JPH09113744A - 導波路及びその製造方法 - Google Patents
導波路及びその製造方法Info
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- JPH09113744A JPH09113744A JP26660695A JP26660695A JPH09113744A JP H09113744 A JPH09113744 A JP H09113744A JP 26660695 A JP26660695 A JP 26660695A JP 26660695 A JP26660695 A JP 26660695A JP H09113744 A JPH09113744 A JP H09113744A
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- glass
- core
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- electron beam
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Abstract
(57)【要約】
【課題】電子ビーム蒸着法で形成したガラス膜をオゾン
雰囲気中で熱処理することにより、欠陥のないガラス膜
を形成し、低損失なガラス導波路を製造する。 【解決手段】石英ガラス基板１上に電子ビーム蒸着法で
コアガラス膜１０を形成する。コアガラス膜１０を形成
したガラス基板１は、石英ガラス製炉心管６に入れ、そ
の入口１１より酸素ガスを投入し、オゾン発生装置８を
通過した酸素ガスはオゾンを含むガスとなり、石英ガラ
ス製炉心管６内へ導かれる。電気炉７の温度は８００〜
１３５０℃の範囲において、１０〜６０分の範囲で熱処
理する。しかる後、炉７から取り出し、ホトリソグラフ
ィ、及びドライエッチング工程でコアパターンを形成
後、多孔質ガラス膜を火炎加水分解法で形成する。この
基板を１３２０℃で焼結し、クラッドガラス膜３を形成
する。
雰囲気中で熱処理することにより、欠陥のないガラス膜
を形成し、低損失なガラス導波路を製造する。 【解決手段】石英ガラス基板１上に電子ビーム蒸着法で
コアガラス膜１０を形成する。コアガラス膜１０を形成
したガラス基板１は、石英ガラス製炉心管６に入れ、そ
の入口１１より酸素ガスを投入し、オゾン発生装置８を
通過した酸素ガスはオゾンを含むガスとなり、石英ガラ
ス製炉心管６内へ導かれる。電気炉７の温度は８００〜
１３５０℃の範囲において、１０〜６０分の範囲で熱処
理する。しかる後、炉７から取り出し、ホトリソグラフ
ィ、及びドライエッチング工程でコアパターンを形成
後、多孔質ガラス膜を火炎加水分解法で形成する。この
基板を１３２０℃で焼結し、クラッドガラス膜３を形成
する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は低損失な導波路及び
その製造方法に係り、特に電子ビーム蒸着法で形成した
ガラス膜の酸素欠陥を改善したものに関する。
その製造方法に係り、特に電子ビーム蒸着法で形成した
ガラス膜の酸素欠陥を改善したものに関する。
【０００２】
【従来の技術】一般的なガラス導波路の製造方法は、ま
ず石英ガラス基板に電子ビーム蒸着法で均一なコアガラ
ス膜を形成し、このコアガラス膜をホトリソグラフィ、
さらにはドライエッチングして約８μｍ幅のコアパター
ンを形成する。つぎに、火炎加水分解法でコアパターン
を含む基板上に多孔質ガラス膜を形成し、焼結により透
明なクラッドガラス膜を形成するものである。
ず石英ガラス基板に電子ビーム蒸着法で均一なコアガラ
ス膜を形成し、このコアガラス膜をホトリソグラフィ、
さらにはドライエッチングして約８μｍ幅のコアパター
ンを形成する。つぎに、火炎加水分解法でコアパターン
を含む基板上に多孔質ガラス膜を形成し、焼結により透
明なクラッドガラス膜を形成するものである。
【０００３】ここで、電子ビーム蒸着法により形成した
コアガラス膜は電子顕微鏡測定で多孔質性が観測できる
が、クラッドガラス膜形成時の熱処理（約１２５０℃）
で完全にガラス化していることも観測されている。
コアガラス膜は電子顕微鏡測定で多孔質性が観測できる
が、クラッドガラス膜形成時の熱処理（約１２５０℃）
