JP2002196166A - 光導波路及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 コアに発生する内部応力を低減すると共にオ
ーバーハングの形成による埋め込み不良を防止して、光
学特性の劣化を低減できる光導波路及びその製造方法を
提供する。 【解決手段】 第一のクラッド層１ｃ上に、電子ビーム
蒸着法、ＲＦスパッタリング法又はプラズマＣＶＤ法に
よりコアガラス膜を形成し、このコアガラス膜をフォト
リソグラフィ及びドライエッチングにより矩形断面形状
に加工した後、この矩形断面形状のコアを覆うように、
プラズマＣＶＤ法或いはＲＦスパッタリング法により第
二のクラッド層９ｃを形成する光導波路及びその製造方
法において、上記矩形断面形状のコアを形成した後、こ
の矩形断面形状のコアを覆う保護膜を成膜及び活性イオ
ンプラズマによるエッチングを交互に繰り返して、断面
三角形状のコア６ｃに成形した後、第二のクラッド層９
ｃで断面三角形状のコア６ｃを覆う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光通信分野で広く
用いられる光導波路及びその製造方法に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】図３に従来の光導波路の断面図を示す。

【０００３】図３に示すように、従来の光導波路は、平
面を有する石英基板（クラッド層）１ａと、この石英基
板１ａの平面上に形成され光が伝搬する領域である断面
矩形状コア２ａと、このコア２ａを覆うように形成され
コア２ａよりも屈折率の低いクラッド層３ａとから構成
されている。

【０００４】この光導波路の製造方法を図４（ａ）〜図
４（ｆ）を用いて説明する。

【０００５】図４（ａ）に示すように、石英基板１ｂ上
に、電子ビーム蒸着法、ＲＦスパッタリング法、プラズ
マＣＶＤ法のいずれかの方法により厚さ６μｍのコア膜
２ｂを形成する。そして、そのコア膜２ｂ上に、図４
（ｂ）に示すように、光回路のマスクとなる金属膜３ｂ
をスパッタリング法により形成し、図４（ｃ）に示すよ
うに、フォトリソグラフィ技術によって光回路パターン
４ｂを形成する。

【０００６】さらに、図４（ｄ）に示すように、反応性
イオンエッチングによって金属膜をエッチングし、金属
マスク５ｂを形成する。さらに、この金属マスク５ｂを
マスクにしてエッチングして、図４（ｅ）に示すよう
に、矩形状コア６ｂを形成する。そして、金属マスクを
除去した後、屈折率を安定化させるための高温熱処理を
行い、最後に、図４（ｆ）に示すように、矩形状コア６
ｂを覆うように火炎体積法、プラズマＣＶＤ法、ＲＦス
パッタリング法のいずれかの方法によりクラッド層７ｂ
を形成する。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、このクラッ
ド層７ｂを形成する方法として用いられる火炎体積法
は、Ｓｉ、Ｂ、Ｐを含んだガラス微粒子を、コア６ｂを
覆うように形成し、高温熱処理で溶融して、透明なクラ
ッド膜を形成する手法である。

【０００８】しかしながら、クラッド膜中にはＰ、Ｂが
含まれているため、熱処理した時にその熱膨張係数の差
からコア６ｂに対して応力が発生する。この応力の影響
で、光導波路の光学特性の偏波依存性が大きくなるとい
う問題がある。

【０００９】よって、クラッド層７ｂとしては、ＢやＰ
などのドーパントを含まないＳｉＯ ₂ 組成のみのクラッ
ド膜が望まれる。このようなクラッド膜の製法として
は、プラズマＣＶＤ法やＲＦスパッタリング法が有効で
ある。

【００１０】しかし、ある高さ以上のコア上にＰ−ＣＶ
ＤやＲＦスパッタリング法によりクラッド膜を形成した
場合、コアとコアの間隔（ギャップ）が狭くなるにつれ
てギャップを埋め込むことが困難になるという問題があ
る。

【００１１】このギャップが狭くなるほど埋め込みが困
難になる要因として、基板に入射するイオンが斜め方向
から入射する確率が高いことが挙げられる。このためコ
ア同士が近接すると隣のコアの影となる部分にはクラッ
ド膜が形成されにくくなる現象が起こる。これにより、
矩形状コアの角部にオーバーハングが形成されやすく、
成膜が進行するとオーバーハング同士の接触が起こり、
埋め込み不良が発生する。この埋め込み不良は損失を始
めとする様々な光学特性を劣化させる要因となる。

【００１２】そこで、本発明の目的は、コアに発生する
内部応力を低減すると共にオーバーハングの形成による
埋め込み不良を防止して、偏波依存性などの光学特性の
劣化を低減できる光導波路及びその製造方法を提供する
ことにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に請求項１の発明は、平面基板上に形成された第一のク
ラッド層と、第一のクラッド層上に形成され第一のクラ
ッド層よりも高い屈折率のコアと、このコアを覆うよう
に形成されそのコアよりも屈折率が低い第二のクラッド
層とからなる光導波路において、上記コアは断面形状が
三角形に形成されているものである。

