JP2003075669A - 光導波路の製造方法 - Google Patents

光導波路の製造方法

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JP2003075669A
JP2003075669A JP2001264570A JP2001264570A JP2003075669A JP 2003075669 A JP2003075669 A JP 2003075669A JP 2001264570 A JP2001264570 A JP 2001264570A JP 2001264570 A JP2001264570 A JP 2001264570A JP 2003075669 A JP2003075669 A JP 2003075669A
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Japan
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optical waveguide
excimer laser
glass film
refractive index
cores
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Haruyasu Komano
晴保 駒野
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Hitachi Cable Ltd
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Hitachi Cable Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 所望の光回路特性を歩留りよく得ることがで
きる光導波路の製造方法を提供することにある。 【解決手段】 光が導波するコア4,4を、コア4,4
より屈折率が低いクラッド5で埋め込む構造を備えた光
導波路6の製造方法において、光回路となるコア4,4
を、エキシマレーザーL1を照射して形成するものであ
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
法に係り、特に、エキシマレーザーを使用して光導波路
の特性向上を図った光導波路の製造方法に関するもので
ある。
【0002】
【従来の技術】図4に示すように、光導波路40は、石
英ガラスなどの基板41上に屈折率の高いコアガラス
(導波路)を形成し、そのコアガラスをエッチングして
所望の形状に形成して光回路となるコア42,42と
し、コア42,42の周囲を屈折率の低いクラッド層4
3で囲んだ構造としたものであり、光ファイバとの整合
性がよいことから光通信における実用的な光部品として
期待されている。
【0003】従来の光導波路の製造方法として、例え
ば、石英ガラス基板41上に、電子ビーム蒸着法により
組成SiO2 −TiO2 のコア膜を6〜10μmの厚さ
で形成し、そのコア膜を、フォトリソグラフィー及び反
応性イオンエッチングを用いて光回路となるコア42,
42を形成し、さらにコア42,42上に、プラズマC
VD(Chemical Vapour Deposition:化学気相堆積)法
によりSiO2 からなるクラッド層43を形成して光導
波路40を製造する方法がある。
【0004】基板41として石英ガラスの他にシリコン
基板を用い、石英系ガラスで下部クラッド層を形成し、
その下部クラッド層上に上述した方法で導波路を形成す
ることもできる。
【0005】また、電子ビーム蒸着法やプラズマCVD
法の代わりに、火炎堆積法を用いて光導波路40を作製
することもできる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題 】しかしながら、従来
の製造方法により光導波路を製造する場合、プラズマC
VD法でクラッド層43を形成するには、図5に示すよ
うな光導波路50のコア42,42の間隔が狭い所にお
いての埋め込みが本質的に不十分であるため、光導波路
50内にボイド51が発生し光導波路50として所望の
特性を得ることができないという問題がある。
【0007】また、火炎堆積法は、コアの間隔が狭い所
へのガラス(クラッド層)形成は優れているが、生成さ
れるSiO2 −B23 −P25 系多孔質ガラス層は
透明ガラス化時において1300℃以上の高温熱処理を
施す必要がある。
【0008】この結果、図6に示すように、高温熱処理
の際に石英ガラス基板やクラッド層に変形及び収縮が生
じ、変形した基板61、変形したクラッド層63となっ
てしまう。このため、光導波路60端面におけるコア6
2,62の間隔は設計値とずれ、複数の光ファイバとガ
ラス導波路を接続固定する際、光導波路60のコア6
2,62と光ファイバの接続損失が増加するという問題
がある。
【0009】そこで、本発明の目的は、所望の光回路特
性を歩留りよく得ることができる光導波路の製造方法を
提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために創案されたものであり、請求項1の発明は、
光が導波するコアを、コアより屈折率が低いクラッドで
埋め込む構造を備えた光導波路の製造方法において、光
回路となるコアを、エキシマレーザーを照射して形成す
る光導波路の製造方法である。
【0011】請求項2の発明は、石英基板上に、SiO
2 に少なくとも1種類以上のドーパントを混入して石英
基板と屈折率を等しくしたガラス膜を形成し、このガラ
