JP2001221926A - 光導波路素子の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 線幅の異なる光導波路であっても、ガラス基
板中で均一な深さに埋め込むことができるようにする。 【解決手段】 多成分系のガラス基板３０に、屈折率の
増加に寄与する交換イオン種で平面的にイオン交換して
基板表面に高屈折率層３２を形成する第１のイオン交換
工程、高屈折率層上に導波路パターンのマスク３４を設
けてエッチングすることにより、導波路パターン以外の
部分を除去して導波路パターンに対応した高屈折率領域
３６を残すエッチング工程、マスクを除去した後、屈折
率を低下させるイオンを含む溶融塩中で電界を印加しな
がらイオン交換して、高屈折率領域を基板表面から内部
に埋め込むことで埋め込み型光導波路３８を形成する第
２のイオン交換工程をこの順序で行う。エッチング工程
に代えて、屈折率を低下させるイオンでイオン交換する
工程を用いてもよい。第２のイオン交換工程に代えて低
屈折率材料の堆積工程を用いてもよい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、イオン交換法によ
り埋め込み型の光導波路を形成する光導波路素子の製造
方法に関し、更に詳しく述べると、ガラス基板表面に平
面（２次元）的な高屈折率層を形成した後、それを所望
の導波路パターンに対応する高屈折率領域に整形し、基
板中に埋め込むようにした光導波路素子の製造方法に関
するものである。この技術は、特に線幅の異なる埋め込
み型光導波路を有する光集積回路の製造に有用である。

【０００２】

【従来の技術】各種の光通信用伝送素子、光集積回路、
あるいは光センサ用素子などの実現のために、ガラス系
光導波路を形成する技術が必要となる。この種の光導波
路の形成法の一つにイオン交換法がある。イオン交換法
による光導波路の形成においては、基板表面の散乱によ
る伝播損失を低減するために、更に光ファイバとの低損
失結合のために、通常、基板内部に光導波路を埋め込む
ことが行われている。

【０００３】従来技術の典型的な例は、熱イオン交換に
より高屈折率領域を形成する第１のイオン交換法と、電
界印加により該高屈折率領域を基板深さ方向に埋め込む
第２のイオン交換工程を組み合わせる方法である。図５
の（ａ）に示すように、第１のイオン交換工程では、ア
ルカリイオンを含むガラス基板１０上に、所定の導波路
パターンを有するメタルマスク（Ｔｉ等）１２を形成
し、それをＡｇあるいはＴｌ等の屈折率を増加させる１
価イオンを含む硝酸塩や硫酸塩などの溶融塩中に適当な
時間浸漬して熱イオン交換を行い、基板表面に高屈折率
領域１４を形成する。この第１のイオン交換工程の後、
前記メタルマスク１２をエッチングにより除去する。次
いで、図５の（ｂ）に示すように、第２のイオン交換工
程では、ガラス基板１０をＮａ又はＫイオンのいずれか
一方を含む溶融塩中に浸漬し、電界Ｅを印加しながらイ
オン交換し、ＡｇあるいはＴｌイオンによる高屈折率領
域をガラス基板の深さ方向に埋め込み、光導波路１６を
形成する。

【０００４】このようにして埋め込んだ高屈折率領域が
光導波路として機能する。光導波路を基板表面に形成し
た場合には、基板表面の表面あれや基板表面上の材料な
どにより、導波光の散乱や吸収が発生する。これは、導
波光のエネルギーのしみだしが基板表面上までも起こっ
ているためである。この影響を回避するために、上記の
ように、光導波路を基板内部に埋め込むことが行われて
いるのである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】イオン交換法における
ガラス中のイオン交換速度や電界移動度は、ガラス中の
イオン濃度に依存して変化することが知られている。こ
の濃度依存性は、使用する多成分ガラス組成や交換イオ
ン種により異なる挙動を示すが、それを完全に抑制する
ことは非常に困難である。

