JPH05150129A - ガラス導波路の製造方法 - Google Patents

ガラス導波路の製造方法

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JPH05150129A
JPH05150129A JP3318068A JP31806891A JPH05150129A JP H05150129 A JPH05150129 A JP H05150129A JP 3318068 A JP3318068 A JP 3318068A JP 31806891 A JP31806891 A JP 31806891A JP H05150129 A JPH05150129 A JP H05150129A
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JP
Japan
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glass
refractive index
film
core
etching
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JP3318068A
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English (en)
Inventor
Katsuyuki Imoto
克之 井本
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Hitachi Cable Ltd
Original Assignee
Hitachi Cable Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 コアとクラッドの屈折率差の大きいガラス導
波路を低損失、高寸法精度、小型で実現する。 【構成】 低屈折率のガラス基板1表面にメタル膜3を
マスクにしてエッチングによりコア部となる溝6を形成
する第1の工程、上記メタル膜3及び溝6を埋め込むよ
うにしてガラス基板1上に高屈折率のガラス膜4を低温
で形成する第2の工程、その高屈折率のガラス膜4を上
記メタル膜3が露出するまでエッチングする第3の工
程、その露出したメタル膜3をエッチングにより除去す
る第4の工程及びメタル膜3除去後高屈折率のガラス膜
4を低屈折率のクラッドガラス膜5で被覆する第5の工
程からなることを特徴としている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はコアとクラッドに高い屈
折率差を持たせたガラス導波路の製造方法に関するもの
である。
【0002】
【従来の技術】光ファイバ通信の進展に伴い、光デバイ
スには(1) 大量生産性、(2) 高信頼性(3) 結合の無調整
化、(4) 自動組立、(5) 低損失などが要求されるように
なり、これらの課題を解決するために導波路型の光デバ
イスが注目されるようになってきた。光導波路の中でも
石英系ガラス光導波路は低損失であり、また光ファイバ
との接続損失も非常に小さいため、将来の光導波路とし
て有望視されている。
【0003】従来、石英系ガラス光導波路の製造方法と
して、図3に示す火炎堆積法が知られている。これは、
(a) Si基板7上への石英ガラス多孔質膜(バッファ
層)8の形成およびそのバッファ層8上への屈折率制御
用ド−パント(TiあるいはGeなど)を含んだ石英ガ
ラス多孔質膜(コアガラス膜)9の形成、(b) 多孔質石
英ガラスの加熱透明化による平面光導波膜の形成、(c)
コアガラス膜9上へのコアマスク10の形成、(d) コア
マスク10をマスクにしたエッチングによる3次元光導
波路(コア)11の形成、(e) クラッドとなる石英ガラ
ス多孔質膜12の形成、(f) その加熱透明化によるクラ
ッド13の形成、によって実現されている(宮下:光導
波路技術,1.最近の光導波路技術,OplusE,NO.78
,PP.59-67)。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】図3の石英系ガラス光
導波路の製造方法には次のような問題点があった。
【0005】(1) コア11とクラッド13の屈折率差の
大きいガラス導波路を製造するために屈折率の高いコア
ガラス膜9をバッファ層8の上に形成すると、熱膨張係
数の違いによって基板全体に反りが生じ、高寸法精度の
光回路をパタ−ニングすることが難しい。
【0006】(2) 上記製造方法は、(1) の理由以外に次
の理由によりコア11とクラッド13の屈折率差に限界
があることがわかった。すなわち、屈折率の高いコア用
多孔質膜を堆積させても図3(b) の焼結プロセスで屈折
率制御用ド−パントが揮散してしまい、屈折率の高いコ
ア11を実現するのが難しい。
【0007】(3) 屈折率制御用ド−パントを多く含んだ
コア層を図3(d) のドライエッチングプロセスによりパ
タ−ニングすると、SiO2 と上記ド−パントとのエッ
チング速度の違いによってエッチング側面が凸凹に荒
