JP2000155229A

JP2000155229A - 光導波路及びその製造方法

Info

Publication number: JP2000155229A
Application number: JP33145698A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Okubo; 博行大久保
Original assignee: Hitachi Cable Ltd
Current assignee: Hitachi Cable Ltd
Priority date: 1998-11-20
Filing date: 1998-11-20
Publication date: 2000-06-06
Anticipated expiration: 2018-11-20
Also published as: JP3971524B2

Abstract

(57)【要約】【課題】偏光依存性損失や過剰損失を小さくしつつ、
かつコアの狭間隙部の埋め込み特性の良好なクラッド膜
を有する光導波路及びその製造方法を提供する。【解決手段】多孔質ガラス膜を、下部多孔質ガラス膜
と上部多孔質ガラス膜との２つに分けて、下部多孔質ガ
ラス膜を成膜・焼結した後、上部多孔質ガラス膜を成膜
・焼結すること、すなわちクラッド１０５を２層以上の
多層構造とすることにより、偏光依存性損失や過剰損失
を小さくしつつ、かつコア１０２の狭間隙部の埋め込み
特性を良好にすることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、通信、計測、情報
処理の分野に適した低損失の石英系材料を主成分とする
光導波路あるいは非線形効果を用いた光導波路及びその
製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】光を用いた通信システムの普及に伴い、
より低損失で信頼性の高い光部品の開発が進められてい
る。特に石英系材料を用いた導波路型の光部品は、その
低損失性に加え複雑な回路を平面基板上に一括して形成
できる可能性があることから最も注目を集めている。

【０００３】これら導波路型光部品は、Ｓｉ基板やバッ
ファ層（下側クラッド層）と呼ばれる低屈折率層を有す
るＳｉ基板や石英基板上に屈折率の高いコアと呼ばれる
光の伝搬領域を形成し、コアをコアより低屈折率のクラ
ッド層で覆った構造をとるのが一般的である。特にコア
部分の材料組成は、ＳｉＯ₂−ＴｉＯ₂組成ガラスが有
効とされている。なお、Ｔｉは屈折率を増加させる目的
で添加されている。

【０００４】図６はＳｉＯ₂−ＴｉＯ₂組成のコアを有
する従来の光導波路の断面図である。

【０００５】石英基板６０１上にＥＢ電子ビーム蒸着法
によりＴｉＯ₂ドープＳｉＯ₂膜を成膜した後、ドライ
エッチング加工によりコアガラス膜の不用部分を除去
し、リッジ状のコア６０２を形成する。続いて、リッジ
化したコア６０２の屈折率を安定化するため、熱処理温
度１，０００〜１，３４０℃、Ｏ₂雰囲気で３時間熱処
理する。

【０００６】次に、火炎堆積法により石英基板６０１及
びコア６０２を覆うようにクラッド６０３を成膜する。
火炎堆積法は、火炎加水分解反応によるＳｉＯ₂−Ｂ₂
Ｏ₃−Ｐ₂Ｏ₅系多孔質ガラス膜及び１，２００℃以上
の高温焼結による透明ガラス化を利用してクラッド膜６
０３を形成する方法である。

【０００７】具体的に図７を用いて説明する。図７は図
６に示した光導波路の製造方法の説明図である。

【０００８】容器７１０に収容されたＳｉＣｌ₄、容器
７１１に収容されたＢＣｌ₃、容器７１２に収容された
ＰＣｌ₃などの液状の原料をそれぞれＡｒでバブリング
してガス状態にした原料を、配管を介して矢印７０１方
向に酸水素バーナー用ノズル７０２に供給して吹き出さ
せる。別系統のガスボンベ７１３、７１４から酸素及び
水素７０３を酸水素バーナー用ノズル７０２に供給す
る。その状態で、酸水素バーナー用ノズル７０２の先端
７０４に点火し、火炎７０５を発生させ、その火炎７０
５中で原料ガスを分解、反応させる。この分解、反応に
よってできたＢ、Ｐを含んだＳｉＯ₂−Ｂ₂Ｏ₃−Ｐ₂
Ｏ₅系多孔質ガラス膜７０６を、リッジ化したコア６０
２が形成された石英基板６０１上に堆積させる。その
Ｂ、Ｐを含んだＳｉＯ₂微粒子が成膜された基板をＨｅ
気流中、１，３４０℃で１時間焼結し、透明なＳｉＯ₂
−Ｂ₂Ｏ₃−Ｐ₂Ｏ₅クラッド膜６０３とすることで、
埋め込み型の光導波路が得られる。

【０００９】ここで、Ｐは主にガラスの軟化湿度あるい
は透明ガラス化温度を低下させる目的で、Ｂは膜の屈折
率を下げると同時に内部応力を調整する目的で添加され
る。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来技術においては以下のような問題がある。

【００１１】図８（ａ）は火炎堆積法により微粒子を形
成し１，２００℃以上で高温焼結させた後の斜視図であ
り、図８（ｂ）は図８（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。

【００１２】図８（ａ）、（ｂ）からコア間隔の狭い部
分、すなわちコア８０２の狭間隙部に気泡８０４が多数
発生する現象が頻繁に起きていたことが分かる。気泡８
０４の屈折率は約１．０であり、コア８０２の屈折率の
１．４７０に比べて大きな差があるため光の過剰損失が
大きくなってしまう。

