JP2006208548A - Optical waveguide and method of manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、平面型コア・クラッド導波路形状を有する光導波路及びその製造方法に関し、特にその伝搬損失を低減するコア構造をもった光導波路及びその製造方法に関するものである。 The present invention relates to an optical waveguide having a planar core-clad waveguide shape and a method for manufacturing the same, and more particularly to an optical waveguide having a core structure for reducing the propagation loss and a method for manufacturing the same.
平面型コア・クラッド導波路形状を有する光導波路デバイスにおいて、光の伝搬損失を低減する技術はデバイス性能の向上に繋がる重要な技術である。伝搬損失の低減を阻害する要因としては、コアに含まれる不純物やコア形状に起因するもの等があるが、その中の一つにコアとクラッドとの界面の荒れ(凹凸)がある。コアとクラッドとの界面の荒れの存在は、その界面で光が散乱することにより伝搬損失を大きくさせ、特に光閉じ込めが強い小型の光導波路のようにコアの断面積が小さい光導波路ほど伝搬損失が増大する傾向となる。 In an optical waveguide device having a planar core / cladding waveguide shape, a technique for reducing light propagation loss is an important technique for improving device performance. Factors that hinder the reduction of propagation loss include the impurities contained in the core and the core shape, and one of them is the roughness (unevenness) of the interface between the core and the clad. The presence of roughness at the interface between the core and the cladding increases the propagation loss due to light scattering at the interface, and the propagation loss is smaller for optical waveguides with a smaller core cross-sectional area, such as small optical waveguides with strong optical confinement. Tends to increase.
図4は、従来の光導波路の代表的な製造方法を示す工程図である。光導波路は、下クラッド上にコアを形成し、その上に上クラッドを形成することにより製造される。例えば、基板31上に下クラッド32aを形成し(図4(a))、次にコア層33を形成し(図4(b))、そのコア層33上に、フォトリソグラフィを用いてレジストパターン34を形成し(図4(c))、そのレジストパターン34をマスクとし、露出したコア層33をドライエッチング法でエッチングしてコア35を形成する(図4(d))。こうして形成されたコア35を覆うように上クラッド32bを形成して光導波路が得られる(図4(e))。下クラッド32aと上クラッド32bはコアを囲むクラッドとして機能し、光はコアとクラッドとの界面で反射を繰り返しながらコア中を伝搬する。
FIG. 4 is a process diagram showing a typical manufacturing method of a conventional optical waveguide. The optical waveguide is manufactured by forming a core on a lower clad and forming an upper clad thereon. For example, the
こうした従来の製造方法において、上述したコアとクラッドとの界面の荒れ(凹凸)は、コア層33をドライエッチングしてコア35を形成する工程(図4(d))で主に発生し、特にコア35の側面に現れる。この荒れ(凹凸)は、コア35をエッチングするためのマスクとなるレジストパターン側面の凹凸に起因するものと考えられている。すなわち、レジストパターンをマスクにしてコア層33をドライエッチングする最中に、レジストがプラズマの中でたたかれてレジストの側面が荒れ、その荒れがその下のコア35に転写されて、コアの側面をも荒らしてしまうことが原因と考えられている。
In such a conventional manufacturing method, the roughness (unevenness) at the interface between the core and the clad described above mainly occurs in the step of forming the
従来の製造方法により生じたコア側面の荒れを例えば表面粗さの指標の一つである最大高さRz(凹凸における最も低い部分と最も高い部分との高さの差)により表せば、通常0.2μm程度となり、例えばコアの一辺が2〜3μmのコアとクラッドとの屈折率差が数%以上の光導波路の場合においては、そうした荒れの影響による伝搬損失が0.1dB/cm以上となって無視できなくなることが考えられる。そして、今後開発が予定されるSi細線導波路では、コアの一辺が0.5μm程度とさらに小さくなるため、コア側面の荒れによる伝搬損失はさらに大きくなると考えられる。一方、コア側面の荒れの原因となるレジストパターン側面の凹凸を低減することは困難であり、伝搬損失への影響を無視できるほどにレジストパターン側面の凹凸を低減する技術は未だ提案されていない。 If the roughness of the side surface of the core caused by the conventional manufacturing method is expressed by, for example, the maximum height Rz (the difference in height between the lowest and highest portions of the unevenness) that is one of the indicators of surface roughness, it is usually 0. For example, in the case of an optical waveguide having a refractive index difference of several percent or more between the core and the clad having a side of the core of 2 to 3 μm, the propagation loss due to the influence of the roughness becomes 0.1 dB / cm or more. Can be ignored. In the Si wire waveguide to be developed in the future, one side of the core is further reduced to about 0.5 μm, so that the propagation loss due to the roughness of the side surface of the core is further increased. On the other hand, it is difficult to reduce the unevenness on the side surface of the resist pattern that causes the roughness on the side surface of the core, and a technique for reducing the unevenness on the side surface of the resist pattern to the extent that the influence on the propagation loss can be ignored has not been proposed.
伝搬損失の低減を目的とした従来例として、下記特許文献1には、コアの周囲にそのコアよりも屈折率が小さい有機非線形光学材料を形成することにより、コアの側面の凹凸に起因した光散乱を抑制して、伝搬ロスの軽減や非線形光学効果の低下を軽減することが提案されている。また、特許文献2と非特許文献1には、コアの材料としてSiを用い、そのコアをドライエッチングにより形成した後に熱酸化することによって、コアの側面の凹凸を小さくする方法が提案されている。
しかしながら、特許文献1に記載の方法では、伝搬損失の低減効果が充分ではなく、特許文献2及び非特許文献1に記載の方法では、Siをコア材料として用いた場合にのみ適用でき、石英系の材料を用いた場合等には適用できないという課題があると共に、屈折率の大きく異なるSiO2がコアの側面に形成されているので、そのSiO2はコアの一部として十分に機能せず、コア側面の荒れによる伝搬損失の低減効果は依然として不十分なものと考えられる。 However, the method described in Patent Document 1 is not sufficient in reducing the propagation loss, and the methods described in Patent Document 2 and Non-Patent Document 1 can be applied only when Si is used as the core material. In the case of using the above material, there is a problem that it cannot be applied, and since SiO 2 having a significantly different refractive index is formed on the side surface of the core, the SiO 2 does not function sufficiently as a part of the core, It is considered that the effect of reducing the propagation loss due to the rough side of the core is still insufficient.
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、コア側面の荒れを小さくして伝搬損失を低減させることが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。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide an optical waveguide capable of reducing the roughness of the side surface of the core and reducing the propagation loss, and a method for manufacturing the same. .
上記課題を解決するための本発明の光導波路は、基板と、該基板上に形成されたクラッドと、該クラッド中に配置されたコアとを有する光導波路であって、前記コアは、第1のコアと、該第1のコアの光の伝搬方向に平行な側面に形成された第2のコアとからなり、前記第2のコアと前記クラッドとの界面に現れる当該第2のコアの表面粗さが、前記第1のコアと前記第2のコアとの界面に現れる当該第1のコアの表面粗さよりも小さいことを特徴とする。 An optical waveguide of the present invention for solving the above problem is an optical waveguide having a substrate, a clad formed on the substrate, and a core disposed in the clad. And a surface of the second core that appears at the interface between the second core and the clad, and a second core formed on a side surface parallel to the light propagation direction of the first core. The roughness is smaller than the surface roughness of the first core appearing at the interface between the first core and the second core.
