JP2001194548A - 光導波路の製造方法 - Google Patents

光導波路の製造方法

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JP2001194548A
JP2001194548A JP2000003542A JP2000003542A JP2001194548A JP 2001194548 A JP2001194548 A JP 2001194548A JP 2000003542 A JP2000003542 A JP 2000003542A JP 2000003542 A JP2000003542 A JP 2000003542A JP 2001194548 A JP2001194548 A JP 2001194548A
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optical waveguide
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Chie Fukuda
智恵 福田
Shigeru Hirai
茂 平井
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Sumitomo Electric Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Electric Industries Ltd
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    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03BMANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B19/00Other methods of shaping glass
    • C03B19/14Other methods of shaping glass by gas- or vapour- phase reaction processes
    • C03B19/1415Reactant delivery systems
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03BMANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B2201/00Type of glass produced
    • C03B2201/06Doped silica-based glasses
    • C03B2201/20Doped silica-based glasses doped with non-metals other than boron or fluorine
    • C03B2201/28Doped silica-based glasses doped with non-metals other than boron or fluorine doped with phosphorus
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
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    • C03B2201/00Type of glass produced
    • C03B2201/06Doped silica-based glasses
    • C03B2201/30Doped silica-based glasses doped with metals, e.g. Ga, Sn, Sb, Pb or Bi
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 コア層の厚さ方向のGeO2およびP2O5の含有量
を一定にすることにより、屈折率プロファイルの一様な
コア層を形成して、設計どおりの特性を有する光導波路
を得る。 【解決手段】 SiCl4、GeCl4およびPOCl3を混合した原
料ガスを酸水素火炎中で反応させてできたガラス微粒子
を、石英ガラス基板上に堆積し、このガラス微粒子を透
明ガラス化し、GeO2及びP2O5を含む石英ガラスからなる
コア層を得る工程を含む光導波路の製造方法において、
ガラス微粒子の堆積の間、GeCl4の流量のSiCl4の流量に
対する比、及び、POCl3の流量のSiCl4の流量に対する比
を単調非減少とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、光導波路の製造方
法に関し、さらに詳しくはコアに所望の屈折率プロファ
イルを形成する方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】光導波路の製造方法の一つに火炎堆積法
(Kawachi M.: "Silica waveguides on silicon and th
eir application to integrated-optic components", O
pticaland Quantum Electronics, 22, pp.391-416(199
0))がある。火炎堆積法では、まず、図3(a)に示すよ
うに、Si基板37上に酸水素バーナ13を用いて、下部クラ
ッド用のガラス微粒子層31とコア用のガラス微粒子層32
を順次堆積する。その後、下部クラッド用のガラス微粒
子層31とコア用ガラス微粒子層32に一括して加熱処理を
施し、前記の両ガラス微粒子層31、32を透明ガラス化す
ることにより所望の下部クラッド層33とコア層21を形成
する。コア層21では、GeO2、P2O5等の屈折率上昇物質を
含めることによって、コア層の屈折率をクラッド層の屈
折率より大きくしている。次に図3(b)に示すように所
