KR20020040551A - 광도파로 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 방향성 결합기 등의 광도파로형 장치의 재현성이 우수한 회로특성을 보유하는 석영계 광도파로를 제작하기 위하여, 고온처리시에 코어부의 경도, 변형이나 기판의 휘어짐, 크랙 등의 결함을 발생하지 않는 광도파로 및 그 제조방법을 제공하는 것으로서, 실리콘기판과, 상기 기판상에 형성된 석영계 유리로 이루어지는 하측 클래드막과, 석영계 유리로 이루어지고 상기 하측 클래드막상에 형성된 광을 전파하는 코어부와, 석영계 유리로 이루어지고 상기 코어부를 메우는 상측 클래드막으로 이루어지는 석영계 광도파로로서, 상기 하측 클래드막이 실리콘기판을 열산화시켜서 형성한 하측 제1석영유리 클래드막과 석영유리 퇴적막으로 이루어지는 하측 제2석영유리 클래드막의 2층으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 광도파로 및 그 제조방법.
Description
본 발명은 광통신용 석영계 광도파로형 장치를 제조할 때에, 하측 클래드막과 코어막의 열변형, 기판의 휘어짐 및 크랙 등의 결함 발생을 억제한 광도파로 및 그 제조방법에 관한 것이다.
고속도, 고밀도의 광통신 장치에 있어서는, 보다 저가격이고 고신뢰성의 광부품이 요구되고 있다. 특히 최근에는, 그 광부품으로서 기판상에 형성된 광도파로형의 장치가 많이 사용되고, 그중에서도 파이버와의 접속이 용이한 석영계 광도파로가 주목받고 있다.
종래의 광도파로형 장치의 일례로서, 방향성 결합기를 설명한다.
이것은 도 4의 (a), (b)부분에 나타낸 바와 같이, 기판(8)상에 형성된 하측 클래드막(9)과 상측 클래드막(7)의 사이에, 광도파로를 구성하는 2개의 코어부(6, 6)가 수㎛의 간격으로 근접하여 매설되어 광결합부(10)를 형성하고 있다. 이 방향성 결합기(1)는 도파로형 광회로의 기본회로이고, 광분기부나 광합파부 등으로 널리 사용되고 있다.
이와 같은 광도파로를 제작하는데는, 기판상에 4염화규소를 산수소 화염 속에서 가수분해 반응시켜서 석영유리막을 퇴적하는 방법(이하, FHD법이라 함)이나 마찬가지로 4염화규소를 플라즈마 내나 오존을 함유하는 분위기에서 반응시켜서 석영유리막을 퇴적하는 방법(이하 CVD법이라 함) 등이 있다.
이하, 종래의 광도파로의 제조방법의 일례를 도 4 및 도 5에 기초하여 설명한다.
FHD법에서는 하측 클래드막(9)(도 5의 (b)부분)을 형성하는데 4염화규소의 외에 3염화인, 3염화브론 등을 출발원료로 하여, 도 5의 (a)부분에 나타내는 기판(8)상에 다공질의 석영퇴적막을 형성하고, 이 퇴적된 막에 1000℃ 이상으로 가열유지하는 고온처리를 실시하여 투명유리화 한다. 기판(8)에는 실리콘기판, 석영유리기판 등이 사용되고 있다.
CVD법에서는, 하측 클래드막(9)을 형성하는데 테트라에톡시실란 등의 유기규소화합물 또는 4염화규소 등을 출발원료로 하여 기판(8)상에 투명한 석영퇴적막을 형성하고, 또한 이 퇴적된 막을 800℃ 이상으로 가열유지하여 막에 포함되는 탄소화합물, 수산기 등을 해리시켜서 순도가 높은 석영유리막을 제작한다.
코어막(5)(도 5의 (c)부분)은, 하측 클래드막(9)보다도 굴절율을 높게 할 수 있는 첨가물, 예를 들면 Ge, Ti를 함유하는 화합물을 규소화합물과 함께 반응시킴으로써, 상기 FHD법, 또는 CVD법, 또는 전자선 등을 사용한 진공증착법으로 제작할 수 있다.