ス膜にエキシマレーザーを直接照射し、光回路となるコ
アを形成する請求項1記載の光導波路の製造方法であ
る。
【0012】請求項3の発明は、石英基板上に、SiO
2 に少なくとも1種類以上のドーパントを混入して石英
基板と屈折率を等しくしたガラス膜を形成し、このガラ
ス膜にフォトマスクを介してエキシマレーザーを照射
し、光回路となるコアを形成する請求項1記載の光導波
路の製造方法である。
【0013】
【発明の実施の形態】以下、本発明の好適実施の形態を
添付図面にしたがって説明する。
【0014】図1(a)〜(c)は、本発明の好適実施
の形態である光導波路の製造工程を示す概略図である。
【0015】図1(a)〜(c)に示すように、本発明
に係る光導波路の製造方法は、平坦な石英基板1上に、
SiO2 に少なくとも1種類以上のドーパントを混入し
て石英基板1と屈折率を等しくした平坦なガラス膜2を
形成し、ガラス膜2の上方に、光回路のパターンが形成
されたフォトマスク3を配置し、そのフォトマスク3の
上方より、ガラス膜2にエキシマレーザーL1を照射し
て光回路となるコア4,4を形成し、ガラス膜2上に、
コア4,4よりも屈折率が低い平坦なクラッド層5を形
成して光導波路6を製造する方法である。この光導波路
6は、コア4,4をクラッド層5で埋め込む構造となっ
ている。より詳細に言えば、コア4,4は、石英基板
1、エキシマレーザーL1が照射されないガラス膜2
r,2l,2m、クラッド層5で覆われている。
【0016】光導波路6の製造方法の一例をより詳細に
説明する。
【0017】まず、平坦な石英基板1上に、プラズマC
VD装置を使用して厚さが6μmの平坦な石英系ガラス
膜2を形成する[図1(a)]。このガラス膜2は、石
英ガラスと屈折率が等しくなるように、SiO2 に、ド
ーパントとしての屈折率を上げる作用を持つGeO2
と、ドーパントとしての屈折率を下げる作用を持つB2
3 とを適量ドープしたものである。
【0018】このガラス膜2の上方に、フォトリソグラ
フィーの要領で、光回路のパターンが形成されたフォト
マスク3を配置し、そのフォトマスク3の上方より、ガ
ラス膜2にエキシマレーザーL1を照射する[図1
(b)]。
【0019】ガラス膜2には、屈折率を上げる作用を持
つGeO2 が混入されているので、ガラス膜2のエキシ
マレーザーL1が照射された部分では、ガラス中で弱く
結合していたGe同士の結合が切れ、Geの酸素欠乏欠
陥の構造が変化し、いわゆる光誘起屈折率変化によって
局所的に屈折率が高くなる。すなわち、ガラス膜2のエ
キシマレーザーL1が照射された部分には、光回路とな
るコア4,4が形成される。コア4,4の厚さは、ガラ
ス膜2の厚さと同じである。ガラス膜2のエキシマレー
ザーL1が照射されない部分には、石英基板1と同じ屈
折率の側部クラッド層2r,2l,2mが形成される。
【0020】本実施の形態では、コア4,4と石英基板
1の比屈折率差が0.8%となるようにしている。コア
4,4と石英基板1の比屈折率差は、エキシマレーザー
L1の照射パワーと照射時間によって所望の値に制御で
きる。
【0021】エキシマレーザーL1としては、例えば、
波長が0.193μmのArFエキシマレーザーから波
長が0.351μmのXeFエキシマレーザーまでを使
用することができる。その出力は、〜数十kW(平均で
〜数十W)である。
【0022】それから、再びプラズマCVD装置を使用
して平坦なクラッド層5となる厚さが20μmのSiO
2 膜を形成すると、図1(c)に示した光導波路6が完
成する。クラッド層5にはドーパントは含まれていな
い。
【0023】以上のようにして作製された光導波路6を
ダイサーで切り出し、光学特性を評価したところ、光回
路設計値通りの特性を得ることができた。
【0024】このように、本発明に係る光導波路の製造
方法では、ドーパントが添加された平坦なガラス膜2に
エキシマレーザーを照射しているので、図3(a)に示
すように、ガラス膜2のエキシマレーザーが照射された
部分は、混入されたドーパントの影響で屈折率が上が
り、平面上にガラス膜2の厚さと同じ厚さのコア4,4
が形成される。
【0025】したがって、従来の製造方法で形成される
図3(b)に示すようなコア42,42とは異なり、製
造過程で段差が生じることがなくなるため、狭いコア
4,4間隔内にCVD法でクラッド層を形成する必要が
なく、ボイドが発生することはない。
【0026】すなわち、本発明に係る光導波路の製造方
法では、ガラス膜2にエキシマレーザーL1を照射する
と、光回路となるコア4,4が形成されると同時に、コ
ア4,4が側部クラッド層2r,2l,2mに埋め込ま
れた構造ができあがるので、平面上にクラッド層を容易
にかつ高精度で形成することができる。
【0027】また、火炎堆積法を用いる必要がなくな
り、基板に反りや収縮が起きることを防ぐことが可能で
ある。その結果、所望の光回路特性を歩留りよく得るこ
とができる。
【0028】本実施の形態では、設計したい光回路のパ
ターンに応じてフォトマスクを取り換えれば、フォトマ
スクの全面にエキシマレーザーL1を照射することがで
きるので、エキシマレーザーの光源を移動させる手段が
不要であり、同一基板上に複雑な光回路となるコアを一
括して形成できる。
【0029】次に、第2の実施の形態を説明する。
【0030】図2(a)〜(c)は、第2の実施の形態
である光導波路の製造工程を示す概略図である。
【0031】まず、平坦な石英基板1上に、プラズマC
VD装置を使用して厚さが6μmの平坦な石英系ガラス
膜2を形成する[図2(a)]。このガラス膜2は、石
