JP3201142B2 - 光導波路の製造方法 - Google Patents
光導波路の製造方法Info
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- JP3201142B2 JP3201142B2 JP12858494A JP12858494A JP3201142B2 JP 3201142 B2 JP3201142 B2 JP 3201142B2 JP 12858494 A JP12858494 A JP 12858494A JP 12858494 A JP12858494 A JP 12858494A JP 3201142 B2 JP3201142 B2 JP 3201142B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、波長０．６μｍから
１．６μｍの範囲にわたって損失波長特性を向上させた
光導波路の製造方法に関する。
１．６μｍの範囲にわたって損失波長特性を向上させた
光導波路の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】図７は本発明者が先に提案した光導波路
の断面図である（特開平５−１８１０３１号）。
の断面図である（特開平５−１８１０３１号）。
【０００３】同図において光導波路は、基板１（ＳｉＯ
2 あるいはＳｉ）上にバッファ層（ＳｉＯ2 あるいはＳ
ｉＯ2 に屈折率制御用添加物を少なくとも１種類添加し
たもの）２を形成し、その上に略矩形状のコアパターン
（ＳｉｘＯｙＮｚあるいはＳｉｘＯｙＮｚに屈折率制御
用添加物を少なくとも１種類添加したもの）３ａを形成
し、コアパターン３ａ全体をクラッド層（バッファ層２
と同種の材料）６で覆ったものである。この構成ではコ
アパターン３ａに窒素を添加したＳｉｘＯｙＮｚを用い
ているので、窒素の含有量を調節することにより、コア
パターン３ａとクラッド層（あるいはバッファ層）６と
の比屈折率差Δ（＝（ｎw −ｎc ）／ｎw ）×１００
％、ｎw ＝コアの屈折率、ｎc ＝クラッドの屈折率）を
最大７％程度まで大きくとることができる。この比屈折
率差Δを大きくとることにより、導波路型光部品（マッ
ハツェンダ型光フィルタ、光リング共振器、光方向性結
合器など）のサイズを大幅に小さくすることができる。
2 あるいはＳｉ）上にバッファ層（ＳｉＯ2 あるいはＳ
ｉＯ2 に屈折率制御用添加物を少なくとも１種類添加し
たもの）２を形成し、その上に略矩形状のコアパターン
（ＳｉｘＯｙＮｚあるいはＳｉｘＯｙＮｚに屈折率制御
用添加物を少なくとも１種類添加したもの）３ａを形成
し、コアパターン３ａ全体をクラッド層（バッファ層２
と同種の材料）６で覆ったものである。この構成ではコ
アパターン３ａに窒素を添加したＳｉｘＯｙＮｚを用い
ているので、窒素の含有量を調節することにより、コア
パターン３ａとクラッド層（あるいはバッファ層）６と
の比屈折率差Δ（＝（ｎw −ｎc ）／ｎw ）×１００
％、ｎw ＝コアの屈折率、ｎc ＝クラッドの屈折率）を
最大７％程度まで大きくとることができる。この比屈折
率差Δを大きくとることにより、導波路型光部品（マッ
ハツェンダ型光フィルタ、光リング共振器、光方向性結
合器など）のサイズを大幅に小さくすることができる。
【０００４】図８は図７に示した光導波路の製造工程を
示す図であり、図９は図７に示した各製造工程における
光導波路の断面を示す図である。
示す図であり、図９は図７に示した各製造工程における
光導波路の断面を示す図である。
【０００５】図８及び図９において、基板１上にバッフ
ァ層２を形成する。このバッファ層２は２７０℃の低温
プラズマＣＶＤ法によって形成される（Ｓ１、図９
（ａ））。
ァ層２を形成する。このバッファ層２は２７０℃の低温
プラズマＣＶＤ法によって形成される（Ｓ１、図９
（ａ））。
【０００６】バッファ層２の上にコア層３を形成する。
このコア層３も２７０℃の低温プラズマＣＶＤ法によっ
て形成される（Ｓ２）。
このコア層３も２７０℃の低温プラズマＣＶＤ法によっ
て形成される（Ｓ２）。
【０００７】このコア層３の上にスパッタリング法を用
いてマスク用のＷＳｉ層４を形成する。このＷＳｉ層４
の形成も３００℃以下の低温で行われる（Ｓ３、図９
（ｂ））。
いてマスク用のＷＳｉ層４を形成する。このＷＳｉ層４
の形成も３００℃以下の低温で行われる（Ｓ３、図９
（ｂ））。
【０００８】ＷＳｉ層４の上にフォトリソグラフィ法に
よってフォトレジストパターン（図示せず）を形成し、
このフォトレジストパターンをマスクにしてドライエッ
チングによってＷＳｉ層をパターニングし、ＷＳｉパタ
ーン４ａを形成する（Ｓ４、図９（ｃ））。
よってフォトレジストパターン（図示せず）を形成し、
このフォトレジストパターンをマスクにしてドライエッ
チングによってＷＳｉ層をパターニングし、ＷＳｉパタ
ーン４ａを形成する（Ｓ４、図９（ｃ））。
【０００９】このドライエッチングは１０-2ｔｏｒｒ以
下の真空に保たれた３００℃以下のプラズマ雰囲気中の
反応容器（図示せず）内に半製品５を置き、ＮＦ3 ガス
を流して行う。次に上述したＷＳｉパターン４ａをマス
クにしてコア層３をドライエッチングし、パターニング
を行ってコアパターン３ａを形成する。尚、ドライエッ
チングに用いるガスとしてはＣＨＦ3 を用いる（Ｓ５、
図９（ｄ））。
下の真空に保たれた３００℃以下のプラズマ雰囲気中の
反応容器（図示せず）内に半製品５を置き、ＮＦ3 ガス
