JP3070018B2 - Quartz optical waveguide and method of manufacturing the same - Google Patents
Quartz optical waveguide and method of manufacturing the sameInfo
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Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、製造時におけるコア部
の熱的な変形を抑制した石英系光導波路及びその製造方
法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a silica-based optical waveguide which suppresses thermal deformation of a core portion during manufacturing and a method of manufacturing the same.
【０００２】[0002]
【従来の技術】光通信システムの普及に伴って、より低
価格で信頼性の高い光部品に対する要求が高まって来て
いる。このような要求を満足するものの一つとして、光
導波路により構成される導波路型光回路が知られてお
り、この導波路型光回路はフォトリソグラフィ技術等に
より平面基板上に一括して大量に形成できるため、複雑
な回路の集積化の可能性のある部品形態として注目され
ている。2. Description of the Related Art With the spread of optical communication systems, there has been an increasing demand for lower cost and more reliable optical components. As one of such requirements, a waveguide type optical circuit constituted by an optical waveguide is known, and this waveguide type optical circuit is collectively mass-produced on a flat substrate by a photolithography technique or the like. Since it can be formed, it is attracting attention as a component form that has a possibility of integrating a complicated circuit.
【０００３】かかる光導波路の材料として、ガラスや合
成樹脂或いは半導体結晶等が検討されているが、石英ガ
ラス基板やシリコン基板上に石英系ガラス材料を基本と
して構成される石英系光導波路は、石英系光ファイバと
の接続にも適し低損失であることから、実用的な導波路
形光回路として期待されている。As a material of such an optical waveguide, glass, a synthetic resin, a semiconductor crystal, or the like has been studied. A quartz-based optical waveguide formed on a quartz glass substrate or a silicon substrate based on a quartz-based glass material is, for example, quartz. Since it is suitable for connection with a system optical fiber and has low loss, it is expected as a practical waveguide type optical circuit.
【０００４】従来の光導波路の一例として方向性結合器
の概念及びそのＢ−Ｂ線断面形状を図８及び図９に示
す。両図に示すように、基板１上に形成された下側クラ
ッド膜２と上側クラッド膜３との間には、それぞれ光導
波路を構成する二本のコア部４,５が埋設されており、
これらコア部４,５の中央部分が相互に近接状態となっ
て光結合部６を形成している。この方向性結合器７は、
導波路型光回路の基本回路であり、光学的干渉系を構成
するための光分岐部や光合波部に用いられたり、或いは
信号光を任意の比率で分岐する光分岐回路等として用い
られることは、周知の通りである。FIGS. 8 and 9 show the concept of a directional coupler as an example of a conventional optical waveguide and the cross-sectional shape taken along the line BB of FIG. As shown in both figures, between the lower clad film 2 and the upper clad film 3 formed on the substrate 1, two core portions 4, 5 constituting an optical waveguide are buried, respectively.
The central portions of the core portions 4 and 5 are in a state of being close to each other to form the optical coupling portion 6. This directional coupler 7 is
A basic circuit of a waveguide type optical circuit, which is used for an optical branching section or an optical multiplexing section for forming an optical interference system, or as an optical branching circuit for branching signal light at an arbitrary ratio. Is well known.
【０００５】このような光導波路は、四塩化硅素（Ｓi
Ｃl4）等の火炎加水分解反応（FlameHydrolysis Deposi
tion）を利用するガラス膜堆積技術（以下、ＦＨＤ堆積
法と呼称する）と、反応性イオンエッチング法によるガ
ラス膜の微細加工技術との組み合わせにより形成され
る。[0005] Such an optical waveguide is made of silicon tetrachloride (Si).
Cl 4) flame hydrolysis reaction such as (FlameHydrolysis Deposi
This is formed by a combination of a glass film deposition technique (hereinafter, referred to as an FHD deposition method) using the above-mentioned method and a fine processing technique of a glass film by a reactive ion etching method.
【０００６】即ち、その製造手順を表す図１０〜図１４
に示すように、四塩化ケイ素や四塩化ゲルマニウム（Ｇ
eＣl4）,四塩化チタン（ＴiＣl4）,三塩化リン（ＰＣ
l3）,三塩化ホウ素（ＢＣl3）等を出発原料として、図
１０に示す基板１上に多孔質の下側クラッド膜２をＦＨ
Ｄ堆積法により形成し（図１１参照）、同様にしてこの
下側クラッド膜２の表面に多孔質のコア膜８をＦＨＤ堆
積法により堆積させる（図１２参照）。このようにして
堆積した下側クラッド膜２及びコア膜８を１０００℃以
上に加熱保持する高温処理を施して透明ガラス化する。More specifically, FIG. 10 to FIG.
As shown in the figure, silicon tetrachloride or germanium tetrachloride (G
eCl 4 ), titanium tetrachloride (TiCl 4 ), phosphorus trichloride (PC
l 3 ), boron trichloride (BCl 3 ) or the like as a starting material, a porous lower cladding film 2 is formed on a substrate 1 shown in FIG.