れ、散乱損失が増大する。
【0008】本発明の目的は、前記した従来技術の欠点
を解消し、コアとクラッドの屈折率差の大きいガラス導
波路を低損失で、かつ高寸法精度で実現できる製造方法
を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明のガラス導波路の製造方法は、低屈折率のガラス
基板表面にメタル膜をマスクにしてエッチングによりコ
ア部となる溝を形成する第1の工程、上記メタル膜及び
溝を埋め込むようにしてガラス基板上に高屈折率のガラ
ス膜を低温で形成する第2の工程、その高屈折率のガラ
ス膜を上記メタル膜が露出するまでエッチングする第3
の工程、その露出したメタル膜をエッチングにより除去
する第4の工程及びメタル膜除去後高屈折率のガラス膜
を低屈折率のクラッドガラス膜で被覆する第5の工程か
らなる。
【0010】
【作用】平坦な低屈折率ガラス表面にコア形状の溝を形
成しておき(第1の工程)、その溝の中に、高屈折率の
液状ガラスを流し込みこれを数百℃( 800℃以下)で乾
燥させことにより、あるいはプラズマCVDの方法など
により、低温でコア用ガラス膜を形成する(第2の工
程)ことにより、反りのない高寸法精度の光回路を実現
することが可能となる。このように低温でコア用ガラス
膜を形成すれば、屈折率制御用ド−パントの揮散を抑え
屈折率の高いコア層を実現することができる。また、屈
折率制御用ド−パントを多く含んだコア層のドライエッ
チングによるパタ−ニング工程(図3(d) )がないの
で、コア側面の荒れのほとんどない低散乱損失の光導波
路を実現することが可能である。
【0011】
【実施例】次に、本発明の実施例について説明する。
【0012】図1は本発明に係る製造方法の一実施例で
あり、(a) 〜(g)の7つの工程から成る。まず、(a) に
示すように石英ガラス基板1の表面上にメタル膜3(例
えば、WSi膜)を形成する。このメタル膜3の厚みは
0.1μm〜2μmの範囲内から選ばれ、スパッタリング
法、真空蒸着法、電子ビ−ム蒸着法などによって形成さ
れる。このメタル膜3の上にフォトレジストパタ−ン2
をフォトリソグラフィ工程により形成する。このフォト
レジストパタ−ン2がコアパタ−ンの原形となる。本実
施例のコアパタ−ンはコア幅がWの2つのパタ−ンを間
隔Sを設けて平行に配置させたものである。このコア幅
Wは、シングルモ−ド伝送用では数μm〜10数μm、マ
ルチモ−ド伝送用では数十μm程度である。
【0013】次に、(b) に示すようにフォトレジストパ
タ−ン2をマスクにして、ドライエッチング工程により
メタル膜3をパタ−ン化する。ここでドライエッチング
は真空に保たれたプラズマ雰囲気中にNF3 ガスを流し
て行う。詳細は、「井本,他:導波路型光合分波器,電
子情報通信学会,光・量子エレクトロニクス研究会OQ
E87-7, 1987年 4月,PP.47 〜53」を参照されたい。
【0014】その後、(c) に示すようにフォトレジスト
パタ−ン2およびメタル膜3をマスクにしてドライエッ
チングにより深さTμmの溝6を石英ガラス基板1表面
に形成する。ドライエッチングは真空に保たれたプラズ
マ雰囲気中にCHF3 ガスを流して行う。この深さTは
形成しようとするコアの厚みに応じて決められ、シング
ルモ−ド伝送用の場合には数μmから10数μmの範囲、
マルチモ−ド伝送用の場合には数十μm程度に設定す
る。石英ガラス基板1は一成分系のガラスであるので、
側面荒れが非常に少なく、かつ垂直性良くエッチングす
ることができる。
【0015】次に表面のフォトレジスト膜2を除去した
後、(d) に示すようにメタル膜3及び溝6を埋め込むよ
うにして高屈折率のガラス膜4を被覆する。このガラス
膜4の原料として、例えばアルカリ金属シリケ−トの水
溶液Me2 O・nSiO2 ・xH2 O(Me:アルカリ
金属)が用いられる。ここで、MeとしてはNa,K,
Li,N+ 4 ,などを少なくとも一種含んだものを用
いる。また、上記水溶液に屈折率制御用ド−パントとし
てP,B,Ti,Ge,Alなどを含んだ水溶液,ある
いは希土類元素を含んだ水溶液を添加して用いることも
できる。たとえば、上記ド−パントを含んだ水溶液とし
ては、P2 5 ,Na2 CO3 ,Li2 CO3 ,H6
3 ,BCl3 ,ErCl3 などの水溶液を用いること
ができる。
【0016】次に、(e) に示すように高屈折率ガラス膜
4の表面をエッチングし、メタル膜3の表面を露出させ
る。その後、(F) に示すようにメタル膜3をドライエッ
チングにより除去する。最後に、(g) に示すように(f)
のガラス表面全体にクラッドガラス膜5を被覆する。こ
のクラッドガラス膜5の屈折率は石英ガラス基板1のそ
れと同程度の値でよい。またクラッドガラス膜5の膜厚
は数μm以上あればよい。このクラッドガラス膜5はC
VD法、電子ビ−ム蒸着法、スパッタリング法、イオン
プレ−ティング法、火炎堆積法などによって形成するこ
とができ、これらの方法はよく知られた方法であるので
詳細は省略する。
【0017】以上のように、石英ガラス基板1の溝6内
