JPH02222909A - 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、チャネル光導波路や各種
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、Ｓｉ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光
導波路と各種の導波形受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
存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
ているマスクを載置し、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（
チャネル光導波路パターンと同じパターン）を除去する
。かくしてクラッド層の上には所望パターンのチャネル
光導波路が形成される。

また、導波形受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１９図（ａ）、第１９図
Φ）、第１９図（Ｃ）にその断面を示したような屈折率
変調形と、第２０図（ａ）、第２０図（ｂ）、第２０図
（Ｃ）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、２基板１１の
上に形成される光導波路１２の中に、他の部分とは屈折
率の異なる部分ｔ２ａ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
上に光導波路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が周期的に形成されている（第２０図（ａ）
、第２０図Ｑ））の場合）、また、第２０図（Ｃ）のよ
うに、光導波路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、光導波路１２の媒質が上記ビームに感度を存し
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ディングの場合は、フォトリ
ソグラフィー技術によるグレーディングの周期的なバタ
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問題がある。

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光動素
子の場合には、これら導波形光動素子が、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光動素子の形
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先導
路や導波形光動素子を、少ない工程数で簡単に製造する
ことができる方法、とくに導波形光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光動素子を形成す
ることができる方法の提供を目的とする。

（！Ｉ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
望屈折率を有する素材Ａの原料Ａを、所定口径の噴出治
具から基板表面に噴出して堆積せしめることにより微粒
子層を形成する工程（以下、第１工程という）；形成さ
れた微粒子層の表面または形成過程にある微粒子層の層
内所定個所に、前記噴出治具から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目的素
子の前駆体を形成する工程（以下、第２工程という）：
ならびに、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
子層および前記前駆体をそれぞれ光導波路および目的素
子に変化せしめる工程（以下、第３工程という）；を備
えてい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は、上記した第１工程と第２工程は
、同一の噴出治具を用いて行なう連続工程としである。

また、上記した目的素子とは、チャネル光導波路や、グ
レーディング、レンズ、プリズムのような各秤の導波形
光動素子をいう、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光動素子
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Ａおよび素材Ｂは所望の屈折率を有
する材料であり、具体的に、石英を主成分とするガラス
であることが好ましい、これらの素材Ａ、Ｂは、後述す
る原料Ａおよび原料Ｂにそれぞれ所定の処理、例えば、
好ましくは高温による加熱処理を施すことによって形成
することができる。

原料Ａ、Ｂは、その組成を格別限定するものではないが
、例えば、ガラスの微粒子であることが好ましい、と（
に、５ｉｅｊ！ｇやＴＩＣｊ！ｇのような金属塩化物を
０８やＨｔの火炎を用いて酸化物にする火炎加水分解反
応によって得られたガラス微粒子であることが好適であ
る。

また、原料Ａまたは原料Ｂｔ−噴出する噴出治具は、例
えば形成する目的素子がチャネル光導波路の場合はその
チャネルの°路幅と略等しい口径を有するマイクロトー
チであることが好ましく、形成する目的素子が導波形光
動素子の場合は、その素子の形状牽造形するに必要な程
度の口径を有するマイクロトーチであることが好ましい
。

本発明の第１工程においては、基板の表面に原料Ａを堆
積して微粒子層が形成される。この場合、基板を固定し
その表面に前記した噴出治具をスキャンニングさせたり
、またはその逆に、噴出治具を固定して基板を移動させ
たりするような、基板と噴出治具を相対運動させること
により微粒子層の形成が進められる。

第２工程は第１工程で形成された微粒子層に目的素子の
前駆体を形成する工程である。

この場合、素材Ａの原料Ａの微粒子層の表面に、この素
材Ａの屈折率よりも高い屈折率になる素材Ｂの原料Ｂを
噴出させながら、形成すべきのチャネル光導波路のパタ
ーンに沿って噴出治具をスヰヤンニングすることにより
、チャネル光導波路パターンの前駆体が形成される。ま
た、目的とする導波形受動素子が造形されるように、原
料Ｂを噴出させることにより、原料Ａの微粒子層には導
波形受動素子の前駆体が形成される。

第３工程においては、第１工程および第２工程を経由し
て形成された微粒子層と目的素子の前駆体に所定の処理
が施されることにより、微粒子層（原料Ａ）が素材Ａに
、前駆体（原料Ｂ）が素材Ｂに転化される。

