JPH103014A - 光導波路及びその製造方法 - Google Patents
光導波路及びその製造方法Info
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- JPH103014A JPH103014A JP15415596A JP15415596A JPH103014A JP H103014 A JPH103014 A JP H103014A JP 15415596 A JP15415596 A JP 15415596A JP 15415596 A JP15415596 A JP 15415596A JP H103014 A JPH103014 A JP H103014A
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- Japan
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- optical waveguide
- film
- refractive index
- geo
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 屈折率変化の大きい光導波路及びその製造方
法を提供する。 【解決手段】 基板１上に形成され、下側クラッド層２
と上側クラッド層４とで覆われるコア用ガラス膜を、Ｇ
ｅ添加濃度の異なる少なくとも２種類のＳｉＯ2 −Ｇｅ
Ｏ2 組成膜の交互多層構造とすることにより、Ｇｅの濃
度を膜の厚さ方向で局所的にかつ周期的に高めることが
できる。交互多層構造コア３においてＧｅ濃度の高い層
は、Ｇｅ濃度の低い層よりもＧｅ同志が隣合わせになる
確率が増加する。すなわち、屈折率変化を起こさせる要
因となるＧｅ同志の結合の割合を増加させることができ
る。よって、紫外光を照射した時の屈折率変化の大きい
光導波路が得られる。
法を提供する。 【解決手段】 基板１上に形成され、下側クラッド層２
と上側クラッド層４とで覆われるコア用ガラス膜を、Ｇ
ｅ添加濃度の異なる少なくとも２種類のＳｉＯ2 −Ｇｅ
Ｏ2 組成膜の交互多層構造とすることにより、Ｇｅの濃
度を膜の厚さ方向で局所的にかつ周期的に高めることが
できる。交互多層構造コア３においてＧｅ濃度の高い層
は、Ｇｅ濃度の低い層よりもＧｅ同志が隣合わせになる
確率が増加する。すなわち、屈折率変化を起こさせる要
因となるＧｅ同志の結合の割合を増加させることができ
る。よって、紫外光を照射した時の屈折率変化の大きい
光導波路が得られる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、通信、計測、情報
処理の分野に適した機能性の高い光導波路及びその製造
方法に関する。
処理の分野に適した機能性の高い光導波路及びその製造
方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、Ｇｅの添加された光ファイバのコ
アに紫外光を照射すると屈折率が恒久的に変化する性質
（感光性: photosensitive）を利用して、光ファイバの
コアにグレーティングを形成する技術が盛んに検討され
ている。
アに紫外光を照射すると屈折率が恒久的に変化する性質
（感光性: photosensitive）を利用して、光ファイバの
コアにグレーティングを形成する技術が盛んに検討され
ている。
【０００３】具体的には、まず、Ｇｅ添加ＳｉＯ2 ガラ
スコア光ファイバを水素ローディングやフレームブラッ
シングといった水素拡散処理を行いＧｅ同志の弱く結合
した状熊を作る。
スコア光ファイバを水素ローディングやフレームブラッ
シングといった水素拡散処理を行いＧｅ同志の弱く結合
した状熊を作る。
【０００４】次にＧｅ添加ＳｉＯ2 ガラスコアに、位相
マスクと呼ばれるマスクを通してエキシマレーザ光（波
長１９３ｎｍ、２４８ｎｍ）を照射し、コア上に光の当
たる部分と当たらない部分とを周期的に設ける。光の照
射された部分ではガラス中で弱く結合していたＧｅ同志
の結合が切れ、酸素欠乏欠陥が生成され屈折率が高くな
る。
マスクと呼ばれるマスクを通してエキシマレーザ光（波
長１９３ｎｍ、２４８ｎｍ）を照射し、コア上に光の当
たる部分と当たらない部分とを周期的に設ける。光の照
射された部分ではガラス中で弱く結合していたＧｅ同志
の結合が切れ、酸素欠乏欠陥が生成され屈折率が高くな
る。
【０００５】光の照射されなかった部分の屈折率は変化
しない。この時の屈折率変化量としては１０-3以上が得
られている。これらの技術により光の伝送方向に周期的
な屈折率変化を設けた光ファイバはグレーティングファ
イバと呼ばれ、波長選択フィルタなどとして有望視され
ている。
しない。この時の屈折率変化量としては１０-3以上が得
られている。これらの技術により光の伝送方向に周期的
な屈折率変化を設けた光ファイバはグレーティングファ
イバと呼ばれ、波長選択フィルタなどとして有望視され
ている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】一方、導波路型の光デ
バイスは複雑な光回路を同一基板上に一括して形成でき
ることから、将来の光通信及び情報処理のキーデバイス
となる可能性がある。これら導波路型の光デバイスに上
述のグレーティング形成技術を適用することができれ
ば、これを利用して波長分波器やレーザなど機能性の高
い光部品を内装することが可能となる。また、さらに、
大型の平面基板やフレキシブルな基坂上にこのような屈
