JP4372039B2 - Low propagation loss optical waveguide and manufacturing method thereof - Google Patents

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Description

本発明は、光集積回路や小型光センサー等に用いられる伝播損失の少ない低伝播損失光導波路及びその作製方法に関する。   The present invention relates to a low propagation loss optical waveguide having a small propagation loss used for an optical integrated circuit, a small optical sensor, and the like, and a manufacturing method thereof.

近年、小型の光集積回路や小型のバイオチップ/センサーに用いるため、曲げ半径の小さい光導波路の開発が進んでいる。これらの光デバイスの小型化に最も大きな影響を及ぼしているのが光導波路の曲げ半径である。
一般に、光導波路は、コアと呼ばれる屈折率(n)の高い部分とクラッドと呼ばれる屈折率の低い部分で構成されているが、この屈折率の差(Δn )が大きくなればなるほど小さい曲げ半径を実現できることが知られている。これは、Δn が大きくなればなるほど光を強くコアの部分に閉じ込めることができるためで、急峻な曲げでも光が外部に漏れにくくなるためである。
In recent years, development of an optical waveguide having a small bending radius has been progressing for use in a small optical integrated circuit and a small biochip / sensor. The bending radius of the optical waveguide has the greatest influence on the miniaturization of these optical devices.
In general, an optical waveguide is composed of a portion having a high refractive index (n) called a core and a portion having a low refractive index called a cladding, and the smaller the refractive index difference (Δn), the smaller the bending radius. It is known that it can be realized. This is because the larger the Δn, the stronger the light can be confined in the core portion, and the more difficult the light leaks to the outside even with a sharp bend.

この型の光導波路は、一般に屈折率導波型(Index Guiding Waveguide)と呼ばれ、内部全反射機構(Total Internal Reflection)で光が伝播していく。この型の光導波路の概念図を図1に示す。図中、(a)はチャンネル型導波路であり、(b)はリブ型導波路である。   This type of optical waveguide is generally called an index guiding waveguide, and light propagates through an internal total reflection mechanism. A conceptual diagram of this type of optical waveguide is shown in FIG. In the figure, (a) is a channel-type waveguide, and (b) is a rib-type waveguide.

屈折率導波型光導波路とは別に、フォトニック結晶型(Photonic Crystal Waveguide)の光導波路も多数報告されている。これは、通常の光導波路のように内部全反射機構を用いずに、光の伝播経路をフォトニック結晶で覆い、特定の波長に対して禁制体(Photonic
Bandgap)を形成することにより、伝播経路の外部に光が漏れないように設計されたものである。この型の光導波路の概念図を図2に示す。図中、(a)はホール型フォトニック結晶導波路であり、(b)はボール型フォトニック結晶導波路である。いずれも断面図(上)と平面図(下)が対で示されている。
Apart from the refractive index waveguide type optical waveguide, many photonic crystal waveguide optical waveguides have been reported. This is because the optical propagation path is covered with a photonic crystal without using a total internal reflection mechanism like a normal optical waveguide, and a forbidden substance (Photonic
Bandgap) is designed to prevent light from leaking outside the propagation path. A conceptual diagram of this type of optical waveguide is shown in FIG. In the figure, (a) is a hole type photonic crystal waveguide, and (b) is a ball type photonic crystal waveguide. In both cases, a cross-sectional view (top) and a plan view (bottom) are shown in pairs.

