WO2003027736A1 - Guide d'onde optique et procede de fabrication associe - Google Patents

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WO2003027736A1
WO2003027736A1 PCT/JP2002/009574 JP0209574W WO03027736A1 WO 2003027736 A1 WO2003027736 A1 WO 2003027736A1 JP 0209574 W JP0209574 W JP 0209574W WO 03027736 A1 WO03027736 A1 WO 03027736A1
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core
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glass material
optical waveguide
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PCT/JP2002/009574
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Masahiro Hiraka
Shigeo Furukawa
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Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.
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    • G02B2006/12176—Etching

Definitions

  • the present invention relates to a light 15 article, in particular to an optical waveguide and a method of manufacturing the same.
  • the deposition method is a method of forming a SiO 2 film on a substrate made of silicon etc. Specifically, it is a flame deposition method, a plasma chemical vapor deposition method (P-CVD method) or a molecular beam There is a vapor deposition method (MBE method) or the like.
  • germanium oxide on a quartz substrate 7 (G E_ ⁇ 2) was added particulate silicon dioxide (S i 0 2) or titania (T i 0 2) was added After depositing fine particle silicon dioxide (S i 0 2 ) to a thickness of several meters, it is sintered and clarified to form a core layer 8.
  • the core layer 8 is formed into a predetermined shape by photolithography and dry etching to form a core portion 81. Thereafter, as shown in FIG.
  • the optical waveguide is manufactured by depositing silicon dioxide (S i 0 2 ), sintering it and making it transparent to form the upper cladding layer 9.
  • the manufacturing method in the ion exchange method will be described.
  • a waveguide pattern is formed on the substrate by a metal mask.
  • the substrate is immersed in a molten salt containing a dopant, and the dopant is diffused into the glass of the waveguide pattern by utilizing the ion exchange phenomenon between the dopant and the glass component to form a glass substrate.
  • a core layer on the surface layer of the core layer of the core layer having the same shape as the mask pattern can be obtained only in the exposed region.
  • the glass substrate is immersed in the molten salt containing only the component other than the above-mentioned dopant, and an electric field is applied to the core layer formed in the surface layer.
  • a core of a predetermined shape is formed inside the glass substrate.
  • the core portion is a high refractive index portion to be an optical waveguide.
  • the surface layer of the glass substrate is covered with a material of low refractive index so as to cover the core portion to be an optical waveguide after removing the metal mask, and the core portion is embedded.
  • the optical waveguide formed by the deposition method has the smallest propagation loss
  • the number of manufacturing steps of the optical waveguide is large because the core and cladding layers are deposited and sintered, and the patterning step is performed by photolithography.
  • productivity There is a problem with productivity because the process requires a long time. For example, it takes 1.5 hours to deposit the core layer and 10 hours to sinter.
  • the optical waveguide formed by the ion exchange method can be manufactured in a relatively short time, since the core layer is manufactured by the ion exchange, the dopant is unevenly distributed in the thickness direction of the glass substrate. As a result, it is a problem that the distribution is also generated in the thickness direction also in the refractive index and the propagation loss becomes worse. Disclosure of the invention
  • An object of the present invention is to solve the above-mentioned conventional problems, and to provide an inexpensive optical waveguide having a small propagation loss and shortening the number of manufacturing steps and the manufacturing time of the optical waveguide and a method of manufacturing the same.
  • the present invention has the following configuration.
  • the optical waveguide of the present invention comprises a cladding and a core portion embedded in the cladding to be a waveguide, and the thermal expansion coefficient of the glass material to be the core portion is ⁇ 1 and the thermal expansion coefficient of the glass material to be the cladding
  • ⁇ 2
  • the absolute value of the difference ( ⁇ ⁇ ⁇ a 2) of these thermal expansion coefficients is a combination of glass materials in the range of 0 to 9 ⁇ 1 0 ⁇ 7 / ° C. It consists of composition.
  • the optical waveguide can be manufactured at a lower temperature than in the conventional method, so that not only the freedom of material selection increases, but also cost reduction is possible.
  • the optical waveguide according to the present invention comprises a cladding and a core embedded in the cladding to form a waveguide, and the thermal expansion coefficient of the glass material to be the core is ⁇ 1 and its deformation point is A t 1, Assuming that the thermal expansion coefficient of the glass material to be clad is ⁇ 2 and the deformation point thereof is At 2, the absolute value of the difference (a 1 ⁇ ⁇ 2) of these thermal expansion coefficients is 0 to 9 X 1 0 7 Z In the range of ° C., the deformation point of the glass material to be the core portion is a combination of glass materials whose temperature is 70 ° C. or more higher than the deformation point of the cladding glass material.
  • the upper cladding layer be formed by sputtering, but also a manufacturing method in which the core portion is embedded by heat pressing using a glass plate to be a cladding layer while being integrated with the lower cladding layer becomes possible. It will be possible to reduce costs by shortening the time significantly.
  • the glass material of the core is crown borosilicate crown glass, and the composition is silicon dioxide (S i 0 2 ), boron oxide (B 2 0 3 ), alkali metal oxide (R 2 0) And a divalent metal oxide (LO) (R: alkali metal, L: divalent metal), and the glass material of the cladding is fluorine crown glass, and its composition is silicon dioxide (S i 0 2 ), It has a composition of boron oxide (B 2 O 3 ) and a fluorine compound, so that the propagation loss characteristics can be good and the cost can be reduced.
  • the optical waveguide of the present invention is, dioxide silicofluoride-containing (S I_ ⁇ 2) is a fluorine class Ungarasu consisting of boron oxide (B 2 0 3) and the fluorine compound, the core portion
  • the composition has a combination of materials whose refractive index is larger than the refractive index of the clad, which has good propagation loss characteristics and can be made at low cost.
  • an optical polished surface of a glass plate to be a lower cladding layer and an optical polished surface of a glass plate to be a core layer are opposed to each other by pressure bonding and heating.
  • the optical polishing surface of the glass plate to be the lower cladding layer and the optical polishing surface of the glass plate to be the core layer are directly bonded by pressure bonding and heating.
  • An upper cladding layer made of a glass plate having a lower deformation point than the deformation point of the core portion is disposed on the core portion, and heated and pressed at least to a temperature higher than the deformation point of the upper cladding layer.
  • the difference between these thermal expansion coefficients alpha 1-alpha 2 absolute value of) is a method of using a glass material in a range of 0 ⁇ 9 X 1 0- 7 / t ), cracks Ya exfoliation does not occur even after the direct bonding and dicing step
  • the optical waveguide can be easily manufactured.
  • the thermal expansion coefficient of the glass material to be the core portion is 1 and its deformation point is A t 1 and the thermal expansion coefficient of the glass material to be clad is ⁇ 2 and its deformation
  • the absolute value of the difference between the thermal expansion coefficients (1 1 ⁇ 2) is in the range of 0 to 9 ⁇ 1 O ⁇ Z: and the curvature of the glass material to be the core part
  • the heat pressing step is a method of heating at a temperature higher than the deformation point of the glass material to be clad and lower than the deformation point of the glass material to be core.
  • the upper cladding layer and the lower cladding layer can be reliably joined and integrated while suppressing the deformation of the core by setting the above in the above range.
  • the glass material of the core and the cladding is, silicon dioxide (S I_ ⁇ 2), boron oxide (B 2 ⁇ 3) and full Tsu-containing crown glass comprising a fluorine compound
  • the refractive index of the core portion is a combination of materials having a refractive index larger than that of the cladding, and direct bonding is easy, and the bonding strength of the bonding interface is large, and a highly reliable optical waveguide can be manufactured.
  • each of the bonding surfaces of the lower cladding layer and the core layer has an arithmetic average surface roughness (R a) of 0.1 nm to 1 nm across the entire surface of the substrate to be bonded.