で完全にガラス化していることも観測されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上述した従来
方法で製造したガラス導波路の伝送損失は、波長１．５
μｍ帯で、０．１５dB／cmであり、波長特性から吸収損
失と散乱損失が大きいことがわかった。これは、電子ビ
ーム蒸着法でコアガラス膜を形成する際に酸素欠陥が生
じ、それは上述した多孔質の場合と異なり、クラッドガ
ラス膜形成後の熱処理によっても解消されていないため
と考えられる。現に、コアガラス膜形成後、酸素ガス中
で熱処理したところ、０．１２dB／cmと改善した。
方法で製造したガラス導波路の伝送損失は、波長１．５
μｍ帯で、０．１５dB／cmであり、波長特性から吸収損
失と散乱損失が大きいことがわかった。これは、電子ビ
ーム蒸着法でコアガラス膜を形成する際に酸素欠陥が生
じ、それは上述した多孔質の場合と異なり、クラッドガ
ラス膜形成後の熱処理によっても解消されていないため
と考えられる。現に、コアガラス膜形成後、酸素ガス中
で熱処理したところ、０．１２dB／cmと改善した。
【０００５】電子ビーム蒸着法でガラス膜を形成する際
に生じる酸素欠陥は、ガラス導波路に限らず、光学的バ
ッファ層としてシリコン基板表面に電子ビーム蒸着法で
ガラス層を成長させるガラス導波路とした場合において
も、問題となっていた。
に生じる酸素欠陥は、ガラス導波路に限らず、光学的バ
ッファ層としてシリコン基板表面に電子ビーム蒸着法で
ガラス層を成長させるガラス導波路とした場合において
も、問題となっていた。
【０００６】本発明の目的は、電子ビーム蒸着法による
ガラス膜の酸素欠陥による吸収損失及び散乱損失を低減
することによって、上述した従来技術の問題点を解消し
て、低損失なガラス膜を形成することが可能な導波路及
びその製造方法を提供することにある。
ガラス膜の酸素欠陥による吸収損失及び散乱損失を低減
することによって、上述した従来技術の問題点を解消し
て、低損失なガラス膜を形成することが可能な導波路及
びその製造方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】特に、本発明者は、コア
ガラス膜形成後酸素ガス中で熱処理したところ伝送損失
が改善されたことから、活性化した酸素雰囲気下で熱処
理すれば、吸収損失と散乱損失はさらに低減の可能性が
あるとの知見を得て本発明を創案するに至ったものであ
る。
ガラス膜形成後酸素ガス中で熱処理したところ伝送損失
が改善されたことから、活性化した酸素雰囲気下で熱処
理すれば、吸収損失と散乱損失はさらに低減の可能性が
あるとの知見を得て本発明を創案するに至ったものであ
る。
【０００８】本発明の導波路は、電子ビーム蒸着法によ
りガラス膜を形成する際に生じる酸素欠陥が除去されて
ほぼ完全な酸化物のガラスになっているガラス膜を有す
るものである。
りガラス膜を形成する際に生じる酸素欠陥が除去されて
ほぼ完全な酸化物のガラスになっているガラス膜を有す
るものである。
【０００９】また、本発明の導波路の製造方法は、石英
ガラス基板上に電子ビーム蒸着法でコアガラス膜を形成
し、これをオゾン雰囲気中で８００〜１３５０℃の範囲
で熱処理し、熱処理後のコアガラス膜からコアパターン
を形成し、さらにクラッドガラス膜を形成するものであ
る。
ガラス基板上に電子ビーム蒸着法でコアガラス膜を形成
し、これをオゾン雰囲気中で８００〜１３５０℃の範囲
で熱処理し、熱処理後のコアガラス膜からコアパターン
を形成し、さらにクラッドガラス膜を形成するものであ
る。
【００１０】また、本発明の導波路の製造方法は、シリ
コン基板上に電子ビーム蒸着法でバッファ層ガラス膜を
形成し、これをオゾン雰囲気中で８００〜１３５０℃の
範囲で熱処理し、熱処理後のバッファ層ガラス膜上にコ
アガラス膜を形成し、このコアガラス膜からコアパター
ンを形成し、さらにクラッドガラス膜を形成するもので
ある。
コン基板上に電子ビーム蒸着法でバッファ層ガラス膜を
形成し、これをオゾン雰囲気中で８００〜１３５０℃の
範囲で熱処理し、熱処理後のバッファ層ガラス膜上にコ
アガラス膜を形成し、このコアガラス膜からコアパター
ンを形成し、さらにクラッドガラス膜を形成するもので
ある。
【００１１】電子ビーム蒸着法によりガラス膜を形成す
ると、その際にシリコン原子に酸素が結合していない状
態（これを酸素欠陥という）が生じるが、これをオゾン
雰囲気中で８００〜１３５０℃の範囲、より好ましくは
