JPH0727937A - 光導波路の製造方法 - Google Patents
光導波路の製造方法Info
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- JPH0727937A JPH0727937A JP17029193A JP17029193A JPH0727937A JP H0727937 A JPH0727937 A JP H0727937A JP 17029193 A JP17029193 A JP 17029193A JP 17029193 A JP17029193 A JP 17029193A JP H0727937 A JPH0727937 A JP H0727937A
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- Japan
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- temperature
- sintering
- substrate
- furnace
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 接続損失が小さく、良好なガラス膜質を有す
る光導波路を製造することができる光導波路製造方法を
提供する。 【構成】 Ｓｉ基板１上にバッファ用、コア用の各ガラ
ス微粒子層が堆積され、焼結されてバッファ層２、コア
層３が形成される。次に、コア層３がパターニングされ
た後、クラッド用ガラス微粒子層４ａが堆積される。次
に、初期温度ｘが８００〜９００℃の炉内にｔ1 時間基
板が保持され、コア層３の透明ガラス化温度よりも５０
〜１５０℃低い焼結温度ｙに達するまで炉内温度が毎分
１０〜２０℃の速度αで昇温される。さらに基板はこの
焼結温度ｙに１８０〜３００分間保持されて焼結され
る。この際、昇温時間Ｓ1 および焼結温度保持時間ｔ2
の和Ｔ2 は２３０〜３５０分間とされる。この結果、良
好なオーバークラッド層４が形成される。
る光導波路を製造することができる光導波路製造方法を
提供する。 【構成】 Ｓｉ基板１上にバッファ用、コア用の各ガラ
ス微粒子層が堆積され、焼結されてバッファ層２、コア
層３が形成される。次に、コア層３がパターニングされ
た後、クラッド用ガラス微粒子層４ａが堆積される。次
に、初期温度ｘが８００〜９００℃の炉内にｔ1 時間基
板が保持され、コア層３の透明ガラス化温度よりも５０
〜１５０℃低い焼結温度ｙに達するまで炉内温度が毎分
１０〜２０℃の速度αで昇温される。さらに基板はこの
焼結温度ｙに１８０〜３００分間保持されて焼結され
る。この際、昇温時間Ｓ1 および焼結温度保持時間ｔ2
の和Ｔ2 は２３０〜３５０分間とされる。この結果、良
好なオーバークラッド層４が形成される。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光屈折率を向上させる
ためにコア層にＧｅを添加する光導波路の製造方法に関
するものである。
ためにコア層にＧｅを添加する光導波路の製造方法に関
するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、コア層にＧｅを含む光導波路とし
ては例えばＴＥＣ（熱拡散コア）ファイバがある。この
ＴＥＣファイバは、おおよそ１３００℃で５時間程度の
加熱処理が加えられ、コア層に添加されたＧｅＯ2 が熱
拡散して製造される。このＧｅＯ2 の熱拡散によって光
ファイバのモードフィールド径（ＭＦＤ）は２〜３倍に
拡大する。
ては例えばＴＥＣ（熱拡散コア）ファイバがある。この
ＴＥＣファイバは、おおよそ１３００℃で５時間程度の
加熱処理が加えられ、コア層に添加されたＧｅＯ2 が熱
拡散して製造される。このＧｅＯ2 の熱拡散によって光
ファイバのモードフィールド径（ＭＦＤ）は２〜３倍に
拡大する。
【０００３】コア層へのＧｅＯ2 の添加は、このＴＥＣ
ファイバにおいてはＧｅＯ2 の熱拡散を積極的に利用し
てＭＦＤを広げるために行われているが、一般的な光導
波路においては、クラッド層に対してコア層の光屈折率
を高めるために行われる。つまり、Ｓｉ基板上にバッフ
ァ層を介してＧｅＯ2 を添加したコア層が形成され、焼
結処理が行われてバッファ層およびコア層が透明ガラス
化される。その後、コア層が所定形状にパターニングさ
れ、基板表面にガラス微粒子が堆積され、引き続いて焼
結処理が行われてオーバークラッド層が形成される。こ
のコア層へのＧｅＯ2 の添加により、コア層の屈折率は
バッファ層およびオーバークラッド層の屈折率よりも高
くなり、また、コア層を伝搬する導波光の適当な光の拡
がりが確保される。
ファイバにおいてはＧｅＯ2 の熱拡散を積極的に利用し
てＭＦＤを広げるために行われているが、一般的な光導
波路においては、クラッド層に対してコア層の光屈折率
を高めるために行われる。つまり、Ｓｉ基板上にバッフ
ァ層を介してＧｅＯ2 を添加したコア層が形成され、焼
結処理が行われてバッファ層およびコア層が透明ガラス
化される。その後、コア層が所定形状にパターニングさ
れ、基板表面にガラス微粒子が堆積され、引き続いて焼
結処理が行われてオーバークラッド層が形成される。こ
のコア層へのＧｅＯ2 の添加により、コア層の屈折率は
バッファ層およびオーバークラッド層の屈折率よりも高
くなり、また、コア層を伝搬する導波光の適当な光の拡
