JP3911271B2 - 光導波路及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は光導波路及びその製造方法に関し、特に、石英基板を用いた埋め込み型光導波路及びその製造方法に関する。

近年、情報伝送の高速化・大容量化を達成すべく光通信が幅広く利用されている。光通信に用いられる光導波路には、大きく分けて光ファイバと埋め込み型光導波路があり、このうち埋め込み型光導波路としては、シリコン基板と、シリコン基板上に設けられた下部クラッドと、下部クラッド上に設けられたコアと、コアを覆って下部クラッド上に設けられた上部クラッドとを備えた構成を有するものが知られている（特許文献１参照）。

しかしながら、このような構成を有する光導波路では、シリコン基板の屈折率がコアの屈折率よりもかなり大きいため、コアからシリコン基板への光の漏れを十分に遮断しなければならない。このため、下部クラッドの厚さを例えば２０μｍ以上と十分に厚く設定する必要があり、その結果、製造時間が長くなりやすいという問題があった。

これに対し、他の埋め込み型光導波路として、石英基板と、石英基板上に設けられたコアと、コアを覆って石英基板上に設けられた上部クラッドとを備えた光導波路が知られている（特許文献２参照）。このような構成を有する光導波路では、石英基板の屈折率がコアの屈折率よりも小さいことから、基板自体を下部クラッドとして機能させることができる。このため、別途下部クラッドを形成する必要が無く、少ない工程数によって製造することができるというメリットを有している。

しかしながら、石英基板上に直接コアを形成すると、複屈折が生じて偏波依存性が増大するなど、種々の問題が生じることが報告されている。このため、石英基板を用いる場合であっても、石英基板とコアの間にバッファ層を介在させることによって、偏波依存性などの特性を改善する方法が提案されている（特許文献３，４参照）。

尚、特許文献５には、シリコン基板を用いた光導波路において、上部クラッドの熱膨張率とシリコン基板の熱膨張率との関係、並びに、上部クラッドの熱膨張率と下部クラッドの熱膨張率との関係を所定の範囲に規定することによって、偏波依存性を低減する手法が開示されている。
特開平７−３１８７３９号公報 特開平９−２９７２３７号公報 特開平１０−１４２４３６号公報 特開２００２−１８９１３９号公報 特開２００３−１４９５９号公報

しかしながら、石英基板とコアの間にバッファ層を介在させた場合であっても、コアとバッファ層の熱膨張率差やコアと上部クラッドの熱膨張率差によって、複屈折が生じることがあった。このような問題は、隣接するコア間に生じるボイドを排除すべく、上部クラッドの流動化アニールを行う場合において特に顕著となる。

したがって、本発明の目的は、複屈折の発生が抑制された石英基板を有する光導波路及びその製造方法を提供することである。

本発明による光導波路は、石英基板と、前記石英基板上に設けられたバッファ層と、前記バッファ層上に設けられた少なくとも一つのコアと、前記コアを覆って前記バッファ層上に設けられた上部クラッドとを備え、前記バッファ層の熱膨張率と前記上部クラッドの熱膨張率とがほぼ等しいことを特徴とする。

本発明において、「バッファ層の熱膨張率と上部クラッドの熱膨張率とがほぼ等しい」とは、バッファ層の熱膨張率とコアの熱膨張率との差によってコアに生じる応力と、上部クラッドの熱膨張率とコアの熱膨張率との差によってコアに生じる応力とが実質的に等しく、これによりコアにかかる応力が実質的に等方性となる状態を指す。したがって、バッファ層の熱膨張率と上部クラッドの熱膨張率とが完全に一致していなくても、その差が約３０％以下、好ましくは１０％以下であれば、結果的にコアにかかる応力が実質的に等方性となれば本発明の範囲に含まれる。

このように、本発明では、バッファ層の熱膨張率と上部クラッドの熱膨張率とがほぼ等しく、これにより、コアにかかる応力が実質的に等方性となっていることから、複屈折の発生を効果的に抑制することが可能となる。

