JPH0659147A - Optical waveguide and its production - Google Patents

Optical waveguide and its production

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JPH0659147A
JPH0659147A JP21411492A JP21411492A JPH0659147A JP H0659147 A JPH0659147 A JP H0659147A JP 21411492 A JP21411492 A JP 21411492A JP 21411492 A JP21411492 A JP 21411492A JP H0659147 A JPH0659147 A JP H0659147A
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JP
Japan
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refractive index
core
optical waveguide
substrate
film
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Application number
JP21411492A
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Japanese (ja)
Inventor
Katsuyuki Imoto
克之 井本
Akihiro Hori
彰弘 堀
Shigeru Kawamata
繁 川又
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Hitachi Cable Ltd
Original Assignee
Hitachi Cable Ltd
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Publication date
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    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03BMANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B19/00Other methods of shaping glass
    • C03B19/14Other methods of shaping glass by gas- or vapour- phase reaction processes
    • C03B19/1415Reactant delivery systems
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
    • G02B2006/12133Functions
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Abstract

PURPOSE:To provide the glass waveguide which has the small warpage and the low loss by forming a core of an approximately rectangular shape on a substrate and covering the core with a material having a lower refractive index. CONSTITUTION:The core 2 having the approximately rectangular shape is formed by a plasma CVD method using SiOx (X=1.5 to 1.9) having the refractive index within 1.46 to 1.60 range on the substrate 1 and the core 2 is coated with a low-refractive index material (clad) 3 consisting of the material having the refractive index lower than the refractive index of the core 2. In such a case, the core 2 may be formed of the core 2 without contg. additives and any of glass, ferroelectric substance, magnetic material or semiconductor may be used for the substrate 1. The low-refractive index material 3 may be formed of SiO2 or a material formed by adding at least one kind of the additives for controlling the refractive index, such as B, F, P and Ge to the SiO2. Further the low-refractive index material 3 may be formed of a high-polymer material. The difference in the refractive index between the core 2 and the clad 3 is increased by constituting the optical waveguide in such a manner.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、光導波路及びその製造
方法に係り、特に、コアとクラッドとの屈折率差が大き
くて反りも小さく、かつ低損失なガラス導波路及びその
低コストな製造方法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical waveguide and a method for manufacturing the same, and more particularly to a glass waveguide having a large refractive index difference between the core and the clad, a small warpage, a low loss, and a low-cost manufacturing thereof. It is about the method.

【0002】[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)小型化、2)大量生産性、3)高信頼性、
4)結合の無調整化、5)自動組立、6)低損失化など
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。
2. Description of the Related Art With the progress of optical fiber communication, optical devices have 1) miniaturization, 2) mass productivity, 3) high reliability,
4) No adjustment of coupling, 5) Automatic assembly, 6) Reduction of loss, etc. are required, and waveguide type optical devices have been attracting attention in order to solve these problems. .

【0003】光導波路の中で、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。従
来、石英系ガラス光導波路の製造方法として、図9に示
す火炎堆積法が知られている。これは(a)シリコン基
板上への石英ガラス多孔質膜(バッファ層)の形成およ
びその膜上への屈折率制御用添加物(TiあるいはGe
など)を含んだ石英ガラス多孔質膜(コア層)の形成、
(b)その加熱透明化による平面光導波膜の形成、
(c)および(d)パターン化による3次元光導波路の
形成、(e)上記3次元光導波路上への石英ガラス多孔
質膜(クラッド層)の形成、(f)その加熱透明化によ
って実現されている(宮下:光導波路、1.最近の光導
波路技術,Oplus E,No.78,P.59-67)。
Among the optical waveguides, the silica glass optical waveguide has a low loss and the connection loss with the optical fiber is very small, so that it is regarded as a promising optical waveguide in the future. Conventionally, the flame deposition method shown in FIG. 9 is known as a method for manufacturing a silica glass optical waveguide. This is because (a) a silica glass porous film (buffer layer) is formed on a silicon substrate and a refractive index control additive (Ti or Ge) is formed on the film.
Etc.) containing a quartz glass porous film (core layer),
(B) Forming a planar optical waveguide film by heating and making it transparent,
(C) and (d) formation of a three-dimensional optical waveguide by patterning, (e) formation of a silica glass porous film (clad layer) on the above three-dimensional optical waveguide, and (f) realization by heating and transparency. (Miyashita: Optical Waveguide, 1. Recent Optical Waveguide Technology, Oplus E, No.78, P.59-67).

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】図9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る。
The method of manufacturing the silica glass optical waveguide shown in FIG. 9 has the following problems.

【0005】(1)コアとクラッドとの屈折率差の大き
いガラス導波路を製造するために、屈折率の高いコアガ
ラス膜をバッファ層の上に形成すると、基板全体が熱膨
張係数の違いによって反りを生じ、高寸法精度の光回路
をパターニングすることがむずかしい。
(1) When a core glass film having a high refractive index is formed on a buffer layer in order to manufacture a glass waveguide having a large refractive index difference between the core and the clad, the entire substrate is affected by a difference in thermal expansion coefficient. Warping occurs, and it is difficult to pattern an optical circuit with high dimensional accuracy.

【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とクラッドとの屈折率差に限界
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(b)の焼結プロセスで屈折率
制御用添加物が揮散してしまい、屈折率の高いコア層を
実現することがむずかしい。
(2) In addition to the reason (1), it has been found that the above manufacturing method has a limit in the difference in refractive index between the core and the clad due to the following reasons. That is, even if the porous film for core having a high refractive index is deposited, the additive for controlling the refractive index is volatilized in the sintering process (b), and it is difficult to realize the core layer having a high refractive index.

【0007】(3)屈折率制御用添加物を多く含んだコ
ア層を(d)に示すように、ドライエッチングプロセス
により、パターニングすると、SiO2 と上記添加物と
のエッチング速度との違いによってエッチング側面が凹
凸に荒れ、散乱損失を増大させるという問題点があっ
た。
(3) When the core layer containing a large amount of the refractive index controlling additive is patterned by the dry etching process as shown in (d), etching is performed due to the difference in etching rate between SiO 2 and the additive. There is a problem that the side surface is roughened to increase scattering loss.

【0008】(4)焼結プロセスが2回もあり、時間が
かかること、ユーティリティコストがかかり、低コスト
化がむずかしい。
(4) Since the sintering process is performed twice, it takes time, the utility cost is high, and the cost reduction is difficult.

【0009】本発明の目的は、前記した従来技術の欠点
を解消し、コアとクラッドとの屈折率差が大きくて反り
も小さく、かつ低損失なガラス導波路を提供することに
ある。また低コストなガラス導波路の製造方法も提供す
ることにある。
An object of the present invention is to solve the above-mentioned drawbacks of the prior art, and to provide a glass waveguide having a large refractive index difference between the core and the clad, a small warpage, and a low loss. Another object of the present invention is to provide a method for manufacturing a low cost glass waveguide.

【0010】[0010]

【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、基板上にプラズマCVD法により、屈折率
が1.46〜1.60の範囲内にあるSiOx(x=
1.5〜1.9)を用いて略矩形状のコアを形成し、こ
のコアをそれよりも屈折率の低い材料からなる低屈折率
材で覆ったものである。
In order to achieve the above object, the present invention provides a SiOx (x = x = x) film having a refractive index of 1.46 to 1.60 on a substrate by a plasma CVD method.
1.5-1.9) is used to form a substantially rectangular core, and the core is covered with a low refractive index material made of a material having a refractive index lower than that of the core.

【0011】上記コアを添加物を含まないコアで形成し
てもよい。
The core may be formed of a core containing no additive.

