JPH02222907A - 導波形光デバイスの製造方法 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は導波形光デバイスの製造方法に関し、更に詳し
くは、光集積回路に組込まれ、チャネル先導波路や各種
の受動素子を備えている導波形光デバイスを、簡単かつ
短い工程数で製造する方法に関する。

（従来の技術） 光集積回路に組込まれる導波形光デバイスには、。

Ｓｔ基板のような半導体基板の上に所定パターンのチャ
ネル先導波路と各種の導波形骨動素子が形成されている
。

例えば、従来のチャネル光導波路は、所定基板の全面に
クラッド層、コア層をこの順序で積層形成したのち、こ
のコア層にフォトリソグラフィー技術を適用して製造さ
れているのが通例である。

これをリッジ形のチャネル光導波路に関して説明すると
、まず、基板の表面に所望屈折率のクラッド層を形成し
、ついでこの上にクラッド層の屈折率より高い屈折率を
有する素材のコア層を形成する。

次に、このコア層の全面にレジスト材を塗布したのち、
ここに、所望のチャネル光導波路パターンがくり抜かれ
ているマスクをａｔし、露光・現像処理を施す。

ついで、マスクを取り除いたのち、現像されていないレ
ジスト材の部分をエツチングする。その後、除去された
レジスト材の部分の下から露出したコア層の部分をエツ
チング除去し、最後に、現像されたレジスト材の部分（
チャネル先導波路パターンと同じパターン）を除去する
。かくしてクランド層の上には所望パターンのチャネル
先導波路が形成される。

また、導波形骨動素子の作成例をグレーディングについ
て説明する。

まず、グレーディングには、第２４図（ａ）２　第２４
図（ｂ）、第２４図（Ｃ）にその断面を示したような屈
折率変調形と、第２５図（ａ）、第２５図（ｂ）、第２
５図（Ｃ１に例示したようなレリーフ形とがある。

屈折率変調形のグレーディングの場合は、基板１１の上
に形成される先導波路１２の中に、他の部分とは屈折率
の異なる部分１２ａが周期的に形成されている。そして
、レリーフ形のグレーディングの場合は、基板１１の上
に先導波路１２が形成され、更にこの光導波路１２の上
に光導波路１２よりも大きい屈折率の素材で凸状のレリ
ーフ１３が閘期的に形成されている（第２５図（ａ）、
第２５図〜）の場合）。また、第２５図（Ｃ）のように
、先導波路１２の上に、直接、凸状レリーフ１３が周期
的に形成されているタイプのものもある。

従来、これらグレーディングのうちの屈折率変調形を作
成する場合には、基板１１上に形成した光導波路１２に
レーザビームの２光束干渉直接露光や電子ビーム直接露
光の方法により、これらビームに感度を有する光導波路
１２の媒質内に屈折率変調を周期的に記録させている。

しかし、光導波Ｂ１２の媒質が上記ビームに感度を有し
ない素材の場合には上記方法は適用できないので、その
ときは、前述したフォトリソグラフィー技術によりグレ
ーディングを周期的にバターニングして形成し、その後
、そこへイオン交換や熱拡散を適用して、その部分の屈
折率変調を実現している。

また、レリーフ形のグレーティングの場合は、フォトリ
ソグラフィー技術によりグレーディングの周期的なパタ
ーニング形成とレリーフ素材の薄膜堆積またはエツチン
グの組合わせを行なって形成されている。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、上記した従来のチャネル光導波路の製造
方法の場合、そのチャネル光導波路の完成までに要する
工程数は非常に多く、しかも複雑であるため、その生産
性は低くなるという間Ｊがある。

また、エツチングによってチャネル光導波路の形成が進
められるため、形成されるチャネル光導波路の側面部分
はエツチングにより侵蝕されて粗面状態になりやすく、
その結果、形成されたチャネル光導波路の伝送損失が増
大するという問題も発生する。

また、グレーディングを例として説明した導波形骨動素
子の場合には、これら導波形骨動素子が、光導波路のう
ち、その回路パターンの上に形成されることからして、
予め光導波路の形成、そこへの回路パターンの形成とい
う工程が必要になる。

そのため、この場合も工程数の増加を招く。とくに、フ
ォトリソグラフィー技術を適用する導波形骨動素子の形
成の場合には、前述したように、フォトリソグラフィー
技術自体が多くの工程を必要とするため、その生産性が
極めて低くなる。

本発明は、導波形光デバイスの製造時における上記した
ような問題を解決し、伝送損失が低下したチャネル光導
波路や導波形骨動素子を、少ない工程数で簡単に製造す
ることができる方法、とくに導波形骨動素子の製造にお
いては、光導波路の作成と同時に導波形骨動素子を形成
することができる方法の提供を目的とする。

