JPH10319263A - Optical waveguide and its production as well as optical device - Google Patents

Optical waveguide and its production as well as optical device

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JPH10319263A
JPH10319263A JP9073767A JP7376797A JPH10319263A JP H10319263 A JPH10319263 A JP H10319263A JP 9073767 A JP9073767 A JP 9073767A JP 7376797 A JP7376797 A JP 7376797A JP H10319263 A JPH10319263 A JP H10319263A
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JP
Japan
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optical waveguide
refractive index
sio
fluorine
film
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Application number
JP9073767A
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Japanese (ja)
Inventor
Katsuyuki Imoto
克之 井本
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Hitachi Cable Ltd
Original Assignee
Hitachi Cable Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical waveguide with which the alignment between a single mode optical fiber and a mode film may be easily obtd. and a process for producing the same as well as an optical device. SOLUTION: This optical waveguide has a substrate 1, a clad layer 2 which is formed on this substrate 1 and consists of SiO2 and a core layer 3 which contains at least one kind additives for controlling a refractive index in the SiO2 formed in this clad layer 2. In such a case, the core layer 3 is covered with an intermediate layer 9 consisting of SiO2 added with fluorine, by which the changes in the refractive index and fluorine concn. distribution are substantially not occurred even if the optical waveguide is subjected to a high-temp. heat treatment at 1000 to 1200 deg.C and the optical waveguide remains stable and, therefore, a high specific refractive index difference is obtd. Since the input and output terminals of the optical waveguide 8 may be provided with mode conversion parts for aligning the optical fiber 5 and the mode film, the connection of the optical waveguide with the optical fiber 5 with low loss is made possible and the reflected light from the juncture may be made extremely little.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、光導波路及びその
製造方法並びに光デバイスに関する。
The present invention relates to an optical waveguide, a method for manufacturing the same, and an optical device.

【0002】[0002]

【従来の技術】光デバイスの低コスト化、小形化、高機
能化をめざして石英系ガラスを用いた導波路型光デバイ
スの研究開発が活発になっている。
2. Description of the Related Art Research and development of waveguide type optical devices using silica glass have been actively conducted with the aim of reducing the cost, size and function of optical devices.

【0003】図8は、従来のピッグテールファイバ付き
の光デバイスを示す図である。
FIG. 8 is a diagram showing a conventional optical device with a pigtail fiber.

【0004】同図に示す光デバイスは、光導波路4の入
力端10にシングルモード光ファイバ5を接続したもの
である。光導波路4は、基板1の上にクラッド層2が形
成され、そのクラッド層2内に略矩形断面形状のコア層
3が形成された構造を有している。この光導波路4は、
図8(d)に示すように、コア層3の屈折率n1 とクラ
ッド層2の屈折率n2 との比屈折率差Δが0.8%以上
の高Δ光導波路である。そのため、コア層3の幅及び厚
みは比屈折率差Δが高くなる程小さくなり、通常5μm
以下である。シングルモード光ファイバ5のコア(屈折
率nC )7とクラッド(屈折率n2 )6との比屈折率差
Δは約0.3%であり、コア7の直径D1 は約10μm
である。従って、光導波路4とシングルモード光ファイ
バ5との接続部は、モードフィールド整合をとる必要が
ある。
The optical device shown in FIG. 1 has a single mode optical fiber 5 connected to an input end 10 of an optical waveguide 4. The optical waveguide 4 has a structure in which a clad layer 2 is formed on a substrate 1 and a core layer 3 having a substantially rectangular cross section is formed in the clad layer 2. This optical waveguide 4 is
As shown in FIG. 8 (d), the refractive index n 1 and the cladding layer 2 of high Δ optical waveguide relative refractive index difference Δ is 0.8% or more between the refractive index n 2 of the core layer 3. Therefore, the width and thickness of the core layer 3 become smaller as the relative refractive index difference Δ becomes higher, usually 5 μm.
It is as follows. The relative refractive index difference Δ between the core (refractive index n C ) 7 and the cladding (refractive index n 2 ) 6 of the single mode optical fiber 5 is about 0.3%, and the diameter D 1 of the core 7 is about 10 μm.
It is. Therefore, the connection between the optical waveguide 4 and the single-mode optical fiber 5 needs to have mode field matching.

【0005】すなわち、光導波路4の入力端10の導波
路断面内(B−B線)の屈折率分布を図8(c)のよう
に拡散分布にしなければならない。この拡散分布は、S
iO に屈折率制御用ドーパントとしてGe,Ti,
P,Zn,Sb,Sn等を少なくとも一種類添加したも
のをコア層3の材料とし、光導波路4の入力端10を加
熱して上記ドーパントを拡散させることによって実現す
る。
That is, the refractive index distribution in the waveguide section (BB line) of the input end 10 of the optical waveguide 4 must be a diffusion distribution as shown in FIG. This diffusion distribution is S
Ge, Ti, and iO 2 are used as refractive index controlling dopants.
This is realized by heating the input end 10 of the optical waveguide 4 and diffusing the dopant by adding at least one of P, Zn, Sb, Sn and the like to the core layer 3.

【0006】上記ドーパントを拡散させる方法は、図9
(従来の光導波路へのモード変換部形成方法の概略図で
ある。)に示すように、光導波路4の一端(図では右
端)をサンプルホルダ12で保持して、サンプルホルダ
12内に冷却水を矢印13−1,13−2方向に流入、
流出させて冷却すると共に、光導波路4の他端(図では
左端)をヒータ11で加熱する方法である。尚、14は
熱拡散領域であり、他端から4mm以上の領域である。
The method for diffusing the dopant is shown in FIG.
As shown in (a schematic diagram of a conventional method for forming a mode converter in an optical waveguide), one end (right end in the figure) of an optical waveguide 4 is held by a sample holder 12 and cooling water is placed in the sample holder 12. Flows in the directions of arrows 13-1 and 13-2,
This is a method of cooling by flowing out, and heating the other end (left end in the figure) of the optical waveguide 4 by the heater 11. Reference numeral 14 denotes a heat diffusion region, which is a region 4 mm or more from the other end.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】ところで、光導波路4
の比屈折率差Δが1.5%よりも高くなってくると、コ
ア層3の屈折率nの値が大きくなり、逆にコア層6
の幅や厚みが4μm以下に小さくなってしまう。このよ
うな光導波路4の構造のものと、シングルモード光ファ
イバ5との間でモードフィールド整合をとると、図8
(c)に示すようにコア層3内のドーパントをクラッド
層2内に深く拡散させていかなければならない。このた
め、コア層6の幅及び厚みが大きくなりすぎてしまう。
すなわち、光導波路4の入力端付近の断面内(B−B
線)のコア層の幅及び厚みD2 がコア7の直径D1 より
も大きくなってしまい、結果的にモードフィールド整合
が困難となってしまう。
By the way, the optical waveguide 4
When the relative refractive index difference Δ of the core layer 3 becomes higher than 1.5%, the value of the refractive index n 1 of the core layer 3 increases, and conversely, the core layer 6
Is reduced to 4 μm or less. When mode field matching is performed between the optical waveguide 4 having such a structure and the single mode optical fiber 5, FIG.
As shown in (c), the dopant in the core layer 3 must be diffused deeply into the cladding layer 2. For this reason, the width and thickness of the core layer 6 become too large.
That is, in the cross section near the input end of the optical waveguide 4 (B-B
Would width and thickness D 2 of the core layer of the line) is larger than the diameter D 1 of the core 7, resulting in mode field matching becomes difficult.

【0008】前述したように、従来の光導波路と、シン
グルモード光ファイバとの接続方法には以下のような問
題点がある。
As described above, the conventional method of connecting an optical waveguide to a single mode optical fiber has the following problems.

【0009】(1) 光導波路の比屈折率差Δが高くなる
と、シングルモード光ファイバとのモードフィールド整
合が困難となる。
(1) If the relative refractive index difference Δ of the optical waveguide becomes high, it becomes difficult to perform mode field matching with a single mode optical fiber.

【0010】(2) モードフィールド不整合が生じると、
接続部での損失が大きくなると共に、接続部での反射が
生じる。
(2) When the mode field mismatch occurs,
As the loss at the connection increases, reflection occurs at the connection.

【0011】(3) 従来の光導波路構造では、設計の自由
度が少なく、シングルモード光ファイバのコア層の屈折
率と直径とに整合のとれた屈折率とコア層構造の光デバ
イスを実現することが困難である。
(3) With the conventional optical waveguide structure, an optical device having a refractive index and a core layer structure that matches the refractive index and the diameter of the core layer of a single mode optical fiber with a small degree of design freedom is realized. It is difficult.

