JPH1184157A - Manufacturing method of optical waveguide - Google Patents

Manufacturing method of optical waveguide

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JPH1184157A
JPH1184157A JP25595697A JP25595697A JPH1184157A JP H1184157 A JPH1184157 A JP H1184157A JP 25595697 A JP25595697 A JP 25595697A JP 25595697 A JP25595697 A JP 25595697A JP H1184157 A JPH1184157 A JP H1184157A
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JP
Japan
Prior art keywords
core
cladding layer
layer
silicon dioxide
deposition
Prior art date
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Application number
JP25595697A
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Japanese (ja)
Inventor
Hiroyuki Tanaka
啓之 田中
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Toyo Communication Equipment Co Ltd
Original Assignee
Toyo Communication Equipment Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 コアや下部クラッド層等に悪影響を与えるこ
となくこれらに対する上部クラッド層の密着性を高める
ことができる光導波路の製造方法を提供する。蒸着材料
を提供する。 【解決手段】 基板4上にプラズマ蒸着法を用いて下部
クラッド層3を成膜する(工程1)。下部クラッド層3
上にコア層1’を形成した後、コア層1’の不要な部分
を除去してコア1を形成する(工程2)。二酸化ケイ素
を主成分とし、これに五酸化リンと酸化ホウ素を混合し
てなる蒸着材料を使用して、イオン化蒸着法により上部
クラッド層2を成膜する(工程3)。蒸着材料中におけ
る五酸化リンと酸化ホウ素の含有量は均等とする。その
後、所定時間熱処理する。二酸化ケイ素よりも融点が低
い物質を含有した蒸着材料を使用したことにより、イオ
ン化蒸着法により成膜を行った後の熱処理において、純
粋な二酸化ケイ素の融点よりも低い温度下で上部クラッ
ド層2を溶融させて、下部クラッド層3及びコア1表面
に対する上部クラッド層2の密着性を向上できる。
(57) [Problem] To provide a method of manufacturing an optical waveguide capable of improving the adhesion of an upper clad layer to a core and a lower clad layer without adversely affecting the core and the lower clad layer. Provide a deposition material. SOLUTION: A lower cladding layer 3 is formed on a substrate 4 by using a plasma deposition method (Step 1). Lower cladding layer 3
After the core layer 1 'is formed thereon, unnecessary portions of the core layer 1' are removed to form the core 1 (step 2). The upper cladding layer 2 is formed by an ionization deposition method using a deposition material containing silicon dioxide as a main component and a mixture of phosphorus pentoxide and boron oxide (step 3). The content of phosphorus pentoxide and boron oxide in the deposition material is made equal. Thereafter, heat treatment is performed for a predetermined time. By using a deposition material containing a substance having a lower melting point than silicon dioxide, the upper cladding layer 2 is heated at a temperature lower than the melting point of pure silicon dioxide in a heat treatment after forming a film by ionization deposition. By melting, the adhesion of the upper cladding layer 2 to the lower cladding layer 3 and the surface of the core 1 can be improved.

