JP2666751B2 - Manufacturing method of optical waveguide - Google Patents
Manufacturing method of optical waveguideInfo
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Description
【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は光導波路の製造方法に関
し、特に基板上に形成されたストライプ上のコアがクラ
ッドにより埋め込まれた光導波路の製造方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing an optical waveguide, and more particularly, to a method for manufacturing an optical waveguide in which a core on a stripe formed on a substrate is buried by cladding.
【0002】[0002]
【従来の技術】図3は、従来の光導波路デバイスの1例
を示す導波路の断面図である。基板1上に形成された下
層クラッド層8及び下層クラッド8よりも屈折率が高い
材料よりなるコア層3を形成し、エッチングを行うこと
によってストライプ状のコア3bを形成した後に、この
コア3bを上層クラッド層9で埋め込むことにより光導
波路を形成する際に、コアが近接されて配置される構造
において上層クラッド層9の埋め込みが不完全となって
おり、空気層10がコアの間に発生している。このよう
にして発生する空気層10は光導波路の伝搬損失、フィ
ルタ特性、偏光依存性などの特性が劣化するために除去
する必要がある。2. Description of the Related Art FIG. 3 is a sectional view of a waveguide showing an example of a conventional optical waveguide device. After forming a lower clad layer 8 formed on the substrate 1 and a core layer 3 made of a material having a higher refractive index than the lower clad 8, the striped core 3b is formed by etching. When an optical waveguide is formed by embedding with the upper cladding layer 9, the embedding of the upper cladding layer 9 is incomplete in a structure in which the cores are arranged close to each other, and the air layer 10 is generated between the cores. ing. The air layer 10 thus generated needs to be removed because characteristics such as propagation loss, filter characteristics, and polarization dependence of the optical waveguide deteriorate.
【0003】そのために、従来例えば特開平1−267
509で開示されているように、埋め込む前の形状を制
御することにより埋め込み特性を改善している。図4は
この方法を用いて埋め込み特性を改善する方法を示す。
基板1上に形成された下層クラッド層8及び下層クラッ
ド層8よりも屈折率が高い材料よりなるコア層を形成
し、エッチングにより形成したストライプ状のコア3b
の上に展着層11を形成し、コア3bをなす材料のリフ
ロー温度以上に基板1を加熱することによりコア3bの
凹角コーナーを除去して上層クラッド層9の埋め込みを
改善している。[0003] For this purpose, for example, Japanese Patent Laid-Open Publication No.
As disclosed in reference numeral 509, the embedding characteristics are improved by controlling the shape before embedding. FIG. 4 shows a method for improving the embedding characteristics using this method.
A lower clad layer 8 formed on the substrate 1 and a core layer made of a material having a higher refractive index than the lower clad layer 8 are formed, and a striped core 3b formed by etching is formed.
A spreading layer 11 is formed on the substrate 3 and the substrate 1 is heated to a temperature not lower than the reflow temperature of the material forming the core 3b, thereby removing the reentrant corners of the core 3b and improving the embedding of the upper cladding layer 9.
【0004】また、従来、上層クラッド層9を形成する
際に石英の微粉末を溶融して製造する事により、コアが
近接して配置された構造も上層クラッド層9によって埋
め込む事も広く行われている。一方、ボロン、リンを混
入させたガラスを用いて800度以下で低温リフローさ
せることにより、エッチング穴を石英系膜で埋め込む技
術が知られている。Conventionally, when the upper cladding layer 9 is formed, a structure in which the cores are arranged close to each other and the upper cladding layer 9 are buried by melting and manufacturing the fine quartz powder. ing. On the other hand, there is known a technique in which an etching hole is filled with a quartz-based film by reflowing at a low temperature of 800 ° C. or less using glass mixed with boron and phosphorus.
【0005】[0005]
【発明が解決しようとする課題】上記のコアをリフロー
によりコアの凹角コーナーを除去する方法においては、
コアの形状が変化してしまうために方形光導波路を得る
ことができず、これに起因して導波路特性の偏光依存性
が発生するという問題があった。In the above-mentioned method for removing the reentrant corners of the core by reflowing the core,
Since the shape of the core changes, a rectangular optical waveguide cannot be obtained, resulting in a problem that the polarization dependence of the waveguide characteristics is caused.
