JPH0735936A

JPH0735936A - 光導波路の作製方法

Info

Publication number: JPH0735936A
Application number: JP18149793A
Authority: JP
Inventors: Tomotaka Hirose; 智財広瀬; Hiroo Kanamori; 弘雄金森; Akira Urano; 章浦野; Takashi Kogo; 隆司向後; Masahide Saito; 眞秀齋藤
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1993-07-22
Filing date: 1993-07-22
Publication date: 1995-02-07

Abstract

(57)【要約】【目的】再現性良く所望のリン濃度をもつ光導波路を
作製し得る方法を提供する。【構成】本発明の光導波路の作製方法は、火炎バーナ
に原料ガスを供給してガラス微粒子を基板に堆積させ、
このガラス微粒子が堆積した基板を加熱処理することに
よって、ガラス微粒子が透明ガラス化したガラス膜の形
成がなされる光導波路の作製方法において、原料ガスと
して、リン元素を含む原料とＳｉ元素を含む原料とを含
むガスを供給し、形成しようとするガラス膜のリン濃度
Ｘ（wt％）が低い場合に、ガラス微粒子を堆積する際の
リン元素を含む原料の総供給量Ｓ（cc）を、「（２２０
−３０）×Ｘ≦Ｓ≦（２２０＋３０）×Ｘ」としてガラ
ス微粒子を堆積することを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、火炎堆積法を用いた光
導波路の作製方法であって、燐を含んだガラス膜でコア
若しくはクラッド層を形成する技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】光導波路は、光システムを構成するため
の基本的な要素であり、将来性のあるデバイスとして期
待されている。光導波路は様々な形状が提案されている
が、その一つとして、石英を主成分とするコアとこれを
囲むクラッド層とを形成し、コアに信号光を閉じ込めて
伝搬させるタイプがある。このタイプの光導波路は、不
純物を含んだコア及びクラッド層を火炎堆積法で形成す
ることにより作製される。このような火炎堆積法とし
て、例えば、火炎バーナからのガラス微粒子を基板上に
堆積して多孔質状のガラス微粒子層を形成した後、この
ガラス微粒子層を加熱・透明化してガラス膜を形成する
ものがしられている（特開昭５８−１０５１１１）。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来の火炎堆積法で
は、ガラス化温度、屈折率等の調節を目的として組成中
にリンが添加されるが、本件発明者の実験により火炎バ
ーナに一定の割合でリンを含むガスを原料ガスに混ぜて
供給しても、必ずしもリンがその割合に応じたリンの濃
度のガラス膜を得ることができないことが判明した。し
たがって、要求仕様に応じたデバイス設計をしたとして
も、その設計どうりに光導波路を容易に作製することは
容易ではなく、意図した光導波路を作製するには、多く
の試作を繰り返すといった試行錯誤をおこなうことを余
儀なくされていた。

【０００４】そこで、本発明は、再現性良く所望のリン
濃度をもつ光導波路を作製し得る方法を提供することを
目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の光導波路の作製方法は、火炎バーナに原料
ガスを供給してガラス微粒子を基板に堆積させ、このガ
ラス微粒子が堆積した基板を加熱処理することによっ
て、ガラス微粒子が透明ガラス化したガラス膜の形成が
なされる光導波路の作製方法において、原料ガスにリン
元素を含む原料を混合し、形成しようとするガラス膜の
リン濃度Ｘ（wt％）に対し、ガラス微粒子を堆積する際
のリン元素を含む原料の総供給量Ｓ（cc）を、「（２２０−３０）×Ｘ≦Ｓ≦（２２０＋３０）×Ｘ」としてガラス微粒子を堆積することを特徴とする。

【０００６】ここで、火炎バーナへのリン元素を含む原
料の供給の供給流量Ｖ（cc／分）を一定としても良く、
この場合、その供給時間ｔ（分）との間に、「（２２０−３０）×Ｘ≦Ｖ×ｔ≦（２２０＋３０）×
Ｘ」なる関係をもたせる。

【０００７】また、火炎バーナへのリン元素を含む原料
の供給流量Ｖ（cc／分）を経時的に変化させてガラス微
粒子を堆積することを特徴としても良い。

【０００８】ガラス微粒子を堆積する際の基板の温度
は、３６０℃以上８００℃以下であることを特徴として
も良い。

【０００９】ガラス微粒子を堆積する際に火炎バーナへ
の燃焼ガスとして、水素ガスを供給流量１ l／分以上６
l／分以下で、酸素ガスを供給流量２ l／分以上１０ l
／分以下で供給することを特徴としても良い。

【００１０】

【作用】リン元素を含む原料をまぜた原料ガスを用いた
火炎堆積法によってガラス膜の作製を行った場合、ガラ
ス膜中のリンの濃度はリン元素を含む原料の供給流量の
割合だけでなく、供給流量が一定であるとこの原料によ
る堆積時間にも依存する。すなわち、ガラス膜中のリン
の濃度はリン元素を含む原料の総供給量Ｓに依存する。

