JPH103016A - Manufacturing method of waveguide type optical component - Google Patents

Manufacturing method of waveguide type optical component

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JPH103016A
JPH103016A JP15694096A JP15694096A JPH103016A JP H103016 A JPH103016 A JP H103016A JP 15694096 A JP15694096 A JP 15694096A JP 15694096 A JP15694096 A JP 15694096A JP H103016 A JPH103016 A JP H103016A
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JP
Japan
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core
hydrogen
sputtering
film
gas
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JP15694096A
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Japanese (ja)
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Akishi Hongo
晃史 本郷
Seiichi Kashimura
誠一 樫村
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Hitachi Cable Ltd
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Hitachi Cable Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 コアを変形させることなくコア内に安全、か
つ効率よく水素を充填することができる導波路型光部品
の製造方法を提供する。 【解決手段】 スパッタリング法は、熱的な気化・蒸発
機構を伴わない成膜方法であるため、Ar等のスパッタ
リングガスにH2 ガスを混合して真空チャンバ10内で
スパッタリングを行うことにより、容易にコアガラス膜
内に水素を取り込ませることができる。スパッタリング
による成膜方法は、非常に高温な雰囲気に晒されるもの
ではないので、一度コアガラス膜中に取り込まれた水素
が外部に拡散したり、消え出たりすることが少ない。こ
のため水素ローディング法やフレームブラッシング法の
場合と同程度の水素を安全、かつ効率的にコアガラス内
に充填することができる。また、水素を充填したSiO
2 −GeO2 コアガラスに紫外光を照射すれば、高感度
で光誘起屈折率変化を起こさせることができる。
(57) [Problem] To provide a method of manufacturing a waveguide-type optical component that can safely and efficiently fill hydrogen in a core without deforming the core. SOLUTION: Since the sputtering method is a film forming method without a thermal vaporization / evaporation mechanism, it is easy to perform sputtering in a vacuum chamber 10 by mixing H 2 gas with a sputtering gas such as Ar. Hydrogen can be incorporated into the core glass film. Since the film formation method by sputtering is not one which is exposed to a very high temperature atmosphere, hydrogen once taken into the core glass film hardly diffuses outside or disappears. Therefore, the same amount of hydrogen as in the case of the hydrogen loading method or the frame brushing method can be safely and efficiently filled in the core glass. In addition, hydrogen-filled SiO
By irradiating the 2- GeO 2 core glass with ultraviolet light, a photo-induced refractive index change can be caused with high sensitivity.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、光部品の製造方法
に関し、特に導波路型光部品の製造方法に関する。
The present invention relates to a method for manufacturing an optical component, and more particularly to a method for manufacturing a waveguide type optical component.

【0002】[0002]

【従来の技術】光を利用した通信システムの普及に伴
い、より低損失で信頼性の高い光部品の開発が盛んに進
められている。特に平面光導波路型の光部品は、その低
損失性に加え複雑な回路を一括して基板上に形成できる
ことから高集積光回路素子として最も注目を集めてい
る。
2. Description of the Related Art With the spread of communication systems using light, development of optical components with lower loss and higher reliability has been actively pursued. In particular, a planar optical waveguide type optical component has attracted the most attention as a highly integrated optical circuit device because it can form a complicated circuit on a substrate in addition to its low loss property.

【0003】これら平面光導波路型光部品は、熱酸化膜
付きSi基板や石英基板の上に屈折率の高いコアと呼ば
れる光の伝搬領域を形成し、さらにコアを低屈折率のク
ラッド領域で覆った構造をとるのが一般的である。特に
コア領域の材料組成は、光ファイバとの整合性に優れ、
低損失材料として実績のあるゲルマニウム(以下「G
e」)を添加した酸化ケイ素ガラスが有効であるとされ
ている。
In these planar optical waveguide type optical components, a light propagation region called a core having a high refractive index is formed on a Si substrate or a quartz substrate provided with a thermal oxide film, and the core is further covered with a cladding region having a low refractive index. In general, the structure is adopted. In particular, the material composition of the core region is excellent in matching with the optical fiber,
Germanium (hereinafter referred to as G
Silicon oxide glass to which e ") is added is said to be effective.

【0004】一方、Ge添加石英系光ファイバを用い
て、紫外線を照射することによりコアの屈折率を局所的
に変化させる研究が活発に行われている。紫外線照射に
よる屈折率変化のメカニズムは未だ不明な点が多いが、
屈折率変化の原因として以下の2点が考えられる。
[0004] On the other hand, studies are being actively conducted to locally change the refractive index of the core by irradiating ultraviolet rays using a Ge-doped quartz optical fiber. Although the mechanism of the change in refractive index due to ultraviolet irradiation is still largely unknown,
The following two points can be considered as causes of the refractive index change.