  • R a arithmetic average surface roughness
  • Ra is 1 nm or less, it is possible to reliably form an interatomic bond between the glass components of the substrate, and when the flatness is 1 m or less, the substrates are uniformly contacted over the entire surface. As this becomes possible, direct bonding can be performed reliably and stably.
  • FIG. 1 is a process diagram showing an optical waveguide in Example 1 of the present invention and a method of manufacturing the same.
  • FIG. 2 is a process chart showing an optical waveguide in Example 2 of the present invention and a method of manufacturing the same. Diagram showing the method of manufacturing the optical waveguide by the method BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
  • FIG. 1 is a manufacturing process diagram of the optical waveguide of Example 1 of the present invention.
  • a disc-shaped fluorine crown glass having a diameter of 3 inches as a substrate to be the lower cladding layer 1 a and a borosilicate crown glass having the same shape as the substrate to be the core layer 2 were directly bonded.
  • the bonded state is shown in Fig. 1 (a).
  • Direct bonding is performed in the following procedure. First, one side of each glass substrate is subjected to optical polishing so that the arithmetic average roughness (R a) is 1 nm and the flatness is 1 m. After that, these glass substrates are washed to obtain a degree of cleanliness in which the contact angle of water with these glass substrates is 5 degrees or less.
  • a fluorine crown glass the composition of which is S i 0 2 -B 2 0 3 -K 2 0-K 2 H 2
  • the thermal expansion coefficient of 8 6 X 1 0- 7 Z was used as the glass to be the lower cladding layer 1 a.
  • borosilicate crown glass the composition of which is S i 0 2 -B 2 0 3 -N a 2 0 -K 2 0 1 B a 0, was used.
  • Each glass substrate is 1 mm thick and 3 inches in diameter.
  • Each of the opposing surfaces is optically polished until Ra: 1 nm and flatness: 1 m, and after cleaning so that the contact angle of water to each substrate is 5 degrees or less, the polished surfaces are made to face each other. Crimp and heat-treat at a temperature of 250 ° C for 1 hour to directly bond the two substrates together.
  • crown glass borogeate to be core layer 2 was ground and polished to a thickness of 7 ii m.
  • a photoresist 3 was formed on a borogeic acid crown glass, a mask pattern was superposed thereon, and exposure and development were performed to form a patterned photoresist 3.
  • Reactive ion etching was performed using the patterned photoresist 3 as a mask to form a core 20 having a cross-sectional shape of 7 ⁇ m square.
  • fluorine crown glass having the same composition as that of the lower cladding layer 1a was sputtered for 20 m to form an upper cladding layer 1b, thereby producing an optical waveguide.
  • the lower 3 ⁇ 45 cladding layer 1 a and the upper cladding layer 1 b are made of the same material, have the same optical properties, and both constitute an integrated cladding 1.
  • the sample prepared in this manner is called Experimental Example 1.
  • Absolute value of the difference between Koa portion 2 0 and the thermal expansion coefficient of the cladding 1 of the optical waveguide Experimental Example 1 (a 1-2) is a 9 X 1 0- 7 / ° C .
  • the bonding strength at the interface between the directly bonded core portion 20 and the clad 1 was sufficiently large, and no peeling occurred.
  • the lower cladding layer 1a and the core portion 20 are sufficiently covered with the upper cladding layer 1t> formed by sputtering, and the core portion 20 and the lower cladding layer 1a or co No air bubbles likely to be generated at the interface between the front portion 20 and the upper cladding layer 1 b were also observed at all.
  • a plurality of optical waveguides fabricated on a disk-shaped glass substrate with a diameter of 3 inches are cut into pieces, and the end face of the core portion 20 is cut and exposed by a dicer or the like for coupling with an optical fiber 1.
  • a dicer or the like for coupling with an optical fiber 1.
  • a disk-shaped fluorine crown glass having a diameter of 3 inches and a thickness of 1 mm was used as the core layer and the lower cladding layer 1 a as described above.
  • the fluorine crown glass to be the lower cladding layer 1a has a glass deformation point: 491, a refractive index: 1. 4816, a thermal expansion coefficient of 95 ⁇ 10 — 7 / ° C., and its composition is S i 0 2 — B 2 0 3 — A 1 F 3 — K 2 0 1 Na 2 0.
  • the fluorine cloud Ngarasu is glass deformation point as a core layer 2: 568, refractive index: 1.4876, the coefficient of thermal expansion 95 X 10 one 7 /.
  • the composition is S i 0 2 -B 2 0 3 -K 2 0 1 KF.
  • the method and conditions for producing an optical waveguide using these glass substrates were the same as in Experimental Example 1. The sample produced in this manner is referred to as Experimental Example 2.
  • a fluorine crown glass having a diameter of 3 inches and a thickness of 1 mm was used as the lower cladding layer 1a, and a borosilicate glass having the same shape as the core layer 2 was used.
  • Fluorine crown glass as the lower clad layer 1 a is glass yield point: 495 ° C, refractive index: 1.5112, a thermal expansion coefficient 100X 10- 7, the composition is S i 0 2 - KF- K 2 0 It is.
  • FIG. 2 is a manufacturing process diagram of the optical waveguide of the second embodiment of the present invention.
  • Lower cladding layer 4 a A disk-shaped fluorine crown glass 3 inches in diameter as a substrate to be bonded and a fluorine crown glass of the same shape as a substrate to be a core layer 2 were bonded by direct bonding. The bonded state is shown in Fig. 2 (a). The procedure for direct bonding is the same as in Example 1, so the description is omitted.
  • a bonded substrate 21 in which the core layer 5 and the lower cladding layer 4a are bonded and integrated can be obtained.
  • FIG. 2 (b) grinding and polishing are performed from the surface side of the core layer 5 until the thickness of the core layer 5 becomes 5-7.
  • FIG. 2 (c) after applying photoresist 6 by spin coating, patterning is performed by a photolithographic method as shown in FIG. 2 (d), and then unnecessary portions of core layer 5 are dry etched. Etch. This is shown in Fig. 2 (e).
  • the photoresist 6 is removed to obtain a core-formed substrate 21 a on which the core 50 is formed. This is shown in Fig. 2 (f).
  • an upper cladding layer 4b made of fluorine crown glass of the same material as the lower cladding layer 4a is prepared.
  • heat pressing is performed at a temperature 20 to 30 ° C. higher than the glass deformation point of the upper cladding layer 4b.
  • fluorine crown glass of 3 inches in diameter and 1 mm in thickness, which is optically polished on one side and cleaned, is used as the core layer 5 and the lower cladding layer 4 a.
  • fluorine crown glass serving as the lower cladding layer 4 a is deformation point (At 2): 49 I: , refractive index: 1.4816, the coefficient of thermal expansion ( ⁇ 2): 95X 10- 7.
  • T 2 deformation point
  • ⁇ 2 the coefficient of thermal expansion
  • C its composition is S i 0 2 -B 2 0 3 ⁇ 4 -A 1 F 3 -K 2 0-Na. It is 0.
  • core layer 5 Fluorine crown glass comprising, yield point (At 1): 568 ° C , refractive index: 1.48 76, thermal expansion coefficient (a 1): 95X 10- 7 Bruno ° (: a, its composition S I_ ⁇ 2 -B 2 0 3 -K 2 0-KF
  • the polished surface of the lower cladding layer 4 a and the polished surface of the core layer 5 were crimped facing each other, heat-treated at 25 for 1 hour, and direct bonding.
  • the R a after optical polishing, the flatness and the contact angle of water to the substrate after cleaning were set to the same values as in Example 1.
  • the core layer 5 was ground and polished to a thickness of 7 m. Thereafter, a photoresist 6 was applied on the core layer 5 and a predetermined exposure was performed thereon to form a patterned photoresist 6. Dry etching was performed using this patterned photoresist 6 as a mask to form a core 50 having a sectional shape of approximately 7 m square. Subsequently, the upper clad layer 4 b made of glass of the same material as that of the lower clad layer 4 a was disposed on the core portion 50 and subjected to heat pressing at 520 ° C. for 30 seconds.