がりが確保される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の光導波路の製造方法においては、オーバークラッド
用ガラス微粒子層の焼結処理時、パターニングされたコ
ア層にも熱が加わり、コア層に添加したＧｅＯ2 の一部
がバッファ層やオーバークラッド層に拡散してしまう。
このため、コア層中のＧｅＯ2 濃度が低下し、周囲のク
ラッド層に対するコア層の屈折率が十分高く維持されな
くなる。また、コア層を伝搬する導波光の径が拡がり、
引いては、Ｓｉ基板上に形成された光導波路とシングル
モードファイバとのモードフィールドがミスマッチし、
接続損失が増大する。
来の光導波路の製造方法においては、オーバークラッド
用ガラス微粒子層の焼結処理時、パターニングされたコ
ア層にも熱が加わり、コア層に添加したＧｅＯ2 の一部
がバッファ層やオーバークラッド層に拡散してしまう。
このため、コア層中のＧｅＯ2 濃度が低下し、周囲のク
ラッド層に対するコア層の屈折率が十分高く維持されな
くなる。また、コア層を伝搬する導波光の径が拡がり、
引いては、Ｓｉ基板上に形成された光導波路とシングル
モードファイバとのモードフィールドがミスマッチし、
接続損失が増大する。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明はこのような課題
を解消するためになされたもので、パターニングされた
コア層上に堆積された第２のクラッド用ガラス微粒子層
の焼結は、初期温度８００〜９００℃の炉内に基板温度
が同温度に達するまで基板を保持した後、コア層の透明
ガラス化温度よりも５０〜１５０℃低い焼結温度に達す
るまで炉内温度を毎分１０〜２０℃の速度で昇温し、さ
らに基板をこの焼結温度に１８０〜３００分間保持し、
かつ、炉内温度を初期温度から焼結温度に昇温する時間
および基板を焼結温度に保持する時間の和を２３０〜３
５０分間として行うものである。
を解消するためになされたもので、パターニングされた
コア層上に堆積された第２のクラッド用ガラス微粒子層
の焼結は、初期温度８００〜９００℃の炉内に基板温度
が同温度に達するまで基板を保持した後、コア層の透明
ガラス化温度よりも５０〜１５０℃低い焼結温度に達す
るまで炉内温度を毎分１０〜２０℃の速度で昇温し、さ
らに基板をこの焼結温度に１８０〜３００分間保持し、
かつ、炉内温度を初期温度から焼結温度に昇温する時間
および基板を焼結温度に保持する時間の和を２３０〜３
５０分間として行うものである。
【０００６】また、上記炉内の雰囲気は、Ｈｅもしくは
Ａｒの不活性ガス、またはこれらいずれか一方のガスと
Ｏ2 ガスとの混合ガスに設定されているものである。
Ａｒの不活性ガス、またはこれらいずれか一方のガスと
Ｏ2 ガスとの混合ガスに設定されているものである。
【０００７】
【作用】コア層の透明ガラス化温度よりも５０〜１５０
℃低い焼結温度に基板を１８０〜３００分間保持し、炉
内昇温時間および基板の焼結温度保持時間の和を２３０
〜３５０分間とすることにより、第２のクラッド用ガラ
ス微粒子層はコア層中のＧｅＯ2 が拡散しないで焼結さ
れる。
℃低い焼結温度に基板を１８０〜３００分間保持し、炉
内昇温時間および基板の焼結温度保持時間の和を２３０
〜３５０分間とすることにより、第２のクラッド用ガラ
ス微粒子層はコア層中のＧｅＯ2 が拡散しないで焼結さ
れる。
【０００８】また、炉内が焼結温度に達するまでの昇温
速度を毎分１０〜２０℃にすれば、第２のクラッド用ガ
ラス微粒子層は良好なガラス膜質に焼結される。
速度を毎分１０〜２０℃にすれば、第２のクラッド用ガ
ラス微粒子層は良好なガラス膜質に焼結される。
【０００９】また、炉内の初期温度が８００〜９００℃
に設定されていると、炉内温度が焼結温度に達するまで
の時間は、基板や炉に割れが生じたり、また、炉の寿命
を損なうことなく、短くなる。
に設定されていると、炉内温度が焼結温度に達するまで
の時間は、基板や炉に割れが生じたり、また、炉の寿命
を損なうことなく、短くなる。
【００１０】また、ＨｅもしくはＡｒの不活性ガスまた
はこれらいずれか一方のガスとＯ2ガスとの混合ガス雰
囲気中において焼結処理が行われることにより、炉内雰
囲気がガラス微粒子層に悪影響を与えることはない。
はこれらいずれか一方のガスとＯ2ガスとの混合ガス雰
囲気中において焼結処理が行われることにより、炉内雰
囲気がガラス微粒子層に悪影響を与えることはない。
【００１１】
【実施例】次に、本発明の一実施例による光導波路の製
造方法について、図２の工程断面図を用いて説明する。
造方法について、図２の工程断面図を用いて説明する。
【００１２】まず、厚さ０．５ｍｍのＳｉ基板１の表面
に火炎堆積法（ＦＨＤ法）によってＳｉＯ2 ，Ｐ2 Ｏ5
およびＢ2 Ｏ3 を含む原料ガスが吹き付けられ、バッフ
ァ層となるガラス微粒子（スート）が堆積される。引き
続いて、同様なＦＨＤ法でＳｉＯ2 ，ＧｅＯ2 ，Ｂ2 Ｏ
3 およびＰ2 Ｏ5 を含む原料ガスが吹き付けられ、バッ
ファ層よりも光屈折率の大きいコア層となるガラス微粒
子が堆積される。次に、堆積した各ガラス微粒子層が焼
結され、透明ガラス化されて厚さ３０μｍのバッファ層
２および厚さ１０μｍのコア層３が形成される。次に、
基板表面にホトレジストが塗布され、ホトリソグラフィ
技術を用いてパターニングされる。そして、このホトレ
ジストをマスクに反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）が
