JP3436691B2 - テーパされた導波路の製造方法 - Google Patents
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Description
路用のテーパされた導波路、およびこれを製造するため
の方法に関する。
提唱されている。ただし、最も典型的には、これら導波
路は、適当なクラッド材料にて両側および底面を縁取ら
れたドープされたコアの形態を持つ。クラッド材料は、
コアの屈折率より低い屈折率を持つように選択され、こ
うしてチャネル形状の光導波路が形成される。殆どの構
成において、上側クラッド層も含まれる。
ターン化された構造が大きな注目を集めている。この構
造は、ドープされたシリカのコアとシリカのクラッドか
ら成り、光ファイバの技術において開発された方法、例
えば、火炎加水分解堆積(FHD)法を用いて製造され
る。これら導波路のプラットホーム、すなわち基板は
は、好ましくは、シリコンウェーハとされる。シリコン
ウェーハを用いた場合、光ファイバの材料とプレーナ集
積回路の材料との間の一致性のために、共通の処理アプ
ローチを用いることが可能となる。また、この組合せを
用いた場合、光ファイバの入力/出力との間の結合が、
熱物理的、化学的、および光学的特性が一致するため
に、より効率的かつより高信頼度になる。
同様に、小さな空間内に複数の素子あるいはデバイスを
できるだけ多く詰め込むことが大きな目標となる。半導
体デバイスの場合は、電気リードのルーティングに対す
る制約は、電気ラナー(リード)が急峻な曲げに耐える
ために比較的少ない。一方、光集積回路の場合は、許容
できる曲げ半径が重要で、これによって素子のパッキン
グ密度が大きく左右される。一般的には、導波路の屈折
率のステップ(段)あるいは勾配が一定の場合、光回路
内で導波路の湾曲部によって発生する損失は、湾曲の半
径が小さくなるほど増加する。従って、ある与えられた
導波路の屈折率の段あるいは勾配に対して、導波路の湾
曲の半径は、回路の経済性から鑑みて損失が許容できる
レベルに保たれるようなサイズに制限される。一方、損
失“予算”を一定とした場合は、可能な素子のパッキン
グ密度は、導波路の屈折率の段あるいは勾配を大きくす
るほど増加する。
きる湾曲の半径は、コア材料とクラッド材料の間の屈折
率の勾配と共に、導波路のサイズにも敏感である。高い
屈折率の勾配を持つ導波路の場合、単一モードの導波路
を形成するための最適なコアサイズは、典型的な光ファ
イバのコアサイズと比べて、かなり小さくなる。このコ
アサイズの差異は、プレーナ集積回路の導波路のコアと
この集積回路に取り付けられる入力/出力ファイバのコ
アの間の結合効率にとって重要な意味を持つ。ファイバ
とプレーナ集積回路との間の結合損失は、光線のモード
が保存される場合、つまり、ファイバと集積回路が一致
する光モードを持つ場合に最も小さくなる。これは、フ
ァイバと導波路が同一の屈折率デルタ(勾配)を持つ場
合は、コアのサイズを一致させることにより達成され
る。挿入損失を最小にするためには、この理由により、
一般的には、コアのサイズを一致させることが目標とな
る。ただし、これは、光ファイバに対しては標準のコア
サイズを維持し、プレーナ集積回路に対してはより小さ
なコアサイズを用いるという別の重要な目標と矛盾す
る。
プレーナ集積回路のプレーナ導波路と光ファイバとが結
合される領域に遷移導波路セクションを形成することが
提唱されている。この遷移セクションにおいては、プレ
ーナ導波路のコアが、導波路のコアの断面とファイバの
コアの断面とがほぼ一致するようにテーパ(拡大)され
される。他方、導波路コアのプレーナ集積回路の方向に
おいてこのテーパセクションを越える部分の断面積は、
プレーナ導波路コアに対して要求される最適な寸法を満
たすために減少される。
ーナ導波路の構造が、Journal of Lightwave Technolog
y,Vol.10,No.5,pp.587-591,May 1992 において説明され
ている。この論文において提唱される火炎加水分解堆積
(flame hydrolysis deposition 、FHD)を用いてプ
レーナ導波路のコアをテーパする方法によると、基板上
にクラッド層が通常の方法にて堆積され、その後に、コ
アが、基板をFHDの火炎にて走査しながらトーチに供
給されるガスの組成を変化させ、これによって走査方向
において堆積される材料の組成を変化させることによっ
て形成される。この方法では、トーチあるいは基板のい
ずれかが物理的に移動され、走査方向は、一つのx−y
方向と一致する。つまり、走査は、テーパされる導波路
に平行な方向にのみ行なわれる。理論的には、他の方
向、つまり、導波路に垂直な方向に走査することも可能
である。ただし、これには、このプロセスの通常の動的
範囲を超える制御が必要となる。上述の方法にて得られ
る長さ方向の組成の勾配と、対応する屈折率の勾配が、
プレーナ導波路のx−y平面における所望のテーパを形