また、前記バッファ層の屈折率は前記石英基板の屈折率よりも大きいことが好ましい。これによれば、石英基板への光の漏れが少なくなることから特性が向上する。

また、前記バッファ層を構成する材料よりも前記上部クラッドを構成する材料の方が軟化温度が低いことが好ましい。これによれば、上部クラッドの流動化アニール時に、バッファ層が流動化するのを防止することが可能となる。この場合、前記上部クラッドには少なくともホウ素（Ｂ）及びリン（Ｐ）が添加されていることが好ましく、前記バッファ層には少なくともゲルマニウム（Ｇｅ）が添加されていることが好ましい。

また、前記バッファ層の厚さは１μｍ以上、５μｍ以下であることが好ましい。これによれば、バッファ層の成膜時間を抑えつつ、コアにかかる応力を正しく制御することが可能となる。

また、前記コアは第１のコア及び第２のコアを含んでおり、前記第１のコアと前記第２のコアの間隔が狭い場合、例えば２μｍ以下のとき、第１のコア及び第２のコアの間にボイドが生じやすく、このため上部クラッドを流動化アニールする必要が生じるが、本発明ではバッファ層の熱膨張率と上部クラッドの熱膨張率とがほぼ等しいことから、このような場合であってもコアにかかる応力を実質的に等方性とすることが可能となる。

また、前記石英基板と前記バッファ層との間に他のバッファ層をさらに設け、その熱膨張率を前記石英基板の熱膨張率と前記バッファ層の熱膨張率の間に設定することもまた好ましい。これによれば、石英基板とバッファ層の熱膨張率差に起因する応力を低減することが可能となる。

本発明による光導波路の製造方法は、石英基板上に気相成長法によりバッファ層を成膜する工程と、前記バッファ層上に気相成長法によりコア前駆体層を成膜する工程と、前記コア前駆体層をパターニングすることにより第１及び第２のコアを形成する工程と、前記第１及び第２のコアを覆うように、熱膨張率が前記バッファ層とほぼ等しい上部クラッドを気相成長法により前記バッファ層上に成膜する工程と、前記上部クラッドをアニールにより流動化させる工程とを備えることを特徴とする。

本発明によれば、バッファ層、コア前駆体層及び上部クラッドを気相成長法により成膜していることから、成膜方法の違いによる応力の増大を抑制することが可能となる。しかも、成膜後、アニールによって上部クラッドを流動化させていることから、第１及び第２のコアの間隔が狭い場合であっても、ボイドを確実に排除することが可能となる。さらに、バッファ層の熱膨張率と上部クラッドの熱膨張率とがほぼ等しいことから、複屈折の発生を効果的に抑制することが可能となる。

また、上部クラッドの形成は、成膜とアニールを複数回繰り返すことにより行うことが好ましい。これによれば、アニール時に生じる気泡を効果的に除去することが可能となる。

このように、本発明によれば、埋め込み型光導波路において複屈折の発生を効果的に抑制することが可能となる。

以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施の形態について詳細に説明する。

図１は、本発明の好ましい実施形態による光導波路１０の構造を示す略断面図である。

図１に示すように、本実施形態による光導波路１０は、石英基板１１と、石英基板１１上に設けられたバッファ層１２と、バッファ層１２上に設けられた第１のコア１３ａ及び第２のコア１３ｂと、これら第１及び第２のコア１３ａ，１３ｂを覆ってバッファ層１２上に設けられた上部クラッド１４とを備えている。つまり、本実施形態による光導波路１０は、石英基板を用いた埋め込み型光導波路である。本明細書においては、第１のコア１３ａ及び第２のコア１３ｂをまとめて単に「コア１３」と呼ぶことがある。

石英基板１１は、光導波路１０の機械的強度を確保するための支持基体としての役割を果たすほか、コア１３から見て下方向におけるクラッド（下部クラッド）の一部としての役割を果たす。その材料としては、クラッドとしての機能を果たす石英系ガラス材料が主成分である限り特に限定されないが、ノンドープの石英ガラス（ＳｉＯ_２）を用いることが好ましい。ノンドープの石英ガラスの屈折率（ｎ）は、波長が１３１０ｎｍの光に対して約１．４４６である。石英基板１１の厚さについては、光導波路１０の機械的強度が確保される限り特に限定されず、例えば、０．３〜１．０ｍｍ程度に設定すればよい。

