JPH07294763A - 偏光に依存しないシリカ光回路の作製方法 - Google Patents
偏光に依存しないシリカ光回路の作製方法Info
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- JPH07294763A JPH07294763A JP7095750A JP9575095A JPH07294763A JP H07294763 A JPH07294763 A JP H07294763A JP 7095750 A JP7095750 A JP 7095750A JP 9575095 A JP9575095 A JP 9575095A JP H07294763 A JPH07294763 A JP H07294763A
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- G02B2006/12035—Materials
- G02B2006/12038—Glass (SiO2 based materials)
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- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
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- Optics & Photonics (AREA)
- Optical Integrated Circuits (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明は、偏光に依存しないシリカ光回路の
作製方法で提供する。 【構成】 本発明に従うと、偏光に依存しない光デバイ
スが、シリコン基板上に導波路構造を形成し、ガラスの
補強層を加え、導波路構造下のシリコン基板の領域を除
去することにより作製される。あるいは、ガラスの補強
層は、シリコンが除去された後、つけ加えられる。導波
路構造下のシリコンを除去することによって、圧縮応力
の源が除かれることにより、偏光に依存するスペクトル
効果が除かれ、得られるガラス補強構造は、実際的用途
に対し十分堅固である。
作製方法で提供する。 【構成】 本発明に従うと、偏光に依存しない光デバイ
スが、シリコン基板上に導波路構造を形成し、ガラスの
補強層を加え、導波路構造下のシリコン基板の領域を除
去することにより作製される。あるいは、ガラスの補強
層は、シリコンが除去された後、つけ加えられる。導波
路構造下のシリコンを除去することによって、圧縮応力
の源が除かれることにより、偏光に依存するスペクトル
効果が除かれ、得られるガラス補強構造は、実際的用途
に対し十分堅固である。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は偏光に依存しないシリカ
光回路に係る。本発明は具体的には、偏光に依存しない
スペクトル応答を有するマルチプレクサ及びデマルチプ
レクサを実現するのに、有用である。
光回路に係る。本発明は具体的には、偏光に依存しない
スペクトル応答を有するマルチプレクサ及びデマルチプ
レクサを実現するのに、有用である。
【0002】
【従来の技術】光ファイバ通信チャネルが、金属ケーブ
ル及びマイクロ波伝送リンクに次第に置き代わるにつ
れ、光信号を直接処理するための集積光デバイスが、次
第に重要になっている。光処理の有用な方式は、シリコ
ン基板上に形成された集積ガラス導波路構造の使用を通
してである。そのようなデバイスの基本的な構造は、一
般にシリカ光回路とよばれ、ここに参考文献として含ま
れるシー・エイチ・ヘンリー(C.H.Henry )ら、“ハイ
ブリッド光パッケージのためのシリコン上のガラス導波
路”、7、ジャーナル・ライトウェーブ・テクノロジー
(J. Lightwave Technol. )1530−1539頁(1
989)に述べられている。要するに、シリコン基板に
はSiO2 のベース層が形成され、酸化物上にドープシ
リカガラスの薄いコア層を堆積させる。コア層は標準的
