JP2006030734A - 光導波路及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 基板11上にアンダクラッド12を形成し、アンダクラッド12上にコア層を形成し、コア層からフォトリソグラフィ及びエッチングによりコア13を形成する際に、コア層のエッチング深さを、コア13の厚さより小さくして、矩形断面の上部コア13aと所定厚さDの平板部からなる下部コア13bとを形成し、火炎堆積法により堆積させたスートを焼結させることで、コア13を埋め込むオーバクラッド14を形成して作製した光導波路及びその製造方法。
【選択図】 図1
Description
接続損失の原因は、光のモードフィールドが光ファイバ中と光導波路中とで異なっていることである。例えば、石英系光導波路と石英光ファイバの接続を行う場合、一般的に光導波路のコアの寸法は数μm角若しくはこれに近い矩形であるのに対し、光ファイバ(ここではシングルモード光ファイバを例にとる)のコアの寸法は約10μmφである。この形状の違いに対応して光のモードフィールド径も異なり、この不一致によって光ファイバと光導波路の接続部分で光が漏れてしまい、接続損失を生じる。
1)光ファイバと光導波路との接続損失を低減する。
2)方向性結合器の結合率の基板面内のばらつきを小さくする。
基板上に形成された下部クラッド層と、
前記下部クラッド層上に形成され、所定厚さの平板部からなる下部コア及び前記下部コアから凸設された矩形断面の上部コアからなるコアと、
前記コアの周囲に形成された上部クラッド層とを有することを特徴とする。
つまり、下部コア及び上部コアからなるコアが、逆T字形状になるように、一体に形成され、平板部の下部コア自体がコアの残し厚さとなる構造である。
基板上に形成された下部クラッド層と、
前記下部クラッド層上に形成された2層以上の積層から構成され、前記下部クラッド層に接する層が所定厚さの平板部を有し、前記平板部から凸設された矩形断面部を有するコアと、
前記コアの周囲に形成された上部クラッド層とを有することを特徴とする。
つまり、積層構造のコアが逆T字形状に形成され、コアの最下層(下部クラッド層に接する層)の平板部が、コアの残し厚さとなる構造である。
上記光導波路において、
前記コアが単層からなる場合、前記平板部の厚さを、前記コアの厚さの17%以下としたことを特徴とする。
つまり、単層コア構造のコア下部の平板部を、コアの厚さの17%以下の厚さにすることで、モードフィールドが平板部へ広がり過ぎないようにして、接続損失が増大しないようにすることができる。
上記光導波路において、
前記平板部の厚さを、前記コアの厚さの30%以下としたことを特徴とする。
つまり、積層コア構造のコア下部の平板部を、コアの厚さの30%以下の厚さにすることで、モードフィールドが平板部へ広がり過ぎないようにして、接続損失が増大しないようにすることができる。
上記光導波路において、
前記平板部の厚さを、少なくとも、前記コアの厚さの5%以上としたことを特徴とする。
つまり、コア下部に、コアの厚さの5%以上の厚さの平板部を備えることで、コアの倒れこみを抑止することができる。
上記光導波路において、
前記コアは、その変形が誘起される温度(以下、変形温度と呼ぶ。)が前記上部クラッド層の焼結温度よりも高い材料からなることを特徴とする。
つまり、上部クラッド層の焼結時に、高い変形温度を有するコアが変形しにくい状態であるので、コア自体の変形を抑止することができる。なお、コアの倒れこみを考慮した場合、少なくとも、コアの平板部の部分が高い変形温度を有していればよい。
上記光導波路において、
前記平板部及びその近傍は、前記コアにおける他の部分より屈折率の小さい材料からなることを特徴とする。
特に、平板部(コアの残し厚さ)を厚くしたい場合、平板部の屈折率を他の部分よりの小さくする構成は好適である。例えば、積層コア構造の場合、平板部となる層の添加材料(ドーパント)の濃度を変えることにより、平板部及びその近傍の屈折率を小さくさせる。
上記光導波路において、
前記平板部は、前記下部クラッド層及び前記上部クラッド層より屈折率の大きい材料からなることを特徴とする。
上記光導波路において、
前記平板部は、前記基板の全面に配置されたものであることを特徴とする。