【００１３】そこで、コアの狭間隙部における気泡の発
生を防止しつつ、光特性を十分な値に維持させる必要が
ある。

【００１４】次に、維持しなければならない光特性につ
いて説明する。

【００１５】火炎堆積法は従来技術で述べたことと重複
するが、添加するＢのドーパント濃度が大きいと、クラ
ッド膜の熱膨張係数と石英ガラス基板の熱膨張係数との
差が大きくなり、内部応力が発生する。光特性の一つで
ある偏光依存性損失は膜の内部応力に依存し、内部応力
が増加すると偏光依存性損失は大きくなることが従来の
光ファイバ製造技術で知られている。

【００１６】そこで、その光導波路の偏光依存性損失を
低減するためには、クラッド膜のＢのドーパント濃度を
できるだけ小さくする必要がある。また、ＳｉＯ₂膜内
のＢはその膜の屈折率を下げる機能を有し、Ｐは屈折率
を上げる機能を有しているので、ＳｉＯ₂−Ｂ₂Ｏ₃−
Ｐ₂Ｏ₅ガラス膜の屈折率をノンドープ石英と同じ１．
４５８とするためにはＰのドーパント濃度も小さくしな
ければならない。Ｂ、Ｐのドーパント濃度をできるだけ
小さくした場合、火炎堆積法で形成されるＳｉＯ₂−Ｂ
₂Ｏ₃−Ｐ₂Ｏ₅系多孔質ガラス膜の焼結にはＢ、Ｐの
ドーパント濃度が大きい場合よりも高い焼結温度が必要
となる。この場合、ＳｉＯ₂−Ｂ₂Ｏ₃−Ｐ₂Ｏ₅系多
孔質ガラス膜の焼結時に、コアが変形しコア導波路の過
剰損失が増加したり、光回路特性が劣化してしまう。す
なわち、Ｂ、Ｐのドーパント量が適度な量であることが
必要となる。上記より、ＳｉＯ₂−Ｂ₂Ｏ₃−Ｐ₂Ｏ₅
系多孔質ガラス膜内のＢ、Ｐのドーパント量がある範囲
で決められる。具体的には、Ｂ、Ｐともその重量濃度は
１〜１０ｗｔ％である。つまり、維持しなければならな
い光特性は内部応力が起因する偏光依存性損失、過剰損
失である。

【００１７】そこで、本発明の目的は、上記課題を解決
し、偏光依存性損失や過剰損失を小さくしつつ、かつコ
アの狭間隙部の埋め込み特性の良好なクラッド膜を有す
る光導波路及びその製造方法を提供することにある。

【００１８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明の光導波路は、基板と、基板上に形成されＳｉ
Ｏ₂を主成分とする矩形断面形状のコアと、コアを覆う
と共にＳｉＯ₂を主成分とするクラッドとが形成された
光導波路において、クラッドが２層以上の多層構造であ
るものである。

【００１９】本発明の光導波路は、基板と、基板上に形
成されＳｉＯ₂を主成分とするアスペクト比の大きい複
数の矩形断面形状のコアと、コアを覆うと共にＳｉＯ₂
を主成分とするクラッドとが形成された光導波路におい
て、コア上への埋め込み特性を向上させるためクラッド
が２層以上の多層構造であるものである。

【００２０】上記構成に加え本発明の光導波路は、クラ
ッドの各層のうち少なくとも一層はＦドープのＳｉＯ₂
膜からなるのが好ましい。

【００２１】上記構成に加え本発明の光導波路は、クラ
ッドは２層からなり、第１クラッド層の膜厚はコアの高
さの１〜１．５倍であり、第１クラッド層の上に第２ク
ラッド層が形成されるのが好ましい。

【００２２】上記構成に加え本発明の光導波路は、クラ
ッドは２層からなり、第１クラッド層の膜厚はコアの高
さの１〜１．５倍であり、第１クラッド層の上に第２ク
ラッド層が形成され、第２クラッド層の膜厚はコアの高
さの１〜５倍であるのが好ましい。

【００２３】本発明の光導波路の製造方法は、基板上に
ＳｉＯ₂を主成分とする矩形断面形状のコアを形成し、
コアを覆うようにＳｉＯ₂を主成分とするクラッドとを
形成する光導波路の製造方法において、クラッドを火炎
堆積法、プラズマＣＶＤ法、高真空・高密度プラズマが
生成可能なＥＣＲ−ＣＶＤ法あるいはスパッタリング法
によって２層以上の多層構造に形成するものである。

【００２４】本発明の光導波路の製造方法は、基板上に
ＳｉＯ₂を主成分とする矩形断面形状のコアを形成し、
コアを覆うようにＳｉＯ₂を主成分とするクラッドとを
形成する光導波路の製造方法において、クラッドの各層
を、全て火炎堆積法を用いた多孔質形成と焼結とを繰り
返すことにより２層以上の多層構造に形成するものであ
る。

