JPH06250036A - 光導波路及びその製造方法 - Google Patents

光導波路及びその製造方法

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JPH06250036A
JPH06250036A JP3216093A JP3216093A JPH06250036A JP H06250036 A JPH06250036 A JP H06250036A JP 3216093 A JP3216093 A JP 3216093A JP 3216093 A JP3216093 A JP 3216093A JP H06250036 A JPH06250036 A JP H06250036A
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JP
Japan
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core
layer
substrate
optical waveguide
doped
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Application number
JP3216093A
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English (en)
Inventor
Sumio Hoshino
寿美夫 星野
Masumi Ito
真澄 伊藤
Yoshiki Chigusa
佳樹 千種
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Sumitomo Electric Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Electric Industries Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 容易に製造できる光増幅機能等を持った光導
波路の構造及びその製造方法を提供することを目的とす
る。 【構成】 ゾルゲル法により希土類元素をドープして形
成した不純物ドープ層8bを、スパッタ法あるいは火炎
堆積法により第1及び第2のコア層8a、8cで挟み込
むことにより、基板4上に形成するコア部8dの構造を
3層の積層構造にしたことを特徴とし、その製造方法と
しては、第1の工程において、上記基板4上にコア部8
dを構成する第1のコア層8aを形成し、この第1のコ
ア層8a上にゾルゲル法により希土類元素をドープして
不純物ドープ層8bを形成した後、さらに第2のコア層
8cを形成し、第2の工程において、これら基板4上に
積層された各層8をエッチングすることでコア部8dを
形成し、さらに第3の工程において、エッチングにより
3層構造のコア部8dが形成された基板4上に、クラッ
ド部9を形成して製造す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】この発明は、例えば光増幅機能、
光スイッチ機能等の光素子としての機能を持つ光導波路
に関し、特に、これら機能を得るための構造及びその製
造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、光導波路の中で石英ガラスを主成
分とした石英系光導波路は、光伝送損失が低く、また、
石英系光ファイバとの低損失な接続が可能であることか
ら、注目を集めてきた。
【0003】この石英系光導波路の製造方法としては、
例えば河内正夫、「石英系光導波路と集積光部品への応
用」光学第18巻第12号(1989年12月)P68
1〜686に示すように、火災堆積法(FHD:Flame
Hydrolysis Deposition )によるガラス膜形成と反応性
イオンエッチング(RIE:Reactive Ion Etching)に
よるガラス膜形成とを組合せた方法が最も一般的であ
る。
【0004】具体的には、図2に示すように、まず、バ
ーナ1にSiCl4 ,TiCl3 等のガラス原料を供給
し、酸水素火炎2中で加水分解反応及び酸化反応により
ガラス微粒子3を得、これをSiウェハなどの基板4上
に堆積させて、屈折率の異なるガラス微粒子膜5a,5
bを順次形成する(同図(a))。ここで、ガラス微粒
子膜5a,5bの両者の組成は異なるものとする(屈折
率が異なる)。
【0005】そして、上述した工程で順次形成したガラ
ス微粒子膜5a、5bを高温に加熱することにより、ガ
ラス微粒子膜5a,5bを透明ガラス化してバッファ層
6a及びコア層6bとする(同図(b))。以上が火炎
堆積法である。
【0006】次に、反応性エッチングにより、コア層6
bの不要な部分を除去してリッジ状のコア部6cを残し
(同図(c))、再び火炎堆積法によりコア部6cを覆
うようにクラッド層6dを形成することにより、埋め込
み型の石英系光導波路7を製造する(同図(d))。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】従来の石英系光導波路
の製造方法は以上のように、火炎堆積法によりコア層及
びクラッド層を形成する。この火炎堆積法は伝送損失が
小さく光合分波、分岐等の受動型光素子の製造には適し
た方法であるが、光増幅、あるいは光スイッチ等の機能
を持った光素子には適していない。
【0008】すなわち、上記機能を持たせるためには、
コア部に希土類元素などをドープする必要があるが、上
述した火炎堆積法では2000℃以上の酸水素火炎内で
ガラス合成を行なうため、これら添加物が結晶化しガラ
スにドープすることができないなどの課題があった。
【0009】一方、室温付近でガラス合成を行なうため
(添加物の結晶化は起こらない)、添加物を高濃度にし
かも均一にドープすることができる方法としてゾルゲル
法がある。
【0010】このゾルゲル法は、ガラス原料としてシリ
コンアルコキシドを用い、1000℃程度の比較的低温
の製造プロセスでガラスが得られるという特徴を有す
る。また、従来の気相法、溶液含浸法等では1wt%程
度しか不純物をドープすることができず、しかもドープ
しても均一にならない(高温度では結晶化してしまう)
のに対し、この方法によれば、加工温度を低くできるの
で3wt%程度まで不純物をドープすることができ、し
かも均一にドープできるので、従来の方法よりもはるか
に高い濃度の不純物をドープしたガラスの合成が可能で
ある。
【0011】しかしながら、ゾルゲル法で作成すること
ができるコーティング膜の膜厚は1μm程度が限界で、
それ以上の厚さの膜を作製しようとすると膜の剥離又は
クラックなどを生じるため、コア部とするのに必要な数
μmの厚さを持った薄膜を作製することができないとい
う課題があった。
【0012】この発明は上記のような課題を解決するた
めになされたもので、容易に製造できる光増幅機能等を
持った光導波路の構造及びその製造方法を提供すること
を目的とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】この発明に係る光導波路
