JPH1184156A - テーパされた導波路の製造方法 - Google Patents
テーパされた導波路の製造方法Info
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- JPH1184156A JPH1184156A JP10195169A JP19516998A JPH1184156A JP H1184156 A JPH1184156 A JP H1184156A JP 10195169 A JP10195169 A JP 10195169A JP 19516998 A JP19516998 A JP 19516998A JP H1184156 A JPH1184156 A JP H1184156A
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- G02B6/305—Optical coupling means for use between fibre and thin-film device and having an integrated mode-size expanding section, e.g. tapered waveguide
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- Y10T29/00—Metal working
- Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
- Y10T29/49002—Electrical device making
- Y10T29/49016—Antenna or wave energy "plumbing" making
Abstract
(57)【要約】
【課題】 プレーナ光集積回路内にテーパされた導波路
を製造する。 【解決手段】 本明細書は、プレーナ光集積回路内に、
ｚ−方向（厚さ方向）に形成されたテーパを持つ導波路
を製造するための方法に関する。これらテーパは、コア
層を２つの動作にて堆積することによって形成される。
第一のコア層を堆積した後に、この層がマスキングさ
れ、この第一のコア層内に段が形成される。次に、この
段を覆うように第二のコア層が堆積することで、なめら
かなテーパが得られる。これらコア層は、好ましくは、
火炎加水分解法を用いて形成される。圧密によって、こ
れら２つのコア層は、導波路の厚さ方向になめらかなテ
ーパを持つ単一の均質な層に合体される。
を製造する。 【解決手段】 本明細書は、プレーナ光集積回路内に、
ｚ−方向（厚さ方向）に形成されたテーパを持つ導波路
を製造するための方法に関する。これらテーパは、コア
層を２つの動作にて堆積することによって形成される。
第一のコア層を堆積した後に、この層がマスキングさ
れ、この第一のコア層内に段が形成される。次に、この
段を覆うように第二のコア層が堆積することで、なめら
かなテーパが得られる。これらコア層は、好ましくは、
火炎加水分解法を用いて形成される。圧密によって、こ
れら２つのコア層は、導波路の厚さ方向になめらかなテ
ーパを持つ単一の均質な層に合体される。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、プレーナ光集積回
路用のテーパされた導波路、およびこれを製造するため
の方法に関する。
路用のテーパされた導波路、およびこれを製造するため
の方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】光集積回路用の導波路が様々な形態にて
提唱されている。ただし、最も典型的には、これら導波
路は、適当なクラッド材料にて両側および底面を縁取ら
れたドープされたコアの形態を持つ。クラッド材料は、
コアの屈折率より低い屈折率を持つように選択され、こ
うしてチャネル形状の光導波路が形成される。殆どの構
成において、上側クラッド層も含まれる。
提唱されている。ただし、最も典型的には、これら導波
路は、適当なクラッド材料にて両側および底面を縁取ら
れたドープされたコアの形態を持つ。クラッド材料は、
コアの屈折率より低い屈折率を持つように選択され、こ
うしてチャネル形状の光導波路が形成される。殆どの構
成において、上側クラッド層も含まれる。
【０００３】近年、典型的な光ファイバ構造に習ってパ
ターン化された構造が大きな注目を集めている。この構
造は、ドープされたシリカのコアとシリカのクラッドか
ら成り、光ファイバの技術において開発された方法、例
えば、火炎加水分解堆積（ＦＨＤ）法を用いて製造され
る。これら導波路のプラットホーム、すなわち基板は
は、好ましくは、シリコンウェーハとされる。シリコン
ウェーハを用いた場合、光ファイバの材料とプレーナ集
積回路の材料との間の一致性のために、共通の処理アプ
ローチを用いることが可能となる。また、この組合せを
用いた場合、光ファイバの入力／出力との間の結合が、
熱物理的、化学的、および光学的特性が一致するため
に、より効率的かつより高信頼度になる。
ターン化された構造が大きな注目を集めている。この構
造は、ドープされたシリカのコアとシリカのクラッドか
ら成り、光ファイバの技術において開発された方法、例
えば、火炎加水分解堆積（ＦＨＤ）法を用いて製造され
る。これら導波路のプラットホーム、すなわち基板は
は、好ましくは、シリコンウェーハとされる。シリコン
ウェーハを用いた場合、光ファイバの材料とプレーナ集
積回路の材料との間の一致性のために、共通の処理アプ
ローチを用いることが可能となる。また、この組合せを
用いた場合、光ファイバの入力／出力との間の結合が、
熱物理的、化学的、および光学的特性が一致するため
に、より効率的かつより高信頼度になる。
【０００４】光集積回路技術においても、半導体技術と
同様に、小さな空間内に複数の素子あるいはデバイスを
できるだけ多く詰め込むことが大きな目標となる。半導
体デバイスの場合は、電気リードのルーティングに対す
る制約は、電気ラナー（リード）が急峻な曲げに耐える
ために比較的少ない。一方、光集積回路の場合は、許容
できる曲げ半径が重要で、これによって素子のパッキン
グ密度が大きく左右される。一般的には、導波路の屈折
率のステップ（段）あるいは勾配が一定の場合、光回路
内で導波路の湾曲部によって発生する損失は、湾曲の半
径が小さくなるほど増加する。従って、ある与えられた
導波路の屈折率の段あるいは勾配に対して、導波路の湾
曲の半径は、回路の経済性から見みて損失が許容できる
レベルに保たれるようなサイズに制限される。一方、損
失“予算”を一定とした場合は、可能な素子のパッキン
グ密度は、導波路の屈折率の段あるいは勾配を大きくす
るほど増加する。
同様に、小さな空間内に複数の素子あるいはデバイスを
できるだけ多く詰め込むことが大きな目標となる。半導
体デバイスの場合は、電気リードのルーティングに対す
る制約は、電気ラナー（リード）が急峻な曲げに耐える
ために比較的少ない。一方、光集積回路の場合は、許容
できる曲げ半径が重要で、これによって素子のパッキン
グ密度が大きく左右される。一般的には、導波路の屈折
率のステップ（段）あるいは勾配が一定の場合、光回路
内で導波路の湾曲部によって発生する損失は、湾曲の半
径が小さくなるほど増加する。従って、ある与えられた
導波路の屈折率の段あるいは勾配に対して、導波路の湾
曲の半径は、回路の経済性から見みて損失が許容できる
レベルに保たれるようなサイズに制限される。一方、損
失“予算”を一定とした場合は、可能な素子のパッキン
グ密度は、導波路の屈折率の段あるいは勾配を大きくす
るほど増加する。
【０００５】単一モード光集積回路においては、許容で
きる湾曲の半径は、コア材料とクラッド材料の間の屈折
率の勾配と共に、導波路のサイズにも敏感である。高い
屈折率の勾配を持つ導波路の場合、単一モードの導波路