【００１１】本発明では、形成しようとするガラス膜の
リン濃度Ｘ（wt％）が低い場合、リン元素を含む原料の
総供給量Ｓ（cc）に、上述の関係をもたせてガラス微粒
子を堆積し、このガラス微粒子を透明ガラス化すること
により、所望のリン濃度Ｘ（wt％）をもつガラス膜を得
ることができる。

【００１２】

【実施例】本発明の実施例を図面を参照して説明する。

【００１３】図１は、光導波路の作製工程の概要を示し
たものである。ガラス微粒子の堆積は、図２に示すよう
に、内部にヒータが埋め込まれた反応容器内のターンテ
ーブル１６上にＳｉ基板１０を載置し、Ｓｉ基板１０の
表面温度を約６００℃に保ちつつターンテーブルを回転
させ、火炎バーナ１２をその動径方向に往復移動させて
なされる。この点に付いては周知の技術であり、これに
より、火炎バーナからのガラス微粒子１４はガラス微粒
子層１２０としてＳｉ基板上に一様に堆積される。符号
２０は、余剰のガラス微粒子を排出するためのものであ
る。そして、この堆積したガラス微粒子を基板１０ごと
高温下で加熱して透明ガラス化し、ガラス膜の形成がな
される。

【００１４】まず、Ｓｉ基板１０上に、ＳｉＯ₂−Ｐ₂
Ｏ₅−Ｂ₂Ｏ₃組成の下部クラッド層用のガラス微粒子
層１２０を堆積する（図１（ａ））。ガラス微粒子層１
２０を基板１０ごと高温下で加熱して透明ガラス化し、
下部クラッド層１２２をする（図１（ｂ））。このと
き、下部クラッド層１２２を低いリン濃度で形成しよう
とする場合、リン濃度Ｘ（wt％）とすると、火炎バーナ
へのリン元素を含む原料の供給の供給流量Ｖ（cc／分）
をその供給時間ｔ（分）との間に、式（１）で示される
関係をもたせてガラス微粒子を堆積する。

【００１５】（２２０−３０）×Ｘ≦Ｖ×ｔ≦（２２０＋３０）×Ｘ…（１）ここで、Ｖ×ｔは、供給流量Ｖが一定の場合のリン元素
を含む原料の総供給量Ｓを示し、供給流量Ｖを変化させ
て供給する場合は、供給時間ｔで供給流量Ｖを積分した
ものになる。

【００１６】これを、表１に示すように条件を変えて
（形成しようとするリン濃度Ｘはそれぞれ 4.5， 0.5，
１wt％）、下部クラッド層１２２を形成した。このと
き、原料ガスは、ＳｉＣｌ₄、ＢＣｌ₃にこれにリン元
素を含む原料としてＰＯＣｌ₃を流量１００cc/min加え
たものとし、燃焼ガスとして、流量２ l/minのＨ₂，流
量６ l/minのＯ₂を火炎バーナに供給してガラス微粒子
を堆積する。

【００１７】

【表１】

【００１８】この条件で、原料供給時間ｔと同じ時間堆
積した後、基板１０に堆積したガラス微粒子層１２０
を、加熱炉を用いて加熱処理し、透明なガラス膜（下部
クラッド層）１２２を得た（図１（ｂ））。このとき、
室温から昇温速度１℃/minで加熱処理温度１３００℃ま
で加熱し、この温度で６時間保持した後降温速度１０℃
/minで室温まで冷却する、という加熱条件とした。

【００１９】こうして得られたガラス膜１２２を分析し
たところ、リンはガラス膜全体に均一に分布し、条件１
では、その濃度はＰ₂Ｏ₅が０．４５wt％という比較的
低い値であった。また、ガラス膜の厚さは、１３μｍで
あった。条件２では、その濃度はＰ₂Ｏ₅が０．５wt％
で、ガラス膜の厚さは、３０μｍであった。条件３で
は、同じ条件で２回形成することにより、濃度及びガラ
ス膜の厚さが条件２と同等のものが得られた。条件４で
は、その濃度はＰ₂Ｏ₅が１wt％で、ガラス膜の厚さ
は、３０μｍであった。

【００２０】気相軸付け法による光ファイバ用ガラス母
材作製の場合は、ガラス中の添加物濃度は原料供給量の
割合だけで決定する。すなわち、添加物濃度は原料供給
流量の割合に比例し、堆積時間を変化させても添加物濃
度は変化しない。しかし、火炎堆積法によるガラス膜作
製の場合は、ガラス膜中の添加物濃度は原料供給量の割
合だけでなく、堆積時間にも依存することになる。上述
の条件１〜４では、光ファイバ用ガラス母材作製の場合
は、原料ガスに対するリンの供給量Ｖの割合が大きいも
の、例えば、条件１の場合にリンの濃度が大きくなる。
しかし、火炎堆積法によるガラス膜作製の場合は、リン
の供給量Ｖと原料供給時間ｔとの積Ｖ×ｔが最も大きい
条件４の場合にリンの濃度が大きくなる。