折率変化領域を形成することができれば、ディスプレイ
用のフィルタなど多方面への用途も拡大する。
バイスは複雑な光回路を同一基板上に一括して形成でき
ることから、将来の光通信及び情報処理のキーデバイス
となる可能性がある。これら導波路型の光デバイスに上
述のグレーティング形成技術を適用することができれ
ば、これを利用して波長分波器やレーザなど機能性の高
い光部品を内装することが可能となる。また、さらに、
大型の平面基板やフレキシブルな基坂上にこのような屈
折率変化領域を形成することができれば、ディスプレイ
用のフィルタなど多方面への用途も拡大する。
【０００７】そこで、まず最初に発明者らは電子ビーム
蒸着法によって石英ガラス基板上に形成したＳｉＯ2 −
ＧｅＯ2 コアガラス膜に、上述のグレーティング書込み
技術を適用することを検討した。
蒸着法によって石英ガラス基板上に形成したＳｉＯ2 −
ＧｅＯ2 コアガラス膜に、上述のグレーティング書込み
技術を適用することを検討した。
【０００８】しかしながら、水素処理並びにエキシマレ
ーザ光を照射しても１０-4オーダー程度の屈折率変化し
か確認することができなかった。この原因は電子ビーム
蒸着法によって形成されたＳｉＯ2 −ＧｅＯ2 ガラス膜
の構造や膜中のＧｅの状態が光ファイバのコアとは異な
ることに起因していると考えられる。より屈折率変化の
大きな膜を得るためには、ガラス膜中でＧｅ同志が隣り
合わせになる確率を増加させ、弱く結合したＧｅ同志の
結合を意図的に形成することが必要と考えられた。
ーザ光を照射しても１０-4オーダー程度の屈折率変化し
か確認することができなかった。この原因は電子ビーム
蒸着法によって形成されたＳｉＯ2 −ＧｅＯ2 ガラス膜
の構造や膜中のＧｅの状態が光ファイバのコアとは異な
ることに起因していると考えられる。より屈折率変化の
大きな膜を得るためには、ガラス膜中でＧｅ同志が隣り
合わせになる確率を増加させ、弱く結合したＧｅ同志の
結合を意図的に形成することが必要と考えられた。
【０００９】そこで、本発明の目的は、上記課題を解決
し、屈折率変化の大きい光導波路及びその製造方法を提
供することにある。
し、屈折率変化の大きい光導波路及びその製造方法を提
供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、低屈折率層を有する平面基板と、この平面
基板の上に形成された屈折率の高いコアガラス膜を加工
してなる略矩形断面形状のコアと、このコアを覆う低屈
折率のガラス膜からなる光導波路において、上記コアガ
ラス膜をＧｅ濃度の異なる少なくとも２種類のＳｉＯ2
組成膜の交互多層膜構造としたものである。
に本発明は、低屈折率層を有する平面基板と、この平面
基板の上に形成された屈折率の高いコアガラス膜を加工
してなる略矩形断面形状のコアと、このコアを覆う低屈
折率のガラス膜からなる光導波路において、上記コアガ
ラス膜をＧｅ濃度の異なる少なくとも２種類のＳｉＯ2
組成膜の交互多層膜構造としたものである。
【００１１】上記構成に加え本発明は、交互多層構造を
構成する少なくとも２種類のＳｉＯ 2 −ＧｅＯ2 組成膜
のＧｅ濃度はＧｅＯ2 として０〜１００％の範囲で調整
するものである。
構成する少なくとも２種類のＳｉＯ 2 −ＧｅＯ2 組成膜
のＧｅ濃度はＧｅＯ2 として０〜１００％の範囲で調整
するものである。
【００１２】上記構成に加え本発明は、コアガラス層の
厚さを、コア内を伝搬する信号光の波長に対して十分小
さくしたものである。
厚さを、コア内を伝搬する信号光の波長に対して十分小
さくしたものである。
【００１３】上記構成に加え本発明は、コアガラス膜
は、ＲＦ高周波スパッタリング法によって形成され、Ｇ
ｅＯ2 濃度の異なる少なくとも２種類以上の複数のＳｉ
Ｏ2 −ＧｅＯ2 スパッタリングターゲットを使用し、そ
れぞれに同時にＲＦ高周波電力を印加すると共に、回転
機構を有する基板ホルダを回転させながら、この基板ホ
ルダに取り付けられた基板の表面に少なくとも２種類以
上の組成からなるＳｉＯ2 −ＧｅＯ2 膜を交互に多層状
に形成したものである。
は、ＲＦ高周波スパッタリング法によって形成され、Ｇ
ｅＯ2 濃度の異なる少なくとも２種類以上の複数のＳｉ
Ｏ2 −ＧｅＯ2 スパッタリングターゲットを使用し、そ
れぞれに同時にＲＦ高周波電力を印加すると共に、回転
機構を有する基板ホルダを回転させながら、この基板ホ
ルダに取り付けられた基板の表面に少なくとも２種類以
上の組成からなるＳｉＯ2 −ＧｅＯ2 膜を交互に多層状
に形成したものである。
【００１４】上記構成に加え本発明は、スパッタリング
ターゲットに印加されるＲＦ高周波電力を調整して所望
の膜厚比を得ると共に、基板ホルダの回転速度を調整し
て所望の膜厚及び積層数の膜を得るようにしたものであ
る。
ターゲットに印加されるＲＦ高周波電力を調整して所望
の膜厚比を得ると共に、基板ホルダの回転速度を調整し
て所望の膜厚及び積層数の膜を得るようにしたものであ
る。
【００１５】上記構成に加え本発明は、ＲＦ高周波スパ
ッタリングによる膜形成は、Ａｒ及びＯ2 ガス中で基板
にバイアス電圧を印加しながら行うようにしたものであ
る。
ッタリングによる膜形成は、Ａｒ及びＯ2 ガス中で基板
にバイアス電圧を印加しながら行うようにしたものであ
る。
【００１６】上記構成に加え本発明は、コアガラス膜を
１０００℃以上の高温で熱処理することによりＧｅを拡
散させるようにしたものである。
１０００℃以上の高温で熱処理することによりＧｅを拡
散させるようにしたものである。
【００１７】本発明のＧｅ添加濃度の異なる少なくとも