【0012】上記基板にガラス、強誘電体、磁性体或い
は半導体のいずれかを使用してもよい。
Any one of glass, ferroelectric, magnetic substance or semiconductor may be used for the substrate.

【0013】上記低屈折率材をSiO2 、或いはSiO
2 にB、F、P、Ge等の屈折率制御用添加物を少なく
とも1種類添加した材料としてもよい。
The low refractive index material may be SiO 2 or SiO 2 .
2 B, F, P, may be at least one is added to the materials for refractive index control additives such as Ge.

【0014】上記低屈折率材を高分子材料としてもよ
い。
The low refractive index material may be a polymer material.

【0015】また、その製造方法は、低屈折率材からな
る基板上にプラズマCVD法でSiOx膜を成膜する工
程と、このSiOx膜をフォトリソグラフィ及びドライ
エッチングにより略矩形状にパターン化する工程と、こ
のパターン表面に低屈折率材を被覆する工程とからな
る。
Further, the manufacturing method thereof includes a step of forming a SiOx film on a substrate made of a low refractive index material by a plasma CVD method, and a step of patterning the SiOx film into a substantially rectangular shape by photolithography and dry etching. And a step of coating the surface of this pattern with a low refractive index material.

【0016】上記パターン表面に低屈折率材を被覆する
工程を、まずプラズマCVD法によって薄層の低屈折率
材を成膜し、その上に別の低屈折率材を被覆して行って
もよい。
The step of coating the low refractive index material on the surface of the pattern may be carried out by first depositing a thin layer of the low refractive index material by plasma CVD and then coating another low refractive index material thereon. Good.

【0017】上記プラズマCVD法でSiOx膜を成膜
する際に、成膜時の真空度か、或いは基板加熱温度を変
えることによってSiOx膜の屈折率を設定するように
してもよい。
When the SiOx film is formed by the plasma CVD method, the refractive index of the SiOx film may be set by changing the degree of vacuum during film formation or the substrate heating temperature.

【0018】[0018]

【作用】上記構成により、屈折率が1.46〜1.60
の範囲内にあるSiOx(x=1.5〜1.9)を用い
て略矩形状のコアを形成し、このコアをそれよりも屈折
率の低い材料からなる低屈折率材で覆ったので、コアと
クラッドとの屈折率差が大きくなる。
With the above structure, the refractive index is 1.46 to 1.60.
Since a substantially rectangular core is formed by using SiOx (x = 1.5 to 1.9) within the range, the core is covered with a low refractive index material made of a material having a lower refractive index than that. , The refractive index difference between the core and the clad becomes large.

【0019】また、光導波路のコア内には、従来用いて
いた屈折率制御用添加物(Ge,P,Ti,Al,Z
n,Na,K等)が添加されていないので、光導波路の
製造工程中に上記添加物の揮散による屈折率変化がほと
んどない。またコア層の熱膨張係数は、バッファ層,ク
ラッド層あるいは基板とのそれと大きな違いがないの
で、反りがほとんど生じない。その結果、高寸法精度の
光回路をパターニングすることができる。
In addition, in the core of the optical waveguide, the conventional refractive index control additives (Ge, P, Ti, Al, Z) are used.
(n, Na, K, etc.) are not added, there is almost no change in refractive index due to volatilization of the above additives during the manufacturing process of the optical waveguide. Further, the coefficient of thermal expansion of the core layer is not so different from that of the buffer layer, the clad layer or the substrate, so that the core layer hardly warps. As a result, an optical circuit with high dimensional accuracy can be patterned.

【0020】また、本発明の光導波路の製造方法は、
1)コア層内に高価な屈折率制御用添加物を添加しなく
てもよいこと、2)焼結プロセスが1回でよいこと、な
どの理由により、光導波路を低コストで作ることができ
る。
The method of manufacturing the optical waveguide of the present invention is
The optical waveguide can be manufactured at a low cost for the reasons that 1) it is not necessary to add an expensive refractive index controlling additive in the core layer, and 2) the sintering process is required only once. .

【0021】[0021]

【実施例】図1に本発明の光導波路の断面図を示す。こ
れは基板1にSiO2 ガラスを用い、コア2にプラズマ
CVD法(CVD法;気相化学蒸着法)によって作成し
たSiOx(x=1.5〜1.9)のガラス膜を用い
る。このコア2の屈折率nwは、後述するように、1.
46〜1.60の範囲に入るように作成される。クラッ
ド3にはSiO2 、あるいはSiO2 にB,P,F等の
屈折率制御用添加物を少なくとも1種含んだものを用い
る。このクラッド3はプラズマCVD法,常圧CVD
法,スパッタリング法,電子ビーム蒸着法,火炎堆積法
等によって形成することができ、その屈折率ncの値は
nwの値よりも低くなるように選ぶ。たとえば、常圧C
VD法により、SiO2 膜を形成した場合にはncの値
は約1.458であり、コア2とクラッド3(あるいは
基板1)との比屈折率差は最大約8.8%を達成するこ
とができる。つまり、従来の方法では、たかだか比屈折
率差は1%程度が限界であったが、本発明の構成では従
来のそれの約8.8倍も大きくとることができる。しか
も、このSiOx のコア膜はSiO2 基板1,クラッド
3の熱膨張係数に近い値を有しているので、成膜時にほ
とんど基板の反りがなく、高寸法精度の光回路をパター
ニングすることができる。またコア2内には、従来のよ
うに、屈折率制御用添加物としてP,Ge,Al,T
i,B等が含まれていないので、光導波路作成プロセス
の途中でコア2の屈折率が低下することがない。さら
に、コア2内には屈折率制御用添加物が含まれていない
ので、ドライエッチングプロセスにより略矩形状構造に
加工する際にほぼ等速でエッチングすることができ、側
面荒れの少ないコア側面を実現することができる。
EXAMPLE FIG. 1 is a sectional view of an optical waveguide of the present invention. In this, SiO 2 glass is used for the substrate 1, and a SiOx (x = 1.5 to 1.9) glass film formed by the plasma CVD method (CVD method; vapor phase chemical vapor deposition method) is used for the core 2. The refractive index nw of the core 2 is 1.
It is created so as to fall within the range of 46 to 1.60. As the clad 3, SiO 2 or SiO 2 containing at least one additive for controlling the refractive index such as B, P and F is used. This clad 3 is formed by plasma CVD method, atmospheric pressure CVD
Method, sputtering method, electron beam evaporation method, flame deposition method or the like, and the value of the refractive index nc thereof is selected to be lower than the value of nw. For example, normal pressure C
When the SiO 2 film is formed by the VD method, the value of nc is about 1.458, and the relative refractive index difference between the core 2 and the clad 3 (or the substrate 1) reaches about 8.8% at maximum. be able to. In other words, in the conventional method, the difference in relative refractive index was limited to about 1% at most, but in the configuration of the present invention, it can be made as large as about 8.8 times that of the conventional method. Moreover, since the SiO x core film has a value close to the thermal expansion coefficient of the SiO 2 substrate 1 and the clad 3, there is almost no substrate warpage during film formation, and it is possible to pattern an optical circuit with high dimensional accuracy. You can Further, in the core 2, as in the conventional case, P, Ge, Al and T are added as refractive index controlling additives.
Since i, B, etc. are not included, the refractive index of the core 2 does not decrease during the optical waveguide manufacturing process. Further, since the core 2 does not contain the refractive index controlling additive, it can be etched at a substantially constant speed when processed into a substantially rectangular structure by a dry etching process, and the side surface of the core having less side surface roughness can be formed. Can be realized.