【０００６】ところで、光集積回路や光センサ用素子な
どでは、ガラス基板中に線幅の異なる光導波路を形成し
なければならない場合がしばしばある。前記のような従
来方法では、線幅の異なる光導波路が存在する場合、拡
散速度や電界移動度の違いから、断面の交換イオン濃度
分布が全く異なり、線幅の異なる高屈折率領域を均一深
さに埋め込むことができない。この様子を図６に示す。
従来方法において、基板表面に形成した高屈折率領域の
線幅が異なると、表面屈折率や深さ方向の屈折率分布が
全く異なるために、続いて行う２段階目のイオン交換後
には、埋め込まれる光導波路の線幅（ｗ₁ ＜ｗ₂ ＜
ｗ₃ ）に応じて埋め込み深さ（ｈ₁ ＜ｈ₂ ＜ｈ₃ ）に大
きな差が生じてしまう。

【０００７】このことは、図７に示すように線幅変化部
を持つ光集積回路２０では、光導波路２２に段差が生じ
ることを意味している。例えば、ｘ位置では線幅が狭い
ために浅く、ｙ位置では線幅が広いために深くなる。そ
の結果、光集積回路２０内で光が伝搬する際の軌跡は線
幅変化部分２４で深さ方向に振れることになり、挿入損
失が大きくなる欠点が生じる。この現象が、光集積回路
の設計自由度を制限していた。

【０００８】本発明の目的は、線幅の異なる光導波路で
あっても、ガラス基板中で均一な深さに埋め込むことが
できる光導波路素子の製造方法を提供することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の第１の方法は、
多成分系のガラス基板に、イオン交換法により埋め込み
型光導波路を形成する光導波路素子の製造方法におい
て、ガラス基板に、屈折率の増加に寄与する交換イオン
種で平面的にイオン交換して基板表面に高屈折率層を形
成する第１のイオン交換工程と、該高屈折率層上に所望
の導波路パターンのマスクを設けてエッチングすること
により、該導波路パターン以外の部分を除去して導波路
パターンに対応した高屈折率領域を残すエッチング工程
と、前記マスクを除去した後、屈折率を低下させるイオ
ンを含む溶融塩中で電界を印加しながらイオン交換し
て、高屈折率領域を基板表面から内部に埋め込むことで
埋め込み型光導波路を形成する第２のイオン交換工程と
を、この順序で行う光導波路素子の製造方法である。

【００１０】本発明の第２の方法は、多成分系のガラス
基板に、イオン交換法により埋め込み型光導波路を形成
する光導波路素子の製造方法において、ガラス基板に、
屈折率の増加に寄与する交換イオン種で平面的にイオン
交換して基板表面に高屈折率層を形成する第１のイオン
交換工程と、該高屈折率層上に所望の導波路パターンの
マスクを設けて屈折率を低下させるイオンを含む溶融塩
中に浸漬して該導波路パターン以外の部分をイオン交換
することにより、導波路パターンに対応した高屈折率領
域を残す第２のイオン交換工程と、前記マスクを除去し
た後、屈折率を低下させるイオンを含む溶融塩中で電界
を印加しながらイオン交換して、高屈折率領域を基板表
面から内部に埋め込むことで埋め込み型光導波路を形成
する第３のイオン交換工程とを、この順序で行う光導波
路素子の製造方法である。

【００１１】本発明の第３の方法は、多成分系のガラス
基板に、イオン交換法により埋め込み型光導波路を形成
する光導波路素子の製造方法において、ガラス基板に、
屈折率の増加に寄与する交換イオン種で平面的にイオン
交換して基板表面に高屈折率層を形成する第１のイオン
交換工程と、該高屈折率層上に所望の導波路パターンの
マスクを設けてエッチングすることにより、該導波路パ
ターン以外の部分を除去して導波路パターンに対応した
高屈折率領域を残すエッチング工程と、前記マスクを除
去した後、前記高屈折率領域を覆うように該高屈折率領
域よりも低屈折率の材料を堆積して高屈折率領域を内部
に埋め込むことで埋め込み型光導波路を形成する低屈折
率材料堆積工程とを、この順序で行う光導波路素子の製
造方法である。

