JPH0460618A - 希土類元素添加光導波路及びその製造方法 - 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、光増幅器用光導波路に係り、特にコア導波路
内に希土類元素を添加した希土類元素添加光導波路及び
その製造方法に関するものである。

従来の技術］・ 現在、光増幅器として光ファイバのコア層中にＥｒ（波
長１．５５μｍ帯増幅用）、Ｎｄ　（Ｎ長１．３μｍ帯
増幅用）等の希土類元素を添加した光フアイバ増幅器及
びファイバレーサが盛んに研究されている。光フアイバ
増幅器及びファイバレーザは、（１）コア径か１０μｍ
と微細であるため励起パワー密度が大きくなり、励起効
率が上がる、（２）相互作用長か長くとれる、〔３）石
英系光ファイバの場合非常に低損失である、等の特長を
有している。

しかしながら、光フアイバ増幅器及びファイバレーサー
にあっては、半導体レーザー、受光素子、光変調回路、
光分岐・結合回路、光スイツチ回路、光合・分波回路等
と共に実装したシステムを構成しようとする場合に、そ
れぞれが個別部品であるため、システムめ小型化、低損
失化か髭しいといっな問題点がある。また、これら個別
部品を個マに光軸餌整して配置させなければならないの
で、調整時間か膨大にががり、コスト高になり、信頼性
に問題がある等の欠点もある。

そこで、最近では光フアイバ型に比べ小型化。

集積化か期待て゛きるという観点がら、希土類元素（生
にＥｒ、Ｎｄ）添加石英系光導波路が将来型の光増幅器
として注目され始めている。

従来の石英系光導波路の製造方法として、第１２図に示
す方法が知られている（に、ｌｌ１ｌｏｔｏ　ｅｔａｌ
、、”Ｇｕｉｄｅｄ−ｗａｖｅ　ＩＩｕｌｔｉ／ｄｅｎ
ｕｌｔｉｐｕｌｅｘｅｒｓ　ｗｉｔｈｈｉｇｈ　　５ｔ
ｏｐｂａｎｄ　　ｒｅｊｅｃｔｉｏｎ”、八ｐｐｌｉｅ
ｄ　　０ｐｔｉｃｓ　　Ｖ。

２６、　Ｎｏ、　１９．　Ｏｃｔ、　１９８７．　ｏｏ
、　４２７４−４２１９　　ン、この製造方法は、次に
示す（１〕〜（８〕の一連の工程がら成る。

巾　基板１（ＳｉＯ，ガラス）上にコア用カラス８２５
　（Ｓ　ｉ　０２−Ｔ　ｉｏ□系ガラス）を形成させる
（第１２図（ａ））。このカラス１１１ｊ２５と基板１
との間の屈折率差は約０．２５％。

ガラス膜２５の膜ＮＴは約８μｍである。

（２１（１＋で得た試料を約１２００’Ｃで高温熱処理
して緻密な膜２５にする（第１２図（ｂ））。

、３〕　　コア用カラス膜２５をエツチングするため厚
さ１μｍ程度のＷＳｉｘ膜２６を形成する（第１２図（
Ｃ））。

（４）ＷＳｉＸＳｉＸ上２６上レジストを塗布し、ホト
リソグラフィによりホトレジスト膜２７のパターニング
を行う（第１２図＜ｄ））。

（５ン　　ホトレジスト膜２７をマスクにしてドライエ
ツチングによりＷＳｉｘ膜２６のパターニングを行う（
第１２図（ｅ））。

［Ｆ］〕　ホトレジスト［２７及びＷＳｉｘ膜２６をマ
スクにしてドライエ７チングによりコア用カラスＨ！Ａ
２５のパターニングを行う（第１２図（ｆ））。

（７）　　ホトレジスト膜２７及びＷＳｉｘ膜２６を除
去する（第１２図（ｇ））。

（８ン　　パターニングされたコア用カラス膜２５を覆
うようにして基板１上にクラッド層２８（ＳｉＯ□−Ｐ
２Ｏ，−Ｂ２０．系カラス）を形成させる。これにより
、クラッド内に略矩形状のコア導波路３を有する石英系
光導波路が形成される。

