JPH11174246A - プレーナ形光導波路 - Google Patents

プレーナ形光導波路

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JPH11174246A
JPH11174246A JP10277855A JP27785598A JPH11174246A JP H11174246 A JPH11174246 A JP H11174246A JP 10277855 A JP10277855 A JP 10277855A JP 27785598 A JP27785598 A JP 27785598A JP H11174246 A JPH11174246 A JP H11174246A
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thermal expansion
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cladding layer
coefficient
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Sureschandra Mishrilal Ojha
ミシュリラル オジハ シュレスチャンドラ
Terry Bricheno
ブリチェーノ テリ
Clifford Graham Cureton
グレアム キュアトン クリフォード
Stephen Day
デイ スティーヴン
David John Moule
ジョン ムル デイヴィッド
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 基板とその上にコーティングされる層との熱
膨張係数の間の差による応力を減少させることにより低
複屈折のプレーナ形光導波路及びこれを製造する方法を
提供することを目的とする。 【解決手段】 プレーナ形光導波路は基板上の少なくと
も２つのクラッド層と、クラッド層の間に配置される少
なくとも１つのコア層とからなる。装置の偏光感度を減
少させるため、２つの層のうちオーバークラッド層は基
板の熱膨張係数に近い又は等しい熱膨張係数を生ずるよ
うドーピングされる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はプレーナ形光導波路
及びこれを製造する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、光学系を使用する通信システムが
広く普及してきた。最初に導入されたとき、光学系は対
称的に円形の光ファイバを使用することに基づいてい
た。しかし最近は、半導体製造によって知られる技術を
使用することによって異なるタイプの装置が形成されう
るという容易さにより、プレーナ形導波路装置が導入さ
れている。しかしながら、プレーナ形導波路はしばしば
基板の表面の平面に対して平行及び垂直な方向に異なる
屈折率を示す。複屈折プレーナ形導波路に入る偏光され
ていない光は、基板の表面に平行な方向の１つの成分
と、基板の表面に垂直な方向の１つの成分とに分割さ
れ、これらの成分は異なる速度で伝搬する。このこと
は、反射格子を組み込んだ方向性カプラ又は波長マルチ
プレクサといった波長選択的要素はただ１つの偏光方向
に対してのみ最適に設計され得るため、光回路の設計を
より困難にさせる。この現象は複屈折と称され、水晶体
プレーナ形基板の場合、複屈折は水晶体構造と平面に対
する水晶の選択された向きとによって生ずる。ガラスと
いったアモルファスの透明な材料は応力を受けないかぎ
り、複屈折を示さない。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】従って低複屈折のプレ
ーナ形光導波路を製造するために多くの注意が向けられ
ており、通常利用される技術は本質的に平面的なシリコ
ン結晶基板上でガラスから導波路を製造する技術であ
る。この方法では、均一性を確実にするために、ガラス
層は上昇された温度で生成されること及び／又は高温処
理されることが必要とされる。高温処理の結果、基板と
その上にコーティングされる層との熱膨張係数の間の差
は冷却の際にかなりの応力をもたらし、片側コーティン
グの場合、シリコン結晶基板の曲げまで生じさせる。周
知の応力光学効果により、これらの応力は導波路の光搬
送コアの中に複屈折をもたらす。複屈折の影響は図３に
図示されており、全てのＴＥ及びＴＭモードにおけるピ
ーク挿入損は異なる波長で生ずる。
【０００４】この問題を克服するために多数の提案がな
されており、幾つかの技術は非常に低い偏光感度（アレ
ー式導波路デマルチプレクサでは０．０５ｎｍ以下）を
達成することが可能である一方で低コスト／大量生産に
は適していない。ドイツ国特許出願第４４３３７３８号
は、低複屈折をもたらし、光コア材料の熱膨張係数をシ
リコン基板の熱膨張率と同じにすることを含む。この文
献は、０．１乃至０．２ｎｍの領域において偏光感度の
減少をもたらすと説明されているが、これは実際の目的
には充分に良い減少ではない。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は低い複屈折、即
ち０．０５ｎｍ以下のオーダの低い偏光感度を示すプレ
ーナ形光導波路装置を提供することを目的とする。本発
明は、基板上の酸化シリコン（ＳｉＯ2 ）を含む少なく
とも２つのクラッド層と、クラッド層の間に配置される
酸化シリコンを含む少なくとも１つのコア層とからな
り、コア層は該クラッド層の屈折率よりも高い屈折率を
有する、オーバークラッド層は上記基板の熱膨張係数に
近い又は等しい熱膨張係数を有することを特徴とするプ
レーナ形光導波路を提供する。
【０００６】上述の装置はわずか０．０３乃至０．０５
ｎｍの偏光感度を生ずることが分かっている。オーバー
クラッド層の中に所望の熱膨張係数を発生するよう、オ
ーバークラッド層はホウ素及びリンを含む物質によって
ドーピングされていることが望ましい。
【０００７】アンダークラッド層及び光コア材料の熱膨
張係数は１０乃至３０Ｅ−７の広い範囲で変化でき、装
置はそれでもなお低い複屈折を示すことが分かってい
る。
【０００８】