第１のコア１３ａ及び第２のコア１３ｂは、それぞれ別の導波路を構成する要素であり、その材料としては、コアとしての機能を果たすよう、所定のドーパントが添加された石英系ガラス材料が用いられる。コア１３に添加するドーパントの種類及び量については、バッファ層１２や上部クラッド１４の屈折率よりもコア１３の屈折率の方が高くなるように選択する必要がある。ドーパントの種類については、添加により屈折率が上昇するタイプのものを選択する必要があり、このようなドーパントとしては、ゲルマニウム（Ｇｅ）、リン（Ｐ）、チタン（Ｔｉ），アルミニウム（Ａｌ）等が挙げられる。中でも、軟化温度の低下が少ないゲルマニウム（Ｇｅ）を選択することが好ましい。コア１３の高さについては、特に限定されるものではないが５〜１０μｍ程度に設定すればよい。また、コア１３の幅については、コア１３の高さと同程度に設定すればよい。

バッファ層１２は、コア１３から見て下方向におけるクラッド（下部クラッド）の一部としての役割を果たすほか、コア１３にかかる応力を調整することによって複屈折を低減する役割を果たす。その材料としては、クラッドとしての機能を果たすよう、所定のドーパントが添加された石英系ガラス材料が用いられる。バッファ層１２に添加するドーパントの種類及び量については、コア１３の屈折率よりもバッファ層１２の屈折率の方が低くなるよう、選択する必要があるとともに、上部クラッド１４を構成する材料よりも軟化温度が高くなるよう選択する必要がある。また、バッファ層１２の屈折率は石英基板１１の屈折率よりも大きくすることが好ましい。これは、バッファ層１２の屈折率を石英基板１１の屈折率よりも大きくすれば、石英基板１１への光の漏れが少なくなるからである。以上の要請を満たす最も好ましいドーパントはゲルマニウム（Ｇｅ）であり、さらにこれにホウ素（Ｂ）を添加することが好ましい。

バッファ層１２の厚さについては、コア１３にかかる応力を調整可能な限度において、できる限り薄く設定することが好ましく、具体的には、１μｍ以上、５μｍ以下に設定することが好ましい。これは、バッファ層１２の厚さが１μｍ未満であるとコア１３にかかる応力を十分に調整できなくなるおそれがあるからであり、また、バッファ層１２の厚さが５μｍあればコア１３にかかる応力を十分に調整可能であり、それ以上（５μｍ超）に設定することは、成膜時間の増大を招くだけで事実上無駄だからである。

上部クラッド１４は、コア１３から見て水平方向及び上方向におけるクラッドとしての役割を果たす。その材料としては、クラッドとしての機能を果たすよう、所定のドーパントが添加された石英系ガラス材料が用いられる。上部クラッド１４に添加するドーパントの種類及び量についても、コア１３の屈折率よりも上部クラッド１４の屈折率の方が低くなるよう選択する必要があるとともに、バッファ層１２を構成する材料よりも軟化温度が低くなるよう選択する必要がある。軟化温度の低い材料としては、ホウ素（Ｂ）及びリン（Ｐ）が添加された石英ガラス、すなわち、ボロン燐添加石英ガラス（ＢＰＳＧ）を最も好ましく挙げることができる。

また、上部クラッド１４の屈折率はバッファ層１２の屈折率よりも大きくすることが好ましい。つまり、上部クラッド１４の屈折率をバッファ層１２の屈折率よりも大きくし、且つ、石英基板１１の屈折率よりも大きくすることが好ましい。これにより、光導波路に接続される入力ファイバからの入力光のうち、光導波路に結合しない光がバッファ層１２および石英基板１１側に漏れるのを防ぐことができる。また上部クラッド１４とバッファ層１２の屈折率はともにコア１３の屈折率よりも小さい必要がある。光導波路として動作するためにはコア１３の屈折率が周囲よりも大きい必要があるからである。上部クラッド１４の厚さについては、コア１３を完全に覆い、且つ、コア１３から見て上方向への光の漏れが十分に抑制される限りにおいてできる限り薄く設定することが好ましい。例えば、コア１３の高さが７μｍであれば、３０μｍ程度に設定すればよい。

