JPH11231152A - Waveguide and its production - Google Patents

Waveguide and its production

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JPH11231152A
JPH11231152A JP10029851A JP2985198A JPH11231152A JP H11231152 A JPH11231152 A JP H11231152A JP 10029851 A JP10029851 A JP 10029851A JP 2985198 A JP2985198 A JP 2985198A JP H11231152 A JPH11231152 A JP H11231152A
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waveguide
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Katsuyuki Imoto
克之 井本
Akihiro Hori
彰弘 堀
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a waveguide with large difference in refractive indices of the two compounds which has low loss characteristics and which is free from factors to increase the long-term loss, by forming such a structure that the core having an almost square cross section is embedded in a high concn. fluorine-doped quartz glass layer and by constituting the core of low concn. fluorine-doped quartz glass. SOLUTION: This waveguide has such a structure that the low concn. fluorine-doped SiO2 core 22 having an almost square cross section is embedded in the high concn. fluorine-doped SiO2 clad layer 21 formed on a squartz glass (SiO2 ) substrate 20. In this case, a SiO2 substrate 20 is used as the substrate, and a high concn. fluorine-doped SiO2 lower clad layer is formed on the substrate 20. Then a low concn. fluorine-doped SiO2 layer is formed on the lower clad layer above described. The low concn. fluorine-doped SiO2 is processed to form the core 22 having an almost square cross section. Then a high concn. fluorine-doped SiO2 upper clad layer is formed is contact with the side face and the upper face of the low concn. fluorine-doped SiO2 core 22.

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】高比屈折率差導波路およびそ
の製造方法に関する。
[0001] 1. Field of the Invention [0002] The present invention relates to a high relative index difference waveguide and a method of manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】SiO2 系導波路を高比屈折率差(以
下、高△と記す。)型として、光デバイスの小型化、多
機能化、低コスト化することが求められている。
2. Description of the Related Art It is required to reduce the size, multifunctionality, and cost of an optical device by using a SiO 2 -based waveguide of a high relative refractive index difference (hereinafter referred to as “high △”) type.

【0003】従来の研究開発は、CVD技術などを利用
してコアの比屈折率を高め、且つ、OH基などによる吸
収損失を低減することを現実しようとした。
[0003] Conventional research and development have attempted to increase the relative refractive index of the core by using a CVD technique or the like and to reduce absorption loss due to OH groups and the like.

【0004】コアの屈折率を高めるために、SiOxN
yHz(以下、SiONHと記す。)を使用すること、
あるいは屈折率向上成分(TiO2 、GeO2 など)を
添加することが検討されたので以下に説明する。
In order to increase the refractive index of the core, SiOxN
yHz (hereinafter referred to as SiONH);
Alternatively, addition of a refractive index improving component (TiO 2 , GeO 2, etc.) has been considered, and will be described below.

【0005】図11は、SiONHコアを有する導波路
の概観斜視図である。
FIG. 11 is a schematic perspective view of a waveguide having an SiONH core.

【0006】図11に示す導波路は、基板1上に低屈折
率の下部クラッド層(SiO2 )2を形成し、その下部
クラッド層2上に略矩形状断面形状の高屈折率コア層
(SiONH)3を形成し、下部クラッド層2及びコア
層3を上部クラッド層(SiO2 )4で覆った構造を有
している。
In the waveguide shown in FIG. 11, a lower cladding layer (SiO 2 ) 2 having a low refractive index is formed on a substrate 1, and a high refractive index core layer having a substantially rectangular cross section is formed on the lower cladding layer 2. (SiONH) 3 and the lower clad layer 2 and the core layer 3 are covered with an upper clad layer (SiO 2 ) 4.

【0007】図12は、SiONH膜中の窒素含有率−
屈折率関係図である。但し、標準試料はSi3 4 (S
i:43.2アトミック%、N:56.73アトミック
%)。(窒素含有率:アトミック%、屈折率:波長0.
63μm、比屈折率差△:%) 図11に示した高△導波路は、コア層3にSiONHを
用いるので、図12に示すように窒素Nの含有量を制御
することによって屈折率を非常に高くすることができる
という利点がある。(図12参照。) 図13は、屈折率制御添加物量−屈折率関係図である。
FIG. 12 shows the nitrogen content in the SiONH film.
It is a refractive index relationship diagram. However, the standard sample is Si 3 N 4 (S
i: 43.2 atomic%, N: 56.73 atomic%). (Nitrogen content: atomic%, refractive index: wavelength 0.1.
63 μm, relative refractive index difference Δ:%) Since the high- △ waveguide shown in FIG. 11 uses SiONH for the core layer 3, as shown in FIG. There is an advantage that it can be higher. (See FIG. 12.) FIG. 13 is a graph showing the relationship between the amount of the refractive index control additive and the refractive index.

【0008】因みに、SiO2 にTiO2 、Al
2 3 、GeO2 あるいはP2 5 等の屈折率制御用ド
ーパントを添加した場合には、図13に示すようにSi
ONHの場合(図12参照。)より屈折率を高くするこ
とができない。
[0008] By the way, TiO 2, Al on SiO 2
When a refractive index controlling dopant such as 2 O 3 , GeO 2 or P 2 O 5 is added, as shown in FIG.
The refractive index cannot be made higher than in the case of ONH (see FIG. 12).

【0009】図14は、プラズマCVD装置の概略図で
ある。
FIG. 14 is a schematic view of a plasma CVD apparatus.

【0010】以下、図11に示されるSiONHコアを
有する導波路を、図14に示されているプラズマCVD
装置を用いて製造する方法を説明する。
Hereinafter, the waveguide having the SiONH core shown in FIG. 11 will be referred to as a plasma CVD shown in FIG.
A method of manufacturing using the apparatus will be described.

【0011】真空排気装置5によって真空排気される反
応容器6内に、上部電極7と下部電極8とを対向配置さ
せ、両電極7,8間に高周波電源9により高周波電圧を
印加する。下部電極8上に基板1を設置し、下部電極8
に設けられたヒータ11に直流電源12から電圧を印加
して150℃から450℃の範囲に加熱する。
An upper electrode 7 and a lower electrode 8 are arranged opposite to each other in a reaction vessel 6 which is evacuated by an evacuation device 5, and a high frequency voltage is applied between the electrodes 7 and 8 by a high frequency power supply 9. The substrate 1 is placed on the lower electrode 8 and the lower electrode 8
A voltage is applied from a DC power supply 12 to a heater 11 provided in the heater 11 to heat the heater 11 in a range of 150 ° C. to 450 ° C.

【0012】ついで両電極7,8間にArガス(矢印1
3方向)を流して両電極7,8間にプラズマ14を発生
させる。このような状態でガラス原料ガスを矢印15−
1方向から矢印15−2方向に送ってプラズマ14中に
流す。また矢印13方向からN2 ガスをプラズマ14中
に流す。基板1上に下部SiO2 クラッド2(図10参
照)を形成する場合には、矢印15−1方向からガラス
原料ガスとしてSiH4 ガス及びO2 ガスを流す。
Next, Ar gas (arrow 1) is applied between the electrodes 7 and 8.
(In three directions) to generate a plasma 14 between the electrodes 7 and 8. In this state, the glass raw material gas is supplied by the arrow 15-.
It is sent in the direction of arrow 15-2 from one direction and flows into the plasma 14. An N 2 gas is flowed into the plasma 14 from the direction of arrow 13. When the lower SiO 2 cladding 2 (see FIG. 10) is formed on the substrate 1, SiH 4 gas and O 2 gas are flowed as glass raw material gases from the direction of arrow 15-1.

【0013】基板1上に下部SiO2 クラッド2を形成
した後にSiONHコア3を形成する場合には、矢印1
5−1方向からガラス原料ガスとしてSiH4 ガス、N
3ガス及びO2 ガスを流す。
When the SiONH core 3 is formed after the lower SiO 2 cladding 2 is formed on the substrate 1, the arrow 1
From the 5-1 direction, SiH 4 gas, N
H 3 gas and O 2 gas are flowed.

【0014】SiONHコア3をフォトリソグラフィ及
びドライエッチングプロセスにより、略矩形断面形状に
パターニングする。その後、パターニングしたSiON
Hコア3の表面を上部SiO2 クラッド層4で覆うため
に下部SiO2 クラッド層2と同様に、矢印15−1方
向よりガラス原料ガスとしてSiH4 ガス及びO2 ガス
を流す。
The SiONH core 3 is patterned into a substantially rectangular cross section by photolithography and dry etching processes. Then, patterned SiON
In order to cover the surface of the H core 3 with the upper SiO 2 cladding layer 4, similarly to the lower SiO 2 cladding layer 2, SiH 4 gas and O 2 gas are flowed from the direction of arrow 15-1 as glass source gases.