の製造方法は、第1の工程において、上記基板上にコア
部を構成する層として、機能性物質として希土類元素を
含有しない第1のコア層と、機能性物質として希土類元
素がドープされた不純物ドープ層と、機能性物質として
希土類元素を含有しない第2のコア層とを積層し、第2
の工程において、これら基板上に積層された各層をエッ
チングすることでリッジ状のコア部を形成し、さらに第
3の工程において、エッチングにより3層構造のコア部
が形成された基板上に、クラッド部を形成して製造する
ことを特徴としている。
【0014】特に、上記第1の工程において、コア部を
構成する第1及び第2のコア層はスパッタ法で形成する
か、あるいは火炎堆積法で形成し、不純物ドープ層はゾ
ルゲル法を用いて形成することを特徴としている。
【0015】また、上記製造方法により製造される光導
波路は、ゾルゲル法により機能性物質として希土類元素
をドープして形成した不純物ドープ層を、この希土類元
素を含まない第1及び第2のコア層で挟み込むことによ
り、基板上に形成するコア部の構造を3層の積層構造に
したことを特徴としている。
【0016】特に、光導波路におけるクラッド領域とし
て機能する上記基板及びクラッド領域は、上記コア部の
屈折率と異なる屈折率とする。
【0017】具体的には、基板及びクラッド部にフッ素
等をドープして、この基板及びクラッド部の屈折率をコ
ア部の屈折率よりも下げるか、あるいはコア部の各層に
GeO2 をドープして、このコア部の屈折率を基板及び
クラッド部の屈折率よりも上げるようにする。なお、基
板とクラッド部の屈折率は、必ずしも一致する必要はな
い。
【0018】
【作用】この発明における光導波路は、ゾルゲル法によ
り希土類元素をドープした不純物ドープ層を、スパッタ
法あるいは火炎堆積法により形成したコア層で挟み込む
ことにより3層構造のコア部を形成したので、通常4〜
10μm程度必要なコア部の膜厚が確保できるととも
に、このコア部に高濃度の希土類元素をドープすること
を可能にする。
【0019】また、コア部を取り囲む基板及びクラッド
部の屈折率を、コア部の屈折率よりも低くなるように構
成することにより、光導波路としての機能を保証する。
【0020】
【実施例】以下、この発明の一実施例を図1を用いて説
明する。なお、図中同一部分には同一符号を付して説明
を省略する。
【0021】図1は、この発明に係る光導波路の製図方
法を説明するための製造工程を示す図であり、以下この
図にしたがって各工程を説明する。
【0022】まず、第1の工程において、基板4上にス
パッタ法により第1のコア層8aである膜厚1.5μm
のSiO2 膜を形成する(同図(a))。ここで、上記
基板4はフッ素(F)をドープした30mm角のSiO
2 ガラスであって、上記第1のコア層8aとして形成し
たSiO2 に対して屈折率差が−0.7%低くしたもの
を用いている。
【0023】次に、上記第1のコア層8a上にゾルゲル
法を用い、機能性物質である希土類元素としてエルビウ
ム(Er)を3wt%ドープした膜厚1μmのSiO2
膜を不純物ドープ層8bとして形成する(同図
(b))。
【0024】具体的には、テトラエトキシシラン(TE
OS:tetraethylorthosilicate)を10ml、エタノー
ルを10ml、1N−HClを4mlの溶液にErCl
3 ・6H2 Oを所定量溶解させ攪拌して調整したゾル
を、スピンコーティングにより第1のコア層8a上にコ
ーティングし、100℃で10時間乾燥した後800℃
で1時間焼結することで、不純物ドープ層8bである膜
厚1μm程度のSiO2膜を得る。
【0025】なお、不純物ドープ層8bの膜厚は、TE
OSに対するエタノールの成分比を変え、ゾルの粘度を
変化させることで、0.4〜1.2μm程度の範囲で制
御できることが、星野、他´ゾルゲル法による石英膜の
作成´、1991年電子情報通信学会春季全国大会、C
−215に示されている。
【0026】さらに、上記不純物ドープ層8bを形成し
た後、再びスパッタ法で第2のコア層8cである膜厚
1.5μmのSiO2 膜を形成する(同図(c))。
【0027】第2の工程では、以上のように形成した積
層構造のコア層8(コア部を形成するための膜であっ
て、上記第1及び第2のコア層8a、8c、不純物ドー
プ層8bからなる)をリソグラフィー技術を用いてパタ
ーン化し、反応性イオンエッチング法によりこのコア層
8を4μm×4μmの断面矩形状にエッチングしてコア
部8dを形成する(同図(d))。
【0028】そして、第3の工程では、火炎堆積法によ
って上記基板4と同様にコア部8dより屈折率の低いク
ラッド部9を形成することで、埋め込み型光導波路を製
造する(同図(e))。
【0029】なお、上記実施例において、第1及び第2
のコア層8a、8cの形成方法は、スパッタ法あるいは
火炎堆積法のいずれを用いてもよく、同様にコア膜を形
成することができる。
【0030】また、コア部8dにおける不純物ドープ層
8bの位置は、特にコア部8dの中心には限定されず、
第1及び第2のコア層8a、8cの膜厚を変えることに
より、不純物ドープ層8bの位置を制御することができ
る。
【0031】さらに、上記実施例では基板4としてフッ
素をドープしたSiO2 板を用いたが、特に限定するも
のではなく、純SiO2 板、多成分ガラス板、Siウェ
ハ等を用いても同様の効果を奏する。
【0032】この実施例のように基板4としてフッ素を
ドープしたSiO2 板の場合、基板4の屈折率が低下す
るのでコア部8dは純石英でよいので作製が容易にな
る。
【0033】一方、基板4に純石英基板を用いる場合、
コア部8dを形成のときに屈折率を上げる材料としてG
eO2 などの不純物を同時に添加することにより、光導
波路としての機能を保証する。
【0034】なお、基板4としてSiウェハ等を用いる
場合は、コア部8dを形成するのに先立って、バッファ
層(従来の技術では、図2中の図番6aに相当する)を
形成しておく。
【0035】
【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、ゾルゲ
ル法により希土類元素をドープして形成した不純物ドー
プ層を、スパッタ法あるいは火炎堆積法により形成した
第1及び第2のコア層で挟み込むことにより、基板上に
形成するコア部の構造を3層の積層構造としたことによ
り、希土類元素のドーピングにゾルゲル法を用いること
を可能にし、このゾルゲル法を用いることにより希土類
元素が高濃度にドープされたコア部を形成することがで
きるという効果がある。
【0036】さらに、この発明にによると導波路型の光
増幅器を作成することが可能になるため、光通信分野に
おける増幅器の小形化を可能にするという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明に係る光導波路の製造方法を説明する
ための図である。
【図2】従来の光導波路の製造方法を説明するための図
である。
【符号の説明】
4…基板、8a…第1のコア層、8b…不純物ドープ
層、8c…第2のコア層、8d…コア部、9…クラッド
部。

