JPH08136754A - 光導波路の作製方法 - Google Patents
光導波路の作製方法Info
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- JPH08136754A JPH08136754A JP26986294A JP26986294A JPH08136754A JP H08136754 A JPH08136754 A JP H08136754A JP 26986294 A JP26986294 A JP 26986294A JP 26986294 A JP26986294 A JP 26986294A JP H08136754 A JPH08136754 A JP H08136754A
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Landscapes
- Optical Integrated Circuits (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 変形が少なく偏波特性に優れた光導波路を作
製する。 【構成】 クラッド層に添加されるドーパントは、ガラ
スの熱膨張係数を変化させる作用を有している。本発明
の方法では、上部クラッド層に添加するドーパントの濃
度を制御して、上部クラッド層の熱膨張係数を基板のそ
れと十分に近い値にすることにより、上部クラッド層を
１．５×１０7 Ｎ・ｍ-2以下の応力を有するガラス層と
して形成する。これにより、上部クラッド層の内部応力
が十分に低くなる。
製する。 【構成】 クラッド層に添加されるドーパントは、ガラ
スの熱膨張係数を変化させる作用を有している。本発明
の方法では、上部クラッド層に添加するドーパントの濃
度を制御して、上部クラッド層の熱膨張係数を基板のそ
れと十分に近い値にすることにより、上部クラッド層を
１．５×１０7 Ｎ・ｍ-2以下の応力を有するガラス層と
して形成する。これにより、上部クラッド層の内部応力
が十分に低くなる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、火炎堆積法を用いた光
導波路の作製方法に関するものである。
導波路の作製方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】火炎堆積法を用いた従来の光導波路の作
製方法は、特開昭５８−１０５１１１に記載されてい
る。この方法では、まず、火炎バーナから供給されるＳ
ｉＣｌ4、ＢＢｒ3 およびＰＯＣｌ3 によってシリコン
基板上に下部クラッド層となるべき多孔質のガラス微粒
子層（ＳｉＯ2 ＋Ｂ2 Ｏ3 ＋Ｐ2 Ｏ5 ）を堆積する。次
に、バーナから供給されるＳｉＣｌ4 、ＧｅＣｌ4 、Ｂ
Ｃｌ3 およびＰＯＣｌ3 によって、下部クラッド層上に
コアとなる多孔質のガラス微粒子層（ＳｉＯ2 ＋ＧｅＯ
2 ＋Ｂ2 Ｏ3 ＋Ｐ2 Ｏ5 ）を堆積する。続いて、これら
二つのガラス微粒子層を焼結してから徐冷して透明ガラ
ス化する。次に、このようにして形成したコアに適当な
パターニング加工を施して、所望の光導波路パターンを
形成する。この後、コアの上に上部クラッド層となるガ
ラス微粒子層を下部クラッド層と同様にして堆積し、そ
の後、ガラス微粒子層を焼結して上部クラッド層を形成
する。このようにして、基板上にコアとクラッド層とか
らなるガラス導波層が形成され、光導波路が完成する。
製方法は、特開昭５８−１０５１１１に記載されてい
る。この方法では、まず、火炎バーナから供給されるＳ
ｉＣｌ4、ＢＢｒ3 およびＰＯＣｌ3 によってシリコン
基板上に下部クラッド層となるべき多孔質のガラス微粒
子層（ＳｉＯ2 ＋Ｂ2 Ｏ3 ＋Ｐ2 Ｏ5 ）を堆積する。次
に、バーナから供給されるＳｉＣｌ4 、ＧｅＣｌ4 、Ｂ
Ｃｌ3 およびＰＯＣｌ3 によって、下部クラッド層上に
コアとなる多孔質のガラス微粒子層（ＳｉＯ2 ＋ＧｅＯ
2 ＋Ｂ2 Ｏ3 ＋Ｐ2 Ｏ5 ）を堆積する。続いて、これら
二つのガラス微粒子層を焼結してから徐冷して透明ガラ
ス化する。次に、このようにして形成したコアに適当な
パターニング加工を施して、所望の光導波路パターンを
形成する。この後、コアの上に上部クラッド層となるガ
ラス微粒子層を下部クラッド層と同様にして堆積し、そ
の後、ガラス微粒子層を焼結して上部クラッド層を形成
する。このようにして、基板上にコアとクラッド層とか
らなるガラス導波層が形成され、光導波路が完成する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】従来の作製方法では、
上記の石英系ガラスとシリコンのようにガラス導波層と
基板とで熱膨脹係数が異なる場合、ガラス微粒子層の透
明ガラス化の際にガラス層の内部（主として上部クラッ
ド層）に不均一な応力が発生する。これにより、ガラス
層の内部で屈折率が不均一となる結果、ＴＥモードおよ
びＴＭモードの伝送特性に影響を与えて偏波特性が劣化
するという問題が生じている。また、応力の発生によっ
て光導波路に変形が生じるため、この光導波路に光コネ
クタ等を用いて光ファイバを接続する場合、光導波路の
コアと光ファイバのコアとの間に位置ずれが生じやす