本発明では、光導波路１０を構成するバッファ層１２の熱膨張率と、上部クラッド１４の熱膨張率がほぼ等しく設定されている。これは、これらの熱膨張率をほぼ等しく設定することによって、コア１３にかかる垂直方向の応力と平面方向の応力を実質的に一致させ、これにより複屈折の発生を抑制するためである。石英系ガラス材料の熱膨張率は、添加するドーパントの種類及び量によって変化することから、これに基づいてバッファ層１２の熱膨張率と上部クラッド１４の熱膨張率とをほぼ等しく設定することができる。添加により熱膨張率が大きくなるドーパントしては、例えば、リン（Ｐ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、ホウ素（Ｂ）、アルミニウム（Ａｌ）等が挙げられ、添加により熱膨張率が小さくなるドーパントしては、例えば、チタン（Ｔｉ）、フッ素（Ｆ）等が挙げられる。

次に、光導波路１０の製造方法について工程図である図２乃至図７を参照しながら説明する。

まず、図２に示すように、石英基板１１上にバッファ層１２を形成する。バッファ層１２の形成方法としては、バッファ層１２の構成元素を含む化学種を用いた気相成長法、例えばＣＶＤ法を用いることが好ましく、テトラエトキシオルソシリケート（ＴＥＯＳ）、テトラメトキシゲルマニウム（ＴＭＧ）、トリメトキシボラン（ＴＭＢ）及び酸素（Ｏ_２）の混合ガスをソースとするプラズマＣＶＤ法（ＰＥＣＶＤ法）を用いることが特に好ましい。このような混合ガスを用いて成膜すれば、ゲルマニウム（Ｇｅ）及びホウ素（Ｂ）が添加された石英ガラスからなるバッファ層１２を形成することが可能となる。ゲルマニウム（Ｇｅ）の添加量は、テトラメトキシゲルマニウム（ＴＭＧ）の流量によって調節することができ、ホウ素（Ｂ）の添加量は、トリメトキシボラン（ＴＭＢ）の流量によって調節することができる。

次に、図３に示すように、バッファ層１２上にコア前駆体層１５を形成する。コア前駆体層１５はコア１３の元となる層であり、その厚さは、形成すべきコア１３の厚さと同じ厚さに設定される。コア前駆体層１５の形成方法としては、バッファ層１２の形成方法と同様であり、コア１３の構成元素を含む化学種を用いたＣＶＤ等の気相成長法を用いることが好ましく、テトラエトキシオルソシリケート（ＴＥＯＳ）、テトラメトキシゲルマニウム（ＴＭＧ）及び酸素（Ｏ_２）の混合ガスをソースとするプラズマＣＶＤ法（ＰＥＣＶＤ法）を用いることが特に好ましい。このような混合ガスを用いて成膜すれば、ゲルマニウム（Ｇｅ）が添加された石英ガラスからなるコア前駆体層１５を形成することが可能となる。上述の通り、ゲルマニウム（Ｇｅ）の添加量はテトラメトキシゲルマニウム（ＴＭＧ）の流量によって調節することができ、バッファ層１２の形成時よりもテトラメトキシゲルマニウム（ＴＭＧ）の流量を多く設定することによって、コア前駆体層１５の屈折率をバッファ層１２の屈折率よりも高くすることができる。