It is formed by a D deposition method (see FIG. 11), and a porous core film 8 is similarly deposited on the surface of the lower clad film 2 by an FHD deposition method (see FIG. 12). The lower clad film 2 and the core film 8 thus deposited are subjected to a high-temperature treatment of heating and holding at a temperature of 1000 ° C. or more, and are made vitreous.
【０００７】しかる後、光導波路となるコア部４,５の
部分以外のコア膜８の不必要な部分を反応性イオンエッ
チング法により除去し（図１３参照）、続いて上側クラ
ッド膜３をＦＨＤ堆積法により下側クラッド膜２の表面
に堆積させてコア部４,５をこれら下側クラッド膜２及
び上側クラッド膜３で覆い（図２４参照）、最後にこの
上側クラッド膜３を高温処理して透明ガラス化すること
により、図８及び図９に示す如き方向性結合器７が得ら
れる。Thereafter, unnecessary portions of the core film 8 other than the core portions 4 and 5 serving as optical waveguides are removed by a reactive ion etching method (see FIG. 13). The core portions 4 and 5 are covered with the lower clad film 2 and the upper clad film 3 by depositing on the surface of the lower clad film 2 by a deposition method (see FIG. 24). By making the glass transparent, the directional coupler 7 as shown in FIGS. 8 and 9 is obtained.
【０００８】[0008]
【発明が解決しようとする課題】図８及び図９に示した
方向性結合器７は、その結合特性を光結合部６における
一対のコア部４,５の間隔に大きく依存しているため、
これらコア部４,５の間隔を精度良く製作することが極
めて重要となる。The directional coupler 7 shown in FIGS. 8 and 9 greatly depends on the coupling characteristics between the pair of cores 4 and 5 in the optical coupling section 6.
It is extremely important to manufacture the intervals between the core portions 4 and 5 with high accuracy.
【０００９】従来のＦＨＤ堆積法は、ガラスの堆積速度
が速いことから厚いガラス膜を形成するのに有利であ
り、しかも一度に多数の光導波路を製造することができ
る等の利点を有している。しかし、ＦＨＤ堆積法ではク
ラッド膜２,３やコア膜８を多孔質ガラスとして堆積す
るため、これらを１０００℃以上の高温処理によって透
明ガラス化させる工程が必要となる。この結果、高温処
理の際に軟化した下側クラッド膜２とコア膜８及びコア
部４,５と上側クラッド膜３とが流動し、これらが混ざ
り合ってしまう問題があった。The conventional FHD deposition method is advantageous in forming a thick glass film because the deposition rate of glass is high, and has the advantage that a large number of optical waveguides can be manufactured at once. I have. However, in the FHD deposition method, since the clad films 2, 3 and the core film 8 are deposited as porous glass, a step of turning these into a transparent glass by a high-temperature treatment at 1000 ° C. or more is required. As a result, there is a problem that the lower clad film 2 and the core film 8 and the core portions 4, 5 and the upper clad film 3 softened during the high-temperature treatment flow and are mixed.
【００１０】そこで、クラッド膜やコア部内のホウ素や
リンの添加量を変化させ、下側クラッド膜２、コア部
４,５、上側クラッド膜３の順にガラスの透明化温度を
低く設定し、コア膜８の透明ガラス化の際に既に透明化
した下側クラッド膜２の軟化に伴う流動を防止する一
方、上側クラッド膜３の透明ガラス化の際に既に透明化
した下側クラッド膜２及びコア部４,５の軟化に伴う流
動を防止している。Therefore, the amount of boron or phosphorus added in the cladding film or the core portion is changed, and the lowering temperature of the glass is set lower in the order of the lower cladding film 2, the core portions 4 and 5, and the upper cladding film 3. While the flow of the lower clad film 2 that has already been made transparent during the vitrification of the film 8 is prevented from flowing due to softening, the lower clad film 2 and the core that have already been made clear when the upper clad film 3 is made vitrified. Flow due to softening of the parts 4 and 5 is prevented.
【００１１】しかしながら、これら下側クラッド膜２、
コア部４,５、上側クラッド膜３の透明ガラス化温度を
最大でも２００度前後の差しか与えることができないた
め、コア膜８や上側クラッド膜３に対する１０００℃以
上の高温処理時に、既に透明ガラス化した下側クラッド
膜２やコア部４,５の軟化を完全に防止することができ
ない。これによる影響は、特に矩形状の断面に加工した
コア部４,５に著しく現れることとなる。即ち、コア膜
８を反応性イオンエッチング法によりエッチング処理し
て得られるコア部４,５を上側クラッド膜３で埋め込む
際、このコア部４,５が図１５に示すようにその軟化に
伴って傾いたり、図１６に示すように円形断面に変形し
てしまう等、種々の問題が生じてしまう。However, these lower cladding films 2,
Since the transparent vitrification temperature of the core portions 4 and 5 and the upper clad film 3 cannot be given at most around 200 degrees, the transparent glass has already been formed when the core film 8 and the upper clad film 3 are treated at a high temperature of 1000 ° C. or more. The softened lower clad film 2 and core portions 4 and 5 cannot be completely prevented. The effect of this is particularly noticeable in the core portions 4 and 5 processed into a rectangular cross section. That is, when the core portions 4 and 5 obtained by etching the core film 8 by the reactive ion etching method are embedded with the upper cladding film 3, the core portions 4 and 5 are softened as shown in FIG. Various problems occur such as tilting and deformation to a circular cross section as shown in FIG.