【0012】そこで、本発明の目的は、上記課題を解決
し、シングルモード光ファイバとモードフィールド整合
のとりやすい光導波路及びその製造方法並びに光デバイ
スを提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to solve the above-mentioned problems and to provide an optical waveguide which is easy to achieve mode field matching with a single mode optical fiber, a method for manufacturing the same, and an optical device.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明の光導波路は、基板と、その基板上に形成され
SiO2 からなるクラッド層と、そのクラッド層の中に
形成されSiO2 に屈折率制御用添加剤を少なくとも一
種類含んだコア層とを備えた光導波路において、コア層
がフッ素を添加したSiO2 からなる中間層で覆われた
ものである。
Means for Solving the Problems An optical waveguide of the present invention in order to achieve the above object, a substrate and, a clad layer made of SiO 2 is formed on the substrate, SiO 2 is formed in its cladding layer And a core layer containing at least one kind of additive for controlling refractive index, wherein the core layer is covered with an intermediate layer made of SiO 2 to which fluorine is added.

【0014】本発明の光導波路の製造方法は、真空排気
された反応室内に上部電極と下部電極とを平行に対向配
置し、両電極間にパワーRFの高周波を印加し、一方の
電極上に基板を配置し、その電極に設けたヒータで基板
を所定の温度Tに加熱し、他方の電極側から一方の電極
側に向って金属アルコオキシドの蒸気、C2 6 等のフ
ッ素ガス及びO2 ガスをシャワー状に吹き付け、一定の
真空度Pに保ってフッ素を添加したSiO2 膜を基板上
に形成し、そのSiO2 膜の上にコア層を形成し、コア
層を覆うように再度フッ素を添加したSiO2 膜を形成
し、かつ、温度Tを400℃から600℃の範囲とし、
高周波パワーRFを350W以上とし、真空度Pを0.
5Torr以下に保ち、フッ素を添加したSiO2 膜の
成長速度を毎分1000オングストローム以下として成
膜するものである。
In the method of manufacturing an optical waveguide according to the present invention, an upper electrode and a lower electrode are arranged in parallel in a vacuum-evacuated reaction chamber, and a high-frequency power RF is applied between the two electrodes. The substrate is placed, the substrate is heated to a predetermined temperature T by a heater provided on the electrode, and the vapor of metal alkoxide, fluorine gas such as C 2 F 6 and O 2 A gas is sprayed in the form of a shower, an SiO 2 film to which fluorine is added is formed on the substrate while maintaining a certain degree of vacuum P, and a core layer is formed on the SiO 2 film, and again, so as to cover the core layer. Forming a SiO 2 film to which fluorine is added, and setting the temperature T in a range of 400 ° C. to 600 ° C .;
The high frequency power RF is set to 350 W or more, and the degree of vacuum P is set to 0.
The film is formed by keeping the growth rate of the SiO 2 film to which fluorine is added at 1000 Å or less per minute while maintaining the pressure at 5 Torr or less.

【0015】上記構成に加え本発明の光導波路の製造方
法は、フッ素を添加したSiO2 膜は、1000℃から
1200℃の高温で熱処理し、その膜の屈折率変化が熱
処理前と比較して0.3%以下となるようにするのが好
ましい。
In the method of manufacturing an optical waveguide according to the present invention, in addition to the above structure, the SiO 2 film to which fluorine is added is heat-treated at a high temperature of 1000 ° C. to 1200 ° C., and the change in the refractive index of the film is smaller than before the heat treatment. It is preferable that the content be 0.3% or less.

【0016】上記構成に加え本発明の光導波路の製造方
法は、フッ素を添加したSiO2 膜の屈折率とSiO2
膜の屈折率との比屈折率差は、少なくとも0.5%より
も大きく、1.23%よりも低いのが好ましい。
[0016] The method for manufacturing an optical waveguide in addition the present invention to the above structure, the refractive index of the SiO 2 film added with fluorine and SiO 2
The relative refractive index difference from the refractive index of the film is preferably at least greater than 0.5% and less than 1.23%.

【0017】本発明の光デバイスは、基板と、その基板
上に形成されSiO2 からなるクラッド層と、そのクラ
ッド層の中に形成されSiO2 に屈折率制御用添加剤を
少なくとも一種類含んだコア層とを有する光導波路と、
光導波路の入出力端に接続された光ファイバとを備えた
光デバイスにおいて、コア層がフッ素を添加したSiO
2 からなる中間層で覆われたものである。
[0017] The optical device of the present invention includes a substrate, a cladding layer formed on the substrate made of SiO 2, including at least one refractive index-controlling additives SiO 2 is formed in its cladding layer An optical waveguide having a core layer;
An optical device comprising: an optical fiber connected to an input / output end of an optical waveguide;
It is covered with an intermediate layer consisting of two .

【0018】上記構成に加え本発明の光デバイスは、光
導波路と光ファイバとの接続部付近の中間層に、光導波
路のコア層に含まれた屈折率制御用添加剤が拡散したの
が好ましい。
In addition to the above configuration, in the optical device of the present invention, it is preferable that the refractive index controlling additive contained in the core layer of the optical waveguide is diffused into the intermediate layer near the connection between the optical waveguide and the optical fiber. .

【0019】上記構成に加え本発明の光デバイスは、光
ファイバと光導波路とはCO2 レーザビーム照射によっ
て融着されたのが好ましい。
In addition to the above configuration, in the optical device of the present invention, it is preferable that the optical fiber and the optical waveguide are fused by irradiating a CO 2 laser beam.

【0020】本発明によれば、非常に緻密なSiO2
中にフッ素が略均一に添加され、この膜を高温(100
0℃〜1200℃)で熱処理しても酸素欠陥やフッ素濃
度勾配の少ない膜を実現することができる。
According to the present invention, fluorine is substantially uniformly added to a very dense SiO 2 film, and this film is heated at a high temperature (100 ° C.).
Even if the heat treatment is performed at 0 ° C. to 1200 ° C.), a film having a small oxygen deficiency and a small fluorine concentration gradient can be realized.

【0021】光導波路の低損失化(低吸収損失化、低散
乱損失化)のためには、フッ素添加SiO2 膜の高温熱
処理が必要であるが、本発明によれば、フッ素添加Si
2膜の屈折率は1000℃〜1200℃の高温熱処理
を施しても熱処理前と比較して最大0.3%しか変化し
ないので、光導波路用膜に用いることにより良好な特性
を得ることができる。
In order to reduce the loss of the optical waveguide (lower absorption loss and lower scattering loss), a high-temperature heat treatment of the fluorinated SiO 2 film is required.
Since the refractive index of the O 2 film changes only up to 0.3% compared to before the heat treatment even when the high-temperature heat treatment at 1000 ° C. to 1200 ° C. is performed, it is possible to obtain good characteristics by using the film for the optical waveguide. it can.

【0022】本発明によれば、光導波路の中間層とし
て、フッ素添加SiO2 膜を用いることにより、コア層
と中間層との比屈折率差Δを最大2.83%まで大きく
とることができる。これは中間層とクラッド層との比屈
折率差Δを0.5%よりも大きく、1.23%よりも低
い値を得ることができるためである。
According to the present invention, the relative refractive index difference Δ between the core layer and the intermediate layer can be increased to a maximum of 2.83% by using the fluorine-added SiO 2 film as the intermediate layer of the optical waveguide. . This is because the relative refractive index difference Δ between the intermediate layer and the cladding layer can be larger than 0.5% and lower than 1.23%.

【0023】本発明によれば、光導波路の中間層にフッ
素添加SiO2 膜を用いることにより、光導波路とし
て、大きな分散値を得ることができる。また、モードフ
ィールド径も従来のコア層とクラッド層とからなるシン
グルクラッド型に比べ、自由度を大きく、広範囲の値を
制御することができる。さらに光導波路の光パワー分布
もかなり自由に広範囲に制御することができる。
According to the present invention, by using a fluorine-added SiO 2 film for the intermediate layer of the optical waveguide, a large dispersion value can be obtained as the optical waveguide. Also, the mode field diameter has a greater degree of freedom and can control a wide range of values as compared with the conventional single clad type including a core layer and a clad layer. Further, the optical power distribution of the optical waveguide can be controlled quite freely over a wide range.