【００２５】本発明の光導波路の製造方法は、基板上に
ＳｉＯ₂を主成分とする矩形断面形状のコアを形成し、
膜厚がコアの高さの１〜１．５倍となるようにＳｉＯ₂
を主成分とする第１クラッド層でコアを覆うように形成
し、第１クラッド層の上にコアの高さの１〜５倍の厚さ
の第２クラッド層を形成する光導波路の製造方法であっ
て、第１クラッド層をプラズマＣＶＤ法あるいはＥＣＲ
−ＣＶＤ法により形成し、第２クラッド層を火炎堆積法
により形成するものである。

【００２６】上記構成に加え本発明の光導波路の製造方
法は、第１クラッド層をＦドープのＳｉＯ₂膜とし、プ
ラズマＣＶＤ法あるいはＥＣＲ−ＣＶＤ法により形成
し、第２クラッド層を火炎堆積法により形成するのが好
ましい。

【００２７】上記構成に加え本発明の光導波路の製造方
法は、クラッド層の各層のうち、少なくとも一層を熱処
理するのが好ましい。

【００２８】ここで、本発明者は、コアの狭間隙部の埋
め込みを良好とするためにクラッド膜を２層以上に分け
て製造することを提案した。コアの狭間隙部において気
泡が多数発生した原因について考えてみると、狭間隙部
におけるアスペク卜比（コア高さｔとコア間隔ｗとの比
でｔ／ｗで表される。）と、埋め込み特性との関係につ
いて調べる必要がある。

【００２９】まず、クラッド膜の膜厚と埋め込み特性と
の関係について調べた。その結果を図９（ａ）〜（ｄ）
に示す。

【００３０】図９（ａ）〜（ｄ）はアスペクト比２のリ
ッジ状のコア上に形成される多孔質ガラス膜の膜厚を変
化させ成膜・焼結した光導波路の断面図である。図９
（ａ）に示す多孔質ガラス膜の膜厚をコア高さの１倍と
し、図９（ｂ）に示す多孔質ガラス膜の膜厚をコア高さ
の１．５倍とし、図９（ｃ）に示す多孔質ガラス膜の膜
厚をコア高さの２．０倍とし、図９（ｄ）に示す多孔質
ガラス膜の膜厚をコア高さの３．０倍とした。

【００３１】図９（ａ）〜（ｄ）より、クラッド９０２
の膜厚をコア９０１の高さの２倍以上とするとコア９０
１の狭間隙部に気泡９０３、９０４が発生した。このこ
とから、クラッド膜９０２の膜厚が薄ければ薄い程、ア
スペクト比が２のコアリッジの埋め込みやすくなること
が分かった。なお、９０５は基板である。

【００３２】次に、コアの狭間隙部におけるアスペクト
比と埋め込み特性とについて検討した。その結果を図１
０に示す。

【００３３】図１０（ａ）〜（ｄ）はクラッド膜厚をコ
ア高さの１．５倍として、アスペクト比を変化させた多
孔質ガラス膜を成膜・焼結した光導波路の断面図であ
る。

【００３４】図１０（ａ）に示したコアのアスペクト比
を１とし、図１０（ｂ）に示したコアのアスペクト比を
２とし、図１０（ｃ）に示したコアのアスペクト比を３
とし、図１０（ｄ）に示したコアのアスペクト比を４と
した。

【００３５】図１０（ａ）〜（ｄ）より、アスペクト比
を３以上とすると狭間隙部に気泡９０６、９０７が発生
した。このことから、アスペクト比３以上の狭間隙部は
コアを埋め込むことができないことが分かった。

【００３６】このようにクラッド膜９０２を厚く成膜し
た場合、焼結時に多孔質ガラス膜の下部が溶けて狭間隙
部を埋め込んでいくが、多孔質ガラス膜の上部が焼結時
に熱伝導率が悪いため、多孔質ガラス膜の上部の温度が
その融点に達せず、それによって多孔質ガラス膜の上部
が十分に溶融しなくなり気泡９０６、９０７が発生する
と考えられる。

【００３７】そこで、本発明者は多孔質ガラス膜を、下
部多孔質ガラス膜と上部多孔質ガラス膜との２つに分け
て、下部多孔質ガラス膜を成膜・焼結した後、上部多孔
質ガラス膜を成膜・焼結すれば埋め込み不良は解決され
ると考えた。

【００３８】すなわち、はじめに上述のＳｉＯ₂−Ｂ₂
Ｏ₃−Ｐ₂Ｏ₅系多孔質ガラス膜内のＢ、Ｐのドーパン
ト量の適用可能範囲で火炎堆積法により下部多孔質ガラ
ス膜を成膜し、電気炉により焼結を行って下部ガラス膜
を作製する。

【００３９】次に、再び上述したＳｉＯ₂−Ｂ₂Ｏ₃−
Ｐ₂Ｏ₅系多孔質ガラス膜内のＢ、Ｐのドーパント量の
適用可能範囲で火炎堆積法により上部多孔質ガラス膜を
成膜し、電気炉により焼結を行って上部ガラス膜を作製
することにより、偏光依存性損失や過剰損失を小さくし
つつ、かつコアの狭間隙部の埋め込み特性の良好なクラ
ッド膜を有する光導波路が得られる。