２種類のＳｉＯ2 −ＧｅＯ2 組成膜の交互多層構造から
なるコア用ガラス膜は、Ｇｅの濃度を膜の厚さ方向で局
所的にかつ周期的に高めることができる。Ｇｅ濃度の高
い層は、濃度の低い層よりもＧｅ同志が隣合わせになる
確率が増加する。すなわち、屈折率変化を起こさせる要
因となるＧｅ同志の結合の割合を増加させることができ
る。よって、紫外光を照射した時の屈折率変化割合も増
加させることができる。
２種類のＳｉＯ2 −ＧｅＯ2 組成膜の交互多層構造から
なるコア用ガラス膜は、Ｇｅの濃度を膜の厚さ方向で局
所的にかつ周期的に高めることができる。Ｇｅ濃度の高
い層は、濃度の低い層よりもＧｅ同志が隣合わせになる
確率が増加する。すなわち、屈折率変化を起こさせる要
因となるＧｅ同志の結合の割合を増加させることができ
る。よって、紫外光を照射した時の屈折率変化割合も増
加させることができる。
【００１８】また、層の厚さは使用する信号光波長に対
して十分に小さなオーダー、例えば数十オングストロー
ムとすれば、コアを伝搬する光の電界強度分布に影響を
与えることはなく、モード不整合などに起因した損失を
増加させずに光ファイバとの結合を図ることも可能であ
る。
して十分に小さなオーダー、例えば数十オングストロー
ムとすれば、コアを伝搬する光の電界強度分布に影響を
与えることはなく、モード不整合などに起因した損失を
増加させずに光ファイバとの結合を図ることも可能であ
る。
【００１９】また、本発明の光導波路の製造方法は、物
理的に大きな固まりを飛ばして成膜を行うスパッタリン
グ法を適用しているため、蒸着法やＣＶＤ法よりもＧｅ
同志が隣合わせになる確率を増加させることが可能であ
り、酸素欠乏欠焔の量も制御し易いという利点がある。
理的に大きな固まりを飛ばして成膜を行うスパッタリン
グ法を適用しているため、蒸着法やＣＶＤ法よりもＧｅ
同志が隣合わせになる確率を増加させることが可能であ
り、酸素欠乏欠焔の量も制御し易いという利点がある。
【００２０】また、本発明の光導波路の製造方法は、Ｇ
ｅＯ2 濃度の異なる少なくとも２種類以上の複数のＳｉ
Ｏ2 スパッタリングターゲットを使用し、それぞれ同時
にＲＦ高周波電力を印加すると共に、回転機構を有する
基板ホルダーを回転させながら、これに取り付けられた
基板の表面にＧｅ添加濃度の異なる少なくとも２種類以
上の組成からなるＳｉＯ2 −ＧｅＯ2 膜を交互に多層状
に形成するようにし、それぞれのスパッタリングターゲ
ットに印加するＲＦ高周波電力の比率を任意に設定して
所望の膜厚比を得ると共に、ホルダーの回転速度を調整
して所望の積層数の膜が得られるようにしたため、再現
性良くかつ容易に本発明の交互多層状の膜を作製するこ
とができる。
ｅＯ2 濃度の異なる少なくとも２種類以上の複数のＳｉ
Ｏ2 スパッタリングターゲットを使用し、それぞれ同時
にＲＦ高周波電力を印加すると共に、回転機構を有する
基板ホルダーを回転させながら、これに取り付けられた
基板の表面にＧｅ添加濃度の異なる少なくとも２種類以
上の組成からなるＳｉＯ2 −ＧｅＯ2 膜を交互に多層状
に形成するようにし、それぞれのスパッタリングターゲ
ットに印加するＲＦ高周波電力の比率を任意に設定して
所望の膜厚比を得ると共に、ホルダーの回転速度を調整
して所望の積層数の膜が得られるようにしたため、再現
性良くかつ容易に本発明の交互多層状の膜を作製するこ
とができる。
【００２１】また、本発明の光導波路の製造方法は、基
板にバイアスを印加し、その電力の調整により膜へのＡ
ｒイオンの入射率を制御しながら膜形成するようにした
ため、紫外光照射時の屈折率変化に寄与する酸素欠乏欠
陥の量をも制御することが可能である。
板にバイアスを印加し、その電力の調整により膜へのＡ
ｒイオンの入射率を制御しながら膜形成するようにした
ため、紫外光照射時の屈折率変化に寄与する酸素欠乏欠
陥の量をも制御することが可能である。
【００２２】また、本発明は導波路コア用ガラス膜以外
にも基板全面に周期的なグレーティングを形成した面型
のフィルタ、例えばフォログラフィ板などにも適用でき
る。
にも基板全面に周期的なグレーティングを形成した面型
のフィルタ、例えばフォログラフィ板などにも適用でき
る。
【００２３】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付
図面に基づいて詳述する。
図面に基づいて詳述する。
【００２４】図１は本発明の光導波路の一実施の形態を
示す断面図である。図２は図１に示した光導波路を形成
するためのスパッタリング装置の平面図である。図３は
図１に示した光導波路の製造工程図である。
示す断面図である。図２は図１に示した光導波路を形成
するためのスパッタリング装置の平面図である。図３は
図１に示した光導波路の製造工程図である。
【００２５】図１において、１は基板、２はＳｉＯ2 を
主成分とする低屈折率の材料で構成される下側クラッド
層、３はＧｅ添加濃度の異なる少なくとも２種類のＳｉ
Ｏ2 −ＧｅＯ2 ガラス膜で構成される交互多層構造コア
（導波路コア）、４はＳｉＯ2 を主成分とする低屈折率
の材料で構成される上側クラッド層、５は高濃度にＧｅ
を含むＳｉＯ2 −ＧｅＯ2 ガラス膜層、６は低濃度にＧ
ｅを含むＳｉＯ2 −ＧｅＯ2 ガラス膜層を示している。
主成分とする低屈折率の材料で構成される下側クラッド
層、３はＧｅ添加濃度の異なる少なくとも２種類のＳｉ
Ｏ2 −ＧｅＯ2 ガラス膜で構成される交互多層構造コア
（導波路コア）、４はＳｉＯ2 を主成分とする低屈折率
の材料で構成される上側クラッド層、５は高濃度にＧｅ