（課題を解決するための手段） 上記した目的を達成するために、本発明においては、所
定口径の噴出治具と基板との間に、目的素子の形状がく
り抜かれているマスク（１）または前記形状以外の部分
が切除されているマスク（２）を介在せしめ、前記噴出
治具から、所望屈折率の素材の原料を噴出して堆積せし
めることにより前記基板上に前記目的素子の前躯体の微
粒子層を形成し、ついで、前記原料を前記素材に変化せ
しめる処理を施して前記前躯体を目的素子に変化せしめ
ることを特徴とする導波形光デバイスの製造方法が提供
される。

本発明方法において、上記した目的素子とは、チャネル
先導波路や、グレーディング、レンズ。

プリズムのような各種の導波形骨動素子をいう。

したがって、本発明でいう導波形光デバイスは、上記し
たチャネル光導波路や導波形骨動素子が一体に形成され
ている光回路部品をいう。

本発明における素材とは所望の屈折率を有する材料であ
り、具体的には、石英を主成分とするガラスであること
が好ましい、この素材は、後述する原料に所定の処理、
好ましくは高温による熱処理を施すことによって形成す
ることができる。

このような素材の原料としては、その組成が格別限定さ
れるものではないが、ガラス微粒子であることが好まし
く、とくに、Ｓ　ｉ　Ｃｌ　ａやＴｉＣ，ｅ４のような
金属塩化物をＯｌやＨ，の火炎を用いて酸化物にする火
炎加水分解反応で得られたガラス微粒子であることが好
ましい。

本発明方法において用いるマスクは、目的素子の形状が
くり抜かれているマスク（１）と目的素子の形状以外の
部分が切除されているマスク（２）との２種類である。

これらのマスクのうち、マスク（１）のみを使用するこ
とによってリッジ形のチャネル光導波路や、レリーフ形
のグレーディング等を形成することができる。

例えば、リッジ形のチャネル光導波路を形成する場合、
まず基板の表面にクラッド層素材Ａの原料Ａを噴出治具
から噴出して第１の微粒子層を形成する。ついで、この
第１の微粒子層の表面に、形成すべきチャネル光導波路
のパターンがくり抜かれているマスク（１）を載置する
。。

この場合のクランド層になる微粒子層の材料は格別限定
されるものではなく、例えば、所望の屈折率を有するガ
ラス、ガラス微粒子の集合体、各種の結晶等をあげるこ
とができる。

マスク（］）を第１の微粒子層に載置したことにより、
形成すべき光導波路のパターンに相当する部分の第１の
微粒子層の表面は露出状態にあり、他の部分はマスク（
１）で覆われた状態になる。

その後、マスク（１）のくり抜かれているパターンに沿
って噴出治具を動かしながら、クラッド層素材Ａの屈折
率よりも高い屈折率の素材Ｂになる原料Ｂを噴出せしめ
る。このとき、噴出治具としては、その口径がマスク（
１）のパターンの幅と略等しい、すなわち形成すべきチ
ャネル先導波路の路幅と略等しいマイクロトーチを用い
ることが好適である。

かくして、マスク（１）にくり抜かれているパターンの
部分には、高屈折率の素材Ｂになる原料Ｂが充填され、
第１の微粒子層の表面には原料Ｂが堆積した微粒子層の
パターンがチャネル光導波路の前躯体として形成される
。

マスク（１）を取り除いたのち、全体に所定の処理（例
えば加熱処理）を施すと、第１の微粒子層はクラッド層
素材Ａに、またその上に位置する原料Ｂの微粒子層はク
ラッド層よりも高屈折率の素材Ｂに転化して、ここにリ
ッジ形のチャネル光導波路が所定のパターンで形成され
る。例えば、原料Ｂとしてガラス微粒子を用いた場合、
全体をＨｌや０８中で所定温度に加熱することにより、
チャネル光導波路パターンの原料Ｂはガラス化し、その
過程で一部はクラッド層へ拡散して、結果的には一部が
クラッド層の表面に位置し一部がタララド層内に位置す
るチャネル光導波路が形成される。