【0005】1) まずGeを添加した酸化ケイ素ガラス
において、Siの方がGeよりも酸化しやすいため酸素
と結合できずにGeの一部がGe同士で弱く結合した酸
素欠乏欠陥ができる。この部分に高エネルギーの紫外線
を照射すると、Ge同士の結合が切れ、Geの電子が価
電子帯から伝導帯に移動する。すると電子の移動により
酸化ゲルマニウムの吸収波長とは異なる波長の光を吸収
するようになり、クラマース・クローニッヒの関係に従
い屈折率の変化が生じる。
[0005] 1) First, in silicon oxide glass to which Ge is added, Si is more easily oxidized than Ge, so that it cannot bond with oxygen, and an oxygen deficiency defect in which part of Ge is weakly bonded between Ges is formed. When this portion is irradiated with high-energy ultraviolet rays, the bonds between Ges are broken, and Ge electrons move from the valence band to the conduction band. Then, the electrons move to absorb light having a wavelength different from the absorption wavelength of germanium oxide, and the refractive index changes according to the Kramers-Kronig relationship.

【0006】しかしこの理論だけでは10-3にも及ぶ屈
折率変化は説明できない。
[0006] However, this theory alone cannot explain a change in the refractive index of as much as 10 -3 .

【0007】2) そこで最近では欠陥の変化による密度
変化による影響が主たるメカニズムであるという考え方
が一般的である。すなわち紫外線吸収によりGe同士で
弱く結合した酸素欠乏欠陥の結合が切れ、この付近のガ
ラスの網目構造が収縮し密度が局所的に高くなる。その
結果この密度変化分だけ屈折率が高くなると考えられて
いる。
2) Therefore, recently, it is generally considered that the influence of the density change due to the defect change is the main mechanism. That is, the bonding of oxygen-deficient defects weakly bonded between Ges is broken by ultraviolet absorption, and the network structure of the glass in the vicinity thereof shrinks and the density locally increases. As a result, it is considered that the refractive index increases by the amount of the density change.

【0008】コアに周期的に屈折率の変化を与えればグ
レーティング(回折格子)となり特定の波長のみを反射
するフィルタとして利用できる。このような光部品はフ
ァイバグレーティングと呼ばれ、従来のバルク型の回折
格子に比べて極めて小型であるうえ、他の光ファイバと
の接続も容易である。この技術を応用すれば単に波長を
分別するフィルタとしての機能以外にも、単一周波数発
振のレーザや光パルスの圧縮・整形、分散補償等様々な
機能をもった光部品として利用できる。また光通信の分
野以外でもセンサやメモリとして計測や情報処理の分野
でも幅広く応用されるものと考えられている。
If a refractive index is periodically changed in the core, the core becomes a grating (diffraction grating) and can be used as a filter that reflects only a specific wavelength. Such an optical component is called a fiber grating, and is extremely small in size as compared with a conventional bulk type diffraction grating, and can be easily connected to another optical fiber. If this technology is applied, it can be used as an optical component having various functions such as a single-frequency oscillation laser, optical pulse compression / shaping, and dispersion compensation, in addition to the function as a filter for simply separating wavelengths. In addition to the field of optical communication, it is considered to be widely applied in the fields of measurement and information processing as sensors and memories.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来技術においては以下のような問題がある。
However, the above-mentioned prior art has the following problems.

【0010】まず、Geを添加した酸化ケイ素ガラス導
波路(ファイバ)の自然感光性は、応用に必要な光誘起
屈折率変化Δn(>10-3)を与えるにはあまりにも小
さすぎる。そこで光ファイバ固有の感光性を増加させる
ために水素ローディング法やフレームブラッシング法等
の方法が提案された。
First, the natural photosensitivity of a Ge-doped silicon oxide glass waveguide (fiber) is too small to provide the photo-induced refractive index change Δn (> 10 −3 ) required for application. Therefore, methods such as a hydrogen loading method and a frame brushing method have been proposed to increase the photosensitivity inherent in optical fibers.

【0011】これらの方法はいずれもコア内部に水素を
拡散させたり、充填させたりすることによって感光性を
増加させるものである。
All of these methods increase the photosensitivity by diffusing or filling hydrogen inside the core.