行われ、コア層３にリッジ状の光導波路パターンが形成
される。この光導波路パターンの断面は１０μｍ×１０
μｍの正方形である。
に火炎堆積法（ＦＨＤ法）によってＳｉＯ2 ，Ｐ2 Ｏ5
およびＢ2 Ｏ3 を含む原料ガスが吹き付けられ、バッフ
ァ層となるガラス微粒子（スート）が堆積される。引き
続いて、同様なＦＨＤ法でＳｉＯ2 ，ＧｅＯ2 ，Ｂ2 Ｏ
3 およびＰ2 Ｏ5 を含む原料ガスが吹き付けられ、バッ
ファ層よりも光屈折率の大きいコア層となるガラス微粒
子が堆積される。次に、堆積した各ガラス微粒子層が焼
結され、透明ガラス化されて厚さ３０μｍのバッファ層
２および厚さ１０μｍのコア層３が形成される。次に、
基板表面にホトレジストが塗布され、ホトリソグラフィ
技術を用いてパターニングされる。そして、このホトレ
ジストをマスクに反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）が
行われ、コア層３にリッジ状の光導波路パターンが形成
される。この光導波路パターンの断面は１０μｍ×１０
μｍの正方形である。
【００１３】その後、再びＦＨＤ法によりバッファ層２
と同様な成分を持つ原料ガスが基板表面に吹き付けら
れ、厚さ約３００μｍのガラス微粒子層４ａが堆積され
る。このガラス微粒子層４ａは、バッファ層２と同等の
光屈折率を持つオーバークラッド層の前駆体（スート）
である（図２（ａ）参照）。
と同様な成分を持つ原料ガスが基板表面に吹き付けら
れ、厚さ約３００μｍのガラス微粒子層４ａが堆積され
る。このガラス微粒子層４ａは、バッファ層２と同等の
光屈折率を持つオーバークラッド層の前駆体（スート）
である（図２（ａ）参照）。
【００１４】次に、ガラス微粒子層４ａが基板表面に堆
積されたＳｉ基板１は適当な治具に載置され、Ｈｅガス
で満たされた石英炉芯管内に搬入される。この炉芯管内
の温度は図１に示すグラフのように変化させられる。同
グラフの横軸は時間［ｍｉｎ．］、縦軸は炉芯管内の温
度［℃］を示している。つまり、Ｓｉ基板が炉内に搬入
された後、炉内温度は室温（Ｒ．Ｔ．）から８００℃の
初期温度（ｘ）に昇温される。Ｓｉ基板はまずこの炉内
温度８００℃の炉芯管内に１０分間（ｔ1 ）保持され、
基板温度が炉内温度に一致させられる。その後、炉内温
度は毎分１０℃の速度（α）で昇温される。この昇温
は、炉内温度がコア層３の透明ガラス化温度１４００℃
よりも５０〜１５０℃低い焼結温度（ｙ）に達するまで
行われる。本実施例では、炉内温度がコア層３の透明ガ
ラス化温度よりも１００℃低い１３００℃になるまで、
１０℃／ｍｉｎ．の割合で昇温が行われる。この昇温は
炉内温度が１３００℃に達した時点で停止され、Ｓｉ基
板は炉内温度１３００℃のＨｅガス雰囲気に３００分間
（ｔ2 ）保持される。この保持によってＳｉ基板上のガ
ラス微粒子層４ａは焼結し、透明ガラス化する。次に、
炉内温度は室温に達するまで毎分１０℃の速度（β）で
降温される。その後、基板が炉内から取り出される。
積されたＳｉ基板１は適当な治具に載置され、Ｈｅガス
で満たされた石英炉芯管内に搬入される。この炉芯管内
の温度は図１に示すグラフのように変化させられる。同
グラフの横軸は時間［ｍｉｎ．］、縦軸は炉芯管内の温
度［℃］を示している。つまり、Ｓｉ基板が炉内に搬入
された後、炉内温度は室温（Ｒ．Ｔ．）から８００℃の
初期温度（ｘ）に昇温される。Ｓｉ基板はまずこの炉内
温度８００℃の炉芯管内に１０分間（ｔ1 ）保持され、
基板温度が炉内温度に一致させられる。その後、炉内温
度は毎分１０℃の速度（α）で昇温される。この昇温
は、炉内温度がコア層３の透明ガラス化温度１４００℃
よりも５０〜１５０℃低い焼結温度（ｙ）に達するまで
行われる。本実施例では、炉内温度がコア層３の透明ガ
ラス化温度よりも１００℃低い１３００℃になるまで、
１０℃／ｍｉｎ．の割合で昇温が行われる。この昇温は
炉内温度が１３００℃に達した時点で停止され、Ｓｉ基
板は炉内温度１３００℃のＨｅガス雰囲気に３００分間
（ｔ2 ）保持される。この保持によってＳｉ基板上のガ
ラス微粒子層４ａは焼結し、透明ガラス化する。次に、
炉内温度は室温に達するまで毎分１０℃の速度（β）で
降温される。その後、基板が炉内から取り出される。
【００１５】図２（ｂ）は上記焼結処理を終えたＳｉ基
板の断面図を示しており、同図（ａ）に示されるガラス
微粒子層４ａは焼結処理によって透明ガラス化し、オー
バークラッド層４が形成されている。このオーバークラ
ッド層４の厚さはバッファ層２とほぼ同じ厚さである約
３０μｍになっている。
板の断面図を示しており、同図（ａ）に示されるガラス
微粒子層４ａは焼結処理によって透明ガラス化し、オー
バークラッド層４が形成されている。このオーバークラ
ッド層４の厚さはバッファ層２とほぼ同じ厚さである約
３０μｍになっている。
【００１６】上記焼結処理に要した時間Ｔ1 は、基板を
初期温度ｘに保つ時間ｔ1 ，炉内温度を初期温度ｘから
焼結温度ｙまで昇温する時間Ｓ1 ，基板を焼結温度ｙに
保つ時間ｔ2 ，および炉内温度を焼結温度ｙから初期温
度ｘまで降温する時間Ｓ2 の和になり、次式に示され
る。
初期温度ｘに保つ時間ｔ1 ，炉内温度を初期温度ｘから
焼結温度ｙまで昇温する時間Ｓ1 ，基板を焼結温度ｙに
保つ時間ｔ2 ，および炉内温度を焼結温度ｙから初期温
度ｘまで降温する時間Ｓ2 の和になり、次式に示され
る。
【００１７】Ｔ1 ＝ｔ1 ＋Ｓ1 ＋ｔ2 ＋Ｓ2 ここで、炉内温度を初期温度ｘから焼結温度ｙまで昇温