５発明か解決しようとする課題］ ところで、プレーナ構造の光導波路は光ファイバのよう
に長尺にすることか困蛇である。そのため、励起効率を
良くするにはコア中に希土類元素を多量に添加しなけれ
ばならない、しかしなから、希土類元素を多量に添加す
ると濃度消光をおこし、所望のレーザー発振、或いは増
幅機能か得られなくなるという問題か生じることがわか
った。

また、上述した従来の石英系光導波路の製造方法は、コ
ア用カラス膜２５中にＥｒやＮｄ等の希土類元素か添加
されていない場合には問題はないが、コアカラス膜２５
中に希土類元素か添加されている場合には、ドライエツ
チングによりコア用カラス膜２をパターン化する第１２
図（ｆ）の工程においてコア導波路側面が荒らされると
いう問題が生じることがわかった。コア導波路ｍ１面か
荒れていると、これが伝搬光の散乱の要因となってエネ
ルギー損失を招き、光増幅効率か低下する。

第１３図（ａ）に従来方法により形成した希土類元素添
加コア導波路のＳＥＭ写真を示す。また、第１３図（ｂ
）に希土類元素を添加していないコア導波路のＳＥＭ写
真を示す。これらの写真から、希土類元素か添加された
方のコア導波路側面が荒れている様子、導波路表面に希
土類元素の化合物と考えられる生成物が堆積している様
子かわかる６その原因は、ドライエツチングによりコア
用カラス膜２５をパターン化する工程において、コア用
ガラスＭ２に添加されている希土類元素がエツチングさ
れずに残るためである。例えば、反応カスとしてＣＨＦ
、を用いて、Ｅｒか添加されたコア用カラス膜のドライ
エツチングを行った場合には、ＳｉやＴｉはそれぞれ Ｓ　ｉ　＋４　Ｆ”→Ｓ　ｉ　Ｆ　４↑Ｔｉ十４Ｆ”→
Ｔ　ｉ　Ｆ　４↑ という反応によって蒸気圧の高い反応生成物となり、こ
れによりエツチングされる。しかし、Ｅｒは　　　　　
Ｅ　ｒ　＋　３　Ｆ　”　　→Ｅ　ｒ　Ｆ　３という反
応過程をたどって蒸気圧の低い反応生成物となるため、
これがエノチンクされずに残る。

これは塩素系のエツチングカスを用いても同探のことか
いえる。

本発明の目的は、上記課題を解消し、高効率の光増幅機
能が発揮し得る希土類元素添加光導波路及びその製造方
法を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するため本発明の希土類元素添加光導波
路にあっては、基板上に形成されたクラッド内に幅か厚
みよりも大きい断面略矩形状のコア導波路を形成すると
共に、そのコア導波路内に導波方向に沿って希土類元素
添加層を形成したものである。そして、上記希土類元素
添加層はコア導波路の積層厚みの略中央部に形成されて
いる共に、その幅方向に一層に不純物か添加されている
ことが好ましい。また、上記希土類元素添加層は上記コ
ア導波路の厚み方向に互いに離間して複数層形成されて
もよい。また、上記コア導波路の厚み方向に互いに離間
して複数層形成された上記希土類元素添加層のうち、少
なくとも一層の厚さを他の希土類元素添加層の厚さと異
ならせてもよい。

また上記コア導波路全体に対して上記希土類元素添加層
の領域の占める割合は３０％以下に設定されることが好
ましい。また、上記希土類元素添加層の屈折率は上記コ
ア導波路の希土類元素か添加されない領域の屈折率より
も大きいことか好ましい。

また、本発明の希土類元素添加光導波路にあっては、基
板上に形成されたクラ・７ド内に断面略矩形状のコア導
波路か形成されている光導波路において、上記コア導波
路が、希土類元素を添加した断面略矩形状の第１のコア
導波路と、第１のコア導波路を覆う希土類元素を添加し
ていない第２のコア導波路とを有するものである。この
場合、上記第１のコア導波路内に希土類元素が導波方向
に沿って層状に添加されることか好ましい。また、上記
第１のコア導波路の屈折率が上記第２のコア導波路の屈
折率と等しいか或いは該第２のコア導波路の屈折率より
も大きい二とが好ましい。

次に、本発明の希土類元素添加光導波路の製造方法にあ
っては、基板上に第１クラッド層を形成したのち、第１
クラッド層上に希土類元素を添加しないコア層と希土類
元素を添加したコア層とを交互に積層させ、次いで、フ
ォトリングラフイドライエツチング等により、上記第１
クラッド層上に、希土類元素添加層を有する断面略矩形
状のコア導波路を形成したのち、コア導波路の表面全体
を覆うべく第２クラッド層を形成するようにしたもので
ある。