【００１２】本発明の第４の方法は、多成分系のガラス
基板に、イオン交換法により埋め込み型光導波路を形成
する光導波路素子の製造方法において、ガラス基板に、
屈折率の増加に寄与する交換イオン種で平面的にイオン
交換して基板表面に高屈折率層を形成する第１のイオン
交換工程と、該高屈折率層上に所望の導波路パターンの
マスクを設けて屈折率を低下させるイオンを含む溶融塩
中に浸漬して該導波路パターン以外の部分をイオン交換
することにより、導波路パターンに対応した高屈折率領
域を残す第２のイオン交換工程と、前記マスクを除去し
た後、前記高屈折率領域を覆うように該高屈折率領域よ
りも低屈折率の材料を堆積して高屈折率領域を内部に埋
め込むことで埋め込み型光導波路を形成する低屈折率材
料堆積工程とを、この順序で行う光導波路素子の製造方
法である。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明の第１の方法は、多成分系
のガラス基板に、エッチングにより高屈折率領域を整形
し、イオン交換法により埋め込み型光導波路を形成する
光導波路素子の製造方法である。その製造工程の一例を
図１の（ａ）〜（ｅ）に示す。まず、（ａ）に示すよう
に、ガラス基板３０に、屈折率の増加に寄与する交換イ
オン種で平面的にイオン交換して基板表面に高屈折率層
３２を形成する（第１のイオン交換工程）。次に、
（ｂ）に示すように、該高屈折率層３２上に所望の導波
路パターンのマスク３４を設けてエッチングすることに
より、（ｃ）に示すように、該導波路パターン以外の部
分を除去して導波路パターンに対応した高屈折率領域３
６を残す（エッチング工程）。（ｄ）に示すように前記
マスクを除去した後、（ｅ）に示すように、屈折率を低
下させるイオンを含む溶融塩中で電界Ｅを印加しながら
イオン交換して、高屈折率領域を基板表面から内部に埋
め込むことで埋め込み型光導波路３８を形成する（第２
のイオン交換工程）。

【００１４】第１のイオン交換工程で屈折率増加イオン
により平面（２次元）的な高屈折率層３２を形成し、そ
の後のエッチング工程で所定の導波路パターンにエッチ
ングすることで、表面屈折率変化や深さ方向の屈折率分
布が全く同一の、線幅の異なる高屈折率領域３４が整形
できる。このエッチングは、異方性エッチングであるこ
とが望まれるため、通常、Ａｒイオンによるイオンミリ
ング（物理的エッチング）やＣＦ₄ ガス等を利用した反
応性イオンエッチング（ＲＩＥ）の技術を用いるが、ウ
エットエッチングでもよい。その後、第２のイオン交換
工程で、電界印加イオン交換により、屈折率を低下させ
るイオンを基板表面からイオン交換すると共に、高屈折
率領域を基板用面から一定深さまで沈める（埋め込む）
ことができる。この第２のイオン交換工程におけるエッ
チングによる形状変化の影響は、電界強度の部分的変化
になるが、数μｍ程度の形状変化は、基板厚さに比較し
て無視できるレベルであり、実際上全く問題はない。

【００１５】本発明の第２の方法は、多成分系のガラス
基板に、イオン交換法により高屈折率領域を整形し、埋
め込み型光導波路を形成する光導波路素子の製造方法で
ある。その製造工程の一例を図２の（ａ）〜（ｅ）に示
す。まず、（ａ）に示すように、ガラス基板４０に、屈
折率の増加に寄与する交換イオン種で平面的にイオン交
換して基板表面に高屈折率層４２を形成する（第１のイ
オン交換工程）。次に、（ｂ）に示すように、該高屈折
率層４２上に所望の導波路パターンのマスク４４を設け
て、屈折率を低下させるイオンを含む溶融塩中に浸漬し
て該導波路パターン以外の部分をイオン交換することに
より、（ｃ）に示すように、導波路パターンに対応した
高屈折率領域４６を残す（第２のイオン交換工程）。
（ｄ）に示すように前記マスクを除去した後、（ｅ）に
示すように、屈折率を低下させるイオンを含む溶融塩中
で電界Ｅを印加しながらイオン交換して、高屈折率領域
を基板表面から内部に埋め込むことで埋め込み型光導波
路４８を形成する（第３のイオン交換工程）。

