｇｂ／ｓシステムなどが多くの地域で導入されてお
り、情報伝送容量の拡大にあわせて、波長多重方式によ
って多重数倍の大容量化を図る方式が既に実用化される
に至っている。初期の数波レベルの波長多重から、現在
では、８０波レベルまでの高密度波長多重方式が商用化
されるようになってきた。このような波長多重光通信方
式においては、異なる波長を有する複数の信号光を１本
の光ファイバに導入するための合波器、また波長多重さ
れた光信号から異なる波長の信号に切り分けるための分
波器が重要となり、その一例として、アレイ導波路格子
（以下、ＡＷＧという）が注目されている。ＡＷＧは入
出力２つのスターカップラの間に同じ光路長差を有する
アレイ状の光導波路が形成されたものであり、アレイ導
波路が高次の回折格子の役割を担うことによって合分波
の機能を示すものである。Ｓｉ基板や石英基板上に石英
系の光導波路を形成したＡＷＧはすでに商用化されてお
り、実際の光通信システムに用いられている。現在商用
化されているＡＷＧは３ｃｍ×４ｃｍ程度のサイズのも
のが一般的であり、温調機能が必要であることから、パ
ルチエ素子に貼り付けて、パッケージに収容されてお
り、パッケージ全体のサイズは５ｃｍ×６ｃｍ程度とな
るため、伝送装置のボード内で少なからぬスペースを占
有してしまい、デバイスの小型化が重要な課題の一つと
なっている。
【０００３】また、幹線系に用いられるものの他に、双
方向の通信が要求されるアクセス系システムにも小型の
光導波路デバイスが強く求められている。合波、分波、
分岐などの機能を有する光導波路デバイスの素子サイズ
は、概略、曲線導波路部分の曲線半径によって制限され
る。より小さな曲率半径でも低損失な曲線導波路を形成
するには、コア層とクラッド層との屈折率差Δを大きく
設定してやればよい、例えば、通常石英系の光導波路で
採用される、０．４％程度の屈折率差Δの導波路の場
合、曲がり損失を０．１ｄＢ以内にするには、曲率半径
を４０ｍｍ以上とする必要があるが、屈折率差Δを１％
とすることにより、曲率半径を１０ｍｍ以下にすること
が可能となる。しかし、単純に屈折率差Δを大きくする
だけでは、光ファイバとの結合損失が増加してしまい、
素子サイズの小型化は図れても、光モジュールとしての
損失増加につながってしまう。したがって、小型でかつ
低損失な光モジュールを作製するために、曲線領域を高
屈折率差に、ファイバ等との光結合部分を低屈折率差と
なるような構造とすればよい。その一例として、石井ら
は、１９９８年発行の電子情報通信学会総合大会講演論
文集、エレクトロニクス１，論文＃Ｃ−３−１４８に
て、部分的に屈折率差を変化させた石英光導波路を開示
している。石井らは、アンダークラッド、コア成膜後
に、ＲＩＥ法によって矩形の導波路コアを形成し、その
後、曲線領域上部に成膜阻止用のシャドーマスクを設置
して、ＦＨＤ（Ｆｒａｍｅ ＨｙｄｒｏｓｙｓＤｅｐｏ
ｓｉｔｉｏｎ）法（火焔堆積法）によって屈折率差Δが
０．３％に相当するアッパークラッドを成膜、さらにマ
スクを除去した後、屈折率差Δが０．６％に相当するア
ッパークラッド層を成膜した。この方法によって光導波
路に沿って部分的に屈折率差Δの値の異なる光導波路を
形成することに成功した。
方向の通信が要求されるアクセス系システムにも小型の
光導波路デバイスが強く求められている。合波、分波、
分岐などの機能を有する光導波路デバイスの素子サイズ
は、概略、曲線導波路部分の曲線半径によって制限され
る。より小さな曲率半径でも低損失な曲線導波路を形成
するには、コア層とクラッド層との屈折率差Δを大きく
設定してやればよい、例えば、通常石英系の光導波路で
採用される、０．４％程度の屈折率差Δの導波路の場
合、曲がり損失を０．１ｄＢ以内にするには、曲率半径
を４０ｍｍ以上とする必要があるが、屈折率差Δを１％
とすることにより、曲率半径を１０ｍｍ以下にすること
が可能となる。しかし、単純に屈折率差Δを大きくする
だけでは、光ファイバとの結合損失が増加してしまい、
素子サイズの小型化は図れても、光モジュールとしての
損失増加につながってしまう。したがって、小型でかつ
低損失な光モジュールを作製するために、曲線領域を高
屈折率差に、ファイバ等との光結合部分を低屈折率差と
なるような構造とすればよい。その一例として、石井ら
は、１９９８年発行の電子情報通信学会総合大会講演論
文集、エレクトロニクス１，論文＃Ｃ−３−１４８に
