JP2008262003A

JP2008262003A - 光導波路および光導波路製造方法

Info

Publication number: JP2008262003A
Application number: JP2007104159A
Authority: JP
Inventors: Morihiro Seki; 守弘関; Tetsuya Hattori; 哲也服部; Chie Fukuda; 智恵福田
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2007-04-11
Filing date: 2007-04-11
Publication date: 2008-10-30

Abstract

【課題】分岐部分のコアが短くても光分岐の際の損失を抑制することができる光導波路、および、そのような光導波路を製造する方法を提供する。
【解決手段】光導波路１は、基板，下部クラッド，コア１２および上部クラッドを有する。コア１２は、第１コア部１２ａ，第２コア部１２ｃおよび第３コア部１２ｄがコア分岐部１２ｂで結合されていて、Ｙ字分岐形状を有する。コア１２は、分岐部分であるコア分岐部１２ｂにおいて、コア幅Ｗが広いほどコア高Ｈが低い部分を有している。
【選択図】図１

Description

本発明は、基板にＹ字分岐形状のコアが形成された光導波路、および、このような光導波路を製造する方法に関するものである。

基板にＹ字分岐形状のコアが形成された光導波路は、例えば、光通信等の分野において、光を分岐する光分岐器として用いられ、或いは、光を合波する光合波器として用いられる。一般に、このような光導波路の製造に際しては、基板の主面にＹ字分岐形状の溝が形成され、その主面上にガラス層が形成された後に平坦化されることで、溝内のガラス層をコアとする光導波路が製造される（特許文献１参照）。また、一般に、このようにして製造される光導波路は、コアの高さ（基板の主面に垂直な方向のコアの厚さ）が一様である。
特開２００１−１３３６４８号公報

上記のような従来の光導波路においてＹ字分岐形状のコアにより光を分岐する場合を考えると、その光分岐の際の損失を抑制するには、当該分岐部分で長手方向に沿ってコアが一定長以上であることが必要である。

本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、分岐部分のコアが短くても光分岐の際の損失を抑制することができる光導波路、および、そのような光導波路を製造する方法を提供することを目的とする。

本発明に係る光導波路製造方法は、基板にＹ字分岐形状のコアが形成された光導波路を製造する方法であって、(1) 基板の主面にＹ字分岐形状の溝を形成する溝形成工程と、(2) 溝形成工程の後に基板の主面上にガラス層を形成するガラス層形成工程と、(3)ガラス層形成工程の後にガラス層の上にレジスト層を形成するレジスト層形成工程と、(4) レジスト層形成工程の後に、レジスト層を除去するとともに、基板の主面上であって溝以外の領域のガラス層を除去して、当該除去後のガラス層の残存部をコアとする除去工程と、を備えることを特徴とする。さらに、本発明に係る光導波路製造方法は、レジスト層形成工程の際に、基板の主面の平坦部におけるレジスト層の上面と比較して、Ｙ字分岐形状の当該分岐部分においてレジスト層の上面が窪むように、レジスト層を形成することを特徴とする。

この光導波路製造方法では、溝形成工程において、基板の主面にＹ字分岐形状の溝が形成される。溝形成工程の後のガラス層形成工程において、基板の主面上にガラス層が形成される。ガラス層形成工程の後のレジスト層形成工程において、ガラス層の上にレジスト層が形成される。このレジスト層形成工程の際に、基板の主面の平坦部におけるレジスト層の上面と比較して、Ｙ字分岐形状の当該分岐部分においてレジスト層の上面が窪むように、レジスト層が形成される。そして、レジスト層形成工程の後の除去工程において、レジスト層が除去されるとともに、基板の主面上であって溝以外の領域のガラス層が除去されて、当該除去後のガラス層の残存部がコアとされる。このようにして製造される光導波路は、基板にＹ字分岐形状のコアが形成されたものであって、Ｙ字分岐形状の当該分岐部分においてコア幅が広いほどコア高が低い部分を有することができる。

