JPH0743541A

JPH0743541A - 光導波路の作製方法

Info

Publication number: JPH0743541A
Application number: JP5188346A
Authority: JP
Inventors: Tomokane Hirose; 智財広瀬; Hiroo Kanamori; 弘雄金森; Akira Urano; 章浦野; Takashi Kogo; 隆司向後; Masahide Saito; 真秀斉藤
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1993-07-29
Filing date: 1993-07-29
Publication date: 1995-02-14

Abstract

(57)【要約】【目的】クラッド層のリン濃度を均一にする。【構成】本発明の光導波路の作製方法は、火炎堆積法
により、コア１３２若しくはこれを囲むクラッド層１２
２，１４２となるガラス層を形成することによってなさ
れる光導波路の作製方法であって、リンを含有させたガ
ラス微粒子層の堆積後このガラス微粒子層をガラス化す
ることにより厚さ１０μｍ以下のガラス膜１２２ａ，１
２２ｂを形成し、このガラス膜形成工程を２以上繰り返
してコア若しくはこれを囲むクラッド層となるガラス層
を形成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
の基本的な要素の一つであり、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して透明化するものが知られ
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
ーナに一定供量のリンを供給してもリンが均一に分布し
たガラス微粒子層を得ることができないことが判明し
た。したがって、ガラス微粒子層を透明化してもリンが
均一に分布したガラス膜を得ることができず、例えばリ
ンを含むクラッド層を作製した場合にクラッド層に不均
質が生じ、伝送損失が増大してしまうという問題がある
ことが、上記実験によりわかった。

【０００４】そこで、本発明は、リン濃度が均一なクラ
ッド層を備える光導波路を火炎堆積法を用いて作製する
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、火炎堆積法によ
り、コア若しくはこれを囲むクラッド層となるガラス層
を形成する光導波路の作製方法であって、リンを含有さ
せたガラス微粒子層の堆積後このガラス微粒子層をガラ
ス化することにより厚さ１０μｍ以下のガラス膜を形成
し、このガラス膜形成工程を２以上繰り返してコア若し
くはこれを囲むクラッド層となるガラス層を形成するこ
とを特徴とする。

【０００６】また、本発明の光導波路は、コア若しくは
これを囲むクラッド層となるガラス層を有する光導波路
であって、ガラス層は、リンを含有させた厚さ１０μｍ
以下のガラス膜が２以上積層されたものであることを特
徴とする。

【０００７】

【作用】本発明の光導波路の作製方法では、コア若しく
はクラッド層となるガラス層は、リンを含有させたガラ
ス膜で形成される。ここで、ガラス膜にリンを含有させ
た場合、リンはガラス膜の下の方に多く分布するように
なるのだが、ガラス膜を１０μｍ以下にして形成するこ
とにより、燐の分布の変化が小さなものになる。このガ
ラス膜を積層して形成することによって、燐の分布の変
化が小さなコア若しくはクラッド層を所望の厚さで形成
し得るようになる。

【０００８】こうして得られた本発明の光導波路は、リ
ンの局所的な偏析のないものになる。

【０００９】

【実施例】本発明の実施例を図面を参照して説明する。

【００１０】ガラス微粒子の堆積は、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上にＳｉ基板を
載置し、Ｓｉ基板の表面温度を約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は
Ｓｉ基板上に一様に堆積される。

【００１１】まず、Ｓｉ基板１１０上に、ＳｉＯ₂−Ｐ
₂Ｏ₅−Ｂ₂Ｏ₃組成の下部クラッド層用のガラス微粒
子層１２０ａを堆積する（図１（ａ））。このときのガ
ラス微粒子層の堆積条件は、流量２ l/minのＨ₂，流量
６ l/minのＯ₂を火炎バーナに供給し、また、原料ガス
の供給は、表１に示す組成・流量として堆積時間を１５
分とした。

【００１２】

【表１】

【００１３】Ｓｉ基板１１０上に堆積したガラス微粒子
層１２０ａを、加熱炉を用いて加熱処理し、透明なガラ
ス膜１２２ａ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。