を含むＳｉＯ2 −ＧｅＯ2 ガラス膜層、６は低濃度にＧ
ｅを含むＳｉＯ2 −ＧｅＯ2 ガラス膜層を示している。
【００２６】このような光導波路において、光は低屈折
率の材料で構成される下側クラッド層２及び上側クラッ
ド層４によって囲まれた屈折率の高い交互多層構造コア
３中に閉じ込められて伝送される。
率の材料で構成される下側クラッド層２及び上側クラッ
ド層４によって囲まれた屈折率の高い交互多層構造コア
３中に閉じ込められて伝送される。
【００２７】ここで、高濃度にＧｅを含むＳｉＯ2 −Ｇ
ｅＯ2 ガラス膜層５と低濃度にＧｅを含むＳｉＯ2 −Ｇ
ｅＯ2 ガラス膜層６中のＧｅＯ2 としての濃度設定はそ
れぞれ０〜１００％まで変化させることができる。
ｅＯ2 ガラス膜層５と低濃度にＧｅを含むＳｉＯ2 −Ｇ
ｅＯ2 ガラス膜層６中のＧｅＯ2 としての濃度設定はそ
れぞれ０〜１００％まで変化させることができる。
【００２８】高濃度にＧｅを含むＳｉＯ2 −ＧｅＯ2 ガ
ラス膜層５と低濃度にＧｅを含むＳｉＯ2 −ＧｅＯ2 ガ
ラス膜層６の厚さは導波路コア３を伝送する信号光波長
よりも十分小さく、かつ屈折率変化を誘起させる紫外光
の波長よりも小さいオーダーとすることが好ましい。各
層の厚さが伝送する信号光波長よりも大きいと信号光の
散乱が起こりこれによる損失が発生するおそれがある。
また、紫外光の波長と略同程度の膜厚に設定すると紫外
光照射時にこの光が散乱を受け、周期的な屈折率変化す
なわちグレーティングのコントラストの低下をまねき、
特性を大幅に劣化させるおそれがある。また、むやみに
膜厚を増加させるとコア膜の内部応力が増加すると共に
伝送光の偏向依存性が顕著になる。
ラス膜層５と低濃度にＧｅを含むＳｉＯ2 −ＧｅＯ2 ガ
ラス膜層６の厚さは導波路コア３を伝送する信号光波長
よりも十分小さく、かつ屈折率変化を誘起させる紫外光
の波長よりも小さいオーダーとすることが好ましい。各
層の厚さが伝送する信号光波長よりも大きいと信号光の
散乱が起こりこれによる損失が発生するおそれがある。
また、紫外光の波長と略同程度の膜厚に設定すると紫外
光照射時にこの光が散乱を受け、周期的な屈折率変化す
なわちグレーティングのコントラストの低下をまねき、
特性を大幅に劣化させるおそれがある。また、むやみに
膜厚を増加させるとコア膜の内部応力が増加すると共に
伝送光の偏向依存性が顕著になる。
【００２９】また、高濃度にＧｅを含むＳｉＯ2 −Ｇｅ
Ｏ2 ガラス膜層５と低濃度にＧｅを含むＳｉＯ2 −Ｇｅ
Ｏ2 ガラス膜層６の厚さの比率はコア全体の等価的な屈
折率を決定する。最終的に光ファイバとの結合が必要な
デバイスを考える場合には、結合部分での損失をできる
限り低く抑える必要がある。このため、この等価屈折率
は光ファイバコアの屈折率と略等しくなるように設定す
るのが好ましい。ただし、光ファイバとの結合を考慮し
なくてもよいデバイスを目的とする場合には任意に設定
することが可能である。
Ｏ2 ガラス膜層５と低濃度にＧｅを含むＳｉＯ2 −Ｇｅ
Ｏ2 ガラス膜層６の厚さの比率はコア全体の等価的な屈
折率を決定する。最終的に光ファイバとの結合が必要な
デバイスを考える場合には、結合部分での損失をできる
限り低く抑える必要がある。このため、この等価屈折率
は光ファイバコアの屈折率と略等しくなるように設定す
るのが好ましい。ただし、光ファイバとの結合を考慮し
なくてもよいデバイスを目的とする場合には任意に設定
することが可能である。
【００３０】本実施の形態においては、まず高濃度にＧ
ｅを含むＳｉＯ2 −ＧｅＯ2 ガラス膜層５にＧｅＯ2 と
して１０ｍｏｌ％を含むＳｉＯ2 −ＧｅＯ2 ガラス膜、
低濃度にＧｅを含むＳｉＯ2 系ガラス膜層６にＧｅＯ2
を０％すなわち純粋なＳｉＯ2 ガラス膜を選択した。そ
れぞれの層の厚さは、屈折率変化を誘起させるための紫
外光波長を２４８ｎｍとし、この波長よりも十分小さい
２ｎｍに設定した。
ｅを含むＳｉＯ2 −ＧｅＯ2 ガラス膜層５にＧｅＯ2 と
して１０ｍｏｌ％を含むＳｉＯ2 −ＧｅＯ2 ガラス膜、
低濃度にＧｅを含むＳｉＯ2 系ガラス膜層６にＧｅＯ2
を０％すなわち純粋なＳｉＯ2 ガラス膜を選択した。そ
れぞれの層の厚さは、屈折率変化を誘起させるための紫
外光波長を２４８ｎｍとし、この波長よりも十分小さい
２ｎｍに設定した。
【００３１】また、ＧｅＯ2 を１０ｍｏｌ％を含むＳｉ
Ｏ2 ガラス膜層５とＳｉＯ2 ガラス膜層６との厚さの比
率は１：１とした。
Ｏ2 ガラス膜層５とＳｉＯ2 ガラス膜層６との厚さの比
率は１：１とした。
【００３２】以下に交互多重構造コア膜の形成方法につ
いて説明する。
いて説明する。
【００３３】図２において、７は真空容器、８は基板ホ
ルダー、９は基板、１０−１、１０−２はＧｅＯ2 混合
量の多いＳｉＯ2 −ＧｅＯ2 ターゲット、１１−１、１
１−２はＧｅＯ2 混合量の少ないＳｉＯ2 −ＧｅＯ2 タ
ーゲット、１２−１〜１２−４はターゲット１０−１、
１０−２、１１−１、１１−２のそれぞれに電力を供給
するための高周波電源である。
ルダー、９は基板、１０−１、１０−２はＧｅＯ2 混合
量の多いＳｉＯ2 −ＧｅＯ2 ターゲット、１１−１、１
１−２はＧｅＯ2 混合量の少ないＳｉＯ2 −ＧｅＯ2 タ
ーゲット、１２−１〜１２−４はターゲット１０−１、
１０−２、１１−１、１１−２のそれぞれに電力を供給
するための高周波電源である。
【００３４】ここで、基板９は、回転が可能な多面体形
状を有した基板ホルダー８の外周側面に取り付けられ、
これら基板９と対向する真空容器７の内壁にターゲット
