JPH10197737A - 光導波回路の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 低損失で高消光比であるアレー導波路型回折
格子の製造方法を提供することにある。 【解決手段】 コア５と前記コア５を包囲する下部クラ
ッド２および上部クラッド６からなる光導波回路の製造
方法において、平面基板１上に下部クラッド２を形成
し、前記下部クラッドに矩形断面の溝３をフォト工程と
エッチング工程により形成し、前記溝３を含む前記下部
クラッド２上にコア層４を形成し、ついで前記コア層４
の表面を平坦化し、さらに前記コア層４をエッチングに
より除去して構３内のみにコア層４を残して矩形断面の
コア５となし、その後前記コア５を埋め込む上部クラッ
ド６を形成することを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光通信、光信号処
理、光計測の分野における光導波回路の製造方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】光導波回路は干渉効果を利用することに
より多機能な光部品を実現できることから、光通信の分
野で期待される光部品である。特に、石英系光導波路は
石英系光ファイバと低損失で接続可能なことから、実用
的な導波路型光部品を実現できる手段として注目されて
いる。

【０００３】石英系光導波路は数μｍから数十μｍ厚の
石英系ガラス膜を形成する技術と、形成されたコアガラ
ス膜をフォトリソグラフを利用して数μｍ幅のパターン
形状に加工する技術を組み合わせて作製され、様々な光
回路が実現されている。

【０００４】これら光回路の中で、光合分波機能を有す
るアレー導波路型回折格子は、回路設計による特性自由
度に優れ、低挿入損失である特徴を有することから光通
信システムを構成する光部品として期待されている。図
３及び図４に基本となる二種類の光導波回路の製造工程
を示す。図３は凸型プロセスと称する作製手順であり、
図４は凹型プロセスと称する作製手順である。

【０００５】図４の凸型プロセスにおいては、先ず、基
板１上に下部クラッド層２を形成し、次いで、その上に
コア膜４を形成し、引き続き、導波路パターンになるよ
う凸型に加工してコア５を得る。更に、上部クラッドガ
ラスとなるガラス膜６を形成し、埋め込み型の光導波路
を作製する。

【０００６】一方、第５図の凹型プロセスでは、先ず、
基板１上に下部クラッド層２を形成し、次いで、下部ク
ラッド層２を凹型に加工し、引き続き、コア膜４を形成
する。更に、下部クラッド層２上面までのコア膜４を除
去してコア部５を形成し、その後、上部クラッド層とな
るガラス膜６を形成することで埋め込み型の光導波路を
作製する。

【０００７】凹型プロセスは光回路パターンを溝状にエ
ッチングして形成することから凸型プロセスと異なりパ
ターンやせがない。さらに、上部クラッドを形成する場
合、コアは下部クラッド内に埋まっていることから、上
部クラッドからコアヘの応力は凸型プロセスに比べ小さ
く、コア変形が小さいという利点がある。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】従来、アレー導波路回
折格子を作製する場合、凸型プロセスを用いていた。こ
れは、アレー導波路回折格子が一辺がｍｍ領域であるス
ラブ導波路を有することから、凹型プロセスを用いる
と、コア層形成の段階においてスラブ導波路部のコア層
膜厚がスラブ領域以外のコア層膜厚より薄くなるため、
コア層をエッチングした後スラブ導波路部が消失するた
めである。

【０００９】しかしながら、凸型プロセスで作製する光
導波路は、本質的に、マスク上でのコア幅より実際のコ
アの導波路幅が小さくなるパターンやせ現象を伴うとい
う問題点があった。特に、アレー導波路型回折格子を凸
型プロセスで作製した場合、スラブ導波路部とアレー導
波路部または入出力導波路の境界部においてアレー導波
路間または入出力導波路間のギャップが導波路部のパタ
ーンやせにより拡大する結果、アレー導波路型回折格子
の挿入損失の増大を招いている。

【００１０】これは、凸型プロセスで作製されるアレー
導波路型回折格子では、スラブ導波路からアレー導波路
に結合する信号光の一部がアレー導波路間または入出力
導波路間に形成されたギャップにおいて放射モードとし
てクラッドに漏洩するためである。また、凸型プロセス
では、上述のようにコアが変形し易いという傾向にある
ため、アレー導波路部の光路長に作製誤差が生じる結
果、分波特性が劣化し、消光比が低下するという問題も
あった。

【００１１】一方、凹型プロセスのコア部となる溝加工
において、パターンやせがないことから、アレー導波路
終端部での導波路を隙間なく作製できる。また、凹型プ
ロセスでは、コア変形が小さいことから、アレー導波路
部の光路長を高精度に設定できる。しかし、凹型プロセ
スでは、コア層を作製後、光導波路を形成するため不要
なコア層をエッチングにより除去する工程が必要なこと
から、コア層は平坦化されている必要がある。従来の凹
型プロセスにおいては、幅の広い導波路を作成する場
合、コア膜は凹部に流れ込み基板表面に窪みが発生する
ため、コア層の表面に凹凸が生じる問題があった。