【００４０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付
図面に基づいて詳述する。

【００４１】図１は本発明の光導波路の製造方法を適用
した光導波路の一実施の形態を示す断面図である。

【００４２】本光導波路の特徴は、Ｓｉ、低屈折率層を
有するＳｉあるいは石英からなる基板１０１と、基板１
０１の上に形成されたＳｉＯ₂を主成分とする矩形状の
コア１０２と、ＳｉＯ₂を主成分としコア１０２を覆う
ように形成されたクラッド１０５とを有する光導波路の
クラッド１０５を２層以上の多層構造とした点である。

【００４３】すなわち本光導波路は、アスペクト比の大
きい矩形断面形状のコア１０２の狭隙間部に気泡が発生
しないように、クラッド１０５を２層以上の多層構造と
したものである。

【００４４】本光導波路は、クラッド１０５の各層１０
３、１０４の内少なくとも一層にはＦドープのＳｉＯ₂
膜を形成してもよい。ＦドープのＳｉＯ₂膜は屈折率が
１．４００〜１．４６０のＳｉＯ₂膜を作製することが
できるので、コア１０２の屈折率とクラッド１０５の屈
折率との差が大きくなり、それによってコア１０２内に
伝搬光を強く閉じ込めることができるという効果があ
る。

【００４５】本光導波路は、クラッド１０５が２層から
なり、第１クラッド１０３はコア１０２の高さよりも０
〜５０％厚い膜厚とし、その第１クラッド１０３の上に
第２クラッド１０４を形成してもよい。第１クラッド１
０３の膜厚をコア１０２の高さよりも０〜５０％厚い膜
厚としたのは、コア１０２の上面のすべての領域をクラ
ッド１０５で埋め尽くし、また膜厚をコア１０２の高さ
の１．５倍以上とするとクラッド１０５内で気泡が発生
しやすくなるからである。

【００４６】本光導波路は、クラッド１０５が２層から
なり、第１クラッド１０３はコア１０２の高さよりも０
〜５０％厚い膜厚とし、その第１クラッド１０３の上に
第２クラッド１０４が形成され、第２クラッド１０４の
膜厚はコア１０２の高さの１〜５倍の膜厚であることが
好ましい。

【００４７】ここで、第２クラッド１０４の膜厚をコア
１０２の高さの１〜５倍としたのは、コア１０２内に伝
搬光を閉じ込めるため、クラッド１０５の第１クラッド
１０３と第２クラッド１０４とを合わせてコア１０２の
高さの少なくとも２．０倍であることが必要だからであ
る。

【００４８】本光導波路は、クラッド１０５の各層１０
３、１０４が火炎堆積法、プラズマＣＶＤ法、高真空・
高密度プラズマが生成可能なＥＣＲ−ＣＶＤ法あるいは
スパッタリング法の中からそれぞれーつの方法を選択し
て作製されることが好ましい。

【００４９】一般的にはクラッドの成膜には火炎堆積法
かプラズマＣＶＤ法が用いられるが、アスペクト比２以
上のコア間の狭間隙の埋め込みを可能にするＥＣＲ−Ｃ
ＶＤ法、あるいはターゲットと同一の膜特性で大面積に
成膜が可能なスパッタリング法を用いることができる。

【００５０】本光導波路は、クラッド１０５の各層１０
３、１０４はすべて火炎堆積法を用いて、多孔質ガラス
膜形成と焼結とを繰り返すことにより作製することがで
きる。すなわち、はじめにＳｉＯ₂−Ｂ₂Ｏ₃−Ｐ₂Ｏ
₅系多孔質ガラス膜内のＢ、Ｐのドーパント量の適用可
能範囲で火炎堆積法により第１クラッド１０３の多孔質
ガラス膜を成膜し、電気炉により焼結を行い、第１クラ
ッド１０３のガラス膜を作製する。

【００５１】次に、ＳｉＯ₂−Ｂ₂Ｏ₃−Ｐ₂Ｏ₅系多
孔質ガラス膜内のＢ、Ｐのドーパント量の適用可能範囲
で火炎堆積法により第２クラッド１０４の多孔質ガラス
膜を成膜し、電気炉により焼結を行い、第２クラッド１
０４のガラス膜を作製することにより光導波路が形成さ
れる。

【００５２】本光導波路は、クラッド１０５の第１クラ
ッド１０３はプラズマＣＶＤ法あるいはＥＣＲ−ＣＶＤ
法により作製し、第２クラッド１０４は火炎堆積法によ
り作製することもできる。クラッド１０５の第１クラッ
ド１０３にプラスマＣＶＤ法あるいはＥＣＲ−ＣＶＤ法
を適用するのは、コア１０２間の狭間隙の埋め込みに適
した成膜方法を火炎堆積法を除いて順に挙げると、ＥＣ
Ｒ−ＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法となるからである。