그 후, 빛을 전반하는 2개의 코어부(6, 6) 이외의 불필요한 코어막(5)을 반응성 이온에칭법에 의해 제거(도 5의 (d)부분)하고, 계속하여 상측 클래드막(7)을 FHD법 또는 CVD법에 의해 코어부(6, 6)를 덮도록 퇴적하여, 상측 클래드막(7)을 고온처리함으로써 방향성 결합기(도 5의 (e)부분)가 얻어진다.
그런데, 도 4의 (a), (b)부분에 나타낸 방향성 결합기(1)는 그 결합특성이 2개의 코어부(6, 6)의 간격에 크게 의존하고 있기 때문에, 그 간격을 정밀하고 공정에 의해서 변동하지 않도록 제조하는 것이 바람직하다.
종래의 FHD법에서는, 클래드막(7, 9), 코어막(5)을 다공질 유리로서 퇴적하기 때문에, 이들을 1000℃ 이상으로 고온처리함으로써 투명유리화 시킬 필요가 있다. 그러나 이 고온처리할 때에 연화한 하측 클래드막(9)과 2개의 코어부(6, 6)와 상측 클래드막(7)이 유동하여 이들이 혼합된다는 문제가 있었다.
그래서, 하측 클래드막(9), 코어막(5), 상측 클래드막(7)의 순서로 투명유리화 온도를 낮춤으로써 코어막(5), 상측 클래드막(7)의 유리투명화공정을 행할 때에, 하측 클래드막(9)의 연화 또는 코어부(6, 6)의 연화를 억제하여 왔다. 그러나 그 투명화온도를 낮추는 범위에도 한계가 있고, 기껏 200℃정도밖에 안되어, 연화에 따르는 유동화를 완전히 방지하는 것은 불가능하였다.
또, FHD법, CVD법의 어느 것도 기판(8)상에 새롭게 석영막을 퇴적하는 방법이기 때문에, 기판(8)이 석영막보다도 열팽창율이 큰 실리콘기판을 사용한 경우에는, 고온처리를 행함으로써 석영막이 붙은 기판(8)이 크게 휘어진다. 그 크기는,일례로서 실리콘기판(직경 4인치, 두께 1㎜)의 위에 석영막 20㎛를 퇴적한 경우, 1200℃의 열처리를 행하면, 약 200㎛의 휘어짐이 발생하여 버린다. 따라서, 이 휘어짐의 영향에 의해서 사각형으로 가공한 코어부(6, 6)에 있어서는 열의 영향을 받기 쉽고, 상측 클래드막(7)으로 메워질 때에 연화에 따라서 기울거나, 또 조금 용융되어 원형으로 되거나, 또 기판의 휘어짐에 의해서 기울거나 하여 버리는 문제가 있었다.
이 때문에, 이들 변형, 휘어짐 등의 결함의 발생을 억제하는데, 일본 특허307018호에 개시된 방법은, 도 6에 나타낸 바와 같이, 하측 클래드막을 기판측에서 차례로 첨가물을 보유하는 FHD법에 의해서 형성된 석영막의 제1 하측 클래드막(11), 그 위에 순수 석영막으로 이루어지는 제2 하측 클래그막(12)의 2층구조로 하는 방법이 있다.
그러나 이 방법에 있어서도, 고온유리화 처리할 때에, 제1 하측 클래드막(11)은 다소의 연화를 발생하고, 또 제2 하측 클래드막(12)은 스퍼터 또는 CVD법에 의해서 얻어진 순수 석영막(퇴적막)이기 때문에, 유리막질은 다공질로 그다지 좋지 않으므로 고온처리가 필요하고, 그 때에 다소의 연화가 발생하여 버린다. 또, 제1 하측 클래드막(11), 제2 하측 클래드막(12)은 모두 퇴적막이기 때문에 고온처리에 의해서 기판과 함께 휘어져 버리는 일은 부정할 수 없다.