する時間Ｓ1 および焼結温度ｙから初期温度ｘまで降温
する時間Ｓ2 は、昇温速度αおよび降温速度βを用いて
次式で求めることができる。
する時間Ｓ1 および焼結温度ｙから初期温度ｘまで降温
する時間Ｓ2 は、昇温速度αおよび降温速度βを用いて
次式で求めることができる。
【００１８】 Ｓ1 ＝（ｙ−ｘ）／α、Ｓ2 ＝（ｙ−ｘ）／β これら式によって本実施例における焼結処理に要した時
間Ｔ1 を求めると、４１０分間（６時間５０分）になっ
た。また、オーバークラッド層４のガラス膜質は、昇温
時間Ｓ1 と焼結温度保持時間ｔ2 との和である焼結時間
Ｔ2 に影響を受け、本実施例では３５０分間であった。
間Ｔ1 を求めると、４１０分間（６時間５０分）になっ
た。また、オーバークラッド層４のガラス膜質は、昇温
時間Ｓ1 と焼結温度保持時間ｔ2 との和である焼結時間
Ｔ2 に影響を受け、本実施例では３５０分間であった。
【００１９】本実施例により製造されたオーバークラッ
ド層４のガラス膜を観察したところ、表面粗さが０．０
５μｍ以下で表面は平坦であり、また、ガラス膜中に気
泡や異物は見られず、規則正しい干渉縞が確認された。
また、電子線マイクロプローブＸ線分析計（ＥＰＭＡ）
を用いて光導波路中のＧｅ分布を調査したところ、コア
層３からオーバークラッド層４およびバッファ層２への
Ｇｅの拡散はなかった。また、本実施例により製造され
た光導波路とシングルモード（ＳＭ）ファイバとの接続
損失を測定した結果０．５ｄＢになり、低損失であるこ
とも確認された。
ド層４のガラス膜を観察したところ、表面粗さが０．０
５μｍ以下で表面は平坦であり、また、ガラス膜中に気
泡や異物は見られず、規則正しい干渉縞が確認された。
また、電子線マイクロプローブＸ線分析計（ＥＰＭＡ）
を用いて光導波路中のＧｅ分布を調査したところ、コア
層３からオーバークラッド層４およびバッファ層２への
Ｇｅの拡散はなかった。また、本実施例により製造され
た光導波路とシングルモード（ＳＭ）ファイバとの接続
損失を測定した結果０．５ｄＢになり、低損失であるこ
とも確認された。
【００２０】次の表１は、図２（ａ）に示されるオーバ
ークラッド用ガラス微粒子層４ａを種々の温度パターン
で焼結処理した結果を示す実験データである。
ークラッド用ガラス微粒子層４ａを種々の温度パターン
で焼結処理した結果を示す実験データである。
【００２１】
【表１】
【００２２】上表におけるＡ〜Ｖは焼結処理温度パター
ンの種類を示している。また、各パラメータは図１に示
されるものであり、それぞれ初期温度ｘ，初期温度保持
時間ｔ1 ，昇温速度α，焼結温度ｙ，焼結温度保持時間
ｔ2 ，降温速度β，昇温時間Ｓ1 ，降温時間Ｓ2 ，全処
理時間Ｔ1 および焼結時間Ｔ2 を示している。また、ガ
ラス膜の欄は製造された光導波路の良否等を示してい
る。このガラス膜の良否は、オーバークラッド層４のガ
ラス膜表面の粗さが０．０５μｍ以下で適当な干渉縞が
観察され、しかも、ＳＭファイバとの接続損失が小さい
ものを良好と判断した。
ンの種類を示している。また、各パラメータは図１に示
されるものであり、それぞれ初期温度ｘ，初期温度保持
時間ｔ1 ，昇温速度α，焼結温度ｙ，焼結温度保持時間
ｔ2 ，降温速度β，昇温時間Ｓ1 ，降温時間Ｓ2 ，全処
理時間Ｔ1 および焼結時間Ｔ2 を示している。また、ガ
ラス膜の欄は製造された光導波路の良否等を示してい
る。このガラス膜の良否は、オーバークラッド層４のガ
ラス膜表面の粗さが０．０５μｍ以下で適当な干渉縞が
観察され、しかも、ＳＭファイバとの接続損失が小さい
ものを良好と判断した。
【００２３】このＳＭファイバとの接続損失は次のよう
に測定した。接続損失はコア層３中のＧｅの熱拡散によ
ってＭＦＤが拡大すると増大するため、まず、コア層３
付近のＧｅ分布をＥＰＭＡを用いて測定した。この際、
ＥＰＭＡ分析ラインを図３（ａ）に示すラインに設定
し、基板面に平行な方向のＧｅ分布を測定した。同図
（ｂ）はこのＥＰＭＡ測定で得られる代表的なＥＰＭＡ
信号波形を示している。同図において横軸はコア層３を
中心とする基板面に平行な距離、縦軸はＥＰＭＡ信号の
強度を示している。同図（ｃ）はこのようなＥＰＭＡを
用いた測定結果のうちのいくつかを示している。同図中
の記号Ａ，Ｃ…は表１中の各記号に対応しており、各焼
結処理温度パターンで製造した光導波路について測定し
たことを示している。また、同図中のＥＰＭＡの欄はＥ
ＰＭＡ信号波形を示しており、また、接続損の欄はＳＭ
ファイバとの接続損失が記載されている。このＳＭファ
イバには、コア径（２ａ）が約１０μｍ、カットオフ波
長（λC ）が約１．４μｍ、ＭＦＤ（入射光波長１．５
５μｍ時）が約１１μｍ、比屈折率差△が約０．３４％
の特性を持つものを用いた。なお、接続損失は０．５ｄ
Ｂ以下が望ましい。
に測定した。接続損失はコア層３中のＧｅの熱拡散によ
ってＭＦＤが拡大すると増大するため、まず、コア層３
付近のＧｅ分布をＥＰＭＡを用いて測定した。この際、
ＥＰＭＡ分析ラインを図３（ａ）に示すラインに設定
し、基板面に平行な方向のＧｅ分布を測定した。同図
（ｂ）はこのＥＰＭＡ測定で得られる代表的なＥＰＭＡ
信号波形を示している。同図において横軸はコア層３を
中心とする基板面に平行な距離、縦軸はＥＰＭＡ信号の
強度を示している。同図（ｃ）はこのようなＥＰＭＡを
用いた測定結果のうちのいくつかを示している。同図中
の記号Ａ，Ｃ…は表１中の各記号に対応しており、各焼
結処理温度パターンで製造した光導波路について測定し
