JPS6360405A - 導波路型分岐路の製造方法 - 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】 〔概　　要〕 本発明は、Ｙ分枝光導波路において、その分岐部に対し
て、導波路部よりも幅が狭くかつ低屈折率の切り込み領
域を設ける為に、切り込み領域の屈折率が光導波路と光
導波路基板の屈折率の中間の所定値になるような形状に
選定した切り込み部を有するＹ分岐パターンによりパタ
ーニングを行う。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、７字形の分岐路を持つＹ分枝光導波路の製造
方法に関する。

現在このような光分岐導波路上のＹ分岐は、光の分配を
利用する多くの装置に利用されている。

〔従　来　技　術〕

従来のＹ分岐光導波路の理想的な形状を第６図（ａｌに
示す。これは、１本のシングルモード直線導波路（以下
、直線導波路と略す）１から、分岐部２を介して２本の
シングルモード直線導波路（以下、直線導波路と略す）
３．４へ、対称に光を分波するようになっている。この
種のＹ分枝光導波路の作成は、例えばＬｉＮｂ０ｚ等で
できた基板６に対して、上記直線導波路１，３．４およ
び分岐部２を形成すべき領域にＴｉ等の不純物を拡散さ
せて、周囲よりも屈折率の高い部分を形成することによ
り行っている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記のＹ分岐導波路で過剰損失を伴わずに光を分岐させ
るためには、その分岐角ビ以内の非常に小さな角度にす
る必要がある。ところが、そのような極細のマスクパタ
ーンを作ることは難しいために、また、上述したＴｉ拡
散時に所望の領域の周囲までＴｔのしみ出しが生じて、
特に間隔の非常に狭い分岐部２の頂点２ａ付近では両方
向からのしみ出しが重なり合うために、実際に作成され
たＹ分岐光導波路は、第６図（ｂ）に示すように、上記
頂点２ａが極細にならず丸みを帯びてしまう。

このように頂点２ａが丸くなってしまうと、その前後の
光強度分布が１つの山から２つの山へ急激に変化し、周
囲への拡散光が多（生じるようになるために、分岐時の
損失が増大してしまうという大きな問題点があった。

本発明は、上記問題点に鑑み、分岐時の損失を一段と低
減可能なＹ分枝光導波路の製造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〕

本発明によれば、基板６上に、直線導波路ｌ。

３．４を形成する際に、これらの直線導波路１゜３．４
の形状のパターニングを行う為に、７分岐路で２つに分
岐された直線導波路３．４が分離する頂点部２ａに、分
岐部２が開始する点に向かって、切り込み領域５を形成
するための切り込み部１２を有するパターンを用いるも
のである。そして、この切り込み部の形状は、このＹ分
岐パターンにより基板上に直線導波路１，３．４を形成
した際に切り込み領域５の屈折率が基板と直線導波路１
，３．４との間の中間の所望の値になるような形状に選
定するものである。

〔作　　　用〕

Ｙ分岐パターンの切り込み部１２の形状が所望の値に選
定されているので、基板上に導波路を形成した際に、そ
の切り込み領域５の屈折率は直線導波路１．３．４と基
板６との中間の所望の値に選定できる。従って、直線導
波路１を伝搬してきた光の光度分布は切り込み領域５の
存在によって徐々に中央部がつぶれていく形状になって
いき、これにより分岐部２における光の分岐損失を低減
できるものである。

〔実　　施　　例〕

以下、図面を参照して本発明の実施例について詳細に説
明する。

第１図（ａ）は、本発明によって製造される導波路型分
岐路を示す構成図である。分岐部２の頂点２ａ付近から
直線導波路１の内に向かって、テーパー状の切り込み領
域５を設けたものである。

上記切り込み領域５は、直線導波路１，３．４よりも狭
い幅であって、かつ低い屈折率を持つ。

切り込み領域５の先端部５ａは、導波路の加工ができる
程度の１〜３μｍの幅とする。また、他端５ｂは、分岐
側の直線導波路３，４の内側の壁面３ａ、４ａとなめら
かに接続する。即ち、切り込み領域５の幅と上記壁面３
ａ、４ａの互いの間隔とが、光の進行方向（矢印Ａ方向
）に対して連続的に接合されるとともに、この接合によ
って形成される壁面の１次の微分係数も連続的になる。

上記構成において、直線導波路１内に進行してきた光が
２木の直線導波路３，４内に分岐される時の光強度分布
の変化を、第１図（ａｌの３つの位置ａ、ｂ、ｃと対応
させて同図（ｂｌに示す。すると、光が分岐されていく
に従い、光強度分布は、まず切り込み領域５の先端部５
ａの近傍である位置Ｂで中央部に若干凹部ができて、１
つの山から２つの山へ徐々に変化していくのがわかる。