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、光通信や光コンピ
ューティングに用いられる石英系光導波路の製造技術に
関わり、特に光導波路のコアを覆うクラッドをイオン化
蒸着法により成膜してなる光導波路の製造方法に関する
ものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a technique for manufacturing a silica-based optical waveguide used for optical communication and optical computing, and more particularly to an optical waveguide formed by forming a cladding covering a core of an optical waveguide by an ionization vapor deposition method. And a method for producing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】図2(a)、(b)は石英光導波路カプ
ラの光導波路構造を示す断面図である。図2(a)に示
す光導波路は、基板4上に下部クラッド層3を形成し、
その上にコア層1’を形成した後、コア層1’の余分な
部分をエッチング除去して断面矩形状のコア1を形成
し、さらにそのコア1を埋め込むようにして上部クラッ
ド層2を形成してなる。図2(b)に示す光導波路は、
低屈折率の合成石英基板5を使用して下部クラッド3を
省略し、基板5上に直接コア1を設けたものである。コ
ア1は二酸化珪素(SiO2 )に屈折率制御用ドーパン
ト(TiO2 等)を添加したものからなり、上部クラッ
ド層2及び下部クラッド層3は純粋な二酸化珪素からな
る。上部クラッド層2及び下部クラッド層3は、真空蒸
着法の一種であるイオン化蒸着法により成膜される。イ
オン化蒸着法では、気化した蒸着物質を気体プラズマ中
でイオン化させて堆積させることにより、或いは、イオ
ン化した気体分子を電界により加速してターゲットに衝
突させ、ターゲット表面から叩き出された蒸着物質を堆
積させることにより成膜を行う。そして、イオン化蒸着
法により成膜を行った後、熱処理を行って被蒸着面に対
する上部クラッド層2の密着度を高める。
2. Description of the Related Art FIGS. 2A and 2B are cross-sectional views showing the optical waveguide structure of a quartz optical waveguide coupler. In the optical waveguide shown in FIG. 2A, a lower cladding layer 3 is formed on a substrate 4,
After a core layer 1 'is formed thereon, an excess portion of the core layer 1' is removed by etching to form a core 1 having a rectangular cross section, and an upper cladding layer 2 is formed so as to embed the core 1. Do it. The optical waveguide shown in FIG.
The core 1 is provided directly on the substrate 5 by using a synthetic quartz substrate 5 having a low refractive index and omitting the lower clad 3. The core 1 is made of silicon dioxide (SiO 2 ) to which a dopant for controlling the refractive index (such as TiO 2 ) is added, and the upper clad layer 2 and the lower clad layer 3 are made of pure silicon dioxide. The upper cladding layer 2 and the lower cladding layer 3 are formed by ionization vapor deposition, which is a kind of vacuum vapor deposition. In the ionization deposition method, the vaporized deposition material is ionized and deposited in a gas plasma, or the ionized gas molecules are accelerated by an electric field to collide with a target, thereby depositing the deposition material hit from the target surface. By doing so, a film is formed. Then, after the film is formed by the ionization vapor deposition method, heat treatment is performed to increase the degree of adhesion of the upper clad layer 2 to the surface to be vapor-deposited.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来は上部ク
ラッド層2の蒸着材料に融点の高い純粋な二酸化ケイ素
を使用していたため、イオン化蒸着法により成膜を行っ
た後における熱処理において、上部クラッド層2を十分
に溶融させることができない。これは、二酸化ケイ素の
融点である1500℃程度まで加熱すると、コア1が溶
融し変形する等の問題を招くためである。その結果、被
蒸着面に対する上部クラッド層2の密着性が悪くなり、
図3に示すようにコア1の埋め込みが不完全になること
があった。このような不良箇所があると、その部分のコ
ア1表面から伝搬光が漏洩し伝送損失が著しく増大す
る。そこで本発明の解決すべき課題は、コアや下部クラ
ッド層等に悪影響を与えることなくこれらに対する上部
クラッド層の密着性を高めることができる光導波路の製
造方法を提供することにある。
However, conventionally, since pure silicon dioxide having a high melting point was used as the material for depositing the upper cladding layer 2, the upper cladding layer was not heat-treated after the film was formed by ionization deposition. Layer 2 cannot be melted sufficiently. This is because heating to about 1500 ° C., which is the melting point of silicon dioxide, causes problems such as melting and deformation of the core 1. As a result, the adhesion of the upper clad layer 2 to the surface to be deposited is deteriorated,
As shown in FIG. 3, the embedding of the core 1 may be incomplete. If there is such a defective portion, propagation light leaks from the surface of the core 1 at that portion, and transmission loss increases significantly. Therefore, an object of the present invention is to provide a method for manufacturing an optical waveguide that can increase the adhesion of an upper clad layer to a core and a lower clad layer without adversely affecting the core and the lower clad layer.

【0004】[0004]

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに本発明は、基板表面又は該基板表面に形成された下
部クラッド層の表面にコアを突設した後、該コアを埋め
込むようにしてイオン化蒸着法により上部クラッド層を
成膜してなる光導波路の製造方法において、二酸化ケイ
素と、該二酸化ケイ素のモル数よりも少ない量の五酸化
リン及び酸化ホウ素とを混合してなる蒸着材料を使用し
てイオン化蒸着法により前記上部クラッド層を成膜した
後、酸化ホウ素の融点温度以上で且つ二酸化ケイ素の融
点温度未満の温度下で熱処理を行うようにしたことを特
徴とする。下記の表1に示すように、五酸化リンと酸化
ホウ素は共に二酸化ケイ素よりも融点が低いため、これ
らの物質を含有した蒸着材料を使用してイオン化蒸着法
により形成された蒸着膜は、純粋な二酸化ケイ素の融点
よりも低い温度で溶融する。したがって、イオン化蒸着
法により上部クラッド層の成膜を行った後、酸化ホウ素
の融点温度以上で且つ二酸化ケイ素の融点温度未満の温
度下で熱処理を行うことにより、コアや下部クラッド層
等を融解させることなく、上部クラッド層のみ融解させ
ることができるので、コアや下部クラッド層等に悪影響
を与えることなくこれらに対する上部クラッド層の密着
性を高めることができる。
SUMMARY OF THE INVENTION In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides a method of embedding a core on a substrate surface or a lower cladding layer formed on the substrate surface after projecting the core. A method of manufacturing an optical waveguide comprising forming an upper clad layer by ionization vapor deposition, comprising: a vapor deposition material obtained by mixing silicon dioxide and phosphorus pentoxide and boron oxide in an amount smaller than the number of moles of the silicon dioxide. After the upper cladding layer is formed by ionization vapor deposition using, heat treatment is performed at a temperature equal to or higher than the melting point of boron oxide and lower than the melting point of silicon dioxide. As shown in Table 1 below, since both phosphorus pentoxide and boron oxide have lower melting points than silicon dioxide, a deposited film formed by an ionization deposition method using a deposition material containing these substances is pure. Melts at a temperature lower than the melting point of pure silicon dioxide. Therefore, after the upper clad layer is formed by ionization vapor deposition, the core and the lower clad layer are melted by performing a heat treatment at a temperature equal to or higher than the melting point of boron oxide and lower than the melting point of silicon dioxide. Since only the upper cladding layer can be melted without causing any adverse effects on the core, the lower cladding layer, and the like, the adhesion of the upper cladding layer to them can be increased.