なフォトリソグラフィ技術を用いて、典型的な場合5−
7μm幅の所望の導波路構造に形成でき、ドープされた
シリカガラスの層を、最上部クラッドとして働くよう堆
積させる。導波路の精密な形態に依存して、そのような
デバイスはビーム分割、引き込み、多重化、デマルチプ
レクシング及びろ波といった広範囲の機能を果たすこと
ができる。
ル及びマイクロ波伝送リンクに次第に置き代わるにつ
れ、光信号を直接処理するための集積光デバイスが、次
第に重要になっている。光処理の有用な方式は、シリコ
ン基板上に形成された集積ガラス導波路構造の使用を通
してである。そのようなデバイスの基本的な構造は、一
般にシリカ光回路とよばれ、ここに参考文献として含ま
れるシー・エイチ・ヘンリー(C.H.Henry )ら、“ハイ
ブリッド光パッケージのためのシリコン上のガラス導波
路”、7、ジャーナル・ライトウェーブ・テクノロジー
(J. Lightwave Technol. )1530−1539頁(1
989)に述べられている。要するに、シリコン基板に
はSiO2 のベース層が形成され、酸化物上にドープシ
リカガラスの薄いコア層を堆積させる。コア層は標準的
なフォトリソグラフィ技術を用いて、典型的な場合5−
7μm幅の所望の導波路構造に形成でき、ドープされた
シリカガラスの層を、最上部クラッドとして働くよう堆
積させる。導波路の精密な形態に依存して、そのような
デバイスはビーム分割、引き込み、多重化、デマルチプ
レクシング及びろ波といった広範囲の機能を果たすこと
ができる。
【0003】しかし、そのようなデバイスの1つの欠点
は、圧縮応力により、導波路コア中に、複屈折が誘導さ
れることである。圧縮応力はシリコンとシリカの間の熱
膨張の差による。生ずる複屈折の効果は、伝送される光
の異なる偏光モードが、異なる実効屈折率を受けること
である。具体的には、横方向磁気モード(TM)は横方
向電気(TE)モードより、大きな屈折率に出会う。分
散効果は導波路中の曲部により、更に悪化する。曲部を
通る時、光モードは半径方向外側にシフトする。導波路
コアにゆるく結合されたモード(TM)は、よりきつく
結合されたモード(TE)より、外側により大きくシフ
トし、その結果、ゆるく結合したモードは、より大きな
光路長と位相をもつ。
は、圧縮応力により、導波路コア中に、複屈折が誘導さ
れることである。圧縮応力はシリコンとシリカの間の熱
膨張の差による。生ずる複屈折の効果は、伝送される光
の異なる偏光モードが、異なる実効屈折率を受けること
である。具体的には、横方向磁気モード(TM)は横方
向電気(TE)モードより、大きな屈折率に出会う。分
散効果は導波路中の曲部により、更に悪化する。曲部を
通る時、光モードは半径方向外側にシフトする。導波路
コアにゆるく結合されたモード(TM)は、よりきつく
結合されたモード(TE)より、外側により大きくシフ
トし、その結果、ゆるく結合したモードは、より大きな
光路長と位相をもつ。
【0004】複屈折の発生を除くことは、高動作光デバ
イスには必要であると、長い間認識されてきた。事実、
そのような複屈折を補償するために、各種の念入りな方
式が提案されてきた。1つの方法では、偏光を90゜回
転させるために、導波路回折格子マルチプレクサの中央
に、挿入された半波長板が用いられる。エイチ・タカハ
シ(H. Takahashi)ら、“シリコン上の偏光に依存しな
いアレイ導波路マルチプレクサ”、オプティカル・レタ
ーズ(Opt. Letts.)17(7)、499頁(199
2)を参照のこと。この方式は過度の損失を誘導する。
別の方式は、導波路上に、アモルファスシリコンの厚い
層(6μm)を堆積させる。しかし、次にシリコン層
は、高パワーレーザで、使用にあわせ整形される。エム
・カワチ(M.Kawachi)ら、“シリカ集積光リング共振
器における導波路複屈折のレーザ整形”プロシーディン
グ・シーエルイーオー(Proc. CLEO)’89、TuJ1
7(1989年4月)を参照のこと。更に第3の方式で
は、応力を解放するために、導波路に沿って溝をエッチ
ングする。この方式では60μm・オーダーの深さの溝
を必要とする。エム・カワチ(M. Kawachi)ら、“シリ