【0022】図2に本発明の光導波路の別の実施例を示
す。同図は光導波路の断面図を示しており、基板1にS
i基板を用い、その基板1上に低屈折率層4(屈折率n
b<nw)を設け、この低屈折率層4上にクラッド3に
囲まれたコア2を略矩形状に形成した構成である。低屈
折率層4の材質はクラッド3の材質と同様のものを用い
ることができ、その屈折率nbはクラッド3の屈折率n
cと同程度か、あるいはnb>nc、nb<ncであっ
てもよい。
FIG. 2 shows another embodiment of the optical waveguide of the present invention. This figure shows a cross-sectional view of the optical waveguide.
An i substrate is used, and the low refractive index layer 4 (refractive index n
b <nw) is provided, and the core 2 surrounded by the cladding 3 is formed in a substantially rectangular shape on the low refractive index layer 4. The material of the low refractive index layer 4 may be the same as the material of the clad 3, and its refractive index nb is the refractive index n of the clad 3.
It may be about the same as c, or nb> nc and nb <nc.

【0023】図3は本発明の光導波路のさらに別の実施
例を示したものである。この図も光導波路の断面図を示
している。この構成は低屈折率層4およびコア2の上に
屈折率nt(nt≦nb)を有する薄層15を設け、そ
の上にクラッド3を形成したものである。この薄層15
はクラッド3を形成する方法と同様の方法によって成膜
することができる。この薄層15を設けることによっ
て、コア2内への光の閉じ込めをさらに強くすることが
できる。
FIG. 3 shows still another embodiment of the optical waveguide of the present invention. This figure also shows a cross-sectional view of the optical waveguide. In this structure, a thin layer 15 having a refractive index nt (nt ≦ nb) is provided on the low refractive index layer 4 and the core 2, and the cladding 3 is formed thereon. This thin layer 15
Can be formed by a method similar to the method of forming the clad 3. By providing this thin layer 15, the confinement of light in the core 2 can be further strengthened.

【0024】図4に本発明の光導波路の製造方法を示
す。まずSiO2 基板1上に、後述するように、プラズ
マCVD法によってコア層2´となるSiOx膜を堆積
させる。このSiOx の膜厚はシングルモード光導波路
を実現する場合には数μmから20数μm、マルチモー
ド光導波路を実現する場合には1数μmから100μm
の範囲内に設定する(図4(a))。次に、図4(b)
に示すように、反応性イオンエッチング装置を用いてド
ライエッチングにより矩形状のコア2に加工する。その
後、プラズマCVD法,常圧CVD法,あるいは火炎堆
積法等によってクラッド3の膜を堆積させる。このクラ
ッド3の膜厚は5μm以上あればよい。なお、プラズマ
CVD法,減圧CVD法などによってクラッド3を形成
した場合には、透明なガラス膜を形成することができる
ため、その後の高温熱処理工程を省いてもよい。火炎堆
積法,常圧CVD法等でクラッド3の膜を形成した場合
には、その膜は多孔質状であるため、その後に高温熱処
理工程を必要とする。
FIG. 4 shows a method of manufacturing the optical waveguide of the present invention. First, SiO 2 on the substrate 1, as described below, to deposit a SiOx film serving as the core layer 2 'by a plasma CVD method. The film thickness of this SiO x is several μm to 20 μm when a single mode optical waveguide is realized, and 1 μm to 100 μm when a multimode optical waveguide is realized.
Within the range (FIG. 4 (a)). Next, FIG. 4 (b)
As shown in FIG. 5, a rectangular core 2 is processed by dry etching using a reactive ion etching device. After that, the film of the clad 3 is deposited by the plasma CVD method, the atmospheric pressure CVD method, the flame deposition method, or the like. The cladding 3 may have a film thickness of 5 μm or more. When the cladding 3 is formed by the plasma CVD method, the low pressure CVD method, or the like, a transparent glass film can be formed, so that the subsequent high temperature heat treatment step may be omitted. When the film of the clad 3 is formed by the flame deposition method, the atmospheric pressure CVD method, or the like, the film is porous, so that a high temperature heat treatment step is required thereafter.

【0025】図5に本発明のプラズマCVD法によって
コア用膜を基板1上に堆積する方法の概略図を示す。プ
ラズマCVD装置5内には上部と下部に2つの平行平板
電極6,7が設置され、これらの電極間に高周波電源1
2から高周波電圧が印加されている。そしてこの装置5
内は真空排気装置61によって真空に排気されている。
下部電極7の上には基板1が設置され、その電極7の下
のヒータ10に電圧11を印加することによって数百℃
に加熱されている。上部電極6は矢印9−1方向から送
られてきたガスを平行平板電極6、7間に一様に噴出す
るためのシャワー電極構造が用いられている。このシャ
ワー電極6は絶縁体13によってプラズマCVD装置5
と絶縁されている。矢印9−1方向からプラズマCVD
装置5内に送り込むガスは、Si(OC2 5 4 ,S
i(OCH3 4 等の金属アルコオキシドの蒸気をO2
ガスで搬送したものを用いるか、SiH4 のようなシリ
コン化合物の蒸気をO2 ガスで搬送したものを用いる。
またプラズマ雰囲気8内には外部から矢印14で示した
ように、O2 ガスが送り込まれている。このような装置
構成でSiOx の膜は基板1上に形成される。ここで、
前述したコアの屈折率1.46〜1.60を実現するた
めの成膜条件の実施例について述べる。
FIG. 5 shows a schematic view of a method of depositing a core film on the substrate 1 by the plasma CVD method of the present invention. In the plasma CVD apparatus 5, two parallel plate electrodes 6 and 7 are provided on the upper and lower sides, and the high frequency power source 1 is provided between these electrodes.
The high frequency voltage is applied from 2. And this device 5
The inside is evacuated to a vacuum by a vacuum exhaust device 61.
The substrate 1 is placed on the lower electrode 7, and a voltage 11 is applied to the heater 10 below the electrode 7 to bring the temperature to several hundred degrees Celsius.
Is heated to. The upper electrode 6 has a shower electrode structure for uniformly ejecting the gas sent from the direction of arrow 9-1 between the parallel plate electrodes 6 and 7. The shower electrode 6 is formed by the insulator 13 into the plasma CVD device 5
Insulated. Plasma CVD from the direction of arrow 9-1
The gas fed into the device 5 is Si (OC 2 H 5 ) 4 , S
i (OCH 3 ) 4 and other metal alcohol oxide vapors are converted into O 2
A gas carrier is used, or a vapor of a silicon compound such as SiH 4 is carried by O 2 gas.
Further, O 2 gas is fed into the plasma atmosphere 8 from the outside as shown by an arrow 14. With such a device structure, the SiO x film is formed on the substrate 1. here,
An example of film forming conditions for realizing the above-described core refractive index of 1.46 to 1.60 will be described.