본 발명은 이러한 문제를 해결하기 위하여 이루어진 것으로, 방향성 결합기 등의 광도파로형 장치의 재현성이 우수한 회로특성을 보유하는 석영계 광도파로를 제작하기 위하여, 고온처리시에 코어부의 경도, 변형이나 기판의 휘어짐, 크랙 등의 결함을 발생하지 않는 광도파로 및 그 제조방법을 제공하는 것을 주된 목적으로 한다.
도 1은 본 발명의 광도파로형 장치의 일종인 방향성 결합기의 일예를 나타내는 개념도로서, (a)부분은 방향성 결합기의 평면도, (b)부분은 (a)부분의 A-A선 단면도,
도 2는 본 발명의 제조방법 공정의 일예를 나타내는 흐름도,
도 3은 열산화법에서 사용하는 열산화장치의 일예를 나타내는 설명도,
도 4는 종래의 방향성 결합기의 일예를 나타내는 개념도로서, (a)부분은 방향성 결합기의 평면도, (b)부분은 (a)부분의 A-A선 단면도,
도 5는 종래의 제조방법의 일예를 나타내는 흐름도,
도 6은 종래의 다른 형태를 나타낸 예시도이다.
< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >
1 : 방향성 결합기 2 : 실리콘기판
3 : 하측 제1석영유리 클래드막(열산화막)
4 : 하측 제2석영유리 클래드막 5 : 코어막
6 : 코어부 7 : 상측 클래드막
8 : 기판 9 : 하측 클래드막(퇴적막)
10 : 광결합부 11 : 제1 하측 클래드막(퇴적막)
12 : 제2 하측 클래드막(퇴적막) 20 : 열산화장치
21 : 관형상 로 22 : 노심관
23 : 보트 24 : 온도센서
25 : 히터
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 광도파로는 실리콘기판과, 상기 기판상에 형성된 석영계 유리로 이루어지는 하측 클래드막과, 석영계 유리로 이루어지고 상기 하측 클래드막상에 형성된 빛을 전파하는 코어부와, 석영계 유리로 이루어지고 상기 코어부를 메우는 상측 클래드막으로 이루어지는 석영계 광도파로로서, 상기 하측 클레드막이 실리콘 기판을 열산화시켜서 형성된 하측 제1석영유리 클래드막과 석영유리 퇴적막으로 이루어지는 하측 제2석영유리 클래드막의 2층으로 이루어지는 것을 특징으로 하고 있다.
이와 같이, 상기 하측 클래드막을 실리콘(Si)기판을 산화성 분위치에서 열산화한 산화막(SiO2)으로 이루어지는 하측 제1석영유리 클래드막과, 그 위에 상기 열산화법이 아니라 퇴적법으로 제작된 하측 제2석영유리 클래드막으로 이루어지는 2층구조로 함으로써, 그 위에 퇴적법으로 형성되는 코어막, 상측 클래드막을 투명유리화 하기 위하여 고온처리하는 경우에도 변형, 휘어짐, 크랙 등을 발생하는 일은 거의 없다.
즉, 이 열산화에 의해 형성된 하측 제1석영유리 클래드막은, 실리콘 그것이 산화되어 석영막으로 되기 때문에 첨가물 등을 도프한 막이 아니라 순수석영막이고, 또 이 열산화막은 다른 유리퇴적막에 비하여 유리의 밀도가 높고, 밀도에 의존하는 굴절율에서는, 직접 기상합성법으로 얻어지는 유리퇴적막의 굴절율이 1.4578인 것에 대하여, 열산화법으로 얻어진 유리막의 굴절율은 1.4580∼1.4590으로 커진다. 또 이 굴절율은 산화되는 온도에 의해서 커지므로, 산화온도가 높을 수록 형성되는 유리밀도가 커지고, 유동성이 거의 없은 딱딱한 유리가 형성된다. 또 실리콘 기판의 위에 회로를 형성하는 표측 표면과 동시에 그 이면도 산화되므로, 열산화공정중도 산화막 형성후도 기판이 휘는 일은 거의 없고, 휨이 없는 매우 고품질의 석영계 광도파로로 된다.
이 경우, 하측 제1석영유리 클래드막의 막두께가 5㎛이상인 것이 바람직하다.