１０−１、１０−２、１１−１、１１−２が設けられ
る。これらのターゲット１０−１、１０−２、１１−
１、１１−２は、交互多層膜を形成するため、ＧｅＯ2
混合量の多いＳｉＯ2 −ＧｅＯ2 ターゲット１０−１、
１０−２とＧｅＯ2 混合量の少ないＳｉＯ2 −ＧｅＯ2
ターゲット１１−１、１１−２を基板ホルダー８の回転
方向に沿って交互に配置してある。
状を有した基板ホルダー８の外周側面に取り付けられ、
これら基板９と対向する真空容器７の内壁にターゲット
１０−１、１０−２、１１−１、１１−２が設けられ
る。これらのターゲット１０−１、１０−２、１１−
１、１１−２は、交互多層膜を形成するため、ＧｅＯ2
混合量の多いＳｉＯ2 −ＧｅＯ2 ターゲット１０−１、
１０−２とＧｅＯ2 混合量の少ないＳｉＯ2 −ＧｅＯ2
ターゲット１１−１、１１−２を基板ホルダー８の回転
方向に沿って交互に配置してある。
【００３５】また、ターゲット１０−１、１０−２、１
１−１、１１−２としては、ＳｉＯ2 の粉体とＧｅＯ2
の粉体とを混合した後プレスし、１０００℃以上の高温
で焼結し、密度が７０％以上となるように形成した焼結
体を用いた。ガラス膜中のＧｅの添加濃度はＳｉＯ2 酸
化物粉体とＧｅＯ2 酸化物粉体との混合割合を変えるこ
とによって容易に制御できる。ただし、ＧｅＯ2 の濃度
が２０％の場合はターゲット化し易い純粋ＳｉＯ2 ガラ
スを用いる方が好ましい。本実施の形態ではターゲット
１０−１、１０−２として１０ｍｏｌ％のＧｅＯ2 を混
合したＳｉＯ2 −ＧｅＯ2 焼結体を用い、ターゲット１
１−１、１１−２として純粋ＳｉＯ2 ガラス（石英ガラ
ス）を用いた。
１−１、１１−２としては、ＳｉＯ2 の粉体とＧｅＯ2
の粉体とを混合した後プレスし、１０００℃以上の高温
で焼結し、密度が７０％以上となるように形成した焼結
体を用いた。ガラス膜中のＧｅの添加濃度はＳｉＯ2 酸
化物粉体とＧｅＯ2 酸化物粉体との混合割合を変えるこ
とによって容易に制御できる。ただし、ＧｅＯ2 の濃度
が２０％の場合はターゲット化し易い純粋ＳｉＯ2 ガラ
スを用いる方が好ましい。本実施の形態ではターゲット
１０−１、１０−２として１０ｍｏｌ％のＧｅＯ2 を混
合したＳｉＯ2 −ＧｅＯ2 焼結体を用い、ターゲット１
１−１、１１−２として純粋ＳｉＯ2 ガラス（石英ガラ
ス）を用いた。
【００３６】次に、実際のコア膜形成工程について説明
する。
する。
【００３７】真空容器７内に設けられた基板ホルダー８
の外周側面に石英基板や低屈折率層を有したＳｉ基板な
どの基板９を取り付け、真空容器７内を１×１０-5Ｐａ
以下の真空度まで排気する。続いて真空容器７内にスパ
ッタガスであるＡｒガスを１００ｓｃｃｍ導入すると共
に、反応ガスであるＯ2 ガスを１０ｓｃｃｍ導入し、真
空容器７内のガス圧力を０．３Ｐａに保持し、基板ホル
ダー８を４回／分の速度で回転させながら、ターゲット
１０−１、１０−２、１１−１、１１−２のそれぞれに
高周波電源１２−１〜１２−４よりそれぞれ８Ｗ／ｃｍ
2 の電力を供給し、各層の厚さが２ｎｍで合計の膜厚が
６μｍとなるように成膜を行った。
の外周側面に石英基板や低屈折率層を有したＳｉ基板な
どの基板９を取り付け、真空容器７内を１×１０-5Ｐａ
以下の真空度まで排気する。続いて真空容器７内にスパ
ッタガスであるＡｒガスを１００ｓｃｃｍ導入すると共
に、反応ガスであるＯ2 ガスを１０ｓｃｃｍ導入し、真
空容器７内のガス圧力を０．３Ｐａに保持し、基板ホル
ダー８を４回／分の速度で回転させながら、ターゲット
１０−１、１０−２、１１−１、１１−２のそれぞれに
高周波電源１２−１〜１２−４よりそれぞれ８Ｗ／ｃｍ
2 の電力を供給し、各層の厚さが２ｎｍで合計の膜厚が
６μｍとなるように成膜を行った。
【００３８】ここで、基板ホルダー８の回転速度と高周
波電源１２−１〜１２−４よりそれぞれのターゲット１
０−１、１０−２、１１−１、１１−２に供給する電力
すなわち各ターゲット１０−１、１０−２、１１−１、
１１−２での成膜速度とを調整することにより基板９に
形成される多層膜のそれぞれの膜厚および層数が任意に
制御できる。また、本実施の形態における成膜条件は使
用する装置によって異なるためこれに限定されない。ま
た、真空容器７内に配置するターゲット１０−１、１０
−２、１１−１、１１−２の数は本実施の形態の４枚に
限定されるものではなく、２枚以上であってもよい。
波電源１２−１〜１２−４よりそれぞれのターゲット１
０−１、１０−２、１１−１、１１−２に供給する電力
すなわち各ターゲット１０−１、１０−２、１１−１、
１１−２での成膜速度とを調整することにより基板９に
形成される多層膜のそれぞれの膜厚および層数が任意に
制御できる。また、本実施の形態における成膜条件は使
用する装置によって異なるためこれに限定されない。ま
た、真空容器７内に配置するターゲット１０−１、１０
−２、１１−１、１１−２の数は本実施の形態の４枚に
限定されるものではなく、２枚以上であってもよい。
【００３９】上述のようにして試作した交互多層膜の紫
外光照射による屈折率変化を調べるため、膜に酸水素バ
ーナーによるフレームブラッシング（膜中への水素拡散
処理）を行い、膜の表面より波長２４８ｎｍのエキシマ
レーザ光を照射してその屈折率の変化を評価した。屈折
率の評価は波長６３３ｎｍのＨｅ−Ｎｅレーザを用いた
プリズム結合法により行った。成膜後の膜の屈折率は
１．４６５０であり、エキシマレーザ光を照射した後の
屈折率は１．４６７０であった。すなわち、２×１０-3
の屈折率変化が確認された。