【0026】図6は矢印9−1方向から導入するガスと
して、先に述べたSi(OC2 5 4 の上記とO2
スを用いて実験した場合の成膜時の真空度と屈折率,成
膜速度との関係を示したものである。このグラフでは、
屈折率を破線で、液成膜速度を実線で示した。体Si
(OC2 5 4 の温度を17℃とし、この液体内にO
2 ガスを40SCCM送り込んでバブリングさせ、Si(O
2 5 4 の蒸気とO2 ガスを矢印9−1方向から導
入した。また矢印14方向からO2 ガスを50SCCM導入
した。そして基板1をヒータ10により350℃に加熱
し、高周波電源のパワーを100Wに設定して成膜を行
なった。屈折率は所望値1.46〜1.60の範囲を達
成できることを示している。高真空になる程、屈折率は
低く、成膜速度は速い。逆に真空度が悪くなると、屈折
率は高くなるが、成膜速度は遅くなる傾向を示してい
る。
FIG. 6 shows the degree of vacuum and refraction during film formation when an experiment was conducted using the above-mentioned Si (OC 2 H 5 ) 4 and O 2 gas as the gas introduced in the direction of arrow 9-1. The relationship between the rate and the film formation rate is shown. In this graph,
The refractive index is shown by a broken line, and the liquid film formation rate is shown by a solid line. Body Si
The temperature of (OC 2 H 5 ) 4 was set to 17 ° C.
2 gas 40SCCM is sent and bubbling is performed, and Si (O
C 2 H 5 ) 4 vapor and O 2 gas were introduced from the direction of arrow 9-1. Further, 50 SCCM of O 2 gas was introduced from the direction of arrow 14. Then, the substrate 1 was heated to 350 ° C. by the heater 10 and the power of the high frequency power source was set to 100 W to form a film. The refractive index shows that the desired value of 1.46 to 1.60 can be achieved. The higher the vacuum, the lower the refractive index and the faster the film formation rate. On the contrary, when the degree of vacuum is poor, the refractive index is high, but the film formation rate tends to be low.

【0027】図7は屈折率の基板温度依存性を示したも
のであり、屈折率は1.46以上、1.60以下を実現
できることがわかる。なお、この結果は高真空時(0.
4torr)の特性例である。
FIG. 7 shows the dependence of the refractive index on the substrate temperature, and it can be seen that the refractive index of 1.46 or more and 1.60 or less can be realized. In addition, this result is (0.
4 torr) characteristic example.

【0028】図8は図4(a)のコア層2´を形成した
場合のコア層2´の膜厚と屈折率の面内分布を測定した
結果である。基板1の平面図上に設けた0〜4の5カ所
の測定位置での測定結果が表に示されている。熱処理前
の特性は膜成形後のものであり、熱処理後の特性は、成
膜後に1000℃、O2 雰囲気(O2 ガス流量;3 l/min
)で3時間加熱処理した後の特性を示したものであ
る。前述したように、コア層2´内には屈折率制御用添
加物が含まれていないので、熱処理前と後の屈折率特性
には密度の変化による違い程度の変化しか生じていな
い。つまり従来のように、熱処理によって屈折率制御用
添加物の揮散による屈折率の大幅な低下がない。また基
板の反りも数μm以下でほとんど問題にならない値であ
った。
FIG. 8 shows the results of measuring the in-plane distribution of the film thickness and the refractive index of the core layer 2'when the core layer 2'of FIG. 4 (a) is formed. The table shows the measurement results at five measurement positions 0 to 4 provided on the plan view of the substrate 1. The characteristics before the heat treatment are those after film formation, and the characteristics after the heat treatment are 1000 ° C. after the film formation and O 2 atmosphere (O 2 gas flow rate: 3 l / min).
3) shows the characteristics after heat treatment for 3 hours. As described above, since the core layer 2'does not contain the refractive index controlling additive, the refractive index characteristics before and after the heat treatment change only to the extent of difference due to the change in density. That is, unlike the prior art, the heat treatment does not significantly reduce the refractive index due to volatilization of the refractive index control additive. Further, the warp of the substrate was several μm or less, which was a value that caused almost no problem.

【0029】[0029]

【発明の効果】以上述べたように、本発明の光導波路及
びその製造方法は次のような効果を有している。
As described above, the optical waveguide and the method for manufacturing the same of the present invention have the following effects.

【0030】(1)高い比屈折率差の光導波路を実現す
ることができるので、光導波路の性能を可及的に向上す
ることができる。
(1) Since the optical waveguide having a high relative refractive index difference can be realized, the performance of the optical waveguide can be improved as much as possible.

【0031】(2)基板の反りがほとんど生じないので
パターニングの精度が向上する。
(2) Since the warp of the substrate hardly occurs, the patterning accuracy is improved.

【0032】(3)ドライエッチングプロセスによって
コアを矩形状にパターニングする際にコア側面のエッチ
ング荒れが極めて少ないので、散乱損失が少なくなる。
(3) When the core is patterned into a rectangular shape by the dry etching process, the roughness of etching on the side surface of the core is extremely small, so that scattering loss is reduced.

【0033】(4)焼結プロセスが多くても1回でよい
ため、ユーティリティコストが安くてすむ。
(4) Since the number of sintering processes is at most once, the utility cost is low.

【0034】(5)高価な屈折率制御用添加物の使用量
を大幅に低減できるため(クラッド用のみで、コア用は
不要なため)、低コストを図れる。
(5) Since the amount of expensive additive for controlling the refractive index can be greatly reduced (only for the clad and not for the core), the cost can be reduced.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の一実施例を示す光導波路の断面図であ
る。
FIG. 1 is a sectional view of an optical waveguide showing an embodiment of the present invention.

【図2】本発明の別の実施例を示す光導波路の断面図で
ある。
FIG. 2 is a cross-sectional view of an optical waveguide showing another embodiment of the present invention.

【図3】本発明の別の実施例を示す光導波路の断面図で
ある。
FIG. 3 is a sectional view of an optical waveguide showing another embodiment of the present invention.

【図4】本発明の光導波路の製造方法を示す工程図であ
る。
FIG. 4 is a process drawing showing the method of manufacturing the optical waveguide of the present invention.

【図5】本発明のプラズマCVD法によってコア用膜を
基板上に堆積する方法の概略図である。
FIG. 5 is a schematic view of a method of depositing a core film on a substrate by the plasma CVD method of the present invention.

【図6】本発明において、成膜時の真空度と屈折率,成
膜速度との関係を表すグラフを示す特性図である。
FIG. 6 is a characteristic diagram showing a graph showing the relationship between the degree of vacuum during film formation, the refractive index, and the film formation rate in the present invention.

【図7】本発明において、屈折率の基板温度依存性を表
すグラフを示す特性図である。
FIG. 7 is a characteristic diagram showing a graph showing the substrate temperature dependence of the refractive index in the present invention.

【図8】図4(a)のコア層2´を形成した場合のコア
層2´の膜厚と屈折率の面内分布を測定する位置を示す
基板の平面図及びその結果を示す表である。
FIG. 8 is a plan view of the substrate showing positions for measuring the in-plane distribution of the film thickness and the refractive index of the core layer 2 ′ when the core layer 2 ′ of FIG. 4A is formed, and a table showing the results. is there.

【図9】従来例を示す火炎堆積法の工程図である。FIG. 9 is a process diagram of a flame deposition method showing a conventional example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 基板 2 コア 3 クラッド 1 substrate 2 core 3 clad

─────────────────────────────────────────────────────
─────────────────────────────────────────────────── ───

【手続補正書】[Procedure amendment]

【提出日】平成5年3月29日[Submission date] March 29, 1993

【手続補正1】[Procedure Amendment 1]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】全文[Correction target item name] Full text

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【書類名】 明細書[Document name] Statement

【発明の名称】 光導波路及びその製造方法Title: Optical waveguide and method for manufacturing the same

【特許請求の範囲】[Claims]

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、光導波路及びその製造
方法に係り、特に、コアとクラッドとの屈折率差が大き
くて反りも小さく、かつ低損失なガラス導波路及びその
低コストな製造方法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical waveguide and a method for manufacturing the same, and more particularly to a glass waveguide having a large refractive index difference between the core and the clad, a small warpage, a low loss, and a low-cost manufacturing thereof. It is about the method.

【0002】[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)小型化、2)大量生産性、3)高信頼性、
4)結合の無調整化、5)自動組立、6)低損失化など
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。
2. Description of the Related Art With the progress of optical fiber communication, optical devices have 1) miniaturization, 2) mass productivity, 3) high reliability,
4) No adjustment of coupling, 5) Automatic assembly, 6) Reduction of loss, etc. are required, and waveguide type optical devices have been attracting attention in order to solve these problems. .