を形成するための最適なコアサイズは、典型的な光ファ
イバのコアサイズと比べて、かなり小さくなる。このコ
アサイズの差異は、プレーナ集積回路の導波路のコアと
この集積回路に取り付けられる入力／出力ファイバのコ
アの間の結合効率にとって重要な意味を持つ。ファイバ
とプレーナ集積回路との間の結合損失は、光線のモード
が保存される場合、つまり、ファイバと集積回路が一致
する光モードを持つ場合に最も小さくなる。これは、フ
ァイバと導波路が同一の屈折率デルタ（勾配）を持つ場
合は、コアのサイズを一致させることにより達成され
る。挿入損失を最小にするためには、この理由により、
一般的には、コアのサイズを一致させることが目標とな
る。ただし、これは、光ファイバに対しては標準のコア
サイズを維持し、プレーナ集積回路に対してはより小さ
なコアサイズを用いるという別の重要な目標と矛盾す
る。
きる湾曲の半径は、コア材料とクラッド材料の間の屈折
率の勾配と共に、導波路のサイズにも敏感である。高い
屈折率の勾配を持つ導波路の場合、単一モードの導波路
を形成するための最適なコアサイズは、典型的な光ファ
イバのコアサイズと比べて、かなり小さくなる。このコ
アサイズの差異は、プレーナ集積回路の導波路のコアと
この集積回路に取り付けられる入力／出力ファイバのコ
アの間の結合効率にとって重要な意味を持つ。ファイバ
とプレーナ集積回路との間の結合損失は、光線のモード
が保存される場合、つまり、ファイバと集積回路が一致
する光モードを持つ場合に最も小さくなる。これは、フ
ァイバと導波路が同一の屈折率デルタ（勾配）を持つ場
合は、コアのサイズを一致させることにより達成され
る。挿入損失を最小にするためには、この理由により、
一般的には、コアのサイズを一致させることが目標とな
る。ただし、これは、光ファイバに対しては標準のコア
サイズを維持し、プレーナ集積回路に対してはより小さ
なコアサイズを用いるという別の重要な目標と矛盾す
る。
【０００６】このコアサイズの差異を克服するために、
プレーナ集積回路のプレーナ導波路と光ファイバとが結
合される領域に遷移導波路セクションを形成することが
提唱されている。この遷移セクションにおいては、プレ
ーナ導波路のコアが、導波路のコアの断面とファイバの
コアの断面とがほぼ一致するようにテーパ（拡大）され
される。他方、導波路コアのプレーナ集積回路の方向に
おいてこのテーパセクションを越える部分の断面積は、
プレーナ導波路コアに対して要求される最適な寸法を満
たすために減少される。
プレーナ集積回路のプレーナ導波路と光ファイバとが結
合される領域に遷移導波路セクションを形成することが
提唱されている。この遷移セクションにおいては、プレ
ーナ導波路のコアが、導波路のコアの断面とファイバの
コアの断面とがほぼ一致するようにテーパ（拡大）され
される。他方、導波路コアのプレーナ集積回路の方向に
おいてこのテーパセクションを越える部分の断面積は、
プレーナ導波路コアに対して要求される最適な寸法を満
たすために減少される。
【０００７】この概念を実現するように設計されたプレ
ーナ導波路の構造が、Journal of Lightwave Technolog
y,Vol.10,No.5,pp.587-591,May 1992 において説明され
ている。この論文において提唱される火炎加水分解堆積
（flame hydrolysis deposition 、ＦＨＤ）を用いてプ
レーナ導波路のコアをテーパする方法によると、基板上
にクラッド層が通常の方法にて堆積され、その後に、コ
アが、基板をＦＨＤの火炎にて走査しながらトーチに供
給されるガスの組成を変化させ、これによって走査方向
において堆積される材料の組成を変化させることによっ
て形成される。この方法では、トーチあるいは基板のい
ずれかが物理的に移動され、走査方向は、一つのｘ−ｙ
方向と一致する。つまり、走査は、テーパされる導波路
に平行な方向にのみ行なわれる。理論的には、他の方
向、つまり、導波路に垂直な方向に走査することも可能
である。ただし、これには、このプロセスの通常の動的
範囲を超える制御が必要となる。上述の方法にて得られ
る長さ方向の組成の勾配と、対応する屈折率の勾配が、
プレーナ導波路のｘ−ｙ平面における所望のテーパを形
成するために、つまり、導波路の幅をテーパするために
用いられる。これと類似する別の方法は、層の各点にお
ける組成に基づく制御プログラムを用いて３方向におい
て組成を制御することで、導波路の有効断面を、ｘ−ｙ
平面（長さ方向）に加えて、ｚ−（厚さ）方向において
もテーパすることを可能とする。このｚ−方向にテーパ
できる能力は、ｘ−ｙ平面におけるテーパリングについ
ては従来のマスクを用いても容易に達成できるためこの
プロセスの大きな長所である。
ーナ導波路の構造が、Journal of Lightwave Technolog
y,Vol.10,No.5,pp.587-591,May 1992 において説明され
ている。この論文において提唱される火炎加水分解堆積
（flame hydrolysis deposition 、ＦＨＤ）を用いてプ
レーナ導波路のコアをテーパする方法によると、基板上
にクラッド層が通常の方法にて堆積され、その後に、コ
アが、基板をＦＨＤの火炎にて走査しながらトーチに供
給されるガスの組成を変化させ、これによって走査方向
において堆積される材料の組成を変化させることによっ
て形成される。この方法では、トーチあるいは基板のい
ずれかが物理的に移動され、走査方向は、一つのｘ−ｙ
方向と一致する。つまり、走査は、テーパされる導波路
に平行な方向にのみ行なわれる。理論的には、他の方
向、つまり、導波路に垂直な方向に走査することも可能
である。ただし、これには、このプロセスの通常の動的
範囲を超える制御が必要となる。上述の方法にて得られ
る長さ方向の組成の勾配と、対応する屈折率の勾配が、
プレーナ導波路のｘ−ｙ平面における所望のテーパを形
成するために、つまり、導波路の幅をテーパするために
用いられる。これと類似する別の方法は、層の各点にお
ける組成に基づく制御プログラムを用いて３方向におい
て組成を制御することで、導波路の有効断面を、ｘ−ｙ
平面（長さ方向）に加えて、ｚ−（厚さ）方向において
もテーパすることを可能とする。このｚ−方向にテーパ
できる能力は、ｘ−ｙ平面におけるテーパリングについ
ては従来のマスクを用いても容易に達成できるためこの
プロセスの大きな長所である。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】ただし、この方法は、
実際には、この方法によって達成できる組成変化の距離
の動的レンジおよび堆積物質の流速が限られており、一
つのｘ−ｙ方向（長さ方向）にテーパを形成するのが精
一杯であり、この方法にて、ｚ−方向（厚さ方向）にテ
ーパを形成する目標を達成するためには、プロセスが非
常に複雑となり、コストも高くなる。このため、プレー
ナ導波路をテーパリングするための簡単でコスト効率の
良い方法、特に、ｘ−ｙ平面におけるテーパの方向には
制約を持たず、しかも、光集積回路の任意の位置に（ｚ
−方向に）比較的急峻な勾配を持つテーパを形成するこ
とが可能な方法が要望されている。
実際には、この方法によって達成できる組成変化の距離
の動的レンジおよび堆積物質の流速が限られており、一
つのｘ−ｙ方向（長さ方向）にテーパを形成するのが精
一杯であり、この方法にて、ｚ−方向（厚さ方向）にテ
ーパを形成する目標を達成するためには、プロセスが非
常に複雑となり、コストも高くなる。このため、プレー
ナ導波路をテーパリングするための簡単でコスト効率の
良い方法、特に、ｘ−ｙ平面におけるテーパの方向には
制約を持たず、しかも、光集積回路の任意の位置に（ｚ
−方向に）比較的急峻な勾配を持つテーパを形成するこ