【００１４】そして同じ条件で、ガラス微粒子層１２０
ｂを堆積し（図１（ｃ））、これをガラス化してガラス
膜１２２ｂを形成する（図１（ｄ））。次いで、同様に
して、ガラス微粒子層の堆積・ガラス化をしてガラス膜
１２２ｃを形成する（図２（ａ））。このように、ガラ
ス微粒子層の堆積・ガラス化を３回繰り返してガラス膜
を３層積層した下部クラッド層１２２を形成した。この
下部クラッド層１２２は厚さ３０μｍであり、ガラス膜
１２２ａ，ｂ，ｃは１層あたり１０μｍである。

【００１５】図３は、基板１１０上の下部クラッド層１
２２（図２（ａ））のＰ₂Ｏ₅濃度分析結果を示したも
のである。図示のように、下部クラッド層１２２内で、
Ｐ₂Ｏ₅の濃度はほぼ０．５wt％で±０．１３wt％の範
囲にあり、屈折率差Δｎの変動はおよそ±０．００２％
になっている。このように、Ｐ₂Ｏ₅は一様に分布し、
均一なガラス膜が得られていることが分かる。

【００１６】つぎに、ＳｉＯ₂−ＧｅＯ₂−Ｐ₂Ｏ₅−
Ｂ₂Ｏ₃組成のコア用のガラス微粒子層を堆積した。こ
の条件は上述の場合と同様であるが、ＧｅＣｌ₄を原料
ガスに加えた。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（ｂ））。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を形成した（図２（ｃ））。そして、下
部クラッド層１２２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を形成した。ガラス微粒
子層の堆積の際の原料ガスは、ＢＣｌ₃を増加させ、よ
り低温で加熱処理してガラス膜を形成した。こうして図
示のように、Ｓｉウェハ１１０上に、下部クラッド層１
２２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１
４２が形成された導波路を完成した（図２（ｄ））。そ
して、これらのクラッド層のＰ₂Ｏ₅濃度分布はほぼ一
定なものになり、屈折率がほぼ均一なガラス膜が得られ
た。

【００１７】つぎに、第２の実施例として、つぎの工程
で、導波路を作製した。

【００１８】まず、Ｓｉ基板１１０上に下部クラッド層
用のガラス微粒子層１２０ａを堆積する（図１
（ａ））。このときのガラス微粒子層の堆積条件は、上
述の第１の実施例と同様であるが、原料ガスの供給を表
２に示すようにＰＯＣｌ₃の供給量を増加させ、堆積時
間を７．５分として行った。そして、ガラス微粒子層１
２０ａを加熱処理して透明なガラス膜１２２ａを得た
（図１（ｂ））。

【００１９】

【表２】

【００２０】このガラス微粒子層の堆積・ガラス化を６
回繰り返し、１層あたり約５μｍガラス膜を６層積層し
た下部クラッド層１２２を厚さ３０μｍ形成した。

【００２１】図４は、こうして得られた下部クラッド層
１２２のＰ₂Ｏ₅濃度分析結果を示したものである。図
示のように、下部クラッド層１２２内で、Ｐ₂Ｏ₅の濃
度はほぼ０．５wt％で、屈折率差Δｎの変動はおよそ±
０．００２％になっている。この場合でも、Ｐ₂Ｏ₅は
一様に分布し、均一なガラス膜が得られていることが分
かる。

【００２２】そして、上述の第１の実施例と同様に、コ
ア用の透明なガラス膜１３２を形成し（図２（ｂ））、
エッチングでコア１３２の形成（図２（ｃ））を行った
後、下部クラッド層１２２と同様の形成工程を繰り返し
て、上部クラッド層１４２を形成した（図２（ｄ））。
クラッド層のＰ₂Ｏ₅濃度分布はほぼ一定になり、屈折
率がほぼ均一なガラス膜をもつ光導波路が得られた。

【００２３】図５は、上記第１及び第２の実施例の効果
を明確にするためにした比較実験についてクラッド層の
Ｐ₂Ｏ₅濃度分布の結果（実線は比較例１、一点鎖線は
比較例２）を示したものである。