成するために、つまり、導波路の幅をテーパするために
用いられる。これと類似する別の方法は、層の各点にお
ける組成に基づく制御プログラムを用いて3方向におい
て組成を制御することで、導波路の有効断面を、x−y
平面(長さ方向)に加えて、z−(厚さ)方向において
もテーパすることを可能とする。このz−方向にテーパ
できる能力は、x−y平面におけるテーパリングについ
ては従来のマスクを用いても容易に達成できるためこの
プロセスの大きな長所である。
実際には、この方法によって達成できる組成変化の距離
の動的レンジおよび堆積物質の流速が限られており、一
つのx−y方向(長さ方向)にテーパを形成するのが精
一杯であり、この方法にて、z−方向(厚さ方向)にテ
ーパを形成する目標を達成するためには、プロセスが非
常に複雑となり、コストも高くなる。このため、プレー
ナ導波路をテーパリングするための簡単でコスト効率の
良い方法、特に、x−y平面におけるテーパの方向には
制約を持たず、しかも、光集積回路の任意の位置に(z
−方向に)比較的急峻な勾配を持つテーパを形成するこ
とが可能な方法が要望されている。
(厚さ方向)におけるテーパリングを、従来の技術によ
るプロセスのように複雑になることなしに達成すること
が可能な比較的簡単なプレーナ導波路をテーパリングす
るための方法を開発した。この方法は、コア層をFHD
法を用いて段を覆うように形成した後に圧密すること
で、この段を覆うなめらかなテーパを持つ層を形成でき
るという発見に基づく。この原理を実現するためには、
コア層が、2つのステップにて堆積される。最初に、第
一のコア層が堆積され、この第一のコア層内にエッチン
グにより段が形成される。次に、この第一のコア層内の
この段を覆うように第二のコア層が堆積され、この複合
構造が焼き入れされる。つまり、統合(具体的には圧
密)によって、第二のコア層が表面張力にて自由に流動
し、この結果、2つのコア層が一つの層に合体される。
結果としてのコア層は、第二のコア層が第一の層内の段
を覆うように形成された箇所になめらかなテーパを持つ
こととなる。この段は、任意のx−y形状に形成するこ
とが可能であるために、対応するテーパを、任意の所望
の形状に、例えば、2つのx−y方向に形成することが
可能となる。これは、テーパリングによって、例えば、
交差部分においては拡大され、他の部分では厚さが低減
された形状を持つ星型結合器に対して望ましい導波路を
形成することを可能にする。
イバ11は、ファイバコア12とクラッド層13を持
つ。当業者においては理解できるように、この図面およ
び以降の図面において、寸法は、単に解説を目的とし、
正確な縮尺を示すものではない。典型的なファイバの寸
法は、コア12の直径d1 は、5〜10ミクロン、コア
12とクラッド層13を合わせた全体の直径は120〜
140ミクロンである。ファイバのコーティングは示さ
ないが、通常は、ファイバの集積回路への取り付けのた
めに剥離される。
すが、これは、ホスト基板15、プレーナ導波路16、
および下側クラッド層17を持つ。前述のように、プレ
ーナ導波路の幅w1 は、典型的には、コアの直径d1 よ
りも小さい。例えば、プレーナ導波路16の場合は、形
状は、本質的に正方形とされ、辺は、4.5ミクロンと
される。ファイバのコア12の場合は、形状は、典型的
には円形とされ、直径d1 は、6.8ミクロンとされ
る。このケースでは、光ファイバのコアとプレーナ導波
路のコアとの間のサイズの不一致は、約50%となる。
この不一致が10%以上に達すると、当業者においては
理解できるように、損失が顕著となり、以下に説明され
る本発明の方法のようなこの間の一致を改善させるため
の技術が有効となる。
こでは、プレーナ導波路21は、最適な幅w1 に加え
て、図示するように、テーパセクション22を持ち、こ
のため、この構成では、プレーナ導波路のテーパセクシ
ョン22を越えるセクション23の幅w2 は、ファイバ
のコア25の直径d1 と一致する。図4は、プレーナ導
波路26とファイバコア27との間のz−方向における
不一致を側面図にて示すと同時に、この不一致のテーパ
セクション28による解決を示す。この実施例において
は、テーパの傾きは、y−方向(長さ方向)、z−方向
(厚さ方向)両方において等しく、w1 とt1 が概ね等
しい場合は、w2 とt2 も概ね等しくなる。この場合、
z−方向(厚さ方向)のテーパ28の長さは、y−方向
(長さ方向)のテーパ22の長さの概ね2倍となる。こ
のために、一つの好ましい実施例においては、テーパセ
クション28の長さを短縮するために、テーパセクショ
ン28の傾きが、テーパセクション22の傾きより大き
くされる。テーパセクションの長は、好ましくは、どち
らの方向においても、0.1〜2mmの範囲、より好まし
くは、0.2〜1.4mmの範囲とされる。プレーナ導波
路のテーパセクション28を越えたセクション29のコ
ア深さ、すなわち、厚さt2 は、ファイバのコアの直径
d1 と本質的に一致する。