また、本発明の希土類元素添加光導波路の製造方法は、
低屈折率基板上に希土類元素を添加した断面略矩形状の
第１のコア導波路を形成したのち、上記低屈折率基板上
に第１のコア導波路を完全に埋め込むようにして希土類
元素を添加していないコア層を形成し、次いで、フォト
リソグラフィ。

ドライエツチング等により、上記低屈折率基板上に、第
１のコア導波路とその第１のコア導波路を覆う希土類元
素を添加していない第２のコア導波路とを有するコア導
波路を形成したのち、そのコア導波路の表面全体を覆う
ようにしてクラッド層を形成するようにしたものである
。この場合、上記第１のコア導波路は上記低屈折率基板
上に上記第２のコア導波路と同質のコア層を形成したの
ち、そのコア層上に形成するようにしてもよい。

Ｕ作用］ 上記構成による希土類元素添加光導波路によれは、コア
導波路の横幅が厚みに比して大く形成されることにより
、光の導波路幅方向に対する閤１込めか良くなり、光が
希土類元素添加層に効率よく集中して吸収されることに
なるにれにより、励起パワーの励起効率を著しく向上さ
せることができる６従って、少ない希土類元素添加量で
励起効率を高くすることかでき、４度消光の生じない高
利得の光増幅器用導′＄ｉ路を実現することか可能とな
る。

また、希土類元素添加層をコア導波路内の励起光のパワ
ー分布に対応させて多層に形成することにより、より効
果的に励起効率を向上させることかできる。二の場合、
コア導波路全体に対して多層に設けた希土類元素添加層
の領域の占める割合か３０％以下であれば、濃度消光の
おそれはない。

そして、希土類元素添加層の屈折率を大きくすることに
より、光を希土類元素添加層内により効果的に集中させ
ることができる。

また、上記コア導波路が、希土類元素を添加した第１の
コア導波路とこれを覆う第２のコア導波路とを有するこ
とにより、第１のコア導波路の表面における伝搬光の散
乱を防止し得る。これにより、伝搬光の散乱によるエネ
ルギー損失を低減させ、光増幅効率を向上させることが
てきる。

次に、本発明の希土類元素添加光導波路の製造方法によ
れば、希土類元素添加光導波路がプレナ技術により基板
上に形成されるので、ガラス導波路の光伝搬部分である
コア導波路内の所定の部分に希土類元素を集中的、且つ
幅方向に一様に添加し得る。またこの方法によれば、希
土類元素添加光導波路を他の光学素子と共に基板上に一
括形成することか可能であり、高品質で多機能なものを
製造することかできることになる。

また、コア導波路を形成する際、希土類元素を添加した
第１のコア導波路を形成したのち第１のコア導波路を覆
う希土類元素を添加していない第２のコア導波路を形成
することにより、コア導波路の表面が滑らかに形成され
る。従って、コア導波路の表面における伝搬光の散乱が
防止し得る。

「実施例］ 次に、本発明の実施例を添付図面に従って説明する。

第１図に本発明の希土類元素添加光導波路の一実施例を
示す。図において、希土類添加導波路は基板１（例えば
、Ｓｉ、ＧａＡｓなどの半導体基板、Ｓ　ｉ０２　、　
Ｓ　ｉ　０２に屈折率制御用添加物を添加したカラス基
板、ＬｉＮｂ０ｉ　、ＬｉＴａＯ３などの強誘電体基板
、ＹＩＧなとの磁性体基板など）上に形成された低屈折
率ｎ。のクラッド２内に高屈折率ｎ　ｗ　　（ｎ−ンｎ
ｃ）のコア導波路３が埋込まれて形成されている。クラ
ッド２の材質はＳｉＯ２あるいはＳｉＯ□にＢ、Ｆ、Ｐ
。

