JP3107334B2 - 希土類イオン添加光導波膜及び光導波路の製造方法 - Google Patents
希土類イオン添加光導波膜及び光導波路の製造方法Info
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- JP3107334B2 JP3107334B2 JP22996792A JP22996792A JP3107334B2 JP 3107334 B2 JP3107334 B2 JP 3107334B2 JP 22996792 A JP22996792 A JP 22996792A JP 22996792 A JP22996792 A JP 22996792A JP 3107334 B2 JP3107334 B2 JP 3107334B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は希土類イオンの添加され
た高屈折率の光導波路用コア膜を電子ビーム蒸着法によ
り製造する希土類イオン添加光導波膜及び光導波路の製
造方法に関するものである。
た高屈折率の光導波路用コア膜を電子ビーム蒸着法によ
り製造する希土類イオン添加光導波膜及び光導波路の製
造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、ガラス導波路のコア内に希土類元
素を添加することにより、レーザーや光増幅器を実現し
ようとする研究開発が注目されている。
素を添加することにより、レーザーや光増幅器を実現し
ようとする研究開発が注目されている。
【０００３】図５はガラス導波路のコア内に希土類元素
を添加する方法の従来例を示したものである。すなわ
ち、光が伝搬するコア部と、このコア部の周りにクラッ
ド層を有するガラス光導波路膜を基板上に形成させる工
程で得られる基板上のコア部用ガラス多孔質膜を、希土
類元素と遷移金属元素から選ばれた１種類以上の元素を
含む溶液中に液浸し、該元素を上記コア部に所定濃度に
添加させ、乾燥、焼結後、フォトリソグラフィ、ドライ
エッチングプロセスによりコア部表面上にクラッド層を
堆積させてレーザー用あるいは光増幅器用希土類元素添
加ガラス導波路を得る方法である（特開平２−２５０８
３号公報）。
を添加する方法の従来例を示したものである。すなわ
ち、光が伝搬するコア部と、このコア部の周りにクラッ
ド層を有するガラス光導波路膜を基板上に形成させる工
程で得られる基板上のコア部用ガラス多孔質膜を、希土
類元素と遷移金属元素から選ばれた１種類以上の元素を
含む溶液中に液浸し、該元素を上記コア部に所定濃度に
添加させ、乾燥、焼結後、フォトリソグラフィ、ドライ
エッチングプロセスによりコア部表面上にクラッド層を
堆積させてレーザー用あるいは光増幅器用希土類元素添
加ガラス導波路を得る方法である（特開平２−２５０８
３号公報）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した従
来の希土類イオン添加ガラス導波路の製造方法では以下
のような問題点があった。
来の希土類イオン添加ガラス導波路の製造方法では以下
のような問題点があった。
【０００５】コアとクラッドとの屈折率差の大きいガ
ラス導波路を製造するために、屈折率制御用添加物を含
んだ屈折率の高いコアガラス膜をバッファ層の上に形成
すると、基板全体が熱膨張係数の違いによって反りを生
じ、その反り量が１０μｍをはるかに超える大きな値に
なるので、高寸法精度の光回路をパターニングすること
が難しい。この点で屈折率差を大きくするには限界があ
った。
ラス導波路を製造するために、屈折率制御用添加物を含
んだ屈折率の高いコアガラス膜をバッファ層の上に形成
すると、基板全体が熱膨張係数の違いによって反りを生
じ、その反り量が１０μｍをはるかに超える大きな値に
なるので、高寸法精度の光回路をパターニングすること
が難しい。この点で屈折率差を大きくするには限界があ
った。
【０００６】また、コアとクラッドとの屈折率差に限
界があることがわかった。すなわち、屈折率の高いコア
用多孔質膜を堆積させても焼結プロセスで屈折率制御用
添加物が揮散してしまい、屈折率の高いコア層を実現す
ることは難しく、最大でも１．４７を超えることはなか
った。そのため、比屈折率差はたかだか１％程度が限界
であった。
界があることがわかった。すなわち、屈折率の高いコア
用多孔質膜を堆積させても焼結プロセスで屈折率制御用
添加物が揮散してしまい、屈折率の高いコア層を実現す
ることは難しく、最大でも１．４７を超えることはなか
った。そのため、比屈折率差はたかだか１％程度が限界
であった。
【０００７】コア部内に希土類元素を均一に添加する
ことが困難であった。すなわち、上述した方法はガラス
多孔質膜中に液体を含浸させる方法であるため、ガラス
多孔質膜の厚さ方向に濃度分布を持つことになり、コア
部内での希土類元素の濃度勾配は励起効率の低下を招い