合、以下のように定義される: (t2 −t1 )/t1 テーパは、本発明が実際の効果を持つためには、典型的
には、10%以上とされ、好ましくは、20%以上とさ
れる。
ーナ導波路の主寸法と一致する状況を示す。結合におけ
る損失を回避するためには、これらの寸法が、20%以
内、好ましくは、10%以内で一致すること、あるい
は、結合のレシーバ側の導波路が結合の入力側の導波路
よりも大きなことが要求される。この背景において、プ
レーナ導波路の有効面積は、デバイスの入力側ではファ
イバ導波路より大きく、出力側ではこの逆の関係を持つ
ことが要求される。これは、本発明の方法を用いて、入
力の所ではプレーナ導波路をテーパ(拡大)し、出力の
所では導波路のテーパを行なわないか、あるいは、出力
の所ではより小さなテーパを用いることで簡単に達成で
きる。
は、プレーナ導波路のコアが、集積回路の表面の所に示
される。ただし、一般的には、好ましくは、上側クラッ
ド層を加えることによってプレーナ導波路のコアがこの
構造体内部に埋め込まれる。
クションを形成するための本発明の方法について図5〜
11との関連で説明する。図5は、光集積回路の基板4
1、および下側クラッド層42を示す。基板41には、
好ましくは、シリコンウェーハが用いられる。ただし、
基板41には、代替として、Al2 O3 、Be2 O3、
BN、シリカ、および、様々な適当なセラミックを用い
ることも可能である。シリコンは、一部には、クラッド
層42を熱成長できるとう点で好ましい。シリコンは、
さらに、熱および電気的特性が良い、環境内での安定性
が良い、毒性が低い、機械的な安定性が良い、集積回路
製造との相性が良い等に加えて、コストも安い。さら
に、大きなエリア(例えば、8インチ)に渡って極めて
平坦(λ/4)に製造することが可能である。便利な代
替として、導波路に対する下側クラッド層としても機能
するシリカ基板を用いることも可能である。
D等の技術を用いることができ、またSi O2(二酸化
珪素) の代用として他の安定なクラッド材料を用いる
ことも可能である。クラッド層42の厚さは、典型的に
は、5〜50ミクロンのレンジとされる。熱成長された
Si O2 は、0.6328μmの波長(He−Neレー
ザの波長)において1.4578の屈折率を持つ。
は、2つのステップにて、2つの層を用いて形成され
る。図6に示す第一のコア層43は、クラッド層42の
屈折率より大きな屈折率を持つ材料から構成される。例
えば、コア層は、クラッド層より約10mmの曲げ半径を
可能にする0.4%だけ大きな、あるいは約3mmの曲げ
半径を可能にする1.2%だけ大きな屈折率を持つ。コ
アの材料には、クラッド層の熱膨張特性および化学特性
と実質的に一致するように、好ましくは、ドープされた
シリカが用いられる。ドーパントとしては、典型的に
は、ゲルマニウム、ホウ素、リン、チタニウム等の酸化
物が用いられる。本発明のために要求されるタイプのド
ープされた層を形成するための調整方法は周知であり、
例えば、M.Kawachi,“Silica waveguides on silicon a
nd their application to integrated-optic component
s",Optical and Quantum Electronics,Vol.22,pp.391-4
16,1990において説明されているので、これについても
参照されたい。ここに開示されるコア層は、好ましく
は、FHD技法によって形成される。これは、FHD技
術は、良く発達した技術であるのに加えて、前述の好ま
しいとされるシリカベースの材料に対して特に適するた
めである。層43をFHDを用いて堆積した場合は、こ
れは、堆積の後に、1200℃以上の温度にて1〜6時
間加熱することによって圧密される。
な厚さ(圧密後の厚さ)によって、このプロセスにおい
て許容されるテーパの最大の厚さが決定される。20%
のテーパを希望する場合は、層43は、最終的なコア層
の厚さt1 の少なくとも20%の厚さを持つことが要求
される。後に説明するように、層43の厚さは、通常
は、これより厚くされる。層43の厚さは、好ましく
は、1〜8μmのレンジとされる。
第一のコア層内の段が、層43内に、適当な技法、好ま
しくは、従来のフォトリソグラフィーによって形成され
る。ただし、このために、電子ビーム、あるいはx−線
リソグラフィー等の他の従来の技法を用いることも可能
である。エッチングプロセスには、湿式、乾式のいずれ
を用いることが可能であり、例えば、RIE法が用いら
れる。図7は、層43の一部を覆うフォトマスク44を
示す。図示するように、フォトマスクの端は、テーパの
形成を希望する位置の中央に置かれる。このフォトマス
クは、従来の方法によって生成される。例えば、層43
の上に感光性ポリマーの皮膜を塗布し、一部分(除去す
べき部分、あるいは残すべき部分)を化学線放射に露出
することで、このパターンが生成(現像)される。代替
として、ポリシリコン、クロム合金、Ni−Cr合金等
のハードマスク、あるいは他の適当な薄膜材料を用いる
