JP2001013335A

JP2001013335A - 積層集積導波路デバイス及びその製造方法

Info

Publication number: JP2001013335A
Application number: JP13075099A
Authority: JP
Inventors: Katsuyuki Imoto; 克之井本
Original assignee: Hitachi Cable Ltd
Current assignee: Hitachi Cable Ltd
Priority date: 1999-04-27
Filing date: 1999-05-12
Publication date: 2001-01-19

Abstract

(57)【要約】【課題】高集積度で高寸法精度の光集積回路を実現でき
る積層集積導波路デバイス及びその製造方法を提供す
る。【解決手段】種々の特性、機能を有する導波路層を多層
状に積層することができるので、小さい基板面積で高集
積度の光デバイスを実現することが可能となる。フォト
ブリーチング材からなるコア層３−１、３−２及びその
コア層３−１、３−２の両側面のクラッド層４ａ−１、
４ｂ−１、４ａ−２、４ｂ−２の上面を平坦にすること
ができ、そのクラッド層４ａ−１、４ｂ−１、４ａ−
２、４ｂ−２上の上部クラッド層５−１、５−２も平坦
に形成することができることと、各導波路層間はＵＶ光
カット層６−１でＵＶ光が透過しないように断絶されて
いるのでフォトブリーチング材からなる導波路層７−
１、７−２を多層状に積層することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、積層集積導波路デ
バイス及びその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】光デバイスの小型化、集積化、高性能化
を実現する手段として、導波路構造で構成する研究がさ
かんに行われている。この種の構成法で一つの基板上に
多くの光回路を接続して集積化を図ろうとすると、基板
のサイズを大きくしなければならない。現状では３〜４
インチφのＳｉや石英ガラス基板が用いられ、光回路と
しては１〜３回路が集積化されている。光回路として
は、例えば光分岐回路、光合分波回路、光スイッチ回路
等が挙げられる。これらの光回路に、半導体レーザ、フ
ォトダイオード、光増幅素子、レンズ、ミラー等の光部
品がハイブリッド実装されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、集積度を上
げる一手段として基板サイズを６、８、１０インチφと
大きくしていくことが考えられる。

【０００４】しかしながら、基板サイズを大きくしてい
くと、以下のような問題がある。

【０００５】(1) 基板面内でのクラッド層及びコア層の
厚さや屈折率分布の均一性が悪くなる。またコア層のド
ライエッチングによる幅の均一性も低下してくる。これ
らの均一性の低下によって光回路の性能低下が生じる。
さらに特性の歩留りも大幅に低下してくる。

【０００６】(2) 基板のサイズが大きくなると、クラッ
ド層やコア層の形成による基板の反りが大きくなり、基
板中心部と周辺部の光回路の寸法精度に差が生じて光学
特性の劣化が生じる。

【０００７】(3) クラッド層やコア層の形成装置、コア
層のパターニング装置（露光装置）やコア層のエッチン
グ装置等が大型となり、かつ高精度のものが要求される
ため、非常に高価な装置となる。

【０００８】そこで、本発明の目的は、上記課題を解決
し、高集積度で高寸法精度の光集積回路を実現できる積
層集積導波路デバイス及びその製造方法を提供すること
にある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明の積層集積導波路デバイスは、基板と、基板上
に形成された高屈折率のフォトブリーチング材からなる
コア層と、コア層の両側でフォトブリーチング材がフォ
トブリーチングされた低屈折率の側面クラッド層と、コ
ア層及び側面クラッド層上に形成された低屈折率の上部
クラッド層と、上部クラッド層上に形成されたＵＶ光カ
ット層あるいはＵＶ光吸収層とで構成された導波路層と
を備えた導波路デバイスであって、導波路層の上に導波
路層と同様の構成を有する導波路層が少なくとも一層積
層されているものである。

【００１０】本発明の積層集積導波路デバイスは、基板
と、基板上に形成された低屈折率のバッファ層と、バッ
ファ層上に形成された高屈折率のフォトブリーチング材
からなるコア層と、コア層の両側でフォトブリーチング
材がフォトブリーチングされた低屈折率の側面クラッド
層と、コア層及び側面クラッド層上に形成された低屈折
率の上部クラッド層と、上部クラッド層上に形成された
ＵＶ光カット層あるいはＵＶ光吸収層とで構成された導
波路層とを備えた導波路デバイスであって、導波路層の
上に導波路層と同様の導波路層が少なくとも一層積層さ
れているものである。

【００１１】上記構成に加え本発明の積層集積導波路デ
バイスは、コア層はＵＶ光照射によってフォトブリーチ
ングされ、クラッド層の屈折率よりも高い屈折率になる
ように制御されるのが好ましい。

【００１２】上記構成に加え本発明の積層集積導波路デ
バイスは、各導波路層の端面のコア層の位置がコア層の
幅方向に異なるように形成されるのが好ましい。

【００１３】上記構成に加え本発明の積層集積導波路デ
バイスは、ＵＶ光カット層あるいはＵＶ光吸収層が上部
クラッド層の中に含まれていてもよい。

【００１４】上記構成に加え本発明の積層集積導波路デ
バイスは、ＵＶ光カット層あるいはＵＶ光吸収層が基板
の裏面にも形成されていてもよい。

【００１５】上記構成に加え本発明の積層集積導波路デ
バイスは、フォトブリーチングされたコア層及び側面ク
ラッド層の屈折率がＵＶ光の照射エネルギー量の調整に
よって制御されるのが好ましい。