【００１２】つまり、導波路幅が１ｍｍ以上の光導波路
やスラブ導波路に凹型プロセスを適用することは不可能
であった。本発明は、これらの問題点を鑑みてなされた
ものであり、その目的は、低損失で高消光比であるアレ
ー導波路型回折格子の製造方法を提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明の光導波回路の製造方法は、平面基板上に形
成された光を伝搬するコア部と前記コア部より屈折率の
低いクラッド部により構成される光導波路において、下
部クラッド層に矩形の溝をフォト工程とエッチングによ
り形成し、コア層を形成した後、研磨またはフォト工程
とエッチングを用いることによりコア層を平坦化し、コ
ア層の不要部をエッチングにより除去し、上部クラッド
層により埋め込むことを特徴とする。

【００１４】〔作用〕本発明によれば、本質的にパター
ンやせのない凹型プロセスを用いることから、アレー導
波路型回折格子のスラブ導波路部とアレー導波路部およ
び入出力導波路の境界領域における導波路間隔を低減で
きる。従って、従来の凸型プロセスで作製する場合に比
べ低挿入損失を実現できる。

【００１５】また、凹型プロセスはコアの変形が少ない
ことから、アレー導波路部の光路長差を小さな作製誤差
で作製でき、消光比を改善できる。以上より、本発明は
平担化技術と凹型プロセスを組み合わせることにより低
損失かつ高消光比であるアレー導波路型回折格子を実現
できるという効果を有している。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明について、図面に示
す実施例を参照して詳細に説明する。 〔実施例１〕本発明の第１の実施例に係る光導波回路製
造工程を図１に示す。

【００１７】先ず、図１（ａ）に示すように、シリコン
基板１上に、火炎堆積法により約３０μｍ厚の下部クラ
ッドガラス層２を作製する。次に、図１（ｂ）に示すよ
うに、コア部を形成するための深さ７μｍである溝３を
フォト工程及び反応性イオンエッチングにより形成す
る。

【００１８】引き続き、図１（ｃ）に示すように、火炎
堆積法によりコアガラススートを堆積し、電気炉中にて
１３００℃で２時間保持してコア層４を形成する。ここ
で、コア層４は膜厚２０μｍとした。その後、図１
（ｄ）に示すように、化学的機械研磨（Chemical Mecha
nical Polishing ：ＣＭＰ）によりコア層表面を平坦化
する。

【００１９】更に、図１（ｅ）に示すように、反応性イ
オンエッチングを用いてコア層４を除去する。最後に、
図１（ｆ）に示すように、火炎堆積法を用いて下部クラ
ッド層２と等しい屈折率を有する上部クラッド層６を火
炎堆積法により約３０μｍの厚さに形成する。

【００２０】本実施例では、コア領域の大きさの不均一
により発生する基板表面の凹凸を平坦化処理しているこ
とから、コア領域の大きさを制限することなく光導波回
路を形成することができる。しかも、光回路パターンは
下部クラッドに溝を形成することで決定されるため、本
質的にコア幅が減少するパターンやせがない。つまり、
任意の光回路パターンをパターンやせすることなく作製
することができる。

【００２１】また、凹型プロセスと平担化技術の組み合
わせで上記効果を得ることができ、製造工程の複雑度を
最小限にとどめている。本実施例ではコアガラス膜を平
坦化する方法として化学的機械研磨を用いた。これは、
化学的機械研磨が絶縁膜平坦化の手段としてＬＳＩで広
く用いられているためである。化学的機械研磨以外のコ
ア層平坦化技術として、フォト工程とエッチング工程の
組み合わせも有効である。

【００２２】この場合、コア層を形成後、基板表面の窪
みの部分をフォトレジストによりマスキングし、基板表
面の凸部をエッチングする方法が好適である。また、本
実施例ではガラス膜作製に火炎堆積法を用いたが、これ
は、この方法が比較的厚く高品質なガラス膜形成に適し
ているからである。場合によっては、別のガラス膜合成
方法、例えば、ＣＶＤ法やスパッタ法を一部または全部
に用いることもできる。さらに、本発明は、石英系光導
波路以外のガラス導波路、さらには、高分子光導波路に
適用することも可能である。

【００２３】〔実施例２〕本発明の第２の実施例に係る
スラブ導波路を有するアレー導波路型回折格子の概略図
を図２に示す。図２において、７は入力導波路、８は入
力側スラブ導波路、９はアレー導波路、１０は出力側ス
ラブ導波路、１１は出力導波路である。実施例１で示し
た製造方法により、コアとクラッド間の屈折率差０．７
５％、チャンネル導波路部コア寸法６μｍ×６μｍ、ス
ラブ導波路部パターン寸法約１０ｍｍ／辺であった。