이와 같이 하측 제1클래드막의 막두께를 5㎛이상으로 하여 두면, 퇴적법에 의해서 하측 제2클래드막, 코어막, 상측 클래드막을 형성하고, 각각을 고온처리한 경우에도 변형, 휨, 크랙 등을 발생하는 일은 거의 없고, 우수한 회로특성을 보유하는 광도파로로 된다.
다음에, 본 발명에 관한 광도파로의 제조방법은, 실리콘기판과, 상기 기판상에 형성된 석영계 유리로 이루어지는 하측 클래드막과, 석영계 유리로 이루어지고 상기 하측 클래드막 위에 형성된 광을 전파하는 코어부와, 석영계 유리로 이루어지고 상기 코어부를 메우는 상측 클래드막으로 이루어지는 석영계 광도파로의 제조방법에 있어서, 상기 실리콘 기판의 표면을 열산화법에 의해 산화함으로써 하측 제1석영유리 클래드막을 형성하고, 상기 하측 제1석영유리 클래드막을 퇴적시켜서 하측 제2석영유리 클래드막을 형성하고, 이어서 하측 클래드막 위에 코어막을 퇴적시킨 후, 불필요한 부분을 제거하여 코어부를 형성하고, 또한 하측 클래드막과 코어부를 덮는 상측 클래드막을 형성하는 것을 특징으로 하고 있다.
이와 같이, 실질적으로 변형, 휨, 크랙 등의 결함이 없는 석영계 광도파로는, 실리콘기판의 표면을 열산화법에 의해 석영유리화시켜서 하측 제1석영유리 클래드막을 형성하고, 이 하측 제1석영유리 클래드막 위에 석영유리막을 퇴적시켜서 하측 제2석영유리 클래드막을 형성함으로써 제조할 수 있다.
이 경우, 열산화법에서의 산화온도가 1100℃ 이상인 것이 바람직하다.
열산화법에 의해서 형성된 열산화막은 다른 유리퇴적막에 비하여 석영유리의 밀도가 크고, 밀도에 의존하는 굴절율은 산화되는 온도에 의해서 커지게 되므로, 산화온도가 높을 수록 형성되는 석영유리 밀도가 커지고, 유동성이 적은 딱딱한 유리가 형성된다. 따라서, 산화온도를 1100℃이상으로 하는 것이 유효하다.
그리고 이 경우, 석영유리 퇴적막의 형성방법이 FHD법, CVD법, 스퍼터법 중에서 선택되는 방법인 것이 바람직하다.
본 발명의 경우, 하측 제1석영유리 클래드막 이외의 석영유리막은 석영유리 퇴적막으로 충분히 목적을 달성할 수 있으므로, 상기 FHD법, CVD법, 스퍼터법에 의해 형성된 퇴적막을 고온처리하여 유리화하면 된다.
이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.
본 발명자 등은, 석영계 광도파로의 제조공정 중에서 발생하는 코어부의 경도, 변형, 기판의 휨, 크랙 등의 발생을 회피하기 위해서는, 우선 기판상의 하측 클래드막의 밀도를 높이고 기판에 밀착시킬 필요가 있는 것에 생각이 미치어, 석영유리막을 고밀도화 하는 형성조건을 정밀조사하여 본 발명을 완성하는데 이르렀다.
즉, 본 발명은 실리콘기판과, 상기 기판상에 형성된 석영계 유리로 이루어지는 하측 클래드막과, 석영계 유리로 이루어지고 상기 하측 클래드막 위에 형성된 광을 전파하는 코어부와, 석영계 유리로 이루어지고 상기 코어부를 메우는 상측 클래드막으로 이루어지는 석영계 광도파로의 제조방법에 있어서, 상기 실리콘기판의 표면을 열산화법에 의해 산화함으로써 하측 제1석영유리 클래드막을 형성하고, 상기 하측 제1석영유리막 위에 석영유리막을 퇴적시켜서 하측 제2석영유리 클래드막을 형성하고, 이어서 하측 클래드막 위에 코어막을 퇴적시킨 후, 반응성 이온에칭법 등에 의해 불필요한 부분을 제거하여 코어부를 형성하고, 또한 하측 클래드막과 코어부를 덮는 상측 클래드막을 형성하는 것을 특징으로 하고 있다.
