JP2621519B2 - 光導波路及びその製造方法 - Google Patents

光導波路及びその製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、コア層側部表面とクラッド層間の境界面の
不均一性を解消した低損失の光導波路及びその製造方法
に関する。
[従来の技術] 近年、光ファイバ通信の進展に伴い、光ディバイスに
は、大量生産性、高信頼性、結合の無調整化、自動組
立、低損失化等が要求されるようになり、これらの課題
を解決する導波路型の光ディバイスが注目されるように
なってきている。
導波路の中でも、特に石英系ガラス導波路は低損失で
あり、また光ファイバとの接続損失も非常に小さいた
め、招来の導波路として有望視されている。
従来、石英系ガラス導波路の製造方法として、本発明
者等は第5図に示すような方法を提案した。この方法
は、先ず同図の(a)に示すようにSiO2ガラスからなる
基板1上にSiO2−TiO2系ガラスからなるコア用ガラス膜
2を形成する。このガラス膜2の基板1との間の屈折率
差は約0.25%、膜厚Tは約8μmである。
次いで、(a)で得た試料を約200℃で高温熱処理し
てコア用ガラス膜2を緻密な膜にした後(b)、そのコ
ア用ガラス膜2上にWSix膜3を形成する(c)。これ
は、厚膜のコア用ガラス膜2をエッチングするのにホト
レジスタだけではもたないからである。WSix膜3の膜厚
は厚い程よいが、厚くすると基板1が応力により反りを
生じるため、1μm程度が上限値である。
次いで、このWSix膜3上にホトレジストを塗布し、ホ
トリソグラフィによりそのホトレジスト膜4のパターニ
ングを行う(d)。その後、ホトレジスト膜4をマスク
にしてドライエッチングによりWSix膜3のパターニング
を行った後、ホトレジスト膜4及びWSix膜3をマスクに
してドライエッチングによりコア用ガラス膜2のパター
ニングを行う(f)。
次いで、ホトレジスト膜4及びWSix膜3を除去し
(g)、最後に基板1及びコア層5の表面にSiO2−TiO2
−B2O3系ガラスからなるクラッド層6を形成して完了す
る(h)。
このクラッド層6の屈折率は基板1の屈折率と等しく
してあり、またその膜厚は20〜30μmである。作成した
導波路の構造寸法は、例えばW=10μm、T=8μm、
S=2μm,コア層5とクラッド層6の屈折率差は0.25%
である。
[発明が解決しようとする課題] しかしながら、上記光導波路の製造方法は、厚膜のコ
ア用ガラス膜2を矩形状に垂直性よくパターン化するこ
とができるが、ホトレジスト膜4及びWSix膜3パターン
のエッジの微小な凹凸によってコア層5側部の表面が凹
凸に表面荒れを起こし易い。
クラッド層6を堆積させる方法としては、酸水素バー
ナ内にクラッド層の原料ガスを供給し、酸水素火炎中で
ガラス微粒子を発生させてこのガラス微粒子を上記パタ
ーン化した表面全体に堆積させた後、高温焼結により透
明なクラッドガラス層にする方法が用いられている。
しかし、このクラッド層の堆積方法は、常圧でガラス
微粒子を堆積させるため、コア層側部の凹凸表面との間
の境界面に多くの空隙を生じさせ、これらの空隙が高温
焼結プロセスを経ても殆ど無くならず、光の散乱中心と
なり、結果的に散乱損失の大きい光導波路となる問題に
つながっていた。
そこで、本発明の目的は、上記問題点を解決し、コア
層側部表面とクラッド層間の境界面の不均一性を解消し
た低損失の光導波路及びその製造方法を提供することに
ある。
[課題を解決するための手段] 上記目的を達成するために本発明の光導波路は、基板
上に形成された第1のクラッド層と、該第1のクラッド
層上に形成されたこれよりも断面の小さい略矩形状のコ
ア層と、第1のクラッド層及びコア層の表面に密着性よ
く被覆された相溶性を有し、かつ軟化温度が上記第1の
クラッド層及びコア層よりも低い中間薄層と、該中間薄