【００１６】上記構成に加え本発明の積層集積導波路デ
バイスは、各導波路層に形成されているデバイスが、光
分岐器、光合分波器等の光受動デバイス、半導体レー
ザ、フォトダイオード等の光能動デバイス、ヒータ、駆
動回路等の電気回路を少なくとも一つ含むのが好まし
い。

【００１７】上記構成に加え本発明の積層集積導波路デ
バイスは、少なくとも二つの導波路層の間は電気的ある
いは光学的に結合されるのが好ましい。

【００１８】本発明の積層集積導波路デバイスの製造方
法は、基板上にフォトブリーチング用のポリマ材料層を
形成する工程と、ポリマ材料層上に部分的にＵＶ光カッ
ト層あるいはＵＶ光吸収層のパターンを有するフォトマ
スクを配置し、そのフォトマスクの上からＵＶ光を照射
する工程と、フォトブリーチングされない高屈折率のコ
ア層とそのコア層の両側でＵＶ光照射によってフォトブ
リーチングされた低屈折率の側面クラッド層とを形成す
る工程と、コア層及び側面クラッド層上に低屈折率の上
部クラッド層とＵＶ光カット層あるいはＵＶ光吸収層を
順次形成する導波路層形成工程とを少なくとも２回繰り
返して基板上に複数の導波路層を形成するものである。

【００１９】本発明の積層集積導波路デバイスの製造方
法は、基板上に低屈折率のバッファ層を形成する工程
と、バッファ層の上にフォトブリーチング用のポリマ材
料層を形成する工程と、ポリマ材料層上に部分的にＵＶ
光カット層あるいはＵＶ光吸収層のパターンを有するフ
ォトマスクを配置し、そのフォトマスクの上からＵＶ光
を照射する工程と、フォトブリーチングされない高屈折
率のコア層とそのコア層の両側面にＵＶ光照射によって
フォトブリーチングされた低屈折率の側面クラッド層と
を形成する工程と、コア層及び側面クラッド層上に低屈
折率の上部クラッド層とＵＶ光カット層あるいはＵＶ光
吸収層を順次形成する導波路層形成工程とを少なくとも
２回繰り返して基板上に複数の導波路層を形成するもの
である。

【００２０】上記構成に加え本発明の積層集積導波路デ
バイスの製造方法は、コア層をＵＶ光照射によりフォト
ブリーチングし、クラッド層の屈折率よりも高い屈折率
に制御する工程を有してもよい。

【００２１】上記構成に加え本発明の積層集積導波路デ
バイスの製造方法は、各導波路層の端面のコア層の位置
がコア層の幅方向に異なった位置に形成されるように製
造してもよい。

【００２２】上記構成に加え本発明の積層集積導波路デ
バイスの製造方法は、ＵＶ光カット層あるいはＵＶ光吸
収層を上部クラッド層の中に含まれるように製造しても
よい。

【００２３】上記構成に加え本発明の積層集積導波路デ
バイスの製造方法は、基板の裏面にＵＶ光カット層ある
いはＵＶ光吸収層を形成してもよい。

【００２４】上記構成に加え本発明の積層集積導波路デ
バイスの製造方法は、フォトブリーチングされたコア層
及び側面クラッド層の屈折率をＵＶ光の照射エネルギー
量の調整で制御して製造するのが好ましい。

【００２５】上記構成に加え本発明の積層集積導波路デ
バイスの製造方法は、各導波路層に光受動デバイスを導
波路構造で構成する工程と、光能動デバイスをハイブリ
ッド実装する工程と、ヒータや駆動回路等の電気回路を
モノリシック実装あるいはハイブリッド実装する工程と
を有してもよい。

【００２６】上記構成に加え本発明の積層集積導波路デ
バイスの製造方法は、基板上の導波路層間で光結合させ
る際に、導波路層のコア層間で互いに向き合うように４
５°ミラーを形成し、各コア層内で光の伝搬が行えるよ
うにしてもよい。

【００２７】本発明によれば、種々の特性、機能を有す
る導波路層を多層状に積層することができるので、小さ
い基板面積で高集積度の光デバイスを実現することが可
能となる。フォトブリーチング材からなるコア層及びそ
のコア層の両側のクラッド層上面を平坦にすることがで
き、そのクラッド層上の上部クラッド層も平坦に形成す
ることができることと、各導波路層間はＵＶ光カット層
（あるいはＵＶ光吸収層）でＵＶ光が透過しないように
断絶されているのでフォトブリーチング材からなる導波
路層を多層状に積層することができる。

【００２８】また、本発明によれば、基板面積が大きく
ならないことと、フォトブリーチング材を用いているた
め、コア層やクラッド層形成時の基板の反りがほとんど
ない。その結果、高寸法精度の導波路層を多層状に形成
することができ、高性能の光学特性を得ることができ
る。

【００２９】さらに、本発明によれば、製造装置を大規
模にする必要がなく、小型の高性能の装置を用いること
ができるので、高性能光学特性の光デバイスを低コスト
で製造することができる。