【００１６】第１のイオン交換工程で屈折率増加イオン
により平面（２次元）的な高屈折率層４２を形成し、そ
の後に所定の導波路パターンを設けて該導波路パターン
以外の表面層を屈折率低下イオンでイオン交換する第２
のイオン交換工程により、表面屈折率変化や深さ方向の
屈折率分布がほぼ同一の、線幅の異なる高屈折率領域４
６が形成できる。その後、第３のイオン交換工程で、電
界印加イオン交換により、屈折率を低下させるイオンを
基板表面から交換すると共に、高屈折率領域を基板用面
から一定深さまで沈める（埋め込む）。この第３のイオ
ン交換工程における第２のイオン交換工程による形状変
化の影響は、実際上全く問題にはならない程度に小さ
い。

【００１７】上記第１の方法と第２の方法とを対比する
と、第１の方法はドライエッチング法を用いているため
に、高屈折率領域の横方向の屈折率変化はステップ状と
なり良好であるが、プロセス時間（エッチング時間）が
長くかかる。それに対して第２の方法は、全てイオン交
換法で行っているのでプロセス時間は短く、生産性の点
では有利である。

【００１８】本発明の第３の方法は、多成分系のガラス
基板に、エッチングにより高屈折率領域を整形し、低屈
折率材料の堆積により埋め込み型光導波路を形成する光
導波路素子の製造方法である。その製造工程の一例を図
３の（ａ）〜（ｅ）に示す。まず、（ａ）に示すよう
に、ガラス基板５０に、屈折率の増加に寄与する交換イ
オン種で平面的にイオン交換して基板表面に高屈折率層
５２を形成する（第１のイオン交換工程）。次に、
（ｂ）に示すように、該高屈折率層５２上に所望の導波
路パターンのマスク５４を設けてエッチングすることに
より、（ｃ）に示すように、該導波路パターン以外の部
分を除去して導波路パターンに対応した高屈折率領域５
６を残す（エッチング工程）。（ｄ）に示すように前記
マスクを除去した後、（ｅ）に示すように、高屈折率領
域を覆うように該高屈折率領域よりも低屈折率の材料５
７を堆積して、高屈折率領域を内部に埋め込むことで埋
め込み型光導波路５８を形成する（低屈折率材料堆積工
程）。

【００１９】第１の方法と同様、第１のイオン交換工程
で屈折率増加イオンにより平面（２次元）的な高屈折率
層５２を形成し、その後のエッチング工程で所定の導波
路パターンにエッチングすることで、表面屈折率変化や
深さ方向の屈折率分布が全く同一の、線幅の異なる高屈
折率領域５４が整形できる。このエッチングは、異方性
エッチングであることが望まれるため、通常、Ａｒイオ
ンによるイオンミリング（物理的エッチング）やＣＦ₄
ガス等を利用した反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）の
技術を用いるが、ウエットエッチングでもよい。その
後、低屈折率材料の堆積工程で、低屈折率材料を堆積さ
せオーバクラッド層を形成することで、高屈折率領域を
相対的に基板用面から一定深さに埋め込むことができ
る。低屈折率材料としては、シリコーン樹脂、ポリメチ
ルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、石英ガラス、多成分ガ
ラスなどを用いる。堆積方法は、樹脂材料に対してはス
ピンコーティング法やディップコーティング法を、ガラ
ス材料に対しては蒸着法やスパッタリング法などを用い
る。ＣＶＤ法（化学気相堆積法）を用いてもよい。

【００２０】本発明の第４の方法は、多成分系のガラス
基板に、イオン交換法により高屈折率領域を整形し、低
屈折率材料の堆積により埋め込み型光導波路を形成する
光導波路素子の製造方法である。その製造工程の一例を
図４の（ａ）〜（ｅ）に示す。まず、（ａ）に示すよう
に、ガラス基板６０に、屈折率の増加に寄与する交換イ
オン種で平面的にイオン交換して基板表面に高屈折率層
６２を形成する（第１のイオン交換工程）。次に、
（ｂ）に示すように、該高屈折率層６２上に所望の導波
路パターンのマスク６４を設けて、屈折率を低下させる
イオンを含む溶融塩中に浸漬して該導波路パターン以外
の部分をイオン交換することにより、（ｃ）に示すよう
に、導波路パターンに対応した高屈折率領域６６を残す
（第２のイオン交換工程）。（ｄ）に示すように前記マ
スクを除去した後、（ｅ）に示すように、高屈折率領域
を覆うように該高屈折率領域よりも低屈折率の材料６７
を堆積して、高屈折率領域を内部に埋め込むことで埋め
込み型光導波路６８を形成する（低屈折率材料堆積工
程）。