【0006】上記の石英の微粉末を溶融して上層クラッ
ド層とする方法においては、一般的に石英の微粉末を融
解するために1000度以上の高温を必要とするため
に、石英膜中に応力が残り光導波路特性の複屈折性が大
きくなるという問題や金属配線等を形成した基板に導波
路形成することが困難という問題があった。上記のボロ
ン、リンを混入させたガラスに含まれるボロンと、コア
に含まれるゲルマニウム、チタン等の不純物が膜中に相
互に拡散してしまうために、光導波路の断面屈折率分布
にばらつきが生じてしまい、光導波路特性の伝搬損失等
の偏光依存性が大きくなるという問題があった。In the above method of melting the fine quartz powder to form an upper clad layer, generally, a high temperature of 1000 ° C. or more is required to melt the fine quartz powder. There is a problem that the stress remains and the birefringence of the optical waveguide characteristics increases, and that it is difficult to form a waveguide on a substrate on which metal wiring and the like are formed. Since the boron contained in the glass mixed with boron and phosphorus and the impurities such as germanium and titanium contained in the core diffuse into each other in the film, a variation occurs in the cross-sectional refractive index distribution of the optical waveguide. As a result, there has been a problem that the polarization dependence of the optical waveguide characteristics such as propagation loss is increased.
【0007】本発明の目的は、コアの形状を変化させ
ず、また850度より高い温度となる工程を用いずにコ
アの近接した領域を埋め込むことができ、さらに導波路
特性の偏光依存性の小さい光導波路の製造を可能とする
ことである。SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to bury a region close to the core without changing the shape of the core and without using a process that raises the temperature to a temperature higher than 850 degrees. It is to enable the manufacture of a small optical waveguide.
【0008】[0008]
【課題を解決するための手段】本発明は、基板上に形成
されたストライプ状のコアがクラッドにより埋め込まれ
た光導波路の製造方法において、基板上に第1下層クラ
ッド層及び前記第1下層クラッド層よりもリフロー温度
の低い材料によりなるコア層を形成し、該コア層をエッ
チングしてストライプ状のコアを形成した後、前記コア
をなす材料のリフロー温度よりもリフロー温度の高い材
料で前記コアを被う層である第1上層クラッド層を形成
し、次に前記第1上層クラッド層の上に前記第1上層ク
ラッド層の材料よりもリフロー温度の低い第2上層クラ
ッド層を形成し、さらに前記基板を前記第2クラッド層
のリフロー温度よりも高い温度に保った後に前記第2上
層クラッド層の上に第3上層クラッド層を形成すること
を特徴とする。なお、第1下層クラッド層とコア層との
間に第2下層クラッド層を形成してもよい。この第2下
層クラッド層は、コア層および第1下層クラッド層の材
料よりもリフロー温度の低い材料を用いる。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention relates to a method of manufacturing an optical waveguide in which a stripe-shaped core formed on a substrate is embedded with a clad, and wherein a first lower clad layer and the first lower clad layer are formed on the substrate. After forming a core layer made of a material having a lower reflow temperature than the layer and etching the core layer to form a striped core, the core is made of a material having a reflow temperature higher than the reflow temperature of the material forming the core. Forming a first upper clad layer, which is a layer covering the second upper clad layer, and then forming a second upper clad layer having a lower reflow temperature than the material of the first upper clad layer on the first upper clad layer; After maintaining the substrate at a temperature higher than the reflow temperature of the second cladding layer, a third upper cladding layer is formed on the second upper cladding layer. Note that a second lower clad layer may be formed between the first lower clad layer and the core layer. For the second lower cladding layer, a material having a lower reflow temperature than the material of the core layer and the first lower cladding layer is used.
