JPS61240207A - 光導波路 - Google Patents

光導波路

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JPS61240207A
JPS61240207A JP8156485A JP8156485A JPS61240207A JP S61240207 A JPS61240207 A JP S61240207A JP 8156485 A JP8156485 A JP 8156485A JP 8156485 A JP8156485 A JP 8156485A JP S61240207 A JPS61240207 A JP S61240207A
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JP
Japan
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optical waveguide
waveguide
layer
siloxane
optical
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Pending
Application number
JP8156485A
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English (en)
Inventor
Masahiko Fujiwara
雅彦 藤原
Hiroshi Gokan
後閑 博史
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NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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Publication date
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    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
    • G02B6/13Integrated optical circuits characterised by the manufacturing method
    • G02B6/132Integrated optical circuits characterised by the manufacturing method by deposition of thin films

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Optical Integrated Circuits (AREA)

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】 (産業上の利用分野) 本発明は光集積回路等に用いる光導波路に関するもので
ある。
(従来技術及びその問題点) 大量の情報信号を高速に処理するための超高速を大容量
の情報処理装置への要求は近年増々高まってきている。
このような情報処理装置は従来ロジックゲートを基本単
位とする高集積度の電気的集積回路(LSI)によシ実
現されていた。LSIは半導体技術や実装技術の進歩に
より更に高密度化?高速化p高性能化が進められている
。しかしLSIでは高集積化に伴うファン・アウトの増
大p配線間の干渉等のため高性能化に限界が見えはじめ
てきている。このような問題を解決するためLSIチッ
プ内!チップ間1装置間の配線を光で行なう党内部接続
を用いた0BICの概念が提晶されている。0KICで
は光及び電気的素子を混然一体に集積化し、高度な機能
を実現することが期待できる。更に近年の光通信システ
ムの本格的実用化に伴い、光技術の適用分野は多岐にわ
たり、光センサラ光交換機等の分野では光信号を光のま
まで処理する装置も実験段階ではあるが実現されてきて
いる。このような装置も性能の高度化J安定化のために
は光集積回路化が不可決であシ将来的には前述の0BI
Cと共に光j′FM、気が一体となった高度な機能の実
現へ発展するものと期待される。
上述のような高度な機能を実現するための光集積回路で
は、発光り受光デバイス?光スイッチ!変調器等の光制
御デバイスだけでなく、それらの間を自在に接続するた
めの低損失の光導波路が必要となる。このような目的に
用いる光導波路には次のような特性が要求される。
(1)大面積での成膜の容易性2制御性(2)1〜数1
0μmの膜厚が可能(単一モードから多モード迄) (3)高精度のパターン化可能 (4)  0.1 dB/m程度以下の低導波損失(5
)発光素子との高結合効率 (6)長期に渡る安定性 このうち(5)については半導体レーザ(LD)との端
面結合を考えると、LDの放射角θrと導波路の受光角
θを合わせる必要がある。LDの放射角は1 / e’
半角で35−40° 程度であるから導波路の開口数8
人(=sinθ)として0.5〜0.6程度が必要とな
る。導波路のクラッド層としてガラスやイ      
 5i01 (n〜1.45 )、サファイヤ(n〜1
.7)を用いることを考えると導波路のコア材料の屈折
率として1.55及び1.8程度であることが必要とな
る。
従来考えられている光導波路材料としては半導体材料を
除くと次のようなものがある。
0シリカ系ガラス O酸化物結晶 ○有機系材料 シリカ系ガラスによる光導波路では雑誌[アイ・イー・
イー・イー・ジャーナル・オブ・カンタムエレトクoニ
クス(IFiEE Journal of Quan−
