JPH04128808A - 石英導波路の製造方法 - 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） 本発明は石英導波路の製造方法に関し、更に詳しくは、
コアのレーリー散乱係数が低く、そのため、低損失であ
る石英導波路を製造する方法に関する。

（従来の技術） 光フアイバシステム、光センサ、光情報処理の各分野で
は、石英導波路を備えた部品か使用されている。この石
英導波路は、概ね、以下に述べるような方法で製造され
ている。その方法を第１２図から第１６図に基づいて説
明する。

まず、第１２図で示したように、Ｓｉ基板への上に火炎
堆積法でガラス微粒子を堆積して所定厚みの第１の堆積
層Ｂを形成し、更に続けてその上に同じくガラス微粒子
の第２の堆積層Ｃを形成する。

この場合、これらの堆積層Ｂ、　　Ｃは、それぞれクラ
ッド層、コア層になるので、堆積層Ｃを構成するガラス
微粒子と堆積層Ｂを構成するガラス微粒子の組成は異な
っていて、透明ガラス化したときに、前者の屈折率が高
くなるように、堆積層Ｃの形成時には所定量のＧｅやＴ
ｉを含むガラス微粒子を堆積する。

ついで、高温処理を施すことにより堆積層Ｂ。

堆積層Ｃを透明ガラス化して屈折率が異なる透明ガラス
層Ｂ′　と透明ガラス層Ｃ°にする（第１３図）。

透明カラス層Ｃ′　にフォトリソグラフィーと例えば反
応性イオンビームエツチング（ＲＩＢＥ）を施して所望
パターンのコアＣ”を形成（第１４図）したのち、この
上に再び火炎堆積法によってコアＣ”よりも低屈折率に
なる組成のガラス微粒子を堆積して第３の堆積層りを形
成する（第１５図）。そして、最後に、全体を高温処理
して堆積層りを透明カラス化して透明ガラス層Ｄ′にす
る（第１６図）。

かくして、高い屈折率のコアＣ”が低い屈折率のクラッ
ドＢ’、Ｄ’　の中に埋め込まれている石英導波路が得
られる。

（発明が解決しようとする課題） このように、従来技術においては、コア層の形成時にＴ
ｉやＧｅをドープしてクラット層に対してその屈折率を
高めている。

しかしなから、上記ドーパントのトープ量が増量すると
石英ガラスの屈折率は高くなるが、一方では、レーリー
散乱係数も高くなってコア層の伝搬損失が増大するとい
う問題も発生する。

このことは次のような不都合を招く。例えば、曲げ半径
が小さい曲がり部を有する石英導波路に光を伝搬させよ
うとした場合、その導波路の比屈折率差（Δ）を高くす
ることが必要になり、そのため、ドーパントのトープ量
を増加しなければならない。しかし、そのようにして導
波路を製造すると、前記したように、その導波路のレー
リー散乱が増大して光損失が大きくなってしまうからで
ある。

このようなことから、従来技術においては、曲げに強く
、かつ低損失の石英導波路を製造することが困難であっ
た。

また、たとえΔが低（でも、損失か極めて低い導波路を
製造することは、コア層にドーパントをドープすること
を前提とする以上、従来技術では非常に困難である。

本発明は、従来の石英導波路の製造方法における上記問
題を解決し、Δに依存しなくても損失が極めて低くなる
石英導波路を製造する方法の提供を目的とする。

（課題を解決するための手段・作用） 本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意研究を重ねる
過程で、Δの高低はコア層とクラッド層の相対的な屈折
率差の大小で規定されるのであるから、Δを高めるため
には、従来方法のようにコア層にドーパントをドープし
てそれを高屈折率にする方法の外に、逆にクラッド層の
屈折率を低める方法でも可能であるとの着想を得た。そ
して、この着想に基づいて本発明方法を開発するに到っ
た。

すなわち、本発明の石英導波路の製造方法は、火炎堆積
法で形成されたカラス微粒子の堆積層に高温処理を施す
ことにより前記堆積層を透明ガラス化してクラッド層ま
たはコア層を形成する石英導波路の製造方法において、
少なくともクラッド層の形成時には、前記堆積層を含フ
ッ素雰囲気中で高温処理して前記クラット層にフッ素を
トープすることを特徴とする。

以下に、本発明方法を添付図面に基ついて説明する。

まず、第１図で示したように、Ｓｉ基板１の上に火炎堆
積法でＳｉＯ２から成るガラス微粒子を堆積して所定厚
みの第１の堆積層２を形成する。

ついで、この第１の堆積層２を含フッ素雰囲気中で高温
処理して透明ガラス化する（第２図）。

このとき、堆積層２は収縮して透明ガラス層２′になる
と同時に、そこに雰囲気中のフッ素がドープされること
により、フッ素を含まない雰囲気中における透明ガラス
化の場合よりも、その屈折率が低下する。そして、この
透明ガラス層２°　は下部クラッド層として機能する。