【００２４】光合分波器の設計に当たっては、光通信で
用いられる波長１．５５μｍ帯において、１６チャンネ
ルに対し波長間隔０．４ｎｍ（光周波数間隔５０ＧＨ
ｚ）が得られるよう、アレー導波路９を構成するチャン
ネル導波路間の光路長差を１２６．４μｍとした。本実
施例に係るアレー導波路型回折格子は、次のように、光
合分波器として動作する。

【００２５】先ず、入力導波路７に送信側の単一モード
光ファイバを接続し周波数多重信号光λ_-j，…，λ₀，
…，λ_jを入射する。入力側スラブ導波路８において回
折効果により広がった信号光は、アレー導波路回折格子
９を構成する複数のチャンネル導波路に伝搬し、出力側
スラブ導波路１０に達し、さらに出力導波路１１に集光
される。

【００２６】この場合、アレー導波路路格子９を構成す
る個々のチャンネル導波路の長さを変えて光路長差を設
けることにより、チャンネル導波路伝搬後の信号光の位
相にずれが生じ、この位相ずれ量に応じて出力側スラブ
導波路１０における集束光の波面が傾く。この傾き角度
により集光する位置が決定される。位相ずれ量が信号光
周波数に依存し、周波数多重光は周波数別に集光位置が
決まることになり、その集光位置に出力導波路１１を配
置することによって光周波数別に信号光を取り出すこと
ができる。

【００２７】この光合分波回路の波長１．５５μｍにお
ける透過スペクトルを測定したところ、ピーク波長の挿
入損失１．０ｄＢ、チャンネル間クロストーク３０ｄＢ
の良好な合分波特性を得た。一方、従来の凸型プロセス
で作製されるアレー導波路型回折格子のピーク波長の挿
入損失は３．１ｄＢ、チャンネル間クロストークは２５
ｄＢである。

【００２８】挿入損失を大幅に改善できたのは、スラブ
導波路終端におけるスラブ・アレー導波路間およびスラ
ブ・入出力導波路間の光結合が高効率となったためであ
る。従って、本実施例の光合分波回路が従来に比べ挿入
損失を低減でき、さらに、チャンネル間クロストークを
改善できることが判明した。

【００２９】本実施例ではアレー導波路型回折格子を作
製したが、この他、スラブ導波路を有する光回路、例え
ば、スターカップラや多モード干渉型分岐素子への適用
も有効である。

【００３０】

【発明の効果】以上、実施例に基づいて具体的に説明し
たように、本発明の光導波回路の製造方法によれば、凹
型プロセスを用いて光回路パターンを決定することか
ら、導波路形状によらずパターンやせのない光導波回路
を作製することが可能となる。従って、本発明は、アレ
ー導波路型回折格子の挿入損失を低減するのに効果的で
ある。また、アレー導波路部をコア変形の少ない光導波
路で作製できることから消光比を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明実施例１の光導波回路の製造工程を示す
導波路断面図である。

【図２】本発明実施例２のアレー導波路型回折格子の回
路構成を示す概略図である。

【図３】従来の光導波回路の製造方法である凸型プロセ
スを示す導波路断面図である。

【図４】従来の光導波回路の製造方法である凹型プロセ
スを示す導波路断面図である。

【符号の説明】

１ シリコン基板 ２ 下部クラッド層 ３ コア用凹部 ４ コア層 ５ コア ６ 上部クラッド ７ 入力導波路 ８ 入力側スラブ導波路 ９ アレー導波路 １０ 出力側スラブ導波路 １１ 出力導波路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大森 保治 東京都新宿区西新宿三丁目19番２号 日本 電信電話株式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 コアと前記コアを包囲する下部クラッド
   および上部クラッドからなる光導波回路の製造方法にお
   いて、平面基板上に下部クラッドを形成し、前記下部ク
   ラッドに矩形断面の溝をフォト工程とエッチング工程に
   より形成し、前記溝を含む前記下部クラッド上にコア層
   を形成し、ついで前記コア層の表面を平坦化し、さらに
   前記コア層をエッチングにより除去して溝内のみにコア
   層を残して矩形断面のコアとなし、その後前記コアを埋
   め込む上部クラッドを形成することを特徴とする光導波
   回路の製造方法。
2. 【請求項２】 前記コア層表面を平坦化する手段が、化
   学的機械研磨によることを特徴とする請求項１記載の光
   導波回路の製造方法。
3. 【請求項３】 前記コア層表面を平坦化する手段が、フ
   ォト工程とエッチング工程によることを特徴とする請求
   項１記載の光導波回路の製造方法。