【0009】[0009]
【作用】コアの材料よりもリフロー温度が高い第1上層
クラッド層をコアを被うように形成し、その後にコアの
材料よりもリフロー温度が低い材料よりなる第2クラッ
ド層を形成するために、コア及び第2クラッド層に含ま
れている不純物の拡散が抑圧させることができる。この
ためにコアと第2クラッド層の断面の屈折率分布の制御
が容易となり、光導波路の特性の偏光依存性が小さいデ
バイスを製造できる。In order to form a first upper clad layer having a higher reflow temperature than the material of the core so as to cover the core, and then to form a second clad layer made of a material having a lower reflow temperature than the material of the core, The diffusion of the impurities contained in the core and the second cladding layer can be suppressed. For this reason, it becomes easy to control the refractive index distribution of the cross section of the core and the second cladding layer, and it is possible to manufacture a device in which the polarization dependence of the characteristics of the optical waveguide is small.
【0010】[0010]
【実施例】以下、本発明について図面を用いて説明す
る。図1は本発明による第1の実施例に関する工程図で
ある。図1(a)は光導波路における第1下層クラッド
層2と第1下層クラッド層2よりも屈折率の高いコア層
3aを基板1に形成する工程を示している。基板1とし
てシリコン基板を用い、第1下層クラッド層2としてリ
ンを不純物として含むガラス(以下PSGとする)を1
0μm、コア層3aとしてゲルマニウム、リンを不純物
として含むガラス(以下GPSGとする)を6μm形成
した。第1下層クラッド層2の材料として不純物の拡散
を小さくするためにコア層3aの材料よりリフロー温度
が十分高いことが必要である。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a process chart relating to a first embodiment according to the present invention. FIG. 1A shows a step of forming a first lower cladding layer 2 and a core layer 3a having a higher refractive index than the first lower cladding layer 2 on the substrate 1 in the optical waveguide. A silicon substrate is used as the substrate 1, and glass (hereinafter referred to as PSG) containing phosphorus as an impurity is used as the first lower cladding layer 2.
Glass having a thickness of 0 μm and glass containing germanium and phosphorus as impurities (hereinafter referred to as GPSG) was formed as the core layer 3 a with a thickness of 6 μm. The material of the first lower cladding layer 2 needs to have a reflow temperature sufficiently higher than that of the material of the core layer 3a in order to reduce the diffusion of impurities.
【0011】図1(b)はフォトリソグラフィによって
光導波路をパターニングしたのちに、反応性イオンビー
ムエッチング装置によりコア層3aをストライプ状のコ
ア3bに加工する工程を示している。ストライプの幅は
6μmとした。エッチング装置としては反応性イオンビ
ームエッチング装置に限定するものではく、反応性イオ
ンエッチング等のコアをストライプ状に形成することの
できる方式であるならば用いることができる。FIG. 1B shows a step of processing the core layer 3a into a striped core 3b by a reactive ion beam etching apparatus after patterning the optical waveguide by photolithography. The width of the stripe was 6 μm. The etching apparatus is not limited to the reactive ion beam etching apparatus, and any method can be used as long as it is a method capable of forming a core in a stripe shape by reactive ion etching or the like.
【0012】図1(c)は第1上層クラッド層4を形成
する工程を示している。第1上層クラッド層4の材料と
しては、屈折率が第1下層クラッド層2に近い事が望ま
しい。第1上層クラッド層としてPSGを0.15μm
形成した。第1上層クラッド層の材料のリフロー温度が
コア3bをなす材料のリフロー温度より高いことが必要
である。FIG. 1C shows a step of forming the first upper cladding layer 4. The material of the first upper cladding layer 4 preferably has a refractive index close to that of the first lower cladding layer 2. 0.15 μm PSG as the first upper cladding layer
Formed. It is necessary that the reflow temperature of the material of the first upper cladding layer is higher than the reflow temperature of the material forming the core 3b.