て、部分的に屈折率差を変化させた石英光導波路を開示
している。石井らは、アンダークラッド、コア成膜後
に、ＲＩＥ法によって矩形の導波路コアを形成し、その
後、曲線領域上部に成膜阻止用のシャドーマスクを設置
して、ＦＨＤ（Ｆｒａｍｅ ＨｙｄｒｏｓｙｓＤｅｐｏ
ｓｉｔｉｏｎ）法（火焔堆積法）によって屈折率差Δが
０．３％に相当するアッパークラッドを成膜、さらにマ
スクを除去した後、屈折率差Δが０．６％に相当するア
ッパークラッド層を成膜した。この方法によって光導波
路に沿って部分的に屈折率差Δの値の異なる光導波路を
形成することに成功した。
【０００４】しかしながら、このような従来例による方
法では、シャドーマスクと、コア層との距離を狭く（例
えば数μｍのオーダー）できず、したがって、高屈折率
差領域と低屈折率差領域との境界部分を精密に設定する
ことが困難である。したがって所望の領域に高屈折率
差、及び低屈折率差の導波路を精密な位置精度で形成す
ることができず、小型、且つ、低損失な光導波路デバイ
スを高い歩留まりで実現することができなかった。更
に、ＦＨＤ法という１４００℃程度の高温のプロセスを
用いることから、用いるシャドーマスクが早く劣化して
しまい、生産性の点で不十分であるという問題もあっ
た。
法では、シャドーマスクと、コア層との距離を狭く（例
えば数μｍのオーダー）できず、したがって、高屈折率
差領域と低屈折率差領域との境界部分を精密に設定する
ことが困難である。したがって所望の領域に高屈折率
差、及び低屈折率差の導波路を精密な位置精度で形成す
ることができず、小型、且つ、低損失な光導波路デバイ
スを高い歩留まりで実現することができなかった。更
に、ＦＨＤ法という１４００℃程度の高温のプロセスを
用いることから、用いるシャドーマスクが早く劣化して
しまい、生産性の点で不十分であるという問題もあっ
た。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、上記
した従来技術の欠点を改良し、特に、小型且つ低損失な
光導波路デバイスを提供すると共に、形状にあわせて最
適な屈折率差を有する光導波路を集積した小型且つ低損
失な光導波路デバイスを高い歩留まりで製造することを
可能にした新規な光導波路デバイスの製造方法を提供す
るものである。
した従来技術の欠点を改良し、特に、小型且つ低損失な
光導波路デバイスを提供すると共に、形状にあわせて最
適な屈折率差を有する光導波路を集積した小型且つ低損
失な光導波路デバイスを高い歩留まりで製造することを
可能にした新規な光導波路デバイスの製造方法を提供す
るものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は上記した目的を
達成するため、基本的には、以下に記載されたような技
術構成を採用するものである。即ち、本発明に係わる光
導波路デバイスの態様は、コアとクラッドとの屈折率差
が第１の屈折率差である光導波路部分と、前記第１の屈
折率差と異なる第２の屈折率差である光導波路部分とを
備えた光導波路デバイスにおいて、前記第１の屈折率差
の光導波路部分と前記第２の屈折率差の光導波路部分と
の接続部分の導波路幅をテーパを持たせて形成したこと
を特徴とするものである。
達成するため、基本的には、以下に記載されたような技
術構成を採用するものである。即ち、本発明に係わる光
導波路デバイスの態様は、コアとクラッドとの屈折率差
が第１の屈折率差である光導波路部分と、前記第１の屈
折率差と異なる第２の屈折率差である光導波路部分とを
備えた光導波路デバイスにおいて、前記第１の屈折率差
の光導波路部分と前記第２の屈折率差の光導波路部分と
の接続部分の導波路幅をテーパを持たせて形成したこと
を特徴とするものである。
【０００７】又、本発明に係わる光導波路デバイスの製
造方法の第１態様は、基板上に石英系のコア層とクラッ
ド層とが設けられ、前記コア層とクラッド層との屈折率
差が第１の屈折率差である第１の光導波路部分と、前記
第１の屈折率差と異なる第２の屈折率差である第２の光
導波路部分とを備えた光導波路デバイスの製造方法にお
いて、前記コア層の上面にマスク材料を形成する第１の
工程と、前記コア層の上面に前記マスク材料を選択的に
残した前記第１の光導波路部分を形成すると共に、コア
層の上面に前記マスク材料を設けない前記第２の光導波
路部分を形成する第２の工程と、全面に前記コア層と異