次に、図４に示すように、コア前駆体層１５上にフォトレジスト１６を形成し、フォトリソグラフィー法を用いて第１のコア１３ａ及び第２のコア１３ｂを形成すべき領域以外の部分を除去することにより、図５に示すようにマスク１６ａ，１６ｂを形成する。そして、図６に示すように、このマスク１６ａ，１６ｂを用いてコア前駆体層１５をエッチングすることにより、第１のコア１３ａ及び第２のコア１３ｂを形成する。その後、マスク１６ａ，１６ｂを除去すれば、コア前駆体層１５のパターニングが完了する。コア前駆体層１５のエッチングは、ドライエッチング法、特に、反応性イオンエッチング法（ＲＩＥ法）を用いることが好ましい。

次に、図７に示すように、コア１３を覆うようにバッファ層１２上に上部クラッド１４を形成する。上部クラッド１４の形成方法としては、上部クラッド１４の構成元素を含む化学種を用いたＣＶＤ等の気相成長法を用いることが好ましく、トリメトキシボラン（ＴＭＢ）、トリメトキシフォスフィン（ＴＭＰ）、テトラエトキシオルソシリケート（ＴＥＯＳ）及び酸素（Ｏ_２）の混合ガスをソースとするプラズマＣＶＤ法（ＰＥＣＶＤ法）を用いることが特に好ましい。このような混合ガスを用いて成膜すれば、ボロン燐添加石英ガラス（ＢＰＳＧ）からなる上部クラッド１４を形成することが可能となる。

但し、上部クラッド１４は凹凸を有する面上に形成されるため、成膜直後においては、図７に示すように表面１４ａに凹凸が形成されたり、第１のコア１３ａと第２のコア１３ｂの間にボイド１４ｂが形成されたりする。特にボイド１４ｂは、第１のコア１３ａと第２のコア１３ｂの間隔が狭い場合に生じやすい。

このような表面１４ａの凹凸やボイド１４ｂをなくすため、次に、上部クラッド１４をアニールにより流動化させる。この場合、上部クラッド１４の全部を成膜した後、一度にアニールを行うのではなく、成膜とアニールを複数回繰り返すことによって上部クラッド１４を形成することがより好ましい。これは、成膜とアニールを複数回繰り返すことにより上部クラッド１４を形成すれば、アニール時に生じる気泡を効果的に除去することができるからである。例えば、上部クラッド１４を８μｍだけ成膜した後アニールを行い、次いで、さらに１１μｍだけ成膜した後アニールを行い、最後に、さらに１１μｍだけ成膜した後アニールを行えば、ほぼ気泡の存在しない厚さ３０μｍの上部クラッド１４を形成することが可能となる。

以上により、図１に示すように、表面１４ａが平坦であり、且つ、ボイド１４ｂが存在しない光導波路１０が完成する。

このようにして作製された光導波路１０に含まれるコア１３には、熱膨張率の差に起因する応力がかかることになるが、本発明では、バッファ層１２の熱膨張率と上部クラッド１４の熱膨張率とがほぼ等しいことから、コア１３と上部クラッド１４及びバッファ層１２の熱膨張率が異なっている場合でも、コア１３にかかる垂直方向の応力と平面方向の応力が実質的に一致している。つまり、図８に示すように、コア１３の垂直面、つまり側面１３ｓは全て上部クラッド１４に接していることから、コア１３にかかる垂直方向の応力Ａは上部クラッド１４とコア１３の熱膨張率差によって決まる。一方、コア１３の水平面のうち、上面１３ｕは上部クラッド１４に接し、底面１３ｌはバッファ層１２に接していることから、コア１３にかかる水平方向の応力のうち、上面１３ｕにかかる応力Ａついては上部クラッド１４とコア１３の熱膨張率差によって決まり、底面１３ｌにかかる応力Ｂについてはバッファ層１２とコア１３の熱膨張率差によって決まる。換言すれば、コア１３にかかる水平方向の応力は、上部クラッド１４とコア１３の熱膨張率差と、バッファ層１２とコア１３の熱膨張率差の中間値によって決まることになる。

この点を考慮して、本発明ではバッファ層１２の熱膨張率と上部クラッド１４の熱膨張率をほぼ一致させており、これにより、コア１３にかかる垂直方向の応力と平面方向の応力を実質的に一致させることが可能となる。つまり、コア１３にかかる応力は等方性となり、複屈折が生じにくくなる。したがって、良好な特性を持つ光導波路１０を提供することが可能となる。