【００２１】第１のイオン交換工程で屈折率増加イオン
により平面（２次元）的な高屈折率層６２を形成し、そ
の後に所定の導波路パターンを設けて該導波路パターン
以外の表面層を屈折率低下イオンでイオン交換する第２
のイオン交換工程により、表面屈折率変化や深さ方向の
屈折率分布がほぼ同一の、線幅の異なる高屈折率領域６
６が形成できる。その後、低屈折率材料の堆積工程で、
低屈折率材料を堆積させオーバクラッド層を形成するこ
とで、高屈折率領域を相対的に基板用面から一定深さに
埋め込むことができる。低屈折率材料としては、第３の
方法と同様、シリコーン樹脂、ポリメチルメタクリレー
ト（ＰＭＭＡ）、石英ガラス、多成分ガラスなどを用い
る。堆積方法は、樹脂材料に対してはスピンコーティン
グ法やディップコーティング法を、ガラス材料に対して
は蒸着法やスパッタリング法などを用いる。ＣＶＤ法
（化学気相堆積法）を用いてもよい。

【００２２】これらの製造方法において、拡散速度の濃
度依存性が強いガラス及び交換イオン種を選択すること
が好ましい。この場合、第１のイオン交換工程において
電界を印加しながらイオン交換を行えば、容易に深さ方
向にステップ状に変化した屈折率分布が得られる。第１
のイオン交換工程において熱イオン交換を用いても、濃
度依存性が強いほど深さ方向にステップ状に変化する屈
折率分布が得られ易くなる。ここで屈折率の増加に寄与
する交換イオン種としては、Ａｇイオン、Ｔｌイオン、
Ｃｓイオン、Ｒｂイオン、又はＫイオンを用いることが
できる。多成分ガラスとしては、Ｎａイオン又はＫイオ
ンのいずれか一方を含むものを用いる。ＡｇイオンとＫ
イオンはＮａイオンとイオン交換され、Ｔｌイオン、Ｃ
ｓイオン、ＲｂイオンはＫイオンとイオン交換される。

【００２３】本発明によれば、イオン交換法を用いてい
るにもかかわらず、光導波路を線幅によらずに均一な深
さに埋め込むことが実現できる。この効果は、ＭＭＩ
（多モード干渉）やＡＷＧ（アレイド導波路グレーティ
ング）などの新しい光デバイスへの展開や、部分的屈折
率増加による曲げ損失の低減などの特性改良の点で有効
である。

【００２４】

【実施例】〔実施例１〕アルカリイオンとしてＮａイオ
ンを含むアルミノボロシリケート系ガラスを基板材料と
し、そのガラス基板を、０．１モル％ＡｇＮＯ₃ の溶融
塩中に２８０℃で３０分間、電界強度１００Ｖ／mmの条
件で浸漬し、基板表面に深さ方向の屈折率分布がステッ
プ状である平面（２次元）的な高屈折率層を形成した
（第１のイオン交換工程）。

【００２５】この平面的な高屈折率層を有するガラス基
板の表面に、フォトリソグラフィ法により導波路パター
ン通りのａ−Ｓｉ（アモルファスシリコン）マスクを膜
厚１μｍで形成し、高屈折率層のエッチングを行い、ス
テップ状の屈折率変化を呈する高屈折率領域を形成した
（エッチング工程）。このエッチングは、エッチングガ
スとしてＣ₂ Ｆ₆ ガスを用い、ガス圧を６Ｐａ、放電電
力を２００Ｗとした条件で、反応性イオンエッチング
（ＲＩＥ）法により行った。この場合、イオン交換ガラ
スに対するａ−Ｓｉのエッチング選択比は１／１０であ
る。その後、付着しているマスクを除去した。