【0015】次に、図11に示したSiONHコアを有
する高△導波路の損失波長特性について述べる。
Next, the loss wavelength characteristic of the high- △ waveguide having the SiONH core shown in FIG. 11 will be described.

【0016】図15は、吸収損失−波長特性図である。
(a)は焼処理前、(b)は熱処理後を示す。但し、波
長:μm、損失:dBである。
FIG. 15 is an absorption loss-wavelength characteristic diagram.
(A) shows the state before the baking treatment, and (b) shows the state after the heat treatment. However, the wavelength is μm and the loss is dB.

【0017】図15(a)は、コアとクラッド層2,4
との比屈折率差△が約2%、コア3のサイズが幅5μ
m、厚さ2.5μmの導波路の損失波長特性の測定結果
である。この損失は、高△導波路の伝搬損失(吸収損失
及び散乱損失)、高△導波路とシングルモードファイバ
との接続損失(導波路の入力側と出力側の2か所分)を
含んでいる。波長0.6μmから波長1.35μmにわ
たって非常に低損失であった。
FIG. 15A shows the core and cladding layers 2 and 4.
The relative refractive index difference と is about 2%, and the size of the core 3 is 5 μm in width.
9 shows measurement results of loss wavelength characteristics of a waveguide having a thickness of 2.5 μm and a thickness of 2.5 μm. This loss includes the propagation loss (absorption loss and scattering loss) of the high- △ waveguide, and the connection loss between the high- △ waveguide and the single-mode fiber (two portions on the input side and the output side of the waveguide). . The loss was very low from a wavelength of 0.6 μm to a wavelength of 1.35 μm.

【0018】しかし、波長1.39μmにOH基による
吸収損失と波長1.5μm付近にSi−H基(或いはN
−H基)による吸収損失があった。
However, the absorption loss due to the OH group at a wavelength of 1.39 μm and the Si—H group (or N
-H group).

【0019】そこで、このSiONHコアを有する高△
導波路を1000℃で熱処理した結果、図15(b)に
示すように、波長1.39μmにOH基による吸収損失
がある程度低減された。
Therefore, the high-temperature steel having this SiONH core is used.
As a result of heat treatment of the waveguide at 1000 ° C., as shown in FIG. 15B, the absorption loss due to the OH group was reduced to some extent at a wavelength of 1.39 μm.

【0020】さらに、このSiONHコアを有する高△
導波路を1200℃で熱処理した結果、波長1.39μ
m付近のOH基による吸収損失はからり減少したが、完
全になくすことはできなかった。これは、SiONHコ
ア中には、SiH4 とO2 とNH3 、N2 との反応に際
して不可避的にSi−H基、N−H基が含まれているた
めと考えられる。
Further, the high-temperature steel having the SiONH core
As a result of heat treatment of the waveguide at 1200 ° C., the wavelength was 1.39 μm.
The absorption loss due to the OH group near m was diminished, but could not be completely eliminated. This is in SiONH core, presumably because inevitably SiH group, the NH group is included in the reaction of SiH 4 and O 2 and NH 3, N 2.

【0021】以上のように、SiONHコアを有する高
△導波路および屈折率向上成分添加高△導波路には多く
の問題がある。
As described above, there are many problems in the high-NH waveguide having the SiONH core and the high- △ waveguide with the added refractive index improving component.

【0022】(1)SiONHコアには、波長1.39
μmに吸収ピークを有するOH基による吸収損失と波長
1.5μmに吸収ピークを有するN−H基(或いはSi
−H基)による吸収損失が含まれている。そのため、波
長1.39μmから波長1.6μmの範囲の通信用波長
帯での損失が大きい。この吸収損失は高温で熱処理して
も充分に低減することが難しい。
(1) The SiONH core has a wavelength of 1.39.
absorption loss due to an OH group having an absorption peak at μm and an NH group (or Si) having an absorption peak at a wavelength of 1.5 μm.
-H group). Therefore, the loss is large in the communication wavelength band in the wavelength range of 1.39 μm to 1.6 μm. It is difficult to sufficiently reduce this absorption loss even by heat treatment at a high temperature.

【0023】(2)下部SiO2 クラッド層及び上部S
iO2 クラッド層内にもOH基が含まれており、低吸収
損失化を困難にする。上記のように、高温で熱処理する
と、クラッド層からコアへ上記OH基が拡散してコア中
のOH基が増大して吸収損失を増大させる問題も発生す
る。
(2) Lower SiO 2 cladding layer and upper S
OH groups are also contained in the iO 2 cladding layer, which makes it difficult to reduce absorption loss. As described above, when the heat treatment is performed at a high temperature, the OH groups diffuse from the cladding layer to the core, and the OH groups in the core increase, thereby causing a problem of increasing absorption loss.

【0024】(3)また、コアに屈折率向上成分(Ti
2 、Al2 3 、GeO2 、P2 5 など)を添加す
る技術を採用しようとすると、添加成分の不均一分布に
よる吸収損失の増大、添加成分自身のよる吸収損失の増
大などの問題から超低吸収損失導波路の実現は困難であ
る。
(3) A refractive index improving component (Ti) is added to the core.
O 2 , Al 2 O 3 , GeO 2 , P 2 O 5, etc.), the absorption loss due to the non-uniform distribution of the added component, the absorption loss due to the added component itself, etc. Due to problems, it is difficult to realize an ultra-low absorption loss waveguide.

【0025】[0025]

【発明が解決しようとする課題】低損失特性を有し、長
期的損失増大要因が除かれた高比屈折率差(高△)導波
路およびその製造方法を可能とする。
SUMMARY OF THE INVENTION It is possible to provide a high relative refractive index difference (high △) waveguide having low loss characteristics and eliminating a long-term loss increase factor, and a method of manufacturing the same.

【0026】[0026]

【課題を解決するための手段】本発明の導波路は、フッ
素をより低濃度に添加されたSiO2 系ガラスから成る
低濃度フッ素添加SiO2 コアと、上記コアを埋込み、
且つ、フッ素をより高濃度に添加されたSiO2 系ガラ
スから成る高濃度フッ素添加SiO2 クラッド層とを具
備することを特徴とする。
According to the present invention, there is provided a waveguide in which a low-concentration fluorine-added SiO 2 core made of SiO 2 glass to which fluorine is added at a lower concentration is embedded, and the core is embedded therein.
And a high-concentration fluorine-added SiO 2 clad layer made of SiO 2 glass to which fluorine is added at a higher concentration.

【0027】本発明の導波路は、基板上に形成された導
波路であって、高濃度フッ素添加SiO2 層の中に、略
矩形状の断面を有するコアが埋め込まれた構造を有し、
且つ、上記コアが低濃度フッ素添加SiO2 から成る導
波路である。
The waveguide of the present invention is a waveguide formed on a substrate, and has a structure in which a core having a substantially rectangular cross section is embedded in a high-concentration fluorine-added SiO 2 layer,
Further, the core is a waveguide made of low-concentration fluorine-added SiO 2 .

【0028】上記基板としては、石英ガラス(Si
2 )基板、Si基板の他、多成分系ガラス基板、セラ
ミック基板、In−P基板、Ga−As基板などが挙げ
られる。
As the substrate, quartz glass (Si
In addition to the O 2 ) substrate and the Si substrate, a multi-component glass substrate, a ceramic substrate, an In-P substrate, a Ga-As substrate, and the like can be given.

【0029】[0029]

【発明の実施の形態】本発明の導波路であって、具体化
された一群のものは、基板上に形成された高濃度フッ素
添加SiO2 層の中に略矩形状の断面を有するコアが埋
め込まれた構造を有し、且つ、上記コアが低濃度フッ素
添加SiO2 から成る導波路において、上記高濃度フッ
素添加SiO2 層が、上記コアの下面に接する下部クラ
ッド層と、上記コアの側面および上面に接する上部クラ
ッド層とで構成された導波路である。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION A group of embodied waveguides according to the present invention comprises a core having a substantially rectangular cross section in a high-concentration fluorine-doped SiO 2 layer formed on a substrate. A waveguide having an embedded structure, wherein the core is made of low-concentration fluorine-added SiO 2, wherein the high-concentration fluorine-added SiO 2 layer is in contact with a lower surface of the core; And an upper clad layer in contact with the upper surface.

