JP2606679B2 - Manufacturing method of optical waveguide - Google Patents

Description

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

【０００１】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は光導波路の製造方法に関
して、基板上に形成されたストライプ状のコアがクラッ
ドにより埋め込まれた光導波路の製造方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing an optical waveguide, and more particularly, to a method for manufacturing an optical waveguide in which a stripe-shaped core formed on a substrate is embedded by cladding.

【０００２】[0002]

【従来の技術】従来、この種の光導波路において例えば
特開平１−２６７５０９号に開示されているように、低
損失な光導波路を製造するために、コアをエッチングに
より形成した後にコアの上に展着層を形成し、リフロー
させたのちにクラッド層を埋め込み光導波路を形成する
技術がある。図３はこの方法を用いて製造した光導波路
の断面図である。基板１上に形成された下層クラッド層
２及び下層クラッド層２よりも屈折率が高い材料よりな
るコア層を形成し、エッチングにより形成したストライ
プ状のコア３ｂの上に展着層５を形成し、コア３ｂをな
す材料のリフロー温度以上に基板１を加熱することによ
りコア３ｂの凹角コーナーを除去して低損失な光導波路
を得ている。また、ボロン、リンを混入させたガラスで
あるＢＰＳＧ等は８００度以下で低温リフローすること
が知られる。2. Description of the Related Art Conventionally, in order to manufacture an optical waveguide of this type, as disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 1-267509, a core is formed by etching after forming the core by etching. There is a technique of forming an spreading layer, performing reflow, and then embedding a cladding layer to form an optical waveguide. FIG. 3 is a sectional view of an optical waveguide manufactured by using this method. A lower clad layer 2 formed on a substrate 1 and a core layer made of a material having a higher refractive index than the lower clad layer 2 are formed, and a spreading layer 5 is formed on a striped core 3b formed by etching. By heating the substrate 1 above the reflow temperature of the material forming the core 3b, the reentrant corners of the core 3b are removed to obtain a low-loss optical waveguide. Further, it is known that BPSG or the like, which is a glass mixed with boron and phosphorus, reflows at a low temperature of 800 ° C. or less.

【０００３】[0003]

【発明が解決しようとする課題】ボロンを含んでいない
石英系ガラス材料のリフロー温度は一般的に９００度以
上であるために金属配線を形成した基板に光導波路を形
成することができない。一方８００度以下の低温でリフ
ローするボロン、リンを混入させたガラスでるＢＰＳＧ
は通常クラッドとして用いられるリンを混入させたガラ
スであるＰＳＧよりも屈折率が低いためにコアとして用
いる事ができない。Since the reflow temperature of a quartz-based glass material containing no boron is generally 900 ° C. or more, an optical waveguide cannot be formed on a substrate on which metal wiring is formed. On the other hand, BPSG is a glass mixed with boron and phosphorus that reflows at a low temperature of 800 degrees or less.
Cannot be used as a core because it has a lower refractive index than PSG which is a glass mixed with phosphorus which is usually used as a clad.

【０００４】本発明の目的は、石英材によりなる低温プ
ロセスにより形成可能な極めて低損失な光導波路を実現
することにある。An object of the present invention is to realize an extremely low-loss optical waveguide which can be formed by a low-temperature process using a quartz material.

【０００５】[0005]

【課題を解決するための手段】本発明によれば、基板上
に下層クラッド層および下層クラッド層よりも屈折率が
低いボロン，リンを混入させたガラス材料よりなるコア
を形成し、このコア層をエッチングしてストライプ状の
コアを形成した後に、基板をコアの材料のリフロー温度
よりも高い温度に保った後にコア状に上層クラッド層を
形成する光導波路の製造方法が得られる。このことによ
りコアの材料の屈折率がクラッド層の材料の屈折率より
上がる。According to the present invention, a lower clad layer and a core made of a glass material mixed with boron and phosphorus having a lower refractive index than the lower clad layer are formed on a substrate. Is etched to form a striped core, the substrate is kept at a temperature higher than the reflow temperature of the material of the core, and then an upper clad layer is formed in the shape of a core. Thereby, the refractive index of the material of the core is higher than the refractive index of the material of the cladding layer.

【０００６】[0006]

【作用】リフローすることによりコアの材料の屈折率が
上昇するために、コアの材料としてボロン，リンを混入
させたガラスを用いることができるようになる。リフロ
ーによりコアの側壁および上面の微小な凹凸が滑らかに
なるために、極めて低損失な光導波路が得られる。ま
た、ボロン，リンを混入させたガラスはリフロー温度が
８５０以下と低いために高温となる工程が不要となるた
めに、金属膜等を形成してある基板にも光導波路を製造
することが可能となる。The reflow causes the refractive index of the core material to increase, so that glass containing boron and phosphorus can be used as the core material. Since the minute irregularities on the side wall and the upper surface of the core are smoothed by the reflow, an optical waveguide with extremely low loss can be obtained. Further, since the glass mixed with boron and phosphorus has a low reflow temperature of 850 or less and thus does not require a high temperature step, an optical waveguide can be manufactured even on a substrate on which a metal film or the like is formed. Becomes

