JPH0886928A - 導波路用ブラッグ反射器の作製方法及び得られた製品 - Google Patents
導波路用ブラッグ反射器の作製方法及び得られた製品Info
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- JPH0886928A JPH0886928A JP7230834A JP23083495A JPH0886928A JP H0886928 A JPH0886928 A JP H0886928A JP 7230834 A JP7230834 A JP 7230834A JP 23083495 A JP23083495 A JP 23083495A JP H0886928 A JPH0886928 A JP H0886928A
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- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
- G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明は、導波路用ブラッグ反射器の作製方
法及び得られた製品を提供する。 【構成】 導波路ブラッグ反射器は、下部クラッド又は
コア中のいずれかに周期的な溝を形成し、溝表面上に、
高屈折率被膜を形成し、垂直表面上に被膜を残したま
ま、水平面から被膜を選択的に除去することにより、作
製される。次に、導波路を完成させる。
法及び得られた製品を提供する。 【構成】 導波路ブラッグ反射器は、下部クラッド又は
コア中のいずれかに周期的な溝を形成し、溝表面上に、
高屈折率被膜を形成し、垂直表面上に被膜を残したま
ま、水平面から被膜を選択的に除去することにより、作
製される。次に、導波路を完成させる。
Description
【０００１】
【本発明の分野】本発明は光デバイスの作製方法、より
具体的には、導波路用ブラッグ反射器の作製方法に係
る。本方法はシリカ導波路のための広帯域ブラッグ反射
器の作製において、特に有用である。
具体的には、導波路用ブラッグ反射器の作製方法に係
る。本方法はシリカ導波路のための広帯域ブラッグ反射
器の作製において、特に有用である。
【０００２】
【本発明の背景】様々な構成のプレーナ光導波路から成
る光デバイスは、光通信システムにおいて、大きな約束
がされている。たとえば、シリカ導波路は各種の受動集
積光回路に構成され、ハイブリッド集積回路を作製する
ために、要素がつけ加えられる。ファイバデバイスに比
べプレーナ導波路の利点は、多くの電子的集積回路が作
られるように、単一の工程で、多くの同一のデバイス及
び回路を作製するために、フォトリソグラフィが使用で
きることである。
る光デバイスは、光通信システムにおいて、大きな約束
がされている。たとえば、シリカ導波路は各種の受動集
積光回路に構成され、ハイブリッド集積回路を作製する
ために、要素がつけ加えられる。ファイバデバイスに比
べプレーナ導波路の利点は、多くの電子的集積回路が作
られるように、単一の工程で、多くの同一のデバイス及
び回路を作製するために、フォトリソグラフィが使用で
きることである。
【０００３】ブラッグ反射器フィルタは、ドロップフィ
ルタ、波長分割マルチプレクサ及びデマルチプレクサを
含む各種の集積光回路で、有用である。典型的なブラッ
グフィルタは、摂動距離の２倍の波長をもつ光を反射す
るため、その長さに沿って、屈折率に周期的な摂動を有
する一定の長さの光導波路を有する。摂動は導波路、そ
のクラッド又は両方に、物理的なノッチを入れる形をと
るか、導波路材料中に光で導入できる。