を流して行う。次に上述したＷＳｉパターン４ａをマス
クにしてコア層３をドライエッチングし、パターニング
を行ってコアパターン３ａを形成する。尚、ドライエッ
チングに用いるガスとしてはＣＨＦ3 を用いる（Ｓ５、
図９（ｄ））。
【００１０】その後コアパターン３ａ上のＷＳｉマスク
パターン４ａをドライエッチングにより除去する（この
工程は図示せず）。最後にコアパターン３ａを覆うよう
にクラッド層６を形成する。このクラッド層６も前述し
た低温プラズマＣＶＤ法によって行う（Ｓ６、図９
（ｅ））。
パターン４ａをドライエッチングにより除去する（この
工程は図示せず）。最後にコアパターン３ａを覆うよう
にクラッド層６を形成する。このクラッド層６も前述し
た低温プラズマＣＶＤ法によって行う（Ｓ６、図９
（ｅ））。
【００１１】図７に示した光導波路は３００℃以下の低
温で形成することができる特徴がある。これは基板１の
上面、あるいは基板１の内部、さらには基板１の下面に
電子回路素子や光能動素子が予め形成されている場合に
は、これらの素子に損傷を与えることなく光導波路を形
成することができるという利点がある。
温で形成することができる特徴がある。これは基板１の
上面、あるいは基板１の内部、さらには基板１の下面に
電子回路素子や光能動素子が予め形成されている場合に
は、これらの素子に損傷を与えることなく光導波路を形
成することができるという利点がある。
【００１２】図１０は図８に示した方法で形成した光導
波路の損失波長特性を示す図であり、横軸が波長を示
し、縦軸が損失を示している。
波路の損失波長特性を示す図であり、横軸が波長を示
し、縦軸が損失を示している。
【００１３】この損失波長特性の測定に用いた光導波路
の長さは５ｃｍであり、比屈折率差Δは２％である。同
図より波長０．６μｍから波長１．３４μｍまでの範囲
においては極めて損失が低いことがわかる。特に光導波
路の光源として多用される半導体レーザ素子の発振波長
１．３μｍにおける損失が０．１２ｄＢ／ｃｍと極めて
低い値を示している。
の長さは５ｃｍであり、比屈折率差Δは２％である。同
図より波長０．６μｍから波長１．３４μｍまでの範囲
においては極めて損失が低いことがわかる。特に光導波
路の光源として多用される半導体レーザ素子の発振波長
１．３μｍにおける損失が０．１２ｄＢ／ｃｍと極めて
低い値を示している。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】ところが従来の光導波
路には以下のような問題点があった。
路には以下のような問題点があった。
【００１５】(1) 光導波路中にはＯＨ基が多量に含まれ
ており、このＯＨ基による吸収損失（波長１．３９μｍ
における吸収ピーク）が非常に大きいことがわかった。
この吸収損失は波長１．３５μｍから１．５μｍ帯にか
けて損失を増大させる要因になっていた。
ており、このＯＨ基による吸収損失（波長１．３９μｍ
における吸収ピーク）が非常に大きいことがわかった。
この吸収損失は波長１．３５μｍから１．５μｍ帯にか
けて損失を増大させる要因になっていた。
【００１６】(2) また光導波路中にはＳｉ−Ｈ基も多量
に含まれており、波長１．４９μｍ付近に大きな吸収損
失をもたらしている。しかもこの吸収損失は、波長１．
４μｍから１．６μｍの範囲にわたって裾を引いてお
り、この波長範囲での損失を大幅に増大させている。
に含まれており、波長１．４９μｍ付近に大きな吸収損
失をもたらしている。しかもこの吸収損失は、波長１．
４μｍから１．６μｍの範囲にわたって裾を引いてお
り、この波長範囲での損失を大幅に増大させている。
【００１７】(3) 上記(1) 及び(2) による吸収損失は、
コア層３をＳｉＨ4 とＮ2 ＯとＮ2 ガスを用いた低温
（２７０℃）プラズマＣＶＤ法によって形成しているた
め、コア層３中にＯＨ基及びＳｉ−Ｈ基が残存した結果
によって生じているものと考えられていた。
コア層３をＳｉＨ4 とＮ2 ＯとＮ2 ガスを用いた低温
（２７０℃）プラズマＣＶＤ法によって形成しているた
め、コア層３中にＯＨ基及びＳｉ−Ｈ基が残存した結果
によって生じているものと考えられていた。
【００１８】そこでコア層３を形成する際の温度を４５
０℃に上げて行ってみたが、あまり損失は減少しなかっ
た。次の対策として、図８（ｂ）に示したコア層３を形
成した後に、高温熱処理を施すことを試みた。高温熱処
理温度として５００℃、１０００℃、１２００℃の３種
類の試料（以下「半製品」という。）を評価した結果、
５００℃の高温熱処理ではＯＨ基による吸収損失は約８
ｄＢ程度減少させることができ、１．３９μｍでの損失
を７ｄＢ程度まで低くすることができた。
０℃に上げて行ってみたが、あまり損失は減少しなかっ
た。次の対策として、図８（ｂ）に示したコア層３を形
成した後に、高温熱処理を施すことを試みた。高温熱処
理温度として５００℃、１０００℃、１２００℃の３種
類の試料（以下「半製品」という。）を評価した結果、
５００℃の高温熱処理ではＯＨ基による吸収損失は約８
ｄＢ程度減少させることができ、１．３９μｍでの損失
を７ｄＢ程度まで低くすることができた。
【００１９】しかしまだＯＨ基はコア層３中に残ってい
ることがわかった。Ｓｉ−Ｈ基による吸収損失も波長
１．４９μｍにおいて、約１０ｄＢ減少させることがで
きたが、まだ多量のＳｉ−Ｈ基がコア層３中に残存して
いた。次に１０００℃及び１２００℃の温度で熱処理し
た半製品を電気炉内から取り出してみると、コア層３中
に多くのクラックが生じていることがわかり、１０００