１０００〜１２００℃で熱処理すると、酸素欠陥のない
完全な酸化物のガラスにすることができ、酸素欠陥に起
因する吸収損失および散乱損失が低減し、低損失なガラ
ス膜を形成できることがわかる。
ると、その際にシリコン原子に酸素が結合していない状
態（これを酸素欠陥という）が生じるが、これをオゾン
雰囲気中で８００〜１３５０℃の範囲、より好ましくは
１０００〜１２００℃で熱処理すると、酸素欠陥のない
完全な酸化物のガラスにすることができ、酸素欠陥に起
因する吸収損失および散乱損失が低減し、低損失なガラ
ス膜を形成できることがわかる。
【００１２】ところが、本発明の熱処理温度よりも緩い
熱環境、すなわち８００℃以下の熱処理を行うと、オゾ
ンと酸素欠陥との反応速度が極めて遅くなる。また、本
発明の熱処理温度よりも厳しい熱環境、すなわち１３５
０℃以上の熱処理を行うと、石英ガラス基板またはシリ
コン基板が変形し、コアパターンまたはバッファ層ガラ
ス膜の均一形成が難しく、上記効果は認められない。
熱環境、すなわち８００℃以下の熱処理を行うと、オゾ
ンと酸素欠陥との反応速度が極めて遅くなる。また、本
発明の熱処理温度よりも厳しい熱環境、すなわち１３５
０℃以上の熱処理を行うと、石英ガラス基板またはシリ
コン基板が変形し、コアパターンまたはバッファ層ガラ
ス膜の均一形成が難しく、上記効果は認められない。
【００１３】なお、熱処理時間は特に限定されないが、
１０〜６０分、好ましくは３０分程度がよい。
１０〜６０分、好ましくは３０分程度がよい。
【００１４】石英ガラス基板は、合成または天然溶融石
英（ＳｉＯ2 ）等である。コアガラス膜はＴｉＯ2 −Ｓ
ｉＯ2 、ＧｅＯ2 −ＳｉＯ2 などである。クラッドガラ
ス膜はＰ2 Ｏ5 −Ｂ2 Ｏ3 −ＳｉＯ2 などである。オゾ
ン雰囲気は、オゾンを含む酸素雰囲気でもよい。この場
合、オゾン濃度は１〜１０％程度が好ましい。
英（ＳｉＯ2 ）等である。コアガラス膜はＴｉＯ2 −Ｓ
ｉＯ2 、ＧｅＯ2 −ＳｉＯ2 などである。クラッドガラ
ス膜はＰ2 Ｏ5 −Ｂ2 Ｏ3 −ＳｉＯ2 などである。オゾ
ン雰囲気は、オゾンを含む酸素雰囲気でもよい。この場
合、オゾン濃度は１〜１０％程度が好ましい。
【００１５】コアパターンは、フォトリソグラフィとエ
ッチング工程で形成する。また、クラッドガラス膜は火
炎加水分解法で形成する。バッファ層ガラス膜はＳｉＯ
2 膜である。
ッチング工程で形成する。また、クラッドガラス膜は火
炎加水分解法で形成する。バッファ層ガラス膜はＳｉＯ
2 膜である。
【００１６】
【発明の実施の形態】以下に本発明の実施例を説明す
る。図２に本実施例により製造したガラス導波路の断面
図を示す。
る。図２に本実施例により製造したガラス導波路の断面
図を示す。
【００１７】石英ガラス基板１上にＴｉＯ2 −ＳｉＯ2
ガラス膜を電子ビーム蒸着法で８μｍ形成してコアガラ
ス膜とした。ここで、タブレットはＴｉＯ2 とＳｉＯ2
の焼結体を用いた。これに電子ビームを照射し気化さ
せ、石英ガラス基板１上に蒸着形成した。
ガラス膜を電子ビーム蒸着法で８μｍ形成してコアガラ
ス膜とした。ここで、タブレットはＴｉＯ2 とＳｉＯ2
の焼結体を用いた。これに電子ビームを照射し気化さ
せ、石英ガラス基板１上に蒸着形成した。
【００１８】コアガラス膜１０を形成したガラス基板１
は、図１に示す石英ガラス製炉心管６に入れて耐熱性治
具９上に載せ、その入口１１より酸素ガス（Ｏ2 ）を５
ｌ／min 投入し、オゾン発生装置８を通過した酸素ガス
はオゾン（Ｏ3 ）が２％含むガスとなり、石英ガラス製
炉心管６内へ導かれる。
は、図１に示す石英ガラス製炉心管６に入れて耐熱性治
具９上に載せ、その入口１１より酸素ガス（Ｏ2 ）を５
ｌ／min 投入し、オゾン発生装置８を通過した酸素ガス
はオゾン（Ｏ3 ）が２％含むガスとなり、石英ガラス製
炉心管６内へ導かれる。
【００１９】電気炉７の温度は１２００℃で１時間熱処
理した。しかる後、炉７から取り出し、ホトリソグラフ
ィ、及びドライエッチング工程でコアパターン２を形成
後、Ｐ2 Ｏ5 −Ｂ2 Ｏ3 −ＳｉＯ2 の多孔質ガラス膜を
火炎加水分解法で形成した。この基板を１３２０℃で焼
結し、透明ガラス膜つまりクラッドガラス膜３を形成し
た。このガラス基板１をダイシングすることによりガラ
ス導波路素子が製造される。両端を研磨し、マッチング
