JPH0756038A

JPH0756038A - 光導波路の作成方法

Info

Publication number: JPH0756038A
Application number: JP16180993A
Authority: JP
Inventors: Akira Urano; 章浦野; Hiroo Kanamori; 弘雄金森; Takashi Kogo; 隆司向後; Tomokane Hirose; 智財広瀬; Masahide Saito; 眞秀斉藤
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1993-06-30
Filing date: 1993-06-30
Publication date: 1995-03-03

Abstract

(57)【要約】【目的】焼結可能温度を低くし得るとともに、ガラス
膜の表面劣化を抑えた光導波路を作製する方法を提供す
る。【構成】本発明の光導波路の作製方法は、石英を主成
分とするコア１３２とこれを囲むクラッド層１２２，１
４２とを備える光導波路を、火炎堆積法によるガラス微
粒子層の堆積とガラス微粒子層の透明化とによって形成
する光導波路の作製方法であって、ガラス微粒子層１４
０を硼素を含有させて堆積し、この堆積したガラス微粒
子層１４０を火炎で焙ることにより、その表面の硼素の
濃度を（例えば、ガラス膜１４２の表面の硼素の濃度が
５ｗｔ％以下となる程度に）低下させた後に、ガラス微
粒子層１４０の透明化を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、硼素を多く含んだガラス膜
でコア及びクラッド層を火炎堆積法で形成するものに関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】光導波路は、光システムを構成するため
の基本的な技術の一つとして、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。このタイプの平面光導
波路では、不純物を含んだガラス膜であるコア及びクラ
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
明化するものがしられている（例えば、特開昭５８−１
０５１１１）。

【０００３】この光導波路の作製方法を簡単に説明する
と、つぎのようになる。

【０００４】まず、火炎バーナに原料ガスを供給して、
Ｓｉ基板１１０上に下部クラッド層用のガラス微粒子層
１２０を合成し堆積する（図３（ａ））。そして、加熱
してガラス微粒子層を透明・ガラス化し、透明なガラス
膜の下側クラッド層１２２を形成する。つぎに、屈折率
を上昇させるドーパント（例えば、Ｇｅ）を原料ガスに
加え、このドーパントを含むコア層用の微粒子層を合成
し堆積する。そして、加熱してガラス微粒子層を透明・
ガラス化し、透明なガラス膜１３２にした後（図３
（ｂ））、所定のパターンでエッチングしてコア１３２
を形成する（図３（ｃ））。最後に、上部クラッド層用
のガラス微粒子層を合成し堆積する。そして、加熱して
ガラス微粒子層を透明・ガラス化し、透明なガラス膜の
上側クラッド層１４２を形成する（図３（ｄ））。こう
して、所定のパターンのコアを有する光導波路が出来上
がる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述のように、平面光
導波路では、ガラス微粒子層の堆積と高温下（１３００
℃程度）で加熱してガラス微粒子層のガラス化とを繰り
返して光導波膜の形成がなされることから、熱による基
板の反り及びコアの変形が生じるおそれがあり、また、
基板は耐熱性が高いものであることを要する。このよう
な問題点を避けるために、本件発明者らは、ガラス微粒
子層のガラス化の温度即ち焼結可能温度を低くすること
を考えた。そして、その方法として通常よりも硼素の濃
度を高めてガラス微粒子層の堆積をし、焼結可能温度を
低くしてガラス微粒子層の透明化を行うこととした。

【０００６】しかし、本件発明者らの実験により、硼素
の濃度を高めたガラス微粒子層の堆積によって得た透明
なガラス膜は、その表面が変質、結晶化しやすく、光導
波路の特性を劣化させていることが判明した。

【０００７】そこで、本発明は、焼結可能温度を低くし
得るとともに、ガラス膜の表面劣化を抑えた光導波路を
作製する方法を提供することをその目的とする。

【０００８】

【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、石英を主成分とす
るコアとこれを囲むクラッド層とを備える光導波路を、
火炎堆積法によるガラス微粒子層の堆積とガラス微粒子
層の透明化とによって形成する光導波路の作製方法であ
って、ガラス微粒子層を硼素を含有させて堆積し、この
堆積したガラス微粒子層を火炎で焙ることにより、その
表面の硼素の濃度を（例えば、ガラス微粒子層の透明化
で得たガラス膜表面の硼素の濃度が５ｗｔ％以下となる
程度に）低下させた後に、ガラス微粒子層の透明化をす
ることを特徴とする。