ルタ、波長分割マルチプレクサ及びデマルチプレクサを
含む各種の集積光回路で、有用である。典型的なブラッ
グフィルタは、摂動距離の２倍の波長をもつ光を反射す
るため、その長さに沿って、屈折率に周期的な摂動を有
する一定の長さの光導波路を有する。摂動は導波路、そ
のクラッド又は両方に、物理的なノッチを入れる形をと
るか、導波路材料中に光で導入できる。
【０００４】ブラッグ反射器フィルタの作製における難
点は、光通信の対象となる波長に対して必要な微細な形
状寸法に原因がある。摂動に必要な形状の寸法（〜０．
２５ミクロン）は、フォトリソグラフィのために、現在
の技術の深ＵＶステッパ又はホログラフィ又はｅ−ビー
ム描画のような進んだ非リソグラフィプロセスを、必要
とする。前者の方式はきわめて高価な装置を必要とし、
後者の方式はフォトリソグラフィに固有の並行プロセス
の利点を、犠牲にする。従って、ブラッグ反射器の作製
のための改善されたプロセスが、必要とされる。
点は、光通信の対象となる波長に対して必要な微細な形
状寸法に原因がある。摂動に必要な形状の寸法（〜０．
２５ミクロン）は、フォトリソグラフィのために、現在
の技術の深ＵＶステッパ又はホログラフィ又はｅ−ビー
ム描画のような進んだ非リソグラフィプロセスを、必要
とする。前者の方式はきわめて高価な装置を必要とし、
後者の方式はフォトリソグラフィに固有の並行プロセス
の利点を、犠牲にする。従って、ブラッグ反射器の作製
のための改善されたプロセスが、必要とされる。
【０００５】
【本発明の要約】導波路ブラッグ反射器は、下部クラッ
ド又はコア中に、周期的な溝を形成し、溝表面上に高屈
折率被膜を形成し、垂直面上には被膜を残したまま、水
平面から選択的に被膜を除去することにより、作製され
る。次に、導波路を完成させる。
ド又はコア中に、周期的な溝を形成し、溝表面上に高屈
折率被膜を形成し、垂直面上には被膜を残したまま、水
平面から選択的に被膜を除去することにより、作製され
る。次に、導波路を完成させる。
【０００６】
【詳細な記述】図面を参照すると、図１は導波路ブラッ
グ反射器を作製する好ましい方法の、概略ブロックダイ
ヤグラムである。図１のブロックＡに示された第１の工
程は、下部クラッド層を含む基板の準備である。対応す
る構造が図２に概略的に示されており、ここで基板２０
はたとえばシリコン又はシリカでよく、下部クラッド２
１は二酸化シリコンが好ましい。酸化物下部クラッドは
シリコンの酸化、フレーム加水分解又は低圧化学気相堆
積（ＬＰＣＶＤ）により形成するのが好ましい。典型的
な下部クラッド厚は、１５−３０μｍの範囲である。
グ反射器を作製する好ましい方法の、概略ブロックダイ
ヤグラムである。図１のブロックＡに示された第１の工
程は、下部クラッド層を含む基板の準備である。対応す
る構造が図２に概略的に示されており、ここで基板２０
はたとえばシリコン又はシリカでよく、下部クラッド２
１は二酸化シリコンが好ましい。酸化物下部クラッドは
シリコンの酸化、フレーム加水分解又は低圧化学気相堆
積（ＬＰＣＶＤ）により形成するのが好ましい。典型的
な下部クラッド厚は、１５−３０μｍの範囲である。
【０００７】図１のブロックＢで示された次の工程は、
導波路コア層を、堆積させることである。コアは屈折率
を増すために、リン又はゲルマニウムをドープしたシリ
カが好ましい。コアの屈折率は下部クラッドの屈折率よ
り、高くすべきである。図３は下部クラッド基板上に追
加されたコア層３０を示す。コア層の好ましい厚さは、
３−９μｍの範囲である。
導波路コア層を、堆積させることである。コアは屈折率
を増すために、リン又はゲルマニウムをドープしたシリ