Ｇｅ、Ｔｉ、ＡＪＩ　Ｔａ、Ｚｎ、に、Ｎａ、ＬａＢａ
などの添加物を少なくとも１種含んだもので構成される
。コア導波＃！３の材質もクラッド２の材質と同様なも
のを用いる。コア導波路３の厚みＴ方向の中央部のΔＴ
の領域には、希土類元素添加層４か形成されている。こ
の希土類元素添加層４の添加元素としては、Ｅｒ、Ｎｄ
、Ｙｂ、ＳｍＣｅ、Ｈｏ、Ｔｍなどを少なくとも１種含
んなものを用いる。単一モード光導波路の場合、コア導
波路３とクラッド２の屈折率差は０．２〜０．７％の範
囲内から選ばれる。また、コア導波路３の厚みＴは数μ
ｍから１０μｍの範囲で、コア導波路３の幅Ｗは数μｔ
から１０数μｍの範囲で選ばれる。また、コア導波ｉＮ
３の幅方向への光の閉じ込めを強くし、励起光が希土類
元素添加層４の領域に効率良く集中して吸収されるよう
にするために、Ｗ〉Ｔとなるようにコア導波路３を設定
する。例えば、波長１．５５μｍ帯て単一モード光導波
路として用いる場合には、Ｔｍ７μｍ、Ｗ＝１１μ印、
コア導波路３とクラッド２の屈折率差０．２５％、ΔＴ
＝１μｍ〜４μｍのように設定される。このように、コ
ア導波路３内の励起光のパワー分布の最大となる領域、
すなわちコア導波ｉ３の積層厚みの中央部に希土類元素
を添加しておけば、わずかの希土類元素添加量で励起効
率を高くとることができる。つまり、本実施例に示す構
成によれば、従来のコア導波路３内全領域に希土類元素
を添加する場合に比し、希土類元素の添加量か少なくて
よく、かつ励起効率を高くとることができ、結果的に濃
度消光の生じない、高利得の光増幅器用導波路を実現す
ることが可能となる。

第２図ｆａ）〜（ｄ）は、第１図に示す希土類元素添加
光導波路の厚み方向の屈折率分布を示したものである。

第２図（ａ）はコア導波路３内の厚み方向の屈折率分布
が平坦な場合である。すなわち、希土類元素添加層４の
屈折率かコア導波路、３の希土類元素を添加しない領域
の屈折率と同じ場合である。第２図ｆｂ）〜（ｄ）は希
土類元素添加層４の屈折率が希土類元素を添加しないコ
ア導波路３の領域の屈折率よりもわずかに高い場合であ
り、第２図Ｔｂ）は希土類元素添加層４内の屈折率分布
が平坦な場合、第２図（Ｃ）は中央部に行くに従って階
段状に屈折率が高くなっている場合、菓２図ｆｄ）は中
央部に行くに従って連続的に曲線状に屈折率が高くなっ
ている場合を示している。この第２図（ｂ）〜（ｄ）に
示すように、希土類元素添加層４の屈折率をその周辺の
コア導波１ｉ３の屈折率よりも大きくすることにより、
励起光の希土類元素添加層４内への光の閉し込めか強く
なり、より高い励起効率を期待することができる。

また、第３図はクラッド５の形状を凸状にすることによ
り、コア導波路３内に余分な応力（熱膨張係数の違いに
よって生ずる応力）か加わらないように、コア導波＆＠
３の側面側のクラッドを薄くしたものである。

尚、希土類元素添加の光導波路の構造は上記実施例に限
定されない。例えば、コア導波ｆ！＠３がクランド内に
複数設けられた構造、いわゆる結合導波路構造のもので
あってもよい。また直線導波路以外に曲線導波路、９０
°屈曲部を有する導波路、などであってもよい。さらに
は、他の光素子（たとえば、干渉膜フィルタ、レンズ、
プリズム、半導体レーザー、受光素子）が実装された導
波路であっでもよい。また上記希土類元素添加光導波路
を用いて光方向性結合器、Ｙ分岐光導波路、リング共振
器、光合分波器、光スターカプラ、光スィッチ、光変調
器などの光回路を構成してもよい。