く、接続損失が大きくなりやすい。
上記の石英系ガラスとシリコンのようにガラス導波層と
基板とで熱膨脹係数が異なる場合、ガラス微粒子層の透
明ガラス化の際にガラス層の内部（主として上部クラッ
ド層）に不均一な応力が発生する。これにより、ガラス
層の内部で屈折率が不均一となる結果、ＴＥモードおよ
びＴＭモードの伝送特性に影響を与えて偏波特性が劣化
するという問題が生じている。また、応力の発生によっ
て光導波路に変形が生じるため、この光導波路に光コネ
クタ等を用いて光ファイバを接続する場合、光導波路の
コアと光ファイバのコアとの間に位置ずれが生じやす
く、接続損失が大きくなりやすい。
【０００４】本発明は、上記の問題点を解決するために
なされたもので、ガラス導波層の内部に生ずる応力を低
減して、変形が少なく偏波特性に優れた光導波路を作製
することを目的とする。
なされたもので、ガラス導波層の内部に生ずる応力を低
減して、変形が少なく偏波特性に優れた光導波路を作製
することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記の問題点を解決する
ために、本発明の光導波路の作製方法は、基板上に形成
された下部クラッド層と、この下部クラッド層の上に形
成されたコアとを有する光導波路基体を用意する第１の
工程と、この光導波路基体の上に火炎中で生成したガラ
ス微粒子をドーパントを添加しながら吹き付けて上部ク
ラッド層となるガラス微粒子層を形成する第２の工程
と、ガラス微粒子層に熱処理を施すことにより、このガ
ラス微粒子層を透明ガラス化して上部クラッド層を形成
する第３の工程とを備え、上部クラッド層の内部応力が
１．５×１０7 Ｎ・ｍ-2以下となるような濃度のドーパ
ントを第２の工程において添加することを特徴としてい
る。
ために、本発明の光導波路の作製方法は、基板上に形成
された下部クラッド層と、この下部クラッド層の上に形
成されたコアとを有する光導波路基体を用意する第１の
工程と、この光導波路基体の上に火炎中で生成したガラ
ス微粒子をドーパントを添加しながら吹き付けて上部ク
ラッド層となるガラス微粒子層を形成する第２の工程
と、ガラス微粒子層に熱処理を施すことにより、このガ
ラス微粒子層を透明ガラス化して上部クラッド層を形成
する第３の工程とを備え、上部クラッド層の内部応力が
１．５×１０7 Ｎ・ｍ-2以下となるような濃度のドーパ
ントを第２の工程において添加することを特徴としてい
る。
【０００６】第１の工程は、火炎中で生成したガラス微
粒子を基板に吹き付けて下部クラッド層となるガラス微
粒子層を形成し、次いで、このガラス微粒子層の上に火
炎中で生成したガラス微粒子を吹き付けてコアとなるガ
ラス微粒子層を形成し、この後、これらのガラス微粒子
層に熱処理を施することによりこれらのガラス微粒子層
を透明ガラス化して、下部クラッド層およびコアを形成
し、続いて、このコアにパターニング加工を施し、所定
の光導波路パターンを形成することにより光導波路基体
を作製する工程であっても良い。また、第１の工程は、
下部クラッド層となるガラス微粒子層に熱処理を施して
透明ガラス化してから、コアとなるガラス微粒子層を形
成し、これに熱処理を施して透明ガラス化することによ
り、光導波路基体を作製する工程であっても良い。
粒子を基板に吹き付けて下部クラッド層となるガラス微
粒子層を形成し、次いで、このガラス微粒子層の上に火
炎中で生成したガラス微粒子を吹き付けてコアとなるガ
ラス微粒子層を形成し、この後、これらのガラス微粒子
層に熱処理を施することによりこれらのガラス微粒子層
を透明ガラス化して、下部クラッド層およびコアを形成
し、続いて、このコアにパターニング加工を施し、所定
の光導波路パターンを形成することにより光導波路基体
を作製する工程であっても良い。また、第１の工程は、
下部クラッド層となるガラス微粒子層に熱処理を施して
透明ガラス化してから、コアとなるガラス微粒子層を形
成し、これに熱処理を施して透明ガラス化することによ
り、光導波路基体を作製する工程であっても良い。
【０００７】さらに、基板をシリコンウェーハとし、ガ
ラス微粒子として石英系のガラス微粒子を吹き付け、ド
ーパントとしてＢ2 Ｏ3 、Ｐ2 Ｏ5 、ＴｉＯ2 、ＧｅＯ
2 およびＦのうち少なくとも一つ以上を添加しても良
い。例えば、ドーパントとして７．５〜１４．５ｗｔ％
のＢ2 Ｏ3 および２．０〜１１．０ｗｔ％のＰ2 Ｏ5 を
添加すると良い。
ラス微粒子として石英系のガラス微粒子を吹き付け、ド
ーパントとしてＢ2 Ｏ3 、Ｐ2 Ｏ5 、ＴｉＯ2 、ＧｅＯ
2 およびＦのうち少なくとも一つ以上を添加しても良
い。例えば、ドーパントとして７．５〜１４．５ｗｔ％
のＢ2 Ｏ3 および２．０〜１１．０ｗｔ％のＰ2 Ｏ5 を
添加すると良い。
【０００８】
【作用】光導波路の作製方法においてクラッド層に添加
されるドーパントは、ガラスの熱膨張係数を変化させる
作用を有している。本発明の光導波路の作製方法はこれ
を利用して、上部クラッド層に添加するドーパントの濃
度を基板材料と基板上に形成するガラスの種類に応じて
制御することにより、上部クラッド層が基板と十分に近
い熱膨張係数を有するようにする。これによって、上部
