JPH0197907A - 光導波回路の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、イオン交換法を用いてガラス基板中に光導波
回路を形成する方法に関する。

［従来の技術］ イオン交換法によってガラス基板中に光導波回路を設け
る方法として、第６図に示す方法が従来から知られてい
る。

この方法では、まずガラス基板ｌの表面をマスク膜２で
被覆し、フォトリソグラフィーの手法を用いて所定の導
波路パターンをマスク膜２に転写して導波路パターンに
対応した開口部２ａを形成する（第６図（ａ））。

次に上記マスク膜開口部２ａを通してガラス基板１内に
、基板ガラスの屈折率を増大させる１価イオン（第１イ
オン）をガラス中のイオンとの交換で拡散させる。この
イオン交換処理は、前記第１イオンを１種以上含む高温
の溶融塩中に、マスク膜付き基板１を浸漬することによ
り行なうことができる。この第１段イオン交換処理の終
了後、マスク膜開口部２ａ直下のガラス基板中には、拡
散イオンの濃度分布に基づく屈折率分布をもった断面が
半円形の光導波路３が形成される（第６図（ｂ））。

次にガラス基板１表面のマスク膜２をすべてエツチング
除去（第６図（ｃ））した後、第２段イオン交換処理を
行なう。この処理は、基板ガラスの屈折率を減少させる
第２の１価イオンを１種以上含む高温溶融塩中に浸漬す
ることで行なうことができる。この第２段イオン交換処
理により、楕円形の断面形状を有する光導波路４が得ら
れる。

上記従来方法については、例えば昭和６２年電子情報通
信学会総合全国大会予稿集９１５を参照されたい。そこ
には２段階熱イン交換法により作製された単一モード光
導波路について述べられている。他に、電界印加イオン
交換法を用いて光導波路を作製することもできる。

以上のように、マスク膜の導波路パターンに対応した開
口部を通して行なう第１段のイオン、交換と、基板表面
全体を通して行なう第２段のイオン交換を順に行なうこ
とにより、楕円形の断面形状を有する光導波路４が形成
され、この光導波路４はガラス基板内部に埋め込まれた
状態になるため、基板表面での散乱等に起因する伝搬損
失を低減できる。又第２段のイオン交換を行なうことに
より、光導波路の屈折率分布の垂直方向の非対称性が緩
和され、光導波路のモードパワー分布と光ファイバのモ
ードパワー分布を比較的良く一致させることができ、両
者の結合損失を低減できる。

〔発明が解決しようとする問題点］ しかし上述した従来方法では、ガラス基板１とマスク膜
２との熱膨張率の違いが原因となり、第１段イオン交換
処理中に膜はがれを生じる場合が応々にしであるという
問題があった。また第１段イオン交換処理後のマスク膜
除去工程で、イオン交換の際に変性したマスク膜が除去
されずに基板表面上に部分的に残り、第２段のイオン交
換に悪影響を及ぼすという問題点があった。

一方、広面積のマスク膜付着を必要としない方法として
、特開昭５８−３４４０８には、まず基板ガラスの屈折
率増大に寄与するイオンを基板面全体から一様に内部拡
散させて高屈折率層をつくり、次に上記高屈折率層のう
ち所定の光導波路パターン部分を残して他をエツチング
除去し、残された突条部分の周面から屈折率減少に寄与
するイオンを拡散させることにより、この突条内に屈折
率分布型の光導波路を形成する方法が開示されている。

上記の改良従来方法によれば、イオン透過防止マスク膜
を基板面上に設ける必要がないため、前述した膜の剥離
あるいは残留に伴なう問題は回避できる。しかしながら
、上記の改良従来方法では、微小幅の導波路部分を除く
ほとんど基板全面にわたるエツチングを必要とし、この
ためプラズマエツチング等の物理的エツチングを用いる
と、処理に著しく時間がかかるという欠点がある。