オイルを介在して光ファイバを付き合せ、伝送損失の評
価をした。本素子の損失は０．０３dB／cmと大幅に低減
できた。
理した。しかる後、炉７から取り出し、ホトリソグラフ
ィ、及びドライエッチング工程でコアパターン２を形成
後、Ｐ2 Ｏ5 −Ｂ2 Ｏ3 −ＳｉＯ2 の多孔質ガラス膜を
火炎加水分解法で形成した。この基板を１３２０℃で焼
結し、透明ガラス膜つまりクラッドガラス膜３を形成し
た。このガラス基板１をダイシングすることによりガラ
ス導波路素子が製造される。両端を研磨し、マッチング
オイルを介在して光ファイバを付き合せ、伝送損失の評
価をした。本素子の損失は０．０３dB／cmと大幅に低減
できた。
【００２０】ところが、電子ビーム蒸着法で形成したコ
アガラス膜１０に対し、熱処理温度が６００℃では、１
０時間経過した後でも、またオゾン濃度を高めても、そ
の損失低減の効果はほとんど見られなかった。熱処理温
度が８００℃以下では、オゾンと酸素欠陥との反応速度
が極めて遅いことが原因と考えられる。また、温度が１
３５０℃以上になると、石英ガラス基板が変形し、コア
パターンの均一形成が難しく、例えばコア導波路幅の不
均性が生じ、散乱損失が増加したり、合分波器の場合に
は合分波特性が劣化することがわかった。
アガラス膜１０に対し、熱処理温度が６００℃では、１
０時間経過した後でも、またオゾン濃度を高めても、そ
の損失低減の効果はほとんど見られなかった。熱処理温
度が８００℃以下では、オゾンと酸素欠陥との反応速度
が極めて遅いことが原因と考えられる。また、温度が１
３５０℃以上になると、石英ガラス基板が変形し、コア
パターンの均一形成が難しく、例えばコア導波路幅の不
均性が生じ、散乱損失が増加したり、合分波器の場合に
は合分波特性が劣化することがわかった。
【００２１】次に、ガラス導波路ではなく、シリコン基
板を用いたガラス導波路の実施例について説明する。図
３にシリコン基板４を用いた導波路の断面図を示す。シ
リコン基板４を用いた場合には、シリコンは高屈折率で
あるため、直接にコアガラス膜を堆積して導波路とする
ことはできない。３０μｍ以上のバッファ層ガラス膜５
を形成する必要がある。このバッファ層ガラス膜５とし
てＳｉＯ2 膜を電子ビーム蒸着法で形成した。この時、
酸素欠陥によるカラーレションが生じ、褐色に変色して
いた。これを、本発明の方法によりオゾン雰囲気で熱処
理すると、カラーレションは消滅した。その後の工程
は、上述したガラス導波路の実施例に従ってガラス導波
路を作成した。伝送損失の評価をしたところ、０．０４
dB／cmとほぼ同等で低損失なガラス導波路が製造でき
た。
板を用いたガラス導波路の実施例について説明する。図
３にシリコン基板４を用いた導波路の断面図を示す。シ
リコン基板４を用いた場合には、シリコンは高屈折率で
あるため、直接にコアガラス膜を堆積して導波路とする
ことはできない。３０μｍ以上のバッファ層ガラス膜５
を形成する必要がある。このバッファ層ガラス膜５とし
てＳｉＯ2 膜を電子ビーム蒸着法で形成した。この時、
酸素欠陥によるカラーレションが生じ、褐色に変色して
いた。これを、本発明の方法によりオゾン雰囲気で熱処
理すると、カラーレションは消滅した。その後の工程
は、上述したガラス導波路の実施例に従ってガラス導波
路を作成した。伝送損失の評価をしたところ、０．０４
dB／cmとほぼ同等で低損失なガラス導波路が製造でき
た。
【００２２】
【発明の効果】本発明によれば、電子ビーム蒸着法で形
成したガラス膜形成後の熱環境を変化させることによ
り、酸素欠陥を制御できることから、従来法によればガ
ラス膜形成後酸素欠陥が残存して伝送損失が高くなるは
ずの導波路を、酸素欠陥を小さくして吸収損失及び散乱
損失を低減して低損失にすることができる。
成したガラス膜形成後の熱環境を変化させることによ
り、酸素欠陥を制御できることから、従来法によればガ
ラス膜形成後酸素欠陥が残存して伝送損失が高くなるは
ずの導波路を、酸素欠陥を小さくして吸収損失及び散乱
損失を低減して低損失にすることができる。
【図１】本発明の導波路の製造方法の実施例を説明する
ための電子ビーム蒸着法で形成したコアガラス膜のオゾ
ン雰囲気中での熱処理方法を示す断面図である。
ための電子ビーム蒸着法で形成したコアガラス膜のオゾ
ン雰囲気中での熱処理方法を示す断面図である。
【図２】本発明の導波路の実施例を説明するための石英