に高屈折率の液状ガラスを流し込み、これを低温で乾燥
させて高屈折率のコア用ガラス膜4を形成することによ
り、反りのない高寸法精度の光回路を簡単なプロセスで
実現することができる。また、高屈折率のコア3をクラ
ッド膜で被覆した後に高温(ただし、従来法よりも低い
温度でよい。)で熱処理するだけでよいので、コア内の
屈折率制御用ド−パントの揮散がほとんどない。
【0018】図2は本発明の方法によって試作したガラ
ス導波路の比屈折率差特性を示したものである。同図に
おいて、比屈折率差Δは次式で定義される。
【0019】 Δ=(nw −nc )/nw ×100 % ・・・(1) ここで、nw はコアの屈折率、ncは石英ガラス基板お
よびクラッドの屈折率である。同図からわかるように、
比屈折率差Δが3%近い値の高屈折率差ガラス導波路を
実現することができた。このようにコアとクラッドとの
間に大きな屈折率差を持たせたガラス導波路を用いれ
ば、光合分波回路、光スタ−カプラ、光リング共振器、
などの光回路を小型かつ高性能に実現することができ
る。
【0020】なお、本発明の製造方法は上記実施例に限
定されるものではない。まず、基板1の材質は石英ガラ
ス以外に、B、P、Ti、Ge、Alなどの屈折率制御
用ド−パントをわずかに含んだ石英系ガラス、バイコ−
ルガラス、サファイヤ、あるいは多成分系のガラスでも
よい。クラッドガラス膜5には基板1と同じ材質のもの
の他、高分子材料などを用いてもよい。コアパタ−ンは
任意のパタ−ンを形成することができる。また高屈折率
のガラス膜4を低温で形成する方法として、プラズマC
VD法により形成する方法を用いてもよい。つまり、有
機オキシシランの蒸気と屈折率制御用ド−パントを含ん
だ金蔵アルコオキシドの蒸気を真空に保たれた低温(数
百℃)プラズマ雰囲気中に送り込み、プラズマ雰囲気内
に設置された溝状のコアパタ−ンを有する基板上に高屈
折率のガラス膜を形成する方法である。この方法で得た
膜は透明であるので、その後すぐに(e) のプロセスに入
ることができる。
【0021】
【発明の効果】以上要するに本発明によれば、低屈折率
のガラス基板表面にコア形状の溝を形成しておき、この
溝を埋め込むようにして低温でコア用ガラス膜を形成す
るようにしたので、コア用ガラス膜中の屈折率制御用ド
−パントの揮散を抑えることができると共に、反りやコ
ア側面荒れのない高寸法精度で小型の光回路を実現する
ことが可能となる。製造プロセスが簡単であるので、低
コスト化も期待できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のガラス導波路の製造方法の一実施例を
示す一連の工程図である。
【図2】本発明の方法により試作したガラス導波路の比
屈折率差特性を示す図である。
【図3】従来の火炎堆積法によるガラス導波路の製造方
法を示す一連の工程図である。
【符号の説明】 1 低屈折率のガラス基板 2 フォトレジストパタ−ン 3 メタル膜 4 高屈折率のガラス膜 5 クラッドガラス膜 6 溝

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 低屈折率のガラス基板表面にメタル膜を
    マスクにしてエッチングによりコア部となる溝を形成す
    る第1の工程、上記メタル膜及び溝を埋め込むようにし
    てガラス基板上に高屈折率のガラス膜を低温で形成する
    第2の工程、その高屈折率のガラス膜を上記メタル膜が
    露出するまでエッチングする第3の工程、その露出した
    メタル膜をエッチングにより除去する第4の工程及びメ
    タル膜除去後高屈折率のガラス膜を低屈折率のクラッド
    ガラス膜で被覆する第5の工程からなることを特徴とす
    るガラス導波路の製造方法。
  2. 【請求項2】 上記ガラス基板として石英ガラスを用い
    た請求項1記載のガラス導波路の製造方法。
  3. 【請求項3】 上記高屈折率のガラス膜としてアルカリ
    族シリケ−トの水溶液を乾燥、固化させたものを用いた
    請求項1又は2記載のガラス導波路の製造方法。
JP3318068A 1991-12-02 1991-12-02 ガラス導波路の製造方法 Pending JPH05150129A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20030056569A (ko) * 2001-12-28 2003-07-04 한국전자통신연구원 평면형 광도파로 제작 방법
JP2010230919A (ja) * 2009-03-26 2010-10-14 Toppan Printing Co Ltd 光導波路の製造方法

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KR20030056569A (ko) * 2001-12-28 2003-07-04 한국전자통신연구원 평면형 광도파로 제작 방법
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