コン中の高シリカシングルモードチャネル導波路中の複
屈折制御”、プロシーディング・オーエフシー/アイオ
ーオーシー(Proc. OFC/IOOC)’87、TuQ31(1
987年1月)を参照のこと。このように、歪により誘
導される複屈折は、明らかに、シリコンを基礎とする集
積光デバイスで、問題である。
イスには必要であると、長い間認識されてきた。事実、
そのような複屈折を補償するために、各種の念入りな方
式が提案されてきた。1つの方法では、偏光を90゜回
転させるために、導波路回折格子マルチプレクサの中央
に、挿入された半波長板が用いられる。エイチ・タカハ
シ(H. Takahashi)ら、“シリコン上の偏光に依存しな
いアレイ導波路マルチプレクサ”、オプティカル・レタ
ーズ(Opt. Letts.)17(7)、499頁(199
2)を参照のこと。この方式は過度の損失を誘導する。
別の方式は、導波路上に、アモルファスシリコンの厚い
層(6μm)を堆積させる。しかし、次にシリコン層
は、高パワーレーザで、使用にあわせ整形される。エム
・カワチ(M.Kawachi)ら、“シリカ集積光リング共振
器における導波路複屈折のレーザ整形”プロシーディン
グ・シーエルイーオー(Proc. CLEO)’89、TuJ1
7(1989年4月)を参照のこと。更に第3の方式で
は、応力を解放するために、導波路に沿って溝をエッチ
ングする。この方式では60μm・オーダーの深さの溝
を必要とする。エム・カワチ(M. Kawachi)ら、“シリ
コン中の高シリカシングルモードチャネル導波路中の複
屈折制御”、プロシーディング・オーエフシー/アイオ
ーオーシー(Proc. OFC/IOOC)’87、TuQ31(1
987年1月)を参照のこと。このように、歪により誘
導される複屈折は、明らかに、シリコンを基礎とする集
積光デバイスで、問題である。
【0005】本発明の要約 偏光に依存しない光デバイスは、シリコン基板上に導波
路構造を作製し、ガラスの補強層を追加し、導波路構造
の下にあるシリコン基板の領域を除去することによって
作製される。あるいは、ガラスの補強層は、シリコンを
除去した後、追加できる。導波路構造の下のシリコンを
除去することにより、圧縮歪の源が除かれたことによっ
て、偏光に依存したスペクトル効果が除かれ、得られる
ガラス補強構造は、実際的な用途に対して十分堅固であ
る。
路構造を作製し、ガラスの補強層を追加し、導波路構造
の下にあるシリコン基板の領域を除去することによって
作製される。あるいは、ガラスの補強層は、シリコンを
除去した後、追加できる。導波路構造の下のシリコンを
除去することにより、圧縮歪の源が除かれたことによっ
て、偏光に依存したスペクトル効果が除かれ、得られる
ガラス補強構造は、実際的な用途に対して十分堅固であ
る。
【0006】詳細な記述 図面を参照すると、図1は偏光に依存しない集積光デバ
イスの作製法の第1の実施例を、ブロックダイヤグラム
で示す。ブロックAで示される第1の工程は、基板を準
備することで、その上に導波路構造を形成すると便利で
ある。基板はその上に形成されたガラス導波路構造をエ
ッチしないエッチャントにより、選択的に除去される。
基板は約1/2ミリメートルの厚さのシリコンを有する
(100)シリコンのウエハが好ましい。
イスの作製法の第1の実施例を、ブロックダイヤグラム
で示す。ブロックAで示される第1の工程は、基板を準
備することで、その上に導波路構造を形成すると便利で
ある。基板はその上に形成されたガラス導波路構造をエ
ッチしないエッチャントにより、選択的に除去される。
基板は約1/2ミリメートルの厚さのシリコンを有する
(100)シリコンのウエハが好ましい。
【0007】ブロックBで示される次の工程は、基板上
への導波路の形成を含む。導波路構造は、従来の方式
で、1)基板上に下部クラッドガラス層を形成し、2)
コアガラス層を形成し、フォトリソグラフィにより、導
波路の所望のパターンを形成し、3)規定された導波路
上に、上部クラッドガラス層を形成することにより、形
成すると有利である。クラッドガラスの第1の層は、高
圧水蒸気酸化により、シリコン基板上にSiO2 を成長
させることにより実現するのが便利である。コア層はL
