JP2001091775A - 積層型石英系光導波路の製造方法 - Google Patents

積層型石英系光導波路の製造方法

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JP2001091775A JP26678199A JP26678199A JP2001091775A JP 2001091775 A JP2001091775 A JP 2001091775A JP 26678199 A JP26678199 A JP 26678199A JP 26678199 A JP26678199 A JP 26678199A JP 2001091775 A JP2001091775 A JP 2001091775A
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waveguide
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forming
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Mikitaka Itou
幹隆 井藤
Shinsuke Matsui
伸介 松井
Yasuji Omori
保治 大森
Takashi Saida
隆志 才田
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 中間クラッド層の隆起を無くして平坦化し、
第2凸型コア導波路の光導波特性を向上させる。 【解決手段】 基板1上に、下部クラッド層2,第1凸
型コア導波路31を形成し、中間クラッド層4を堆積す
る。この中間クラッド層4を研磨技術により平坦化して
から、反応性イオンエッチングにより薄くしていく。更
に、第2凸型コア導波路51を形成して、上部クラッド
層6を形成する。このように、第2凸型コア導波路51
の下地となる中間クラッド層2を研磨して平坦化してい
るため、第2凸型コア導波路51の光伝搬特性が向上す
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、導波型光回路部品
分野に用い、優れた光導波特性を有する積層型石英系光
導波路を再現性よく実現できる積層型石英系光導波路の
製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】石英系導波型光回路は、石英系光ファイ
バとの整合性が良く既に実用に供されている光デバイス
である。この種の石英系導波型光回路を作製するために
は、数μmから数十μm厚の石英系ガラスを形成する技
術と、フォトリソグラフィを利用して数μm幅のパター
ン形状に加工する技術とを組み合わせている。この膜形
成技術と加工技術とをどのように組み合わせるかが、光
導波路および最終的な光回路の構造と特性を決定するこ
ととなる。
【0003】図1に従来法による積層型石英系光導波路
の作製手順を示す。また、図2,図3は石英系光回路の
基本回路の一つであり、2タップ型リング共振器を積層
構造で作製する場合について断面図および平面図で示し
てある。
【0004】これらの図を基に作製手順を説明すると、
まず基板1上に下部クラッド層2と第一凸型コア膜3と
を形成した後、第一凸型コア膜3を導波路パターンにな
るように凸型に加工し、第一凸型コア導波路31を形成
する。
【0005】次にガラス膜により中間クラッド層4を形
成した後、所望の膜厚になるまで反応性イオンエッチン
グ技術を用いて中間クラッド層4を除去する。次に第二
凸型コア膜5を形成し、所望の回路パターンに凸型に加
工し、第二凸型コア導波路51を形成する。最後に上部
クラッド層6を形成することで積層2タップ型リング共
振器を作製することができる。
【0006】この結果、この回路では図1(H)及び図
2に示す符号aの部分で第一凸型コア導波路31と第二
凸型コア導波路51が光学的に結合できるような縦型の
方向性結合器の構成になっている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】ところで一般的にコア
を伝搬する光の導波特性は、コアの下に存在するクラッ
ドの平坦性の影響を受ける。すなわち、第二凸型コア導
波路51の光導波特性は中間クラッド層4の平坦性の影
響を受ける。また、特に図1中の符号aに示したような
縦型の方向性結合器の結合率は、第一凸型コア導波路3
1と第二凸型コア導波路51との間の中間クラッド層4
の平坦性に強く依存する。
【0008】このため、積層型光導波回路において単層
型光導波回路と同等に良好な光導波特性、特に縦型の方
向性結合器における結合率を再現性良く得るためには、
中間クラッド層4を基板内で如何に平坦化するかが重要
となる。
【0009】そこで極力平坦な中間クラッド層4を得る
ため、従来は数十μmの厚いガラス膜を堆積して中間ク