たことを示している。また、同図中のＥＰＭＡの欄はＥ
ＰＭＡ信号波形を示しており、また、接続損の欄はＳＭ
ファイバとの接続損失が記載されている。このＳＭファ
イバには、コア径（２ａ）が約１０μｍ、カットオフ波
長（λC ）が約１．４μｍ、ＭＦＤ（入射光波長１．５
５μｍ時）が約１１μｍ、比屈折率差△が約０．３４％
の特性を持つものを用いた。なお、接続損失は０．５ｄ
Ｂ以下が望ましい。
【００２４】以下、表１および図３（ｃ）を参照しつ
つ、各焼結処理温度パターンＡ〜Ｖについて説明する。
つ、各焼結処理温度パターンＡ〜Ｖについて説明する。
【００２５】パターンＡは上記実施例の焼結処理温度パ
ターンを示しており、上述したように良好なガラス膜が
得られている。また、図３（ｃ）に示されるＥＰＭＡ信
号から、コア層中のＧｅはコアを中心に適当に分布して
いることも示されており、接続損失は０．５ｄＢと低損
失になっている。
ターンを示しており、上述したように良好なガラス膜が
得られている。また、図３（ｃ）に示されるＥＰＭＡ信
号から、コア層中のＧｅはコアを中心に適当に分布して
いることも示されており、接続損失は０．５ｄＢと低損
失になっている。
【００２６】パターンＢ，ＣでもパターンＡと同様に良
好なガラス膜が得られた。パターンＣで製造された光導
波路においては、図３（ｃ）に示すＥＰＭＡ信号の拡が
りが小さく、ＳＭファイバとの接続損失は０．３ｄＢと
極めて小さな値になった。
好なガラス膜が得られた。パターンＣで製造された光導
波路においては、図３（ｃ）に示すＥＰＭＡ信号の拡が
りが小さく、ＳＭファイバとの接続損失は０．３ｄＢと
極めて小さな値になった。
【００２７】パターンＤ，Ｅでは焼結時間Ｔ2 が短く、
さらに、パターンＥでは昇温速度αが２５℃／ｍｉｎと
大きすぎるため、ガラス微粒子層４ａの焼結が不十分と
なり、ガラス膜質は悪くなっている。
さらに、パターンＥでは昇温速度αが２５℃／ｍｉｎと
大きすぎるため、ガラス微粒子層４ａの焼結が不十分と
なり、ガラス膜質は悪くなっている。
【００２８】パターンＦ，ＧではパターンＤ，Ｅほどで
はないがガラス膜質はあまり良くない。また、焼結時間
Ｔ2 が６５０，４１０時間と長すぎるため、コア層３中
のＧｅが拡散して接続損失は大きくなった。さらにパタ
ーンＦでは基板の焼結温度保持時間ｔ2 が６００分間と
長いため、同パターンで製造した光導波路のＥＰＭＡ信
号は図３（ｃ）に示すように拡がっており、Ｇｅが拡散
している。このため、接続損失も２．０ｄＢと大きな値
になっている。
はないがガラス膜質はあまり良くない。また、焼結時間
Ｔ2 が６５０，４１０時間と長すぎるため、コア層３中
のＧｅが拡散して接続損失は大きくなった。さらにパタ
ーンＦでは基板の焼結温度保持時間ｔ2 が６００分間と
長いため、同パターンで製造した光導波路のＥＰＭＡ信
号は図３（ｃ）に示すように拡がっており、Ｇｅが拡散
している。このため、接続損失も２．０ｄＢと大きな値
になっている。
【００２９】パターンＨでは焼結温度ｙが１４００℃と
高く、コア層３の透明ガラス化温度に等しくなってしま
っているため、コア層３中のＧｅが図３（ｃ）に示すよ
うにやはり拡散し、接続損失が１．７ｄＢと大きな損失
になっている。
高く、コア層３の透明ガラス化温度に等しくなってしま
っているため、コア層３中のＧｅが図３（ｃ）に示すよ
うにやはり拡散し、接続損失が１．７ｄＢと大きな損失
になっている。
【００３０】パターンＩでは逆に焼結温度ｙが１２００
℃と低いため、焼結処理が不十分になり、ガラス膜質が
悪くなっている。
℃と低いため、焼結処理が不十分になり、ガラス膜質が
悪くなっている。
【００３１】パターンＪではガラス膜自体は良好であっ
たが、炉内の初期温度ｘが高く、サンプル（基板）が室
温からいきなり１０００℃に上昇させられたため、ヒー
トショックによって基板にしばしば割れが生じた。
たが、炉内の初期温度ｘが高く、サンプル（基板）が室
温からいきなり１０００℃に上昇させられたため、ヒー
トショックによって基板にしばしば割れが生じた。
【００３２】パターンＫでは炉内の初期温度ｘが７００
℃と低いため、ガラス微粒子が石英炉芯管の内壁に結晶
化して付着した。従って、石英炉芯管の寿命が短くなっ
てしまう。
℃と低いため、ガラス微粒子が石英炉芯管の内壁に結晶
化して付着した。従って、石英炉芯管の寿命が短くなっ
てしまう。
【００３３】パターンＬは焼結温度保持時間Ｔ2 が３８
０分と長いため、ＥＰＭＡ信号は図３（ｃ）に示すよう
に拡がり、コア層３中のＧｅが拡散してしまっている。
このため、ＳＭファイバとの接続損失も０．８ｄＢと大
きくなっている。また、昇温速度αが２５℃／ｍｉｎと
高いため、ガラス膜質もあまり良くない。
０分と長いため、ＥＰＭＡ信号は図３（ｃ）に示すよう
に拡がり、コア層３中のＧｅが拡散してしまっている。
このため、ＳＭファイバとの接続損失も０．８ｄＢと大
きくなっている。また、昇温速度αが２５℃／ｍｉｎと
高いため、ガラス膜質もあまり良くない。
【００３４】パターンＭでは良好なガラス膜が得られ
た。すなわち、図３（ｃ）に示すＥＰＭＡ信号は適当な
幅で拡がり、ＳＭファイバとの接続損失は０．５ｄＢと
小さな値が得られた。
た。すなわち、図３（ｃ）に示すＥＰＭＡ信号は適当な
幅で拡がり、ＳＭファイバとの接続損失は０．５ｄＢと
小さな値が得られた。
【００３５】パターンＮはパターンＬとほぼ同じ焼結温
度処理パターンになっているが、昇温速度αが２１℃／
ｍｉｎと高いため、ガラス膜質はパターンＬの場合より