層上に形成された軟化温度が該中間薄層よりも高い第2
のクラッド層とから構成されている。
また、本発明の光導波路の製造方法は、第1のクラッ
ド層上に断面の小さい略矩形状のコア層を形成した後、
第1のクラッド層及びコア層の表面に軟化温度が上記第
1のクラッド層及びコア層よりも低いSiの金属アルコレ
ート溶液、或いは該溶液に屈折率制御用添加物を含んだ
液を混合した溶液を塗布し、これを乾燥、固化及び加熱
して上記コア層の断面形状は略矩形状に保ったまま中間
薄層を形成した後、該中間薄層上に軟化温度が該中間薄
層よりも高い第2のクラッド層を形成するものである。
[作用] コア層の形成時にはその側部表面に凹凸の表面荒れが
生じ易い。しかし、第1のクラッド層の表面及びコア層
の表面が相溶性を有する中間薄層により密着性よく被覆
されているので、これら表面の凹凸乃至空隙部が中間薄
層によって埋められて滑らかになる。従って、特にコア
層側部表面の境界面に生じる構造の不均一性が解消さ
れ、散乱損失等の損失が低減する。
また、上記製造方法によれば、コア層表面に中間層を
形成するための溶液を塗布する際に、コア層側部表面の
凹凸を溶液により埋めて滑らかにすることができ、コア
層側部表面の境界面に生じる構造の不均一性が解消す
る。
[実施例] 以下、本発明の一実施例を添付図面に基づいて詳述す
る。
光導波路の第1実施例を示す第1図において、1はSi
或いはSiO2系ガラス、強誘電体材料等からなる基板で、
この基板1上には第1のクラッド層7が形成されてい
る。この第1のクラッド層7は、SiO2、或いはSiO2に屈
折率制御用添加物(B、P、Ti、Al、F、Zn、Ge、Er、
Nd、Yb、Tm等の少なくとも一種)を含んだ層からなって
いる。
この第1のクラッド層7上にはこれよりも断面が小さ
い略矩形状のコア層5が形成されている。このコア層5
も、第1のクラッド層7と同様、SiO2、或いはSiO2に屈
折率制御用添加物を含んだものにより構成されている。
そして、第1のクラッド層7及びコア層5の表面は中
間薄層8で被覆され、この中間薄層8上には第1のクラ
ッド層7と略同材質の第2のクラッド層9が形成されて
いる。中間薄層8はコア層5及び第1のクラッド層7の
表面に対して密着性を有すること、及びこれらの層5,7
並びに第2のクラッド層9に対して相溶性を有すること
が必要である。従って、中間薄層8の材質としては、第
1のクラッド層7、コア層5及び第2のクラッド層9と
同様の材質が用いられる。但し、上記構成の光導波路は
最終的に焼結処理されるので、その際に中間薄層8を流
動化させて第1のクラッド層7及びコア層5の表面の凹
凸を埋めるようにするには、中間薄層8の軟化温度を上
記各層5,7,9の軟化温度よりも低くする。なお、中間薄
層8の膜厚は屈折率の値に依存するが、通常は数μm
(例えば2μm)以下に選ばれる。
かかる構成によれば、第1のクラッド層7及びコア層
5の表面が相溶性を有する中間薄層8により密着性よく
被覆されているので、第1のクラッド層7の表面及びコ
ア層5表面の凹凸乃至空隙部が中間薄層8によって埋め
られて滑らかになり、これにより特にコア層5側部表面
の境界面に生じる構造の不均一性が解消され、散乱損失
等の損失が低減する。
なお、第1のクラッド層7の屈折率をnc1、コア層の
屈折率をnw、中間薄層をn1、第2のクラッド層9の屈折
率をnc2とした場合、nw≧n1、nw>nc1,nc2に設定されて
いる。nc1=nc2或いはnc1≠nc2である。nw=n1の場合に
は、中間薄層8がコア層5の一部分として作用する。
n1とnc1,nc2の関係は、n1≦nw,nc1,nc2或いはnw≧n1
≧nc1,nc2を満足していれば良い。すなわち、nc1,nc2
ncで総称した場合において、n1=ncの場合には、中間薄
層8がクラッド層7,9の一部分として作用する(この場
合、nw≠n1である。)。nw>n1>ncの場合には、中間薄