ラッド層4を形成していた。しかし、いくら厚く堆積し
ても堆積後の中間クラッド層4の表面は図1(D)に示
すように下部に第一凸型コア導波路31が存在する部分
で若干隆起する。また、反応性イオンエッチング法にも
中間クラッド層4(ガラス)を平坦化する効果はほとん
どないため、図1(E)に示すように所望の膜厚になる
まで中間クラッド層4を除去した後も元の隆起が残って
しまう。さらに、中間クラッド層4の隆起の構造や程度
は第一凸型コア導波路31の回路パターンに強く依存す
るため、光回路パターンが変わるごとに最適な中間クラ
ッド層堆積条件を検討しなければならなかった。
【0010】この結果、従来法では単層型光導波回路と
同等に良好な光導波特性を有する積層型光導波回路を再
現性良く実現することが困難であった。
【0011】本発明は、従来法での積層型石英系光導波
回路における前記の欠点を解決するためになされたもの
で、中間クラッド層4を面内で再現性良く平坦化し、単
層型光導波回路と同等に良好な光導波特性を有する積層
型光導波回路を再現性良く実現できる積層型石英系光導
波路の製造方法を提供するものである。
【0012】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決する本発
明の構成は、基板上に石英系ガラスによる下部クラッド
層を形成する工程と、下部クラッド層の上に下部クラッ
ド層のクラッドガラスよりも屈折率が高い第一の凸型コ
ア導波路を形成する工程と、第一の凸型コア導波路を埋
め込む平坦な中間クラッド層を形成する工程と、中間ク
ラッド層の上に第二の凸型コア導波路を形成する工程
と、第二の凸型コア導波路を覆うように第二の凸型コア
導波路のコアガラスよりも屈折率の低い上部クラッド層
を形成する工程とを有する積層型石英系光導波路の製造
工程における中間クラッド層の形成工程において、前記
第二の凸型コア導波路を形成する工程の前に中間クラッ
ド層を研摩する工程を加えたことを特徴とする。
【0013】すなわち本発明は、従来、十分に厚い数十
μmの厚膜を堆積することにより中間クラッド層の平坦
化を行っていたのとは異なり、図4(D)(E)に示す
ように、研磨工程により当該ガラス膜の平坦化を再現性
よく実現するよう図ったものである。
【0014】
【作用】中間クラッド層の作製に研摩工程を導入するこ
とにより、第一のコア導波路パターンに無関係に基板内
で平坦な中間クラッド層を再現性よく作製することがで
きる。そのため、第二凸型コア導波路の光伝搬特性が向
上し、かつ第一凸型コア導波路と第二凸型コア導波路と
の結合部では意図した結合率を再現性よく作製できる。
すなわち、回路パターンに依存せずに全体として設計通
りの優れた光導波特性を有する積層型光導波回路を従来
よりも再現性よく実現できる。
【0015】
【発明の実施の形態】以下、図面を用いて本発明の実施
例を詳細に説明する。なお、以下の実施例では石英系ガ
ラス膜を火炎堆積法を用いて作製する場合について記述
するが、本発明はガラス膜の製造方法に限定されず、一
部または全部のガラス膜作製をスパッタ法、CVD法な
どに置き換えることも可能である。
【0016】(第1実施例)図2,図3は本発明による
積層型石英系光導波回路の一実施例を示し、図2は図3
のb−b′の断面図であり、図3は平面図である。図2
中、符号1は基板、2は下部クラッド層、31は第一凸
型コア導波路、4は中間クラッド層、51は第二凸型コ
ア導波路、6は上部クラッド層である。
【0017】図4に図2,図3に示した本発明の積層型
石英系光導波路の作製手順を示す。まず、シリコンまた
は石英の基板1上に火炎堆積法によってSiO2 を主成
分とする下部クラッド層2を堆積し、次にGeO2 をド
ーパントとして添加したSiO2 を主成分とする第一凸
型コア膜3を堆積した後に、電気炉で透明ガラス化した
(図1(A)(B)参照)。下部クラッド層2の厚さは
20μm、第一凸型コア膜3の厚さは6μmである。
【0018】次に反応性イオンエッチングにより第一凸
型コア膜3を6μmエッチングして第一凸型コア導波路
31を作製し、下部クラッド層2と同じ屈折率の中間ク
ラッド層4を約15μm堆積した(図1(C)(D)参
照)。
【0019】ここで、研摩技術を用いることにより中間
クラッド層4を平坦にした後、反応性イオンエッチング
で薄くしていき、最終的に第一凸型コア導波路31の上
部に中間クラッド層4が2μm残るようにした(図1
(E)(F)参照)。
【0020】さらに中間クラッド層4の上に第一凸型コ
ア膜3と同じ屈折率の第二凸型コア膜5を堆積、透明ガ
ラス化を行い、6μm厚の第二凸型コア膜5を形成し
た。そして、再び反応性イオンエッチングにより第二凸
型コア膜5を6μmエッチングして第二凸型コア導波路
51を作製し、下部クラッド層2と同じ屈折率の上部ク
ラッド層6を約30μm堆積した(図1(G)(H)
