JPH0815540A - Optical waveguide and its production - Google Patents
Optical waveguide and its productionInfo
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- JPH0815540A JPH0815540A JP14820594A JP14820594A JPH0815540A JP H0815540 A JPH0815540 A JP H0815540A JP 14820594 A JP14820594 A JP 14820594A JP 14820594 A JP14820594 A JP 14820594A JP H0815540 A JPH0815540 A JP H0815540A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、主に光通信の分野で用
いられる光導波路およびその作製方法に関するものであ
る。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical waveguide mainly used in the field of optical communication and a manufacturing method thereof.
【0002】[0002]
【従来の技術】光導波路は、基板上に薄膜技術を用いて
コア部およびこれを被覆するクラッド層を形成すること
により作製され、光分岐や光結合機能を有する光部品と
して光通信の分野で頻繁に使用されている。2. Description of the Related Art An optical waveguide is manufactured by forming a core part and a clad layer covering the core part on a substrate using a thin film technique, and is used in the field of optical communication as an optical component having an optical branching and optical coupling function. Used frequently.
【0003】従来の光導波路としては、シリコンウェー
ハ上に石英ガラスからなる下部クラッド層を積層し、こ
の上に高屈折率の石英ガラス層を積層してから反応性イ
オンエッチングでパターニングしてコア部を形成し、次
いで、この上に石英ガラスからなる上部クラッド層を積
層したものが知られている。As a conventional optical waveguide, a lower clad layer made of quartz glass is laminated on a silicon wafer, a quartz glass layer having a high refractive index is laminated thereon, and then patterned by reactive ion etching to form a core portion. It is known that an upper clad layer made of quartz glass is laminated on top of this.
【0004】コア部やクラッド層は、火炎堆積法を用い
てガラス微粒子をシリコンウェーハ上に吹き付け、ガラ
ス微粒子層を堆積させてから、これを焼結し、その後、
徐冷して、透明ガラス化することにより形成する。For the core portion and the clad layer, glass particles are sprayed onto a silicon wafer by using a flame deposition method to deposit a glass particle layer, which is then sintered, and thereafter,
It is slowly cooled and formed into a transparent glass.
【0005】[0005]
【発明が解決しようとする課題】しかし、シリコンウェ
ーハとこの上に形成されたガラス導波路層とでは熱膨脹
係数が異なるため、焼結後の徐冷の際に、導波路層の内
部に応力が発生する。特に、コア部は、基板表面の全体
と接するクラッド層に埋め込まれているため、上部クラ
ッド層および下部クラッド層の全体から膜応力を受ける
構造をしていた。このため、従来の光導波路は、光学特
性に大きな異方性が生じ、偏光特性(PDL)が大きい
という問題点を有していた。However, since the silicon wafer and the glass waveguide layer formed on the silicon wafer have different thermal expansion coefficients, stress is not generated inside the waveguide layer during gradual cooling after sintering. appear. In particular, since the core part is embedded in the clad layer that is in contact with the entire surface of the substrate, the core part has a structure that receives film stress from the entire upper clad layer and the lower clad layer. Therefore, the conventional optical waveguide has a problem that a large anisotropy occurs in the optical characteristics and the polarization characteristics (PDL) are large.
【0006】本発明は、上記の問題点を解決するために
なされたもので、コア部の内部に生じた応力が低減され
偏光特性の小さい光導波路、およびこの光導波路の作製
方法を提供することを目的とする。The present invention has been made to solve the above problems, and provides an optical waveguide in which the stress generated inside the core portion is reduced and the polarization characteristic is small, and a method for producing the optical waveguide. With the goal.
【0007】[0007]
【課題を解決するための手段】上記の問題点を解決する
ために、本発明の光導波路は、光導波部であるコア部
と、このコア部が埋設され、このコア部より低屈折率の
クラッド層とから構成される導波路層が基板上に形成さ
れた光導波路であって、コア部の両側のクラッド層には
コア部に沿って溝が形成されており、この溝によって切
り離されたコア部およびこれを被覆するクラッド部から
なる導波路部が基板から分離されていることを特徴とし
ている。In order to solve the above-mentioned problems, the optical waveguide of the present invention has a core portion which is an optical waveguide portion, and the core portion is embedded, and has a lower refractive index than the core portion. A waveguide layer including a clad layer is an optical waveguide formed on a substrate, and grooves are formed along the core part in the clad layers on both sides of the core part. It is characterized in that the waveguide portion including the core portion and the cladding portion covering the core portion is separated from the substrate.
【0008】ここで、導波路部のクラッド部は、その一
部において基板と接していると良い。また、導波路部と
前記基板の間、およびクラッド層に形成された溝に補強
材料が充填されていると良い。また、コア部およびクラ
ッド部は石英を成分とするガラスからなり、基板はシリ
コンからなっても良い。Here, it is preferable that the clad portion of the waveguide portion is in contact with the substrate at a part thereof. Further, it is preferable that the reinforcing material is filled between the waveguide portion and the substrate and in the groove formed in the clad layer. Further, the core portion and the clad portion may be made of glass containing quartz, and the substrate may be made of silicon.
