JPH08271747A - 基板型光導波路の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 基板型光導波路を、反りや内部応力が発生し
ないようにしながら、短時間で、低コスト、簡易に製造
する。 【構成】 まず、二酸化珪素の基板１１の表面にコア領
域に対応した溝部１４を形成した後、この基板１１の溝
部１４が形成された側の表面に基板１４よりも高屈折率
のゾルゲルガラス層１５を塗布し、低温で焼結し、この
溝部１４以外の低温焼成ガラス層１６を除去する工程を
繰り返して、上記溝部１４が埋まる程度の厚さに溝部１
４内にのみ低温焼成ガラス層１６を形成し、その後、上
記溝部１４付近にレーザービーム１７を照射して溝部１
４内の低温焼成ガラス層１６を加熱・焼結し、つぎに、
この基板１１の表面を平滑化処理した後、平滑化された
該表面にオーバークラッド層１８を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、光通信などに利用さ
れる基板型光導波路の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来における基板型光導波路の製造方法
を大別すると、つぎの３つに分けられる。一つ目は、堆
積法を用いた方法であり、堆積法としてはＦＨＤ（Flam
e Hydrolysis Deposition;火炎堆積法）や、プラズマＣ
ＶＤ（化学気相堆積法）や、減圧ＣＶＤ、あるいはＥＢ
（電子ビーム）蒸着法などが採用される。これらの堆積
法により基板の上にまず、アンダークラッド層を堆積さ
せ、つぎにコア層を堆積させ、さらにコア層の必要な部
分のみを残して残部を除去し、つぎにオーバークラッド
層を堆積させることにより、基板型光導波路を製造す
る。

【０００３】二つ目は、イオン交換法によるものであ
り、まずポリシリケート系ガラス基板上に導波路パター
ンの金属マスクを形成する。つぎに、このガラス基板を
ドーパントを含む溶融塩中に浸漬し、イオン交換現象を
利用し導波路パターン上においてドーパントをガラス基
板中に拡散させ、コア部の表面を形成する。その後、ガ
ラス内のイオン（ドーパントではない）と同種のイオン
のみを含む溶融塩中にガラス基板を浸漬し、電界を付加
して表面のコア層（ドーパント）をガラス内部に泳動さ
せることによりコア部の内部を形成する。

【０００４】三つ目はゾルゲル法であり、ゾルゲルガラ
スを塗布して膜を作り、これを高温で焼結させるという
簡易なガラス製造法によるものである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
堆積法、イオン交換法では、ともに堆積プロセス、焼結
プロセス、拡散プロセス等を必要とし、数時間から１日
以上の製造時間を要するという問題があるし、ゾルゲル
法では一度の成膜で１μｍ以上の膜を均一に形成するこ
とが難しく、厚い膜を作製するとその後の焼結プロセス
で割れてしまう事故が発生することから、そもそも現状
では光導波路用ガラスの成膜には使用されていない。

【０００６】さらに、堆積法では、焼成温度が高温であ
るため基板として使える材質が限定されること、基板と
は線膨張係数の異なる堆積層を形成すると基板に反りが
生じ内部応力を持つようになること、また、一般に堆積
装置は高価である上に良質な膜の作成には十分なメンテ
ナンスを必要とすること、等々の問題もある。

【０００７】イオン交換法では、拡散を用いるためにス
テップ型のコアを形成することは本来的に不可能であ
り、屈折率分布について不明な点が多く、理論解析に向
かず、製造方法としての再現性に難点がある。

【０００８】この発明は、上記に鑑み、反りや内部応力
の発生の問題がなく、製造工程の時間を短縮することが
可能で、しかも製造コストの削減をも達成できる、基板
型光導波路の製造方法を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、この発明による基板型光導波路の製造方法において
は、二酸化珪素の基板の表面にコア領域に対応した溝部
を形成する工程と、この基板の溝部が形成された側の表
面に該基板よりも高屈折率のゾルゲルガラス層を塗布す
る工程と、該ゾルゲルガラス層を低温で焼結する工程
と、上記の溝部以外の低温焼成ガラス層を除去する工程
と、溝部付近にレーザー光を照射して溝部内の低温焼成
ガラス層を加熱・焼結する工程と、該基板表面を平滑化
処理する工程と、平滑化された該表面にオーバークラッ
ド層を形成する工程とを有することが特徴となってい
る。

【００１０】また、上記の方法において平滑化された該
表面にオーバークラッド層を形成する工程は、平滑化さ
れた該表面に、オーバークラッド層となる、上記基板と
同材質の基板を張り付ける工程により構成することがで
きる。