ていた。
ことが困難であった。すなわち、上述した方法はガラス
多孔質膜中に液体を含浸させる方法であるため、ガラス
多孔質膜の厚さ方向に濃度分布を持つことになり、コア
部内での希土類元素の濃度勾配は励起効率の低下を招い
ていた。
【０００８】コア部内に希土類元素を多量に添加する
ことは困難であった。
ことは困難であった。
【０００９】ガラス多孔質膜を堆積させた後、これを
焼結して透明なガラスにする方法であるため、膜厚及び
屈折率の制御が困難であった。
焼結して透明なガラスにする方法であるため、膜厚及び
屈折率の制御が困難であった。
【００１０】液体を通して不純物が混入し易く、低損
失化が困難であった。
失化が困難であった。
【００１１】そこで、本発明は上述した問題点を有効に
解決するために案出されたものであり、その主な目的は
高屈折率の希土類イオンの添加された光導波路用コア膜
を基板上に反りを小さく成膜でき、かつその膜厚及び屈
折率の制御が容易で、不純物含有の虞のない透過率の良
い膜を成膜する方法および希土類イオンの添加量を容易
に制御できる希土類イオン添加光導波膜及び光導波路の
製造方法を提供するものである。
解決するために案出されたものであり、その主な目的は
高屈折率の希土類イオンの添加された光導波路用コア膜
を基板上に反りを小さく成膜でき、かつその膜厚及び屈
折率の制御が容易で、不純物含有の虞のない透過率の良
い膜を成膜する方法および希土類イオンの添加量を容易
に制御できる希土類イオン添加光導波膜及び光導波路の
製造方法を提供するものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に第一の発明は、真空に排気中のチャンバー内上方部に
基板を配置してこれを加熱すると共に、該基板下方部に
蒸発源を配置し、該蒸発源内に、Ｓｉ3 Ｎ4 と希土類元
素の酸化物の粉末を所望重量比で混合し、ホットプレス
により固めたタブレットを収容した後、上記チャンバー
内にＯ2 ガスを導入しつつ、上記タブレットに電子ビー
ムを照射してこれを蒸発させて上記基板上に希土類イオ
ンを含有したＳｉx Ｏy Ｎz の光導波膜を形成するもの
であり、また、第二の発明は、真空に排気中のチャンバ
ー内上方部に基板を配置して加熱すると共に、該基板下
方部に、Ｓｉ3 Ｎ4 タブレットを収容した蒸発源と、希
土類元素を少なくとも１種含有した酸化物のタブレット
を収容した蒸発源を配置した後、上記チャンバー内にＯ
2 ガスを導入しつつ、これらタブレットにそれぞれ電子
ビームを照射して蒸発させ、上記基板上に希土類イオン
を少なくとも１種含有したＳｉx Ｏy Ｎz の光導波膜を
形成するものであり、さらに、第三の発明は上記一つの
蒸発源に入れるタブレットとしてＳｉ3 Ｎ4 の代わりに
ＳｉＯ2 、あるいはＳｉＯ2 に屈折率制御用酸化物を少
なくとも１種含んだものとＳｉ3 Ｎ4 の粉末を所望重量
比で混合し、ホットプレスにより固めたものを用いるも
のである。また、第四の発明は、上記基板として、その
表面に形成される膜の屈折率よりも低い値の屈折率を有
する基板、あるいはその表面に形成される膜より低い屈
折率の層を予め形成した基板を用いるものであり、第五
の発明は上記発明方法によって得られた光導波膜をフォ
トリゾグラフィ及びドライエッチングにより略矩形状パ
ターンに加工した後、該略矩形状パターン表面上に上記
光導波膜の屈折率よりも低いクラッド膜を被覆して形成
するものである。
に第一の発明は、真空に排気中のチャンバー内上方部に
基板を配置してこれを加熱すると共に、該基板下方部に
蒸発源を配置し、該蒸発源内に、Ｓｉ3 Ｎ4 と希土類元
素の酸化物の粉末を所望重量比で混合し、ホットプレス
により固めたタブレットを収容した後、上記チャンバー
内にＯ2 ガスを導入しつつ、上記タブレットに電子ビー
ムを照射してこれを蒸発させて上記基板上に希土類イオ
ンを含有したＳｉx Ｏy Ｎz の光導波膜を形成するもの
であり、また、第二の発明は、真空に排気中のチャンバ
ー内上方部に基板を配置して加熱すると共に、該基板下
方部に、Ｓｉ3 Ｎ4 タブレットを収容した蒸発源と、希
土類元素を少なくとも１種含有した酸化物のタブレット
を収容した蒸発源を配置した後、上記チャンバー内にＯ
2 ガスを導入しつつ、これらタブレットにそれぞれ電子
ビームを照射して蒸発させ、上記基板上に希土類イオン
を少なくとも１種含有したＳｉx Ｏy Ｎz の光導波膜を
形成するものであり、さらに、第三の発明は上記一つの
蒸発源に入れるタブレットとしてＳｉ3 Ｎ4 の代わりに
ＳｉＯ2 、あるいはＳｉＯ2 に屈折率制御用酸化物を少
なくとも１種含んだものとＳｉ3 Ｎ4 の粉末を所望重量
比で混合し、ホットプレスにより固めたものを用いるも
のである。また、第四の発明は、上記基板として、その
表面に形成される膜の屈折率よりも低い値の屈折率を有
する基板、あるいはその表面に形成される膜より低い屈