  • This heat press deforms the upper cladding layer 4 b so as to embed the core portion 50, contacts the lower cladding layer 4 a, and integrates the upper cladding layer 4 b and the lower cladding layer 4 a.
  • the clad 4 is formed to produce an optical waveguide.
  • the optical waveguide fabricated in this manner is referred to as Experimental Example 3.
  • the lower clad layer 4a is 3 inches in diameter, and 1 mm thick, one side is optically polished, and the cleaned fluorine crown glass, and the core layer 5 is subjected to the same shape and the same cleaning method.
  • a borosilicate crown glass was used.
  • fluorine crown glass serving as the lower cladding layer 4 a is yield point (A t 2): 447 ° C, refractive Oriritsu: 1.4644, the coefficient of thermal expansion (2): 93 X 10 one 7 /.
  • glass core glass that is to be the core layer 5 has a deformation point (A t 1): 625 ° C., refractive index: 1. 5164, coefficient of thermal expansion ( ⁇ 1): 86 ⁇ 10 ⁇ 7 / ° C., its composition is S i 0 2 — B 2 0 3 — Na 2 0— K 2 0 It is one BaO.
  • An optical waveguide was produced using these glasses, but the same conditions as in Experimental Example 3 were used except that the heat pressing conditions were set to 470 ° C. The optical waveguide fabricated in this manner is referred to as Experimental Example 4.
  • a sample of the optical waveguide of Comparative Example 2 was prepared for comparison of the above-described experimental examples.
  • the lower cladding layer 4a a fluorine crown glass optically polished and cleaned in a disk shape having a diameter of 3 inches and a thickness of 1 mm, and as the core layer 5, a borosilicate crown glass having the same shape and the same treatment was used.
  • fluorine click round glass serving as the lower cladding layer 4 a is deformation point (At 2): 568 ° C , refractive index: 1.4876, thermal expansion coefficient (alpha 2): at 95X 10- 7 Z ° C
  • the composition is S i 0 2 -B 2 0 3 -K 2 0-KHF 2 .
  • Houkei acid crown glass Core layer 5 yield point (A t 1): 625 ° C, refractive index: 1.5164, the coefficient of thermal expansion ( ⁇ 1): 86 X 10- 7 / a, its composition Is S i o 2 —; B 2 0 3 — Na 2 0—K 2 0—B aO.
  • An optical waveguide was produced using these glasses, but the conditions were the same as in Experimental Example 3 except that the heat pressing conditions were set to 59.
  • a lower crown layer 4 a having a diameter of 3 inches, a thickness of 1 mm, a fluorine crown glass optically polished and cleaned on one side, and a core layer 5 a borosilicate crown glass of the same shape.
  • the fluorine crown glass which is the lower cladding layer 4 a has a deformation point (A t 2) of 495 ° C., a refractive index of 1.5112, Thermal expansion coefficient ( ⁇ 2): 100X10- 7 / in ° C, the composition is S i0 2 - a KF K 2 0.
  • crown glass of borogeic acid to be the core layer 5 has a deformation point, (At 1): 625 ° C., refractive index: 1.5164, thermal expansion coefficient (a 1): 86 ⁇ 10 ⁇ 7 Z ° C.
  • the composition is S i 0 2 -B 2 0 3 -Na 2 0-K 2 0-B aO.
  • An optical waveguide was produced using these glasses, but the production conditions were the same as in Experimental Example 3.
  • the optical waveguide fabricated in this manner is referred to as Comparative Example 3.
  • the core portion 50 of the optical waveguide manufactured in this manner did not undergo thermal deformation even when it was hot pressed, and its shape accuracy was also good. In addition, no warping or peeling of the substrate was observed even after direct bonding and heat pressing. Further, as in Comparative Example 2, the interface between the core 50 and the upper cladding layer 4 b and the upper cladding layer 4 a and the lower cladding layer 4 b which are caused by insufficient coating integration in the heat press. No bubble formation at the interface was also observed. However, it was found that a crack was partially generated at the interface between the core 50 and the clad 1 at the time of dicing.
  • the samples having good shape accuracy and no cracks or peelings are Experimental Example 3 and Experimental Example 4, which have differences in thermal expansion coefficient ( ⁇ 1 ⁇ H 2). It is less than 7 ⁇ 10-7 / ° C and the difference of the deformation point is more than 77.
  • the difference between the comparative example 2 is the coefficient of thermal expansion (1 Ichihi 2) is a 9 X 10 one 7 /, the difference between the yield point is 57 ° C.
  • the difference in the deformation point is as large as 130 ° C., but the difference in thermal expansion coefficient ( ⁇ 2) is also as large as 14 ⁇ 10 ⁇ 7.
  • the temperature difference between the deformation point of the upper cladding layer 4 b and the core portion 50 needs to be 70% or more. That is, if there is a temperature difference of 7 or: or more, the heat press temperature can be set 20-30 ° C. higher than the deformation point of the upper cladding layer 4 b and lower than the deformation point of the core 50. It was found that 50 deformations did not occur, and good bondability at the interface could be ensured.
  • the absolute value of 0 to 9 X 10 difference in expansion coefficient ( ⁇ 1- ⁇ 2) - in the range of 7, and the difference in refractive saphenous point is found that is required to be less than 70 ° C.
  • sodium (Na) and potassium (K) were used as alkali metals of the borosilicate crown glass, but lithium (L i) may be used.
  • lithium (L i) may be used.
  • barium (Ba) as the divalent metal has been described, magnesium (Mg), calcium (C a) or sodium sulfate (S r) may be used.
  • the same material is used for the lower cladding layer and the upper cladding layer, but the composition may be different as long as they are the same fluorine crown glass.
  • KHF 3 and KF was described as a fluorine compound which is a component of fluorine crown glass, the present invention is not limited to this, and MgF 2 , CaF 2 , S rF 2 , BaF 2 , Li F NaF, etc. may be used.
  • the optical waveguide of the present invention and the method of manufacturing the same
  • the core part is embedded inside the cladding by direct bond bonding at the atomic level and the upper clad layer is formed by sputtering or heat press, reducing the number of manufacturing processes and shortening the working time. A great effect is obtained that an optical waveguide having good characteristics and good characteristics can be easily manufactured.