コアの残し厚さとなる平板部を、基板全面に残して配置することで、光導波路の作製時の工程を簡略にすることができる。
上記光導波路において、
前記下部クラッド層、前記上部クラッド層及び前記コアを、石英系材料から構成したことを特徴とする
上記光導波路において、
前記コアのうち最も屈折率が大きい部分と前記下部クラッド層及び前記上部クラッド層との比屈折率差を0.75%とし、前記コアの厚さを6μmとする場合、前記平板部の厚さを0.3μm以上、かつ、単層のコアの場合、1.0μm以下、又は、複数層のコアの場合、1.8μm以下としたことを特徴とする。
基板上に下部クラッド層を形成する工程と、
前記下部クラッド層上に、1層又は2層以上の積層からなるコア層を形成する工程と、
前記コア層からフォトリソグラフィ及びエッチングによりコアを形成する工程と、
火炎堆積法により堆積させたスートを焼結させることで、前記コアを埋め込む上部クラッド層を形成する工程とを有し、
前記コア層をエッチングにより加工を行う際に、前記コア層のエッチング深さを、前記コア層の厚さより小さくして、前記コアの下部に平板部を残すことを特徴とする。
上記光導波路の製造方法において、
前記コアが単層からなる場合、前記平板部の厚さを、前記コアの厚さの17%以下とすることを特徴とする。
上記光導波路の製造方法において、
前記コアが複数層からなる場合、前記平板部の厚さを、前記コアの厚さの30%以下とすることを特徴とする。
上記光導波路の製造方法において、
前記平板部の厚さを、少なくとも、前記コアの厚さの5%以上とすることを特徴とする。
上記光導波路の製造方法において、
前記コアの変形が誘起される温度が、前記上部クラッド層の焼結温度よりも高いことを特徴とする。
上記光導波路の製造方法において、
前記平板部及びその近傍は、前記コアにおける他の部分より屈折率の小さい材料からなることを特徴とする。
上記光導波路の製造方法において、
前記平板部は、前記下部クラッド層及び前記上部クラッド層より屈折率の大きい材料からなることを特徴とする。
上記光導波路の製造方法において、
前記下部クラッド層、前記上部クラッド層及び前記コアを、石英系材料から構成することを特徴とする。
上記光導波路の製造方法において、
前記コアのうち最も屈折率が大きい部分と前記下部クラッド層及び前記上部クラッド層との比屈折率差を0.75%とし、前記コアの厚さを6μmとする場合、前記平板部の厚さを0.3μm以上、かつ、単層のコアの場合、1.0μm以下、又は、複数層のコアの場合、1.8μm以下とすることを特徴とする。
なお、以下の説明では、コアが複数のガラス層の積層構造となっている場合は、コアの厚さとは各ガラス層の厚さの和を意味する。
コアのエッチング深さをコアの厚さよりも小さくすると、エッチングされた箇所においても、コアがスラブ(平板)状に残る。このスラブ状コア(平板部)部分にも光が導渡されるので、モードフィールドが広がり、光ファイバとの接続損失が低減されることになる。但し、スラブ状コアの厚さ(コアの残し厚さ)が、コアの厚さの30%を超えると、水平方向の光の閉じ込めが弱くなり、スラブ状コア部分へモードフィールドが広がりすぎるため、却って接続損失は増大する。従って、コア下部にスラブ状コアを形成すると共に、そのスラブ状コアの厚さを適切に設定すれば、光ファイバとの接続損失が低減可能となる。
本発明では、エッチングされた箇所においても、コアがスラブ状に残る構造であり、又、コア自体の変形温度はオーバクラッド(上部クラッド層)の焼結温度よりも高いので、オーバクラッド焼結時の高温下においても変形しない。つまり、コア自体がコア下方のアンダクラッド(下部クラッド層)の変形の影響を受けにくく、従って、コアの倒れこみは起こりにくくなる。その結果、コア間のギャップが適正に保たれ、方向性結合器の結合率のウェハ面内のばらつきを小さくすることができる。但し、スラブ状コアの厚さ(コアの残し厚さ)が、コアの厚さの5%未満の場合には、コアの残し厚さが少なすぎ、コア倒れこみ抑止効果が得られない。又、方向性結合器の結合率の安定化という観点からは、コアの残し厚さは大きい方が望ましいが、コア残し厚さがコアの厚さの30%を超えると、上述のように光導波路での損失の増大を招くので、コアの残し厚さはコアの厚さの30%以下にする必要がある。