外光照射による屈折率変化を調べるため、膜に酸水素バ
ーナーによるフレームブラッシング（膜中への水素拡散
処理）を行い、膜の表面より波長２４８ｎｍのエキシマ
レーザ光を照射してその屈折率の変化を評価した。屈折
率の評価は波長６３３ｎｍのＨｅ−Ｎｅレーザを用いた
プリズム結合法により行った。成膜後の膜の屈折率は
１．４６５０であり、エキシマレーザ光を照射した後の
屈折率は１．４６７０であった。すなわち、２×１０-3
の屈折率変化が確認された。
【００４０】次に、上述のようにして試作した交互多層
膜を導波路化した。図３にその導波路化の製造工程を示
す。
膜を導波路化した。図３にその導波路化の製造工程を示
す。
【００４１】基板１上にＳｉＯ2 を主成分とする低屈折
率の下側クラッド層２を形成し（図３（ａ））、続いて
上述した本発明の光導波路の製造方法により交互多層膜
からなる高屈折率のコアガラス膜を形成する（図３
（ｂ））。形成されたコアガラス膜３−１をフォトリソ
グラフィおよび反応性イオンエッチング法などのドライ
エッチング法により略矩形断面形状の導波路コア３−２
に加工する（図３（ｃ））。そして最後に導波路コア３
−２をＳｉＯ2 を主成分とする低屈折率の上側クラッド
層４で覆い光導波路とする。
率の下側クラッド層２を形成し（図３（ａ））、続いて
上述した本発明の光導波路の製造方法により交互多層膜
からなる高屈折率のコアガラス膜を形成する（図３
（ｂ））。形成されたコアガラス膜３−１をフォトリソ
グラフィおよび反応性イオンエッチング法などのドライ
エッチング法により略矩形断面形状の導波路コア３−２
に加工する（図３（ｃ））。そして最後に導波路コア３
−２をＳｉＯ2 を主成分とする低屈折率の上側クラッド
層４で覆い光導波路とする。
【００４２】ここで、使用する基板１はガラスやセラミ
ックス、半導体、有機物などの材料を用いることができ
る。また、平面基板以外にもフレキシブルなフィルム状
の基板にも適用することができる。また、下側クラッド
層２および上側クラッド層４はＰ−ＣＶＤ法、スパッタ
リング法、蒸着法、ＦＨＤ法などの方法を用いることが
できる。
ックス、半導体、有機物などの材料を用いることができ
る。また、平面基板以外にもフレキシブルなフィルム状
の基板にも適用することができる。また、下側クラッド
層２および上側クラッド層４はＰ−ＣＶＤ法、スパッタ
リング法、蒸着法、ＦＨＤ法などの方法を用いることが
できる。
【００４３】以上のプロセスにより導波路化した交互多
層膜コアを有する導波路に、酸水素バーナーによるフレ
ームブラッシング（膜中への水素拡散処理）を行い、波
長１．５３５μｍ光反射グレーティング用に設計された
位相シフトマスクを通して導波路コアに波長２４８ｎｍ
のエキシマレーザ光を照射し、導波路グレーティングを
形成した。その結果、波長１．５３５μｍにおいて９
９．９９９９％の反射率を有するグレーティングが得ら
れた。また、顕著な偏向依存性も見られなかった。
層膜コアを有する導波路に、酸水素バーナーによるフレ
ームブラッシング（膜中への水素拡散処理）を行い、波
長１．５３５μｍ光反射グレーティング用に設計された
位相シフトマスクを通して導波路コアに波長２４８ｎｍ
のエキシマレーザ光を照射し、導波路グレーティングを
形成した。その結果、波長１．５３５μｍにおいて９
９．９９９９％の反射率を有するグレーティングが得ら
れた。また、顕著な偏向依存性も見られなかった。
【００４４】次に本発明の光導波路の他の実施の形態に
ついて説明する。
ついて説明する。
【００４５】図１に示した高濃度にＧｅを含むＳｉＯ2
−ＧｅＯ2 ガラス膜層５を純粋なＧｅＯ2 層とし、低濃
度にＧｅを含むＳｉＯ2 −ＧｅＯ2 ガラス膜層６を純粋
なＳｉＯ2 層として交互多層膜からなる高屈折率の導波
路コア３を構成した。ターゲット１０−１、１０−２と
してはＧｅＯ2 粉末のみを原材料とするＧｅＯ2 焼結体
を用い、ターゲット１１−１、１１−２としては純粋Ｓ
ｉＯ2 ガラス（石英ガラス）を用いた。
−ＧｅＯ2 ガラス膜層５を純粋なＧｅＯ2 層とし、低濃
度にＧｅを含むＳｉＯ2 −ＧｅＯ2 ガラス膜層６を純粋
なＳｉＯ2 層として交互多層膜からなる高屈折率の導波
路コア３を構成した。ターゲット１０−１、１０−２と
してはＧｅＯ2 粉末のみを原材料とするＧｅＯ2 焼結体
を用い、ターゲット１１−１、１１−２としては純粋Ｓ
ｉＯ2 ガラス（石英ガラス）を用いた。
【００４６】基板ホルダー８を３回／分の速度で回転さ
せながら、高周波電源１２−１〜１２−４よりターゲッ
ト１０−１、１０−２に４Ｗ／ｃｍ2 の電力を供給する
と共にターゲット１１−１、１１−２に８Ｗ／ｃｍ2 の
電力を供袷し、純粋なＧｅＯ2 層の厚さが１ｎｍで純粋
なＳｉＯ2 の厚さが２ｎｍとなり、これらが周期的に積
層された膜の合計膜厚が６μｍとなるように成膜を行っ
た。
せながら、高周波電源１２−１〜１２−４よりターゲッ
ト１０−１、１０−２に４Ｗ／ｃｍ2 の電力を供給する
と共にターゲット１１−１、１１−２に８Ｗ／ｃｍ2 の
電力を供袷し、純粋なＧｅＯ2 層の厚さが１ｎｍで純粋
なＳｉＯ2 の厚さが２ｎｍとなり、これらが周期的に積
層された膜の合計膜厚が６μｍとなるように成膜を行っ
た。
【００４７】実際に試作した膜を酸水素バーナーにより
フレームブラッシング（膜中への水素拡散処理）を行
い、膜の表面より波長２４８ｎｍのエキシマレーザ光を
照射してその屈折率の変化を評価した。その結果、２．
２×１０-3の屈折率変化が得られることがわかった。
フレームブラッシング（膜中への水素拡散処理）を行