ことも可能である。このエッチングステップにおいて除
去されるシリカの厚さは、比較的大きく、数ミクロン程
度となる。このような厚さでは、良く知られているよう
に、層を貫いてのエッチングの際にエッチングの選択性
が不十分となり、マスクが破壊されることがある。この
ために、通常、特に、乾式のエッチングを用いる場合
は、ハードマスクあるいは多層のレジストが用いられ
る。ただし、HFを用いる場合は、ハードマスクに対し
て要求される追加のステップは不要となる。
バのコアに結合される実施例においては、テーパは、集
積回路チップの終端エッジに接近して形成される。後に
説明する別の実施例においては、テーパは、集積回路の
内側に形成され、複数のテーパが一つのx−、あるいは
−y方向のみでなく複数の方向に形成される。
の位置に形成した後に、層43の露出領域を図8に示す
ようにエッチングすることにより、段45が形成され
る。エッチングの深さによって、段の高さと、最終的な
コアのテーパの程度が決定される。20%のテーパを得
るためには、この段は、少なくともt1 の20%の高さ
を持つことが要求される。前述の例において、t1 を
4.5ミクロンとした場合、この段は、概ね0.9ミク
ロンの高さを持つことが要求される。前述の例におい
て、コアの寸法t2 をファイバのコアの直径d1 と一致
させるためには、40%のテーパが望ましいが、このた
めには、この段は、少なくとも1.8ミクロンの高さを
持つことを要求される。この段の高さは、テーパされた
セクションの長さも決定する。ここに説明の実施例によ
って与えられる寸法を用いる場合は、テーパの長は、
0.1〜2.0mmの範囲内であることが好ましい。ここ
に開示される用途に対しては、この段は、典型的には、
少なくとも1μmの高さを持つ。
層43の厚さは、所望の段の高さと同一にされ、層43
をこの厚さの全部をエッチングすることによって、段4
5が形成される。ただし、図8に示すプロセスステップ
では、層43の厚さは、所望の段の高さより厚くされ、
エッチングで、層43の厚さの全部ではなく、一部分の
みが除去される。示す実施例においては、この段を形成
するために、湿式のエッチングが用いられた。つまり、
水溶性のフッ化水素(HF)が、水5部と49%フッ化
水素(HF)1部の割合で用いられた。ただし、用いる
エッチングプロセスは、本発明に直接には関係なく、乾
式のエッチング技術を用いることも可能である。後に述
べるように、等方的プラズマエッチング、あるいは、希
釈あるいは濃縮HFによる湿式エッチングを用いた場合
は、結果として、この段自身もテーパされる。このプロ
セスにおいて用いられる寸法は、シリコン処理の標準か
ら見ると、かなり大きなために、ライン幅の制御、エッ
チングの深さ、側壁の形状、アンダーカット等に対する
通常の精度は要求されない。
に、第二のコア層46が堆積される。層46の厚さは、
t2 の厚さから、層43の厚さを引いた値に等しくされ
る。
まり、段の高さの少なくとも75%の厚さを持つことを
要求される。FHDによって堆積する場合は、層46
は、1050℃以上の温度にて、1〜6時間加熱するこ
とによって圧密される。このステップによって、これら
2つのコア層が圧密され、図10に示すような、単一の
均質なコア層48が形成される。このコア層48は、テ
ーパセクション49を持ち、これによって、プレーナ導
波路のコア51と、光ファイバのコアとの間のなめらか
な導波路遷移部が形成される。次に、図11に示すよう
に、上側クラッド層52が形成され、これによって、プ
レーナ導波路が完成する。この上側クラッド層52は、
下側クラッド層42と本質的に同一とする。図11に示
すように、ファイバ52が、ファイバのコア53とプレ
ーナ導波路の拡大されたコア51とが整合するように配
置される。ファイバのプレーナ導波路への取り付けは従
来の方法を用いて行なわれる。ファイバは、典型的に
は、エポキシなどの粘着剤を用いて取り付けられる。
段45は、急峻な勾配にすることも、あるいは、段自身
もテーパさせることで、テーパ49をさらになめらかに
することも可能である。このプロセスの一つのオプショ
ンとして、層43を軟化温度に加熱して段をなめらかに
した後に、第二のコア層を堆積することも可能である。
層43がFHDによって形成される場合は、この段は圧
密ステップによってなめらかにされる。
つようにコア層を完成させた後に、x−y平面(長さ方
向)のテーパが適当なリソグラフィーによって形成され
る。代替として、x−y平面(長さ方向)のテーパを2
つのコア層の堆積の際に上述の特許において開示される
技法を用いて形成することも可能である。
層を形成するための上述のプロセスの効果について例を
用いて示す。
下側クラッド層が、シリコンウェーハ上に熱成長され
た。このクラッド層は、0.6328ミクロンの波長に
おいて、1.4578の屈折率を持った。次に、このク
ラッド層の上に、第一のコア層がFHDを用いて堆積さ
れた。この第一の層は、厚さは、4.5ミクロンとさ