はいいが良好ではない。
度処理パターンになっているが、昇温速度αが２１℃／
ｍｉｎと高いため、ガラス膜質はパターンＬの場合より
はいいが良好ではない。
【００３６】パターンＯでは昇温速度αを２０℃／ｍｉ
ｎとして良好なガラス膜が得られた。また、ＳＭファイ
バとの接続損失も０．５ｄＢと小さな値になった。
ｎとして良好なガラス膜が得られた。また、ＳＭファイ
バとの接続損失も０．５ｄＢと小さな値になった。
【００３７】パターンＰでは、焼結温度ｙをコア層３の
透明ガラス化温度１４００℃よりも５０℃低い１３５０
℃にして製造した結果、良好なガラス膜が得られた。ま
た、ＳＭファイバとの接続損失も０．５ｄＢと小さな値
になった。
透明ガラス化温度１４００℃よりも５０℃低い１３５０
℃にして製造した結果、良好なガラス膜が得られた。ま
た、ＳＭファイバとの接続損失も０．５ｄＢと小さな値
になった。
【００３８】パターンＱで焼結温度ｙを１３６０℃とし
て製造したところ、ガラス膜は悪くなった。
て製造したところ、ガラス膜は悪くなった。
【００３９】パターンＲでは、焼結温度ｙをコア層３の
透明ガラス化温度１４００℃よりも１５０℃低い１２５
０℃にして製造した。この結果、良好なガラス膜が得ら
れた。
透明ガラス化温度１４００℃よりも１５０℃低い１２５
０℃にして製造した。この結果、良好なガラス膜が得ら
れた。
【００４０】パターンＳで焼結温度ｙを１２４０℃とし
て製造したところ、ガラス膜は悪くなった。
て製造したところ、ガラス膜は悪くなった。
【００４１】パターンＴでは炉内の初期温度ｘを９００
℃として製造したところ、良好なガラス膜が得られた。
℃として製造したところ、良好なガラス膜が得られた。
【００４２】パターンＵでは初期温度ｘを９２０℃とし
て製造したところ、ガラス膜自体は良好なものが得られ
たが、石英炉芯管およびＳｉ基板に割れが生じた。
て製造したところ、ガラス膜自体は良好なものが得られ
たが、石英炉芯管およびＳｉ基板に割れが生じた。
【００４３】パターンＶでは初期温度ｘを７８０℃とし
て製造したところ、ガラス膜自体は良好なものが得られ
たが、石英炉芯管にガラス微粒子が結晶化して付着し
た。従って、炉芯管の寿命が短くなってしまう。
て製造したところ、ガラス膜自体は良好なものが得られ
たが、石英炉芯管にガラス微粒子が結晶化して付着し
た。従って、炉芯管の寿命が短くなってしまう。
【００４４】以上の実験結果から、次のことが判明し
た。
た。
【００４５】まず、炉内の初期温度ｘは８００〜９００
℃の範囲で良好な結果が得られ、炉内温度がこの温度範
囲よりも高くなると炉芯管および基板に割れが生じ、ま
た、炉内温度がこの温度範囲よりも低くなると炉芯管に
ガラス微粒子が付着して炉芯管の寿命が短くなってしま
う。
℃の範囲で良好な結果が得られ、炉内温度がこの温度範
囲よりも高くなると炉芯管および基板に割れが生じ、ま
た、炉内温度がこの温度範囲よりも低くなると炉芯管に
ガラス微粒子が付着して炉芯管の寿命が短くなってしま
う。
【００４６】また、初期温度ｘから焼結温度ｙまでの炉
内昇温速度αは１０〜２０℃／ｍｉｎの範囲で良好な結
果が得られ、昇温速度αを高めるとガラス膜質が悪化す
ることが確認された。
内昇温速度αは１０〜２０℃／ｍｉｎの範囲で良好な結
果が得られ、昇温速度αを高めるとガラス膜質が悪化す
ることが確認された。
【００４７】また、焼結温度ｙはコア層３の透明ガラス
化温度１４００℃よりも５０〜１５０℃低いことが良い
ことが判明した。焼結温度ｙがこの温度範囲よりも高く
なると、コア層３中のＧｅがオーバークラッド層４ａお
よびバッファ層２に拡散し、ＳＭファイバとの接続損失
は増大する。また、焼結温度ｙがこの温度範囲よりも低
くなると、ガラス微粒子層４の焼結が不十分になる。
化温度１４００℃よりも５０〜１５０℃低いことが良い
ことが判明した。焼結温度ｙがこの温度範囲よりも高く
なると、コア層３中のＧｅがオーバークラッド層４ａお
よびバッファ層２に拡散し、ＳＭファイバとの接続損失
は増大する。また、焼結温度ｙがこの温度範囲よりも低
くなると、ガラス微粒子層４の焼結が不十分になる。
【００４８】また、基板の焼結温度保持時間ｔ2 は１８
０〜３００分の範囲が良いことが確認された。つまり、
保持時間ｔ2 がこの範囲を越えるとコア層３中のＧｅが
拡散して接続損失が増大し、また、短くなるとガラス微
粒子層４の焼結処理が不十分になってガラス膜質が悪化
する。
０〜３００分の範囲が良いことが確認された。つまり、
保持時間ｔ2 がこの範囲を越えるとコア層３中のＧｅが
拡散して接続損失が増大し、また、短くなるとガラス微
粒子層４の焼結処理が不十分になってガラス膜質が悪化
する。
【００４９】また、基板の焼結温度保持時間ｔ2 が１８
０〜３００分の範囲にあっても、昇温時間Ｓ1 と焼結温
度保持時間ｔ2 との和である焼結時間Ｔ2 が２３０〜３
５０分の範囲から外れるとガラス膜質が悪化することも
分かった。つまり、焼結時間Ｔ2 がこの時間範囲よりも
短い場合には焼結処理が不十分になり、また、この時間
範囲を越えるとコア層中のＧｅが拡散してしまう。
０〜３００分の範囲にあっても、昇温時間Ｓ1 と焼結温
度保持時間ｔ2 との和である焼結時間Ｔ2 が２３０〜３
５０分の範囲から外れるとガラス膜質が悪化することも
分かった。つまり、焼結時間Ｔ2 がこの時間範囲よりも
短い場合には焼結処理が不十分になり、また、この時間
範囲を越えるとコア層中のＧｅが拡散してしまう。
【００５０】従って、オーバークラッド用ガラス微粒子
