JP3477497B2 - 平面型光導波路及びその製造方法 - Google Patents
平面型光導波路及びその製造方法Info
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- JP3477497B2 JP3477497B2 JP15469498A JP15469498A JP3477497B2 JP 3477497 B2 JP3477497 B2 JP 3477497B2 JP 15469498 A JP15469498 A JP 15469498A JP 15469498 A JP15469498 A JP 15469498A JP 3477497 B2 JP3477497 B2 JP 3477497B2
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、平面型光導波路
とその製造方法に関する。
とその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】平面型光導波路は、シリコン等の基板上
に下部クラッド層、コア層及び上部クラッド層を形成し
て得られる。平面型光導波路の低損失化のためには、コ
ア層とクラッド層の屈折率差を大きくしてコア層での光
閉じ込めを強くすることが必要である。特に、コア層の
パターンに曲がり部がある場合には、この曲がり部で横
方向に光が放射して漏れることによる損失、いわゆる曲
げ損失(bending loss)が大きくなるため、コア層とク
ラッド層の屈折率差を大きくすることが要求される。
に下部クラッド層、コア層及び上部クラッド層を形成し
て得られる。平面型光導波路の低損失化のためには、コ
ア層とクラッド層の屈折率差を大きくしてコア層での光
閉じ込めを強くすることが必要である。特に、コア層の
パターンに曲がり部がある場合には、この曲がり部で横
方向に光が放射して漏れることによる損失、いわゆる曲
げ損失(bending loss)が大きくなるため、コア層とク
ラッド層の屈折率差を大きくすることが要求される。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】導波路の曲げ損失を低
減するため、従来は導波路全体にわたってコア層とクラ
ッド層の屈折率差を大きくすることが行われていた。し
かしこの方法では、次のような問題がある。第1に、コ
ア層とクラッド層の屈折率差を大きくすると、導波路端
面に光ファイバ等を結合する際に、クラッド層からコア
層に結合する成分が少なくなるため、結合損失が大きく
なる。この結合損失の問題に対処するためには、例えば
導波路に接続される先端部に球を取り付けた先球ファイ
バ等を用いることが必要となり、これは製造上のトレラ
ンスを小さくする。第2に、コア層とクラッド層の屈折
率差を大きくすると、コア層とクラッド層の界面の荒れ
が大きくなって導波損が大きくなり、また偏波依存性が
導波路断面形状に対して敏感になる。特に、平面型の光
導波路回路(PLC)をより高集積化するために導波路
の曲がり部の半径を小さくした場合には、これらの問題
がより大きくなる。
減するため、従来は導波路全体にわたってコア層とクラ
ッド層の屈折率差を大きくすることが行われていた。し
かしこの方法では、次のような問題がある。第1に、コ
ア層とクラッド層の屈折率差を大きくすると、導波路端
面に光ファイバ等を結合する際に、クラッド層からコア
層に結合する成分が少なくなるため、結合損失が大きく
なる。この結合損失の問題に対処するためには、例えば
導波路に接続される先端部に球を取り付けた先球ファイ
バ等を用いることが必要となり、これは製造上のトレラ
ンスを小さくする。第2に、コア層とクラッド層の屈折
率差を大きくすると、コア層とクラッド層の界面の荒れ
が大きくなって導波損が大きくなり、また偏波依存性が
導波路断面形状に対して敏感になる。特に、平面型の光
導波路回路(PLC)をより高集積化するために導波路
の曲がり部の半径を小さくした場合には、これらの問題
がより大きくなる。
【0004】この発明は、上記事情を考慮してなされた
もので、ファイバとの結合損や界面荒れによる導波損,