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Description

明細書
光導波路およびその製造方法 技術分野
本発明は、 光き 15品、 特に光導波路およびその製造方法に関する。 背景技術
従来、 光分波合波器や分岐挿入器等の導波路系の光部品において、 基板上に光 導波路を作製する方法としては堆積法とイオン交換法の 2種類に大別することが できる。
堆積法は、 シリコン等からなる基板上に S i 02膜を形成する方法であり、 具 体的には火炎堆積法やプラズマ化学気相成長法 （P— C VD法） あるいは分子ビ ーム蒸着法 （MB E法） 等がある。
堆積法のうちの火炎堆積法により光導波路を製造する方法について、 図 3を用 いて説明する。 図 3 ( a) に示すように、 石英基板 7上に酸化ゲルマニウム （G e〇2) が添加された微粒子状の二酸化ケイ素 （S i 02) あるいはチタニア （T i 02) が添加された微粒子状の二酸化ケイ素 （S i 02) を数 mの厚さに堆積 させた後、 これを焼結し透明化してコア層 8を形成する。 次いで、 図 3 ( b) に 示すように、 フォトリソグラフィ一とドライエッチング技術を用いてコア層 8を 所定の形状にパタ一ニングしてコア部 8 1を形成する。 その後、 図 3 ( c ) に示 すように、 再び火炎堆積法によりコア部 8 1と石英基板 7上に五酸化リン （P2 05) および 化ホウ素 （B203) が添加された二酸化ケイ素 （S i 02) を堆積さ せ、 これを焼結し透明化して上部クラッド層 9を形成して、 光導波路を製造して いる。
一方、 イオン交換法における製造方法について説明する。 この方法では、 ポロ シリケ一トガラス基板を用いて、 この基板上に導波路パターンを金属マスクによ り形成する。 次いで、 この基板をド一パントが含まれた溶融塩中に浸漬し、 ド一 パントとガラス成分とのイオン交換現象を利用して、 導波路パターンのガラス中 にドーパントを拡散させて、 ガラス基板の表面層にコア層を形成する。 なお、 金 属マスクが形成されている領域はイオン交換現象が生じないので、 露出した領域 部のみにマスクパターンと同じ形状のコア層が得られる。
さらに、 ガラス基板中の成分のうち、 上述のドーパントでない成分のみを含む 溶融塩中にガラス基板を浸漬し、 電界を印加して表面層に形成されていたコア層 中のドーパントをガラス基板内部に泳動させて、 所定の形状のコア部をガラス基 板内部に形成する。 このコア部は、 光導波路となる高屈折率部である。 なお、 金 属マスクを除去後に光導波路となるコア部を覆うようにガラス基板の表面層を低 屈折率の材料を用いて被覆し、 コア部が埋め込まれた形状とする。
しかしながら、 このような堆積法やイオン交換法においては、 以下の問題点が ある。
堆積法で形成した光導波路は最も伝播損失が小さいが、 コア部およびクラッド 層の堆積と焼結工程、 さらにフォトリソグラフィ一によるパターニング工程を経 るため、 光導波路の作製工数が多く、 しかもそれぞれの工程が長時間必要である ために、 生産性に課題を有する。 例えば、 コア層の堆積には 1 . 5時間、 焼結に 1 0時間を要している。
また、 イオン交換法で形成する光導波路は比較的短時間で作製可能であるが、 コア層をイオン交換により作製するため、 ガラス基板の厚さ方向にドーパントは 不均一な分布を生じる。 これにより、 屈折率においても厚さ方向に分布を生じて 伝播損失が悪くなることが課題である。 発明の開示
本発明は、 上記従来の問題点を解決するもので、 伝播損失が小さく、 かつ光導 波路の作製工数と作製時間を短縮して安価な光導波路およびその製造方法を提供 することを目的とする。
上記目的を達成するために本発明は以下の構成を有する。
本発明の光導波路は、 クラッドと、 クラッドの中に埋め込まれ導波路となるコ ァ部とからなり、 コア部となるガラス材料の熱膨張係数を α 1、 クラッドとなる ガラス材料の熱膨張係数を α 2としたとき、 これらの熱膨張係数の差 （α ΐ— a 2 ) の絶対値が 0〜9 Χ 1 0—7/°Cの範囲となるガラス材料の組み合わせとした 構成からなる。
これにより、 屈折率が異なり、 かつ熱膨張係数が異なるガラス材料を用いて下 部クラッド層とコア部との直接接合が可能となるので、界面の光学特性が良好で、 しかも接合強度を大きくすることができる。 さらに、 上部クラッド層をスパッ夕 リングにより形成すれば、 従来方式に比べて低温で光導波路が作製できるので、 材料の選択の自由度が増加するだけでなく、 低コスト化も可能である。
また、 本発明の光導波路は、 クラッドと、 クラッドの中に埋め込まれ導波路と なるコア部とからなり、 コア部となるガラス材料の熱膨張係数を α 1およびその 屈伏点を A t 1、 クラッドとなるガラス材料の熱膨張係数を α 2およびその屈伏 点を A t 2としたとき、 これらの熱膨張係数の差 （ a 1— α 2 ) の絶対値が 0〜 9 X 1 0 7Z°Cの範囲で、 かつコア部となるガラス材料の屈伏点がクラッドとな るガラス材料の屈伏点よりも 7 0 °C以上高いガラス材料の組み合わせとした構成 を有する。
これにより、 上部クラッド層をスパッタリングで形成できるだけでなく、 クラ ッド層となるガラス板を用いて熱プレスによりコア部を埋め込むようにしながら 下部クラッド層と一体化する作製法も可能となり、 工数および時間を大幅に短縮 して低コスト化が可能となる。
また、 本発明の光導波路は、 コア部のガラス材料がホウケィ酸クラウンガラス で、 その組成が二酸化珪素 （S i 02)、 酸化ホウ素 （B 203)、 アルカリ金属酸 化物 （R 20) および二価金属の酸化物 （L O) (R：アルカリ金属、 L：二価金 属） からなり、 クラッドのガラス材料がフッ素クラウンガラスで、 その組成が二 酸化珪素 （S i 02)、 酸化ホウ素（B 203) およびフッ素ィ匕合物とからなる構成 を有し、 したがって伝播損失特性が良好で、 しかも低コストにできる。
また、 本発明の光導波路は、 コア部およびクラッドのガラス材料が、 二酸化珪 素 （S i〇2)、 酸化ホウ素 （B 203) およびフッ素化合物とからなるフッ素クラ ゥンガラスであり、 コア部の屈折率がクラッドの屈折率より大きな材料の組み合 わせとした構成からなり、 伝播損失特性が良好で、 低コストにできる。
また、 本発明の光導波路の製造方法は、 下部クラッド層となるガラス板の光学 研磨面とコア層となるガラス板の光学研磨面とを対向して圧着し加熱することに より直接接合して接合基板を形成する工程と、 この接合基板のコァ層表面を研削 と研磨によりコア部として必要な厚さに加工する工程と、 コア層をエッチングし て導波路となるコア部を形成する工程と、 コア部を含み下部クラッド層上にガラ スをスパッ夕リングにより成膜して上部クラッド層を形成するとともに、 コァ部 を上部クラッド層と下部クラッド層とからなるクラッド中に埋め込む工程とから なる方法であり、 ガラス材料からなる光導波路が良好な特性を有しながら、 かつ 簡単に製造できる。
また、 本発明の光導波路の製造方法は、 下部クラッド層となるガラス板の光学 研磨面とコア層となるガラス板の光学研磨面とを対向して圧着し加熱することに より直接接合して接合基板を形成する工程と、 接合基板のコア層表面を研削と研 磨によりコア部として必要な厚さに加工する工程と、 コア層をエッチングして導 波路となるコア部を形成する工程と、 このコア部上にこのコア部の屈伏点よりも 低い屈伏点を有するガラス板からなる上部クラッド層を配置し、 少なくとも上部 クラッド層の屈伏点の温度以上に加熱するとともに加圧し、 コア部の形状を保持 しながら上部クラッド層と下部クラッド層とを接合一体ィ匕してコア部をクラッド 中に埋め込む熱プレス工程とからなる方法であり、 光学特性の良好な光導波路を 簡単な工程で、 かつ短時間に製造できる。
