JPS5834408A - 光平面回路の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は光回路の製造方法に関するものであり、特に分
岐、合流あるいはそれらを？１Ｘ１１）た合せた星形カ
プラ等の機能をもったｔ子向回路を（４１るために、（
１） 用いて好」１穎な光回路の製造方法に係るもので釣る。

このような各種機能をトｒ与したいわゆる光平面回路は
、光通ｂｉや丸情報シスデム等の分野（こおける小櫂ｌ
光回路としてイイ用である。

従来のｒ（Ｈ平面回路の製１１方法としＣは、・高周波
スパッタ法、ＣＶＤ法、Ｌ、・よびイオン交換法等があ
げられる。・１．ｌ′ＩＪ１の高周波スパッタ法は、基
板上に導波路となるべき５吻′瓜をスパッタ蒸〕ａする
ものであるが、ＩＷＪ質原子が均一にかつ（イ）に績合
しにくいので、ｉダ乱専による伝送損失がＭ大する欠点
８有する。第２のＣＶ　Ｉ）法は、基板上にこのＣＶＤ
法により酸化′吻１散粒子を堆偵させ、これを加熱して
透明カラス厚ｉ漠を形成した＋ｋ、このコア用カラス膜
ｔ　伝えばりアクティブスパッタエツチングにより所望
のパターンとする。そしてその後に上記パターン化きれ
たコア部１モ而に上記と同様の方法でクラツドカ゛ラス
（１１；＼ヲ１杉成して−にｉ己コア部をｐｉうように
したものである。この方法は、蓋導波パターンが任意に
形成されるという利点を有するが、コアパターンの一■
−ツチング表面Ｊ−ｆｔ−Ｂちコアｉζじと、り（２） ランド部との境界となる部分が凹凸を１１″し、この部
分での散乱損失が増大する。また第６のイオン交換法は
埋め込み型の光・導波路σｊ　ｆ！）るノｊ法で６わり
、光づ員失はＵ、　［Ｊ　１　（ＩＢ　／　（：ｎｌ程
蛭と小す＜　ｓ　泊’ｊｉ　４Ｊ１．　’Ｊれている方
法である。すな１つ１つこの方法は、ｆｒ基板の表面に
パターン状マスクを設け′Ｃｒ？き、基板が蕗出した部
分つまりパターンＩｉｌ　ｌ−ｊ　ｆＸｌ（で高屈折率
に寄与する・ｒオンと基板中ソ）イオンとを交換させ、
さらにその後その表面を低屈折率（こ寄与するイオンで
交換してガイド構造とするといつものである。しかし、
このイオン交換法によると、毘”４波路の断面形状は基
板表面に子育−な方向での広がりが深さ方向のそれに比
べて大キく、例えばイニ分岐を行なう場合（・こは分岐
パターンを精密に形成することが・誰かしくなる。つｆ
リコ−ｆ　７部（こ相当する部分の大きさがその部分で
変化してし一土い、この分岐部での損失が増大する。

本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであって、
例えばガラス等の誘電体塙板−ヒの丸ｚ４波路を形成す
る領域に相当するべ１−分、−、、ＩＩ＋、！イオン等
の屈折率を大きくすることに寄与するイオンで基板ガラ
ス中のイオンと交換して高屈折率１−を形成し、欠いで
−に記高］ｌｌ折率１’Ｊの不安部分を例えばリアクテ
ィブスパッタエツチング法等ＶＣよりエノテノグ味云し
て所望の光導波路パターンを形成しｆこ（灸、その表面
を１（イオン−）））の屈１）’ｉ’　＄を小さくする
ことに訂与４−るイオンで文映し、光導改路部の断面に
おける４１０Ｊｔ率が中心で向く、周辺へいくに従って
減少するという分布を６つ光導波路を刹°した光平面回
、烙＜；：　ａＪるようにしたもので１らる。本発明に
よ−って損失の小さい、°１８梢度な分岐部あるいは合
流１１ｂ俣有した光平面回路が得らｇる。Ｊ−なわち、
ｉ’Ａ文、ｆ、ｌｌ］　４：光導波パターンを形成する
ために、エツチングにより高楯ＩＷな形状（どした上で
、上記エツチングにより生じるエツチング而のＩＹ＆小
な凹凸による散乱ロス等の影響をなくすため、その表面
を屈折率を小さくすることに腎与するイオンで交換し、
グレーディッドな屈折率分布を有したカイト構造とする
ようにしたものである。