折率の層を予め形成した基板を用いるものであり、第五
の発明は上記発明方法によって得られた光導波膜をフォ
トリゾグラフィ及びドライエッチングにより略矩形状パ
ターンに加工した後、該略矩形状パターン表面上に上記
光導波膜の屈折率よりも低いクラッド膜を被覆して形成
するものである。
【００１３】
【作用】本発明は上述したように、第一及び第二の発明
によれば、希土類イオンを含み、かつ屈折率が１．４６
５から２．０に近い値の高屈折率膜を形成することがで
きる。しかも、この膜はＳｉＯ2 基板上に１０μｍ程度
の厚みを形成しても基板の反りが極めて少なくなる。ま
た、電子ビーム蒸着法で膜を形成するので、電子ガンの
電流値を調節することにより、希土類元素とＳｉx Ｏy
Ｎz との蒸着速度を容易に制御することができる。これ
は、Ｓｉx Ｏy Ｎz 中への希土類イオンの添加量を上記
電流値で制御できることを意味する。さらに、電子ビー
ム蒸着法では膜厚をモニタしながら形成することができ
るので、膜厚の制御も可能である。また、膜形成中の真
空度、すなわちＯ2 分圧量を調節することにより、Ｓｉ
x Ｏy Ｎz のｘ，ｙ，ｚの値を制御することができ、結
果的に屈折率の制御が容易にできる。さらに、真空中で
膜形成を行うので、不純物の混入の少ない透明度の良い
膜を形成することができる。尚、希土類元素としては、
Ｅｒ，Ｎｄ，Ｙｂ，Ｅｕ，Ｓｍ，Ｔｍ，Ｈｏ，Ｐｒなど
を用いることができる。これらの酸化物としてはＥｒ2
Ｏ3 ，Ｎｄ2 Ｏ3 ，Ｙｂ2 Ｏ3 などを用いることができ
る。
によれば、希土類イオンを含み、かつ屈折率が１．４６
５から２．０に近い値の高屈折率膜を形成することがで
きる。しかも、この膜はＳｉＯ2 基板上に１０μｍ程度
の厚みを形成しても基板の反りが極めて少なくなる。ま
た、電子ビーム蒸着法で膜を形成するので、電子ガンの
電流値を調節することにより、希土類元素とＳｉx Ｏy
Ｎz との蒸着速度を容易に制御することができる。これ
は、Ｓｉx Ｏy Ｎz 中への希土類イオンの添加量を上記
電流値で制御できることを意味する。さらに、電子ビー
ム蒸着法では膜厚をモニタしながら形成することができ
るので、膜厚の制御も可能である。また、膜形成中の真
空度、すなわちＯ2 分圧量を調節することにより、Ｓｉ
x Ｏy Ｎz のｘ，ｙ，ｚの値を制御することができ、結
果的に屈折率の制御が容易にできる。さらに、真空中で
膜形成を行うので、不純物の混入の少ない透明度の良い
膜を形成することができる。尚、希土類元素としては、
Ｅｒ，Ｎｄ，Ｙｂ，Ｅｕ，Ｓｍ，Ｔｍ，Ｈｏ，Ｐｒなど
を用いることができる。これらの酸化物としてはＥｒ2
Ｏ3 ，Ｎｄ2 Ｏ3 ，Ｙｂ2 Ｏ3 などを用いることができ
る。
【００１４】また、第三の発明によればＳｉx Ｏy Ｎz
のｘ、ｙ、ｚを所望値に設定した光導波膜を容易に得る
ことができる。すなわち、ＳｉＯ2 とＳｉ3 Ｎ4 の粉末
の所望重量比に応じてｘ、ｙ、ｚを設定することがで
き、これは結果的に屈折率値を所望値に選べることを意
味する。ここで、ＳｉＯ2 とＳｉ3 Ｎ4 の融点について
比較してみると、その値は１５００℃と１９００℃であ
り、比較的近い値をもった高融点材料であり、電子ビー
ムで蒸発させる上で好都合である。上記ＳｉＯ2 の代わ
りに、ＳｉＯ2 にＰ2 Ｏ5 ，ＴｉＯ2 ，Ｎｂ2 Ｏ3 ，Ｔ
ａ2 Ｏ5 ，Ａｌ2 Ｏ3 などの酸化物を添加したものを用
いれば屈折率の調節以外に、光信号増幅用、励起光のエ
ネルギ変換効率の低下防止用、高濃度希土類イオンの活
性化用として作用をもたせることが可能となる。
のｘ、ｙ、ｚを所望値に設定した光導波膜を容易に得る
ことができる。すなわち、ＳｉＯ2 とＳｉ3 Ｎ4 の粉末
の所望重量比に応じてｘ、ｙ、ｚを設定することがで
き、これは結果的に屈折率値を所望値に選べることを意
味する。ここで、ＳｉＯ2 とＳｉ3 Ｎ4 の融点について
比較してみると、その値は１５００℃と１９００℃であ
り、比較的近い値をもった高融点材料であり、電子ビー
ムで蒸発させる上で好都合である。上記ＳｉＯ2 の代わ
りに、ＳｉＯ2 にＰ2 Ｏ5 ，ＴｉＯ2 ，Ｎｂ2 Ｏ3 ，Ｔ
ａ2 Ｏ5 ，Ａｌ2 Ｏ3 などの酸化物を添加したものを用
いれば屈折率の調節以外に、光信号増幅用、励起光のエ
ネルギ変換効率の低下防止用、高濃度希土類イオンの活
性化用として作用をもたせることが可能となる。
【００１５】また、第四の発明によれば、基板にガラス
（石英系、多成分系）、半導体（Ｓｉ、ＧａＡｓ、Ｉｎ
Ｐなど）、強誘電気体（ＬｉＮｂＯ3 、ＬｉＴａＯ3 な
ど）、磁性体、サファイヤなどの種々のものを用いるこ
とができるので、種々の機能をもった光デバイス（増
幅、発振、変調、合波、分波、分配など）を製造するこ
とができ、また、低価格な基板を選択することによって
低価格な光デバイスの実現が可能となる。
（石英系、多成分系）、半導体（Ｓｉ、ＧａＡｓ、Ｉｎ