【0024】本発明によれば、光導波路の入出力端に光
ファイバとのモードフィールド整合をとるためのモード
変換部を設けることができるので、光ファイバと低損失
で接続することができることと、接続部からの反射光を
極端に小さくすることができる。
According to the present invention, a mode converter for achieving mode field matching with an optical fiber can be provided at the input / output end of the optical waveguide, so that the optical fiber can be connected to the optical fiber with low loss. The reflected light from the connection portion can be extremely reduced.

【0025】本発明によれば、光導波路と光ファイバと
の接続部からの反射光を極端に小さくすることができる
ことと、CO2 レーザビーム照射によって、接続部の融
着と光導波路のコア層の屈折率制御用添加剤を中間層内
に拡散させることができ、光ファイバとのモードフィー
ルド整合を実現することができる。
According to the present invention, the reflected light from the connection between the optical waveguide and the optical fiber can be extremely reduced, and the connection can be fused and the core layer of the optical waveguide can be irradiated by CO 2 laser beam irradiation. Can be diffused into the intermediate layer, and mode field matching with the optical fiber can be realized.

【0026】[0026]

【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。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings.

【0027】図1(a)は、本発明の光導波路の一実施
の形態を示す正面断面図であり、図1(b)は図1
(a)の右側面図である。尚、図8に示した従来例と同
様の部材には共通の符号を用いた。
FIG. 1A is a front sectional view showing an embodiment of the optical waveguide of the present invention, and FIG.
It is a right view of (a). Note that the same members as those of the conventional example shown in FIG.

【0028】図1(a),(b)に示す光導波路は、中
間層9に本発明の特徴であるフッ素を添加したSiO2
膜(後述する図4の曲線LCで示した屈折率の熱処理温
度特性を有するフッ素添加SiO2 膜)を用いたもので
ある。
The optical waveguide shown in FIGS. 1 (a) and 1 (b) has a structure in which the intermediate layer 9 is made of SiO 2 in which fluorine which is a feature of the present invention is added.
A film (a fluorine-added SiO 2 film having a heat treatment temperature characteristic of a refractive index indicated by a curve LC in FIG. 4 described later) is used.

【0029】基板1にはSiO2 基板、セラミックス基
板等を用いることができる。この基板1上にクラッド層
(屈折率n22)2が形成されている。クラッド層2には
通常、SiO2 (波長0.63μmでのn22は略1.4
58)が用いられ、石英系光ファイバのクラッド(Si
2 )と同じ屈折率にするのが好ましい。クラッド層2
の中には中間層9で覆われたコア層3が形成されてい
る。中間層9の屈折率n9 の値は、フッ素の添加量に応
じて1.440から1.455(波長0.63μmでの
値)までの範囲に制御することができるが、本発明では
屈折率n9 を1.440 から1.452の範囲にしており、
この点に特徴がある。
As the substrate 1, a SiO 2 substrate, a ceramic substrate, or the like can be used. Cladding layer (refractive index n 22) 2 is formed on the substrate 1. The cladding layer 2 usually has SiO 2 (n 22 at a wavelength of 0.63 μm is approximately 1.4).
58) is used and the cladding (Si
Preferably, the refractive index is the same as that of O 2 ). Clad layer 2
The core layer 3 covered with the intermediate layer 9 is formed therein. The value of the refractive index n 9 of the intermediate layer 9 can be controlled in a range from 1.440 to 1.455 (a value at a wavelength of 0.63 μm) in accordance with the amount of fluorine added. Rate n 9 is in the range of 1.440 to 1.452,
There is a feature in this point.

【0030】コア層(屈折率n3 )3には、SiO2
Ge,Ti,P,Zn,Ta等の屈折率制御用添加剤を
少なくとも一種類添加したもの、或いはSiON等の材
質が用いられ、屈折率n3 の値としては1.458から
1.482(波長0.63μmでの値)の範囲としてい
る。屈折率n3 と屈折率n9 とから得られる比屈折率差
Δ39の値は0.21%から2.83%の範囲である。
The core layer (refractive index n 3 ) 3 is made of SiO 2 to which at least one kind of refractive index controlling additive such as Ge, Ti, P, Zn, Ta or the like is added, or a material such as SiON. The value of the refractive index n 3 is in the range of 1.458 to 1.482 (value at a wavelength of 0.63 μm). The value of the refractive index n 3 and index of refraction n 9 Metropolitan relative refractive index difference delta 39 resulting from a range of 0.21% 2.83%.

【0031】すなわち、従来の光導波路の場合には図8
(d)に示したように、コア層3とクラッド層2との比
屈折率差Δ12を大きくしようとすると、コア層3の屈折
率n1 を大きくしなければならなかった。また、シング
ルモード伝送用光導波路とするためには、コア層3の幅
或いは厚みD3 を数μm程度に小さくしなければなら
ず、比屈折率差Δ12を大きくする程コア層の厚みを小さ
くしなければならなかった。このような状態で、光導波
路4と光ファイバ5とのモードフィールド整合をとろう
としても図8(c)のように、コア層3の幅或いは厚み
2 が大きくなり、光ファイバ5とのモードフィールド
不整合を生じた。
That is, in the case of the conventional optical waveguide, FIG.
As shown (d), the when trying to enlarge the core layer 3 and the relative refractive index difference delta 12 of the cladding layer 2, had to be increased refractive index n 1 of the core layer 3. Further, in order to single-mode transmission optical waveguide has to reduce the width or thickness D 3 of the core layer 3 in the order of several [mu] m, the thickness of the core layer the larger the relative refractive index difference delta 12 I had to make it smaller. In this state, as shown in FIG. 8 (c) even tries to mode field matching between the optical waveguide 4 and the optical fiber 5 becomes larger width or thickness D 2 of the core layer 3 is, the optical fiber 5 A mode field mismatch has occurred.

【0032】これに対して、本発明では、光導波路8の
比屈折率差は屈折率n3 の値を大きくしなくても屈折率
9 の値を小さくすることによって比屈折率差を大きく
することができる。したがって、後述するように光ファ
イバ5とのモードフィールド整合も容易である。
[0032] In contrast, in the present invention, the relative refractive index difference of the optical waveguide 8 is large relative refractive index difference by reducing the value of the refractive index n 9 without increasing the value of the refractive index n 3 can do. Therefore, mode field matching with the optical fiber 5 is easy as described later.

【0033】図2(a)は、本発明の光導波路の他の実
施の形態を示す正面断面図であり、図2(b)は図2
(a)の右側面図である。
FIG. 2A is a front sectional view showing another embodiment of the optical waveguide of the present invention, and FIG.
It is a right view of (a).

【0034】この実施の形態も中間層9にフッ素を添加
したSiO2 膜を用いたものであるが、図1に示した実
施の形態との相違点は、クラッド層2−1の上面全体
に、フッ素を添加したSiO2 膜の中間層9が形成され
ている点である。このようにクラッド層2−1の上面全
体にフッ素を添加したSiO2 を形成しておくことが、
図2の光導波路を簡易に製造する上で有利である。すな
わち、図1に示した光導波路では、中間層9−1,9−
2の領域を除去する工程を付加しなければならないが、
図2に示した光導波路では中間層9−1,9−2の領域
を除去する工程が不要となるためである。また、中間層
9−1,9−2の領域を除去する工程において、クラッ
ド層2−1及びコア層3の表面がエッチングガスによっ
て荒れ、散乱損失を誘因するが、図2に示す光導波路の
場合にはこのような荒れや散乱損失の問題がない。
This embodiment also uses an SiO 2 film in which fluorine is added to the intermediate layer 9, but differs from the embodiment shown in FIG. 1 in that the entire upper surface of the cladding layer 2-1 is formed. The point is that the intermediate layer 9 of the SiO 2 film to which fluorine is added is formed. As described above, it is necessary to form SiO 2 to which fluorine is added on the entire upper surface of the cladding layer 2-1.
This is advantageous in easily manufacturing the optical waveguide of FIG. That is, in the optical waveguide shown in FIG. 1, the intermediate layers 9-1 and 9-
It is necessary to add a step of removing the area 2
This is because the step of removing the regions of the intermediate layers 9-1 and 9-2 becomes unnecessary in the optical waveguide shown in FIG. In the step of removing the regions of the intermediate layers 9-1 and 9-2, the surfaces of the cladding layer 2-1 and the core layer 3 are roughened by the etching gas, causing scattering loss. In such a case, there is no problem of such roughness and scattering loss.

【0035】次に本発明の光導波路の製造方法について
説明する。
Next, a method for manufacturing an optical waveguide according to the present invention will be described.