クラッド層の内部応力は１．５×１０7 Ｎ・ｍ-2以下と
十分に低くなる。したがって、本発明の方法により作製
される光導波路は変形が少なく、良好な偏波特性を示
す。
されるドーパントは、ガラスの熱膨張係数を変化させる
作用を有している。本発明の光導波路の作製方法はこれ
を利用して、上部クラッド層に添加するドーパントの濃
度を基板材料と基板上に形成するガラスの種類に応じて
制御することにより、上部クラッド層が基板と十分に近
い熱膨張係数を有するようにする。これによって、上部
クラッド層の内部応力は１．５×１０7 Ｎ・ｍ-2以下と
十分に低くなる。したがって、本発明の方法により作製
される光導波路は変形が少なく、良好な偏波特性を示
す。
【０００９】基板をシリコンウェーハとし、ガラス微粒
子層として石英系のガラス微粒子層を形成した場合に
は、ドーパントとして７．５〜１４．５ｗｔ％のＢ2 Ｏ
3 および２．０〜１１．０ｗｔ％のＰ2 Ｏ5 を添加する
と、上部クラッド層の内部応力は１．５×１０7 Ｎ・ｍ
-2以下となる。これにより、変形が少なく、良好な偏波
特性を示す光導波路が作製される。
子層として石英系のガラス微粒子層を形成した場合に
は、ドーパントとして７．５〜１４．５ｗｔ％のＢ2 Ｏ
3 および２．０〜１１．０ｗｔ％のＰ2 Ｏ5 を添加する
と、上部クラッド層の内部応力は１．５×１０7 Ｎ・ｍ
-2以下となる。これにより、変形が少なく、良好な偏波
特性を示す光導波路が作製される。
【００１０】
【実施例】以下、添付図面を参照しながら本発明の実施
例を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の
要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
例を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の
要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１１】図１〜図７は、本実施例の光導波路の作製
方法を示す工程図である。本実施例では、直径３イン
チ、厚さ０．５ｍｍのシリコンウェーハを基板として用
意し、このウェーハ上に火炎堆積法を用いて石英系ガラ
スからなるコアおよびクラッド層を形成する。
方法を示す工程図である。本実施例では、直径３イン
チ、厚さ０．５ｍｍのシリコンウェーハを基板として用
意し、このウェーハ上に火炎堆積法を用いて石英系ガラ
スからなるコアおよびクラッド層を形成する。
【００１２】まず、図１のように、シリコンウェーハ１
上に下部クラッド層となる第１のガラス微粒子層１０を
形成する。これは、酸水素炎バーナ５０を用い、酸水素
炎中にガラス微粒子１０の原料となるＳｉＣｌ4 等の原
料ガスを燃料（Ｏ2 、Ｈ2 ）とともに送り込みながら、
火炎中で生成される石英系ガラスの微粒子をシリコンウ
エーハ１に直接吹き付けることにより行う（図１）。こ
のとき、バーナ５０は、シリコンウエーハ１上を反復移
動させる。次に、同様の方法により、第１のガラス微粒
子層１０上にコアとなる第２のガラス微粒子層２０を形
成する（図２）。
上に下部クラッド層となる第１のガラス微粒子層１０を
形成する。これは、酸水素炎バーナ５０を用い、酸水素
炎中にガラス微粒子１０の原料となるＳｉＣｌ4 等の原
料ガスを燃料（Ｏ2 、Ｈ2 ）とともに送り込みながら、
火炎中で生成される石英系ガラスの微粒子をシリコンウ
エーハ１に直接吹き付けることにより行う（図１）。こ
のとき、バーナ５０は、シリコンウエーハ１上を反復移
動させる。次に、同様の方法により、第１のガラス微粒
子層１０上にコアとなる第２のガラス微粒子層２０を形
成する（図２）。
【００１３】第１のガラス微粒子層１０を形成するとき
には、ドーパント原料たるＢＣｌ3およびＰＯＣｌ3 の
ガスをガラス原料のＳｉＣｌ4 とともに酸水素炎中に送
り込む。第２のガラス微粒子層２０を形成するときは、
ＢＣｌ3 およびＰＯＣｌ3 に加えて、コアの屈折率を高
めるドーパントの原料ガスとしてＧｅＣｌ4 を送り込
む。
には、ドーパント原料たるＢＣｌ3およびＰＯＣｌ3 の
ガスをガラス原料のＳｉＣｌ4 とともに酸水素炎中に送
り込む。第２のガラス微粒子層２０を形成するときは、
ＢＣｌ3 およびＰＯＣｌ3 に加えて、コアの屈折率を高
めるドーパントの原料ガスとしてＧｅＣｌ4 を送り込
む。
【００１４】次に、ガラス微粒子層１０および２０が形
成されたシリコンウエーハ１を焼結炉中で加熱した後、
徐冷して、ガラス微粒子層１０および２０を透明ガラス
化する。これにより、シリコンウエーハ１上に下部クラ
ッド層１１（ＳｉＯ2 ＋Ｂ2Ｏ3 ＋Ｐ2 Ｏ5 ）およびコ
ア層２１（ＳｉＯ2 ＋ＧｅＯ2 ＋Ｂ2 Ｏ3 ＋Ｐ2 Ｏ5）
が形成される（図３）。
成されたシリコンウエーハ１を焼結炉中で加熱した後、
徐冷して、ガラス微粒子層１０および２０を透明ガラス
化する。これにより、シリコンウエーハ１上に下部クラ
ッド層１１（ＳｉＯ2 ＋Ｂ2Ｏ3 ＋Ｐ2 Ｏ5 ）およびコ
ア層２１（ＳｉＯ2 ＋ＧｅＯ2 ＋Ｂ2 Ｏ3 ＋Ｐ2 Ｏ5）
が形成される（図３）。
【００１５】次いで、コア層２１にパターニング加工を