この発明によれば、第2のコアとクラッドとの界面に現れる第2のコアの表面粗さが第1のコアと第2のコアとの界面に現れる第1のコアの表面粗さよりも小さいので、コア側面の荒れが小さくなり、その荒れに起因した光の散乱が小さくなる。その結果、光導波路の伝搬損失を低減させることができる。 According to this invention, the surface roughness of the second core that appears at the interface between the second core and the cladding is smaller than the surface roughness of the first core that appears at the interface between the first core and the second core. Therefore, the roughness of the side surface of the core is reduced, and light scattering caused by the roughness is reduced. As a result, the propagation loss of the optical waveguide can be reduced.
本発明の光導波路においては、前記第2のコアと前記クラッドとの比屈折率差をΔ2とし、前記第1のコアと前記クラッドとの比屈折率差をΔ1とした場合に、|Δ2−Δ1|≦0.5であることが好ましい。 When the optical waveguide of the present invention, the relative refractive index difference between the cladding and the second core and delta 2, the relative refractive index difference between the cladding and the first core and the delta 1, | It is preferable that Δ 2 −Δ 1 | ≦ 0.5.
この発明によれば、第1のコアの屈折率と第2のコアの屈折率とがほぼ等しいので、コアとクラッドの界面が第2のコアとクラッドの界面となる。第2のコアとクラッドの界面は、上記の通り、荒れが小さく、その荒れに起因した光の散乱が小さいので、光導波路の伝搬損失を低減させることができる。 According to the present invention, since the refractive index of the first core and the refractive index of the second core are substantially equal, the interface between the core and the clad becomes the interface between the second core and the clad. As described above, the interface between the second core and the clad is small in roughness, and light scattering due to the roughness is small, so that the propagation loss of the optical waveguide can be reduced.
本発明の光導波路においては、前記第2のコアの軟化温度が、前記第1のコアの軟化温度よりも低いことが好ましい。 In the optical waveguide of the present invention, it is preferable that the softening temperature of the second core is lower than the softening temperature of the first core.
この発明によれば、第2のコアの軟化温度が第1のコアの軟化温度よりも低いので、こうした態様からなる光導波路は、その製造工程に熱処理工程を付加することにより第2のコアの表面を滑らかにしてその表面粗さを低減させるのに有利である。 According to the present invention, since the softening temperature of the second core is lower than the softening temperature of the first core, the optical waveguide having such an aspect can be obtained by adding a heat treatment process to the manufacturing process. It is advantageous to smooth the surface and reduce its surface roughness.
上記課題を解決するための本発明の光導波路の製造方法は、基板と、該基板上に形成された下クラッド及び上クラッドからなるクラッドと、該クラッド中に配置された第1のコア及び第2のコアからなるコアとを有する光導波路の製造方法であって、前記基板上に下クラッドを形成する工程と、前記下クラッドの上に第1のコア層を形成する工程と、前記第1のコア層を選択的にエッチングして第1のコアを形成する工程と、前記下クラッド及び前記第1のコアを覆うように第2のコア層を形成する工程と、前記第2のコア層のうち前記第1のコアの光の伝搬方向に平行となる側面以外に形成された第2のコア層を異方性エッチングで除去して前記第1のコアの側面に第2のコアを形成する工程と、前記下クラッド、前記第1のコア及び前記第2のコアを覆うように上クラッドを形成する工程とを有することを特徴とする。 An optical waveguide manufacturing method of the present invention for solving the above-described problems includes a substrate, a clad formed of a lower clad and an upper clad formed on the substrate, a first core disposed in the clad, and a first core A method of manufacturing an optical waveguide having a core composed of two cores, the step of forming a lower clad on the substrate, the step of forming a first core layer on the lower clad, and the first Selectively etching the core layer to form a first core, forming a second core layer so as to cover the lower cladding and the first core, and the second core layer The second core layer formed on the side of the first core other than the side parallel to the light propagation direction is removed by anisotropic etching to form the second core on the side of the first core. The lower cladding, the first core, and the Characterized by a step of forming on the clad so as to cover the second core.
この発明によれば、第2のコア層のうち第1のコアの光の伝搬方向に平行となる側面以外に形成された第2のコア層を異方性エッチングで除去して、第1のコアの側面に第2のコアを形成する工程を有するので、その工程により形成された第2のコアは、第2のコアとクラッドとの界面に現れる第2のコアの表面粗さが第1のコアと第2のコアとの界面に現れる第1のコアの表面粗さよりも小さくなる。その結果、クラッドとの境界をなすコア側面の荒れが小さくなり、その荒れに起因した光の散乱が小さくなるので、伝搬損失の小さい光導波路を容易に製造することができる。また、本発明の製造方法においては、異方性エッチングにより、コア側面に形成された第2のコアが若干エッチバックされるので、第1のコアの側面上に形成される第2のコアの表面粗さがより平滑化する傾向になり、その結果、小型の光導波路に対しても本発明の製造方法を好ましく適用することができる。なお、第1のコアの光の伝搬方向に平行となる側面以外に形成された第2のコア層とは、第1のコアの上面に形成された第2のコア層、及び、第1のコアが形成されていない下クラッドの上面に形成された第2のコア層である。 According to the present invention, the second core layer formed on the second core layer other than the side surface parallel to the light propagation direction of the first core is removed by anisotropic etching, and the first core layer is removed. Since it has the process of forming the 2nd core in the side of a core, the 2nd core formed by the process has the surface roughness of the 2nd core which appears in the interface of the 2nd core and a clad 1st. It becomes smaller than the surface roughness of the first core appearing at the interface between the core and the second core. As a result, the roughness of the side surface of the core that forms the boundary with the cladding is reduced, and light scattering caused by the roughness is reduced, so that an optical waveguide with a small propagation loss can be easily manufactured. In the manufacturing method of the present invention, since the second core formed on the side surface of the core is slightly etched back by anisotropic etching, the second core formed on the side surface of the first core is etched back. The surface roughness tends to be smoother, and as a result, the manufacturing method of the present invention can be preferably applied to a small-sized optical waveguide. The second core layer formed on the first core other than the side surface parallel to the light propagation direction is the second core layer formed on the upper surface of the first core, and the first core layer It is a second core layer formed on the upper surface of the lower clad where no core is formed.
本発明の光導波路の製造方法においては、前記第2のコアと前記上クラッドとの比屈折率差をΔ4とし、前記第1のコアと前記上クラッドとの比屈折率差をΔ3とした場合に、|Δ4−Δ3|≦0.5であることが好ましい。 In the method of this invention, the relative refractive index difference between the upper cladding and the second core and delta 4, and the first core and 3 the relative refractive index difference delta between the upper cladding In this case, it is preferable that | Δ 4 −Δ 3 | ≦ 0.5.