【0005】[0005]

【表1】 [Table 1]

【0006】[0006]

【発明の実施の形態】以下、添付図面に示した実施の形
態により本発明の詳細を説明する。図1は図2(a)に
示した構造の光導波路を本発明の方法を用いて製造する
際の工程説明図である。まず、基板4上にプラズマ蒸着
法を用いて下部クラッド層3を成膜する(工程1)。下
部クラッド層3の蒸着材料には従来と同じく純粋な二酸
化ケイ素を使用する。ついで、下部クラッド層3上にコ
ア層1’を形成した後、フォトリソグラフィーと反応性
イオンエッチングにより、コア層1’の不要な部分を除
去して、コア1を形成する(工程2)。コア層1の材料
には、二酸化ケイ素(SiO2 )に屈折率制御用ドーパ
ントとして例えばTiO2 を添加したものを使用する。
その後、本発明の蒸着材料、すなわち二酸化ケイ素(S
iO2 )を主成分とし、これに五酸化リン(P2 O5 )
と酸化ホウ素(B2 O3 )を混合してなる蒸着材料を使
用して、イオン化蒸着法により上部クラッド層2を成膜
する(工程3)。蒸着材料中における五酸化リンと酸化
ホウ素の含有量は均等とする。以上の工程は図示しない
減圧室内で行われる。その後、下部クラッド層3、コア
1、及び上部クラッド層2が形成された基板4を図示し
ない電気炉内に移送し、主に上方から所定時間熱処理す
る。このときの熱処理温度は、酸化ホウ素(B2 O3 )
の融点温度である460℃から二酸化ケイ素(SiO
2 )の融点温度である1500℃の間である。そして熱
処理後、基板4全体を自然冷却して光導波路が完成す
る。上記のように、二酸化ケイ素を主成分とし、これよ
りも融点が低い物質である五酸化リンと酸化ホウ素を含
有した蒸着材料を使用して、イオン化蒸着法により上部
クラッド層2を成膜することにより、イオン化蒸着法に
より成膜を行った後の熱処理において、純粋な二酸化ケ
イ素の融点よりも低い温度下で上部クラッド層2を溶融
させて、下部クラッド層3及びコア1表面に対する上部
クラッド層2の密着性を高めることができる。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below in detail with reference to the embodiments shown in the accompanying drawings. FIG. 1 is an explanatory view of a process when an optical waveguide having the structure shown in FIG. 2A is manufactured by using the method of the present invention. First, the lower cladding layer 3 is formed on the substrate 4 by using a plasma deposition method (Step 1). Pure silicon dioxide is used as the deposition material for the lower cladding layer 3 as in the prior art. Next, after the core layer 1 'is formed on the lower cladding layer 3, unnecessary portions of the core layer 1' are removed by photolithography and reactive ion etching to form the core 1 (step 2). As a material of the core layer 1, a material obtained by adding, for example, TiO 2 as a refractive index controlling dopant to silicon dioxide (SiO 2 ) is used.
Thereafter, the deposition material of the present invention, namely, silicon dioxide (S
iO 2 ) as a main component and phosphorus pentoxide (P 2 O 5 )
The upper cladding layer 2 is formed by an ionization deposition method using a deposition material obtained by mixing the oxide and boron oxide (B 2 O 3 ) (Step 3). The content of phosphorus pentoxide and boron oxide in the deposition material is made equal. The above steps are performed in a decompression chamber (not shown). Thereafter, the substrate 4 on which the lower clad layer 3, the core 1, and the upper clad layer 2 are formed is transferred into an electric furnace (not shown), and heat-treated for a predetermined time mainly from above. The heat treatment temperature at this time is boron oxide (B 2 O 3 ).
From the melting point temperature of 460 ° C. of silicon dioxide (SiO 2)
2 ) between 1500 ° C. which is the melting point temperature. After the heat treatment, the entire substrate 4 is naturally cooled to complete the optical waveguide. As described above, the upper cladding layer 2 is formed by an ionization deposition method using a deposition material containing silicon dioxide as a main component and phosphorus pentoxide and boron oxide, which are substances having lower melting points. Melts the upper cladding layer 2 at a temperature lower than the melting point of pure silicon dioxide to form the upper cladding layer 2 with respect to the surface of the lower cladding layer 3 and the core 1. Can be improved in adhesion.