とが可能な方法が要望されている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本出願人は、ｚ−方向
（厚さ方向）におけるテーパリングを、従来の技術によ
るプロセスのように複雑になることなしに達成すること
が可能な比較的簡単なプレーナ導波路をテーパリングす
るための方法を開発した。この方法は、コア層をＦＨＤ
法を用いて段を覆うように形成した後に圧密すること
で、この段を覆うなめらかなテーパを持つ層を形成でき
るという発見に基づく。この原理を実現するためには、
コア層が、２つのステップにて堆積される。最初に、第
一のコア層が堆積され、この第一のコア層内にエッチン
グにより段が形成される。次に、この第一のコア層内の
この段を覆うように第二のコア層が堆積され、この複合
構造が焼き入れされる。つまり、圧密によって、第二の
コア層が表面張力にて自由に流動し、この結果、２つの
コア層が一つの層に合体される。結果としてのコア層
は、第二のコア層が第一の層内の段を覆うように形成さ
れた箇所になめらかなテーパを持つこととなる。この段
は、任意のｘ−ｙ形状に形成することが可能であるため
に、対応するテーパを、任意の所望の形状に、例えば、
２つのｘ−ｙ方向に形成することが可能となる。これ
は、テーパリングによって、例えば、交差部分において
は拡大され、他の部分では厚さが低減された形状を持つ
星型結合器に対して望ましい導波路を形成することを可
能にする。
（厚さ方向）におけるテーパリングを、従来の技術によ
るプロセスのように複雑になることなしに達成すること
が可能な比較的簡単なプレーナ導波路をテーパリングす
るための方法を開発した。この方法は、コア層をＦＨＤ
法を用いて段を覆うように形成した後に圧密すること
で、この段を覆うなめらかなテーパを持つ層を形成でき
るという発見に基づく。この原理を実現するためには、
コア層が、２つのステップにて堆積される。最初に、第
一のコア層が堆積され、この第一のコア層内にエッチン
グにより段が形成される。次に、この第一のコア層内の
この段を覆うように第二のコア層が堆積され、この複合
構造が焼き入れされる。つまり、圧密によって、第二の
コア層が表面張力にて自由に流動し、この結果、２つの
コア層が一つの層に合体される。結果としてのコア層
は、第二のコア層が第一の層内の段を覆うように形成さ
れた箇所になめらかなテーパを持つこととなる。この段
は、任意のｘ−ｙ形状に形成することが可能であるため
に、対応するテーパを、任意の所望の形状に、例えば、
２つのｘ−ｙ方向に形成することが可能となる。これ
は、テーパリングによって、例えば、交差部分において
は拡大され、他の部分では厚さが低減された形状を持つ
星型結合器に対して望ましい導波路を形成することを可
能にする。
【００１０】
【発明の実施の形態】図１に示すように、従来の光ファ
イバ１１は、ファイバコア１２とクラッド層１３を持
つ。当業者においては理解できるように、この図面およ
び以降の図面において、寸法は、単に解説を目的とし、
正確な縮尺を示すものではない。典型的なファイバの寸
法は、コア１２の直径ｄ1 は、５〜１０ミクロン、コア
１２とクラッド層１３を合わせた全体の直径は１２０〜
１４０ミクロンである。ファイバのコーティングは示さ
ないが、通常は、ファイバの集積回路への取り付けのた
めに剥離される。
イバ１１は、ファイバコア１２とクラッド層１３を持
つ。当業者においては理解できるように、この図面およ
び以降の図面において、寸法は、単に解説を目的とし、
正確な縮尺を示すものではない。典型的なファイバの寸
法は、コア１２の直径ｄ1 は、５〜１０ミクロン、コア
１２とクラッド層１３を合わせた全体の直径は１２０〜
１４０ミクロンである。ファイバのコーティングは示さ
ないが、通常は、ファイバの集積回路への取り付けのた
めに剥離される。
【００１１】光プレーナ集積回路の一部分についても示
すが、これは、ホスト基板１５、プレーナ導波路１６、
および下側クラッド層１７を持つ。前述のように、プレ
ーナ導波路の幅ｗ1 は、典型的には、コアの直径ｄ1 よ
りも小さい。例えば、プレーナ導波路１６の場合は、形
状は、本質的に正方形とされ、辺は、４．５ミクロンと
される。ファイバのコア１２の場合は、形状は、典型的
には円形とされ、直径ｄ1 は、６．８ミクロンとされ
る。このケースでは、光ファイバのコアとプレーナ導波
路のコアとの間のサイズの不一致は、約５０％となる。
この不一致が１０％以上に達すると、当業者においては
理解できるように、損失が顕著となり、以下に説明され
る本発明の方法のようなこの間の一致を改善させるため
の技術が有効となる。
すが、これは、ホスト基板１５、プレーナ導波路１６、
および下側クラッド層１７を持つ。前述のように、プレ
ーナ導波路の幅ｗ1 は、典型的には、コアの直径ｄ1 よ
りも小さい。例えば、プレーナ導波路１６の場合は、形
状は、本質的に正方形とされ、辺は、４．５ミクロンと
される。ファイバのコア１２の場合は、形状は、典型的
には円形とされ、直径ｄ1 は、６．８ミクロンとされ
る。このケースでは、光ファイバのコアとプレーナ導波
路のコアとの間のサイズの不一致は、約５０％となる。
この不一致が１０％以上に達すると、当業者においては
理解できるように、損失が顕著となり、以下に説明され
る本発明の方法のようなこの間の一致を改善させるため
の技術が有効となる。
【００１２】図３は、図１と類似する平面図である。こ
こでは、プレーナ導波路２１は、最適な幅ｗ1 に加え
て、図示するように、テーパセクション２２を持ち、こ
のため、この構成では、プレーナ導波路のテーパセクシ
ョン２２を越えるセクション２３の幅ｗ2 は、ファイバ
のコア２５の直径ｄ1 と一致する。図４は、プレーナ導
波路２６とファイバコア２７との間のｚ−方向における
不一致を側面図にて示すと同時に、この不一致のテーパ
セクション２８による解決を示す。この実施例において
は、テーパの傾きは、ｙ−方向（長さ方向）、ｚ−方向
（厚さ方向）両方において等しく、ｗ1 とｔ1 が概ね等
しい場合は、ｗ2 とｔ2 も概ね等しくなる。この場合、
ｚ−方向（厚さ方向）のテーパ２８の長さは、ｙ−方向
（長さ方向）のテーパ２２の長さの概ね２倍となる。こ
のために、一つの好ましい実施例においては、テーパセ
クション２８の長さを短縮するために、テーパセクショ
ン２８の傾きが、テーパセクション２２の傾きより大き
くされる。テーパセクションの長は、好ましくは、どち
らの方向においても、０．１〜２mmの範囲、より好まし
くは、０．２〜１．４mmの範囲とされる。プレーナ導波
路のテーパセクション２８を越えたセクション２９のコ
ア深さ、すなわち、厚さｔ2 は、ファイバのコアの直径
ｄ1 と本質的に一致する。
こでは、プレーナ導波路２１は、最適な幅ｗ1 に加え
て、図示するように、テーパセクション２２を持ち、こ
のため、この構成では、プレーナ導波路のテーパセクシ
ョン２２を越えるセクション２３の幅ｗ2 は、ファイバ
のコア２５の直径ｄ1 と一致する。図４は、プレーナ導
波路２６とファイバコア２７との間のｚ−方向における
不一致を側面図にて示すと同時に、この不一致のテーパ
セクション２８による解決を示す。この実施例において
は、テーパの傾きは、ｙ−方向（長さ方向）、ｚ−方向
（厚さ方向）両方において等しく、ｗ1 とｔ1 が概ね等
しい場合は、ｗ2 とｔ2 も概ね等しくなる。この場合、
ｚ−方向（厚さ方向）のテーパ２８の長さは、ｙ−方向
（長さ方向）のテーパ２２の長さの概ね２倍となる。こ
のために、一つの好ましい実施例においては、テーパセ
クション２８の長さを短縮するために、テーパセクショ
ン２８の傾きが、テーパセクション２２の傾きより大き
くされる。テーパセクションの長は、好ましくは、どち
らの方向においても、０．１〜２mmの範囲、より好まし
くは、０．２〜１．４mmの範囲とされる。プレーナ導波