【００３０】積層集積導波路デバイスの両端面の各導波
路のコア層の位置をコア層の幅方向に異なった位置に形
成することによって、各導波路層のコア層端面に、光フ
ァイバ、半導体レーザ、フォトダイオード、レンズ、ミ
ラー等の光部品の実装スペースを得ることができるよう
になり、高集積度、高機能の光デバイスの実現が可能と
なる。

【００３１】ＵＶ光カット層（ＵＶ光吸収層）を上部ク
ラッド層の中に含ませることにより、各導波路層の厚さ
を薄くすることができ、より軽量、小型の積層集積導波
路デバイスの実現が可能となる。

【００３２】基板の裏面にＵＶ光カット層（ＵＶ光吸収
層）を形成することにより、長期的に安定な光デバイス
を得ることができる。

【００３３】コア層及び側面クラッド層の屈折率をＵＶ
光の照射エネルギーで制御することにより、安価な装置
で製造することができ、結果的に光デバイスの低コスト
化が可能となる。

【００３４】複数の機能、性能を有する光デバイスを小
型サイズで実現することができる。

【００３５】各導波路層間を電気的あるいは光学的に結
合させることができるので、より多機能な光デバイスを
実現することができる。

【００３６】百数十℃の低温プロセスで製造することが
できるので、プラスチック基板やプリント基板上にも形
成することができ、光と電気回路とを混載したデバイス
を実現できる。

【００３７】

【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。

【００３８】図１は本発明の積層集積導波路デバイスの
一実施の形態を示す断面図である。

【００３９】この積層集積導波路デバイスは、基板（ガ
ラス基板、Ｓｉ、ＧａＡｓ等の半導体基板、アルミナ、
ルミセラム等のセラミックス基板、プラスチック基板の
いずれでもよい。）１上に、導波路層７−１と、導波路
層７−１と同一構造を有する導波路層７−２とが順次積
層されたものである。

【００４０】導波路層７−１は、屈折率ｎ_bのバッファ
層２−１と、バッファ層２−１の上に形成された高屈折
率ｎ_w（ｎ_w＞ｎ_b）のコア層３−１と、コア層３−１
の両側面の低屈折率ｎ_s（ｎ_s＜ｎ_w）の側面クラッド
層４ａ−１、４ｂ−１と、コア層３−１及び側面クラッ
ド層４ａ−１、４ｂ−１の上に形成された上部クラッド
層（屈折率ｎ_c、ｎ_c＜ｎ_w）５−１と、上部クラッド
層５−１上に形成されたＵＶ光カット層（あるいはＵＶ
光吸収層）６−１とで構成されている。

【００４１】導波路層７−２は、屈折率ｎ_bのバッファ
層２−２と、バッファ層２−２の上に形成された高屈折
率ｎ_wのコア層３−２と、コア層３−２の両側面の低屈
折率ｎ_sの側面クラッド層４ａ−２、４ｂ−２と、コア
層３−２及び側面クラッド層４ａ−２、４ｂ−２の上に
形成された上部クラッド層（屈折率ｎ_c）５−２と、上
部クラッド層５−２上に形成されたＵＶ光カット層（あ
るいはＵＶ光吸収層）６−２とで構成されている。

【００４２】積層集積導波路デバイスは、コア層３−
１、３−２、側面クラッド層４ａ−１、４ｂ−１、４ａ
−２、４ｂ−２には、例えば図２に示すような屈折率の
ＵＶ光照射依存性を示すフォトブリーチング材料（ポリ
シラン）が用いられている。

【００４３】図２は本発明の積層集積導波路デバイスに
用いられるフォトブリーチング材料の屈折率特性を示す
図であり、横軸がＵＶ光照射時間を示し、縦軸が屈折率
を示している。

【００４４】まず、バッファ層２−１（２−２）（例え
ばシリコーン樹脂、屈折率１．４４）の上にヘキサメチ
ルジシラザン（ＣＨ₃ＳｉＮＨＳｉＣＨ₃）を塗布す
る。次に１２０℃で約１時間ベーキングして疎水化した
後、１０重量％の濃度でトルエンに溶解したポリシラン
をスピンコーティングし、１２０℃で約１時間ベーキン
グする。次に、後述するフォトマスクをポリシラン表面
上に配置し、波長３７０ｎｍの紫外線（ＵＶ）光を照射
する。側面クラッド層４ａ−１、４ｂ−１、４ａ−２、
４ｂ−２にはＵＶ光を長時間（ｔｃ）照射し、コア層３
−１、３−２にはＵＶ光を時間ｔｃよりも短い時間（ｔ
ｗ）照射するか、あるいは全く照射しないか、あるいは
ＵＶ光量を弱くして照射する。

【００４５】この結果、コア層３−１、３−２の屈折率
ｎ_wは、側面クラッド層４ａ−１、４ｂ−１、４ａ−
２、４ｂ−２の屈折率ｎ_sよりも高くすることができ
る。

【００４６】屈折率ｎ_w、ｎ_sは、図２に示した特性
（国分：国分「三次元マイクロフォトニクス」プロジェ
クト研究概要集、ｐ６４〜ｐ６５、平成１１年３月１９
日、（財）神奈川科学技術アカデミー）から選ばれる。
例えば、側面クラッド層４ａ−１、４ｂ−１、４ａ−
２、４ｂ−２には屈折率ｎ_sが１．４３５となるように
ＵＶ光を照射し、コア層３−１、３−２には屈折率ｎ_w
が１．４５８となるようにＵＶ光を照射すればよい。