【００１１】

【作用】コア部は基本的にはゾルゲル法により形成して
いるが、基板の溝部にゾルゲル状のガラスを塗布してこ
れを低温焼成することにより焼成ガラス層でこの溝部を
埋め、さらにレーザー光の照射によって局所的に高温に
加熱し焼結してコア部を形成しているので、少ない工程
で厚いガラス層が得られ、時間を短縮できるとともに、
局所加熱により基板全体を高温にすることがないことか
ら基板の材質の選択の自由度が高まる。このようにゾル
ゲル法の欠点が改善されているので、コア部の材質・組
成の制御性が良好であるというゾルゲル法の利点を十分
にいかすことができるようになる。

【００１２】１回の塗布、低温焼成では溝部が埋まるほ
どの厚さにガラス層を成膜できないときは、塗布・低温
焼成の工程を数回程度繰り返せばよく、従来のゾルゲル
法のように多数回塗布する必要はないため、時間がかか
ることはない。

【００１３】また、オーバークラッド層の形成は、基板
と同材質の基板を張り付けることにより行なえば、反り
や内部応力の発生はまったくなくなる。

【００１４】

【実施例】以下、この発明の好ましい一実施例について
図面を参照しながら詳細に説明する。まず、図１に示す
ように二酸化珪素の基板１１の１表面上に、エッチング
用のマスク１２を形成する。このマスク１２は、ホトリ
ソグラフィー技術により、コア領域に対応したエッチン
グ窓１３を有するようなパターンに形成される。そし
て、ドライエッチングによって基板１１の表面に、図２
に示すように、コア領域に対応した溝部１４を形成す
る。この溝部１４は、たとえば深さ１０μｍ程度とす
る。

【００１５】つぎに、この溝部１４が形成された側の表
面に、この基板１１よりも高屈折率のゾルゲル状のガラ
スを塗布し、図３で示すようにゾルゲルガラス層１５を
つくる。この場合、スピン法（基板１１を回転させなが
ら塗布する方法）や、ディップ法（基板１１をゾルゲル
ガラスの槽中に浸した後直ちに引き上げる方法）や、ス
プレー法（スプレーにより噴霧する方法）などを採用で
きる。また、ゾルゲルガラスとしては、たとえばテトラ
メトキシシラン、テトラエトキシシラン、テトラプロピ
ルシランあるいはテトラブチルシランなどの金属アルコ
キシドに水と収縮緩和剤と触媒と増粘剤とを加えたもの
などを用いることができる。

【００１６】そして、つぎに低温（たとえば６００℃〜
８００℃程度）でこのゾルゲルガラス層１５を焼結した
後、低温焼成ガラス層のうち溝部１４以外の部分を、ド
ライエッチングによって除去し、図４のように、溝部１
４内にのみ低温焼成ガラス層１６が形成されるようにす
る。

【００１７】このゾルゲルガラスの塗布工程と、低温焼
結工程と、除去工程とを何度か（たとえば２回あるいは
３回）繰り返して、図５に示すように、溝部１４が埋め
こまれて表面がフラットになる程度の厚さになるよう
に、溝部１４内の低温焼成ガラス層１６を形成する。つ
まり、溝部１４の深さに対応して１０μｍ程度の厚さに
低温焼成ガラス層１６を形成することになるが、溝部１
４の内部に形成しているため、均一な厚さの低温焼成ガ
ラス層１６の形成は容易であり、せいぜい２、３回の塗
布で十分である。フラットな平面に塗布する場合であれ
ばその厚さの均一度を出すために１回の塗布で１μｍ程
度の厚さしか形成できないのであるが、溝部１４を有す
る基板１１の表面の全体に塗布すると溝部１４では他の
表面部分に比して均一厚さのゾルゲルガラス層１５を厚
く形成できるからである。そのため、この工程の時間を
短縮することができる。

【００１８】その後、図６に示すように、レーザービー
ム１７をこの溝部１４を中心にしてこの溝部１４の付近
にのみ照射する。レーザービーム１７の照射には、たと
えばＹＡＧレーザー発生器や二酸化炭素レーザー発生器
などを用いることができる。照射レーザービーム１７を
溝部１４に沿って走査させて溝部１４内の低温焼成ガラ
ス層１６を加熱し、これを焼結する。このようにレーザ
ービーム１７により加熱・焼結しているため、まず、局
所的に加熱することができて、エネルギー効率が向上す
る。また、基板１１の不要な部分まで加熱されてしまう
ことがないので、基板１１の材質の選択の自由度が増加
する。ちなみに、通常のゾルゲル法では、加熱炉中に基
板を入れて焼結することになるが、その場合、たとえば
２０００Ｗで１０時間のエネルギーが必要であるが、レ
ーザービーム１７の照射によると６００Ｗで１時間程度
でよいし、また加熱炉中に基板を入れる場合には、基板
自体も約１３００℃という高温にさらされるため、その
ような高温でも化学的、機械的に安定な材質の基板を選
ぶ必要があるが、このような材質の上での制約がなくな
る。