第４図（ａ）〜（ｄ）は本発明の希土類元素添加光導波
路の製造方法の一実方拒例を示す工程図である。

ます、第４図（ａ）に示すように、基板１上に第１クラ
ッド層６を形成する。この第１クラッド層６はＣＶＤ法
、火炎堆積法、電子ビーム蒸着法、スパッタリング法な
どいずれの方法により形成してもよい。次に第４図（ｂ
）に示すように、第１クラッド層６上に第１コアカラス
層７を厚み（Ｔ／２−ΔＴ／２）たけ形成する。この第
１コアカラス層７も上記方法のいずれかの方法で形成す
ることができる。その後、第１コアカラス層７の上に希
土類元素添加層４を形成させ、さらに希土類元素添加層
４上に第１コアガラス層７と略同じ材質の第２コアガラ
ス層８を形成させる。このプロセスにおいて、第１コア
カラス層７．希土類元素添加層４．および第２コアカラ
ス層８は連続プロセス、あるいは断続プロセスのいずれ
の方法で形成してもよい。次に第４図ｆｃ）に示すよう
に、フォトリソグラフィ、ドライエツチングプロセスに
より、第１．第２コアカラス層７．８および希土類元素
添加層４を矩形状に加工して第１クラッド層６上に幅Ｗ
が厚みＴより大きい断面矩形状のコア導波路３を形成す
る。そして最後に第１クラッド層６と略同じ屈折率の第
２クラッド層９でコア導波Ｆｌ？１３を覆うことにより
、埋込み形光導波路が形成される。

この製造方法によれば、希土類元素添加光導波路かプレ
ーナ技術により基板１上にされるので、導波路の光伝搬
部分であるコア導波路３内の一部分（希土類元素添加層
４）に希土類元素を集中的、且つ幅方向に一様に添加し
得る。またこの方法によれば、希土類元素添加光導波路
を他の光学素子と共に基板上に一括形成することが可能
であり、高品質で多機能なものを製造することができる
。

第５図はコア導波＃Ｉ３内に希土類元素添加層を多層に
形成したものである。コア導波路３の厚みＴ方向には、
中央部のΔＴ０の領域、下部のΔＴ、の領域、および上
部のΔＴ１の領域には希土類元素か添加され、コア導波
路３の層厚み方向に互いに離間させて希土類元素添加層
４が、３層形成されている。この希土類元素としては、
Ｅ「Ｎｄ　　Ｙｂ、５ｌｌｌ、Ｃｅ、ＨＯ，Ｔｌ１ｌな
どを少なくとも１種含んだものを用いる。ここで、単一
モード光導波路の場合、コア導波路３とクラッド２の屈
折率差は０．２〜０．８％の範囲内から選ばれ、コア導
波路３の厚みＴは、数μｍから１０μｍの範囲から、ま
たコア導波路３の幅Ｗも数μｍから１０μｍの範囲で選
ばれるが、コア導波＃１３の幅方向への光の閉じ込めを
強くし、励起光かコア導波路３内の希土類元素添加領域
１０．１１および１２に効率良く集中して吸収されるよ
うにするために、Ｗ＞Ｔとなるようにコア導波路３を設
定する。たとえば、波長１．５μｍ帯で単一モード光導
波路として用いる場合には、Ｔ＝８μｍ、Ｗ＝１２μｍ
、コア導波路３とクラッド２の屈折率差０．２５９　。

ΔＴｏ−２μｍ、ΔＴ　＋　＝　１１ｔ　ＩＩ、希土類
元素（ＥＮの添加されていない領域の厚み１μｍのよう
に設定される。なお、コア導波路３の材質は、この場合
、Ｓ　ｉ　Ｏ２Ｇ　ｅ　Ｏ２Ｂ　ｘ　Ｏ２系カラスを用
い、クラッド２にはＳｉＯ□−Ｐ２Ｏ。

Ｂ２０．系ガラスを用い、基板ｌにはＳｉｎ：力ラスで
構成した。コア導波路３内の励起光のパワ分布に対応し
て希土類元素を多層状に添加しておけば、コア導波路３
内に全体に均一に希土類元素を添加した場合に比し、希
土類元素の添加量を少なくすることができ、励起光の励
起効率を高くとることができる。すなわち、濃度消光の
生じない、高利得の光増幅器用導波路を実現することが
できる。

第６図に希土類元素添加層をさらに多層に形成した実施
例を示す。この実施例ではコア導波８３の厚みＴ方向に
希土類元素を添加した層か５層形成されている。Ｔ＝８
μｍに対して、希土類元素添加層４ａ〜４ｅの厚みは、
夫々１．５μｎ、１μｍ。

