JPH05313031A

JPH05313031A - 導波路の製造方法

Info

Publication number: JPH05313031A
Application number: JP4116184A
Authority: JP
Inventors: Masataka Nakazawa; 正隆中沢; Katsuyuki Imoto; 克之井本
Original assignee: Hitachi Cable Ltd; Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Hitachi Cable Ltd; Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1992-05-08
Filing date: 1992-05-08
Publication date: 1993-11-26

Abstract

(57)【要約】【目的】コア部の構造パラメータが均一な導波路の製
造方法を提供することを可能とする。【構成】基板１０の表面に、形成すべきコアＲに沿っ
て拡散用Ａｇ膜を形成し、その拡散用Ａｇ膜を除く基板
１０の表面をエッチングすることによりリッジ状のコア
部Ｒが形成され、このリッジ状のコア部Ｒと基板１０の
裏にそれぞれ設けられた電極１２ａ、１３間の電圧Ｖと
雰囲気の温度及び加熱時間を制御することにより拡散用
金属Ａｇの拡散深さ及び幅Ｗを制御することができ、コ
ア部Ｒの構造パラメータが均一に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、導波路の製造方法に関
する。

【０００２】

【従来の技術】近年、光を伝搬する導波路の開発が行わ
れており、ガラス又は強誘電体からなる基板内へ金属イ
オンを拡散することにより屈折率を変化させ、その変化
した部分をコアとする導波路を製造する方法が検討され
ている。

【０００３】図４（ａ）は従来の導波路を説明するため
の説明図、図４（ｂ）は導波路の外観斜視図である。

【０００４】図４（ａ）において、導波路は、リン酸塩
系レーザガラス（ＨＯＹＡ製、型式ＬＨＧ１５）からな
る基板１の表面に、Ｔｉを用いて形成すべきコア２のマ
スクパターン３を形成し、その上から拡散源である金属
膜（Ａｇ膜）４を蒸着し、このＡｇ膜４の上及び基板１
の裏面に電極としてＡｕ膜５を形成し、約４００°Ｃで
所定の電圧Ｖを数時間印加することにより、Ａｇ膜４か
らＡｇイオンをマスクパターン３の隙間を通して基板１
中に拡散させたものである。これにより、コア２の断面
が半円状のチャンネル導波路が形成される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図５
（ａ）及び（ｂ）に示した導波路はＮＡ（開口数）が
０．３２のマルチモードの導波路であるが、この導波路
を実現する上では次のような問題点がある。

【０００６】（１）Ａｇイオンが拡散されたコア部内の
屈折率分布が印加電圧、加熱温度、加熱時間によって変
化するため、例えば方向性結合器、合分波器、フィルタ
等精密さが要求される光部品を製造するときの再現性が
低くなり、歩留まりに影響を与えるおそれがある、
（２）コア部が半円状のため、製造した光部品の偏光依
存性が大きい、（３）コア部の径が印加電圧、加熱温
度、加熱時間によって変化するため、（１）と同様に光
部品を製造するときの歩留まりに影響を与える、（４）
コア部の径が数μｍから３０μｍ程度の細いシングルモ
ード或いは疑似シングルモードの導波路を製造するのが
困難である、という問題点がある。

【０００７】そこで、本発明の目的は、上記課題を解決
し、コア部の構造パラメータが均一な導波路の製造方法
を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、基板の表面に、形成すべきコアに沿って拡
散用金属膜を形成し、その拡散用金属膜を基板中に拡散
させてコアを形成する導波路の製造方法において、その
拡散用金属膜部を除く基板の表面をエッチングしてリッ
ジ状に形成し、そのリッジ部に拡散用金属を拡散させる
ものである。

【０００９】

【作用】本発明によれば、基板に予め形成されたリッジ
状のコア部に拡散用金属が拡散されることにより、拡散
の範囲がこのリッジ状のコア部内に制限されるので、リ
ッジの幅の再現性が良くなり、拡散が均一に行われる。
しかもそのコア部の両側面が空気に接する構造にした後
で拡散用金属を拡散させるので、リッジの幅方向に対し
ては拡散速度が速くなり、屈折率分布がほぼ一様にな
る。さらにコア部の断面の形状がほぼ矩形状であるため
偏光依存性が小さく抑えられる。