【0012】水素ローディング法は、光ファイバを高
圧、高純度の水素雰囲気中に長期間晒すことによって光
ファイバ中に水素を拡散・充填させる方法である。この
方法は通常、光ファイバを100〜200気圧のもとで
約1週間程保持しなければならないので生産効率が悪
く、安全上慎重に行う必要がある。
The hydrogen loading method is a method in which hydrogen is diffused and filled in an optical fiber by exposing the optical fiber to a high-pressure, high-purity hydrogen atmosphere for a long period of time. This method usually has to maintain the optical fiber at 100 to 200 atmospheres for about one week, so that the production efficiency is low and it must be performed carefully for safety.

【0013】フレームブラッシング法は、酸水素バーナ
ーの火炎で光ファイバをブラッシングすることにより光
ファイバ中に水素を拡散させる方法である。この方法は
短時間で水素拡散・充填を行うことができるが、コアが
高温に晒されるためコアの形状そのものが変形したり、
或いはドーパントであるGeが熱により周辺部へ拡散
し、これによってコアの屈折率分布が大きく変化してし
まうおそれがある。このようになってしまった光導波路
では損失が増加したり、所望の特性を得ることができな
い。
The frame brushing method is a method in which hydrogen is diffused in an optical fiber by brushing the optical fiber with a flame of an oxyhydrogen burner. This method can perform hydrogen diffusion and filling in a short time, but the core itself is deformed due to exposure to high temperature,
Alternatively, Ge, which is a dopant, diffuses into the peripheral portion due to heat, which may cause a significant change in the refractive index distribution of the core. In the optical waveguide having such a configuration, the loss increases or desired characteristics cannot be obtained.

【0014】これら水素ローディング法やフレームブラ
ッシング法を用いてコア内への水素充填により実用上十
分な光誘起屈折率変化を得ることができる。しかしこれ
らの水素処理方法には上記のような生産性、安全性、変
形等の問題がある。
By filling hydrogen in the core using the hydrogen loading method or the frame brushing method, it is possible to obtain a practically sufficient photoinduced refractive index change. However, these hydrogen treatment methods have problems such as productivity, safety, and deformation as described above.

【0015】そこで、本発明の目的は、上記課題を解決
し、コアを変形させることなくコア内に安全、かつ効率
よく水素を充填することができる導波路型光部品の製造
方法を提供することにある。
It is an object of the present invention to solve the above-mentioned problems and to provide a method of manufacturing a waveguide-type optical component that can safely and efficiently fill hydrogen in a core without deforming the core. It is in.

【0016】[0016]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、SiO2 、GeO2 或いはSiO2 とGe
2 との混合物をスパッタリングターゲット材として、
低屈折率層を有する基板上にスパッタリング法によりS
iO2 −GeO2 組成のコアガラス膜を形成する工程
と、コアガラス膜をフォトリソグラフィ及びドライエッ
チングにより略矩形断面形状のコアに加工する工程と、
基板上のコア全体を低屈折率のクラッドガラス膜で被覆
する工程とからなる導波路型光部品の製造方法におい
て、スパッタリング法によるコアガラス膜の形成を、不
活性ガスと水素ガスとの混合ガス中で行うものである。
SUMMARY OF THE INVENTION In order to achieve the above object, the present invention relates to a method of forming a substrate comprising SiO 2 , GeO 2, or SiO 2 and Ge.
Using a mixture with O 2 as a sputtering target material,
S on a substrate having a low refractive index layer by sputtering
forming a core glass film having an iO 2 -GeO 2 composition, and processing the core glass film into a core having a substantially rectangular cross-sectional shape by photolithography and dry etching;
Covering the entire core on the substrate with a low-refractive-index clad glass film, wherein the core glass film is formed by a sputtering method using a mixed gas of an inert gas and hydrogen gas. It is done inside.

【0017】上記構成に加え本発明のスパッタリング法
によりコアガラス膜を形成する工程は、スパッタリング
時に導入する全ガス量中の水素ガスの混合比を3〜30
%の範囲内とし、スパッタリング時のガス圧力を0.0
1〜1Paの範囲内とし、基板にバイアス電力を印加し
ながら行うのが好ましい。
In addition to the above constitution, the step of forming the core glass film by the sputtering method of the present invention may be such that the mixing ratio of hydrogen gas in the total amount of gas introduced during sputtering is 3 to 30.
%, And the gas pressure during sputtering is set to 0.0%.
It is preferable to set the pressure in the range of 1 to 1 Pa while applying bias power to the substrate.