【００４７】上部クラッド層５−１、５−２は、例えば
シリコーン樹脂（屈折率１．４４）を用いてコア層３−
１、３−２、側面クラッド層４ａ−１、４ｂ−１、４ａ
−２、４ｂ−２上にスピンコーティングした後、ベーキ
ングを行って硬化することにより形成される。

【００４８】ＵＶ光カット層６−１、６−２には、Ｚｒ
Ｏ₂（あるいはＴａＯ₅）とＳｉＯ₂とを１２０℃の温
度で交互に数十層、多層状に蒸着した多重層が用いられ
る。この多重層は波長３００nm〜５００nmの範囲で反射
率が８０％以上の特性を有する多層膜蒸着層である。な
お、このＵＶ光カット層６−１、６−２の代わりにＵＶ
光吸収層を用いてもよい。例えば、ポリマ材料にベンゾ
フェノン系、サリチレート系、ベンゾトリアゾール系の
添加剤を添加したもの、あるいはポリマ材料に二酸化チ
タン、酸化鉄、酸化亜鉛等の金属酸化物顔料を添加した
ものを用いることができる。

【００４９】このように、上部クラッド層５−１の上に
ＵＶ光カット層（あるいはＵＶ光吸収層）を形成するこ
とにより、導波路層７−２を形成するときに導波路層７
−１のコア層３−１、側面クラッド層４ａ−１、４ｂ−
１の屈折率特性の変化がなくなり安定する。また、太陽
光や蛍光灯等からのＵＶ光に対しても屈折率特性の変化
はない。同様にＵＶ光カット層（あるいはＵＶ吸収層）
６−２を形成しておくことにより、長時間ＵＶ光をあび
ても屈折率が変化するのが防止される。

【００５０】次に図１に示した導波路層７−１、７−２
に形成されている光デバイスについて説明する。

【００５１】図３は図１に示した積層集積導波路デバイ
スのＡ−Ａ線断面内の光デバイスとしての光分岐器１０
のパターンを示したものである。光分岐器１０は入力光
８を二つの略等分配された出力光９−１、９−２に分配
する光デバイスである。

【００５２】図４は図１に示した積層集積導波路デバイ
スのＡ−Ａ線断面内の光デバイスとしての光合分波器１
３のパターンを示したものである。光合分波器１３は波
長λ₁、λ₂の光信号を含んだ入力光１１を光合分波器
１３に入力させることにより分波し、波長λ₁の光信号
は矢印１２−１方向へ分波し、波長λ₂の光信号は矢印
１２−２方向へ分波して出力させる光デバイスである。

【００５３】導波路層７−１、７−２に形成される光デ
バイスとしては、光受動デバイスの他に、ヒータや駆動
回路をモノリシックあるいはハイブリッドに形成し、こ
れらのデバイスを用いて光スイッチ、光変調器、光チュ
ーナブルフィルタ等の光能動デバイスを構成してもよ
い。

【００５４】さらに後述するように、積層集積導波路デ
バイスの光入射面側及び光出射端面側に光ファイバや半
導体レーザや受光素子等をハイブリッド実装することが
できる。

【００５５】図５は本発明の積層集積導波路デバイスの
他の実施の形態を示す断面図である。

【００５６】この積層集積導波路デバイスは、基板１上
に、導波路層７−１、７−２、７−３を順次積層させた
光デバイスである。この光デバイスは、図１に示した積
層集積導波路デバイスの上に、導波路層７−１と同様の
構造の導波路層７−３を積層したものであり、より高集
積度、高機能化を図ったものである。

【００５７】導波路層７−３は、バッファ層２−３、コ
ア層３−３、コア層の両側面の側面クラッド層４ａ−
３、４ｂ−３、上部クラッド層５−３及びＵＶ光カット
層（あるいはＵＶ光吸収層）６−３で構成される。

【００５８】この構成において、各導波路層の構造パラ
メータ、すなわち、それぞれの層の厚さ、屈折率、コア
層の幅等は等しくても異なっていてもよい。また、各導
波路層に形成されている光デバイスも同じでも異なって
いてもよい。さらに、各導波路層の構成材料も同じでも
異なっていてもよい。

【００５９】本実施の形態では、各導波路層７−１、７
−２、７−３のコア層３−１、３２、３−３のコア幅方
向の位置が同じ位置になるように形成されている。

【００６０】図６は本発明の積層集積導波路デバイスの
他の実施の形態を示す断面図である。

【００６１】この積層集積導波路デバイスは、導波路層
７−１のコア層３−１の位置と、導波路層７−２のコア
層３−２の位置とがコア層の幅方向に間隔Ｓを保つよう
に形成されている。例えば、間隔Ｓを１２５μｍ以上に
設定すれば、コア層３−１及びコア層３−２の端面に外
径が１２５μｍの光ファイバを接続することができる。
また、光ファイバ以外に、半導体レーザやフォトダイオ
ード等の半導体光部品のように大きな体積を有する光部
品を接続することが容易となる。なお、各導波路層のコ
ア層の入出射端面は必ずしも図１、図５及び図６のよう
に同じ端面側にある必要はなく、四つの端面（前面、後
面、右側面及び左側面）のうちのいずれの端面に設けら
れていても別の端面に設けられていてもよい。