この発明によれば、第1のコアの屈折率と第2のコアの屈折率とがほぼ等しいので、コアとクラッドの界面が第2のコアとクラッドの界面となる。第2のコアとクラッドの界面は、上記の通り、荒れが小さくなるように製造される。その結果、その荒れに起因した光の散乱が小さくなるので、伝搬損失の小さい光導波路を容易に製造することができる。 According to the present invention, since the refractive index of the first core and the refractive index of the second core are substantially equal, the interface between the core and the clad becomes the interface between the second core and the clad. As described above, the interface between the second core and the clad is manufactured so as to reduce the roughness. As a result, light scattering due to the roughness is reduced, so that an optical waveguide with small propagation loss can be easily manufactured.
本発明の光導波路の製造方法においては、前記第2のコア層の軟化温度が前記第1のコア層の軟化温度よりも低く、前記第2のコア層を形成する工程と前記上クラッドを形成する工程との間に熱処理工程を有することが好ましい。 In the optical waveguide manufacturing method of the present invention, the softening temperature of the second core layer is lower than the softening temperature of the first core layer, and the step of forming the second core layer and forming the upper cladding It is preferable to have a heat treatment step between the steps to be performed.
この発明によれば、第2のコア層の軟化温度が第1のコア層の軟化温度よりも低いように構成されるので、第2のコア層を形成する工程と上クラッドを形成する工程との間に熱処理工程を設けることにより、第2のコアの表面が軟化して、その表面を滑らかにしてその表面粗さを低減させるのに有利である。 According to this invention, since the softening temperature of the second core layer is configured to be lower than the softening temperature of the first core layer, the step of forming the second core layer and the step of forming the upper cladding, By providing a heat treatment step between them, the surface of the second core is softened, which is advantageous for smoothing the surface and reducing its surface roughness.
本発明の光導波路の製造方法においては、前記第2のコア層が、化学気相成長法、スパッタ法及びスピン塗布法のうちいずれかの方法により形成されることが好ましい。 In the method for manufacturing an optical waveguide according to the present invention, it is preferable that the second core layer is formed by any one of a chemical vapor deposition method, a sputtering method, and a spin coating method.
本発明の光導波路の製造方法においては、前記異方性エッチングが、ドライエッチング法により行われることが好ましい。 In the method for manufacturing an optical waveguide of the present invention, the anisotropic etching is preferably performed by a dry etching method.
この発明によれば、異方性エッチングとしてドライエッチング法を用いたので、第1のコアの側面にのみ第2のコア層を残すことが容易であり、第2のコアを容易に形成することができる。 According to the present invention, since the dry etching method is used as the anisotropic etching, it is easy to leave the second core layer only on the side surface of the first core, and the second core can be easily formed. Can do.
以上説明したように、本発明の光導波路によれば、第1のコアと第2のコアとからなるコアの側面の荒れが小さくなり、その荒れに起因した光の散乱が小さくなるので、光導波路の伝搬損失を低減させることができる。さらに本発明の光導波路によれば、第1のコアの屈折率と第2のコアの屈折率とがほぼ等しいので、コアとクラッドの界面が第2のコアとクラッドの界面となり、それ故、荒れが小さい第2のコア表面(すなわち第2のコアとクラッドの界面)での光の散乱が小さくなるので、光導波路の伝搬損失を低減させることができる。 As described above, according to the optical waveguide of the present invention, the roughness of the side surface of the core composed of the first core and the second core is reduced, and light scattering due to the roughness is reduced. The propagation loss of the waveguide can be reduced. Furthermore, according to the optical waveguide of the present invention, since the refractive index of the first core and the refractive index of the second core are substantially equal, the interface between the core and the clad becomes the interface between the second core and the clad. Since light scattering on the second core surface (that is, the interface between the second core and the clad) with low roughness is reduced, the propagation loss of the optical waveguide can be reduced.
また、本発明の光導波路の製造方法によれば、第2のコアとクラッドとの界面に現れる第2のコアの表面粗さを第1のコアと第2のコアとの界面に現れる第1のコアの表面粗さよりも小さくさせることができる。その結果、クラッドとの境界をなすコア側面の荒れが小さくなり、その荒れに起因した光の散乱が小さくなるので、伝搬損失の小さい光導波路を容易に製造することができる。また、本発明の製造方法においては、異方性エッチングにより、コア側面に形成された第2のコアが若干エッチバックされるので、第1のコアの側面上に形成される第2のコアの表面粗さがより平滑化する傾向になり、その結果、小型の光導波路に対しても本発明の製造方法を好ましく適用することができる。 In addition, according to the method of manufacturing an optical waveguide of the present invention, the surface roughness of the second core that appears at the interface between the second core and the cladding is the first roughness that appears at the interface between the first core and the second core. It can be made smaller than the surface roughness of the core. As a result, the roughness of the side surface of the core that forms the boundary with the cladding is reduced, and light scattering caused by the roughness is reduced, so that an optical waveguide with a small propagation loss can be easily manufactured. In the manufacturing method of the present invention, since the second core formed on the side surface of the core is slightly etched back by anisotropic etching, the second core formed on the side surface of the first core is etched back. The surface roughness tends to be smoother, and as a result, the manufacturing method of the present invention can be preferably applied to a small-sized optical waveguide.
さらに本発明の光導波路の製造方法によれば、第1のコアの屈折率と第2のコアの屈折率とがほぼ等しいので、コアとクラッドの界面が第2のコアとクラッドの界面となり、それ故、第2のコアとクラッドの界面の荒れを小さくするように製造できる。その結果、その荒れに起因した光の散乱が小さくなるので、伝搬損失の小さい光導波路を容易に製造することができる。さらに本発明の光導波路の製造方法によれば、第2のコア層を形成する工程と上クラッドを形成する工程との間に熱処理工程を設けることにより、第2のコアの表面を滑らかにしてその表面粗さを低減させるのに有利である。 Furthermore, according to the method of manufacturing an optical waveguide of the present invention, since the refractive index of the first core and the refractive index of the second core are substantially equal, the interface between the core and the cladding becomes the interface between the second core and the cladding, Therefore, it can be manufactured so as to reduce the roughness of the interface between the second core and the clad. As a result, light scattering due to the roughness is reduced, so that an optical waveguide with small propagation loss can be easily manufactured. Furthermore, according to the method of manufacturing an optical waveguide of the present invention, the surface of the second core is smoothed by providing a heat treatment step between the step of forming the second core layer and the step of forming the upper cladding. It is advantageous for reducing the surface roughness.
以下に、本発明の光導波路及びその製造方法について、図面を参照して説明する。 Below, the optical waveguide of this invention and its manufacturing method are demonstrated with reference to drawings.