【００１２】このため、方向性結合器等の導波回路を精
度よく作製するためには、コア部４、５が第二クラッド
膜３の透明化する高温工程で変形しないよう、コア部
４、５の軟化温度をできるだけ高くする必要がある。そ
こで、電子サイクロトロン共鳴（Electron Cyclotron R
esananse）により酸素をイオン化したプラズマ流を用い
るＥＣＲ堆積法によりホウ素やリンをドーパントとして
一切使用しないで熱的に強固なコア部を作製する方法を
先に提案した（特願平３−１０２５３３号）。Therefore, in order to produce a waveguide circuit such as a directional coupler with high accuracy, the core portions 4 and 5 are not deformed in the high temperature step of making the second clad film 3 transparent. The softening temperature of 5 needs to be as high as possible. Therefore, electron cyclotron resonance (Electron Cyclotron R)
A method of fabricating a thermally strong core portion without using any boron or phosphorus as a dopant by an ECR deposition method using a plasma flow in which oxygen is ionized by esananse was previously proposed (Japanese Patent Application No. 3-102533). .
【００１３】しかしながら、導波路コアを熱的に強固に
したとしても、下側クラッド膜はＦＨＤ堆積法で作製さ
れているため、上側クラッド作製するための高温処理時
に下側クラッド膜の軟化を完全に防止できない。そのた
め、図１７に示すように方向性結合器のコア部４、５自
身に変形が生じなくても、下側クラッド膜２が変形して
しまい結合特性が設計とずれてしまうという問題が生じ
る。However, even if the waveguide core is thermally strengthened, since the lower clad film is formed by the FHD deposition method, the softening of the lower clad film is completely completed during high-temperature processing for forming the upper clad. Cannot be prevented. Therefore, as shown in FIG. 17, even if the cores 4 and 5 of the directional coupler do not deform themselves, the lower clad film 2 is deformed and the coupling characteristics deviate from the design.
【００１４】本発明は、かかる事情に鑑みてなされたも
のであり、方向性結合器等の再現性に優れた回路特性を
有する石英系光導波路を作製するために、量産性を損な
うことなく高温処理時に倒れ込みや変形などが生じない
強固な石英系光導波路及びその製造方法を提供すること
を目的とする。The present invention has been made in view of the above circumstances, and has been made in order to manufacture a quartz-based optical waveguide having circuit characteristics excellent in reproducibility such as a directional coupler. It is an object of the present invention to provide a strong silica-based optical waveguide that does not collapse or deform during processing and a method for manufacturing the same.
【００１５】[0015]
【課題を解決するための手段】前記目的を達成する本発
明に係る石英系光導波路は、基板と、該基板上に形成さ
れた石英系ガラスからなる下側クラッド膜と、石英系ガ
ラスからなると共に前記下側クラッド膜上に形成されて
光伝搬作用を有するコア部と、石英ガラスからなると共
に前記コア部を埋め込む上側クラッド膜とからなる石英
系光導波路であって、前記下側クラッド膜が、ホウ素や
リンからなるドーパントを含むと共に純粋石英ガラスと
同屈折率を有する石英系ガラスからなる第一下側クラッ
ド膜と、該第一下側クラッド膜の上側に設けられると共
に石英ガラスからなる第二下側クラッド膜との二層構造
であり、且つ、前記第一下側クラッド膜の膜厚が下側ク
ラッド膜全体の膜厚の５０％以上を占めていることを特
徴とする。According to the present invention, there is provided a silica-based optical waveguide comprising a substrate, a lower cladding film made of silica-based glass formed on the substrate, and a silica-based glass. A core portion formed on the lower cladding film and having a light propagation action, and a silica-based optical waveguide comprising an upper cladding film made of quartz glass and burying the core portion, wherein the lower cladding film is A first lower clad film made of a silica-based glass having the same refractive index as pure silica glass and containing a dopant made of boron or phosphorus, and a first lower clad film provided on the first lower clad film and made of quartz glass It has a two-layer structure with two lower clad films, and the film thickness of the first lower clad film accounts for 50% or more of the total film thickness of the lower clad film.
