JPH0443306A

JPH0443306A - 光導波路の製造方法

Info

Publication number: JPH0443306A
Application number: JP2149976A
Authority: JP
Inventors: Hirotaka Hakogi; 箱木　浩尚
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1990-06-11
Filing date: 1990-06-11
Publication date: 1992-02-13

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】概要光導波路の製造方法に関し、光ファイバとの結合損失が小さい上記方法の提供を主目
的とし、例えば、基板の表面近傍にドープ元素を集束イオンビー
ム法により注入して導波路種を形成するステップと、上
記基板を加熱して、注入されたドープ元素を熱拡散させ
て上記導波路種よりも大径の導波路を形成すると共に、
上記基板における注入より結晶性の失われた部分を再結
晶化させるステップとを含んで構成する。

産業上の利用分野本発明は光導波路の製造方法に関する。

近年、光伝送装電等の製電の構成要素とし−Ｃ１小型化
に適した光導波路型部品が広く採用されるに至っている
。光導波路型部品は、導波路基板上に光導波路を形成し
、この光導波路内に光ビームを閉じ込めた状態で光路が
設定されており、構造上小型化が容易でブレーナ技術等
を用いて量産することができるという利点を有している
。この種の光導波路型部品をンステムに組み入れるに際
しては、光伝送路としての光ファイバと光導波路型部品
とを光学的及び機械的に接続する必要があり、接続部の
損失が小さい光導波路の製造方法が要望されている。

従来の技術ＬｉＮｂＯ３やＬｉＴａＯ２のような強誘電体結晶ある
いは半導体もしくはガラスを基板材料として光導波路を
作成する方法として熱拡散法を挙げることができる。第
６図により熱拡散法のプロセスを説明する。まず、同図
（ａ）に示すように平坦な面を有する基板６１の表面に
、同図ら）に示すように拡散源となる物質６２を蒸着す
る。次いて、同図（Ｃ）に示すように、フォトリソグラ
フィー法により上記物質を導波路パターン化（６２’）
する。

そして、これを高温炉内に一定時間放置して、間開（ｄ
に示すように、パターン化された上記物質６２′を熱拡
散させて導波路６３を形成する。導波路６３の屈折率は
基板６１の屈折率よりもわずかに高いので、導波路６３
内に光を閉じ込めた状態で光を伝搬させることができる
。尚、拡散源はこの他にも、よく知られたリフト・オフ
法によっても作製することができる。

発明が解決しようとする課題熱拡散法によって作成された光導波路の基板深さ方向及
び横方向の屈折率分布は、はぼガウス分布に沿う。しか
し、深さ方向の屈折率分布が非対称となること及び基板
材料によっては結晶の異方性により深さ方向と横方向の
拡散のし易さが異なることから等屈折率線が同心円状と
はならず、従って、熱拡散法によって作成された光導波
路の出射ビームパターンは楕円状になる。光導波路の出
射ビームパターンが楕円状になると、光ファイバとの光
結合を行う上で損失が大きくなるという問題がある。

本発明はこのような問題点に鑑みて創作されたもので、
光ファイバとの結合損失が小さい光導波路の製造方法を
提供することを主目的としている。

課題を解決するた約の手段及び作用導波路横断面における等屈折率線を同心円上にすること
ができる光導波路の製造方法として、イオン注入法があ
る（例えば特開昭６３−２７７６００号）。特に、集束
イオンビームを用いた集束イオンビーム法による場合、
結晶基板に高屈折率材料元素を注入するに際して屈折率
分布等を容易に制御することができる（例えば特開昭６
４−８１９１８号）。しかし、イオンビーム照射により
基板内部へ高屈折率材料元素を注入すると、基板におけ
るイオンビームの通過域の結晶性が大きく損なわれるた
め、アニールによる再結晶化の工程が必要である。イオ
ン注入法あるいは集束イオンビーム法においては、基板
内に直接光導波路を形成しているので、上述のアニール
による再結晶化を行うと、光導波路の所要の屈折率分布
が損なわれることになる。