なる組成の第１のアッパークラッド層を堆積させる第３
の工程と、前記第１の光導波路部分の前記第１のアッパ
ークラッド層のみを選択的に除去する第４の工程と、全
面に前記第１のアッパークラッド層と異なる組成の第２
のアッパークラッド層を堆積させた第５の工程と、を含
むことを特徴とするものであり、又、第２態様は、前記
第４工程では、前記第１のアッパークラッド層と共に前
記マスク材料も除去することを特徴とするものであり、
又、第３態様は、前記基板がＳｉないし石英であり、前
記コア層およびクラッド層がＰ，Ｇｅ，Ｂのうちのどれ
か一つ乃至複数のドーパントを含む石英であることを特
徴とするものであり、又、第４態様は、前記マスク材料
が金属材料であることを特徴とするものであり、又、第
５態様は、前記第５の工程では、常圧ＣＶＤ法を用いて
第２のアッパークラッド層を成膜することを特徴とする
ものである。
造方法の第１態様は、基板上に石英系のコア層とクラッ
ド層とが設けられ、前記コア層とクラッド層との屈折率
差が第１の屈折率差である第１の光導波路部分と、前記
第１の屈折率差と異なる第２の屈折率差である第２の光
導波路部分とを備えた光導波路デバイスの製造方法にお
いて、前記コア層の上面にマスク材料を形成する第１の
工程と、前記コア層の上面に前記マスク材料を選択的に
残した前記第１の光導波路部分を形成すると共に、コア
層の上面に前記マスク材料を設けない前記第２の光導波
路部分を形成する第２の工程と、全面に前記コア層と異
なる組成の第１のアッパークラッド層を堆積させる第３
の工程と、前記第１の光導波路部分の前記第１のアッパ
ークラッド層のみを選択的に除去する第４の工程と、全
面に前記第１のアッパークラッド層と異なる組成の第２
のアッパークラッド層を堆積させた第５の工程と、を含
むことを特徴とするものであり、又、第２態様は、前記
第４工程では、前記第１のアッパークラッド層と共に前
記マスク材料も除去することを特徴とするものであり、
又、第３態様は、前記基板がＳｉないし石英であり、前
記コア層およびクラッド層がＰ，Ｇｅ，Ｂのうちのどれ
か一つ乃至複数のドーパントを含む石英であることを特
徴とするものであり、又、第４態様は、前記マスク材料
が金属材料であることを特徴とするものであり、又、第
５態様は、前記第５の工程では、常圧ＣＶＤ法を用いて
第２のアッパークラッド層を成膜することを特徴とする
ものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】本発明に係わる光導波路デバイス
の製造方法は、基板上に石英系のコア層とクラッド層と
が設けられ、前記コア層とクラッド層との屈折率差が第
１の屈折率差である第１の光導波路部分と、前記第１の
屈折率差と異なる第２の屈折率差である第２の光導波路
部分とを備えた光導波路デバイスの製造方法において、
前記コア層の上面にマスク材料を形成する第１の工程
と、前記コア層の上面に前記マスク材料を選択的に残し
た前記第１の光導波路部分を形成すると共に、コア層の
上面に前記マスク材料を設けない前記第２の光導波路部
分を形成する第２の工程と、全面に前記コア層と異なる
組成の第１のアッパークラッド層を堆積させる第３の工
程と、前記第１の光導波路部分の前記第１のアッパーク
ラッド層のみを選択的に除去する第４の工程と、全面に
前記第１のアッパークラッド層と異なる組成の第２のア
ッパークラッド層を堆積させた第５の工程と、を含むこ
とを特徴とするものであるから、従来例のような、シャ
ドーマスクを用いる代わりに、コア層上面に直接マスク
を形成し、その上にマスク材料が保持される程度の低い
温度にて石英膜を成膜する手段を採用した。マスクをコ
ア層上面に直接形成できるので、従来例において問題と
なったような、マスクの形成された部分とそうでない部
分との境界部位置の不確定さが大幅に低減される。この
ため、小型且つ、低損失な優れた特性の光導波路デバイ
スを高い歩留まりを持って製造することが可能となる。
の製造方法は、基板上に石英系のコア層とクラッド層と
が設けられ、前記コア層とクラッド層との屈折率差が第
１の屈折率差である第１の光導波路部分と、前記第１の
屈折率差と異なる第２の屈折率差である第２の光導波路
部分とを備えた光導波路デバイスの製造方法において、
前記コア層の上面にマスク材料を形成する第１の工程
と、前記コア層の上面に前記マスク材料を選択的に残し