【0003】光導波路の中で、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。従
来、石英系ガラス光導波路の製造方法として、図9に示
す火炎堆積法が知られている。これは(a)シリコン基
板上への石英ガラス多孔質膜(バッファ層)の形成およ
びその膜上への屈折率制御用添加物(TiあるいはGe
など)を含んだ石英ガラス多孔質膜(コア層)の形成、
(b)その加熱透明化による平面光導波膜の形成、
(c)および(d)パターン化による3次元光導波路の
形成、(e)上記3次元光導波路上への石英ガラス多孔
質膜(クラッド層)の形成、(f)その加熱透明化によ
って実現されている(宮下:光導波路、1.最近の光導
波路技術,Oplus E,No.78,P.59-67)。
Among the optical waveguides, the silica glass optical waveguide has a low loss and the connection loss with the optical fiber is very small, so that it is regarded as a promising optical waveguide in the future. Conventionally, the flame deposition method shown in FIG. 9 is known as a method for manufacturing a silica glass optical waveguide. This is because (a) a silica glass porous film (buffer layer) is formed on a silicon substrate and a refractive index control additive (Ti or Ge) is formed on the film.
Etc.) containing a quartz glass porous film (core layer),
(B) Forming a planar optical waveguide film by heating and making it transparent,
(C) and (d) formation of a three-dimensional optical waveguide by patterning, (e) formation of a silica glass porous film (clad layer) on the above three-dimensional optical waveguide, and (f) realization by heating and transparency. (Miyashita: Optical Waveguide, 1. Recent Optical Waveguide Technology, Oplus E, No.78, P.59-67).

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】図9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る。
The method of manufacturing the silica glass optical waveguide shown in FIG. 9 has the following problems.

【0005】(1)コアとクラッドとの屈折率差の大き
いガラス導波路を製造するために、屈折率の高いコアガ
ラス膜をバッファ層の上に形成すると、基板全体が熱膨
張係数の違いによって反りを生じ、高寸法精度の光回路
をパターニングすることがむずかしい。
(1) When a core glass film having a high refractive index is formed on a buffer layer in order to manufacture a glass waveguide having a large refractive index difference between the core and the clad, the entire substrate is affected by a difference in thermal expansion coefficient. Warping occurs, and it is difficult to pattern an optical circuit with high dimensional accuracy.

【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とクラッドとの屈折率差に限界
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(b)の焼結プロセスで屈折率
制御用添加物が揮散してしまい、屈折率の高いコア層を
実現することがむずかしい。
(2) In addition to the reason (1), it has been found that the above manufacturing method has a limit in the difference in refractive index between the core and the clad due to the following reasons. That is, even if the porous film for core having a high refractive index is deposited, the additive for controlling the refractive index is volatilized in the sintering process (b), and it is difficult to realize the core layer having a high refractive index.

【0007】(3)屈折率制御用添加物を多く含んだコ
ア層を(d)に示すように、ドライエッチングプロセス
により、パターニングすると、SiO2 と上記添加物と
のエッチング速度との違いによってエッチング側面が凹
凸に荒れ、散乱損失を増大させるという問題点があっ
た。
(3) When the core layer containing a large amount of the refractive index controlling additive is patterned by the dry etching process as shown in (d), etching is performed due to the difference in etching rate between SiO 2 and the additive. There is a problem that the side surface is roughened to increase scattering loss.

【0008】(4)焼結プロセスが2回もあり、時間が
かかること、ユーティリティコストがかかり、低コスト
化がむずかしい。
(4) Since the sintering process is performed twice, it takes time, the utility cost is high, and the cost reduction is difficult.

【0009】本発明の目的は、前記した従来技術の欠点
を解消し、コアとクラッドとの屈折率差が大きくて反り
も小さく、かつ低損失なガラス導波路を提供することに
ある。また低コストなガラス導波路の製造方法も提供す
ることにある。
An object of the present invention is to solve the above-mentioned drawbacks of the prior art, and to provide a glass waveguide having a large refractive index difference between the core and the clad, a small warpage, and a low loss. Another object of the present invention is to provide a method for manufacturing a low cost glass waveguide.

【0010】[0010]

【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、基板上にプラズマCVD法により、屈折率
が1.46〜1.60の範囲内にあるSiOx(x=
1.5〜1.9)を用いて略矩形状のコアを形成し、こ
のコアをそれよりも屈折率の低い材料からなる低屈折率
材で覆ったものである。
In order to achieve the above object, the present invention provides a SiOx (x = x = x) film having a refractive index of 1.46 to 1.60 on a substrate by a plasma CVD method.
1.5-1.9) is used to form a substantially rectangular core, and the core is covered with a low refractive index material made of a material having a refractive index lower than that of the core.

【0011】上記コアを添加物を含まないコアで形成し
てもよい。
The core may be formed of a core containing no additive.

【0012】上記基板にガラス、強誘電体、磁性体或い
は半導体のいずれかを使用してもよい。
Any one of glass, ferroelectric, magnetic substance or semiconductor may be used for the substrate.

【0013】上記低屈折率材をSiO2 、或いはSiO
2 にB、F、P、Ge等の屈折率制御用添加物を少なく
とも1種類添加した材料としてもよい。
The low refractive index material may be SiO 2 or SiO 2 .
2 B, F, P, may be at least one is added to the materials for refractive index control additives such as Ge.

【0014】上記低屈折率材を高分子材料としてもよ
い。
The low refractive index material may be a polymer material.

【0015】また、その製造方法は、低屈折率材からな
る基板上にプラズマCVD法でSiOx膜を成膜する工
程と、このSiOx膜をフォトリソグラフィ及びドライ
エッチングにより略矩形状にパターン化する工程と、こ
のパターン表面に低屈折率材を被覆する工程とからな
る。
Further, the manufacturing method is a step of forming a SiOx film on a substrate made of a low refractive index material by a plasma CVD method, and a step of patterning the SiOx film into a substantially rectangular shape by photolithography and dry etching. And a step of coating the surface of this pattern with a low refractive index material.

【0016】上記パターン表面に低屈折率材を被覆する
工程を、まずプラズマCVD法によって薄層の低屈折率
材を成膜し、その上に別の低屈折率材を被覆して行って
もよい。
The step of coating the low refractive index material on the surface of the pattern may be carried out by first depositing a thin layer of the low refractive index material by plasma CVD and then coating another low refractive index material thereon. Good.

【0017】上記プラズマCVD法でSiOx膜を成膜
する際に、成膜時の真空度か、或いは基板加熱温度を変
えることによってSiOx膜の屈折率を設定するように
してもよい。
When the SiOx film is formed by the plasma CVD method, the refractive index of the SiOx film may be set by changing the degree of vacuum during film formation or the substrate heating temperature.

【0018】[0018]

【作用】上記構成により、屈折率が1.46〜1.60
の範囲内にあるSiOx(x=1.5〜1.9)を用い
て略矩形状のコアを形成し、このコアをそれよりも屈折
率の低い材料からなる低屈折率材で覆ったので、コアと
クラッドとの屈折率差が大きくなる。
With the above structure, the refractive index is 1.46 to 1.60.
Since a substantially rectangular core is formed by using SiOx (x = 1.5 to 1.9) within the range, the core is covered with a low refractive index material made of a material having a lower refractive index than that. , The refractive index difference between the core and the clad becomes large.

