JPS62119505A - 光導波路デイバイスの形成方法 - Google Patents

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】 〔発明の概要〕 本発明は、レーザ光の光路を構成する光導波路ディバイ
スをイオン交換法により作成するものであり、このイオ
ン交換法により、よりイオン化傾向の小さい銀（Ａｇ）
やタリウム（Ｔ＃）をガラス層内に含めることにより光
導波路を作成するものである。

〔発明の技術分野〕

本発明は、レーザ光の光路となる光導波路ディバイスの
形成方法に関する。

〔従　来　技　術〕

近年、光学手段を用いた装置１例えばレーザディスクや
光通信において、レーザ光を光損失の少ない光導波路に
より伝播するための光導波路ディバイスの技術が要求さ
れている。このような光導波路は、従来、拡散法、イオ
ン交換法などの方法により製造されている。

例えば、拡散法はリチウムナイオベイトにチタンを蒸着
し、このチタンを高温でリチウムナイオベイトに拡散さ
せることにより光導波路を形成するものである。またイ
オン交換法は、多成分ガラス基板を適当なマスク材でパ
ターン化し、イオン交換を行い、導波路を形成するもの
である。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、上述のような従来の光導波路形成方法で
形成される光導波路ディバイスは、基板としてリチウム
ナイオベイトやガラスが使用されているため、光ファイ
バと接続する場合、加工が困難である。また、光導波路
上に一体化して他の素子例えば光のディテクタ、レーザ
等を形成する事が困難であり、集積化のさまたげとなる
。

また、温度により屈折率が変化するいわゆる熱光学素子
を光導波路ディバイス内に設ける場合などにはこのよう
な基板では熱の放散性が小さく、特性（スイッチング特
性）に影響を与える。このため、光導波路ディバイスの
基板は熱放散性の悪いガラス膜で構成するよりもシリコ
ン（Ｓｉ）等で構成する方がすくれている。

本発明は上述の従来の欠点に鑑み、光導波路ディバイス
の基板をシリコン（Ｓｔ）等異種材料で構成し、光導波
路ディバイス内に他の素子を容易に集積することを可能
とすると共に光伝播損失の少ない光導波路ディバイスの
形成方法を提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的は１本発明によれば、シリコン基板上にスパッ
タ等により形成した多成分ガラス膜にマスクを用いてパ
ターン化し、この多成分ガラス膜内の成分を銀（Ａｇ）
、タリウム（ＴＡ）等のイオンと置換することによって
光導波路を形成する光導波路ディバイスの形成方法を提
供することによって達成される。

〔作　　　用〕

上述のように光導波路ディバイスを形成することにより
、この光導波路ディバイス内を通過する光の強度を低下
させることなく、また、この光導波路ディバイス内に他
の素子を集積できる作用を有する。

〔発明の実施例〕

以下１本発明の実施例を添付図面にしたがって詳述する
。

第１図（ａ）〜（ｂｌは本発明の光導波路ディバイスを
作成するための工程図である。本発明は１通常ＭＯ３，
ＬＳＩ等の半導体装置を製造する際使用されるシリコン
の単結晶ウェハを基板に用いるものである。

まず、第１図（ａｌに示すように、上述のシリコン単結
晶のウェハで構成される基板１の表面を高温で加熱しシ
リコン酸化膜５を形成後にナトリウムガラス（ソーダガ
ラス）等のガラス膜２を形成する。このガラス膜２の形
成はナトリウム（Ｎａ）（カリウム（Ｋ））を含むガラ
スをターゲットとして用いたスパフタリングにより、ナ
トリウム−５＝ （またはカリウム）を含むガラス膜２を形成する。

次に、同図（ｂ）に示すように、上述のガラス膜２の表
面にアルミニウム（／ｌ）によるマスク３を形成する。

このマスク３は後に光導波路となるガラス膜２の表面を
除いて形成される。

このようにして形成されたガラス膜２およびマスク３の
表面に、硝酸銀（ＡｇＮＯ：＋）または硝酸タリウム（
ＴＩｌＮ○３）の溶液を反応させ、約４００℃程度まで
加熱する。この加熱により銀またはタリウムはイオン化
し、ガラス膜２内のナトリウム（またはカリウム）とイ
オン交換が行われる。