【0018】上記構成に加え本発明は、コアの少なくと
も一部に紫外光を照射することによりコアの屈折率を変
化させるのが好ましい。
In the present invention, in addition to the above configuration, it is preferable that at least a part of the core is irradiated with ultraviolet light to change the refractive index of the core.

【0019】スパッタリング法は、熱的な気化・蒸発機
構を伴わない成膜方法であるため、アルゴン等のスパッ
タリングガスに水素ガスを混合してスパッタリングを行
うことにより、容易にコアガラス膜内に水素を取り込ま
せることができる。スパッタリングによる成膜方法は、
非常に高温な雰囲気に晒されるものではないので、一度
コアガラス膜中に取り込まれた水素が外部に拡散した
り、消え出たりすることが少ない。このため水素ローデ
ィング法やフレームブラッシング法の場合と同程度の水
素を安全、かつ効率的にコアガラス内に充填することが
できる。
Since the sputtering method is a film forming method that does not involve a thermal vaporization / evaporation mechanism, by mixing a sputtering gas such as argon with a hydrogen gas and performing sputtering, hydrogen can easily be contained in the core glass film. Can be taken. The film formation method by sputtering
Since it is not exposed to a very high temperature atmosphere, hydrogen once taken into the core glass film hardly diffuses outside or disappears. Therefore, the same amount of hydrogen as in the case of the hydrogen loading method or the frame brushing method can be safely and efficiently filled in the core glass.

【0020】このように本発明によるコアへの水素の充
填は、長期間かつ安全上細心の注意を要するような製造
工程や導波路の光学的特性を劣化させるような過剰加熱
の製造工程を省略することができる。またスパッタリン
グ法によるコア膜形成時に水素を充填することは、Ge
同士で弱く結合した酸素欠乏欠陥を効率よく形成でき
る。従って水素ローディング法やフレームブラッシング
法等の後処理として水素を充填する方法よりも感光性の
増強に効果がある。このようにして水素を充填したSi
2 −GeO2 コアガラスに紫外光を照射すれば、高感
度で光誘起屈折率変化Δnを起こさせることができる。
As described above, the filling of the core with hydrogen according to the present invention eliminates a manufacturing step which requires a long-term and careful attention for safety and a manufacturing step of overheating which deteriorates the optical characteristics of the waveguide. can do. In addition, filling hydrogen at the time of forming a core film by a sputtering method is performed by using Ge.
Oxygen deficiency defects weakly bonded to each other can be efficiently formed. Therefore, it is more effective in enhancing photosensitivity than a method of filling with hydrogen as a post-treatment such as a hydrogen loading method and a frame brushing method. Si filled with hydrogen in this way
By irradiating the O 2 —GeO 2 core glass with ultraviolet light, a photo-induced refractive index change Δn can be caused with high sensitivity.

【0021】ここで、成膜されるコア膜の組成比及び屈
折率は、主にSiO2 酸化物粉体とGeO2 酸化物粉体
の混合割合によって制御でき、水素の含有量には大きく
依存しないのでスパッタリング時に水素ガスを混合する
ことはコアの屈折率を制御する上で大きな障害にはなら
ない。
Here, the composition ratio and the refractive index of the formed core film can be controlled mainly by the mixing ratio of the SiO 2 oxide powder and the GeO 2 oxide powder, and greatly depends on the hydrogen content. Therefore, mixing hydrogen gas during sputtering does not become a major obstacle in controlling the refractive index of the core.

【0022】また、スパッタリング法により形成された
SiO2 −GeO2 コア膜は、水素充填を促進する目的
で水素を過剰に導入すると成膜速度が極端に低下するこ
とからμmオーダの膜付け方法としては不適である。こ
のため、上述した方法によりSiO2 −GeO2 コア膜
を形成する場合には、導入する全ガス量中の水素ガスの
混合比は3〜30%の範囲内となるように設定すること
が好ましい。
The SiO 2 -GeO 2 core film formed by the sputtering method has an extremely low film formation rate when excessively introducing hydrogen for the purpose of promoting hydrogen filling. Is not suitable. For this reason, when forming the SiO 2 —GeO 2 core film by the above-described method, it is preferable to set the mixing ratio of the hydrogen gas in the total amount of the introduced gas to be in the range of 3 to 30%. .

【0023】さらに、スパッタリング時のガス圧力は、
アルゴン等のスパッタリングガスや水素ガス導入量と共
に成膜速度、膜の密度及び膜中の水素含有量を制御する
ための重要なパラメータである。
Further, the gas pressure during sputtering is
It is an important parameter for controlling the film formation rate, the film density, and the hydrogen content in the film together with the amount of the sputtering gas such as argon or the hydrogen gas introduced.