【0019】また、光導波路のコア内には、従来用いて
いた屈折率制御用添加物(Ge,P,Ti,Al,Z
n,Na,K等)が添加されていないので、光導波路の
製造工程中に上記添加物の揮散による屈折率変化がほと
んどない。またコア層の熱膨張係数は、バッファ層,ク
ラッド層あるいは基板とのそれと大きな違いがないの
で、反りがほとんど生じない。その結果、高寸法精度の
光回路をパターニングすることができる。
In addition, in the core of the optical waveguide, the conventional refractive index control additives (Ge, P, Ti, Al, Z) are used.
(n, Na, K, etc.) are not added, there is almost no change in refractive index due to volatilization of the above additives during the manufacturing process of the optical waveguide. Further, the coefficient of thermal expansion of the core layer is not so different from that of the buffer layer, the clad layer or the substrate, so that the core layer hardly warps. As a result, an optical circuit with high dimensional accuracy can be patterned.

【0020】また、本発明の光導波路の製造方法は、
1)コア層内に高価な屈折率制御用添加物を添加しなく
てもよいこと、2)焼結プロセスが1回でよいこと、な
どの理由により、光導波路を低コストで作ることができ
る。
The method of manufacturing the optical waveguide of the present invention is
The optical waveguide can be manufactured at a low cost for the reasons that 1) it is not necessary to add an expensive refractive index controlling additive in the core layer, and 2) the sintering process is required only once. .

【0021】[0021]

【実施例】図1に本発明の光導波路の断面図を示す。こ
れは基板1にSiO2 ガラスを用い、コア2にプラズマ
CVD法(CVD法;気相化学蒸着法)によって作成し
たSiOx(x=1.5〜1.9)のガラス膜を用い
る。このコア2の屈折率nwは、後述するように、1.
46〜1.60の範囲に入るように作成される。クラッ
ド3にはSiO2 、あるいはSiO2 にB,P,F等の
屈折率制御用添加物を少なくとも1種含んだものを用い
る。このクラッド3はプラズマCVD法,常圧CVD
法,スパッタリング法,電子ビーム蒸着法,火炎堆積法
等によって形成することができ、その屈折率ncの値は
nwの値よりも低くなるように選ぶ。たとえば、常圧C
VD法により、SiO2 膜を形成した場合にはncの値
は約1.458であり、コア2とクラッド3(あるいは
基板1)との比屈折率差は最大約8.8%を達成するこ
とができる。つまり、従来の方法では、たかだか比屈折
率差は1%程度が限界であったが、本発明の構成では従
来のそれの約8.8倍も大きくとることができる。しか
も、このSiOx のコア膜はSiO2 基板1,クラッド
3の熱膨張係数に近い値を有しているので、成膜時にほ
とんど基板の反りがなく、高寸法精度の光回路をパター
ニングすることができる。またコア2内には、従来のよ
うに、屈折率制御用添加物としてP,Ge,Al,T
i,B等が含まれていないので、光導波路作成プロセス
の途中でコア2の屈折率が低下することがない。さら
に、コア2内には屈折率制御用添加物が含まれていない
ので、ドライエッチングプロセスにより略矩形状構造に
加工する際にほぼ等速でエッチングすることができ、側
面荒れの少ないコア側面を実現することができる。
EXAMPLE FIG. 1 is a sectional view of an optical waveguide of the present invention. In this, SiO 2 glass is used for the substrate 1, and a SiOx (x = 1.5 to 1.9) glass film formed by the plasma CVD method (CVD method; vapor phase chemical vapor deposition method) is used for the core 2. The refractive index nw of the core 2 is 1.
It is created so as to fall within the range of 46 to 1.60. As the clad 3, SiO 2 or SiO 2 containing at least one additive for controlling the refractive index such as B, P and F is used. This clad 3 is formed by plasma CVD method, atmospheric pressure CVD
Method, sputtering method, electron beam evaporation method, flame deposition method or the like, and the value of the refractive index nc thereof is selected to be lower than the value of nw. For example, normal pressure C
When the SiO 2 film is formed by the VD method, the value of nc is about 1.458, and the relative refractive index difference between the core 2 and the clad 3 (or the substrate 1) reaches about 8.8% at maximum. be able to. In other words, in the conventional method, the difference in relative refractive index was limited to about 1% at most, but in the configuration of the present invention, it can be made as large as about 8.8 times that of the conventional method. Moreover, since the SiO x core film has a value close to the thermal expansion coefficient of the SiO 2 substrate 1 and the clad 3, there is almost no substrate warpage during film formation, and it is possible to pattern an optical circuit with high dimensional accuracy. You can Further, in the core 2, as in the conventional case, P, Ge, Al and T are added as refractive index controlling additives.
Since i, B, etc. are not included, the refractive index of the core 2 does not decrease during the optical waveguide manufacturing process. Further, since the core 2 does not contain the refractive index controlling additive, it can be etched at a substantially constant speed when processed into a substantially rectangular structure by a dry etching process, and the side surface of the core having less side surface roughness can be formed. Can be realized.

【0022】図2に本発明の光導波路の別の実施例を示
す。同図は光導波路の断面図を示しており、基板1にS
i基板を用い、その基板1上に低屈折率層4(屈折率n
b<nw)を設け、この低屈折率層4上にクラッド3に
囲まれたコア2を略矩形状に形成した構成である。低屈
折率層4の材質はクラッド3の材質と同様のものを用い
ることができ、その屈折率nbはクラッド3の屈折率n
cと同程度か、あるいはnb>nc、nb<ncであっ
てもよい。
FIG. 2 shows another embodiment of the optical waveguide of the present invention. This figure shows a cross-sectional view of the optical waveguide.
An i substrate is used, and the low refractive index layer 4 (refractive index n
b <nw) is provided, and the core 2 surrounded by the cladding 3 is formed in a substantially rectangular shape on the low refractive index layer 4. The material of the low refractive index layer 4 may be the same as the material of the clad 3, and its refractive index nb is the refractive index n of the clad 3.
It may be about the same as c, or nb> nc and nb <nc.

【0023】図3は本発明の光導波路のさらに別の実施
例を示したものである。この図も光導波路の断面図を示
している。この構成は低屈折率層4およびコア2の上に
屈折率nt(nt≦nb)を有する薄層15を設け、そ
の上にクラッド3を形成したものである。この薄層15
はクラッド3を形成する方法と同様の方法によって成膜
することができる。この薄層15を設けることによっ
て、コア2内への光の閉じ込めをさらに強くすることが
できる。
FIG. 3 shows still another embodiment of the optical waveguide of the present invention. This figure also shows a cross-sectional view of the optical waveguide. In this structure, a thin layer 15 having a refractive index nt (nt ≦ nb) is provided on the low refractive index layer 4 and the core 2, and the cladding 3 is formed thereon. This thin layer 15
Can be formed by a method similar to the method of forming the clad 3. By providing this thin layer 15, the confinement of light in the core 2 can be further strengthened.

