JPH11125727A - 光導波路の製造方法 - Google Patents

光導波路の製造方法

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JPH11125727A JP9289813A JP28981397A JPH11125727A JP H11125727 A JPH11125727 A JP H11125727A JP 9289813 A JP9289813 A JP 9289813A JP 28981397 A JP28981397 A JP 28981397A JP H11125727 A JPH11125727 A JP H11125727A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】光導波路を構成する各層を所望形状に正確に形
成でき、信号光の損失が低くかつ散乱が少い光導波路の
製造方法を提供する。 【解決手段】光導波路は基板に形成されるバッファ層と
コアと上部クラッド層とを備えている。この光導波路は
工程Ｓ１から工程Ｓ４にかけてＣＶＤ法及びＰＶＤ法等
によってバッファ層、コア及び上部クラッド層が形成さ
れる。そして工程Ｓ５において上部クラッド層の表面に
クロムなどからなる保護膜が蒸着されるなどして形成さ
れる。工程Ｓ６においてＨＩＰ法（熱間静水圧加圧法）
によってクラッド層の外周側から加熱・加圧することに
より、クラッド層などに含まれるボイドが埋まるととも
にバッファ層、コア及び上部クラッド層が高密度で透明
度が高く形成される。前記保護膜は、工程Ｓ７において
エッチングなどによって除去される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば光通信など
において、信号光を伝送するデバイスに適用される光導
波路の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】例えば光通信には光集積回路（光ＩＣ）
として、図５に例示する光スターカプラなどの光導波路
２１が用いられる。この光導波路２１は、図６に示すよ
うに、埋込み導波路構造でステップインデックス型屈折
率分布を有している。
【０００３】前記光導波路２１は、石英あるいはシリコ
ンウェーハ等からなる基板２２上に形成されたバッファ
層２３とコア２４と上部クラッド層２５とを備えてい
る。前記バッファ層２３と上部クラッド層２５とは本明
細書に記したクラッド層を形成している。
【０００４】図５に示す光導波路２１としての光スター
カプラは、分岐器として用いられ、例えば図示中左側に
位置するコア２４の一端２６（入力端）から信号光が入
力され、図示中右側に位置する複数のコア２４の他端２
７（出力端）から信号光が出力するようになっている。
【０００５】前記光導波路２１は、図７に一例を示す製
造工程を経て製造される。まず、工程Ｓ１１から工程Ｓ
１２に示すように、前記基板２２の表面に、ＦＨＤ法
（Flame Hydrolysis Deposition ：火炎堆積法）、ある
いはＣＶＤ法（Chemical VaporDeposition ：化学気相
蒸着法）、あるいはＰＶＤ法（Physical Vapor Deposit
ion ：物理蒸着法）などの膜形成方法によって、ＳｉＯ
2 を主成分とする前述したバッファ層２３及びコア２４
が形成される。
【０００６】そして、工程Ｓ１３において、前記コア２
４の表面にフォトレジストによって所定の導波路パター
ンを形成したのち、ＲＩＥ（Reactive Ion Etching）な
どのエッチングを行うことにより、所定パターンの導波
路コア２４部分を成形する。その後、工程Ｓ１４におい
て、前述したＣＶＤ法あるいはＰＶＤ法等の膜形成方法
によって、ＳｉＯ2 を主成分とする低屈折率の上部クラ
ッド層２５を形成する。