【0030】本発明の導波路であって、具体化された一
群のものは、基板上に形成された高濃度フッ素添加Si
2 層の中に略矩形状の断面を有するコアが埋め込まれ
た構造を有し、且つ、上記コアが低濃度フッ素添加Si
2 から成り、さらに上記高濃度フッ素添加SiO2
が、上記コアの下面に接する下部クラッド層と、上記コ
アの側面および上面に接する上部クラッド層とで構成さ
れる導波路において、上記上部クラッド層中のフッ素濃
度が厚さ方向の勾配を有するように分布している導波路
である。
A group of embodied waveguides of the present invention is a highly doped fluorinated Si formed on a substrate.
It has a structure in which a core having a substantially rectangular cross section is embedded in an O 2 layer, and the core is made of low-concentration fluorine-added Si.
O 2 , wherein the high-concentration fluorine-added SiO 2 layer further comprises a lower clad layer in contact with the lower surface of the core, and an upper clad layer in contact with the side and upper surfaces of the core. This is a waveguide in which the fluorine concentration in the layer is distributed so as to have a gradient in the thickness direction.

【0031】本発明の導波路であって、具体化された一
群のものは、基板上に形成された高濃度フッ素添加Si
2 層の中に略矩形状の断面を有するコアが埋め込まれ
た構造を有し、且つ、上記コアが低濃度フッ素添加Si
2 から成り、さらに上記高濃度フッ素添加SiO2
が、上記コアの下面に接する下部クラッド層と、上記コ
アの側面および上面に接する上部クラッド層とで構成さ
れる導波路において、上記上部クラッド層が、ホウ素
(B)成分かリン(P)成分、あるいはその両成分を共
添加されている導波路である。
A group of embodied waveguides of the present invention is a heavily doped Si doped on a substrate.
It has a structure in which a core having a substantially rectangular cross section is embedded in an O 2 layer, and the core is made of low-concentration fluorine-added Si.
O 2 , wherein the high-concentration fluorine-added SiO 2 layer further comprises a lower clad layer in contact with the lower surface of the core, and an upper clad layer in contact with the side and upper surfaces of the core. The layer is a waveguide to which a boron (B) component, a phosphorus (P) component, or both components are co-doped.

【0032】本発明の導波路であって、具体化された一
群のものは、上記導波路が、導波路の形成過程における
コア層形成後、またはコア層の略矩形断面パターニング
後または高濃度フッ素添加SiO2 層へのコア埋込後の
何れかの段階において、酸素雰囲気中且つ1000℃〜
1250℃の温度範囲で少なくとも1回熱処理されてい
る導波路である。
In a group of embodied waveguides according to the present invention, the waveguide may be formed after a core layer is formed in the process of forming the waveguide, after a substantially rectangular cross-section patterning of the core layer, or when a high concentration fluorine is used. At any stage after embedding the core in the added SiO 2 layer, in an oxygen atmosphere and at 1000 ° C.
This is a waveguide that has been heat-treated at least once in a temperature range of 1250 ° C.

【0033】本発明の導波路の製造方法であって、具体
化された一群のものは、基板上に、高濃度フッ素添加S
iO2 層の中に、略矩形状の断面を有する低濃度フッ素
添加SiO2 コアが埋込まれた構造を構成する導波路の
製造方法において、上記高濃度フッ素添加SiO2 およ
び低濃度フッ素添加SiO2 を、必須の反応成分として
ケイ素(Si)原料であるシランあるいは有機オキシシ
ランとフッ素(F)原料であるフッ素化炭化水素と酸化
性ガスとを反応させるプラズマCVD法を用いて製造す
る導波路の製造方法である。
A method of manufacturing a waveguide according to the present invention, which is a group of embodied materials, comprises a step of forming a high-concentration fluorine-doped S
In the method of manufacturing a waveguide having a structure in which a low-concentration fluorine-added SiO 2 core having a substantially rectangular cross section is embedded in an iO 2 layer, the above-described high-concentration fluorine-added SiO 2 and low-concentration fluorine-added SiO 2 2 is a waveguide manufactured by using a plasma CVD method in which silane or organic oxysilane as a raw material of silicon (Si), fluorinated hydrocarbon as a raw material of fluorine (F) and an oxidizing gas are reacted as essential reaction components. It is a manufacturing method.

【0034】本発明の導波路の製造方法であって、具体
化された一群のものは、基板上に、高濃度フッ素添加S
iO2 層の中に、略矩形状の断面を有する低濃度フッ素
添加SiO2 コアが埋込まれた構造を構成する導波路の
製造方法において、上記基板としてSiO2 基板を用
い、基板上に高濃度フッ素添加SiO2 下部クラッド層
を形成し、次いで得られる下部クラッド層上に低濃度フ
ッ素添加SiO2 層を形成し、さらに上記低濃度フッ素
添加SiO2 を加工して略矩形状断面を有するコアと
し、さらに次いで上記低濃度フッ素添加SiO2 コアの
両側面と上面とに接する高濃度フッ素添加SiO2 上部
クラッド層を形成する導波路の製造方法である。
A method of manufacturing a waveguide according to the present invention, which is embodied in a group, comprises a step of forming a high-concentration fluorine-doped S
In a method of manufacturing a waveguide having a structure in which a low-concentration fluorine-added SiO 2 core having a substantially rectangular cross section is embedded in an iO 2 layer, an SiO 2 substrate is used as the substrate, and a high core having a density fluoridation to form a SiO 2 lower clad layer, then a low concentration fluorine-added SiO 2 layer is formed on the lower clad layer obtained, substantially rectangular cross-section further processed the low concentration fluorine-added SiO 2 And then forming a high-concentration fluorine-added SiO 2 upper clad layer in contact with both side surfaces and the upper surface of the low-concentration fluorine-added SiO 2 core.

【0035】本発明の導波路の製造方法であって、具体
化された一群のものは、基板上に、高濃度フッ素添加S
iO2 層の中に、略矩形状の断面を有する低濃度フッ素
添加SiO2 コアが埋込まれた構造を構成する導波路の
製造方法において、上記基板としてSiO2 基板を用
い、基板上に高濃度フッ素添加SiO2 下部クラッド層
を形成し、次いで得られる下部クラッド層上に低濃度フ
ッ素添加SiO2 層を形成し、さらに上記低濃度フッ素
添加SiO2 を加工して略矩形状断面を有するコアと
し、さらに次いで上記低濃度フッ素添加SiO2 コアの
両側面と上面とに接する高濃度フッ素添加SiO2 上部
クラッド層を形成する導波路の製造方法である。
A method of manufacturing a waveguide according to the present invention, which is a group of embodied materials, comprises a step of forming a high-concentration fluorine-doped S
In a method of manufacturing a waveguide having a structure in which a low-concentration fluorine-added SiO 2 core having a substantially rectangular cross section is embedded in an iO 2 layer, an SiO 2 substrate is used as the substrate, and a high core having a density fluoridation to form a SiO 2 lower clad layer, then a low concentration fluorine-added SiO 2 layer is formed on the lower clad layer obtained, substantially rectangular cross-section further processed the low concentration fluorine-added SiO 2 And then forming a high-concentration fluorine-added SiO 2 upper clad layer in contact with both side surfaces and the upper surface of the low-concentration fluorine-added SiO 2 core.

【0036】本発明の導波路の製造方法であって、具体
化された一群のものは、基板上に、高濃度フッ素添加S
iO2 層の中に、略矩形状の断面を有する低濃度フッ素
添加SiO2 コアが埋込まれた構造を構成する導波路の
製造方法において、上記基板としてSiO2 基板を用
い、基板上に高濃度フッ素添加SiO2 下部クラッド層
を形成し、次いで得られる下部クラッド層上に低濃度フ
ッ素添加SiO2 層を形成し、さらに上記低濃度フッ素
添加SiO2 を加工して略矩形状断面を有するコアと
し、さらに次いで上記低濃度フッ素添加SiO2 コアの
両側面と上面とに接する高濃度フッ素添加SiO2 上部
クラッド層を形成して得られる構造物を高温熱処理し
て、上記高濃度フッ素添加SiO2 上部クラッド層中の
フッ素が表面側で低濃度で深部である濃度勾配を有する
ように分布させる導波路の製造方法である。
The method of manufacturing a waveguide according to the present invention, which is embodied as a group, comprises a step of forming a high-concentration fluorine-doped S
In a method of manufacturing a waveguide having a structure in which a low-concentration fluorine-added SiO 2 core having a substantially rectangular cross section is embedded in an iO 2 layer, an SiO 2 substrate is used as the substrate, and a high core having a density fluoridation to form a SiO 2 lower clad layer, then a low concentration fluorine-added SiO 2 layer is formed on the lower clad layer obtained, substantially rectangular cross-section further processed the low concentration fluorine-added SiO 2 and then, further followed by high temperature heat treatment the low-concentration fluorine-doped contact with the both side surfaces and the upper surface of the SiO 2 core high concentration fluoridated structure obtained by forming a SiO 2 upper clad layer, the high concentration fluorine-added SiO 2 This is a method for producing a waveguide in which fluorine in the upper cladding layer is distributed so as to have a low concentration and a deep concentration gradient on the surface side.