℃以上の高温熱処理は困難であることがわかった。これ
は、基板１、バッファ層（いずれもＳｉＯ2 ）２とコア
層（ＳｉｘＮｙＨｚ）３との熱膨張係数の違い、厚いバ
ッファ層（約６μｍ）及びコア層（約６μｍ）３の成膜
による層内への残留応力による影響などが起因している
ものと考えられる。
ることがわかった。Ｓｉ−Ｈ基による吸収損失も波長
１．４９μｍにおいて、約１０ｄＢ減少させることがで
きたが、まだ多量のＳｉ−Ｈ基がコア層３中に残存して
いた。次に１０００℃及び１２００℃の温度で熱処理し
た半製品を電気炉内から取り出してみると、コア層３中
に多くのクラックが生じていることがわかり、１０００
℃以上の高温熱処理は困難であることがわかった。これ
は、基板１、バッファ層（いずれもＳｉＯ2 ）２とコア
層（ＳｉｘＮｙＨｚ）３との熱膨張係数の違い、厚いバ
ッファ層（約６μｍ）及びコア層（約６μｍ）３の成膜
による層内への残留応力による影響などが起因している
ものと考えられる。
【００２０】もう一つの対策として図９（ｅ）に示すク
ラッド層６を形成した後に、前述と同様の高温熱処理を
施した半製品を製作したが、この場合も１０００℃及び
１２００℃の温度で熱処理した半製品にはクラックが生
じた。しかも前述の高温熱処理を施した半製品のクラッ
クよりも多くのクラックが生じた。さらに、基板１自体
が反ってしまった。これはクラッド層（ＳｉＯ2 ）６を
１０μｍ以上も形成しているため、より応力の差による
クラックが著しく発生したものと考えられる。
ラッド層６を形成した後に、前述と同様の高温熱処理を
施した半製品を製作したが、この場合も１０００℃及び
１２００℃の温度で熱処理した半製品にはクラックが生
じた。しかも前述の高温熱処理を施した半製品のクラッ
クよりも多くのクラックが生じた。さらに、基板１自体
が反ってしまった。これはクラッド層（ＳｉＯ2 ）６を
１０μｍ以上も形成しているため、より応力の差による
クラックが著しく発生したものと考えられる。
【００２１】このように波長１．３５μｍから波長１．
６μｍの範囲にわたって光導波路を低損失化することが
困難であった。
６μｍの範囲にわたって光導波路を低損失化することが
困難であった。
【００２２】そこで、本発明の目的は、上記課題を解決
し、波長０．６μｍから１．６μｍの範囲における損失
が小さい光導波路の製造方法を提供することにある。
し、波長０．６μｍから１．６μｍの範囲における損失
が小さい光導波路の製造方法を提供することにある。
【００２３】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、基板上にＳｉＯｘＮｙＨｚからなるコア層
を４５０℃以下の低温プラズマＣＶＤ法により形成し、
フォトリソグラフィを施してコア層をパターニングして
コアパターンを形成し、コアパターンが形成された基板
を窒素を含んだ雰囲気中で１０００℃〜１３００℃の温
度で熱処理し、熱処理がなされたコアパターンが形成さ
れた基板の表面に４５０℃以下の低温プラズマＣＶＤ法
を施してＳｉＯ 2 からなるクラッド層で覆ったものであ
る。
に本発明は、基板上にＳｉＯｘＮｙＨｚからなるコア層
を４５０℃以下の低温プラズマＣＶＤ法により形成し、
フォトリソグラフィを施してコア層をパターニングして
コアパターンを形成し、コアパターンが形成された基板
を窒素を含んだ雰囲気中で１０００℃〜１３００℃の温
度で熱処理し、熱処理がなされたコアパターンが形成さ
れた基板の表面に４５０℃以下の低温プラズマＣＶＤ法
を施してＳｉＯ 2 からなるクラッド層で覆ったものであ
る。
【００２４】また、本発明は基板上にＳｉＯｘＮｙＨｚ
からなるコア層を４５０℃以下の低温プラズマＣＶＤ法
により形成し、コア層の上に保護層を形成すると共に保
護層とコア層とをフォトリソグラフィを施してパターニ
ングしてコアパターンを形成し、コアパターンが形成さ
れた基板を窒素を含んだ雰囲気中で１０００℃〜１３０
０℃の温度で熱処理し、熱処理がなされたコアパターン
が形成された基板の表面に４５０℃以下の低温プラズマ
ＣＶＤ法を施してＳｉＯ 2 からなるクラッド層で覆った
ものである。
からなるコア層を４５０℃以下の低温プラズマＣＶＤ法
により形成し、コア層の上に保護層を形成すると共に保
護層とコア層とをフォトリソグラフィを施してパターニ
ングしてコアパターンを形成し、コアパターンが形成さ
れた基板を窒素を含んだ雰囲気中で１０００℃〜１３０
０℃の温度で熱処理し、熱処理がなされたコアパターン
が形成された基板の表面に４５０℃以下の低温プラズマ
ＣＶＤ法を施してＳｉＯ 2 からなるクラッド層で覆った
ものである。
【００２５】本発明は上記構成に加えて、低温プラズマ
ＣＶＤ法の代わりに減圧ＣＶＤ法、常圧ＣＶＤ法、電子
ビーム蒸着法及びスパッタリング法のいずれかを用いて
もよい。
ＣＶＤ法の代わりに減圧ＣＶＤ法、常圧ＣＶＤ法、電子
ビーム蒸着法及びスパッタリング法のいずれかを用いて
もよい。
【００２６】本発明は上記構成に加えて、バッファ層、
コア層、保護層及びクラッド層の中に屈折率制御用添加
物を少なくとも１種類含ませてもよい。
コア層、保護層及びクラッド層の中に屈折率制御用添加
物を少なくとも１種類含ませてもよい。
【００２７】本発明は上記構成に加えて、コア層中に希
土類元素を少なくとも１種類含ませてもよい。
土類元素を少なくとも１種類含ませてもよい。
【００２８】
【作用】上記構成によれば、コアパターンが露出した基
板に高温熱処理が施されるので、コアパターン中のＯＨ