【0036】図3は本発明の光導波路の製造方法を適用
したプラズマCVD装置の概略図を示す図である。
FIG. 3 is a schematic view of a plasma CVD apparatus to which the method for manufacturing an optical waveguide according to the present invention is applied.

【0037】プラズマCVD装置15内には、二つの平
行平板状の上部電極16及び下部電極17が設けられ、
両電極16,17間には高周波電源(高周波パワーR
F)22から高周波電圧が印加される。この装置15内
は真空排気装置25によって真空に排気される(真空度
P)。下部電極17の上にはクラッド層2−1の形成さ
れた基板1が設けられ、その下部電極17の下側に設け
られたヒータ20に直流電圧21を印加することによっ
て温度Tに加熱される。上部電極16は、矢印19−1
方向から送られてきたガスを上部電極16と下部電極1
7との間に一様に噴出するためのシャワー電極構造が用
いられている。このシャワー構造の上部電極16は、絶
縁体23によって装置15と絶縁されている。矢印19
−1方向から装置15内に矢印19−2方向に送り込む
ガスは、Si(OC2 5 4 ,Si(OCH3 4
の金属アルコオキシドの蒸気と、C2 6 等のフッ素系
ガスをO2 ガスで搬送したものが用いられる。尚、C2
6 は別に矢印24方向に装置15内に送り込んでもよ
い。
In the plasma CVD apparatus 15, two parallel plate-like upper electrodes 16 and lower electrodes 17 are provided.
A high-frequency power source (high-frequency power R
F) A high frequency voltage is applied from 22. The inside of the device 15 is evacuated to a vacuum by a vacuum exhaust device 25 (vacuum degree P). The substrate 1 on which the clad layer 2-1 is formed is provided on the lower electrode 17, and is heated to a temperature T by applying a DC voltage 21 to a heater 20 provided below the lower electrode 17. . The upper electrode 16 has an arrow 19-1.
The gas sent from the direction is supplied to the upper electrode 16 and the lower electrode 1.
A shower electrode structure for uniformly ejecting the air between the shower electrode and the shower head is used. The upper electrode 16 having the shower structure is insulated from the device 15 by the insulator 23. Arrow 19
Gas fed in the arrow 19-2 direction from -1 direction in the apparatus 15, Si (OC 2 H 5) 4, Si (OCH 3) and steam metal alcoholate oxides such as 4, fluorine-based, such as C 2 F 6 that conveys the gas an O 2 gas is used. In addition, C 2
F 6 may alternatively be fed into the device 15 in the direction of arrow 24.

【0038】次に図3に示した装置15を用いて形成し
たフッ素添加SiO2 膜の特性について述べる。
Next, characteristics of the fluorine-added SiO 2 film formed by using the apparatus 15 shown in FIG. 3 will be described.

【0039】[0039]

【実施例】【Example】

(比較例1) Si(OC2 5 ): 12SCCM O2 :100SCCM C2 6 : 11SCCM ヒータ温度T :350℃ 高周波パワーRF :300W 真空度P :0.6Torr 以上の条件で、Si基板1上にフッ素添加SiO2 膜を
形成(成膜速度毎分2100オングストローム)し、そ
の後、Si基板1を5分割し、それぞれの分割した基板
を電気炉内に入れ、N2 を毎分5リットル流しながら、
それぞれの熱処理温度500℃、800℃、1000℃
及び1200℃で熱処理し、それぞれの膜の屈折率を測
定した。その結果を図4の曲線LAで示す。
(Comparative Example 1) Si (OC 2 H 5 ): 12 SCCM O 2 : 100 SCCM C 2 F 6 : 11 SCCM Heater temperature T: 350 ° C. High frequency power RF: 300 W Vacuum degree P: 0.6 Torr A fluorine-added SiO 2 film is formed thereon (film formation rate: 2100 Å / min), and thereafter, the Si substrate 1 is divided into 5 parts, each of the divided substrates is placed in an electric furnace, and N 2 is flowed at 5 liters per minute. While
Each heat treatment temperature 500 ℃ 、 800 ℃ 、 1000 ℃
And a heat treatment at 1200 ° C., and the refractive index of each film was measured. The result is shown by a curve LA in FIG.

【0040】熱処理温度を高くすることによって屈折率
が高くなってしまい、SiO2 の屈折率(1.458)
よりも低い値を実現することができなかった。この原因
は、フッ素添加SiO2 膜の密度が低かったために、高
温熱処理することによって酸素欠陥の膜になったことに
よって屈折率が高くなったものと思われる。また、酸素
欠陥と共にフッ素も拡散していることが分かった。尚、
図4は、図3に示した装置を用いて成膜したフッ素添加
SiO2 膜の屈折率の熱処理温度依存性を示す図であ
り、横軸が熱処理温度、縦軸が屈折率を示している。
When the heat treatment temperature is increased, the refractive index increases, and the refractive index of SiO 2 (1.458)
Lower values could not be achieved. This is presumably because the density of the fluorine-added SiO 2 film was low, and the high-temperature heat treatment resulted in an oxygen-deficient film, which increased the refractive index. It was also found that fluorine was diffused together with oxygen vacancies. still,
FIG. 4 is a diagram showing the heat treatment temperature dependence of the refractive index of the fluorine-added SiO 2 film formed by using the apparatus shown in FIG. 3, in which the horizontal axis shows the heat treatment temperature and the vertical axis shows the refractive index. .

【0041】(比較例2) Si(OC2 5 4 : 12SCCM O2 :100SCCM C2 6 :350℃ 高周波パワーRF :300W 真空度P :0.6Torr 以上の条件で、Si基板1上にフッ素添加SiO2 膜を
形成(成膜速度毎分約2200オングストローム)し、
その後比較例1と同様にSi基板1を分割し、それぞれ
の基板を所望の温度で熱処理し、屈折率を評価した。こ
の場合の屈折率特性を図4の曲線LBで示す。
Comparative Example 2 Si (OC 2 H 5 ) 4 : 12 SCCM O 2 : 100 SCCM C 2 F 6 : 350 ° C. High frequency power RF: 300 W Vacuum degree P: 0.6 Torr To form a fluorine-added SiO 2 film at a film formation rate of about 2200 angstroms per minute.
Thereafter, as in Comparative Example 1, the Si substrate 1 was divided, and each substrate was heat-treated at a desired temperature, and the refractive index was evaluated. The refractive index characteristic in this case is shown by a curve LB in FIG.

【0042】曲線LAよりは、フッ素添加量が多いの
で、屈折率は低いが、熱処理温度を高くしていくと、屈
折率は、SiO2 の屈折率よりも高くなってしまう。す
なわち、この膜も本発明の光導波路用のフッ素添加Si
2 膜としては利用できないことが分かった。
From the curve LA, the refractive index is low because the amount of added fluorine is large, but as the heat treatment temperature is increased, the refractive index becomes higher than that of SiO 2 . That is, this film is also a fluorine-doped Si for the optical waveguide of the present invention.
It turned out that it cannot be used as an O 2 film.

【0043】(実施例1) Si(OC2 5 4 : 12SCCM O2 :100SCCM C2 6 : 11SCCM ヒータ温度T :400℃ 高周波パワーRF :350W 真空度P :0.4Torr 以上の条件で、Si基板1上にフッ素添加SiO2 膜を
形成(成膜速度毎分940オングストローム)し、その
後、比較例1と同様にSi基板1を分割し、それぞれの
基板を所望の温度で熱処理し、屈折率を評価した。この
場合の屈折率特性を図4の曲線LCで示す。SiO2
屈折率よりも低い値を実現することができた。これは、
基板の加熱温度の高温化、高周波パワーRFの高出力
化、高真空度化によって、非常に緻密で安定な膜とする
ことによって達成されたものである。そのため、高温熱
処理しても膜中の酸素が放出されることはなく、それに
よりフッ素の拡散も抑圧されて膜中を移動しにくくな
り、結果的に屈折率の変化しにくい膜が得られたものと
思われる。
(Example 1) Si (OC 2 H 5 ) 4 : 12 SCCM O 2 : 100 SCCM C 2 F 6 : 11 SCCM Heater temperature T: 400 ° C. High frequency power RF: 350 W Vacuum degree P: 0.4 Torr Then, a fluorine-added SiO 2 film is formed on the Si substrate 1 (deposition speed of 940 Å / min), and thereafter, the Si substrate 1 is divided similarly to Comparative Example 1, and each substrate is heat-treated at a desired temperature. The refractive index was evaluated. The refractive index characteristic in this case is shown by a curve LC in FIG. A value lower than the refractive index of SiO 2 could be realized. this is,
This is achieved by forming a very dense and stable film by increasing the heating temperature of the substrate, increasing the output of the high-frequency power RF, and increasing the degree of vacuum. Therefore, even if the high-temperature heat treatment was performed, oxygen in the film was not released, thereby suppressing the diffusion of fluorine and making it difficult to move through the film, and as a result, a film having a refractive index that was difficult to change was obtained. It seems to be.