い、膜の表面より波長２４８ｎｍのエキシマレーザ光を
照射してその屈折率の変化を評価した。その結果、２．
２×１０-3の屈折率変化が得られることがわかった。
【００４８】また、ここで設定する各々の膜厚が厚くな
ると偏向依存性が出ることが予想されるが、成膜後に１
０００℃以上の温度で熱処理しＧｅＯ2 の界面付近のＧ
ｅをＳｉＯ2 層側へ拡散させることによって緩和でき
る。
ると偏向依存性が出ることが予想されるが、成膜後に１
０００℃以上の温度で熱処理しＧｅＯ2 の界面付近のＧ
ｅをＳｉＯ2 層側へ拡散させることによって緩和でき
る。
【００４９】また、上述した実施の形態および他の実施
の形態のスパッタリング法による交互多層膜コアの形成
方法において、基板側にバイアス電力を印加し、基板表
面をＡｒイオンでたたきながら交互多層膜を形成する
と、さらに屈折率変化の割合の大きな膜が得られること
がわかった。
の形態のスパッタリング法による交互多層膜コアの形成
方法において、基板側にバイアス電力を印加し、基板表
面をＡｒイオンでたたきながら交互多層膜を形成する
と、さらに屈折率変化の割合の大きな膜が得られること
がわかった。
【００５０】従来のＳｉＯ2 系ガラスにＧｅＯ2 を均一
に分散させたコアを有する導波路において、紫外光照射
時の屈折率変化の割合を大きくするためには、添加され
るＧｅの濃度を全体的に増加させなければならない。し
かしながら、むやみにＧｅの添加濃度を増加させると、
光導波路と光ファイバとの接続部分で発生する損失が大
きくなることから現実的ではない。
に分散させたコアを有する導波路において、紫外光照射
時の屈折率変化の割合を大きくするためには、添加され
るＧｅの濃度を全体的に増加させなければならない。し
かしながら、むやみにＧｅの添加濃度を増加させると、
光導波路と光ファイバとの接続部分で発生する損失が大
きくなることから現実的ではない。
【００５１】本発明のＧｅＯ2 濃度の異なる少なくとも
２種類のＳｉＯ2 −ＧｅＯ2 組成の交互多層構造からな
るコア用ガラス膜は、Ｇｅの濃度を膜の厚さ方向で局所
的にかつ周期的に高めることができる。Ｇｅ濃度の高い
層は、濃度の低い層よりもＧｅ同志が隣合わせになる確
率が増加する。すなわち、屈折率変化を起こさせる要因
となるＧｅ同志の結合の割合を増加させることができ
る。
２種類のＳｉＯ2 −ＧｅＯ2 組成の交互多層構造からな
るコア用ガラス膜は、Ｇｅの濃度を膜の厚さ方向で局所
的にかつ周期的に高めることができる。Ｇｅ濃度の高い
層は、濃度の低い層よりもＧｅ同志が隣合わせになる確
率が増加する。すなわち、屈折率変化を起こさせる要因
となるＧｅ同志の結合の割合を増加させることができ
る。
【００５２】よって、紫外光を照射した時の屈折率変化
の割合も増加させることができる。またさらに、各層の
厚さを使用する信号光波長に対して十分に小さなオーダ
ー、例えば数十オングストロームとすれは、コアを伝搬
する光の電界強度分布に影響を与えることはなく、モー
ド不整合などに起因した損失を増加させずに光ファイバ
との結合を図ることも可能である。
の割合も増加させることができる。またさらに、各層の
厚さを使用する信号光波長に対して十分に小さなオーダ
ー、例えば数十オングストロームとすれは、コアを伝搬
する光の電界強度分布に影響を与えることはなく、モー
ド不整合などに起因した損失を増加させずに光ファイバ
との結合を図ることも可能である。
【００５３】また、本発明の光導波路の製造方法は、物
理的に大きな固まりを飛ばして成膜を行うスパッタリン
グ法を用いているため、蒸着法やＣＶＤ法よりもＧｅ同
士が隣合わせになる確率を増加させることが可能であ
り、酸素欠乏欠陥の量も制御し易いという利点がある。
理的に大きな固まりを飛ばして成膜を行うスパッタリン
グ法を用いているため、蒸着法やＣＶＤ法よりもＧｅ同
士が隣合わせになる確率を増加させることが可能であ
り、酸素欠乏欠陥の量も制御し易いという利点がある。
【００５４】また、本発明の光導波路の製造方法は、Ｇ
ｅＯ2 濃度の異なる少なくとも２種類以上の複数のＳｉ
Ｏ2 −ＧｅＯ2 スパッタリングターゲットを使用し、そ
れぞれに同時にＲＦ高周波電力を印加すると共に、回転
機構を有する基板ホルダーを回転させながら、これに取
り付けられた基板の表面に少なくとも２種類以上の組成
からなるＳｉＯ2 −ＧｅＯ2 膜を交互に多層状に形成す
るようにし、それぞれのスパッタリングターゲットに印
加するＲＦ高周波電力の比率を任意に設定して所望の膜
厚比を得ると共に、ホルダーの回転速度を調整して所望
の積層数の膜が得られるようにしたため、再現性良くか
つ容易に本発明の交互多層状の膜を形成することができ
る。
ｅＯ2 濃度の異なる少なくとも２種類以上の複数のＳｉ
Ｏ2 −ＧｅＯ2 スパッタリングターゲットを使用し、そ
れぞれに同時にＲＦ高周波電力を印加すると共に、回転
機構を有する基板ホルダーを回転させながら、これに取
り付けられた基板の表面に少なくとも２種類以上の組成
からなるＳｉＯ2 −ＧｅＯ2 膜を交互に多層状に形成す
るようにし、それぞれのスパッタリングターゲットに印
加するＲＦ高周波電力の比率を任意に設定して所望の膜
厚比を得ると共に、ホルダーの回転速度を調整して所望
の積層数の膜が得られるようにしたため、再現性良くか
つ容易に本発明の交互多層状の膜を形成することができ
る。
【００５５】また、本発明の光導波路の製造方法は、基
板にバイアスを印加し、そのバイアス電力の調整により
膜へのＡｒイオンの入射率を制御しながら膜形成するよ
うにしたため、紫外光照射時の屈折率変化に寄与する酸