【0024】図4に本発明の光導波路の製造方法を示
す。まずSiO2 基板1上に、後述するように、プラズ
マCVD法によってコア層2´となるSiOx膜を堆積
させる。このSiOx の膜厚はシングルモード光導波路
を実現する場合には数μmから20数μm、マルチモー
ド光導波路を実現する場合には1数μmから100μm
の範囲内に設定する(図4(a))。次に、図4(b)
に示すように、反応性イオンエッチング装置を用いてド
ライエッチングにより矩形状のコア2に加工する。その
後、プラズマCVD法,常圧CVD法,あるいは火炎堆
積法等によってクラッド3の膜を堆積させる。このクラ
ッド3の膜厚は5μm以上あればよい。なお、プラズマ
CVD法,減圧CVD法などによってクラッド3を形成
した場合には、透明なガラス膜を形成することができる
ため、その後の高温熱処理工程を省いてもよい。火炎堆
積法,常圧CVD法等でクラッド3の膜を形成した場合
には、その膜は多孔質状であるため、その後に高温熱処
理工程を必要とする。
FIG. 4 shows a method of manufacturing the optical waveguide of the present invention. First, SiO 2 on the substrate 1, as described below, to deposit a SiOx film serving as the core layer 2 'by a plasma CVD method. The film thickness of this SiO x is several μm to 20 μm when a single mode optical waveguide is realized, and 1 μm to 100 μm when a multimode optical waveguide is realized.
Within the range (FIG. 4 (a)). Next, FIG. 4 (b)
As shown in FIG. 5, a rectangular core 2 is processed by dry etching using a reactive ion etching device. After that, the film of the clad 3 is deposited by the plasma CVD method, the atmospheric pressure CVD method, the flame deposition method, or the like. The cladding 3 may have a film thickness of 5 μm or more. When the cladding 3 is formed by the plasma CVD method, the low pressure CVD method, or the like, a transparent glass film can be formed, so that the subsequent high temperature heat treatment step may be omitted. When the film of the clad 3 is formed by the flame deposition method, the atmospheric pressure CVD method, or the like, the film is porous, so that a high temperature heat treatment step is required thereafter.

【0025】図5に本発明のプラズマCVD法によって
コア用膜を基板1上に堆積する方法の概略図を示す。プ
ラズマCVD装置5内には上部と下部に2つの平行平板
電極6,7が設置され、これらの電極間に高周波電源1
2から高周波電圧が印加されている。そしてこの装置5
内は真空排気装置61によって真空に排気されている。
下部電極7の上には基板1が設置され、その電極7の下
のヒータ10に電圧11を印加することによって数百℃
に加熱されている。上部電極6は矢印9−1方向から送
られてきたガスを平行平板電極6、7間に一様に噴出す
るためのシャワー電極構造が用いられている。このシャ
ワー電極6は絶縁体13によってプラズマCVD装置5
と絶縁されている。矢印9−1方向からプラズマCVD
装置5内に送り込むガスは、Si(OC2 5 4 ,S
i(OCH3 4 等の金属アルコオキシドの蒸気をO2
ガスで搬送したものを用いるか、SiH4 のようなシリ
コン化合物の蒸気をO2 ガスで搬送したものを用いる。
またプラズマ雰囲気8内には外部から矢印14で示した
ように、O2 ガスが送り込まれている。このような装置
構成でSiOx の膜は基板1上に形成される。ここで、
前述したコアの屈折率1.46〜1.60を実現するた
めの成膜条件の実施例について述べる。
FIG. 5 shows a schematic view of a method of depositing a core film on the substrate 1 by the plasma CVD method of the present invention. In the plasma CVD apparatus 5, two parallel plate electrodes 6 and 7 are provided on the upper and lower sides, and the high frequency power source 1 is provided between these electrodes.
The high frequency voltage is applied from 2. And this device 5
The inside is evacuated to a vacuum by a vacuum exhaust device 61.
The substrate 1 is placed on the lower electrode 7, and a voltage 11 is applied to the heater 10 below the electrode 7 to bring the temperature to several hundred degrees Celsius.
Is heated to. The upper electrode 6 has a shower electrode structure for uniformly ejecting the gas sent from the direction of arrow 9-1 between the parallel plate electrodes 6 and 7. The shower electrode 6 is formed by the insulator 13 into the plasma CVD device 5
Insulated. Plasma CVD from the direction of arrow 9-1
The gas fed into the device 5 is Si (OC 2 H 5 ) 4 , S
i (OCH 3 ) 4 and other metal alcohol oxide vapors are converted into O 2
A gas carrier is used, or a vapor of a silicon compound such as SiH 4 is carried by O 2 gas.
Further, O 2 gas is fed into the plasma atmosphere 8 from the outside as shown by an arrow 14. With such a device structure, the SiO x film is formed on the substrate 1. here,
An example of film forming conditions for realizing the above-described core refractive index of 1.46 to 1.60 will be described.

【0026】図6は矢印9−1方向から導入するガスと
して、先に述べたSi(OC2 5 4 の上記とO2
スを用いて実験した場合の成膜時の真空度と屈折率,成
膜速度との関係を示したものである。このグラフでは、
屈折率を破線で、液成膜速度を実線で示した。体Si
(OC2 5 4 の温度を17℃とし、この液体内にO
2 ガスを40SCCM送り込んでバブリングさせ、Si(O
2 5 4 の蒸気とO2 ガスを矢印9−1方向から導
入した。また矢印14方向からO2 ガスを50SCCM導入
した。そして基板1をヒータ10により350℃に加熱
し、高周波電源のパワーを100Wに設定して成膜を行
なった。屈折率は所望値1.46〜1.60の範囲を達
成できることを示している。高真空になる程、屈折率は
低く、成膜速度は速い。逆に真空度が悪くなると、屈折
率は高くなるが、成膜速度は遅くなる傾向を示してい
る。
FIG. 6 shows the degree of vacuum and refraction during film formation when an experiment was conducted using the above-mentioned Si (OC 2 H 5 ) 4 and O 2 gas as the gas introduced in the direction of arrow 9-1. The relationship between the rate and the film formation rate is shown. In this graph,
The refractive index is shown by a broken line, and the liquid film formation rate is shown by a solid line. Body Si
The temperature of (OC 2 H 5 ) 4 was set to 17 ° C.
2 gas 40SCCM is sent and bubbling is performed, and Si (O
C 2 H 5 ) 4 vapor and O 2 gas were introduced from the direction of arrow 9-1. Further, 50 SCCM of O 2 gas was introduced from the direction of arrow 14. Then, the substrate 1 was heated to 350 ° C. by the heater 10 and the power of the high frequency power source was set to 100 W to form a film. The refractive index shows that the desired value of 1.46 to 1.60 can be achieved. The higher the vacuum, the lower the refractive index and the faster the film formation rate. On the contrary, when the degree of vacuum is poor, the refractive index is high, but the film formation rate tends to be low.

【0027】図7は屈折率の基板温度依存性を示したも
のであり、屈折率は1.46以上、1.60以下を実現
できることがわかる。なお、この結果は高真空時(0.
4torr)の特性例である。
FIG. 7 shows the dependence of the refractive index on the substrate temperature, and it can be seen that the refractive index of 1.46 or more and 1.60 or less can be realized. In addition, this result is (0.
4 torr) characteristic example.

【0028】4(a)のコア層2´を形成した場合の
コア層2´の膜厚と屈折率の面内分布を測定した結果
説明する。図8に示されるように基板1の平面図上に設
けた0〜4の5カ所の測定位置での測定を行なった。そ
結果が表に示されている。
[0028] Figure 4 result of measuring the in-plane distribution of the film thickness and refractive index of the core layer 2 'in the case of forming the core layer 2' of (a) a
explain. As shown in FIG. 8, measurement was performed at five measurement positions 0 to 4 provided on the plan view of the substrate 1 . So
The results are shown in Table 1 .