【０００９】

【作用】本発明では、堆積したガラス微粒子層を火炎で
焙ることにより、その表面付近の硼素が蒸発するものと
考えられる。したがって、堆積したガラス微粒子層は、
表面の硼素の濃度が低く、内部は高くなることから、こ
れを透明化して得た透明なガラス膜（コアまたはクラッ
ド層）は、表面の硼素の濃度が低く、内部は高くなる。
そのため、表面劣化の原因と考えられている大気中の水
分と表面の硼素との反応が抑えられるので、ガラス膜の
表面劣化が抑えられる。また、ガラス膜内部の硼素の濃
度を高くし得ることから焼結可能温度を低くすることが
できる。

【００１０】

【実施例】本発明の実施例を図面を参照して説明する。
前述の従来例と同一または同等のものについてはその説
明を簡略化し若しくは省略するものとする。図１は、本
実施例の工程の概要を示したものであり、工程を順を追
って説明する。

【００１１】まず、Ｓｉ基板１１０上に、燐及び硼素を
含有したガラス微粒子を生成させ、下部クラッド層用の
ガラス微粒子層１２０を堆積した）。このとき、原料ガ
スとしてＳｉＣｌ₄，ＰＯＣｌ₃，ＢＣｌ₃をそれぞれ
１００ｃｃ／分，６ｃｃ／分，６０ｃｃ／分の流量で火
炎バーナに供給した。ガラス微粒子層１２０をガラス化
して下部クラッド層１２２とした後、コア層用の微粒子
層１３０を堆積する。このとき、原料ガスとしてＳｉＣ
ｌ₄，ＰＯＣｌ₃，ＢＣｌ₃，ＧｅＣｌ₄をそれぞれ１
００ｃｃ／分，６ｃｃ／分，６０ｃｃ／分，１０ｃｃ／
分の流量で行った。ガラス微粒子層１３０をガラス化し
てコア層１２２とした後、コア層１３２を所定のパター
ンにＲＩＥでエッチングした（図１（ａ））。ここまで
は、前述の従来技術で示した図３（ｃ）までと同様であ
る。

【００１２】つぎに、燐及び硼素を含有したガラス微粒
子を生成させ、上部クラッド層用のガラス微粒子層１４
０を堆積した（図１（ｂ））。このとき、原料ガスとし
てＳｉＣｌ₄，ＰＯＣｌ₃，ＢＣｌ₃をそれぞれ１００
ｃｃ／分，１０ｃｃ／分，１００ｃｃ／分火炎バーナに
供給し、３インチのＳｉ基板１１０上に３００μｍにな
るまで堆積させた。

【００１３】その後、上記原料ガスの供給を停止し、Ｈ
₂／Ｏ₂火炎でガラス微粒子層１４０の表面を均等に１
０分間焙った（図１（ｃ））。このとき、Ｈ₂，Ｏ₂の
流量をそれぞれ６リットル／分，１０リットル／分と
し、ガラス微粒子層１２０の表面温度は８００℃であっ
た。

【００１４】そして、ガラス微粒子層１２０が形成され
た基板１１０ごと電気炉に入れ、１２００℃で３時間保
持して厚み３０μｍのガラス膜（上部クラッド層）１４
２を形成した（図１（ｄ））。図２は、このガラス膜１
４２の硼素の濃度分析結果を模式的に示したものであ
る。ガラス膜１４２の硼素濃度は、表面の５ｗｔ％から
徐々に増加し、基板表面から深さ１μｍ以上のところで
は５．６ｗｔ％であった。また、劣化の程度を調べるた
めにサンプルの一つを大気中に８時間放置したところ、
何等変化は見られなかった。

【００１５】ガラス膜１４２と劣化の程度を比較するた
めにつぎのような実験を行った。

【００１６】ガラス膜１４２の場合と同じ条件でガラス
微粒子層１２０を堆積した後、火炎で表面を焙らずに、
電気炉に入れてガラス膜１４２の場合と同じ条件でガラ
ス膜を形成した。このガラス膜１４２の硼素濃度を分析
したところ、均等に５．６ｗｔ％であった（即ち、図１
（ｄ）のガラス膜１４２の内部と同じ）。このサンプル
を大気中に８時間放置したところ、表面に微小な結晶が
発生しているのが見られた。