本発明は、以上説明した実施の形態に限定されることなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内で種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。

例えば、上記実施形態による光導波路１０では、石英基板１１とバッファ層１２が直接接触しているが、図９に示すように、石英基板１１とバッファ層１２の熱膨張率差に起因する応力を低減するための他のバッファ層２０をこれらの間に介在させても構わない。この場合、他のバッファ層２０としては、熱膨張率が石英基板１１とバッファ層１２の間である材料を用いる必要がある。このような材料としては、ドーパントとしてゲルマニウム（Ｇｅ）が添加された石英系ガラス材料であって、ゲルマニウム（Ｇｅ）の添加量がバッファ層１２よりも少ない材料を好ましく挙げることができる。

以下、本発明の実施例について説明するが、本発明はこの実施例に何ら限定されるものではない。

実施例１

図１と同様の構造を有する実施例１の光導波路（方向性結合器）を作製した。実施例１の光導波路では、バッファ層にはゲルマニウム（Ｇｅ）及びホウ素（Ｂ）を添加し、その添加量は酸化物換算でそれぞれ２．０ｍｏｌ％及び４．０ｍｏｌ％とした。上部クラッドにはホウ素（Ｂ）及びリン（Ｐ）を添加し、その添加量はそれぞれ５．０ｍｏｌ％及び２．０ｍｏｌ％とした。また、コアにはゲルマニウム（Ｇｅ）を添加し、その添加量は５．４ｍｏｌ％とした。これにより、波長が１５５０ｎｍの光に対して、バッファ層の屈折率は１．４４８００、上部クラッドの屈折率は１．４４８３、コアの屈折率は１．４５４０９となり、コアの屈折率はバッファ層及び上部クラッドの屈折率よりも約０．４％高くなった。

実施例１の光導波路では、バッファ層及び上部クラッドの熱膨張率はいずれも１２．４×１０^−７／℃であり、したがってこれらの熱膨張率差は実質的に０％である。また、コアの熱膨張率は１１．５×１０^−７／℃であった。

このような実施例１の光導波路に対して分岐比の偏波依存性を測定したところ、その値は０．１ｄＢであった。通常、偏波依存性が０．５ｄＢ以下であれば特性が良好であると言えることから、実施例１の光導波路は非常に特性が良好であること確認された。

実施例２

バッファ層に添加するゲルマニウム（Ｇｅ）及びホウ素（Ｂ）の添加量を酸化物換算でそれぞれ１．４ｍｏｌ％及び１．８ｍｏｌ％とし、上部クラッドに添加するホウ素（Ｂ）及びリン（Ｐ）の添加量をそれぞれ１．８ｍｏｌ％及び１．２ｍｏｌ％とし、コアに添加するゲルマニウム（Ｇｅ）の添加量を５．２ｍｏｌ％とした他は、実施例１と同じ構成を有する実施例２の光導波路を作製した。実施例２の光導波路では、波長が１５５０ｎｍの光に対するバッファ層の屈折率は１．４４７６１、上部クラッドの屈折率は１．４４７８８、コアの屈折率は１．４５３５５となり、コアの屈折率はバッファ層及び上部クラッドの屈折率よりも約０．４％高くなった。

実施例２の光導波路では、バッファ層の熱膨張率は８．０×１０^−７／℃、上部クラッドの熱膨張率は８．８×１０^−７／℃であり、したがってこれらの熱膨張率差は約１０％であった。また、コアの熱膨張率は１１．２×１０^−７／℃であった。