【発明の実施の形態】本発明が容易に理解されるよう、
添付の図面を参照して本発明の実施例を例としてのみ説
明する。図１に示されるプレーナ形光導波路装置は、通
常は単シリコン結晶の形の基板１と、その上に片側に形
成されたクラッド層２とからなる。層２は通常２酸化シ
リコン（ＳｉＯ2 ）を含み、ＰＥＣＶＤ，ＬＰＣＶＤ，
ＡＰＣＶＤ又はＦＨＤといった方法によって熱によって
成長又は付着される。
【０００９】層２は通常１０μｍ以上の厚さを有し、１
１００℃以上の温度で焼きなましされることによって強
化される。層３の上には１つ以上の光コア要素が形成さ
れる。層３もまたＳｉＯ2 を含むが、層３の屈折率は層
２の屈折率よりも高い。典型的には屈折率の差は５Ｅ−
３乃至２０Ｅ−３のオーダであり、コア層をゲルマニウ
ム、酸化リン、酸化ホウ素又はその組み合わせによって
ドーピングすることによって獲得される。その後、光コ
ア層３の３つの面を覆うオーバークラッド層４が設けら
れる。オーバークラッド層４はアンダークラッド層２と
同じ屈折率を有し、アンダークラッド層２に関して上述
された任意の技術を使用して形成される。
【００１０】上述の構造は基本的に従来どおりである
が、本発明は、基板１の熱膨張係数に非常に近い熱膨張
係数を達成するようオーバークラッド層４が適当な物質
によってドーピングされている点に関して従来の構造と
異なる。以下、いかにしてドープ物質が選択され、いか
にしてドーピングの量が決定されるかを説明する。酸化
シリコンを酸化ホウ素及び酸化リンといったドープ剤に
よってドーピングすることはそのようにしてドーピング
された材料の熱膨張係数を増加させることが知られてい
る。また、層の中の応力は、層の厚さをＴ、基板の厚さ
をＤ、基板の弾性率をＥ、基板のポワソン係数をＶとす
ると以下の式、 σ＝Ｅ．Ｄ2 ／［６（１−ｖ）．Ｒ．Ｔ］ によって表わされる関係が成り立つことが知られてい
る。ただし、Ｒは組み合わせの測定された曲率である。
複屈折Ｂは、応力光係数Ｋを使用し、ｎTEを光コアのＴ
Ｅモードの屈折率とし、ｎTMを光コアのＴＭモードの屈
折率とすると、 Ｂ＝Ｋ．σ＝ｎTE−ｎTM によって得られる。応力光係数Ｋは２酸化シリコン（Ｓ
ｉＯ2 ）では約３．５ｎｍ／ｃｍ／ｂａｒであることが
知られている。
【００１１】この背景情報に基づき、図１の基本構造を
有する試験装置が準備され、図２に示される形状で試験
された。オーバークラッド層の曲率Ｒはプロフィルメー
タを使用して測定された。厚さ１５μｍのオーバークラ
ッド層が使用された。ドーピングの量及びドープ物質は
測定された曲率が複屈折が最小まで減少されたことを示
すまで連続する実験において変化された。成功した試験
からの分析により、低複屈折のオーバークラッド層の熱
膨張係数は基板１の熱膨張係数と同じオーダ、換言すれ
ば３５Ｅ−７のオーダであることが分かっている。望ま
しくは、欠陥による応力割れを避けるため、ドーピング
されたオーバークラッド層は基板と比較して低い圧縮応
力の状態にあるべきである。
【００１２】試験はまた、約２８Ｅ−７の熱膨張係数を
有するオーバークラッド層４が０．２乃至０．２５ｎｍ
のオーダの偏光による波長シフトを与えることを示した
が、これは実際の装置では充分でないとされる。これは
図３に示される。また、アンダークラッド層２をホウ素
又はリン物質によってドーピングすることは２２Ｅ−７
のオーダの熱膨張係数を生じ、コア層３をホウ素、リン
又はゲルマニウムを含む物質によってドーピングするこ
とは１３乃至３０Ｅ−７の間で変化する熱膨張係数を生
ずることがわかり、オーバークラッド層４を基板の熱膨
張係数に一致するよう正しくドーピングしなければ、
０．１ｎｍ以下の偏光感度を達成することが可能でない
ことがわかった。
【００１３】テストの結果は記録され、実際の装置は、
同じ開始材料を使用するが、シリコン基板の熱膨張係数
と近い３５Ｅ−７のオーダの熱膨張係数を生成するよう
オーバークラッド層４を適当な量のドープ剤によってド
ーピングして生産された。ＴＥ及びＴＭモードに対する
挿入損を波長の関数として示すグラフに対する影響は図
４に示されている。
【００１４】更なる試験は、３３．８Ｅ−７の熱膨張係
数が、３７．３Ｅ−７の熱膨張係数と同様満足のいく結
果を与えることを示した。オーバークラッド層４が圧縮
応力状態にあるよう、オーバークラッド層４の熱膨張係
数を基板１の熱膨張係数以下とすることが適切であると
考えられる。
【００１５】
【発明の効果】本発明の利点は、図５に示されるような
挿入損を有する１６チャネル波長デマルチプレクサが生
成されうることである。図５の挿入損のグラフはＴＥ及
びＴＭモードの両方に対して正しい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による導波路装置の側方断面図を示す図
である。
【図２】アレー式格子波長デマルチプレクサを図式的に
示す図である。
【図３】ＴＥ及びＴＭモードの両方の波長に対する挿入
損を示す図である。
【図４】本発明による装置のＴＥ及びＴＭモードの両方
の波長に対する挿入損を示す図である。
【図５】本発明による１６チャネル装置のＴＥモードの
波長に対する挿入損を示す図である。
【符号の説明】 １ 基板 ２ アンダークラッド層 ３ オーバークラッド層 ４ コア層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 シュレスチャンドラ ミシュリラル オジ ハ イギリス国，エセックス シーエム17 オ ービーユー，ハーロウ，ジャセリンズ 43 (72)発明者 テリ ブリチェーノ イギリス国，エセックス シービー10 ２ アールジー，グレート・サンフォード，ム ーアランド・ヴュー（番地なし) (72)発明者 クリフォード グレアム キュアトン イギリス国，ハートフォードシャー シー エム23 ３エスディー，ビショプス・スト ートフォード，ニュー・タウン・ロード 78 (72)発明者 スティーヴン デイ イギリス国，エセックス シーエム18 ６ エービー，ハーロウ，ウエストフィールド 18 (72)発明者 デイヴィッド ジョン ムル イギリス国，エセックス シーエム17 オ ーエイチディー，ハーロウ，オールド・ロ ード 54