路のテーパセクション２８を越えたセクション２９のコ
ア深さ、すなわち、厚さｔ2 は、ファイバのコアの直径
ｄ1 と本質的に一致する。
【００１３】テーパは、パーセントにて表現された場
合、以下のように定義される： （ｔ2 −ｔ1 ）／ｔ1 テーパは、本発明が実際の効果を持つためには、典型的
には、１０％以上とされ、好ましくは、２０％以上とさ
れる。
合、以下のように定義される： （ｔ2 −ｔ1 ）／ｔ1 テーパは、本発明が実際の効果を持つためには、典型的
には、１０％以上とされ、好ましくは、２０％以上とさ
れる。
【００１４】図４は、ファイバのコアの主寸法が、プレ
ーナ導波路の主寸法と一致する状況を示す。結合におけ
る損失を回避するためには、これらの寸法が、２０％以
内、好ましくは、１０％以内で一致すること、あるい
は、結合のレシーバ側の導波路が結合の入力側の導波路
よりも大きなことが要求される。この背景において、プ
レーナ導波路の有効面積は、デバイスの入力側ではファ
イバ導波路より大きく、出力側ではこの逆の関係を持つ
ことが要求される。これは、本発明の方法を用いて、入
力の所ではプレーナ導波路をテーパ（拡大）し、出力の
所では導波路のテーパを行なわないか、あるいは、出力
の所ではより小さなテーパを用いることで簡単に達成で
きる。
ーナ導波路の主寸法と一致する状況を示す。結合におけ
る損失を回避するためには、これらの寸法が、２０％以
内、好ましくは、１０％以内で一致すること、あるい
は、結合のレシーバ側の導波路が結合の入力側の導波路
よりも大きなことが要求される。この背景において、プ
レーナ導波路の有効面積は、デバイスの入力側ではファ
イバ導波路より大きく、出力側ではこの逆の関係を持つ
ことが要求される。これは、本発明の方法を用いて、入
力の所ではプレーナ導波路をテーパ（拡大）し、出力の
所では導波路のテーパを行なわないか、あるいは、出力
の所ではより小さなテーパを用いることで簡単に達成で
きる。
【００１５】これらの図面に示される実施例において
は、プレーナ導波路のコアが、集積回路の表面の所に示
される。ただし、一般的には、好ましくは、上側クラッ
ド層を加えることによってプレーナ導波路のコアがこの
構造体内部に埋め込まれる。
は、プレーナ導波路のコアが、集積回路の表面の所に示
される。ただし、一般的には、好ましくは、上側クラッ
ド層を加えることによってプレーナ導波路のコアがこの
構造体内部に埋め込まれる。
【００１６】以下では、図３および図４に示すテーパセ
クションを形成するための本発明の方法について図５〜
１１との関連で説明する。図５は、光集積回路の基板４
１、および下側クラッド層４２を示す。基板４１には、
好ましくは、シリコンウェーハが用いられる。ただし、
基板４１には、代替として、Ａｌ2 Ｏ3 、Ｂｅ2 Ｏ3、
ＢＮ、シリカ、および、様々な適当なセラミックを用い
ることも可能である。シリコンは、一部には、クラッド
層４２を熱成長できるとう点で好ましい。シリコンは、
さらに、熱および電気的特性が良い、環境内での安定性
が良い、毒性が低い、機械的な安定性が良い、集積回路
製造との相性が良い等に加えて、コストも安い。さら
に、大きなエリア（例えば、８インチ）に渡って極めて
平坦（λ／４）に製造することが可能である。便利な代
替として、導波路に対する下側クラッド層としても機能
するシリカ基板を用いることも可能である。
クションを形成するための本発明の方法について図５〜
１１との関連で説明する。図５は、光集積回路の基板４
１、および下側クラッド層４２を示す。基板４１には、
好ましくは、シリコンウェーハが用いられる。ただし、
基板４１には、代替として、Ａｌ2 Ｏ3 、Ｂｅ2 Ｏ3、
ＢＮ、シリカ、および、様々な適当なセラミックを用い
ることも可能である。シリコンは、一部には、クラッド
層４２を熱成長できるとう点で好ましい。シリコンは、
さらに、熱および電気的特性が良い、環境内での安定性
が良い、毒性が低い、機械的な安定性が良い、集積回路
製造との相性が良い等に加えて、コストも安い。さら
に、大きなエリア（例えば、８インチ）に渡って極めて
平坦（λ／４）に製造することが可能である。便利な代
替として、導波路に対する下側クラッド層としても機能
するシリカ基板を用いることも可能である。
【００１７】層４２を堆積するためには、ＦＨＤ、ＣＶ
Ｄ等の技術を用いることができ、またＳi Ｏ2 の代用と
して他の安定なクラッド材料を用いることも可能であ
る。クラッド層４２の厚さは、典型的には、５〜５０ミ
クロンのレンジとされる。熱成長されたＳi Ｏ2 は、
０．６３２８μｍの波長（Ｈｅ−Ｎｅレーザの波長）に
おいて１．４５７８の屈折率を持つ。
Ｄ等の技術を用いることができ、またＳi Ｏ2 の代用と
して他の安定なクラッド材料を用いることも可能であ
る。クラッド層４２の厚さは、典型的には、５〜５０ミ
クロンのレンジとされる。熱成長されたＳi Ｏ2 は、
０．６３２８μｍの波長（Ｈｅ−Ｎｅレーザの波長）に
おいて１．４５７８の屈折率を持つ。
【００１８】前述のように、プレーナ集積回路のコア
は、２つのステップにて、２つの層を用いて形成され
る。図６に示す第一のコア層４３は、クラッド層４２の
屈折率より大きな屈折率を持つ材料から構成される。例
えば、コア層は、クラッド層より約１０mmの曲げ半径を
可能にする０．４％だけ大きな、あるいは約３mmの曲げ
半径を可能にする１．２％だけ大きな屈折率を持つ。コ
アの材料には、クラッド層の熱膨張特性および化学特性
と実質的に一致するように、好ましくは、ドープされた
シリカが用いられる。ドーパントとしては、典型的に
は、ゲルマニウム、ホウ素、リン、チタニウム等の酸化
物が用いられる。本発明のために要求されるタイプのド
ープされた層を形成するための調整方法は周知であり、
例えば、M.Kawachi,“Silica waveguides on silicon a
nd their application to integrated-optic component
s",Optical and Quantum Electronics,Vol.22,pp.391-4
16,1990において説明されているので、これについても
参照されたい。ここに開示されるコア層は、好ましく
は、ＦＨＤ技法によって形成される。これは、ＦＨＤ技
術は、良く発達した技術であるのに加えて、前述の好ま
しいとされるシリカベースの材料に対して特に適するた
めである。層４３をＦＨＤを用いて堆積した場合は、こ
れは、堆積の後に、１２００℃以上の温度にて１〜６時
間加熱することによって圧密される。
は、２つのステップにて、２つの層を用いて形成され
る。図６に示す第一のコア層４３は、クラッド層４２の
屈折率より大きな屈折率を持つ材料から構成される。例
えば、コア層は、クラッド層より約１０mmの曲げ半径を
可能にする０．４％だけ大きな、あるいは約３mmの曲げ
半径を可能にする１．２％だけ大きな屈折率を持つ。コ
アの材料には、クラッド層の熱膨張特性および化学特性
と実質的に一致するように、好ましくは、ドープされた
シリカが用いられる。ドーパントとしては、典型的に
は、ゲルマニウム、ホウ素、リン、チタニウム等の酸化
物が用いられる。本発明のために要求されるタイプのド
ープされた層を形成するための調整方法は周知であり、
例えば、M.Kawachi,“Silica waveguides on silicon a
nd their application to integrated-optic component
s",Optical and Quantum Electronics,Vol.22,pp.391-4
16,1990において説明されているので、これについても
参照されたい。ここに開示されるコア層は、好ましく
は、ＦＨＤ技法によって形成される。これは、ＦＨＤ技
術は、良く発達した技術であるのに加えて、前述の好ま
しいとされるシリカベースの材料に対して特に適するた