施すべく、コア層２１の上面にフォトリソグラフィ技術
を用いて所定の光導波路パターンを有するフォトレジス
ト６０を形成する（図４）。この後、コア層２１に対し
て反応性イオンエッチングを施し、順次に設けられたＹ
分岐部によって１本から８本の導波路に分岐する１×８
分岐のコア２２を形成する（図５）。
施すべく、コア層２１の上面にフォトリソグラフィ技術
を用いて所定の光導波路パターンを有するフォトレジス
ト６０を形成する（図４）。この後、コア層２１に対し
て反応性イオンエッチングを施し、順次に設けられたＹ
分岐部によって１本から８本の導波路に分岐する１×８
分岐のコア２２を形成する（図５）。
【００１６】次に、上記のようにして作製された光導波
路基体の上に上部クラッド層となる第３のガラス微粒子
層３０を形成する。これは、第１のガラス微粒子層１０
と同様に、酸水素炎中にドーパント原料たるＢＣｌ3 お
よびＰＯＣｌ3 のガスをＳｉＣｌ4 とともに送り込みな
がら、火炎中で生成されるガラス微粒子をコア２２およ
び下部クラッド層１１の上面に吹き付けることにより行
う（図６）。
路基体の上に上部クラッド層となる第３のガラス微粒子
層３０を形成する。これは、第１のガラス微粒子層１０
と同様に、酸水素炎中にドーパント原料たるＢＣｌ3 お
よびＰＯＣｌ3 のガスをＳｉＣｌ4 とともに送り込みな
がら、火炎中で生成されるガラス微粒子をコア２２およ
び下部クラッド層１１の上面に吹き付けることにより行
う（図６）。
【００１７】この後、このガラス微粒子層３０を焼結炉
中で加熱してから徐冷して透明ガラス化を行い、ドーパ
ントの添加された上部クラッド層３１（ＳｉＯ2 ＋Ｂ2
Ｏ3＋Ｐ2 Ｏ5 ）を形成する。この上部クラッド層３１
は、下部クラッド層１１と組み合わさって一つのクラッ
ドを構成しており、このクラッドはコア２２を包囲して
いる（図７）。
中で加熱してから徐冷して透明ガラス化を行い、ドーパ
ントの添加された上部クラッド層３１（ＳｉＯ2 ＋Ｂ2
Ｏ3＋Ｐ2 Ｏ5 ）を形成する。この上部クラッド層３１
は、下部クラッド層１１と組み合わさって一つのクラッ
ドを構成しており、このクラッドはコア２２を包囲して
いる（図７）。
【００１８】上記の方法において、各ガラス微粒子層の
形成は、図８に示されるような反応容器４０内で行う。
この反応容器４０の内部には、回転自在のターンテーブ
ル４１（直径６００ｍｍ）が設けられており、このター
ンテーブル４１上にバーナ５０からのガラス微粒子を堆
積すべき複数のシリコンウェーハ１を載置する。ターン
テーブル４１の下にはヒーター４２が設けられており、
ターンテーブル４１上に載置されたシリコンウェーハ１
を一様に加熱する。シリコンウェーハ１上に堆積されな
かったガラス微粒子や排気ガスは排気管４３に吸引さ
れ、図示しない排気処理装置に排出される。
形成は、図８に示されるような反応容器４０内で行う。
この反応容器４０の内部には、回転自在のターンテーブ
ル４１（直径６００ｍｍ）が設けられており、このター
ンテーブル４１上にバーナ５０からのガラス微粒子を堆
積すべき複数のシリコンウェーハ１を載置する。ターン
テーブル４１の下にはヒーター４２が設けられており、
ターンテーブル４１上に載置されたシリコンウェーハ１
を一様に加熱する。シリコンウェーハ１上に堆積されな
かったガラス微粒子や排気ガスは排気管４３に吸引さ
れ、図示しない排気処理装置に排出される。
【００１９】原料ガスと燃料を供給しながらバーナ５０
をターンテーブル４１の半径方向に沿って反復移動させ
てガラス微粒子を吹き付けることより、シリコンウェー
ハ１上にガラス微粒子層を一様に形成することができ
る。本実施例では、この方法により、第１〜第３のガラ
ス微粒子層を生成する。
をターンテーブル４１の半径方向に沿って反復移動させ
てガラス微粒子を吹き付けることより、シリコンウェー
ハ１上にガラス微粒子層を一様に形成することができ
る。本実施例では、この方法により、第１〜第３のガラ
ス微粒子層を生成する。
【００２０】下部クラッド層１１の層厚は４０μｍ、上
部クラッド層３１の層厚は４０μｍとし、コア２２は８
×８μｍの断面を有するように形成する。これにより、
シリコンウェーハ１上に約８０μｍの層厚を有するガラ
ス導波層が形成される。また、光導波路の比屈折率差
が、０．３％になるようにコアやクラッド層のドーパン
ト濃度を設定する。
部クラッド層３１の層厚は４０μｍとし、コア２２は８
×８μｍの断面を有するように形成する。これにより、
シリコンウェーハ１上に約８０μｍの層厚を有するガラ
ス導波層が形成される。また、光導波路の比屈折率差
が、０．３％になるようにコアやクラッド層のドーパン
ト濃度を設定する。
【００２１】本実施例の方法では、上部クラッド層３１
に添加するドーパントの濃度を適切な数値に制御するこ
とにより、上部クラッド層３１の熱膨脹係数をシリコン
ウェーハ１のそれに近付けている。以下、従来の方法と
比較しつつ、このことを説明する。
に添加するドーパントの濃度を適切な数値に制御するこ
とにより、上部クラッド層３１の熱膨脹係数をシリコン
ウェーハ１のそれに近付けている。以下、従来の方法と
比較しつつ、このことを説明する。
【００２２】従来の光導波路の作製方法では、ガラス微