【００１６】また、本発明に係る石英系光導波路の製造
方法は、基板上にホウ素やリンをドーパントとする石英
系ガラスからなる第一下側クラッド膜を形成する工程
と、該第一下側クラッドの上部に純粋石英ガラスからな
る第二下側クラッド膜を形成する工程と、この二層構造
の下側クラッド膜の表面にコア膜を形成する工程と該コ
ア膜の不要部分を除去して光伝搬作用をするコア部を形
成する工程と、前記下側クラッド膜とコア部を埋め込む
ように上側クラッド膜を形成する工程とを少なくとも有
する石英系光導波路の製造方法において、前記第一下側
クラッド膜および上側クラッド膜を形成する工程が、原
料ガスの火炎加水分解反応による石英系ガラス微粒子を
堆積した後、これを加熱により透明ガラス化する方法か
らなり、前記第二下側クラッド膜を形成する工程が、電
子サイクロトロン共鳴によって酸素をイオン化したプラ
ズマ流を前記第一下側クラッド膜の表面に導く一方、こ
のプラズマ流中に当該第二下側クラッド膜を形成するた
めのシランを導いて、その反応生成物を前記第一下側ク
ラッド膜上に堆積しつつ、当該堆積膜をターゲットとし
た高周波スパッタを行い、前記第一下側クラッド膜の表
面に第二下側クラッド膜を形成する方法（ＥＣＲ堆積
法）からなることを特徴とする。Further, in the method of manufacturing a silica-based optical waveguide according to the present invention, a step of forming a first lower clad film made of a silica-based glass using boron or phosphorus as a dopant on a substrate; Forming a second lower cladding film made of pure silica glass on the upper part of the cladding, forming a core film on the surface of the lower cladding film of the two-layer structure, and removing unnecessary portions of the core film. Forming a core portion having a light propagation effect, and forming a lower clad film and an upper clad film so as to embed the core portion; The step of forming a clad film and an upper clad film comprises a method of depositing silica-based glass fine particles by a flame hydrolysis reaction of a raw material gas, and then heating this to form a transparent vitrified glass. The step of forming a clad film guides a plasma flow in which oxygen is ionized by electron cyclotron resonance to the surface of the first lower clad film, and a silane for forming the second lower clad film in the plasma flow. While depositing the reaction product on the first lower clad film, performing high-frequency sputtering with the deposited film as a target, and a second lower clad film on the surface of the first lower clad film. (ECR deposition method).
【００１７】さらに、本発明に係る他の石英系光導波路
の製造方法は、前記方法において第二下側クラッド膜を
形成する工程を、ＥＣＲ堆積法の代りに、酸素とシラン
との混合ガスを高周波電力によりプラズマ化させて反応
させ、該反応物を第一下側クラッド膜上に堆積する方法
（ＣＶＤ堆積法）とするものであり、また、アルゴン及
び酸素の混合ガスをスパッタガスとして導入すると共に
純粋石英板をターゲットとして高周波スパッタ電力を加
えて該純粋石英板を削り、これを第一下側クラッド膜上
に堆積する方法（スパッタ堆積法）とするものである。Further, in another method for manufacturing a silica-based optical waveguide according to the present invention, the step of forming the second lower clad film in the above method is performed by using a mixed gas of oxygen and silane instead of the ECR deposition method. It is a method (CVD deposition method) of forming a plasma by high-frequency power to cause a reaction and depositing the reactant on the first lower cladding film (CVD deposition method), and introducing a mixed gas of argon and oxygen as a sputtering gas. At the same time, a high-frequency sputtering power is applied to the pure quartz plate as a target to scrape the pure quartz plate, and this is deposited on the first lower clad film (sputter deposition method).
【００１８】[0018]
【作用】前記構成の石英系光導波路では、下側クラッド
膜を、ＦＨＤ堆積を用いた第一下側クラッドと熱的に強
固な石英ガラス膜を形成できるＥＣＲ堆積法、ＣＶＤ堆
積法またはスパッタ堆積法を用いた第二下側クラッドと
の二層構造にしている。したがって、高温時の変形を第
二クラッド膜で防止することができ、つまり下側クラッ
ド膜が熱的に強固となる。それ故、軟化温度が高いコア
膜を用いることができるので、上側クラッド膜透明化時
に導波路断面構造の変形を防止することができる。ま
た、下側クラッド膜の５０％以上を占める第一下側クラ
ッド膜を、堆積速度が早いＦＨＤ堆積法で形成するため
に、量産性を損なうことはない。In the quartz optical waveguide having the above structure, the lower clad film is formed by an ECR deposition method, a CVD deposition method, or a sputter deposition method capable of forming a thermally strong quartz glass film with the first lower clad using FHD deposition. It has a two-layer structure with the second lower cladding using the method. Therefore, deformation at high temperature can be prevented by the second clad film, that is, the lower clad film becomes thermally strong. Therefore, since a core film having a high softening temperature can be used, it is possible to prevent deformation of the waveguide cross-sectional structure when the upper clad film is made transparent. Further, since the first lower clad film occupying 50% or more of the lower clad film is formed by the FHD deposition method having a high deposition rate, mass productivity is not impaired.
【００１９】[0019]
【実施例】以下、本発明を実施例に基づいて説明する。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below with reference to embodiments.