レリーフ形のグレーディング、レリーフ形のレンズ、レ
リーフ形のプリズム等の導波形受動素子の場合も、上記
したと同様の方法で形成することができる。

つぎに、マスク（２）、　（１）を組合せて用いたとき
には、理込み形のチャネル光導波路や、屈折率変調形の
グレーディングなどを形成することができる。

例えば、この方法でチャネル光導波路を形成する場合、
まず、クラッド層素材Ａの原料へを噴出治具から基板表
面に噴出して所定厚みの第１の微粒子層を形成する。つ
いで、この第１の微粒子層の表面に、形成すべきチャネ
ル光導波路以外の部分が切除されているマスク（２）を
載置する。そして、このマスク（２）の上から、再び原
料へを噴出治具から噴出してマスク（２）の厚み分だけ
堆積せしめて第２の微粒子層を形成したのち、マスク（
２）を取り除く。

その結果、形成された微粒子層の表面には、所望のチャ
ネル光導波路のパターンと同じパターンを有する凹溝が
形成される。

その後、この微粒子の上に、所望のチャネル先導波路の
パターンがくり抜かれているマスク（１）を、そのくり
抜かれているパターンを前記凹溝と一致させて載置し、
そのパターンに沿って噴出治具を動かしながら、クラッ
ド層素材への屈折率よりも高い屈折率の素材Ｂの原料Ｂ
を噴出せしめて、その原料Ｂを微粒子層に形成されてい
る凹溝に充填する。その結果、凹溝内にはチャネル光導
波路の前躯体が形成される。そして、マスク（１）を取
り除いたのち、全体に所定の処理を施すことにより、第
１および第２の微粒子層の原料Ａをクラッド層素材Ａに
、また凹溝内の原料Ｂを素材Ａよりも高屈折率の素材Ｂ
に転化せしめる。かくして、目的とする埋込み形のチャ
ネル光導波路が形成される。

なお、屈折率変調形のグレーディングや、埋込み形のレ
ンズ、プリズム等の導波形受動素子の場合も、上記した
ように、マスク（１）、マスク（２）を使用することに
より形成することができる。

（発明の実施例） 以下に、添付図面に基づいて本発明方法を更に詳細に説
明する。

実施例１ 第１図〜第３図は、本発明方法でリッジ形のチャネル光
導波路を形成する場合の工程図である。

図において、まず、基板１の表面には、トーチ２を用い
た火炎堆積によってタラソドガラス微粒子を所定の厚み
まで堆積させてクラッド層になる微粒子Ｎ３を形成する
（第１図）。

ついで、この微粒子層３の上に、所望のチャネル光導波
路のパターン４がくり抜かれているマスク５（マスク（
１））を密着してｉ３１！したのち、このパターン４の
上からは、微粒子層３の組成とは異なり屈折率の高いコ
アガラス微粒子を同じトーチ２によって噴出せしめ、パ
ターン４の部分に充填する（第２図）。

その後、このマスク５を取り除く。第３図に示すように
、微粒子層３の上には、所望のチャネル光導波路のパタ
ーンをしたコアガラス微粒子層のパターン４ａが形成さ
れる。これを、所定の温度で熱処理することにより、微
粒子層３．前記パターン４ａはいずれも透明ガラス化し
、微粒子層はクラッド層に、前記パターン４ａは所望す
るりフジ形のチャネル光導波路になる。

実施例２ 第４図〜第９図は埋込み形のチャネル光導波路の製造を
例示する工程図である。図において、まず、基板１の全
表面には、トーチ２を用いてクラシトガラス微粒子が堆
積されて所定厚みの下クラッド微粒子層３ａが形成され
る（第４図）。

ついで、この下クラッド微粒子Ｎ３ａの上に、所望する
チャネル先導波路のパターン４以外の部分が切除されて
いるマスク５ａが（マスク（２）に相当）が密着して載
置されたのち、この上から、トーチ２を用いて引き続き
下クラッド微粒子Ｎ３ａと同じクラッドガラス微粒子を
、マスク５ａの厚みに相当する量だけ噴出して堆積せし
める（第５図）。

その後、このマスク５ａを取り除く、その結果、チャネ
ル先導波路パターンと同じパターンをした凹溝４ｂが下
クラッド微粒子層３ａ’の表面に形成される（第６図）
。

ついで、この下クラッド層微粒子３ａ’の上に、所望の
チャネル先導波路のパターン５ｂがくり抜かれているマ
スク５ｃ（マスク（１）に相当）を、凹溝４ｂとパター
ン５ｂが一致するように密着して重ね合わせ、この上か
ら、トーチ２によってコアガラス微粒子を吹きつけ、凹
溝４ｂ内にこのコアガラス微粒子を充填してコアガラス
微粒子層のパターン６をチャネル光導波路の前躯体とし
て形成する（第７図）。