このような実施例２の光導波路に対して分岐比の偏波依存性を測定したところ、その値は０．２ｄＢであり、非常に特性が良好であること確認された。

実施例３

バッファ層に添加するゲルマニウム（Ｇｅ）及びホウ素（Ｂ）の添加量を酸化物換算でそれぞれ０．７ｍｏｌ％及び１．２ｍｏｌ％とし、上部クラッドに添加するホウ素（Ｂ）及びリン（Ｐ）の添加量をそれぞれ１．２ｍｏｌ％及び１．０ｍｏｌ％とし、コアに添加するゲルマニウム（Ｇｅ）の添加量を５．０ｍｏｌ％とした他は、実施例１と同じ構成を有する実施例３の光導波路を作製した。実施例３の光導波路では、波長が１５５０ｎｍの光に対するバッファ層の屈折率は１．４４７３９、上部クラッドの屈折率は１．４４７７９、コアの屈折率は１．４５３５５となり、コアの屈折率はバッファ層及び上部クラッドの屈折率よりも約０．４％高くなった。

実施例３の光導波路では、バッファ層の熱膨張率は７．０×１０^−７／℃、上部クラッドの熱膨張率は７．９×１０^−７／℃であり、したがってこれらの熱膨張率差は約１３％であった。また、コアの熱膨張率は１１．０×１０^−７／℃であった。

このような実施例３の光導波路に対して分岐比の偏波依存性を測定したところ、その値は０．４ｄＢであり、特性が良好であること確認された。

比較例１

バッファ層への添加をゲルマニウム（Ｇｅ）のみとし、その添加量を酸化物換算で０．７ｍｏｌ％とするとともに、上部クラッドに添加するホウ素（Ｂ）及びリン（Ｐ）の添加量をそれぞれ１．２ｍｏｌ％及び１．０ｍｏｌ％とし、コアに添加するゲルマニウム（Ｇｅ）の添加量を５．０ｍｏｌ％とした他は、実施例１と同じ構成を有する比較例１の光導波路を作製した。比較例１の光導波路では、波長が１５５０ｎｍの光に対するバッファ層の屈折率は１．４４７７５、上部クラッドの屈折率は１．４４７７８、コアの屈折率は１．４５３５５となり、コアの屈折率はバッファ層及び上部クラッドの屈折率よりも約０．４％高くなった。

比較例１の光導波路では、バッファ層の熱膨張率は５．８×１０^−７／℃、上部クラッドの熱膨張率は７．９×１０^−７／℃であり、したがってこれらの熱膨張率差は約３６％であった。また、コアの熱膨張率は１１．０×１０^−７／℃であった。

このような比較例１の光導波路に対して分岐比の偏波依存性を測定したところ、その値は０．６ｄＢであり、良好な特性は得られなかった。

比較例２

バッファ層への添加をゲルマニウム（Ｇｅ）のみとし、その添加量を酸化物換算で１．０ｍｏｌ％とするとともに、上部クラッドに添加するホウ素（Ｂ）及びリン（Ｐ）の添加量をそれぞれ４．５ｍｏｌ％及び２．０ｍｏｌ％とし、コアに添加するゲルマニウム（Ｇｅ）の添加量を５．２ｍｏｌ％とした他は、実施例１と同じ構成を有する比較例２の光導波路を作製した。比較例２の光導波路では、波長が１５５０ｎｍの光に対するバッファ層の屈折率は１．４４８１５、上部クラッドの屈折率は１．４４８１５、コアの屈折率は１．４５３８２となり、コアの屈折率はバッファ層及び上部クラッドの屈折率よりも約０．４％高くなった。

比較例２の光導波路では、バッファ層の熱膨張率は６．２×１０^−７／℃、上部クラッドの熱膨張率は１２．９×１０^−７／℃であり、したがってこれらの熱膨張率差は約１０８％であった。また、コアの熱膨張率は１１．２×１０^−７／℃であった。

このような比較例２の光導波路に対して分岐比の偏波依存性を測定したところ、その値は１．１ｄＢであり、良好な特性は得られなかった。

比較例３

バッファ層をノンドープとし、上部クラッドに添加するホウ素（Ｂ）及びリン（Ｐ）の添加量を酸化物換算でそれぞれ４．５ｍｏｌ％及び１．０ｍｏｌ％とし、コアに添加するゲルマニウム（Ｇｅ）の添加量を４．８ｍｏｌ％とした他は、実施例１と同じ構成を有する比較例３の光導波路を作製した。比較例３の光導波路では、波長が１５５０ｎｍの光に対するバッファ層の屈折率は１．４４６８、上部クラッドの屈折率は１．４４６８、コアの屈折率は１．４５３２８となり、コアの屈折率はバッファ層及び上部クラッドの屈折率よりも約０．４％高くなった。