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基板上に機能性物質を含有しない第1の
    コア層を形成し、該第1のコア層上にゾルゲル法により
    機能性物質をドープした不純物ドープ層を形成し、さら
    に該機能性物質を含有しない第2のコア層を順次形成す
    る第1の工程と、 前記基板上に積層された各層をエッチングし、コア部を
    形成する第2の工程と、 前記3層構造のコア部が形成
    された基板上に、クラッド部を形成する第3の工程を備
    えた光導波路の製造方法。
  2. 【請求項2】 前記基板及びクラッド部に不純物をドー
    プして、該基板及びクラッド部の屈折率を前記コア部の
    屈折率よりも低くすることを特徴とする請求項1記載の
    光導波路の製造方法。
  3. 【請求項3】 前記コア部を構成する各層に不純物をド
    ープして、該コア部を構成する各層の屈折率を前記基板
    及びクラッド部の屈折率よりも高くすることを特徴とす
    る請求項1記載の光導波路の製造方法。
  4. 【請求項4】 前記第1の工程において、前記コア部を
    構成する不純物ドープ層を、ゾルゲル法により機能性物
    質である希土類元素をドープして形成することを特徴と
    する請求項1記載の光導波路の製造方法。
  5. 【請求項5】 前記第1の工程において、前記コア部を
    構成する第1及び第2のコア層を、スパッタ法で形成す
    るか、あるいは火炎堆積法で形成することを特徴とする
    請求項1記載の光導波路の製造方法。
  6. 【請求項6】 基板上に光を伝搬させるコア部と、該コ
    ア部を取り囲み、該コア部よりも低い屈折率を有するク
    ラッド部を備えた光導波路において、前記コア部は、機
    能性物質がドープされた不純物ドープ層を含む積層構造
    であることを特徴とする光導波路。
  7. 【請求項7】 前記コア部は、前記不純物ドープ層を前
    記機能性物質を含有しない第1及び第2のコア層で上下
    から挟み込んだ3層構造であることを特徴とする請求項
    6記載の光導波路。
  8. 【請求項8】 前記コア部における不純物ドープ層は、
    機能性物質としてレーザ発振作用を示す希土類元素を含
    有することを特徴とする請求項6又は7記載の光導波
    路。
  9. 【請求項9】 前記基板及びクラッド部は、前記コア部
    の屈折率と異なる屈折率を有することを特徴とする請求
    項6記載の光導波路。
JP3216093A 1993-02-22 1993-02-22 光導波路及びその製造方法 Pending JPH06250036A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR19990035454A (ko) * 1997-10-31 1999-05-15 윤종용 단일 챔버내에서 평면 광 도파로를 제작하는 방법

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR19990035454A (ko) * 1997-10-31 1999-05-15 윤종용 단일 챔버내에서 평면 광 도파로를 제작하는 방법

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