【００１４】請求項２の発明は、上記コアの断面形状は
略正三角形のものである。

【００１５】請求項３の発明は、第一のクラッド層上
に、電子ビーム蒸着法、ＲＦスパッタリング法又はプラ
ズマＣＶＤ法によりコアガラス膜を形成し、このコアガ
ラス膜をフォトリソグラフィ及びドライエッチングによ
り矩形断面形状に加工した後、このコアを覆うように、
プラズマＣＶＤ法或いはＲＦスパッタリング法により第
二のクラッド層を形成する光導波路の製造方法におい
て、上記矩形断面形状のコアを形成した後、このコアを
覆う保護膜を成膜及び活性イオンプラズマによるエッチ
ングを交互に繰り返して、上記コアを断面三角形状に成
形した後、第二のクラッド層で断面三角形状のコアを覆
う方法である。

【００１６】請求項４の発明は、上記コア角部をエッチ
ングするガスとしてＡｒガスを用いる方法である。

【００１７】すなわち、本発明は、オーバーハングの形
成原因となる矩形状コアの角部を無くするため、コア断
面形状を矩形から三角形に形成したものである。

【００１８】また、その断面三角形状のコアの形成方法
として、Ｐ−ＣＶＤクラッド形成工程において、保護膜
の成膜後に、Ａｒガスプラズマによりコア角部をエッチ
ングする方法を適用する。

【００１９】上記構成によれば、コア角部に高い確率で
Ａｒが衝突し、コア角部が削れ、最終的にコアの断面形
状が三角形に形成される。このようにコアの断面形状を
三角形にすることにより、コア側面にもクラッド膜が形
成されやすくなり、ギャップの埋め込みが容易となる。
さらに、コアがクラッド膜の内部応力の影響を受けにく
くなることから、光学特性の偏波依存性がより小さくな
る。

【００２０】

【発明の実施の形態】次に、本発明の好適一実施の形態
を添付図面に基づいて詳述する。

【００２１】図１に本発明にかかる光導波路の断面図を
示す。

【００２２】図１に示すように、この光導波路は、表面
が平面で形成された石英基板（第一のクラッド層）１ｃ
と、第一のクラッド層１ｃ上に複数本並列されて形成さ
れ第一のクラッド層１ｃよりも屈折率が高いコア６ｃ
と、このコア６ｃを覆うように形成されそのコア６ｃよ
りも屈折率が低い第二のクラッド層９ｃとから構成され
ている。

【００２３】このコア６ｃは、断面形状が、底辺の幅ｗ
が６μｍ、高さｈが５μｍの略正三角形状に形成されて
いる。

【００２４】次に、本発明にかかる光導波路の製造方法
を、図２を用いて説明する。

【００２５】図２（ａ）に示すように、石英基板１ｃ上
に光が伝搬する領域となるコア膜２ｃを電子ビーム蒸着
法により形成し、そのコア膜２ｃ上に、図２（ｂ）に示
すように、エッチングマスクとなるＷＳｉ（３ｃ）をス
パッタ法で成膜する。そして、図２（ｃ）に示すよう
に、フォトリソグラフィ及び反応性イオンエッチング
（ＲＩＥ）によってコア膜２ｃをエッチングして、矩形
状のコア４ｃを形成する。さらに、図２（ｄ）に示すよ
うに、Ｐ−ＣＶＤ法によって、矩形状コア４ｃを覆うよ
うに保護膜５ｃを膜厚１μｍで形成する。この保護膜５
ｃの材料としてはＴＥＯＳ（テトラエトキシオルソシリ
ケート）と酸素の混合ガスを用いる。

【００２６】さらに、図２（ｅ）に示すように、Ａｒガ
スを用いたスパッタエッチングによって矩形状コアを断
面三角形状のコア６ｃに加工する。

【００２７】このスパッタエッチングにより、コア角部
には高い確率でＡｒが衝突し、保護膜５ｃの膜厚に応じ
てコア角部が削られる。例えば、保護膜５ｃの膜厚を
０．５μｍとした場合には、コア形状は二等辺三角形と
なり、膜厚を１μｍとした場合には、コア形状が正三角
形になり、膜厚を２μｍとした場合には、コア形状が台
形になる。しかし、膜厚を２μｍとしてコアを断面形状
が台形で形成した場合には、その後の第二のクラッド層
を形成した時に、コア間のギャップが埋め込まれないの
で、保護膜５ｃの膜厚を２μｍより薄く形成することが
必要であると言える。