【００１９】また、レーザービーム１７の波長と、ゾル
ゲルガラス層１５の組成により決まる吸収波長との関係
から、熱処理条件を自由に制御できる点も利点である。
さらに、レーザービーム１７の照射によって低温焼成ガ
ラス層１６が焼結してガラス化するとレーザー光は吸収
されなくなって透過するようになる。そこで、レーザー
ビーム１７の反射光量または透過光量を検出する構成と
し、それをフィードバックすることにより最短の焼結時
間が得られ、この低温焼成ガラス層１６の焼結工程にか
かる時間を削減できる。

【００２０】こうして溝部１４内のゾルゲルガラス層１
５の焼結が終了したら、基板１１の表面に平滑化処理を
施す。具体的には、たとえば等方性エッチングなどの化
学的方法、あるいは研磨などの機械的方法により表面を
平滑化処理する。この平滑化処理が終わって図７のよう
に表面が平滑になった基板１１に対して、図８のように
オーバークラッド層１８を形成する。

【００２１】このオーバークラッド層１８の形成工程
は、張り付け法や、ＣＶＤ、スパッタ、ＦＨＤなどの堆
積法やゾルゲル法など、種々の方法が考えられるが、こ
の実施例では基板１１と同じ材質の二酸化珪素のフラッ
トな基板を、真空中でぴったり重ね合わせた上で、その
まま加熱炉に入れて約１２００℃の高温に約１５時間置
いて両者を接合した。このように基板１１と同じ材質の
もう１枚の基板を張り付ければ、線膨張係数の差異を原
因とする反りなどと無縁となり、内部応力の発生も防げ
る。ちなみに本発明者の実験例では、ＦＨＤによる堆積
法で製造した場合、１００μｍ／３０ｍｍ（チップ長）
の反りが生じ、しかも１平方ｍｍあたり２５．３Ｋｇの
内部応力が生じていたものが、この張り付け法によると
反りはまったくなくなり、内部応力も０になった。反り
がなくなることから、チップの外形精度を従来の１０μ
ｍ程度から、その半分の５μｍ程度に改善することも容
易である。

【００２２】

【発明の効果】以上実施例について説明したように、こ
の発明の基板型光導波路の製造方法によれば、コア部は
基本的にはゾルゲル法により形成しているので、ゾルゲ
ル法の利点である材質・組成の制御性が良好であること
をコア部形成に関して十分に生かすことができるととも
に、ゾルゲル法の欠点は改善することができる。すなわ
ち、基板の溝部にゾルゲル状のガラスを塗布してこれを
低温焼成することにより焼成ガラス層でこの溝部を埋
め、さらにレーザー光の照射によって局所的に高温に加
熱し焼結してコア部を形成しているので、少ない工程で
厚いガラス層が得られ、時間を短縮できるとともに、局
所加熱により基板全体を高温にすることがないことから
基板の材質の選択の自由度を高めることができる。ま
た、反りや内部応力の低減も可能である。さらに製造工
程時間の短縮とともにレーザー光を用いた効率的な熱処
理により製造コストを削減することができる。さらに高
価なＶＡＤ装置やＣＶＤ装置を必要とせず、安価なレー
ザー発生器を用いることができるので、設備投資を軽減
し、安価な製造装置での製造が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例の最初の工程を示す模式的な
斜視図。

【図２】つぎの工程を示す模式的な斜視図。

【図３】さらにつぎの工程を示す模式的な斜視図。

【図４】その後の工程を示す模式的な斜視図。

【図５】つぎの工程を示す模式的な斜視図。

【図６】さらにその後の工程を示す模式的な斜視図。

【図７】さらにそのつぎの工程を示す模式的な斜視図。

【図８】その後の工程を示す模式的な斜視図。

【符号の説明】

１１ 二酸化珪素基板 １２ マスク １３ エッチング窓 １４ 溝部 １５ ゾルゲルガラス層 １６ 低温焼成ガラス層 １７ レーザービーム １８ オーバークラッド層

フロントページの続き (72)発明者 家中 拓也 千葉県佐倉市六崎1440番地株式会社フジク ラ佐倉工場内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 二酸化珪素の基板の表面にコア領域に対
   応した溝部を形成する工程と、この基板の溝部が形成さ
   れた側の表面に該基板よりも高屈折率のゾルゲルガラス
   層を塗布する工程と、該ゾルゲルガラス層を低温で焼結
   する工程と、上記の溝部以外の低温焼成ガラス層を除去
   する工程と、溝部付近にレーザー光を照射して溝部内の
   低温焼成ガラス層を加熱・焼結する工程と、該基板表面
   を平滑化処理する工程と、平滑化された該表面にオーバ
   ークラッド層を形成する工程とを有することを特徴とす
   る基板型光導波路の製造方法。
2. 【請求項２】 平滑化された該表面にオーバークラッド
   層を形成する工程は、平滑化された該表面に、オーバー
   クラッド層となる、上記基板と同材質の基板を張り付け
   る工程により構成することを特徴とする請求項１記載の
   基板型光導波路の製造方法。