望のパターンが描画されているフォトマスク34を用いて
通常のフォトリソグラフィー法によりパターニングを行
なう。さらにドライエッチングによりコア層21に導波路
パターン35を形成する。
【0003】その後、図3(c)に示すように導波路パタ
ーン35を形成した下部クラッド層33の上に上部クラッド
用のガラス微粒子36を堆積し、それを加熱処理により透
明ガラス化することで上部クラッド層22を形成する。石
英ガラス基板を用いる場合には、下部クラッド用のガラ
ス微粒子層31の堆積は省略され、石英ガラス基板上に直
接コア用のガラス微粒子層32を堆積する。
【0004】火炎堆積法では、コア用のガラス微粒子層
32の堆積時にバーナ13へ供給するガラス原料の比を一定
に保っても、コア層21の屈折率を厚さ方向で一様にする
のは難しかった。一様でない屈折率プロファイルは、導
波路パターンの設計を難しくし、良好なデバイスの作成
を困難にしていた。下部クラッド層33への屈折率上昇物
質の拡散が一つの要因として検討され、この要因で屈折
率が一様なプロファイルからずれるのを防ぐ方法は特開
平8−54528号公報で開示されている。この公報に開示さ
れた方法は、コア用のガラス微粒子層32を形成する前
に、下部クラッド用のガラス微粒子層31に800℃以上で
熱処理を施すものである。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上記公報に開示されて
いる方法は、下部クラッド層への屈折率上昇物質の拡散
を阻止できるので、一様な屈折率プロファイルからのず
れをある程度防止できる。また、石英ガラス基板上に直
接コア用のガラス微粒子層を堆積する場合は、下部クラ
ッド層への屈折率上昇物質の拡散はないので、上記公報
に開示されている方法を採用した場合と同程度の屈折率
プロファイルが得られるはずである。
【0006】それにもかかわらず、設計どおりの特性の
光導波路はなかなか得られず、コア層の屈折率プロファ
イルが一様になっていないことが疑われた。本発明は、
コア層の屈折率プロファイルが一様でない要因が下部ク
ラッド層への屈折率上昇物質の拡散以外にもあることか
ら、なお一層の一様な屈折率プロファイルを有するコア
層の実現を目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明にかかる光導波路
の製造方法は、基板上にガラス微粒子を堆積した後この
ガラス微粒子を透明ガラス化し、GeO2及びP2O5を含む石
英ガラスからなるコア層を得る工程を含む光導波路の製
造方法において、前記ガラス微粒子を堆積する間、前記
GeO2を生成する原料ガスの流量のSiO2を生成する原料ガ
スの流量に対する比、及び、前記P2O5を生成する原料ガ
スの流量のSiO2を生成する原料ガスの流量に対する比を
単調非減少とすることを特徴とする「単調非減少」と
は、時刻tにおける原料ガスの流量をV(t)で表すと、t2
>t1であればV(t2)≧V(t1)ということである。
【0008】上記の構成によれば、透明ガラス化時にコ
ア層の表面からGeO2及びP2O5が揮散することによって生
じるGeO2及びP2O5の濃度減少を補償し、コア層の屈折率
を厚さ方向で一様にすることができるので、導波路パタ
ーンの設計が容易になるとともに、設計どおりの特性の
導波路を容易に得ることができるようになる。
【0009】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
の実施の形態を説明する。図面の説明においては、可能
な限り、同一要素には同一符号をつけ、重複する説明を
省略する。また、図面の寸法比率は、実際のものとは必
ずしも一致していない。さらに、以下に示した実施の形
態は、発明の技術的内容を明らかにするためのものであ
って、記載された実施の形態のみに、発明を限定するも
のではない。
【0010】はじめに、本発明にかかる光導波路の製造
方法を図1を用いて説明する。円盤状の石英ガラス基板
11をターンテーブル12の外周近傍に載せ、回転させる。
複数枚の石英ガラス基板に一括して石英ガラス微粒子を
堆積する場合は、円周に沿って配置する。次いで、酸水
素バーナ13をターンテーブル12上で、ターンテーブル12
の円周に垂直に、石英ガラス基板11が回転する速さと比
べてゆっくりと往復運動させる。この状態で酸水素バー
ナ13にSiCl4、GeCl4、POCl3等からなる混合ガスを供給
し、石英ガラス基板上11にコア層となるGeO2、P2O5を含
む石英ガラス微粒子を堆積する。
【0011】堆積している間、GeCl4流量のSiCl4流量に
対する比、及びPOCl3流量のSiCl4流量に対する比は単調
非減少とする。「単調非減少」とは、時刻tにおける原
料ガスの流量をV(t)で表すと、t2>t1であればV(t2)≧V
(t1)ということである。流量比の変化は、透明ガラス化
時にコア層の表面からGeO2及びP2O5が揮散することによ
って生じるGeO2及びP2O5の濃度減少を補償し、コア層の
屈折率を厚さ方向で一様にする程度とする。コア層を、
下層、中間層、上層の3層に分け、それぞれの層では流
量を一定にして、3段階に流量を変えるのが実際的であ
る。
【0012】続いて、ガラス微粒子が堆積した基板を加
熱炉中に移動させ、ガラス微粒子を透明石英ガラス化し
てコア層とする。
【0013】このようにすると、透明ガラス化時にコア
層の表面からGeO2及びP2O5が揮散することによって生じ
るGeO2及びP2O5の濃度減少を補い、コア層の屈折率を厚
さ方向で一様にすることができるので、導波路パターン
の設計が容易になるとともに、設計どおりの特性の導波
路を容易に得ることができるようになる。
【0014】この時、ガラス微粒子の堆積終了時のGeO2
を生成する原料ガスの流量のSiO2を生成する原料ガスの
流量に対する比は、ガラス微粒子の堆積開始時のGeO2
生成する原料ガスの流量のSiO2を生成する原料ガスの流
量に対する比の1.2倍以上1.5倍以下であるのが好まし