【０００７】[0007]

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。図１は本発明による一実施例に関する工程
図である。図１（ａ）は基板１上に光導波路における下
層クラッド層２とコア層３ａを形成する工程を示してい
る。基板１としてシリコン基板を用い、下層クラッド層
２としてリンを不純物として含むガラス（以下ＰＳＧと
する）を１０μｍ、コア層３ａとしてボロン，リンを不
純物として含むガラス（以下ＢＰＳＧとする）を６μｍ
形成した。ＰＳＧの屈折率は１．４６８、ＢＰＳＧの屈
折率は１．４６５であった。通常、下層クラッド層２の
材料としてリフロー工程によってドーパントの拡散を小
さくするためにコア層３ａよりリフロー温度が十分高い
ことが必要である。コア層３ａに用いる材料としてクラ
ッド層の材料よりも屈折率が低く、リフロー温度の低い
ボロン，リンを混入させたガラスを用いる。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a process chart of one embodiment according to the present invention. FIG. 1A shows a step of forming a lower clad layer 2 and a core layer 3a in an optical waveguide on a substrate 1. A silicon substrate is used as the substrate 1, the lower cladding layer 2 is made of glass containing phosphorus as an impurity (hereinafter referred to as PSG) 10 μm, and the core layer 3a is made of glass containing boron and phosphorus as an impurity (hereinafter referred to as BPSG) 6 μm.
Formed. The refractive index of PSG was 1.468, and the refractive index of BPSG was 1.465. Normally, the material of the lower clad layer 2 needs to have a reflow temperature sufficiently higher than that of the core layer 3a in order to reduce the diffusion of the dopant by the reflow process. As the material used for the core layer 3a, glass mixed with boron and phosphorus having a lower refractive index than the material of the cladding layer and a low reflow temperature is used.

【０００８】図１（ｂ）はフォトリソグラフィによって
光導波路をパターニングしたのちに、反応性イオンビー
ムエッチング装置によりコア層３ａをストライプ状のコ
ア３ｂに加工する工程を示している。ストライプの幅は
６μｍとした。エッチング装置としては反応性イオンビ
ームエッチング装置に限定するものではなく、反応性イ
オンエッチング等のコアをストライプ状に形成すること
のできる方式であるならば用いることができる。FIG. 1B shows a process of patterning the optical waveguide by photolithography and then processing the core layer 3a into a striped core 3b by a reactive ion beam etching apparatus. The width of the stripe was 6 μm. The etching apparatus is not limited to the reactive ion beam etching apparatus, and any method can be used as long as it is a method capable of forming a core in a stripe shape by reactive ion etching or the like.

【０００９】図１（ｃ）はコア３ｂをリフローさせる工
程を示している。酸素雰囲気において８４０度３時間リ
フローを行った。この工程を行うことによりコア３ｂの
材料であるＢＰＳＧの屈折率が０．００６あがり１．４
７１となった。リフロー工程は水蒸気を含む雰囲気なら
８００度程度が望ましい。水蒸気を含まない雰囲気で行
う場合には、リフロー温度が８４０度程度に上昇させる
事が望ましい。FIG. 1C shows a step of reflowing the core 3b. Reflow was performed at 840 ° C. for 3 hours in an oxygen atmosphere. By performing this step, the refractive index of BPSG, which is the material of the core 3b, is increased by 0.006 and 1.4.
71. The reflow step is desirably at about 800 degrees in an atmosphere containing water vapor. When performing in an atmosphere containing no water vapor, it is desirable to raise the reflow temperature to about 840 degrees.

【００１０】図１（ｄ）はコア３ｂの上に上層クラッド
層４を形成する工程である。上層クラッド層としてＰＳ
Ｇを１０μｍ形成した。上層クラッドの材料としては下
層クラッドと同じであることが望ましいが、屈折率の近
い他の材料で形成することもできる。下層クラッド層
２、コア層３ａ、上層クラッド層４の形成にはテトラエ
トキシシラン（ＴＥＯＳ）、フォスフィンテトラメトキ
シド（ＴＭＯＰ）、ゲルマニウムテトラメトキシド（Ｔ
ＭＧ）、テトラエトキシボロン（ＴＥＢ）ソースを用い
た常圧化学気相堆積法を用いた。FIG. 1D shows a step of forming the upper cladding layer 4 on the core 3b. PS as upper cladding layer
G was formed to a thickness of 10 μm. The material of the upper clad is preferably the same as that of the lower clad, but may be formed of another material having a similar refractive index. For forming the lower cladding layer 2, the core layer 3a, and the upper cladding layer 4, tetraethoxysilane (TEOS), phosphine tetramethoxide (TMOP), germanium tetramethoxide (T
MG) and atmospheric pressure chemical vapor deposition using a tetraethoxyboron (TEB) source.