このときの含フッ素雰囲気としては、例えば、Ｈｅ、Ｏ
□、ＳｉＦ４のような含フッ素化合物のガスの混合ガス
をあげることができる。含フッ素雰囲気中のフッ素成分
の割合は、透明ガラス層２°の屈折率の下げ幅によって
適宜決定する。例えば、屈折率の下げ幅を太き（したい
場合には、フッ素成分の割合を高めればよい。

ついで、この透明ガラス層２′の上に、第１図で示した
場合と同じように、火炎堆積法で５ｉ０２から成るガラ
ス微粒子を堆積して所定厚みの第２の堆積層３を形成し
く第３図）、更にこれを高温処理して、堆積層３を透明
ガラス層３°に転化する（第４図）。

堆積層３の透明ガラス化時の雰囲気は、フッ素を含まな
い雰囲気である。具体的には、０．、Ｈｅの混合ガス雰
囲気である。

したがって、透明ガラス層３′にはフッ素はドープされ
ないので、その屈折率は透明ガラス層２゜のそれよりも
高くなり、これはコア層として機能する。

この透明ガラス層３゛にフォトリソグラフィー技術とエ
ツチング処理を施して、所望するパターンのコア３”を
形成しく第５図）、ついでこのコア３”を埋込むように
して火炎堆積法でＳｉＣ２から成るガラス微粒子を堆積
して第３の堆積層４を形成する（第６図）。

最後に、全体を前記したような含フッ素雰囲気中で高温
処理して堆積層４を透明カラス化する（第７図）。得ら
れた透明ガラス層４°　は雰囲気からフッ素成分がドー
プされているので、その屈折率はコア３”のそれよりも
低くなり、上部クラッド層として機能する。

したがって、コア３”は、その屈折率か自らの屈折率よ
りも低い値になっている透明カラス層（下部クラッド層
）２°　と透明ガラス層（上部クラット層）４″　とか
ら成るクラッドに埋込まれることになる。

このように、本発明方法によれば、堆積層２゜堆積層４
を透明カラス化するときに、含フッ素雰囲気中のフッ素
成分の割合を変えることにより、コア３”との屈折率差
を任意の値に調整することができる。

したがって、火炎堆積法で堆積するカラス微粒子を、純
粋石英になる組成にすれば、第７図で得られた導波路に
おいて、コア３”を純粋石英で構成することができる。

また、第３図の堆積層３を形成するときに、堆積するガ
ラス微粒子にＧｅやＴ１のようなドーパントをドープし
、かつ、第１図や第６図の堆積層２．４をそれぞれ透明
ガラス化するときには、含フッ素雰囲気中で高温処理す
ると、コアは純粋石英の場合よりも高屈折率になるので
、コアとクラッドとの屈折率差を一層太き（することが
できる。

すなわち、堆積層３の形成時におけるドーパントのドー
プ量が従来に比べて少量であっても、得られる導波路の
△は従来の場合よりも大きく、かつドーパントか少量な
ので損失も低くすることができる。

（発明の実施例） 実施例１ 第１図から第７図に示した工程によって石英導波路を製
造した。すなわち、Ｓｉ基板ｌの上に５ｉＯｚの微粒子
を堆積して堆積層２を形成したのち、これをＨｅ１０２
／Ｆ雰囲気下で高温処理して厚み約２０μｍの透明ガラ
ス層２゛を形成した（第１図、第２図）。

ついて、透明カラス屓２′　の上に同しく５ｉＣｈの微
粒子を堆積して第２の堆積層３を形成したのち、これを
Ｈｅ　／　０２雰囲気中で高温処理して厚みか約８μｍ
の透明カラス層３゛　とした（第３図。

第４図）。

このとき、透明カラス層３゛　と透明ガラス層２′の△
は０．３％となるように、第１の堆積層２の透明ガラス
化時におけるＦ分圧を調整した。

透明ガラス層３゛　にフォトリソクラフィー技術とエツ
チング処理を施して断面か幅８μｍ、高さ８μｍである
コア３”とし、ついで、この上に５ｉＯｚの微粒子を堆
積して第３の堆積層４を形成した（第５図、第６図）。