【００２０】本発明の石英系光導波路の一例として一実
施例に係る方向性結合器を概念的に示す平面図及びその
Ａ−Ａ線断面図を図１及び図２に示す。両図に示すよう
に、基板１１上には第一下側クラッド膜１２及び第二下
側クラッド膜１３が形成されており、該第二下側クラッ
ド膜１３上には上側クラッド膜１４に埋設されたコア部
１５、１６が設けられている。コア部１４、１５は光伝
搬作用を有するものでその中央部分が相互に近接状態と
なって光結合部１７を形成している。FIGS. 1 and 2 are a plan view conceptually showing a directional coupler according to an embodiment as an example of a silica-based optical waveguide of the present invention and a sectional view taken along line AA of FIG. As shown in both figures, a first lower clad film 12 and a second lower clad film 13 are formed on a substrate 11, and embedded in an upper clad film 14 on the second lower clad film 13. Core portions 15 and 16 are provided. The core portions 14 and 15 have a light propagating action, and the central portions thereof are in a state of being close to each other to form an optical coupling portion 17.
【００２１】ここで、第一下側クラッド膜１２はホウ素
やリンをドーパントとして含むと共に純粋石英ガラスと
同屈折率を有する石英系ガラスで形成されており、第二
下側クラッド膜１３はドーパントを含まない純粋な石英
ガラスで形成されている。そして、第一下側クラッド膜
１２の厚さは、第一下側クラッド膜１２及び第二下側ク
ラッド膜１３の合計の厚さの５０％以上となっている。Here, the first lower cladding film 12 is made of quartz glass containing boron or phosphorus as a dopant and having the same refractive index as pure silica glass, and the second lower cladding film 13 contains a dopant. It is formed of pure quartz glass not containing. The thickness of the first lower clad film 12 is 50% or more of the total thickness of the first lower clad film 12 and the second lower clad film 13.
【００２２】かかる方向性結合器の製造手順を図３〜図
７を参照しながら説明する。The procedure for manufacturing such a directional coupler will be described with reference to FIGS.
【００２３】即ち、例えば直径４インチ、厚さ１ｍｍの
シリコン基板１１上に、まず、ＦＨＤ堆積法によって第
一下側クラッド膜１２として組成がＳｉＯ2−Ｐ2 Ｏ5
−Ｂ 2 Ｏ3 の石英系ガラス膜を２０μｍ堆積する。な
お、ガラスの透明化は、温度１４００℃のＨｅとＯ2 の
混合雰囲気中で行った。That is, for example, with a diameter of 4 inches and a thickness of 1 mm
First, on the silicon substrate 11,
The composition of the lower cladding film 12 is SiOTwo−PTwoOFive
-B TwoOThree Is deposited to a thickness of 20 μm. What
Note that the glass is made transparent by using He and O at a temperature of 1400 ° C.Twoof
Performed in a mixed atmosphere.
【００２４】次に、第二下側クラッド膜１３として組成
がＳｉＯ2 の石英ガラスをＥＣＲ堆積法で３μｍ堆積す
る。即ち、電子サイクロトロン共鳴により酸素Ｏ2 をイ
オン化したプラズマ流を形成し、該プラズマ流を第一下
側クラッド膜１２の形成された基板１１上に導入すると
共に、シランＳｉＨ4 を基板１１上に導入して前記プラ
ズマ流中で反応せしめ、この反応物を基板１１上の第一
下側クラッド膜１２上に堆積しつつ、前記基板１１に高
周波スパッタ電力を加えて当該堆積膜をターゲットとし
た高周波スパッタにより当該堆積膜を削り、緻密な第二
クラッド膜１３を形成する。Next, quartz glass having a composition of SiO 2 is deposited as a second lower clad film 13 to a thickness of 3 μm by an ECR deposition method. That is, a plasma flow in which oxygen O 2 is ionized by electron cyclotron resonance is formed, and the plasma flow is introduced onto the substrate 11 on which the first lower clad film 12 is formed, and silane SiH 4 is introduced onto the substrate 11. And reacts in the plasma flow. While depositing the reactant on the first lower clad film 12 on the substrate 11, high-frequency sputtering power is applied to the substrate 11 to apply the high-frequency sputtering power to the deposited film as a target. This removes the deposited film to form a dense second clad film 13.
【００２５】この第二下側クラッド膜１３は、ＥＣＲ堆
積法で形成する他、ＣＶＤ堆積法やスパッタ堆積法で形
成しても同様の機能を具えたものを形成することができ
る。即ち、酸素Ｏ2 とシランＳｉＨ4 の混合ガスを高周
波電力によりプラズマ化させて反応せしめ、この反応物
を第一下側クラッド膜１２の形成された基板１１上に堆
積（ＣＶＤ堆積）してもいいし、アルゴンＡｒと酸素Ｏ
2 の混合ガスをスパッタガスとして導入すると共に、純
粋石英板をターゲットとして高周波スパッタ電力を加え
て該純粋石英板を削り、これを第一下側クラッド膜12の
形成された基板１１上に堆積（スパッタ堆積）してもよ
い。The second lower clad film 13 may be formed by the ECR deposition method, or may be formed by the CVD deposition method or the sputter deposition method to form a film having the same function. That is, a mixed gas of oxygen O 2 and silane SiH 4 is converted into a plasma by high-frequency power to cause a reaction, and this reactant is deposited (CVD deposited) on the substrate 11 on which the first lower clad film 12 is formed. Okay, argon Ar and oxygen O
The mixed gas of No. 2 is introduced as a sputtering gas, and a high-frequency sputtering power is applied to a pure quartz plate as a target to cut the pure quartz plate, and this is deposited on the substrate 11 on which the first lower clad film 12 is formed ( (Sputter deposition).