PCVDを用いて、酸化物上に堆積でき、RIEによ
り、導波路形態にパターン形成するために、ドライエッ
チすることができる。典型的な導波路コア幅は、5−7
μmの範囲である。コアガラスは、6−8%リンドープ
したシリカが好ましく、4−6μmの範囲の厚さを有す
と有利である。コアガラスはアニールするのが有利で、
その後リン及びホウ素ドープシリカの好ましい上部クラ
ッド層が、7−15μmの範囲の厚さに堆積できる。
への導波路の形成を含む。導波路構造は、従来の方式
で、1)基板上に下部クラッドガラス層を形成し、2)
コアガラス層を形成し、フォトリソグラフィにより、導
波路の所望のパターンを形成し、3)規定された導波路
上に、上部クラッドガラス層を形成することにより、形
成すると有利である。クラッドガラスの第1の層は、高
圧水蒸気酸化により、シリコン基板上にSiO2 を成長
させることにより実現するのが便利である。コア層はL
PCVDを用いて、酸化物上に堆積でき、RIEによ
り、導波路形態にパターン形成するために、ドライエッ
チすることができる。典型的な導波路コア幅は、5−7
μmの範囲である。コアガラスは、6−8%リンドープ
したシリカが好ましく、4−6μmの範囲の厚さを有す
と有利である。コアガラスはアニールするのが有利で、
その後リン及びホウ素ドープシリカの好ましい上部クラ
ッド層が、7−15μmの範囲の厚さに堆積できる。
【0008】図2は基板20、下部クラッド21、導波
路22及び上部クラッド23の得られる構造を示す。光
スイッチ、マルチプレクサ、デマルチプレクサ、プレー
ナレンズ及び低次アレイマルチプレクサとして有用な導
波路の構成については、シー・ドラゴン(C. Dragone)
に承認された米国特許第5,136,671号及びアー
ル・アダール(R. Adar) らに承認された米国特許第
5,212,758号に示されている。これらの特許の
両方が、ここに参考文献として含まれている。
路22及び上部クラッド23の得られる構造を示す。光
スイッチ、マルチプレクサ、デマルチプレクサ、プレー
ナレンズ及び低次アレイマルチプレクサとして有用な導
波路の構成については、シー・ドラゴン(C. Dragone)
に承認された米国特許第5,136,671号及びアー
ル・アダール(R. Adar) らに承認された米国特許第
5,212,758号に示されている。これらの特許の
両方が、ここに参考文献として含まれている。
【0009】図1のブロックCで示されるように、第3
の工程は、クラッド導波路の露出された表面上に、ガラ
ス補強層を形成することである。これはフレーム加水分
解により、ガラス層を追加して形成するか、上部クラッ
ドの厚さを増すことにより行える。いずれの場合も、好
ましくは20μmを越えるガラスの厚さの増加分は、導
波路構造の保護のためである。得られる構造が図3に示
されており、この図で補強層30が、上部クラッド23
上に配置されている。
の工程は、クラッド導波路の露出された表面上に、ガラ
ス補強層を形成することである。これはフレーム加水分
解により、ガラス層を追加して形成するか、上部クラッ
ドの厚さを増すことにより行える。いずれの場合も、好
ましくは20μmを越えるガラスの厚さの増加分は、導
波路構造の保護のためである。得られる構造が図3に示
されており、この図で補強層30が、上部クラッド23
上に配置されている。
【0010】図1のブロックD中の次の工程は、導波路
構造の下の少なくとも一部の基板を除去することであ
る。この除去は、粉砕またはレーザ削摩といった機械的
方法、湿式エッチング又は反応性イオンエッチングとい
った化学的方法又は2つの組合せにより行える。基板が
シリコンの場合、導波路領域下のポケットを、ダイヤモ
ンド器具を用いた標準的な粉砕機により、削り出すのが
好ましい。基板は少なくとも厚さの半分、好ましくは厚
さの少なくとも90%を粉砕除去される。シリコンの残
った厚さは、KOHエッチャントを用い、90℃で約3
μm/時間の速度で、シリコンをエッチングすることに
より除去される。
構造の下の少なくとも一部の基板を除去することであ
る。この除去は、粉砕またはレーザ削摩といった機械的