Ｐなど）、強誘電気体（ＬｉＮｂＯ3 、ＬｉＴａＯ3 な
ど）、磁性体、サファイヤなどの種々のものを用いるこ
とができるので、種々の機能をもった光デバイス（増
幅、発振、変調、合波、分波、分配など）を製造するこ
とができ、また、低価格な基板を選択することによって
低価格な光デバイスの実現が可能となる。
【００１６】また、第五の発明によれば、低損失で高比
屈折率差の希土類イオン添加光導波路を実現することが
できる。たとえば、Ｅｒイオンを添加した光導波路に励
起光（例えば，波長１．４８μｍ）と信号光（波長１．
５μｍ帯の光）を伝搬させることにより、信号光を増幅
させる機能をもった導波路型光増幅器を実現することが
できる。
屈折率差の希土類イオン添加光導波路を実現することが
できる。たとえば、Ｅｒイオンを添加した光導波路に励
起光（例えば，波長１．４８μｍ）と信号光（波長１．
５μｍ帯の光）を伝搬させることにより、信号光を増幅
させる機能をもった導波路型光増幅器を実現することが
できる。
【００１７】
【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。
て詳述する。
【００１８】図１に本発明の光導波膜製造方法の第一の
実施例を示したものである。図示するように、真空排気
系１０によって高真空に排気されている真空チャンバー
２内上方部には傘状の基板ホルダー６が配置され、この
基板ホルダー６の下面にはＳｉＯ2 からなる複数の基板
７が保持されており、これら基板７は基板ホルダー６の
上方に位置するヒータ８によって所望温度に加熱される
ようになっている。また、この基板７の下方部には器状
の蒸発源３が配置され、この蒸発源３内にはＳｉ3 Ｎ4
と希土類元素酸化物の粉末を所望重量比で混合し、ホッ
トプレスにより固化したタブレット４が収容されてい
る。また、この蒸発源３の近傍には電子ガン５が設けら
れており、蒸発源３に収容されているこのタブレット４
に電子ビームを照射し、これを蒸発させるようになって
いる。また、真空チャンバー２底部には酸素ガス導入系
９が接続されており、真空チャンバー２内に酸素ガスを
導入するようになっている。
実施例を示したものである。図示するように、真空排気
系１０によって高真空に排気されている真空チャンバー
２内上方部には傘状の基板ホルダー６が配置され、この
基板ホルダー６の下面にはＳｉＯ2 からなる複数の基板
７が保持されており、これら基板７は基板ホルダー６の
上方に位置するヒータ８によって所望温度に加熱される
ようになっている。また、この基板７の下方部には器状
の蒸発源３が配置され、この蒸発源３内にはＳｉ3 Ｎ4
と希土類元素酸化物の粉末を所望重量比で混合し、ホッ
トプレスにより固化したタブレット４が収容されてい
る。また、この蒸発源３の近傍には電子ガン５が設けら
れており、蒸発源３に収容されているこのタブレット４
に電子ビームを照射し、これを蒸発させるようになって
いる。また、真空チャンバー２底部には酸素ガス導入系
９が接続されており、真空チャンバー２内に酸素ガスを
導入するようになっている。
【００１９】次に、本発明の製造方法を説明する。
【００２０】図示するように、先ず、真空チャンバー２
を真空排気系１０によって高真空（１０-6〜１０-7Ｔｏ
ｒｒ）に排気すると共に、基板ホルダー６に取り付けら
れている複数の基板７をヒータ８によって１００〜６０
０℃の範囲に加熱する。次に、蒸発源３に収容されてい
るタブレット４に電子ガン５から電子ビームを照射する
と共に、チャンバ２内に酸素ガス導入系９から酸素ガス
を導入しながら、タブレット４を微粒子状に蒸発させ
る。蒸発したＳｉ3 Ｎ4 の微粒子は酸素と結合し、Ｓｉ
x Ｎy Ｏz となる。また、蒸発した希土類元素の酸化物
はＳｉx Ｎy Ｏz中に含有され、基板７上には希土類イ
オンの含有したＳｉx Ｎy Ｏz 膜が形成される。ここで
Ｓｉx Ｎy Ｏz 膜のｘ、ｙ、ｚの値は基板温度、酸素ガ
ス流量、真空度、電子ガンのガン電流によって調節する
ことができる。Ｓｉx Ｎy Ｏz 膜中への希土類イオンの
含有量はタブレット４のＳｉ3 Ｎ4 と希土類元素との酸
化物との重量比によって調節することができる。例え
ば、希土類元素の酸化物としてＥｒ2 Ｏ3 の融点は近い
値であるので、電子ビーム照射によってほぼ同じような
蒸発速度で蒸発していく。従って、Ｓｉ3 Ｎ4 とＥｒ2
Ｏ3 の重量比にほぼ比例した組成比で成膜される。この
ことから，Ｅｒイオンの含有量を１００ｐｐｍから数％
の範囲で制御することは容易なことである。希土類元素
の酸化物としては上記Ｅｒ2 Ｏ3 以外にＮｄ2 Ｏ3 、Ｙ
ｂ2 Ｏ3 、ＣｅＯ2 、Ｅｕ2 Ｏ3 、Ｐｒ6Ｏ11、Ｓｍ2
Ｏ3 、Ｈｏ2 Ｏ3 、Ｔｍ2 Ｏ3 などを用いることができ
る。なお、Ｓｉx Ｎy Ｏz の膜の屈折率（波長０．６３
μｍでの値）はｘ、ｙ、ｚの値により１．４６５から
２．０近くまで変えることができる。