本発明（こおいて、上記基板上であってしかも光導波路
の端部にＪＨＩ折率分布型レンし部を配しておくと、こ
の／ｆｉｔ折率分折率分草１ｉ型レンズて光ファイバ等
からの光線は光導波部へ効率良く墨東され、また光導波
部から出射された丸１糧は元ファイバあるいは光検出器
ヘスボット状に県東される。この屈折率分布型レンズを
用いることにより前記）し導波路構造は断面形状が多モ
ードの場合でも１５〜２０μ角程度で良くなる。すなわ
ち一般に光導波構造を考えると、その断面形状（寸法）
は、単一モードの場合は約１０μ程ｉｆｆでよいが、多
モードの場合は約５０μ程度必要となる。そこで上述の
如くエツチング方法としてリアクティブスパッタエツチ
ングを用いると、エツチング速度が高々０．１μ／＃で
あり、多モード用光導波路を形成するには時間がかかり
過ぎ、経済性があまり良くない。

しかるにＬ記屈折率分布型レンズを配することにより、
光導波路の断面形状が小さくてもよく、上記問題を解決
することができる。

以下本発明を′実施例につき図面を参照して詳細に説明
する。なおここに示す処施例は本発明を例示的に１ノー
示するものであり、本発明はこれに限定されるものでは
ない。

く夷細例１．＞ ここでは屈折率分布型レンズを備えた場合について説明
する。第１図Ａは分岐あるいは合流回路を概念的に示し
ている。すなわち本実施例の光平面回路は基板（１）−
ヒに光導波路部分（２）と光結合器としての屈折率分布
型レンズ部分（３）とを併せて形成することにより、光
ビームの入出射を効率良く容易に行なえるようにしてい
る。第１図１３はレンズ部（３）とイ波路噛部（２）の
平面図（第１図Ａに示す座標軸のｙ−ｚ而）を示してい
る。この回路のレンズ部（３）のｈｌｌ折率分布は第１
図Ｃに示すように、また導波路部（２）のｊｉＴｌ折率
分布は第１図りに示すようになっている。

次いで第２図から第６図をこ痛づいて上記回路の製漬工
程を示す。まず第２図に示すように、ガラス等の基板（
１）の表面に高周波スパッタによりＴＩあるいはＡＩ等
の膜を形成し、次いで公知のフォトリソグラフィーを利
用して、レンズ部（３）および光導波路（２）の形成さ
れる位置に開口（力をイイしたマスク（６）のパターン
二ング分行なう。そしてその表面から例えば′Ｊ’ｅ　
（オン＊　ＩＪ、ｄ折率を人きくすることに寄与するイ
オン（８）でイオン交換し、第６図に示すようなレンズ
部（９）および高力＋Ｉ　４１？率Ｉｎ　ｔｌＱ）を）
し成し、−ヒｄ己マスク（６）を泳去する。なし、ここ
で１１４０（７）と導波路（２）の形成域の端部とは必
「しも）妾していなくてよく、必要とする屈折重分イ１
ｉ型レンズ（３）の部分の大きさ及びレンズ性能に応じ
て両者の間隔を１ぶことができる。チた上記開口（力は
必ずしも円形でなくてもよく、必要とする＋ｆ［ｔ　４
’Ｊｒ率分布摩レンズ部分（３）の形状に合、１っせて
楕円形等の形状とすることができる。

次いで第４図（こ示すように一ヒ記基板表面に高周波ス
パッタ等により例えばアモルファスシリコン膜旧）を形
成し、その液Ｃｌ５ｒＦ５　ガスを用いたりアクティブ
スパッタエツチング等によりアモルファスシリコン膜旧
）をエツチングし、所望の線路状電導波路パターンとな
るようにマスク１１１）を形成する。

もちろんこのときレンズ形成域はマスク（１１）により
所われている。その後に露出した基板長面を、今Ｉｆ　
Ｌｔ　Ｃ２Ｆ６カスを用いたりアクティブスパッタエツ
チング等Ｇこよりエツチングし、所望のパターン（１２
１を形成する（第５図）。そして上部と同様のエツチン
グ方法でマスクを除去した鏝、さらに、上記のようにし
て得られた線路状導波パターンｕりおよびレンズ部ｅ　
１９１の表向を、第６図に示すように屈折率を小さくす
ることに寄与するに７ｔどの前たなイオン（１４Ｊでイ
オン交換させ、上記パターン化された１線路状導波路（
１２１をガイド構造とするとともに、レンズｆ＜５１９
１　ｆ埋め込み型とする。ここで、！■６図に示すよう
に課路状光導波路（１２）の上面に細く、レンズ部に小
さいマスク（＋＋＋１を設けてむくことにより１、頷路
状−＃、導波路（２）およびレンズ（３１ヲともにＸ軸
方向（こよりグレーディッドな分布とすることができる
。