また、 本発明の光導波路の製造方法は、 コア部となるガラス材料の熱膨張係数 をひ 1、 クラッドとなるガラス材料の熱膨張係数を a 2としたとき、 これらの熱 膨張係数の差 （α 1— α 2 ) の絶対値が 0〜 9 X 1 0— 7/t)の範囲となるガラス 材料を用いる方法であり、 直接接合やダイシング等の工程を経てもクラックゃ剥 離が生じない光導波路を容易に製造することができる。
また、 本発明の光導波路の製造方法は、 記コア部となるガラス材料の熱膨張係 数を 1およびその屈伏点を A t 1、 クラッドとなるガラス材料の熱膨張係数を α 2およびその屈伏点を A t 2としたとき、 これらの熱膨張係数の差 （ひ 1 一 α 2 ) の絶対値が 0〜 9 Χ 1 O ^Z :の範囲で、 かつコア部となるガラス材料の屈 伏点がクラッドとなるガラス材料の屈伏点より 7 0 °C以上高いガラス材料を用い る方法であり、 上部クラッド層を熱プレスしてもコア部の形状精度が安定な光導 波路を量産性良く製造できる。 また、 本発明の光導波路の製造方法は、 熱プレス工程がクラッドとなるガラス 材料の屈伏点より高く、 コア部となるガラス材料の屈伏点より低い温度で加熱す る方法であり、 熱プレス温度を上記の範囲に設定することによりコァ部の変形を 抑制しながら上部クラッド層と下部クラッド層とを確実に接合して一体化できる。
また、 本発明の光導波路の製造方法は、 コア部のガラス材料がホウケィ酸ク ラウンガラスで、 その組成が二酸化珪素 （S i〇2)、 酸化ホウ素 （B 203)、 ァ ルカリ金属酸化物 （R 2〇） および二価金属の酸化物 （L O) (R :アルカリ金属、 L :二価金属） からなり、 クラッドのガラス材料がフッ素クラウンガラスで、 そ の組成が二酸化珪素 （S i〇2)、酸化ホウ素 （B 2〇3) およびフッ素化合物とか らなる材料を用いる方法であり、 直接接合が容易で、 カゝっ接合界面の接合強度が 大きく高信頼性の光導波路を製造することができる。
また、本発明の光導波路の製造方法は、コア部およびクラッドのガラス材料が、 二酸化珪素 （S i〇2)、 酸化ホウ素 （B 2〇3) およびフッ素化合物とからなるフ ッ素クラウンガラスであり、 コア部の屈折率がクラッドの屈折率より大きな材料 の組み合わせとした方法であり、 直接接合が容易で、 かつ接合界面の接合強度が 大きく高信頼性の光導波路を製造することができる。
また、 本発明の光導波路の製造方法は、 下部クラッド層とコア層のそれぞれの 接合面が、 接合する基板面内全面で算術平均表面粗さ （R a) が 0 . l nm〜l nmで、 かつ平坦度が 0. l m〜l mまで研磨した後に直接接合する方法で あり、例えば直径が 3ィンチ以上の基板を用いても全面が確実に直接接合ができ、 光導波路を生産性良く製造できる。 なお、 R aは 1 nm以下とすれば基板のガラ ス成分同士の原子間結合を確実に生じさせることが可能であり、 また平坦度が 1 m以下であれば全面均一に基板同士の接触が可能となるので、 直接接合が確実 に、 かつ安定に行える。 図面の簡単な説明
図 1は、 本発明の実施例 1における光導波路およびその製造方法を示す工程図 図 2は、 本発明の実施例 2における光導波路およびその製造方法を示す工程図 図 3は、 従来の火炎堆積法による光導波路の製造方法を示す工程図 発明を実施するための最良の形態
以下、 図面を参照して本発明の実施例の光導波路およびその製造方法を詳細に 説明する。
(実施例 1 )
図 1は本発明の実施例 1の光導波路の製造工程図である。 下部クラッド層 1 a となる基板として直径 3ィンチの円板形状のフッ素クラウンガラスと、 コア層 2 となる基板として同じ形状のホウケィ酸クラウンガラスとを直接接合により接合 した。 接合した状態を図 1 ( a) に示す。 直接接合は以下のような手順で行う。 最初に、 それぞれのガラス基板の片面を表面粗さとして算術平均粗さ （R a) が l nmで、 平坦度が 1 mとなるように光学研磨する。 その後、 これらのガラス 基板を洗浄して、 これらのガラス基板に対する水の接触角が 5度以下となる清浄 度とする。 次に、 これらのガラス基板の研磨面同士を対向させて圧着した後、 2 5 0 °Cで 1時間熱処理し、 下部クラッド層 1 aとコア層 2とを直接接合により原 子レベルで接合して一体化した接合基板 1 1を形成する。 直接接合は、 ガラスの ような酸化物表面を原子レベルで正常にした状態で対向させ密着させて熱処理を 行うと、 酸素原子を介してガラス基板の成分原子の結合が生じてバルクと同じ程 度の強固な界面を得ることができる。 このように直接接合によれば、 接着剤を用 いることなく組成が異なる異種の大径サイズ材料でも容易に一体化が可能である。 次に、 図 1 (b ) に示すように、 コア層 2の表面から研削と研磨を行い、 その 最終厚さが 5〜7 mとなるようにする。 次に、 図 1 ( c ) に示すようにスピン コートでフォトレジスト 3を塗布した後、 図 1 (d) に示すようにフォトリソグ ラフィ一法でパターニングし、 その後ドライエッチングで図 1 ( e ) に示すよう にコア層 2の不要部分をエッチングする。 さらに、 フォトレジスト 3を除去すれ ば、 所定の形状のコア部 2 0が下部クラッド層 1 a上に形成されたコア部形成基 板 1 1 aが得られる。
その後、 下部クラッド層 1 aと同じフッ素クラウンガラスをターゲットとし、 スパッタリングにより図 1 ( f ) に示すコア部 2 0形成面上にフッ素クラウンガ ラスを堆積させ上部クラッド層 1 bを形成する。 下部クラッド層 1 aと上部クラ ッド層 1 bとは同じ材料であるので、 これらが一体化したクラッド 1となり、 こ のクラッド 1中にコア部 2 0が埋め込まれた光導波路が得られる。 これを、 図 1 ( g ) にしめす。
以下、 具体的な実験例について比較例を参照して説明する。
第 1の実験例としては、 下部クラッド層 1 aとなるガラスとして、 ガラス屈伏 点： 5 6 8で、 屈折率： 1 . 4 8 7 6、 熱膨張係数 9 5 X 1 0— 7Z°Cで、 その組 成が S i 02— B 203— K20— KH F2からなるフッ素クラウンガラスを用いた。 また、 コア層 2となるガラスとして、 ガラス屈伏点： 6 2 5 °C、 屈折率： 1 . 5 1 6 4、熱膨張係数 8 6 X 1 0— 7Z。Cで、その組成が S i 02 - B2〇3— N a20— K2〇一B a Oからなるホウケィ酸クラウンガラスを用いた。それぞれのガラス基 板の厚さは l mm、 直径は 3インチの円板形状である。
対向する面のそれぞれを R a： 1 n m、平坦度： 1 mになるまで光学研磨し、 それぞれの基板に対する水の接触角が 5度以下になるよう洗浄した後、 研磨面同 士を対向させて圧着し、 2 5 0 °Cの温度で 1時間熱処理して、 両基板同士を直接 接合する。 次に、 コア層 2となるホウゲイ酸クラウンガラスをその厚みが 7 ii m になるまで研削し研磨した。 次に、 ホウゲイ酸クラウンガラス上にフォトレジス ト 3を形成し、 これにマスクパターンを重ねて露光 ·現像してパ夕一ンィ匕された フォトレジスト 3を形成した。 パターン化されたフォトレジスト 3をマスクとし て反応性イオンエッチングを行い、断面形状が 7 ^m角のコア部 2 0を形成した。 続いて、 下部クラッド層 1 aと同一組成のフッ素クラウンガラスを 2 0 mスパ ッ夕リングして上部クラッド層 1 bを形成し、 光導波路を作製した。 下 ¾5クラッ ド層 1 aと上部クラッド層 1 bとは同じ材料からなり、 同じ光学特性を有し、 両 者は一体化したクラッド 1を構成する。 このようにして作製した試料を実験例 1 とよぶ。