めである。層４３をＦＨＤを用いて堆積した場合は、こ
れは、堆積の後に、１２００℃以上の温度にて１〜６時
間加熱することによって圧密される。
【００１９】後に明らかになるように、層４３の最終的
な厚さ（圧密後の厚さ）によって、このプロセスにおい
て許容されるテーパの最大の厚さが決定される。２０％
のテーパを希望する場合は、層４３は、最終的なコア層
の厚さｔ1 の少なくとも２０％の厚さを持つことが要求
される。後に説明するように、層４３の厚さは、通常
は、これより厚くされる。層４３の厚さは、好ましく
は、１〜８μｍのレンジとされる。
な厚さ（圧密後の厚さ）によって、このプロセスにおい
て許容されるテーパの最大の厚さが決定される。２０％
のテーパを希望する場合は、層４３は、最終的なコア層
の厚さｔ1 の少なくとも２０％の厚さを持つことが要求
される。後に説明するように、層４３の厚さは、通常
は、これより厚くされる。層４３の厚さは、好ましく
は、１〜８μｍのレンジとされる。
【００２０】次に、テーパを形成するために用いられる
第一のコア層内の段が、層４３内に、適当な技法、好ま
しくは、従来のフォトリソグラフィーによって形成され
る。ただし、このために、電子ビーム、あるいはｘ−線
リソグラフィー等の他の従来の技法を用いることも可能
である。エッチングプロセスには、湿式、乾式のいずれ
を用いることが可能であり、例えば、ＲＩＥ法が用いら
れる。図７は、層４３の一部を覆うフォトマスク４４を
示す。図示するように、フォトマスクの端は、テーパの
形成を希望する位置の中央に置かれる。このフォトマス
クは、従来の方法によって生成される。例えば、層４３
の上に感光性ポリマーの皮膜を塗布し、一部分（除去す
べき部分、あるいは残すべき部分）を化学線放射に露出
することで、このパターンが生成（現像）される。代替
として、ポリシリコン、クロム合金、Ｎｉ−Ｃｒ合金等
のハードマスク、あるいは他の適当な薄膜材料を用いる
ことも可能である。このエッチングステップにおいて除
去されるシリカの厚さは、比較的大きく、数ミクロン程
度となる。このような厚さでは、良く知られているよう
に、層を貫いてのエッチングの際にエッチングの選択性
が不十分となり、マスクが破壊されることがある。この
ために、通常、特に、乾式のエッチングを用いる場合
は、ハードマスクあるいは多層のレジストが用いられ
る。ただし、ＨＦを用いる場合は、ハードマスクに対し
て要求される追加のステップは不要となる。
第一のコア層内の段が、層４３内に、適当な技法、好ま
しくは、従来のフォトリソグラフィーによって形成され
る。ただし、このために、電子ビーム、あるいはｘ−線
リソグラフィー等の他の従来の技法を用いることも可能
である。エッチングプロセスには、湿式、乾式のいずれ
を用いることが可能であり、例えば、ＲＩＥ法が用いら
れる。図７は、層４３の一部を覆うフォトマスク４４を
示す。図示するように、フォトマスクの端は、テーパの
形成を希望する位置の中央に置かれる。このフォトマス
クは、従来の方法によって生成される。例えば、層４３
の上に感光性ポリマーの皮膜を塗布し、一部分（除去す
べき部分、あるいは残すべき部分）を化学線放射に露出
することで、このパターンが生成（現像）される。代替
として、ポリシリコン、クロム合金、Ｎｉ−Ｃｒ合金等
のハードマスク、あるいは他の適当な薄膜材料を用いる
ことも可能である。このエッチングステップにおいて除
去されるシリカの厚さは、比較的大きく、数ミクロン程
度となる。このような厚さでは、良く知られているよう
に、層を貫いてのエッチングの際にエッチングの選択性
が不十分となり、マスクが破壊されることがある。この
ために、通常、特に、乾式のエッチングを用いる場合
は、ハードマスクあるいは多層のレジストが用いられ
る。ただし、ＨＦを用いる場合は、ハードマスクに対し
て要求される追加のステップは不要となる。
【００２１】説明中のプレーナ導波路のコアが光ファイ
バのコアに結合される実施例においては、テーパは、集
積回路チップの終端エッジに接近して形成される。後に
説明する別の実施例においては、テーパは、集積回路の
内側に形成され、複数のテーパが一つのｘ−、あるいは
−ｙ方向のみでなく複数の方向に形成される。
バのコアに結合される実施例においては、テーパは、集
積回路チップの終端エッジに接近して形成される。後に
説明する別の実施例においては、テーパは、集積回路の
内側に形成され、複数のテーパが一つのｘ−、あるいは
−ｙ方向のみでなく複数の方向に形成される。
【００２２】フォトマスクあるいはハードマスクを所定
の位置に形成した後に、層４３の露出領域を図８に示す
ようにエッチングすることにより、段４５が形成され
る。エッチングの深さによって、段の高さと、最終的な
コアのテーパの程度が決定される。２０％のテーパを得
るためには、この段は、少なくともｔ1 の２０％の高さ
を持つことが要求される。前述の例において、ｔ1 を
４．５ミクロンとした場合、この段は、概ね０．９ミク
ロンの高さを持つことが要求される。前述の例におい
て、コアの寸法ｔ2 をファイバのコアの直径ｄ1 と一致
させるためには、４０％のテーパが望ましいが、このた
めには、この段は、少なくとも１．８ミクロンの高さを
持つことを要求される。この段の高さは、テーパされた
セクションの長さも決定する。ここに説明の実施例によ
って与えられる寸法を用いる場合は、テーパの長は、
０．１〜２．０mmの範囲内であることが好ましい。ここ
に開示される用途に対しては、この段は、典型的には、
少なくとも１μｍの高さを持つ。
の位置に形成した後に、層４３の露出領域を図８に示す
ようにエッチングすることにより、段４５が形成され
る。エッチングの深さによって、段の高さと、最終的な
コアのテーパの程度が決定される。２０％のテーパを得
るためには、この段は、少なくともｔ1 の２０％の高さ
を持つことが要求される。前述の例において、ｔ1 を
４．５ミクロンとした場合、この段は、概ね０．９ミク
ロンの高さを持つことが要求される。前述の例におい
て、コアの寸法ｔ2 をファイバのコアの直径ｄ1 と一致
させるためには、４０％のテーパが望ましいが、このた
めには、この段は、少なくとも１．８ミクロンの高さを
持つことを要求される。この段の高さは、テーパされた
セクションの長さも決定する。ここに説明の実施例によ
って与えられる寸法を用いる場合は、テーパの長は、
０．１〜２．０mmの範囲内であることが好ましい。ここ
に開示される用途に対しては、この段は、典型的には、
少なくとも１μｍの高さを持つ。
【００２３】好ましいプロセスシーケンスにおいては、
層４３の厚さは、所望の段の高さと同一にされ、層４３
をこの厚さの全部をエッチングすることによって、段４
５が形成される。ただし、図８に示すプロセスステップ
では、層４３の厚さは、所望の段の高さより厚くされ、
エッチングで、層４３の厚さの全部ではなく、一部分の
みが除去される。示す実施例においては、この段を形成
するために、湿式のエッチングが用いられた。つまり、
水溶性のフッ化水素（ＨＦ）が、水５部と４９％フッ化
水素（ＨＦ）１部の割合で用いられた。ただし、用いる
エッチングプロセスは、本発明に直接には関係なく、乾
式のエッチング技術を用いることも可能である。後に述
べるように、等方的プラズマエッチング、あるいは、希
釈あるいは濃縮ＨＦによる湿式エッチングを用いた場合
は、結果として、この段自身もテーパされる。このプロ
セスにおいて用いられる寸法は、シリコン処理の標準か
ら見ると、かなり大きなために、ライン幅の制御、エッ
チングの深さ、側壁の形状、アンダーカット等に対する
通常の精度は要求されない。
層４３の厚さは、所望の段の高さと同一にされ、層４３
をこの厚さの全部をエッチングすることによって、段４
５が形成される。ただし、図８に示すプロセスステップ