カが好ましい。コアの屈折率は下部クラッドの屈折率よ
り、高くすべきである。図３は下部クラッド基板上に追
加されたコア層３０を示す。コア層の好ましい厚さは、
３−９μｍの範囲である。
【０００８】図１−ブロックＣはコア中に周期的な溝を
形成することを含む。溝は導波路コア層とコア層に垂直
な垂直面に平行に延びる水平面を有する。溝はフォトリ
ソグラフィで露出され、好ましくは本質的に垂直な面を
作るため、イオン補助プラズマエッチングを用いて、エ
ッチングされる。図４は垂直壁４０及び水平基盤４１を
有するコア層３０中に形成された溝を示す。エッチング
の深さは、０．２５−１．０μｍの範囲が好ましい。周
期的な溝は、所望の最終的なブラッグ反射周期の２倍の
エッチングされた波形周期を有する波形回折格子を、形
成する。波形の周期に対するリッジ幅の比で定義される
デューティサイクルは、１より小さいと、有利である。
形成することを含む。溝は導波路コア層とコア層に垂直
な垂直面に平行に延びる水平面を有する。溝はフォトリ
ソグラフィで露出され、好ましくは本質的に垂直な面を
作るため、イオン補助プラズマエッチングを用いて、エ
ッチングされる。図４は垂直壁４０及び水平基盤４１を
有するコア層３０中に形成された溝を示す。エッチング
の深さは、０．２５−１．０μｍの範囲が好ましい。周
期的な溝は、所望の最終的なブラッグ反射周期の２倍の
エッチングされた波形周期を有する波形回折格子を、形
成する。波形の周期に対するリッジ幅の比で定義される
デューティサイクルは、１より小さいと、有利である。
【０００９】図１中のブロックＤで示された次の工程
は、溝の幅の２５％より小さい厚さを有する高屈折率材
料の適合層で、溝表面を被覆することである。被覆層は
コアより大きな屈折率をもつ必要があり、１．８−２．
５の範囲が好ましい。その厚さは溝幅の５％以下、好ま
しくは１％以下が有利である。好ましい高屈折率材料は
シリコン窒化物Ｓｉ3 Ｎ4 で、それはＬＰＣＶＤにより
薄い適合被膜に形成できる。図５は垂直壁４０及び水平
基盤４１の両方の上に堆積させた高屈折率被膜５０を有
する得られた構造を示す。
は、溝の幅の２５％より小さい厚さを有する高屈折率材
料の適合層で、溝表面を被覆することである。被覆層は
コアより大きな屈折率をもつ必要があり、１．８−２．
５の範囲が好ましい。その厚さは溝幅の５％以下、好ま
しくは１％以下が有利である。好ましい高屈折率材料は
シリコン窒化物Ｓｉ3 Ｎ4 で、それはＬＰＣＶＤにより
薄い適合被膜に形成できる。図５は垂直壁４０及び水平
基盤４１の両方の上に堆積させた高屈折率被膜５０を有
する得られた構造を示す。
【００１０】図１のブロックＥで示された次の工程は、
コア層に平行な水平面から、高屈折率被膜を選択的に除
去し、直角な垂直面上の被膜は残すことである。これは
反応性イオンエッチングにより、行うと有利である。
コア層に平行な水平面から、高屈折率被膜を選択的に除
去し、直角な垂直面上の被膜は残すことである。これは
反応性イオンエッチングにより、行うと有利である。
【００１１】得られた構造が、図６に示されている。こ
の構造はこの段階で、２つのブラッグ反射器を含む。第
１のものは、高屈折率被膜の垂直なシートで形成された
高デューティサイクル、高屈折率ブラッグ反射器で、第
２のものは酸化物及び空気の間に形成された二次の反射
器である。第１の反射器において、垂直シートは溝の周
波数の２倍で生じる。被覆前にリッジは、壁上に堆積さ
せた被膜の厚さに対応させるため、細長いくぼみより、
わずかに狭いと有利である。
の構造はこの段階で、２つのブラッグ反射器を含む。第
１のものは、高屈折率被膜の垂直なシートで形成された