英ガラスと屈折率が等しくなるように、SiO2 に、ド
ーパントとしての屈折率を上げる作用を持つGeO2
と、ドーパントとしての屈折率を下げる作用を持つB2
3 とを適量ドープしたものである。
【0032】ガラス膜2上に、EB(Electron Beam:
電子ビーム)描画の要領でエキシマレーザーL2を直接
照射し、光回路のパターンをガラス膜2上に描画し、コ
ア24,24と石英基板1の比屈折率差が0.8%の光
回路となるコア24,24を形成する[図2(b)]。
コア24,24と石英基板1との比屈折率差はエキシマ
レーザーL2の照射パワーと照射時間によって所望の値
に制御できる。
【0033】エキシマレーザーL2としては、例えば、
波長が0.193μmのArFエキシマレーザーから波
長が0.351μmのXeFエキシマレーザーまでを使
用することができる。その出力は、〜数十kW(平均で
〜数十W)である。
【0034】それから、再びプラズマCVD装置を使用
してクラッド5層となる厚さが20μmのSiO2 膜を
形成すると、図2(c)に示した光導波路26が完成す
る。クラッド層5にはドーパントは含まれない。
【0035】このように作製された光導波路26をダイ
サーで切り出し、光学特性を評価したところ、光回路設
計値通りの特性を得ることができた。
【0036】この第2の実施の形態においても、ドーパ
ントが添加された平坦なガラス膜2にエキシマレーザー
を照射しているので、ガラス膜2のエキシマレーザーが
照射された部分は、混入されたドーパントの影響で屈折
率が上がり、平面上にガラス膜2の厚さと同じ厚さのコ
ア24,24が形成される。
【0037】したがって、従来の製造方法で形成される
図3(b)に示すようなコア42,42とは異なり、製
造過程で段差が生じることがなくなるため、狭いコア2
4,24間隔内にCVD法でクラッド層を形成する必要
がなく、ボイドが発生することはない。
【0038】すなわち、第2の実施の形態では、ガラス
膜2にエキシマレーザーL2を照射すると、光回路とな
るコア24,24が形成されると同時に、コア24,2
4が側部クラッド層2r,2l,2mに埋め込まれた構
造ができあがるので、平面上にクラッド層を容易にかつ
高精度で形成することができる。
【0039】また、火炎堆積法を用いる必要がなくな
り、基板に反りや収縮が起きることを防ぐことが可能で
ある。その結果、所望の光回路特性を歩留りよく得るこ
とができる。
【0040】第2の実施の形態では、エキシマレーザー
の光源を移動させる手段が必要となるが、光回路のパタ
ーンごとに異なるフォトマスクを用意する必要がないと
いう利点がある。
【0041】上記実施の形態では、石英基板上に、ドー
パントとしてGeO2 やB23 がドープされたSiO
2 からなるガラス膜を形成した例で説明したが、石英基
板上に成膜されるガラス膜にドーパントされる材料は、
特にGeO2 やB23 に限ったものではなく、たとえ
ば、P25 等でも同様の効果が得られる。また、エキ
シマレーザーを照射する前の基板を、水素で置換した加
圧炉内に入れておくと、光感受性が高くなるので、屈折
率の上昇が顕著になる。
【0042】
【発明の効果】以上説明したことから明らかなように、
本発明によれば次のごとき優れた効果を発揮する。
【0043】(1)所望の光回路特性を歩留りよく得る
ことができる。
【0044】(2)製造過程で段差が生じることがなく
なるため、狭いコア間隔内にCVD法でクラッド層を形
成する必要がなく、ボイドが発生することはない。
【0045】(3)火炎堆積法を用いる必要がなくな
り、基板に反りや収縮が起きることを防ぐことが可能で
ある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の好適実施の形態を示す製造工程の概略
図である。
【図2】本発明の第2の実施の形態を示す製造工程の概
略図である。
【図3】本発明に係る光導波路のクラッド層形成前の断
面図(a)、従来の光導波路のクラッド層形成前の断面
図(b)である。
【図4】従来の光導波路の断面図である。
【図5】従来のプラズマCVD法によりクラッド層を形
成した光導波路の断面図である。
【図6】従来の火炎堆積法によりクラッド層を形成した
光導波路の断面図である。
【符号の説明】
1 石英基板 2 ガラス膜 2r,2l,2m 側部クラッド層 3 フォトマスク 4,4 コア 5 クラッド層 6 光導波路 L1 エキシマレーザー

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 光が導波するコアを、コアより屈折率が
    低いクラッドで埋め込む構造を備えた光導波路の製造方
    法において、光回路となるコアを、エキシマレーザーを
    照射して形成することを特徴とする光導波路の製造方
    法。
  2. 【請求項2】 石英基板上に、SiO2 に少なくとも1
    種類以上のドーパントを混入して石英基板と屈折率を等
    しくしたガラス膜を形成し、このガラス膜にエキシマレ
    ーザーを直接照射し、光回路となるコアを形成する請求
    項1記載の光導波路の製造方法。
  3. 【請求項3】 石英基板上に、SiO2 に少なくとも1
    種類以上のドーパントを混入して石英基板と屈折率を等
    しくしたガラス膜を形成し、このガラス膜にフォトマス
    クを介してエキシマレーザーを照射し、光回路となるコ
    アを形成する請求項1記載の光導波路の製造方法。
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