では、層４３の厚さは、所望の段の高さより厚くされ、
エッチングで、層４３の厚さの全部ではなく、一部分の
みが除去される。示す実施例においては、この段を形成
するために、湿式のエッチングが用いられた。つまり、
水溶性のフッ化水素（ＨＦ）が、水５部と４９％フッ化
水素（ＨＦ）１部の割合で用いられた。ただし、用いる
エッチングプロセスは、本発明に直接には関係なく、乾
式のエッチング技術を用いることも可能である。後に述
べるように、等方的プラズマエッチング、あるいは、希
釈あるいは濃縮ＨＦによる湿式エッチングを用いた場合
は、結果として、この段自身もテーパされる。このプロ
セスにおいて用いられる寸法は、シリコン処理の標準か
ら見ると、かなり大きなために、ライン幅の制御、エッ
チングの深さ、側壁の形状、アンダーカット等に対する
通常の精度は要求されない。
【００２４】次のステップにおいて、図９に示すよう
に、第二のコア層４６が堆積される。層４６の厚さは、
ｔ2 の厚さから、層４３の厚さを引いた値に等しくされ
る。
に、第二のコア層４６が堆積される。層４６の厚さは、
ｔ2 の厚さから、層４３の厚さを引いた値に等しくされ
る。
【００２５】層４６は、また、少なくとも段の厚さ、つ
まり、段の高さの少なくとも７５％の厚さを持つことを
要求される。ＦＨＤによって堆積する場合は、層４６
は、１０５０℃以上の温度にて、１〜６時間加熱するこ
とによって圧密される。このステップによって、これら
２つのコア層が圧密され、図１０に示すような、単一の
均質なコア層４８が形成される。このコア層４８は、テ
ーパセクション４９を持ち、これによって、プレーナ導
波路のコア５１と、光ファイバのコアとの間のなめらか
な導波路遷移部が形成される。次に、図１１に示すよう
に、上側クラッド層５２が形成され、これによって、プ
レーナ導波路が完成する。この上側クラッド層５２は、
下側クラッド層４２と本質的に同一とする。図１１に示
すように、ファイバ５２が、ファイバのコア５３とプレ
ーナ導波路の拡大されたコア５１とが整合するように配
置される。ファイバのプレーナ導波路への取り付けは従
来の方法を用いて行なわれる。ファイバは、典型的に
は、エポキシなどの粘着剤を用いて取り付けられる。
まり、段の高さの少なくとも７５％の厚さを持つことを
要求される。ＦＨＤによって堆積する場合は、層４６
は、１０５０℃以上の温度にて、１〜６時間加熱するこ
とによって圧密される。このステップによって、これら
２つのコア層が圧密され、図１０に示すような、単一の
均質なコア層４８が形成される。このコア層４８は、テ
ーパセクション４９を持ち、これによって、プレーナ導
波路のコア５１と、光ファイバのコアとの間のなめらか
な導波路遷移部が形成される。次に、図１１に示すよう
に、上側クラッド層５２が形成され、これによって、プ
レーナ導波路が完成する。この上側クラッド層５２は、
下側クラッド層４２と本質的に同一とする。図１１に示
すように、ファイバ５２が、ファイバのコア５３とプレ
ーナ導波路の拡大されたコア５１とが整合するように配
置される。ファイバのプレーナ導波路への取り付けは従
来の方法を用いて行なわれる。ファイバは、典型的に
は、エポキシなどの粘着剤を用いて取り付けられる。
【００２６】図９に示すように、層４３内に形成される
段４５は、急峻な勾配にすることも、あるいは、段自身
もテーパさせることで、テーパ４９をさらになめらかに
することも可能である。このプロセスの一つのオプショ
ンとして、層４３を軟化温度に加熱して段をなめらかに
した後に、第二のコア層を堆積することも可能である。
層４３がＦＨＤによって形成される場合は、この段は圧
密ステップによってなめらかにされる。
段４５は、急峻な勾配にすることも、あるいは、段自身
もテーパさせることで、テーパ４９をさらになめらかに
することも可能である。このプロセスの一つのオプショ
ンとして、層４３を軟化温度に加熱して段をなめらかに
した後に、第二のコア層を堆積することも可能である。
層４３がＦＨＤによって形成される場合は、この段は圧
密ステップによってなめらかにされる。
【００２７】ｚ−方向（厚さ方向）に適当なテーパを持
つようにコア層を完成させた後に、ｘ−ｙ平面（長さ方
向）のテーパが適当なリソグラフィーによって形成され
る。代替として、ｘ−ｙ平面（長さ方向）のテーパを２
つのコア層の堆積の際に上述の特許において開示される
技法を用いて形成することも可能である。
つようにコア層を完成させた後に、ｘ−ｙ平面（長さ方
向）のテーパが適当なリソグラフィーによって形成され
る。代替として、ｘ−ｙ平面（長さ方向）のテーパを２
つのコア層の堆積の際に上述の特許において開示される
技法を用いて形成することも可能である。
【００２８】以下では、ｚ−方向にテーパを持つ導波路
層を形成するための上述のプロセスの効果について例を
用いて示す。
層を形成するための上述のプロセスの効果について例を
用いて示す。
【００２９】
【発明の効果】最初に、１５μｍの厚さの二酸化珪素の
下側クラッド層が、シリコンウェーハ上に熱成長され
た。このクラッド層は、０．６３２８ミクロンの波長に
おいて、１．４５７８の屈折率を持った。次に、このク
ラッド層の上に、第一のコア層がＦＨＤを用いて堆積さ
れた。この第一の層は、厚さは、４．５ミクロンとさ
れ、組成は、７９％のＳi Ｏ2 、１２％のＧｅＯ2 、８
％のＢ2 Ｏ3 、１％のＰ2 Ｏ5 から構成し、屈折率デル
タ（勾配）は、１．２％であった。その後、この第一の
コア層が、１３２０℃にて、２時間加熱することで、圧
密され、次に、フォトマスクにてマスキングされた。次
に、露出領域が、水５部と、４９％フッ化水素（ＨＦ）
１部から成る溶液を用いて、２．５μｍの深さにエッチ
ングされた。次に、フォトマスクを除去した後に、第二
のコア層が堆積された。ここで、第二のコア層は、第一
のコア層と同一の組成および屈折率を持ち、２．５μｍ
の厚さに堆積された。次に、この第二のコア層が、第一
のコア層と同様な方法にて、密圧され、これら２つのコ
ア層が互いに合体された。結果として、テーパされたコ
ア層を持つ構造が得られた。このテーパは、垂直方向、
すなわち、ｚ−軸方向（厚さ方向）に形成され、程度
は、約５５％とされた。
下側クラッド層が、シリコンウェーハ上に熱成長され
た。このクラッド層は、０．６３２８ミクロンの波長に
おいて、１．４５７８の屈折率を持った。次に、このク
ラッド層の上に、第一のコア層がＦＨＤを用いて堆積さ
れた。この第一の層は、厚さは、４．５ミクロンとさ
れ、組成は、７９％のＳi Ｏ2 、１２％のＧｅＯ2 、８
％のＢ2 Ｏ3 、１％のＰ2 Ｏ5 から構成し、屈折率デル
タ（勾配）は、１．２％であった。その後、この第一の
コア層が、１３２０℃にて、２時間加熱することで、圧
密され、次に、フォトマスクにてマスキングされた。次
に、露出領域が、水５部と、４９％フッ化水素（ＨＦ）
１部から成る溶液を用いて、２．５μｍの深さにエッチ
ングされた。次に、フォトマスクを除去した後に、第二
のコア層が堆積された。ここで、第二のコア層は、第一
のコア層と同一の組成および屈折率を持ち、２．５μｍ
の厚さに堆積された。次に、この第二のコア層が、第一
のコア層と同様な方法にて、密圧され、これら２つのコ
ア層が互いに合体された。結果として、テーパされたコ
ア層を持つ構造が得られた。このテーパは、垂直方向、
すなわち、ｚ−軸方向（厚さ方向）に形成され、程度
は、約５５％とされた。
【００３０】前述のように、本発明の方法の一つの重要
な長所は、テーパを、一つのｘ−方向あるいはｙ−方向
のみでなく、複数の方向に沿って形成できることであ
る。これを説明する実施例を図１２および図１３に示
す。図１２は、プレーナ集積回路の内部６１を示すが、
２つの導波路６２と６３が交差する。交差領域６４にお
いては、導波路は、それぞれ、他方の導波路の幅に等し
い間隙に遭遇し、この間隙の所では、ｘ−ｙ平面におけ