そこで、本発明束１の方法においては、集束イオンビー
ム法により導波蒔種を形成してこの導波蒔種を熱拡散さ
せることによって導波路を形成する。

′！Ｊ１図は本発明束１の方法のフロー図である。

ステップ１１では、基板の表面近傍にドープ元素を集束
イオンビーム法により注入して導波蒔種を形成する。次
いで、ステップ１２では、上記基板を加熱して、注入さ
れたドープ元素を熱拡散させて上記導波蒔種よりも大径
の導波路を形成すると共に、上記基板における注入によ
り結晶性を失われた部分を再結晶化させる。

この第１の方法によると、集束イオンビーム・法により
形成された高密度な導波蒔種を熱拡散させて導波路を形
成するようにしているので、導波路の横断面における等
屈折率線はほぼ同心円状となり、従って、第１の方法に
より製造された光導波路と光ファイバとの結合損失は小
さい。又、第１の方法による場合、ドープ元素を基板の
表面近傍の浅い位置に注入するようにしているので一基
板の結晶性の崩れは小さい。

第１の方法を実施する場合、ドープ元素を基板の表面近
傍の浅い位置に注入するようにしているので、これを熱
拡散させて導波路を形成した場合に、製造条件によって
は導波路が基板表面に露出することがある。そこで、こ
のような場合には、ステップ１２に次いでステップ１３
で導波路が形成された基板の表面に該基板と同質の材料
からなる薄膜を形成し、この薄膜がクラッドとして機能
するようにし、基板表面での損失増加を避けるようにす
るとよい。

ところで、ＬｉＮｂＯ３やＬｉＴａ０．のような強誘電
体結晶からなる基板に対して集束イオンビーム法を行う
場合、イオンビームによる照射によって基板表面に電荷
が蓄積されチャージアップ現象が生じ、所要の位置への
イオン注入が困難になることが想定される。本発明束２
の方法は、強誘電体結晶からなる基板に対してもチャー
ジアンプ現象を生じさせることなく、所要位置へのイオ
ン注入を可能にするものである。

′！Ｊ２図は本発明束２の方法のフロー図である。

まず、ステップ２１では、強誘電体結晶からなる基板上
に導電性膜を形成する。次いでステップ２２では、上記
導電性膜を介して上記基板の表面近傍にドープ元素を集
束イオンビーム法により注入して導波蒔種を形成する。

そして、ステップ２３では、上記基板を加熱して、注入
されたドープ元素を熱拡散させて上記導波蒔種よりも大
径の導波路を形成すると共に、上記基板−における注入
により結晶性を失われた部分を再結晶化させる。

この第２の方法によると、導電性膜を介してドープ元素
を基板内に注入するようにしているので、イオンビーム
の照射に際してチャージアップ現象が生じることがなく
、安定な注入を行うことができるようになる。又、ステ
ップ２１で形成された導電性膜を除去することなく、ス
テップ２３でドープ元素の熱拡散を行っているので、ド
ープ元素が基板表面から例えば酸化物−（Ｌ１２０等）
として外部拡散することが防止される。

熱拡散により形成された導波路が基板表面にまで達する
恐れがある場合には、ステップ２３に次いでステップ２
４で導波路が形成された基板から上記導電性膜を除去し
、次いでステップ２５で上記基板の表面に該基板と同質
の材料からなる薄膜を形成するとよい。

第２の方法は第１の方法を強誘電体結晶からなる基板に
適用したものであるが、この思想に基づくと、強誘電体
結晶からなる基板へのイオン注入法の適用が可能になる
（第３の方法）。

第３図は本発明第３の方法のフロー図である。

まずステップ３１では、強誘電体結晶からなる基板上に
導電性膜を形成する。そして、ステップ３２では、上記
導電性膜を介して上記基板の内部にドープ元素をイオン
注入法により注入して導波路を形成する。

この第３の方法によると、導電性膜を介して基板内部に
ドープ元素を注入するようにしているので、強誘電体結
晶からなる基板を用いているにも係わらず、チャージア
ップ現象を生じさせることなしに、イオン注入を行うこ
とができる。