このようにして第１図に示したような光結合器を備えた
光平面回路が得られる。第１図りに示すように、１曝路
伏光導波路（２）のＸ軸方向あるいはｙ　１ｑｔｌ方向
の屈折率分布は、その中心軸から遠ざかるに従ってｆｉ
１１折率が例えば二乗近似で次第に減少して生体として
山形の分布となっている。従って第１図Ｂに示すように
導波路（２）内での光ｂＡ（５）は次曲に到る前に蛇行
しながら進イＴ　シ、よつ″Ｃ凹凸企角゛するエツチン
グ向での政乱損失は少なくなる。ｆｔ、おｚ４！ｌ＋１
方向においては屈やｆ率の変化はな匹。−また、第１図
Ｃは屈折率分布型レンズ（３）のｘ　＋ｌｑ１方向ある
いは２輔方向の屈折率分布を示し１．七の中心軸から遠
ざかるに従って屈折率が例えば二乗近似で次第に減少し
て全体として山形の分布となっている。

なおｙ＠力方向Ｊｉｆ（折率分布はＺ　ｔｌｌｌｌｌｌ
ｌｌｌｌ方間じである。

以上述べた実施例の製作工程において、上記光導波路部
分（２）及び上記屈折率分布型レンズに３）の１１μ分
を基板（＋＋の表面より深く埋め込んだり、イオン交換
時間を早めたり、あるいは屈折率外布の形状を選定する
等のために゛屯界を印加してイオン拡散処理を行なって
もよい。また、−ヒ記実権例では屈折率分布レンズは１
個しか形成していないが２個以上形成してもよい。第７
図番こ示すように、多数の屈折率分布レンズ（３）およ
び光導波路部］　（２１を一つの基板＋１１上に形成す
ることができる。なお基板（１）と光ファイバ良続用シ
リコン基板（１６）とは共通基４反（１枠によって接合
されている。また尤ファイバ（１つは基板（１（号に形
成され７こＶ溝側に保持さ１ている。

このような回路において１１４！ｉ々の上記屈折率分蒲
レンズ部分（３）の大きさおよびレンズ性能ヤ相対的位
置扮Ｊ−び電導波路部分（２）の形状等は前記マスクの
形状によって任意にかつ高精度に選定することができ、
東（ｈ化０１存易に行なえる。

１試−ににＶ１ミベたように本実節制Ｇこよれば、汚明
基板ｍ内に１（支）精度な分岐凌）るいは合流パターン
（２）が形成でき、また、前記屈折率分布型レンズ（３
）すなわち光結合器を同一基板（１）内番こ備えること
により、多モード用光分岐合流素子も安価に製作可能で
ある。

〈実施例２〉 この丸１布例は単一モード光導波路を用いたＹ分岐回路
に１９４するものである。第８図Ａは本実殉例のＹ分岐
回路を示している。この輩回路の光導波路のＬｌ：Ｉｒ
而面１４状おＬび＋（＋１折率分布パま第８図Ｕｉこ示
すようになっている。その製作工程は火副例１（こｋけ
る勝路状光導波路の場合（第２図から第６図）と同様で
あり、まず基板（１）の表面を、らる深さまで屈折率を
大きくすることに寄与するイオンでイオン交換し、扁屈
折率層を形成する。、ｆ−のよ（こ１９（望のＹ分岐路
パターン用マスクをその表向に形成し、リアクティブス
パッタエツチング等（こより基板の不用部分を除去し、
冒ル（（４１１′率な光導波路パターン（２）を形成す
る。さら（こ上記パターンの表面を今度は屈折率を小さ
くすることに寄与する新たなイオンマタは基板組成のイ
オンでイオン交換し、光ガイド構造とする。すなわち、
エツチングによって光分岐パターン（２）ヲ形成するた
めに、分岐パターンの形状が精度良く作製でき、分岐点
での損失が小さいものが得られる。さらに該パターンの
表向を後から屈折率を小さくすることに訂与するイオン
でイオン交換しガイド構造とするため、−１：記エツチ
ングによって生じるエツチング面の微小な凹凸による散
乱損失の彰響が抑イーられる。