このイオン交換は、同図ｆｃｌに示すように硝酸銀又は
硝酸タリウム内の銀（Ａｇ）またはタリウム（ＴＡ）が
ナトリウム（Ｎａ）（またはカリウム（Ｋ））よりイオ
ン化傾向が小さいため、ＮａイオンまたはにイオンとＡ
ｇイオンまたはＴβイオンとが置換され、マスク３が表
面に形成されていないガラス膜２内に銀イオンまたはタ
リウムイオンが注入されることにより起こる。

このようにして置換されたＡｇイオンまたはＴβイオン
が、ガラス膜２内に入ると、そのＡｇイオンまたはＴＩ
イオンが置換されたガラス膜２　　′は光の屈折率が大
きくなる。

さらに、イオン交換を所定時間行った後、マスク３をク
リーニングすると、同図ｆｄ）に示すように。

ガラス膜２に屈折率の異なるＡｇイオン又はＴβイオン
が含まれる領域４が形成される。この領域４の屈折率は
ガラス膜２の屈折率より大きいため。

レーザ光がこの領域４に入射された場合、そのレーザ光
をガラス膜２側へ逃がさない。このため。

この領域４を光導波路として用いることができる。

また、このようにして形成された光導波路ディバイスは
、シリコンウェハの基板１をベースに形成されているた
め５他の光学素子または半導体素子をこの光導波路の形
成と同時に作成することもできる。

また、このようにして形成された光導波路（領域４）と
、もとのガラス膜２との境界部４ａ。

４ｂは、凹凸が小さく、また領域４の形成深度も限定さ
れているため、レーザ光の散乱による光の損失が少ない
。

なお３本実施例では、シリコン基板を高温で酸化し、酸
化シリコン（ＳｉＯ２）膜を形成した後。

この酸化シリコン膜上にガラス膜２を形成するように構
成したが、シリコンからなる基板１上に直接ガラス膜２
を形成してもよい。

〔発明の効果〕

以上詳細に説明したように本発明によれば、光導波路を
シリコン等の異種基板上に作成し、シリコン等の異種基
板を他の素子のベース材料として用いることにより、シ
リコン基板内に半導体素子や光ディテクタ等を集積する
ことができる。また。

イオン交換により光導電路を形成したため、光導波路の
境界部を直線的に形成でき、光導電路ディバイス内にお
ける光の散乱損失を低下させることができる。

また、従来のイオン交換法では機能素子を構成する場合
、場所によりガイド太さが変化すると深さ方向の屈折率
プロファイルも変化してしまうため設計性及び素子性能
の面で問題があったが本発明では深さ方向はガイド幅に
関係なく一定である。

【図面の簡単な説明】

第１図ｆａ）〜ｆｄ）は本発明の光導波路ディバイスの
形成方法の工程図である。 １・・・基板。 ２・・・ガラス膜。 ３・・・マスク９ ４・・・領域。 ４、ａ、４ｂ・・・端部。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）ガラス膜と異なった基板の上に多成分ガラス膜を
   形成する第１の工程と、 該第１の処理で形成された多成分ガラス膜上に光導波路
   をパターン化するマスクを形成する第２の工程と、 該第２の工程で形成されたマスクを介してイオン交換に
   より前記ガラス膜内のイオンをイオン化傾向の小さい物
   質に置換し、パターン化された光導波路を形成する第３
   の工程を行うことを特徴とする光導波路ディバイスの形
   成方法。
2. （２）前記イオン交換はガラス膜内のＫ＾＋、Ｎａ＾＋
   などをＡｇ＾＋、Ｔｌ＾＋などによって置換することを
   特徴とする特許請求の範囲第１項記載の光導波路ディバ
   イスの形成方法。