JPH06281828A - 光導波路 - Google Patents

光導波路

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JPH06281828A JP5067260A JP6726093A JPH06281828A JP H06281828 A JPH06281828 A JP H06281828A JP 5067260 A JP5067260 A JP 5067260A JP 6726093 A JP6726093 A JP 6726093A JP H06281828 A JPH06281828 A JP H06281828A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 伝搬損失の小さい光導波路を大口径Ｓｉ基板
上に形成でき、またあらかじめ半導体レーザ用の電極や
電気配線などの各種金属パターンをＳｉ基板に形成して
おくことができるような低温で形成可能な光導波路を提
供する。 【構成】 石英系材料を用いて基板表面に形成されたク
ラッド７ａ−コア８−クラッド７ｂよりなる光導波路で
あり、コア８を覆うクラッドのうち、少なくともコア８
の側面および上層のクラッド７ｂに少なくともゲルマニ
ウム（Ｇｅ）、燐（Ｐ）、ボロン（Ｂ）の３種類のドー
パントがドーピングされた石英材料を用いている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、石英系材料よりなる光
導波路に関する。
【０００２】
【従来の技術】光通信システムの大容量化が進むと同時
に、多機能の高度なシステムが求められている一方、光
ファイバネットワークの低コスト化の要求が強い。光導
波路は光デバイスの小型化、高集積化、低コスト化に必
要不可欠なものであり、カップラー、スイッチ、フィル
タ、変調器などの光導波路のみで構成されるデバイスに
加えて、光導波路が形成された基板の上に半導体レー
ザ、半導体光検出器などのデバイスをハイブリッドに実
装して構成される機能デバイスなど、さまざまな検討が
なされている。ハイブリッドに実装した光デバイスの具
体的な構造が、ヘンリーらの文献 アイトリプルイ ラ
イトウエイブテクノロジィ １５３０〜１５３９頁（１
９８９年）等において検討されている。図３に、この具
体的構造の光結合回路の平面図を示す。図３の光結合回
路では、基板１上に光パワー合分岐または光波長合分波
機能光回路９を含む光導波路２が形成され、この光導波
路２と光ファイバ３、半導体光源４および信号検出用の
半導体光検出器５ａがそれぞれ同一の基板１上で直接光
学結合されている。図３では、半導体光源４の光出力モ
ニター用の半導体光検出器５ｂも同一の基板１上に集積
され、光導波路２と光学的に接続されているが、この半
導体光源４の光出力モニター用の半導体光検出器５ｂは
無くても、双方向光通信用送受信器の機能としては何等
問題ない。また、半導体光検出器５ａ，５ｂの受信回路
用電子デバイス６ａ，６ｂが同一の基板１上に集積され
ているが、この電子デバイスは同一の基板１上に無くて
も双方向光通信用送受信器の機能としては何等問題な
い。図３に示した光導波路２を用いて光送受信器を構成
すれば、小型化はもちろんのこと、光導波路自体はリソ
グラフィプロセスを用いて一括に多量生産されるために
低コスト化が可能となる。このハイブリッド実装した光
デバイスに用いられる光導波路を形成する材料として
は、石英系、強誘電体系、有機系、半導体系などが主に
扱われている。この中で光ファイバと同一系の石英系材
料を用いた光導波路は導波光の伝搬損失が最も小さいた
め、この光導波路を用いることにより低損失デバイスが
容易に実現される。また、大口径Ｓｉ基板を用いること
ができるため、量産が可能で低コスト化が実現できる特
徴を持っている。Ｓｉ基板上の石英系材料による光導波
路（以後、石英系光導波路と呼ぶ）は、通常クラッド−
コア−クラッドの３層からなる。低損失光導波路を得る
には、クラッド厚として１０μｍ前後が必要であり、ま
た、コア厚としては光ファイバとの高効率結合を考慮す
ると光通信用波長帯では５μｍ前後が必要である。従っ
て、低損失な光導波路を実現するためには、３層の合計
で少なくとも２５μｍ前後の膜厚が必要となる。
【０００３】図４は現在、主に検討されている石英系材
料の堆積方法である火焔堆積法やシランガスを用いたＣ