【0024】本発明者らの検討結果ではSiO2 −Ge
2 コア膜を形成するための適切な圧力範囲は0.01
〜1Paであった。この範囲外では密度の低い膜とな
り、屈折率、膜厚、基板の反り量の変動が大きな膜しか
得られなかった。
According to the results of the study by the present inventors, SiO 2 -Ge
A suitable pressure range for forming the O 2 core film is 0.01
11 Pa. Outside this range, the film had a low density, and only a film having a large variation in the refractive index, the film thickness, and the amount of warpage of the substrate was obtained.

【0025】さらに真空チャンバ内に導入される水素ガ
スの流量或いは混合の割合が同じでも、基板にバイアス
電圧を印加すればより多くの水素をコア膜内に取り込む
ことができる。すなわち基板に印加するバイアス電圧を
調整することにより膜への水素の取り込み率を制御しな
がら膜形成することができる。このようにスパッタリン
グ条件は、製造効率、導波路の光学的性能を維持しなが
ら、かつ水素をコア膜内に効率よく充填するうえで重要
である。
Further, even if the flow rate or mixing ratio of the hydrogen gas introduced into the vacuum chamber is the same, more hydrogen can be taken into the core film by applying a bias voltage to the substrate. That is, by adjusting the bias voltage applied to the substrate, the film can be formed while controlling the rate of taking in hydrogen into the film. As described above, the sputtering conditions are important for maintaining the production efficiency and the optical performance of the waveguide and for efficiently filling the core film with hydrogen.

【0026】[0026]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付
図面に基づいて詳述する。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings.

【0027】図1は本発明の導波路型光部品の製造方法
を適用したスパッタリング装置の平面概略図である。
FIG. 1 is a schematic plan view of a sputtering apparatus to which the method of manufacturing a waveguide type optical component according to the present invention is applied.

【0028】同図に示すように、真空チャンバ10内に
12角形(図では12角形であるが限定されない)の基
板ホルダ11が中心軸12の回りに回転自在に設けられ
ており、その基板ホルダ11の外周側面には複数(図で
は12枚であるが限定されない)の基板13が取り付け
られている。真空チャンバ10の4つの内壁にはスパッ
タリングターゲット(以下「ターゲット」)14a,1
4b,14c,14dが取り付けられており、各ターゲ
ットはそれぞれ高周波電源15a,15b,15c,1
5dに接続されている。
As shown in FIG. 1, a dodecagonal (but not limited to a dodecagonal in the figure) substrate holder 11 is provided in a vacuum chamber 10 so as to be rotatable around a central axis 12. A plurality (12 but not limited to 12 in the figure) of substrates 13 are attached to the outer peripheral side surface of the substrate 11. Four inner walls of the vacuum chamber 10 are provided with sputtering targets (hereinafter, “targets”) 14a, 1
4b, 14c, and 14d are attached, and each target is connected to a high-frequency power supply 15a, 15b, 15c, 1 respectively.
5d.

【0029】このようなスパッタリング装置を用いた導
波路型光部品の製造方法について述べる。
A method of manufacturing a waveguide type optical component using such a sputtering apparatus will be described.

【0030】まず真空チャンバ10内を1×10-5Pa
以下の真空度まで排気する。基板13には石英基板を用
いたが、低屈折率層を有したSi基板等を用いてもよ
い。
First, the inside of the vacuum chamber 10 is set to 1 × 10 −5 Pa
Evacuate to the following degree of vacuum. Although a quartz substrate is used as the substrate 13, an Si substrate or the like having a low refractive index layer may be used.

【0031】次に真空チャンバ10内にスパッタリング
ガスであるアルゴンガス(以下「Arガス」)を100
sccm及び水素ガス(以下「H2 ガス」)を10sc
cm導入し、真空チャンバ10内のガス圧力を0.3P
aに保持し、基板ホルダ11を矢印A方向(逆でもよ
い)に回転させながら、各ターゲット14a,14b,
14c,14dに各高周波電源15a,15b,15
c,15dより8W/cm2 の高周波電力を供給し成膜
を行った。
Next, an argon gas (hereinafter referred to as “Ar gas”), which is a sputtering gas, is introduced into the vacuum chamber 10 for 100 times.
sccm and hydrogen gas (hereinafter “H 2 gas”) at 10 sc
cm, and the gas pressure in the vacuum chamber 10 is 0.3 P
a, and while rotating the substrate holder 11 in the direction of arrow A (or vice versa), each of the targets 14a, 14b,
The high-frequency power supplies 15a, 15b, 15
A high frequency power of 8 W / cm 2 was supplied from c and 15d to form a film.