１μｍ、　０．５μｒｅ、　０．５μｍのように設定さ
れる。また希土類元素を添加しないコア層３ａ〜３ｆの
厚みは、夫々０．７５μｒｇ、　０．７５μｍ、０．５
μＩＩ　、　０．５　Ａｔｎ０３５μｒｇ　、　０．５
μｌのように設定される。すなわち、希土類添加領域の
厚みはコアの厚みの３０％以下が好ましい。このように
、希土類元素添加層は２層以上、１０数層程度まで設け
ることかできる。

第７図に第５図の希土類元素添加導波路の製造方法を示
す。

ます、第７図（ａ）に示すように、基板１上に第１クラ
ッド層１３を形成する。このクラッド層１３はＣＶＤ法
、電子ビーム蒸着法、スパッタリング法、火炎堆積法な
どのいずれの方法を使って形成してもよい２次に第７図
（ｂ）に示すように、希土類元素を添加しないコア層１
０と希土類元素を添加したコア層１１とを交互に積層さ
せる。これらのコア層１１の形成方法はＣＶＤ法、電子
ビーム蒸着法、スパッタリング法などのいずれかの方法
を使って形成させることができる。その後、第７図ｆｃ
）に示すように、フォトリングラフノドライエツチング
プロセスにより、上記第１クラッド層１３上に多層状の
コア導波路３を略矩形状に加工する。ここで、希土類元
素を添加した層は薄い層であるので、容易にエツチング
することができる。たとえば、エツチングカスとしては
、ＣＨＦ、、ＣＨＦ、にＣ，ＣＪ　、を混合したものを
使うことができる。最後に第７図（ｄ）に示すように、
第１クラッド層１３と略同じ屈折率の第２クラッド層１
５で、コア導波路を覆うことにより、埋込み型光導波路
か形成される。

希土類元素添加層をコア導波路内に複数層（≧２層）設
けであるので、この光導波路で、光方向性結合回路、光
合分波回路、光リング共振回路。

光フイルタ回路、光スイリッチ回路などを構成した際に
、偏波依存性の少ない光回路を得ることが可能である。

第８図に示す光導波路は、クラッド２内に、希土類元素
を均一に添加した断面略矩形状の第１のコア導波路１５
と第１のコア導波路１５を覆うようにして形成された希
土類元素を添加していない第２のコア導波路１６とを有
するコア導波路３が形成されたものである。この光導波
路は、第９図に示す工程により製造される。

第９図（ａ）は低屈折率基板１上に希土類元素を添加し
た層を形成したのちドライエツチング等によって断面略
矩形状の第１のコア導波８＠１５を形成したものである
。ここで、基板１として石英系ガラスを用いた。この他
に基板として多成分系ガラス、サファイア、Ｓｉなどを
用いる場合には、基板上に、コアの屈折率に応じてＳｉ
Ｏ２或いはＳｉＯ２にＢ、Ｐ、Ｔｉ、Ｇｅ、Ｔａ、ＡＩ
、Ｆ等の屈折率制御用添加物を少なくとも一種類含んだ
バッファ層を形成する必要がある。第１のコア導波路１
５はＢ、Ｐ、Ｔｉ、Ｇｅ、Ｔａ、ＡＩ。

Ｆ等の屈折率制御用添加物を少なくとも一種類含み、且
つ光増幅に寄与する希土類元素としてＹｂ。

Ｅｒ、Ｎｄのうち少なくとも一種類の元素を含んだもの
であるに の段階でＥｒやＮｄの濃度が数百ｐｐｍ以上になると、
エツチングされた第１のコア導波路１５側面の荒れがひ
どくなる（第１３図（ａ））。

そこで、予め、第１のコア導波路コア１５の幅Ｗ１及び
厚みＴ１をＩｊＬＰ−的なコア導波路サイズよりも若干
小さく形成し、第９図（ｂ）に示すように、屈折率か第
１のコア導波路１５と等しいか若干低い希土類元素が添
加されていないコア層１７により完全に埋め込む６次に
、第９図（ｃ）に示すように、コア層１７をエツチング
するため厚さ１μｌ程度のメタル！！ｇｉ１８を形成す
る。そして、第９図（ｄ）に示すようにメタル膜１８上
にホトレジスト１９をホトリソグラフィによって形成す
る。ここでホトレジスト１つのパターン幅Ｗ２は第１の
コア導波路１５の幅Ｗ１より若干＜２ｍｍ程度）大きく
設定されており、十分に第１のコア導波路１５の側面を
カバーすることができる幅である。続いて、第９図（ｅ
）〜第９図（ｇ）に示すように、メタル膜１８のドライ
エツチング、カバー用のコア層１７のドライエツチング
、ホトレジスト１９及びメタル膜１８の除去を順次行い
、低屈折率基板１上に、第１のコア導波路と該第１のコ
ア導波路１５を覆うようにして形成され希土類元素を添
加していない第２のコア導波路１６とを有するコア導波
路３を形成する。最後に、コア導波路３の表面全体を覆
うようにしてクラッド層２を形成する。