【００２１】このように、式１に示される関係でガラス
微粒子を堆積することにより所望の組成を持つガラス膜
を形成することができる。

【００２２】つぎに、ＳｉＯ₂−ＧｅＯ₂−Ｐ₂Ｏ₅−
Ｂ₂Ｏ₃組成のコア用のガラス微粒子層を堆積する。こ
の条件は上述の場合と同様であるが、屈折率を上げるた
めのドーパントとしてＧｅＣｌ₄を原料ガスに加える。
このガラス微粒子層を加熱処理し、コア用の透明なガラ
ス膜１３２を得た（図２（ｃ））。このガラス膜を、フ
ォトリソグラフィと反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）
を用いて所定のパターンでエッチングし、コア１３２を
形成する（図２（ｄ））。そして、下部クラッド層１２
２と同様にガラス膜の形成工程を繰り返して、上部クラ
ッド層１４２を形成する。ここで、ガラス微粒子層１４
０の堆積の際の原料ガスは、ＢＣｌ₃を増加させるのが
望ましく、これによってより低温で加熱処理してガラス
膜を形成することができる。

【００２３】こうして図示のように、Ｓｉウェハ１１０
上に、下部クラッド層１２２が形成され、その上に直線
リッジ状のコア１３２が形成され、さらにこれらを覆う
ように上部クラッド層１４２が形成された導波路を完成
する（図２（ｅ））。そして、上記式１で示される条件
でリン元素を含む原料を火炎バーナに供給して形成した
ことにより、所望のリン濃度Ｘをもつクラッド層、コア
層になり、ほぼ仕様どうりの屈折率を有するガラス膜が
形成された光導波路が得られる。

【００２４】つぎに硼素を含む原料をかえた場合でも、
上記式１で示される条件でリン元素を含む原料を火炎バ
ーナに供給してガラス膜を形成することで所望のリン濃
度Ｘが得られるかどうかを確かめた。表２は、下部クラ
ッド層１２２についてその実験結果を示したもので、リ
ン（ＰＯＣｌ₃）の供給流量Ｖ（cc/min），ＰＯＣｌ₃
の供給時間ｔ（min ）及びＢＣｌ₃の流量(cc/min)を様
々に変えて得られたガラス膜のリンの濃度（wt％）を示
したものである。

【００２５】

【表２】

【００２６】図３は、その結果（プロット「●」）と表
１で示した条件１〜４の結果（プロット「×」）とを示
したもので、これらのプロットは、上記式１で示される
領域内によく収まっている（但し、リンの濃度が非常に
低い領域は、点線で示すように測定誤差のため変動が大
きい）。このことから、上記式１で示される条件でガラ
ス膜を形成することにより、再現性良く所望のリン濃度
Ｘが得られることが明らかである。

【００２７】さらに、原料ガスに対するリン元素を含む
原料（ＰＯＣｌ₃）の分圧の依存性をさらに詳しく調べ
るために、ＳｉＣｌ₄の流量を変え、ＰＯＣｌ₃の分圧
Ｐすなわち「ＰＯＣｌ₃の流量／（ＳｉＣｌ₄の流量＋
ＢＣｌ₃の流量）」をかえてガラス膜の形成を行った。
表３は、下部クラッド層１２２についてその結果を示し
たものである。

【００２８】

【表３】

【００２９】この表において、「/ 」の左側ははじめの
供給流量Ｖと供給時間ｔ、右側はその後の供給流量Ｖと
供給時間ｔを示す。例えば、最上欄のデータについてい
えば、はじめに供給流量Ｖを３．８cc/minとして２２．
２分間ガラス微粒子層を堆積し、その後供給流量Ｖを
５．７cc/minとして４４．２分間ガラス微粒子層を堆積
した。これは、リン（Ｐ₂Ｏ₅）の濃度が大きくなる
と、Ｓｉ基板１０側のリンの分布が大きくなるので、は
じめはＰＯＣｌ₃の供給流量Ｖを小さくした後に、供給
流量Ｖを大きくしている。ＰＯＣｌ₃の総供給量Ｓを
「Ｖ×ｔ」で示している。

【００３０】上述のような燐の偏析が現れるのは、ガラ
ス微粒子の堆積時間がおよそ３０分以上要し、かつ、リ
ン元素を含む原料（ＰＯＣｌ₃）の供給流量がおよそ５
cc/min以上の場合に発生しやすいものであることが、本
件発明者により見出だされており、このような場合は、
上述のようにリン元素を含む原料の供給流量を変化させ
るのが望ましい。