方法、湿式エッチング又は反応性イオンエッチングとい
った化学的方法又は2つの組合せにより行える。基板が
シリコンの場合、導波路領域下のポケットを、ダイヤモ
ンド器具を用いた標準的な粉砕機により、削り出すのが
好ましい。基板は少なくとも厚さの半分、好ましくは厚
さの少なくとも90%を粉砕除去される。シリコンの残
った厚さは、KOHエッチャントを用い、90℃で約3
μm/時間の速度で、シリコンをエッチングすることに
より除去される。
【0011】得られた生成物は、図4の断面により、概
略的に描かれており、図は導波路22の下の領域中で、
基板が除去されている。この構造は、導波路の近くでガ
ラスと基板が接触せず、圧縮応力による複屈折が減少す
るか、本質的に除かれるという利点をもつ。
略的に描かれており、図は導波路22の下の領域中で、
基板が除去されている。この構造は、導波路の近くでガ
ラスと基板が接触せず、圧縮応力による複屈折が減少す
るか、本質的に除かれるという利点をもつ。
【0012】図5は光マルチプレクサ、デマルチプレク
サ又はスイッチデバイスとして有用な、図1のプロセス
に従って作られた好ましいデバイス50の透視図であ
る。要するに、デバイスは米国特許第5,136,67
1号に示された型の導波路構造22を含み、基板20の
一部40が、導波路構造22の下で除去されている。よ
り具体的には、導波路構造22は一対の本質的に同一の
スターカプラ51及び52を含み、これらはあらかじめ
決められた量だけ相互に離れたM個の等しくない長さの
導波路を含む光回折格子53により、結合されている。
デバイスは各端部で、N個の光ファイバ54と相互接続
されているように、示されている。周知のように、各ス
ターカプラは導波路の周期的アレイ間の自由空間領域を
規定する誘電体スラブを含み、各領域は半径方向に実質
的な焦点まで延びる。デバイスは、低い漏話及び挿入損
で、多くの入力及び出力波長チャネルを、スイッチン
グ、多重化又はデマルチプレクシングできるNXN集積
光相互接続装置を形成する。
サ又はスイッチデバイスとして有用な、図1のプロセス
に従って作られた好ましいデバイス50の透視図であ
る。要するに、デバイスは米国特許第5,136,67
1号に示された型の導波路構造22を含み、基板20の
一部40が、導波路構造22の下で除去されている。よ
り具体的には、導波路構造22は一対の本質的に同一の
スターカプラ51及び52を含み、これらはあらかじめ
決められた量だけ相互に離れたM個の等しくない長さの
導波路を含む光回折格子53により、結合されている。
デバイスは各端部で、N個の光ファイバ54と相互接続
されているように、示されている。周知のように、各ス
ターカプラは導波路の周期的アレイ間の自由空間領域を
規定する誘電体スラブを含み、各領域は半径方向に実質
的な焦点まで延びる。デバイスは、低い漏話及び挿入損
で、多くの入力及び出力波長チャネルを、スイッチン
グ、多重化又はデマルチプレクシングできるNXN集積
光相互接続装置を形成する。
【0013】光ファイバを導波路デバイスに結合し、製
品をパッケージするための好ましい技術については、1
991年12月31日に承認された“シリコン光部分の
パッケージ”と題する出願人の米国特許第5,076,
654号に述べられている。この特許は、ここに参考文
献として含まれている。
品をパッケージするための好ましい技術については、1
991年12月31日に承認された“シリコン光部分の
パッケージ”と題する出願人の米国特許第5,076,
654号に述べられている。この特許は、ここに参考文
献として含まれている。
【0014】図6はそのブロックA、B、Cで描かれた
最初の3工程は図1のプロセスと同様であるが、ブロッ
クDの第4の工程は異なる別の実施例を示す。第4の工
程で、基板全体が除去される。ブロックDで示されるよ
うに、ガラス(>20μm)の第2の補強層が、基板が
除去された側に形成されている。図7は基板除去前の構
造を示す。図8は除去後を示し、図9は代わってガラス
の第2の補強層90を有する製品を示す。
最初の3工程は図1のプロセスと同様であるが、ブロッ
クDの第4の工程は異なる別の実施例を示す。第4の工