層４ａの焼結処理温度パターンは、図１に示すグラフに
おいて、初期温度ｘが８００〜９００℃、昇温速度αが
１０〜２０℃／ｍｉｎ、焼結温度ｙがコア層の透明ガラ
ス化温度よりも５０〜１５０℃低い温度範囲、焼結時間
Ｔ2 が２３０〜３５０分間であることが良いことが判明
した。
層４ａの焼結処理温度パターンは、図１に示すグラフに
おいて、初期温度ｘが８００〜９００℃、昇温速度αが
１０〜２０℃／ｍｉｎ、焼結温度ｙがコア層の透明ガラ
ス化温度よりも５０〜１５０℃低い温度範囲、焼結時間
Ｔ2 が２３０〜３５０分間であることが良いことが判明
した。
【００５１】また、本実施例ではガラス微粒子層４ａを
焼結する時の炉内雰囲気はＨｅ不活性ガスに設定されて
いる。通常は不活性ガスとしてＮ2 ガスが用いられる
が、Ｎ2 ガスはガラス膜成分中のＢ成分と反応する。し
かし、本実施例ではＢ成分に反応しないＨｅガスが用い
られているため、炉内雰囲気がガラス膜に悪影響を与え
ることはない。すなわち、ガラス膜の成分によっては焼
結処理雰囲気はＨｅが良い。Ｂ成分に反応しないガスと
してはＨｅの他にもＡｒ不活性ガスがある。また、Ｈｅ
とＯ2 との混合ガスやＡｒとＯ2 との混合ガスもＢを含
むガラス膜に悪影響を与えることはない。この時、Ｏ2
ガスの濃度は全ガス量の１０ｖｏｌ％以下が望ましい。
焼結する時の炉内雰囲気はＨｅ不活性ガスに設定されて
いる。通常は不活性ガスとしてＮ2 ガスが用いられる
が、Ｎ2 ガスはガラス膜成分中のＢ成分と反応する。し
かし、本実施例ではＢ成分に反応しないＨｅガスが用い
られているため、炉内雰囲気がガラス膜に悪影響を与え
ることはない。すなわち、ガラス膜の成分によっては焼
結処理雰囲気はＨｅが良い。Ｂ成分に反応しないガスと
してはＨｅの他にもＡｒ不活性ガスがある。また、Ｈｅ
とＯ2 との混合ガスやＡｒとＯ2 との混合ガスもＢを含
むガラス膜に悪影響を与えることはない。この時、Ｏ2
ガスの濃度は全ガス量の１０ｖｏｌ％以下が望ましい。
【００５２】なお、上記実施例では各ガラス微粒子層を
ＦＨＤ法を用いた火炎加水分解反応によって形成した
が、酸化反応を用いて形成しても良い。また、上記実施
例ではＳｉ基板上に光導波路を製造したが、別の基板上
に形成しても良い。これら各場合においても上記実施例
と同様な効果が奏される。
ＦＨＤ法を用いた火炎加水分解反応によって形成した
が、酸化反応を用いて形成しても良い。また、上記実施
例ではＳｉ基板上に光導波路を製造したが、別の基板上
に形成しても良い。これら各場合においても上記実施例
と同様な効果が奏される。
【００５３】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、コ
ア層の透明ガラス化温度よりも５０〜１５０℃低い焼結
温度に基板を１８０〜３００分間保持し、炉内昇温時間
および基板の焼結温度保持時間の和を２３０〜３５０分
間とすることにより、第２のクラッド用ガラス微粒子層
はコア層中のＧｅＯ2 が拡散しないで焼結される。この
ため、モードフィールド径の拡大が抑止され、接続損失
の増大が防止される。また、コア層の屈折率がクラッド
層に対して高く維持される。
ア層の透明ガラス化温度よりも５０〜１５０℃低い焼結
温度に基板を１８０〜３００分間保持し、炉内昇温時間
および基板の焼結温度保持時間の和を２３０〜３５０分
間とすることにより、第２のクラッド用ガラス微粒子層
はコア層中のＧｅＯ2 が拡散しないで焼結される。この
ため、モードフィールド径の拡大が抑止され、接続損失
の増大が防止される。また、コア層の屈折率がクラッド
層に対して高く維持される。
【００５４】また、炉内が焼結温度に達するまでの昇温
速度を毎分１０〜２０℃にすれば、第２のクラッド用ガ
ラス微粒子層は良好なガラス膜質に焼結される。このた
め、良質なオーバークラッド層が得られる。
速度を毎分１０〜２０℃にすれば、第２のクラッド用ガ
ラス微粒子層は良好なガラス膜質に焼結される。このた
め、良質なオーバークラッド層が得られる。
【００５５】また、炉内の初期温度が８００〜９００℃
に設定されていると、炉内温度が焼結温度に達するまで
の時間は、基板や炉に割れが生じたり、また、炉の寿命
を損なうことなく、短くなる。このため、光導波路製造
の生産効率は向上する。
に設定されていると、炉内温度が焼結温度に達するまで
の時間は、基板や炉に割れが生じたり、また、炉の寿命
を損なうことなく、短くなる。このため、光導波路製造
の生産効率は向上する。
【００５６】また、ＨｅもしくはＡｒの不活性ガスまた
はこれらいずれか一方のガスとＯ2ガスとの混合ガス雰
囲気中において焼結処理が行われることにより、炉内雰
囲気がガラス微粒子層に悪影響を与えることはない。こ
のため、所望の組成の光導波路が形成される。
はこれらいずれか一方のガスとＯ2ガスとの混合ガス雰
囲気中において焼結処理が行われることにより、炉内雰
囲気がガラス微粒子層に悪影響を与えることはない。こ
のため、所望の組成の光導波路が形成される。
【図１】本発明の一実施例による光導波路製造方法にお
けるオーバークラッド用ガラス微粒子層の焼結処理温度
パターンを示すグラフである。
けるオーバークラッド用ガラス微粒子層の焼結処理温度
パターンを示すグラフである。
【図２】本実施例の光導波路製造方法における製造工程
断面図である。
断面図である。
【図３】種々の焼結処理温度パターンで製造された光導
波路についてのＥＰＭＡ測定を示す図である。
波路についてのＥＰＭＡ測定を示す図である。