層8がコア層5とクラッド層7,9の中間の層として作用
し、等価的にコア層5の屈折率を低くしたような光導波
路構成となる。n1<ncの場合には、中間薄層8がコア層
5とクラッド層7,9との間の屈折率差を等価的に大きく
したように作用し、コア層5表面の構造的不均一による
散乱損失及び曲線光導波路とした場合の曲がり損失を緩
和させる効果がある。
次に上記光導波路の製造方法を第4図に従って説明す
る。
先ず、基板1上に第1のクラッド層7を形成した後、
この第1のクラッド層7上にはスラブ状のコア用ガラス
膜を形成し、このコア用ガラス膜をエッチングプロセス
により第1のクラッド層7よりも断面が小さい略矩形状
のコア層5をパターニングする(a)。
次いで、上記パターン化した表面全体に中間薄層8を
形成する(b)。この中間薄層8の形成方法として最も
簡便で性能の良い方法は、Siの金属アルコレート溶液
中、或いはこの溶液に屈折率制御用添加物を含んだ液を
混合した液中に上記基板1を浸漬し、これを液中より引
き上げて乾燥させ、その後数百度(200〜500℃)の温度
でベーキングして中間薄層8を形成する方法である。
別の方法としては、上記液を基板1の第1のクラッド
7上に塗布した後、基板1をスピンナで回転させ、その
後上記のようにベーキングする方法である。
次いで、中間薄層8上にスート状の第2のクラッド層
9を堆積させた後(c)、高温で焼結することにより透
明な第2のクラッド層9とし、光導波路が完成する
(d)。
かかる方法によれば、コア層5表面に中間薄層8を形
成するための溶液を塗布する際に、第1のクラッド層7
表面及びコア層5表面の微少な凹凸乃至空隙部を溶液に
より埋めて滑らかにすることができ、特にコア層5側部
表面の境界面に生じる構造の不均一性を解消することが
できる。なお、中間薄層8の軟化温度を各層5,7,9のそ
れよりも低い材料で構成しておくと、焼結工程(d)で
中間薄層8が流動状態に近い状態となり、凹凸表面をよ
り滑らかにすることができる。
なお、中間薄層8を形成するプロセス(b)を真空中
で行うようにすれば、第1のクラッド層7及びコア層5
と中間薄層8との境界面の空隙を容易に無くすことがで
きる。
中間薄層8を形成する方法としては、上記方法の他
に、CVD法、スパッタリング法、電子ビーム蒸着法等を
用いても良い。
第3図の(a)(b)は光導波路の第2の実施例を示
している。これは第1のクラッド層7の厚みに変化をつ
けた構造のもので、第1図の第1のクラッド層7とコア
層5の境界面の不連続箇所xの構造の不均一、すなわち
コア5をエッチングプロセスで矩形状に形成する場合に
発生する不均一による光導波路の散乱損失を低減させる
のに極めて有効な構造である。
図示するようにコア層5の形成されている部分の第1
のクラッド層7の厚みがt2、それ以外の部分の厚みが若
干薄い(1000Å〜2μmの値)厚みt1とされている。こ
のように第1のクラッド層7を形成するには、先ず第1
のクラッド層7上にスラブ状のコア層用ガラス膜を形成
しておき、このガラス膜をエッチングプロセスにより略
矩形状のコア層5に形成する場合に、エッチング時間を
第1図の構造の場合よりも長くして第1のクラッド層7
の一部分もエッチングすれば良い。これにより、コア層
5と第1のクラッド層7の境界面の不連続部が無くな
り、連続となるので、コア層5での散乱損失を大巾に低
減することができる。第3図の(a)はコア層5が一つ
の場合、(b)はコア層5を二つ平行に配置した結合光
導波路の場合を示している。
第4図は光導波路の第3の実施例を示している。これ
は第2のクラッド層9の上表面を第1のクラッド層7及
びコア層5の表面形状に沿って段差を有するように形成
したものである。この構造によれば、第2のクラッド層
9が平均的に薄い厚みに形成されているので、曲線光導
波路での曲がり損失を低減させることができる。
本発明は上記実施例の範囲に限定されない。例えば、