粒子層を焼結炉中で加熱した後、徐冷する際に、基板材
料であるシリコンの方が導波層を構成する石英系ガラス
よりも熱膨張係数が大きいことから、シリコンウェーハ
１が強く収縮する。これにより、ガラス導波層の内部に
は、導波層の積層面に沿って応力が発生する。下部クラ
ッド層とコアを形成してから上部クラッド層を形成する
方法では、この応力は主として上部クラッド層３１に発
生し、その大きさは導波層の表面に近いほど大きい。
粒子層を焼結炉中で加熱した後、徐冷する際に、基板材
料であるシリコンの方が導波層を構成する石英系ガラス
よりも熱膨張係数が大きいことから、シリコンウェーハ
１が強く収縮する。これにより、ガラス導波層の内部に
は、導波層の積層面に沿って応力が発生する。下部クラ
ッド層とコアを形成してから上部クラッド層を形成する
方法では、この応力は主として上部クラッド層３１に発
生し、その大きさは導波層の表面に近いほど大きい。
【００２３】一般に、ガラス内部に応力が発生すると、
光弾性効果により応力発生部の屈折率が増加する。ガラ
ス導波層内部の応力の大きさは導波層の表面に近いほど
大きいので、上部クラッド層３１の屈折率増加量も導波
層の表面に近いほど大きくなる。これにより、コア２２
と上部クラッド層３１との屈折率差が低くなるので、光
の閉じ込め作用が弱まり、放射損失が増加する。
光弾性効果により応力発生部の屈折率が増加する。ガラ
ス導波層内部の応力の大きさは導波層の表面に近いほど
大きいので、上部クラッド層３１の屈折率増加量も導波
層の表面に近いほど大きくなる。これにより、コア２２
と上部クラッド層３１との屈折率差が低くなるので、光
の閉じ込め作用が弱まり、放射損失が増加する。
【００２４】上記のように上部クラッド層３１では層厚
方向に沿って屈折率増加量が変化しているので、導波モ
ードであるＴＥモードとＴＭモードとでは屈折率変化の
影響が異なり、その結果、ＴＥモードとＴＭモードとで
放射損失の増加量が異なることになる。このため、両モ
ード間の伝送損失の差、すなわち、偏波特性が大きくな
る。偏波方向によって伝送特性が異なると通信上好まし
くないので、偏波方向に応じた伝送特性の差が増大した
ことは、偏波特性が劣化したと言い換えることもでき
る。
方向に沿って屈折率増加量が変化しているので、導波モ
ードであるＴＥモードとＴＭモードとでは屈折率変化の
影響が異なり、その結果、ＴＥモードとＴＭモードとで
放射損失の増加量が異なることになる。このため、両モ
ード間の伝送損失の差、すなわち、偏波特性が大きくな
る。偏波方向によって伝送特性が異なると通信上好まし
くないので、偏波方向に応じた伝送特性の差が増大した
ことは、偏波特性が劣化したと言い換えることもでき
る。
【００２５】これに対し、本実施例の作製方法では、上
部クラッド層３１に添加するＢ2 Ｏ3 およびＰ2 Ｏ5 の
濃度を制御して上部クラッド層３１とシリコンウェーハ
１の熱膨脹係数の差を低減することにより、上部クラッ
ド層３１の徐冷の際に発生する応力を低減している。す
なわち、石英系ガラスに添加されるドーパントは石英系
ガラスの熱膨脹係数を変化させる作用を有しており、適
当な濃度のドーパントをクラッド層に添加すれば、熱膨
脹係数の差を低減することが可能である。
部クラッド層３１に添加するＢ2 Ｏ3 およびＰ2 Ｏ5 の
濃度を制御して上部クラッド層３１とシリコンウェーハ
１の熱膨脹係数の差を低減することにより、上部クラッ
ド層３１の徐冷の際に発生する応力を低減している。す
なわち、石英系ガラスに添加されるドーパントは石英系
ガラスの熱膨脹係数を変化させる作用を有しており、適
当な濃度のドーパントをクラッド層に添加すれば、熱膨
脹係数の差を低減することが可能である。
【００２６】図９は、各種のドーパントの添加濃度と石
英系ガラスの熱膨脹係数との関係を示すグラフである。
また、図１０は、各種のドーパントの添加濃度と石英系
ガラスの屈折率との関係を示すグラフである。各種のド
ーパントが石英系ガラスの熱膨脹係数と屈折率に与える
影響を考慮して、ドーパント濃度を適切に制御すること
により、所定の比屈折率差（本実施例では、０．３％）
を実現しつつ、基板とガラス層との熱膨脹係数の差を低
減することができる。
英系ガラスの熱膨脹係数との関係を示すグラフである。
また、図１０は、各種のドーパントの添加濃度と石英系
ガラスの屈折率との関係を示すグラフである。各種のド
ーパントが石英系ガラスの熱膨脹係数と屈折率に与える
影響を考慮して、ドーパント濃度を適切に制御すること
により、所定の比屈折率差（本実施例では、０．３％）
を実現しつつ、基板とガラス層との熱膨脹係数の差を低
減することができる。
【００２７】本発明者らの知見によれば、上部クラッド
層３１の内部に発生する応力が１．５×１０7 Ｎ・ｍ-2
以下であれば、得られる光導波路の偏波特性の劣化は十
分に抑えられる。
層３１の内部に発生する応力が１．５×１０7 Ｎ・ｍ-2
以下であれば、得られる光導波路の偏波特性の劣化は十
分に抑えられる。
【００２８】図１１は、上部クラッド層３１の内部応力
が１．５×１０7 Ｎ・ｍ-2以下となるＢ2 Ｏ3 およびＰ
2 Ｏ5 の添加濃度範囲を示す図である。この図におい
て、実線で囲まれた領域１００が内部応力が１．５×１