火炎堆積法で作製したオーバクラッドの焼結温度よりも変形温度の高いガラス膜を作製できる方法として、例えば、熱酸化法や化学気相成長法がある。但し、これらの方法で作製できるガラス膜の厚さは、最大10〜20μmの程度であり、又、厚い膜を作製する場合には、作製時間が長くなる。例えば、石英系光導波路の場合、必要なアンダクラッドの厚さは、回路の種類、比屈折率差Δによって異なるが、AWGならば15〜20μm、光スイッチのように熱光学効果を利用する回路の場合には、熱光学効果誘起用の薄膜ヒータの消費電力を抑えるため35μm以上必要である。従って、アンダクラッドの変形温度を高くする方法は、AWGのようにアンダクラッドが薄くても良い場合に好適なものである。
化学気相成長法では、火炎堆積法とは異なり、スートの堆積とこれに続く焼結という過程を踏まないので、数百℃程度の加熱温度でガラス膜を堆積することができる。しかも、堆積したガラス膜の変形温度は高い。但し、化学気相成長法では、一般的に、凹凸が形成された表面を隙間なく埋め込んで平坦化することが困難であり、例えば、平坦化のためのCMP(Chemical Mechanical Polish)等、特殊な工程が要求される。なお、熱酸化法はシリコンの表面を酸化して酸化膜を形成する方法であるため、オーバクラッドの作製には適用できない。
以下の実施例では、実用性の観点から両クラッドを火炎堆積法により、コアを化学気相成長法により作製する場合を例にして説明するが、コアの変形温度がオーバクラッドの焼結温度よりも高ければ、本発明での各ガラス層の作製方法は、原理的には上記方法に限定されるものではない。
図2からわかるように、0μm<D≦1.0μmの範囲では、接続損失はDの増加と共に徐々に減少し、D=0μmのときに0.4dB程度であり、D=1.0μmでは接続損失は0.3dB以下になっている。しかし、D>1.0μmの範囲では、Dの増加と共に接続損失が急激に増加し、D=2.0μmでは約2.0dBとなっている。これは、前述したように、0μm<D≦1.0μmの範囲ではDが大きくなるにつれ、光導波路のコア13のモードフィールドが増大して、光ファイバ中のモードフィールドに近づいていっているためであり、又、D=2.0μmではモードフィールドが広がりすぎたためである。この結果より、本実施例の場合、コアの残し厚さが1.0μm以内であれば、接続損失の低減が可能であることが示された。
図3に示すように、実施例1の接続損失の結果と同様、0μm<D≦1.0μmの範囲ではDが大きくなるにつれ、挿入損失が漸減するのに対し、D=2.0μmでは急激に挿入損失が増大しており、コアの残し厚さが1.0μm以内であれば、挿入損失の低減が可能であることが示された。
なお、図6において、図1に示したものと同等のものには、同じ符号を付し、重複する説明は省略する。
12 アンダクラッド
13 コア
14 オーバクラッド
Claims (20)
- 基板上に形成された下部クラッド層と、
前記下部クラッド層上に形成され、所定厚さの平板部からなる下部コア及び前記下部コアから凸設された矩形断面の上部コアからなるコアと、
前記コアの周囲に形成された上部クラッド層とを有することを特徴とする光導波路。 - 基板上に形成された下部クラッド層と、
前記下部クラッド層上に形成された2層以上の積層から構成され、前記下部クラッド層に接する層が所定厚さの平板部を有し、前記平板部から凸設された矩形断面部を有するコアと、
前記コアの周囲に形成された上部クラッド層とを有することを特徴とする光導波路。 - 請求項1記載の光導波路において、
前記コアが単層からなる場合、前記平板部の厚さを、前記コアの厚さの17%以下としたことを特徴とする光導波路。 - 請求項2記載の光導波路において、
前記平板部の厚さを、前記コアの厚さの30%以下としたことを特徴とする光導波路。 - 請求項1乃至請求項4のいずれかに記載の光導波路において、
前記平板部の厚さを、少なくとも、前記コアの厚さの5%以上としたことを特徴とする光導波路。 - 請求項1乃至請求項5のいずれかに記載の光導波路において、
前記コアは、その変形が誘起される温度が前記上部クラッド層の焼結温度よりも高い材料からなることを特徴とする光導波路。 - 請求項1乃至請求項6のいずれかに記載の光導波路において、