基及びＳｉ−ＯＨ基を容易にコアパターン外に拡散させ
ることができ、ＯＨ基及びＳｉ−ＯＨ基による吸収損失
を大幅に低減させることができる。この結果波長０．６
μｍから１．６μｍまでの広い範囲にわたって損失が低
い光導波路を実現することができる。
板に高温熱処理が施されるので、コアパターン中のＯＨ
基及びＳｉ−ＯＨ基を容易にコアパターン外に拡散させ
ることができ、ＯＨ基及びＳｉ−ＯＨ基による吸収損失
を大幅に低減させることができる。この結果波長０．６
μｍから１．６μｍまでの広い範囲にわたって損失が低
い光導波路を実現することができる。
【００２９】また光導波路は高温熱処理を施してもコア
パターンにクラックも入らず基板の反りも極めて少な
い。これはコアパターンのパターン幅が数μｍから２０
μｍ程度の範囲で狭く、またコアパターンは基板上のバ
ッファ層にまばらにしか存在しないため、熱膨張係数の
差や残留応力によるクラックの発生は生じにくいので無
視することができる。さらにＳｉＯｘＮｙＨｚのコアパ
ターンは窒素雰囲気中で熱処理され、コアパターン中の
窒素の拡散も少ないので、コアパターンの屈折率変化も
小さい。
パターンにクラックも入らず基板の反りも極めて少な
い。これはコアパターンのパターン幅が数μｍから２０
μｍ程度の範囲で狭く、またコアパターンは基板上のバ
ッファ層にまばらにしか存在しないため、熱膨張係数の
差や残留応力によるクラックの発生は生じにくいので無
視することができる。さらにＳｉＯｘＮｙＨｚのコアパ
ターンは窒素雰囲気中で熱処理され、コアパターン中の
窒素の拡散も少ないので、コアパターンの屈折率変化も
小さい。
【００３０】コアパターンの上にＳｉＯ2 の保護層が設
けられている場合には、高温熱処理によるＯＨ基及びＳ
ｉ−Ｈ基のコア層外への拡散、放出はパターニングした
コア層の両側面で行われる。但しＳｉＯ2 からなる保護
層の厚さが薄いので保護層を通して若干のＯＨ基及びＳ
ｉ−Ｈ基の拡散、放出が行われる。この保護層により、
コアパターンの上部の構造不整による散乱損失を大幅に
減少させることができる。またコアパターン中の窒素の
コアパターン外への拡散を抑圧する効果があり、熱処理
前後によるコアパターンの屈折率変化を小さくすること
ができる。
けられている場合には、高温熱処理によるＯＨ基及びＳ
ｉ−Ｈ基のコア層外への拡散、放出はパターニングした
コア層の両側面で行われる。但しＳｉＯ2 からなる保護
層の厚さが薄いので保護層を通して若干のＯＨ基及びＳ
ｉ−Ｈ基の拡散、放出が行われる。この保護層により、
コアパターンの上部の構造不整による散乱損失を大幅に
減少させることができる。またコアパターン中の窒素の
コアパターン外への拡散を抑圧する効果があり、熱処理
前後によるコアパターンの屈折率変化を小さくすること
ができる。
【００３１】低温プラズマＣＶＤ法の代わりに、種々の
方法を用いて成膜することができ、製造方法の自由度が
高いため光導波路を経済的に製造することができる。例
えば減圧ＣＶＤ法や常圧ＣＶＤ法はより安価な装置を用
いて行うことになるので、経済的である。また、電子ビ
ーム蒸着法やスパッタリング法ではＳｉ3 Ｎ4 とＳｉＯ
2 を用いて成膜するので、コアパターン中にＯＨ基及び
Ｓｉ−Ｈ基がほとんど入らない。また、高真空で成膜す
ることができるので、より緻密で均質な層を形成するこ
とができる。
方法を用いて成膜することができ、製造方法の自由度が
高いため光導波路を経済的に製造することができる。例
えば減圧ＣＶＤ法や常圧ＣＶＤ法はより安価な装置を用
いて行うことになるので、経済的である。また、電子ビ
ーム蒸着法やスパッタリング法ではＳｉ3 Ｎ4 とＳｉＯ
2 を用いて成膜するので、コアパターン中にＯＨ基及び
Ｓｉ−Ｈ基がほとんど入らない。また、高真空で成膜す
ることができるので、より緻密で均質な層を形成するこ
とができる。
【００３２】バッファ層、コア層、保護層及びクラッド
層の材料や屈折率の選択範囲を広げることができるの
で、基板の反りの抑制や比屈折率差Δを高くすることが
容易となる。
層の材料や屈折率の選択範囲を広げることができるの
で、基板の反りの抑制や比屈折率差Δを高くすることが
容易となる。
【００３３】
【実施例】以下、本発明の実施例を添付図面に基づいて
詳述する。
詳述する。
【００３４】図１は本発明の光導波路の製造方法の一実
施例を示す工程図であり、図２は図１に示した各製造工
程における光導波路の断面を示す図である。図３は図１
に示した方法により製造された光導波路の平面図であ
る。尚、従来例と同様の部材には同一の符号を用いた。
施例を示す工程図であり、図２は図１に示した各製造工
程における光導波路の断面を示す図である。図３は図１
に示した方法により製造された光導波路の平面図であ
る。尚、従来例と同様の部材には同一の符号を用いた。
【００３５】図１及び図２において、Ｓ１０〜Ｓ１３の
工程は図８に示した工程Ｓ１〜Ｓ５と同様である。従来
例との相違点は、コア層をパターニングした後に高温熱
処理を施す点である。
工程は図８に示した工程Ｓ１〜Ｓ５と同様である。従来
例との相違点は、コア層をパターニングした後に高温熱
処理を施す点である。
【００３６】まずプラズマＣＶＤ法を用いて基板１上に
バッファ層２を形成する（Ｓ１０、図２（ａ））。
バッファ層２を形成する（Ｓ１０、図２（ａ））。
【００３７】バッファ層２の上にコア層３を形成する。
このコア層３の上にスパッタリング法を用いてマスク用
のＷＳｉ層４を形成する（Ｓ１１、図２（ｂ））。