(光導波路)
図1は、本発明の光導波路の一例を示す形態図であり、(a)はその平面図、(b)はその断面図である。本発明の光導波路10は、基板11と、その基板11上に形成されたクラッド12と、そのクラッド12中に配置されたコア13とを有する光導波路である。この光導波路10において、本発明の特徴とするところは、コア13が、第1のコア14と、その第1のコア14の光の伝搬方向に平行な側面に形成された第2のコア15とから構成され、さらに、第2のコア15とクラッド12との界面に現れる第2のコア15の表面粗さが、第1のコア14と第2のコア15との界面に現れる第1のコア14の表面粗さよりも小さいことにある。
(Optical waveguide)
1A and 1B are schematic views showing an example of an optical waveguide according to the present invention. FIG. 1A is a plan view and FIG. 1B is a cross-sectional view thereof. The
基板11は、光導波路の基板となり、機械的に充分な強度をもつものであれば特に限定されないが、通常、Si基板、石英基板、その他のガラス基板等を用いることができる。特にSi基板、石英基板等が好ましく用いられる。これらの基板11は、半導体プロセス技術を適用可能な材料であるので、この基板11上にクラッド12(下クラッド12a、上クラッド12b)やコア13(第1のコア14、第2のコア15)を容易に形成することができる。基板の厚さは特に限定されないが、通常、厚さ0.7〜1.5mm程度で設計される。
The
クラッド12は、図1に示すように、基材11上に形成され、その中にコア13が配置された態様となっている。こうしたクラッド12は、下クラッド12aと上クラッド12bとで構成されている。なお、クラッド12中にコア13が配置されている限りにおいて、クラッド12の形態は特に限定されない。
As shown in FIG. 1, the clad 12 is formed on the
クラッド12の構成材料としては、石英、ポリマー等が用いられ、特に石英が好ましく用いられる。クラッド12を下クラッド12aと上クラッド12bとで構成する場合には、両者は屈折率が同じ又は略同じであれば、同じ材料で形成されたものであっても異なる材料で形成されたものであってもよい。下クラッド12aと上クラッド12bのそれぞれの厚さについても特に限定されないが、両者の厚さは通常8〜20μm程度である。 As a constituent material of the clad 12, quartz, polymer, or the like is used, and quartz is particularly preferably used. In the case where the clad 12 is composed of the lower clad 12a and the upper clad 12b, both have the same or substantially the same refractive index but are made of different materials even if they are made of the same material. There may be. The thicknesses of the lower clad 12a and the upper clad 12b are not particularly limited, but the thickness of both is usually about 8 to 20 μm.
コア13は、図1に示すように、光が伝搬する部分であり、本発明においては、第1のコア14と第2のコア15とからなり、矩形形状で構成されている。第2のコア15は、第1のコア14の光の伝搬方向に平行な側面に形成されている。すなわち、第2のコア15は、断面が矩形形状からなるコア13の長手方向の左右の側面に形成されている。こうした構成からなるコア13は、上述したクラッド12中に配置されており、例えば図1に示すように、下クラッド12aと上クラッド12bとで挟まれた態様で形成されている。
As shown in FIG. 1, the
第1のコア14は、図1に示すように、基板面と平行となるように設けられ、第1のコア14が長く延びる方向に直交する断面形状は、図1(b)に示すように、通常、矩形形状となっている。こうした第1のコア14は、コア13の主要部をなし、その構成材料としては、従来の光導波路においてコアとして用いられる材料、例えば、不純物がドープされた石英、酸窒化シリコン(SiON)、ポリマー等を用いることができ、特に不純物がドープされた石英を用いることが好ましい。こうした材料からなる第1のコア14の屈折率は、下クラッド12a及び上クラッド12bからなるクラッド12の屈折率よりも大きく、その屈折率の差は、光導波路の設計によって任意の値(例えば、第1のコアとクラッドとの比屈折率差Δ1=2%程度)に決定される。ここで、第1のコアとクラッドとの比屈折率差Δ1は、Δ1=(第1のコアの屈折率−クラッドの屈折率)/第1のコアの屈折率×100(%)、で定義される量である。例えば、不純物がドープされた石英からなるコア14の屈折率が1.48の場合、石英からなる下クラッド12a及び上クラッド12bからなるクラッド12の屈折率は1.45であり、第1のコアとクラッド12との比屈折率差は約2%となっている。なお、第1のコア14の材料としてSiやポリマーを用いることも可能であるが、この場合においても、屈折率の差が光導波路の設計値になっていることが必要である。
As shown in FIG. 1, the
なお、上記の各材料の組成は、例えば、プラズマ発光分析(ICP)法や、蛍光X線分析(XRF)法によって特定することができる。上記の各材料の屈折率は、これによって特定された組成をもつ、上記の各材料と同じ材料でプリズムを作製し、このプリズムを用いた干渉スペクトルを測定するという方法によって測定することができる。この方法により、下クラッド12a、第1のコア14、第2のコア15、及び上クラッド12bについて、それぞれ測定することができる。
The composition of each material can be specified by, for example, a plasma emission analysis (ICP) method or a fluorescent X-ray analysis (XRF) method. The refractive index of each of the above materials can be measured by a method in which a prism is made of the same material as that of each of the materials having the composition specified thereby, and an interference spectrum using the prism is measured. By this method, it is possible to measure the
第1のコア14の屈折率は、種々の方法により調整することができ、例えば石英にドープする不純物の種類及びその量により制御することができる。第1のコア14の屈折率を上げるには、ゲルマニウム、燐、窒素、ホウ素、アルミニウム及びランタンから選ばれる1種又は2種以上をドーパントとして用いることができる。
The refractive index of the
第1のコア14の形成方法としては、構成材料を基板上に形成した後に、例えばフォトレジストをマスクとしたドライエッチング法により形成することができる。形成された第1のコア14の側面は、凹凸のある荒れた表面となっており、その表面粗さは、例えばJIS B0601−2001に準拠した最大高さRz(表面粗さ曲線から計測された最も低い部分と最も高い部分との高さの差)で表せば、例えば0.2〜0.4μm程度となっている。
As a method of forming the
なお、表面粗さは、一般的には触針式の表面粗さ計やスキャン式トンネル顕微鏡等により、所定の基準長さにおける粗さ曲線を計測し、その結果から算出されるものであるが、本発明の光導波路では、第1のコア14の側面には第2のコア15が積層されているので、第1のコア14の表面粗さを直接計測することはできない。そのため、本発明においては、第1のコア14の表面粗さ測定として、第1のコア14の側面を、基板面と平行になるように長手方向に切断し、その切断面に現れる第1のコア14と第2のコア15との界面を数箇所抽出し、その界面を電子顕微鏡等で観察し、所定の基準長さにおける粗さ曲線を計測し、その結果から例えばJIS B0601−2001に準拠した最大高さRzを算出する。
The surface roughness is generally calculated from the result of measuring a roughness curve at a predetermined reference length with a stylus type surface roughness meter, a scanning tunneling microscope, or the like. In the optical waveguide of the present invention, since the
第2のコア15は、図1に示すように、第1のコア14の光の伝搬方向に平行な側面に形成されている。第2のコア15が形成される側面とは、具体的には図1を平面視した場合における第1のコア14の左右の側面のことである。この第2のコア15は、第1のコア14と共にコア13を構成するので、その屈折率は、第1のコア14の屈折率と同じ、又は前記第2のコアと前記クラッドとの比屈折率差をΔ2とした場合に、前記のΔ1との関係が|Δ2−Δ1|≦0.5であることが望ましい。ここで、第2のコアとクラッドとの比屈折率差Δ2は、Δ2=(第2のコアの屈折率−クラッドの屈折率)/第2のコアの屈折率×100(%)、で定義される量である。第2のコア15の構成材料としては、そうした屈折率となるものを用いることができ、例えば第1のコア14と同じ材料を用いることが好ましい。こうした屈折率をもつ第2のコア15は、第1のコア14と共にコア13として機能し、コア13の側面においては、光は第2のコア15とクラッド12との界面で反射しながら伝搬する。
As shown in FIG. 1, the
第2のコア15の表面粗さは、第1のコア14の側面の表面粗さよりも小さく、凹凸が小さい滑らかな表面となっている。第2のコア15の表面粗さは、上記第1のコア14と同じ方法により測定することができ、その最大高さRzは第1のコア14の側面の最大高さRzよりも小さい。具体的には、第2のコア15の表面は、例えばJIS B0601−2001に準拠した最大高さRz(表面粗さ曲線から計測された最も低い部分と最も高い部分との高さの差)で表せば、例えば0.1〜0.3μm程度となっている。こうした第2のコア15は、例えば0.2〜1.0μm程度の薄い平均厚さで形成することができる。
The surface roughness of the
以上、本発明の光導波路は、第1のコア14と第2のコア15とからなるコア13の側面の荒れが小さいので、その荒れに起因した光の散乱が小さくなる。その結果、光導波路の伝搬損失を低減させることができる。なお、本発明の光導波路は、伝搬損失を低減することができるので、コア側面の荒れにより影響を受け易い小型の光導波路に対して、好ましく適用することができる。
As described above, in the optical waveguide of the present invention, since the roughness of the side surface of the core 13 composed of the
次に、本発明の光導波路の他の形態につい説明する。 Next, another embodiment of the optical waveguide of the present invention will be described.