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 基板（１）上の少なくとも２つのクラッ
    ド層（２，４）と、該クラッド層の間に配置される少な
    くとも１つのコア層（３）とからなり、該コア層（３）
    は該クラッド層の屈折率よりも高い屈折率を有する、プ
    レーナ形光導波路であって、 該オーバークラッド層（４）は上記基板（１）の熱膨張
    係数に近い又は等しい熱膨張係数を有することを特徴と
    するプレーナ形光導波路。
  2. 【請求項２】 基板（１）の主面上にアンダークラッド
    層（２）を形成する段階と、該アンダークラッド層
    （２）の上にアンダークラッド層（２）の屈折率よりも
    高い屈折率を有する導波路コア（３）を形成する段階
    と、オーバークラッド層（４）を形成する段階とからな
    る、プレーナ形光導波路を製造する方法であって、 該オーバークラッド層（４）は該基板（１）の熱膨張係
    数に近い又は等しい熱膨張係数を生ずるようドーピング
    されることを特徴とする方法。
  3. 【請求項３】 上記基板はシリコンによって形成され、
    その上に設けられる層は酸化シリコンを含む、請求項２
    記載の方法。
  4. 【請求項４】 上記オーバークラッド層（４）はゲルマ
    ニウム、ホウ素及び／又はリンを含む物質によってドー
    ピングされる、請求項３記載の方法。
  5. 【請求項５】 上記アンダークラッド層はゲルマニウ
    ム、ホウ素及び／又はリンを含む物質によってドーピン
    グされる、請求項２記載の方法。
  6. 【請求項６】 上記層の夫々はＰＥＣＶＤ，ＬＰＣＶ
    Ｄ，ＡＰＣＶＤ又はＦＨＤといった方法によって形成さ
    れる、請求項２記載の方法。
  7. 【請求項７】 上記オーバークラッド層の熱膨張係数は
    上記基板の熱膨張係数と略等しいがそれ以上ではない、
    請求項２記載の方法。
  8. 【請求項８】 上記基板はシリコンによって形成され、
    上記オーバークラッド層の熱膨張係数は３０乃至３５Ｅ
    −７の範囲内にある、請求項７記載の方法。
JP10277855A 1997-10-01 1998-09-30 プレーナ形光導波路 Pending JPH11174246A (ja)

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US942189 1997-10-01

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