本発明に係る光導波路は、基板にＹ字分岐形状のコアが形成された光導波路であって、Ｙ字分岐形状の当該分岐部分においてコア幅が広いほどコア高が低い部分を有することを特徴とする。

なお、基板の主面上に下部クラッドが形成されて、この下部クラッドにコアが埋め込まれていてもよい。本発明では下部クラッドを含めて基板として扱う。また、基板（下部クラッドを含んでいてもよい。）およびコアの上に上部クラッドが形成されてもよい。

本発明に係る光導波路は、分岐部分のコアが短くても光分岐の際の損失を抑制することができる。また、本発明に係る光導波路製造方法は、このような光導波路を製造することができる。

以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

先ず、図１および図２を用いて、本発明に係る光導波路の実施形態について説明する。図１は、本実施形態に係る光導波路１のコア１２の形状を示す平面図および断面図である。同図（ａ）は平面図であり、同図（ｂ）は断面図である。また、図２は、本実施形態に係る光導波路１の断面図である。なお、これらの図には説明の便宜の為にｘｙｚ直交座標系も示されている。

光導波路１は、基板１０，下部クラッド１１，コア１２および上部クラッド１３を有する。基板１０の一方の主面上に下部クラッド１１が形成され、その下部クラッド１１にコア１２が埋め込まれ、これら下部クラッド１１およびコア１２の上に上部クラッド１３が形成されている。基板１０，下部クラッド１１，コア１２および上部クラッド１３それぞれは、例えば石英ガラスを主成分とする材料からなる。

コア１２は、石英ガラスに屈折率上昇剤として例えばＧｅＯ_２が添加されていて、コア１２を取り囲む下部クラッド１１および上部クラッド１３それぞれの屈折率より高い屈折率を有する。また、コア１２は、第１コア部１２ａ，第２コア部１２ｃおよび第３コア部１２ｄがコア分岐部１２ｂで結合されていて、Ｙ字分岐形状を有する。

図２（ａ）は、図１に示された位置Ａ（第１コア部１２ａの位置）における光導波路１の断面を示す。図２（ｂ）は、図１に示された位置Ｂ（コア分岐部１２ｂの位置）における光導波路１の断面を示す。また、図２（ｃ）は、図１に示された位置Ｃ（第２コア部１２ｃおよび第３コア部１２ｄの位置）における光導波路１の断面を示す。これらの図に示されるように、第１コア部１２ａ，第２コア部１２ｃおよび第３コア部１２ｄそれぞれの断面形状は概略的には矩形である。また、コア分岐部１２ｂの断面形状も概略的には矩形である。

特に、本実施形態に係る光導波路１は、分岐部分であるコア分岐部１２ｂにおいて、コア幅Ｗが広いほどコア高Ｈが低い部分を有している。なお、コア高Ｈは、基板１０の主面に垂直な方向（ｙ方向）のコアの厚さである。また、コア幅Ｗは、ｙ方向および導波光進行方向（ｚ方向）の双方に対して垂直な方向（ｘ方向）のコアの幅である。

このような光導波路１において、第１コア部１２ａにより導波されて来てコア分岐部１２ｂに到達した導波光は２分岐されて、その分岐された一方の導波光は第２コア部１２ｃを導波していき、分岐された他方の導波光は第３コア部１２ｄを導波していく。

コア分岐部１２ｂにおいてコア幅Ｗおよびコア高Ｈが上記関係を有していることにより、この光導波路１における光分岐の際の損失が抑制される。すなわち、第１コア部１２ａにより導波されて来てコア分岐部１２ｂに到達した導波光は、コア分岐部１２ｂにより導波される間にｘ方向への拡大が促され、長手方向（ｚ方向）に沿った短い距離で第２コア部１２ｃおよび第３コア部１２ｄへ低損失で入射され得る。このように、本実施形態に係る光導波路１は、分岐部分のコアが短くても光分岐の際の損失を抑制することができる。