【0032】ここで各ターゲット14a,14b,14
c,14dには全てGeO2 を10mol%含有する同
一形状のSiO2 板を用いたが、本実施の形態のように
複数のターゲット14a,14b,14c,14dを装
着できる装置の場合には、GeO2 或いはSiO2 がそ
れぞれ100%のターゲットを用いてそれぞれのターゲ
ットに独立に高周波電圧を印加すれば、基板上に形成さ
れるコア膜の屈折率を任意の値に調整することができ
る。
Here, each target 14a, 14b, 14
Although c and 14d are all SiO 2 plates of the same shape containing 10 mol% of GeO 2 , in the case of an apparatus in which a plurality of targets 14a, 14b, 14c and 14d can be mounted as in the present embodiment, If a high-frequency voltage is independently applied to each target using a target of 100% GeO 2 or SiO 2, the refractive index of the core film formed on the substrate can be adjusted to an arbitrary value.

【0033】本実施の形態では導波路コア用のガラス膜
の厚さは、光ファイバとの結合を考慮して光ファイバの
コア径と略等しい6μmに設定することとした。
In the present embodiment, the thickness of the glass film for the waveguide core is set to 6 μm which is substantially equal to the core diameter of the optical fiber in consideration of the coupling with the optical fiber.

【0034】また、上述したスパッタリング法により形
成されたSiO2 −GeO2 コア膜は、水素充填を促進
する目的でH2 ガスを過剰に導入すると成膜速度が極端
に低下することからμmオーダの膜付け方法としては適
さない。このため、上述した方法によりSiO2 −Ge
2 コア膜を形成する場合には導入する全ガス量中のH
2 ガスの混合比は3〜30%の範囲内となるように設定
した。
The SiO 2 -GeO 2 core film formed by the above-mentioned sputtering method has an extremely low H 2 gas for the purpose of promoting hydrogen filling. It is not suitable as a film deposition method. Therefore, according to the above-described method, SiO 2 -Ge
In the case of forming an O 2 core film, H
The mixing ratio of the two gases was set to be in the range of 3 to 30%.

【0035】また、スパッタリング時のガス圧力はAr
ガスやH2 ガスの導入量と共に成膜速度、膜の密度及び
膜の酸化状態を制御するために重要なパラメータであ
る。検討の結果SiO2 −GeO2 コア膜を形成するた
めの適切な圧力範囲は0.01〜1Paであった。この
範囲外では密度の低い膜となり、屈折率、膜厚、基板の
反り量の変動が大きな膜しか得られなかった。
The gas pressure during sputtering is Ar
It is an important parameter for controlling the film formation rate, the film density, and the oxidation state of the film together with the amount of gas or H 2 gas introduced. As a result of the study, an appropriate pressure range for forming the SiO 2 —GeO 2 core film was 0.01 to 1 Pa. Outside this range, the film had a low density, and only a film having a large variation in the refractive index, the film thickness, and the amount of warpage of the substrate could be obtained.

【0036】さらに成膜時にそれぞれのターゲットに印
加する高周波電圧は、成膜速度を直接制御する要因であ
るが、SiO2 −GeO2 コア膜を形成する場合には、
内部応力や屈折率も印加電圧によって変化する。高温熱
処理時に内部応力や屈折率変動の少ない膜を形成するた
めには、1ターゲット当たり2〜10(W/cm2 )の
範囲の電力で成膜されることが好ましい。
Further, the high-frequency voltage applied to each target at the time of film formation is a factor for directly controlling the film formation speed, but when forming a SiO 2 —GeO 2 core film,
The internal stress and the refractive index also change according to the applied voltage. In order to form a film with less internal stress and less change in refractive index during high-temperature heat treatment, it is preferable to form the film with a power of 2 to 10 (W / cm 2 ) per target.

【0037】図2は本発明の導波路型光部品の製造方法
を示す工程図である。
FIG. 2 is a process chart showing a method of manufacturing a waveguide type optical component according to the present invention.