高デューティサイクル、高屈折率ブラッグ反射器で、第
２のものは酸化物及び空気の間に形成された二次の反射
器である。第１の反射器において、垂直シートは溝の周
波数の２倍で生じる。被覆前にリッジは、壁上に堆積さ
せた被膜の厚さに対応させるため、細長いくぼみより、
わずかに狭いと有利である。
【００１２】ブロックＦで示されるように、導波路の横
方向の寸法は、この段階では、フォトリソグラフィ及び
反応性イオンエッチングにより規定するのが、便利であ
る。得られた導波路は、光の伝搬に対し横方向の両方の
寸法が、このように規定され、最上部又は底部クラッド
界面上に、ブラッグ反射器を有する。
方向の寸法は、この段階では、フォトリソグラフィ及び
反応性イオンエッチングにより規定するのが、便利であ
る。得られた導波路は、光の伝搬に対し横方向の両方の
寸法が、このように規定され、最上部又は底部クラッド
界面上に、ブラッグ反射器を有する。
【００１３】図１のブロックＧは溝を満し、構造を不活
性化するため、上部クラッドを形成する最終工程を示
す。クラッドはＬＰＣＶＤにより堆積させたホウ素及び
リンドープ二酸化シリコンが好ましい。外部クラッド７
０が堆積されていることが、図７に示されている。
性化するため、上部クラッドを形成する最終工程を示
す。クラッドはＬＰＣＶＤにより堆積させたホウ素及び
リンドープ二酸化シリコンが好ましい。外部クラッド７
０が堆積されていることが、図７に示されている。
【００１４】このプロセスの１つの利点は、１．５μｍ
波長の光に対するガラス中のブラッグ反射器が、０．５
ミクロン分解能フォトリソグラフィ及び充填により、作
製可能なことである。０．５ミクロンパターンは、現在
の０．２５ミクロンパターン技術に必要な経費を伴わ
ず、従来の技術を用いて制御できる。
波長の光に対するガラス中のブラッグ反射器が、０．５
ミクロン分解能フォトリソグラフィ及び充填により、作
製可能なことである。０．５ミクロンパターンは、現在
の０．２５ミクロンパターン技術に必要な経費を伴わ
ず、従来の技術を用いて制御できる。
【００１５】もう１つの利点は、垂直シートが同じ強度
及び波長依存性でＴＥ及びＴＭ偏光を反射することで、
それによってシートのブラッグ反射器は、シート材料の
高屈折率にもかかわらず、ほとんど偏光に依存しない。
及び波長依存性でＴＥ及びＴＭ偏光を反射することで、
それによってシートのブラッグ反射器は、シート材料の
高屈折率にもかかわらず、ほとんど偏光に依存しない。
【００１６】あるいは、溝はコアより、下部クラッド層
中にエッチングし、被覆することができる。図８は別の
プロセスのブロックダイヤグラムで、この場合第１の工
程（ブロックＡ）は形成すべき導波路の縦方向に延びる
下部クラッド層を含む基板を、準備することである。ブ
ロックＢ中の第２の工程は、コア層ではなく、下部クラ
ッド層中に周期的な溝をエッチングすることである。次
の工程は垂直面上の被膜を残したまま（ブロックＤ）、
水平面から被膜をエッチング除去するため、高屈折率被
膜で溝表面を被覆すること（ブロックＣ）である。次
に、溝はクラッド材料で充填する（ブロックＥ）。次
に、導波路コア層を充填された溝上に堆積させることが
でき、横方向寸法が規定できる（ブロックＦ）。導波路
デバイスは、従来の方式で完成させられる。
中にエッチングし、被覆することができる。図８は別の
プロセスのブロックダイヤグラムで、この場合第１の工
程（ブロックＡ）は形成すべき導波路の縦方向に延びる
下部クラッド層を含む基板を、準備することである。ブ
ロックＢ中の第２の工程は、コア層ではなく、下部クラ
ッド層中に周期的な溝をエッチングすることである。次
の工程は垂直面上の被膜を残したまま（ブロックＤ）、