い。また、ガラス微粒子の堆積終了時のP2O5を生成する
原料ガスの流量のSiO2を生成する原料ガスの流量に対す
る比は、ガラス微粒子の堆積開始時のP2O5を生成する原
料ガスの流量のSiO2を生成する原料ガスの流量に対する
比の1.2倍以上1.5倍以下であるのが好ましい。
【0015】次に、コア層にドープされた元素を分析す
る方法、または、コア層の屈折率プロファイルを測定す
る方法について説明する。図2(a)は、コア層にドープ
された元素をエレクトロンプルーブマイクロアナライザ
ー(EPMA)で分析する際の、従来の試料の調整方法を示
したものである。石英ガラス基板11と石英ガラス基板11
上に形成されたコア層21と上部クラッド22からなる光導
波路23を石英ガラス基板11の表面に垂直に切断し、切断
面を研磨したうえで分析面24としている。EPMAの分解能
は電子線の直径に対応して2〜3μmであるから、厚さ7
μmのコアの厚さ方向の元素濃度の変化を調べるとき
に、このような試料の調整方法は不十分である。
【0016】干渉顕微鏡によるコア層の屈折率プロファ
イルの測定は、干渉縞の位置変化から屈折率プロファイ
ルを求める方法であり、分解能は1μm程度で、コアの厚
さ方向の屈折率の変化を調べる目的には不十分である。
特開平8−54528号公報に開示された光導波路の屈折率プ
ロファイル評価に使われているのはこの方法である。
【0017】図2(b)は、コア層にドープされた元素をE
PMAで分析する際の、本発明で採用した試料の調整方法
を示したものである。石英ガラス基板11と石英ガラス基
板11上に形成されたコア層21と上部クラッド22からなる
光導波路23を、石英ガラス基板11の表面に対して1度の
角度をなすように傾けて研磨した面を分析面25としてい
る。この調整方法を採用すると、コア層の厚さが7μm
であるにもかかわらず、電子線の走査長はおよそ400μ
mとなるので、コアの厚さ方向の分解能を従来法の50〜
60倍にすることができる。このコア層にドープされた元
素を位置分解能良く分析する方法は、本発明ではじめて
なされたものである。
【0018】
【実施例】(実施例)図1に示すように、円盤状の石英
ガラス基板11をターンテーブル12の外周近傍に載せ回転
させた。次いで、酸水素バーナ13をターンテーブル12上
で、ターンテーブル12の円周に垂直に、石英ガラス基板
11が回転する速さと比べてゆっくりと往復運動させた。
【0019】この状態で、酸素と水素とからなる燃焼ガ
スとともに、SiO2を生成する原料ガスSiCl4、B2O3を生
成する原料ガスBCl3、GeO2を生成する原料ガスGeCl4
および、P2O5を生成する原料ガスPOCl3からなる原料ガ
スを混合し酸水素バーナ13に供給し、火炎により生成し
たコア層となるガラス微粒子を石英ガラス基板上11に堆
積した。コア層全体を下層、中間層、上層の3層に厚さ
で3等分し、SiCl4、BCl3、GeCl4、POCl3の各流量の比
を、下層の堆積時は100:15:11:1.4、中間層の堆積時
は100:15:13:1.5、上層の堆積時は100:15:15:1.6
とした。
【0020】堆積したガラス微粒子を、1350℃に保持し
た加熱炉中で、HeとO2を10:1の割合で供給しつつ、30
分間保持し、透明石英ガラス化してコア層とした。コア
層のついた石英ガラス基板の表面を1度傾けて研磨し、
研磨面をEPMAで分析した。図4(a)に示すように、コア
層のすべての部分でGe、B、Pの濃度はほぼ等しかった。
【0021】
【発明の効果】一様な屈折率プロファイルを持つコア層
を有する光導波路が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】光導波路の製造方法において基板上にガラス微
粒子を形成する工程に用いる装置の一例を示す斜視図で
ある。
【図2】光導波路の組成を分析する方法に用いる光導波
路の断面図である。
【図3】従来の光導波路の製造方法における、各工程で
製造中の光導波路の断面図である。
【図4】EPMAで分析した、コア層のGe、B、Pの濃度のプ
ロファイルを示す図であり、横軸は分析した位置を、縦
軸はEPMAのカウント数を示す。
【符号の説明】
11:石英ガラス基板 12:ターンテーブル 13:酸水素バーナ

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基板上にガラス微粒子を堆積した後この
    ガラス微粒子を透明ガラス化し、GeO2及びP2O5を含む石
    英ガラスからなるコア層を得る工程を含む光導波路の製
    造方法において、前記ガラス微粒子を堆積する間、前記
    GeO2を生成する原料ガスの流量のSiO2を生成する原料ガ
    スの流量に対する比、及び、前記P2O5を生成する原料ガ
    スの流量のSiO2を生成する原料ガスの流量に対する比を
    単調非減少とすることを特徴とする光導波路の製造方
    法。
  2. 【請求項2】 前記ガラス微粒子の堆積終了時の前記Ge
    O2を生成する原料ガスの流量のSiO2を生成する原料ガス
    の流量に対する比を、前記ガラス微粒子の堆積開始時の
    前記GeO2を生成する原料ガスの流量のSiO2を生成する原
    料ガスの流量に対する比の1.2倍以上1.5倍以下とするこ
    とを特徴とする請求項1に記載の光導波路の製造方法。
  3. 【請求項3】 前記ガラス微粒子の堆積終了時の前記P2
    O5を生成する原料ガスの流量のSiO2を生成する原料ガス
    の流量に対する比を、前記ガラス微粒子の堆積開始時の
    前記P2O5を生成する原料ガスの流量のSiO2を生成する原
    料ガスの流量に対する比の1.2倍以上1.5倍以下とするこ
    とを特徴とする請求項1に記載の光導波路の製造方法。
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