【0038】まず図1に示したスパッタリング装置を用
いて基板13上にSiO2 −GeO2 組成のコアガラス
膜16aを形成する。このコアガラス膜16a上に導波
路用のパターンをフォトリソグラフィにより形成した
後、これら導波路のパターンをもとにCHF3 ガスを用
いた反応性イオンエッチング(ドライエッチング)によ
りコアガラス膜16aを略矩形断面形状のコア16に加
工する。さらに基板13上の略矩形断面形状に加工され
たコア16全体にプラズマCVD法又はスパッタリング
法によりGeを含まない低屈折率のSiO2 ガラス膜を
積層させて上側クラッド層17を形成した。
First, a core glass film 16a having a SiO 2 —GeO 2 composition is formed on a substrate 13 by using the sputtering apparatus shown in FIG. After a pattern for a waveguide is formed on the core glass film 16a by photolithography, the core glass film 16a is substantially formed by reactive ion etching (dry etching) using CHF 3 gas based on the pattern of the waveguide. It is processed into a core 16 having a rectangular cross section. Further, an upper cladding layer 17 was formed by laminating a low refractive index SiO 2 glass film containing no Ge on the entire core 16 processed into a substantially rectangular cross-sectional shape on the substrate 13 by a plasma CVD method or a sputtering method.

【0039】以上において、コア16のサイズ6μm×
6μmのSiO2 −GeO2 導波路を評価した結果、伝
送損失0.05dB/cm以下の低損失な導波路型光部
品が実現できることが確認できた。
In the above, the size of the core 16 is 6 μm ×
As a result of evaluating a 6 μm SiO 2 —GeO 2 waveguide, it was confirmed that a low loss waveguide type optical component with a transmission loss of 0.05 dB / cm or less can be realized.

【0040】これにより水素をコア膜形成時に充填して
も本実施の形態によれば伝送損失に大きな影響を与えな
いことが分かった。
As a result, it was found that, even if hydrogen was filled during the formation of the core film, transmission loss was not significantly affected according to the present embodiment.

【0041】図3は図1に示した装置によって形成され
た導波路型光部品に光誘起屈折率変化をもたらす方法を
示す模式図である。
FIG. 3 is a schematic view showing a method of causing a light-induced refractive index change in a waveguide-type optical component formed by the apparatus shown in FIG.

【0042】同図に示す方法は、導波路型光部品20に
紫外線(エキシマレーザ光)21を照射してグレーティ
ングを形成するものである。前述したような構造及び材
料組成からなる導波路型光部品20上にグレーティング
のパターンが書き込まれたフェイズマスク22を置き、
その上からレンズ23によって適当なビーム形状に整形
された波長248nmのエキシマレーザ光21を照射す
る。感光による屈折率変化によって得られるグレーティ
ング長はミラー24及びレンズ23を移動してエキシマ
レーザ光21を走査したり、導波路型光部品20を移動
したりして調節される。このようにして導波路型光部品
20のコアにグレーティングを形成した結果、長さ5m
m、波長1535nmにおける反射率99.8%以上、
光誘起屈折率変化Δnが10-3以上のグレーティングが
得られた。
In the method shown in FIG. 1, a grating is formed by irradiating the waveguide type optical component 20 with ultraviolet rays (excimer laser light) 21. A phase mask 22 on which a grating pattern is written is placed on the waveguide type optical component 20 having the structure and material composition as described above,
From above, an excimer laser beam 21 having a wavelength of 248 nm, shaped into an appropriate beam shape by a lens 23, is irradiated. The grating length obtained by the change in the refractive index due to the exposure is adjusted by moving the mirror 24 and the lens 23 to scan the excimer laser light 21 or moving the waveguide type optical component 20. As a result of forming a grating on the core of the waveguide type optical component 20 in this way, the length was 5 m.
m, the reflectance at a wavelength of 1535 nm is 99.8% or more;
A grating having a photo-induced refractive index change Δn of 10 −3 or more was obtained.

【0043】以上において本発明によれば、紫外線照射
による屈折率変化を増加させるために水素ローディング
やフレームブラッシング等による水素充填を必要としな
い。その結果、長期間かつ安全上細心の注意を要するよ
うな製造工程、或いは導波路の光学的特性を劣化させる
ような過剰加熱の製造工程を必要としない。また、本発
明によれば、基板にバイアス電圧を印加したため、紫外
光照射時の屈折率変化に寄与する酸素欠乏欠陥の量も制
御することができる。さらに本発明は、従来の製造装置
によって成し得るものであり、特に様々な機能を有する
平面光導波路型光部品にも容易に適用できる。
As described above, according to the present invention, there is no need for hydrogen loading or hydrogen filling by frame brushing or the like in order to increase the refractive index change due to ultraviolet irradiation. As a result, there is no need for a manufacturing step that requires long-term and careful attention for safety or an overheating manufacturing step that deteriorates the optical characteristics of the waveguide. Further, according to the present invention, since a bias voltage is applied to the substrate, the amount of oxygen deficiency defects that contribute to a change in the refractive index during irradiation with ultraviolet light can also be controlled. Further, the present invention can be achieved by a conventional manufacturing apparatus, and can be easily applied to a planar optical waveguide type optical component having various functions.