【０００７】最後に、工程Ｓ１５において、ダイシング
装置によって所定形状に切断することにより、図５に示
す光スターカプラなどの個々の光導波路２１を得る。そ
ののち、この光導波路２１の入出力端２６，２７の端面
２６ａ，２７ａを研磨することにより、光学的に平坦に
仕上げる。
【０００８】なお、前記コア２４を形成する際には、そ
の屈折率を、前記バッファ層２３及び上部クラッド層２
５の屈折率より０．２％〜０．３２％程度高くしてい
る。このため、コア２４を形成する際に、その屈折率を
高めるドープ剤を添加するか、あるいはバッファ層２３
および上部クラッド層２５を形成する際に、それらの屈
折率を下げるドープ剤を添加している。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】前述したＦＨＤ法は、
堆積速度が速いことから厚膜ガラスを形成するには適し
ている。ＦＨＤ法を用いて前記バッファ層２３、コア２
４および上部クラッド層２５を形成する際には、主成分
がＳｉＯ2 などからなる粉を堆積させた後、１２００℃
から１５００℃の温度に加熱して、前述した粉を透明な
ガラス状に形成する必要がある。
【００１０】しかしながらＦＨＤ法は、前述した高温の
ため、ドープ剤が拡散したり、バッファ層２３、コア２
４および上部クラッド層２５の主成分のＳｉＯ2 からな
るガラスが流動して、前述した各層２３，２４，２５が
所望の形状に形成しにくいなどの問題があった。
【００１１】一方、前述したＣＶＤ法およびＰＶＤ法
は、ＦＨＤ法にくらべて、例えば５００℃などの比較的
低温な温度に加熱して前記バッファ層２３、コア２４お
よび上部クラッド層２５を形成する。これらのＣＶＤ法
およびＰＶＤ法は、比較的低温で前述した各層２３，２
４，２５を形成するため、これら各層２３，２４，２５
の厚さなどを歩留まり良く形成し、所望の厚さに形成す
ることが容易である。
【００１２】しかし、図６に示すように、平板状のバッ
ファ層２３の上に断面四角状のコア２４を複数形成しか
つこの上に上部クラッド層２５を形成する場合に、前記
コア２４，２４の間に、ＳｉＯ2 などからなるガラスが
十分に充填されずに、隙間２８（ボイド）が生じること
がある。特に前記コア２４，２４間の間隔が狭い場合に
は前記ボイド２８が生じることが多い。
【００１３】このボイド２８によって、コア２４，２４
の埋込み性が完全でなくなる。そして、このボイド２８
は、前記光導波路２１が信号光を伝送する際に、この信
号光の損失を増加することとなる。
【００１４】また、ＣＶＤ法およびＰＶＤ法によって形
成された光導波路２１は、比較的低温な温度で各層２
３，２４，２５が形成されるため、前述した各層２３，
２４，２５の密度や、透明度が低くなる。このため、低
温膜形成方法によって形成された光導波路２１は信号光
の散乱が大きいという問題がある。
【００１５】従って本発明の目的は、光導波路を構成す
る各層を所望の形状に正確に形成でき、ボイドの発生も
抑制され、信号光の損失が低くかつ散乱が少い光導波路
の製造方法を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決し目的を
達成するために、請求項１に記載の本発明の光導波路の
製造方法は、クラッド層によって覆われたコアを有する
光導波路の製造方法において、前記クラッド層およびコ
アを低温膜形成方法によって形成したのち、クラッド層
の周囲より前記低温膜形成方法よりも高い温度で加熱お
よび加圧処理を施すことを特徴としている。
【００１７】請求項２に記載の本発明の光導波路の製造
方法は、請求項１に記載の光導波路の製造方法におい
て、前記クラッド層を形成する際に、このクラッド層に
屈折率調整用のドープ剤としてリン（Ｐ）、チタン（Ｔ
ｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、アルミニウム（Ａｌ）、