ガラス基板を用いたガラス導波路の断面図である。
ガラス基板を用いたガラス導波路の断面図である。
【図３】本発明の導波路の他の実施例を説明するための
シリコン基板を用いたガラス導波路の断面図である。
シリコン基板を用いたガラス導波路の断面図である。
１ 石英ガラス基板 ２ コアパターン ３ クラッドガラス膜 ４ シリコン基板 ５ バッファ層ガラス膜 ８ オゾン発生装置 １０ コアガラス膜
フロントページの続き (72)発明者 菊池 功 茨城県日立市日高町５丁目１番１号 日立 電線株式会社オプトロシステム研究所内
Claims (3)
- 【請求項１】電子ビーム蒸着法によりガラス膜を形成す
る際に生じる酸素欠陥が除去されてほぼ完全な酸化物の
ガラスになっているガラス膜を有する導波路。 - 【請求項２】石英ガラス基板上に電子ビーム蒸着法でコ
アガラス膜を形成し、これをオゾン雰囲気中で８００〜
１３５０℃の範囲で熱処理し、熱処理後のコアガラス膜
からコアパターンを形成し、さらにクラッドガラス膜を
形成する導波路の製造方法。 - 【請求項３】シリコン基板上に電子ビーム蒸着法でバッ
ファ層ガラス膜を形成し、これをオゾン雰囲気中で８０
０〜１３５０℃の範囲で熱処理し、熱処理後のバッファ
層ガラス膜上にコアガラス膜を形成し、これをオゾン雰
囲気中で８００〜１３５０℃の範囲で熱処理し、熱処理
後のコアガラス膜からコアパターンを形成し、さらにク
ラッドガラス膜を形成する導波路の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26660695A JPH09113744A (ja) | 1995-10-16 | 1995-10-16 | 導波路及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26660695A JPH09113744A (ja) | 1995-10-16 | 1995-10-16 | 導波路及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09113744A true JPH09113744A (ja) | 1997-05-02 |
Family
ID=17433157
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP26660695A Pending JPH09113744A (ja) | 1995-10-16 | 1995-10-16 | 導波路及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09113744A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20020089871A (ko) * | 2001-05-25 | 2002-11-30 | 전자부품연구원 | 광도파로 소자 및 그의 제조방법 |
| KR100459770B1 (ko) * | 2002-01-29 | 2004-12-04 | 전자부품연구원 | 실리카 미립자가 증착된 웨이퍼의 고밀화 방법 |
| US7854974B2 (en) | 2001-05-18 | 2010-12-21 | Integrated Materials, Inc. | Tube formed of bonded silicon staves |
-
1995
- 1995-10-16 JP JP26660695A patent/JPH09113744A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7854974B2 (en) | 2001-05-18 | 2010-12-21 | Integrated Materials, Inc. | Tube formed of bonded silicon staves |
| KR20020089871A (ko) * | 2001-05-25 | 2002-11-30 | 전자부품연구원 | 광도파로 소자 및 그의 제조방법 |
| KR100459770B1 (ko) * | 2002-01-29 | 2004-12-04 | 전자부품연구원 | 실리카 미립자가 증착된 웨이퍼의 고밀화 방법 |
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