その後、マスク５Ｃを取り除き、その上からは、上クラ
ッド微粒子層３ｂの原料であるクラシトガラス微粒子を
トーチ２によって吹きつける（第８図）、最後に、全体
に熱処理を施すことにより、凹溝４ｂ内のコアガラス微
粒子のパターン６を透明ガラス化し、かつ上クラッド微
粒子１５３ｂ、下クラッド微粒子Ｎ３　ａ　’　をいず
れもガラス化して上クララ、ド層と下クラッド層の間に
埋設されたチャネル光導波路が完成する。

実施例３ 第１０図〜第１５図は屈折率変調形のグレーディングを
形成する場合の工程図である。

図において、まず基板１が用意されミこの基板１の表面
にはマイクロトーチ２からクラッドガラス微粒子（原料
Ａ）を噴出して所定厚みの微粒子層３ａが形成されてい
る。そして、この微粒子層３ａの表面に、形成すべきグ
レーディング回路を含む櫛状の部分５ｅ以外の個所がく
り抜かれているマスク５ｄ（マスク（２）に相当）を密
着して載置し、その上に前記した原料Ａをマイクロトー
チ２から噴出してマスク５ｄの厚み分だけ原料Ａを堆積
せしめる（第１Ｏ図）。

マスク５ｄを取り除く、その結果、原料Ａから成る微粒
子層３０表面には、部分５ｅの個所が凹溝４ｃとして形
成される（第１１図）。

ついで、グレーディング回路５【の部分のみがくり抜か
れているマスク５ｇ（マスク（１）に相当）を、凹溝４
０とグレーディング回路５ｆが一致するように密着して
重ね合わせて載置し、その上からマイクロトーチ２によ
ってコアガラス微粒子を吹きつける（第１２図）、その
結果、凹溝４０のうち、グレーディング回路５ｒに相当
する凹溝部分のみにはコアガラス微粒子６がグレーディ
ングの前躯体として堆積する（第１３図）。

その後、部分５ｅのうちグレーディング回路以外の部分
がくり抜かれているマスク５ｆを密着して載置し、その
上からマイクロトーチ２によってクラッドガラス微粒子
を吹きつける（第１４図）。

その結果、クラシトガラス微粒子層３の中にコアガラス
微粒子Ｎ６が所定のパターンで埋設される（第１５図）
、そして、最後に、この全体を加熱処理することにより
、クラシトガラス微粒子層はクラッド層に、またコアガ
ラス微粒子層は屈折率変調形グレーディングに転化する
。

実施例４ 第１６図〜第２１図は２次元的凸レンズを形成側る場合
の工程図である。

まず、基板ｌの表面にマイクロト−千２からクラシトガ
ラス微粒子を噴出して微粒子Ｊｉ３ａを形成し、その微
粒子１３ａの上に、形成すべき凸しンズと同じ形状の部
分５ｊおよび部分５ｊの支持部分５に以外の部分が切除
されているマスク５１（マスク（２）相当）を密着して
ａ置し、その上から、マイクロトーチ２によりクラッド
ガラス微粒子を吹きつける（第１６図）、マスク５１を
取り除くと、微粒子層３の表面には、部分５ｊと部分５
ｋに相当する個所が凹部４ｄとして形成される（第１７
図）。

ついで、この上に、形成すべき凸レンズの形状のみがく
り抜かれているマスク５２（マスク（１）に相当）を密
着して載置し、その上から、マイクロトーチ２によりコ
アガラス微粒子を吹きつける（第１８図）、マスク５１
を取り除くと、凹部４ｄには、部分５ｊのみにコアガラ
ス微粒子が堆積してレンズ前躯体６が形成される（第１
９図）。

更にこの上に、部分５にのみがくり抜かれているマスク
５ｍを密着して載置し、その上からマイクロトーチ２に
よりクラッドガラス微粒子を吹きつける（第２０図）０
部分５にはクラッドガラス微粒子で埋まるので、微粒子
１３の中にレンズ前躯体６が埋設された状態になる。

最後に、全体を加熱処理する事により、微粒子層、レン
ズ前躯体はいずれもガラス化する。

実施例５ 第２２図および第２３図はレリーフ形のプリズムを形成
する場合の工程図である。

図において、基板１の表面に形成されているクラッドガ
ラス微粒子層３の上に、プリズムの形がくり抜かれてい
るマスク５ｎ（マスク（１）に相当）を密着して載置し
、この上からマイクロト−千２によりコアガラス微粒子
を吹きつける（第２２図）。

マスク５ｎを取り除けば、クランドガラス微粒子５３の
上にはコアガラス微粒子から成るプリズム前躯体６が形
成される（第２３図）。そして全体に加熱処理を施すこ
とにより、微粒子層３、前躯体６はいずれもガラス化し
て、ここにレリーフ形のプリズムを有する導波形光デバ
イスが得られる。