tum Filectronics ) J第QE−1
7巻、1981年、982〜987頁及び雑誌「エレク
トロニクス優しターズ(Electronics Le
tters )J 、第19巻、1983年、583−
584頁に掲載の論文に於て、化学気相たい積(CVD
)法、肺炎加水分解法によシ製作された例が報告されて
いる。
シリカ系ガラスによる光導波路は薄い膜から数10μm
以上の原膜迄成膜やチャンネル導波路化のためのパター
ン化が容易、低導波損失という利点がある。しかし良質
なりラッド層、光学的バッファ層である5iOzやガラ
ス基板との間に充分な屈折率差がとれず(N人〜0.2
が限界)放射角の大きな半導体レーザ(LD)、発光ダ
イオード(LED)と高効率で結合することが難しい。
酸化物結晶では雑誌[アイ・イー・イー・イー・ジャー
ナル・オプ・カンタム・エレクトロニクス(IEEg 
Jounal of Qunatum Electro
nics)第QE−18巻、1982.800−806
頁に掲載された論文に於て述べられているように5t3
N4jNb、 o、 J ’pa2 o、やZnOなど
の結晶を用いた光導波路が報告されている。これらの材
料は屈折率が2程度と非常に高(,8i02層少ガラス
基板やサファイヤ基板上に形成し先光導波路では屈折率
差が大きすぎ光をと9出す際の放射角が非常に大きくな
ってし1う。更に、これらの材料を成膜する方法はスパ
ッタリングやCVD法が主であるがこれらの方法で成膜
した膜では基板との格子定数や熱膨張係数の違いから来
るひずみにより数μm以上の厚い膜をクラックなしに成
長することは難しいという問題もある。
これらに対し有機系材料では一般に屈折率は1.5〜1
.7程度のものが種々得られ5i02層やガラス基板を
クラッド層とした場合LD 、LEDとの結合に適して
いる。また成膜も溶媒に溶かした液体状態でスピン・コ
ート等により行なえるので、サブミクロンから100μ
m程度の厚み迄の膜が大面積で容易に形成できる。この
ように有機系材料はシリカ系ガラスツ酸化物結晶材料に
比べ光導波路材料として優れた適性を有している。
゛しかしながら従来報告されているポリウレタンpエポ
キシtKPRフォトレジスト等の材料(雑誌[アプライ
ド拳オプティクス(Applied 0ptics)、
第11巻、1972年428−434頁)は成膜初期の
状態での導波損失等の特性は優れているが、材料自体の
吸湿性2分解夕耐熱性の悪さ等の問題によシ長期間に渡
ると特性が劣化したシ、成膜以降に高温のプロセスを導
入できない等の問題があり光集積回路の中で用いる光導
波路材料としては適していなかった。
(発明の目的) 本発明の目的は上述のような従来技術の問題点を除去し
、大面積に渡シ成膜が容易で低損失かつ兄冗索子との結
合に適し、長期の信頼性も高い先導波路を提供すること
にある。
(問題点を解決する具体的手段) 本発明は、単層又は多層から成る基板と、該基板上に形
成された光ガイド層とを有する光導波路において、前記
光ガイド層はシロキサン系有機高分子材料より成ること
を特徴とする光導波路とした。
本発明者らは、厚膜の形成が容易であるという理由から
、有機高分子材料に着目し、種々の有機高分子材料の光
学特性を調べたととる、シロキチン系有機高分子材料(
シリコーン樹脂)が光導波路の光ガイド層に適している
ことを見出した。シロキサン系有機高分子材料は無機質
の8 i −0−8i結合と有機基とから成る材料で物
理的化学的性質は無機質と有機質の両方をそなえている
。たとえばシリケート類に由来する耐熱性と有機材料に
負うところの溶解性などを兼ね備えている。つまりシロ
キサン系有機高分子材料は通常の有機材料と同様、溶媒
に溶かした状態で容易に成膜することができ、なおかつ
一度溶媒が飛んでしまえばシリケート類の特徴である耐
熱性と低い吸湿性を示す非常に安定な膜となる。このこ
とはこの材料が非常に形成容易で安定な光導波路となシ
得ることを示している。
しかしながらシロキサン系有機材料の光学的特性は従来
充分調べられていなかった。本発明者らは上述のような
点よりこの材料の光学的特性を調べ、屈折率nり1.6
、光吸収係数<< 1 bB / C11(波長632
8 Xに於て)という非常に光導波路ガイド層に適した
特性を有することを見出した。
本発明は本発明者らの見出したこのような知見に基づく
ものであり、成膜が容易で、低損失かつ発光素子との結
合に適し長期の信頼性も高い光導波路が得られる。
以下、本発明の実施例について説明する。
(実施例) 第1図は本発明による光導波路の製造プロセスを説明す
るための断面図である。
シリコン基板上1に厚さ1μmのシリコン酸化膜2をス
パッタ蒸着する。この上にラダー屋シロキサンポリマー
3を厚さ10μmスピン塗布する。
ラダー型シロキサンポリマ、−3には、次のような骨格
のものを使用する。
Rがフェニル基のものはLP−103の商品名で信越化
学工業■よシ入手可能である。Rは、プロトンあるいは
アルキル基であっても良い。これらの材料の屈折率は1
.6前後である。ポリマーの溶媒には、たとえばクロル
ベンゼンを用いることができる。200℃で1時間焼成
し溶媒を蒸発させた後、厚さ1500 Xのニッケル4
を蒸着する。通常のりソグラフィの手段を用いてニッケ
ル上にあらかじめ定められた形状のレジストパターン5
を設ける (第1図(a))レジメ)5にはたとえばA
Z1350Jを用いることができる。135℃で1時間
ペイキングし、レジストの側壁を平滑化する。イオンミ
リング法によシレジストパターンをニッケル層4に転写
する(第1図(b))。前述のペイキング処理は平滑な
側壁を有するニッケルパターンの形成、さらKは、平滑
な側壁を有するシロキサンポリマーのパターンを形成す