このコア層３の上にスパッタリング法を用いてマスク用
のＷＳｉ層４を形成する（Ｓ１１、図２（ｂ））。
【００３８】ＷＳｉ層４の上にフォトリソグラフィ法に
よってフォトレジストパターン（図示せず）を形成し、
このフォトレジストパターンをマスクにし、ドライエッ
チングによってＷＳｉ層をパターニングしてＷＳｉパタ
ーン４ａを形成する（Ｓ１２、図２（ｃ））。
よってフォトレジストパターン（図示せず）を形成し、
このフォトレジストパターンをマスクにし、ドライエッ
チングによってＷＳｉ層をパターニングしてＷＳｉパタ
ーン４ａを形成する（Ｓ１２、図２（ｃ））。
【００３９】ＷＳｉパターン４ａをマスクにしてコア層
３をドライエッチングし、パターニングを行ってコアパ
ターン３ａを形成する（Ｓ１３、図２（ｄ））。
３をドライエッチングし、パターニングを行ってコアパ
ターン３ａを形成する（Ｓ１３、図２（ｄ））。
【００４０】コアパターン３ａ上のＷＳｉマスクパター
ン４ａをドライエッチングにより除去した後に高温熱処
理を施す（Ｓ１４、図２（ｅ））。
ン４ａをドライエッチングにより除去した後に高温熱処
理を施す（Ｓ１４、図２（ｅ））。
【００４１】高温熱処理終了後、コアパターン３ａ上に
プラズマＣＶＤ法を施してクラッド層６を形成すること
により光導波路が得られる（Ｓ１５、図２（ｆ））。
プラズマＣＶＤ法を施してクラッド層６を形成すること
により光導波路が得られる（Ｓ１５、図２（ｆ））。
【００４２】次に作用について説明する。
【００４３】コアパターン３ａの３面（上面、左側面、
右側面）が露出した状態で高温熱処理を施すので、コア
パターン３ａ中に残存しているＯＨ基及びＳｉ−Ｈ基の
成分をコアパターン３ａ外に拡散、放出させることが容
易である。このためＯＨ基及びＳｉ−ＯＨ基による吸収
損失を大幅に低減させることができる。
右側面）が露出した状態で高温熱処理を施すので、コア
パターン３ａ中に残存しているＯＨ基及びＳｉ−Ｈ基の
成分をコアパターン３ａ外に拡散、放出させることが容
易である。このためＯＨ基及びＳｉ−ＯＨ基による吸収
損失を大幅に低減させることができる。
【００４４】ところでステップＳ１１の工程が終了した
段階で高温熱処理を施すことにより、コアパターン３ａ
中にクラックが発生することが懸念される。しかし光導
波路は図３に示すようにコアパターン３ａの幅Ｗが狭く
（数μｍから２０数μｍ程度）、かつコアパターン３ａ
はバッファ層２上の表面にまばらに存在しており、コア
パターン３ａとバッファ層２とが接している部分の面積
が極めて少ないので、熱膨張係数の違いや残留応力によ
ってクラックが発生することがない。
段階で高温熱処理を施すことにより、コアパターン３ａ
中にクラックが発生することが懸念される。しかし光導
波路は図３に示すようにコアパターン３ａの幅Ｗが狭く
（数μｍから２０数μｍ程度）、かつコアパターン３ａ
はバッファ層２上の表面にまばらに存在しており、コア
パターン３ａとバッファ層２とが接している部分の面積
が極めて少ないので、熱膨張係数の違いや残留応力によ
ってクラックが発生することがない。
【００４５】ステップＳ１４の高温熱処理工程終了後、
クラッド層６の形成を行うが、コアパターン３ａやバッ
ファ層２は高温熱処理によって緻密な層に変わるので、
クラッド層６とコアパターン３ａ及びバッファ層２との
間の密着性が高くすることができる。これも高温熱処理
による効果の一つでもある。
クラッド層６の形成を行うが、コアパターン３ａやバッ
ファ層２は高温熱処理によって緻密な層に変わるので、
クラッド層６とコアパターン３ａ及びバッファ層２との
間の密着性が高くすることができる。これも高温熱処理
による効果の一つでもある。
【００４６】次に具体的な数値について述べるが限定さ
れるものではない。
れるものではない。
【００４７】基板１には直径３インチ（約７．６ｃ
ｍ）、厚さ１ｍｍの石英ガラスを用い、バッファ層２に
はＳｉＨ4 、Ｎ2 Ｏガス、Ｏ2 ガスを用いて約２７０℃
の低温プラズマＣＶＤ法によりＳｉＯ2 膜を形成した。
このＳｉＯ2 膜の厚さは約６μｍである。
ｍ）、厚さ１ｍｍの石英ガラスを用い、バッファ層２に
はＳｉＨ4 、Ｎ2 Ｏガス、Ｏ2 ガスを用いて約２７０℃
の低温プラズマＣＶＤ法によりＳｉＯ2 膜を形成した。
このＳｉＯ2 膜の厚さは約６μｍである。
【００４８】コア層３にはＳｉＨ4 、Ｎ2 Ｏ、Ｎ2 ガス
を用いて２７０℃の低温プラズマＣＶＤ法により、Ｓｉ
ＯｘＮｙＨｚ膜を形成した。その膜の屈折率は約１．４
８５（波長０．６３μｍにおいて）、膜厚は約５μｍで
あった。コアパターン３ａの上にスパッタリング装置を
用いて厚さ約１μｍのＷＳｉ膜４を形成した。その後フ
ォトリソグラフィによりＷＳｉ膜４の上に膜厚約１μｍ
のフォトレジストパターンを形成した。次にこのフォト
レジストパターンをマスクにしてドライエッチングを施
し、ＷＳｉ膜４をパターン化した。ついでＷＳｉパター
ン４ａをマスクにしてコア層３をパターン化してコアパ
ターン３ａを形成した。その後コアパターン３ａの上の
ＷＳｉ膜４をドライエッチングにより除去した。次に電
気炉内に第１の半製品５ａを入れ、電気炉内にＮ2 ガス
を流しながら（Ｎ2 ガス流量約５リットル／分）、約
１．５時間で５００℃まで上げ、その後、５００℃の温
度で３時間保ち、３時間かけて室温まで下げた。また第
２の半製品５ｂについては、約１．５時間かけて１００
０℃まで温度を上げ、その後３時間保温した後約４時間
かけて室温まで下げた。さらに第３の半製品５ｃとし