ここで上記光導波路（２）の１析面のノ１（（折率分布
は第中心軸から遠ざかるに従って屈折率が例えば二来す
Ｌ似て次第に減少して全体として山形の分布となってい
る。尚、Ｚ軸方向にはＪＩＩ＋折率の変化はない。

以」；述べたようをこ本夷倫例によれは涛明姑阪（１）
内に尚＋＊度な光分岐パターンが形成され、分岐損失の
きわめて小さい７分岐路が町目目となる。

以上本発明を実権例につきｉ発明したが、本発明は光導
波路を基板材料内に形成するものであるから、物質原子
が均一かつ密に結合したものを用いることができる。よ
ってこの導波ｉ塔内での散乱等（こよる伝送損失が少な
くなる。また光導波路をエツチング（こよって形成する
ものであるから、任意の形状の導波路パターンを精度よ
く形成することができろ。また本発明によれば、エツチ
ング後にイオン交換を行つ゛Ｃ導波路の断面か同の屈折
率分布ラグ１／−デイツドな分布としているために、導
波路内での丸線は表面に到る１油に内側に曲げられて蛇
行しながら１焦行し、よって凹凸を有するエツチング面
での散乱損失が少なくなる。また本発明によれば、力Ｈ
折−＄を小さくすることに訂すするイオン交換がエツチ
ング酸に行なわルるｆこめに、光導波路の可曲形状を深
さ方向にも十分な値とすることができ、分岐パターンを
も精密に形成することができるｇ従って本発明は分岐、
合流等の哉ｈシを有する光平面回路を製逍する場合に不
用なものとなる。

さらに本発明において、光導波路の端部に上記導波路を
形成する際に屈折率分布型１／ンズを形成するようにす
ると、このレンズによって光をスポット集光させること
ができろ。従って光導波路の断面形状を小さくすること
が可１ｊシとなり、）’１ｌｉｉｌ路を小型化すること
ができる。呼た″ｌｔ、導波、、！３の断面形状を小さ
くすることｔこより、エツチング時間を短縮でき、光回
路の生産性が著しく向−１ニする。

【図面の簡単な説明】

第１図Ａは本発明の第１の実権例による光平面回路の斜
視図、第１図Ｂは同要部拡大’Ｆ　ｉｉｉ図、第１図Ｃ
はこの回路の集光レンズのへ１訴率分布を示すグラフ、
第１図Ｄはこの回路の光導波路のＪｉｆｌ折率分布を示
すグラフ、弟２図〜弟６図はこの芙〃℃例の工４“Ａを
それぞれ示す光回路の７斜視図、第７図ｉ．？この実権
例の変形例に係る光・芒１ｍ回路の斜イ児図、・君８図
Ａは本発明の弟２の実権例による光平面回路のが・Ｙ視
図、第８図１３はこの回路の光等波１傷の／＋１１折率
分布を示すグラフである。 な′ｆｊ−ｒｌＪ向に用いた符号（こおいて、（１）・
・・・・・・・・・・・・・・・・　基板（２）・・・
・・・・・・・・・−・・・・・　光６波路ｔ３＋　　
・・・・・・・・・・・・・・・・・・　ＪｉＱ折率分
布型レンズ（埋め込みレンズ）１８）・・・・・−・・
・・・・・・・・　Ｔｄイオンｔｌ　＋）　　・・・・
・・・・・・・・・・・・・・　エッチング用ａ−Ｓ＋
マスク０４）・・・・・・・・・・・・・・・・・　Ｋ
イオンである。 代　　理　　人　　　土　　屋　　　　　勝〃　　　　
　　松　　村　　　　　修

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　基板に屈折率を大さくすることに寄！ｉするイオ
   ンを拡散して高屈折率１−を形成し、次いで前記高屈折
   率層を所望の光分岐あるいは合流バタニン等の形状とな
   るようにエツチングし、ｔＡｆＪ記パターンの周辺から
   Ｊｌｉｌ折率を小さくすることに寄与するイオンを拡散
   することによって光導波路を１１工成することを特徴と
   する光平向回路の製造方法。 ２、　前記光導波路を形成するに程によって、前記基板
   内であって前記光導波路の轍部（こ屈厨率分布型レンズ
   を形成するようにしたことを特徴とする特許請求の範囲
   第１項に記載の丸・ト面回路の製造方法。