【0037】本発明の導波路の製造方法であって、具体
化された一群のものは、基板上に、高濃度フッ素添加S
iO2 層の中に、略矩形状の断面を有する低濃度フッ素
添加SiO2 コアが埋込まれた構造を構成する導波路の
製造方法において、上記基板としてSi基板を用い、上
記Si基板上にSiO2 バッファ層を形成し、得られる
SiO2 バッファ層上に高濃度フッ素添加SiO2 下部
クラッド層を形成し、次いで得られる下部クラッド層上
に低濃度フッ素添加SiO2 層を形成し、さらに上記低
濃度フッ素添加SiO2 を加工して略矩形状断面を有す
るコアとし、さらに次いで上記低濃度フッ素添加SiO
2 コアの両側面と上面とに接する高濃度フッ素添加Si
2 上部クラッド層を形成する導波路の製造方法であ
る。
The method of manufacturing a waveguide according to the present invention, which is embodied as a group, comprises a step of forming a high concentration fluorine-doped S
In a method of manufacturing a waveguide having a structure in which a low-concentration fluorine-added SiO 2 core having a substantially rectangular cross section is embedded in an iO 2 layer, a Si substrate is used as the substrate, Forming a SiO 2 buffer layer, forming a high-concentration fluorine-added SiO 2 lower cladding layer on the obtained SiO 2 buffer layer, and then forming a low-concentration fluorine-containing SiO 2 layer on the obtained lower cladding layer; The low-concentration fluorine-added SiO 2 is processed into a core having a substantially rectangular cross section, and then the low-concentration fluorine-added SiO 2 is processed.
2 High-concentration fluorine-doped Si contacting both sides and top surface of core
This is a method for manufacturing a waveguide for forming an O 2 upper cladding layer.

【0038】本発明の導波路の製造方法であって、具体
化された一群のものは、基板上に、高濃度フッ素添加S
iO2 層の中に、略矩形状の断面を有する低濃度フッ素
添加SiO2 コアが埋込まれた構造を構成する導波路の
製造方法において、上記基板としてSi基板を用い、上
記Si基板上にSiO2 バッファ層を形成し、得られる
SiO2 バッファ層上に高濃度フッ素添加SiO2 下部
クラッド層を形成し、次いで得られる下部クラッド層上
に低濃度フッ素添加SiO2 層を形成し、さらに上記低
濃度フッ素添加SiO2 を加工して略矩形状断面を有す
るコアとし、さらに次いで上記低濃度フッ素添加SiO
2 コアの両側面と上面とに接する高濃度フッ素添加Si
2 上部クラッド層を形成して得られる構造物を高温熱
処理して上記高濃度フッ素添加SiO2 上部クラッド層
中のフッ素が表面側で低濃度で深部で高濃度である濃度
勾配を有するように分布させる導波路の製造方法であ
る。本発明の導波路およびその製造方法は、次のような
効果を奏する。
A method of manufacturing a waveguide according to the present invention, which is embodied as a group, comprises a step of forming a high-concentration fluorine-doped S
In a method of manufacturing a waveguide having a structure in which a low-concentration fluorine-added SiO 2 core having a substantially rectangular cross section is embedded in an iO 2 layer, a Si substrate is used as the substrate, Forming a SiO 2 buffer layer, forming a high-concentration fluorine-added SiO 2 lower cladding layer on the obtained SiO 2 buffer layer, and then forming a low-concentration fluorine-containing SiO 2 layer on the obtained lower cladding layer; The low-concentration fluorine-added SiO 2 is processed into a core having a substantially rectangular cross section, and then the low-concentration fluorine-added SiO 2 is processed.
2 High-concentration fluorine-doped Si contacting both sides and top surface of core
The structure obtained by forming the O 2 upper cladding layer is subjected to a high-temperature heat treatment so that the fluorine in the high-concentration fluorine-doped SiO 2 upper cladding layer has a concentration gradient of a low concentration on the surface side and a high concentration in the deep part. This is a method of manufacturing a waveguide to be distributed. The waveguide of the present invention and the method of manufacturing the same have the following effects.

【0039】(1)O−H基、N−H基、Si−H基の
混入を制御し、散乱損失が低く、また吸収損失の少ない
低損失導波路を実現する。
(1) A low-loss waveguide with low scattering loss and low absorption loss is realized by controlling the mixing of OH groups, NH groups and Si-H groups.

【0040】(2)クラッド層、コア層共に、フッ素添
加SiO2 膜で形成するので、製造プロセスが簡単であ
る。高温熱処理によるフッ素の拡散制御が簡単で、導波
路の設計が容易である。
(2) Since both the cladding layer and the core layer are formed of a fluorine-added SiO 2 film, the manufacturing process is simple. The diffusion control of fluorine by high-temperature heat treatment is simple, and the design of the waveguide is easy.

【0041】(3)コア層内およびクラッド層内のO−
H基、N−H基、Si−H基が除去されるので、低損失
特性が良く、且つ、長期的な損失特性の劣化がほとんど
ない。
(3) O- in the core layer and the clad layer
Since the H group, the NH group, and the Si-H group are removed, the low loss characteristics are good, and there is almost no deterioration in the long-term loss characteristics.

【0042】(従来の導波路には上記吸収基が少なから
ず含まれているので、これらの吸収基が長期的に拡散し
てコア層内に入り、損失増大要因となる。) (4)上部クラッド層表面の低フッ素濃度化により、フ
ッ素の吸湿性による膜質劣化が防止される。
(Because the conventional waveguide contains a considerable amount of the above-mentioned absorbing groups, these absorbing groups diffuse in the long term and enter the core layer, which causes an increase in loss.) By lowering the fluorine concentration on the surface of the cladding layer, deterioration of the film quality due to the hygroscopicity of fluorine is prevented.

【0043】(5)上部クラッド層内にホウ素(B)成
分かリン(P)成分、あるいはその両成分を共添加させ
ることにより、上部クラッド層の高温熱処理時のリフロ
ー性を向上し、コアとコアの間隔の狭い領域の上部クラ
ッド層の埋め込み性を改良した。
(5) By adding a boron (B) component, a phosphorus (P) component, or both components in the upper cladding layer, reflow properties of the upper cladding layer during high-temperature heat treatment are improved, and The embedding property of the upper cladding layer in the area where the core interval is small was improved.

【0044】(6)フッ素の濃度だけで、比屈折率差
(△)が0.数%から1.5%の範囲に有する導波路を
実現することができる。
(6) The relative refractive index difference (△) is set to 0.1 only by the concentration of fluorine. A waveguide having a range of several percent to 1.5 percent can be realized.

【0045】[0045]

【実施例】図1は、本発明の導波路の一実施形態の概観
斜視図である。
FIG. 1 is a schematic perspective view of an embodiment of the waveguide of the present invention.

【0046】図2は、膜中のフッ素濃度(%)−屈折率
(波長0.63μm)関係図である。
FIG. 2 is a graph showing the relationship between the fluorine concentration (%) in the film and the refractive index (wavelength: 0.63 μm).

【0047】図3は、膜の波数(cm-1)−透過率
(%)関係図である。(実線は熱処理前、破線は熱処理
後。)図4は、導波路の波長(μm)−吸収損失(dB
/cm)関係図である。
FIG. 3 is a graph showing the relationship between the wave number (cm -1 ) and the transmittance (%) of the film. (The solid line is before the heat treatment and the broken line is after the heat treatment.) FIG. 4 shows the wavelength (μm) -absorption loss (dB) of the waveguide.
/ Cm) FIG.

【0048】以下、図1〜4に基づいて本発明の導波路
の一実施形態について説明する。
Hereinafter, one embodiment of the waveguide of the present invention will be described with reference to FIGS.

【0049】図1に示される導波路は、石英ガラス(S
iO2 )基板上20上に形成された高濃度フッ素添加S
iO2 クラッド層21中に略矩形状断面を有する低濃度
フッ素添加SiO2 コア22が埋込まれた構造を有する
導波路である。
The waveguide shown in FIG. 1 is made of quartz glass (S
iO 2 ) High concentration fluorine added S formed on substrate 20
This is a waveguide having a structure in which a low-concentration fluorine-added SiO 2 core 22 having a substantially rectangular cross section is embedded in an iO 2 cladding layer 21.