ホウ素（Ｂ）、フッ素（Ｆ）とのうち、すべてあるいは
いずれかを選択して添加することを特徴としている。
【００１８】請求項３に記載の本発明の光導波路の製造
方法は、請求項１または請求項２に記載の光導波路の製
造方法において、前記クラッド層の表面に金属またはセ
ラミックからなる保護膜を形成した後、前記加熱および
加圧処理を施すことを特徴としている。
【００１９】請求項４に記載の本発明の光導波路の製造
方法は、請求項１から請求項３のうちいずれか一項記載
の光導波路の製造方法において、前記低温膜形成方法
が、ＣＶＤ法またはＰＶＤ法またはこれらの組み合わせ
であり、前記加熱および加圧処理を施す際に、ＨＩＰ法
を用いることを特徴としている。
【００２０】請求項１に記載の光導波路の製造方法は、
クラッド層およびコアを、ＣＶＤ法およびＰＶＤ法など
の例えば５００℃などの比較的低温で膜形成が行われる
低温膜形成方法によって形成した後、それよりも高い温
度で周囲より加熱および加圧する。このため、低温膜形
成方法によって生じた隙間（ボイド）が埋まることによ
って減少ないし消滅するとともに、コアおよびクラッド
層が高密度で透明度が高い膜に形成される。
【００２１】請求項２に記載の光導波路の製造方法で
は、クラッド層にドープ剤を添加することによって、加
熱および加圧する際のクラッド層のガラス転移点の温度
がさがることとなる。
【００２２】請求項３に記載の光導波路の製造方法で
は、前述の加熱および加圧処理は、クラッド層の表面に
ガスバリアとしての保護膜が形成された状態で行われる
ので、加熱および加圧する際に不活性ガスなどの流体を
用いてもこの流体が光導波路の内部に入り込むことがな
い。請求項４に記載の光導波路の製造方法は、ＨＩＰ法
によって加熱および加圧するので、光導波路を周囲から
均等に加圧することとなる。
【００２３】
【発明の実施の形態】以下に本発明の一実施形態につい
て、図１から図４を参照して説明する。例えば光通信に
は光集積回路（光ＩＣ）として、図１に示すような光ス
ターカプラなどの光導波路１が用いられる。
【００２４】光導波路１は、図２に示すように、埋込み
導波路構造でステップインデックス型屈折率分布を有し
ている。光導波路１は、石英あるいはシリコンウェーハ
等からなる基板２上に形成されたバッファ層３と、コア
４と、上部クラッド層５とを備えている。なお、バッフ
ァ層３と上部クラッド層５とは本明細書に記したクラッ
ド層である。
【００２５】前記バッファ層３は、表面が平坦な基板２
上に、例えば厚さが２５μｍなどの薄膜状に形成されて
いる。前記コア４は、断面形が例えば一辺が８μｍの正
方形などの四角形に形成されているとともに、前記バッ
ファ層３および上部クラッド層５よりもその屈折率が若
干高く形成されており、光通信などに用いられる信号光
を伝送するようになっている。上部クラッド層５は、ハ
ッファ層３とともにコア４を覆うように、バッファ層３
及びコア４上に、例えば厚さが２５μｍなどの薄膜状に
形成されている。
【００２６】図１に示す光導波路１としての光スターカ
プラは、分岐器として用いられ、例えば図示中左側に位
置するコア４の一端６（入力端）から信号光が入力さ
れ、図示中右側に位置する複数のコア４の他端７（出力
端）から信号光が出力するようになっている。
【００２７】前記光導波路１は、図３に一例を示す製造
工程を経て製造される。まず、工程Ｓ１において、石英
あるいはシリコンウエーハ等からなる基板２（図２に示
す）の表面に、プラズマＣＶＤ法や熱ＣＶＤ法などのＣ
ＶＤ法（Chemical Vapor Deposition ：化学気相蒸着
法）あるいは真空蒸着やスパッリングなどのＰＶＤ法
（Physical Vapor Deposition ：物理蒸着法）等の例え
ば５００℃などの低温な温度で膜形成が行われる低温膜
形成方法によって、ＳｉＯ2 を主成分とする低屈折率の