れ、組成は、79%のSi O2 、12%のGeO
2 、8%のB2 O3 、1%のP2 O5 から構成
し、屈折率デルタ(勾配)は、1.2%であった。その
後、この第一のコア層が、1320℃にて、2時間加熱
することで、圧密され、次に、フォトマスクにてマスキ
ングされた。次に、露出領域が、水5部と、49%フッ
化水素(HF)1部から成る溶液を用いて、2.5μm
の深さにエッチングされた。次に、フォトマスクを除去
した後に、第二のコア層が堆積された。ここで、第二の
コア層は、第一のコア層と同一の組成および屈折率を持
ち、2.5μmの厚さに堆積された。次に、この第二の
コア層が、第一のコア層と同様な方法にて、圧密され、
これら2つのコア層が互いに合体された。結果として、
テーパされたコア層を持つ構造が得られた。このテーパ
は、垂直方向、すなわち、z−軸方向(厚さ方向)に形
成され、程度は、約55%とされた。
な長所は、テーパを、一つのx−方向あるいはy−方向
のみでなく、複数の方向に沿って形成できることであ
る。これを説明する実施例を図12および図13に示
す。図12は、プレーナ集積回路の内部61を示すが、
2つの導波路62と63が交差する。交差領域64にお
いては、導波路は、それぞれ、他方の導波路の幅に等し
い間隙に遭遇し、この間隙の所では、x−y平面におけ
る横方向の拘束がなくなる。この交差領域における両方
の導波路の損失は、交差領域において導波路のサイズを
拡大することによって低減できることが知られている。
本発明によるテーパリング法は、この拡大を可能にす
る。本発明によると、コア層は、2回のステップによっ
て堆積される。つまり、最初に、第一のコア層が堆積さ
れ、第一のコア層内の交差領域の境界の所に、必要な段
が、上述の方法を用いて形成される。次に、第二のコア
層を堆積することで、テーパが、交差領域の境界付近
に、2つのx−y方向に形成される。この結果が図13
に示される。図13は、図12を線13−13に沿って
切断した断面であり、交差領域64において拡大された
導波路を示す。
これら導波路は、鋭角にて交差するが、本発明は、どの
ような角度にて交差する導波路にも適用することが可能
である。ただし、交差領域における損失は、交差角度が
減少するほど増加し、このために、本発明は、非常に急
峻な角度、例えば、10゜の交差を持つようにすること
で、大きな利益の実現を図る。ただし、交差をどのよう
に角度にしても、例えば、直角にした場合でも、本発明
の導波路テーパリング法によって利益を得ることが可能
である。
はy−方向のみでなく、様々な方向に複数のテーパ導波
路を用いる実施例について示す。図14は、当分野にお
いて良く知られているデバイスである星型結合器72を
含むプレーナ集積回路の内部71の平面図を示す。この
星型結合器72は、通常は、導波路スラブ(厚板)領域
79を通じて結合される2つのセットの導波路73およ
び74を持つ。この星型結合器を効率的に動作させるた
めには、結合器領域79内においてモードの導波を、導
波路73−74内より強く拘束することが要求される。
従って、チャネル導波路より厚さの薄い導波路スラブが
要求される。これは、本発明のテーパリングプロセスに
従って、厚さの遷移の所に損失を発生させることなく、
効果的に達成できる。つまり、導波路コアを2つの動作
にて堆積することで、テーパが必要とされる箇所に適当
な段が形成される。結果を図15に示す。図15は、図
14の線15−15に沿って切断された断面図であり、
導波路スラブ領域79において狭くされた導波路を示
す。
の方法は、任意の所望の方向に、あるいはx−y平面
(長さ方向)の複数の方向にテーパされた導波路セクシ
ョンを形成する能力を持つ。例えば、図14に示す構造
においては、テーパセクションは様々なx−y方位を持
ち、導波路73、74の各セットに沿っての一連のテー
パは、図示するような湾曲した経路を持つ。
修正が考えられるものであり、この明細書に明示されな
かったが、基本的には、本発明の原理あるいは同等な考
えに依存する全ての修正が、正当に、特許請求の範囲に
記載される従来の技術からの進歩である本発明の範囲に
入るものと見做されるものである。
平面図であって、結合のいずれかの側でのコアの不一致
を示す図である。
側面図であって、結合のいずれかの側でのコアの不一致
を示す図である。
を克服するためにテーパされた導波路セクションを用い
るという概念を示す図である。
を克服するためにテーパされた導波路セクションを用い
るという概念を示す図である。
ンを製造するために有効な処理ステップの流れを示す図
である。
ンを製造するために有効な処理ステップの流れを示す図
である。
ンを製造するために有効な処理ステップの流れを示す図
である。
ンを製造するために有効な処理ステップの流れを示す図
である。
ンを製造するために有効な処理ステップの流れを示す図
である。
ョンを製造するために有効な処理ステップの流れを示す
図である。
ョンを製造するために有効な処理ステップの流れを示す
図である。
略図を示す図である。