【００２６】基板表面に形成したステップ状の高屈折率
領域を基板内部に埋め込むために、ＮａＮＯ₃ を含む溶
融塩中に２８０℃で３０分間、電界強度２００Ｖ／mmの
条件で浸漬することによりイオン交換を行った（第２の
イオン交換工程）。これによって、線幅に依存せず、屈
折率変化量及び埋め込み深さのほぼ等しい光導波路を内
蔵する光導波路素子が作製できた。

【００２７】〔実施例２〕アルカリイオンとしてＮａイ
オンを含むアルミノボロシリケート系ガラスを基板材料
とし、そのガラス基板を、０．１モル％ＡｇＮＯ₃ の溶
融塩中に２８０℃で３０分間、電界強度１００Ｖ／mmの
条件で浸漬し、基板表面に深さ方向の屈折率分布がステ
ップ状である平面（２次元）的な高屈折率層を形成した
（第１のイオン交換工程）。

【００２８】この平面的な高屈折率層を有するガラス基
板の表面に、フォトリソグラフィ法により導波路パター
ン通りのＴｉマスクを膜厚０．１μｍで形成し、Ｔｉマ
スクの無い部分を屈折率低下イオンでイオン交換してス
テップ状の屈折率分布を呈する高屈折率領域を残した
（第２のイオン交換工程）。この第２のイオン交換工程
は、ＮａＮＯ₃ を含む溶融塩中に２８０℃で３０分間、
電界強度１００Ｖ／mmの条件で浸漬することで行った。
その後、付着しているマスクを除去した。

【００２９】基板表面に形成したステップ状の高屈折率
領域を基板内部に埋め込むために、ＮａＮＯ₃ を含む溶
融塩中に２８０℃で３０分間、電界強度２００Ｖ／mmの
条件で浸漬し、イオン交換を行った（第３のイオン交換
工程）。これによって、線幅に依存せず、屈折率変化量
及び埋め込み深さのほぼ等しい光導波路を内蔵する光導
波路素子が作製できた。

【００３０】〔実施例３〕まず実施例１と同様、アルカ
リイオンとしてＮａイオンを含むアルミノボロシリケー
ト系ガラスを基板材料とし、そのガラス基板を、０．１
モル％ＡｇＮＯ₃の溶融塩中に２８０℃で３０分間、電
界強度１００Ｖ／mmの条件で浸漬し、基板表面に深さ方
向の屈折率分布がステップ状である平面（２次元）的な
高屈折率層を形成した（第１のイオン交換工程）。この
平面的な高屈折率層を有するガラス基板の表面に、フォ
トリソグラフィ法により導波路パターン通りのａ−Ｓｉ
（アモルファスシリコン）マスクを膜厚１μｍで形成
し、高屈折率層のエッチングを行い、ステップ状の屈折
率変化を呈する高屈折率領域を形成した（エッチング工
程）。このエッチングは、エッチングガスとしてＣ₂ Ｆ
₆ ガスを用い、ガス圧を６Ｐａ、放電電力を２００Ｗと
した条件で、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）法によ
り行った。この場合、イオン交換ガラスに対するａ−Ｓ
ｉのエッチング選択比は１／１０である。その後、付着
しているマスクを除去した。

【００３１】次に本実施例では、基板表面に形成したス
テップ状の高屈折率領域を内部に埋め込むために、基板
上にシリコーン樹脂を２０μｍ厚さにスピンコータによ
り塗布し、８０℃で硬化を行った。これによって、線幅
に依存せず、屈折率変化量及び埋め込み深さのほぼ等し
い光導波路を内蔵する光導波路素子が作製できた。