【００１０】

【実施例】以下、本発明の一実施例を添付図面に基づい
て詳述する。

【００１１】図１に導波路の製造工程の概略を示す。製
造工程は次の８つからなる。

【００１２】（ａ）リン酸塩系ガラスからなるガラスの
基板１０の表面に、拡散用金属としてのＡｇ膜１１を一
様に形成する。このＡｇ膜１１は真空蒸着、スパッタリ
ング、電子ビーム等の方法によって形成され、その膜厚
は約０．０１μｍ〜１μｍの範囲内にあればよい。な
お、基板１０にはリン酸塩系ガラスを用いたが、これに
限定されずホウ酸塩系ガラス、ケイ酸塩系ガラス等のガ
ラスや、ＬｉＮｂＯ₃、ＬｉＴａＯ₃等の強誘電体のい
ずれの材料を用いてもよい。また、拡散用金属にはＡｇ
を用いたが、Ａｇ、Ｎａ、Ｔｌ、Ｋを少なくとも一種類
含んでいればよい。

【００１３】（ｂ）Ａｇ膜１１の表面（図の上側）上及
び基板１０の裏面（図の下側）に、電極用金属膜として
のＡｕ膜１２、１３をそれぞれ形成する。このＡｕ膜１
２、１３は、後述するように、エッチングマスクとして
も作用する。その膜厚は約０．１μｍから数μｍの範囲
にあればよいが、その膜厚が厚い程、後述するリッジ部
Ｒの深さ方向の長さＴを長くすることができる。なお、
電極用金属にはＡｕを用いたが、これに限定されるもの
でなく、例えば、Ａｕ、Ｔｉ、ＷＳｉ、ＷＮ、Ｃｒ等を
少なくとも一種類含んでいればよい。

【００１４】（ｃ）Ａｕ膜１２の上に、フォトレジスト
膜を一様に塗布し、その上からコアパターン用フォトマ
スクを介して露光した後、現像、定着等のフォトリソグ
ラフィ工程を経て、フォトレジスト膜によるコアパター
ン１４を形成する。

【００１５】（ｄ）フォトレジストによるコアパターン
１４をマスクとしてドライエッチング工程を経て、Ａｕ
膜及びＡｇ膜によるコアパターン１１ａ、１２ａを形成
する。尚、ドライエッチングの際のエッチングガスに
は、例えばＣＣｌ₄、ＣＣｌ₂Ｆ₂、Ｃ₂Ｃｌ₂Ｆ₄、
ＣＨＦ₃、ＣＦ₄、ＮＦ₃等が用いられる。

【００１６】（ｅ）フォトレジストによるコアパターン
１４、Ａｕ膜１２ａ及びＡｇ膜１１ａをマスクとしてド
ライエッチングを行い、基板１０の表面をエッチングす
る。これにより基板１０に深さＴのリッジ状のコア部
Ｒ、すなわちリッジ部Ｒが形成され、このコア部Ｒの両
側面が露出する。そのエッチング深さＴは数μｍから数
十μｍの範囲まで幅広く選択することができる。また、
コアパターン１４、Ａｕ膜１２ａ及びＡｇ膜１１ａの幅
Ｗも数μｍから数十μｍの範囲まで幅広く選択すること
ができる。

【００１７】（ｆ）コアパターン１４を剥離した後、Ａ
ｕ膜１２ａとＡｕ膜１３との間に電圧Ｖを印加すると共
に、約２００〜５００°Ｃの高温雰囲気中に数時間保持
して加熱することにより、リッジ部Ｒ内にＡｇイオンを
拡散させる。このリッジ部ＲへのＡｇイオンの拡散の深
さは印加電圧Ｖ、雰囲気温度、加熱時間を変化させるこ
とによって制御することができるので、コア部Ｒの幅や
深さ（構造パラメータ）が均一に制御できる。

【００１８】（ｇ）Ａｕ膜１２ａ、１３及びＡｇ膜１１
ａを剥離する。この剥離はドライエッチング或いはウエ
ットエッチングによって行われる。

【００１９】（ｈ）Ａｇイオンが拡散されたリッジ部Ｒ
及び基板１０の表面に低屈折率のクラッド膜１５を被覆
することにより、埋め込み構造の導波路が形成される。

【００２０】このように、本実施例によれば、マスクを
用いてコア部をリッジ状に形成しているので、リッジ部
の幅を再現性良く、しかも均一に作ることができる。ま
た、コアを予めリッジ状に形成し、両側面を空気に接す
る構造にした後で拡散用金属イオンをリッジ部に拡散さ
せているので、幅方向に対しては屈折率分布をほぼ一様
に形成することができる。したがって２つのコア部を接
近させて構成した方向性結合器、合分波器、フィルタ等
を製作する場合、コア−クラッド−コア間の境界の屈折
率の段差をはっきりと正確に形成することができ、再現
性良く製作することができる。また、コア部の断面の形
状がほぼ矩形状であるため、偏光依存性を小さく抑える
ことができる。さらにコア径が数μｍ程度のシングルモ
ード導波路も容易に製造することができる。したがっ
て、コア部の構造パラメータが均一な導波路を製造する
ことができる。