この方法によれば、希土類元素を添加した第１のコア導
波路１５を形成したのち第１のコア導波路１５を覆うよ
うにして希土類元素を添加していない第２のコア導波路
１６を形成するので、コア導波路３の表面を滑らかに形
成することができる。

従って、コア導波路３の表面における伝搬光の散乱か防
止し得る。また、第１のコア導波路１５はその屈折率が
第２のコア導波路１６の屈折率と等しいか或いは高くな
るので、光を第１のコア導波路１５内に効果的に集中さ
せることができ、コア導波路３の伝搬効率を向上させる
ことかできる。

第１０図は希土類添加光導波路の製造方法の別の実施例
を示したものである。これは、コア導波路３の中心部分
に、それと同様の屈折率を有し、かつ希土類元素の添加
された第１のコア導波路２０を設けることにより、光増
幅器用導波路としての性能向上を図ったものである。

まず、第１０図ｆａ）のように低屈折率基板１の上に希
土類元素を含まないコア層２１とこれと同様な屈折率を
有する希土類元素の添加されているコア層２２を連続し
て形成する。次に、第１０図（ｂ）〜（ｆ）に示すフォ
トリソグラフィとドライエツチングにより、第１のコア
導波Ｆｊ？１２０を形成する。ここで、第１のコア導波
路２０のサイズは、例えば、最終的なコア導波路サイズ
を幅Ｗ２．厚さＴ２とすれば、Ｗｌ＝Ｗ２　／３．ＴＩ
＝７２　／３となるようにバターニングを行う。続いて
第１０図（ｇ）に示すように第１のコア導波路２０をコ
ア層２１と等しい屈折率を有するコア層３１で埋め込む
。これを再度第１０図（ｈ）、（ｉ）に示すようにホト
リソグラフィ及びドライエツチングして幅Ｗ２．厚さＴ
２のコア導波路３を形成する。そして、最後に第１０図
＜ｊ）に示す々ａくクラッド層２の形成を行う。

第１１図に示す方法は、同一基板上に低損失な希土類添
加導波路と希土類の添加されていない導波路とを一括形
成するためのものである。第１１図（ａン〜（ｃ）まで
のプロセスは、第９図（ａ）〜（ｃｌで示した１０セス
と同様である。本方法は、次の第１１図（ｄ）の段階に
おいて、ホトレジスト１つを第１のコア導波路１５上以
外の部分にもパターン化することで、希土類が添加され
ていないコア導波路２４も一緒に形成することができる
。また、第１１図（ｅ）〜（ｈ）までのプロセスは第９
図（ｅ）〜（ｈ）で示したプロセスと同様である。例え
ば、本方法によれば、波長１．５３μｌの信号光増幅器
に使用されるＥｒ添加光導波路とこれを励起するための
波長１．４６μｔ〜１．４８μｍの励起光を導く光導波
路を同一基板上に一体化させて形成することができる。