偏波依存性等を大きくすることなく、曲げ損失を効果的
に低減した平面型光導波路とその製造方法を提供するこ
とを目的としている。
もので、ファイバとの結合損や界面荒れによる導波損,
偏波依存性等を大きくすることなく、曲げ損失を効果的
に低減した平面型光導波路とその製造方法を提供するこ
とを目的としている。
【0005】
【0006】
【0007】
【課題を解決するための手段】 こ
の発明による平面型光
導波路の製造方法は、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直線部と曲がり部と
有するコア層をパターン形成する工程と、前記コア層の
曲がり部上にマスク材を載置した後、このマスク材及び
前記コア層の直線部を覆うように第1の上部クラッド層
を形成する工程と、前記マスク材を、その上部に形成さ
れた前記第1の上部クラッド層と共に除去する工程と、
前記コア層の直線部上に形成された前記第1の上部クラ
ッド層及び前記コア層の曲がり部を覆うように、前記第
1の上部クラッド層より屈折率が小さい第2の上部クラ
ッド層を形成する工程とを有することを特徴とする。
導波路の製造方法は、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直線部と曲がり部と
有するコア層をパターン形成する工程と、前記コア層の
曲がり部上にマスク材を載置した後、このマスク材及び
前記コア層の直線部を覆うように第1の上部クラッド層
を形成する工程と、前記マスク材を、その上部に形成さ
れた前記第1の上部クラッド層と共に除去する工程と、
前記コア層の直線部上に形成された前記第1の上部クラ
ッド層及び前記コア層の曲がり部を覆うように、前記第
1の上部クラッド層より屈折率が小さい第2の上部クラ
ッド層を形成する工程とを有することを特徴とする。
【0008】この発明によると、コア層に曲がり部を有
する平面型光導波路において、クラッド層とコア層の間
の屈折率差を、曲がり部で選択的に大きくすることによ
り、曲げ損失を低減している。従って、導波路全体にわ
たってクラッド層とコア層の屈折率差を大きくする従来
法と異なり、光ファイバ等を導波路に接続する際の結合
損失を小さくすることができ、先球ファイバ等を用いな
くても、大きな結合効率を得ることができる。またコア
層の直線部ではクラッド層とコア層の間の屈折率差を相
対的に小さくできるから、製造上避けることができない
クラッド層とコア層との微小な界面の荒れが少なくな
り、導波損を小さくすることができる。更に、偏波依存
性に対して、製造上避けることのできない導波路の変形
のトレランスを大きくすることができる。
する平面型光導波路において、クラッド層とコア層の間
の屈折率差を、曲がり部で選択的に大きくすることによ
り、曲げ損失を低減している。従って、導波路全体にわ
たってクラッド層とコア層の屈折率差を大きくする従来
法と異なり、光ファイバ等を導波路に接続する際の結合
損失を小さくすることができ、先球ファイバ等を用いな
くても、大きな結合効率を得ることができる。またコア
層の直線部ではクラッド層とコア層の間の屈折率差を相
対的に小さくできるから、製造上避けることができない
クラッド層とコア層との微小な界面の荒れが少なくな
り、導波損を小さくすることができる。更に、偏波依存
性に対して、製造上避けることのできない導波路の変形
のトレランスを大きくすることができる。
【0009】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、この発明
の実施例を説明する。図1はこの発明の一実施例による
石英系平面型光導波路の斜視図であり、図2はその導波
方向の断面図である。この平面型導波路は、シリコン基
板1にSiO2からなる下部クラッド層2、コア層3及
び上部クラッド層4a,4b,5を積層して作られてい
る。
の実施例を説明する。図1はこの発明の一実施例による
石英系平面型光導波路の斜視図であり、図2はその導波
方向の断面図である。この平面型導波路は、シリコン基
板1にSiO2からなる下部クラッド層2、コア層3及