面を示す図である。
スの略図を示す図である。
面を示す図である。
セクション 25 ファイバのコア 71 プレーナ集積回路の内部 72 星型結合器 79 導波路スラブ(厚板)領域/結合器領域 73、74 2つのセットの導波路
Claims (6)
- 【請求項1】 プレーナ光集積回路内に導波路を製造す
るための方法であって、前記導波路がクラッド層とコア
層を含み、前記導波路のコア層が厚さ方向にテーパさ
れ、この方法が: a.第一のコア層を前記基板上に火炎加水分解堆積法に
よって堆積するステップであって、前記第一のコア層が
ドープされたシリカからなり、かつ1−8μmの範囲の
厚さを有するステップ、 b.前記第一のコア層を1200℃以上の温度に加熱す
ることによって圧密にするステップ、 c.前記第一のコア層の一部分をマスクするステップ、 d.前記第一のコア層の露出された部分を少なくとも1
μmの深さにエッチングにすることにより除去し、前記
第一のコア層内に段を形成するステップ、および e.ドープされたシリカの第二のコア層を前記第一のコ
ア層上に堆積するステップであって、前記ドープされた
シリカの組成が前記第一のコア層の組成と本質的に同一
であり、前記第二のコア層が少なくとも1μmの厚さを
持ち、前記第二のコア層が前記第一のコア層に形成され
た前記段を覆うように延びるステップ、および f.前記第二のコア層を1050℃を超える温度に加熱
することによって圧密にし、前記第一及び第二のコア層
を互いに合体して、テーパされた厚さの均質なコア層を
形成するステップを含むことを特徴とする方法。 - 【請求項2】 前記基板がシリコンからなり、前記方法
は、前記第一のコア層を堆積するステップの前に前記基
板上に酸化物層を成長させる追加のステップを備えるこ
とを特徴とする請求項1記載の方法。 - 【請求項3】 前記段が少なくとも2つのセクションを
含み、第一のセクションが第一のx−y方向に延び、第
二のセクションが第二のx−y方向に延びることを特徴
とする請求項1記載の方法。 - 【請求項4】 前記第一および第二のx−y方向が、少
なくとも概ね10゜だけ異なることを特徴とする請求項
1記載の方法。 - 【請求項5】 前記ステップdの後に、前記段が少なく
とも軟化温度まで加熱され、前記段がなめらかにされる
ことを特徴とする請求項1記載の方法。 - 【請求項6】 前記基板がシリカであることを特徴とす
る請求項1記載の方法。
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US6470117B1 (en) | 1998-12-04 | 2002-10-22 | Radiant Photonics, Inc. | Compression-molded three-dimensional tapered universal waveguide couplers |
GB2346706A (en) * | 1999-02-05 | 2000-08-16 | Univ Glasgow | Multiple core waveguide |
US6269203B1 (en) | 1999-03-17 | 2001-07-31 | Radiant Photonics | Holographic optical devices for transmission of optical signals |
AUPP930799A0 (en) * | 1999-03-18 | 1999-04-15 | University Of Sydney, The | Optical planar waveguide device and method of its fabrication |
US6282337B1 (en) | 1999-09-24 | 2001-08-28 | Radiant Photonics, Inc. | System and method for wavelength division multiplexing and demultiplexing |
GB2355079A (en) * | 1999-10-07 | 2001-04-11 | Kymata Ltd | Multi-core waveguide |
US6253015B1 (en) | 2000-02-08 | 2001-06-26 | Corning Incorporated | Planar waveguides with high refractive index |
JP3497794B2 (ja) * | 2000-02-08 | 2004-02-16 | 日本電信電話株式会社 | 光スポットサイズ変換器の作製方法 |
US7255978B2 (en) * | 2000-05-09 | 2007-08-14 | Shipley Company, L.L.C. | Multi-level optical structure and method of manufacture |