本発明の光導波路は、上記実施形態の光導波路において、第2のコア15の軟化温度を、第1のコア14の軟化温度よりも低いものとすることができる。こうした関係を有する第1のコア14と第2のコア15とで形成されたコア13を所定の温度で熱処理することにより、第2のコア15が軟化してその表面が滑らかになり表面粗さがより小さくなる。その結果、コア13の表面が平滑になり、コア表面の荒れに起因した光の散乱が抑制されるので、光導波路の伝搬損失を低減させることができる。なお、ここでいう軟化温度とは、JIS R3103−1:2001(ガラスの粘性及び粘性定点−第1部:軟化点の測定方法)に準拠して定義及び測定される軟化点と同一のものとして定義される。
The optical waveguide of the present invention can be such that the softening temperature of the
例えば、第1のコア14の構成材料として、ゲルマニウムをドープした石英(軟化温度950℃)、燐ドープ石英(軟化温度950℃)、ランタンドープ石英(軟化温度1000℃)等を用いた場合、軟化温度が800℃のBPSG(ボロン燐シリケートガラス:Boro-Phospho Silicated Glass)からなる第2のコア15を用いることができる。こうした構成からなるコア13は、800℃の熱処理を施すことにより、第2のコア14の表面粗さRzを、例えば0.2μmから0.1μm程度に小さくすることができる。
For example, when the
(光導波路の製造方法)
次に、本発明の光導波路の製造方法について説明する。図2は、本発明の光導波路の製造方法の一実施形態を示す工程図である。
(Optical waveguide manufacturing method)
Next, the manufacturing method of the optical waveguide of this invention is demonstrated. FIG. 2 is a process diagram showing an embodiment of a method for producing an optical waveguide of the present invention.
本発明の光導波路の製造方法は、基板11と、その基板11上に形成された下クラッド12a及び上クラッド12bからなるクラッド12と、そのクラッド12中に配置された第1のコア14及び第2のコア15からなるコア13とを有する光導波路10を製造する方法であって、基板11上に下クラッド12aを形成する工程と、その下クラッド12aの上に第1のコア層14aを形成する工程と、その第1のコア層14aを選択的にエッチングして第1のコア14を形成する工程と、前記下クラッド12a及び前記第1のコア14を覆うように第2のコア層15aを形成する工程と、その第2のコア層15aのうち前記第1のコア14の光の伝搬方向に平行となる側面以外に形成された第2のコア層15aを異方性エッチングで除去して第1のコア14の両側面に第2のコア15を形成する工程と、下クラッド12a、第1のコア14及び第2のコア15を覆うように上クラッド12bを形成する工程とを有する。
The optical waveguide manufacturing method of the present invention includes a
特に本発明の特徴は、第2のコア層15aのうち第1のコア14の光の伝搬方向に平行となる側面以外に形成された第2のコア層15aを異方性エッチングで除去して、第1のコア14の側面に第2のコア15を形成する工程を有することにある。ここで、第1のコア14の光の伝搬方向に平行となる側面以外に形成された第2のコア層15aとは、例えば図2(e)を平面視した場合において、第1のコア14の上面に形成された第2のコア層、及び、第1のコアが形成されていない下クラッドの上面に形成された第2のコア層である。
In particular, the present invention is characterized by removing the
以下、本発明の光導波路の製造方法について順に説明する。 Hereafter, the manufacturing method of the optical waveguide of this invention is demonstrated in order.
先ず、図2(a)に示すように、基板11上に下クラッド12aを形成する。この下クラッド12aは、例えば厚さ8〜20μm程度の石英で形成することができ、その成膜方法としては、減圧CVD法、常圧CVD法等の化学気相成長法(以下、CVD法という)、スパッタ法、及びイオンプレーティング法等のいずれかを挙げることができる。また、下クラッド12aをポリマーやシリカ系塗布材料で形成することもでき、その成膜方法としては、スピン塗布法、スプレー塗布法、及びエンボス法等のいずれかを挙げることができる。
First, as shown in FIG. 2A, a lower clad 12a is formed on a
次に、図2(b)に示すように、下クラッド12a上に第1のコア層14aを形成する。この第1のコア層14aは、例えばゲルマニウムや燐をドープした石英、又はSiで形成することができ、その成膜方法としては、上記の下クラッド12aの場合と同様、CVD法、スパッタ法、及びイオンプレーティング法等のいずれかを挙げることができる。また、下クラッド12aの場合と同様に、ポリマーやシリカ系塗布材料で形成することもでき、その成膜方法としては、スピン塗布法、スプレー塗布法、及びエンボス法等のいずれかを挙げることができる。
Next, as shown in FIG. 2B, a
次に、図2(c)に示すように、第1のコア層14aを選択的にエッチングするためのレジストパターン21を形成する。このレジストパターン21は、第1のコア層14a上にレジスト膜を形成し、そのレジスト膜をマスクを用いて露光・現像等を行って形成することができる。
Next, as shown in FIG. 2C, a resist
次に、図2(d)に示すように、第1のコア層14aを選択的にエッチングして第1のコア14を形成する。第1のコア14は、上記のレジストパターン21をマスクとして第1のコア層14aをエッチングすることにより形成することができる。エッチングとしては、例えばフロン系のガス(例えば、CF4)を主成分として用いたドライエッチング法を適用することが好ましい。特に異方性エッチング可能なドライエッチングであることが望ましく、こうした異方性エッチングにより、エッチング後に得られた第1のコア14の側面をほぼ垂直な形状とすることができる。なお、第1のコア14を形成した後においては、マスクとなったレジストパターン21は例えば酸素を用いたプラズマアッシング等の方法により除去される。
Next, as shown in FIG. 2 (d), the
次に、図2(e)に示すように、下クラッド12a及び第1のコア14を覆うように第2のコア層15aを形成する。第2のコア層15aは、上記の第1のコア層と同じ屈折率を有する材料又はほぼ等しい屈折率を有する材料で形成することが好ましく、例えば、第2のコア層15aを形成する材料は、その屈折率が、第1のコア14の屈折率と同じ、又は、第2のコアと、後述する上クラッドとの比屈折率差をΔ4とし、第1のコアと、後述する上クラッドとの比屈折率差をΔ3とした場合に、|Δ4−Δ3|≦0.5となるものであることが好ましい。ここで、第2のコアと上クラッドとの比屈折率差Δ4は、Δ4=(第2のコアの屈折率−上クラッドの屈折率)/第2のコアの屈折率×100(%)、で定義され、第1のコアと上クラッドとの比屈折率差Δ3は、Δ3=(第1のコアの屈折率−上クラッドの屈折率)/第1のコアの屈折率×100(%)、で定義される量である。
Next, as shown in FIG. 2E, a