び上部クラッド層4a,4b,5を積層して作られてい
る。
【0010】コア層3は、端面形状を矩形として、直線
部3a,3bと曲がり部3cを有するパターンに加工さ
れている。このコア層3を覆う上部クラッド層4a,4
b,5は、コア層3の直線部3a,3bにそれぞれ接触
する第1の上部クラッド層4a,4bと、コア層3の曲
がり部3cに接触する第2の上部クラッド層5とからな
る。下部クラッド層2及び上部クラッド層4a,4b,
5dに対して、コア層3の屈折率は相対的に大きく、こ
れによりコア層3への光閉じ込めが行われる。
部3a,3bと曲がり部3cを有するパターンに加工さ
れている。このコア層3を覆う上部クラッド層4a,4
b,5は、コア層3の直線部3a,3bにそれぞれ接触
する第1の上部クラッド層4a,4bと、コア層3の曲
がり部3cに接触する第2の上部クラッド層5とからな
る。下部クラッド層2及び上部クラッド層4a,4b,
5dに対して、コア層3の屈折率は相対的に大きく、こ
れによりコア層3への光閉じ込めが行われる。
【0011】この実施例においては、コア層3の直線部
3a,3bを覆う第1の上部クラッド層4a,4bに対
して、曲がり部3cを覆う第2の上部クラッド層5の屈
折率が小さく設定されている。コア層3は、直線部3
a,3b及び曲がり部3cの全体にわたって一定の屈折
率である。従って、第1の上部クラッド層4a,4bと
コア層3の間の屈折率差に対して、第2の上部クラッド
層5とコア層3の間の屈折率差の方が大きい。
3a,3bを覆う第1の上部クラッド層4a,4bに対
して、曲がり部3cを覆う第2の上部クラッド層5の屈
折率が小さく設定されている。コア層3は、直線部3
a,3b及び曲がり部3cの全体にわたって一定の屈折
率である。従って、第1の上部クラッド層4a,4bと
コア層3の間の屈折率差に対して、第2の上部クラッド
層5とコア層3の間の屈折率差の方が大きい。
【0012】コア層3及びクラッド層2,4a,4b,
5の屈折率は、例えばSiO2膜堆積時の不純物ドーピ
ングにより制御される。例えば、屈折率を下げるには、
堆積するSiO2にボロン(B)等をドープすればよ
く、屈折率を上げるには、堆積するSiO2にゲルマニ
ウム(Ge)等をドープすればよい。この実施例では、
第1の上部クラッド層4a,4bに比べて、第2の上部
クラッド層5のボロン(B)ドープ量を多くすることに
より、第2の上部クラッド層5を低屈折率としている。
5の屈折率は、例えばSiO2膜堆積時の不純物ドーピ
ングにより制御される。例えば、屈折率を下げるには、
堆積するSiO2にボロン(B)等をドープすればよ
く、屈折率を上げるには、堆積するSiO2にゲルマニ
ウム(Ge)等をドープすればよい。この実施例では、
第1の上部クラッド層4a,4bに比べて、第2の上部
クラッド層5のボロン(B)ドープ量を多くすることに
より、第2の上部クラッド層5を低屈折率としている。
【0013】この実施例による平面型光導波路の製造工
程を、図3〜図7を参照して説明する。図3に示すよう
に、シリコン基板1に、火炎堆積法(FHD法)により
下部クラッド層2、及びコア層30を順次堆積形成す
る。この膜堆積工程での不純物ドーピング制御により、
下部クラッド層2に比べてコア層30の屈折率を高く設
定する。具体的にこの実施例では、下部クラッド層2と
コア層30の屈折率差Δ1を、Δ1=0.3%とした。
程を、図3〜図7を参照して説明する。図3に示すよう
に、シリコン基板1に、火炎堆積法(FHD法)により
下部クラッド層2、及びコア層30を順次堆積形成す
る。この膜堆積工程での不純物ドーピング制御により、
下部クラッド層2に比べてコア層30の屈折率を高く設
定する。具体的にこの実施例では、下部クラッド層2と
コア層30の屈折率差Δ1を、Δ1=0.3%とした。
【0014】次に、全面堆積されたコア層30をリソグ
ラフィ工程と反応性イオンエッチング(RIE)工程に
より、図4に示すように、直線部3a,3bと曲がり部
3cを持つコア層3としてパターニングする。コア層3
は、断面が矩形で幅が6μm、曲がり部3cの曲率半径
を10mmとした。
ラフィ工程と反応性イオンエッチング(RIE)工程に