るために必要である。次にCF、をエツチングガスとす
る平行平板型の反応性イオンエツチング装置を用いてシ
ロキサンポリマー3にエツチング転写する。CF4= 
30SCCM、  チェンバー圧力8Pa1高周波印加
電力100 W (0,16W/cm2)の条件テレシ
スト:ラダー型シロキサンポリマー: Sin、 = 
1 : 1.4 : 2のエツチング速度比を持つ。中
間マスク材としてのニッケルのエツチングは認められな
い。最後にニッケル4aをFeCl3の水溶液にて除去
し光導波路を得る(第1図(C))。場合にょシ、シリ
コン樹脂等の低屈折率媒質6によシ全体をおおい、埋め
込み型の光導波路としてもよい(第1図(d))。導波
路のパターンとしてはここでは直線状のストライブを用
いたが、上述のプロセスによシ曲がシ導波路や光分岐も
製作できる。
(実施例2) シリコン基板上に厚さ1μmのシリコン酸化膜をスパッ
タ蒸着す゛る。この上にポリ(ジメチルジフェニルビニ
ルシロキサン)を厚さ10μmスピン塗布する。このよ
うなポリマーはP8264の商品名でペトラーチ社よシ
入手可能である。ポリマーは塗布後焼成してもゴム状の
ままであるが、λ=2501111の遠紫外光を照射す
ると三次元架橋する。遠紫外光の照射はキャノン社OP
L人520露光装置の光源を利用し、10時間行なう。
照射後さらに200℃で1時間ペイキングし、ポリマー
中に生成されたOH基を離脱させる。実施例1で述べた
方法と同様な手法でシロキサンポリマーにパターンを転
写し、光導波路を得る。尚ポリ(ジメチルジフェニルビ
ニルシロキサン)の代υイ にポリ(ジメチルビニルシロキサン)pポリ(ジフェニ
ルビニルシロキサン)1ポリ(メチルノ1イドロジェン
ビニルシロキサン)などを用いてもよい。また、実施例
では8i上に5i02を形成した2層構造の基板を用い
たが、ガラス石英等から成る単層の基板であっても効果
は同じである。要は光ガイド層の屈折率よシも小さい屈
折率の領域が少なくとも光ガイド層に接する基板表面近
傍に存在すればよい。
(発明の効果) 上述のように形成した光導波路に鉛ガラス(n≧1.7
)製のプリズムを用いて波長λ=6328XのNe−N
eガスレーザ光を導波し、導波損失を測定したところ低
次モード主体の励起状態で0.5dB/ C11以下の
低い値が得られた。この値は加熱p冷却のサイクルを繰
シ返したサンプルに於ても変化はなく本発明による光導
波路が非常に安定なものであることが示された。
また実施例 に示した方法によシ導波路の入出射端面も
形成したサンプルと波長λ=1.3μmのI n G 
a A s P / I n P二重チャンネルプレー
ナ埋込みへテロ(DC−PBH)型LD(雑誌「エレク
トロニクス・レターズ(Electronics Le
tters )第18巻、1982年2〜3頁) と全端面結合したところ反射損失を除いた結合効率とし
て70チ以上が得られた。
以上詳細に説明したように本発明によれば大面積に渡り
成膜が容易で低損失かつ発光素子との結合に適し、長期
の信頼性も高い先導波路が得られ種々の光集積回路の発
展に當与する所大である。
尚 本実施例ではラダー型ジフェニルポリシロキサンp
ポリジメチルジフェニルビニルシロキサンをシロキサン
系有機高分子材料の一例として述べたが、以上の材料に
限定されることなく、末端水酸基材封鎖ジメチルシロキ
サン あるいは末端水酸基封鎖ジフェニルシロキサンと架標剤
との組合せであってもよい。架橋剤としてはアルコキシ
シランまたはそれらの部分加水分解シロキサンたとえば
CHsSi(CO2Hs )a −CeHsSi(QC
!H5)3νCH2=CH8i (CO2H5) 3 
t S i (OCRH5)4 p8i(OCsHy)
aなど、あるいはこれらの部分加水分解シロキサンpC
H@ 8 s O2lS i02単位の共重合シロキサ
ンなどを用いることができる。
また、ここで述べた実施例では平坦な基板上に゛クラッ
ド層と導波路層を形成した後にパターン化する方法につ
いて示したが、雑誌アプライド・オブティクス(App
lied 0ptics )第14巻、1975年、1
200〜1206頁に掲載された論文のように予め溝を
形成した基板上に光導波路を形成してもよい。
【図面の簡単な説明】
第1図(a)〜(d)は本発明による光導波路の製造プ
ロセスを説明するだめの図である。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 単層又は多層から成る基板と、該基板上に形成された光
    ガイド層とを有する光導波路において、前記光ガイド層
    はシロキサン系有機高分子材料より成ることを特徴とす
    る光導波路。
JP8156485A 1985-04-17 1985-04-17 光導波路 Pending JPS61240207A (ja)

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JP8156485A JPS61240207A (ja) 1985-04-17 1985-04-17 光導波路

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FR2625333A1 (fr) * 1987-12-24 1989-06-30 Commissariat Energie Atomique Procede de fabrication de microguides de lumiere a faibles pertes de propagation optique par depot de multicouches
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