이와 같이, 실리콘기판을 열산화하는 것으로도 실리콘기판에 석영막을 형성할 수 있다. 이 방법은 실리콘 그것이 산화되어 석영막으로 되기 때문에, 첨가물 등을 도프한 막이 아니라 밀도가 높은 순석영막으로 된다. 또 실리콘기판의 위에 회로를 형성하는 표측 표면과 동시에 기판 전체의 표면이 산화되어 이면측도 산화되므로, 한쪽에만 유리막을 퇴적하여 열을 가하는 것과 달리 산화공정중이나 공정 종료후의 제품도 기판이 휘는 일은 없다.
이것으로부터 열산화에 의해서 얻어진 석영막을 기판상에 하측 클래드막으로서 사용하는 것은 유효하다. 광도파로에 사용되는 막두께 5∼30㎛의 열산화 석영막은 1100℃ 이상에서 장시간, 수증기 분위기에서 바래어 열산화반응을 행하는 것으로 형성할 수 있다.
이 열산화막은, 상술한 바와 같이 다른 유리퇴적막에 비하여 유리의 밀도가 크고, 밀도에 의존하는 굴절율에서는 직접 기상합성법(퇴적법)으로 얻어지는 유리막의 굴절율이 프리즘커플링법으로 측정한 경우, 1.4578에 대하여, 열산화법으로 얻어진 유리막의 굴절율은 1.4580∼1.4590으로 커진다. 또 이 굴절율은, 산화되는 온도에 따라서 커지게 되기 때문에 산화온도가 높을 수록 형성되는 유리밀도가 커지고, 유동성이 적은 딱딱한 유리가 형성되게 된다.
그런데, 열산화에 의해서 얻어진 유리막만을 상기 하측 클래드막으로서 사용하고, 코어막, 상측 클래드막에는 다른 퇴적법으로 제작한 유리막을 사용하여, 그들의 막을 고온열처리한 경우는, 종래의 모든 막을 퇴적법으로 제작한 경우와는 달리, 열산화법으로 형성한 하측 클래드막의 유동성이 떨어지기 때문에, 하측 클래드막과 코어막 또는 상측 클래드막과의 경계면에서 유리끼리가 잘 융합되지 않고, 경계면에서 수㎛의 크랙이 코어막 또는 상측 클래드막에 생기는 현상이 일어난다.
따라서, 하측 클래드막에 열산화막을 사용한 경우는, 퇴적법으로 제작한 유리막인 코어막, 상측 클래드막과의 융합을 가지게 하기 위하여, 다소의 유동성을 갖는 하측 제2클래드막을 산화막(하측 제1석영유리막)상에 형성할 필요가 있다. 이 다소의 유동성을 가진 하측 제2클래드막은 열산화법 이외의 퇴적법, 예를 들면 FHD법, CVD법, 스퍼터법, 또는 증착법 등으로 제작하면 된다.
또 하측 제2클래드막은, 하측 제1클래드막의 굴절율에 가능한 한 맞춘 편이 좋다. 이 코어막, 상측 클래드막과의 융합에 필요한 하측 제2클래드막의 막두께는 수㎛에서 10㎛ 정도이면 충분하다. 이것보다 두꺼우면 융합을 위한 하측 제2클래드막의 유동성이 역으로 코어부, 상측 클래드막의 경도나 변형을 유발할 위험이 있다.
하측 제1클래드막에 사용하는 열산화막은, 코어막, 상측 클래드막의 유리투명화 온도에 가까운 온도에서 산화되는 것으로, 유동성이 코어막, 상측 클래드막의 유리보다도 작아지기 때문에, 통상의 코어막, 상측 클래드막의 유리투명화 온도, 또는 그들의 어닐링(annealing) 온도보다도 높은 온도인 1100℃ 이상으로 하는 것이 좋다. 단 산화온도가 너무 높으면, 실리콘기판에 슬립 등의 결함이 들어가기 쉽게 되기 때문에, 1300℃이하가 바람직하다. 또 하측 클래드막으로서 보통은 5∼30㎛의 두께가 있으면 좋으므로, 하측 제1클래드막으로서의 열산화막은 5∼20㎛의 두께가 바람직하다.