て、約１．５時間かけて１２００℃まで上げ、３時間１
２００℃に保温した後、約４時間かけて室温まで下げ
た。以上の３種類の半製品上５ａ，５ｂ，５ｃにＳｉＯ
2 のクラッド層６を約１０μｍ、低温（２７０℃）プラ
ズマＣＶＤ法によって形成することにより光導波路が得
られた。
を用いて２７０℃の低温プラズマＣＶＤ法により、Ｓｉ
ＯｘＮｙＨｚ膜を形成した。その膜の屈折率は約１．４
８５（波長０．６３μｍにおいて）、膜厚は約５μｍで
あった。コアパターン３ａの上にスパッタリング装置を
用いて厚さ約１μｍのＷＳｉ膜４を形成した。その後フ
ォトリソグラフィによりＷＳｉ膜４の上に膜厚約１μｍ
のフォトレジストパターンを形成した。次にこのフォト
レジストパターンをマスクにしてドライエッチングを施
し、ＷＳｉ膜４をパターン化した。ついでＷＳｉパター
ン４ａをマスクにしてコア層３をパターン化してコアパ
ターン３ａを形成した。その後コアパターン３ａの上の
ＷＳｉ膜４をドライエッチングにより除去した。次に電
気炉内に第１の半製品５ａを入れ、電気炉内にＮ2 ガス
を流しながら（Ｎ2 ガス流量約５リットル／分）、約
１．５時間で５００℃まで上げ、その後、５００℃の温
度で３時間保ち、３時間かけて室温まで下げた。また第
２の半製品５ｂについては、約１．５時間かけて１００
０℃まで温度を上げ、その後３時間保温した後約４時間
かけて室温まで下げた。さらに第３の半製品５ｃとし
て、約１．５時間かけて１２００℃まで上げ、３時間１
２００℃に保温した後、約４時間かけて室温まで下げ
た。以上の３種類の半製品上５ａ，５ｂ，５ｃにＳｉＯ
2 のクラッド層６を約１０μｍ、低温（２７０℃）プラ
ズマＣＶＤ法によって形成することにより光導波路が得
られた。
【００４９】図４は図１に示した方法によって製造した
光導波路の損失波長特性と従来の製造方法による光導波
路の損失波長特性を示す図であり、横軸が波長を示し、
縦軸が損失を示している。さらに同図において破線が従
来の光導波路の損失波長特性を示し、一点鎖線が５００
℃で熱処理した光導波路の損失波長特性を示し、実線が
１２００℃で熱処理した光導波路の損失波長特性をそれ
ぞれ示している。
光導波路の損失波長特性と従来の製造方法による光導波
路の損失波長特性を示す図であり、横軸が波長を示し、
縦軸が損失を示している。さらに同図において破線が従
来の光導波路の損失波長特性を示し、一点鎖線が５００
℃で熱処理した光導波路の損失波長特性を示し、実線が
１２００℃で熱処理した光導波路の損失波長特性をそれ
ぞれ示している。
【００５０】同図より明らかなように、従来の光導波路
の損失波長特性よりも本発明の製造方法による光導波路
の方が損失が少ないことがわかる。すなわち、５００℃
で熱処理することにより、ＯＨ基による吸収損失は１０
ｄＢ近くも低減することができた。またＳｉ−Ｈ基によ
る吸収損失も１０ｄＢ近く低減することができた。しか
し、まだＳｉ−Ｈ基による吸収損失の低減は十分ではな
い。これに対して１２００℃で熱処理するとＯＨ基によ
る吸収損失は略完全に除去することができ、またＳｉ−
Ｈ基による吸収損失も２０ｄＢ以上も減少させることが
できた。尚、図４には１０００℃で熱処理した結果につ
いては図示しなかったが、この場合にはＯＨ基による吸
収損失は略完全に除去することができ、Ｓｉ−Ｈ基によ
る吸収損失も１８ｄＢ程度低減することができた。この
ことから熱処理温度としては１０００℃から１３００℃
の範囲が好ましいといえる。熱処理時の雰囲気ガスとし
て、Ｎ2 以外にＯ2 を用いてみたが、この場合にはコア
層の屈折率が大きく変化してしまい好ましくないことが
わかった。さらに熱処理時間についても高温に保温する
時間を１時間から５時間の範囲で変化させて光導波路を
試作し、損失波長特性を評価した結果、保温時間が長い
程ＯＨ基及びＳｉ−Ｈ基による吸収損失を低くできるこ
とがわかった。但し、上述した時間よりもさらに長い時
間保温すると、コア層の屈折率が変化しやすくなってし
まい不都合が生じてしまうので、上述した保温時間範囲
が適切と考えられる。昇温速度及び降温速度についても
保温時間と同様な結論が言える。
の損失波長特性よりも本発明の製造方法による光導波路
の方が損失が少ないことがわかる。すなわち、５００℃
で熱処理することにより、ＯＨ基による吸収損失は１０
ｄＢ近くも低減することができた。またＳｉ−Ｈ基によ
る吸収損失も１０ｄＢ近く低減することができた。しか
し、まだＳｉ−Ｈ基による吸収損失の低減は十分ではな
い。これに対して１２００℃で熱処理するとＯＨ基によ
る吸収損失は略完全に除去することができ、またＳｉ−
Ｈ基による吸収損失も２０ｄＢ以上も減少させることが
できた。尚、図４には１０００℃で熱処理した結果につ
いては図示しなかったが、この場合にはＯＨ基による吸
収損失は略完全に除去することができ、Ｓｉ−Ｈ基によ
る吸収損失も１８ｄＢ程度低減することができた。この
ことから熱処理温度としては１０００℃から１３００℃
の範囲が好ましいといえる。熱処理時の雰囲気ガスとし
て、Ｎ2 以外にＯ2 を用いてみたが、この場合にはコア
層の屈折率が大きく変化してしまい好ましくないことが
わかった。さらに熱処理時間についても高温に保温する
時間を１時間から５時間の範囲で変化させて光導波路を
試作し、損失波長特性を評価した結果、保温時間が長い
程ＯＨ基及びＳｉ−Ｈ基による吸収損失を低くできるこ
とがわかった。但し、上述した時間よりもさらに長い時
間保温すると、コア層の屈折率が変化しやすくなってし
まい不都合が生じてしまうので、上述した保温時間範囲