そして、最後に、第４図の場合と同しようにして、堆積
層４を透明カラス化し、厚み約３０μｍの透明ガラス層
４゛を形成して、埋込み型の石英導波路とした。

この石英導波路における断面屈折率のプロファイルを第
８図に示した。

図から明らかなように、この石英導波路では、コア３”
の屈折率は純粋石英と同じレベルであり、上・下のクラ
ッド２’、４’　はフッ素のトープによってコア３”の
それよりも低屈折率になっていて、両者間のΔは０．３
％になっている。

実施例２ 第３図の堆積層３を第４図の透明ガラス層３゛にすると
きに、含フッ素雰囲気中で高温処理して、コア層３゛の
屈折率を実施例１のＳｉＯ□のそれよりも若干小さくし
たこと、しかし、コアとクラッドとのΔは０．３％を維
持するように、透明ガラス層２′、透明ガラス層４゛の
形成時の含フッ素雰囲気中のＦ分圧は実施例１の場合よ
りも高めたことを除いては、実施例１と同様にして同じ
コア形状の石英導波路を製造した。

この石英導波路における断面屈折率のプロファイルを第
９図に示した。

図から明らかなように、この石英導波路は、コア３”の
屈折率は純粋石英のそれよりも小さいが、しかしクラッ
ドとの間ではΔが０．３％に維持されている。

実施例３ 第３図で示した第２の堆積層３を形成するときに、所定
量のＧｅをドープしたＳｉｎ、微粒子を用い、またその
透明ガラス化時の雰囲気としてはＨｅ　／　０２　／　
Ｆ雰囲気を採用したことを除いては、実施例１の場合と
同様にして、コアが同じ形状の石英導波路を製造した。

この石英導波路の断面屈折率のプロファイルを第１Ｏ図
に示した。

図から明らかなように、この石英導波路では、Ｇｅドー
プの効果が大きく発現してコア３”の屈折率は純粋石英
のそれよりも大きくなり、一方、上・下のクラッド層は
実施例１，２のそれらと同じ屈折率になっているので、
コアとクラッド間のΔは０．７５％と非常に高い値とな
っている。

これら３種類の石英導波路の直線部について、波長１．
５５μｍの光の伝搬損失を測定した。その結果を第１表
に示した。なお、比較のため、コアがＴｉドープされた
石英でその断面形状が幅８μｍ。

高さ８μｍであり、かつ、クラッドは５ｉＯｚから成り
、コアとクラッド間のΔが０．３％である石英導波路を
製造し、その伝搬損失も測定してその結果も第１表に併
記した。

第１表 結果から明らかなように、本発明方法で製造した石英導
波路は、その伝搬損失が極めて低い。

つぎに、上記４種類の石英導波路において、コアの断面
をそれぞれ１耶角とした直線導波路を作成し、それぞれ
のレーリー散乱係数を測定した。

その結果を第１１図に示した。

（発明の効果） 以上の説明で明らかなように、本発明方法によれば、コ
アにドーパントをドープしなくても、Δ４゜ が大きい石英導波路を製造することができる。そして１
、ドーパントがドープされていないので、コアのレーリ
ー散乱係数は低下して損失が少なくなる。

また、ドーパントをドープする場合でも、従来のように
ドープ量を多くすることなく、少量であっても、クラッ
ドを低屈折率にすることができるので、Δを大きくでき
ると同時に、ドーパントが減量した分だけレーリー散乱
を低下することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図から第７図は本発明方法を説明するための工程図
、第８図から第１０図は本発明方法で製造した石英導波
路の断面屈折率プロファイル、第１１図は本発明の石英
導波路のレーリー散乱を示すグラフ、第１２図から第１
６図は従来方法を説明するための工程図である。 １・・・基板、２・・・第１の堆積層、２′・・・透明
ガラス層（下部クラッド層）、３・・・第２の堆積層、
３゛・・・透明ガラス層（コア層）、３″・・・コア、
４・・・第３の堆積層、 ４′ ・・・透明ガラス層 （上部クラッド 層）。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）火炎堆積法で形成されたガラス微粒子の堆積層に
   高温処理を施すことにより前記堆積層を透明ガラス化し
   てクラッド層またはコア層を形成する石英導波路の製造
   方法において、少なくともクラッド層の形成時には、前
   記堆積層を含フッ素雰囲気中で高温処理して前記クラッ
   ド層にフッ素をドープすることを特徴とする石英導波路
   の製造方法。
2. （２）前記コア層が純粋石英から成る請求項１に記載の
   石英導波路の製造方法。
3. （３）前記コア層に、フッ素、ゲルマニウム、チタンの
   群から選ばれる少なくとも１種がドープされている請求
   項１に記載の石英導波路の製造方法。