１…Ｓｉ基板、２…バッファ層（第１のクラッド層）、
３…コア層、４ａ…オーバークラッド用ガラス微粒子
層、４…オーバークラッド層（第２のクラッド層）、ｘ
…炉内初期温度、ｙ…焼結温度、ｔ1 …初期温度保持時
間、ｔ2 …焼結温度保持時間、α…昇温速度、β…降温
速度、Ｓ1 …昇温時間、Ｓ2 …降温時間、Ｔ1 …全処理
時間、Ｔ2 …焼結時間。
３…コア層、４ａ…オーバークラッド用ガラス微粒子
層、４…オーバークラッド層（第２のクラッド層）、ｘ
…炉内初期温度、ｙ…焼結温度、ｔ1 …初期温度保持時
間、ｔ2 …焼結温度保持時間、α…昇温速度、β…降温
速度、Ｓ1 …昇温時間、Ｓ2 …降温時間、Ｔ1 …全処理
時間、Ｔ2 …焼結時間。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 広瀬 智財 神奈川県横浜市栄区田谷町１番地 住友電 気工業株式会社横浜製作所内 (72)発明者 斉藤 真秀 神奈川県横浜市栄区田谷町１番地 住友電 気工業株式会社横浜製作所内
Claims (2)
- 【請求項１】 基板上にＳｉＯ2 を主成分とする第１の
クラッド用ガラス微粒子層を堆積する第１の工程と、こ
の第１のクラッド用ガラス微粒子層上にＳｉＯ2 および
ＧｅＯ2 を主成分とするコア用ガラス微粒子層を堆積す
る第２の工程と、前記第１のクラッド用ガラス微粒子層
および前記コア用ガラス微粒子層を焼結して透明ガラス
化する第３の工程と、透明ガラス化したコア層を所定形
状にパターニングする第４の工程と、パターニングされ
たコア層上にＳｉＯ2 を主成分とする第２のクラッド用
ガラス微粒子層を堆積する第５の工程と、この第２のク
ラッド用ガラス微粒子層を焼結して透明ガラス化する第
６の工程とを備えた光導波路の製造方法において、 前記第６の工程における第２のクラッド用ガラス微粒子
層の焼結は、初期温度８００〜９００℃の炉内に第５の
工程まで終えた前記基板を基板温度が同温度に達するま
で保持した後、前記コア層の透明ガラス化温度よりも５
０〜１５０℃低い焼結温度に達するまで炉内温度を毎分
１０〜２０℃の速度で昇温し、さらに前記基板をこの焼
結温度に１８０〜３００分間保持し、かつ、炉内温度を
前記初期温度から前記焼結温度に昇温する時間および前
記基板を前記焼結温度に保持する時間の和を２３０〜３
５０分間として行うことを特徴とする光導波路の製造方
法。 - 【請求項２】 前記炉内の雰囲気は、ＨｅもしくはＡｒ
の不活性ガス、またはこれらいずれか一方のガスとＯ2
ガスとの混合ガスであ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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17029193A JPH0727937A (ja) | 1993-07-09 | 1993-07-09 | 光導波路の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17029193A JPH0727937A (ja) | 1993-07-09 | 1993-07-09 | 光導波路の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0727937A true JPH0727937A (ja) | 1995-01-31 |
Family
ID=15902239
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17029193A Pending JPH0727937A (ja) | 1993-07-09 | 1993-07-09 | 光導波路の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0727937A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR970002393A (ko) * | 1995-06-28 | 1997-01-24 | 패트리샤 에이. 버란져리 | 평면 광도파관의 개선된 제조방법 |
| KR100333899B1 (ko) * | 1998-11-23 | 2002-06-20 | 윤종용 | 버퍼층을이용하여복굴절을감소시키는광도파로및그제작방법 |
| KR100509510B1 (ko) * | 1997-07-15 | 2005-10-21 | 삼성전자주식회사 | 균일한 평면 광도파로 제작방법 |
-
1993
- 1993-07-09 JP JP17029193A patent/JPH0727937A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR970002393A (ko) * | 1995-06-28 | 1997-01-24 | 패트리샤 에이. 버란져리 | 평면 광도파관의 개선된 제조방법 |
| KR100509510B1 (ko) * | 1997-07-15 | 2005-10-21 | 삼성전자주식회사 | 균일한 평면 광도파로 제작방법 |
| KR100333899B1 (ko) * | 1998-11-23 | 2002-06-20 | 윤종용 | 버퍼층을이용하여복굴절을감소시키는광도파로및그제작방법 |
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