【００５３】本光導波路は、クラッド１０５の第１クラ
ッド１０２はＦドープのＳｉＯ₂膜とし、プラズマＣＶ
Ｄ法あるいはＥＣＲ−ＣＶＤ法により作製され、その場
合には第２クラッド１０４は火炎堆積法により作製する
ことが好ましい。上述と同じように、ＦドープのＳｉＯ
₂膜は屈折率が１．４００〜１．４６０のＳｉＯ₂膜を
作製できるので、コア１０２とクラッド１０５との屈折
率差が大きくなり、それによってコア１０２内に伝搬光
を強く閉じ込めることができるという効果がある。ま
た、ＦドープＳｉＯ₂膜中のＦの脱離を阻止する目的
で、ＦドープＳｉＯ₂膜の上に保護膜としてＳｉＯ₂を
主成分とする膜を火炎堆積法により作製することが好ま
しい。

【００５４】本光導波路は、クラッド１０５の各層１０
３、１０４の内少なくとも一層は熱処理することが好ま
しい。これは、ＳｉＯ₂−Ｂ₂Ｏ₃−Ｐ₂Ｏ₅系多孔質
ガラス膜がそのままの状態で光導波路を作製すると過剰
損失が１ｄＢ／ｃｍ以上と大きな値になってしまい、光
導波路として使用に耐えない。

【００５５】

【実施例】本発明の実施例について図１、２を参照して
説明する。

【００５６】（実施例１）図２（ａ）〜（ｄ）は本発明
の光導波路の製造方法の一実施例を示す工程図である。

【００５７】図１に示す光導波路は、例えば石英からな
る基板１０１と、基板１０１の上に形成されＳｉＯ₂を
主成分とする矩形断面形状のコア１０２と、基板１０１
の上にコア１０２を覆うように形成されＳｉＯ₂を主成
分とするクラッド１０４とで構成されている。

【００５８】クラッド１０５は２層１０３、１０４から
なり、クラッド１０５の第１クラッド１０３及び第２ク
ラッド１０４は、Ｂ、ＰドープのＳｉＯ₂膜である。第
１クラッド１０３及び第２クラッド１０４は同一組成で
あっても異なる組成であってもよい。コア１０２はクラ
ッド１０５よりも屈折率が高く、信号光は屈折率が高い
コア１０２中を伝搬する。コア１０２とクラッド１０５
の屈折率及び外径は波長１．３１μｍあるいは１．５５
μｍにおいてシングルモードを満足するように決定され
る。

【００５９】具体的には、コア１０２の寸法は６．０μ
ｍ角で屈折率１．４７０、クラッド１０５は第１クラッ
ドが膜厚６．０μｍで屈折率１．４５８、第２クラッド
１０４が膜厚２０μｍで屈折率１．４５８である。但し
数値は限定されるものではない。

【００６０】次に本発明の光導波路の製造方法について
図２（ａ）〜（ｄ）を参照して説明する。

【００６１】図２（ａ）に示すように石英からなる基板
１０１上に、ＥＢ電子ビーム蒸着法によりコアガラス膜
１０２ａとしてＴｉＯ₂ドープＳｉＯ₂膜を６．０μｍ
成膜する。なお、コアガラス膜１０２ａにドープするド
ーパントはＴｉＯ₂だけではなく、ＧｅＯ₂を用いても
よい。

【００６２】図２（ｂ）に示すようにコアガラス膜１０
２ａの成膜後、ドライエッチング加工によりコアガラス
膜１０２ａの不用部分を除去して６．０μｍ角のリッジ
状のコア１０２とする。リッジ状のコア１０２の屈折率
を安定化するため、熱処理温度１，０００〜１，３４０
℃、Ｏ₂雰囲気で約３時間熱処理する。

【００６３】次に、クラッド成膜工程について述べる。

【００６４】図２（ｃ）に示すように、まず、矩形断面
形状のコア１０２上にＳｉＯ₂を主成分とするクラッド
１０５のうちの第１クラッド１０３を火炎堆積法により
作製する。

【００６５】火炎堆積法は、火炎加水分解反応によるＳ
ｉＯ₂−Ｂ₂Ｏ₃−Ｐ₂Ｏ₅系多孔質ガラス膜形成及び
１，２００℃以上の高温焼結による透明ガラス化を利用
してクラッド膜を作製する方法である。

【００６６】ここで、火炎堆積装置の構成について図３
及び図４を用いて説明する。

【００６７】図３は火炎堆積装置の概念図であり、図４
は火炎堆積法の説明図である。

【００６８】図３に示す火炎堆積装置は、主に酸水素バ
ーナ３０１と、複数の円盤状の基板１０１が装着され、
矢印Ｂ方向（逆方向でもよい）に回転自在で矢印Ｃ方向
に並進自在な大口径のテーブル３０３と、反応ガスを排
気するための排気装置３０４とで構成されている。

【００６９】テーブル３０３及び基板１０１には、基板
１０１を加熱するためのヒータ（図示せず）がテーブル
３０３下部に設置されている。また、テーブル３０３の
上方には火炎雰囲気を形成するための酸水素バーナ３０
１が設けられている。

【００７０】このような装置構成において、テーブル３
０３の下部に設置されたヒータでテーブル３０３と基板
１０１を３００〜８００°まで加熱して、テーブル３０
３を回転及び並進運動させる。