【0050】上記フッ素濃度は、図2に示されるSiO
2 中のフッ素濃度と屈折率との関係から理解されるよう
に、最大約5%までの範囲で選択可能である。また、ク
ラッド層21およびコア22のフッ素濃度差を加減する
ことによって、クラッド層21−コア22間の屈折率差
(△)を0.数%から1.5%の範囲に選択することが
できる。
The above-mentioned fluorine concentration is determined by the SiO 2 shown in FIG.
As can be understood from the relationship between the fluorine concentration and the refractive index in 2 , the range can be selected up to a maximum of about 5%. Further, by adjusting the difference in fluorine concentration between the cladding layer 21 and the core 22, the difference in refractive index (率) between the cladding layer 21 and the core 22 is reduced to 0.1. It can be selected from a range of several percent to 1.5 percent.

【0051】また、高濃度フッ素添加SiO2 クラッド
層21の膜の膜形成直後および酸素雰囲気中で1200
℃、3時間熱処理後における赤外吸収スペクトルは図3
の通りであって、未熱処理膜は、OH基による大きな吸
収損失とSi−H基による大きな吸収損失とが認められ
ている(実線)が、熱処理膜はOH基およびSi−H
(N−H)基による吸収損失が大幅激減する。
[0051] Immediately after the formation of the high-concentration fluorine-added SiO 2 cladding layer 21 and 1200 hours in an oxygen atmosphere.
Fig. 3 shows the infrared absorption spectrum after heat treatment at 3 ° C for 3 hours.
As shown in the figure, in the unheat-treated film, a large absorption loss due to the OH group and a large absorption loss due to the Si—H group were recognized (solid line).
Absorption loss due to the (N-H) group is drastically reduced.

【0052】即ち、高温熱処理によって、膜中のSiF
基が切れてフッ素(F)はOH基と結合してHFとなっ
て膜外へ拡散・放出されるために、Si−H(N−H)
基およびOH基による吸収損失が激減すると考えられ
る。なお、熱処理を窒素雰囲気中で行った場合には充分
な効果が得られなかった。
That is, by the high temperature heat treatment, the SiF
Since the group is cut and fluorine (F) is bonded to the OH group to form HF and diffused and released out of the film, Si-H (N-H)
It is believed that the absorption loss due to groups and OH groups is drastically reduced. When the heat treatment was performed in a nitrogen atmosphere, a sufficient effect was not obtained.

【0053】図1に示される導波路を、基板上に高濃度
フッ素添加バッファ層を形成し、次いでコア層形成後
(コア層のパターニング前)に酸素雰囲気中で且つ、1
200℃で熱処理し、次いでコア層をパターニングし、
さらに高濃度フッ素添加クラッド層を形成する工程で製
造した場合の、導波路の損失波長特性は、図4に示され
ている。即ち、1.39μmにおけるOH基による吸収
損失および1.5μmにおけるSi−H(N−H)基に
よる吸収損失は認められない。なお、屈折率差(△)は
約1%とした。
The waveguide shown in FIG. 1 is formed by forming a high-concentration fluorine-doped buffer layer on a substrate and then forming the core layer (before patterning of the core layer) in an oxygen atmosphere and for 1 hour.
Heat treatment at 200 ° C., then pattern the core layer,
FIG. 4 shows the loss wavelength characteristics of the waveguide when the waveguide is manufactured in the step of forming the high-concentration fluorine-added cladding layer. That is, absorption loss due to the OH group at 1.39 μm and absorption loss due to the Si—H (N—H) group at 1.5 μm are not observed. Note that the refractive index difference (△) was set to about 1%.

【0054】図5は、本発明の導波路の他の実施形態の
概観斜視図である。
FIG. 5 is a schematic perspective view of another embodiment of the waveguide of the present invention.

【0055】図5に示される導波路は、SiO2 基板2
0上に形成された高濃度フッ素添加SiO2 下部クラッ
ド層23と低濃度フッ素添加SiO2 コア22と、上記
コア22の両側面および上面に接する高濃度フッ素添加
SiO2 上部クラッド層24とから構成される導波路で
ある。
[0055] waveguide shown in FIG. 5, SiO 2 substrate 2
And a high-concentration fluorine-added SiO 2 lower cladding layer 23 formed on top of the core 22, a low-concentration fluorine-added SiO 2 core 22, and a high-concentration fluorine-added SiO 2 upper cladding layer 24 in contact with both side surfaces and the upper surface of the core 22. Waveguide.

【0056】図6は、本発明の導波路の他の実施形態の
概観斜視図である。
FIG. 6 is a schematic perspective view of another embodiment of the waveguide of the present invention.

【0057】図6に示される導波路は、Si基板上にS
iO2 バッファ層25を形成し、バッファ層25の上に
形成された高濃度フッ素添加SiO2 下部クラッド層2
3を形成し、低濃度フッ素添加添加SiO2 コア22の
両側面および上面に接する高濃度フッ素添加SiO2
部クラッド層24とから構成される導波路である。
The waveguide shown in FIG.
An iO 2 buffer layer 25 is formed, and a high-concentration fluorine-added SiO 2 lower cladding layer 2 formed on the buffer layer 25 is formed.
3 is a waveguide composed of a high-concentration fluorine-added SiO 2 upper cladding layer 24 in contact with both side surfaces and an upper surface of the low-concentration fluorine-added SiO 2 core 22.

【0058】図7は、本発明の導波路の他の実施形態の
概観斜視図である。
FIG. 7 is a schematic perspective view of another embodiment of the waveguide of the present invention.

【0059】図8は、フッ素添加SiO2 膜中のフッ素
濃度分布の熱処理温度による変化図である。
FIG. 8 is a graph showing changes in the fluorine concentration distribution in the fluorine-added SiO 2 film depending on the heat treatment temperature.

【0060】図7に示される導波路は、SiO2 基板2
0上に形成された高濃度フッ素添加SiO2 下部クラッ
ド層23と、低濃度フッ素添加SiO2 コア22と、上
記コア22の両側面および上面に接する高濃度フッ素添
加SiO2 上部クラッド層24とから構成され、且つ上
記上部クラッド24中のフッ素が、上表面側では低濃度
でその内部では高濃度であるような厚さ方向の濃度勾配
を有するように分布している導波路である。このような
フッ素の厚さ方向の濃度勾配分布は、高濃度フッ素添加
SiO2 上部クラッド層24を有する導波路を1000
℃〜1250℃の温度で熱処理することによって実現さ
れる。
[0060] waveguide shown in FIG. 7, SiO 2 substrate 2
0, a low-concentration fluorine-added SiO 2 lower cladding layer 23, a low-concentration fluorine-added SiO 2 core 22, and a high-concentration fluorine-doped SiO 2 upper cladding layer 24 in contact with both side surfaces and the upper surface of the core 22. The waveguide is configured so that the fluorine in the upper cladding 24 is distributed so as to have a concentration gradient in the thickness direction such that the concentration is low on the upper surface side and high in the inside. Such a concentration gradient distribution of fluorine in the thickness direction indicates that the waveguide having the high-concentration fluorine-added SiO 2
This is realized by performing a heat treatment at a temperature of from 1C to 1250C.

【0061】図8に示されるように、形成直後(as
depo.)の高濃度フッ素添加SiO2 膜中のフッ素
分布における濃度勾配は無視できる。このような高濃度
フッ素添加SiO2 膜を例えば1000℃で熱処理する
と表面から浅い部分でフッ素濃度が低下し、より深部で
はフッ素濃度が増加することが判る。
As shown in FIG. 8, immediately after formation (as
depo. The concentration gradient in the distribution of fluorine in the high-concentration fluorine-added SiO 2 film of (3) can be ignored. It can be seen that when such a high-concentration fluorine-added SiO 2 film is heat-treated at, for example, 1000 ° C., the fluorine concentration decreases in a portion shallow from the surface and increases in a deeper portion.

【0062】このように、SiO2 膜表面のフッ素濃度
を低下させると、吸湿性を大幅に改善することができ、
長期的に安定な導波路を実現することができる。
As described above, when the fluorine concentration on the surface of the SiO 2 film is reduced, the hygroscopicity can be greatly improved.
A long-term stable waveguide can be realized.

【0063】図9は、本発明の導波路の他の実施形態の
概観斜視図である。
FIG. 9 is a schematic perspective view of another embodiment of the waveguide of the present invention.

【0064】図9に示される導波路は、SiO2 基板2
0上に形成された高濃度フッ素添加SiO2 下部クラッ
ド層23を形成し、これに下面を接する略矩形状断面を
有する低濃度フッ素添加SiO2 コア22−1および2
2−2を形成し、その両側面および上面に接して埋込む
高濃度フッ素添加−ホウ素(B)成分、リン(P)成分
共添加SiO2 上部クラッド24を形成した構造を有す
る導波路である。
[0064] waveguide shown in FIG. 9, SiO 2 substrate 2
A low-concentration fluorine-added SiO 2 cores 22-1 and 2 having a substantially rectangular cross-section and having a lower surface in contact with a high-concentration fluorine-added SiO 2 lower cladding layer 23 formed on
2-2 is a waveguide having a structure in which an SiO 2 upper clad 24 is formed which is doped with high-concentration fluorine-doped boron (B) component and phosphorus (P) component and is embedded in contact with both side surfaces and the upper surface thereof. .

【0065】フッ素−ホウ素(B)−リン(P)共添加
SiO2 上部クラッド層は、コア22−1とコア22−
2の間隔dが1.5μm〜3μmのように接近している
場合の埋込に好適である。即ち、1200℃で高温熱処
理すると上記共添加SiO2上部クラッド層は軟化点が
低いのでリフローを生じて狭い間隔dの場合でも気泡を
抱込むことなくコアの埋込ができる。なお、ホウ素
(B)とリン(P)の添加濃度は、数モル%から十数モ
ル%の範囲で選ぶことができる。(図13参照。)図1
0は、本発明の導波路製造方法に用いられるプラズマC
VD装置の概略図である。なお、図14に示した部材と
同様の部材には共通の符号を用いた。
The fluorine-boron (B) -phosphorus (P) -codoped SiO 2 upper cladding layer comprises a core 22-1 and a core 22-
It is suitable for embedding when the interval d of 2 is as close as 1.5 μm to 3 μm. In other words, when the heat treatment is performed at 1200 ° C. at a high temperature, the co-added SiO 2 upper cladding layer has a low softening point, so that reflow occurs and the core can be buried without enclosing bubbles even at a narrow interval d. Note that the addition concentration of boron (B) and phosphorus (P) can be selected in the range of several mol% to more than ten mol%. (See FIG. 13) FIG.
0 is the plasma C used in the waveguide manufacturing method of the present invention.
It is a schematic diagram of a VD device. The same members as those shown in FIG. 14 are denoted by the same reference numerals.

【0066】図10に示されるプラズマCVD装置は、
反応容器6と、反応容器6を真空排気する排気装置5
と、反応容器6内の上部に水平に配置された上部電極7
と、上部電極7の下側に対向配置された下部電極8と、
両電極7,8間に接続された高周波電源9と、下部電極
8の下側に設けられたヒータ11と、ヒータ11に接続
された直流電源12と、上部電極7の下側に形成された
ガス噴出口を介して反応容器6内に所定のガスを供給す
るためのガス供給管28と、ガス供給管28の周囲に設
けられたヒータ29−1,29−2と、ヒータ29−
1,29−2にそれぞれ接続された直流電源30−1,
30−2と、反応容器6内に上記ガス供給管28と独立
してガスを供給するガス供給管31とで構成されてい
る。
The plasma CVD apparatus shown in FIG.
Reaction vessel 6 and exhaust device 5 for evacuating reaction vessel 6
And an upper electrode 7 horizontally arranged at the upper part in the reaction vessel 6.
A lower electrode 8 opposed to the lower side of the upper electrode 7,
A high-frequency power supply 9 connected between the electrodes 7 and 8; a heater 11 provided below the lower electrode 8; a DC power supply 12 connected to the heater 11; A gas supply pipe 28 for supplying a predetermined gas into the reaction vessel 6 through the gas outlet, heaters 29-1 and 29-2 provided around the gas supply pipe 28, and a heater 29-
DC power supplies 30-1, 30-1,
30-2, and a gas supply pipe 31 for supplying a gas into the reaction vessel 6 independently of the gas supply pipe 28.

【0067】プラズマCVD装置により、基板20上に
高濃度フッ素添加SiO2 クラッド層21、SiO2
ッファ層25、低濃度フッ素添加SiO2 コア22等の
ための膜が形成させる。
Films for the high-concentration fluorine-added SiO 2 cladding layer 21, the SiO 2 buffer layer 25, the low-concentration fluorine-added SiO 2 core 22, and the like are formed on the substrate 20 by the plasma CVD apparatus.

【0068】反応容器6は排気装置5によって真空排気
される。下部電極8上に載置された基板20はヒータ1
1の通電によって100℃から500℃の温度範囲で加
熱される。上部電極7と下部電極8との間には高周波電
圧が印加される。上部電極7内には、矢印32−1方向
から矢印32−2方向に向かってガラス原料ガス、酸化
性ガス及び不活性ガス等が送り込まれる。また、矢印3
3方向からも両電極7,8間にフッ素添加用ガス(C2
6 ,CF4 などのフッ素化炭化水素)などを取り込む
こともできる。矢印32−1方向から矢印32−2方向
へ送り込まれるガスは、ヒータ29−1,29−2に直
流電圧を印加することによって加熱される。
The reaction vessel 6 is evacuated by the exhaust device 5. The substrate 20 placed on the lower electrode 8 is a heater 1
Heating is performed in the temperature range of 100 ° C. to 500 ° C. by the energization of 1. A high-frequency voltage is applied between the upper electrode 7 and the lower electrode 8. Glass raw material gas, oxidizing gas, inert gas, and the like are fed into the upper electrode 7 from the direction of the arrow 32-1 to the direction of the arrow 32-2. Arrow 3
Fluorine addition gas (C 2
Fluorinated hydrocarbons such as F 6 and CF 4 ) can also be incorporated. The gas fed from the direction of the arrow 32-1 to the direction of the arrow 32-2 is heated by applying a DC voltage to the heaters 29-1 and 29-2.

【0069】プラズマCVD装置で前述した各種の膜を
形成するには、まず真空排気されている反応容器6内に
矢印32−1方向などからArガスを供給して両電極
7,8間にプラズマ14を発生させる。ついで、矢印3
2−1方向などから例えばSiH4 ,O2 ,C2 6
Ar等のガスを流してプラズマ14に送り、フッ素添加
SiO2 膜を形成する。
In order to form the above-mentioned various films using a plasma CVD apparatus, first, an Ar gas is supplied into the evacuated reaction vessel 6 from the direction of arrow 32-1 or the like, and the plasma is applied between the electrodes 7 and 8. 14 is generated. Then arrow 3
For example, SiH 4 , O 2 , C 2 F 6 ,
A gas such as Ar is flowed and sent to the plasma 14 to form a fluorine-added SiO 2 film.

【0070】また、フッ素にホウ素(B)成分かリン
(P)成分、あるいはその両成分を共添加SiO2 上部
クラッド24を形成する場合は、矢印32−1方向など
からケイ素(Si)成分原料(SiH4 ,Si(OC2
5 4 など)、フッ素原料(C2 6 など)、ホウ素
(B)成分原料(B2 6 、B(OC2 5 3 など)
と酸化性ガス(O2 など)を必要に応じてキャリアガス
(Arなど)と共に流してプラズマ14に送ってフッ素
−B−P共添加SiO2 膜を形成する。
When the SiO 2 upper clad 24 is formed by adding a boron (B) component, a phosphorus (P) component, or both components to fluorine, a silicon (Si) component material may be used in the direction of arrow 32-1 or the like. (SiH 4 , Si (OC 2
H 5) 4, etc.), such as a fluorine raw material (C 2 F 6), boron (B) ingredient material (such as B 2 H 6, B (OC 2 H 5) 3)
Then, an oxidizing gas (such as O 2 ) is flowed together with a carrier gas (such as Ar) as necessary and sent to the plasma 14 to form a fluorine-BP-Co-added SiO 2 film.

【0071】なお、上記各種膜は、プラズマCVD法で
形成する以外に、火炎堆積法を用いてスート状の多孔質
膜を形成し、得られる多孔質膜を電気炉中でHeガスを
流しながら焼結(1350℃前後)して透明化する方法
も用いられる。
In addition to the above-mentioned various films, a soot-like porous film is formed by a flame deposition method in addition to the plasma CVD method, and the obtained porous film is formed while flowing He gas in an electric furnace. A method of sintering (around 1350 ° C.) to make it transparent is also used.

【0072】[0072]

【発明の効果】吸収損失などの小さい、高比屈折率
(△)導波路およびその製造方法を可能とする。
According to the present invention, a high relative refractive index (△) waveguide having a small absorption loss and the like and a method for manufacturing the same can be realized.

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

【図1】本発明の導波路の一実施形態を示す概観斜視図
である。
FIG. 1 is a schematic perspective view showing one embodiment of a waveguide of the present invention.

【図2】膜中のフッ素濃度−屈折率関係図である。FIG. 2 is a diagram showing a relationship between a fluorine concentration in a film and a refractive index.

【図3】膜の波長(cm-1)−透過率関係図である。FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the wavelength (cm −1 ) and the transmittance of a film.

【図4】導波路の波長(μm)−吸収損失(dB/c
m)関係図である。
FIG. 4 Wavelength (μm) of waveguide—absorption loss (dB / c)
m) It is a related figure.

【図5】本発明の導波路の他の実施形態を示す概観斜視
図である。
FIG. 5 is a schematic perspective view showing another embodiment of the waveguide of the present invention.

【図6】本発明の導波路の他の実施形態を示す概観斜視
図である。
FIG. 6 is a schematic perspective view showing another embodiment of the waveguide of the present invention.

【図7】本発明の導波路の他の実施形態を示す概観斜視
図である。
FIG. 7 is a schematic perspective view showing another embodiment of the waveguide of the present invention.

【図8】膜中のフッ素濃度分布の熱処理による変化図で
ある。
FIG. 8 is a diagram showing a change in a fluorine concentration distribution in a film due to heat treatment.

【図9】本発明の導波路の他の実施形態を示す概観斜視
図である。
FIG. 9 is a schematic perspective view showing another embodiment of the waveguide of the present invention.

【図10】本発明の導波路の製造方法に用いられるプラ
ズマCVD装置の概略図である。
FIG. 10 is a schematic view of a plasma CVD apparatus used in the waveguide manufacturing method of the present invention.

【図11】SiONHコアを有する導波路の概観斜視図
である。
FIG. 11 is a schematic perspective view of a waveguide having a SiONH core.

【図12】SiONH膜中の窒素含有率−屈折率関係図
である。
FIG. 12 is a diagram showing a relationship between a nitrogen content and a refractive index in a SiONH film.

【図13】屈折率制御添加物濃度−屈折率関係図であ
る。
FIG. 13 is a graph showing the relationship between the concentration of a refractive index control additive and the refractive index.

【図14】プラズマCVD装置の概略図である。FIG. 14 is a schematic view of a plasma CVD apparatus.

【図15】導波路の波長(μm)−吸収損失(dB/c
m)関係図である。
FIG. 15: Wavelength (μm) of waveguide—absorption loss (dB / c)
m) It is a related figure.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1,20 基板 2,23 下部クラッド層 3,22 コア 4,24 上部クラッド層 21 クラッド層 25 バッファ層 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 20 Substrate 2, 23 Lower cladding layer 3, 22 Core 4, 24 Upper cladding layer 21 Cladding layer 25 Buffer layer

Claims (15)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 基板上に形成された導波路であって、高
濃度フッ素添加SiO2 層の中に、略矩形状の断面を有
するコアが埋め込まれた構造を有し、且つ、上記コアが
低濃度フッ素添加SiO2 から成る導波路。
1. A waveguide formed on a substrate, having a structure in which a core having a substantially rectangular cross section is embedded in a high-concentration fluorine-added SiO 2 layer, and wherein the core is A waveguide made of low-concentration fluorine-doped SiO 2 .
【請求項2】 基板上に形成された高濃度フッ素添加S
iO2 層の中に略矩形状の断面を有するコアが埋め込ま
れた構造を有し、且つ、上記コアが低濃度フッ素添加S
iO2 から成る導波路において、上記高濃度フッ素添加
SiO2 層が、上記コアの下面に接する下部クラッド層
と、上記コアの側面および上面に接する上部クラッド層
とで構成された導波路。
2. A high-concentration fluorine-doped S formed on a substrate.
It has a structure in which a core having a substantially rectangular cross section is embedded in an iO 2 layer, and the core has a low concentration of fluorine-doped S
A waveguide comprising iO 2, wherein the high-concentration fluorine-doped SiO 2 layer is constituted by a lower cladding layer in contact with the lower surface of the core and an upper cladding layer in contact with the side and upper surfaces of the core.
【請求項3】 基板上に形成された高濃度フッ素添加S
iO2 層の中に略矩形状の断面を有するコアが埋め込ま
れた構造を有し、且つ、上記コアが低濃度フッ素添加S
iO2 から成り、さらに上記高濃度フッ素添加SiO2
層が、上記コアの下面に接する下部クラッド層と、上記
コアの側面および上面に接する上部クラッド層とで構成
される導波路において、上記上部クラッド層中のフッ素
濃度が厚さ方向の勾配を有するように分布している導波
路。
3. A high-concentration fluorine-doped S formed on a substrate.
It has a structure in which a core having a substantially rectangular cross section is embedded in an iO 2 layer, and the core has a low concentration of fluorine-doped S
It consists iO 2, further the high concentration fluorine-added SiO 2
In a waveguide in which a layer is formed of a lower clad layer in contact with the lower surface of the core and an upper clad layer in contact with the side surface and the upper surface of the core, the fluorine concentration in the upper clad layer has a gradient in the thickness direction. Waveguides that are distributed like.
【請求項4】 基板上に形成された高濃度フッ素添加S
iO2 層の中に略矩形状の断面を有するコアが埋め込ま
れた構造を有し、且つ、上記コアが低濃度フッ素添加S
iO2 から成り、さらに上記高濃度フッ素添加SiO2
層が、上記コアの下面に接する下部クラッド層と、上記
コアの側面および上面に接する上部クラッド層とで構成
される導波路において、上記上部クラッド層が、ホウ素
(B)成分かリン(P)成分、あるいはその両成分を共
添加されている導波路。
4. A high-concentration fluorine-added S formed on a substrate
It has a structure in which a core having a substantially rectangular cross section is embedded in an iO 2 layer, and the core has a low concentration of fluorine-doped S
It consists iO 2, further the high concentration fluorine-added SiO 2
In a waveguide whose layer is composed of a lower clad layer in contact with the lower surface of the core and an upper clad layer in contact with the side surface and the upper surface of the core, the upper clad layer is composed of a boron (B) component or phosphorus (P). A waveguide in which a component or both components are co-doped.
【請求項5】 上記基板がSiO2 から成る請求項1、
2、3または4記載の導波路。
5. The method of claim 1, wherein said substrate comprises SiO 2 .
The waveguide according to 2, 3, or 4.
【請求項6】 上記基板がSi基板あるいはSi基板上
にSiO2 バッファ層を設けたものである請求項1記載
の導波路。
6. The waveguide according to claim 1, wherein the substrate is a Si substrate or a substrate provided with a SiO 2 buffer layer on the Si substrate.
【請求項7】 上記基板がSiから成り、基板と上記下
部クラッド層との間にSiO2 バッファ層を設けた請求
項2、3または4記載の導波路。
7. The waveguide according to claim 2 , wherein the substrate is made of Si, and an SiO 2 buffer layer is provided between the substrate and the lower cladding layer.
【請求項8】 上記導波路が、導波路の形成過程におけ
るコア層形成後、またはコア層の略矩形断面パターニン
グ後または高濃度フッ素添加SiO2 層へのコア埋込後
の何れかの段階において、酸素雰囲気中且つ1000℃
〜1250℃の温度範囲で少なくとも1回熱処理されて
いる請求項1、2、3、4、5、6または7記載の導波
路。
8. The waveguide may be formed at any stage after the formation of the core layer in the formation process of the waveguide, after the patterning of the core layer in a substantially rectangular cross section, or after the embedding of the core in the high-concentration fluorine-added SiO 2 layer. 1000 ° C. in oxygen atmosphere
The waveguide according to claim 1, 2, 3, 4, 5, 6, or 7, which has been heat-treated at least once in a temperature range of 1250C.
【請求項9】 上記導波路が、酸素雰囲気中且つ100
0℃〜1250℃の温度範囲で少なくとも1回熱処理さ
れている請求項1、2、3、4、5、6または7記載の
導波路。
9. The method according to claim 1, wherein the waveguide is in an oxygen atmosphere and at 100
The waveguide according to claim 1, wherein the waveguide is heat-treated at least once in a temperature range of 0 ° C. to 1250 ° C. 9.
【請求項10】 上記高濃度フッ素添加SiO2 層がフ
ッ素化炭化水素を使用するプラズマCVD法によって成
膜された高濃度フッ素添加SiO2 から形成され、上記
コアがフッ素化炭化水素を使用するプラズマCVD法に
よって成膜された低フッ素添加SiO2 から形成された
請求項1、2、3、4、5、6、7または8記載の導波
路。
10. The high-concentration fluorine-added SiO 2 layer is formed from high-concentration fluorine-added SiO 2 formed by a plasma CVD method using a fluorinated hydrocarbon, and the core is a plasma using a fluorinated hydrocarbon. 9. The waveguide according to claim 1, wherein the waveguide is formed from low-fluorine-added SiO 2 formed by a CVD method.
【請求項11】 基板上に、高濃度フッ素添加SiO2
層の中に、略矩形状の断面を有する低濃度フッ素添加S
iO2 コアが埋込まれた構造を構成する導波路の製造方
法において、上記高濃度フッ素添加SiO2 および低濃
度フッ素添加SiO2 を、必須の反応成分としてケイ素
(Si)原料であるシランあるいは有機オキシシランと
フッ素(F)原料であるフッ素化炭化水素と酸化性ガス
とを反応させるプラズマCVD法を用いて製造する導波
路の製造方法。
11. A high-concentration fluorine-added SiO 2 is formed on a substrate.
In the layer, a low-concentration fluorine-doped S having a substantially rectangular cross section is used.
In the method of manufacturing a waveguide having a structure in which an iO 2 core is embedded, the high-concentration fluorine-added SiO 2 and the low-concentration fluorine-added SiO 2 are used as essential reaction components in a silane or organic material as a silicon (Si) raw material. A method for manufacturing a waveguide manufactured by using a plasma CVD method in which oxysilane, a fluorinated hydrocarbon as a raw material of fluorine (F), and an oxidizing gas are reacted.
【請求項12】 基板上に、高濃度フッ素添加SiO2
層の中に、略矩形状の断面を有する低濃度フッ素添加S
iO2 コアが埋込まれた構造を構成する導波路の製造方
法において、上記基板としてSiO2 基板を用い、基板
上に高濃度フッ素添加SiO2 下部クラッド層を形成
し、次いで得られる下部クラッド層上に低濃度フッ素添
加SiO2 層を形成し、さらに上記低濃度フッ素添加S
iO2 を加工して略矩形状断面を有するコアとし、さら
に次いで上記低濃度フッ素添加SiO2 コアの両側面と
上面とに接する高濃度フッ素添加SiO2 上部クラッド
層を形成する導波路の製造方法。
12. A high-concentration fluorine-added SiO 2 is formed on a substrate.
In the layer, a low-concentration fluorine-doped S having a substantially rectangular cross section is used.
In a method of manufacturing a waveguide having a structure in which an iO 2 core is embedded, an SiO 2 substrate is used as the substrate, a high-concentration fluorine-added SiO 2 lower cladding layer is formed on the substrate, and then the obtained lower cladding layer A low-concentration fluorine-added SiO 2 layer is formed thereon, and
A method of manufacturing a waveguide in which iO 2 is processed into a core having a substantially rectangular cross-section, and then a high-concentration fluorine-added SiO 2 upper clad layer is formed in contact with both side surfaces and the upper surface of the low-concentration fluorine-added SiO 2 core .
【請求項13】 基板上に、高濃度フッ素添加SiO2
層の中に、略矩形状の断面を有する低濃度フッ素添加S
iO2 コアが埋込まれた構造を構成する導波路の製造方
法において、上記基板としてSiO2 基板を用い、基板
上に高濃度フッ素添加SiO2 下部クラッド層を形成
し、次いで得られる下部クラッド層上に低濃度フッ素添
加SiO2 層を形成し、さらに上記低濃度フッ素添加S
iO2 を加工して略矩形状断面を有するコアとし、さら
に次いで上記低濃度フッ素添加SiO2 コアの両側面と
上面とに接する高濃度フッ素添加SiO2 上部クラッド
層を形成して得られる構造物を高温熱処理して上記高濃
度フッ素添加SiO2 上部クラッド層中のフッ素が表面
側で低濃度で深部で高濃度である濃度勾配を有するよう
に分布させる導波路の製造方法。
13. A high-concentration fluorine-doped SiO 2 layer on a substrate.
In the layer, a low-concentration fluorine-doped S having a substantially rectangular cross section is used.
In a method of manufacturing a waveguide having a structure in which an iO 2 core is embedded, an SiO 2 substrate is used as the substrate, a high-concentration fluorine-added SiO 2 lower cladding layer is formed on the substrate, and then the obtained lower cladding layer A low-concentration fluorine-added SiO 2 layer is formed thereon, and
A structure obtained by processing iO 2 into a core having a substantially rectangular cross-section, and then forming a high-concentration fluorine-added SiO 2 upper cladding layer in contact with both side surfaces and the upper surface of the low-concentration fluorine-added SiO 2 core A high-temperature heat treatment to distribute the fluorine in the high-concentration fluorine-added SiO 2 upper cladding layer so as to have a concentration gradient of low concentration on the surface side and high concentration in the deep part.
【請求項14】 基板上に、高濃度フッ素添加SiO2
層の中に、略矩形状の断面を有する低濃度フッ素添加S
iO2 コアが埋込まれた構造を構成する導波路の製造方
法において、上記基板としてSi基板を用い、上記Si
基板上にSiO2 バッファ層を形成し、得られるSiO
2 バッファ層上に高濃度フッ素添加SiO2 下部クラッ
ド層を形成し、次いで得られる下部クラッド層上に低濃
度フッ素添加SiO2 層を形成し、さらに上記低濃度フ
ッ素添加SiO2 を加工して略矩形状断面を有するコア
とし、さらに次いで上記低濃度フッ素添加SiO2 コア
の両側面と上面とに接する高濃度フッ素添加SiO2
部クラッド層を形成する導波路の製造方法。
14. A high-concentration fluorine-doped SiO 2 layer on a substrate.
In the layer, a low-concentration fluorine-doped S having a substantially rectangular cross section is used.
In a method of manufacturing a waveguide having a structure in which an iO 2 core is embedded, a Si substrate is used as the substrate,
A SiO 2 buffer layer is formed on a substrate,
(2) forming a high-concentration fluorine-added SiO 2 lower clad layer on the buffer layer, forming a low-concentration fluorine-added SiO 2 layer on the obtained lower clad layer, and further processing the low-concentration fluorine-added SiO 2 A method for manufacturing a waveguide, wherein a core having a rectangular cross section is formed, and then a high-concentration fluorine-added SiO 2 upper cladding layer is formed in contact with both side surfaces and the upper surface of the low-concentration fluorine-added SiO 2 core.
【請求項15】 基板上に、高濃度フッ素添加SiO2
層の中に、略矩形状の断面を有する低濃度フッ素添加S
iO2 コアが埋込まれた構造を構成する導波路の製造方
法において、上記基板としてSi基板を用い、上記Si
基板上にSiO2 バッファ層を形成し、得られるSiO
2 バッファ層上に高濃度フッ素添加SiO2 下部クラッ
ド層を形成し、次いで得られる下部クラッド層上に低濃
度フッ素添加SiO2 層を形成し、さらに上記低濃度フ
ッ素添加SiO2 層を加工して略矩形状断面を有するコ
アとし、さらに次いで上記低濃度フッ素添加SiO2
アの両側面と上面とに接する高濃度フッ素添加SiO2
上部クラッド層を形成して得られる構造物を高温熱処理
してフッ素が表面側で低濃度で深部で高濃度である濃度
勾配を有するように分布させる導波路の製造方法。
15. A high-concentration fluorine-doped SiO 2 film on a substrate.
In the layer, a low-concentration fluorine-doped S having a substantially rectangular cross section is used.
In a method of manufacturing a waveguide having a structure in which an iO 2 core is embedded, a Si substrate is used as the substrate,
A SiO 2 buffer layer is formed on a substrate,
(2) forming a high-concentration fluorine-added SiO 2 lower cladding layer on the buffer layer, then forming a low-concentration fluorine-added SiO 2 layer on the obtained lower cladding layer, and further processing the low-concentration fluorine-added SiO 2 layer A core having a substantially rectangular cross section, and then a high-concentration fluorine-added SiO 2 contacting both side surfaces and an upper surface of the low-concentration fluorine-added SiO 2 core
A method for producing a waveguide in which a structure obtained by forming an upper clad layer is subjected to a high-temperature heat treatment to distribute fluorine so as to have a concentration gradient of a low concentration on a surface side and a high concentration in a deep part.
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