US6976792B1 (en) | 2000-09-26 | 2005-12-20 | International Business Machines Corporation | Optical fiber space transformation |
WO2002031557A1 (en) * | 2000-10-06 | 2002-04-18 | Microcoating Technologies, Inc. | Optical waveguides and integrated optical subsystems on-a-chip |
US7068870B2 (en) * | 2000-10-26 | 2006-06-27 | Shipley Company, L.L.C. | Variable width waveguide for mode-matching and method for making |
JP3712934B2 (ja) * | 2000-11-01 | 2005-11-02 | 株式会社日立製作所 | 光導波路部材、その製造方法及び光モジュール |
US7251406B2 (en) * | 2000-12-14 | 2007-07-31 | Shipley Company, L.L.C. | Optical waveguide termination with vertical and horizontal mode shaping |
US6987919B2 (en) * | 2000-12-14 | 2006-01-17 | Shipley Company, L.L.C. | Optical waveguide termination with vertical and horizontal mode shaping |
US7158701B2 (en) * | 2001-02-21 | 2007-01-02 | Shipley Company, L.L.C. | Method for making optical devices with a moving mask and optical devices made thereby |
US6912345B2 (en) * | 2001-03-30 | 2005-06-28 | Shipley Company, L.L.C. | Tapered optical fiber for coupling to diffused optical waveguides |
JP3976514B2 (ja) * | 2001-04-05 | 2007-09-19 | 日本電気株式会社 | 光導波路の製造方法 |
US6775454B2 (en) * | 2001-05-14 | 2004-08-10 | Nippon Telegraph And Telephone Corporation | Silica-based optical waveguide circuit and fabrication method thereof |
US20020191916A1 (en) * | 2001-06-15 | 2002-12-19 | Confluent Photonics, Corporation | Vertical waveguide tapers for optical coupling between optical fibers and thin silicon waveguides |
US6922508B2 (en) * | 2001-08-17 | 2005-07-26 | Fujitsu Limited | Optical switching apparatus with adiabatic coupling to optical fiber |
JP2002156539A (ja) * | 2001-09-28 | 2002-05-31 | Nec Corp | 光導波路 |
US6931180B2 (en) * | 2004-01-13 | 2005-08-16 | Lucent Technologies Inc. | Method and apparatus for compactly coupling an optical fiber and a planar optical waveguide |
US20060078258A1 (en) * | 2004-10-07 | 2006-04-13 | University Of Toledo | Apparatus and method for trimming and tuning coupled photonic waveguides |
AT502050B1 (de) * | 2006-02-10 | 2007-01-15 | Photeon Technologies Gmbh | Verfahren zum herstellen einer lichtkopplungseinrichtung |
JP2015084019A (ja) * | 2013-10-25 | 2015-04-30 | 富士通株式会社 | スポットサイズ変換器及び光装置 |