【００７１】次に、ＳｉＯ₂−Ｂ₂Ｏ₃−Ｐ₂Ｏ₅系多
孔質ガラス膜の成膜プロセスを図４を参照して詳述す
る。

【００７２】容器４０５に収容されたＳｉＣｌ₄、容器
４０６に収容されたＢＣｌ₃、容器４０７に収容された
ＰＣｌ₃などの液状の原料をそれぞれＡｒでバブリング
し、ガス状態にした原料を配管を介して矢印４０１方向
に酸水素バーナー用ノズル４０２に供給して吹き出させ
る。別系統のガスボンベ４０８、４０９からＯ₂、Ｈ₂
を酸水素バーナー用ノズル４０２に配管を介して矢印４
０３方向に供給する。

【００７３】ＳｉＣｌ₄、ＢＣｌ₃、ＰＣｌ₃、Ｏ₂、
Ｈ₂の各ガス流量はそれぞれ１５５ｓｃｃｍ、２０ｓｃ
ｃｍ、５ｓｃｃｍ、６，０００ｓｃｃｍ、２，５００ｓ
ｃｃｍである。このような状態で、酸水素バーナー用ノ
ズル４０２の先端を点火し、火炎４１０を発生させ、火
炎中で原料ガスを分解・反応させる。この反応によって
できたＢ、Ｐを含んだＳｉＯ₂−Ｂ₂Ｏ₃−Ｐ₂Ｏ₅系
多孔質ガラス膜４０４を、リッジ化されたコア１０２が
形成された基板１０１上に堆積させる。

【００７４】堆積膜厚は焼結後の膜厚が７．０μｍとな
るように設定する。そのＳｉＯ₂微粒子を含めた基板１
０１をＨｅ気流中、１，３４０℃で１時間焼結すること
によりＳｉＯ₂−Ｂ₂Ｏ₃−Ｐ₂Ｏ₅ガラス膜１０３が
得られる。

【００７５】次に、図２（ｄ）に戻って、クラッド１０
５の第１クラッド１０３上に、ＳｉＯ₂を主成分とする
第２クラッド１０４を火炎堆積法により作製する。具体
的な成膜方法は以下に示すガス流量と堆積膜厚とを除い
て、クラッド１０５の第２クラッド１０４を作製する方
法と全く同じなので省略する。

【００７６】ＳｉＣｌ₄、ＢＣｌ₃、ＰＣｌ₃、Ｏ₂、
Ｈ₂の各ガス流量はそれぞれ１５５ｓｃｃｍ、１３ｓｃ
ｃｍ、３ｓｃｃｍ、６，０００ｓｃｃｍ、２，５００ｓ
ｃｃｍ、堆積膜厚は焼結後の膜厚が２０μｍとなるよう
に設定する。

【００７７】（実施例２）ここでクラッド１０５の層数
は２層に限定されず、クラッド１０５を３層以上以上と
することができる。また、コア１０２の高さとコア１０
２間隔の比であるアスペクト比の大きい複数の矩形断面
形状のコア１０２を気泡が発生することなく埋め込むこ
とを主目的として、クラッド１０５を２層以上として成
膜してもよい。また、クラッド１０５の各層１０３、１
０４の内少なくとも一層にはＦドープのＳｉＯ₂膜を適
用してもよい。ＦドープのＳｉＯ₂膜は屈折率が１．４
００〜１．４６０のＳｉＯ₂膜を作製できるので、コア
１０２とクラッド１０５との屈折率差が大きくなり、そ
れによってコア１０２内に伝搬光を強く閉じ込めること
ができるという効果がある。

【００７８】また、クラッド１０５を２層とし、第１ク
ラッド１０３をコア１０２の高さよりも０〜５０％厚い
膜厚に設定して、その第１クラッド１０３の上に第２ク
ラッド１０４を形成してもよい。第１クラッド１０３の
膜厚をコア１０２の高さよりも０〜５０％厚い膜厚とし
たのは、コア１０２の上面のすべての領域をクラッド１
０５で埋めつくすのに十分に厚い膜厚で、かつ気泡が発
生しやすくなるのはクラッド１０５の膜厚がコア１０２
の高さの１．５倍以上となる場合だからである。また、
クラッド１０５を２層とし、第１クラッド１０３をコア
１０２の高さよりも０〜５０％厚い膜厚に設定して、第
１クラッド１０３の上に第２クラッド１０４が形成さ
れ、第２クラッド１０４の膜厚はコア１０２の高さの１
〜５倍の膜厚としてもよい。

【００７９】ここで、第２クラッド１０４の膜厚をコア
１０２の高さの１〜５倍としたのは、コア１０２内に伝
搬光を閉じ込めるためにクラッド１０５の第１クラッド
１０３と第２クラッド１０４とを合わせてコア１０２の
高さの少なくとも２．０倍であることが必要だからであ
る。

【００８０】また、クラッド１０５の各層１０３、１０
４は火炎堆積法、プラズマＣＶＤ法、高真空・高密度プ
ラズマが生成可能なＥＣＲ−ＣＶＤ法あるいはスパリン
グ法の中からそれぞれーつの方法を選択して作製しても
よい。