【００２８】最後に、保護膜５ｃの成膜と同様にして、
図２（ｆ）に示すように、Ｐ−ＣＶＤ法によって正三角
形状コア６ｃを覆うように第二のクラッド層９ｃを形成
する。

【００２９】このクラッド層９ｃが形成される時、コア
６ｃの断面形状に応じてコア間のギャップが埋め込まれ
て、光導波路が作製される。例えば、保護膜５ｃの膜厚
を０．５μｍとしてコアの断面形状を二等辺三角形で形
成した場合や、膜厚を１μｍとしてコアの断面形状を正
三角形で形成した場合には、コア６ｃ側面にもクラッド
膜が形成されやすくなり、コア間のギャップが完全に埋
め込まれて、光導波路が作製される。

【００３０】以上説明したように、本発明によれば、オ
ーバーハングが形成されないので、完全にコア間のギャ
ップをクラッド膜で埋め込むことができる。これによ
り、狭いコアパターンでもコア間のギャップを埋め込む
ことができ、光学特性の劣化が少ない光導波路を作製す
ることができる。

【００３１】また、コア６ｃの断面形状が略正三角形な
ので、クラッド膜から受ける応力が両側面で均等にな
り、コア６ｃがクラッド膜の内部応力の影響を受けにく
くなる。これにより、光学特性の偏波依存性がより小さ
くなる。

【００３２】次に、本発明の光学特性を評価する。

【００３３】光学特性を評価するに際しては、本発明を
用いて、コア断面形状が略正三角形の１×４０ｃｈ、チ
ャネル間隔５０ＧＨｚの光分波器を作製し、この光分波
器を用いて光学特性の評価を行った。

【００３４】その結果、本発明を用いることによって、
偏波依存性を従来の０．００４ｎｍから０．００１ｎｍ
に低減することができた。

【００３５】この時の損失が４．８ｄＢ、クロストーク
が−３５ｄＢ以下であり、火炎体積クラッドと同程度の
光学特性を得ることができた。

【００３６】また、同様にしてコア断面形状を二等辺三
角形に形成した光分波器は、コア間の埋め込みは実現で
きるが、光学特性の偏波依存性は０．００４ｎｍであ
り、火炎体積法によりクラッド層を形成した場合と同じ
値であった。

【００３７】これは、クラッド膜形成時の熱処理工程に
おける収縮により、コアに内部応力がかかっているため
である。

【００３８】以上のことから、光導波路のコアの断面形
状は略正三角形とすることがより望ましいといえる。

【００３９】尚、本実施の形態では、石英基板を第一の
クラッド層として用いたが、Ｓｉ基板上に形成したクラ
ッド層を用いても良いことは言うまでもない。

【００４０】

【発明の効果】以上要するに本発明によれば、コア間隔
の狭いパターンでもオーバーハングを形成させることな
く、コアをクラッド膜で埋め込むことができる。

【００４１】また、本発明により、コアの内部応力を低
減できるので、偏波依存性を低化できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態を示す光導波路の断面図
である。

【図２】図１の光導波路の製造方法を説明するための説
明図である。

【図３】従来の光導波路の断面図である。

【図４】従来の光導波路の製造方法を説明するための説
明図である。

【符号の説明】

１ｃ 石英基板（第一のクラッド層） ６ｃ 三角断面形状コア ９ｃ 第二のクラッド層

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 平面基板上に形成された第一のクラッド
   層と、第一のクラッド層上に形成され第一のクラッド層
   よりも高い屈折率のコアと、該コアを覆うように形成さ
   れそのコアよりも屈折率が低い第二のクラッド層とから
   なる光導波路において、上記コアは断面形状が三角形に
   形成されていることを特徴とする光導波路。
2. 【請求項２】 上記コアの断面形状は略正三角形である
   請求項１に記載の光導波路。
3. 【請求項３】 第一のクラッド層上に、電子ビーム蒸着
   法、ＲＦスパッタリング法又はプラズマＣＶＤ法により
   コアガラス膜を形成し、該コアガラス膜をフォトリソグ
   ラフィ及びドライエッチングにより矩形断面形状に加工
   した後、このコアを覆うように、プラズマＣＶＤ法或い
   はＲＦスパッタリング法により第二のクラッド層を形成
   する光導波路の製造方法において、上記矩形断面形状の
   コアを形成した後、該矩形断面形状のコアを覆う保護膜
   を成膜及び活性イオンプラズマによるエッチングを交互
   に繰り返して、上記コアを断面三角形状に成形した後、
   第二のクラッド層で断面三角形状のコアを覆うことを特
   徴とする光導波路の製造方法。
4. 【請求項４】 上記コア角部をエッチングするガスとし
   てＡｒガスを用いる請求項３に記載の光導波路の製造方
   法。