水平面から被膜をエッチング除去するため、高屈折率被
膜で溝表面を被覆すること（ブロックＣ）である。次
に、溝はクラッド材料で充填する（ブロックＥ）。次
に、導波路コア層を充填された溝上に堆積させることが
でき、横方向寸法が規定できる（ブロックＦ）。導波路
デバイスは、従来の方式で完成させられる。
【００１７】具体例として、上部クラッドを形成した二
次のブラッグ反射器は、露出させ、下部クラッド・アン
ドープ酸化物層中に、１ミクロンの深さまで、エッチン
グした。次に、溝表面は２３０ のＳｉ3 Ｎ4 で被覆
し、次にＳｉ3 Ｎ4 被覆側壁を残し、反応性イオンエッ
チングにより、垂直にエッチングした。次に、回折格子
はホウ素及びリンドープシリコン酸化物（Ｂ：Ｐ：ＴＥ
ＯＳ）で充填した。次に、３ミクロン・リンドープコア
層を堆積させ、導波路形態を、第２のフォトリソグラフ
ィ工程で規定し、２．７×５ミクロンコアを残した。構
造全体を、８ミクロンのＢ：Ｐ：ＴＥＯＳ上部クラッド
で完成させた。１．５５ミクロン波長の照射下で、デバ
イスはＴＥ及びＴＭ偏光の両方を、同一モードで反射し
た。
次のブラッグ反射器は、露出させ、下部クラッド・アン
ドープ酸化物層中に、１ミクロンの深さまで、エッチン
グした。次に、溝表面は２３０ のＳｉ3 Ｎ4 で被覆
し、次にＳｉ3 Ｎ4 被覆側壁を残し、反応性イオンエッ
チングにより、垂直にエッチングした。次に、回折格子
はホウ素及びリンドープシリコン酸化物（Ｂ：Ｐ：ＴＥ
ＯＳ）で充填した。次に、３ミクロン・リンドープコア
層を堆積させ、導波路形態を、第２のフォトリソグラフ
ィ工程で規定し、２．７×５ミクロンコアを残した。構
造全体を、８ミクロンのＢ：Ｐ：ＴＥＯＳ上部クラッド
で完成させた。１．５５ミクロン波長の照射下で、デバ
イスはＴＥ及びＴＭ偏光の両方を、同一モードで反射し
た。
【００１８】図９は中央で切断し、ファイバに接したデ
バイスについて行ったスペクトル反射測定を示す。測定
された外部反射率は、ファイバの基本モードとデバイス
との間の結合損のため、５０％だけである。しかし、反
射通過帯域は最高部でほぼ平坦で、これはブラッグ反射
器の１００％内部反射率に対応する。反射器の３ｄＢ幅
は、９０オングストロームである。
バイスについて行ったスペクトル反射測定を示す。測定
された外部反射率は、ファイバの基本モードとデバイス
との間の結合損のため、５０％だけである。しかし、反
射通過帯域は最高部でほぼ平坦で、これはブラッグ反射
器の１００％内部反射率に対応する。反射器の３ｄＢ幅
は、９０オングストロームである。
【００１９】ここで述べたプロセスの方法により、多く
の受動光用途で有用となる可能性をもつ均一で、偏光に
依存せず、適度な広帯域反射フィルタが生じる。これら
のデバイスのプロセスには、０．５ミクロンフォトリソ
グラフィ分解能のみが、必要である。
の受動光用途で有用となる可能性をもつ均一で、偏光に
依存せず、適度な広帯域反射フィルタが生じる。これら
のデバイスのプロセスには、０．５ミクロンフォトリソ
グラフィ分解能のみが、必要である。
【図１】導波部ブラッグ反射器を作製する好ましい方法
の工程をブロックダイヤグラムで示す図である。
の工程をブロックダイヤグラムで示す図である。
【図２】作製の各種段階における導波路ブラッグ反射器
を概略的に示す図である。
を概略的に示す図である。
【図３】作製の各種段階における導波路ブラッグ反射器
を概略的に示す図である。
を概略的に示す図である。
【図４】作製の各種段階における導波路ブラッグ反射器
を概略的に示す図である。
を概略的に示す図である。
【図５】作製の各種段階における導波路ブラッグ反射器