【００２１】図２は、本発明の導波路の製造方法により
実現できる導波路の他の一例の断面図である。

【００２２】図１に示した導波路との相違点は、１つの
基板２０に、２つの同一深さ同一幅のコア部Ｒ₁Ｒ₂が
形成されており、それらがクラッド２１で被覆されてい
る点であり、方向性結合器、合分波器、フィルタ等を形
成する際に用いられる。

【００２３】図３は、本発明の導波路の製造方法により
実現できる導波路のさらに他の一例の断面図である。

【００２４】図１に示した導波路との相違点は、１つの
基板３０に、３つの異なる構造パラメータを有するコア
Ｒ₃、Ｒ₄、Ｒ₅が平行に配置して結合され、それらが
クラッド３１で被覆されている点である。

【００２５】この導波路は、それぞれのコアＲ₃、
Ｒ₄、Ｒ₅内へのＡｇイオンの拡散深さ及びコアＲ₃、
Ｒ₄、Ｒ₅の幅（Ｗ₁、Ｗ₂及びＷ₃）が異なるように
形成されており、例えば、コアＲ₁内を伝搬している波
長λ₁及びλ₂の光信号に対して波長λ₁の光信号はコ
アＲ₄へ結合させて伝搬させ、波長λ₂の光信号はコア
Ｒ₅へ結合させて伝搬させる光合分波器を構成する上で
有効な構造を有している。この構造は、例えば、（佐
野、井本、高崎、前田、“結合器型光合分波器”、昭和
６２年電子通信学会創立７０周年記念総合全国大会資料
Ｎｏ．２４４７）に述べられている。

【００２６】

【発明の効果】以上要するに本発明によれば、次のよう
な効果を有する。

【００２７】（１）マスクを用いてリッジ状のコアを形
成しているので、リッジ部の幅を再現性良くしかも均一
に製作することができる。

【００２８】（２）コア部の幅が数μｍ程度のシングル
モード導波路の製作が容易となる。

【００２９】（３）コア部を予めリッジ状に形成し、そ
の両側面を空気に接する構造にした後で、拡散用金属イ
オンをリッジ状部内に拡散させているため、リッジの幅
方向に対しては拡散速度が速くなり屈折率分布をほぼ一
様にすることができる。

【００３０】（４）少なくとも２つのコア部を平行に配
置し結合導波路を構成し、それにより方向性結合器、合
分波器、フィルタ等を製作する場合に、コアークラッド
−コア間の境界の屈折率の段差をくっきりと正確に形成
することができるため、光部品を高性能かつ再現性よく
製作することができる。

【００３１】（５）コア部の形状がほぼ矩形状であるた
め、偏光依存性を小さくすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の導波路の製造工程の概略図である。

【図２】本発明の導波路の製造方法により実現できる導
波路の他の一例の断面図である。

【図３】本発明の導波路の製造方法により実現できる導
波路のさらに他の一例の断面図である。

【図４】（ａ）は従来の導波路を説明するための説明
図、（ｂ）は従来の導波路の外観斜視図である。

【符号の説明】

１０、２０、３０基板１１Ａｇ膜１２、１３Ａｕ膜１４コアパターン１５クラッド

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板の表面に、形成すべきコアに沿って
拡散用金属膜を形成し、その拡散用金属膜を基板中に拡
散させてコアを形成する導波路の製造方法において、そ
の拡散用金属膜部を除く基板の表面をエッチングしてリ
ッジ状に形成し、そのリッジ部に前記拡散用金属を拡散
させることを特徴とする導波路の製造方法。
【請求項２】ガラス又は強誘電体からなる基板の表面
に、拡散用金属膜を形成し、その表裏に電極用金属膜を
形成し、その表面にフォトレジスタ膜を塗布した後フォ
トリソグラフィにより表面にコアパターンを形成し、表
面の各金属及び前記基板をドライエッチングによりエッ
チングしてリッジ状に形成し、前記両電極用金属膜間に
所定の電圧を印加すると共に、前記基板を高温雰囲気中
に所定の時間保持し、前記リッジ状に形成されたリッジ
部に前記拡散用金属のイオンを拡散した後前記各金属を
剥離し、前記基板の表面をクラッド材で被覆することを
特徴とする導波路の製造方法。
【請求項３】前記拡散用金属膜に、Ａｇ、Ｎａ、Ｋ及
びＴｌの少なくとも一種類を用いたことを特徴とする請
求項１に記載の導波路の製造方法。
【請求項４】前記電極用金属膜に、Ａｕ、Ｔｉ、ＷＳ
ｉ、ＷＮ及びＣｒの少なくとも一種類を用いたことを特
徴とする請求項１に記載の導波路の製造方法。