前記平板部及びその近傍は、前記コアにおける他の部分より屈折率の小さい材料からなることを特徴とする光導波路。 - 請求項1乃至請求項7のいずれかに記載の光導波路において、
前記平板部は、前記下部クラッド層及び前記上部クラッド層より屈折率の大きい材料からなることを特徴とする光導波路。 - 請求項1乃至請求項8のいずれかに記載の光導波路において、
前記平板部は、前記基板の全面に配置されたものであることを特徴とする光導波路。 - 請求項1乃至請求項9のいずれかに記載の光導波路において、
前記下部クラッド層、前記上部クラッド層及び前記コアを、石英系材料から構成したことを特徴とする光導波路。 - 請求項10に記載の光導波路において、
前記コアのうち最も屈折率が大きい部分と前記下部クラッド層及び前記上部クラッド層との比屈折率差を0.75%とし、前記コアの厚さを6μmとする場合、前記平板部の厚さを0.3μm以上、かつ、単層のコアの場合、1.0μm以下、又は、複数層のコアの場合、1.8μm以下としたことを特徴とする光導波路。 - 基板上に下部クラッド層を形成する工程と、
前記下部クラッド層上に、1層又は2層以上の積層からなるコア層を形成する工程と、
前記コア層からフォトリソグラフィ及びエッチングによりコアを形成する工程と、
火炎堆積法により堆積させたスートを焼結させることで、前記コアを埋め込む上部クラッド層を形成する工程とを有し、
前記コア層をエッチングにより加工を行う際に、前記コア層のエッチング深さを、前記コア層の厚さより小さくして、前記コアの下部に平板部を残すことを特徴とする光導波路の製造方法。 - 請求項12に記載の光導波路の製造方法において、
前記コアが単層からなる場合、前記平板部の厚さを、前記コアの厚さの17%以下とすることを特徴とする光導波路の製造方法。 - 請求項12に記載の光導波路の製造方法において、
前記コアが複数層からなる場合、前記平板部の厚さを、前記コアの厚さの30%以下とすることを特徴とする光導波路の製造方法。 - 請求項12乃至請求項14のいずれかに記載の光導波路の製造方法において、
前記平板部の厚さを、少なくとも、前記コアの厚さの5%以上とすることを特徴とする光導波路の製造方法。 - 請求項12乃至請求項15のいずれかに記載の光導波路の製造方法において、
前記コアの変形が誘起される温度が、前記上部クラッド層の焼結温度よりも高いことを特徴とする光導波路の製造方法。 - 請求項12乃至請求項16のいずれかに記載の光導波路の製造方法において、
前記平板部及びその近傍は、前記コアにおける他の部分より屈折率の小さい材料からなることを特徴とする光導波路の製造方法。 - 請求項12乃至請求項17のいずれかに記載の光導波路の製造方法において、
前記平板部は、前記下部クラッド層及び前記上部クラッド層より屈折率の大きい材料からなることを特徴とする光導波路の製造方法。 - 請求項12乃至請求項18のいずれかに記載の光導波路の製造方法において、
前記下部クラッド層、前記上部クラッド層及び前記コアを、石英系材料から構成することを特徴とする光導波路の製造方法。 - 請求項19に記載の光導波路の製造方法において、
前記コアのうち最も屈折率が大きい部分と前記下部クラッド層及び前記上部クラッド層との比屈折率差を0.75%とし、前記コアの厚さを6μmとする場合、前記平板部の厚さを0.3μm以上、かつ、単層のコアの場合、1.0μm以下、又は、複数層のコアの場合、1.8μm以下とすることを特徴とする光導波路の製造方法。
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JP2011022337A (ja) * | 2009-07-15 | 2011-02-03 | Oki Electric Industry Co Ltd | 偏波無依存型光装置 |
JP2018106191A (ja) * | 2013-12-18 | 2018-07-05 | 日本電気株式会社 | 光導波路及び光導波路製造方法 |
JP2019020624A (ja) * | 2017-07-19 | 2019-02-07 | 日本電信電話株式会社 | 光導波路 |
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