屈折率導波型、フォトニック結晶型のいずれの場合も理論上は、曲げ半径を数μmまで小型化できるのみならず、伝播ロスを限りなく小さくすることが可能であるが、実験で得られる伝播損失はきわめて高く、数10dB/cm乃至それ以上に及ぶことが報告されている。これは、光導波路加工時に形成される側面の面荒れによるものであることが報告されている(非特許文献1参照)。
通常、光導波路はフォトレジスト法により露光工程を経て、ドライエッチングで作製される。このときのエッチング過程で光導波路の側壁に面荒れが生じる。通常の導波路製作工程を図3に示す。
Theoretically, in both the refractive index guided type and the photonic crystal type, not only can the bending radius be reduced to several μm, but also the propagation loss can be reduced as much as possible. Propagation loss is extremely high, reporting several tens of dB / cm or more. It has been reported that this is due to surface roughness of the side surface formed during processing of the optical waveguide (see Non-Patent Document 1).
Usually, the optical waveguide is manufactured by dry etching through an exposure process by a photoresist method. In this etching process, surface roughness occurs on the side wall of the optical waveguide. A typical waveguide manufacturing process is shown in FIG.

通常、屈折率導波型光導波路やフォトニック結晶型光導波路は、SOI(Silicon on Insulator)基板を用いて製作される。これはシリコン層の下にすでにクラッド層(この場合はSiO2層)が形成されていることに加え、導波路が作り込まれる層に単結晶シリコンを用いることができるためである。単結晶シリコンは、アモルファスやポリシリコンと比較して、粒界による吸収・散乱が無いため損失が少ないことが知られている。よって、屈折率導波型光導波路やフォトニック結晶型光導波路にとって理想の材料と言える。 Usually, a refractive index waveguide type optical waveguide or a photonic crystal type optical waveguide is manufactured using an SOI (Silicon on Insulator) substrate. This is because a clad layer (in this case, SiO 2 layer) is already formed under the silicon layer, and single crystal silicon can be used for the layer in which the waveguide is formed. Single crystal silicon is known to have less loss than amorphous or polysilicon because it is not absorbed or scattered by grain boundaries. Therefore, it can be said to be an ideal material for a refractive index waveguide type optical waveguide and a photonic crystal type optical waveguide.

しかし、急峻な曲げが実現できたとしても、全体の伝播損失は、前述した界面、主に光導波路側壁の面荒れにより、極めて高いものとなっているのが現状である。
屈折率導波型光導波路の場合、この伝播損失は、Δn の3乗に比例するとの報告もあり(非特許文献1参照)、低損失な光回路を考えた場合、現実的な選択肢とは言えない。
特にSOIを基板とした場合、Δn=Si(n=3.5)−SiO2(n=1.45)は2.1となり、実際にAWG(Arrayed Waveguide Gratings)用などに用いられているシリカ系の光導波路のΔn<0.05の場合と比較して格段に大きく、伝播損失も大きい。同様に、フォトニック結晶型光導波路の場合も実際の伝播損失は極めて大きく、実用に耐えない場合が多い。
However, even if steep bending can be realized, the total propagation loss is extremely high due to the rough surface of the interface, mainly the side wall of the optical waveguide.
In the case of a refractive index waveguide type optical waveguide, there is a report that this propagation loss is proportional to the third power of Δn (see Non-Patent Document 1). I can not say.
In particular, when SOI is used as the substrate, Δn = Si (n = 3.5) −SiO 2 (n = 1.45) is 2.1, and Δn of silica-based optical waveguides actually used for AWG (Arrayed Waveguide Gratings) etc. Compared to <0.05, the propagation loss is also large. Similarly, in the case of a photonic crystal type optical waveguide, the actual propagation loss is extremely large, and in many cases it is not practical.

この側壁の荒れを低減するには、エッチングのプロセスを改良することも考えられるが、これには、エッチング装置や露光装置の導入などに莫大な費用が掛かるうえ、その効果も不確定である。
また、側壁の面荒れを低減するために、エッチング面に酸化処理を施し、酸化膜を形成することにより面荒れを低減する方法が提案されている(非特許文献2、特許文献1,2参照)。しかし、この方法では、酸化膜形成により光導波路の断面サイズが変わってしまうことが問題となる。加えて、酸化処理後も側壁に面荒れが残っていることがある(非特許文献3参照)。
In order to reduce the roughness of the side wall, it is conceivable to improve the etching process. However, this requires enormous costs for the introduction of an etching apparatus and an exposure apparatus, and its effect is uncertain.
Further, in order to reduce the surface roughness of the side wall, there has been proposed a method of reducing the surface roughness by performing an oxidation process on the etched surface and forming an oxide film (see Non-Patent Document 2, Patent Documents 1 and 2). ). However, this method has a problem that the cross-sectional size of the optical waveguide changes due to the formation of the oxide film. In addition, surface roughness may remain on the side wall even after the oxidation treatment (see Non-Patent Document 3).

K.K.Lee et al.,Appl.Phys.Lett.,77,pp.1617-1619(2000)K.K.Lee et al., Appl. Phys. Lett., 77, pp. 1617-1619 (2000) K.K.Lee et al.,Opt.Lett.,26(23),pp.1888-1890(2001)K.K.Lee et al., Opt.Lett., 26 (23), pp.1888-1890 (2001) L.Pavesi,Silicon Photonics,Springer, 2004L. Pavesi, Silicon Photonics, Springer, 2004 特公表2004-510181号公報Special Publication 2004-510181 PCT/US2001/041632PCT / US2001 / 041632

本発明は、低コストで容易に製造することができ、曲げ半径が小さく伝播損失の少ない低伝播損失光導波路及びその作製方法を提供することを目的としている。   An object of the present invention is to provide a low propagation loss optical waveguide that can be easily manufactured at low cost, has a small bending radius, and has a small propagation loss, and a method for manufacturing the same.

本発明の低伝播損失光導波路の作製方法は、Siの単結晶層を有する基板を用いて、該単結晶層に光導波路を形成し、温度500〜1350℃のアルゴン雰囲気中で熱処理することにより、該光導波路の側面に存在する微小な面荒れを改善することを特徴としている。なお、基板には、SOI(Silicon on Insulator)を使用するのが好ましい。また、熱処理前に、フッ素イオン含有水溶液に浸漬して、前記単結晶表面の自然酸化膜を除去しておくと良い。
なお、トップクラッド層は、必要ならば熱処理後に形成すれば良く、プラズマCVDで代表されるCVD(Chemical Vapor Deposition)法、あるいはスパッタ法などのPVD(Physical Vapor Deposition)法等を用いて形成することができる。光導波路は、屈折率導波型光導波型又はフォトニック結晶型である。
The method for producing a low propagation loss optical waveguide according to the present invention comprises forming an optical waveguide in a single crystal layer using a substrate having a single crystal layer of Si , and performing a heat treatment in an argon atmosphere at a temperature of 500 to 1350 ° C. The present invention is characterized in that a minute surface roughness existing on the side surface of the optical waveguide is improved. Note that an SOI (Silicon on Insulator) is preferably used for the substrate. Moreover, it is preferable to remove the natural oxide film on the surface of the single crystal by immersing in an aqueous solution containing fluorine ions before the heat treatment.
The top clad layer may be formed after heat treatment if necessary, and may be formed using a CVD (Chemical Vapor Deposition) method typified by plasma CVD or a PVD (Physical Vapor Deposition) method such as a sputtering method. Can do. The optical waveguide is a refractive index guided optical waveguide type or a photonic crystal type.

本発明の低伝播損失光導波路は、Siの単結晶層を有する基板を用いて、該単結晶層に光導波路を形成し、温度500〜1350℃のアルゴン雰囲気中で熱処理することにより、該光導波路の側面に存在する微小な面荒れを改善してなることを特徴とするものである。なお、トップクラッド層は、熱処理により面荒れを改善した後、必要ならば用途に合わせて適宜設ければよい。
The low propagation loss optical waveguide of the present invention is obtained by forming an optical waveguide in a single crystal layer using a substrate having a single crystal layer of Si , and performing heat treatment in an argon atmosphere at a temperature of 500 to 1350 ° C. It is characterized by improving minute surface roughness existing on the side surface of the waveguide. Note that the top clad layer may be appropriately provided according to the application if necessary after the surface roughness is improved by heat treatment.

本発明によれば、光導波路の側面に存在する微小な面荒れが改善され、伝播損失の小さい低伝播損失光導波路が得られ、これを用いることにより小型の光デバイスの製作が可能となる。   According to the present invention, the minute surface roughness existing on the side surface of the optical waveguide is improved, and a low propagation loss optical waveguide with a small propagation loss is obtained. By using this, a small optical device can be manufactured.

本発明では、基板上の単結晶層に光導波路を形成するまでは、図3に示すような一般的な方法が用いられる。光導波路が形成された段階では、光導波路の側壁に伝播損失の元となる面荒れ(マイクロラフネス)が存在する。このことは言い換えれば、面荒れはフラットな平滑な場合と比較し、大きな表面積を有している。
本発明者は、この表面積を小さくすれば側壁の面荒れは低減すると考え、鋭意検討の結果、荒れた粗面を滑面化することが有効であることを見出し、さらに検討を加えて、光導波路形成後に温度500〜1350℃のアルゴン雰囲気中で熱処理することで本発明を達成した。
In the present invention, a general method as shown in FIG. 3 is used until an optical waveguide is formed in a single crystal layer on a substrate. At the stage where the optical waveguide is formed, surface roughness (micro roughness) that causes propagation loss exists on the side wall of the optical waveguide. In other words, the surface roughness has a large surface area compared to a flat and smooth case.
The present inventor considers that the surface roughness of the side wall is reduced if the surface area is reduced, and as a result of intensive studies, it has been found that it is effective to smooth the rough rough surface. The present invention was achieved by heat treatment in an argon atmosphere at a temperature of 500 to 1350 ° C. after the formation of the waveguide.

本発明では、側壁の面荒れを低減するために熱処理を行うことに特徴がある。具体的には、アルゴン雰囲気中にて短時間で高温アニールを行う。その結果、シリコンは、側壁の表面エネルギーを減らすためにシリコン原子が再配列し、最小の表面積を採ろうとするため、マイクロラフネスが減少し、面荒れが滑面化することにより、光導波路の伝播損失も低減する。   The present invention is characterized in that heat treatment is performed to reduce the surface roughness of the side wall. Specifically, high-temperature annealing is performed in an argon atmosphere in a short time. As a result, silicon is rearranged in order to reduce the surface energy of the sidewalls and tries to take the minimum surface area, so that the microroughness is reduced and the surface roughness becomes smooth, thereby propagating the optical waveguide. Loss is also reduced.

熱処理をアルゴン雰囲気中で行う理由は、酸素等の活性ガスを用いた際には、シリコン表面に酸化膜等の膜が形成され、側壁が膜で固定されてしまい、上記シリコン原子の再配列が充分に起こらないためである。
アルゴン雰囲気での熱処理は、nmオーダーと考えられる側壁の微小な面荒れを改善する一方、μmもしくはサブμmオーダーの導波路の断面形状の変形を最小限に抑えることが可能という優れた特徴を有する。
The reason why the heat treatment is performed in an argon atmosphere is that when an active gas such as oxygen is used, a film such as an oxide film is formed on the silicon surface, and the side walls are fixed by the film. This is because it does not occur sufficiently.
Heat treatment in an argon atmosphere has an excellent feature that it can improve the minute surface roughness of the sidewall considered to be on the order of nm while minimizing the deformation of the cross-sectional shape of the waveguide on the order of μm or sub-μm. .

熱処理の雰囲気に、水素、水素とアルゴン、あるいはその他の不活性ガスとの混合ガスを用いない理由は、水素は、シリコン原子の再配列を促し、表面積を最小にする働きがあるものの、同時にシリコン表面をエッチングし、導波路の断面サイズを変えてしまうことに加えて、水素ガスは、爆発性を有するため取り扱いが困難である、などが挙げられる。さらに、水素ガスを用いると、表面のシリコン原子の再配列が過度に進行し、導波路の断面形状が崩れてしまう虞がある。
また、窒素雰囲気では、シリコン原子の再配列がほとんど進行せず、伝播損失が改善されないという結果を得ている。
The reason for not using hydrogen, hydrogen and argon or other inert gas in the heat treatment atmosphere is that hydrogen promotes rearrangement of silicon atoms and minimizes the surface area, but at the same time silicon In addition to etching the surface and changing the cross-sectional size of the waveguide, hydrogen gas is explosive and difficult to handle. Furthermore, when hydrogen gas is used, rearrangement of silicon atoms on the surface proceeds excessively, and the cross-sectional shape of the waveguide may be destroyed.
Further, in the nitrogen atmosphere, the rearrangement of silicon atoms hardly proceeds and the propagation loss is not improved.

熱処理は、500℃未満では充分な滑面が得られず、1350℃を超えると光導波路の形状が変化するため500〜1350℃で行われる。なお、熱処理温度によって滑面化に要する時間が変化するが、短すぎると品質(滑面化)のばらつきが大きくなるため、10秒以上、長くても数時間で滑面化する温度を熱処理温度とするのが好ましい。   When the heat treatment is performed at a temperature lower than 500 ° C., a sufficient smooth surface cannot be obtained. When the heat treatment is performed at a temperature higher than 1350 ° C., the shape of the optical waveguide changes. The time required for smoothing varies depending on the heat treatment temperature, but if it is too short, the variation in quality (smoothing) will increase. Is preferable.

本発明は、不活性ガスであるアルゴンを用いることで、既存の様々な熱処理設備を用いることが可能である。現有の設備の種類(通常のバッチ処理を特徴とする拡散炉、ランプ過熱炉 Rapid Thermal Annealer: RTAなど)によって、温度、時間等を調整することにより低コストで充分な効果が期待できる。   The present invention can use various existing heat treatment facilities by using argon which is an inert gas. A sufficient effect can be expected at low cost by adjusting the temperature, time, etc., depending on the type of existing equipment (diffusion furnace characterized by normal batch processing, Rapid Thermal Annealer: RTA, etc.).

また、光導波路形成後、上記熱処理に先だって、フッ素イオン含有水溶液に浸漬して、単結晶表面の自然酸化膜を除去しておくとよく、これにより、酸化膜を蒸発させるための熱処理時間が不要となる、また酸化膜蒸発速度の面内不均一による新たな面荒れ等を考慮する必要がなくなる、等の効果が得られる。
フッ素イオン含有水溶液としては、例えば、HF、NH4F等の水溶液が挙げられる。
In addition, after forming the optical waveguide, prior to the above heat treatment, it is preferable to remove the natural oxide film on the surface of the single crystal by immersing it in a fluorine ion-containing aqueous solution, thereby eliminating the heat treatment time for evaporating the oxide film. In addition, it is possible to obtain effects such as eliminating the need for considering new surface roughness due to in-plane unevenness of the oxide film evaporation rate.
Examples of the fluorine ion-containing aqueous solution include aqueous solutions of HF, NH 4 F, and the like.

導波路は、屈折率導波型光導波型又はフォトニック結晶型のいずれであってもよい。

Optical waveguide may be either a refractive index waveguide-type optical waveguide type or photonic crystal type.

基板には、8インチSOIウェーハを用いた。クラッド層となる埋め込み酸化膜層の厚さを3μmとし、厚さ0.2μmの単結晶シリコン層を設け、この上にフォトレジスト層を形成した後、露光・ドライエッチングにより単結晶層に幅0.5μm、長さ1〜5mmの、図4に示す屈折率導波型光導波路を作製した。なお、図4において、(a)は断面図であり、(b)は平面図である。   An 8-inch SOI wafer was used as the substrate. The thickness of the buried oxide film layer to be the cladding layer is 3 μm, a single crystal silicon layer having a thickness of 0.2 μm is provided, a photoresist layer is formed thereon, and then the width of the single crystal layer is 0.5 μm by exposure / dry etching. A refractive index waveguide type optical waveguide shown in FIG. 4 having a length of 1 to 5 mm was produced. 4A is a cross-sectional view, and FIG. 4B is a plan view.

次いで、ランプ加熱炉(RTA)を用い、アルゴン雰囲気中1000℃で1分間の加熱を行った。1000℃までの昇温速度は50℃/sec.であり、1000℃からの降温は33℃/sec.であった。なお、この加熱を行う前に、前処理としてシリコン表面の自然酸化膜を除去するため、2%のフッ化水素液に30秒ウェーハを浸漬し、その後純水で洗浄した後、乾燥した。熱処理後、プラズマCVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition:PECVD)法で厚さ4μmのトップクラッド層を形成した。なお、アルゴン雰囲気との比較に、従来の熱処理なしに加えて、窒素ガス及び水素ガス雰囲気でも行った。   Subsequently, heating was performed at 1000 ° C. for 1 minute in an argon atmosphere using a lamp heating furnace (RTA). The rate of temperature increase up to 1000 ° C. was 50 ° C./sec., And the temperature decrease from 1000 ° C. was 33 ° C./sec. Prior to this heating, in order to remove the natural oxide film on the silicon surface as a pretreatment, the wafer was immersed in 2% hydrogen fluoride solution for 30 seconds, then washed with pure water and then dried. After the heat treatment, a top cladding layer having a thickness of 4 μm was formed by plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD). In addition, in comparison with the argon atmosphere, in addition to the conventional heat treatment, it was also performed in a nitrogen gas and hydrogen gas atmosphere.

得られた導波路の両端面を研磨し、ファブリペロー共鳴法(Fabry-Perot resonance method)及びカットバック(Cut-back method)法で伝播損失を測定した。測定に用いた波長は1.55μmで、入射光としてTEモードを選択した。結果を図5に示す。
雰囲気ガスがいずれの場合も、熱処理なしの場合と比較し、損失が低下していることが観察された。窒素雰囲気の場合は他と比較し、損失が大きいが、これはシリコン表面の再配列が充分でなかったためと考えられる。また、水素ガスの場合もアルゴンと比較し、損失が大きいがこれは導波路の断面形状が崩れたためと考えられる。
Both end surfaces of the obtained waveguide were polished, and propagation loss was measured by the Fabry-Perot resonance method and the cut-back method. The wavelength used for the measurement was 1.55 μm, and the TE mode was selected as the incident light. The results are shown in FIG.
It was observed that the loss was reduced in any atmosphere gas as compared to the case without heat treatment. In the case of a nitrogen atmosphere, the loss is larger than in other cases, but this is considered to be due to insufficient rearrangement of the silicon surface. In the case of hydrogen gas, the loss is larger than that of argon, but this is thought to be due to the collapse of the cross-sectional shape of the waveguide.

拡散炉を用い、雰囲気温度850℃で1時間の加熱を行った以外は、実施例1と同様にして、屈折率導波型光導波路を形成し、自然酸化膜の除去、アルゴン、窒素及び水素の各ガスについて前記熱処理を行った後、トップクラッド層を形成した。得られた導波路の両端面を研磨し、ファブリペロー共鳴法とカットバック法で伝播損失を測定した。その結果を図6に示す。
実施例1の場合と同様の結果が得られ、アルゴン雰囲気の場合は、伝播損失の低減に極めて有効であった。
A refractive index waveguide type optical waveguide is formed in the same manner as in Example 1 except that a diffusion furnace is used and heating is performed at an atmospheric temperature of 850 ° C. for 1 hour, and a natural oxide film is removed, and argon, nitrogen and hydrogen are formed. After performing the heat treatment for each of the gases, a top clad layer was formed. Both end faces of the obtained waveguide were polished, and propagation loss was measured by Fabry-Perot resonance method and cutback method. The results are shown in FIG.
The same results as in Example 1 were obtained, and the argon atmosphere was extremely effective in reducing the propagation loss.

8インチSOIウェーハを基板として用い、図7に示すフォトニック結晶型光導波路を作製した。SOIの埋め込み酸化膜層の厚さは0.5μmとし、単結晶シリコン層の厚さを0.3μmとして光導波路を形成した。構成要素の各サイズは図7に示す通りであるが、(a)は断面図であり、(b)は平面図である。
熱処理を行う前に前処理として、シリコン表面の自然酸化膜を除去するためと、単結晶シリコン層の下の酸化膜層を除くため、HF緩衝溶液(Buffered HF: HF/NH3溶液)に30分間ウェーハを浸漬し、その後純水で洗浄した後、乾燥した。次いで、拡散炉を用いてアルゴン、窒素及び水素の各ガス雰囲気中で830℃で1時間加熱する熱処理を行った。
The photonic crystal type optical waveguide shown in FIG. 7 was produced using an 8-inch SOI wafer as a substrate. The thickness of the SOI buried oxide layer was 0.5 μm and the thickness of the single crystal silicon layer was 0.3 μm to form an optical waveguide. The sizes of the constituent elements are as shown in FIG. 7, wherein (a) is a sectional view and (b) is a plan view.
Before the heat treatment, 30 HF buffer solution (Buffered HF: HF / NH 3 solution) is used to remove the native oxide film on the silicon surface and remove the oxide film layer below the single crystal silicon layer. The wafer was immersed for 1 minute, then washed with pure water and then dried. Next, heat treatment was performed by heating at 830 ° C. for 1 hour in each atmosphere of argon, nitrogen, and hydrogen using a diffusion furnace.

得られた導波路の両端面を研磨し、ファブリペロー共鳴法及びカットバック法で伝播損失を測定した。測定に用いた波長は1.55μmで、入射光としてTEモードを選択した。結果を図8に示す。
窒素雰囲気の場合の損失は、実施例1,2とほとんど同じであったが、水素雰囲気では大幅に悪化した。これは、水素によりフォトニック構造の断面形状が変わり、光の閉じ込め効果が薄れたため、結果として損失が増大したものと考えられる。アルゴン雰囲気の場合の損失は極めて小さく、これは側面の微小な荒れを効果的に押さえる一方、フォトニック構造そのものを保存したためと考えられる。
Both end faces of the obtained waveguide were polished, and propagation loss was measured by Fabry-Perot resonance method and cutback method. The wavelength used for the measurement was 1.55 μm, and the TE mode was selected as the incident light. The results are shown in FIG.
The loss in the nitrogen atmosphere was almost the same as in Examples 1 and 2, but was significantly worsened in the hydrogen atmosphere. This is probably because the cross-sectional shape of the photonic structure was changed by hydrogen and the light confinement effect was weakened, resulting in an increase in loss. The loss in the argon atmosphere is extremely small, which is thought to be due to the preservation of the photonic structure itself while effectively suppressing minute roughness on the side surface.

光デバイスの小型化に貢献する。   Contributes to miniaturization of optical devices.

屈折率導波型光導波路の概略を示す断面図であり、(a)はチャンネル型導波路、(b)はリブ型導波路である。It is sectional drawing which shows the outline of a refractive index waveguide type | mold optical waveguide, (a) is a channel type | mold waveguide, (b) is a rib type | mold waveguide. 図中、(a)はホール型フォトニック結晶導波路、(b)はポール型フォトニック結晶導波路の概略を示す、上は断面図、下は平面図である。In the figure, (a) is a Hall-type photonic crystal waveguide, (b) is an outline of a pole-type photonic crystal waveguide, the top is a cross-sectional view, and the bottom is a plan view. 光導波路の作製工程の概略を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the outline of the manufacturing process of an optical waveguide. 実施例1,2で得られた屈折率導波型光導波路の概略を示し、(a)は断面図であり、(b)は平面図である。The outline of the refractive index waveguide type optical waveguide obtained in Examples 1 and 2 is shown, (a) is a sectional view and (b) is a top view. 実施例1の測定結果を示すグラフである。3 is a graph showing measurement results of Example 1. 実施例2の測定結果を示すグラフである。6 is a graph showing measurement results of Example 2. 実施例3で得られるフォトニック結晶型光導波路の概略を示し、(a)は断面図であり、(b)は平面図である。The outline of the photonic crystal type | mold optical waveguide obtained in Example 3 is shown, (a) is sectional drawing, (b) is a top view. 実施例3の測定結果を示すグラフである。10 is a graph showing measurement results of Example 3.

Claims (10)

Siの単結晶層を有する基板を用いて、該単結晶層に光導波路を形成し、温度500〜1350℃のアルゴン雰囲気中で熱処理することにより、該光導波路の側面に存在する微小な面荒れを改善することを特徴とする低伝播損失光導波路の作製方法。 Using a substrate having a single crystal layer of Si, an optical waveguide is formed on the single crystal layer, and heat treatment is performed in an argon atmosphere at a temperature of 500 to 1350 ° C., thereby causing minute surface roughness present on the side surface of the optical waveguide. A method for producing a low propagation loss optical waveguide, characterized by 前記基板が、SOIである請求項1に記載の低伝播損失光導波路の作製方法。 The method for producing a low propagation loss optical waveguide according to claim 1, wherein the substrate is SOI . 前記熱処理前に、フッ素イオン含有水溶液に浸漬して、前記単結晶表面の自然酸化膜を除去する請求項1又は2に記載の低伝播損失光導波路の作製方法。   The method for producing a low propagation loss optical waveguide according to claim 1 or 2, wherein the natural oxide film on the surface of the single crystal is removed by immersion in an aqueous solution containing fluorine ions before the heat treatment. 前記熱処理後に、トップクラッド層を形成する請求項1乃至3のいずれかに記載の低伝播損失光導波路の作製方法。   The method for producing a low propagation loss optical waveguide according to claim 1, wherein a top clad layer is formed after the heat treatment. 前記トップクラッド層を、CVD法又はPVD法で形成する請求項4に記載の低伝播損失光導波路の作製方法。   The method for producing a low propagation loss optical waveguide according to claim 4, wherein the top clad layer is formed by a CVD method or a PVD method. 前記光導波路が、屈折率導波型光導波型又はフォトニック結晶型である請求項1乃至5のいずれかに記載の低伝播損失光導波路の作製方法。   The method for producing a low propagation loss optical waveguide according to claim 1, wherein the optical waveguide is a refractive index guided optical waveguide type or a photonic crystal type. Siの単結晶層を有する基板を用いて、該単結晶層に光導波路を形成し、温度500〜1350℃のアルゴン雰囲気中で熱処理することにより、該光導波路の側面に存在する微小な面荒れを改善してなることを特徴とする低伝播損失光導波路。 Using a substrate having a single crystal layer of Si, an optical waveguide is formed on the single crystal layer, and heat treatment is performed in an argon atmosphere at a temperature of 500 to 1350 ° C., thereby causing minute surface roughness present on the side surface of the optical waveguide. A low propagation loss optical waveguide characterized by improving the above. 前記基板が、SOIである請求項7に記載の低伝播損失光導波路。 The low propagation loss optical waveguide according to claim 7, wherein the substrate is SOI . 前記熱処理後に、トップクラッド層を形成してなる請求項7又は8に記載の低伝播損失光導波路。   The low propagation loss optical waveguide according to claim 7 or 8, wherein a top clad layer is formed after the heat treatment. 前記光導波路が、屈折率導波型光導波型又はフォトニック結晶型である請求項7乃至9のいずれかに記載の低伝播損失光導波路。   The low propagation loss optical waveguide according to claim 7, wherein the optical waveguide is a refractive index guided optical waveguide type or a photonic crystal type.
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