素欠乏欠陥の量をも制御することができる。
板にバイアスを印加し、そのバイアス電力の調整により
膜へのＡｒイオンの入射率を制御しながら膜形成するよ
うにしたため、紫外光照射時の屈折率変化に寄与する酸
素欠乏欠陥の量をも制御することができる。
【００５６】すなわち、本発明によれば紫外光照射時の
屈折率変化を大きくとることができるため、導波路型光
デバイスの機能性を大きく向上させることができる。
屈折率変化を大きくとることができるため、導波路型光
デバイスの機能性を大きく向上させることができる。
【００５７】
【発明の効果】以上要するに本発明によれば、次のよう
な優れた効果を発揮する。
な優れた効果を発揮する。
【００５８】コアガラス膜をＧｅ濃度の異なる少なくと
も２種類のＳｉＯ2 組成膜の交互多層膜構造とすること
により、屈折率変化の大きい光導波路及びその製造方法
の提供を実現することができる。
も２種類のＳｉＯ2 組成膜の交互多層膜構造とすること
により、屈折率変化の大きい光導波路及びその製造方法
の提供を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光導波路の一実施の形態を示す断面図
である。
である。
【図２】図１に示した光導波路を形成するためのスパッ
タリング装置の平面図である。
タリング装置の平面図である。
【図３】図１に示した光導波路の製造工程図である。
１ 基板 ２ 下側クラッド層 ３ 交互多層構造コア（導波路コア） ４ 上側クラッド層 ５ 高濃度にＧｅを含むＳｉＯ2 −ＧｅＯ2 ガラス膜層 ６ 低濃度にＧｅを含むＳｉＯ2 −ＧｅＯ2 ガラス膜層
Claims (7)
- 【請求項１】 低屈折率層を有する平面基板と、この平
面基板の上に形成された屈折率の高いコアガラス膜を加
工してなる略矩形断面形状のコアと、このコアを覆う低
屈折率のガラス膜からなる光導波路において、上記コア
ガラス膜をＧｅ濃度の異なる少なくとも２種類のＳｉＯ
2 組成膜の交互多層膜構造としたことを特徴とする光導
波路。 - 【請求項２】 上記交互多層構造を構成する少なくとも
２種類のＳｉＯ2 −ＧｅＯ2 組成膜のＧｅ濃度はＧｅＯ
2 として０〜１００％の範囲で調整した請求項１記載の
光導波路。 - 【請求項３】 上記コアガラス層の厚さは、コア内を伝
搬する信号光の波長に対して十分小さい請求項１又は２
記載の光導波路。 - 【請求項４】 上記コアガラス膜は、ＲＦ高周波スパッ
タリング法によって形成され、ＧｅＯ2 濃度の異なる少
なくとも２種類以上の複数のＳｉＯ2 −ＧｅＯ2 スパッ
タリングターゲットを使用し、それぞれに同時にＲＦ高
周波電力を印加すると共に、回転機構を有する基板ホル
ダを回転させながら、この基板ホルダに取り付けられた
基板の表面に少なくとも２種類以上の組成からなるＳｉ
Ｏ2 −ＧｅＯ2 膜を交互に多層状に形成することを特徴
とする光導波路の製造方法。 - 【請求項５】 上記スパッタリングターゲットに印加さ
れるＲＦ高周波電力を調整して所望の膜厚比を得ると共
に、基板ホルダの回転速度を調整して所望の膜厚及び積
層数の膜を得るようにした請求項４記載の光導波路の製
造方法。 - 【請求項６】 上記ＲＦ高周波スパッタリングによる膜
形成は、Ａｒ及びＯ2 ガス中で基板にバイアス電圧を印
加しながら行うようにした請求項４又は５記載の光導波
路の製造方法。 - 【請求項７】 上記コアガラス膜を１０００℃以上の高
温で熱処理することによりＧｅを拡散させるようにした
請求項４又は５記載の光導波路の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15415596A JPH103014A (ja) | 1996-06-14 | 1996-06-14 | 光導波路及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15415596A JPH103014A (ja) | 1996-06-14 | 1996-06-14 | 光導波路及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH103014A true JPH103014A (ja) | 1998-01-06 |
Family
ID=15578051
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15415596A Pending JPH103014A (ja) | 1996-06-14 | 1996-06-14 | 光導波路及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH103014A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114153030A (zh) * | 2021-12-08 | 2022-03-08 | 黄山博蓝特半导体科技有限公司 | 多层介质光波导结构及其制造方法 |
-
1996
- 1996-06-14 JP JP15415596A patent/JPH103014A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114153030A (zh) * | 2021-12-08 | 2022-03-08 | 黄山博蓝特半导体科技有限公司 | 多层介质光波导结构及其制造方法 |
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