【００８１】一般に、クラッドの作製には火炎堆積法か
プラズマＣＶＤ法が用いられるが、アスペクト比が２以
上のコア間の狭間隙部の埋め込みを可能にするＥＣＲ−
ＣＶＤ法、あるいはターゲットと同一の大面積に成膜が
可能なスパッタリング法を用いてもよい。

【００８２】また、クラッド１０５の各層１０３、１０
４は全て火炎堆積法を用いて、多孔質ガラス膜形成と焼
結とを繰り返すことにより作製することもできる。すな
わち、はじめにＳｉＯ₂−Ｂ₂Ｏ₃−Ｐ₂Ｏ₅系多孔質
ガラス膜内のＢ、Ｐのドーパント量の適用可能範囲で火
炎堆積法により第１クラッド１０３の多孔質ガラス膜を
成膜し、電気炉（図示せず）により焼結を行い、第１ク
ラッド１０３のガラス膜を作製する。

【００８３】次に、ＳｉＯ₂−Ｂ₂Ｏ₃−Ｐ₂Ｏ₅系多
孔質ガラス膜内のＢ、Ｐのドーパント量の適用可能範囲
で火炎堆積法により第２クラッド１０４の多孔質ガラス
膜を成膜し、電気炉により焼結を行い、第２クラッド１
０４のガラス膜を作製することにより光導波路が得られ
る。

【００８４】また、クラッド１０５の第１クラッド１０
３はプラズマＣＶＤ法あるいはＥＣＲ−ＣＶＤ法により
作製し、第２クラッド１０４は火炎堆積法により作製す
ることもできる。クラッド１０５の第１クラッド１０３
にプラズマＣＶＤ法あるいはＥＣＲ−ＣＶＤ法を適用す
るのは、コア間の狭間隙部の埋め込みに適した成膜方法
を火炎堆積法を除いて順に挙げると、ＥＣＲ−ＣＶＤ
法、プラズマＣＶＤ法となるからである。

【００８５】（実施例３）以下、クラッド１０５の第１
クラッド１０３をプラズマＣＶＤ法により作製する場合
について説明する。

【００８６】本プラズマＣＶＤ法では原料ガスとしてＳ
ｉＨ₄、Ｏ₂、Ａｒを用いているので、クラッド１０５
の第１クラッド１０３であるガラス膜の組成はＳｉＯｘ
Ｈｙ（以下「ＳｉＨ」という。）となる。

【００８７】図５は成膜に用いられるプラズマＣＶＤ装
置の概念図である。

【００８８】本プラズマＣＶＤ装置は、一般的な平行平
板型のプラズマＣＶＤ装置である。その構成は大きく分
けてチャンバ５０１、ヒータ５０２、チャンバ５０１内
にガスを導入するガス導入部を含み、高周波電圧を印加
するための１３．５６ＭＨｚのＲＦ電源５０３が接続さ
れた下部電極５０４、試料が設置されかつ高周波電圧を
印加するための１３．５６ＭＨｚのＲＦ電源５０５が接
続された上部電極５０６、チャンバ５０１内のガスを排
気するロータリーポンプ５０７−１、メカニカルブース
ターポンプ５０７−２から成っている。

【００８９】次に、各構成要素を詳しく説明する。

【００９０】上部電極５０６は直径３〜４インチの基板
５０８を１〜２０枚設置することができ、つり下げ棒５
０９を中心に回転させることができる。上部電極５０６
と下部電極５０４との間隔は３０〜５０ｍｍの間で可変
であり、本実施例では電極間隔を３５ｍｍとした。ま
た、上部電極５０６及び下部電極５０４の直径は約７０
０ｍｍである。

【００９１】この装置構成において、１．５μｍのガラ
ス膜の成膜を行う工程を説明する。

【００９２】まず、チャンバ５０１内を真空引きして１
０^-1ｐａ以下にする。

【００９３】次に、成膜条件をＳｉＨ₄の流量：６０ｓ
ｃｃｍ、Ｏ₂の流量：８０ｓｃｃｍ、Ａｒの流量：１，
７６０ｓｃｃｍ、成膜圧力：５３ｐａ、基板温度：３０
０℃、下部電極５０４のＲＦパワー：６００Ｗ、上部電
極５０６のＲＦパワー：１ｋＷとなるように設定して、
プラズマ５１０を生じさせ、成膜を開始する。

【００９４】本成膜条件で１２０ｍｉｎ成膜した場合、
ａｓ−ｄｅｐｏ（成膜直後）のＳｉＯ₂膜の膜特性は以
下のようになる。

【００９５】膜厚は７．２μｍ、屈折率は１．４６２
０、膜密度は２．０ｇ／ｃｍ³であった。なお、成膜速
度は約６００Ａ／ｍｉｎであった。

【００９６】クラッドの各層の内少なくとも一層は熱処
理することが好ましい。これは、ＳｉＯ₂−Ｂ₂Ｏ₃−
Ｐ₂Ｏ₅系ガラス膜は、そのままの状態で光導波路を作
製すると過剰損失が１ｄＢ／ｃｍ以上と大きな値になっ
てしまい、光導波路として使用に耐えないからである。