【0013】図1(d)は第2上層クラッド層5を形成
する工程を示している。第2上層クラッドとしてボロ
ン、リンを不純物として含むガラス(以下BPSGとす
る)を1.6μm形成した。第2上層クラッド層5の材
料としては、リフロー温度が第1上層クラッド層4より
低いことが必要である。第2上層クラッド層5の材料と
しては、屈折率が第1下層クラッド層2に近い事が望ま
しい。FIG. 1D shows a step of forming the second upper clad layer 5. A glass (hereinafter, referred to as BPSG) containing boron and phosphorus as impurities was formed as the second upper cladding at 1.6 μm. The material of the second upper cladding layer 5 needs to have a lower reflow temperature than that of the first upper cladding layer 4. The material of the second upper cladding layer 5 preferably has a refractive index close to that of the first lower cladding layer 2.
【0014】図1(e)は第2上層クラッド層5をリフ
ローにより順テーパ化する工程を示している。リフロー
は水蒸気を含む酸素雰囲気で800度3時間行った。水
蒸気を含まない雰囲気で行う場合にはリフロー温度が8
50度程度が望ましい。なお、リフローを起こす雰囲気
であれば酸素雰囲気だけに限定するものではない。FIG. 1E shows a step of making the second upper cladding layer 5 forward tapered by reflow. The reflow was performed at 800 ° C. for 3 hours in an oxygen atmosphere containing water vapor. When performing in an atmosphere that does not contain water vapor, the reflow temperature is 8
About 50 degrees is desirable. The atmosphere is not limited to the oxygen atmosphere as long as the atmosphere causes reflow.
【0015】図1(f)は第3上層クラッド層6を形成
する工程である。第3クラッド層としてPSGを10μ
m形成した。前リフロー工程により光導波路の断面形状
が順テーパ状になっているために埋め込みが容易となっ
ている。第3上層クラッド層6の材料としては、屈折率
が第1下層クラッド層2に近い事が望ましい。なお、P
SG、GPSG、BPSGの形成にはテトラエトキシシ
ラン(TEOS)、フォスフィンテトラメトキシド(T
MOP)、ゲルマニウムテトラメトキシド(TMG)、
テトラエトキシボロン(TEB)ソースを用いた常圧化
学気相堆積法を用いた。FIG. 1F shows a step of forming a third upper cladding layer 6. 10 μm of PSG as the third cladding layer
m was formed. Since the cross-sectional shape of the optical waveguide has a forward tapered shape due to the pre-reflow step, the embedding is easy. The material of the third upper cladding layer 6 preferably has a refractive index close to that of the first lower cladding layer 2. Note that P
For the formation of SG, GPSG and BPSG, tetraethoxysilane (TEOS), phosphine tetramethoxide (T
MOP), germanium tetramethoxide (TMG),
An atmospheric pressure chemical vapor deposition method using a tetraethoxyboron (TEB) source was used.
【0016】発明者はコア3b及び第2上層クラッド層
5の材料のリフロー温度よりも高いリフロー温度である
材料を第1上層クラッド層4に用いることによってコア
3b及び第2上層クラッド層5に含まれている不純物の
拡散が抑制させて屈折率の変化を抑制できることを発見
した。従って、図1の工程により形成された光導波路は
コア3bが近接した領域においての埋め込みが良好であ
り、コア形状が方形であること、低温のプロセスを用い
るために複屈折性が小さいこと、及び断面の屈折率分布
が容易に制御されることのために導波路特性の偏光依存
性が小さい光導波路が得られる。また、低温のプロセス
を用いるために金属膜等を形成した基板に対しても導波
路を形成することができる。The inventor uses the material having a reflow temperature higher than the reflow temperature of the material of the core 3b and the second upper cladding layer 5 for the first upper cladding layer 4 so that the core 3b and the second upper cladding layer 5 include the material. It has been found that the diffusion of impurities can be suppressed and the change in the refractive index can be suppressed. Therefore, the optical waveguide formed by the process of FIG. 1 has a good embedding in a region where the core 3b is close, has a square core shape, has a small birefringence because of using a low-temperature process, and Since the refractive index distribution of the cross section is easily controlled, an optical waveguide having small polarization dependence of the waveguide characteristics can be obtained. Further, since a low-temperature process is used, a waveguide can be formed on a substrate on which a metal film or the like is formed.