ＶＤ法により、Ｓｉ基板１上に形成された光導波路の断
面図を示す。火焔堆積法によりクラッド７にはノンドー
プの石英を用い、コア８にゲルマニウム（Ｇｅ）単独、
または酸化チタン（ＴｉＯ2 ）単独、または燐（Ｐ）と
ボロン（Ｂ）の両方がドープされた石英材料が用いられ
ている。しかし、火焔堆積法では石英の粉を基板の上に
堆積した後に、１５００℃前後の熱処理により石英を透
明化し、光導波路を形成する。従って、熱歪が大きいた
め、石英膜にクラックが発生しやすく、６インチなどの
大口径Ｓｉ基板に適用することは困難である。また、半
導体レーザなどのデバイスをＳｉ基板１の上に実装する
デバイスにおいて、あらかじめ半導体レーザ用の電極や
電気配線などをＳｉ基板１に形成しておくことはできな
い。一方、ＣＶＤ法により、クラッド７にＰ単独、また
はＧｅが単独にドーピングされた材料がよく用いられて
いるが、これらの材料系において材料のリフローにより
コア８とクラッド７の密着を改善し、かつ膜質を緻密に
することにより低損失な光導波路を得るために、１００
０度前後の熱処理が必要である。すなわち、リフロー温
度が１０００度前後ということである。従って、火焔堆
積法と同様に熱歪が大きいため、石英膜にクラックが発
生しやすく６インチなどの大口径Ｓｉ基板１に適用する
ことは困難である。
【０００４】また、半導体レーザなどのデバイスをＳｉ
基板１の上に実装するデバイスにおいて、あらかじめ半
導体レーザ用の電極や電気配線などをＳｉ基板１に形成
しておくことはできない。また、ＣＶＤ法などによりＰ
とＢの両方がドーピングされた石英材料のリフロー温度
は８５０から９００度程度であることが知られている
が、このリフロー温度が低いほど、熱歪が小さいため伝
搬損失の低い導波路製作において大口径Ｓｉ基板１を使
用できるとともに、半導体レーザなどのデバイスをＳｉ
基板１の上に実装するデバイスにおいて、あらかじめ半
導体レーザ用の電極や電気配線などの各種金属パターン
をＳｉ基板１に形成しておくことができるようになり、
ハイブリッド実装した光デバイスの量産化、低コスト化
が容易に実現できることになる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】前述したように、従来
の石英系光導波路では、伝搬損失の低い光導波路を大口
径Ｓｉ基板上に形成することは困難であった。また、高
温処理を要するため、あらかじめ半導体レーザ用の電極
や電気配線などをＳｉ基板に形成しておくことはできな
いという欠点がある。
【０００６】本発明の目的は、伝搬損失の小さい光導波
路を大口径Ｓｉ基板上に形成でき、またあらかじめ半導
体レーザ用の電極や電気配線などの各種金属パターンを
Ｓｉ基板に形成しておくことができるような低温で形成
可能な光導波路を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、基板の表面に
形成された石英系材料よりなる光導波路において、コア
を覆うクラッドのうち、少なくとも前記基板に対してコ
アの側面および上層のクラッドに少なくともゲルマニウ
ム（Ｇｅ）、燐（Ｐ）、ボロン（Ｂ）の３種類のドーパ
ントがドーピングされた石英材料を用いたことを特徴と
する。
【０００８】
【作用】本発明による光導波路は、コアを覆うクラッド
のうち、少なくともコアの上層のクラッドに少なくとも
ゲルマニウム（Ｇｅ）、燐（Ｐ）、ボロン（Ｂ）の３種
類のドーパントがドーピングされた石英材料を用いるた
め、７００度から８００度程度の低温でのリフローが可
能であり、膜歪が小さく伝搬損失の低い光導波路を大口
径Ｓｉ基板上に形成でき、またあらかじめ半導体レーザ
用の電極や電気配線などの各種金属パターンをＳｉ基板
に形成しておくことができる。
【０００９】
【実施例】次に本発明の実施例について図面を参照して
説明する。
【００１０】図１は本発明の一実施例に係わる光導波路
の構造を示す断面図である。図１では、コア８がゲルマ
ニウム（Ｇｅ）がドーピングされた石英材料ＳｉＯ2 か
らなり（以後、ＧｅＳＧと呼ぶ）、下層のクラッド７ａ
はノンドープのＳｉＯ2 からなっている（以後、ＮＳＧ
と呼ぶ）。上層クラッド７ｂに本発明によるゲルマニウ
ム（Ｇｅ）、燐（Ｐ）、ボロン（Ｂ）のドーパントがド
ーピングされたＳｉＯ2 からなっており（以後、ＧｅＢ
ＰＳＧと呼ぶ）、上層クラッド７ｂの材料であるＧｅＢ
