JPH02203305A - 非線形光導波路の製造方法 - Google Patents

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」 この発明は、光非線形効果を用いた全光型光スイッヂな
どとして好適に用いられる先導波路の製造方法に係わり
、特に高価電子イオン導入ガラスあるいは半導体ドープ
ガラスからなる導波路部分を有した非線形光導波路の製
造方法に関する。

「従来技術とその課題」 近時、光電効果を用いてなる先スイッチが広く研究され
ているが、このような光スィッチにあっては、光の回路
に電気を持ち込むことについて種々の問題があり、また
応答速度も十分でないなどの理由により、光コンピュー
タなどの演算素子として用いられるまでには至っていな
い。

ところで、全光型光スイッチあるいは演算索子材料に用
いられろ非線形材料としては、大きな非線形効果とその
早い応答性をＨし、損傷限界が高く、透過領域が広いこ
とが望ましく、現在研究されているものとしては、半導
体材料、ガラス材料、および有機材料などが知られてい
る。特に、非線形性の大きな材料としては、量子井戸構
造の半導体、ｎ機非線形材料、半導体ドープガラス材料
などがある。しかし、半導体材料は大きな非線形性を示
すものの、吸収係数が高いことから要求される応答速度
より乙かなり低い応答速度を示すものとなり、さらに熱
依存性が大きいといった問題もある。

またガラス材料としては、高価電子イオン導入ガラス材
料、半導体ドープガラス材料などが知られており、特に
高価電子イオン導入ガラス材料は、非線形性は比較的小
さいものの高速応答性、低損失、対損傷性などの優れた
特性を有するものとして知られている。

このような高価電子イオン導入ガラス材料を得るには、
通常ガラス成分系の粉末を白金るつぼ中でガラス化する
ことによって作製するが、各成分の融点の違いなどによ
りガラス化し得る温度範囲が狭く、その製造が極めて困
難である。またこの材料から導波路を製造するには、ガ
ラスバルクからウェファを作製してこれにイオン交換を
施し、導波路を形成するのが普通であるが、この方法で
は大きな光回路（先導波路）を形成するのが困難であり
、さらに得られた光回路にあってもＴｉ、Ｚｒ等の結晶
の析出などに起因して損失の大きなものとなる。またこ
の方法では、不純物として重金属などのイオンが混入し
、これにより光損傷が大きくなるといった恐れもある。

一方半導体ドープガラスを得るには、溶融によって得ら
れたガラスを熱処理し、母体となるガラスから結晶を析
出することによって作製する。このようにして得られた
半導体ドープガラスとして、例えば塩化銀の微結晶を析
出させて得たフォトクロミックガラスなどが知られてい
る。また、ガラスの多孔質体をまず形成してこれに半導
体を含浸させ、これを焼結して半導体分散材料を得ると
いった方法も知られている。しかしながら、このような
半導体ドープガラスを用いてなる導波路を得るには、現
在のところその有効な製造方法が提供されておらず、し
たがって実施可能な製造方法の提供が望まれている。

この発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的
とするところは、高価電子イオン導入ガラスあるいは半
導体ドープガラスからなる導波路部分を容易に製造し得
、かつ大型の光回路を作製することもでき条とともに、
低損失で耐損傷性に優れた光回路を製造し得る方法を提
供することにある。

「課題を解決するための手段」 この発明の非線形光導波路の製造方法では、Ｓｉ基板上
に化学的エツチングあるいは機械的切削によって溝を形
成し、次にこのＳｉ基板を酸化してその溝を形成した側
の表面に酸化膜を形成し、その後該酸化膜上に高価電子
イオン導入ガラス、あるいは半導体ドープガラスを付着
せしめて透明ガラス層を形成し、上記溝内の透明ガラス
層を導波路部分とすることによって上記課題を解決した
。

以下、この発明の一例について詳しく説明する。

まず第１図に示すようにＳｉ基板１に溝２を形成する。

ここで、溝２を形成するためには、化学的エツチングあ
るいは機械的切削により行うことができ、例えば化学的
エツチングとして異方性エツチングや等方性エツチング
を利用することができる。溝２の形状としては、第１図
に示したような断面Ｖ字状のものに限ることなく、断面
Ｕ字状、断面コ字状などのものでもよく、これら断面Ｕ
字状、断面コ字状の溝を作製する場合には異方性エツチ
ングが好適に採用される。