この実験例 1の光導波路のコァ部 2 0とクラッド 1の熱膨張係数の差 （ a 1— 2 ) の絶対値は 9 X 1 0— 7/°Cである。 しかし、 直接接合したコア部 2 0とク ラッド 1との界面での接合強度は充分大きく、 剥離は全く生じなかった。 また、 下部クラッド層 1 aとコア部 2 0とはスパッ夕リングにより形成した上部クラッ ド層 1 t>で充分に被覆されており、 コア部 2 0と下部クラッド層 1 a、 またはコ ァ部 20と上部クラッド層 1 bとの界面に発生しやすい気泡も全く観察されなか つた。
さらに、 直径 3ィンチの円板形状のガラス基板に複数個作製した光導波路を個 片に切断し、 また光ファイバ一と結合するためにコア部 20の端面をダイサ一等 により切断して露出させる必要がある。 この時、 コア部 20とクラッド 1の熱膨 張係数の差が大きいと、 ダイシング時にコア部 20とクラッド 1、 特にこれらの 界面部分に割れやクラックが発生する。 しかし、 実験例 1の光導波路ではこのよ うな欠陥は全く発生しなかった。
第 2の実験例としては、 コア層および下部クラッド層 1 aとして上記と同様な 直径 3インチで厚さが lmmの円板形状のフッ素クラウンガラスを用いた。 ただ し、下部クラッド層 1 aとなるフッ素クラウンガラスは、ガラス屈伏点： 491 、 屈折率： 1. 4816、 熱膨張係数 95X10_7/°Cで、 その組成は S i 02— B203— A 1 F3— K2〇一Na2〇である。 また、 コア層 2となるフッ素クラウ ンガラスは、 ガラス屈伏点： 568 、 屈折率： 1. 4876、 熱膨張係数 95 X 10一7/。 Cで、その組成は S i 02— B2〇3— K2〇一 KFである。 これらのガ ラス基板を用いた光導波路の作製方法および条件については、 実験例 1と同じと した。 このようにして作製した試料を実験例 2とよぶ。
この実験例 2の光導波路についても直接接合した界面でのそりや剥離、 および コア部 20とクラッド 1との界面の気泡発生はなかった。 さらに、 ダイシング時 も割れゃクラック等は発生しなかった。
上記の実験例と比較するため、 下部クラッド層 1 aとして直径が 3ィンチで厚 さが lmmのフッ素クラウンガラス、 コア層 2として同じ形状のホウケィ酸クラ ゥンガラスを用いた。 下部クラッド層 1 aとなるフッ素クラウンガラスは、 ガラ ス屈伏点： 495°C、 屈折率： 1. 5112、 熱膨張係数 100X 10— 7 で、 その組成は S i 02— KF— K20である。 また、 コア層 2となるホウゲイ酸クラ ゥンガラスは、 ガラス屈伏点： 625で、 屈折率： 1. 5164、 熱膨張係数 8 6X 10— 7/°Cで、 その組成は S i 02— B203— Na20— K20— B aOであ る。 これらのガラスを用いて、 実験例 1と同じ製造方法および条件により光導波 路を作製した。 このようにして作製した光導波路を比較例 1とよぶ。 この比較例 1の光導波路の場合、 コア部 20とクラッド 1との熱膨張係数 （α 1一ひ 2 ) の差の絶対値は 14X 10 -7Z°Cである。
この光導波路については、 直接接合を行ったときに基板のそりやコア層 2と下 部クラッド層 1 aとの界面での剥離、 およびコア部 20とクラッド 1との界面の 気泡発生は、 実験例 1及び実験例 2と同様に観察されなかった。 しかし、 ダイシ ング時にコア部 20とクラッド 1との界面において一部クラックが発生した。 これらの 3種類の試料についての結果を表 1に示す。
表 1
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表 1からわかるように、 実験例 1の （ひ 1ーひ2) の値は 9X 10一7 ΖΤ 実 験例 2の （ K I— α 2) の値は 0、 比較例 1の （α 1— α2) の値は 14X 10 一 7Z°Cである。 一方、 直接接合やダイシング工程等の工程を経た後にクラックが 観察された試料は比較例 1のみであった。 さらに、 上記と同じ製造方法により、 種々の熱膨張係数の異なる材料を用いて光導波路形状を作製してクラックや剥離、 気泡発生を調べた。その結果、熱膨張係数の差 1— 2)が 10 X 10一7 Z°C 以上では、 少なくともダイシング時にクラックが発生した。 しかし、 9X 10一7 Z°C以下の場合には、 クラック等の異常は全く見られなかった。
以上の結果より、 下部クラッド層 1 aとコア層 2とを直接接合により接合し、 上部クラッド層 1 bをスパッ夕リングによって形成する光導波路を作製するため には、 コア層 2とクラッド 1との熱膨張係数の差が 0〜 9 X 10一7/1 の範囲と する必要があることが見出された。
(実施例 2)
図 2は本発明の実施例 2の光導波路の製造工程図である。 下部クラッド層 4 a となる基板として直径 3インチの円板形状のフッ素クラウンガラスと、 コア層 2 となる基板として同じ形状のフッ素クラウンガラスとを直接接合により接合した。 接合した状態を図 2 (a) に示す。 直接接合を行う手順は実施例 1と同じである ので、 説明は省略する。 コア層 5と下部クラッド層 4 aとを直接接合することに より、 コア層 5と下部クラッド層 4 aとが接合されて一体化した接合基板 21が 得られる。
次に、 図 2 (b) に示すように、 コア層 5の厚みが 5〜7 となるまでコア 層 5の表面側から研削し研磨する。 次に、 図 2 (c) に示すようにフォトレジス ト 6をスピンコートで塗布した後、 図 2 (d) のようにフォトリソグラフィ一法 でパターニングし、 その後ドライエッチングによりコア層 5の不要部分をエッチ ングする。 これを、 図 2 (e) に示す。 次いで、 フォトレジスト 6を除去すれば、 コア部 50が形成されたコア部形成基板 21 aが得られる。 これを、 図 2 (f ) に示す。
この後、 下部クラッド層 4 aと同じ材料のフッ素クラウンガラスからなる上部 クラッド層 4bを用意する。 この上部クラッド層 4bを図 2 (g) に示すように コア部 50上に配置した後、 上部クラッド層 4bのガラス屈伏点より 20〜3 0°C高い温度で熱プレスして、 コア部 50を埋め込み、 かつ下部クラッド層 4 a と上部クラッド層 4bとを一体化したクラッド 4を形成する。
なお、 この熱プレスにおいては、コア層 5となるガラスの屈伏点を A t 1とし、 クラッドとなるガラスの屈伏点を At 2としたとき、 At l— At 2〉70でと なるような材料の組み合わせとする。 このようにすることにより、 熱プレス時に コア部 50の変形が生じず、 かつ上部クラッド層と下部クラッド層との一体化が 行える加熱温度範囲を設定することができる。
以下、 具体的な実験例について比較例を参照して説明する。
第 3の実験例としては、 コア層 5および下部クラッド層 4 aとして、 片面を光 学研磨し、洗浄した直径 3インチ、厚さ lmmのフッ素クラウンガラスを用いた。 ただし、下部クラッド層 4 aとなるフッ素クラウンガラスは、屈伏点 (At 2)： 49 I ：、 屈折率： 1. 4816、 熱膨張係数 （α2)： 95X 10— 7 。 Cで、 その組成は S i 02-B20¾-A 1 F3— K20— Na。0である。 また、コア層 5 となるフッ素クラウンガラスは、 屈伏点 （At 1)： 568°C、 屈折率： 1. 48 76、 熱膨張係数 （a 1)： 95X 10— 7ノ°(：で、 その組成は S i〇2— B2〇3 — K20— KFである。 下部クラッド層 4 aの研磨面とコア層 5の研磨面とを対 向させて圧着し、 25 で 1時間熱処理し、 直接接合した。 このときの光学研 磨後の R a、 平坦度および洗浄後の基板に対する水の接触角は実施例 1と同様の 値とした。
次に、 コア層 5を厚さが 7 mになるまで研削し、 研磨した。 その後、 コア層 5上にフォトレジスト 6を塗布し、 これに所定の露光を行いパターン化されたフ ォトレジスト 6を形成した。 このパターン化されたフォトレジス卜 6をマスクと してドライエッチングを行い、断面形状がほぼ 7 m角のコア部 50を形成した。 続いて、 下部クラッド層 4 aと同じ材料のガラスからなる上部クラッド層 4 b をコア部 50上に配置して、 520°Cで 30秒間熱プレスを行った。 この熱プレ スにより、 コア部 50を埋め込むように上部クラッド層 4 bが変形し、 下部クラ ッド層 4 aに接触して、 上部クラッド層 4 bと下部クラッド層 4 aとが一体化さ れたクラッド 4が形成され光導波路が作製される。 このようにして作製した光導 波路を実験例 3とよぶ。
この実験例 3の光導波路は、 熱プレスを行ってもコア部 50の変形が生じず、 形状精度も優れていた。 また、 直接接合やその後の熱プレス等の工程を経た後で も、 基板の反りや接合界面での剥離、 およびコア部 50とクラッドとの界面での 気泡発生もなかった。 さらに、 ダイシング時においても、 割れやクラック等は全 く発生しなかった。
第 4の実験例としては、 下部クラッド層 4 aとして直径が 3インチで、 厚さが lmm、 片面を光学研磨し、 洗浄したフッ素クラウンガラス、 コア層 5として同 じ形状で同じ洗浄方法を行ったホウケィ酸クラウンガラスを用いた。 なお、 下部 クラッド層 4 aとなるフッ素クラウンガラスは、 屈伏点（A t 2)： 447°C、屈 折率： 1. 4644、 熱膨張係数 （ 2)： 93 X 10一7/。 Cで、 その組成は S i 02— B203— K20— KHF2である。 また、 コア層 5となるホウゲイ酸クラ ゥンガラスは、 屈伏点 （A t 1)： 625°C、 屈折率： 1。 5164、 熱膨張係数 (α 1)： 86X10-7/°Cで、 その組成は S i 02— B203— Na20— K20 一 BaOである。 これらのガラスを用いて光導波路を作製したが、 熱プレス条件 を 470°Cとした以外は実験例 3と同じ条件とした。 このようにして作製した光 導波路を実験例 4とよぶ。
この実験例 の光導波路は、 直接接合やその後の熱プレス等の工程を経た後で も反りや剥離、 またはコア部 50とクラッド 4との界面での気泡の発生はみられ なかった。 さらに、 ダイシングによる割れやクラック等も全く発生しなかった。 また、 470°Cの温度で熱プレスを行っても、コア部 50には熱変形が起こらず、 形状精度も良好であった。
次に、 上記の実験例の比較用として比較例 2の光導波路の試料を作成した。 下 部クラッド層 4 aとして、 直径 3インチ、 厚さが lmmの円板形状で光学研磨し 洗浄したフッ素クラウンガラス、 コア層 5としては同じ形状で同じ処理を行った ホウケィ酸クラウンガラスを用いた。 なお、 下部クラッド層 4 aとなるフッ素ク ラウンガラスは、 屈伏点 （At 2)： 568°C, 屈折率： 1. 4876、 熱膨張係 数 (α 2)： 95X 10— 7Z°Cで、 その組成は S i 02 - B203— K20— KHF 2である。また、コア層 5となるホウケィ酸クラウンガラスは、屈伏点（A t 1)： 625°C、 屈折率： 1. 5164、 熱膨張係数 （α 1)： 86 X 10— 7/ で、 その組成は S i〇2—； B203— Na20— K20— B aOである。 これらのガラス を用いて光導波路を作製したが、 熱プレス条件を 59 とした以外は実験例 3 と同じ条件とした。
このようにして作製した光導波路は、 直接接合や熱プレス工程等の製造工程を 経た後でも、 基板の反りや界面での剥離、 あるいはダイシングによる割れやクラ ック等は全く発生しなかった。 また、 熱プレス後でもコア部 50は熱変形が生じ なく形状精度も優れていた。 しかし、 コア部 50と上部クラッド層 4 bとの界面 や下部クラッド層 4 aと上部クラッド層 4 bとの界面に気泡が発生しており、 熱 プレスによる被覆一体化が不充分であった。
次に、 第 3の比較例としては、 下部クラッド層 4 aとして直径 3インチで、 厚 さが lmm、 片面を光学研磨し洗浄したフッ素クラウンガラス、 コア層 5として 同じ形状のホウケィ酸クラウンガラスを用いた。 なお、 下部クラッド層 4 aとな るフッ素クラウンガラスは、 屈伏点 （A t 2)： 495°C、 屈折率： 1. 5112、 熱膨張係数 （α2)： 100X10— 7/°Cで、 その組成は S i02— KF— K20 である。 また、 コア層 5となるホウゲイ酸クラウンガラスは、屈伏点、（At 1)： 625°C、 屈折率： 1. 5164、 熱膨張係数 （a 1)： 86X 10— 7Z°Cで、 その組成は S i 02— B2〇3— Na2〇— K2〇— B aOである。 これらのガラス を用いて光導波路を作製したが、 作製条件は実験例 3と同じとした。 このように して作成した光導波路を比較例 3とよぶ。
このようにして作製した光導波路のコア部 50は熱プレスしても熱変形が生じ ず、 形状精度も良好であった。 また、 直接接合や熱プレス等の工程を経ても、 基 板の反りや剥離は見られなかった。 また、 比較例 2のように熱プレスでの被覆一 体化が不充分であることにより生じるコア部 50と上部クラッド層 4 bとの界面 や、 上部クラッド層 4 aと下部クラッド層 4 bとの界面での気泡発生も観察され なかった。 しかし、 ダイシング時に、 コア部 50とクラッド 1との界面に部分的 にクラックが生じることが見出された。
これらの 3種類の試料についての結果を表 2に示す。
表 2
Figure imgf000015_0001
表 2からわかるように、 形状精度が良好で、 かつクラックや剥離等が発生しな い試料は実験例 3と実験例 4であり、 これらは熱膨張係数の差 （ α 1—ひ 2 ) が 7X 10— 7/°C以下で、 かつ屈伏点の差が 77 以上である。一方、 比較例 2は 熱膨張係数の差 （ 1一ひ 2) は 9 X 10一7/ であるが、 屈伏点の差が 57°C である。 さらに、 比較例 3は、 屈伏点の差は 130°Cと大きいが、 熱膨張係数の 差 （α ΐ—ひ 2) も 14X10-7ノ と大きい。 この熱膨張係数の差と屈伏点の 差が形状精度ゃクラック等に影響する条件について調べた。 比較例 2は、 上記したように直接接合や熱プレス等の工程を経ても、 基板の反 りや界面での剥離、 またダイシングによるクラックも生じなかったが、 コア部 5 0と上部クラッド層 4 bとの界面に気泡が観察された。 この気泡発生は、 熱プレ スが不十分であることによる。 したがって、 熱プレス温度を上げれば被覆性は改 善されて気泡は生じなくなるが、 一方コア部 50の形状精度は大きく劣化する。 形状精度を確保しながら、 熱プレスによる被覆性を改善するために屈伏点差に注 目して、 屈伏点の異なるガラス材料の組み合わせを用いて、 気泡の発生状況を調 ベた。 その結果、 上部クラッド層 4 bとコア部 50との屈伏点の温度差が 70 υ 以上が必要であることが見出された。 すなわち、 7 or:以上の温度差があれば、 熱プレス温度を上部クラッド層 4 bの屈伏点より 20〜30°C高く、 かつコア部 50の屈伏点より低い温度に設定できるので、 コア部 50の変形が生じず、 かつ 界面での良好な接合性を確保できることがわかった。 すなわち、 直接接合でコア 層 5と下部クラッド層 4 aとを接合し、 上部クラッド層 4 bを熱プレスによりコ ァ部 50を埋め込みながら下部クラッド層 4 aと一体化する作製法においては、 熱膨張係数の差 （ α 1— α 2 ) の絶対値が 0〜 9 X 10 - 7 の範囲で、 かつ屈 伏点の差が 70 °C以上とすることが必要であることを見出した。