また、エツチング後は導波路部が孤立したしかも極めて
幅の小さい突条となるので、取り扱い、処理作業中に導
波路が損傷し易いという問題もある。さらに、導波路（
高屈折率領域）を深部へ埋め込む工程を付加したとして
も導波路直上の突条はそのまま残るから、導波路をデバ
イス化するために組立用ガラス部材等を乗せると密着し
ないという問題がある。また、ガラス基板に他の光導波
路を形成したり、ガラス表面にアモルファスシリコンに
よる電子回路を付加する場合には、上記突条のためにフ
ォトリソ工程がうまくいかないという問題もあることが
わかった。

［問題点を解決するための手段］ ガラス基板面全域から屈折率増大イオンをガラス中のイ
オンとの交換で一様に拡散させて高屈折率層を形成し、
この高屈折率層のうち、所定の光導波路パターン部分の
両側の局部領域のみを除去して、突条光導波路部の周囲
に導波路部上面と面一の基板部分を残しておく。

［作用Φ効果］ 上記方法によれば、イオン交換を行なう際に、マスク膜
を用いずに済むので、従来問題となっていた膜はがれや
膜の変性等の諸問題が解決され、光導波回路を再現性よ
く製造でき、また高精度且つ均一なものが得られる。ま
たエツチングは導波路近傍の局部だけでよいのでプラズ
マエツチング時の加工時間を短縮することができる。

また突条を成した光導波路部の周囲に、この突条上面と
面一の基板部分が残されているので、この面が支持面と
なり、導波路部に対する損傷を防ぐ役目を果すと同時に
、他部材を基板上に乗せても何ら問題なく、また後のフ
ォトリソ工程も支障なく行なえる。

［実　施　例］ 以下本発明を図面に示した実施例に基づいて詳細に説明
する。

図において１０は平坦な表面をもったガラス基板であり
、イオン交換用の１価イオン、例えばＮａ＋及びに＋を
含有している。まず、このガラス基板１０の表面から、
基板ガラス中の１価イオンと交換可能で且つ基板ガラス
の屈折率を増大させる１価イオンを拡散させる第１段イ
オン交換処理を行ない、基板１０の表面から一定深さに
わたる高屈折率層１１を形成する。例えば、Ｔｌ　を含
有する溶融塩中に、ガラス基板１０を高温時に浸漬して
一定時間保持し、深さ約１０μ−の高屈折率層１１を形
成する。

次に、ガラス基板１０上にフォトレジスト１２を塗布し
、周知のフォトリソグラフィーの手法を用いて導波路パ
ターンに沿う開口部１３を形成する。この開口部１３は
、所定の導波路パターンのフォトレジスト膜１２ａを挟
んで両側に小幅の領域で設ける。−例として、導波路部
フォトレジスト膜１２ａの幅を約１５μｍとし、開口部
１３の幅を約５０μｍとする。

次に、弗化水素酸によるエツチング、あるいはＣＦ４プ
ラズマエツチング等周知のエツチング技術を用いて上記
フォトレジストの面側から基板１０のエツチングを杼な
い、開口部１３直下の高屈折率層１１を除去してチャン
ネル部１４を形成する。これによりチャンネル部１４・
間には突条の光導波路部１５が形成され、またチャンネ
ル部１４の外側には基板端縁まで、導波路部工５の上面
と面一の平坦な残留部１６が形成される。このエツチン
グを行なう際に幅方向にアンダーカットが生じるため、
光導波路部１５の断面は台形状（数値例で上底的１０μ
ｍ、下底的１５μｍ）となる。

上記の処理を終えた段階では、光導波路部１５の深さ方
向の屈折率分布は、基板表面で最も太き（内部方向に除
々に小さくなっており、幅方向の屈折率分布はステップ
型となっている。次に、ガラス基板１０の屈折率を減少
させる１価イオン、例えばに＋を含有する溶融塩中にガ
ラス基板１０を高温時に浸漬して第２段イオン交換処理
を行なう。この処理により突条部１５内には、深さ方向
及び幅方向の中心付近に最大屈折率点がある分布屈折率
型の光導波路１７が形成される。