が適切と考えられる。昇温速度及び降温速度についても
保温時間と同様な結論が言える。
【００５１】図５は本発明の光導波路の製造方法の他の
実施例の製造工程を示す図であり、図６は図５に示した
各製造工程における光導波路の断面を示す図である。
実施例の製造工程を示す図であり、図６は図５に示した
各製造工程における光導波路の断面を示す図である。
【００５２】同図において、ステップＳ２０〜Ｓ２２に
示す工程は図１に示したステップＳ１０〜Ｓ１３に示す
工程と同様である。
示す工程は図１に示したステップＳ１０〜Ｓ１３に示す
工程と同様である。
【００５３】図１に示した実施例との相違点は、コアパ
ターン３ａの上に保護層７（７ａ）を形成する工程と保
護層７をパターニングする工程Ｓ２３とが付加された点
である。この保護層７（７ａ）はＳｉＯ2 あるいはＳｉ
Ｏ2 にＢ，Ｐ，Ｔｉ，Ａｌ，Ｆ等の屈折率制御用添加物
を含んだもの、さらには屈折率がコア層３の屈折率（ｎ
w ＝１．４８０〜１．５０）よりも低い値（１．４５０
〜１．４７５）のＳｉＯｘＮｙＨｚを用いる。そしてこ
の保護層７（７ａ）の厚さは０．１μｍから２μｍの範
囲から選ばれる。但し保護層７があまり厚くなると高温
熱処理の際にコアパターン３ａ中のＯＨ基及びＳｉ−Ｈ
基が拡散してコアパターン３ａ外へ放出しにくくなる。
なお、この保護層７はステップＳ２５の工程で示したよ
うに試作した光導波路のクラッド層６の一部として作用
させることができる。この保護層７（７ａ）の効果につ
いてはすでに前述した通りであるが、それ以外に次のよ
うな効果もある。すなわち、ステップＳ２３に示した工
程においてＷＳｉのマスクパターンをマスクにして保護
層７（７ａ）及びコア層３をドライエッチングしてパタ
ーン化させる。その後保護層７（７ａ）の上のＷＳｉを
ドライエッチングにより除去するが、このとき、保護層
７（７ａ）の上表面はＷＳｉのエッチングガス（Ｎ
Ｆ3 ）によって荒れてしまう。もし保護層７（７ａ）が
なければコアパターン３ａの上面が荒れ、光導波路の散
乱損失が増加してしまうが、この構成では保護層７（７
ａ）によってコアパターン３ａの上面が保護されている
ので、上述のような散乱損失の増加は生じない。
ターン３ａの上に保護層７（７ａ）を形成する工程と保
護層７をパターニングする工程Ｓ２３とが付加された点
である。この保護層７（７ａ）はＳｉＯ2 あるいはＳｉ
Ｏ2 にＢ，Ｐ，Ｔｉ，Ａｌ，Ｆ等の屈折率制御用添加物
を含んだもの、さらには屈折率がコア層３の屈折率（ｎ
w ＝１．４８０〜１．５０）よりも低い値（１．４５０
〜１．４７５）のＳｉＯｘＮｙＨｚを用いる。そしてこ
の保護層７（７ａ）の厚さは０．１μｍから２μｍの範
囲から選ばれる。但し保護層７があまり厚くなると高温
熱処理の際にコアパターン３ａ中のＯＨ基及びＳｉ−Ｈ
基が拡散してコアパターン３ａ外へ放出しにくくなる。
なお、この保護層７はステップＳ２５の工程で示したよ
うに試作した光導波路のクラッド層６の一部として作用
させることができる。この保護層７（７ａ）の効果につ
いてはすでに前述した通りであるが、それ以外に次のよ
うな効果もある。すなわち、ステップＳ２３に示した工
程においてＷＳｉのマスクパターンをマスクにして保護
層７（７ａ）及びコア層３をドライエッチングしてパタ
ーン化させる。その後保護層７（７ａ）の上のＷＳｉを
ドライエッチングにより除去するが、このとき、保護層
７（７ａ）の上表面はＷＳｉのエッチングガス（Ｎ
Ｆ3 ）によって荒れてしまう。もし保護層７（７ａ）が
なければコアパターン３ａの上面が荒れ、光導波路の散
乱損失が増加してしまうが、この構成では保護層７（７
ａ）によってコアパターン３ａの上面が保護されている
ので、上述のような散乱損失の増加は生じない。
【００５４】本実施例ではコア層３にＳｉＯｘＮｙＨｚ
を用いたが、これに限定されるものではなくＳｉＯｘＮ
ｙＨｚにＧｅ，Ｐ，Ｆ，Ｂ等の屈折率制御用添加物を少
なくとも１種類含んでいてもよい。またバッファ層２、
保護層７（７ａ）及びクラッド層６もＳｉＯ2 以外に、
ＳｉＯ2 に上述したような屈折率制御用添加物を少なく
とも１種類含んでいてもよい。さらに基板１にはＳｉＯ
2 のようなガラス基板の他にＳｉのような半導体基板を
用いてもよい。またクラッド層６の表面は必ずしも図１
に示したような平坦でなく、凹凸を有していてもよい。
を用いたが、これに限定されるものではなくＳｉＯｘＮ
ｙＨｚにＧｅ，Ｐ，Ｆ，Ｂ等の屈折率制御用添加物を少
なくとも１種類含んでいてもよい。またバッファ層２、
保護層７（７ａ）及びクラッド層６もＳｉＯ2 以外に、
ＳｉＯ2 に上述したような屈折率制御用添加物を少なく
とも１種類含んでいてもよい。さらに基板１にはＳｉＯ
2 のようなガラス基板の他にＳｉのような半導体基板を
用いてもよい。またクラッド層６の表面は必ずしも図１
に示したような平坦でなく、凹凸を有していてもよい。
【００５５】
【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。
な優れた効果を発揮する。
【００５６】コアパターンが露出した基板に高温熱処理
を施すので、クラックが生じたり、基板が反ったりせず
に、光導波路中に含まれていたＯＨ基及びＳｉ−Ｈ基を
大幅に減少させることにより波長０．６μｍから１．６
μｍの広い範囲にわたって低損失特性を得ることができ
る。
を施すので、クラックが生じたり、基板が反ったりせず
に、光導波路中に含まれていたＯＨ基及びＳｉ−Ｈ基を
大幅に減少させることにより波長０．６μｍから１．６