基板におけるビーム通過域の結晶性が劣化した場合には
、ステップ３２に次いでステップ３３で、導波路が形成
された基板を加熱して、該基板における注入により結晶
性を失われた部分を再結晶化させるとよい。

又、形成された導波路が基板表面の極近傍に位冒してい
る場合には、基板表面からの導波光の漏れ出しの恐れが
あるので、このような場合には、ステップ３３に次いで
ステップ３４で再結晶化された上記基板から上記導電性
膜を除去し、次いでステップ３５で該基板の表面に該基
板と同質の材料からなる薄膜を形成し、この薄膜にクラ
ッドとして機能させるようにするとよい。

実　　施　　例以下本発明の詳細な説明する。

第４図は本発明第１の方法の実施例を示す光導波路の製
造工程図である。この実施例では、同図（ａ）に示すよ
うに、少なくともその上端面４１ａが平坦なＬ　ＩＮ　
ｂ　Ｏｓ単結晶からなる基板４１を使用する。セしてド
ープ元素としてはＴｉを使用する。基板へのイオン注入
に際しては、まず、Ｔｉを加熱溶融あるいは電子ビーム
照射等により蒸気化し、図示しないイオン源に導入する
。そして、マイクロ波放電等によりイオン源で電離プラ
ズマ化したＴｉイオンを通常の引き出し電極により所要
の方向に引き出し、電磁レンズで集束させる。

集束イオンビームのビーム径は集束位置にて容易に０．
１μｍ程度にまで絞ることができる。このビームを所定
の電流量、加速電圧に調整して基板表面から１０〜数十
μｍの深さの領域に注入しながら導波路パターンを描画
し、同図（ｂ）に示すように基板４１の表面近傍に導波
路種４２を形成する。

しかる後、導波路種４２が形成された基板４１を例えば
約１０００℃の雰囲気中に所定時間保持し、ドープ元素
の熱拡散及び基板の再結晶化を行う。

ドープ元素の熱拡散により、同図（Ｃ）に示すように、
導波路種４２よりも大径の導波路４３が形成される。次
いで、同図（出に示すように基板４１の表面にＬｉＮｂ
○３単結晶からなる薄膜４４を例えばエピタキシャル結
晶成長法により形成する。このように基板４１と同質の
材料からなる薄膜４４を基板４１の表面に形成すること
によって、相対的に高い屈折率の導波路４３が相対的に
低い屈折率の基板４１及び薄膜４４により取り囲まれる
ようになるので、この光導波路の損失特性が向上する。

この実施例によると、熱拡散に際してほぼ円形断面の導
波路４３が形成されるので、完成した光導波路の出射ビ
ームパターンはほぼ円錐状になり、光ファイバとの光結
合に際しての損失を小さく抑えることができる。

この実施例では、集束イオンビーム法により基板４１に
直接導波路種４２を形成しているが、イオン注入に際し
てのチャージアップ現象によって描画精度が劣化する場
合には、本発明第２の方法を適用して導電性膜を介して
イオン注入を行うようにするとよい。

第５図は本発明第３の方法の実施例を示す光導波路の製
造工程図である。この実施例においても、同図（ａ）に
示すように、平坦な表面を有するＺカットＬｉＮｂ○３
単結晶からなる基板５１を使用する。まず、同図（ｂ）
に示すように、例えばスパッタリングによりＳｌからな
る導電性膜５２を形成する。１００〜数百人の厚みのＡ
ｕからなる導電性膜を蒸着により形成してもよい。次い
で、例えば集束イオンビーム装置を用いてイオン注入法
によりＴｉを、導電性膜５２を介して基板５１内に注入
する。このとき、基板５１における注入イオンが通過し
た部分５１ａの結晶性が劣化するので、例えば１０００
℃以下の温度に基板を加熱して同図（６）に示すように
基板の再結晶化を図る。しかる後、同図（ｅ）に示すよ
うに導電性膜５２を例えばエツチングにより除去した後
、同図（ｆ）に示すように、基板５１と同質の材料から
なる薄膜５４を基板５１の表面に形成する。