【００２６】次に、コア膜１８として組成がＳｉＯ2 −
ＧｅＯ2の石英系ガラスをＥＣＲ堆積法を用いて堆積し
た。なお、本実施例ではＥＣＲ堆積を用いたが、ＣＶＤ
堆積やスパッタ堆積およびホウ素ＢやリンＰのドーパン
ト濃度を調整して軟化温度を高くしたＦＨＤ堆積法を用
いても、コア膜１８を作製することが可能である。Next, the composition of the core film 18 is SiO 2-
GeO 2 quartz-based glass was deposited using ECR deposition. In this embodiment, ECR deposition is used.
The core film 18 can also be manufactured by using an FHD deposition method in which the softening temperature is increased by adjusting the deposition or sputter deposition or the dopant concentration of boron B or phosphorus P.
【００２７】次いで、反応性イオンエッチングによりコ
ア部１５、１６を形成する。その後、ＦＨＤ堆積法によ
りコア部１５、１６を埋め込むように上側クラッド１４
として組成がＳｉＯ2 −Ｐ2 Ｏ5 −Ｂ2 Ｏ3 の石英系ガ
ラス膜を２０μｍ堆積する。なお、ガラスの透明化は、
温度１２００℃のＨｅとＯ2 の混合雰囲気中で行った。Next, the core portions 15 and 16 are formed by reactive ion etching. Then, the upper cladding 14 is embedded by FHD deposition so that the cores 15 and 16 are buried.
A quartz glass film having a composition of SiO 2 —P 2 O 5 —B 2 O 3 is deposited to a thickness of 20 μm. In addition, the transparency of the glass,
The test was performed in a mixed atmosphere of He and O 2 at a temperature of 1200 ° C.
【００２８】作製した導波回路のコア寸法は６．５×
６．５μｍ、比屈折率差０．７５％である。そして、結
合部１７において下側クラッド膜１２、１３の変形は生
じておらず、導波路断面構造の変形を防止できたもので
あった。The core size of the fabricated waveguide circuit is 6.5 ×
It is 6.5 μm and the relative refractive index difference is 0.75%. Then, no deformation of the lower cladding films 12 and 13 occurred in the coupling portion 17, and the deformation of the waveguide sectional structure could be prevented.
【００２９】以上一製造例について説明したが、これに
限定されるものではなく、また、任意のコア寸法や比屈
折率差を有する導波路に適用できるものである。Although one manufacturing example has been described above, the present invention is not limited to this, and can be applied to a waveguide having an arbitrary core size and a relative refractive index difference.
【００３０】[0030]
【発明の効果】以上説明したように、本発明によると、
下側クラッド膜を、ＦＨＤ堆積法を用いた第一下側クラ
ッド膜と熱的に強固な石英ガラス膜を形成できるＥＣＲ
堆積法、ＣＶＤ堆積法またはスパッタ堆積法を用いた第
二下側クラッドとの二層構造にすることにより、量産性
を損なうことなく下側クラッド膜を熱的に強固とするこ
とができる。したがって、導波路コアに熱的に強固なガ
ラス膜を用いても下側クラッドの変化が起こらないた
め、導波路形状の熱的変形を完全に防止することが可能
となり、再現性に優れた石英系光導波路を製作すること
ができる。As described above, according to the present invention,
An ECR capable of forming a thermally strong quartz glass film with the first lower clad film using the FHD deposition method
By forming a two-layer structure with the second lower clad using a deposition method, a CVD deposition method, or a sputter deposition method, the lower clad film can be made thermally strong without impairing mass productivity. Therefore, even if a thermally strong glass film is used for the waveguide core, the lower cladding does not change, so that thermal deformation of the waveguide shape can be completely prevented, and quartz with excellent reproducibility. A system optical waveguide can be manufactured.
【図１】本発明に一実施例に係る方向性結合器を示す平
面図である。FIG. 1 is a plan view illustrating a directional coupler according to an embodiment of the present invention.
【図２】図１のＡ−Ａ線断面図である。FIG. 2 is a sectional view taken along line AA of FIG.
【図３】一実施例の製造工程を説明する断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a manufacturing process according to one embodiment.
【図４】一実施例の製造工程を説明する断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating a manufacturing process of one embodiment.
【図５】一実施例の製造工程を説明する断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating a manufacturing process of one embodiment.
【図６】一実施例の製造工程を説明する断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating a manufacturing process of one embodiment.
【図７】一実施例の製造工程を説明する断面図である。FIG. 7 is a cross-sectional view illustrating a manufacturing process of one embodiment.
【図８】従来技術に係る方向性結合器を示す平面図であ
る。FIG. 8 is a plan view showing a directional coupler according to the related art.
【図９】図８のＢ−Ｂ線断面図である。FIG. 9 is a sectional view taken along line BB of FIG. 8;
【図１０】従来技術に係る方向性結合器の製造工程を説
明する断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view illustrating a manufacturing process of a directional coupler according to the related art.