이하, 본 발명의 실시예에 대하여 도면에 기초하여 설명하지만, 본 발명은 이들에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 석영계 광도파로형 장치의 일예로서 방향성 결합기를 개념적으로 나타내는 평면도 및 그 A-A선 단면도를 도 1의 (a), (b)에 나타낸다.
이 방향성 결합기(1)는 실리콘기판(2)과 그 표리면에 열산화막(3, 3)이 형성되고, 표측의 산화막이 하측 제1클래드막이고, 그 위에 하측 제2클래드막(4)이 형성되어 있다. 하측 제2클래드막(4)의 위에는 상측 클래드막(7)에 매설된 2개의 코어부(6, 6)가 설치되어 있다. 코어부(6, 6)는 광전파 작용을 보유하므로 그 중앙부가 서로 근접상태로 되어서 광결합부(10)를 형성하고 있다.
이러한 방향성 결합기의 제조공정을 도 2 및 도 3을 참조하여 설명한다(또한, 도면은 그 개념을 설명하기 위하여 사용되고 있으므로, 단면에서의 각 막의 두께 등의 치수는 실물과 반드시 일치하지는 않는다).
도 2의 (a)부분은 출발원료로 되는 실리콘기판(2)을 나타내고 있다.
도 2의 (b)부분은 열산화공정이고, 도 3에 나타낸 열산화장치(20)를 사용하여 실리콘기판(2)의 표면을 열산화법에 의해 산화함으로써 석영유리화 시켜, 하측 제1석영유리 클래드막(3, 3)을 기판의 양면에 형성한다.
여기서 열산화장치(20)는 1000℃이상으로 가열할 수 있는 칸탈히터 관형상 로(21)로서, 석영 또는 탄화규소 등으로 이루어지는 노심관(22)이 배치되고, 그 중에 석영 또는 탄화규소제의 보트(23)를 놓고, 실리콘기판(2)을 세트한다. 노심관(22)의 일단에서 고순도의 수증기 등의 산화성 가스를 도입하여 열전대로 이루어지는 온도센서(24)에서 노심관(22) 내의 온도가 예컨대 1100∼1250℃로 되도록 히터(25)를 승온하여 간다. 이 온도로 유지하면서 산화성 가스를 도입함으로써 실리콘기판(2)의 표면은 수증기 등이 분해되어 발생한 활성산소에 의해 하기 화하식
Si + O
2
→SiO
2
와 같이 산화되어 실리콘기판(2)의 전체 표면에 밀도가 높은 순수 석영유리막이 형성된다.
다음에 하측 제2클래드막(4)으로서, 조성이 SiO2- P2O5- B2O3의 다공질 석영막을 FHD법으로 하측 제1클래드막(3)의 위에 퇴적하고, 고온처리하여 투명유리화 한다(도 2의 (c)부분). 이 FHD법은 4염화규소 외에 3염화인, 3염화붕소 등을 출발원료로하여 산수소 화재 속에서 가수분해하여 반응시키고, 기판 등의 위에 다공질 석영막을 퇴적시키는 방법이다.
이 하측 제2클래드막(4)은 FHD법 이외에, CVD법, 스퍼터법으로 퇴적 형성하여도 같은 기능을 보유하는 것을 형성할 수 있다. 즉, 테트라에톡시실란과 산소, 아르곤의 혼합가스를 고주파 전력에 의해 플라즈마화 시켜서 이 반응물을 약 200℃로 가열한 하측 제1클래드막(3)이 형성된 실리콘기판(2)에 CVD퇴적시키는 것이 가능하다. 또, 아르곤가스와 산소의 혼합가스를 스퍼터가스로 하고, 순수 석영판을 타겟으로 하여 고주파 전력을 가하고, 타겟으로부터 하측 제1클래드막(3)이 형성된 기판상에 하측 제2클래드막을 퇴적하여도 좋다.