この実施例では導電性膜５２を除去してそこに薄膜５４
を形成しているが、Ｓｉからなる導電性膜を熱酸化して
５１０２からなる薄膜をクラッド層として形成するよう
にしてもよい。

これまでの実施例では、基板の材料としてＬｉＮ　ｂ　
Ｏ３単結晶を用いているが、ＬｉＴａＯ５単結晶や半導
体単結晶を用いることもできる。又、ドープ元素として
Ｔｉを用いているが、その他の遷移金属元素を用いても
よい。遷移金属元素は誘電体結晶の屈折率を上げる上で
有用である。又、導電性膜としてＳｉ膜を形成している
が、その他の半導体膜、金属膜や導電性有機高分子族を
形成するようにしてもよい。

発明の効果本発明の効果は実施例の説明等から明らかであるが、そ
の主要な部分を確認的に明らかにすれば次のようになる
。即ち、本発明によれば、光ファイバとの結合損失が小
さい光導波路の製造方法の提供が可能になる。又、本発
明によれば、強誘電体結晶からなる基板に対してドープ
元素を注入するに際して、チャージアップ現象を防止し
得るようになる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明第１の方法のフロー図、第２図は本発明
第２の方法のフロー図、第３図は本発明第３の方法のフ
ロー図、第４図は本発明第１の方法の実施例を示す光導
波路の製造工程図、第５ｖＩＡは本発明第３の方法の実施例を示す光導波路
の製造工程図、第６図は従来技術の説明図である。１．５１・・・基板、２・・・導波路種、３・・・導波路、４．５４・・・薄膜、２・・・導電性膜、３・・・導波路。

Claims

【特許請求の範囲】１、基板の表面近傍にドープ元素を集束イオンビーム法
により注入して導波路種を形成するステップ（１１）と
、上記基板を加熱して、注入されたドープ元素を熱拡散さ
せて上記導波路種よりも大径の導波路を形成すると共に
、上記基板における注入より結晶性の失われた部分を再
結晶化させるステップ（１２）とを含んでなる光導波路
の製造方法。２、上記導波路が形成された基板の表面に該基板と同質
の材料からなる薄膜を形成するステップ（１３）を含ん
でなる請求項１に記載の光導波路の製造方法。３、強誘電体結晶からなる基板上に導電性膜を形成する
ステップ（２１）と、該導電性膜を介して上記基板の表面近傍にドープ元素を
集束イオンビーム法により注入して導波路種を形成する
ステップ（２２）と、上記基板を加熱して、注入されたドープ元素を熱拡散さ
せて上記導波路種よりも大径の導波路を形成すると共に
、上記基板における注入により結晶性の失われた部分を
再結晶化させるステップ（２３）とを含んでなる光導波
路の製造方法。４、上記導波路が形成された基板から上記導電性膜を除
去し、該基板の表面に該基板と同質の材料からなる薄膜
を形成するステップ（２４、２５）を含んでなる請求項
３に記載の光導波路の製造方法。５、強誘電体結晶からなる基板上に導電性膜を形成する
ステップ（３１）と、該導電性膜を介して上記基板の内部にドープ元素をイオ
ン注入法により注入して導波路を形成するステップ（３
２）とを含んでなる光導波路の製造方法。６、上記導波路が形成された基板を加熱して、該基板に
おける注入により結晶性の失われた部分を再結晶化させ
るステップ（３３）を含んでなる請求項５に記載の光導
波路の製造方法。７、再結晶化された上記基板から上記導電性膜を除去し
、該基板の表面に該基板と同質の材料からなる薄膜を形
成するステップ（３４、３５）を含んでなる請求項６に
記載の光導波路の製造方法。８、上記強誘電体結晶はＬｉＮｂＯ＿３結晶、ＬｉＴａ
Ｏ＿３結晶のいずれかである請求項３乃至７のいずれか
に記載の光導波路の製造方法。９、上記ドープ元素はＴｉその他の遷移金属元素である
請求項８に記載の光導波路の製造方法。１０、上記導電性膜は半導体膜、金属膜、導電性有機高
分子膜のいずれかである請求項９に記載の光導波路の製
造方法。