【0017】図2は本発明による第2の実施例に関する
工程図である。第1の実施例との違いは、第1下層クラ
ッド層2、第3上層クラッド層6とが第2上層クラッド
層と材質が同じであり、コア層3aを形成する前にコア
層3a、第1下層クラッド層2の材料よりもリフロー温
度の低い材料よりなる第2下層クラッド層7を形成して
いる事である。FIG. 2 is a flow chart showing a second embodiment according to the present invention. The difference from the first embodiment is that the first lower cladding layer 2 and the third upper cladding layer 6 are made of the same material as the second upper cladding layer, and the core layer 3a and the third This means that the second lower clad layer 7 made of a material having a lower reflow temperature than the material of the first lower clad layer 2 is formed.
【0018】実施例1,2ともに第2上層クラッド層5
を厚くすることにより第3上層クラッド層6の形成を省
略することもできる。基板1の材料としてはシリコンが
一般的であるが、セラミックやガラス基板、あるいはG
aAs、InP等の結晶基板でも使用できる第1下層ク
ラッド層2、第2下層クラッド層7、コア層3a、第1
上層クラッド層4、第2上層クラッド層5、第3上層ク
ラッド層6として用いられる材料としてはリン、ボロ
ン、ゲルマニウム、チタン等を不純物として含有する石
英系ガラスを用いることが一般的である。また、窒化珪
素やSiONも用いることができる。形成方法としては
CVD法、EB蒸着法、スパッタ法、火炎堆積法に限ら
ず用いることができ、限定されるものではない。第2上
層クラッド層7、第1下層クラッド層4にはリフロー層
5、コア3bに用いた材料のリフロー温度よりも高い物
を用いる必要があり、屈折率はクラッド層と近い方が望
ましい。屈折率がクラッド層と異なる場合には断面の光
電界に影響を与えない程度に薄くする必要がある。第2
上層クラッド層5の膜厚を導波路に伝搬させる光の波長
に比較して十分小さくすることが望ましい。In both the first and second embodiments, the second upper clad layer 5
, The formation of the third upper cladding layer 6 can be omitted. As a material of the substrate 1, silicon is generally used.
a first lower clad layer 2, a second lower clad layer 7, a core layer 3a, a first
As a material used for the upper cladding layer 4, the second upper cladding layer 5, and the third upper cladding layer 6, it is common to use a quartz glass containing phosphorus, boron, germanium, titanium, or the like as an impurity. Further, silicon nitride or SiON can also be used. The formation method is not limited to the CVD method, the EB evaporation method, the sputtering method, and the flame deposition method, and is not limited. For the second upper clad layer 7 and the first lower clad layer 4, it is necessary to use a material higher than the reflow temperature of the material used for the reflow layer 5 and the core 3b, and it is desirable that the refractive index is closer to that of the clad layer. When the refractive index is different from that of the cladding layer, it is necessary to reduce the thickness so as not to affect the optical electric field in the cross section. Second
It is desirable that the thickness of the upper cladding layer 5 be sufficiently smaller than the wavelength of light to be propagated through the waveguide.
【0019】[0019]
【発明の効果】本発明による光導波路の製造方法を用い
る事により、導波路のコアが近接した領域における上層
クラッド層の埋め込みが良好であり、複屈折性が小さい
デバイスを低温のプロセスを用いて製造できる。また、
低温のプロセスであるために金属膜等を形成した基板に
対しても導波路を形成することができる。By using the method for manufacturing an optical waveguide according to the present invention, a device having a good embedding of the upper cladding layer in a region where the core of the waveguide is close and having a small birefringence can be manufactured by using a low-temperature process. Can be manufactured. Also,
Since it is a low-temperature process, a waveguide can be formed on a substrate on which a metal film or the like is formed.
【図1】(a)〜(f)は本発明の第1の実施例に関わ
る光導波路の製造方法の工程図である。FIGS. 1A to 1F are process diagrams of a method for manufacturing an optical waveguide according to a first embodiment of the present invention.