【0044】(実施例2) Si(OC2 5 4 : 12SCCM O2 :100SCCM C2 6 : 31SCCM ヒータ温度T :450℃ 高周波パワーRF :380W 真空度P :0.4Torr 以上の条件で、Si基板上にフッ素添加SiO2 膜を形
成(成膜速度毎分900オングストローム)し、その後、
実施例2と同様にSi基板を分割し、それぞれの基板を
所望の熱処理温度で熱処理し、屈折率を評価した。図4
の曲線LDに屈折率特性を示す。
(Example 2) Si (OC 2 H 5 ) 4 : 12 SCCM O 2 : 100 SCCM C 2 F 6 : 31 SCCM Heater temperature T: 450 ° C. High frequency power RF: 380 W Vacuum degree P: 0.4 Torr or more Forming a fluorine-added SiO 2 film on the Si substrate (at a deposition rate of 900 angstroms per minute),
The Si substrate was divided in the same manner as in Example 2, and each substrate was heat-treated at a desired heat treatment temperature, and the refractive index was evaluated. FIG.
Curve LD shows the refractive index characteristics.

【0045】この場合もSiO2 の屈折率よりも大幅に
低い値を実現することができた。また、高温熱処理を行
っても屈折率はほとんど変化しない安定な膜であった。
これは、より基板の加熱温度を高温化したことと、高周
波パワーよりも高出力化したことによってさらに緻密な
膜になったために実現したものと思われる。
In this case as well, a value significantly lower than the refractive index of SiO 2 could be realized. Further, the film was a stable film whose refractive index hardly changed even after high-temperature heat treatment.
This seems to have been achieved because the substrate was heated at a higher temperature and the output was higher than the high frequency power, resulting in a more dense film.

【0046】また膜中のフッ素の濃度分布をフッ素の二
次イオン質量分析法(SIMS)によって調べたが、膜
中のフッ素の移動は、膜の表面から10数十nmの深さ
のところまでにわずかな濃度分布をもっているだけであ
ることが分かった。
The concentration distribution of fluorine in the film was examined by secondary ion mass spectrometry (SIMS) of fluorine. The movement of fluorine in the film was from the surface of the film to a depth of more than 10 tens of nm. Has only a slight concentration distribution.

【0047】以上の実施例と比較例から、高温熱処理に
よる屈折率の変化が小さく、かつ膜中のフッ素の濃度の
勾配分布の小さいフッ素添加SiO2 膜を得るには、成
膜の際の加熱温度は400℃から600℃の範囲に保
ち、高周波パワーRFを350W以上とし、真空度Pを
0.5Torr以下にし、フッ素添加SiO2 膜の成膜
速度を毎分1000オングストローム以下の条件で成膜
しなければならないことが分かった。
From the above Examples and Comparative Examples, to obtain a fluorine-added SiO 2 film in which the change in the refractive index due to the high-temperature heat treatment is small and the gradient distribution of the fluorine concentration in the film is small, the heating during the film formation is required. The temperature is maintained in the range of 400 ° C. to 600 ° C., the high-frequency power RF is set to 350 W or more, the degree of vacuum P is set to 0.5 Torr or less, and the film formation rate of the fluorine-added SiO 2 film is 1000 Å / min or less. I knew I had to do it.

【0048】図5(a)は、本発明の光デバイスの断面
図であり、図5(b)はD−D線断面内の屈折率分布
図、図5(c)はE−E線断面内の屈折率分布図、図5
(d)はF−F線断面内の屈折率分布図である。
FIG. 5A is a cross-sectional view of the optical device of the present invention, FIG. 5B is a refractive index distribution diagram in a cross section taken along line DD, and FIG. Refractive index distribution diagram in Fig. 5
(D) is a refractive index distribution diagram in a cross section taken along line FF.

【0049】この光デバイスは、光導波路8の入力端に
シングルモード光ファイバ5を接続した構造を有してい
る。
This optical device has a structure in which the single mode optical fiber 5 is connected to the input end of the optical waveguide 8.

【0050】図5に示した光導波路8の第1の特徴は、
基板1上にクラッド層2が形成され、そのクラッド層2
内に中間層9で覆われた略矩形形状のコア層3が設けら
れた構造を有している点である。
The first characteristic of the optical waveguide 8 shown in FIG.
A clad layer 2 is formed on a substrate 1, and the clad layer 2
It has a structure in which a substantially rectangular core layer 3 covered with an intermediate layer 9 is provided therein.

【0051】この光導波路8の比屈折率差Δは、図5
(d)に示すように、コア層3の屈折率n3 と中間層9
の屈折率n9 とによって決まる。中間層9の屈折率n9
は、1.440から1.455の範囲に制御することが
できるので、コア層3の屈折率n3 は図8に示した従来
の光導波路のコア層3の屈折率n1 よりもかなり低くす
ることができる。例えば、屈折率n9 として1.440
を用い、コア層3と中間層9との比屈折率差Δを2%に
しようとすると、屈折率n3 は1.469にすればよ
く、コア層3とクラッド層2との比屈折率差Δは約0.
75%となる。図8に示した従来の光導波路4のコア層
3とクラッド層2との比屈折率差Δを2%とすると、前
述したように、コア層3の幅及び厚みD1 は約3μmに
しなければならなかったが、本発明の光導波路8のコア
層3の幅及び厚みD3 は、厚みD1の2倍に近い値にす
ることができる。このように、厚みD1 の値を大きくで
きるので、光ファイバ5との接続損失を小さくでき、し
かも容易に接続することができる。
The relative refractive index difference Δ of the optical waveguide 8 is shown in FIG.
As shown in (d), the refractive index n 3 of the core layer 3 and the intermediate layer 9
And the refractive index n 9 . Refractive index n 9 of intermediate layer 9
Can be controlled in the range of 1.440 to 1.455, so that the refractive index n 3 of the core layer 3 is considerably lower than the refractive index n 1 of the core layer 3 of the conventional optical waveguide shown in FIG. can do. For example, 1.440 as the refractive index n 9
When the relative refractive index difference Δ between the core layer 3 and the intermediate layer 9 is set to 2%, the refractive index n 3 may be set to 1.469, and the relative refractive index between the core layer 3 and the cladding layer 2 may be adjusted. The difference Δ is about 0.
75%. Assuming that the relative refractive index difference Δ between the core layer 3 and the cladding layer 2 of the conventional optical waveguide 4 shown in FIG. 8 is 2%, the width and thickness D 1 of the core layer 3 must be about 3 μm as described above. There was no Banara, width and thickness D 3 of the core layer 3 of the optical waveguide 8 of the present invention may be a value close to 2 times the thickness D 1. Thus, since the value of the thickness D 1 can be increased, it is possible to reduce the connection loss of the optical fiber 5, moreover can be easily connected.

【0052】図5に示した光導波路の第2の特徴は、図
5(c)のE−E線断面内の屈折率分布を、光ファイバ
5と光導波路8とをCO2 レーザ照射で融着接続する時
に、過剰にCO2 レーザビームを光導波路8の入力端1
0付近に照射することにより、コア層3の屈折率制御用
ドーパントを拡散させて中間層9内に移動させ、光導波
路8のコア層3を光ファイバ5のコア7の直径Df と略
等しい幅及び厚みにし、かつ屈折率をコア7の屈折率と
略等しくすることができる点である。すなわち、光ファ
イバ5と光導波路8の入力端でのモードフィールド整合
がとれた構成を実現することができる。
The second characteristic of the optical waveguide shown in FIG. 5 is that the refractive index distribution in the cross section taken along line EE in FIG. 5C is obtained by melting the optical fiber 5 and the optical waveguide 8 by irradiating a CO 2 laser. When the connection is made, an excessive CO 2 laser beam is applied to the input end 1 of the optical waveguide 8.
By irradiating near 0, the dopant for controlling the refractive index of the core layer 3 is diffused and moved into the intermediate layer 9, and the core layer 3 of the optical waveguide 8 is substantially equal to the diameter D f of the core 7 of the optical fiber 5. The point is that the width and thickness can be set, and the refractive index can be made substantially equal to the refractive index of the core 7. That is, it is possible to realize a configuration in which mode field matching is achieved between the optical fiber 5 and the input end of the optical waveguide 8.