このように光強度分布が徐々に変化することにより、周
囲への散乱光が大きく減少し、従って極めて低損失の分
岐が可能になる。

次に、上記導波路型分岐路の本発明に係る製造方法を説
明する。第２図（ａｌは、本発明に用いられるＹ分岐パ
ターン１１を有する拡散パターンの平面図であり、第２
図（ｂ）は第２図（１１）のＢ−ＢｖＡに沿ってみた断
面図である。第２図（ｂ）において、基板６の上に、ま
ず、Ｔｆを７０００オングストロームの厚さに全面に蒸
着する。そして、Ｔｔの上面にホトレジスト例えばＡＺ
１３５０Ｊを塗布する。次に、このホトレジストを第２
図（ａ）に示すようなＹ分岐パターン１１を用いて露光
する。このＹ分岐パターン１１は第１図（ａｌに示した
直線導波路１゜３．４を形成するためにこれと対応する
形状を有するもので切り込み領域５に対応した形状の切
り込み部１２を有する。

次に、このホトレジストを露光することにより所望の導
波路形成に必要なＴ　１層１３，１４以外の部分を、イ
オンミリングによってエツチングする。次に、ＴｉＪ１
３，１４上のレジストを除去する。そしてＴｉ層１３．
１４を拡散源として１０５０℃でウェット酸素０□の雰
囲気中で８時間拡散する。すると、Ｔｉが基板６内に拡
散されて拡散領域１５．１６が形成され、この拡散領域
１５゜１６はそれぞれ直線導波路３．４に相当する。そ
して、Ｔｉ層１３．１４の中間の領域１７は、第１図（
ａｌの構成における切り込み領域５に対応するもので、
中間類Ｍ１７では拡散領域１５．１６が互いにしみだし
て交差しており拡散領域１５．１６よりも不純物の濃度
は低く゛なる。従って拡散領域１５．１６の屈折率より
も中間領域１７の屈折率は低（なるが、しかし、中間領
域１７の屈折率は基板６よりも高くなる。

ここで、導波路の屈折率をＮｇ、基板の屈折率をＮ５、
それから切り込み領域５の全体の等価的な屈折率をＮと
すると例えばＮ、−２，１４、Ｎ、＝２．１４４　、Ｎ
＝２．１４２に設定することができる。すなわち、Ｎ、
＞ＮＵＮ３選定することができる。

係る屈折率は、前記Ｙ分岐パターン１１における切り込
み部１２の形状を、この中間領域１７即ち切り込み領域
５の屈折率が導波路３．４と基板６ような形状に選定し
て行うことによって実現されたのである。その後、Ｔｉ
１Ｊ１３，１４を基板表面から除去することにより、第
１図！ａ）に示す如き切り込み領域５を有する７分岐路
が得られた。

上述のように頂点２ａに切り込み領域５を設けるように
形成することによって導波路形状に極細のパターンは必
要でなくなる。従って、正常には従来のようなＴｉのし
みだしによる悪影響の心配がなくほぼ設計どおりの形状
にすることができる。

次に、第３図に本発明の第２の実施例を示し、第１の実
施例と同様に、第２図（ａｌに示すＹ分岐パターン１１
のＢ−Ｂ腺に沿った断面図である。基板６の上面にアル
ミニウム膜を蒸着し、この上面にホトレジストを塗布し
て、アルミニウム膜を、前記第２図（ａ）に示したＹ分
岐パターン１１の中空部を有するような形にホトレジス
トによってパターニングする。そして、アルミニウムＪ
ｉ！１Ｂ、１９．２０を形成し、アルミニウム層１８と
１９の間及びＩ９と２０の間にイオン交換法によってイ
オン交換ＩＪ２１．２２を形成する。これは、例えばＨ
゛イオン基板６中に導入することによりＬｉ゛イオンを
基板６中から排出させることにより行われる。そして、
イオン交換層２１．２２はそれぞれ第１図＋ａ）の直線
導波路３，４に対応する。

アルミニウム層１９の下では、イオン交換層２１゜２２
が互いに交差するが、そのアルミニウム層１９の下方の
領域２３は第１図（ａｌの実施例の切り込み領域５に相
当する。そして、領域２３の屈折率はイオン交換層２１
．２２の屈折率よりも低く、基板６の屈折率よりも高い
所望の値に選定することができる。これは、Ｙ分岐パタ
ーン１１の形状における切り込み部１２の形状を所望の
形に選ぶことによって、アルミニウム７１１８，１９．
２０のマスク形状を選定することができるためである。

この実施例も、第２図（ａ）に示した実施例と同様の効
果を有する。

次に、切り込み領域５を矩形状（Ｆ＝Ｃ；）とした場合
において、その屈折率Ｎおよび幅Ｆ　（＝Ｇ）の具体的
な設定手順について説明する。なおここでは、Ｔ　ｉ　
：　ＬｉＮｂ０＋　Ｉ！導波路想定し、導波路幅を７μ
ｍ、その屈折率Ｎ、を２．１４４　、基板屈折率Ｎ１を
２．１４０　、分岐角θを０．４　　°とした場合につ
いて、数値計算による理論検討を行ったものである。