次に、この溝２を形成したＳｉ基板１を酸化して第２図
に示すように溝２を形成した側の表面に二酸化けい素膜
３を形成する。この場合に二酸化けい素膜３は、当然溝
２の内面にも形成されたものとなる。酸化方法としては
公知の技術を採用することができ、例えば酸素あるいは
水蒸気中にて加熱する方法などが用いられる。また、こ
の二酸化けい素膜３は、後述するように該膜３上に導波
路部分を形成したときクラツデイング層として作用する
ものであり、さらには導波路部分となる高価電子イオン
導入ガラス、°半導体ドープガラスとの接合性を高める
ためのものにもなる。

その後、第３図に示すように二酸化けい素膜３上に高価
電子イオン導入ガラス、あるいは半導体ドープガラスを
付着せしめて非線形ガラス薄膜である透明ガラス層４を
形成し、上記溝２内の透明ガラス層を導波路部分５とす
る導波路６を得る。

高価電子イオン導入ガラスは、主成分となるＴｉ１Ｚｒ
等の周期律表第１ｔ／ａ族元素、Ｙ　％　Ｌ　ａＳＣｅ
ｓＮｄ等の周期律表第ｍａ族元素あるいはＮｂの酸化物
と、ネットワークフォーマ−となるガラス材料および修
飾酸化物となるガラス材料とからなるものである。ここ
で、ネットワークフォーマ−となるガラス材料としては
Ｓ　ｉｏ　！、Ａ　ＩｚＯｓなどの酸化物が、また修飾
酸化物となるガラス材料としてはＮａｔＯ、Ｂ　ｔｏ　
３．ＭｇＯ、Ｋ　ｔｏ　、Ｃａｏ　などが挙げられる。

半導体ドープガラスは、カルコゲンガラスやハロゲン化
物ガラスなどを超微粒子として含むガラスであって、上
記のネットワークフォーマ−および修飾酸化物となるガ
ラス材料に半導体を含有してなるものである。またこの
半導体ドープガラスは、使用波長域にて透明となるよう
形成されたガラスとされる。この場合に半導体としては
、Ｓｉ　ＧａＡｓ　ＧａＰ、ＩｎＳｂ、ＩｎＰ、ＣｄＳ
、ＣｄＳｅ。

ＣｄＴｅ、ＺｎＳ、Ｚｎ５ｅ、ＰｂＳ、ＰｂＴｅ、Ｃｕ
Ｃｌ、ＣｕＢｒＣｕｔＯなどが用いられる。

高価電子イオン導入ガラス、あるいは半導体ドープガラ
スを二酸化けい素膜３上に付着せしめるには、物理的あ
るいは化学的蒸着法、ゾルゲル法、モルキュシースタッ
フィング法などの方法が好適に用いられる。蒸着法とし
ては、例えば高価電子イオンを含有したガラス材料ある
いは半導体と、ネットワークフォーマ−および修飾酸化
物からなるガラス材料とをそれぞれ蒸発源とし、イオン
ビームアシスト中にて電子ビーム蒸着を行い、高価電子
イオン導入ガラスあるいは半導体ドープガラスからなる
透明ガラス層４を得るといった方法が採用される。ゾル
ゲル法としては、例えば高価電子イオンを含むアルコキ
シ化合物等の有機化合物あるいは半導体材料の有機化合
物と、ネットワークフォーマ−となるガラス材料の有機
化合物および修飾酸化物となるガラス材料の有機化合物
を用意し、これらを有機溶媒に溶かした後加水分解して
ゲル化し、このゲルをＳｉ基板ｌ上に塗布し加熱して高
価電子イオン導入型の薄膜状ガラスを得るといった方法
が採用される。モルキュシースタッフィング法としては
、例えばネットワークフォーマ−および修飾酸化、物と
なるガラス材料より多孔質ガラス膜を作製し、これに高
価電子イオンの硝酸塩や塩酸塩などを染み込ませあるい
は半導体材料を導入し熱処理して高価電子イオン導入ガ
ラスを得るといった方法が採用される。

このような光導波路の製造方法にあっては、従来の溶融
ガラス法により作製した高価電子イオン導入ガラスを用
いてなる導波路に比べ、はるかに低損失のものを得るこ
とができ、また半導体ドープガラスを用いてなる導波路
の有効な製造方法を提供することができる。