【図2】(a)〜(f)は本発明の第2の実施例に関わ
る光導波路の製造方法の工程図である。FIGS. 2A to 2F are process diagrams of a method for manufacturing an optical waveguide according to a second embodiment of the present invention.
【図3】従来の光デバイスの1例を示す断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view showing an example of a conventional optical device.
【図4】特開平1−267509に開示されている方法
を用いて製造した光導波路の断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view of an optical waveguide manufactured using a method disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 1-267509.
1 基板 2 第1下層クラッド層 3a コア層 3b コア 4 第1上層クラッド層 5 第2上層クラッド層 6 第3上層クラッド層 7 第2下層クラッド層 8 下層クラッド層 9 上層クラッド層 10 空気層 11 展着層 Reference Signs List 1 substrate 2 first lower clad layer 3a core layer 3b core 4 first upper clad layer 5 second upper clad layer 6 third upper clad layer 7 second lower clad layer 8 lower clad layer 9 upper clad layer 10 air layer 11 Layer
Claims (2)
がクラッドによる埋め込まれた光導波路の製造方法にお
いて、基板上に第1下層クラッド層及び前記第1下層ク
ラッド層よりもリフロー温度の低い材料にやりなるコア
層を形成し、該コア層をエッチングしてストライプ状の
コアを形成した後、前記コアをなす材料のリフロー温度
よりもリフロー温度の高い材料で前記コアを被う層であ
る第1上層クラッド層を形成し、次に前記第1上層クラ
ッド層の上に前記第1上層クラッド層の材料よりもリフ
ロー温度の低い第2上層クラッド層を形成し、さらに前
記基板を前記第2上層クラッド層のリフロー温度よりも
高い温度に保った後に前記第2上層クラッド層の上に第
3上層クラッド層を形成することを特徴とする光導波路
の製造方法。1. A method of manufacturing an optical waveguide in which a stripe-shaped core formed on a substrate is embedded by cladding, wherein a first lower cladding layer and a material having a lower reflow temperature than the first lower cladding layer are formed on the substrate. A core layer formed by forming a striped core by etching the core layer, and then covering the core with a material having a reflow temperature higher than the reflow temperature of the material forming the core. Forming an upper cladding layer, forming a second upper cladding layer having a lower reflow temperature than the material of the first upper cladding layer on the first upper cladding layer, and further forming the substrate on the second upper cladding layer; A method for manufacturing an optical waveguide, comprising forming a third upper clad layer on the second upper clad layer after maintaining the temperature higher than the reflow temperature of the layer .
がクラッドによる埋め込まれた光導波路の製造方法にお
いて、基板上に第1下層クラッド層、前記第1下層クラ
ッド層およびコア層の材料のリフロー温度よりもリフロ
ー温度の高い第2下層クラッド層、前記コア層を形成し
た後に、エッチングによりストライプ状のコアを形成
し、前記コアをなす材料のリフロー温度よりもリフロー
温度の高い材料で第1上層クラッド層を形成し、次に前
記第1上層クラッド層の上に前記第1上層クラッド層の
材料よりもリフロー温度の低い第2上層クラッド層を形
成し、さらに前記基板を前記第2上層クラッド層のリフ
ロー温度よりも高い温度に保った後に前記第2上層クラ
ッド層の上に第3上層クラッド層を形成することを特徴
とする光導波路の製造方法。2. A method of manufacturing an optical waveguide in which a stripe-shaped core formed on a substrate is embedded by cladding, wherein a reflow of materials of a first lower cladding layer, the first lower cladding layer and the core layer is performed on the substrate. After forming the second lower cladding layer having a reflow temperature higher than the temperature and the core layer, a striped core is formed by etching, and the first upper layer is formed of a material having a reflow temperature higher than the reflow temperature of the material forming the core. Forming a cladding layer , and then forming a second upper cladding layer having a lower reflow temperature than the material of the first upper cladding layer on the first upper cladding layer; Forming a third upper clad layer on the second upper clad layer after maintaining the temperature higher than the reflow temperature of the optical waveguide. Method.
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