例えば、原料Ａ、Ｂとして前記したよ・）なガラス微粒
子を用い、処理として加熱処理を適用すると、素材Ａ、
Ｂはいずれもガラスとなるが、そのときに、素材Ｂの一
部はその下に位置する素材Ａに拡散し、結果的には、素
材Ｂの一部が素材Ａの表面に位置し他の部分は素材Ｂ内
に位置するチャネル光導波や導波形受動素子が形成され
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、リッジ形のチャネル光導波路を形成
する方法を例示する工程図である１図において、基板１
の全表面には所定屈折率のクランドカラス（素材Ａ）に
なる原料Ａをマイクロトーチ３から噴出せしめて所定厚
みの微粒子Ｎ２が形成される。

この微粒子層２に対し、マイクロトーチ３を所望のチャ
ネル光導波路のパターンにしたがって動かしながら、マ
イクロトーチ３から火炎加水分解反応で得られたコアガ
ラス微粒子（素材Ａよりも高屈折率の素材Ｂになる原料
Ｂ）を噴出させ、原料Ｂのパターン４を形成する（第１
図、第２図）。

ついで、これを高温下で加熱する。この処理により、第
３図に示したように、原料への微粒子層２と原料Ｂのパ
ターン４はいずれもそれぞれガラス層２°、ガラス層の
パターン４“に変化し、がっ、ガラス層のパターン４”
の一部はガラス層（クラッドＮ）２°に拡散する。かく
して、クランド層２　の上に所望パターンのりクジ形チ
ャネル光導波路が形成される。

実施例２ 第４図〜第６図は、本発明方法で埋込み形チャネル光導
波路を形成する場合を例示する工程図である。

図においては、まず所定の基板１が用意される。

そして、マイクロトーチ３からはＳ　ｉ　Ｃ１ａの火炎
加水分解反応で得られるクランドガラス微粒子（原料Ａ
）が、基板１の表面に噴出される。このとき、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の凹
溝パターン５が形成されるようにマイクロトーチ３を走
査して原料Ａの微粒子層２が形成される（第４図）。

ついで、マイクロトーチ３からの噴出ガラス微粒子をコ
アガラス微粒子（原料Ｂ）の組成に変えて噴出させなが
ら、マイクロトーチ３を凹溝パターン５に沿って動かし
、該凹溝パターン５内にコアガラス微粒子を充填して原
料Ｂの層パターン４を形成する（第５図）。

その後、マイクロトーチ３からの噴出原料を再びクラン
ドガラス微粒子（原料Ａ）に変えて噴出させながら、マ
イクロトーチ３を全面に亘って動かして微粒子層６を形
成する（第６図）。

最後に、全体を加熱することにより、微粒子層２．６は
それぞれガラス化してクラッド層に変化し、また原料Ｂ
の層パターン４はコアパターンに変化する。かくして、
埋込み形のチャネル光導波路を有する導波形光デバイス
が得られる。

実施例３ 第７図〜第１０図は他の埋込み形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が用意され、この基板１の表面
には、前述したマイクロトーチを動かしてクラッドガラ
ス微粒子（原料Ａ）を堆積せしめて微粒子層を形成し、
引きつづき、その半分の表面に、形成すべきチャネル光
導波路の厚みに相当する量だけコアガラス微粒子（原料
Ｂ）を堆積して、段差部２ｂを有する第１の微粒子層２
ａを形成する（第゛１図）。

ついで、マイクロトーチからは第１微粒子層２ａの段差
部２ｂにコアガラス微粒子（原料Ｂ）を噴出せしめて、
原料Ｂによる所望の層パターン４を形成する（第８図）
、その後、再び、マイクロトーチからはクラッドガラス
微粒子（原料Ａ）を噴出しながら、第１微粒子Ｆ１２ａ
の残り部分の表面をスキャンニングさせて、全体をフラ
ットな平面とする（第９図）。

ついで、同じくマイクロトーチからはクラッドガラス微
粒子（原料Ａ）を噴出させながら、第９図に示した表面
の上に第２微粒子［２ｃを形成する（第１０図）、最後
に、全体に前述したような熱処理を施すことにより、原
料Ｂの層パターン４゜微粒子層２ａ、２ｃはいずれもガ
ラス化し、ここに埋込み形のチャネル光導波路が形成さ
れる。

実施例４ 第１１図および第１２図はレリーフ形のグレーディング
の製造例を示す工程図である。

第１１図において、基板１の表面には、マイクロトーチ
３により微粒子Ｎ２が形成される。このとき、実施例１
〜実施例３で示した方法により、微粒子層の層内には、
所望のパターンのチャネル光導波路（図示しない）を形
成しておく。

ついで、マイクロトーチ３からの噴出原料を変えて、レ
リーフ形のグレーディング用の原料を所定の形状となる
ようにチャネル光導波路の上に堆積せしめて、微粒子層
２の上にレリーフ前駆体７を形成する（第１１図）。