【図１１】従来技術に係る方向性結合器の製造工程を説
明する断面図である。FIG. 11 is a cross-sectional view illustrating a manufacturing process of a directional coupler according to the related art.
【図１２】従来技術に係る方向性結合器の製造工程を説
明する断面図である。FIG. 12 is a cross-sectional view illustrating a manufacturing process of a directional coupler according to the related art.
【図１３】従来技術に係る方向性結合器の製造工程を説
明する断面図である。FIG. 13 is a cross-sectional view illustrating a manufacturing process of a directional coupler according to the related art.
【図１４】従来技術に係る方向性結合器の製造工程を説
明する断面図である。FIG. 14 is a cross-sectional view illustrating a manufacturing process of the directional coupler according to the related art.
【図１５】従来技術に係る方向性結合器の構造の一例を
説明する断面図である。FIG. 15 is a cross-sectional view illustrating an example of the structure of a directional coupler according to the related art.
【図１６】従来技術に係る方向性結合器の構造の一例を
説明する断面図である。FIG. 16 is a cross-sectional view illustrating an example of the structure of a directional coupler according to the related art.
【図１７】従来技術に係る方向性結合器の構造の一例を
説明する断面図である。FIG. 17 is a cross-sectional view illustrating an example of the structure of a directional coupler according to the related art.
１１ 基板 １２ 第一下側クラッド膜 １３ 第二下側クラッド膜 １４ 上側クラッド膜 １５、１６ コア部 １７ 光結合部 １８ コア膜 DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Substrate 12 1st lower clad film 13 2nd lower clad film 14 upper clad film 15, 16 core part 17 optical coupling part 18 core film
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−124006（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−189614（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−75606（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−147201（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−147402（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−333006（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−359230（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−127032（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G02B 6/12 - 6/14 Continuation of front page (56) References JP-A-63-124006 (JP, A) JP-A-1-189614 (JP, A) JP-A-3-75606 (JP, A) JP-A-4-147201 (JP) JP-A-4-147402 (JP, A) JP-A-4-333006 (JP, A) JP-A-4-359230 (JP, A) JP-A-5-127032 (JP, A) (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) G02B 6/12-6/14
Claims (4)
ラスからなる下側クラッド膜と、石英系ガラスからなる
と共に前記下側クラッド膜上に形成されて光伝搬作用を
有するコア部と、石英ガラスからなると共に前記コア部
を埋め込む上側クラッド膜とからなる石英系光導波路で
あって、 前記下側クラッド膜が、ホウ素やリンからなるドーパン
トを含むと共に純粋石英ガラスと同屈折率を有する石英
系ガラスからなる第一下側クラッド膜と、該第一下側ク
ラッド膜の上側に設けられると共に石英ガラスからなる
第二下側クラッド膜との二層構造であり、且つ、前記第
一下側クラッド膜の膜厚が下側クラッド膜全体の膜厚の
５０％以上を占めていることを特徴とする石英系光導波
路。1. A substrate, a lower clad film made of quartz glass formed on the substrate, and a core portion made of quartz glass and formed on the lower clad film and having a light propagation action. A quartz optical waveguide comprising: a quartz glass; and an upper clad film that embeds the core portion, wherein the lower clad film contains a dopant made of boron or phosphorus and has the same refractive index as pure quartz glass. A first lower clad film made of quartz glass, and a second lower clad film made of quartz glass provided on the first lower clad film, and the first lower clad film, A quartz optical waveguide, wherein the thickness of the side cladding film accounts for 50% or more of the total thickness of the lower cladding film.
る石英系ガラスからなる第一下側クラッド膜を形成する
工程と、該第一下側クラッドの上部に純粋石英ガラスか
らなる第二下側クラッド膜を形成する工程と、この二層
構造の下側クラッド膜の表面にコア膜を形成する工程と
該コア膜の不要部分を除去して光伝搬作用をするコア部
を形成する工程と、前記下側クラッド膜とコア部を埋め
込むように上側クラッド膜を形成する工程とを少なくと
も有する石英系光導波路の製造方法において、 前記第一下側クラッド膜および上側クラッド膜を形成す
る工程が、原料ガスの火炎加水分解反応による石英系ガ
ラス微粒子を堆積した後、これを加熱により透明ガラス
化する方法からなり、 前記第二下側クラッド膜を形成する工程が、電子サイク
ロトロン共鳴によって酸素をイオン化したプラズマ流を
前記第一下側クラッド膜の表面に導く一方、このプラズ
マ流中に当該第二下側クラッド膜を形成するためのシラ
ンを導いて、その反応生成物を前記第一下側クラッド膜
上に堆積しつつ、当該堆積膜をターゲットとした高周波
スパッタを行い、前記第一下側クラッド膜の表面に第二
下側クラッド膜を形成する方法からなることを特徴とす
る光導波路の製造方法。2. A step of forming a first lower cladding film made of quartz glass using boron or phosphorus as a dopant on a substrate, and a second lower cladding film made of pure quartz glass on the first lower cladding. A step of forming a clad film, a step of forming a core film on the surface of the lower clad film of the two-layer structure, and a step of removing an unnecessary portion of the core film to form a core portion having a light propagation action, A method of manufacturing a silica-based optical waveguide having at least a step of forming an upper clad film so as to bury a lower clad film and a core portion, wherein the step of forming the first lower clad film and the upper clad film is a raw material. A method of depositing silica-based glass fine particles by a flame hydrolysis reaction of a gas and then heating the glass-based fine particles to form a transparent vitreous glass, wherein the step of forming the second lower clad film is performed by an electron cyclo While the plasma flow ionized with oxygen by the ion resonance is directed to the surface of the first lower clad film, the silane for forming the second lower clad film is guided into the plasma flow, and the reaction product is formed. While depositing on the first lower clad film, high-frequency sputtering is performed using the deposited film as a target to form a second lower clad film on the surface of the first lower clad film. Manufacturing method of an optical waveguide.