こうした第2のコア層15aの成膜方法としては、常圧CVD法、減圧CVD法等のCVD法やスパッタ法等のような等方的な成膜方法で形成することが好ましく、下クラッド12aの上面や、第1のコア14の上面及び側面に、ほぼ均一な厚さで形成される。特にCVD法は、成膜時に表面マイグレーションが発生するので、第1のコア14の凹部分には厚く成膜され凸部分には薄く成膜される。その結果、第2のコア層15aの表面は、凹凸の小さい比較的平滑な表面となる。特に表面マイグレーションにより平滑な表面を得ることができる成膜法の例としては、テトラエトキシシラン(TEOS)をSi原料として用いた常圧CVD法を好ましく挙げることができる。また、第1のコア14の材料としてポリマーやシリカ系塗布材料を用いた場合には、第2のコア層15の材料も同じ材料を用いることが好ましく、その場合には、スピン塗布法等を用いて成膜することができる。形成する第2のコア15の厚さは、第1のコア14の側面における表面粗さ(最大高さRz)よりも大きいことが好ましく、例えば、第1のコア14の側面における最大高さRzが0.2μmであった場合には、第2のコア15の厚さは0.4μm程度であることが好ましい。
As a film forming method for the
次に、図2(f)に示すように、第2のコア層15aのうち第1のコア14の光の伝搬方向に平行となる側面以外に形成された第2のコア層15aを異方性エッチングで除去して第1のコア14の側面に第2のコア15を形成する。
Next, as shown in FIG. 2 (f), the
本発明における異方性エッチングとは、第1のコア14の上面に形成された第2のコア層15a、及び、第1のコア14が形成されていない下クラッド12aの上面に形成された第2のコア層15aのみを選択的にエッチングする手段であり、第1のコア14の側面に形成された第2のコア層15aを残すことができるエッチング手段である。すなわち、本発明での異方性エッチングは、基板面に平行な方向でのエッチングが弱く、基板面に垂直な方向でのエッチングが強い。この異方性エッチングは、下クラッド12a上に形成された第2のコア層15aと、第1のコア14の上面に形成された第2のコア層15aとが除去されるまで行われることが好ましい。こうした異方性エッチングにより、第1のコア14の側面にのみ第2のコア層15aを残すことができる。このとき、下クラッド12a上に第2のコア層15aが残ると、不要な光の伝搬経路となるため、光導波路の伝搬損失の増大の原因となる。そのため、特に下クラッド12a上の第2のコア層15aを除去することは重要である。異方性エッチングとしては、ドライエッチング法を好ましく用いることができる。例えば石英系の材料に対しては、フロン系のガス(例えば、CF4)を主成分として用いたドライエッチング法を用いることが好ましい。
The anisotropic etching in the present invention refers to the
この異方性エッチングにより、第1のコア14の側面に形成された第2のコア層15aは、いわゆるエッチバックが起こり、第2のコア層15aが若干薄くなると共に、その表面が滑らかになって平滑な表面となる。エッチバックの際には、第1のコア14を形成する際のエッチングとは異なり、マスクとなるレジストパターン21(図2(c)を参照)が存在しないので、第1のコアの側面上に形成された第2のコア15の表面が荒れることはない。例えば、上記のように、第1のコア14の側面における最大高さRzが0.2μmであり且つ第2のコア15の厚さが0.4μm程度である場合に、エッチバック後の第2のコア15の平均厚さを0.2μm程度とすることができる。こうしたことは、例えば矩形形状からなるコアの一辺が2μm以下の小型の光導波路においても適用可能となる。
As a result of this anisotropic etching, the
次に、図2(g)に示すように、下クラッド12a、第1のコア14及び第2のコア15を覆うように上クラッド12bを形成する。上クラッド12bは、上述した下クラッド12aと同じ材料、又は下クラッドと屈折率が同じ若しくはほぼ同じ材料で形成することが好ましい。上クラッド12bの形成方法としては、下クラッド12aと同じ方法で成膜することが製造上好ましい。上クラッド12bの厚さは、通常、8〜20μmである。こうして、本発明に係る光導波路が製造される。
Next, as shown in FIG. 2G, the upper clad 12 b is formed so as to cover the lower clad 12 a, the
図3は、本発明の光導波路を構成するコアの側面の表面粗さを説明するための概略平面図である。 FIG. 3 is a schematic plan view for explaining the surface roughness of the side surface of the core constituting the optical waveguide of the present invention.
図3(a)は、上記の図2(d)に示す形態の平面図であり、第1のコアの側面の荒れの程度を説明する概略平面図である。エッチングにより第1のコア14を形成した後における第1のコア14の側面の荒れの程度は大きく、その荒れは、第1のコア層14aをエッチングする際に、レジストパターン21(図2(c)を参照)の側面に存在する凹凸が第1のコア14の側面に転写される現象によって形成されると考えられている。なお、レジストパターンの側面に存在する凹凸は、レジストパターンを形成する際のフォトリソグラフィ工程で発生したり、第2のコア層15aをドライエッチング法による際のプラズマ照射によって発生したりする。
FIG. 3A is a plan view of the form shown in FIG. 2D described above, and is a schematic plan view illustrating the degree of roughness of the side surface of the first core. After the
図3(b)は、上記の図2(e)に示す形態の平面図であり、第2のコア層15aが形成された後におけるコア13の側面の荒れの程度を説明する概略平面図である。第2のコア層15aは、第1のコア14の側面の表面粗さよりも大きな厚さで形成される。第2のコア層15aは、等方的な成膜手段で形成されることが好ましく、第2のコア層15aの表面は、比較的平滑な表面となる。
FIG. 3B is a plan view of the form shown in FIG. 2E described above, and is a schematic plan view illustrating the degree of roughness of the side surface of the core 13 after the
図3(c)は、上記の図2(f)に示す形態の平面図であり、異方性エッチング後におけるコア13の側面の荒れの程度を説明する概略平面図である。異方性エッチングにより若干のエッチバックが起こるので、第2のコア層15aの表面の粗さはより小さくなって平滑な表面となる。
FIG. 3C is a plan view of the form shown in FIG. 2F described above, and is a schematic plan view for explaining the degree of roughness of the side surface of the core 13 after anisotropic etching. Since the etch back is slightly caused by the anisotropic etching, the surface roughness of the
(他の実施形態)
本発明の光導波路の製造方法の他の実施形態について説明する。
(Other embodiments)
Another embodiment of the optical waveguide manufacturing method of the present invention will be described.
本発明の光導波路においては、第2のコア層15aの軟化温度を第1のコア層14aの軟化温度よりも低くし、第2のコア層15aを形成する工程と、上クラッド12bを形成する工程との間に熱処理工程を設けるようにして製造することができる。したがって、熱処理工程は、第2のコア層15aの形成工程と異方性エッチング工程との間でもよいし、異方性エッチング工程と上クラッド12bの形成工程との間でもよい。こうすることにより、第2のコア層15aの表面を軟化させて、その表面エネルギーが小さくなる形状、すなわち平滑な表面とすることができる。
In the optical waveguide of the present invention, the softening temperature of the
熱処理工程での熱処理条件は、第1のコア層の形成材料や第2のコア層の形成材料により任意に設定することができる。例えば、第1のコア層の構成材料として軟化温度が950℃の石英(燐ドープ)を用い、第2のコア層の構成材料として軟化温度が800℃のBPSG(ボロン燐シリケートガラス:Boro-Phospho Silicated Glass)を用いた場合には、第2のコア層であるBPSGが軟化する温度、例えば800℃程度の熱処理を施すことが好ましい。なお、上限温度としては、第1のコアの軟化温度未満であることが好ましいが、第1のコアの軟化温度よりも低い温度であっても、第1のコアや下クラッドに悪影響が生じる場合には、そうした問題が発生しない温度で熱処理することが望ましい。 The heat treatment conditions in the heat treatment step can be arbitrarily set depending on the material for forming the first core layer and the material for forming the second core layer. For example, quartz (phosphorus doped) having a softening temperature of 950 ° C. is used as a constituent material of the first core layer, and BPSG (boron phosphorus silicate glass: Boro-phosphosilicate glass having a softening temperature of 800 ° C. is used as a constituent material of the second core layer. When Silicated Glass is used, it is preferable to perform a heat treatment at a temperature at which the second core layer BPSG is softened, for example, about 800 ° C. The upper limit temperature is preferably less than the softening temperature of the first core, but even if the temperature is lower than the softening temperature of the first core, the first core and the lower cladding are adversely affected. Therefore, it is desirable to perform heat treatment at a temperature at which such a problem does not occur.
熱処理雰囲気は、窒素であることが好ましく、熱処理時間は、第2のコア層の軟化が起こり且つ表面が平滑になる時間が任意に設定される。 The heat treatment atmosphere is preferably nitrogen, and the heat treatment time is arbitrarily set so that the second core layer softens and the surface becomes smooth.
以下、実施例により本発明をさらに詳しく説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples.
(実施例1)
基板として厚さ0.8mmのSi基板を用い、その基板上に厚さ10μmの下クラッドを形成した。下クラッドは、屈折率1.45の石英であり、常圧CVD法により形成した。次いで、下クラッド上に厚さ3μmの第1のコア層を形成した。第1のコア層は、ランタンを4mol%ドープした屈折率1.5の石英であり、下クラッドと同様の常圧CVD法により形成した。
Example 1
A Si substrate having a thickness of 0.8 mm was used as the substrate, and a lower cladding having a thickness of 10 μm was formed on the substrate. The lower clad was quartz having a refractive index of 1.45, and was formed by an atmospheric pressure CVD method. Next, a first core layer having a thickness of 3 μm was formed on the lower cladding. The first core layer was made of quartz having a refractive index of 1.5 doped with 4 mol% of lanthanum, and was formed by the atmospheric pressure CVD method similar to the lower clad.
次に、その第1のコア層上に、フォトリソグラフィにより幅3μmで光の伝搬方向の長さが10cmのコアを形成するためのレジストパターンを形成し、その後、そのレジストパターンをマスクとしてドライエッチング法で第1のコア層をエッチングして、幅3μmで光の伝搬方向の長さが10cmの第1のコアを形成した。この場合におけるドライエッチング法は、CF4を主成分としたガスを用いたプラズマエッチングで行った。なお、エッチング終了後のレジストパターンは、酸素を用いたプラズマアッシングにより除去した。 Next, a resist pattern for forming a core having a width of 3 μm and a light propagation direction length of 10 cm is formed on the first core layer by photolithography, and then dry etching is performed using the resist pattern as a mask. The first core layer was etched by this method to form a first core having a width of 3 μm and a length of 10 cm in the light propagation direction. The dry etching method in this case was performed by plasma etching using a gas containing CF 4 as a main component. Note that the resist pattern after the etching was removed by plasma ashing using oxygen.
次に、下クラッドと第1のコアとを覆うように、厚さ0.5μmの第2のコア層を形成した。第2のコア層は、燐をドープした屈折率1.5の石英であり、上記の第1のコア層と同様の常圧CVD法により形成した。なお、第1のコアの側面(側壁)に形成された第2のコア層の平均膜厚は0.4μmであった。次いで、第2のコア層を異方性エッチングして、第1のコア上に形成されている第2のコア層と、下クラッドの上に形成されている第2のコア層とを除去して、第1のコアの側面にのみ第2のコア層を残した。このときの異方性エッチングは、第1のコア層のドライエッチングと同じ条件で行った。異方性エッチングにより、第1のコアの側面に形成された第2のコア層は若干のエッチバックが起こり、エッチバック後の第2のコアの平均膜厚は0.2μmであった。 Next, a second core layer having a thickness of 0.5 μm was formed so as to cover the lower cladding and the first core. The second core layer is made of quartz doped with phosphorus and having a refractive index of 1.5, and was formed by the atmospheric pressure CVD method similar to the first core layer. The average film thickness of the second core layer formed on the side surface (side wall) of the first core was 0.4 μm. Next, the second core layer is anisotropically etched to remove the second core layer formed on the first core and the second core layer formed on the lower cladding. Thus, the second core layer was left only on the side surface of the first core. The anisotropic etching at this time was performed under the same conditions as the dry etching of the first core layer. By the anisotropic etching, the second core layer formed on the side surface of the first core was slightly etched back, and the average film thickness of the second core after the etch back was 0.2 μm.
次いで、下クラッドと、第1のコア及び第2のコアからなるコアとを覆うように、厚さ10μmの上クラッドを下クラッドと同じ方法で成膜して、コア断面が3μm×3μmの光導波路を製造した。 Next, an upper clad having a thickness of 10 μm is formed by the same method as the lower clad so as to cover the lower clad and the core composed of the first core and the second core, and the optical section having a core cross section of 3 μm × 3 μm is formed. A waveguide was manufactured.
得られた光導波路について、各コアの表面粗さを測定した。先ず、第1のコアの側面を基板面と平行になるように長手方向に切断し、その切断面に現れる第1のコアと第2のコアとの界面を10箇所抽出し、その界面を電子顕微鏡等で観察し、所定の基準長さ(500μm)における粗さ曲線を計測し、その結果からJIS B0601−2001に準拠した最大高さRzを算出して測定した。こうして第1のコアと第2のコアとの界面に現れる第1のコアの表面粗さを測定した。次いで、同様の方法により、第2のコアとクラッドとの界面に現れる第2のコアの表面粗さを測定した。その結果、第1のコアと第2のコアとの界面に現れる第1のコアの表面粗さは、最大高さRzで0.4μmであり、第2のコアとクラッドとの界面に現れる第2のコアの表面粗さは、最大高さRzで0.2μmであった。 About the obtained optical waveguide, the surface roughness of each core was measured. First, the side surface of the first core is cut in the longitudinal direction so as to be parallel to the substrate surface, and 10 interfaces between the first core and the second core appearing on the cut surface are extracted, and the interface is defined as an electron. It observed with a microscope etc., the roughness curve in predetermined | prescribed reference | standard length (500 micrometers) was measured, and the maximum height Rz based on JISB0601-2001 was computed and measured from the result. Thus, the surface roughness of the first core appearing at the interface between the first core and the second core was measured. Next, the surface roughness of the second core appearing at the interface between the second core and the clad was measured by the same method. As a result, the surface roughness of the first core that appears at the interface between the first core and the second core is 0.4 μm at the maximum height Rz, and the first surface that appears at the interface between the second core and the clad. The surface roughness of the core No. 2 was 0.2 μm at the maximum height Rz.
次いで、波長1550nmの光の単位長さ当たりの伝搬損失を測定した。伝搬損失の測定は、カットバック法により行い、伝搬損失0.12dB/cmという結果が得られた。ここで、カットバック法とは、光導波路の長さを変えることによって生ずる出力の差から伝播損失を算出する方法である。 Next, the propagation loss per unit length of light having a wavelength of 1550 nm was measured. The propagation loss was measured by the cutback method, and a result of propagation loss of 0.12 dB / cm was obtained. Here, the cutback method is a method of calculating propagation loss from a difference in output caused by changing the length of the optical waveguide.
(実施例2)
実施例1における第2のコア層の形成材料を、ホウ素及び燐をドープした屈折率1.5の石英(BPSG)に変更し、さらに、第2のコア層の形成工程と異方性エッチング工程との間に熱処理工程を施した以外は、実施例1の光導波路と同様にして実施例2の光導波路を製造した。
(Example 2)
The material for forming the second core layer in Example 1 was changed to quartz having a refractive index of 1.5 (BPSG) doped with boron and phosphorus, and the second core layer forming step and anisotropic etching step The optical waveguide of Example 2 was manufactured in the same manner as the optical waveguide of Example 1, except that a heat treatment step was performed between the two.
なお、この実施例2で用いた第2のコア層の形成材料は、その軟化温度が800℃であり、第1のコア層の形成材料の軟化温度(1000℃)よりも低い。熱処理工程としては、窒素雰囲気中で800℃・2時間の熱処理を行い、第2のコア層の表面を滑らかにした。 The softening temperature of the second core layer forming material used in Example 2 is 800 ° C., which is lower than the softening temperature (1000 ° C.) of the first core layer forming material. As the heat treatment step, heat treatment was performed at 800 ° C. for 2 hours in a nitrogen atmosphere to smooth the surface of the second core layer.
得られた光導波路について、各コアの表面粗さを実施例1と同様の方法で測定した。その結果、第1のコアと第2のコアとの界面に現れる第1のコアの表面粗さは、最大高さRzで0.4μmであり、第2のコアとクラッドとの界面に現れる第2のコアの表面粗さは、最大高さRzで0.15μmであった。次いで、波長1550nmの光の単位長さ当たりの伝搬損失を実施例1と同様の方法で測定し、伝搬損失0.10dB/cmという結果が得られた。 For the obtained optical waveguide, the surface roughness of each core was measured in the same manner as in Example 1. As a result, the surface roughness of the first core that appears at the interface between the first core and the second core is 0.4 μm at the maximum height Rz, and the first surface that appears at the interface between the second core and the clad. The surface roughness of the core No. 2 was 0.15 μm at the maximum height Rz. Next, the propagation loss per unit length of light having a wavelength of 1550 nm was measured by the same method as in Example 1, and a result of propagation loss of 0.10 dB / cm was obtained.
(比較例1)
実施例1における第2のコアを形成しない他は、実施例1と同様にして、従来型の光導波路である比較例1の光導波路を製造した。
(Comparative Example 1)
An optical waveguide of Comparative Example 1, which is a conventional optical waveguide, was manufactured in the same manner as in Example 1 except that the second core in Example 1 was not formed.
得られた光導波路について、各コアの表面粗さを実施例1と同様の方法で測定した。その結果、第1のコアとクラッドとの界面に現れる第1のコアの表面粗さは、最大高さRzで0.4μmであった。次いで、波長1550nmの光の単位長さ当たりの伝搬損失を実施例1と同様の方法で測定し、伝搬損失0.20dB/cmという結果が得られた。 For the obtained optical waveguide, the surface roughness of each core was measured in the same manner as in Example 1. As a result, the surface roughness of the first core appearing at the interface between the first core and the clad was 0.4 μm at the maximum height Rz. Next, the propagation loss per unit length of light having a wavelength of 1550 nm was measured by the same method as in Example 1, and a result of propagation loss of 0.20 dB / cm was obtained.
10 光導波路
11、31 基板
12、32 クラッド
12a、32a 下クラッド
12b、32b 上クラッド
13、35 コア
14 第1のコア
14a 第1のコア層
15 第2のコア
15a 第2のコア層
21、34 レジストパターン
33 コア層
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記コアは、第1のコアと、該第1のコアの光の伝搬方向に平行な側面に形成された第2のコアとからなり、
前記第2のコアと前記クラッドとの界面に現れる当該第2のコアの表面粗さが、前記第1のコアと前記第2のコアとの界面に現れる当該第1のコアの表面粗さよりも小さいことを特徴とする光導波路。 An optical waveguide having a substrate, a clad formed on the substrate, and a core disposed in the clad,
The core includes a first core and a second core formed on a side surface parallel to the light propagation direction of the first core,
The surface roughness of the second core appearing at the interface between the second core and the clad is larger than the surface roughness of the first core appearing at the interface between the first core and the second core. An optical waveguide characterized by being small.
前記基板上に下クラッドを形成する工程と、前記下クラッドの上に第1のコア層を形成する工程と、前記第1のコア層を選択的にエッチングして第1のコアを形成する工程と、前記下クラッド及び前記第1のコアを覆うように第2のコア層を形成する工程と、前記第2のコア層のうち前記第1のコアの光の伝搬方向に平行となる側面以外に形成された第2のコア層を異方性エッチングで除去して前記第1のコアの側面に第2のコアを形成する工程と、前記下クラッド、前記第1のコア及び前記第2のコアを覆うように上クラッドを形成する工程とを有することを特徴とする光導波路の製造方法。 An optical waveguide manufacturing method comprising: a substrate; a clad formed of a lower clad and an upper clad formed on the substrate; and a core composed of a first core and a second core disposed in the clad. ,
Forming a lower clad on the substrate; forming a first core layer on the lower clad; and selectively etching the first core layer to form a first core. And a step of forming a second core layer so as to cover the lower cladding and the first core, and a side other than the side surface of the second core layer parallel to the light propagation direction of the first core. Removing the second core layer formed on the first core by anisotropic etching to form a second core on a side surface of the first core, the lower cladding, the first core, and the second core And a step of forming an upper cladding so as to cover the core.
The method for manufacturing an optical waveguide according to claim 4, wherein the anisotropic etching is performed by a dry etching method.
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