【００６２】図７は本発明の積層集積導波路デバイスの
他の実施の形態を示す断面図である。

【００６３】この積層集積導波路デバイスは、基板１の
裏面にもＵＶ光カット層（あるいはＵＶ光吸収層）６−
３を形成したものである。このＵＶ光カット層６−３に
より、基板１の上面からだけでなく裏面からのＵＶ光の
侵入をも防ぐことができるため、コア層３−１、３−
２、３−３及び側面クラッド層４ａ−１、４ｂ−１、４
ａ−２、４ｂ−２のコア近傍部分の屈折率変化を生じる
おそれがほとんどなくなり、より長期的に信頼性の高い
光デバイスを得ることができる。

【００６４】図８は本発明の積層集積導波路デバイスの
他の実施の形態を示す断面図である。

【００６５】この積層集積導波路デバイスは、図１に示
した積層集積導波路デバイスのＢ−Ｂ線断面図を示した
ものであり、光の入出射端面１５−１、１５−２に光フ
ァイバ１４−１、１４−２、１４−３、１４−４を接続
したものである。

【００６６】図９は本発明の積層集積導波路デバイスの
他の実施の形態を示す断面図である。

【００６７】この積層集積導波路デバイスは、図１に示
した積層集積導波路デバイスのＢ−Ｂ線断面図を示した
ものであり、一方の端面１５−１のコア層３−１、３−
２に光ファイバ１４−１、１４−３を接続した構造とな
っている。導波路層７−１のコア層３−１及び導波路層
７−２のコア層３−２に、４５°のスリットを２本直交
するように形成して全反射ミラー１６−１、１６−２を
挿入したものである。

【００６８】光ファイバ１４−１内を矢印１７−１方向
に伝搬してきた入力光は、導波路層７−１のコア層３−
１内に入射して伝搬し、４５°の全反射ミラー１６−１
で略直角に曲げられて全反射ミラー１６−２に達し、全
反射ミラー１６−２で略直角に曲げられて導波路層７−
２のコア層３−２内を伝搬し、光ファイバ１４−３内へ
導かれて矢印１７−２方向に出力光として伝搬する。

【００６９】ここで、導波路層７−１、７−２内の光デ
バイスは前述したように種々の光デバイスを用いること
ができる。

【００７０】このように、導波路層７−１と導波路層７
−２との間で光学的に結合させることによって、より高
機能、高性能の光信号処理を行うことができる。しかも
小型サイズのデバイスを実現することができる。

【００７１】なお、本実施の形態では光学的に結合させ
た場合について説明したが、電気的に結合させるように
してもよい。

【００７２】図１０は本発明の積層集積導波路デバイス
の他の実施の形態を示す断面図である。

【００７３】この積層集積導波路デバイスは、図１に示
した積層集積導波路デバイスに半導体レーザ１８、フォ
トダイオード１９及び光ファイバ１４−２、１４−３を
光結合させたものである。各導波路層７−１、７−１に
は、光分岐器、光合分波器、光スイッチ、光Ａｄｄ／Ｄ
ｒｏｐ、光チューナブルフィルタ等を用いることができ
る。すなわち、半導体レーザ１８からのレーザ光はコア
層３−２内を伝搬し、光ファイバ１４−３へ導かれ、光
ファイバ１４−２内を伝搬してきた光信号はコア層３−
１内を伝搬し、フォトダイオード１９へ導かれるので、
双方向伝送デバイスを構成することができ、各導波路層
７−１、７−２で種々の光信号処理を行うことができ
る。

【００７４】次に本発明の積層集積導波路デバイスの製
造方法について説明する。

【００７５】図１１（ａ）〜（ｅ）は本発明の積層集積
導波路デバイスの製造方法を説明するための工程図であ
る。図１２（ａ）は図１に示した積層集積導波路デバイ
スを製造する際に用いられるフォトマスクの平面図であ
り、図１２（ｂ）は図１２（ａ）の側面図である。図１
３（ａ）は図１に示した積層集積導波路デバイスを製造
する際に用いられるフォトブリーチング用フォトマスク
の平面図であり、図１３（ｂ）は図１３（ａ）の側面図
である。

【００７６】基板１上にバッファ層２を形成した後、そ
のバッファ層２の上にフォトブリーチング材料層２０を
形成する（図１１（ａ））。

【００７７】フォトブリーチング材料層２０の上にフォ
トブリーチング用のフォトマスク２１を配置し、そのフ
ォトマスク２１の上から所望強度のＵＶ光２２を所望時
間照射する。このときフォトマスク２１の上には、例え
ば図１２（ａ）、（ｂ）に示すように図３に示した光分
岐器１０のパターンの形成されたものを用いる。このフ
ォトマスク２１は、ガラス板２７上にＵＶ光の低反射率
領域２５ａと光分岐器１０のパターン状のＵＶ光の高反
射率領域２６ａとが形成されている。