【００３１】図４は表３の結果をプロットしたもので、
ガラス膜中のＰＯＣｌ₃の添加量はＰＯＣｌ₃の総供給
量Ｓに比例するが（領域Ｉ）、総供給量Ｓがあるレベル
に達するとＰＯＣｌ₃の添加量は飽和する。その飽和す
るレベルは、原料ガス中のＰＯＣｌ₃の分圧Ｐによって
決まり、光ファイバ製造方法の一つであるＶＡＤ法は、
図の領域IIでなされている。このように、ＳｉＣｌ₄の
流量以外の原料ガス流量が変化しても、上記式１の関係
は成り立ち、再現性良く所望のリン濃度Ｘを持つガラス
膜が得られることが明らかである。

【００３２】本発明は前述の実施例に限らず様々な変形
が可能である。

【００３３】例えば、リン元素を含む原料としてＰＯＣ
ｌ₃を例に示したが、ＰＣｌ₃でも同じ効果が得られ
る。また、ガラス微粒子層の堆積は、基板の温度が３６
０℃以下で堆積を行うとガラス微粒子層はカサ密度０．
１４ｇ／ｃｍ²となって非常に柔らかく、われや剥がれ
が生じやすくなり、８００℃以上で堆積を行うと屈折率
を上げるために添加したＧｅＯ₂が拡散しやすくなるの
で、基板の温度を３６０〜８００℃の範囲で行うのが望
ましい。

【００３４】さらに、火炎バーナに供給する燃焼ガスに
ついても、Ｈ₂，Ｏ₂を小流量或いは大流量にすると、
ガラス微粒子の収率は低下し、また、ガラス微粒子に添
加するリンの濃度は式１の関係を満たさなくなって低濃
度になるので、水素ガスを供給流量１ l／分以上６ l／
分以下で、酸素ガスを供給流量２ l／分以上１０ l／分
以下で供給するのが望ましい。

【００３５】

【発明の効果】以上の通り本発明によれば、形成しよう
とするガラス膜のリン濃度Ｘ（wt％）に対し、リン元素
を含む原料の総供給量に所定の関係をもたせてガラス微
粒子を堆積し、このガラス微粒子を透明ガラス化するこ
とにより、所望のリン濃度Ｘ（wt％）をもつガラス膜を
得ることができるので、再現性良く所望の光導波路を作
製し得るため、意図した光導波路の作製が容易なものに
なる。

【図面の簡単な説明】

【図１】光導波路の製造工程を示す図。

【図２】ガラス微粒子層の堆積工程を示す図。

【図３】硼素を含む原料をかえた場合について、形成さ
れたガラス膜のリン濃度Ｘを示す図。

【図４】ガラス膜中のＰＯＣｌ₃の添加量とＰＯＣｌ₃
の総供給量Ｓの関係を示す図。

【符号の説明】１０…基板、１２…火炎バーナ、１２０，１３０，１４
０…ガラス微粒子層、１２２…下部クラッド層、１３２
…コア、１４４…上部クラッド層。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者向後隆司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)発明者齋藤眞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

【特許請求の範囲】

【請求項１】火炎バーナに原料ガスを供給してガラス
微粒子を基板に堆積させ、このガラス微粒子が堆積した
前記基板を加熱処理することによって、前記ガラス微粒
子が透明ガラス化したガラス膜の形成がなされる光導波
路の作製方法において、前記原料ガスにリン元素を含む原料を混合し、形成しようとする前記ガラス膜のリン濃度Ｘ（wt％）に
対し、前記ガラス微粒子を堆積する際の前記リン元素を
含む原料の総供給量Ｓ（cc）を、「（２２０−３０）×Ｘ≦Ｓ≦（２２０＋３０）×Ｘ」として前記ガラス微粒子を堆積することを特徴とする光
導波路の作製方法。
【請求項２】前記火炎バーナへのリン元素を含む原料
の供給流量を一定にして、前記ガラス微粒子を堆積する
ことを特徴とする請求項１記載の光導波路の作製方法。
【請求項３】前記火炎バーナへのリン元素を含む原料
の供給流量Ｖ（cc／分）を経時的に変化させて、前記ガ
ラス微粒子を堆積することを特徴とする請求項１記載の
光導波路の作製方法。
【請求項４】前記ガラス微粒子を堆積する際の前記基
板の温度は、３６０℃以上８００℃以下であることを特
徴とする請求項１記載の光導波路の作製方法。
【請求項５】前記ガラス微粒子を堆積する際に前記火
炎バーナへの燃焼ガスとして、水素ガスを供給流量１ l
／分以上６ l／分以下で、酸素ガスを供給流量２ l／分
以上１０ l／分以下で供給することを特徴とする請求項
１記載の光導波路の作製方法。