０7 Ｎ・ｍ-2以下となる領域であり、領域１００内の点
線１１０はＢ2 Ｏ3 およびＰ2 Ｏ5 が添加された石英系
ガラスとシリコンの熱膨脹係数が等しいことを示してい
る。
が１．５×１０7 Ｎ・ｍ-2以下となるＢ2 Ｏ3 およびＰ
2 Ｏ5 の添加濃度範囲を示す図である。この図におい
て、実線で囲まれた領域１００が内部応力が１．５×１
０7 Ｎ・ｍ-2以下となる領域であり、領域１００内の点
線１１０はＢ2 Ｏ3 およびＰ2 Ｏ5 が添加された石英系
ガラスとシリコンの熱膨脹係数が等しいことを示してい
る。
【００２９】この図に示されるように、上部クラッド層
３１の内部応力を１．５×１０7 Ｎ・ｍ-2以下にするた
めには、上部クラッド層３１に添加するＢ2 Ｏ3 の濃度
を約７．５〜約１４．５ｗｔ％、Ｐ2 Ｏ5 の濃度を約
２．０〜約１１．０ｗｔ％とすると良い。なお、このよ
うな数値は、基板の厚さにはほとんど依存しない。
３１の内部応力を１．５×１０7 Ｎ・ｍ-2以下にするた
めには、上部クラッド層３１に添加するＢ2 Ｏ3 の濃度
を約７．５〜約１４．５ｗｔ％、Ｐ2 Ｏ5 の濃度を約
２．０〜約１１．０ｗｔ％とすると良い。なお、このよ
うな数値は、基板の厚さにはほとんど依存しない。
【００３０】以上の事実に鑑みて、本実施例では、上部
クラッド層３１に９．４ｗｔ％のＢ2 Ｏ3 および４．１
ｗｔ％のＰ2 Ｏ5 を添加している。また、コア２２に
は、３．６ｗｔ％のＢ2 Ｏ3 、１．２ｗｔ％のＰ
2 Ｏ5 、そして比屈折率差を０．３％とするために５．
４ｗｔ％のＧｅＯ2 を添加している。下部クラッド層１
１には７．６ｗｔ％のＢ2 Ｏ3 および３．２ｗｔ％のＰ
2 Ｏ5 を添加している。
クラッド層３１に９．４ｗｔ％のＢ2 Ｏ3 および４．１
ｗｔ％のＰ2 Ｏ5 を添加している。また、コア２２に
は、３．６ｗｔ％のＢ2 Ｏ3 、１．２ｗｔ％のＰ
2 Ｏ5 、そして比屈折率差を０．３％とするために５．
４ｗｔ％のＧｅＯ2 を添加している。下部クラッド層１
１には７．６ｗｔ％のＢ2 Ｏ3 および３．２ｗｔ％のＰ
2 Ｏ5 を添加している。
【００３１】本発明者らは、本実施例の方法により作製
された光導波路の上部クラッド層３１に発生した応力の
大きさを測定した。これは、シリコンと石英系ガラスと
の熱膨張係数の差により生じるシリコンウェーハ１０の
反り量を測定し、次の式を用いることにより算出するこ
とができる。 σ＝（Δδ／ｒ2 ）×（ＥS ／３（１−ν））×（ｄS
2 ／ｄF ） ここで、σ：上部クラッド層の内部応力 Δδ：上部クラッド層形成後の基板反り量−上部クラッ
ド層形成前の基板反り量 ＥS ：シリコンウェーハのヤング率 ν：ポアソン比 ｄS ：ガラス導波層の層厚 ｄF ：シリコンウェーハの厚さ ｒ：シリコンウェーハの半径 本実施例では、シリコンウェーハの反り量Δδは９３μ
ｍであり、これを用いると上部クラッド層３１の内部応
力σは１．１×１０7 Ｎ・ｍ-2と求まる。
された光導波路の上部クラッド層３１に発生した応力の
大きさを測定した。これは、シリコンと石英系ガラスと
の熱膨張係数の差により生じるシリコンウェーハ１０の
反り量を測定し、次の式を用いることにより算出するこ
とができる。 σ＝（Δδ／ｒ2 ）×（ＥS ／３（１−ν））×（ｄS
2 ／ｄF ） ここで、σ：上部クラッド層の内部応力 Δδ：上部クラッド層形成後の基板反り量−上部クラッ
ド層形成前の基板反り量 ＥS ：シリコンウェーハのヤング率 ν：ポアソン比 ｄS ：ガラス導波層の層厚 ｄF ：シリコンウェーハの厚さ ｒ：シリコンウェーハの半径 本実施例では、シリコンウェーハの反り量Δδは９３μ
ｍであり、これを用いると上部クラッド層３１の内部応
力σは１．１×１０7 Ｎ・ｍ-2と求まる。
【００３２】本実施例により作製された光導波路の上部
クラッド層３１における屈折率変動幅を測定したところ
０．０５％と十分に小さいものであった。また、１×８
分岐導波路の各光路ごとに偏波特性、すなわちＴＥモー
ドとＴＭモードとの間の伝送損失の差を調べたところ、
最大で０．５ｄＢ、最小で０．１ｄＢと良好な結果を得
た。このように、本実施例によれば、偏波特性が十分に
低い光導波路を作製することができる。
クラッド層３１における屈折率変動幅を測定したところ
０．０５％と十分に小さいものであった。また、１×８
分岐導波路の各光路ごとに偏波特性、すなわちＴＥモー
ドとＴＭモードとの間の伝送損失の差を調べたところ、
最大で０．５ｄＢ、最小で０．１ｄＢと良好な結果を得
た。このように、本実施例によれば、偏波特性が十分に
低い光導波路を作製することができる。
【００３３】また、本実施例の作製方法には、上部クラ
ッド層３１に生じていた応力が十分に低くなる結果、作
製される光導波路の変形が少なくなるため、この光導波
路と光コネクタとを接続する際に位置ずれが生じにくく
なり、接続損失が低減されるという利点もある。
ッド層３１に生じていた応力が十分に低くなる結果、作
製される光導波路の変形が少なくなるため、この光導波
路と光コネクタとを接続する際に位置ずれが生じにくく
なり、接続損失が低減されるという利点もある。
【００３４】なお、本実施例の方法では、従来の方法に
比べて上部クラッド層３１に添加するドーパント（Ｂ2
Ｏ3 、Ｐ2 Ｏ5 ）の濃度が高いために、シリコンウェー
ハ上に形成されたガラス微粒子層が剥離しやすくなる。
しかし、この点は、図８の装置を用いてバーナ５０によ
りガラス微粒子を吹き付ける際に、ターンテーブル４１
の回転速度を通常の回転速度（約１０ｒｐｍ）よりも大
きくすることで改善することができる。
比べて上部クラッド層３１に添加するドーパント（Ｂ2
Ｏ3 、Ｐ2 Ｏ5 ）の濃度が高いために、シリコンウェー
ハ上に形成されたガラス微粒子層が剥離しやすくなる。
しかし、この点は、図８の装置を用いてバーナ５０によ
りガラス微粒子を吹き付ける際に、ターンテーブル４１
の回転速度を通常の回転速度（約１０ｒｐｍ）よりも大
きくすることで改善することができる。
【００３５】本発明は上記実施例に限定されるものでは
なく、様々な変形が可能である。例えば、基板材料や導
波層を構成するガラスの種類が本実施例と異なる場合で
も、ガラスに添加するドーパントの濃度を基板材料やガ
ラスの種類に応じて適切に制御して熱膨張係数の差を低
減することで、変形が少なく、良好な偏波特性を示す光
導波路を作製することができる。
なく、様々な変形が可能である。例えば、基板材料や導
波層を構成するガラスの種類が本実施例と異なる場合で
も、ガラスに添加するドーパントの濃度を基板材料やガ
ラスの種類に応じて適切に制御して熱膨張係数の差を低
減することで、変形が少なく、良好な偏波特性を示す光
導波路を作製することができる。
【００３６】
【発明の効果】以上、詳細に説明した通り、本発明の光
導波路の作製方法では、上部クラッド層に添加するドー
パントの濃度を制御して、上部クラッド層が基板と十分
に近い熱膨張係数を有するようにする。従って、本発明
によれば、上部クラッド層の内部応力が十分に低くなる
結果、変形が少なく、良好な偏波特性を示す光導波路を
作製することができる。
導波路の作製方法では、上部クラッド層に添加するドー
パントの濃度を制御して、上部クラッド層が基板と十分
に近い熱膨張係数を有するようにする。従って、本発明
によれば、上部クラッド層の内部応力が十分に低くなる
結果、変形が少なく、良好な偏波特性を示す光導波路を
作製することができる。
【００３７】基板をシリコンウェーハとし、ガラス微粒
子層として石英系のガラス微粒子層を形成した場合に
は、上部クラッド層を７．５〜１４．５ｗｔ％のＢ2 Ｏ
3 および２．０〜１１．０ｗｔ％のＰ2 Ｏ5 を添加して
形成することにより、容易に上部クラッド層の内部応力
を十分に低くすることができる。
子層として石英系のガラス微粒子層を形成した場合に
は、上部クラッド層を７．５〜１４．５ｗｔ％のＢ2 Ｏ
3 および２．０〜１１．０ｗｔ％のＰ2 Ｏ5 を添加して
形成することにより、容易に上部クラッド層の内部応力
を十分に低くすることができる。
【００３８】上記の方法により作製された光導波路は変
形が少ないので通信用光ファイバと低損失で接続するこ
とができ、その偏波特性も良好なので、光通信分野で好
適な使用が可能である。
形が少ないので通信用光ファイバと低損失で接続するこ
とができ、その偏波特性も良好なので、光通信分野で好
適な使用が可能である。
【図１】実施例の光導波路の作製方法を示す第１の工程
図である。
図である。
【図２】実施例の光導波路の作製方法を示す第２の工程
図である。
図である。
【図３】実施例の光導波路の作製方法を示す第３の工程
図である。
図である。
【図４】実施例の光導波路の作製方法を示す第４の工程
図である。
図である。
【図５】実施例の光導波路の作製方法を示す第５の工程
図である。
図である。
【図６】実施例の光導波路の作製方法を示す第６の工程
図である。
図である。
【図７】実施例の光導波路の作製方法を示す第７の工程
図である。
図である。
【図８】ガラス微粒子層の形成に用いる装置を示す図で
ある。
ある。
【図９】各種のドーパントの添加濃度と石英系ガラスの
熱膨脹係数との関係を示すグラフである。
熱膨脹係数との関係を示すグラフである。
【図１０】各種のドーパントの添加濃度と石英系ガラス
の屈折率との関係を示すグラフである。
の屈折率との関係を示すグラフである。
【図１１】上部クラッド層の内部応力が１．５×１０7
Ｎ・ｍ-2以下となるＢ2 Ｏ3 およびＰ2 Ｏ5 の添加濃度
範囲を示す図である。
Ｎ・ｍ-2以下となるＢ2 Ｏ3 およびＰ2 Ｏ5 の添加濃度
範囲を示す図である。
１…シリコンウェーハ、１０…第１のガラス微粒子層、
１１…下部クラッド層、２０…第２のガラス微粒子層、
２１…コア層、２２…１×８分岐のコア、３０…第３の
ガラス微粒子層、３１…上部クラッド層、４０…反応容
器、４１…ターンテーブル、４２…ヒーター、４３…排
気管、５０…酸水素炎バーナ、６０…フォトレジスト。
１１…下部クラッド層、２０…第２のガラス微粒子層、
２１…コア層、２２…１×８分岐のコア、３０…第３の
ガラス微粒子層、３１…上部クラッド層、４０…反応容
器、４１…ターンテーブル、４２…ヒーター、４３…排
気管、５０…酸水素炎バーナ、６０…フォトレジスト。
Claims (4)
- 【請求項１】 基板上に形成された下部クラッド層と、
この下部クラッド層の上に形成されたコアとを有する光
導波路基体を用意する第１の工程と、 この光導波路基体の上に火炎中で生成したガラス微粒子
をドーパントを添加しながら吹き付けて、上部クラッド
層となるガラス微粒子層を形成する第２の工程と、 前記ガラス微粒子層に熱処理を施すことにより、このガ
ラス微粒子層を透明ガラス化して上部クラッド層を形成
する第３の工程と、 を備え、 この上部クラッド層の内部応力が１．５×１０7 Ｎ・ｍ
-2以下となるような濃度のドーパントを前記第２の工程
において添加することを特徴とする光導波路の作製方
法。 - 【請求項２】 前記第１の工程は、 火炎中で生成したガラス微粒子を基板に吹き付けて前記
下部クラッド層となるガラス微粒子層を形成し、 次いで、このガラス微粒子層の上に火炎中で生成したガ
ラス微粒子を吹き付けて前記コアとなるガラス微粒子層
を形成し、 この後、これらのガラス微粒子層に熱処理を施すること
によりこれらのガラス微粒子層を透明ガラス化して、前
記下部クラッド層および前記コアを形成し、 続いて、このコアにパターニング加工を施し、所定の光
導波路パターンを形成することにより、前記光導波路基
体を作製する工程であることを特徴とする請求項１記載
の光導波路の作製方法。 - 【請求項３】 前記基板をシリコンウェーハとし、 前記ガラス微粒子として石英系のガラス微粒子を吹き付
け、 前記ドーパントとしてＢ2 Ｏ3 、Ｐ2 Ｏ5 、ＴｉＯ2 、
ＧｅＯ2 およびＦのうち少なくとも一つ以上を添加する
ことを特徴とする請求項１または２記載の光導波路の作
製方法。 - 【請求項４】 前記ドーパントとして、７．５〜１４．
５ｗｔ％のＢ2 Ｏ3および２．０〜１１．０ｗｔ％のＰ
2 Ｏ5 を添加することを特徴とする請求項３記載の光導
波路の作製方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26986294A JPH08136754A (ja) | 1994-11-02 | 1994-11-02 | 光導波路の作製方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26986294A JPH08136754A (ja) | 1994-11-02 | 1994-11-02 | 光導波路の作製方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08136754A true JPH08136754A (ja) | 1996-05-31 |
Family
ID=17478247
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP26986294A Pending JPH08136754A (ja) | 1994-11-02 | 1994-11-02 | 光導波路の作製方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08136754A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR19980064430A (ko) * | 1996-12-20 | 1998-10-07 | 알프레드 엘.미첼슨 | 불투열 코도핑된 광도파관 디바이스 |
| WO2000073827A1 (fr) * | 1999-05-31 | 2000-12-07 | The Furukawa Electric Co., Ltd. | Circuit de guide d'onde optique |
| JP2004510178A (ja) * | 2000-08-11 | 2004-04-02 | アルカテル・オプトロニクス・ユー・ケイ・リミテツド | 集積化された光装置 |
-
1994
- 1994-11-02 JP JP26986294A patent/JPH08136754A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR19980064430A (ko) * | 1996-12-20 | 1998-10-07 | 알프레드 엘.미첼슨 | 불투열 코도핑된 광도파관 디바이스 |
| WO2000073827A1 (fr) * | 1999-05-31 | 2000-12-07 | The Furukawa Electric Co., Ltd. | Circuit de guide d'onde optique |
| US6501896B2 (en) | 1999-05-31 | 2002-12-31 | Furukawa Electric Co., Ltd. | Optical waveguide circuit |
| EP1191362A4 (en) * | 1999-05-31 | 2005-07-06 | Furukawa Electric Co Ltd | OPTICAL WAVEGUIDE CIRCUIT |
| JP2004510178A (ja) * | 2000-08-11 | 2004-04-02 | アルカテル・オプトロニクス・ユー・ケイ・リミテツド | 集積化された光装置 |
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