る石英系ガラスからなる第一下側クラッド膜を形成する
工程と、該第一下側クラッドの上部に純粋石英ガラスか
らなる第二下側クラッド膜を形成する工程と、この二層
構造の下側クラッド膜の表面にコア膜を形成する工程と
該コア膜の不要部分を除去して光伝搬作用をするコア部
を形成する工程と、前記下側クラッド膜とコア部を埋め
込むように上側クラッド膜を形成する工程とを少なくと
も有する石英系光導波路の製造方法において、 前記第一下側クラッド膜および上側クラッド膜を形成す
る工程が、原料ガスの火炎加水分解反応による石英系ガ
ラス微粒子を堆積した後、これを加熱により透明ガラス
化する方法からなり、 前記第二下側クラッド膜を形成する工程が、酸素とシラ
ンとの混合ガスを高周波電力によりプラズマ化させて反
応させ、該反応物を第一下側クラッド膜上に堆積する方
法からなることを特徴とする石英系光導波路の製造方
法。3. A step of forming a first lower clad film made of quartz glass using boron or phosphorus as a dopant on a substrate, and a second lower layer made of pure quartz glass on the first lower clad. A step of forming a clad film, a step of forming a core film on the surface of the lower clad film of the two-layer structure, and a step of removing an unnecessary portion of the core film to form a core portion having a light propagation action, A method of manufacturing a silica-based optical waveguide having at least a step of forming an upper clad film so as to bury a lower clad film and a core portion, wherein the step of forming the first lower clad film and the upper clad film is a raw material. After depositing quartz-based glass particles by a gas flame hydrolysis reaction, the method comprises heating the glass-based glass particles into a transparent glass by heating, and the step of forming the second lower clad film comprises oxygen and silane. The mixed gas is reacted by plasma by the high frequency power, the method for manufacturing a silica-based optical waveguide, characterized in that it consists method of depositing the reaction product on the first lower cladding layer.
る石英系ガラスからなる第一下側クラッド膜を形成する
工程と、該第一下側クラッドの上部に純粋石英ガラスか
らなる第二下側クラッド膜を形成する工程と、この二層
構造の下側クラッド膜の表面にコア膜を形成する工程と
該コア膜の不要部分を除去して光伝搬作用をするコア部
を形成する工程と、前記下側クラッド膜とコア部を埋め
込むように上側クラッド膜を形成する工程とを少なくと
も有する石英系光導波路の製造方法において、 前記第一下側クラッド膜および上側クラッド膜を形成す
る工程が、原料ガスの火炎加水分解反応による石英系ガ
ラス微粒子を堆積した後、これを加熱により透明ガラス
化する方法からなり、 前記第二下側クラッド膜を形成する工程が、アルゴン及
び酸素の混合ガスをスパッタガスとして導入すると共に
純粋石英板をターゲットとして高周波スパッタ電力を加
えて該純粋石英板を削り、これを第一下側クラッド膜上
に堆積する方法からなることを特徴とする石英系光導波
路の製造方法。4. A step of forming a first lower clad film made of quartz glass using boron or phosphorus as a dopant on a substrate, and a second lower film made of pure quartz glass on the first lower clad. A step of forming a clad film, a step of forming a core film on the surface of the lower clad film of the two-layer structure, and a step of removing an unnecessary portion of the core film to form a core portion having a light propagation action, A method of manufacturing a silica-based optical waveguide having at least a step of forming an upper clad film so as to bury a lower clad film and a core portion, wherein the step of forming the first lower clad film and the upper clad film is a raw material. A method of depositing silica-based glass fine particles by a flame hydrolysis reaction of a gas, and then heating the glass-based glass fine particles to form a transparent vitrified glass, wherein the step of forming the second lower clad film is performed using argon and acid. A method of introducing a mixed gas of as a sputtering gas and applying a high-frequency sputtering power to a pure quartz plate as a target, shaving the pure quartz plate, and depositing this on the first lower cladding film. Method for manufacturing a system optical waveguide.
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|---|---|---|---|
| JP32290391A JP3070018B2 (en) | 1991-12-06 | 1991-12-06 | Quartz optical waveguide and method of manufacturing the same |
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