(I)参照)。
【0021】なお、本回路に使用した光導波路の諸元
は、第一凸型コア導波路31および第二凸型コア導波路
51ともに断面寸法6μm×6μm、コアとクラッド間
の比屈折率差は0.75%である。また、作製したリン
グ共振器はリング半径6.5mm、2個の方向性結合器
の結合率はともに20%にした。
【0022】このようにして作製した2タップ型リング
共振器の共振特性を図5に示す。この結果、フィネスが
約30であり、本発明により積層型の2タップ型のリン
グ共振器が作製できていることが分かる。
【0023】(第2実施例)次に図6を用いて第2実施
例を説明する。第1実施例においては第一凸型コア導波
路31と第二凸型コア導波路51との諸元が等しい積層
型リング共振器を作製したが、本実施例では第二凸型コ
ア導波路51を形成する際に、第二凸型コアの比屈折率
差が1.5%、コア断面寸法が3×3μmとなるように
膜堆積条件および加工用フォトマスクを変更して積層型
リング共振器を作製した。このように本実施例ではNA
変換を伴う異種導波路光回路を積層構成で作製できる。
【0024】以上、2タップ型リング共振器を例にとり
本発明の積層型石英系光導波路の構造と製造方法を説明
したが、本発明は2タップ型リング共振器に限定される
ことなく、導波路型光分岐・結合器、光スイッチ、光波
長合分波器等の多種多様な積層型光部品メニューに適用
できることはいうまでもない。
【0025】また、上述した実施例では2層の場合につ
いて本発明を説明したが、本発明の本質は各コア導波路
間の中間クラッド層の平坦化に研摩技術を用いることに
あるので、3層以上の多層積層回路についても本発明が
適用できることは明らかである。
【0026】さらに実施例では研摩技術を中間層の平坦
化のみに適用したが、研摩技術を中間層の所定膜厚への
あわせ込みに適用することも可能である。
【0027】
【発明の効果】以上説明したように本発明では、中間ク
ラッド層の作製に研摩工程を導入することにより、第二
凸型コア導波路を作製する上で必要な下地の平坦さを第
一凸型コア導波路パターンに無関係に再現性よく作製す
ることができる。そのため、従来の積層型光導波路より
も第二凸型コア導波路の光伝搬特性が向上し、かつ第一
凸型コア導波路と第二凸型コア導波路との結合部での結
合率を再現性よく作製できる。すなわち、第一凸型コア
導波路の回路パターンに依存せずに全体として設計通り
の特性を有する積層型光導波回路を再現性よく実現でき
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来法による積層型石英系光導波回路の作製手
順を示す説明図。
【図2】図3に示す積層型石英系光導波回路のb−b′
断面を示す断面図。
【図3】本発明方法により製造する積層型石英系光導波
回路の一例(2タップ型リング共振器)を示す平面図。
【図4】本発明の第一実施例により作製する2タップ型
リング共振器の作製手順を示す説明図。
【図5】第一実施例で作製した2タップ型リング共振器
の共振特性を示す特性図。
【図6】本発明の第二実施例により作製する異種導波路
の積層型リング共振器を示す断面図。
【符号の説明】
1 基板 2 下部クラッド層 3 第一凸型コア膜 31 第一凸型コア導波路 4 中間クラッド層 5 第二凸型コア膜 51 第二凸型コア導波路 6 上部クラッド層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大森 保治 東京都千代田区大手町二丁目3番1号 日 本電信電話株式会社内 (72)発明者 才田 隆志 東京都千代田区大手町二丁目3番1号 日 本電信電話株式会社内 Fターム(参考) 2H047 KA04 KB04 KB08 LA00 PA24 QA04 TA00

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基板上に石英系ガラスによる下部クラッ
    ド層を形成する工程と、下部クラッド層の上に下部クラ
    ッド層のクラッドガラスよりも屈折率が高い第一の凸型
    コア導波路を形成する工程と、第一の凸型コア導波路を
    埋め込む平坦な中間クラッド層を形成する工程と、中間
    クラッド層の上に第二の凸型コア導波路を形成する工程
    と、第二の凸型コア導波路を覆うように第二の凸型コア
    導波路のコアガラスよりも屈折率の低い上部クラッド層
    を形成する工程とを有する積層型石英系光導波路の製造
    工程における中間クラッド層の形成工程において、前記
    第二の凸型コア導波路を形成する工程の前に中間クラッ
    ド層を研摩する工程を加えたことを特徴とする積層型石
    英系導波路の製造方法。
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Effective date: 20031028