【００１７】この比較実験から、ガラス微粒子層表面を
火炎で焙ることにより、ガラス膜の表面劣化が抑えられ
ているのが明らかである。そして、表面の硼素濃度は、
５ｗｔ％ならば結晶化がなく、５．６ｗｔ％ならば結晶
化がみられたことから、ガラス膜の硼素濃度が５ｗｔ％
以下ならば、表面の劣化を抑え得る。ガラス膜の表面劣
化が生じるのは、表面の硼素濃度が高いと硼素が大気中
の水分と反応し経時的に表面が変質することによるもの
と考えられる。

【００１８】光導波路は光通信において使用されること
を配慮すれば、従来の方法においてガラス膜の硼素濃度
を上げた場合、使用寿命が短いものになることを意味
し、光通信システムの信頼性に重大な影響を与えること
になる。また、製造工程上の問題が生じることを意味す
る。

【００１９】しかし、本発明では、ガラス微粒子層を火
炎で焙ることにより、ガラス膜内部の硼素濃度を高くし
ても、ガラス膜表面の硼素の濃度が５ｗｔ％以下となる
程度に抑えることができる。そのため、等価的に保護膜
が形成されることになり、上記問題点が抑えられる。す
なわち、ガラス膜の表面劣化を抑えて、低温で光導波路
の製造プロセスを構築できるようになる。

【００２０】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。

【００２１】上述の実施例では、上部クラッド層１４２
の表面の硼素の濃度を抑えるようにしているのは、下部
クラッド層１２２及びコア層１３２と比較すると、上部
クラッド層１４２は、大気に晒される時間が長く、ま
た、ガラス化温度を１２００℃と低くして下部クラッド
層１２２及びコア層１３２の変形をより抑えるために硼
素の濃度を高くすることがその理由である。しかし、製
造工程上下部クラッド層１２２及びコア層１３２が大気
に晒される時間が長くなってしまう場合、これらについ
ても、ガラス微粒子層表面を火炎で焙るようにしても良
い。但し、表面近傍の硼素の濃度変化は、屈折率の変化
が大きくなりすぎない程度にする必要がある。また、下
部クラッド層１２２の屈折率を下げたい場合にガラス微
粒子層１２０の表面を火炎で焙るようにしても良い。

【００２２】また、ガラス膜表面の硼素の濃度が５ｗｔ
％以下となれば良いので、ガラス膜の硼素濃度（即ちガ
ラス微粒子層１４０の堆積条件）に応じてガラス微粒子
層を火炎で焙る条件も様々に変えることができる。

【００２３】また、ガラス膜を形成するのにガラス微粒
子層を火炎で焙る工程がはいれば良いので、同じように
してガラス膜を形成するものであれば、図１以外の光導
波路の作製方法にも応用することができる。

【００２４】

【発明の効果】以上の通り本発明によれば、透明化して
得た透明なガラス膜表面の硼素の濃度を低く、内部を高
くできるため、ガラス膜内部の硼素の濃度を高くして焼
結可能温度を低くし得るとともに、ガラス膜の表面劣化
を抑えることができるので、コアまたはクラッド層界面
の劣化、基板の反りやコアの変形が抑られた光導波路を
作製することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施例の光導波路の作製方法の概略を示す
図。

【図２】ガラス膜１４２の硼素の濃度分析結果を模式的
に示した図。

【図３】従来の光導波路の作製方法の概略を示す図。

【符号の説明】

１２０…ガラス微粒子層、１２２…下部クラッド層、１
３２…コア、１４２…上部クラッド層

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】石英を主成分とするコアとこれを囲むク
ラッド層とを備える光導波路を、火炎堆積法によるガラ
ス微粒子層の堆積と該ガラス微粒子層の透明化とによっ
て形成する光導波路の作製方法において、前記ガラス微粒子層を硼素を含有させて堆積し、この堆積した前記ガラス微粒子層を火炎で焙ることによ
り、その表面の硼素の濃度を低下させた後に、前記ガラ
ス微粒子層の透明化をすることを特徴とする光導波路の
作製方法。
【請求項２】前記ガラス微粒子層を水素及び酸素の混
合ガスの火炎で焙ることにより、前記ガラス微粒子層の
透明化で得たガラス膜表面の硼素の濃度を５ｗｔ％以下
と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。