【００１１】図２は本発明が用いる特性図である。この
図は８４０度酸素雰囲気によるリフローをした場合のＢ
ＰＳＧの屈折率とリフロー時間の関係を示している。発
明者はＢＰＳＧをリフローすることによりその屈折率が
０．００１から０．０１５まであがることをみいだし
た。コア３ｂをリフローする際にエッチング時に発生す
るコア３ｂの断面の微小な凹凸がリフローによって滑ら
かになるために散乱や放射モード結合が少なくなり伝搬
損失の小さい光導波路が得られる。発明者の実験によれ
ば伝搬損失として１ｄＢ／ｍが得られた。FIG. 2 is a characteristic diagram used by the present invention. This figure shows B in the case of reflow in an 840 degree oxygen atmosphere.
The relationship between the refractive index of PSG and the reflow time is shown. The inventor has found that by reflowing BPSG, the refractive index increases from 0.001 to 0.015. Since fine irregularities in the cross section of the core 3b generated during etching when the core 3b is reflowed are smoothed by the reflow, scattering and radiation mode coupling are reduced, and an optical waveguide with small propagation loss is obtained. According to the experiment of the inventor, 1 dB / m was obtained as the propagation loss.

【００１２】なお、基板１の材料としてはシリコンが一
般的であるが、セラミックやガラス基板、あるいはＧａ
Ａｓ、ＩｎＰ等の結晶基板でも使用できる。また、金属
膜が形成されている物も用いることができる。また、ク
ラッド層として用いられる材料としてはリン，ボロン，
ゲルマニウム，チタン等をドーパントとして含有する石
英系ガラスを用いることが一般的であるが、ＢＰＳＧに
比較して十分リフロー温度が高いものを選択する必要が
ある。また、コア層、クラッド層の形成方法としてはＣ
ＶＤ法、ＥＢ蒸着法、スパッタ法、火炎堆積法に限らず
用いることができ、限定されるものではない。The substrate 1 is generally made of silicon, but may be made of a ceramic or glass substrate or Ga.
Crystal substrates such as As and InP can also be used. In addition, an object on which a metal film is formed can also be used. The materials used for the cladding layer include phosphorus, boron,
It is common to use quartz-based glass containing germanium, titanium or the like as a dopant, but it is necessary to select a glass having a sufficiently high reflow temperature compared to BPSG. The method for forming the core layer and the cladding layer is C
It can be used without being limited to the VD method, the EB evaporation method, the sputtering method, and the flame deposition method, and is not limited.

【００１３】[0013]

【発明の効果】本発明による光導波路製造方法を用いる
事により、コアの材料がリフロー温度の低いボロン，リ
ンを混入させたガラスを光導波路とすることができる。
ボロン，リンを混入させたガラスはリフロー温度が８５
０度以下と低いために高温となる工程が不要となるため
に、金属膜等を形成してある基板にも極めて低損失な光
導波路を製造することが可能となる。By using the method for manufacturing an optical waveguide according to the present invention, it is possible to use an optical waveguide made of glass mixed with boron or phosphorus whose core material has a low reflow temperature.
The glass mixed with boron and phosphorus has a reflow temperature of 85.
Since the temperature is as low as 0 degrees or less, a step of raising the temperature is not required, so that an optical waveguide with extremely low loss can be manufactured even on a substrate on which a metal film or the like is formed.

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

【図１】（ａ）〜（ｄ）は、本発明の一実施例に関わる
光導波路の製造工程図である。1 (a) to 1 (d) are manufacturing process diagrams of an optical waveguide according to an embodiment of the present invention.

【図２】本発明が用いる特性図である。FIG. 2 is a characteristic diagram used by the present invention.

【図３】特開平１−２６７５０９号に開示されている方
法を用いて製造した光導波路の断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view of an optical waveguide manufactured using a method disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 1-267509.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

１ 基板 ２ 下層クラッド層 ３ａ コア層 ３ｂ コア ４ 上層クラッド層 ５ 展着層 Reference Signs List 1 substrate 2 lower cladding layer 3a core layer 3b core 4 upper cladding layer 5 spreading layer

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項１】 基板上に形成されたストライプ状のコア
がクラッドにより生め込まれた石英材によりなる光導波
路において、基板上に下層クラッド層及び前記下層クラ
ッド層よりも屈折率が低いボロン、リンを混入させたガ
ラス材料よりなるコア層を形成し、該コア層をエッチン
グしてストライプ状のコアを形成した後に前記基板を前
記コアの材料のリフロー温度よりも高い温度に保った後
に前記コアの上に上層クラッド層を形成することを特徴
とする光導波路の製造方法。1. An optical waveguide made of a quartz material in which a stripe-shaped core formed on a substrate is formed by a cladding, and a lower cladding layer on the substrate and boron or phosphorus having a lower refractive index than the lower cladding layer. After forming a core layer made of a glass material into which the substrate is mixed, forming a striped core by etching the core layer, keeping the substrate at a temperature higher than the reflow temperature of the material of the core, and then forming the core layer. A method for manufacturing an optical waveguide, comprising forming an upper clad layer thereon.