「実施例」 以下、実施例によりこの発明をさらに具体的に説明する
。

直径３インチで厚さ４００μｍの円板状のＳｉ基板を用
意し、Ｋ　ＯＨを用いた化学的エツチングにより深さ４
μｍの断面Ｖ字状の溝を作製した。

次に、この基板を拡散炉中に入れ、水蒸気雰囲気にて１
１５０℃の温度で加熱し酸化して基板表面に二酸化けい
素膜を形成した。

またこれとは別に、高価電子イオンとなるＴｉおよびＺ
ｒを含む二種の塩化物を、酸素気流中にて酸水素炎中で
分解して高純度化し、Ｔ　ｉ　Ｏ＊およびＺｒ０ｔの酸
化物微粉末を作製した。次に、得られた酸化物微粉末を
焼結し、この焼結体を第１の蒸発源とした。

さらに、ネットワークフォーマ−となる５ｉｄｅとＡＩ
＊Ｏ＊、加熱することによって修飾酸化物となるＨ３Ｂ
ＯｓとＮａ、ＣＯ，をそれぞれ用意し、これらを白金る
つぼ中に入れ、１２００℃で加熱しガラス化して第２の
蒸発源とした。

次いで、電子ビーム蒸着装置の蒸発源をセットする位置
に上記第１の蒸発源と第２の蒸発源とをそれぞれセット
するとともに、上記の二酸化けい素膜を形成した基板を
所定の位置にセットし、イオンビームアシスト中にて基
板上に蒸着を行い、基板上にガラス層を形成するととも
に溝内にガラスを充填した。この場合に蒸着雰囲気は、
酸素を１０％含有する雰囲気とした。また、ガラス層の
生成速度を２０００人／時間として蒸着処理を行い、５
時間処理して基板上に厚さ１μｍのガラス層を形成した
。形成したガラス（ガラス層）の組成を調べたところ、 Ｔ　ｉＯ！：Ｚ　ｒｏ　＝：Ｓ　ｉｏ　！：Ａ　Ｉ！Ｏ
ｓ：Ｎａ＊ｏ　：Ｂ　ｔｏ　ｓ＝１、　：０．４　：Ｉ
　、５　：０　、ｅ　：０．５　：Ｉであった。

その後、この基板に形成したガラス層および溝内のガラ
スを、酸素が流通するチャンバ中にてビーム径２０μｌ
の炭酸ガスレーザを用いて加熱し、溝内のガラスを導波
路部分として導波路を得た。

このようにして得られた導波路部分の屈折率を調べたと
ころ１．８７６であり、またこの導波路の非線形屈折率
を調べたところ１．１ＸＩＯ−”であった。さらに、こ
の導波路の導波特性を調べたところ、伝送損失が低く、
また耐損傷性に優れていることが確認された。

「発明の効果」 以上説明したようにこの発明の非線形光導波路の製造方
法は、Ｓｉ基板」二に化学的エツチングあるいは機械的
切削によって溝を形成し、次にこのＳｉ基板を酸化して
その昔を形成した側の表面に酸化膜を形成し、その後該
酸化膜上に高価電子イオン導入ガラス、あるいは半導体
ドープガラスを付着せしめて透明ガラス層を形成し、上
記溝内の透明ガラス層を導波路部分とするものであるか
ら、高価電子イオン導入ガラスを構成する各成分の融点
の差などによる製造上の問題を解消して高価電子イオン
導入ガラスを容易に作製することができ、かつ従来の溶
融ガラス法により作製した高価電子イオン導入ガラスを
用いてなる導波路に比べてはるかに低損失のものを得る
ことができ、したがって大型の先導波路（光回路）の作
製も可能にすることができる。また、この発明によれば
半導体ドープガラスを用いてなる導波路を良好に製造す
ることができ、かつ低損失で耐損傷性に優れた半導体ド
ープガラス導波路を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第３図は、この発明の非線形光導波路の製
造方法の一例を工程順に説明するための側断面図である
。 ｌ・・・・・・Ｓｉ基板、２・・・・・・溝、３・・・
・・・二酸化けい素膜、４・・・・・・透明ガラス層、
５・・・・・導波路部分、６・・・・・・導波路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. Ｓｉ基板上に化学的エッチングあるいは機械的切削によ
   って溝を形成し、次にこのＳｉ基板を酸化してその溝を
   形成した側の表面に酸化膜を形成し、その後該酸化膜上
   に高価電子イオン導入ガラス、あるいは半導体ドープガ
   ラスを付着せしめて透明ガラス層を形成し、上記溝内の
   透明ガラス層を導波路部分とする非線形光導波路の製造
   方法。