（発明の効果） 以上の説明で明らかなように、本発明方法によ４゜ れば、用いるマスクの種類を変え、また噴出治具から噴
出せしめる原料の組成を変化させるだけでチャネル先導
波路や各種の導波形受動素子を形成することができる。

したがって、光導波路の作成と、チャネル光導波路や導
波形受動素子を連続した工程で作成することが可能とな
り、従来の場合に比べ、その工程数は著しく減少するの
でその工業的価値は極めて大である。

また、チャネル先導波路の作成においては、エッチャン
トは使用しないので、形成されるチャネル光導波路の表
面粗面化は抑制され、その結果、伝送損失が低下したチ
ャネル先導波路を製造することができる。

【図面の簡単な説明】

第一０図乃至第３図は、本発明方法でリッジ形のチャネ
ル光導波路を形成する実施例方法を例示する工程図、第
４図乃至第９図は埋込み形のチャネル光導波路を形成す
る実施例方法を例示する工程図、第１０図乃至第１５図
は屈折率変調形のグレーディングを形成する実施例方法
を例示する工程図、第１６図乃至第２１図は２次元的凸
レンズを形成する実施例方法を例示する工程図、第２２
閏および第２３図はレリーフ形のプリズムを形成する実
施例方法を例示する工程図、第２４図は屈折率変調形の
グリ−ディングを示す概略図、第２５図はレリーフ形の
グレーディングを示す概略図である。 ｌ・・・基板、２・・・マイクロトーチ、３・・・微粒
子層、４・・・チャネル光導波路のパターン、５．５Ｃ
，５ｇ５ｉ　５ｎ・・・マスク（１）、５　ａ、　　５
　ｄ、　　５１−７７゜り（２）、６・・・目的素子の
前躯体。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）所定口径の噴出治具と基板との間に、目的素子の
   形状がくり抜かれているマスク（１）または前記形状以
   外の部分が切除されているマスク（２）を介在せしめ、
   前記噴出治具から、所望屈折率の素材の原料を噴出して
   堆積せしめることにより前記基板上に前記目的素子の前
   躯体の微粒子層を形成し、ついで、前記原料を前記素材
   に変化せしめる処理を施して前記前躯体を目的素子に変
   化せしめることを特徴とする導波形光デバイスの製造方
   法。
2. （２）前記素材が主として石英から成るガラスであり、
   前記原料が火炎加水分解反応で得られるガラス微粒子で
   あり、また前記処理が熱処理である請求項１記載の導波
   形光デバイスの製造方法。
3. （３）前記目的素子がチャネル光導波路または導波形受
   動素子である請求項１記載の導波形光デバイスの製造方
   法。
4. （４）基板表面に所望屈折率の素材Ａの原料Ａから成る
   微粒子層を形成し、該微粒子層の表面と噴出治具との間
   に、形成すべきチャネル光導波路のパターンがくり抜か
   れているマスクまたは前記パターン以外の部分が切除さ
   れているマスクを介在せしめ、前記噴出治具からは前記
   素材Ａの屈折率よりも大きい所望屈折率を有する素材Ｂ
   の原料Ｂを噴出して堆積せしめることにより前記基板表
   面に少なくとも２層の微粒子層を形成し、ついで、前記
   原料Ａおよび前記原料Ｂを前記素材Ａおよび前記素材Ｂ
   にそれぞれ変化せしめる処理を施して前記素材Ａに前記
   素材Ｂから成るチャネル光導波路を形成する請求項１記
   載の導波形光デバイスの製造方法。
5. （５）基板表面または該基板表面に所望屈折率の素材Ａ
   の原料Ａを所定口径の噴出治具から噴出することにより
   堆積せしめて形成した微粒子層の表面と前記噴出治具と
   の間に、形成すべき導波形受動素子の形状がくり抜かれ
   ているマスクまたは前記形状の部分が切除されているマ
   スクを介在せしめ、前記噴出治具からは前記素材Ａの屈
   折率より大きい所望屈折率を有する素材Ｂの原料Ｂを噴
   出して堆積せめしることにより前記基材表面または前記
   微粒子層表面に前記導波形受動素子の前躯体を形成し、
   ついで、前記原料Ａおよび原料Ｂを前記素材Ａおよび素
   材Ｂにそれぞれ変化せしめる処理を施して前記微粒子層
   および前記前躯体をそれぞれ光導波路および導波形受動
   素子に変化せしめる請求項１記載の導波形光デバイスの
   製造方法。