基板1に第1のクラッド層7の屈折率と同等かそれより
も低い値のものを用いた場合には、第1のクラッド層7
は基板1で代用しても良い。これにより、第1のクラッ
ド層7の形成プロセスを省略でき、コストダウンが図れ
る。コア層5は光導波路の長手方向に直線状に形成され
たもの、曲線部を有するもの、折れ曲がりを有するもの
等がある。
基板1の裏面には第1のクラッド層、コア層、第2の
クラッド層、中間薄層等の層が少なくとも一つ形成され
ていても良く、また光導波路には金属膜が形成されてい
ても良く、半導体レーザ、受光素子、光ファイバ等の光
部品や電極などを実装していても良い。
本発明の光導波路を用いることによって、Y分岐結合
器、方向性結合器、スターカプラ、フィルタ等の光回路
を構成することができる。
[発明の効果] 以上要するに本発明によれば、次のような優れた効果
を発揮する。
(1)コア層の表面が相溶性を有する中間薄層により密
着性よく覆われているので、第1のクラッド層の表面及
びコア層表面の凹凸乃至空隙部が中間薄層によって埋め
られて滑らかになり、特にコア層側部表面の境界面に生
じる構造の不均一性が解消され、散乱損失等の損失が低
減する。
(2)また、本発明の製造方法によれば、コア層表面に
中間層を形成するための溶液を塗布する際に、コア層側
部表面の凹凸を容積により埋めて滑らかにすることがで
き、コア層側部表面の境界面に生じる構造の不均一性が
解消する。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に係る光導波路の第1実施例を示す斜視
図、第2図は同光導波路の製造方法を説明するフローチ
ャート、第3図は光導波路の第2実施例を示す図、第4
図は光導波路の第3実施例を示す斜視図、第5図は本発
明者等が先に提案した光導波路の製造方法を説明する工
程図である。 図中、1は基板、5はコア層、7は第1のクラッド層、
8は中間薄層、9は第2のクラッド層である。

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】基板上に形成された第1のクラッド層と、
    該第1のクラッド層上に形成されたこれよりも断面の小
    さい略矩形状のコア層と、第1のクラッド層及びコア層
    の表面に密着性よく被覆された相溶性を有し、かつ軟化
    温度が上記第1のクラッド層及びコア層よりも低い中間
    薄層と、該中間薄層上に形成された軟化温度が該中間薄
    層よりも高い第2のクラッド層とからなる光導波路。
  2. 【請求項2】上記第1のクラッド層が、コア層の形成さ
    れている部分を厚く、それ以外の部分を薄く形成されて
    いる請求項1記載の光導波路。
  3. 【請求項3】第2のクラッド層上表面が、第1のクラッ
    ド層及びコア層の表面形状に沿った段差を有している請
    求項1又は2記載の光導波路。
  4. 【請求項4】基板の屈折率が第1のクラッド層の屈折率
    以下の場合、第1のクラッド層が基板で代用されている
    請求項1、2又は3記載の光導波路。
  5. 【請求項5】第1のクラッド層上に断面の小さい略矩形
    状のコア層を形成した後、第1のクラッド層及びコア層
    の表面に軟化温度が上記第1のクラッド層及びコア層よ
    りも低いSiの金属アルコレート溶液、或いは該溶液に屈
    折率制御用添加物を含んだ液を混合した溶液を塗布し、
    これを乾燥、固化及び加熱して上記コア層の断面形状は
    略矩形状に保ったまま中間薄層を形成した後、該中間薄
    層上に軟化温度が該中間薄層よりも高い第2のクラッド
    層を形成する光導波路の製造方法。
  6. 【請求項6】上記中間薄層を真空中で形成する請求項5
    記載の光導波路の製造方法。
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