なお、 本実施例においては、 ホウケィ酸クラウンガラスのアルカリ金属として ナトリウム （Na) とカリウム （K) の場合について説明したが、 さらにリチウ ム （L i) を用いてもよい。 また、 二価金属としてバリウム （Ba) の場合につ いて説明したが、 さらにマグネシウム (Mg)、 カルシウム (C a) またはス卜口 ンチウム （S r) を用いてもよい。 また、 本実施例においては、 下部クラッド層 と上部クラッド層とは同じ材料を用いたが、同じフッ素クラウンガラスであれば、 その組成は異なっていてもよい。 さらに、 フッ素クラウンガラスの成分であるフ ッ素化合物として、 KHF3と KFの場合について説明したが、 本発明はこれに 限定されることはなく、 MgF2、 CaF2、 S rF2、 BaF2、 L i F NaF 等を用いてもよい。 産業上の利用可能' 1生
以上説明したように本発明の光導波路およびその製造方法は、 ガラス基板同士 を直接接合により原子間レベルで結合させ、 スパッタリングまたは熱プレスによ り上部クラッド層を形成することで、 コア部をクラッド内部に埋め込む構成であ り、 製造工程数が少なく、 かつ作業時間が短縮でき、 しかも良好な特性を有する 光導波路を容易に製造できるという大きな効果を奏する。

Claims

請求の範囲
1 .クラッドと、前記クラッドの中に埋め込まれ導波路となるコア部とからなり、 前記コア部となるガラス材料の熱膨張係数を α 1、 前記クラッドとなるガラス材 料の熱膨張係数を α 2としたとき、 これらの熱膨張係数の差 （α ΐ— £« 2 ) の絶 対値が 0〜 9 X 1 0一7 / の範囲となるガラス材料の組み合わせとしたことを 特徴とする光導波路。
2.クラッドと、前記クラッドの中に埋め込まれ導波路となるコア部とからなり、 前記コア部となるガラス材料の熱膨張係数をひ 1およびその屈伏点を A t 1、 前 記クラッドとなるガラス材料の熱膨張係数を α 2およびその屈伏点を A t 2とし たとき、 これらの熱膨張係数の差（α 1— α 2 ) の絶対値が 0〜9 X 1 0 _7/°C の範囲で、 かつ前記コア部となるガラス材料の屈伏点が前記クラッドとなるガラ ス材料の屈伏点よりも 7 0 °C以上高いガラス材料の組み合わせとしたことを特徴 とする光導波路。
3. 前記コア部のガラス材料がホウゲイ酸クラウンガラスで、 その組成が二酸化 珪素 （S i〇2)、 酸化ホウ素 （B 203)、 アルカリ金属酸化物 （R 20) および二 価金属の酸ィ匕物 (L O) (R：アルカリ金属、 L：二価金属） からなり、 クラッド のガラス材料がフッ素クラウンガラスで、 その組成が二酸化珪素 （S i 02)、 酸 化ホウ素 （B 203) およびフッ素化合物とからなることを特徴とする請求項 1ま たは 2記載の光導波路。
4. 前記コア部およびクラッドのガラス材料が、 二酸化珪素 （S i 02)、 酸化ホ ゥ素（B 203) およびフッ素化合物とからなるフッ素クラウンガラスであり、 前 記コア部の屈折率が前記クラッドの屈折率より大きな材料の組み合わせとしたこ とを特徴とする請求項 1または 2記載の光導波路。
5. 下部クラッド層となるガラス板の光学研磨面とコア層となるガラス板の光学 研磨面とを対向して圧着し、 加熱することにより直接接合して接合基板を形成す る工程と、 前記接合基板のコァ層表面を研削と研磨によりコア部として必要な厚 さに加工する工程と、 前記コア層をエッチングして導波路となるコア部を形成す る工程と、 前記コア部を含み前記下部クラッド層上にガラスをスパッタリングに より成膜して上部クラッド層を形成するとともに、 前記コア部を前記上部クラッ ド層と前記下部クラッド層とからなるクラッド中に埋め込む工程とからなること を特徴とする光導波路の製造方法。
6 . 下部クラッド層となるガラス板の光学研磨面とコア層となるガラス板の光学 研磨面とを対向して圧着し、 加熱することにより直接接合して接合基板を形成す る工程と、 前記接合基板のコア層表面を研削と研磨によりコア部として必要な厚 さに加工する工程と、 前記コア層をエッチングして導波路となるコア部を形成す る工程と、 前記コア部上に前記コア部の屈伏点よりも低い屈伏点を有するガラス 板からなる上部クラッド層を配置し、 少なくとも前記上部クラッド層の屈伏点の 温度以上に加熱するとともに加圧し、 前記コア部の形状を保持しながら前記上部 クラッド層と下部クラッド層とを接合一体化して前記コア部を前記クラッド中に 埋め込む熱プレス工程とからなることを特徴とする光導波路の製造方法。
7 . 前記コア部となるガラス材料の熱膨張係数を α 1、 前記クラッドとなるガラ ス材料の熱膨張係数をひ 2としたとき、 これらの熱膨張係数の差 （0! 1— 0! 2 ) の絶対値が 0〜9 Χ 1 0一7/。 Cの範囲となるガラス材料を用いることを特徴と する請求項 5または 6に記載の光導波路の製造方法。
8 .前記コア部となるガラス材料の熱膨張係数を α 1およびその屈伏点を A t 1、 前記クラッドとなるガラス材料の熱膨張係数を α 2およびその屈伏点を A t 2と したとき、これらの熱膨張係数の差（ a; 1 — at 2 )の絶対値が 0〜 9 X 1 0— 7 /°C の範囲で、 かつ前記コア部となるガラス材料の屈伏点が前記クラッドとなるガラ ス材料の屈伏点より 7 0 °C以上高いガラス材料を用いることを特徴とする請求項 6に記載の光導波路の製造方法。
9 . 前記熱プレス工程は、 クラッドとなるガラス材料の屈伏点より高い温度で、 かつコア部となるガラス材料の屈伏点より低い温度で加熱することを特徴とする 請求項 6または請求項 8に記載の光導波路の製造方法。
1 0. 前記コア部のガラス材料がホウゲイ酸クラウンガラスで、 その組成が二酸 化珪素 （S i 02)、 酸化ホウ素 （B 203)、 アルカリ金属酸化物 (R 20) および' 二価金属の酸化物 (L O) (R :アルカリ金属、 L：二価金属） からなり、 クラッ ドのガラス材料がフッ素クラウンガラスで、 その組成が二酸化珪素 （S i 02)、 酸化ホウ素 （B 203) およびフッ素化合物とからなる材料を用いることを特徴と する請求項 7カゝら 9までのいずれかに記載の光導波路の製造方法。
1 1 . 前記コア部およびクラッドのガラス材料が、 二酸化珪素 （S i 02)、 酸化 ホウ素 （B 203) およびフッ素化合物とからなるフッ素クラウンガラスであり、 前記コァ部の屈折率が前記クラッドの屈折率より大きな材料の組み合わせとした ことを特徴とする請求項 7から 9までのいずれかに記載の光導波路の製造方法。
1 2. 前記下部クラッド層とコア層のそれぞれの接合面は、 接合する基板面内全 面で算術平均表面粗さ （R a) が 0 . 1 ηπ！〜 1 nmで、 かつ平坦度が 0 . 1 m〜 1 Ai mまで研磨した後に直接接合することを特徴とする請求項 5または 6に 記載の光導波路の製造方法。
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