比較例３の光導波路では、バッファ層の熱膨張率は６．２×１０^−７／℃、上部クラッドの熱膨張率は１１．２×１０^−７／℃であり、したがってこれらの熱膨張率差は約８１％であった。また、コアの熱膨張率は１０．８×１０^−７／℃であった。

このような比較例３の光導波路に対して分岐比の偏波依存性を測定したところ、その値は１．２ｄＢであり、良好な特性は得られなかった。

本発明の好ましい実施形態による光導波路１０の構造を示す略断面図である。 光導波路１０の製造工程の一部（バッファ層１２の形成）を示す図である。 光導波路１０の製造工程の一部（コア前駆体層１５の形成）を示す図である。 光導波路１０の製造工程の一部（フォトレジスト１６の形成）を示す図である。 光導波路１０の製造工程の一部（マスク１６ａ，１６ｂの形成）を示す図である。 光導波路１０の製造工程の一部（コア前駆体層１５のエッチング）を示す図である。 光導波路１０の製造工程の一部（上部クラッド１４の形成）を示す図である。 コア１３にかかる応力を説明するための図である。 光導波路１０の変形例を示す略断面図である。

符号の説明

１０ 光導波路
１１ 石英基板
１２ バッファ層
１３ａ 第１のコア
１３ｂ 第２のコア
１３ｓ コアの側面
１３ｕ コアの上面
１３ｌ コアの底面
１４ 上部クラッド
１４ａ 上部クラッドの表面
１４ｂ ボイド
１５ コア前駆体層
１６ フォトレジスト
１６ａ，１６ｂ マスク

Claims (10)

1. 石英基板と、前記石英基板上に設けられたバッファ層と、前記バッファ層上に設けられた少なくとも一つのコアと、前記コアを覆って前記バッファ層上に設けられた上部クラッドとを備え、前記バッファ層の熱膨張率と前記上部クラッドの熱膨張率との差が３０％以下であることを特徴とする光導波路。
2. 前記バッファ層の屈折率は前記石英基板の屈折率よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の光導波路。
3. 前記上部クラッドの屈折率は前記バッファ層の屈折率よりも大きいことを特徴とする請求項２に記載の光導波路。
4. 前記バッファ層を構成する材料よりも前記上部クラッドを構成する材料の方が軟化温度が低いことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の光導波路。
5. 前記上部クラッドには少なくともホウ素（Ｂ）及びリン（Ｐ）が添加されていることを特徴とする請求項４に記載の光導波路。
6. 前記バッファ層には少なくともゲルマニウム（Ｇｅ）が添加されていることを特徴とする請求項４又は５に記載の光導波路。
7. 前記バッファ層の厚さが１μｍ以上、５μｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の光導波路。
8. 前記石英基板と前記バッファ層との間に設けられた他のバッファ層をさらに備えており、前記他のバッファの熱膨張率は、前記石英基板の熱膨張率と前記バッファ層の熱膨張率の間であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の光導波路。
9. 石英基板上に気相成長法によりバッファ層を成膜する工程と、前記バッファ層上に気相成長法によりコア前駆体層を成膜する工程と、前記コア前駆体層をパターニングすることにより第１及び第２のコアを形成する工程と、前記第１及び第２のコアを覆うように、前記バッファ層との熱膨張率差が３０％以下である上部クラッドを気相成長法により前記バッファ層上に成膜する工程と、前記上部クラッドをアニールにより流動化させる工程とを備えることを特徴とする光導波路の製造方法。
10. 前記上部クラッドの成膜とアニールを複数回繰り返すことを特徴とする請求項９に記載の光導波路の製造方法。

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