다음에 코어막(5)으로서, 조성이 SiO2- P2O5- B2O3- GeO2의 석영유리를 상기 FHD법으로 퇴적하고, 고온처리하여 투명유리화 한다(도 2의 (d)부분). 이 코어막(5)의 퇴적방법으로서 상기 CVD법이나 스퍼터법 등을 사용하여도 좋다.
이어서, 반응성 이온에칭법 등에 의해 코어막 중 불필요한 부분을 제거하여 코어부(6, 6)를 형성한다(도 2의 (e)부분). 그 후, FHD법에 의해 코어부(6, 6)를 메우도록 상측 클래드막(7)으로서 조성이 SiO2- P2O5- B2O3인 석영계 유리막을 퇴적하고, 고온처리하여 투명유리화 함으로써 방향성 결합기를 얻는다(도 2의 (f)부분).
이상 서술한 공정으로 제작한 석영계 광도파로 회로는, 그 광결합부(10)에 있어서 코어부(6, 6), 하측 제1클래드막(3), 하측 제2클래드막(4)의 변형은 발생하고 있지 않고, 또 하측 클래드막, 코어부(6, 6), 상측 클래드막(7)과의 경계면에 크랙의 발생은 없으며, 전체의 휨도 적은 고품질의 것이다.
이하, 본 발명의 실시예를 들어 본 발명을 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 이들에 한정되는 것은 아니다.
석영계 광도파로형 장치의 일예로서 방향성 결합기를 제작하였다. 이 방향성 결합기의 제조공정은 상기 도 2의 (a)부분에서 (f)부분에 나타낸 공정순으로 행하였다.
출발원료로서 직경 4인치, 두께 1㎜의 실리콘기판을 준비하였다.
우선 이 실리콘기판을 도 3에 나타낸 열산화장치를 사용하여 노심관의 온도를 1100∼1250℃로 승온하고, 산화성가스로서 수증기를 도입하여 열산화하고, 실리콘기판의 표리 양면에 순수 석영막을 형성하여, 하측 제1석영유리 클래드막로 하였다. 이 막은 1200℃의 온도에서 약 100시간 산화하면, 약 10㎛의 막두께가 얻어진다. 이 10㎛두께의 산화막이 형성되어 있는 실리콘기판의 휨은 3㎛로 매우 작았다. 세크테크노트론사 제조의 메트리콘장치에 의해서 측정한 상기 석영막의 굴절율은 1.4588로 높고 고밀도였다.
다음에 하측 제2클래드막으로서, 조성이 SiO2- P2O5- B2O3, 두께 5㎛의 석영막을 굴절율이 1.4580이 되도록 도핑제의 양을 정하고, FHD법으로 퇴적하여 고온처리하여 유리화 하였다. 이 때의 투명유리화 온도는 1200℃의 헬륨가스 분위기에서 행하였다. 하측 제1 및 제2클래드막이 부착된 실리콘기판의 휨은 30㎛이었다.
이어서 코어막으로서, 조성이 SiO2- P2O5- B2O3- GeO2의 석영유리를 FHD법으로 약 7㎛의 석영계 다공질 유리막을 퇴적한 후, 투명유리화 하였다. 이 때의 유리 투명화 온도는 1150℃로 하였다.
계속하여 반응성 이온에칭법에 의해 불필요한 코어막을 제거하고 2개의 코어부를 형성하였다. 그 후, FHD법에 의해 코어부를 메우도록 상측 클래드막으로서 조성이 SiO2- P2O5- B2O3인 석영계 다공질 유리막을 20㎛ 퇴적하여 1050℃에서 투명유리화 하여 방향성 결합기를 얻었다.
제작한 방향성 결합기의 광도파로 회로의 코어부 치수는 7×7㎛이고, 비굴절율 차는 0.75%이었다. 그리고 광결합부에 있어서 코어부, 하측 제1클래드막, 하측 제2클래드막에는 변형은 발생되어 있지 않고, 또 코어부와 상측 클래드막과의 경계면에 크랙은 발생하고 있지 않았다.
