JPH0829632A - 光導波路 - Google Patents

光導波路

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JPH0829632A
JPH0829632A JP16249394A JP16249394A JPH0829632A JP H0829632 A JPH0829632 A JP H0829632A JP 16249394 A JP16249394 A JP 16249394A JP 16249394 A JP16249394 A JP 16249394A JP H0829632 A JPH0829632 A JP H0829632A
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Tetsuya Hattori
哲也 服部
Tomokane Hirose
智財 広瀬
Hiroo Kanamori
弘雄 金森
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 コア部の内部応力が低減された光導波路を提
供する。 【構成】 コア部(30)の両側においてクラッド層
(20)の一部がコア部(30)に沿って除去されてお
り、クラッド層(20)のうちコア部(30)を被覆す
るクラッド部(25)およびコア部には、このコア部お
よびクラッド部を分断する溝(50)が形成されてい
る。コア部およびクラッド部が周囲のクラッド層から分
離されているので、コア部およびクラッド部の内部応力
のうち光軸方向に交差する方向のものが低減されてい
る。コア部およびクラッド部を分断する溝により、コア
部の一部およびこれを被覆するクラッド部の一部が他の
部分から分離されているので、この分離された部分の内
部応力のうち光軸方向に沿った方向のものも低減されて
いる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、通信情報処理分野にお
いて用いられる光導波路の構造に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来の光導波路としては、シリコン基板
上に石英ガラスからなる下部クラッド層を積層し、この
上に高屈折率の石英ガラス層を積層してから反応性イオ
ンエッチングでパターニング加工を施してコア部を形成
し、次いで、この上に石英ガラスからなる上部クラッド
層を積層したものが知られている。
【0003】コア部やクラッド層を形成するには、火炎
堆積法を用いてガラス微粒子をシリコン基板上に吹き付
け、ガラス微粒子層を堆積させてから、これを焼結し、
その後、除冷して、透明ガラス化することにより形成す
る。
【0004】しかし、シリコン基板とこの上に形成され
たガラス導波層とでは熱膨脹率が異なるため、焼結後の
除冷の際に、導波層の内部に応力が発生する。特に、コ
ア部は、基板表面と接するクラッド層に埋め込まれてい
るため、上部クラッド層および下部クラッド層から膜応
力を受けており、これによりコア部に内部応力が発生し
ていた。この結果、従来の光導波路では、光弾性効果に
よりコア部の屈折率に大きな異方性が生じており、その
結果、偏光特性(PDL)が大きいという問題点が生じ
ていた。
【0005】この問題点を解決するために作製された光
導波路が特開昭63−43105に開示されている。こ
れは、クラッド層の一部をコア部に沿って除去すること
により、クラッド層の一部にコア部に沿って応力解放用
の溝が形成されたものである。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、コア部
に沿ってクラッド層の一部を除去するだけでは、光軸と
交差する方向の内部応力は低減されるものの、光軸に沿
った方向の内部応力は低減されないため、全体としてコ
ア部の内部応力は十分に低減されていない。
【0007】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、コア部の内部応力が十分に低減された
偏光特性の小さい光導波路を提供することを目的とす
る。
【0008】
【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、本発明の光導波路は、基板の上面に積層された
クラッド層と、このクラッド層に埋設された、このクラ
ッド層よりも高屈折率のコア部とを備える光導波路であ
って、コア部の両側においてクラッド層の一部がコア部
に沿って除去されており、クラッド層のうちコア部を被