を概略的に示す図である。
を概略的に示す図である。
【図６】作製の各種段階における導波路ブラッグ反射器
を概略的に示す図である。
を概略的に示す図である。
【図７】作製の各種段階における導波路ブラッグ反射器
を概略的に示す図である。
を概略的に示す図である。
【図８】コア中でなく、下部クラッド中に溝が作られる
図１のプロセスの別の形を示す図である。
図１のプロセスの別の形を示す図である。
【図９】図８のプロセスに従って作られる反射器の伝達
特性を、グラフで示す図である。
特性を、グラフで示す図である。
２０ 基板 ２１ 下部クラッド ３０ コア層 ４０ 垂直壁 ４１ 水平基盤 ５０ 高屈折率被膜 ７０ 外部クラッド
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 チャールズ ハワード ヘンリー アメリカ合衆国 08558 ニュージャーシ ィ，スキルマン，ドッグウッド レーン 52 (72)発明者 エドワード ジョン ラスコウスキー アメリカ合衆国 07076 ニュージャーシ ィ，スコッチ プレインズ，エヴァーグリ ーン アヴェニュー 2289 (72)発明者 ミッシェル アン ミルブロート アメリカ合衆国 18062 ペンシルヴァニ ア，マッカンジー，マグノリア サークル 2985 (72)発明者 ヘンリー ハワード ヤッフェ アメリカ合衆国 30338 ジョージア，ダ ンウッディ，マーティナ ドライヴ 1355
Claims (11)
- 【請求項１】 上部クラッド層を含む基板を準備する工
程・縦方向に延びる導波路コア層を形成する工程、コア
中に平行及び垂直な表面をもつ周期的な溝をエッチング
する工程及び外部クラッド層を形成する工程を含む光導
波路ブラッグ反射器の作製方法において、 前記垂直表面は溝幅の２５％以下の厚さと、コア材料よ
り高い屈折率を有する材料の層で、選択的に被覆される
ことを特徴とする改善された方法。 - 【請求項２】 前記垂直表面は、溝表面を被覆し、平行
な表面から選択的に被膜を除去することにより、選択的
に被覆される請求項１記載の改善された方法。 - 【請求項３】 前記溝表面は低圧化学気相堆積により、
被覆される請求項２記載の改善された方法。 - 【請求項４】 材料の前記層は、溝幅の５％以下の厚さ
を有する請求項１記載の改善された方法。 - 【請求項５】 前記被覆層の前記材料は、１．８ないし
２．５の範囲の屈折率を有する請求項１記載の改善され
た方法。 - 【請求項６】 前記被覆層はシリコン窒化物である請求
項１記載の改善された方法。 - 【請求項７】 請求項１、２、３、４、５又は６のプロ
セスにより作られた光導波路ブラッグ反射器。 - 【請求項８】 縦方向に延びた下部クラッド層を含む基
板を準備する工程、下部クラッド中に、縦方向及び横方
向表面を有する周期的溝をエッチングする工程、導波路
コアを形成する工程及び外部クラッド層を形成する工程
を含む光導波路ブラッグ反射器の作製方法において、 前記横方向表面は溝幅の半分以下の厚さと、コア材料よ
り大きな屈折率を有する材料の層で、選択的に被覆され
ることを特徴とする改善された方法。 - 【請求項９】 前記導波路コアを形成する前に、被覆さ
れた溝を追加されたクラッドで充填する工程を含む請求
項８記載の改善された方法。 - 【請求項１０】 材料の前記層は、溝幅の５％以下の厚
さと、１．８ないし２．５の範囲の屈折率を有する請求
項９記載の改善された方法。 - 【請求項１１】 請求項８、９、又は１０のプロセスに
より作られた光導波路ブラッグ反射器。
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