【００２４】これらの比較例では、上記実施例と同様の
特性を持つクラッド層（膜厚３０μｍ、リン濃度０．５
％）を形成するために、ガラス微粒子層の堆積条件を表
３に示すような原料ガスの組成とした（他の条件は上記
実施例と同じ）。そして、比較例１では、堆積時間２
２．５分としてガラス微粒子層の堆積を行った後、上記
実施例と同じ条件でガラス化をしてガラス膜を形成し、
このガラス膜形成工程を２回繰り返して２層積層した下
部クラッド層１２２を厚さ３０μｍ形成した。また、比
較例２では、堆積時間４５分としてガラス微粒子層の堆
積を行った後、上記実施例と同じ条件でガラス化をして
ガラス膜（下部クラッド層１２２）を形成した。即ち、
従来どうり、厚さ３０μｍの下部クラッド層１２２の形
成を１回で行ったものである。

【００２５】

【表３】

【００２６】表４は、下部クラッド層１２２の濃度変動
の結果及び積層したガラス膜について比較してまとめた
ものである。

【００２７】

【表４】

【００２８】図３，４，５の結果から明らかなように、
クラッド層のリンの分布は、積層回数の少ないガラス膜
ほどその濃度の変動が大きく、比較例１，２ではリンの
濃度は±０．１３％に入っていないことは明らかであ
る。比較例１，２では、１０μｍ以下の位置においてリ
ンの濃度の変動が大きくなっているのだが、ガラス膜の
１層当りの厚さを１０μｍとした第１の実施例ではこの
ような変動は見られなくなっている。１回の合成で形成
するガラス膜が１０μｍ以下であれば、燐の局所的な偏
析のないガラス膜が形成できるのが分かる。このことか
ら、ガラス膜の１層当りの厚さを１０μｍ以下とし、ガ
ラス膜を積層してクラッド層などのガラス層を形成する
ことにより、ほぼ均一なリンの組成を持つガラス層（ク
ラッド層１２２，１４２など）が得られ、屈折率の変動
を抑えることができる。

【００２９】このように、本発明の光導波路の作製方法
によれば、屈折率がほぼ均一なリンの組成を持つクラッ
ド層１２２，１４２が得られる。これによって、クラッ
ドやコアの屈折率分布をほぼ一様にすることができるよ
うになって、伝送損失の少ない光導波路装置を作成する
ことができるようになる。

【００３０】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。

【００３１】例えば、ガラス微粒子層を形成するための
材料として、ＰＣｌ₃、ＢＢｒ₃等を火炎バーナに供給
することができる。また、上記実施例では、コアはクラ
ッド層ほど厚くはないので、１回で形成しているが、ク
ラッド層と同様にガラス膜を積層して形成するようにし
ても良い。

【００３２】

【発明の効果】以上の通り本発明によれば、ガラス膜を
１０μｍ以下にして積層して形成することにより、燐の
分布の変化を小さくして、所望の厚さのコア若しくはク
ラッド層を形成し得るようになるため、リンの局所的な
偏析のない光導波路を作製することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】光導波路の作製工程を示す図。

【図２】光導波路の作製工程を示す図。

【図３】第１実施例によって得られたガラス膜の組成を
示す図。

【図４】第２実施例によって得られたガラス膜の組成を
示す図。

【図５】比較例のガラス膜の組成を示す図。

【符号の説明】

１１０…基板、１２０ａ，１２０ｂ…ガラス微粒子層、
１２２ａ，１２２ｂ…ガラス膜、１２２…下部クラッド
層、１３２…コア、１４２…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

【特許請求の範囲】

【請求項１】火炎堆積法により、コア若しくはこれを
囲むクラッド層となるガラス層を形成する光導波路の作
製方法であって、リンを含有させたガラス微粒子層の堆積後このガラス微
粒子層をガラス化することにより厚さ１０μｍ以下のガ
ラス膜を形成し、このガラス膜形成工程を２以上繰り返
して前記ガラス層を形成することを特徴とする光導波路
の作製方法。
【請求項２】コア若しくはこれを囲むクラッド層とな
るガラス層を有する光導波路であって、前記ガラス層は、リンを含有させた厚さ１０μｍ以下の
ガラス膜が２以上積層されたものであることを特徴とす
る光導波路の作製方法。