より、図4に示すように、直線部3a,3bと曲がり部
3cを持つコア層3としてパターニングする。コア層3
は、断面が矩形で幅が6μm、曲がり部3cの曲率半径
を10mmとした。
【0015】次に、図5に示すように、コア層3の曲が
り部3c上にマスク材として石英ガラス11を載置し、
この状態で図6に示すように第1の上部クラッド層4
a,4b,4cをFHD法により堆積する。そして、石
英ガラス11を除去することによりこの上のクラッド層
4cを除いて、図7に示すように、コア層3の直線部3
a,3bのみを覆う第1の上部クラッド層4a,4bを
パターン形成する。第1の上部クラッド層4a,4bと
コア層3の屈折率差Δ2は、Δ2=0.3%とした。
り部3c上にマスク材として石英ガラス11を載置し、
この状態で図6に示すように第1の上部クラッド層4
a,4b,4cをFHD法により堆積する。そして、石
英ガラス11を除去することによりこの上のクラッド層
4cを除いて、図7に示すように、コア層3の直線部3
a,3bのみを覆う第1の上部クラッド層4a,4bを
パターン形成する。第1の上部クラッド層4a,4bと
コア層3の屈折率差Δ2は、Δ2=0.3%とした。
【0016】この後、図1に示すように、FHD法によ
り第2の上部クラッド層5を堆積する。第2の上部クラ
ッド層5は、第1の上部クラッド層4a,4bに挟まれ
た領域でコア層3の曲がり部3bに接触し、両側の第1
の上部クラッド層4a,4bに延在する形で堆積され
る。第2の上部クラッド層5は第1の上部クラッド層4
a,4bより低屈折率層であり、コア層3との間の屈折
率差Δ3は、Δ3=0.6%とした。
り第2の上部クラッド層5を堆積する。第2の上部クラ
ッド層5は、第1の上部クラッド層4a,4bに挟まれ
た領域でコア層3の曲がり部3bに接触し、両側の第1
の上部クラッド層4a,4bに延在する形で堆積され
る。第2の上部クラッド層5は第1の上部クラッド層4
a,4bより低屈折率層であり、コア層3との間の屈折
率差Δ3は、Δ3=0.6%とした。
【0017】この実施例によると、上部クラッド層のう
ち、コア層3の曲がり部3cを覆う第2の上部クラッド
層5を選択的に低屈折率層とすることにより、曲げ損失
が低減される。また、導波路全体にわたってコア層とク
ラッド層の屈折率差を大きくする従来法に比べて、光フ
ァイバ等の結合損失が小さくなり、また界面の荒れに起
因する導波損や偏波依存性が低減される。
ち、コア層3の曲がり部3cを覆う第2の上部クラッド
層5を選択的に低屈折率層とすることにより、曲げ損失
が低減される。また、導波路全体にわたってコア層とク
ラッド層の屈折率差を大きくする従来法に比べて、光フ
ァイバ等の結合損失が小さくなり、また界面の荒れに起
因する導波損や偏波依存性が低減される。
【0018】図8及び図9はそれぞれ、この実施例の導
波路と比較例の導波路についての、ビーム伝搬法(BP
M)による導波特性のシミュレーション結果を示してい
る。比較例は、実施例の第1の上部クラッド層4a,4
bをコア層3の全体に形成したもの、従って上下のクラ
ッド層とコア層の間の屈折率差を均一に0.3%とした
ものである。図8及び図9において、xは導波方向の距
離、yは幅であり、Eは導波電界を示しいる。図8と図
9を比較して明らかなように、比較例では曲がり部で放
射損失が生じているのに対し、実施例ではこの様な放射
損失がなく、曲がり部でも導波光がコア層に閉じこめら
れていることが分かる。このシミュレーション結果の解
析から、比較例での放射損失は約7.4dBであり、実
施例での放射損失は約0.76dBであった。また実施
例の光導波路を実測した結果によると、曲げ損失は約
1.2dBであった。
波路と比較例の導波路についての、ビーム伝搬法(BP
M)による導波特性のシミュレーション結果を示してい
る。比較例は、実施例の第1の上部クラッド層4a,4
bをコア層3の全体に形成したもの、従って上下のクラ
ッド層とコア層の間の屈折率差を均一に0.3%とした
ものである。図8及び図9において、xは導波方向の距
離、yは幅であり、Eは導波電界を示しいる。図8と図
9を比較して明らかなように、比較例では曲がり部で放