次に、図３〜図５を用いて、本発明に係る光導波路製造方法の実施形態について説明する。本実施形態に係る光導波路製造方法は、上記の光導波路１を製造するのに好適な方法である。図３は、本実施形態に係る光導波路製造方法のフローチャートである。図４および図５それぞれは、本実施形態に係る光導波路製造方法の工程図である。図４は、図１に示された位置Ａにおける各工程後の光導波路の断面を示す。また、図５は、図１に示された位置Ｂにおける各工程後の光導波路の断面を示す。

図３に示されるように、本実施形態に係る光導波路製造方法は、下部クラッド形成工程Ｓ１，溝形成工程Ｓ２，ガラス層形成工程Ｓ３，レジスト層形成工程Ｓ４，除去工程Ｓ５および上部クラッド形成工程Ｓ６を有し、この順に処理を行って光導波路１を製造する。

下部クラッド形成工程Ｓ１では、基板１０の一方の主面上に下部クラッド１１が形成される。この工程では、例えば、誘導結合プラズマＣＶＤ法が用いられ、その際の導入ガスとして、酸素ガスおよびＴＭＯＳ（テトラメトキシシラン）ガスが用いられる。これにより、石英ガラスからなる基板１０の一方の主面上に、石英ガラスからなる下部クラッド１１が形成される。

溝形成工程Ｓ２では、下部クラッド１１の上面側にＹ字分岐形状の溝が形成される（図４（ａ）、図５（ａ））。この工程では、フォトリソグラフィおよびリアクティブイオンエッチングにより、下部クラッド１１の上面側に溝が形成される。ここで形成される溝の深さは一様であり、溝の平面形状は、最終的なコア１２の平面形状（図１（ａ））と同じである。

ガラス層形成工程Ｓ３では、下部クラッド１１の上面にガラス層１２Ａが形成される（図４（ｂ）、図５（ｂ））。この工程では、例えば、誘導結合プラズマＣＶＤ法が用いられ、その際の導入ガスとして、酸素ガス，ＴＭＯＳガスおよびＴＭＧｅ（テトラメチルゲルマニウム）ガスが用いられる。これにより、下部クラッド１１の上面に、ＧｅＯ_２が添加された石英ガラスからなるガラス層１２Ａが形成される。

このガラス層形成工程Ｓ３で形成されるガラス層１２Ａは、下部クラッド１１の溝部だけでなく平坦部にも形成される。下部クラッド１１の平坦部におけるガラス層１２Ａの上面は平坦であるが、下部クラッド１１の溝におけるガラス層１２Ａの上面は窪んでいる。溝幅が広いほど、ガラス層１２Ａの上面の窪み部分の幅は広い。

レジスト層形成工程Ｓ４では、ガラス層１２Ａの上に厚膜のレジスト層１４が形成される（図４（ｃ）、図５（ｃ））。この工程では、例えば４００ＭＰ程度の高粘度のレジストが用いられて、下部クラッド１１の平坦部におけるレジスト層１４の上面と比較して、Ｙ字分岐形状の当該分岐部分（コア分岐部１２ｂ）である位置Ｂにおいてレジスト層１４の上面が窪むように、レジスト層１４は形成される。溝幅が広いほど、レジスト層１４の上面の窪み部分の幅は広い。

除去工程Ｓ５では、レジスト層１４が除去されるとともに、下部クラッド１１の上面であって溝以外の領域のガラス層１２Ａが除去されて、当該除去後のガラス層１２Ａの残存部がコア１２とされる。例えば、先ず、ガラス層１２Ａの上面の平坦部が露出するまで、酸素ガスを用いたドライエッチングにより、レジスト層１４が除去される（図４（ｄ）、図５（ｄ））。その後、下部クラッド１１の上面の平坦部が露出するまで、酸素ガスおよびＣ２Ｆ６ガスを用いたドライエッチングにより、ガラス層１２Ａが除去される（図４（ｅ）、図５（ｅ））。