程で、基板全体が除去される。ブロックDで示されるよ
うに、ガラス(>20μm)の第2の補強層が、基板が
除去された側に形成されている。図7は基板除去前の構
造を示す。図8は除去後を示し、図9は代わってガラス
の第2の補強層90を有する製品を示す。
【図1】本発明の第1の実施例に従う偏光に依存しない
集積光デバイスの作製工程を、概略的にダイヤグラムで
示す図。
集積光デバイスの作製工程を、概略的にダイヤグラムで
示す図。
【図2】図1の各種段階におけるデバイスの概略断面
図。
図。
【図3】図1の各種段階におけるデバイスの概略断面
図。
図。
【図4】図1の各種段階におけるデバイスの概略断面
図。
図。
【図5】図1のプロセスに従って作られる好ましいデバ
イスの透視図。
イスの透視図。
【図6】集積光デバイスの別の作製法における工程を、
概略的にブロックダイヤグラムで示す図。
概略的にブロックダイヤグラムで示す図。
【図7】図6のプロセスの各種段階におけるデバイスの
概略断面図。
概略断面図。
【図8】図6のプロセスの各種段階におけるデバイスの
概略断面図。
概略断面図。
【図9】図6のプロセスの各種段階におけるデバイスの
概略断面図。
概略断面図。
20 基板 21 下部クラッド 22 導波路 23 上部クラッド 30 補強層 40 一部 50 光デバイス 51、52 スターカプラ 53 光回折格子 54 光ファイバ 90 第2の補強層
Claims (13)
- 【請求項1】 基板を準備する工程;基板の一領域上
に、光導波路構造を形成する工程;前記導波路構造上
に、補強層を形成する工程;及び前記導波路構造の下の
基板の前記領域を除去する工程;を含む集積光デバイス
の作製方法。 - 【請求項2】 前記補強層はガラスを含む請求項1記載
の方法。 - 【請求項3】 前記光導波路構造は、前記基板上に下部
クラッドガラス層を形成する工程、前記下部クラッドガ
ラス上にコアガラスの層を形成する工程、コアガラスの
前記層中に導波路のパターンを規定する工程及び導波路
の前記パターン上に、上部クラッドガラス層を形成する
工程により形成される請求項1記載の方法。 - 【請求項4】 基板の前記領域の厚さの少なくとも一部
は、機械的に除去される請求項1記載の方法。 - 【請求項5】 基板の前記領域の厚さの少なくとも一部
は、機械的に除去される請求項1記載の方法。 - 【請求項6】 基板の前記領域は、その厚さの少なくと
も2分の1を機械的に除去し、残りの厚さは化学的に除
去する請求項1記載の方法。 - 【請求項7】 前記ガラス補強層は少なくとも20μm
の厚さを有する請求項1記載の方法。 - 【請求項8】 前記基板はシリコンを含む請求項1記載
の方法。 - 【請求項9】 基板を準備する工程;前記基板上に、光
導波路構造を形成する工程;前記導波路構造上に、第1
の補強層を形成する工程;前記基板を除去する工程;及
び基板が除去された表面上に、第2の補強層を形成する
工程を含む集積光デバイスの作製方法。 - 【請求項10】 前記第1の補強層はガラスである請求
項9記載の方法。 - 【請求項11】 前記第2の補強層はガラスである請求
項9記載の方法。 - 【請求項12】 請求項1又は2又は3又は4又は5又
は6又は7又は8のプロセスにより作製された製品。 - 【請求項13】 請求項9又は10又は11のプロセス
により作製された製品。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US231529 | 1994-04-22 | ||
US08/231,529 US5467415A (en) | 1994-04-22 | 1994-04-22 | Method for making polarization independent silica optical circuits |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH07294763A true JPH07294763A (ja) | 1995-11-10 |
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