【0053】図5に示した光導波路の第3の特徴は、光
導波路の分散値は屈折率n3 ,n2,n9 、光導波路の
コア層の厚みD3 及び中間層の厚みtで制御することが
でき、かつ、大きな値を得ることができる点である。す
なわち同図に示す光導波路は従来の光導波路と比べて分
散値の設計の自由度が大きいのである。
The third characteristic of the optical waveguide shown in FIG. 5 is that the dispersion value of the optical waveguide is determined by the refractive indices n 3 , n 2 and n 9 , the thickness D 3 of the core layer of the optical waveguide, and the thickness t of the intermediate layer. That is, it can be controlled and a large value can be obtained. In other words, the optical waveguide shown in the figure has a greater degree of freedom in designing the dispersion value than the conventional optical waveguide.

【0054】図5に示した光導波路の第4の特徴は、モ
ードフィールド径も屈折率n3 ,n2 ,n9 、コア層の
厚みD3 及び中間層の厚みtで制御することができ、設
計の自由度が大きい点である。
The fourth feature of the optical waveguide shown in FIG. 5 is that the mode field diameter can also be controlled by the refractive indices n 3 , n 2 and n 9 , the thickness D 3 of the core layer and the thickness t of the intermediate layer. That is, the degree of freedom in design is great.

【0055】図6は、本発明の光デバイスにモード変換
部を形成する方法を説明するための説明図である。同図
は光導波路と光ファイバとをCO2 レーザビームで融着
接続すると共に、光導波路のコア層内の屈折率制御用ド
ーパントを中間層中に拡散させる方法の実施例を示した
ものである。
FIG. 6 is an explanatory diagram for explaining a method of forming a mode converter in the optical device according to the present invention. This figure shows an embodiment of a method of fusion splicing an optical waveguide and an optical fiber with a CO 2 laser beam and diffusing a refractive index controlling dopant in a core layer of the optical waveguide into an intermediate layer. .

【0056】光導波路8の入力端10に光ファイバ5の
端面を押しつけた状態で、集光レンズ26で集光された
CO2 レーザビーム27を接続面に照射して融着接続す
る。CO2 レーザビーム27を短時間(1〜10秒程
度)照射することにより、コア層3内の屈折率制御用ド
ーパントを中間層9内へ拡散させる。CO2 レーザビー
ム27は、連続発振している出力を照射する場合には、
数Wから十数ワットの範囲が好ましい。またCO2 レー
ザビーム27の径は100μmから数百μmの範囲が好
ましい。
With the end face of the optical fiber 5 pressed against the input end 10 of the optical waveguide 8, the connection surface is irradiated with the CO 2 laser beam 27 condensed by the condensing lens 26 and fusion spliced. By irradiating the CO 2 laser beam 27 for a short time (about 1 to 10 seconds), the dopant for controlling the refractive index in the core layer 3 is diffused into the intermediate layer 9. When the CO 2 laser beam 27 irradiates a continuously oscillating output,
The range from several W to several tens of watts is preferable. The diameter of the CO 2 laser beam 27 is preferably in the range of 100 μm to several hundred μm.

【0057】次に、本発明の光導波路及びその製造方法
を用いて試作した結果について述べる。
Next, the results of trial production using the optical waveguide of the present invention and its manufacturing method will be described.

【0058】図2に示した光導波路と同様の構造の光導
波路を試作した。すなわち、SiO2 基板1上にSiO
2 クラッド層2−1をプラズマCVD法によって2μm
成膜し、ついでフッ素を添加したSiO2 膜の中間層9
を実施例1に示した方法で2μm成膜した。但し、実施
例1においてC2 6 の流量は37SCCMとした。そ
して上記中間層9の上にプラズマCVD法によってNを
添加したSiONのコア層3を5μm成膜した。このS
iON層はSiH4 とNH3 とO2 ガスとを図3に示し
たプラズマCVD装置の電極間に供給し、プラズマ雰囲
気中で成膜した(成膜時のヒータ温度は400℃であっ
た)。その後、1000℃でO2 雰囲気、3時間熱処理
を施した。次にドライエッチングにより、コア層3とフ
ッ素とを添加したクラッド層9を略矩形状(幅6μm)
にパターニングした。ついで、上記パターニングした全
表面に、上記フッ素を添加したSiO2 膜を再度2μm
形成した。最後に、上記フッ素を添加したSiO2 膜上
にSiO2 のクラッド層2−2を8μm形成した。上記
光導波路の伝搬損失を波長1.1μmから1.6μmの
間で評価した結果、図7に示すように波長1.3μmか
ら1.6μmの範囲で0.15dB/cm以下であっ
た。また、波長1.39μm付近のOH基による吸収損
失や波長1.5μm付近のSi−H、N−H基による吸
収損失もなかった。すなわち、上記波長帯で吸収基のほ
とんどない平坦な損失波長特性を実現することができ
た。尚、図7は本発明の光導波路の損失波長特性図であ
り、横軸が波長を示し、縦軸が伝搬損失を示している。
光導波路の比屈折率差Δは、SiO2 クラッド層2−1
(2−2)とフッ素を添加したSiO2 の中間層9との
比屈折率差は約2%、コア層3とSiO2 クラッド層2
−1(2−2)との比屈折率差は約0.8%であった。
ここで、通常、上記SiONのコア層3中には、O−H
基、Si−H基及びN−H基の吸収基が混入しており、
その中でも、O−H基は1000℃の熱処理でほとんど
蒸発してなくなるが、Si−H基及びN−H基に関して
は1200℃以上にしないと、なかなか取り除くことが
できなかった。これに対して本発明の構造によりこれら
の吸収基を取り除くことができた。これは、1000℃
の熱処理中に、中間層9中のフッ素イオンがコア層3中
のO−H基、Si−H基、N−H基のHと反応し、反応
したH−F基は蒸発してしまうために、コア層9中のO
−H基、Si−H基及びN−H基が取り除かれた結果低
損失化が実現されたものと考えられる。
An optical waveguide having the same structure as the optical waveguide shown in FIG. That is, the SiO 2 substrate 1
2 The cladding layer 2-1 is formed to a thickness of 2 μm by a plasma CVD method.
An intermediate layer 9 of a SiO 2 film to which a film is formed and then fluorine is added
Was formed in a thickness of 2 μm by the method described in Example 1. However, in Example 1, the flow rate of C 2 F 6 was 37 SCCM. Then, a 5 μm-thick SiON core layer 3 to which N was added was formed on the intermediate layer 9 by a plasma CVD method. This S
The iON layer was formed in a plasma atmosphere by supplying SiH 4 , NH 3, and O 2 gas between the electrodes of the plasma CVD apparatus shown in FIG. 3 (the heater temperature during the film formation was 400 ° C.). . Thereafter, heat treatment was performed at 1000 ° C. in an O 2 atmosphere for 3 hours. Next, the core layer 3 and the cladding layer 9 to which fluorine is added are formed into a substantially rectangular shape (width 6 μm) by dry etching.
Was patterned. Then, the above-mentioned fluorine-added SiO 2 film was again formed on the entire patterned surface by 2 μm.
Formed. Finally, the cladding layers 2-2 of SiO 2 to 8μm formed on the SiO 2 film added with the fluorine. As a result of evaluating the propagation loss of the optical waveguide in a wavelength range of 1.1 μm to 1.6 μm, as shown in FIG. 7, it was 0.15 dB / cm or less in a wavelength range of 1.3 μm to 1.6 μm. In addition, there was no absorption loss due to the OH group near the wavelength of 1.39 μm or absorption loss due to the Si—H or NH group near the wavelength of 1.5 μm. That is, a flat loss wavelength characteristic with almost no absorption group in the above-mentioned wavelength band could be realized. FIG. 7 is a loss wavelength characteristic diagram of the optical waveguide of the present invention, in which the horizontal axis represents wavelength and the vertical axis represents propagation loss.
The relative refractive index difference Δ of the optical waveguide is equal to the SiO 2 cladding layer 2-1.
The relative refractive index difference between (2-2) and the fluorine-doped SiO 2 intermediate layer 9 is about 2%, and the core layer 3 and the SiO 2 clad layer 2
The relative refractive index difference from -1 (2-2) was about 0.8%.
Here, usually, OH is contained in the SiON core layer 3.
Groups, Si-H groups and N-H absorbing groups are mixed,
Among them, the OH group was almost completely evaporated by the heat treatment at 1000 ° C., but the Si—H group and the N—H group could not be easily removed unless the temperature was 1200 ° C. or higher. On the other hand, these absorbing groups could be removed by the structure of the present invention. This is 1000 ° C
During the heat treatment, the fluorine ions in the intermediate layer 9 react with the O—H, Si—H, and N—H groups in the core layer 3, and the reacted HF groups evaporate. And O in the core layer 9
It is considered that low loss was realized as a result of removing the -H group, the Si-H group, and the NH group.

【0059】このように、コア層3とクラッド層2−1
(2−2)との間にフッ素を添加したSiO2 層を設
け、高温熱処理を行うことにより低損失化を図れること
が確認された。これは本発明の新たな効果として極めて
特長あるものである。尚、クラッド層2−2を成膜した
後、さらに高温熱処理を行えば、より低損失化を図るこ
とができる。
As described above, the core layer 3 and the cladding layer 2-1
It was confirmed that by providing a SiO 2 layer to which fluorine was added between (2-2) and performing high-temperature heat treatment, low loss could be achieved. This is a remarkable feature as a new effect of the present invention. In addition, if the high-temperature heat treatment is further performed after forming the cladding layer 2-2, the loss can be further reduced.

【0060】本発明は、上述した実施の形態或いは実施
例に限定されない。図3において、基板1を上部電極1
6側に取り付け、種々のガスを下部電極17の下方側か
ら各電極に設けられたシャワー電極構造部から吹き出さ
せるようにしてもよい。その場合、基板1の加熱は、上
部電極16側に取り付けたヒータで行う。また図3に示
すプラズマCVD装置15は、中間層を形成する他、ク
ラッド層形成用、コア層形成用に用いることができる。
さらに図5に示した光デバイスに用いる光ファイバ5と
しては、通常のシングルモードファイバ以外に分散シフ
トファイバ、分散補償ファイバ、ノンゼロ分散シフトフ
ァイバ等を用いてもよい。また、図5において、光ファ
イバ5と光導波路8とは、融着接続以外の接続方法とし
て、光ファイバを光導波路端面に突き合わせ、その付き
合わせた付近を接着剤で固定してもよい。その場合に
は、光ファイバと光導波路との間に屈折率整合剤を介在
させるのが好ましい。また、光導波路端面付近のモード
フィールド整合部は、予め、CO2 レーザビーム照射に
より形成しておいてから接続する。
The present invention is not limited to the above embodiments or examples. In FIG. 3, the substrate 1 is
Alternatively, various gases may be blown out from the shower electrode structure provided on each electrode from below the lower electrode 17. In that case, the substrate 1 is heated by a heater attached to the upper electrode 16 side. The plasma CVD apparatus 15 shown in FIG. 3 can be used not only for forming an intermediate layer but also for forming a clad layer and a core layer.
Further, as the optical fiber 5 used in the optical device shown in FIG. 5, a dispersion shift fiber, a dispersion compensation fiber, a non-zero dispersion shift fiber, or the like may be used in addition to a normal single mode fiber. In FIG. 5, as a connection method other than the fusion splicing, the optical fiber 5 and the optical waveguide 8 may be arranged such that the optical fiber is abutted on the end face of the optical waveguide and the vicinity of the abutted portion is fixed with an adhesive. In that case, it is preferable to interpose a refractive index matching agent between the optical fiber and the optical waveguide. The mode field matching section near the end face of the optical waveguide is connected after being formed beforehand by irradiation with a CO 2 laser beam.

【0061】図1及び図2に示した光導波路は、光導波
路の製造途中の段階(クラッド層及び中間層を形成後、
又はクラッド層、中間層及びコア層を形成した後、或い
はコア層をフォトリソグラフィ及びドライエッチングに
より略矩形形状にパターニングした後等)、又は製造終
了時に1000℃から1200℃の高温で熱処理を施
し、光導波路の低損失化を図る。
The optical waveguide shown in FIGS. 1 and 2 is manufactured at a stage during the manufacture of the optical waveguide (after forming the cladding layer and the intermediate layer,
Or after forming a cladding layer, an intermediate layer and a core layer, or after patterning the core layer into a substantially rectangular shape by photolithography and dry etching, etc.), or performing a heat treatment at a high temperature of 1000 ° C. to 1200 ° C. To reduce the loss of the optical waveguide.

【0062】以上において、本発明によれば、 (1) 光導波路のコア層とクラッド層との間の中間層に、
1000℃から1200℃の高温処理を施しても屈折率
及びフッ素濃度分布のほとんど変化しない安定なフッ素
添加SiO2 膜を用いることにより、高い比屈折率差を
実現することができる。
As described above, according to the present invention, (1) an intermediate layer between a core layer and a clad layer of an optical waveguide includes:
A high relative refractive index difference can be realized by using a stable fluorine-added SiO 2 film in which the refractive index and the fluorine concentration distribution hardly change even when a high-temperature treatment at 1000 ° C. to 1200 ° C. is performed.

【0063】(2) 光導波路のコア層と中間層との比屈折
率差Δciとして、1.23%を得ることができるので、
コア層とクラッド層との比屈折率差ΔWCは、光ファイバ
のコア層とクラッドとの比屈折率差(通常0.3%)に
合わせることができるという利点がある。さらに、本発
明の光導波路は光ファイバのコア層とクラッド層との比
屈折率差(通常0.3%)に合わせることができる。
尚、従来の高比屈折率差導波路では、コア層とクラッド
層との比屈折率差ΔWCを1%以上にしなければならず、
前述したように、光ファイバとのモード整合が困難であ
った。
[0063] (2) relative refractive index difference delta ci between the core layer and the intermediate layer of the optical waveguide, it is possible to obtain 1.23%
The relative refractive index difference delta WC between the core layer and the cladding layer has the advantage that it is possible to match the relative refractive index difference between the core layer and the cladding of the optical fiber (0.3% usually). Further, the optical waveguide of the present invention can be adjusted to the relative refractive index difference (usually 0.3%) between the core layer and the clad layer of the optical fiber.
In the conventional high relative refractive index difference waveguide, it must be the relative refractive index difference delta WC between the core layer and the cladding layer to 1% or more,
As described above, mode matching with an optical fiber has been difficult.

【0064】(3) フッ素添加SiO2 膜は、1000℃
から1200℃の高温熱処理にも安定であるので、光導
波路自体を高温熱処理することによって、コア層、クラ
ッド層及び中間層中に含まれている不純物(OH基、C
H基、Si−H基等の吸収差)による吸収損失を低減す
ることができる。また、上記各層の緻密化も図れるの
で、微小な構造不均一による散乱損失も低減することが
できる。さらに、各層間の構造不整も低減することがで
き、これによる散乱損失も低減することができる。
(3) The fluorine-added SiO 2 film is formed at 1000 ° C.
And 1200 ° C. high-temperature heat treatment. Therefore, by subjecting the optical waveguide itself to high-temperature heat treatment, impurities (OH groups, C atoms) contained in the core layer, the cladding layer, and the intermediate layer are contained.
It is possible to reduce the absorption loss due to the absorption difference between the H group and the Si-H group. In addition, since each of the above layers can be densified, scattering loss due to minute non-uniform structure can be reduced. Further, structural irregularities between the respective layers can be reduced, and the scattering loss due to this can also be reduced.

【0065】(4) 光ファイバとの屈折率及び構造の両面
からモードフィールド整合がとれるので、接続部の損失
を大幅に低減することができる。
(4) Since mode field matching can be obtained from both the refractive index and the structure of the optical fiber, the loss at the connection can be greatly reduced.

【0066】(5) 屈折率n3 ,n2 ,n9 、光導波路の
コア層の厚みD3 及び中間層の厚みtのパラメータを用
いてモードフィールド径、光パワー分布、分散特性等を
設計することができるので、従来の光導波路よりも設計
の自由度が大きい。
(5) Designing the mode field diameter, optical power distribution, dispersion characteristics, and the like using the parameters of the refractive indexes n 3 , n 2 , and n 9 , the thickness D 3 of the core layer of the optical waveguide, and the thickness t of the intermediate layer. Therefore, the degree of design freedom is greater than that of the conventional optical waveguide.

【0067】(6) 光導波路の入出力端側の光ファイバ接
続部にモード変換部を容易に設けることができる。
(6) A mode converter can be easily provided at the optical fiber connection on the input / output end side of the optical waveguide.

【0068】[0068]

【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。
In summary, according to the present invention, the following excellent effects are exhibited.

【0069】シングルモード光ファイバとモードフィー
ルド整合のとりやすい光導波路及びその製造方法並びに
光デバイスの提供を実現することができる。
It is possible to realize an optical waveguide which can be easily subjected to mode field matching with a single mode optical fiber, a method of manufacturing the same, and an optical device.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】(a)は、本発明の光導波路の一実施の形態を
示す正面断面図であり、(b)は(a)の右側面図であ
る。
FIG. 1A is a front sectional view showing one embodiment of an optical waveguide of the present invention, and FIG. 1B is a right side view of FIG.

【図2】(a)は、本発明の光導波路の他の実施の形態
を示す正面断面図であり、(b)は(a)の右側面図で
ある。
FIG. 2A is a front sectional view showing another embodiment of the optical waveguide of the present invention, and FIG. 2B is a right side view of FIG.

【図3】本発明の光導波路の製造方法を適用したプラズ
マCVD装置の概略図を示す図である。
FIG. 3 is a schematic view of a plasma CVD apparatus to which the method for manufacturing an optical waveguide of the present invention is applied.

【図4】図3に示した装置を用いて成膜したフッ素添加
SiO2 膜の屈折率の熱処理温度依存性を示す図であ
る。
FIG. 4 is a diagram showing the dependence of the refractive index of a fluorine-added SiO 2 film formed by using the apparatus shown in FIG. 3 on the heat treatment temperature.

【図5】(a)は、本発明の光デバイスの断面図であ
り、(b)はD−D線断面内の屈折率分布図、(c)は
E−E線断面内の屈折率分布図、(d)はF−F線断面
内の屈折率分布図である。
5A is a cross-sectional view of the optical device of the present invention, FIG. 5B is a refractive index distribution diagram in a DD line cross-section, and FIG. 5C is a refractive index distribution in a EE line cross-section. FIG. 3D is a refractive index distribution diagram in a cross section taken along line FF.

【図6】本発明の光デバイスにモード変換部を形成する
方法を説明するための説明図である。
FIG. 6 is an explanatory diagram for explaining a method of forming a mode converter in the optical device of the present invention.

【図7】本発明の光導波路の損失波長特性図である。FIG. 7 is a loss wavelength characteristic diagram of the optical waveguide of the present invention.

【図8】(a)は、従来のピッグテールファイバ付きの
光デバイスの横断面図であり、(b)は(a)のA−A
線断面内屈折率分布図、(c)は(a)のB−B線断面
内屈折率分布図、(d)はC−C線断面内屈折率分布図
である。
FIG. 8A is a cross-sectional view of a conventional optical device with a pigtail fiber, and FIG. 8B is a cross-sectional view taken along line AA of FIG.
(C) is a refractive index distribution diagram in a cross section taken along the line BB in (a), and (d) is a refractive index distribution diagram in a cross section taken along a line CC.

【図9】従来の光導波路へのモード変換部形成方法の概
略図である。
FIG. 9 is a schematic view of a conventional method for forming a mode converter on an optical waveguide.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 基板(Si基板) 2 クラッド層 3 コア層 5 光ファイバ 8 光導波路 9 中間層 Reference Signs List 1 substrate (Si substrate) 2 clad layer 3 core layer 5 optical fiber 8 optical waveguide 9 intermediate layer

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 基板と、その基板上に形成されSiO2
からなるクラッド層と、そのクラッド層の中に形成され
SiO2 に屈折率制御用添加剤を少なくとも一種類含ん
だコア層とを備えた光導波路において、上記コア層がフ
ッ素を添加した SiO2 からなる中間層で覆われたこ
とを特徴とする光導波路。
1. A substrate and SiO 2 formed on the substrate.
And a core layer formed in the cladding layer and containing at least one type of a refractive index control additive in SiO 2 , wherein the core layer is made of SiO 2 in which fluorine is added. An optical waveguide characterized by being covered with an intermediate layer.
【請求項2】 真空排気された反応室内に上部電極と下
部電極とを平行に対向配置し、両電極間にパワーRFの
高周波を印加し、一方の電極上に基板を配置し、その電
極に設けたヒータで基板を所定の温度Tに加熱し、他方
の電極側から一方の電極側に向って金属アルコオキシド
の蒸気、C2 6 等のフッ素ガス及びO2 ガスをシャワ
ー状に吹き付け、一定の真空度Pに保ってフッ素を添加
したSiO 2 膜を基板上に形成し、そのSiO2 膜の上に
コア層を形成し、コア層を覆うように再度フッ素を添加
したSiO2 膜を形成し、かつ、上記温度Tを400℃
から600℃の範囲とし、高周波パワーRFを350W
以上とし、真空度Pを0.5Torr以下に保ち、フッ
素を添加したSiO2 膜の成長速度を毎分1000オン
グストローム以下として成膜することを特徴とする光導
波路の製造方法。
2. An upper electrode and a lower electrode are arranged in parallel in a vacuum-evacuated reaction chamber, a high-frequency power RF is applied between the two electrodes, and a substrate is arranged on one of the electrodes. The substrate is heated to a predetermined temperature T by the provided heater, and vapor of metal alkoxide, fluorine gas such as C 2 F 6 and O 2 gas are sprayed from the other electrode side toward one electrode side in a shower shape, the SiO 2 film added with fluorine kept constant degree of vacuum P is formed on a substrate, a core layer was formed on the SiO 2 film, a SiO 2 film added again fluorine so as to cover the core layer And temperature T is 400 ° C.
To 600 ° C and the high frequency power RF is 350W
A method of manufacturing an optical waveguide, comprising: maintaining the vacuum degree P at 0.5 Torr or less, and forming the SiO 2 film to which fluorine is added at a growth rate of 1000 Å / min or less.
【請求項3】 上記フッ素を添加したSiO2 膜は、1
000℃から1200℃の高温で熱処理し、その膜の屈
折率変化が熱処理前と比較して0.3%以下となるよう
にする請求項2に記載の光導波路の製造方法。
3. The SiO 2 film to which fluorine has been added is 1
3. The method of manufacturing an optical waveguide according to claim 2, wherein the heat treatment is performed at a high temperature of from 000 ° C. to 1200 ° C. so that a change in the refractive index of the film is 0.3% or less as compared with before the heat treatment.
【請求項4】 上記フッ素を添加したSiO2 膜の屈折
率とSiO2 膜の屈折率との比屈折率差は、少なくとも
0.5%よりも大きく、1.23%よりも低い請求項2
又は3に記載の光導波路の製造方法。
4. A relative refractive index difference between a refractive index of the SiO 2 film to which fluorine is added and a refractive index of the SiO 2 film is at least larger than 0.5% and lower than 1.23%.
Or the manufacturing method of the optical waveguide of 3.
【請求項5】 基板と、その基板上に形成されSiO2
からなるクラッド層と、そのクラッド層の中に形成され
SiO2 に屈折率制御用添加剤を少なくとも一種類含ん
だコア層とを有する光導波路と、該光導波路の入出力端
に接続された光ファイバとを備えた光デバイスにおい
て、上記コア層がフッ素を添加したSiO2 からなる中
間層で覆われたことを特徴とする光デバイス。
5. A substrate and SiO 2 formed on the substrate.
An optical waveguide having a cladding layer made of: a core layer formed in the cladding layer and containing at least one type of a refractive index control additive in SiO 2 ; and light connected to the input / output end of the optical waveguide. An optical device comprising a fiber, wherein the core layer is covered with an intermediate layer made of SiO 2 doped with fluorine.
【請求項6】 上記光導波路と上記光ファイバとの接続
部付近の中間層に、上記光導波路のコア層に含まれた屈
折率制御用添加剤が拡散した請求項5に記載の光デバイ
ス。
6. The optical device according to claim 5, wherein a refractive index control additive contained in a core layer of the optical waveguide is diffused into an intermediate layer near a connection portion between the optical waveguide and the optical fiber.
【請求項7】 上記光ファイバと上記光導波路とはCO
2 レーザビーム照射によって融着された請求項5又は6
に記載の光デバイス。
7. The optical fiber and the optical waveguide are CO
2 laser according to claim is fused by the beam irradiation 5 or 6
An optical device according to claim 1.
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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