【００７８】ＵＶ光の低反射率領域（マスク領域）２５
ａはＵＶ光２２が照射されることによってそのマスク領
域２５ａの下のフォトブリーチング材料層２０はフォト
ブリーチングされて屈折率の低下をもたらし側面クラッ
ド層４ａ、４ｂが形成される。すなわち、図１に示した
側面クラッド層４ａ−１、４ｂ−１、４ａ−２、４ｂ−
２が形成される。ＵＶ光の高反射率領域２６はＵＶ光２
２が照射されてもほとんど反射され、高反射率領域２６
ａの下のフォトブリーチング材料層２０はほとんどフォ
トブリーチングされず、屈折率の低下はほとんど生じな
い（図１１（ｂ））。

【００７９】フォトブリーチング材料層２０の上に他の
マスク（図１３に示すフォトブリーチング用フォトマス
ク）２４を配置し、再度、マスク２４の上からＵＶ光２
２を照射する。

【００８０】図１３（ａ）、（ｂ）に示したフォトマス
クは、図１２（ａ）、（ｂ）に示したフォトマスクを反
転したマスクであり、光分岐器１０のパターンの形成さ
れた高反射率領域２６ａはＵＶ光のマスク領域２５ｂと
なっており、これとは逆に図１２（ａ）、（ｂ）に示し
たマスク領域２５ａはＵＶ光の高反射率領域２６ｂとな
っている（図１１（ｃ））。

【００８１】従って、図１３（ａ）、（ｂ）に示したマ
スク２４の上からＵＶ光２２を照射すると、側面クラッ
ド層４ａ−１、４ｂ−１、４ａ−２、４ｂ−２の領域は
ＵＶ光が反射されて照射されないので屈折率変化が生じ
ない。これとは逆に光分岐器１０のパターンのマスク領
域２５ｂは、ＵＶ光の低反射率領域であるため、ＵＶ光
２２の照射によってそのマスク領域２５ｂの下のフォト
ブリーチング材料層２３は屈折率変化が生じ所望の屈折
率を有するコア層３が形成される（図１１（ｄ））。

【００８２】上部クラッド層５及びＵＶ光カット層（あ
るいはＵＶ光吸収層）６を順次形成する。この結果、導
波路層７−１が形成される（図１１（ｅ））。

【００８３】図１に示す導波路層７−２や図５に示す導
波路層７−３を形成するには、図１１（ａ）〜（ｅ）に
示す工程を繰り返せばよい。

【００８４】このように図１１（ａ）〜（ｅ）に示す製
造方法により、導波路層を多層状に積層することができ
る。

【００８５】図１４は本発明の積層集積導波路デバイス
の他の実施の形態を示す断面図である。

【００８６】この積層集積導波路デバイスは、導波路層
７−１内に二つのコア層３−１ａ、３−１ｂを有し、そ
れらのコア層３−１ａ、３−１ｂの側面にフォトブリー
チングされた低屈折率の側面クラッド層４ａ−１、４ｂ
−１、４ｃ−１を有する構造となっている。

【００８７】導波路層７−１に形成されている光デバイ
スの例としては、例えば図４に示した光合分波器１３で
あり、２入力２出力のコア層を有するものがある。

【００８８】本発明は上記実施の形態に限定されるもの
ではない。まず、各導波路層内のコア層にはフォトブリ
ーチングされた材料層が用いられるが、この材料層には
種々のフォトブリーチング用ポリマ材料を用いることが
できる。またこの材料層はＵＶ光を照射してもしなくて
もいずれの場合でも使用することができる。導波路層は
シングルモード伝送用以外にマルチモード伝送用に構造
パラメータを設定してもよい。

【００８９】また、バッファ層２及び上部クラッド層５
の厚さは、少なくとも５μｍよりも厚くすることで、各
導波路層間で光学的な結合が起こらないようにすること
ができるが、数十μｍ程度まで厚くしておけば十分に低
損失な導波路層が得られると共に、各コア層と光ファイ
バとの接続が容易となる。

【００９０】また、ＵＶ光カット層（ＵＶ光吸収層）の
厚さは数十μｍ程度の厚さがあればよく、厚ければより
ＵＶ光カット（あるいはＵＶ光吸収）の効果が増大す
る。導波路層間のＵＶ光カット層（ＵＶ光吸収層）には
信号光を減衰させる吸収剤（例えばカーボン）やメタル
層を形成して導波路層間の光の不要な干渉を抑えるよう
にしてもよい。バッファ層や上部クラッド層にはＳｉＯ
₂、ＳｉＯ₂にＦ、Ｂ、Ｐ等の屈折率制御用添加物を含
んだもの等を用いてもよい。

【００９１】フォトブリーチング材料には上記実施の形
態に示した材料以外に、ｄｙｅｐｏｌｙｍｅｒ，４−
ｄｉａｌｋｙｌａｍｉｎｏ−４´−ｎｉｔｒｏ−ｓｔｉ
ｌｂｅｎｅ，ＤＭＡＰＮ，２−ｎｉｔｒｏｓｔｉｌｂｅ
ｎｅ等を用いることができる。

【００９２】なお、本実施の形態では基板１の上にバッ
ファ層を設けた場合で説明したが、バッファ層を設けず
にコア層を設けてもよい。また、導波路層の層数は２層
以上の多層状に形成することができ、その上限に制約は
ない。