射損失が生じているのに対し、実施例ではこの様な放射
損失がなく、曲がり部でも導波光がコア層に閉じこめら
れていることが分かる。このシミュレーション結果の解
析から、比較例での放射損失は約7.4dBであり、実
施例での放射損失は約0.76dBであった。また実施
例の光導波路を実測した結果によると、曲げ損失は約
1.2dBであった。
【0019】図10は、この発明の別の実施例の平面型
光導波路について、図2の断面に相当する断面構造を示
している。この実施例では、上部クラッド層4は一定屈
折率とし、下部クラッド層を、コア層3の直線部3a,
3bに接する第1の下部クラッド層2a,2bと、コア
層3の曲がり部3cに接する第2の下部クラッド層6と
から構成している。第2の下部クラッド層6は第1の下
部クラッド層2a,2bに比べて低屈折率とする。この
実施例の下部クラッド層構造は、基本的に先の実施例の
上部クラッド層と同様に、2段階の膜堆積により形成す
ることができる。但し、その後コア層の堆積を行うため
に、平坦化工程が必要になる。この実施例によっても、
先の実施例と同様の効果が得られる。
光導波路について、図2の断面に相当する断面構造を示
している。この実施例では、上部クラッド層4は一定屈
折率とし、下部クラッド層を、コア層3の直線部3a,
3bに接する第1の下部クラッド層2a,2bと、コア
層3の曲がり部3cに接する第2の下部クラッド層6と
から構成している。第2の下部クラッド層6は第1の下
部クラッド層2a,2bに比べて低屈折率とする。この
実施例の下部クラッド層構造は、基本的に先の実施例の
上部クラッド層と同様に、2段階の膜堆積により形成す
ることができる。但し、その後コア層の堆積を行うため
に、平坦化工程が必要になる。この実施例によっても、
先の実施例と同様の効果が得られる。
【0020】図11は更に別の実施例の平面型光導波路
について、図2の断面に相当する断面構造を示してい
る。この実施例では、下部クラッド層2及び上部クラッ
ド層4共に一定屈折率とし、コア層3の曲がり部3cの
屈折率を直線部3a,3bより高く設定している。曲が
り部3cの屈折率を選択的に高くするためには、前述の
ようにこの部分のGeドープ量を多くすればよい。或い
は、この曲がり部3cを、高圧H2雰囲気に曝した後、
紫外線照射を行うことにより、その屈折率を高くするこ
ともできる。この実施例のコア層構造も、2段階の膜堆
積により形成することができるが、その場合には平坦化
工程が必要になる。或いはコア層3全体を一つの堆積膜
とし、直線部3a,3bをマスクで覆って上述した高圧
H2雰囲気処理と紫外線照射処理を行うことによって、
曲がり部3cを選択的に高屈折率とする方法も用いるこ
とができる。この実施例によっても、先の実施例と同様
の効果が得られる。
について、図2の断面に相当する断面構造を示してい
る。この実施例では、下部クラッド層2及び上部クラッ
ド層4共に一定屈折率とし、コア層3の曲がり部3cの
屈折率を直線部3a,3bより高く設定している。曲が
り部3cの屈折率を選択的に高くするためには、前述の
ようにこの部分のGeドープ量を多くすればよい。或い
は、この曲がり部3cを、高圧H2雰囲気に曝した後、
紫外線照射を行うことにより、その屈折率を高くするこ
ともできる。この実施例のコア層構造も、2段階の膜堆
積により形成することができるが、その場合には平坦化
工程が必要になる。或いはコア層3全体を一つの堆積膜
とし、直線部3a,3bをマスクで覆って上述した高圧
H2雰囲気処理と紫外線照射処理を行うことによって、
曲がり部3cを選択的に高屈折率とする方法も用いるこ
とができる。この実施例によっても、先の実施例と同様
の効果が得られる。
【0021】
【発明の効果】以上述べたようにこの発明によれば、コ
ア層に曲がり部を有する平面型光導波路において、クラ
ッド層とコア層の間の屈折率差を、曲がり部で選択的に
大きくすることにより、光ファイバ等との結合損失を大
きくすることなく、また界面荒れによる導波損や偏波依
存性を大きくするこなく、曲がり損失を低減することが
できる。
ア層に曲がり部を有する平面型光導波路において、クラ