【００９７】以上において本発明は、クラッドを２層以
上の多層構造とすることにより、クラッドに気泡のない
光導波路を作製することができる。また光回路において
重要な光特性については、偏光依存性損失や過剰損失を
十分に低減することが可能である。さらに、アスペクト
比の大きい狭間隙のコアであっても、クラッドを２層以
上の多層構造とすることにより気泡を無くしながら、狭
間隙を埋め込むことができる。

【００９８】

【発明の効果】以上要するに本発明によれば、次のよう
な優れた効果を発揮する。

【００９９】偏光依存性損失や過剰損失を小さくしつ
つ、かつコアの狭間隙部の埋め込み特性の良好なクラッ
ド膜を有する光導波路及びその製造方法の提供を実現す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光導波路の製造方法を適用した光導波
路の一実施の形態を示す断面図である。

【図２】（ａ）〜（ｄ）は本発明の光導波路の製造方法
の一実施例を示す工程図である。

【図３】火炎堆積装置の概念図である。

【図４】火炎堆積法の説明図である。

【図５】成膜に用いられるプラズマＣＶＤ装置の概念図
である。

【図６】ＳｉＯ₂−ＴｉＯ₂組成のコアを有する従来の
光導波路の断面図である。

【図７】図６に示した光導波路の製造方法の説明図であ
る。

【図８】（ａ）は火炎堆積法により微粒子を形成し１，
２００℃以上で高温焼結させた後の斜視図であり、
（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。

【図９】（ａ）〜（ｄ）はアスペクト比２のリッジ状の
コア上に形成される多孔質ガラス膜の膜厚を変化させ成
膜・焼結した光導波路の断面図である。

【図１０】（ａ）〜（ｄ）はクラッド膜厚をコア高さの
１．５倍として、アスペクト比を変化させた多孔質ガラ
ス膜を成膜・焼結した光導波路の断面図である。

【符号の説明】

１０１石英基板１０２コア１０３第１クラッド１０４第２クラッド１０５クラッド

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板と、該基板上に形成されＳｉＯ₂を
主成分とする矩形断面形状のコアと、該コアを覆うと共
にＳｉＯ₂を主成分とするクラッドとが形成された光導
波路において、上記クラッドが２層以上の多層構造であ
ることを特徴とする光導波路。
【請求項２】基板と、該基板上に形成されＳｉＯ₂を
主成分とするアスペクト比の大きい複数の矩形断面形状
のコアと、該コアを覆うと共にＳｉＯ₂を主成分とする
クラッドとが形成された光導波路において、上記コア上
への埋め込み特性を向上させるため上記クラッドが２層
以上の多層構造であることを特徴とする光導波路。
【請求項３】上記クラッドの各層のうち少なくとも一
層はＦドープのＳｉＯ₂膜からなる請求項１または２に
記載の光導波路。
【請求項４】上記クラッドは２層からなり、第１クラ
ッド層の膜厚は上記コアの高さの１〜１．５倍であり、
第１クラッド層の上に第２クラッド層が形成された請求
項１から３のいずれかに記載の光導波路。
【請求項５】上記クラッドは２層からなり、第１クラ
ッド層の膜厚はコアの高さの１〜１．５倍であり、第１
クラッド層の上に第２クラッド層が形成され、第２クラ
ッド層の膜厚はコアの高さの１〜５倍である請求項１〜
３のいずれかに記載の光導波路。
【請求項６】基板上にＳｉＯ₂を主成分とする矩形断
面形状のコアを形成し、該コアを覆うようにＳｉＯ₂を
主成分とするクラッドとを形成する光導波路の製造方法
において、上記クラッドを火炎堆積法、プラズマＣＶＤ
法、高真空・高密度プラズマが生成可能なＥＣＲ−ＣＶ
Ｄ法あるいはスパッタリング法によって２層以上の多層
構造に形成することを特徴とする光導波路の製造方法。
【請求項７】基板上にＳｉＯ₂を主成分とする矩形断
面形状のコアを形成し、該コアを覆うようにＳｉＯ₂を
主成分とするクラッドとを形成する光導波路の製造方法
において、上記クラッドの各層を、全て火炎堆積法を用
いた多孔質形成と焼結とを繰り返すことにより２層以上
の多層構造に形成することを特徴とする光導波路の製造
方法。
【請求項８】基板上にＳｉＯ₂を主成分とする矩形断
面形状のコアを形成し、膜厚が上記コアの高さの１〜
１．５倍となるようにＳｉＯ₂を主成分とする第１クラ
ッド層で上記コアを覆うように形成し、第１クラッド層
の上に上記コアの高さの１〜５倍の厚さの第２クラッド
層を形成する光導波路の製造方法であって、上記第１ク
ラッド層をプラズマＣＶＤ法あるいはＥＣＲ−ＣＶＤ法
により形成し、上記第２クラッド層を火炎堆積法により
形成することを特徴とする光導波路の製造方法。
【請求項９】上記第１クラッド層をＦドープのＳｉＯ
₂膜とし、プラズマＣＶＤ法あるいはＥＣＲ−ＣＶＤ法
により形成し、上記第２クラッド層を火炎堆積法により
形成する請求項８に記載の光導波路の製造方法。
【請求項１０】上記クラッド層の各層のうち、少なく
とも一層を熱処理する請求項８に記載の光導波路の製造
方法。