【００３２】〔実施例４〕まず実施例２と同様、アルカ
リイオンとしてＮａイオンを含むアルミノボロシリケー
ト系ガラスを基板材料とし、そのガラス基板を、０．１
モル％ＡｇＮＯ₃の溶融塩中に２８０℃で３０分間、電
界強度１００Ｖ／mmの条件で浸漬し、基板表面に深さ方
向の屈折率分布がステップ状である平面（２次元）的な
高屈折率層を形成した（第１のイオン交換工程）。この
平面的な高屈折率層を有するガラス基板の表面に、フォ
トリソグラフィ法により導波路パターン通りのＴｉマス
クを膜厚０．１μｍで形成し、Ｔｉマスクの無い部分を
屈折率低下イオンでイオン交換してステップ状の屈折率
分布を呈する高屈折率領域を残した（第２のイオン交換
工程）。この第２のイオン交換工程は、ＮａＮＯ₃ を含
む溶融塩中に２８０℃で３０分間、電界強度１００Ｖ／
mmの条件で浸漬することで行った。その後、付着してい
るマスクを除去した。

【００３３】次に本実施例では、基板表面に形成したス
テップ状の高屈折率領域を内部に埋め込むために、基板
上にＣＶＤ法（化学気相堆積法）により、２００℃で２
０μｍ厚さにＳｉＯ₂ を堆積した。これによって、線幅
に依存せず、屈折率変化量及び埋め込み深さのほぼ等し
い光導波路を内蔵する光導波路素子が作製できた。

【００３４】

【発明の効果】本発明は上記のように、ガラス基板上に
平面的な高屈折率層を形成した後、それを所望の導波路
パターンの高屈折率領域に整形し、その後ガラス基板中
に埋め込むか、あるいは低屈折率材料を堆積するように
した光導波路素子の製造方法であるから、イオン交換法
によるにもかかわらず、線幅に依らず均一な埋め込み深
さを実現でき、線幅変化部分を光が伝播する際の損失を
低減でき、交換イオンの分布を高精度で制御できること
とも相俟って、高機能の光導波路素子が実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る光導波路素子の製造方法の第１の
例を示す工程説明図。

【図２】本発明に係る光導波路素子の製造方法の第２の
例を示す工程説明図。

【図３】本発明に係る光導波路素子の製造方法の第３の
例を示す工程説明図。

【図４】本発明に係る光導波路素子の製造方法の第４の
例を示す工程説明図。

【図５】従来の製造工程の説明図。

【図６】従来法による線幅と埋め込み深さの関係を示す
説明図。

【図７】線幅変化部を持つ光集積回路の例を示す説明
図。

【符号の説明】

３０ ガラス基板 ３２ 高屈折率層 ３４ マスク ３６ 高屈折率領域 ３８ 光導波路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石津 淳子 東京都港区新橋５丁目36番11号 富士電気 化学株式会社内 (72)発明者 久納 達志 東京都港区新橋５丁目36番11号 富士電気 化学株式会社内 Ｆターム(参考） 2H047 KA04 PA02 PA04 PA05 PA13 PA21 PA24 PA28 QA04 QA05 4G059 AA08 AB06 AC09 HB03 HB13 HB14 HB23