ＰＳＧを堆積後７５０℃でアニールすることにより、Ｇ
ｅＢＰＳＧがリフローすることを実現している。これに
より、従来８５０℃程度以上のリフロー温度を必要とし
ていたＰ，ＢがドーピングされたＳｉＯ2 （以後、ＢＰ
ＳＧと呼ぶ）や、１０００℃前後を必要としていたＰが
ドーピングされたＳｉＯ2 （以後、ＰＳＧと呼ぶ）など
と比較して少なくとも１００℃以上の低温化を得た。こ
れにより低温処理が可能となり、熱歪が小さくできるた
め伝搬損失の低い導波路製作において大口径Ｓｉ基板１
を使用できるとともに、半導体レーザなどのデバイスを
Ｓｉ基板１の上に実装するデバイスにおいて、あらかじ
め半導体レーザ用の電極や電気配線などの各種金属パタ
ーンをＳｉ基板１に形成しておくことができるようにな
り、ハイブリッド実装した光デバイスの量産化、低コス
ト化が容易に実現する。なお、下層のクラッド７ａはコ
ア８より屈折率が小さいＳｉＯ2 系材料ならなんでもよ
く、またコア８は下層クラッド７ａおよび上層クラッド
７ｂより屈折率が高いＳｉＯ2 系材料ならなんでもよ
く、ドーパントの材料やドーパント量を選択することに
よりＰＳＧ、ＢＰＳＧ、ＧｅＢＰＳＧ、ＧｅＳＧや、Ｇ
ｅとＰがドーピングされたＳｉＯ2 （以後、ＧｅＰＳＧ
と呼ぶ）などなんでもよいことは明らかである。
【００１１】図２は、本発明の他の実施例に係わる光導
波路の構造を示す断面図である。本実施例ではコア８は
ＧｅＰＳＧからなり、下層のクラッド７ａおよび上層ク
ラッド７ｂとも本発明によるＧｅＢＰＳＧからなってい
る。本実施例の効果は図１の実施例と基本的に同一であ
るが、本実施例では下層クラッド７ａも７５０℃でリフ
ローしているため、下層クラッド７ａの表面は完全に平
坦化されており、また上層クラッド７ｂの堆積後にもリ
フローしているため、コア８と周囲のクラッド境界面の
空隙はほとんど消滅し、さらに低損失な光導波路が得ら
れる。なお、コア８は下層クラッド７ａおよび上層クラ
ッド７ｂより屈折率が高いＳｉＯ2 系材料ならなんでも
よく、ドーパントの材料やドーパント量を選択すること
によりＰＳＧ、ＢＰＳＧ、ＧｅＢＰＳＧ、ＧｅＳＧ、Ｇ
ｅＰＳＧなどなんでもよいことは明らかである。
【００１２】
【発明の効果】本発明の光導波路は低温で形成できるた
め、伝搬損失の小さい光導波路を大口径Ｓｉ基板上に形
成でき、またあらかじめ半導体レーザ用の電極や電気配
線などの各種金属パターンをＳｉ基板に形成しておくこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例である光導波路の構造を示す
断面図である。
【図２】本発明の他の実施例である光導波路の構造を示
す断面図である。
【図３】従来の光導波路が形成された基板の上に半導体
レーザ、半導体光検出器などのデバイスをハイブリッド
に実装して構成される機能デバイスの構造を示す平面図
である。
【図４】従来の光導波路の構造を示す断面図である。
【符号の説明】
１ 基板 ２ 光導波路 ３ 光ファイバ ４ 半導体光源 ５，５ａ，５ｂ 半導体光検出器 ６ａ，６ｂ 電子デバイス ７，７ａ，７ｂ クラッド ８ コア ９ 光パワー合分岐または光波長合分波機能光回路

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】基板の表面に形成された石英系材料よりな
    る光導波路において、 コアを覆うクラッドのうち、少なくとも前記基板に対し
    てコアの側面および上層のクラッドに少なくともゲルマ
    ニウム（Ｇｅ）、燐（Ｐ）、ボロン（Ｂ）の３種類のド
    ーパントがドーピングされた石英材料を用いたことを特
    徴とする光導波路。
  2. 【請求項２】上層クラッド−コア−下層クラッドの３層
    よりなる石英系光導波路において、 上層クラッドが、ゲルマニウム（Ｇｅ）、燐（Ｐ）、ボ
    ロン（Ｂ）の３種類のドーパントがドーピングされた石
    英材料よりなることを特徴とする光導波路。
  3. 【請求項３】上層クラッド−コア−下層クラッドの３層
    よりなる石英系光導波路において、 上層クラッドおよび下層クラッドが、ゲルマニウム（Ｇ
    ｅ）、燐（Ｐ）、ボロン（Ｂ）の３種類のドーパントが
    ドーピングされた石英材料よりなることを特徴とする光
    導波路。
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