を真空排気系１０によって高真空（１０-6〜１０-7Ｔｏ
ｒｒ）に排気すると共に、基板ホルダー６に取り付けら
れている複数の基板７をヒータ８によって１００〜６０
０℃の範囲に加熱する。次に、蒸発源３に収容されてい
るタブレット４に電子ガン５から電子ビームを照射する
と共に、チャンバ２内に酸素ガス導入系９から酸素ガス
を導入しながら、タブレット４を微粒子状に蒸発させ
る。蒸発したＳｉ3 Ｎ4 の微粒子は酸素と結合し、Ｓｉ
x Ｎy Ｏz となる。また、蒸発した希土類元素の酸化物
はＳｉx Ｎy Ｏz中に含有され、基板７上には希土類イ
オンの含有したＳｉx Ｎy Ｏz 膜が形成される。ここで
Ｓｉx Ｎy Ｏz 膜のｘ、ｙ、ｚの値は基板温度、酸素ガ
ス流量、真空度、電子ガンのガン電流によって調節する
ことができる。Ｓｉx Ｎy Ｏz 膜中への希土類イオンの
含有量はタブレット４のＳｉ3 Ｎ4 と希土類元素との酸
化物との重量比によって調節することができる。例え
ば、希土類元素の酸化物としてＥｒ2 Ｏ3 の融点は近い
値であるので、電子ビーム照射によってほぼ同じような
蒸発速度で蒸発していく。従って、Ｓｉ3 Ｎ4 とＥｒ2
Ｏ3 の重量比にほぼ比例した組成比で成膜される。この
ことから，Ｅｒイオンの含有量を１００ｐｐｍから数％
の範囲で制御することは容易なことである。希土類元素
の酸化物としては上記Ｅｒ2 Ｏ3 以外にＮｄ2 Ｏ3 、Ｙ
ｂ2 Ｏ3 、ＣｅＯ2 、Ｅｕ2 Ｏ3 、Ｐｒ6Ｏ11、Ｓｍ2
Ｏ3 、Ｈｏ2 Ｏ3 、Ｔｍ2 Ｏ3 などを用いることができ
る。なお、Ｓｉx Ｎy Ｏz の膜の屈折率（波長０．６３
μｍでの値）はｘ、ｙ、ｚの値により１．４６５から
２．０近くまで変えることができる。
【００２１】次に、図２は本発明の希土類イオン添加光
導波膜の製造方法の第二の実施例を示したものである。
これは真空チャンバー２内底部に二つの蒸発源３，３ａ
設け、これら蒸発源３，３ａ内にそれぞれタブレット４
及び４ａを収容し、これらタブレット４及び４ａに電子
ガン５、５ａから電子ビームを照射することにより蒸発
させる方法である。この一方のタブレット４には上記と
同様にＳｉ3 Ｎ4 を用い、他方のタブレット４ａには希
土類元素を少なくとも１種含有した酸化物を用い、ま
た、希土類元素を少なくとも１種含有した酸化物は前述
したものを用いることもできる。この方法では、Ｓｉx
Ｎy Ｏz 膜中への希土類イオンの含有量はタブレット４
ａへの電子ガンのガン電流を調節することによって制御
することができる。すなわち、この方法ではタブレット
４及び４ａへの電子ガン５、５ａのガン電流をそれぞれ
調節することによってそれぞれの微粒子の蒸発速度を制
御することができる他、希土類イオンの含有量も容易に
制御することができる。なお、図２において仕切板１６
は一方の蒸発源からの蒸発物が他方の蒸発源内に混入し
ないようにするためのものである。また、図２におい
て、タブレット４にはＳｉ 3 Ｎ4 の代わりにＳｉＯ2
あるいはＳｉＯ2 に屈折率制御用酸化物を少なくとも１
種含んだものとＳｉ3 Ｎ4 を粉末状態で所望重量比に混
合し、ホットプレスにより固めたものを用いると、Ｓｉ
x Ｎy Ｏz のｘ、ｙ、ｚの値をより正確に制御して基板
７上に成膜することができる。これはＳｉＯ2 とＳｉ3
Ｎ4 の融点が１５００℃と１９００℃であって比較的近
接していることにより、これの一体化タブレットに電子
ガンから電子ビームを照射した場合、ほぼ同じような状
態で蒸発していくためである。また、図２に示す方法に
よれば、図１に示す方法によって得られる膜の屈折率よ
りもさらに高い値の屈折率の膜を形成することができ、
さらに、屈折率制御用酸化物の添加は屈折率の調節以外
に、膜と基板との間の熱膨張係数の整合用としても作用
する。
導波膜の製造方法の第二の実施例を示したものである。
これは真空チャンバー２内底部に二つの蒸発源３，３ａ
設け、これら蒸発源３，３ａ内にそれぞれタブレット４
及び４ａを収容し、これらタブレット４及び４ａに電子
ガン５、５ａから電子ビームを照射することにより蒸発
させる方法である。この一方のタブレット４には上記と
同様にＳｉ3 Ｎ4 を用い、他方のタブレット４ａには希
土類元素を少なくとも１種含有した酸化物を用い、ま
た、希土類元素を少なくとも１種含有した酸化物は前述
したものを用いることもできる。この方法では、Ｓｉx
Ｎy Ｏz 膜中への希土類イオンの含有量はタブレット４
ａへの電子ガンのガン電流を調節することによって制御
することができる。すなわち、この方法ではタブレット
４及び４ａへの電子ガン５、５ａのガン電流をそれぞれ
調節することによってそれぞれの微粒子の蒸発速度を制
御することができる他、希土類イオンの含有量も容易に
制御することができる。なお、図２において仕切板１６
は一方の蒸発源からの蒸発物が他方の蒸発源内に混入し
ないようにするためのものである。また、図２におい
