JP6280022B2 - Optical waveguide fabrication method - Google Patents

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Description

本発明は、SiOxから構成された光導波路を作製する光導波路作製方法に関する。 The present invention relates to an optical waveguide manufacturing method for manufacturing an optical waveguide composed of SiO x .

石英を用いた光導波路は、通信波長帯における低い伝搬損失を有しており、通信用光回路に広く用いられている。ところで、通信用光回路の中でも光の位相を利用した回路、例えばアレイ光導波路回折格子型光合分波器(Arrayed-Waveguide Grating;AWG)や遅延干渉計などは、位相が光導波路の実効屈折率に依存する。従って、製造上の微小な光導波路形状の変動による実効屈折率のずれが、位相誤差を生み、素子特性に大きく影響する。このため、光導波路を作製した後で、誤差を補正する必要がある。   An optical waveguide using quartz has a low propagation loss in a communication wavelength band, and is widely used in communication optical circuits. By the way, among optical circuits for communication, a circuit using the phase of light, for example, an arrayed-waveguide grating type optical multiplexer / demultiplexer (AWG) or a delay interferometer, has an effective refractive index of the optical waveguide. Depends on. Therefore, a shift in the effective refractive index due to a minute change in the shape of the optical waveguide in manufacturing produces a phase error and greatly affects the element characteristics. For this reason, it is necessary to correct the error after the optical waveguide is manufactured.

一般的に、実効屈折率補正は、光導波路を作製した後で、形成した光導波路のコアやクラッドの屈折率を微調整することでなされている。商用化されている石英光導波路素子では、Geがドープされたシリカが、紫外線を吸収すると屈折率が増加する特徴を活かし、光導波路作製後の紫外線照射量を調整することで、光導波路実効屈折率の誤差を補正している(特許文献1参照)。   In general, the effective refractive index correction is performed by finely adjusting the refractive index of the core or the clad of the formed optical waveguide after the optical waveguide is manufactured. In quartz optical waveguide elements that have been commercialized, Ge-doped silica takes advantage of the fact that the refractive index increases when it absorbs ultraviolet rays. The error of the rate is corrected (see Patent Document 1).

このような特徴を持つGeがドープされたシリカを用いた光導波路では、高品質な膜を形成するプロセスが重要となる。現在商用化されているプロセスでは、FHD(Flame Hydrolysis Deposition)法と呼ばれる高温プロセス(>1000℃)により、Geがドープされた高品質なシリカ膜を形成し、この膜をコアとして用いている。   In an optical waveguide using silica doped with Ge having such characteristics, a process for forming a high-quality film is important. In a process that is currently commercialized, a high-quality silica film doped with Ge is formed by a high-temperature process (> 1000 ° C.) called a FHD (Flame Hydrolysis Deposition) method, and this film is used as a core.

一方、近年、FHDのような高温プロセスではなく、プラズマCVD(Chemical Vapor Deposition)を用いて400℃以下の低温で作製される石英系(SiOx)光導波路の研究が注目されている。400℃以下の低温プロセスを用いることで、シリコン、ゲルマニウムなどの半導体を用いたアクティブ素子への熱ダメージを防ぎ、高性能石英パッシブ素子と高速・小型半導体アクティブ素子の一体集積が可能となる(非特許文献1参照)。 On the other hand, in recent years, attention has been focused on quartz-based (SiO x ) optical waveguides manufactured at a low temperature of 400 ° C. or lower using plasma CVD (Chemical Vapor Deposition) instead of high-temperature processes such as FHD. By using a low-temperature process of 400 ° C. or lower, thermal damage to active elements using semiconductors such as silicon and germanium can be prevented, and high-performance quartz passive elements and high-speed / small semiconductor active elements can be integrated (non-integrated) Patent Document 1).

特開平06−051145号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 06-051145

T.Tsuchizawa, K.Yamada, T. Watanabe, S. Park, H. Nishi,R. Kou, H. Shinojima, and S. Itabashi, "Monolithic Integration of Silicon-, Germanium-,and Silica-Based Optical Devices for Telecommunications Applications", IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics, vol.17, no.3, pp.516-525,2011.T. Tsuchizawa, K. Yamada, T. Watanabe, S. Park, H. Nishi, R. Kou, H. Shinojima, and S. Itabashi, "Monolithic Integration of Silicon-, Germanium-, and Silica-Based Optical Devices for Telecommunications Applications ", IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics, vol.17, no.3, pp.516-525, 2011.

しかしながら、SiOxは、Geがドープされたシリカのように、光に反応して屈折率が変化する性質を持たない。このため、SiOxを用いた場合、上述したように光導波路を形成した後で、紫外線照射量により実効屈折率を補正することができないという問題があった。 However, SiO x does not have the property of changing the refractive index in response to light, like silica doped with Ge. For this reason, when SiO x is used, there is a problem that the effective refractive index cannot be corrected by the ultraviolet irradiation amount after the optical waveguide is formed as described above.

本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、SiOxを用いた光導波路の実効屈折率が、光導波路を形成した後に補正できるようにすることを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object thereof is to make it possible to correct the effective refractive index of an optical waveguide using SiO x after the optical waveguide is formed. .

本発明に係る光導波路作製方法は、成膜温度を最大でも400℃とした堆積条件で形成したSiOx膜を用いて光導波路を形成する光導波路形成工程と、形成した光導波路を最大でも400℃の条件で加熱して光導波路の実効屈折率を調整する調整工程とを備える。 An optical waveguide manufacturing method according to the present invention includes an optical waveguide forming step of forming an optical waveguide using a SiO x film formed under a deposition condition with a film forming temperature of 400 ° C. at the maximum, and a maximum of 400 optical waveguides formed. And an adjusting step of adjusting the effective refractive index of the optical waveguide by heating at a temperature of ° C.

上記光導波路作製方法において、調整工程では、加熱の温度を350℃以下とすればよい。また、光導波路形成工程では、成膜温度を150℃以下とすればよりよい。また、光導波路形成工程では、PE−CVD法によりSiOx膜を形成すればよい。 In the optical waveguide manufacturing method, the heating temperature may be 350 ° C. or lower in the adjusting step. In the optical waveguide forming step, it is better to set the film forming temperature to 150 ° C. or lower. In the optical waveguide forming step, the SiO x film may be formed by PE-CVD.

上記光導波路作製方法において、光導波路は、アレイ光導波路回折格子型光合分波器を構成し、調整工程では、アレイ光導波路回折格子型光合分波器の実効屈折率を調整する。   In the optical waveguide manufacturing method, the optical waveguide constitutes an array optical waveguide diffraction grating type optical multiplexer / demultiplexer, and in the adjusting step, the effective refractive index of the array optical waveguide diffraction grating type optical multiplexer / demultiplexer is adjusted.

以上説明したことにより、本発明によれば、SiOxを用いた光導波路の実効屈折率が、光導波路を形成した後に補正できるという優れた効果が得られる。 As described above, according to the present invention, it is possible to obtain an excellent effect that the effective refractive index of the optical waveguide using SiO x can be corrected after the optical waveguide is formed.

図1は、本発明の実施の形態における光導波路作製方法を説明するためのフローチャートである。FIG. 1 is a flowchart for explaining an optical waveguide manufacturing method according to an embodiment of the present invention. 図2は、SiOxを用いた光導波路より構成されたアレイ光導波路回折格子型光合分波器(AWG)の構成を示す構成図である。FIG. 2 is a configuration diagram showing a configuration of an array optical waveguide diffraction grating type optical multiplexer / demultiplexer (AWG) configured by an optical waveguide using SiO x . 図3は、中心波長設計値λ0に対する中心波長誤差Δλと、光導波路を構成するコアの断面寸法の加工誤差ΔWとの関係を説明するための説明図である。FIG. 3 is an explanatory diagram for explaining the relationship between the center wavelength error Δλ with respect to the center wavelength design value λ 0 and the processing error ΔW of the cross-sectional dimensions of the core constituting the optical waveguide. 図4は、中心波長調整の概念をスペクトル上で説明した説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram illustrating the concept of center wavelength adjustment on the spectrum. 図5は、コア膜(a)およびクラッド膜(b)各々の屈折率と、加熱温度と関係を示した実験結果を示す特性図である。FIG. 5 is a characteristic diagram showing experimental results showing the relationship between the refractive index of each of the core film (a) and the clad film (b) and the heating temperature. 図6は、コア径加工誤差ΔWが−0.2m,0.0m、+0.2mの場合におけるne(T)と熱処理温度との関係を示す特性図である。Figure 6 is a characteristic diagram showing a core diameter machining error ΔW is -0.2 m, 0.0 m, the relationship between the heat treatment temperature and n e (T) in the case of + 0.2 m. 図7は、コア径の加工誤差ΔWが+0.2m、0m、−0.2μmの場合におけるAWGの中心波長誤差Δλと加熱温度の関係を示す特性図である。FIG. 7 is a characteristic diagram showing the relationship between the AWG center wavelength error Δλ and the heating temperature when the core diameter processing error ΔW is +0.2 m, 0 m, and −0.2 μm.

以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。図1は、本発明の実施の形態における光導波路作製方法を説明するためのフローチャートである。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a flowchart for explaining an optical waveguide manufacturing method according to an embodiment of the present invention.

まず、ステップS101で、成膜温度を最大でも400℃とした堆積条件で形成したSiOx膜を用いて光導波路を形成する(光導波路形成工)。例えば、基板の上に、屈折率が設計値で1.470となるSiOx膜を形成して下部クラッド層とする。次いで、下部クラッド層の上に屈折率が設計値で1.510となるSiOx膜を形成し、このSiOx膜を公知のリソグラフィー技術およびエッチング技術によりパターニングしてコアを形成する。 First, in step S101, an optical waveguide is formed using a SiO x film formed under deposition conditions where the film forming temperature is at most 400 ° C. (optical waveguide forming process). For example, an SiO x film having a refractive index of 1.470 as a design value is formed on the substrate to form a lower cladding layer. Next, an SiO x film having a refractive index of 1.510 as a design value is formed on the lower clad layer, and the core is formed by patterning the SiO x film by a known lithography technique and etching technique.

次に、下部クラッド層およびコアの上に、屈折率が設計値で1.470となるSiOx膜を形成して上部クラッド層とする。例えば、PE(Plasma Enhanced)−CVD(Chemical Vapor Deposition)法により、成膜温度条件を150℃として各SiOx膜を形成すればよい。上述したプロセスにより、SiOxを用いた光導波路が得られる。 Next, an SiO x film having a refractive index of 1.470 as a design value is formed on the lower cladding layer and the core to form an upper cladding layer. For example, each SiO x film may be formed by PE (Plasma Enhanced) -CVD (Chemical Vapor Deposition) at a film formation temperature of 150 ° C. By the process described above, an optical waveguide using SiO x can be obtained.

次に、ステップS102で、ステップS101で形成した光導波路を最大でも400℃の条件で加熱して光導波路の実効屈折率を調整する(調整工程)。なお、より好ましくは、上述した加熱処理の温度条件を350℃以下とする。   Next, in step S102, the effective refractive index of the optical waveguide is adjusted by heating the optical waveguide formed in step S101 at a maximum temperature of 400 ° C. (adjustment process). Note that more preferably, the temperature condition of the heat treatment described above is 350 ° C. or lower.

上述したようにSiOxを用いた形成した光導波路は、光導波路とした後で加熱することで、所望とする値からの実効屈折率のずれ(誤差)を補正できる。SiOx膜は、成膜後の熱処理により、屈折率が減少することが知られている。これは、膜中の結合状態が、加熱処理により安定化するためと考えられる。発明者らは、この現象が、単独の膜のみではなく、パターニングし、また異なる組成の他の膜が積層され、光導波路とされた状態においても発現することを見いだし、本発明に至った。 As described above, the optical waveguide formed using SiO x can be corrected after the effective refractive index deviation (error) from a desired value by heating after forming the optical waveguide. It is known that the refractive index of the SiO x film is reduced by the heat treatment after the film formation. This is presumably because the bonding state in the film is stabilized by heat treatment. The inventors have found that this phenomenon is manifested not only in the case of a single film but also in a state where the film is patterned and other films having different compositions are laminated to form an optical waveguide, and the present invention has been achieved.

SiOxを用いて光導波路に形成した後においても、加熱処理により屈折率が減少し、また、加熱処理の温度条件により、屈折率の調整量が制御できる。この結果、SiOxを用いた光導波路の製造上の微小な光導波路形状の変動による実効屈折率のずれが、調整できるようになる。 Even after the optical waveguide is formed using SiO x , the refractive index is reduced by the heat treatment, and the adjustment amount of the refractive index can be controlled by the temperature condition of the heat treatment. As a result, it is possible to adjust the deviation of the effective refractive index due to a minute change in the shape of the optical waveguide in manufacturing the optical waveguide using SiO x .

以下、SiOxを用いた光導波路として、アレイ光導波路回折格子型光合分波器(AWG)を例にして、より詳細に説明する。以下では、AWGの中心波長の調整について説明する。AWGは、図2に示すように、入力光導波路201,入力スラブ光導波路202,アレイ光導波路203,出力スラブ光導波路204,出力光導波路205を備える。 Hereinafter, the optical waveguide using SiO x will be described in more detail by taking an array optical waveguide diffraction grating type optical multiplexer / demultiplexer (AWG) as an example. Hereinafter, adjustment of the center wavelength of the AWG will be described. As shown in FIG. 2, the AWG includes an input optical waveguide 201, an input slab optical waveguide 202, an array optical waveguide 203, an output slab optical waveguide 204, and an output optical waveguide 205.

入力光導波路201に入射した波長多重された入射光は、入力スラブ光導波路202で回折によって広がり、アレイ光導波路203に入射される。アレイ光導波路203は、隣接する光導波路(コア)間に光路長差ΔLを備えている。このため、アレイ光導波路203の中を伝搬した入射光は、出力スラブ光導波路204において等位相面を形成するように回折する。この回折光の波面の結像位置は、波長により異なるため、波長毎に出力光導波路205の各出力チャンネルに集光され波長分波される。   The wavelength-multiplexed incident light incident on the input optical waveguide 201 is spread by diffraction in the input slab optical waveguide 202 and is incident on the array optical waveguide 203. The array optical waveguide 203 has an optical path length difference ΔL between adjacent optical waveguides (cores). For this reason, the incident light propagated through the array optical waveguide 203 is diffracted so as to form an equiphase surface in the output slab optical waveguide 204. Since the imaging position of the wavefront of this diffracted light differs depending on the wavelength, it is condensed on each output channel of the output optical waveguide 205 for each wavelength and demultiplexed.

ここで、出力スラブ光導波路204における回折角θが0°となる波長を中心波長λ0とすると、この中心波長λ0は、以下の(1)式で示される。 Here, if the wavelength at which the diffraction angle θ in the output slab optical waveguide 204 is 0 ° is the center wavelength λ 0 , the center wavelength λ 0 is expressed by the following equation (1).

ここで、neは光導波路の実効屈折率、mは回折次数である。AWGを実際に作製すると、微小な光導波路形状の変動が光導波路の実効屈折率neに影響を及ぼし、作製した後のAWGの中心波長は設計値からずれる。図3の(a)に、中心波長設計値λ0に対するシフト量(中心波長誤差)Δλと、光導波路を構成するコアの断面寸法の加工誤差ΔWとの関係の計算例を示す。 Here, ne is the effective refractive index of the optical waveguide, and m is the diffraction order. When actually manufacturing the AWG, affect the effective refractive index n e of the optical waveguide variation of minute optical waveguide shape, the center wavelength of the AWG after fabricated deviates from the design value. FIG. 3A shows a calculation example of the relationship between the shift amount (center wavelength error) Δλ with respect to the center wavelength design value λ 0 and the processing error ΔW of the cross-sectional dimensions of the core constituting the optical waveguide.

なお、対象とする光導波路は、図3の(b)に示すように、基板301の上に形成した下部クラッド層302と、この上に形成されたコア303から構成されている。また、コア303は、断面視で、幅3μm,厚さ3μmを設計値としている。また、下部クラッド層302は、屈折率1.470,コア303は、屈折率1.510を、設計値としている。また、この構成とした光導波路によるアレイ光導波路203は、中心波長λ0=1550nmを設計値としている。また、コア幅加工誤差は、図3の(b)に示すΔWである。 As shown in FIG. 3B, the target optical waveguide is composed of a lower clad layer 302 formed on a substrate 301 and a core 303 formed thereon. The core 303 is designed to have a width of 3 μm and a thickness of 3 μm in cross-sectional view. The lower cladding layer 302 has a refractive index of 1.470, and the core 303 has a refractive index of 1.510. Further, the array optical waveguide 203 by the optical waveguide having this configuration has a center wavelength λ 0 = 1550 nm as a design value. Further, the core width machining error is ΔW shown in FIG.

図3の(a)に示すように、コア幅の減少により、中心波長は短波側にシフトし、コア幅の増大により、中心波長は長波側にシフトすることが分かる。   As shown in FIG. 3A, it can be seen that the center wavelength shifts to the short wave side as the core width decreases, and the center wavelength shifts to the long wave side as the core width increases.

上述したコア幅の加工誤差による中心波長ずれは、光導波路を作製した後の加熱処理によるコアおよびクラッドの屈折率微調整により補正することが可能である。前述したように、SiOx膜は、成膜後の熱処理により膜中の結合状態が安定に向かい、屈折率が減少する。また、加熱温度を増大させると屈折率減少量も増大する。また、これらの変化が、光導波路に形成した後においても発現する。従って、光導波路を形成した後における熱処理温度を調整することにより、作製後におけるAWGの中心波長を、設計中心波長値に合わせることができる。 The center wavelength shift due to the processing error of the core width described above can be corrected by fine adjustment of the refractive index of the core and the clad by heat treatment after the optical waveguide is manufactured. As described above, in the SiO x film, the bonding state in the film is stabilized by the heat treatment after the film formation, and the refractive index is decreased. Further, when the heating temperature is increased, the refractive index reduction amount is also increased. Moreover, these changes are manifested even after being formed in the optical waveguide. Therefore, by adjusting the heat treatment temperature after forming the optical waveguide, the center wavelength of the AWG after fabrication can be matched with the design center wavelength value.

図4は、中心波長調整の概念をスペクトル上で説明した説明図である。コアおよびクラッドの屈折率は、設計値よりも高い値で作製しておき、作製した加熱処理前の中心波長(λas-depo)が、設計中心波長値(λ0)より十分長波長の状態にしておく。作製した後、AWGの中心波長を測定し、設計中心波長値に合わせるために必要な温度を見積もり、この温度で加熱処理を行う。この調整により、光導波路の作製において加工誤差があったとしても、中心波長を設計値に合わせることができる。 FIG. 4 is an explanatory diagram illustrating the concept of center wavelength adjustment on the spectrum. The refractive index of the core and clad is made higher than the design value, and the produced center wavelength (λ as-depo ) before heat treatment is sufficiently longer than the design center wavelength value (λ 0 ). Keep it. After the fabrication, the center wavelength of the AWG is measured, the temperature required to match the design center wavelength value is estimated, and heat treatment is performed at this temperature. By this adjustment, even if there is a processing error in the production of the optical waveguide, the center wavelength can be adjusted to the design value.

上述した作製方法では、AWGを作製した直後(加熱前)の中心波長λas-depoが、設計値λ0よりも長波長になるように、コアとするSiOx膜(コア膜)の屈折率およびクラッドとするSiOx膜(クラッド膜)の屈折率を、各々設計値より高くして成膜(作製)することが重要となる。これに加え、λas-depoが、加熱処理により設計値に補正できる範囲内であることが重要となる。 In the manufacturing method described above, the refractive index of the SiO x film (core film) serving as the core is such that the central wavelength λ as-depo immediately after the AWG is manufactured (before heating) is longer than the design value λ 0. In addition, it is important to form (manufacture) the SiO x film (cladding film) used as the cladding with a refractive index higher than the design value. In addition to this, it is important that λ as-depo is within a range that can be corrected to the design value by heat treatment.

言い換えると、調整できる中心波長の範囲は、以下に示す2つの条件に制限される。従って、設計値よりも高すぎる屈折率で各膜を成膜してAWGを作製すると、加熱処理により設計値中心波長までシフトさせることができない場合がある。   In other words, the range of the center wavelength that can be adjusted is limited to the following two conditions. Therefore, if each film is formed with a refractive index that is higher than the design value to produce an AWG, it may not be possible to shift to the design value center wavelength by heat treatment.

[条件1]半導体アクティブ素子の特性劣化防止のための制限
SiOxから構成する光導波路は、低温プロセスにより作製可能であり、モノリシックに形成されている他の半導体素子を劣化させない点が特長であり、光導波路作製後の加熱処理も、低温プロセスとする。一般に、CMOSコンパチブルプロセスでは、400℃以下とする必要があり、より好ましくは、350℃以下の温度範囲とする。
[Condition 1] Restriction for preventing deterioration of characteristics of semiconductor active element An optical waveguide composed of SiO x can be manufactured by a low-temperature process, and does not deteriorate other monolithically formed semiconductor elements. The heat treatment after the production of the optical waveguide is also a low temperature process. In general, in a CMOS compatible process, the temperature needs to be 400 ° C. or lower, and more preferably, a temperature range of 350 ° C. or lower.

[条件2]屈折率値の下限値による制限
SiOx膜は、比較的低い温度範囲では、加熱温度上昇に伴い屈折率が減少するが、高温側では温度上昇に伴い屈折率が増大する傾向を示す場合が多い。以下の表1に、SiOx膜の屈折率と加熱処理温度の関係の例(実験値)を示す。ここでは、電子サイクロトロン共鳴(Electro Cyclotron Resonance;ECR)によるプラズマを用いたECRPE(Plasma Enhanced)−CVD法により、150℃の温度条件でSiOx膜を堆積した。「as-depo」は、成膜した後、加熱処理をする前の状態である。この場合、表1に示すように、屈折率値に下限値(1.5018,350℃)が存在するため、補正できる範囲は表1中に示す範囲内に制限される。なお、屈折率の下限値および下限値に達する温度は、成膜手法や組成に依存するため、表1に限るものではない。AWG作製に用いるSiOx膜のチューニング可能範囲はあらかじめ表1のようなデータから把握しておく必要がある。
[Condition 2] Limitation by lower limit of refractive index value In a relatively low temperature range, the SiO x film has a refractive index that decreases as the heating temperature rises, but on the high temperature side, the refractive index tends to increase as the temperature increases. Often shown. Table 1 below shows an example (experimental value) of the relationship between the refractive index of the SiO x film and the heat treatment temperature. Here, a SiO x film was deposited under a temperature condition of 150 ° C. by an ECRPE (Plasma Enhanced) -CVD method using plasma by Electro Cyclotron Resonance (ECR). “As-depo” is a state before film formation and before heat treatment. In this case, as shown in Table 1, since the lower limit value (1.5018, 350 ° C.) exists for the refractive index value, the correctable range is limited to the range shown in Table 1. Note that the lower limit value of the refractive index and the temperature reaching the lower limit value are not limited to those shown in Table 1 because they depend on the film forming method and the composition. The tunable range of the SiOx film used for AWG fabrication needs to be grasped beforehand from the data shown in Table 1.

[実施例]
以下、実施例を用いてより詳細に説明する。以下では、図3を用いて説明したSiOxによるAWGの最大加工誤差ΔW=±0.2mによる中心波長シフトを調整する場合について説明する。
[Example]
Hereinafter, it demonstrates in detail using an Example. Hereinafter, a case will be described in which the center wavelength shift due to the maximum AWG processing error ΔW = ± 0.2 m due to SiO x described with reference to FIG. 3 is adjusted.

AWGの設計値は前述のとおり、コア径3μm角、コア屈折率1.510、クラッド屈折率1.470、中心波長λ0=1550nmとした。この実施例では、作製時のコア膜の屈折率を1,516とし、クラッド膜の屈折率を1.473とし、光導波路を作製した。各SiOx膜は、ECRプラズマを用いたECRPE−CVD法により、基板温度条件150℃で成膜している。ECRPE−CVDは、ガス分解率が高く、低温で広範囲の屈折率制御が可能であるためSiOx光導波路作製に適している。なお、一般的なPE−CVDであっても、350℃より低い基板温度条件でSiOx膜が形成(堆積)可能である。 As described above, the design value of the AWG is set such that the core diameter is 3 μm square, the core refractive index is 1.510, the cladding refractive index is 1.470, and the center wavelength λ 0 = 1550 nm. In this example, the refractive index of the core film at the time of fabrication was set to 1,516, and the refractive index of the cladding film was set to 1.473, so that an optical waveguide was fabricated. Each SiO x film is formed at a substrate temperature condition of 150 ° C. by ECRPE-CVD using ECR plasma. Since ECRPE-CVD has a high gas decomposition rate and can control a wide range of refractive index at low temperature, it is suitable for manufacturing an SiO x optical waveguide. Even in general PE-CVD, an SiO x film can be formed (deposited) under a substrate temperature condition lower than 350 ° C.

上述したコア膜の屈折率およびクラッド膜の屈折率が、加熱温度により変化する状態について図5を用いて説明する。図5は、コア膜(a)およびクラッド膜(b)各々の屈折率と、加熱温度と関係を示した実験結果を示す特性図である。図5の結果より、コア膜の屈折率値ncoreと熱処理温度Tとの関係、およびクラッド膜の屈折率値ncladと熱処理温度Tとの関係を下記式で近似した。 A state in which the refractive index of the core film and the refractive index of the cladding film change with the heating temperature will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a characteristic diagram showing experimental results showing the relationship between the refractive index of each of the core film (a) and the clad film (b) and the heating temperature. From the results of FIG. 5, the relationship between the refractive index value n core of the core film and the heat treatment temperature T and the relationship between the refractive index value n clad of the cladding film and the heat treatment temperature T were approximated by the following equations.

コア膜:ncore=−3.1241×10−5×T+1.516・・・(2)
クラッド膜:nclad=−1.7239×10−5×T+1.473・・・(3)
Core film: n core = −3.1241 × 10 −5 × T + 1.516 (2)
Clad film: n clad = −1.7239 × 10 −5 × T + 1.473 (3)

次に、(2)式、(3)式より、各コア径加工誤差ΔW=−0.2μm〜+0.2μmにおける実効屈折率値ne(T)と熱処理温度との関係を計算した。コア径加工誤差ΔWを、−0.2m,0.0m、+0.2mにおけるne(T)と熱処理温度との関係(計算結果)を図6に示す。モノリシックに形成されている他の素子に影響を与えない350℃以下の温度範囲で、熱処理温度の上昇に伴い、実効屈折率ne(T)が、図6に示す範囲で変化する。 Next, (2), (3) from equation was calculated the relationship between the effective refractive index value n e (T) and the heat treatment temperature in the core diameter machining error ΔW = -0.2μm~ + 0.2μm. The core diameter machining error [Delta] W, shown -0.2 m, 0.0 m, the relationship between n e (T) and the heat treatment temperature in + 0.2 m (calculated results) in Fig. In a temperature range of 350 ° C. or lower that does not affect other monolithically formed elements, the effective refractive index n e (T) changes within the range shown in FIG. 6 as the heat treatment temperature increases.

最後に、図6より得られた各熱処理温度におけるne(T)と中心波長誤差Δλとの関係を以下の(4)式で計算する。なお、式中、ne0は、設計値光導波路における実効屈折率値である。 Finally, to calculate the relation between the center wavelength error Δλ and n e (T) at each annealing temperature obtained from 6 by the following equation (4). In the expression, n e0 is an effective refractive index value in the design value optical waveguide.

コア径の加工誤差ΔWを+0.2m、0m、−0.2μmとした場合において、AWGの中心波長誤差Δλと加熱温度の関係を計算した結果を図7に示す。作製後(熱処理0℃)において、いずれの加工誤差においても、中心波長は長波長側に十分シフトしている。また、加熱処理により、中心波長誤差Δλが低減(中心波長が短波側にシフト)する傾向が確認できる。図7中の3カ所の丸で示す加熱温度において、各加工誤差における中心波長誤差Δλが0となり、中心波長が設計値に調整される。   FIG. 7 shows the results of calculating the relationship between the AWG center wavelength error Δλ and the heating temperature when the core diameter processing error ΔW is +0.2 m, 0 m, and −0.2 μm. After fabrication (heat treatment at 0 ° C.), the center wavelength is sufficiently shifted to the long wavelength side in any processing error. Further, it can be confirmed that the center wavelength error Δλ is reduced by the heat treatment (the center wavelength is shifted to the short wave side). At the heating temperatures indicated by three circles in FIG. 7, the center wavelength error Δλ in each processing error becomes 0, and the center wavelength is adjusted to the design value.

ΔW=−0.2〜+0.2μmにおける中心波長調整に要する加熱温度範囲は、133℃〜255℃である。これは、LSIにおける一般的なバックエンドプロセス温度範囲(<350℃)であり、MOSトランジスタなどの半導体アクティブ素子とのモノリシック集積プロセスとして用いることができる。   The heating temperature range required for center wavelength adjustment at ΔW = −0.2 to +0.2 μm is 133 ° C. to 255 ° C. This is a general back-end process temperature range (<350 ° C.) in LSI, and can be used as a monolithic integration process with semiconductor active devices such as MOS transistors.

なお、前述のとおり、350℃以下の加熱温度範囲を満たすためには、成膜時のSiOx膜の屈折率に上限がある。以下の表2に、成膜時のSiOxの屈折率を1.516、1.518、1.520とした場合において、ΔW=−0.2μm〜+0.2μmによる中心波長シフトの調整に要する加熱温度範囲を示す。SiOx成膜時の屈折率が1.52になると、設計値まで中心波長をシフトさせるために要する温度範囲が350℃を超えてしまうため、波長調整を行うことができないことが分かる。 As described above, in order to satisfy the heating temperature range of 350 ° C. or lower, there is an upper limit to the refractive index of the SiO x film during film formation. Table 2 below requires adjustment of the center wavelength shift by ΔW = −0.2 μm to +0.2 μm when the refractive index of SiO x at the time of film formation is 1.516, 1.518, and 1.520. Indicates the heating temperature range. It can be seen that when the refractive index during SiO x film formation is 1.52, the temperature range required to shift the center wavelength to the design value exceeds 350 ° C., and therefore wavelength adjustment cannot be performed.

以上のことより、次に示す手順により、所望とする中心波長としたAWGを作製すればよいことが分かる。   From the above, it can be seen that an AWG having a desired center wavelength may be manufactured by the following procedure.

[第1ステップ]
各々屈折率が異なる複数のコア膜およびクラッド膜により、複数の光導波路を作製し、各々の光導波路において、加熱処理による屈折率調整可能な範囲(n1≦n≦n2)を実験的に求める。なお、n2は加熱処理前の屈折率、n1は最高温度で加熱処理した後の屈折率である。
[First step]
A plurality of optical waveguides are manufactured by using a plurality of core films and cladding films each having a different refractive index, and in each optical waveguide, a refractive index adjustable range (n1 ≦ n ≦ n2) by heat treatment is experimentally obtained. Note that n2 is the refractive index before the heat treatment, and n1 is the refractive index after the heat treatment at the maximum temperature.

[第2ステップ]
コア形状の加工誤差範囲W1≦ΔW≦W2を実験的に求める。
[Second step]
A processing error range W1 ≦ ΔW ≦ W2 of the core shape is experimentally obtained.

[第3ステップ]
加工誤差がW1の場合、各光導波路において、加熱処理(n1≦n≦n2)後のAWGの中心波長誤差Δλの範囲をそれぞれ求める。
[Third step]
When the processing error is W1, the range of the central wavelength error Δλ of the AWG after the heat treatment (n1 ≦ n ≦ n2) is obtained for each optical waveguide.

[第4ステップ]
加工誤差:W2の場合、各光導波路において、加熱処理(n1≦n≦n2)後のAWGの中心波長誤差Δλの範囲をそれぞれ求める。
[Fourth step]
In the case of processing error W2, in each optical waveguide, the range of the central wavelength error Δλ of the AWG after the heat treatment (n1 ≦ n ≦ n2) is obtained.

[第5ステップ]
W1、W2のいずれの場合においても中心波長誤差Δλ=0となる光導波路を用いてAWGを作製する。
[Fifth step]
In either case of W1 or W2, an AWG is manufactured using an optical waveguide having a center wavelength error Δλ = 0.

以上に説明したように、本発明によれば、SiOx膜を用いて光導波路を形成した後、当該光導波路を加熱して実効屈折率を調整するようにしたので、SiOxを用いた光導波路の実効屈折率が、光導波路を形成した後に補正できるようになる。 As described above, according to the present invention, after forming the optical waveguide by using a SiO x film, since to adjust the effective refractive index by heating the optical waveguide, optical with SiO x The effective refractive index of the waveguide can be corrected after the optical waveguide is formed.

なお、本発明は以上に説明した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で、当分野において通常の知識を有する者により、多くの変形および組み合わせが実施可能であることは明白である。例えば、SiOx膜の堆積は、PE−CVD法に限るものではなく、スパッタ法によりSiOx膜を堆積してもよい。 The present invention is not limited to the embodiment described above, and many modifications and combinations can be implemented by those having ordinary knowledge in the art within the technical idea of the present invention. It is obvious. For example, the deposition of the SiO x film is not limited to the PE-CVD method, and the SiO x film may be deposited by a sputtering method.

201…入力光導波路、202…入力スラブ光導波路、203…アレイ光導波路、204…出力スラブ光導波路、205…出力光導波路、301…基板、302…下部クラッド層、303…コア。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 201 ... Input optical waveguide, 202 ... Input slab optical waveguide, 203 ... Array optical waveguide, 204 ... Output slab optical waveguide, 205 ... Output optical waveguide, 301 ... Substrate, 302 ... Lower clad layer, 303 ... Core.

Claims (5)

成膜温度を最大でも400℃とした堆積条件で形成したSiOx膜を用いて光導波路を形成する光導波路形成工程と、
形成した前記光導波路を最大でも400℃の条件で加熱して前記光導波路の実効屈折率を調整する調整工程と
を備えることを特徴とする光導波路作製方法。
An optical waveguide forming step of forming an optical waveguide using a SiO x film formed under deposition conditions with a film forming temperature of at most 400 ° C .;
An adjusting step of adjusting the effective refractive index of the optical waveguide by heating the formed optical waveguide at 400 ° C. at the maximum.
請求項1記載の光導波路作製方法において、
前記調整工程では、加熱の温度を350℃以下とすることを特徴とする光導波路作製方法。
In the optical waveguide manufacturing method according to claim 1,
In the adjusting step, the heating temperature is set to 350 ° C. or lower.
請求項1または2記載の光導波路作製方法において、
前記光導波路形成工程では、成膜温度を150℃以下とすることを特徴とする光導波路作製方法。
In the optical waveguide manufacturing method according to claim 1 or 2,
In the optical waveguide forming step, the film forming temperature is set to 150 ° C. or lower.
請求項1〜3のいずれか1項に記載の光導波路作製方法において、
前記光導波路形成工程では、PE−CVD法により前記SiOx膜を形成することを特徴とする光導波路作製方法。
In the optical waveguide manufacturing method according to any one of claims 1 to 3,
In the optical waveguide forming step, the SiO x film is formed by a PE-CVD method.
請求項1〜4のいずれか1項に記載の光導波路作製方法において、
前記光導波路は、アレイ導波路回折格子型光合分波器を構成し、
前記調整工程では、前記アレイ導波路回折格子型光合分波器の実効屈折率を調整する
ことを特徴とする光導波路作製方法。
In the optical waveguide manufacturing method according to any one of claims 1 to 4,
The optical waveguide constitutes an arrayed waveguide diffraction grating type optical multiplexer / demultiplexer,
In the adjusting step, an effective refractive index of the arrayed waveguide grating optical multiplexer / demultiplexer is adjusted.
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