た前記第１の光導波路部分を形成すると共に、コア層の
上面に前記マスク材料を設けない前記第２の光導波路部
分を形成する第２の工程と、全面に前記コア層と異なる
組成の第１のアッパークラッド層を堆積させる第３の工
程と、前記第１の光導波路部分の前記第１のアッパーク
ラッド層のみを選択的に除去する第４の工程と、全面に
前記第１のアッパークラッド層と異なる組成の第２のア
ッパークラッド層を堆積させた第５の工程と、を含むこ
とを特徴とするものであるから、従来例のような、シャ
ドーマスクを用いる代わりに、コア層上面に直接マスク
を形成し、その上にマスク材料が保持される程度の低い
温度にて石英膜を成膜する手段を採用した。マスクをコ
ア層上面に直接形成できるので、従来例において問題と
なったような、マスクの形成された部分とそうでない部
分との境界部位置の不確定さが大幅に低減される。この
ため、小型且つ、低損失な優れた特性の光導波路デバイ
スを高い歩留まりを持って製造することが可能となる。
【０００９】
【実施例】以下に、本発明に係わる光導波路デバイスと
その製造方法の具体例を図面を参照しながら詳細に説明
する。図１は、本発明に係わる光導波路デバイスの具体
例の構造を示す図、図２は製造途中段階での断面図、図
３は製造最終段階での断面図であって、これらの図に
は、基板上に石英系のコア層とクラッド層とが設けら
れ、前記コア層とクラッド層との屈折率差が第１の屈折
率差である第１の光導波路部分２と、前記第１の屈折率
差と異なる第２の屈折率差である第２の光導波路部分１
とを備えた光導波路デバイスの製造方法において、前記
コア層５の上面にマスク材料６を形成する第１の工程
と、前記コア層５の上面に前記マスク材料６を選択的に
残した前記第１の光導波路部分２を形成すると共に、コ
ア層５の上面に前記マスク材料を設けない前記第２の光
導波路部分１を形成する第２の工程と、全面に前記コア
層５と異なる組成の第１のアッパークラッド層７を堆積
させる第３の工程と、前記第１の光導波路部分２の前記
第１のアッパークラッド層７のみを選択的に除去する第
４の工程と、全面に前記第１のアッパークラッド層７と
異なる組成の第２のアッパークラッド層８を堆積させた
第５の工程と、を含む光導波路デバイスの製造方法が示
され、又、前記第４工程では、前記第１のアッパークラ
ッド層７と共に前記マスク材料６も除去する光導波路デ
バイスの製造方法が示されている。
その製造方法の具体例を図面を参照しながら詳細に説明
する。図１は、本発明に係わる光導波路デバイスの具体
例の構造を示す図、図２は製造途中段階での断面図、図
３は製造最終段階での断面図であって、これらの図に
は、基板上に石英系のコア層とクラッド層とが設けら
れ、前記コア層とクラッド層との屈折率差が第１の屈折
率差である第１の光導波路部分２と、前記第１の屈折率
差と異なる第２の屈折率差である第２の光導波路部分１
とを備えた光導波路デバイスの製造方法において、前記
コア層５の上面にマスク材料６を形成する第１の工程
と、前記コア層５の上面に前記マスク材料６を選択的に
残した前記第１の光導波路部分２を形成すると共に、コ
ア層５の上面に前記マスク材料を設けない前記第２の光
導波路部分１を形成する第２の工程と、全面に前記コア
層５と異なる組成の第１のアッパークラッド層７を堆積
させる第３の工程と、前記第１の光導波路部分２の前記
第１のアッパークラッド層７のみを選択的に除去する第
４の工程と、全面に前記第１のアッパークラッド層７と
異なる組成の第２のアッパークラッド層８を堆積させた
第５の工程と、を含む光導波路デバイスの製造方法が示
され、又、前記第４工程では、前記第１のアッパークラ
ッド層７と共に前記マスク材料６も除去する光導波路デ
バイスの製造方法が示されている。
【００１０】以下、本発明の第１の具体例を更に詳細に
説明する。図１は、本発明によって作製した光導波路デ
バイスの平面図である。両端の領域には直線導波路（第
２の導波路部分）１が形成され、中央部分には曲線導波
路（第１の導波路部分）２が形成されている。この第１
の具体例においては、両端の直線部分にて、屈折率差Δ
＝０．４％、中央の曲線部分にて屈折率差Δ＝１．０％
となるように設定した。曲線導波路２の曲率半径は１０
ｍｍと小さく設定した。このような光導波路デバイスを
作製するには、以下のようにすればよい。図１中の直線
部であるＡ−Ａ’部の断面、及び曲線部であるＢ−Ｂ’
部の断面構造をそれぞれ図２（ａ）、（ｂ）に示すよう
に、まずＳｉ基板３上にＧｅおよびＰをドープした石英
（ＧＰＳＧ）膜よりなるアンダークラッド層４、それと
は異なる量のＧｅ及びＰをドープした石英（ＧＰＳＧ）
膜よりなるコア層５を続けて成膜する。アンダークラッ
ド層４、コア層５はそれぞれ厚さ１５μｍ、４μｍとし
た。この時のコア層５とアンダークラッド層４との屈折
率差Δは０．５％程度に設定した。この後コア層５上の
全面にマスク材６（この具体例においてはＷＳｉ材料を
用いた）を成膜し、更に、図１中の曲線導波路２の領域
のみをパターニングする。更に、その上にフォトレジス
トを形成し、輻４μｍの導波路形状にエッチングを行
う。この時、エッチングにはＲＩＥ法を用いた。この工
程にて、曲線導波路２上面にはマスク材６が形成され、
同時に直線導波路１にはマスク材６が存在しない構造に
することができる。このようにして作製した基板の上に
全面にＧＰＳＧの第１のアッパークラッド層１を厚さ１
０μｍ成膜した。この段階での断面構造は図２（ａ）、
（ｂ）のようになっている。第１のアッパークラッド層
７の組成は、直線導波路１部分で屈折率差Δ＝０．４％
となるように設定した。続いて曲線導波路２を含む領域
のみをＲＩＥによってエッチングを行い、第１のアッパ
ークラッド層７を除去する。この際、曲線光導波路２上
のみにマスク材６が形成されているため、第１のアッパ
ークラッド層７のみが除去され、コア層５はそのまま保
存される。その後、マスク材６を選択的に除去し、直線
導波路１部分を含む全面に第２のアッパークラッド層８
を常圧ＣＶＤ法により成膜する。第２のアッパークラッ
ド層８は第１のアッパークラッド層７よりも屈折率が低
く、曲線導波路２部分でΔ＝１．０％となるように設定
した。上記のように、本発明による製造方法では、高屈
折率差、低屈折率差導波路の境界を精密に決定すること
ができ、従来例にて問題となったような、境界部の不確
定による損失増加、例えば、曲線導波路２部分まで低屈
折率差導波路となってしまうと、曲がり損失が極端に増
加してしまう、等の問題を解決することができる。以上
のようにして作製した光導波路につき、直線部両側とも
１０ｍｍ、曲線部曲率半径１０ｍｍ、全長４３ｍｍとし
て、損失を評価した結果、以下のような値を得た。
説明する。図１は、本発明によって作製した光導波路デ
バイスの平面図である。両端の領域には直線導波路（第
２の導波路部分）１が形成され、中央部分には曲線導波
路（第１の導波路部分）２が形成されている。この第１
の具体例においては、両端の直線部分にて、屈折率差Δ
＝０．４％、中央の曲線部分にて屈折率差Δ＝１．０％
となるように設定した。曲線導波路２の曲率半径は１０
ｍｍと小さく設定した。このような光導波路デバイスを
作製するには、以下のようにすればよい。図１中の直線
部であるＡ−Ａ’部の断面、及び曲線部であるＢ−Ｂ’
部の断面構造をそれぞれ図２（ａ）、（ｂ）に示すよう
に、まずＳｉ基板３上にＧｅおよびＰをドープした石英
（ＧＰＳＧ）膜よりなるアンダークラッド層４、それと
は異なる量のＧｅ及びＰをドープした石英（ＧＰＳＧ）
膜よりなるコア層５を続けて成膜する。アンダークラッ
ド層４、コア層５はそれぞれ厚さ１５μｍ、４μｍとし
た。この時のコア層５とアンダークラッド層４との屈折
率差Δは０．５％程度に設定した。この後コア層５上の
全面にマスク材６（この具体例においてはＷＳｉ材料を
用いた）を成膜し、更に、図１中の曲線導波路２の領域
のみをパターニングする。更に、その上にフォトレジス
トを形成し、輻４μｍの導波路形状にエッチングを行
う。この時、エッチングにはＲＩＥ法を用いた。この工
程にて、曲線導波路２上面にはマスク材６が形成され、
同時に直線導波路１にはマスク材６が存在しない構造に
することができる。このようにして作製した基板の上に
全面にＧＰＳＧの第１のアッパークラッド層１を厚さ１
０μｍ成膜した。この段階での断面構造は図２（ａ）、
（ｂ）のようになっている。第１のアッパークラッド層
７の組成は、直線導波路１部分で屈折率差Δ＝０．４％
となるように設定した。続いて曲線導波路２を含む領域
のみをＲＩＥによってエッチングを行い、第１のアッパ
ークラッド層７を除去する。この際、曲線光導波路２上
のみにマスク材６が形成されているため、第１のアッパ
ークラッド層７のみが除去され、コア層５はそのまま保
存される。その後、マスク材６を選択的に除去し、直線
導波路１部分を含む全面に第２のアッパークラッド層８
を常圧ＣＶＤ法により成膜する。第２のアッパークラッ
ド層８は第１のアッパークラッド層７よりも屈折率が低
く、曲線導波路２部分でΔ＝１．０％となるように設定
した。上記のように、本発明による製造方法では、高屈
折率差、低屈折率差導波路の境界を精密に決定すること
ができ、従来例にて問題となったような、境界部の不確
定による損失増加、例えば、曲線導波路２部分まで低屈
折率差導波路となってしまうと、曲がり損失が極端に増
加してしまう、等の問題を解決することができる。以上
のようにして作製した光導波路につき、直線部両側とも
１０ｍｍ、曲線部曲率半径１０ｍｍ、全長４３ｍｍとし
て、損失を評価した結果、以下のような値を得た。
【００１１】Ａ：本発明（直線屈折率差＝０．４％、曲
線屈折率差＝１．０％） 全挿入損失＝０．７５ｄＢ Ｂ：全て屈折率差＝０．４％の場合 全挿入損失＞１０ｄＢ Ｃ：全て屈折率差＝１．０％の場合 全挿入損失＝１．２５ｄＢ それぞれの損失内訳は以下の表のようである。（単位：
ｄＢ）
線屈折率差＝１．０％） 全挿入損失＝０．７５ｄＢ Ｂ：全て屈折率差＝０．４％の場合 全挿入損失＞１０ｄＢ Ｃ：全て屈折率差＝１．０％の場合 全挿入損失＝１．２５ｄＢ それぞれの損失内訳は以下の表のようである。（単位：
ｄＢ）
【００１２】
【表１】
【００１３】ここでは、均一の屈折率差を有する光導波
路を比較のために示してある。従来例の場合には、シャ
ドーマスクの境界部が本発明の場合と同様にできていれ
ば、略同等の低損失特性が得られるものと考えられる
が、その製造上のバラツキが大きくなることが問題であ
る。製造の歩留まりは、上記具体例に示したような単純
な構成の場合、従来例では、約４０％であったのに対
し、本発明においては、略１００％の歩留まりが得られ
た。
路を比較のために示してある。従来例の場合には、シャ
ドーマスクの境界部が本発明の場合と同様にできていれ
ば、略同等の低損失特性が得られるものと考えられる
が、その製造上のバラツキが大きくなることが問題であ
る。製造の歩留まりは、上記具体例に示したような単純
な構成の場合、従来例では、約４０％であったのに対
し、本発明においては、略１００％の歩留まりが得られ
た。
【００１４】図４には、本発明の第２の具体例である光
導波路の平面構造を示した。この場合には、屈折率差の
異なる領域間の境界部で、第１の具体例で示した過剰損
失を低減するために、屈折率差の変化にあわせて徐々に
導波路幅Ｗを変化させる構成とした。具体的には、高屈
折率差（１．０％）領域で幅４μｍ、低屈折率差（０．
４％）領域で幅６μｍとし、境界部の長さ１００μｍの
範囲でコア幅が徐々に変化するテーパ領域１０を形成
し、テーパ導波路とした。これによって第１の具体例に
おいて発生した０．１ｄＢ程度の過剰損失をほぼ無視で
きるレベルまで低減することができた。
導波路の平面構造を示した。この場合には、屈折率差の
異なる領域間の境界部で、第１の具体例で示した過剰損
失を低減するために、屈折率差の変化にあわせて徐々に
導波路幅Ｗを変化させる構成とした。具体的には、高屈
折率差（１．０％）領域で幅４μｍ、低屈折率差（０．
４％）領域で幅６μｍとし、境界部の長さ１００μｍの
範囲でコア幅が徐々に変化するテーパ領域１０を形成
し、テーパ導波路とした。これによって第１の具体例に
おいて発生した０．１ｄＢ程度の過剰損失をほぼ無視で
きるレベルまで低減することができた。
【００１５】同様の手法によって小型、且つ、低損失な
ＡＷＧや、光アクセス系用の光送受信導波路モジュール
を作製することは容易である。尚、本発明の具体例にお
いては、石英膜としてＧｅ、Ｐをドープした石英膜を用
いたが、用いる材料はこれに限るものではなく、Ｂなど
をドープした石英膜、或いはＮを含む系の材料を用いて
も何ら差し支えない。基板としてもＳｉに限らず、石英
やセラミックなどの材料を用いて何ら差し支えない。ま
た、マスク材としてＷＳｉを用いたが、勿論これに限る
ものではなく、他の金属材料、誘電体材料、あるいは半
導体材料などを用いて何ら差し支えない。更に、成膜方
法としてＴＥＯＳオゾン系のＡＰＣＶＤ法を用いたが、
プラズマを利用したＣＶＤ法や減圧ＣＶＤ法など他の成
膜方法を採用しても何ら差し支えない。
ＡＷＧや、光アクセス系用の光送受信導波路モジュール
を作製することは容易である。尚、本発明の具体例にお
いては、石英膜としてＧｅ、Ｐをドープした石英膜を用
いたが、用いる材料はこれに限るものではなく、Ｂなど
をドープした石英膜、或いはＮを含む系の材料を用いて
も何ら差し支えない。基板としてもＳｉに限らず、石英
やセラミックなどの材料を用いて何ら差し支えない。ま
た、マスク材としてＷＳｉを用いたが、勿論これに限る
ものではなく、他の金属材料、誘電体材料、あるいは半
導体材料などを用いて何ら差し支えない。更に、成膜方
法としてＴＥＯＳオゾン系のＡＰＣＶＤ法を用いたが、
プラズマを利用したＣＶＤ法や減圧ＣＶＤ法など他の成
膜方法を採用しても何ら差し支えない。
【００１６】
【発明の効果】本発明に係わる光導波路デバイスとその
製造方法は、上述のように構成したので、形状にあわせ
て最適な屈折率差を有する光導波路を集積した小型で、
且つ、低損失な光導波路デバイスを高い歩留まりで製造
することが可能となった。
製造方法は、上述のように構成したので、形状にあわせ
て最適な屈折率差を有する光導波路を集積した小型で、
且つ、低損失な光導波路デバイスを高い歩留まりで製造
することが可能となった。
【図１】本発明の第１の具体例の光導波路デバイスの平
面図である。
面図である。
【図２】製造途中段階での断面図を示し、（ａ）はＡ−
Ａ’断面図、（ｂ）はＢ−Ｂ’断面図である。
Ａ’断面図、（ｂ）はＢ−Ｂ’断面図である。
【図３】製造最終段階での断面図を示し、（ａ）はＡ−
Ａ’断面図、（ｂ）はＢ−Ｂ’断面図である。
Ａ’断面図、（ｂ）はＢ−Ｂ’断面図である。
【図４】本発明の第２の具体例の光導波路デバイスの平
面図である。
面図である。
１ 直線光導波路（第２の光導波路部分） ２ 曲線光導波路（第１の光導波路部分） ３ Ｓｉ基板 ４ アンダークラッド層 ５ コア層 ６ マスク材 ７ 第１のアッパークラッド層 ８ 第２のアッパークラッド層 １０ テーパ領域
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 下田 毅 東京都港区芝五丁目７番１号 日本電気株 式会社内 Ｆターム(参考） 2H047 AA04 AA12 AA13 EE01 EE21 EE24 GG04 GG07
Claims (6)
- 【請求項１】 コアとクラッドとの屈折率差が第１の屈
折率差である光導波路部分と、前記第１の屈折率差と異
なる第２の屈折率差である光導波路部分とを備えた光導
波路デバイスにおいて、 前記第１の屈折率差の光導波路部分と前記第２の屈折率
差の光導波路部分との接続部分の導波路幅をテーパを持
たせて形成したことを特徴とする光導波路デバイス。 - 【請求項２】 基板上に石英系のコア層とクラッド層と
が設けられ、前記コア層とクラッド層との屈折率差が第
１の屈折率差である第１の光導波路部分と、前記第１の
屈折率差と異なる第２の屈折率差である第２の光導波路
部分とを備えた光導波路デバイスの製造方法において、 前記コア層の上面にマスク材料を形成する第１の工程
と、 前記コア層の上面に前記マスク材料を選択的に残した前
記第１の光導波路部分を形成すると共に、コア層の上面
に前記マスク材料を設けない前記第２の光導波路部分を
形成する第２の工程と、 全面に前記コア層と異なる組成の第１のアッパークラッ
ド層を堆積させる第３の工程と、 前記第１の光導波路部分の前記第１のアッパークラッド
層のみを選択的に除去する第４の工程と、 全面に前記第１のアッパークラッド層と異なる組成の第
２のアッパークラッド層を堆積させた第５の工程と、 を含むことを特徴とする光導波路デバイスの製造方法。 - 【請求項３】 前記第４工程では、前記第１のアッパー
クラッド層と共に前記マスク材料も除去することを特徴
とする請求項２記載の光導波路デバイスの製造方法。 - 【請求項４】 前記基板がＳｉないし石英であり、前記
コア層およびクラッド層がＰ，Ｇｅ，Ｂのうちのどれか
一つ乃至複数のドーパントを含む石英であることを特徴
とする請求項２又は３記載の光導波路デバイスの製造方
法。 - 【請求項５】 前記マスク材料が金属材料であることを
特徴とする請求項２乃至４の何れかに記載の光導波路デ
バイスの製造方法。 - 【請求項６】 前記第５の工程では、常圧ＣＶＤ法を用
いて第２のアッパークラッド層を成膜することを特徴と
する請求項２乃至５の何れかに記載の光導波路デバイス
の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23074898A JP3228233B2 (ja) | 1998-08-17 | 1998-08-17 | 光導波路デバイス |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23074898A JP3228233B2 (ja) | 1998-08-17 | 1998-08-17 | 光導波路デバイス |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000375059A Division JP2001194545A (ja) | 2000-12-08 | 2000-12-08 | 光導波路デバイスの製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000066048A true JP2000066048A (ja) | 2000-03-03 |
| JP3228233B2 JP3228233B2 (ja) | 2001-11-12 |
Family
ID=16912675
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23074898A Expired - Lifetime JP3228233B2 (ja) | 1998-08-17 | 1998-08-17 | 光導波路デバイス |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3228233B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007072433A (ja) * | 2005-08-11 | 2007-03-22 | Ricoh Co Ltd | 光集積素子及び光制御素子 |
| US7542642B2 (en) | 2006-08-10 | 2009-06-02 | Ricoh Printing Systems, Ltd. | Multi-beam generating device and optical recording device using the same |
| JP2011181164A (ja) * | 2010-02-05 | 2011-09-15 | Nitto Denko Corp | 回路付サスペンション基板 |
| US10459162B2 (en) | 2017-09-05 | 2019-10-29 | Renesas Electronics Corporation | Semiconductor device |
-
1998
- 1998-08-17 JP JP23074898A patent/JP3228233B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007072433A (ja) * | 2005-08-11 | 2007-03-22 | Ricoh Co Ltd | 光集積素子及び光制御素子 |
| US7542642B2 (en) | 2006-08-10 | 2009-06-02 | Ricoh Printing Systems, Ltd. | Multi-beam generating device and optical recording device using the same |
| JP2011181164A (ja) * | 2010-02-05 | 2011-09-15 | Nitto Denko Corp | 回路付サスペンション基板 |
| US8770865B2 (en) | 2010-02-05 | 2014-07-08 | Nitto Denko Corporation | Suspension board with circuit |
| US10459162B2 (en) | 2017-09-05 | 2019-10-29 | Renesas Electronics Corporation | Semiconductor device |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3228233B2 (ja) | 2001-11-12 |
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