て、タブレット４にはＳｉ 3 Ｎ4 の代わりにＳｉＯ2
あるいはＳｉＯ2 に屈折率制御用酸化物を少なくとも１
種含んだものとＳｉ3 Ｎ4 を粉末状態で所望重量比に混
合し、ホットプレスにより固めたものを用いると、Ｓｉ
x Ｎy Ｏz のｘ、ｙ、ｚの値をより正確に制御して基板
７上に成膜することができる。これはＳｉＯ2 とＳｉ3
Ｎ4 の融点が１５００℃と１９００℃であって比較的近
接していることにより、これの一体化タブレットに電子
ガンから電子ビームを照射した場合、ほぼ同じような状
態で蒸発していくためである。また、図２に示す方法に
よれば、図１に示す方法によって得られる膜の屈折率よ
りもさらに高い値の屈折率の膜を形成することができ、
さらに、屈折率制御用酸化物の添加は屈折率の調節以外
に、膜と基板との間の熱膨張係数の整合用としても作用
する。
【００２２】次に、図３は上記方法で得られた光導波膜
から光導波路を製造する方法の一実施例を示したもので
あり、大別して（ａ）から（ｆ）に示す６つのプロセス
からなる。まず、図３中（ａ）に示すように、基板１５
上に屈折率がｎb のバッファ層１４を形成し、その上に
図１〜図２の方法によってコア用の膜（屈折率ｎw ）１
６を形成した後、コア用膜１６上にメタルマスク用のメ
タル膜１７を形成する。ここでバッファ層１４の膜厚は
厚いほど、伝搬損失を小さくできるので、数μｍから１
０数μｍの範囲が好ましい。コア用膜１６の膜厚もシン
グルモード伝搬用の場合には、数μｍから１０数μｍの
範囲、マルチモード伝搬用の場合には１０数μｍから数
十μｍの範囲が好ましい。次に、図３中（ｂ），（ｃ）
に示すように、メタル膜１７上にフォトレジスト膜を塗
布し、マスクを介して紫外線露光を行い、フォトレジス
トパターン１８を形成する（フォトリソグラフィ工
程）。その後、このフォトレジストパターン１８はマス
クにしてメタル膜をエッチングする。このメタル膜のエ
ッチングはＮＦ3 ガスを用いてドライエッチングにより
行う。その次に、図３中（ｄ）に示すように、上面のフ
ォトレジストパターン１８を剥離し、次にメタルマスク
パターン１７を用いてドライエッチングを行い、コア用
膜１６を略矩形状にパターン化する。この場合、エッチ
ングはバッファ層１４も若干エッチングする程度の深さ
まで行う。このエッチンングにはＣＨＦ3ガスを用いて
行う。そして図３中（ｅ）に示すように、メタルマスク
パターン１７をエッチングにより取り除いた後、最後に
図３中（ｆ）に示すようにコア用膜１６の屈折率ｎw よ
りも低い値のクラッド膜１９（屈折率ｎc ＜ｎw ）を被
覆することによって光導波路を得ることができる。ここ
でクラッド膜１９の形成方法はプラズマＣＶＤ法、熱Ｃ
ＶＤ法、火炎ＣＶＤ法、火炎堆積法、コーティング法な
どの製法を用いることができる。
から光導波路を製造する方法の一実施例を示したもので
あり、大別して（ａ）から（ｆ）に示す６つのプロセス
からなる。まず、図３中（ａ）に示すように、基板１５
上に屈折率がｎb のバッファ層１４を形成し、その上に
図１〜図２の方法によってコア用の膜（屈折率ｎw ）１
６を形成した後、コア用膜１６上にメタルマスク用のメ
タル膜１７を形成する。ここでバッファ層１４の膜厚は
厚いほど、伝搬損失を小さくできるので、数μｍから１
０数μｍの範囲が好ましい。コア用膜１６の膜厚もシン
グルモード伝搬用の場合には、数μｍから１０数μｍの
範囲、マルチモード伝搬用の場合には１０数μｍから数
十μｍの範囲が好ましい。次に、図３中（ｂ），（ｃ）
に示すように、メタル膜１７上にフォトレジスト膜を塗
布し、マスクを介して紫外線露光を行い、フォトレジス
トパターン１８を形成する（フォトリソグラフィ工
程）。その後、このフォトレジストパターン１８はマス
クにしてメタル膜をエッチングする。このメタル膜のエ
ッチングはＮＦ3 ガスを用いてドライエッチングにより
行う。その次に、図３中（ｄ）に示すように、上面のフ
ォトレジストパターン１８を剥離し、次にメタルマスク
パターン１７を用いてドライエッチングを行い、コア用
膜１６を略矩形状にパターン化する。この場合、エッチ
ングはバッファ層１４も若干エッチングする程度の深さ
まで行う。このエッチンングにはＣＨＦ3ガスを用いて
行う。そして図３中（ｅ）に示すように、メタルマスク
パターン１７をエッチングにより取り除いた後、最後に
図３中（ｆ）に示すようにコア用膜１６の屈折率ｎw よ
りも低い値のクラッド膜１９（屈折率ｎc ＜ｎw ）を被
覆することによって光導波路を得ることができる。ここ
でクラッド膜１９の形成方法はプラズマＣＶＤ法、熱Ｃ
ＶＤ法、火炎ＣＶＤ法、火炎堆積法、コーティング法な
どの製法を用いることができる。
【００２３】次に、図４は本発明の光導波路の製造方法
によって実現できる光導波路の断面図を示したものであ
る。図４（ａ）に示す光導波路１５ａは基板１５に例え
ば石英系ガラス（石英、バイコールガラスなど）を用