【0007】[0007]

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る光導
波路の製造方法によれば、基板表面又は該基板表面に形
成された下部クラッド層の表面にコアを突設した後、該
コアを埋め込むようにしてイオン化蒸着法により上部ク
ラッド層を成膜してなる光導波路の製造方法において、
イオン化蒸着法により上部クラッド層の成膜を行った
後、酸化ホウ素の融点温度以上で且つ二酸化ケイ素の融
点温度未満の温度下で熱処理を行うようにしたことによ
り、コアや下部クラッド層等を融解させることなく、上
部クラッド層のみ融解させることができるので、コアや
下部クラッド層等に悪影響を与えることなくこれらに対
する上部クラッド層の密着性を高めることができる。
As described above, according to the method of manufacturing an optical waveguide according to the present invention, after a core is protruded from the surface of a substrate or the surface of a lower cladding layer formed on the surface of the substrate, the core is removed. In a method of manufacturing an optical waveguide formed by forming an upper clad layer by ionization vapor deposition method as embedded,
After the upper cladding layer is formed by ionization vapor deposition, heat treatment is performed at a temperature higher than the melting point temperature of boron oxide and lower than the melting point temperature of silicon dioxide, so that the core and the lower cladding layer are melted. Since only the upper clad layer can be melted without causing the core and the lower clad layer to have an adverse effect, the adhesion of the upper clad layer to the core and the lower clad layer can be increased.

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

【図1】本発明に係る光導波路の製造方法の一例を示す
工程説明図である。
FIG. 1 is a process explanatory view showing an example of a method for manufacturing an optical waveguide according to the present invention.

【図2】(a)、(b)は石英系光導波路の基本構造を
示す断面図である。
FIGS. 2A and 2B are cross-sectional views showing a basic structure of a silica-based optical waveguide.

【図3】従来の蒸着材料を用いて段差のある面に対して
イオン化蒸着法により石英系の膜を形成した場合の成膜
状態を示す説明図である。
FIG. 3 is an explanatory diagram showing a film formation state when a quartz-based film is formed by ionization vapor deposition on a stepped surface using a conventional vapor deposition material.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 コア、1’ コア層、2 上部クラッド層、3 下
部クラッド層、4 基板
1 core, 1 'core layer, 2 upper cladding layer, 3 lower cladding layer, 4 substrates

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 基板表面又は該基板表面に形成された下
部クラッド層の表面にコアを突設した後、該コアを埋め
込むようにしてイオン化蒸着法により上部クラッド層を
成膜してなる光導波路の製造方法において、 二酸化ケイ素と、該二酸化ケイ素のモル数よりも少ない
量の五酸化リン及び酸化ホウ素とを混合してなる蒸着材
料を使用してイオン化蒸着法により前記上部クラッド層
を成膜した後、酸化ホウ素の融点温度以上で且つ二酸化
ケイ素の融点温度未満の温度下で熱処理を行うようにし
たことを特徴とする光導波路の製造方法。
An optical waveguide formed by projecting a core on the surface of a substrate or a lower cladding layer formed on the surface of a substrate and then forming an upper cladding layer by ionization vapor deposition so as to embed the core. In the manufacturing method, the upper clad layer was formed by ionization deposition using a deposition material obtained by mixing silicon dioxide and phosphorus pentoxide and boron oxide in an amount smaller than the number of moles of the silicon dioxide. Thereafter, a heat treatment is performed at a temperature equal to or higher than the melting point of boron oxide and lower than the melting point of silicon dioxide.
JP25595697A 1997-09-04 1997-09-04 Manufacturing method of optical waveguide Pending JPH1184157A (en)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2003012497A1 (en) * 2001-07-31 2003-02-13 Asahi Optronics, Ltd. Quartz-plane light circuit element and process for producing the same

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2003012497A1 (en) * 2001-07-31 2003-02-13 Asahi Optronics, Ltd. Quartz-plane light circuit element and process for producing the same

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