覆するクラッド部およびコア部には、このコア部および
クラッド部を分断する溝が形成されていることを特徴と
している。
【0009】ここで、コア部およびクラッド部を分断す
る溝により他の部分から分離されたコア部の一部および
これを被覆するクラッド部の一部は、光機能部分を含ん
でいると良い。
【0010】また、コア部およびクラッド部を分断する
溝を挟んで対向するコア部の二つの部分の間に屈折率整
合剤が介在していると良い。
【0011】
【作用】本発明の光導波路では、クラッド層のうち、コ
ア部を被覆するクラッド部の両側の部分が除去されてい
るので、コア部およびクラッド部が周囲のクラッド層か
ら分離され、コア部およびクラッド部の内部応力のうち
光軸に交差する方向のものが低減される。また、コア部
およびクラッド部を分断する溝により、コア部の一部お
よびこれを被覆するクラッド部の一部が他の部分から分
離されているので、この分離された部分の内部応力のう
ち光軸に沿った方向のものが低減される。
【0012】ここで、他の部分から分離されたコア部お
よびクラッド部が、光導波路のうち光分岐や光結合等を
行う光機能部分を含んでいると、内部応力が光機能に及
ぼす影響が低減される。
【0013】また、コア部およびクラッド部を分断する
溝を挟んで対向する二つの部分の間に屈折率整合剤が介
在していると、双方の間の間隙からの光放射が抑えら
れ、導波光の放射損失が低減される。
【0014】
【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。
【0015】図1は、本実施例の光導波路100を示す
全体斜視図である。本実施例の光導波路100は、厚さ
1mmのシリコン基板10の上面にクラッド層20が積
層され、このクラッド層20にコア部30が埋設されて
なる通常の埋込み型光導波路において、コア部30に沿
ってクラッド層20の一部が除去されているとともに、
コア部30およびこれを被覆するクラッド部25を分断
する溝(分断溝)50が形成されたものである。
【0016】コア部30は、Y分岐部により1本から順
次に分岐した1×8分岐型のもので、8×8μmの断面
を有している。クラッド層20のうちクラッド部25の
両側に位置する部分は除去されている。なお、クラッド
部25とは、クラッド層20の一部であってコア部30
を被覆し、他のクラッド層20から分離された部分をい
う。
【0017】クラッド層20およびコア部30はともに
石英ガラスからなる。クラッド層20にはB2 3 およ
びP2 5 がドープされ、コア部30には、クラッド層
20より屈折率を高めるべく、さらにGeO2 がドープ
されている。
【0018】以下では、説明の便宜のため、コア部30
とこれを被覆するクラッド部25からなる構造を導波路
部40と呼ぶことにする。分断溝50はY分岐部の前後
に位置しており、これによりY分岐部を含む導波路部4
1は他の導波路部から分離される。図1のように、本実
施例では、7個あるY分岐部全てについてその前後に分
断溝50が形成されており、それぞれを含む導波路部4
1は互いに他の導波路部41から分離されている。
【0019】以下、この光導波路100の作製方法を説
明する。図2および図3は、この作製方法を説明する工
程図である。まず、図2のように、光導波路100の作
製の土台となる通常の埋込み型光導波路110を用意す
る。これは、厚さ1mmのシリコン基板10の上面に層
厚約70μmの導波層60が形成されたものである。こ
こで、導波層60は、シリコン基板10上に積層された
石英ガラスからなるクラッド層20と、このクラッド層
20に埋設され、クラッド層20よりも高屈折率の1×
8分岐型のコア部30(断面寸法は8×8μm。)とか
ら構成されている。クラッド層20は、基板10の上面
に積層された下部クラッド層21とこの上に積層された
上部クラッド層22とから構成されている。
【0020】この光導波路110は、シリコン基板10
上に層厚30μmの下部クラッド層21となるべき石英
ガラス層を積層し、次いでこれより高屈折率の石英ガラ
ス層を積層してから反応性イオンエッチングでパターニ
ング加工を施してコア部30を形成し、さらに層厚30
μmの上部クラッド層22となる石英ガラス層を積層す
ることにより作製することができる。各ガラス層は、火
炎堆積法を用いてガラス微粒子層を堆積させた後、この
微粒子層を焼結炉で加熱してから除冷して透明ガラス化
することにより形成することができる。
【0021】次に、後に行うエッチングによりクラッド
層20の一部を除去するとともにコア部30をクラッド
部25とともに分断する溝50を形成すべく、図3のよ
うに、クラッド層20の上面に感光性レジスト膜を塗付
してフォトリソグラフィによりレジストパターン70を
形成する。このレジストパターン70には、コア部30
およびクラッド部25の両側のクラッド層20を除去す
るための開口75が設けられている。コア部30の上方
に位置するパターン70は、コア部30の近傍のクラッ
ド層20をエッチングから保護してクラッド部25を形
成するために、コア部30の幅(8μm)よりも幅広の
帯状パターン71となっている。この帯状パターン71
の幅は約50μmである。また、帯状パターン71の途
中には、このパターンを分断する小さな開口76が形成
されている。これは、導波路部40に分断溝50を形成
するためのものである。
【0022】次いで、レジストパターン70をマスクと
して反応性イオンエッチング(RIE)により、開口7
5および76の下のクラッド層20およびコア部30を
除去してシリコン基板10の表面を露出させる。エッチ
ングガスはC2 6 、その流量は50sccm、雰囲気
圧は5Paとする。このRIEは異方性エッチングであ
るので、クラッド層20およびコア部30の除去はシリ
コン基板10の表面にほぼ垂直に進行する。
【0023】これにより、図1のように、コア部30の
両側においてクラッド層20の一部がコア部30に沿っ
て除去され、コア部30およびこれを被覆するクラッド
部25からなる導波路部40が形成される。これと同時
に、開口76の下方のクラッド部25およびコア部30
が除去されて、この導波路部40を分断する溝50が形
成される。これにより、Y分岐部を含む導波路部41が
他の導波路部から分離される。こうして、本実施例の光
導波路100が完成する。
【0024】なお、上記の作製方法では、導波路部40
を分断する溝50をRIEで形成しているが、この代わ
りに、ダイシングによる研削加工により形成することも
できる。
【0025】図4は、図1のA−A′線に沿った断面図
である。この図のように、導波路部40はその両側のク
ラッド層20から分離されており、これにより、コア部
30の内部応力が解放される。
【0026】図5および図6は、これを説明するための
模式図である。図5のように、クラッド層20の一部が
コア部30に沿って除去されていない場合は、コア部3
0を取り囲む上部クラッド層22および下部クラッド層
21からコア部30に光軸と交差する方向に沿った膜応
力が付与されており、コア部30に内部応力が発生して
いる。これにより、光導波路は湾曲する。これらの応力
は、コア部30やクラッド層20を透明ガラス化する際
の除冷時に、シリコン基板10を構成するシリコンとコ
ア部30やクラッド層20を構成する石英ガラスとの熱
膨張率の差に起因して生じる。
【0027】一方、図6のように、コア部30に沿って
クラッド層20の一部を除去することにより、両側のク
ラッド層20から分離された導波路部40が形成されて
いると、両側のクラッド層20から膜応力を付与されず
にすむので、コア部30の内部応力のうち光軸と交差す
る方向のものが低減される。また、基板10の湾曲量も
低減される。
【0028】次に、図7は、図1のA−A′線に直交す
る方向に沿った光導波路100の断面図であり、特に導
波路部40の断面構造を示すものである。この図のよう
に、光導波路100ではコア部30を分断する溝50が
形成されて、導波路部40の一部が他の部分から分離さ
れており、これによってもコア部30の応力が低減され
る。
【0029】図8および図9は、これを説明するための
模式図である。図8のように、導波路部40を分断する
溝50が形成されていない場合は、上部クラッド層22
および下部クラッド層21からコア部30に光軸に沿っ
た方向の膜応力が付与されており、コア部30に内部応
力が発生している。
【0030】一方、図9のように、導波路部40の一部
に溝50が形成されて導波路部40の一部が他の部分か
ら分離されていると、両側の導波路部40から膜応力を
うけないですむので、これによってコア部30の内部応
力のうち光軸方向に沿ったものが低減され、基板10の
湾曲量も低減される。
【0031】このように、本実施例の光導波路100で
は、コア部30の内部応力のうち、光軸と交差する方向
のものだけでなく、光軸に沿った方向のものも低減され
ているので、コア部30の内部応力は著しく低減されて
いる。これにより光弾性効果による屈折率の異方性が低
減する結果、光導波路100の偏光特性(PDL)は極
めて小さくなるので、光導波路100は光ファイバ通信
線路において好適な使用が可能である。
【0032】さらに、本実施例では、光機能部分である
Y分岐部を含む導波路部41が互いに他の導波路部41
から分離されており、内部応力が光機能に及ぼす影響が
著しく低減されている。
【0033】なお、本発明は上記実施例に限られるもの
でなく、様々な変形が可能である。例えば、上記実施例
の光導波路100の分断溝50に屈折率整合剤を流入し
て、これを分断溝50を挟んで対向するコア部30の二
つの部分の間に介在させると、双方の間の間隙から光が
放射するのを抑えて、導波光の放射損失を低減すること
ができる。
【0034】
【発明の効果】以上、詳細に説明した通り、本発明の光
導波路では、コア部およびクラッド部が周囲のクラッド
層から分離され、さらにこのコア部の一部およびこれを
被覆するクラッド部の一部が他の部分から分離されてい
るので、この分離されたコア部およびクラッド部の内部
応力は著しく低減される。これにより、偏光特性の極め
て小さい光導波路を実現することができる。
【0035】他の部分から分離されたコア部およびクラ
ッド部が、光導波路のうち光機能部分を含んでいると、
内部応力が光機能に及ぼす影響が低減されるので、本発
明の光導波路は優れた光機能素子となる。
【0036】コア部およびクラッド部を分断する溝を挟
んで対向する二つの部分の間に屈折率整合剤が介在して
いると、導波光の放射損失が低減されるので、本発明の
光導波路はさらに好適なものとなる。
【0037】このように、本発明の光導波路は優れた性
能を有するので、これを通信用の光ファイバと接続して
使用すれば光ファイバ通信線路の信頼性を高めることが
できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例の光導波路を示す全体斜視図である。
【図2】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3】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4】実施例の光導波路を示す第1の断面図である。
【図5】光導波路の光軸に交差する方向に沿った応力を
示す模式図である。
【図6】光導波路部の応力の低減を示す図である。
【図7】実施例の光導波路を示す第2の断面図である。
【図8】光導波路の光軸に沿った方向の内部応力を示す
模式図である。
【図9】光導波路部の応力の低減を示す図である。
【符号の説明】
10…シリコン基板、20…クラッド層、21…下部ク
ラッド層、22…上部クラッド層、30…コア部、40
…導波路部、41…Y分岐部を含む導波路部、50…
溝、60…導波層、70…レジストパターン、75およ
び76…開口、100…実施例の光導波路。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】基板の上面に積層されたクラッド層と、こ
    のクラッド層に埋設された、このクラッド層よりも高屈
    折率のコア部とを備える光導波路において、 前記コア部の両側において前記クラッド層の一部が前記
    コア部に沿って除去されており、 前記クラッド層のうち前記コア部を被覆するクラッド部
    および前記コア部には、このコア部および前記クラッド
    部を分断する溝が形成されていることを特徴とする光導
    波路。
  2. 【請求項2】 前記コア部および前記クラッド部を分断
    する溝により他の部分から分離された前記コア部の一部
    およびこれを被覆する前記クラッド部の一部は、光機能
    部分を含むことを特徴とする請求項1記載の光導波路。
  3. 【請求項3】 前記コア部および前記クラッド部を分断
    する溝を挟んで対向する前記コア部の二つの部分の間に
    屈折率整合剤が介在していることを特徴とする請求項1
    記載の光導波路。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6810160B2 (en) 2001-02-28 2004-10-26 Fujitsu Limited Optical wiring substrate, method of manufacturing optical wiring substrate and multilayer optical wiring

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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