まず、切り込み領域５の屈折率Ｎの設定手順について述
べる。そのために、幅Ｆ＝Ｇ＝２μｍとし、切り込み領
域５の屈折率差Δｎ′　（屈折率Ｎから基板６の屈折率
Ｎ、　　（＝２．１４）を引いた値）を変化させて、分
岐損失を調べてみる。その結果を第４図に示す。同図に
より、上記屈折率差Δｎ′が０．００２　　（即ちＮ＝
２．１４２＞の時に分岐損失が極小値をとることがわか
る。この値は、導波路の屈折率差Δｎ　（＝０．００４
　）の半分の値である。このことから、屈折率Ｎは、Ｎ
３とＮ、の丁度中間の値に設定することが望ましいと言
える。このような値を持つ屈折率Ｎは前述のように、パ
ターン形状がなまる導波路作製法（例えば拡散、イオン
交換等）で導波路を作製すれば、切り込み領域５に両側
からＴｉ等がしみ出すことにより容易に得られる。

続いて、切り込み領域５の幅Ｆ　（＝Ｇ）の設定手順に
ついて述べる。この場合は、上記で得られた結果に基づ
きΔｎ　’　＝０．００２とし、幅Ｆ　（＝Ｇ）を変化
させて分岐損失を調べてみる。その結果を第５図に示す
。同図より、Ｆ　（＝Ｇ）＝２μｍまでは分岐損失に変
化が見らず、それ以上で増加している。このことから２
幅Ｆ　（＝Ｇ）を２μｍに設定することが望ましいと言
える。このように２μｍという幅は、第４図に示した頂
点２ａの近傍における微小な導波路間隔と比べて大きく
、形状のなまりは問題とならない。

このようにして切り込み領域５の屈折率Ｎおよび幅Ｆ　
（＝Ｇ）を上述の如く設定するように分岐路パターンを
形成することにより、従来のＹ分岐導波路よりも著しく
低損失なＹ分岐導波路が実現できる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、１つの光が徐々に２つの光に分岐され
ていくため、極めて低損失のＹ分岐導波路を提供するた
めの製造方法を与えることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は、本発明に係る導波路型分岐路の製造方
法によって構成される導波路の平面図、第１図（ｂ）は
、同導波路における光強度分布の変化を示す図、 第２図（ａ）は、本発明に用いられるＹ分岐パターンの
平面図、 同図（ｂｌは、本発明の一実施例を説明する分岐路の断
面図、 第３図は、本発明の他の実施例を説明するための分岐路
の断面図、 第４図は切り込み領域の屈折交差Δｎ′と分岐損失との
関係の一例を示す図、 第５図は切り込み領域の幅Ｆと分岐損失との関係を示す
図、 第６図（ａｌ、　（ｂｌは、それぞれ従来の７分岐路導
波路の理想形状と実際形状を示す断面図である。 １１・・・Ｙ分岐パターン、 １２・・・切り込み部、 １３．１４・・・Ｔｉ層、 １５．１６・・・拡散領域、 １７・・・中間領域。 特許出願人　　　　富士通株式会社 Ｂ ＹＭ鴎支バダーンの子画面 ７３２　囚 本発駅のイ屯の大島θ′１の小支駐酊七図第　３　＠ 八〇′ 第４図 Ｆ（−Ｇｌ　　　　　！μｍ） 第５　囚

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）基板上に、Ｙ分岐パターンにより、基板とは屈折率
   の異なる導波路型光分岐路を製造する方法において、前
   記Ｙ分岐パターンは台形状の切り込み部を有し、該切り
   込み部はこの対向する辺より内側に向かって前記基板中
   に屈折率変更物質を導入延出することにより、該切り込
   み部に対応する基板上の切り込み領域の屈折率が、前記
   基板と前記導波路との中間の所望の値に選定できるよう
   な形状を有することを特徴とする光導波路型光分岐路の
   製造方法。 ２）前記基板上に前記屈折率変更物質として熱拡散源を
   蒸着し、この熱拡散源の上面にホトレジストを塗布し、
   該ホトレジストを前記Ｙ分岐パターンによりパターニン
   グすることにより前記熱拡散源をＹ分岐パターンの形状
   に形成し、しかる後熱拡散を行うことを特徴とする特許
   請求の範囲第１項記載の導波路型項分岐路の製造方法。 ３）前記基板上に、マスク層を形成し、前記Ｙ分岐パタ
   ーンを中空部として有するパターンにより前記マスク層
   をパターニングし、しかる後このマスク層を用いてイオ
   ン交換して前記屈折率変更物質を導入することを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載の導波路型分岐路の製造
   方法。