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 多成分系のガラス基板に、イオン交換法
   により埋め込み型光導波路を形成する光導波路素子の製
   造方法において、 ガラス基板に、屈折率の増加に寄与する交換イオン種で
   平面的にイオン交換して基板表面に高屈折率層を形成す
   る第１のイオン交換工程と、 該高屈折率層上に所望の導波路パターンのマスクを設け
   てエッチングすることにより、該導波路パターン以外の
   部分を除去して導波路パターンに対応した高屈折率領域
   を残すエッチング工程と、 前記マスクを除去した後、屈折率を低下させるイオンを
   含む溶融塩中で電界を印加しながらイオン交換して、高
   屈折率領域を基板表面から内部に埋め込むことで埋め込
   み型光導波路を形成する第２のイオン交換工程とを、こ
   の順序で行うことを特徴とする光導波路素子の製造方
   法。
2. 【請求項２】 多成分系のガラス基板に、イオン交換法
   により埋め込み型光導波路を形成する光導波路素子の製
   造方法において、 ガラス基板に、屈折率の増加に寄与する交換イオン種で
   平面的にイオン交換して基板表面に高屈折率層を形成す
   る第１のイオン交換工程と、 該高屈折率層上に所望の導波路パターンのマスクを設け
   て屈折率を低下させるイオンを含む溶融塩中に浸漬して
   該導波路パターン以外の部分をイオン交換することによ
   り、導波路パターンに対応した高屈折率領域を残す第２
   のイオン交換工程と、 前記マスクを除去した後、屈折率を低下させるイオンを
   含む溶融塩中で電界を印加しながらイオン交換して、高
   屈折率領域を基板表面から内部に埋め込むことで埋め込
   み型光導波路を形成する第３のイオン交換工程とを、こ
   の順序で行うことを特徴とする光導波路素子の製造方
   法。
3. 【請求項３】 多成分系のガラス基板に、イオン交換法
   により埋め込み型光導波路を形成する光導波路素子の製
   造方法において、 ガラス基板に、屈折率の増加に寄与する交換イオン種で
   平面的にイオン交換して基板表面に高屈折率層を形成す
   る第１のイオン交換工程と、 該高屈折率層上に所望の導波路パターンのマスクを設け
   てエッチングすることにより、該導波路パターン以外の
   部分を除去して導波路パターンに対応した高屈折率領域
   を残すエッチング工程と、 前記マスクを除去した後、前記高屈折率領域を覆うよう
   に該高屈折率領域よりも低屈折率の材料を堆積して高屈
   折率領域を内部に埋め込むことで埋め込み型光導波路を
   形成する低屈折率材料堆積工程とを、この順序で行うこ
   とを特徴とする光導波路素子の製造方法。
4. 【請求項４】 多成分系のガラス基板に、イオン交換法
   により埋め込み型光導波路を形成する光導波路素子の製
   造方法において、 ガラス基板に、屈折率の増加に寄与する交換イオン種で
   平面的にイオン交換して基板表面に高屈折率層を形成す
   る第１のイオン交換工程と、 該高屈折率層上に所望の導波路パターンのマスクを設け
   て屈折率を低下させるイオンを含む溶融塩中に浸漬して
   該導波路パターン以外の部分をイオン交換することによ
   り、導波路パターンに対応した高屈折率領域を残す第２
   のイオン交換工程と、 前記マスクを除去した後、前記高屈折率領域を覆うよう
   に該高屈折率領域よりも低屈折率の材料を堆積して高屈
   折率領域を内部に埋め込むことで埋め込み型光導波路を
   形成する低屈折率材料堆積工程とを、この順序で行うこ
   とを特徴とする光導波路素子の製造方法。
5. 【請求項５】 エッチング工程を、反応性イオンエッチ
   ング法、イオンミリング法、ウエットエッチング法のう
   ち少なくとも１方法で行う請求項１又は３記載の光導波
   路素子の製造方法。
6. 【請求項６】 低屈折率材料堆積工程を、スピンコーテ
   ィング法、ディップコーティング法、化学的気相成長
   法、真空蒸着法、スパッタリング法のうち少なくとも１
   方法で行う請求項３又は４記載の光導波路素子の製造方
   法。
7. 【請求項７】 低屈折率材料として、シリコーン樹脂、
   ポリメチルメタクリレート、石英ガラス、多成分ガラス
   のうち、少なくとも１種類の材料を用いる請求項である
   ６記載の光導波路素子の製造方法。
8. 【請求項８】 第１のイオン交換工程を、熱イオン交換
   もしくは電界印加イオン交換で行う請求項１乃至７のい
   ずれかに記載の光導波路素子の製造方法。
9. 【請求項９】 拡散速度の濃度依存性が強いガラス及び
   交換イオン種を選択し、第１のイオン交換工程を、電界
   印加イオン交換で行う請求項１乃至７のいずれかに記載
   の光導波路素子の製造方法。
10. 【請求項１０】 屈折率の増加に寄与する交換イオン種
    として、Ａｇイオン、Ｔｌイオン、Ｃｓイオン、Ｒｂイ
    オン、又はＫイオンを用いる請求項１乃至９のいずれか
    に記載の光導波路素子の製造方法。
11. 【請求項１１】 多成分ガラスとして、Ｎａイオン又は
    Ｋイオンのいずれか一方を含むものを用いる請求項１乃
    至１０のいずれかに記載の光導波路素子の製造方法。