い、バッファ層２０を基板１５で兼用して用いた場合の
構造である。また、図４（ｂ）に示す光導波路１５ｂは
図３の製法によって実現した光導波路構造のものであ
り、基板１５にはガラス（石英系、多成分系ガラス）、
半導体（Ｓｉ、ＩｎＰ、ＧａＡｓなど）、強誘電体（Ｌ
ｉＮｂＯ3 、ＬｉＴａＯ3 など）、磁性体（ＹＩＰ、Ｇ
ＧＧなど）等を用いることができ、光導波路設計上の自
由度を広げることができる。さらに、図４（ｃ）に示す
光導波路１５ｃはクラッド２１の厚みを薄くした、いわ
ゆるリッジ型光導波路構造のものである。このように基
板１５にガラス（石英系、多成分系）、半導体（Ｓｉ、
ＧａＡｓ、ＩｎＰなど）、強誘電気体（ＬｉＮｂＯ3 、
ＬｉＴａＯ3 など）、磁性体、サファイヤなどの種々の
ものを用いることができるので、種々の機能をもった光
デバイス（増幅、発振、変調、合波、分波、分配など）
を製造することができ、また、低価格な基板を選択する
ことによって低価格な光デバイスの実現が可能となる。
また、低損失で高比屈折率差の希土類イオン添加光導波
路を実現することができる。たとえば、Ｅｒイオンを添
加した光導波路に励起光（例えば，波長１．４８μｍ）
と信号光（波長１．５μｍ帯の光）を伝搬させることに
より、信号光を増幅させる機能をもった導波路型光増幅
器を実現することができる。
によって実現できる光導波路の断面図を示したものであ
る。図４（ａ）に示す光導波路１５ａは基板１５に例え
ば石英系ガラス（石英、バイコールガラスなど）を用
い、バッファ層２０を基板１５で兼用して用いた場合の
構造である。また、図４（ｂ）に示す光導波路１５ｂは
図３の製法によって実現した光導波路構造のものであ
り、基板１５にはガラス（石英系、多成分系ガラス）、
半導体（Ｓｉ、ＩｎＰ、ＧａＡｓなど）、強誘電体（Ｌ
ｉＮｂＯ3 、ＬｉＴａＯ3 など）、磁性体（ＹＩＰ、Ｇ
ＧＧなど）等を用いることができ、光導波路設計上の自
由度を広げることができる。さらに、図４（ｃ）に示す
光導波路１５ｃはクラッド２１の厚みを薄くした、いわ
ゆるリッジ型光導波路構造のものである。このように基
板１５にガラス（石英系、多成分系）、半導体（Ｓｉ、
ＧａＡｓ、ＩｎＰなど）、強誘電気体（ＬｉＮｂＯ3 、
ＬｉＴａＯ3 など）、磁性体、サファイヤなどの種々の
ものを用いることができるので、種々の機能をもった光
デバイス（増幅、発振、変調、合波、分波、分配など）
を製造することができ、また、低価格な基板を選択する
ことによって低価格な光デバイスの実現が可能となる。
また、低損失で高比屈折率差の希土類イオン添加光導波
路を実現することができる。たとえば、Ｅｒイオンを添
加した光導波路に励起光（例えば，波長１．４８μｍ）
と信号光（波長１．５μｍ帯の光）を伝搬させることに
より、信号光を増幅させる機能をもった導波路型光増幅
器を実現することができる。
【００２４】
【発明の効果】以上要するに本発明によれば、高屈折率
の希土類イオンの添加された光導波路用コア膜を基板上
に反りを小さく成膜でき、かつその膜厚及び屈折率の制
御が容易で、不純物含有の虞のない透過率の良い膜を成
膜することができるため、低損失、超小型、低コスト、
高寸法精度の光導波路型回路を製造することができる、
といった優れた効果を有する。
の希土類イオンの添加された光導波路用コア膜を基板上
に反りを小さく成膜でき、かつその膜厚及び屈折率の制
御が容易で、不純物含有の虞のない透過率の良い膜を成
膜することができるため、低損失、超小型、低コスト、
高寸法精度の光導波路型回路を製造することができる、
といった優れた効果を有する。
【図１】本発明の希土類イオン添加光導波膜製造方法の
一実施例を示す概略図である。
一実施例を示す概略図である。
【図２】本発明の希土類イオン添加光導波膜製造方法の
第二の実施例を示す概略図である。
第二の実施例を示す概略図である。
【図３】本発明の希土類イオン添加光導波路製造方法の
一実施例を示す工程図である。
一実施例を示す工程図である。
【図４】本発明の希土類イオン添加光導波路製造方法に
よって実現できる光導波路の構造を示す断面図である。
よって実現できる光導波路の構造を示す断面図である。
【図５】従来の光導波路の製造方法を示す工程図であ
る。
る。
２ 真空チャンバー ３ 蒸発源 ４ タブレット ５ 電子ガン ７ 基板