「発明の効果］ 以上要するに、本発明によれば以下の如き優れた効果が
発揮できる。

（１〕　　少ない希土類元素添加量で励起効率を高くす
ることができ、濃度消光の生じにくい高利得の光増幅器
用導波路を実現することができる。

（２）　　希土類元素を添加したコアが希土類元素を添
加していないコアで覆うことにより、希土類元素を添加
したコアの側面の荒れによる伝搬光の散乱か防止でき、
エネルギー損失を低減させ、光増幅効率を向上させるこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の希土類元素添加光導波路の一実施例を
示す斜視図、第２図は第１図の光導波路の厚み方向の屈
折率分布の実施例を示す図、第３図、第５図、第６図及
び第８図は本発明の希土類元素添加光導波路の他の実施
例を示す図。 第４図は本発明の製造方法の一実施例を示す工程図、第
７図、及び第９〜１１図は本発明の製造方法の他の実施
例を示す工程図、第１２図は従来例を示す工程図、第１
３図（ａ）は従来方法によって形成した希土類元素添加
コア導波路を示す閉、第１３図（ｂ）は希土類元素が添
加されていないコア導波路を示す図である。 図中、１は基板、２はクラッド３はコア導波路、４は希
土類元素添加層、６は第１クラッド層、７は第１コアガ
ラス層、８は第２コアカラス層、９は第２クラッド層、
１５は第１のコア導波路、１６は第２のコア導波路、Ｗ
はコア導波路の幅、ΔＴは希土類元素添加層の厚みであ
る。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、基板上に形成されたクラッド内に幅が厚みよりも大
   きい断面略矩形状のコア導波路が形成されていると共に
   、該コア導波路内に導波方向に沿って希土類元素添加層
   が形成されていることを特徴とする希土類元素添加光導
   波路。 ２、上記希土類元素添加層がコア導波路の厚み方向の略
   中央部に形成されていると共に、その幅方向に一様な不
   純物添加濃度を有することを特徴とする請求項１記載の
   希土類元素添加光導波路。 ３、上記希土類元素添加層が上記コア導波路の厚み方向
   に互いに離間して複数層形成されていることを特徴とす
   る請求項１記載の希土類元素添加光導波路。 ４、上記コア導波路の厚み方向に互いに離間して複数層
   形成された上記希土類元素添加層のうち、少なくとも一
   層の厚さが他の希土類元素添加層の厚さと異なることを
   特徴とする請求項３記載の希土類元素添加光導波路。 ５、上記コア導波路全体に対して上記希土類元素添加層
   の領域の占める割合が３０％以下であることを特徴とす
   る請求項１乃至４記載の希土類元素添加光導波路。 ６、上記希土類元素添加層の屈折率が上記コア導波路の
   希土類元素が添加されない領域の屈折率よりも大きいこ
   とを特徴とする請求項１乃至４記載の希土類元素添加光
   導波路。 ７、基板上に形成されたクラッド内に断面略矩形状のコ
   ア導波路が形成されている光導波路において、上記コア
   導波路が、希土類元素を添加した断面略矩形状の第１の
   コア導波路と、第１のコア導波路を覆うようにして形成
   された希土類元素を添加していない第２のコア導波路と
   を有することを特徴とする希土類元素添加光導波路。 ８、上記第１のコア導波路内に希土類元素が導波方向に
   沿つて層状に添加されたことを特徴とする請求項７記載
   の希土類元素添加光導波路。 ９、上記第１のコア導波路の屈折率が上記第２のコア導
   波路の屈折率と等しいか或いは該第２のコア導波路の屈
   折率よりも大きいことを特徴とする請求項７又は８記載
   の希土類元素添加光導波路。 １０、基板上に第１クラッド層を形成したのち、第１ク
   ラッド層上に希土類元素を添加しないコア層と希土類元
   素を添加したコア層とを交互に積層させ、次いで、フォ
   トリソグラフィ、ドライエッチング等により、上記第１
   クラッド層上に、希土類元素添加層を有する断面略矩形
   状のコア導波路を形成したのち、該コア導波路の表面全
   体を覆うべく第２クラッド層を形成するようにしたこと
   を特徴とする希土類元素添加光導波路の製造方法。 １１、低屈折率基板上に希土類元素を添加した断面略矩
   形状の第１のコア導波路を形成したのち、上記低屈折率
   基板上に第１のコア導波路を完全に埋め込むようにして
   希土類元素を添加していないコア層を形成し、次いで、
   フォトリソグラフィ、ドライエッチング等により、上記
   低屈折率基板上に、第１のコア導波路と該第１のコア導
   波路を覆う希土類元素を添加していない第２のコア導波
   路とを有するコア導波路を形成したのち、該コア導波路
   の表面全体を覆うようにしてクラッド層を形成するよう
   にしたことを特徴とする希土類元素添加光導波路の製造
   方法。 １２、上記低屈折率基板上に上記第２のコア導波路と同
   質のコア層を形成したのち、該コア層上に上記第１のコ
   ア導波路を形成するようにしたことを特徴とする請求項
   １１記載の希土類元素添加光導波路の製造方法。