또 도파로를 형성한 후의 기판 전체의 휨은, 200㎛이었다. 이것은 하측 클래드막, 코어막, 상측 클래드막을 모두 FHD법으로 같은 막두께로 되도록 퇴적을 행하고, 상기 같은 도파로 회로를 형성한 후의 휨 300㎛보다도 작게 되어 있고, 휨이 적음과 아울러 코어부의 간격의 정밀도도 높은 고품질의 석영계 광도파로를 제작할 수 있었다.
또한, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 상기 실시예는 예시이고, 본 발명의 특허청구의 범위에 기재된 기술적 사상과 실질적으로 동일한 구성을 보유하고, 같은 작용효과를 이루는 것은 어떠한 것이어도 본 발명의 기술적 범위에 포함된다.
예를 들면, 상기 실시예에서는 직경 4인치의 실리콘기판에 7×7㎛의 코어부를 형성한 일실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이들에 한정되지 않고, 임의의 기판직경, 코어부 치수나 비굴절율을 보유하는 석영계 광도파로에도 적용할 수 있다. 또, 제작되는 광도파로로서도 방향성 결합기에 한정되는 것은 아니다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면 실리콘기판과, 상기 기판상에 형성된 석영계 유리로 이루어지는 하측 클래드막과, 석영계 유리로 이루어지고 하측 클래드막상에 형성된 광을 전파하는 코어부와, 석영계 유리로 이루어지고 코어부를 메우는 상측 클래드막으로 이루어지는 석영계 광도파로로서, 하측 클래드막이 실리콘기판을 열산화시켜서 형성한 하측 제1석영유리 클래드막과 석영유리 퇴적막으로 이루어지는 하측 제2석영유리 클래드막의 2층 구조로 함으로써, 하측 클래드막의 열변형을 억제하고, 또한 기판 전체의 휘어짐을 저감할 수 있으며, 그리고 하측 클래드막 및 코어막과 융합이 있는 하측 제2클래드막을 보유하는 것으로, 코어부 등의 광도파로 형상부분의 크랙 등을 방지하는 것이 가능하게 되어, 고품질의 석영계 광도파로를 제작할 수 있다.
Claims (5)
- 실리콘기판과, 상기 기판상에 형성된 석영계 유리로 이루어지는 하측 클래드막과, 석영계 유리로 이루어지고 상기 하측 클래드막상에 형성된 광을 전파하는 코어부와, 석영계 유리로 이루어지고 상기 코어부를 메우는 상측 클래드막으로 이루어지는 석영계 광도파로로서, 상기 하측 클래막이 실리콘기판을 열산화시켜서 형성된 하측 제1석영유리 클래드막과 석영유리 퇴적막으로 이루어지는 하측 제2석영유리 클래드막의 2층으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 광도파로.
- 제1항에 있어서, 상기 하측 제1석영유리 클래드막의 막두께가 5㎛이상인 것을 특징으로 하는 광도파로.
- 실리콘기판과, 상기 기판상에 형성된 석영계 유리로 이루어지는 하측 클래드막과, 석영계 유리로 이루어지고 상기 하측 클래드막 위에 형성된 광을 전파하는 코어부와, 석영계 유리로 이루어지고 상기 코어부를 메우는 상측 클래드막으로 이루어지는 석영계 광도파로의 제조방법에 있어서, 상기 실리콘기판의 표면을 열산화법에 의해 산화함으로써 하측 제1석영유리 클래드막을 형성하고, 상기 하측 제1석영유리 클래드막 위에 석영유리막을 퇴적시켜서 하측 제2석영유리 클래드막을 형성하며, 이어서 하측 클래드막 위에 코어막을 퇴적시킨 후, 불필요한 부분을 제거하여 코어부를 형성하고, 또한 하측 클래드막과 코어부를 덮는 상측 클래드막을 형성하는 것을 특징으로 하는 광도파로의 제조방법.
- 제3항에 있어서, 상기 열산화법에서의 산화온도가 1100℃이상인 것을 특징으로 하는 광도파로의 제조방법.
- 제3항 또는 제4항에 있어서, 상기 석영유리 퇴적막의 형성방법은 FHD법, CVD법, 스퍼터법 중에서 선택되는 방법인 것을 특징으로 하는 광도파로의 제조방법.
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