例えば前述数値例の場合、波長１．３μ■で単一モード
の導波路が得られた。第１段処理イオン交換処理後の高
屈折率層１１の深さ、及び突条導波路部１５の幅を変え
ることによりマルチモード導波路を作製することも勿論
可能である。

従って、上記光導波路を用いて、１×２．１×Ｎ１ＮＸ
Ｎ分岐合流器、或いはフィルタ、回折格子等を組み込む
ことにより、分波合波器等に用いられる単一モード及び
マルチモード光導波回路を製造することができる。

第２図は本発明方法で作製した直線光導波路の斜視図、
第３図はＩＸ２分岐合流回路の斜視図でアル。このよう
に本発明ではフォトマスクのパターンを変えることによ
り任意の光導波回路を作製することができる。そして本
発明方法によって得られる光導波回路は、突条導波路部
１５に近接して、この部分と同一上面レベルの残留部１
８が広面積で存在するため、脆弱な微小幅の導波路部１
５に損傷を与える側方からの衝撃、負荷が上記残留部１
６で阻止されるとともに、残留部１６の上面を支持面と
して、基板上に他部材を安全、確実に固定することがで
きる。

第４図に本発明の他の実施例を示す。

本例方法は、第１図（Ｃ）のエツチング工程までは前述
実施例と同じであるが、このエツチングの後にレジスト
１２を除去し、この面に第４図に示すように、蒸着法、
スパッタリング法、或いは塗布法等により低屈折率クラ
ッド層１８を積層形成する。このままでも充分な導波機
能を存するが、さらにクラッド層１８付き基板を空気中
でイオン交換温度付近まで昇温してアニーりングすると
、前述実施例と同様の屈折率分布を存する光導波路が得
られる。

また、第５図に示すように、前述実施例で第２段イオン
交換処理を終えた後（第１図（ｄ）の後）、基板面をク
ラッド層１８で被覆することもできる。さらに、第１段
イオン交換処理の際に、ガラス基板の屈折率を増加させ
る１価イオンとしてＴｌ＋の他に、Ｃ８十等のアルカリ
イオン、Ａｇ＋等も使用でき、又第２段イオン交換処理
の際、ガラス基板の屈折率を減少させる１価のイオンと
してに＋の他にＮａ＋を用いても上記実施例と同様の効
果をあげることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）〜（ｄ）は本発明の一実施例を段階的に示
す断面図、第２図は本発明方法で作製した光導波回路の
一例を示す斜視図、第３図は本発明方法で作製した光導
波回路の他の例を示す斜視図、第４図及び第５図は本発
明の他の実施例を示す断面図、第６図は従来方法を示す
断面図である。 １０・・・・・・ガラス基板　１１・・・・・・高屈折
率層１２・・・・・・フォトレジスト　１３・・・・・
・開口部１４・・・・・・チャンネル部　１５・・・・
・・導波路部１６・・・・・・残留部　１７・・・・・
・屈折率分布導波路１８・・・・・・クラッド層 第１図 第２図 １ｕ 第３図 第４図 第５図 第６図 手続補正書 昭和＆２年１１月ｌう　日

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ガラス基板面から、該ガラスの屈折率を増加させる１価
   イオンをガラス中の１価イオンとの交換で拡散させて、
   基板表面から一定深さにわたる高屈折率層を形成する工
   程と、前記高屈折率層のうち所定の光導波回路パターン
   の部分を残してその両側部分を除去する工程とを備え、
   前記高屈折率層の除去を、導波路に沿った小幅領域に限
   定して、導波路周囲に基板部分を残しておくことを特徴
   とする光導波回路の製造方法。