る横方向の拘束がなくなる。この交差領域における両方
の導波路の損失は、交差領域において導波路のサイズを
拡大することによって低減できることが知られている。
本発明によるテーパリング法は、この拡大を可能にす
る。本発明によると、コア層は、２回のステップによっ
て堆積される。つまり、最初に、第一のコア層が堆積さ
れ、第一のコア層内の交差領域の境界の所に、必要な段
が、上述の方法を用いて形成される。次に、第二のコア
層を堆積することで、テーパが、交差領域の境界付近
に、２つのｘ−ｙ方向に形成される。この結果が図１３
に示される。図１３は、図１２を線１３−１３に沿って
切断した断面であり、交差領域６４において拡大された
導波路を示す。
な長所は、テーパを、一つのｘ−方向あるいはｙ−方向
のみでなく、複数の方向に沿って形成できることであ
る。これを説明する実施例を図１２および図１３に示
す。図１２は、プレーナ集積回路の内部６１を示すが、
２つの導波路６２と６３が交差する。交差領域６４にお
いては、導波路は、それぞれ、他方の導波路の幅に等し
い間隙に遭遇し、この間隙の所では、ｘ−ｙ平面におけ
る横方向の拘束がなくなる。この交差領域における両方
の導波路の損失は、交差領域において導波路のサイズを
拡大することによって低減できることが知られている。
本発明によるテーパリング法は、この拡大を可能にす
る。本発明によると、コア層は、２回のステップによっ
て堆積される。つまり、最初に、第一のコア層が堆積さ
れ、第一のコア層内の交差領域の境界の所に、必要な段
が、上述の方法を用いて形成される。次に、第二のコア
層を堆積することで、テーパが、交差領域の境界付近
に、２つのｘ−ｙ方向に形成される。この結果が図１３
に示される。図１３は、図１２を線１３−１３に沿って
切断した断面であり、交差領域６４において拡大された
導波路を示す。
【００３１】図１２および図１３の実施例においては、
これら導波路は、鋭角にて交差するが、本発明は、どの
ような角度にて交差する導波路にも適用することが可能
である。ただし、交差領域における損失は、交差角度が
減少するほど増加し、このために、本発明は、非常に急
峻な角度、例えば、１０゜の交差を持つようにすること
で、大きな利益の実現を図る。ただし、交差をどのよう
に角度にしても、例えば、直角にした場合でも、本発明
の導波路テーパリング法によって利益を得ることが可能
である。
これら導波路は、鋭角にて交差するが、本発明は、どの
ような角度にて交差する導波路にも適用することが可能
である。ただし、交差領域における損失は、交差角度が
減少するほど増加し、このために、本発明は、非常に急
峻な角度、例えば、１０゜の交差を持つようにすること
で、大きな利益の実現を図る。ただし、交差をどのよう
に角度にしても、例えば、直角にした場合でも、本発明
の導波路テーパリング法によって利益を得ることが可能
である。
【００３２】図１４および図１５は、一つのｘ−あるい
はｙ−方向のみでなく、様々な方向に複数のテーパ導波
路を用いる実施例について示す。図１４は、当分野にお
いて良く知られているデバイスである星型結合器７２を
含むプレーナ集積回路の内部７１の平面図を示す。この
星型結合器７２は、通常は、導波路スラブ（厚板）領域
７９を通じて結合される２つのセットの導波路７３およ
び７４を持つ。この星型結合器を効率的に動作させるた
めには、結合器領域７９内においてモードの導波を、導
波路７３−７４内より強く拘束することが要求される。
従って、チャネル導波路より厚さの薄い導波路スラブが
要求される。これは、本発明のテーパリングプロセスに
従って、厚さの遷移の所に損失を発生させることなく、
効果的に達成できる。つまり、導波路コアを２つの動作
にて堆積することで、テーパが必要とされる箇所に適当
な段が形成される。結果を図１５に示す。図１５は、図
１４の線１５−１５に沿って切断された断面図であり、
導波路スラブ領域７９において狭くされた導波路を示
す。
はｙ−方向のみでなく、様々な方向に複数のテーパ導波
路を用いる実施例について示す。図１４は、当分野にお
いて良く知られているデバイスである星型結合器７２を
含むプレーナ集積回路の内部７１の平面図を示す。この
星型結合器７２は、通常は、導波路スラブ（厚板）領域
７９を通じて結合される２つのセットの導波路７３およ
び７４を持つ。この星型結合器を効率的に動作させるた
めには、結合器領域７９内においてモードの導波を、導
波路７３−７４内より強く拘束することが要求される。
従って、チャネル導波路より厚さの薄い導波路スラブが
要求される。これは、本発明のテーパリングプロセスに
従って、厚さの遷移の所に損失を発生させることなく、
効果的に達成できる。つまり、導波路コアを２つの動作
にて堆積することで、テーパが必要とされる箇所に適当
な段が形成される。結果を図１５に示す。図１５は、図
１４の線１５−１５に沿って切断された断面図であり、
導波路スラブ領域７９において狭くされた導波路を示
す。
【００３３】図１２〜１５から明らかのように、本発明
の方法は、任意の所望の方向に、あるいはｘ−ｙ平面
（長さ方向）の複数の方向にテーパされた導波路セクシ
ョンを形成する能力を持つ。例えば、図１４に示す構造
においては、テーパセクションは様々なｘ−ｙ方位を持
ち、導波路７３、７４の各セットに沿っての一連のテー
パは、図示するような湾曲した経路を持つ。
の方法は、任意の所望の方向に、あるいはｘ−ｙ平面
（長さ方向）の複数の方向にテーパされた導波路セクシ
ョンを形成する能力を持つ。例えば、図１４に示す構造
においては、テーパセクションは様々なｘ−ｙ方位を持
ち、導波路７３、７４の各セットに沿っての一連のテー
パは、図示するような湾曲した経路を持つ。
【００３４】当業者においては、本発明の様々な追加の
修正が考えられるものであり、この明細書に明示されな
かったが、基本的には、本発明の原理あるいは同等な考
えに依存する全ての修正が、正当に、特許請求の範囲に
記載される従来の技術からの進歩である本発明の範囲に
入るものと見做されるものである。
修正が考えられるものであり、この明細書に明示されな
かったが、基本的には、本発明の原理あるいは同等な考
えに依存する全ての修正が、正当に、特許請求の範囲に
記載される従来の技術からの進歩である本発明の範囲に
入るものと見做されるものである。
【図１】プレーナ集積回路と光ファイバとの間の結合の
平面図であって、結合のいずれかの側でのコアの不一致
を示す図である。
平面図であって、結合のいずれかの側でのコアの不一致
を示す図である。
【図２】プレーナ集積回路と光ファイバとの間の結合の
側面図であって、結合のいずれかの側でのコアの不一致
を示す図である。
側面図であって、結合のいずれかの側でのコアの不一致
を示す図である。
【図３】図１と類似する平面図であって、コアの不一致
を克服するためにテーパされた導波路セクションを用い
るという概念を示す図である。
を克服するためにテーパされた導波路セクションを用い
るという概念を示す図である。
【図４】図２と類似する側面図であって、コアの不一致
を克服するためにテーパされた導波路セクションを用い
るという概念を示す図である。
を克服するためにテーパされた導波路セクションを用い
るという概念を示す図である。
【図５】図３および図４のテーパされた導波路セクショ
ンを製造するために有効な処理ステップの流れを示す図
である。
ンを製造するために有効な処理ステップの流れを示す図
である。
【図６】図３および図４のテーパされた導波路セクショ
ンを製造するために有効な処理ステップの流れを示す図
である。
ンを製造するために有効な処理ステップの流れを示す図
である。
【図７】図３および図４のテーパされた導波路セクショ
ンを製造するために有効な処理ステップの流れを示す図
である。
ンを製造するために有効な処理ステップの流れを示す図
である。
【図８】図３および図４のテーパされた導波路セクショ
ンを製造するために有効な処理ステップの流れを示す図
である。
ンを製造するために有効な処理ステップの流れを示す図
である。
【図９】図３および図４のテーパされた導波路セクショ
ンを製造するために有効な処理ステップの流れを示す図
である。
ンを製造するために有効な処理ステップの流れを示す図
である。
【図１０】図３および図４のテーパされた導波路セクシ
ョンを製造するために有効な処理ステップの流れを示す
図である。
ョンを製造するために有効な処理ステップの流れを示す
図である。
【図１１】図３および図４のテーパされた導波路セクシ
ョンを製造するために有効な処理ステップの流れを示す
図である。
ョンを製造するために有効な処理ステップの流れを示す
図である。
【図１２】本発明のプロセスを用いる一つのデバイスの
略図を示す図である。
略図を示す図である。
【図１３】図１２の線１３−１３に沿って切断された断
面を示す図である。
面を示す図である。
【図１４】本発明のプロセスを用いるもう一つのデバイ
スの略図を示す図である。
スの略図を示す図である。
【図１５】図１４の線１５−１５に沿って切断された断
面を示す図である。
面を示す図である。
２１ プレーナ導波路 ２２ テーパセクション ２３ プレーナ導波路のテーパセクション２２を越える
セクション ２５ ファイバのコア ７１ プレーナ集積回路の内部 ７２ 星型結合器 ７９ 導波路スラブ（厚板）領域／結合器領域 ７３、７４ ２つのセットの導波路
セクション ２５ ファイバのコア ７１ プレーナ集積回路の内部 ７２ 星型結合器 ７９ 導波路スラブ（厚板）領域／結合器領域 ７３、７４ ２つのセットの導波路
Claims (11)
- 【請求項１】 プレーナ光集積回路内に導波路を製造す
るための方法であって、この導波路がクラッド層とコア
層を含み、導波路のコア層が厚さ方向にテーパされ、こ
の方法が： ａ．基板上にクラッド層を形成するステップ、 ｂ．前記クラッド層上に第一のコア層を形成するステッ
プ、 ｃ．前記第一のコア層内に段を形成するステップ、およ
び ｄ．前記第一のコア層上に前記段を覆うように第二のコ
ア層を形成するステップを含み、これによって導波路の
コア層内にテーパが形成されることを特徴とする方法。 - 【請求項２】 前記基板がアルミナ、シリカ、およびシ
リコンから成る一群から選択されることを特徴とする請
求項１の方法。 - 【請求項３】 前記基板がシリコンから成り、前記第一
のコア層がＳi Ｏ2から成ることを特徴とする請求項１
の方法。 - 【請求項４】 前記Ｓi Ｏ2 層を熱成長させるステップ
を含むことを特徴とする請求項３の方法。 - 【請求項５】 前記第一および第二のコア層がドープさ
れたシリカから成ることを特徴とする請求項２の方法。 - 【請求項６】 さらに、光ファイバを前記プレーナ集積
回路に取り付けるステップを含むことを特徴とする請求
項１の方法。 - 【請求項７】 プレーナ光集積回路内に導波路を製造す
るための方法であって、この導波路がクラッド層とコア
層を含み、導波路のコア層が厚さ方向にテーパされ、こ
の方法が： ａ．シリコン基板上にＳi Ｏ2 クラッド層を成長させる
ステップ、 ｂ．前記クラッド層上に、火炎加水分解堆積法を用い
て、ドープされたシリカから成り１〜８μｍの範囲の厚
さを持つ第一のコア層を堆積するステップ、 ｃ．前記の第一のコア層を１０５０℃を超える温度に加
熱することによって圧密するステップ、 ｄ．前記第一のコア層の一部分をマスキングするステッ
プ、 ｅ．前記第一のコア層の露出された部分を少なくとも１
μｍの深さにエッチングにすることにより除去し、前記
第一のコア層内に段を形成するステップ、および ｆ．ドープされたシリカの第二のコア層を堆積するステ
ップを含み、ここで、このドープされたシリカの組成が
前記第一のコア層の組成と本質的に同一であり、この第
二のコア層が少なくとも１μｍの厚さを持ち、この第二
のコア層が前記第一のコア層内に形成された前記段を覆
うように延び、この方法がさらに ｇ．前記第二のコア層を１０５０℃を超える温度に加熱
することによって圧密し、厚さ方向にテーパされた均質
なコア層を形成するステップを含むことを特徴とする方
法。 - 【請求項８】 前記段が少なくとも２つのセクションを
含み、第一のセクションが第一のｘ−ｙ方向に延び、第
二のセクションが第二のｘ−ｙ方向に延びることを特徴
とする請求項１の方法。 - 【請求項９】 前記第一および第二のｘ−ｙ方向が、少
なくとも概ね１０゜だけ異なることを特徴とする請求項
８の方法。 - 【請求項１０】 前記ステップｅの後に、前記段が少な
くとも軟化温度まで加熱され、前記段がなめらかにされ
ることを特徴とする請求項７の方法。 - 【請求項１１】 プレーナ光集積回路内に導波路を製造
するための方法であって、この導波路が上側クラッド層
とシリコン基板上に形成されたコア層を含み、この導波
路のコア層が厚さ方向にテーパされ、この方法が： ａ．前記基板上に、火炎加水分解堆積法を用いて、ドー
プされたシリカから成り１〜８μｍの範囲の厚さを持つ
第一のコア層を堆積するステップ、 ｂ．前記の第一のコア層を１０５０℃を超える温度に加
熱することによって圧密するステップ、 ｃ．前記第一のコア層の一部分をマスキングするステッ
プ、 ｄ．前記第一のコア層の露出された部分を少なくとも１
μｍの深さにエッチングすることにより除去し、前記第
一のコア層内に段を形成するステップ、および ｅ．ドープされたシリカの第二のコア層を堆積するステ
ップを含み、ここで、このドープされたシリカの組成が
前記第一のコア層の組成と本質的に同一であり、この第
二のコア層が少なくとも１μｍの厚さを持ち、この第二
のコア層が前記第一のコア層内に形成された前記段を覆
うように延び、この方法がさらに ｆ．前記第二のコア層を１０５０℃を超える温度に加熱
することによって圧密し、厚さ方向にテーパされた均質
なコア層を形成するステップ、および ｇ．前記第二のコア層上に上側クラッド層を堆積するス
テップを含むことを特徴とする方法。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US08/891,439 US6003222A (en) | 1997-07-10 | 1997-07-10 | Manufacture of tapered waveguides |
| US08/891439 | 1997-07-10 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1184156A true JPH1184156A (ja) | 1999-03-26 |
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1997
- 1997-07-10 US US08/891,439 patent/US6003222A/en not_active Expired - Lifetime
-
1998
- 1998-06-30 EP EP98305167A patent/EP0890850B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1998-06-30 DE DE69817474T patent/DE69817474T2/de not_active Expired - Lifetime
- 1998-07-10 JP JP19516998A patent/JP3436691B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| DE69817474T2 (de) | 2004-06-24 |
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