この操作を周期的に反復して、所望個数のレリーフ前駆
体の群を微粒子層２の上に形成する。

そして最後に、全体を加熱して、微粒子層２（その中に
含まれているクラッド層、コア層）とレリーフ形前駆体
７をガラス化する。

かくして、レリーフ形のグレーディングを有する導波形
光デバイスが得られる。

実施例５ 第１３図〜第１６図は、屈折率変調形のグレーディング
の製造例を示す工程図である。

まず、第１３図において、マイクロトーチ３を基板ｌの
表面にスキャンニングさせて、原料Ａによる所定厚みの
微粒子層８ａを形成する。この微粒子層８ａには、実施
例１〜実施例３の方法により所望パターンのチャネル光
導波路（図示しない）が形成されている。ついで、この
微粒子層８ａの上に、再び原料Ａを形成すべきグレーデ
ィングと同じ厚みとなるように噴出せしめてそれを途中
まで堆積せしめる（第１３図）。

つづいて、マイクロト−千３からの噴出原料をグレーデ
ィング用の原料Ｂに変換し、それを所定の形状となるよ
うに堆積せしめてグレーディングの前駆体９を形成する
（第１４図）。再び噴出原料を微粒子ＮＢａ用の原料Ａ
に変換してスキャニングを続ける（第１５図）。

このような操作を反復して、微粒子層８の中に、周期的
に並列する所望個数のグレーディングの前駆体９が形成
される（第１６図）。

最後に、全体を加熱することにより、微粒子層８、グレ
ーディング前駆体９を一括してガラス化する。か（して
、屈折率変調形のグレーディングを有する導波形光デバ
イスが得られる。

実施例６ 第１７図および第１８図は、導波形光動素子として２次
元的凸レンズを製造する場合の工程図である。

この場合も、実施例５と同様にして基板１の上に微粒子
層８ａを形成し、その上に、マイクロトーチ３のスキャ
ンニング態様を変化させて、レンズ形状の高屈折領域１
０を形成する。そして、全体を加熱してガラス化し、ガ
ラス層（クラッド層）８の中に凸レンズが埋込まれた導
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、本発明方法によれば、噴
出治具から噴出せしめる原料の組成を変化させ、また噴
出治具の走査態様を変化させるだけでチャネル光導波路
や各種の導波形光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
光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。

４゜ また、チャネル光導波路の作成においては、エンチャン
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
ャネル光導波路を製造することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第３図は、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−・・第６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７図〜第１０図は埋込み形のチャネ
ル光導波路を形成する他の実施例方法を例示する工程図
、第１１図と第１２図はレリーフ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１３図〜第１
６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１７図と第１８図は２次元的
凸レンズを形成する実施方法を例示する工程図、第１９
図は屈折率変調形のグレーディングを示す概略図、第２
０図はレリーフ形のグレーディングを示す概略図である
。 １・・・基板、２，６．８・・・微粒子層、３・・・マ
イクロトーチ、４・・・チャネル光導波路の前駆体、５
・・・凹溝パターン、７・・・レリーフ形グレーディン
グの前駆体、９・・・屈折率変調形グレーディングの前
駆体、１０・・・導波形凸レンズの前駆体。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）所望屈折率を有する素材Ａの原料Ａを、所定口径
   の噴出治具から基板表面に噴出して堆積せしめることに
   より微粒子層を形成する工程；形成された微粒子層の表
   面または形成過程にある微粒子層の層内所定個所に、前
   記噴出治具から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目的素子の前駆体を形成
   する工程；ならびに、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駆体をそれぞれ光導波路お
   よび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Ａおよび素材Ｂが主として石英から成る
   ガラスであり、前記原料Ａおよび原料Ｂ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、またはその上に所望屈折率を有する素
   材Ａの原料Ａを形成すべきチャネル光導波路の路幅程度
   の口径を有する噴出治具から噴出して堆積せしめること
   により形成された微粒子層の表面に、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、
   前記噴出治具から噴出して堆積せしめることにより少な
   くとも２層の原料層を形成し、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に変化せしめる処置
   を施して前記素材Ａの上に前記素材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、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、または形成過程にあ
   る前記微粒子層の層内所定個所に、所望屈折率を有する
   素材Ｂの原料Ｂを前記噴出治具から噴出せしめて導波形
   受動素子の前駆体を形成し、ついで、前記原料Ａおよび
   原料Ｂを前記素材Ｂおよび素材Ｂに変化せしめる処理を
   施して前記微粒子層および前記前駆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。