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平６−2105（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−60618（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−22906（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−53202（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−35203（ＪＰ，Ａ) Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｌｅｔｔｅ ｒｓ ｖｏｌ．28 Ｎｏ．17（1992) ｐ．1665−1667 (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G02B 6/12 - 6/14 H01S 3/00 - 4/00 G02F 1/29 - 7/00 C03C 15/00 - 23/00 C23C 14/00 - 14/58 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)
Claims (5)
- 【請求項１】 真空に排気中のチャンバー内上方部に基
板を配置してこれを加熱すると共に、該基板下方部に蒸
発源を配置し、該蒸発源内に、Ｓｉ3 Ｎ4 と希土類元素
の酸化物の粉末を所望重量比で混合し、ホットプレスに
より固めたタブレットを収容した後、上記チャンバー内
にＯ2 ガスを導入しつつ、上記タブレットに電子ビーム
を照射してこれを蒸発させて上記基板上に希土類イオン
を含有したＳｉx Ｏy Ｎz の光導波膜を形成することを
特徴とする希土類イオン添加光導波膜の製造方法。 - 【請求項２】 真空に排気中のチャンバー内上方部に基
板を配置して加熱すると共に、該基板下方部に、Ｓｉ3
Ｎ4 タブレットを収容した蒸発源と、希土類元素を少な
くとも１種含有した酸化物のタブレットを収容した蒸発
源を配置した後、上記チャンバー内にＯ2 ガスを導入し
つつ、これらタブレットにそれぞれ電子ビームを照射し
て蒸発させ、上記基板上に希土類イオンを少なくとも１
種含有したＳｉx Ｏy Ｎz の光導波膜を形成することを
特徴とする希土類イオン添加光導波膜の製造方法。 - 【請求項３】 上記一つの蒸発源に入れるタブレットと
してＳｉ3 Ｎ4 の代わりにＳｉＯ2 、あるいはＳｉＯ2
に屈折率制御用酸化物を少なくとも１種含んだものとＳ
ｉ3 Ｎ4 の粉末を所望重量比で混合し、ホットプレスよ
り固めたものを用いることを特徴とする請求項２記載の
希土類イオン添加光導波膜の製造方法。 - 【請求項４】 上記基板として、その表面に形成される
膜の屈折率よりも低い値の屈折率を有する基板、あるい
はその表面に形成される膜より低い屈折率の層を予め形
成した基板を用いることを特徴とする請求項１〜３いず
れか記載の希土類イオン添加光導波膜の製造方法。 - 【請求項５】 上記請求項１〜４記載のいずれかの方法
によって得られた光導波膜をフォトリゾグラフィ及びド
ライエッチングにより略矩形状パターンに加工した後、
該略矩形状パターン表面上に上記光導波膜の屈折率より
も低いクラッド膜を被覆して形成することを特徴とする
光導波路の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22996792A JP3107334B2 (ja) | 1992-08-28 | 1992-08-28 | 希土類イオン添加光導波膜及び光導波路の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22996792A JP3107334B2 (ja) | 1992-08-28 | 1992-08-28 | 希土類イオン添加光導波膜及び光導波路の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0675134A JPH0675134A (ja) | 1994-03-18 |
| JP3107334B2 true JP3107334B2 (ja) | 2000-11-06 |
Family
ID=16900517
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22996792A Expired - Fee Related JP3107334B2 (ja) | 1992-08-28 | 1992-08-28 | 希土類イオン添加光導波膜及び光導波路の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3107334B2 (ja) |
-
1992
- 1992-08-28 JP JP22996792A patent/JP3107334B2/ja not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ ｖｏｌ．２８ Ｎｏ．１７（１９９２）ｐ．１６６５−１６６７ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0675134A (ja) | 1994-03-18 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |