JPH01267509A - 基板支持型光導波路を含むデバイス - Google Patents

基板支持型光導波路を含むデバイス

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JPH01267509A
JPH01267509A JP1048668A JP4866889A JPH01267509A JP H01267509 A JPH01267509 A JP H01267509A JP 1048668 A JP1048668 A JP 1048668A JP 4866889 A JP4866889 A JP 4866889A JP H01267509 A JPH01267509 A JP H01267509A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野コ 本発明は例えば、光通信システムで使用されるような、
基板支持型導波路を含むデバイスに関する。
[従来の技術] 加入者網およびローカルエリアネットワークの分野で光
通信が普及するにつれて、カップラー中および光源と共
通基板上の検出器のような光コンポーネントデバイス間
に、予め画成された光通路を構成するような基板支持型
導波路の実行可能性に対して高い注意が払われている。
[発明が解決しようとする課!] この点に関して著しく望ましいものと考えられるのは、
並列結合に適した低損失導波路を形成する手段である。
[課題を解決するための手段] 光デバイスおよびアセンブリーの製造における、シング
ルモードまたはマルチモードファイバの伝達用の基板支
持型導波路が提供される。好ましい先導波路は第1のク
ラッド層上にコア部分を有する。また、このような導波
路は平滑化面または上部の第2クラッド層とのコア・ク
ラッド界面を有する。更に、コア・クラッド展着層の包
含により、11’Ftt、いコアプロファイルがコアと
第1のクラッド層との間で、凹角のコーナーなしに、ス
ムーズな転移をすることができる。得られた導波路は、
導波路間の側面(すなわち、エバネッセント領域)結合
にとって好適な接近された並列的な関係に構成すること
ができる。
[実施例コ 以下、図面を参照しながら本発明を更に詳細に説明する
第1図はガラス被覆シリコン基板11、基板に支持され
た導波路コア12および13(第2図に示されているよ
うに、第1のクラッド層と第2のクラッド層との間に存
在する)、導波路12および13に整合された光ファイ
バー14.15.16および17を示している。
第2図は基板11、基板11にの第1の導波路クラッド
層21、層21上の導波路コア12および13、展着層
(wettlnglayer) 22および第2のクラ
ッド層23を示している。
シリコン以外の材料、例えば、周期率表筒■族〜V族の
半導体材料のような材料も基板材料として使用できる。
同様に、例えば、溶融シリカまたはセラミ’lり材料の
ような絶縁材も使用できる。
第1の導波路クランド層21は蒸着によるか、または、
基板−表面反応により形成できる。例えば、シリコン基
板の場合、層21は基板表面材料の熱酸化によりにより
得られるような、′熱成長”二酸化シリコン層であるこ
ともできる。(前記のような酸化は蒸気雰囲気下で高温
度で行うことが好ましい。) 導波路12および13の材料は、導波路としての目的に
適うために、層21の材料の屈折率よりも高い屈折率を
有する。例えば、層21が二酸化シリコンからなる場合
、導波路12および13の材料としては例えば、ドーパ
ントとして五酸化リンを混入させることにより得られる
ホスホシリケートガラスのようなドープトシリカ系ガラ
スを使用することもできる。別のドーパントは例えば、
ゲルマニウムおよび二酸化チタンである。また、二種類
以上のドーパントからなる適当な組合わせも使用するこ
とができる。基板支持型導波路を光ファイバーに接続さ
せる場合、導波路の幅および高さは光ファイバーの幅お
よび高さと同一であることが好ましい。光ファイバーと
導波路との好ましい整合方法に関しては、ジー壷イー・
ブロンダーの「基板支持型導波路と整合されるコンポー
不ントを含むデバイス」と題する特許明細書に開示され
ている。
第2のクラッド層23の材料の屈折率は導波路コア材料
の屈折率よりも小さい。層23の材料が層21の材料と
同一であると好都合である。また、層23は省略するこ
ともできる。この場合、空気が導波路コア材料に対応し
て低屈折率材料として機能する。
1.3μmまたは1.3μm付近(1,2から1.6μ
mまでの近似範囲を示すものとして理解されたい)の波
長の光電磁線の場合、次の寸法および材料が好ましい。
シリコン基板:厚さが10〜15μmの二酸化シリコン
第1クラッド層、幅が約5μmで厚さが5μmのホスホ
シリケート導波路、厚さが約5μmのシリカガラス第2
クラブト層。その他の波長、特に、1.3μmよりも短
い波長の場合、寸法を所望の光モードの数へ限定するた
めの調整が必要であろう。好ましいホスホシリケートガ
ラスはリンを6〜8wt%含宵する。
リンの含有量が8vt%未清のガラスはクラックを起こ
しやすい。また、リンの含有量が8vt%超のガラスは
吸湿性である。
好ましい導波路構造物の製造は、第1のクラッド層上に
導波路コアガラスの層を蒸着し、このコアガラス上に光
リングラフレジスト層を蒸着し、除去すべきコアガラス
の非被覆部分を形成するためにレジスト層をパターン化
し、非被覆コアガラスを除去し、コア・クラッド展着層
を塗布し、加熱により導波路の表面を平滑化すると共に
断面の丸み付けを行い、そして、第2のクラッド層を蒸
着することにより行われる。コアおよびクラッドガラス
の蒸着は、シリカの場合には例えば、シラン、TE01
またはDABS1五酸化リンの場合にはホスフィンなど
の先駆体ガスを使用して化学的気相成長法により行うこ
とが好ましい。
エツチングされる導波路の厚さを確実にコントロールす
るために、二枚の有機レジスト層の間にプラズマ蒸着シ
リカ層を含むような、三層構造の光リングラフマスク層
を使用することが好ましい。
マスク層の光リソグラフィーによるパターン化の後、露
光されたコアガラスを、例えば、化学エツチングまたは
反応性イオンエツチングにより除去することができる。
このようなエツチングにより一・般的に、第1のクラッ
ド材料の一部分も除去されることがある。エツチング後
の導波路の断面形状はほぼ角形または方形になる。
導波路のエツチング後で、第2クラッド層の蒸着前に、
導波路表面の長手方向および断面の平滑化のための導波
路平滑化工程が行われる。導波路と第1クラッド層との
間に凹角のコーナーが形成されることを防止するために
、前記のような平滑化は、パターン付けされた導波路上
に湿潤剤を蒸着した後に行うことが好ましい。この層の
材料は導波路コア材料とほぼ同一であることが好都合で
ある。
展着層を形成するために導波路コア材料を蒸着する方法
の別法として、導波路の工・ソチングをコントロールす
ることにより、下部の第1クラッド層上の導波路コア材
料の残留層として展着層を形成することもできる。どち
らの場合も、導波路コア材料の屈折率に匹敵する屈折率
を有する展着層の厚さは、得られた導波路中を移動する
電磁線の横方向閉じ込めのため、および、基板に対する
損失の最小化のために、制限される。この点に関し、導
波路構造物中に組込まれるような展着層の好ましい厚さ
は1μm未瀾であり、−層好ましい厚さは0.5μmで
ある。更に、所望により、導波路平滑化後で、クラッド
層蒸着前に、展着層材料を除去することもできる。この
ような除去は例えば、化学エツチングまたは反応性イオ
ンエツチングにより行うことができる。
好ましい平滑化は、加工によりひき起こされた導波路表
面の粗さおよび波打ちを軽減するのに役立つ。導波路表
面の粗さおよび波打ちは両方とも導波路中における光損
失に直接影響する。また、平滑化は、偶然にトラップさ
れた気体を逃がすことにより導波路コアガラスを高密度
化するのにも役立ち、これにより光損失が更に低減され
る。
平滑化および高密度化は例えば、蒸気雰囲気中で、導波
路材料の流れ温度以上に導波路温度を七昇させることに
より行われる。(流れ温度はガラス転移温度と関係があ
る。例えば、ホスホシリケートガラスの場合、流れ温度
はガラス転移温度よりも約300″C高い。この点に関
する更に詳細な説明は、ジャーナル オブ ザ エレク
トロケミカル ソサエティー、第132巻(1985)
409〜415頁に掲載された、ケー・ナサウらのrV
LSI用の変性ホスホシリケートガラス」というタイト
ルの論文を参照されたい。)また、導波路材料により、
導波路温度を臨界温度以下に維持する必要がある。導波
路温度が臨界温度を越えると、例えば、相分離などによ
り導波路の透明度が低ドされることがある。例えば、リ
ンを6〜8vt%含有するホスホシリケートガラスの場
合、温度は約1100″Cの温度を著しく越えない温度
に制限することが好ましい。加熱処理後、導波路コアを
冷却する。
平滑な外形のため、および、導波路コアとクラッド相と
の間に凹角コーナーが存在しないために、本発明の導波
路は、光通信システムに組込まれるようなエバネノセン
ド領域(evanscento(Ield)カップラー
の製造に特に好適である。更に、このようなシステムで
は、本発明の導波路は、例えば、スターカップラー中の
共通ポートによる双方向伝達における基板支持型光源と
検出器の光内部通話および例えば、ローカルエリアネッ
トワークにおけるフィルター、リフレクタ−および共振
器に役立てることができる。(フィルター、リフレクタ
−および共振器などは例えば、第1クラッド層と導波路
コア間の界面または導波路コアと第2クラッド層間の界
面に、局在的に組込まれた回折格子を有する。) 本発明の導波路が使用できるその他のデバイスとしては
共振リングジャイロスコープがある。この装置では、基
板支持型導波路の低損失が特に望まれる。
L血阻 厚さが約0.5μmの10cmシリコン基板上に、蒸気
雰囲気下で高圧酸化により10μmの二酸化シリコン層
を成長させた。この成長層上に、約400°Cの温度と
約0.5Torr(67Pa)の圧力で、シランおよび
酸素を使用し、標準的な減圧化学的気相成長法(LPG
VD)により、厚さが5μmのシリカガラス層を蒸着し
た。
このシリカ層の上に、更にホスフィンを用いて前記と同
じ方法により、ホスホシリケートガラス層を蒸着した。
蒸着ガラスのリン含有量は約6゜5vt%であり1層厚
は約4μmであった。蒸着ホスホシリケートガラスを窒
素ガス流中で約1000°Cの温度で約60分間高密度
化した。
蒸着による、厚さが約3μmの有機レジスト材料の最下
層、厚さが約0.24μmのプラズマ蒸着二酸化ンリフ
ンの中間層および厚さが約0.7μmの打機最上層から
なるパターン付けされた三層マスクの存在下で、反応性
イオンエツチング(RIE)により、6cmの導波路を
蒸着ホスホシリケート層からエツチングした。エツチン
グにより、導波路の幅は約6μmになった。
このエツチングされた導波路」二に、前記コア材料と同
じ組成の、厚さが0.3μmのホスホシリケートガラス
を展MFmとして蒸着した。そして、得られた構造物を
窒素ガス流中で、約1000″Cの温度で60分間加熱
することにより平滑化した。
この平滑化された導波路上に、厚さ5μmのドープされ
ていないシリカ層を、前記のような条件下で、減圧CV
Dにより蒸着した。そして、蒸着されたシリカ層を約1
000°Cの温度で加熱することにより高密度化した。
導波路の光損失を波長1.3μmの電磁線について実験
的に測定した。突き合せ結合の入力損失および出力損失
を含む、総損失は約1.2dBであった。従って、導波
路の単位長さ肖たりの損失は0.2dB/cm未溝であ
った。
口発明の効果] 以上説明したように、本発明によれば、並列式結合に適
した低損失導波路が得られる。
尚、特許請求の範囲に記載した部品番号は審査官あるい
は第三者の理解を容易にするためで、本発明の範囲を限
定するものではないことは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
第1図は並列式の基板支持型導波路を含む、本発明の好
ましい′実施例の光カソブダーの概要平面図である。 第2図は第1図の力、プラーの概要断面図である。 出願人:アメリカン テレフォン アンドテレグラフ 
カムバニー FIG、  I FIG、 2

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)基板支持型光導波路を含むデバイスであって、前
    記導波路は基板(11)上の第1の導波路クラッド層(
    21)の一部分の上の導波路コアからなり、 コア・クラッド展着層(22)が前記導波路コアに隣接
    する前記第1の導波路クラッド層の少なくとも一部分の
    上に存在することを特徴とする基板支持型光導波路を含
    むデバイス。
  2. (2)前記展着層(22)の材料が前記導波路コアの材
    料と同一であることを特徴とする請求項1記載の基板支
    持型光導波路を含むデバイス。
  3. (3)前記基板(11)はシリコンからなることを特徴
    とする請求項1記載の基板支持型光導波路を含むデバイ
    ス。
  4. (4)前記第1のクラッド層(21)の材料が二酸化シ
    リコンからなることを特徴とする請求項1記載の基板支
    持型光導波路を含むデバイス。
  5. (5)前記導波路コア(12)の材料がホスホシリケー
    トガラスからなることを特徴とする請求項1記載の基板
    支持型光導波路を含むデバイス。
  6. (6)前記基板(11)の材料がセラミック材料からな
    ることを特徴とする請求項1記載の基板支持型光導波路
    を含むデバイス。
  7. (7)前記セラミック材料が溶融シリカであることを特
    徴とする請求項6記載の基板支持型光導波路を含むデバ
    イス。
  8. (8)前記展着層(22)の上に第2の導波路クラッド
    層(23)を更に有することを特徴とする請求項1記載
    の基板支持型光導波路を含むデバイス。
  9. (9)前記第2のクラッド層(23)の材料がシリカガ
    ラスからなることを特徴とする請求項8記載の基板支持
    型光導波路を含むデバイス。
  10. (10)導波路コア材料の層を導波路クラッド材料の本
    体上に蒸着し; コア材料の前記層の所定部分を選択的に除去して前記導
    波路からなるパターンを形成し; 前記コア材料に隣接する前記導波路クラッド材料の少な
    くとも一部分上に展着層を形成し;加熱により前記導波
    路の表面平滑化を行う;工程からなることを特徴とする
    基板支持型光導波路を含むデバイスの製造方法。
  11. (11)前記展着層は蒸着により形成されることを特徴
    とする請求項10記載の製造方法。
  12. (12)前記展着層は選択的除去後のコア材料の残留層
    として形成されることを特徴とする請求項10記載の製
    造方法。
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