【0029】 [0029]

【表1】 [Table 1]

【0030】表1において、熱処理前の特性は膜成形後
のものであり、熱処理後の特性は、成膜後に1000℃、O
2 雰囲気(O2 ガス流量;3 l/min )で3時間加熱処
理した後の特性を示したものである。前述したように、
コア層2´内には屈折率制御用添加物が含まれていない
ので、熱処理前と後の屈折率特性には密度の変化による
違い程度の変化しか生じていない。つまり従来のよう
に、熱処理によって屈折率制御用添加物の揮散による屈
折率の大幅な低下がない。また基板の反りも数μm以下
でほとんど問題にならない値であった。
In Table 1, the characteristics before heat treatment are those after film formation, and the characteristics after heat treatment are 1000 ° C. and O 2 after film formation.
It shows the characteristics after heat treatment in 2 atmospheres (O 2 gas flow rate: 3 l / min) for 3 hours. As previously mentioned,
Since the core layer 2'does not contain the refractive index control additive, the refractive index characteristics before and after the heat treatment change only to the extent of difference due to the change in density. That is, unlike the prior art, the heat treatment does not significantly reduce the refractive index due to volatilization of the refractive index control additive. Further, the warp of the substrate was several μm or less, which was a value that caused almost no problem.

【0031】[0031]

【発明の効果】以上述べたように、本発明の光導波路及
びその製造方法は次のような効果を有している。
As described above, the optical waveguide and the method for manufacturing the same of the present invention have the following effects.

【0032】(1)高い比屈折率差の光導波路を実現す
ることができるので、光導波路の性能を可及的に向上す
ることができる。
(1) Since an optical waveguide having a high relative refractive index difference can be realized, the performance of the optical waveguide can be improved as much as possible.

【0033】(2)基板の反りがほとんど生じないので
パターニングの精度が向上する。
(2) Since the substrate is hardly warped, the patterning accuracy is improved.

【0034】(3)ドライエッチングプロセスによって
コアを矩形状にパターニングする際にコア側面のエッチ
ング荒れが極めて少ないので、散乱損失が少なくなる。
(3) When the core is patterned into a rectangular shape by the dry etching process, the etching roughness on the side surface of the core is extremely small, so that scattering loss is reduced.

【0035】(4)焼結プロセスが多くても1回でよい
ため、ユーティリティコストが安くてすむ。
(4) Since the number of sintering processes is at most once, the utility cost is low.

【0036】(5)高価な屈折率制御用添加物の使用量
を大幅に低減できるため(クラッド用のみで、コア用は
不要なため)、低コストを図れる。
(5) Since the amount of expensive additive for controlling the refractive index can be greatly reduced (only for the clad, not for the core), the cost can be reduced.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の一実施例を示す光導波路の断面図であ
る。
FIG. 1 is a sectional view of an optical waveguide showing an embodiment of the present invention.

【図2】本発明の別の実施例を示す光導波路の断面図で
ある。
FIG. 2 is a cross-sectional view of an optical waveguide showing another embodiment of the present invention.

【図3】本発明の別の実施例を示す光導波路の断面図で
ある。
FIG. 3 is a sectional view of an optical waveguide showing another embodiment of the present invention.

【図4】本発明の光導波路の製造方法を示す工程図であ
る。
FIG. 4 is a process drawing showing the method of manufacturing the optical waveguide of the present invention.

【図5】本発明のプラズマCVD法によってコア用膜を
基板上に堆積する方法の概略図である。
FIG. 5 is a schematic view of a method of depositing a core film on a substrate by the plasma CVD method of the present invention.

【図6】本発明において、成膜時の真空度と屈折率,成
膜速度との関係を表すグラフを示す特性図である。
FIG. 6 is a characteristic diagram showing a graph showing the relationship between the degree of vacuum during film formation, the refractive index, and the film formation rate in the present invention.

【図7】本発明において、屈折率の基板温度依存性を表
すグラフを示す特性図である。
FIG. 7 is a characteristic diagram showing a graph showing the substrate temperature dependence of the refractive index in the present invention.

【図8】膜厚と屈折率の面内分布を測定する位置を示す
基板の平面図である。
FIG. 8 shows the positions where the in-plane distributions of film thickness and refractive index are measured.
It is a top view of a substrate.

【図9】従来例を示す火炎堆積法の工程図である。FIG. 9 is a process diagram of a flame deposition method showing a conventional example.

【符号の説明】 1 基板 2 コア 3 クラッド[Explanation of symbols] 1 substrate 2 core 3 clad

【手続補正2】[Procedure Amendment 2]

【補正対象書類名】図面[Document name to be corrected] Drawing

【補正対象項目名】全図[Correction target item name] All drawings

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【図1】 [Figure 1]

【図2】 [Fig. 2]

【図3】 [Figure 3]

【図8】 [Figure 8]

【図4】 [Figure 4]

【図5】 [Figure 5]

【図6】 [Figure 6]

【図7】 [Figure 7]

【図9】 [Figure 9]

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 基板上にプラズマCVD法により、屈折
率が1.46〜1.60の範囲内にあるSiOx(x=
1.5〜1.9)を用いて略矩形状のコアを形成し、該
コアをそれよりも屈折率の低い材料からなる低屈折率材
で覆ったことを特徴とする光導波路。
1. A SiOx film (x = x = x) having a refractive index of 1.46 to 1.60 on a substrate by plasma CVD.
1.5-1.9) is used to form a substantially rectangular core, and the core is covered with a low refractive index material made of a material having a refractive index lower than that of the core.
【請求項2】上記コアを添加物を含まないコアで形成し
たことを特徴とする請求項1記載の光導波路。
2. The optical waveguide according to claim 1, wherein the core is formed of a core containing no additive.
【請求項3】上記基板にガラス、強誘電体、磁性体或い
は半導体のいずれかを使用することを特徴とする請求項
1記載の光導波路。
3. The optical waveguide according to claim 1, wherein the substrate is made of glass, ferroelectric, magnetic or semiconductor.
【請求項4】 上記低屈折率材をSiO2 、或いはSi
2 にB、F、P、Ge等の屈折率制御用添加物を少な
くとも1種類添加した材料とすることを特徴とする請求
項1記載の光導波路。
4. The low refractive index material is SiO 2 or Si.
2. The optical waveguide according to claim 1, wherein O 2 is a material in which at least one kind of a refractive index controlling additive such as B, F, P and Ge is added.
【請求項5】 上記低屈折率材を高分子材料とすること
を特徴とする請求項1記載の光導波路。
5. The optical waveguide according to claim 1, wherein the low refractive index material is a polymer material.
【請求項6】 低屈折率材からなる基板上にプラズマC
VD法でSiOx膜を成膜する工程と、該SiOx膜を
フォトリソグラフィ及びドライエッチングにより略矩形
状にパターン化する工程と、該パターン表面に低屈折率
材を被覆する工程とからなることを特徴とする光導波路
の製造方法。
6. A plasma C is formed on a substrate made of a low refractive index material.
The method comprises a step of forming a SiOx film by the VD method, a step of patterning the SiOx film into a substantially rectangular shape by photolithography and dry etching, and a step of coating the surface of the pattern with a low refractive index material. And a method for manufacturing an optical waveguide.
【請求項7】 上記パターン表面に低屈折率材を被覆す
る工程が、まずプラズマCVD法によって薄層の低屈折
率材を成膜し、その上に別の低屈折率材を被覆して行わ
れることを特徴とする請求項6記載の光導波路の製造方
法。
7. The step of coating the low refractive index material on the pattern surface is performed by first depositing a thin layer of the low refractive index material by plasma CVD and then coating another low refractive index material thereon. 7. The method of manufacturing an optical waveguide according to claim 6, wherein
【請求項8】 上記プラズマCVD法でSiOx膜を成
膜する際に、成膜時の真空度か、或いは基板加熱温度を
変えることによってSiOx膜の屈折率を設定するよう
にしたことを特徴とする請求項6記載の光導波路の製造
方法。
8. When the SiOx film is formed by the plasma CVD method, the refractive index of the SiOx film is set by changing the degree of vacuum during film formation or the substrate heating temperature. The method for manufacturing an optical waveguide according to claim 6.
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