US10330863B2 (en) | 2017-04-18 | 2019-06-25 | Neophotonics Corporation | Planar lightwave circuit optical splitter / mixer |
CN108383077A (zh) * | 2018-02-05 | 2018-08-10 | 上海华虹宏力半导体制造有限公司 | 斜坡状非晶硅薄膜成膜方法 |
US10731988B1 (en) * | 2019-07-10 | 2020-08-04 | Anello Photonics, Inc. | System architecture for integrated photonics optical gyroscopes |
Family Cites Families (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4998793A (en) * | 1989-11-14 | 1991-03-12 | At&T Bell Laboratories | Adiabatic polarization manipulating device |
US4932032A (en) * | 1989-08-03 | 1990-06-05 | At&T Bell Laboratories | Tapered semiconductor waveguides |
US5133029A (en) * | 1991-06-28 | 1992-07-21 | Bell Communications Research, Inc. | Adiabatic polarization splitter |
JPH05182948A (ja) * | 1992-01-06 | 1993-07-23 | Ricoh Co Ltd | 薄膜テーパー構造の形成方法 |
JPH05188227A (ja) * | 1992-01-08 | 1993-07-30 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 導波路 |
US5402511A (en) * | 1993-06-11 | 1995-03-28 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army | Method of forming an improved tapered waveguide by selectively irradiating a viscous adhesive resin prepolymer with ultra-violet light |
US5473710A (en) * | 1993-10-08 | 1995-12-05 | Industrial Technology Research Institute | Controlled tapered angle etching process for fabricating optical integrated circuits |
US5432877A (en) * | 1994-06-03 | 1995-07-11 | Photonic Integration Research, Inc. | Integrated optical circuit having a waveguide end of lens geometry, and method for making same |
JP2870632B2 (ja) * | 1995-07-13 | 1999-03-17 | 日本電気株式会社 | 半導体光集積回路およびその製造方法 |
-
1997
- 1997-07-10 US US08/891,439 patent/US6003222A/en not_active Expired - Lifetime
-
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Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
H.Yanagawa et.al.,Journal of Lightwave Technology,Vol.10 No.5(May 1992),pp.587−591 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE69817474D1 (de) | 2003-10-02 |
US6003222A (en) | 1999-12-21 |
DE69817474T2 (de) | 2004-06-24 |
EP0890850A1 (en) | 1999-01-13 |
EP0890850B1 (en) | 2003-08-27 |
JPH1184156A (ja) | 1999-03-26 |
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