この除去工程Ｓ５が終了した時点では、下部クラッド１１の上面であって溝以外の領域のガラス層１２Ａが除去されているだけでなく、レジスト層形成工程Ｓ４後にレジスト層１４の上面に窪みが形成されていた分岐部分（コア分岐部１２ｂ）では、下部クラッド１１の上面より下方にあるガラス層１２Ａの一部も除去されている（図５（ｅ））。このとき、溝幅（コア幅）が広いほど、ガラス層１２Ａの厚さが薄くなる。除去工程Ｓ５後に残ったガラス層１２Ａがコア１２となる。

上部クラッド形成工程Ｓ６では、下部クラッド１１およびコア１２の上に上部クラッド１３が形成される（図４（ｆ）、図５（ｆ））。この工程では、例えば、誘導結合プラズマＣＶＤ法が用いられ、その際の導入ガスとして酸素ガスおよびＴＭＯＳガスが用いられる。これにより、石英ガラスからなる上部クラッド１３が形成される。

以上に説明した本実施形態に係る光導波路製造方法は、分岐部分であるコア分岐部１２ｂにおいてコア幅Ｗが広いほどコア高Ｈが低い部分を有している光導波路１を製造するのに好適なものである。この製造方法により製造される光導波路は、分岐部分のコアが短くも光分岐の際の損失を抑制することができる。

次に、本実施形態に係る光導波路および光導波路製造方法の具体的な実施例について説明する。実施例の光導波路１では、第１コア部１２ａ，第２コア部１２ｃおよび第３コア部１２ｄそれぞれは、コア幅が６.０μｍであり、コア高が６.０μｍであった。第２コア部１２ｃと第３コア部１２ｄとの間隔は１.５μｍであった。コア分岐部１２ｂは、ｚ方向の長さが５００μｍであり。第２コア部１２ｃおよび第３コア部１２ｄとの接続部分においてコア幅Ｗが１３.５μｍでありコア高Ｈが４μｍであった。この光導波路は、光分岐の際の損失が０.１０ｄＢ以下であり、良好な特性を有していた。

本実施形態に係る光導波路１のコア１２の形状を示す平面図および断面図である。本実施形態に係る光導波路１の断面図である。本実施形態に係る光導波路製造方法のフローチャートである。本実施形態に係る光導波路製造方法の工程図である。本実施形態に係る光導波路製造方法の工程図である。

符号の説明

１…光導波路、１０…基板、１１…下部クラッド、１２…コア、１２Ａ…ガラス層、１３…上部クラッド、１４…レジスト層。

Claims

基板にＹ字分岐形状のコアが形成された光導波路を製造する方法であって、
前記基板の主面に前記Ｙ字分岐形状の溝を形成する溝形成工程と、
前記溝形成工程の後に前記基板の前記主面上にガラス層を形成するガラス層形成工程と、
前記ガラス層形成工程の後に前記ガラス層の上にレジスト層を形成するレジスト層形成工程と、
前記レジスト層形成工程の後に、前記レジスト層を除去するとともに、前記基板の前記主面上であって前記溝以外の領域の前記ガラス層を除去して、当該除去後の前記ガラス層の残存部を前記コアとする除去工程と、
を備え、
前記レジスト層形成工程の際に、前記基板の前記主面の平坦部における前記レジスト層の上面と比較して、前記Ｙ字分岐形状の当該分岐部分において前記レジスト層の上面が窪むように、前記レジスト層を形成する、
ことを特徴とする光導波路製造方法。
基板にＹ字分岐形状のコアが形成された光導波路であって、前記Ｙ字分岐形状の当該分岐部分においてコア幅が広いほどコア高が低い部分を有することを特徴とする光導波路。