【００９３】以上本発明によれば、 (1) 種々の特性や機能を有する導波路層を一つの基板上
に多層状に積層することができるので、小さい基板面積
で高集積、高機能光デバイスを実現することができる。

【００９４】(2) 基板面積が大きくならないことと、フ
ォトブリーチング材を用いていることのために、コア層
やクラッド層形成時の基板の反りがほとんど生じない。
その結果、高寸法精度の導波路層を多層状に形成するこ
とができ、高性能の光学特性を得ることができる。

【００９５】(3) 簡易な製造装置で製造することができ
るので、高性能、高機能と低コストの両方を満たすこと
ができる。

【００９６】(4) 各導波路層のコア層の位置をコア層の
幅方向に異なった位置に形成することによって光ファイ
バ、半導体レーザ、フォトダイオード、レンズ及びミラ
ー等光部品の実装スペースを得ることができるようにな
り、高集積度、高機能光デバイスを実現することができ
る。

【００９７】(5) 導波路層間にＵＶ光カット層（ＵＶ光
吸収層）を設けることにより、フォトブリーチング材を
用いた導波路層を多層状に積層することができる。また
ＵＶ光カット層（ＵＶ光吸収層）を上部クラッド層の中
に含ませることもでき、このことにより各導波路層の厚
さを薄くすることができ、より軽量で小型の積層集積導
波路デバイスを実現することができる。

【００９８】(6) 導波路層の上面だけでなく、基板の裏
面にもＵＶ光カット層（ＵＶ光吸収層）を設けることに
よってより長期的に安定な光デバイスを得ることができ
る。

【００９９】(7) コア層及び側面クラッド層の屈折率を
ＵＶ光の照射エネルギー（照射強度、照射時間）で制御
することができるので、装置が安価となり、結果的に光
デバイスを低コスト化することができる。

【０１００】(8) 各導波路層間を電気的あるいは光学的
に結合させることができるので、より多機能な高集積光
デバイスを実現することができる。

【０１０１】(9) ２００℃以下の低温のプロセスで製造
することができるので、プラスチック基板やプリント基
板上等にも形成することができ、光回路と電気回路とを
混載したデバイスを実現することができる。

【０１０２】

【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。

【０１０３】高集積度で高寸法精度の光集積回路を実現
できる積層集積導波路デバイス及びその製造方法を提供
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の積層集積導波路デバイスの一実施の形
態を示す断面図である。