ッド層とコア層の間の屈折率差を、曲がり部で選択的に
大きくすることにより、光ファイバ等との結合損失を大
きくすることなく、また界面荒れによる導波損や偏波依
存性を大きくするこなく、曲がり損失を低減することが
できる。
【図1】 この発明の一実施例による平面型光導波路の
斜視図である。
斜視図である。
【図2】 同平面型光導波路の導波方向の断面図であ
る。
る。
【図3】 同平面型光導波路のコア層までの膜堆積工程
を示す斜視図である。
を示す斜視図である。
【図4】 同平面型光導波路のコア層のパターニング工
程を示す斜視図である。
程を示す斜視図である。
【図5】 同平面型光導波路の第1の上部クラッド層形
成のためのマスク工程を示す斜視図である。
成のためのマスク工程を示す斜視図である。
【図6】 同平面型光導波路の第1の上部クラッド層堆
積の工程を示す斜視図である。
積の工程を示す斜視図である。
【図7】 同平面型光導波路の第1の上部クラッド層の
パターニング工程を示す斜視図である。
パターニング工程を示す斜視図である。
【図8】 同平面型光導波路のシミュレーションによる
導波特性を示す。
導波特性を示す。
【図9】 比較例の平面型光導波路のシミュレーション
による導波特性を示す。
による導波特性を示す。
【図10】 この発明の他の実施例による平面型光導波
路を示す断面図である。
路を示す断面図である。
【図11】 この発明の更に他の実施例による平面型光
導波路を示す断面図である。
導波路を示す断面図である。
1…シリコン基板、2…下部クラッド層、3…コア層、
3a,3b…直線部、3c…曲がり部、4a,4b…第
1の上部クラッド層、5…第2の上部クラッド層。
3a,3b…直線部、3c…曲がり部、4a,4b…第
1の上部クラッド層、5…第2の上部クラッド層。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 和田 朗
千葉県佐倉市六崎1440番地 株式会社フ
ジクラ 佐倉工場内
(72)発明者 中居 道弘
千葉県佐倉市六崎1440番地 株式会社フ
ジクラ 佐倉工場内
(72)発明者 田中 信幸
千葉県佐倉市六崎1440番地 株式会社フ
ジクラ 佐倉工場内
(56)参考文献 特開 平6−67042(JP,A)
特開 平5−319843(JP,A)
特開 平4−125603(JP,A)
特開 平11−38253(JP,A)
特開 平10−332965(JP,A)
特開 平11−271550(JP,A)
(58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名)
G02B 6/12 - 6/138
Claims (2)
- 【請求項1】 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直線部と曲がり部と有するコア
層をパターン形成する工程と、前記コア層の曲がり部上にマスク材を載置した後、この
マスク材及び 前記コア層の直線部を覆うように第1の上
部クラッド層を形成する工程と、前記マスク材を、その上部に形成された前記第1の上部
クラッド層と共に除去する工程と、 前記コア層の直線部上に形成された前記第1の上部クラ
ッド層及び 前記コア層の曲がり部を覆うように、前記第
1の上部クラッド層より屈折率が小さい第2の上部クラ
ッド層を形成する工程とを有することを特徴とする平面
型光導波路の製造方法。 - 【請求項2】 前記コア層は、前記下部クラッド層上に
コア層を全面堆積した後、このコア層を直線部と曲がり
部と有するコア層としてパターン形成することを特徴と
する請求項1記載の平面型光導波路の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP15469498A JP3477497B2 (ja) | 1998-06-03 | 1998-06-03 | 平面型光導波路及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
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