バッファ層３を形成する。
【００２８】そして、工程Ｓ２において、バッファ層３
の上に、ＳｉＯ2 に屈折率調整用のドープ剤などを添加
する手段によって屈折率をバッファ層３よりも０．２％
〜０．３２％程度高めたコア４を形成する。なお、前記
工程Ｓ１において屈折率を下げる屈折率調整用のドープ
剤などの不純物をバッファ層３に添加することにより、
バッファ層３の屈折率をコア４の屈折率より下げる方法
をとってもよい。
【００２９】また、一般的に、コア４の屈折率は光通信
に用いられる光ファイバーのコアの屈折率と同じでなく
てはならない。このため、前記工程Ｓ１及び後述する工
程Ｓ４において、バッファ層３及び上部クラッド層５に
前述した屈折率を下げるドープ剤と屈折率を上げるドー
プ剤とを組合わせて添加して、これらバッファ層３及び
上部クラッド層５の屈折率を、コア４の屈折率より下げ
て形成するのが望ましい。
【００３０】なお、屈折率を上げるドープ剤として、リ
ン（Ｐ）、チタン（Ｔｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、ア
ルミニウム（Ａｌ）の内、すべてあるいはいずれかを選
択して用いるのが望ましく、屈折率を下げるドープ剤と
して、ホウ素（Ｂ）、フッ素（Ｆ）の内、すべてあるい
はいずれかを用いるのが望ましい。
【００３１】そして、工程Ｓ３において、前記コア４の
表面にフォトレジストによって所定の導波路パターンを
形成したのち、ＲＩＥ（Reactive Ion Etching）などの
方法によってエッチングを行うことにより、所定パター
ンの導波路コア４部分を形成する。
【００３２】その後、工程Ｓ４において、前述したＣＶ
Ｄ法あるいはＰＶＤ法等の低温膜形成方法によって、Ｓ
ｉＯ2 を主成分とする低屈折率の上部クラッド層５を形
成する。このとき、図４に示すように、前記導波路コア
４部分を複数形成した場合には、互いの導波路コア４部
分の間に、上部クラッド層５を形成するＳｉＯ2 が十分
に充填されずに、隙間８（ボイド）が生じることがあ
る。
【００３３】このため、工程Ｓ５において、図４に示す
ように、上部クラッド層５の表面にガスバリアとしての
保護膜９を形成したのち工程Ｓ６に進む。保護膜９は、
例えば融点が１４００℃以上のクロム（Ｃｒ）やニッケ
ル（Ｎｉ）などの金属や、窒化ケイ素（Ｓｉ3 Ｎ4 ）な
どのセラミックなどから構成されている。保護膜９は、
前述した金属やセラミックを、蒸着やスパッタリングな
どのＰＶＤ法によって、例えば厚さ１μｍなどの薄膜状
に形成されている。特に酸化しやすい金属膜の場合は上
にもう一層ＳｉＯ2 膜をつけ酸化防止効果とガスバリヤ
ー効果がより期待できるため望ましい。
【００３４】工程Ｓ６においては、図４に示すように上
部クラッド層５の表面に保護膜９を形成した光導波路１
を、ＨＩＰ法（Hot Isostatic Pressing：熱間静水圧加
圧法）などによって、周囲から加熱した状態で加圧する
ことにより、前記ボイド８を実用上問題のない大きさま
で小さくするか、あるいは消滅させるとともに、前述し
た各層３，４，５を高密度で透明度が高い膜に形成す
る。
【００３５】このＨＩＰ法を用いた場合には、アルゴン
（Ａｒ）などの不活性ガスを用いて１５００ｋｇｆ／ｃ
ｍ2 まで加圧しかつ１１００℃まで加熱した状態を２時
間程度維持するのが望ましい。
【００３６】クラッド層が前述したドープ剤としてリン
（Ｐ）、チタン（Ｔｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、アル
ミニウム（Ａｌ）、ホウ素（Ｂ）、フッ素（Ｆ）の内、
すべてあるいはいずれかを選択されて添加された場合に
は、クラッド層のガラス転移点の温度がさがり、前記Ｈ
ＩＰ法による加熱温度を下げることが可能となって、こ
のＨＩＰ法などによる加熱・加圧処理を容易に行うこと
ができる。なお、不活性ガスとしてアルゴンガスの代わ
りに窒素（Ｎ2 ）ガスを用いてもよい。このＨＩＰ法を
用いることによって、光導波路１を略全周から略等圧で
加圧することができる。
【００３７】次に、工程Ｓ７において、前記保護膜９を
エッチングなどによって除去しかつ、工程Ｓ８におい
て、ダイシング装置によって、所定形状に切断して、図
１に示す光スターカプラなどの個々の光導波路１を得
る。そののち、この光導波路１の入出力端６，７の端面
６ａ，７ａ（図１に示す）を研磨することにより、光学
的に平坦に仕上げる。
【００３８】本発明者らは、このＨＩＰ法における温度
条件及び圧力条件を表１に示す様にパラメトリックに変
化させたときのボイド８の消滅状況を観察した。なお、
表１において、温度は８００℃、１０００℃及び１１０
０℃と変化させ、圧力を３００ｋｇｆ／ｃｍ2 、１００
０ｋｇｆ／ｃｍ2 、１５００ｋｇｆ／ｃｍ2 及び１７０
０ｋｇｆ／ｃｍ2 と変化させている。
【００３９】
【表１】
【００４０】表１によれば、圧力が３００ｋｇｆ／ｃｍ
2 と１０００ｋｇｆ／ｃｍ2 のとき及び温度が８００℃
のときには、ボイド８を消滅させるのが困難であるのが
明らかになった。また、圧力が１５００ｋｇｆ／ｃｍ2
の時には温度が１１００℃以上のときにボイド８を消滅
させることができ、圧力が１７００ｋｇｆ／ｃｍ2 の時
には温度が１０００℃以上のときにボイド８を消滅させ
ることができるのが明らかになった。
【００４１】したがって、本実施形態においては、ＨＩ
Ｐ法による加熱・加圧条件を、圧力が１５００ｋｇｆ／
ｃｍ2 でかつ温度が１１００℃としているが、圧力が１
７００ｋｇｆ／ｃｍ2 でかつ温度が１０００℃以上とし
てもよい。
【００４２】本実施形態では、バッファ層３、コア４及
び上部クラッド層５を例えば５００℃などの比較的低温
な温度で膜形成が行われるＣＶＤ法およびＰＶＤ法によ
って形成した後、ＨＩＰ法などによって各層２，３，５
の外周側から加熱および加圧する。このため、ＣＶＤ法
およびＰＶＤ法によって生じるボイド８を確実に埋める
ことができるとともに、前述した各層３，４，５を高密
度でかつ透明度が高い膜に形成することとができる。
【００４３】したがって、信号光の損失が低くかつ散乱
が少い光導波路１を得ることができる。さらに、比較的
低温なＣＶＤ法およびＰＶＤ法によって前述した各層
３，４，５を形成するので、ＦＨＤ法による場合と比較
して、これらの層３，４，５が確実に所望の形状に形成
されることとなる。
【００４４】さらに、ＣＶＤ法およびＰＶＤ法によって
前述した各層３，４，５を形成した後、上部クラッド層
５の表面に金属またはセラミックからなる保護膜９を形
成するので、ＨＩＰ法などによって周囲から加熱・加圧
する際に、加圧されたアルゴンガスなどの不活性ガスが
光導波路１の内部に入り込むことがない。
【００４５】したがって、確実に、不純物が少く、かつ
信号光の損失が低く、散乱が少い光導波路１を得ること
ができる。また、ＨＩＰ法によって加熱および加圧する
場合には、光導波路１を周囲から均等に加圧することと
なるので、コア形状が変化することなく所望のパターン
が得られるため、より確実に、信号光を伝送する際の損
失が少く、かつ信号光の散乱が少い光導波路１を得るこ
とができる。
【００４６】
【発明の効果】請求項１に記載の本発明によると、クラ
ッド層およびコアをＣＶＤ法およびＰＶＤ法などの低温
膜形成方法によって形成した後、その周囲より加熱およ
び加圧する。このため、低温膜形成方法によって生じた
隙間（ボイド）が埋まることにより、コアおよびクラッ
ド層が高密度でかつ透明度の高い膜に仕上がる。
【００４７】したがって、信号光の損失が低くかつ信号
光の散乱が少い光導波路を得ることができる。さらに、
ＣＶＤ法およびＰＶＤ法などの比較的低温で膜形成が行
われる低温膜形成方法によってクラッド層とコアとを形
成するので、これらの層が確実に所望の形状に形成され
ることとなる。
【００４８】請求項２に記載の光導波路の製造方法は、
クラッド層にドープ剤を添加することによって、加熱お
よび加圧する際のクラッド層のガラス転移点の温度がさ
がることとなる。したがって、クラッド層を周囲より加
熱及び加圧処理を施す際の加熱温度を下げることが可能
となって、この処理を容易に行うことができる。
【００４９】請求項３に記載の光導波路の製造方法は、
クラッド層およびコアを、クラッド層の表面にガスバリ
アとしての保護膜を形成した後に前述の加熱および加圧
工程が行われるので、加圧する際に不活性ガスなどの流
体を用いてもこの流体が光導波路の内部に入り込むこと
がない。
【００５０】したがって、信号光を伝送する際の損失が
少く、かつ透明度が高く信号光の散乱が少い光導波路を
得ることができる。さらに、ＣＶＤ法およびＰＶＤ法な
どの低温膜形成方法によってクラッド層とコアとを形成
するので、これらの層が確実に所望形状に形成される。
【００５１】請求項４に記載の光導波路の製造方法は、
ＨＩＰ法によって加熱および加圧するので、光導波路を
周囲から均等に加圧することとなる。したがって、より
確実に、信号光を伝送する際の損失が少く、かつ透明度
が高く信号光の散乱が少い光導波路を得ることができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示す光導波路としての光
スターカプラの斜視図。
【図２】図１中のｉｉ−ｉｉ線に沿う断面図。
【図３】図１に示された光導波路の製造工程の一例を示
す工程説明図。
【図４】上部クラッド層の表面に保護膜を形成した状態
を示す断面図。
【図５】従来の光導波路としての光スターカプラの斜視
図。
【図６】図５中のｖｉ−ｖｉ線に沿う断面図。
【図７】図５に示された従来の光導波路の製造工程の一
例を示す工程説明図。
【符号の説明】
１…光導波路 ３…バッファ層（クラッド層） ４…コア ５…上部クラッド層（クラッド層） ９…保護膜

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】クラッド層によって覆われたコアを有する
    光導波路の製造方法において、 前記クラッド層およびコアを低温膜形成方法によって形
    成したのち、クラッド層の周囲より前記低温膜形成方法
    よりも高い温度で加熱および加圧処理を施すことを特徴
    とする光導波路の製造方法。
  2. 【請求項２】前記クラッド層を形成する際に、 このクラッド層に屈折率調整用のドープ剤としてリン
    （Ｐ）、チタン（Ｔｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、アル
    ミニウム（Ａｌ）、ホウ素（Ｂ）、フッ素（Ｆ）とのう
    ち、すべてあるいはいずれかを選択して添加することを
    特徴とする請求項１記載の光導波路の製造方法。
  3. 【請求項３】前記クラッド層の表面に金属またはセラミ
    ックからなる保護膜を形成した後、前記加熱および加圧
    処理を施すことを特徴とする請求項１または請求項２記
    載の光導波路の製造方法。
  4. 【請求項４】前記低温膜形成方法が、ＣＶＤ法（Chemic
    al Vapor Deposition ）またはＰＶＤ法（Physical Vap
    or Deposition ）またはこれらの組み合わせであり、前
    記加熱および加圧処理を施す際に、ＨＩＰ法（Hot Isos
    tatic Pressing：熱間静水圧加圧法）を用いることを特
    徴とする請求項１から請求項３のうちいずれか一項に記
    載の光導波路の製造方法。
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