【図２】本発明の積層集積導波路デバイスに用いられる
フォトブリーチング材料の屈折率特性を示す図である。

【図３】図１に示した積層集積導波路デバイスのＡ−Ａ
線断面内の光デバイスとしての光分岐器１０のパターン
を示したものである。

【図４】図１に示した積層集積導波路デバイスのＡ−Ａ
線断面内の光デバイスとしての光合分波器１３のパター
ンを示したものである。

【図５】本発明の積層集積導波路デバイスの他の実施の
形態を示す断面図である。

【図６】本発明の積層集積導波路デバイスの他の実施の
形態を示す断面図である。

【図７】本発明の積層集積導波路デバイスの他の実施の
形態を示す断面図である。

【図８】本発明の積層集積導波路デバイスの他の実施の
形態を示す断面図である。

【図９】本発明の積層集積導波路デバイスの他の実施の
形態を示す断面図である。

【図１０】本発明の積層集積導波路デバイスの他の実施
の形態を示す断面図である。

【図１１】（ａ）〜（ｅ）は本発明の積層集積導波路デ
バイスの製造方法を説明するための工程図である。

【図１２】（ａ）は図１に示した積層集積導波路デバイ
スを製造する際に用いられるフォトマスクの平面図であ
り、（ｂ）は（ａ）の側面図である。

【図１３】（ａ）は図１に示した積層集積導波路デバイ
スを製造する際に用いられるフォトブリーチング用フォ
トマスクの平面図であり、（ｂ）は（ａ）の側面図であ
る。

【図１４】本発明の積層集積導波路デバイスの他の実施
の形態を示す断面図である。

【符号の説明】

１基板２−１、２−２バッファ層３−１、３−２コア層４ａ−１、４ｂ−１、４ａ−２、４ｂ−２クラッド層５−１、５−２上部クラッド層６−１、６−２ＵＶ光カット層

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板と、該基板上に形成された高屈折率の
フォトブリーチング材からなるコア層と、該コア層の両
側で上記フォトブリーチング材がフォトブリーチングさ
れた低屈折率の側面クラッド層と、上記コア層及び上記
側面クラッド層の上に形成された低屈折率の上部クラッ
ド層と、該上部クラッド層上に形成されたＵＶ光カット
層あるいはＵＶ光吸収層とで構成された導波路層とを備
えた導波路デバイスであって、上記導波路層の上に上記
導波路層と同様の構成を有する導波路層が少なくとも一
層積層されていることを特徴とする積層集積導波路デバ
イス。
【請求項２】基板と、該基板上に形成された低屈折率の
バッファ層と、該バッファ層上に形成された高屈折率の
フォトブリーチング材からなるコア層と、該コア層の両
側で上記フォトブリーチング材がフォトブリーチングさ
れた低屈折率の側面クラッド層と、上記コア層及び該側
面クラッド層の上に形成された低屈折率の上部クラッド
層と、該上部クラッド層上に形成されたＵＶ光カット層
あるいはＵＶ光吸収層とで構成された導波路層とを備え
た導波路デバイスであって、該導波路層の上に該導波路
層と同様の構成を有する導波路層が少なくとも一層積層
されていることを特徴とする積層集積導波路デバイス。
【請求項３】上記コア層はＵＶ光照射によってフォトブ
リーチングされ、上記クラッド層の屈折率よりも高い屈
折率になるように制御されている請求項１または２に記
載の積層集積導波路デバイス。
【請求項４】各導波路層の端面のコア層の位置がコア層
の幅方向に異なるように形成されている請求項１から３
のいずれかに記載の積層集積導波路デバイス。
【請求項５】上記ＵＶ光カット層あるいは上記ＵＶ光吸
収層は上記上部クラッド層の中に含まれている請求項１
から４のいずれかに記載の積層集積導波路デバイス。
【請求項６】上記基板の裏面にＵＶ光カット層あるいは
ＵＶ光吸収層が形成されている請求項１から４のいずれ
かに記載の積層集積導波路デバイス。
【請求項７】上記フォトブリーチングされたコア層及び
側面クラッド層の屈折率はＵＶ光の照射エネルギー量を
調整することによって制御される請求項１から６のいず
れかに記載の積層集積導波路デバイス。
【請求項８】各導波路層に形成されているデバイスは、
光分岐器、光合分波器等の光受動デバイス、半導体レー
ザ、フォトダイオード等の光能動デバイス、ヒータ、駆
動回路等の電気回路を少なくとも一つ含んでいる請求項
１から７のいずれかに記載の積層集積導波路デバイス。
【請求項９】少なくとも二つの導波路層の間は電気的あ
るいは光学的に結合されている請求項１から８のいずれ
かに記載の積層集積導波路デバイス。
【請求項１０】基板上にフォトブリーチング用のポリマ
材料層を形成する工程と、該ポリマ材料層上に部分的に
ＵＶ光カット層あるいはＵＶ光吸収層のパターンを有す
るフォトマスクを配置し、そのフォトマスクの上からＵ
Ｖ光を照射する工程と、フォトブリーチングされない高
屈折率のコア層とそのコア層の両側でＵＶ光照射によっ
てフォトブリーチングされた低屈折率の側面クラッド層
とを形成する工程と、上記コア層及び上記側面クラッド
層の上に低屈折率の上部クラッド層とＵＶ光カット層あ
るいはＵＶ光吸収層を順次形成する導波路層形成工程と
を少なくとも２回繰り返して基板上に複数の導波路層を
形成する積層集積導波路デバイスの製造方法。
【請求項１１】基板上に低屈折率のバッファ層を形成す
る工程と、該バッファ層の上にフォトブリーチング用の
ポリマ材料層を形成する工程と、該ポリマ材料層上に部
分的にＵＶ光カット層あるいはＵＶ光吸収層のパターン
を有するフォトマスクを配置し、そのフォトマスクの上
からＵＶ光を照射する工程と、フォトブリーチングされ
ない高屈折率のコア層とそのコア層の両側にＵＶ光照射
によってフォトブリーチングされた低屈折率の側面クラ
ッド層とを形成する工程と、上記コア層及び上記側面ク
ラッド層の上に低屈折率の上部クラッド層とＵＶ光カッ
ト層あるいはＵＶ光吸収層を順次形成する導波路層形成
工程とを少なくとも２回繰り返して基板上に複数の導波
路層を形成する積層集積導波路デバイスの製造方法。
【請求項１２】上記コア層をＵＶ光照射によりフォトブ
リーチングし、上記クラッド層の屈折率よりも高い屈折
率に制御する工程を有する請求項１０または１１に記載
の積層集積導波路デバイスの製造方法。
【請求項１３】各導波路層の端面のコア層の位置がコア
層の幅方向に異なった位置に形成されるように製造する
請求項１０または１１に記載の積層集積導波路デバイス
の製造方法。
【請求項１４】上記ＵＶ光カット層あるいは上記ＵＶ光
吸収層を上記上部クラッド層の中に含まれるように製造
する請求項１０から１３のいずれかに記載の積層集積導
波路デバイスの製造方法。
【請求項１５】上記基板の裏面にＵＶ光カット層あるい
はＵＶ光吸収層を形成する請求項１０から１３のいずれ
かに記載の積層集積導波路デバイスの製造方法。
【請求項１６】上記フォトブリーチングされたコア層及
び上記側面クラッド層の屈折率をＵＶ光の照射エネルギ
ー量を調整することで制御して製造する請求項１０から
１５のいずれかに記載の積層集積導波路デバイスの製造
方法。
【請求項１７】各導波路層に光受動デバイスを導波路構
造で構成する工程と、光能動デバイスをハイブリッド実
装する工程と、ヒータや駆動回路等の電気回路をモノリ
シック実装あるいはハイブリッド実装する工程とを有す
る請求項１０から１６のいずれかに記載の積層集積導波
路デバイスの製造方法。
【請求項１８】上記基板上の導波路層間で光結合させる
際に、該導波路層のコア層間で互いに向き合うように４
５°ミラーを形成し、各コア層内で光の伝搬が行えるよ
うにする請求項１０から１７のいずれかに記載の積層集
積導波路デバイスの製造方法。