μｍの広い範囲にわたって低損失特性を得ることができ
る。
【図１】本発明の光導波路の製造方法の一実施例を示す
工程図である。
工程図である。
【図２】図１に示した各製造工程における光導波路の断
面を示す図である。
面を示す図である。
【図３】図１に示した方法により製造された光導波路の
平面図である。
平面図である。
【図４】図１に示した方法によって製造した光導波路の
損失波長特性と従来の製造方法による光導波路の損失波
長特性を示す図である。
損失波長特性と従来の製造方法による光導波路の損失波
長特性を示す図である。
【図５】本発明の光導波路の製造方法の他の実施例の製
造工程を示す図である。
造工程を示す図である。
【図６】図５に示した各製造工程における光導波路の断
面を示す図である。
面を示す図である。
【図７】本発明者が先に提案した光導波路の断面図であ
る。
る。
【図８】図７に示した光導波路の製造工程を示す図であ
る。
る。
【図９】図７に示した各製造工程における光導波路の断
面を示す図である。
面を示す図である。
【図１０】図８に示した方法で形成した光導波路の損失
波長特性を示す図である。
波長特性を示す図である。
１ 基 板 ２ バッファ層 ３ コア層 ３ａ コアパターン ６ クラッド層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G02B 6/12 - 6/14
Claims (5)
- 【請求項１】 基板上にＳｉＯｘＮｙＨｚからなるコア
層を４５０℃以下の低温プラズマＣＶＤ法により形成
し、フォトリソグラフィを施してコア層をパターニング
してコアパターンを形成し、該コアパターンが形成され
た基板を窒素を含んだ雰囲気中で１０００℃〜１３００
℃の温度で熱処理し、該熱処理がなされたコアパターン
が形成された基板の表面に４５０℃以下の低温プラズマ
ＣＶＤ法を施してＳｉＯ 2 からなるクラッド層で覆った
光導波路の製造方法。 - 【請求項２】 基板上にＳｉＯｘＮｙＨｚからなるコア
層を４５０℃以下の低温プラズマＣＶＤ法により形成
し、該コア層の上に保護層を形成すると共に該保護層と
コア層とをフォトリソグラフィを施してパターニングし
てコアパターンを形成し、該コアパターンが形成された
基板を窒素を含んだ雰囲気中で１０００℃〜１３００℃
の温度で熱処理し、該熱処理がなされたコアパターンが
形成された基板の表面に４５０℃以下の低温プラズマＣ
ＶＤ法を施してＳｉＯ 2 からなるクラッド層で覆った光
導波路の製造方法。 - 【請求項３】 上記低温プラズマＣＶＤ法の代わりに減
圧ＣＶＤ法、常圧ＣＶＤ法、電子ビーム蒸着法及びスパ
ッタリング法のいずれかを用いた請求項１又は２記載の
光導波路の製造方法。 - 【請求項４】 上記コア層、上記保護層及び上記クラッ
ド層の中に屈折率制御用添加物を少なくとも１種類含ま
せた請求項１から３のいずれか一項記載の光導波路の製
造方法。 - 【請求項５】 上記コア層の中に希土類元素を少なくと
も１種類含ませた請求項１から４のいずれか一項記載の
光導波路の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12858494A JP3201142B2 (ja) | 1994-06-10 | 1994-06-10 | 光導波路の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12858494A JP3201142B2 (ja) | 1994-06-10 | 1994-06-10 | 光導波路の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07333452A JPH07333452A (ja) | 1995-12-22 |
| JP3201142B2 true JP3201142B2 (ja) | 2001-08-20 |
Family
ID=14988374
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12858494A Expired - Fee Related JP3201142B2 (ja) | 1994-06-10 | 1994-06-10 | 光導波路の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3201142B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100333899B1 (ko) * | 1998-11-23 | 2002-06-20 | 윤종용 | 버퍼층을이용하여복굴절을감소시키는광도파로및그제작방법 |
| KR100322126B1 (ko) * | 1999-01-18 | 2002-02-04 | 윤종용 | 광도파로 제작용 기판 및 그 제작방법 |
| KR100443591B1 (ko) * | 2002-08-31 | 2004-08-09 | 우리로광통신주식회사 | 평판형 광도파로의 제조방법 |
-
1994
- 1994-06-10 JP JP12858494A patent/JP3201142B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07333452A (ja) | 1995-12-22 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |