JPS6037504A - 光導波路の製造方法 - Google Patents

光導波路の製造方法

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JPS6037504A
JPS6037504A JP14553183A JP14553183A JPS6037504A JP S6037504 A JPS6037504 A JP S6037504A JP 14553183 A JP14553183 A JP 14553183A JP 14553183 A JP14553183 A JP 14553183A JP S6037504 A JPS6037504 A JP S6037504A
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實 清野
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    • G02B6/00Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ta+ 発明の技術分野 本発明は光導波路の製造方法、4?に寸法及び屈折率が
正確に制御され、かつ屈折率が均一に或いは意図する如
くなめらかに分布する光導波路の製造方法に関する。
tb+ 技術の背景 光を情報伝送の媒体とするシステムにおいては多種の光
回路素子が用いられるが、システムの高度化或いはより
広範囲な普及のために、これらの光回路素子の特性の向
上、小型化、集積化或いは生産性の向上が一段と要望さ
れている。
これらの光回路素子の多くは信号光の伝搬釦光導波路が
用いられ、光回路素子に共通する基本的技術として先導
波路技術は光通信システム等の進歩のために極めて重要
である。
+c+ 従来技術と問題点 光導波路は周知の如く高屈折率を有する導波部と、これ
を包囲する低屈折率部とから成り立っている。光導波路
を形成する従来方法としては、例えば拡散法、スバ、タ
リング法、エピタキシャル成長法などがある。
拡散法はバルク結晶内に不純物を拡散させたり、結晶内
の一部の構成原子を放出させたりすることはよって、結
晶内部に高屈折率層を形成する。前者の例としては、ニ
オブ酸リチウム(LiNbO5)にチタン(TI )等
の金属を拡散させる金−拡散導波路があり、後者の例と
してはLINbOgを加熱して酸化リチウム(LiO2
)を放出して異常光線屈折率を増加させる例がある。
スパッタリング法としてはガラス基板上に塀折率がこれ
より大きいガラス薄膜を高周波スパッタリングで形成す
ることがしばしは行なわれている。
またエピタキシャル成長法は例えば、タンタル酸すチウ
A (LITaOs )基板上にLINbOsを、或い
は砒化ガリウム(GaAs)基板上に砒化アルミニウム
ーガリウム(AIGaAa )をエピタキシャル成長す
ることKよって光導波路を形成する。
光回路素子に用いる光導波路については、例えば伝送損
失を低減するために1或いけ単一モード伝送のためにな
ど、光導波路の形状及び寸法、ガイド屈折率及び屈折率
分布などが厳密に最適化されることがますます必要とな
りつつある。
しかしながら例えば前記拡散法による場合にれ屈折率の
変化は連続的であって前記要求の達成は不可能であり、
また従来のスパッタリング法、或いは蒸着法等による場
合には、例えば2種の光学材料を選択され喪比率で混合
被着することによって屈折率を制御することが原理的に
は考えられるが、これを正確に実現することは極めて困
難である。エピタキシャル成長法もまた同様な実施上の
困難性があり、かつ、基板及び成長層形成材料が限定さ
れる。
以上説明した如く、従来方法によっては前記の如き要求
に対処することは不可能であって、広い選択範囲につい
て、良好な制御性を有する光導波路の製造方法が要求さ
れている。
ldl 発明の目的 本発明は、導波路屈折率を広範囲かつ精密に選択するこ
とができ、更に最適の屈折率分布を容易に実現すること
が可能な光導波路の製造方法を援供することを目的とす
る。
tel 発明の構成 本発明の前記目的は、基板上に簿膜を組成が相互に異な
る材料を用いて積層して形成し、前記薄膜間の相互拡散
を行なう光導波路の製造方法によって達成される。
本発明の実施態様の第1は、屈折率が相互に異なる光学
材料の組合せ並びに各薄膜の厚さが意図する屈折率及び
その分布に即して選択された簿膜を多くは反復して積層
する前記製造方法である。
また第2の実施態様は、光学薄膜と金属薄膜とを多くは
反復して積層し、金に薄膜として導入された金属原子を
拡散する前記製造方法である。この製造方法においても
、意図する屈折率及びその分布に即して光学薄膜材料及
び金属flF膜材料の組合せ及び各簿膜、特に光学薄膜
の厚さが選択される。
(fl 発明の実施例 以下本発明を実施例により図面を参照して具体的に説明
する。
第1図+a+乃至telは本発明の第1の実施例である
ステップ構造先導波路にかかり、(a)は薄膜積層構造
の模式断面図、l’blは相互拡散処理後の同一部分、
すなわち形成された光導波路の模式断面図、(C)は該
光導波路及びその近傍の屈折率分布を示す図で=5− ある。
本実施例においては薄膜1は二酸化シリコン(Sift
)、薄膜2は酸化チタン(T量O3)を材料として、石
英基板3上に交互に積層して形成されている。各薄膜の
厚さは100(A)程度以下とし、簿膜1と薄膜2との
厚さの比は光導波路の屈折率の目的値によって決定され
る。また積層された薄膜の合計厚さは光導波路の厚さで
、シングルモードの場合2乃至10〔μm〕程度とする
。本実施例においてはこれらの薄膜はマグネトロンスパ
ッタリング法によって形成しており、二種類の薄膜の厚
さの比率はターゲット電圧などKよりて制御することが
できる。
この様にして形成した薄膜積層構造に温度400乃至1
500(’C)程度において、数時間乃至士数時間珈度
の加熱処理を行ない5iOJ膜1とTi1t *膜2と
の間に相互拡散を行なわせて均一な組成の光導波路4を
得る。先に述べた如く各薄膜の厚さIxoo(X)程度
以下とすることKよって、組成の均一化は容易に実現さ
れる。
6一 前記実施例においては、Stow薄膜lの厚さを約20
 (A)、TiO*薄膜2の等測的な膜厚を約o6(X
)として合計厚さ約4〔μm〕に積層して、波長λ=0
.633 (μm〕の光に対する屈折率は、5I02薄
膜のnl = 1.477 + TiO2薄膜のn= 
= 2.3 、に対して光導波路はn、=1.496を
得ている。
ここで「等測的な膜厚」とは、通常使われる膜厚の概念
ではなくスパッタにより生膜される物質の分子が積重な
る前の状IFJt示すものとする。つまり、スパッタ時
間が非常に短い場合、分子は基板面内に散在し面内はス
バ、り分子で覆われていない、この場合、まだ膜を構成
していないため、このようなものに対して膜厚という表
現は適当でないが、ここではスパッタされ面内に付いて
いる分子の量の便利的な表現方法として「等測的な膜厚
」という表現を用いる。具体的には、例えば厚い さ60(X)のSiO*IIIを榊成しそ2分子の数(
単位面積×厚さの中の分子の数)のfi / 100の
分子が面内に散在している場合、等測的な膜厚はo6λ
となる。以下、この表現を同様の意味で使用する。
7− 次に第2図(al及びtb+は屈折率分布型光導波路に
かかる第2の実施例の薄膜積層構造の模式断面図及び光
導波路の屈折率分布を示す図である。本実施例において
は中心部で810.薄膜1の等測的な膜厚約2〔X〕に
対してTIO,薄膜2の厚さ約20〔λ〕。
基板3及び雰囲気側でsio、薄膜1の厚さ約20〔λ
〕に対してTjO,薄膜2の等測的な膜厚を約06〔X
〕としてこの間を連続的に徐々に変化させる。
この様にして得られた先導波路は図に示す如<n。
=1.477乃至220の屈折率分布を有する。
また第3図はステップ構造光導波路Kかかる第3の実施
例の薄膜積層構造の模式断面図である。
本実施例においては、薄膜11はS10!薄膜であって
前記実施例と同様であるが、薄膜12はチタン(1TI
)薄膜である。この様に金属薄膜を用いる場合にはその
等測的な厚さを例えばS10.薄膜の厚さの37100
種度以下、すなわち3〔A)程度以下これに前記実施例
と同様な加熱処理を行なうと8− とによってTI:cSffOzよりなる光導波路が形成
される。この光導波路が光学的に見て均一でありかつ光
吸収率の増大などに到らないI Slow、酸化アルミニウム(A40g ) 、 LI
NbOs等の酸化物光学材料に対するT1.タンタル(
Ta)。
アルミニウム(At)などの金属の拡散可能量から金属
薄膜厚さの前記上限が設定される。
本実施例においては、5102薄膜11の厚さを約20
 (A) TI薄膜12の等測的な膜厚を約o、a (
A)として光導波路の屈折率n=1.49を得ている。
なお前記第2の実施例と同様にTI薄膜12の厚さを順
次変化させて積層厚さの中央部において最大とするとと
Kより、或いは5i01薄膜11の厚さを中央部におい
て最小とすること、又は両者を併用することによって屈
折率分布型光導波路を形成することができる。
以上説明した各実施例においては何れも2種の材料を用
いて薄膜を交互に形成しているが、例えば屈折率分布型
光導波路を形成する場合等において、@4図fatに模
式断面図を示す第4の実施例の一〇− 如く、3種以上の薄膜を用いて屈折率の選択的分布を容
易KL、或いは選択範囲を拡大してもよい。
すなわち、本実施例においては、21は810.薄膜。
22けTl0p薄膜、23はシリ=+y(St)薄膜で
あって、図に示す如く屈折率を大きくする光導波路の中
央近傍においてのみ薄膜23を挿入することによって、
第4図fhlに示す屈折率分布を得ている。
以上説明した各実施例は石英基板を用い、薄膜を5lo
t 、Ti1t及びTIなどによって形成しているが、
基板と薄膜の材料の広範囲な組合せに対して本発明を実
施することが可能であって、多種の光回路素子の光導波
路の形成に適用することがで自る。
fgl 発明の詳細 な説明した如く本発明によれば、多種の光回路素子等に
ついて、寸法及び屈折率が精確に制御され、かつ、屈折
率が均一に或いは意図する如くなめらかに分布する光導
波路を再現性良く製造することかで断、光を情報伝送の
媒体とするシステムの進展に大きく寄与する。
10−
【図面の簡単な説明】
第1図+a+乃至(c)は本発明の第1の実施例にかか
?、fa+は薄膜積層構造の模式断面図、(blけ形成
された光導波路の模式断面図、(C)は屈折率の分布を
示す、第2図fat及び(b)は第2の実施例にかかり
、la+は薄膜積層構造の模式断面図、(b)は光導波
路の屈折率分布を示す。第3図は第3の実施例の薄膜積
層構造の模式断面図、第4図fa+及びfblは第4の
実施例にかかり、(a)は薄膜積層構造の模式断面図、
fblは光導波路の屈折率分布を示す。 図において、1.11及び21はStO,薄膜、2及び
22はTi1t薄膜、12はTi薄膜、23はSl薄膜
、3は石英基板、4は光導波路を示す。 11− を1回 ¥−2町

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)基板上に薄膜を組成が相互に異なる材料を用いて
    積層して形成し、前記薄膜間の相互拡散を行なう工程を
    含むことを特徴とする光導波路の製造方法。
  2. (2)前記薄膜が屈折率が相互に異なる光学材料によっ
    て形成されることt?特徴とする特許請求の範囲第1項
    記載の光導波路の製造方法。
  3. (3)前記薄膜に金属薄膜が含まれることを特徴とする
    特許請求の範囲第1項記載の光導波路の製造方法。
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