【0044】[0044]

【発明の効果】以上要するに本発明によれば、次のよう
な優れた効果を発揮する。
In summary, according to the present invention, the following excellent effects are exhibited.

【0045】スパッタリング法によるコアガラス膜の形
成を、不活性ガスと水素ガスとの混合ガス中で行うこと
により、コアを変形させることなくコア内に安全、かつ
効率よく水素を充填することができる導波路型光部品の
製造方法の提供を実現できる。
By forming the core glass film by the sputtering method in a mixed gas of an inert gas and hydrogen gas, the core can be safely and efficiently filled with hydrogen without deforming the core. A method for manufacturing a waveguide-type optical component can be provided.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の導波路型光部品の製造方法を適用した
スパッタリング装置の平面概略図である。
FIG. 1 is a schematic plan view of a sputtering apparatus to which a method of manufacturing a waveguide optical component according to the present invention is applied.

【図2】本発明の導波路型光部品の製造方法を示す工程
図である。
FIG. 2 is a process chart showing a method of manufacturing a waveguide-type optical component according to the present invention.

【図3】図1に示した装置によって形成された導波路型
光部品に光誘起屈折率変化をもたらす方法を示す模式図
である。
FIG. 3 is a schematic view showing a method of causing a light-induced refractive index change in a waveguide type optical component formed by the apparatus shown in FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 真空チャンバ 11 基板ホルダ 13 基板 14a,14b,14c,14d スパッタリングター
ゲット(ターゲット) 15a,15b,15c,15d 高周波電源
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Vacuum chamber 11 Substrate holder 13 Substrate 14a, 14b, 14c, 14d Sputtering target (target) 15a, 15b, 15c, 15d High frequency power supply

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 SiO2 、GeO2 或いはSiO2 とG
eO2 との混合物をスパッタリングターゲット材とし
て、低屈折率層を有する基板上にスパッタリング法によ
りSiO2 −GeO2 組成のコアガラス膜を形成する工
程と、該コアガラス膜をフォトリソグラフィ及びドライ
エッチングにより略矩形断面形状のコアに加工する工程
と、基板上のコア全体を低屈折率のクラッドガラス膜で
被覆する工程とからなる導波路型光部品の製造方法にお
いて、上記スパッタリング法によるコアガラス膜の形成
を、不活性ガスと水素ガスとの混合ガス中で行うことを
特徴とする導波路型光部品の製造方法。
1. A SiO 2, GeO 2 or SiO 2 and G
using a mixture with eO 2 as a sputtering target material, forming a SiO 2 -GeO 2 composition core glass film on a substrate having a low refractive index layer by a sputtering method, and subjecting the core glass film to photolithography and dry etching. In a method of manufacturing a waveguide-type optical component, comprising a step of processing a core having a substantially rectangular cross-sectional shape and a step of coating the entire core on a substrate with a low-refractive-index clad glass film, A method for manufacturing a waveguide-type optical component, wherein the formation is performed in a mixed gas of an inert gas and a hydrogen gas.
【請求項2】 上記スパッタリング法によりコアガラス
膜を形成する工程は、スパッタリング時に導入する全ガ
ス量中の水素ガスの混合比を3〜30%の範囲内とし、
スパッタリング時のガス圧力を0.01〜1Paの範囲
内とし、基板にバイアス電力を印加しながら行う請求項
1記載の導波路型光部品の製造方法。
2. The step of forming a core glass film by the sputtering method, wherein the mixing ratio of hydrogen gas in the total amount of gas introduced at the time of sputtering is in the range of 3 to 30%,
2. The method for manufacturing a waveguide-type optical component according to claim 1, wherein the gas pressure during sputtering is set in a range of 0.01 to 1 Pa and the bias power is applied to the substrate.
【請求項3】 上記コアの少なくとも一部に紫外光を照
射することによりコアの屈折率を変化させる請求項1記
載の導波路型光部品の製造方法。
3. The method according to claim 1, wherein the refractive index of the core is changed by irradiating at least a part of the core with ultraviolet light.
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