【0009】また、本発明の光導波路の作製方法は、光
導波部であるコア部と、このコア部が埋設され、このコ
ア部よりも低屈折率のクラッド層とから構成される導波
路層が基板上に形成された光導波路を用意する第1の工
程と、第1のエッチングによりコア部の両側のクラッド
層にコア部に沿った溝を形成する第2の工程と、第2の
工程で形成されたクラッド層の溝にエッチング液を流入
して第2のエッチングを行うことにより、コア部を支持
する箇所を残して基板とクラッド層とを分離する第3の
工程とを備えている。Further, the method for producing an optical waveguide of the present invention is a waveguide layer comprising a core portion which is an optical waveguide portion and a clad layer in which the core portion is embedded and which has a refractive index lower than that of the core portion. A first step of preparing an optical waveguide formed on a substrate, a second step of forming grooves along the core portion in the clad layers on both sides of the core portion by the first etching, and a second step And a third step of separating the substrate and the clad layer by leaving an area for supporting the core part by performing the second etching by injecting an etching solution into the groove of the clad layer formed in Step 1. .
【0010】ここで、第3の工程に続いて、前記クラッ
ド層に形成された溝に補強材料を流入して固化させる工
程をさらに備えると良い。また、第1の工程は石英を成
分とするガラスからなる導波路層がシリコン基板上に形
成された光導波路を用意する工程であり、第1のエッチ
ングは反応性イオンエッチングであってもよい。Here, after the third step, it is preferable to further include a step of flowing a reinforcing material into the groove formed in the clad layer to solidify it. Further, the first step is a step of preparing an optical waveguide in which a waveguide layer made of glass containing quartz is formed on a silicon substrate, and the first etching may be reactive ion etching.
【0011】[0011]
【作用】本発明の光導波路によれば、クラッド層に形成
された溝により基板からクラッド層を介しコア部の側面
に付与される膜応力が解放され、さらに導波路部が基板
から分離されていることで、基板から導波路部のクラッ
ド部を介してコア部の上下面に付与される膜応力も解放
される。これにより、コア部の内部応力が大幅に低減さ
れる。According to the optical waveguide of the present invention, the film stress applied from the substrate to the side surface of the core portion via the cladding layer is released by the groove formed in the cladding layer, and the waveguide portion is separated from the substrate. As a result, the film stress applied to the upper and lower surfaces of the core part from the substrate via the clad part of the waveguide part is also released. As a result, the internal stress of the core is significantly reduced.
【0012】また、本発明の光導波路の作製方法では、
第1のエッチングによりコア部の両側のクラッド層に溝
を形成してコア部の側面に付与される膜応力を解放し、
次いで、この溝にエッチング液を流入して第2のエッチ
ングを行うことにより、コア部を支持する箇所を残して
基板とクラッド層とを分離して、コア部の上下面に付与
される膜応力を解放する。これにより、コア部の内部応
力が大幅に低減された本発明の光導波路が得られる。Further, in the method of manufacturing the optical waveguide of the present invention,
Grooves are formed in the clad layers on both sides of the core portion by the first etching to release the film stress applied to the side surface of the core portion,
Then, an etching solution is flown into this groove to carry out a second etching, thereby separating the substrate and the clad layer leaving a portion supporting the core portion, and the film stress applied to the upper and lower surfaces of the core portion. To release. As a result, the optical waveguide of the present invention in which the internal stress of the core is significantly reduced can be obtained.
【0013】[0013]
【実施例】以下、添付図面を参照しながら本発明の実施
例を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の
要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。Embodiments of the present invention will now be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the description of the drawings, the same elements will be denoted by the same reference symbols, without redundant description.
【0014】図1は、本実施例の光導波路100の構造
を示す全体斜視図である。図1のように、本実施例の光
導波路は、厚さ1mmのシリコンウェーハ10上に層厚
約70μmの導波路層20が形成されたものである。導
波路層20は石英ガラスからなる1×8分岐型のコア部
30と、このコア部30が埋設され、コア部30よりも
低屈折率の石英ガラスからなるクラッド層40とから構
成されている。FIG. 1 is an overall perspective view showing the structure of the optical waveguide 100 of this embodiment. As shown in FIG. 1, the optical waveguide of the present embodiment is formed by forming a waveguide layer 20 having a layer thickness of about 70 μm on a silicon wafer 10 having a thickness of 1 mm. The waveguide layer 20 is composed of a 1 × 8 branch type core portion 30 made of quartz glass, and a clad layer 40 made of quartz glass in which the core portion 30 is embedded and which has a lower refractive index than the core portion 30. .
【0015】コア部30の両側のクラッド層40には応
力解放用の溝60がコア部30に沿って形成されてお
り、クラッド層40の帯状部46は、この溝60を横断
している。クラッド層40のうちコア部30を被覆する
部分をクラッド部45と呼び、コア部30およびクラッ
ド部45からなる直方体状の構造を導波路部50と呼ぶ
と、この導波路部50は帯状部46を除く周囲のクラッ
ド層40から切り離されている。Grooves 60 for releasing stress are formed in the clad layer 40 on both sides of the core portion 30 along the core portion 30, and the strip-shaped portions 46 of the clad layer 40 cross the groove 60. A portion of the cladding layer 40 that covers the core portion 30 is referred to as a cladding portion 45, and a rectangular parallelepiped structure including the core portion 30 and the cladding portion 45 is referred to as a waveguide portion 50. Are separated from the surrounding cladding layer 40 except for.
【0016】さらに、導波路部50の下のシリコンウェ
ーハ10には凹部70が形成されており、これにより導
波路部50は基板10から分離されている。このよう
に、本実施例の光導波路は、導波路部50がシリコンウ
ェーハ10および周囲のクラッド層40から分離され
た、いわゆるエアブリッジ構造を有している。Further, a recess 70 is formed in the silicon wafer 10 below the waveguide section 50, whereby the waveguide section 50 is separated from the substrate 10. As described above, the optical waveguide of this embodiment has a so-called air bridge structure in which the waveguide portion 50 is separated from the silicon wafer 10 and the surrounding cladding layer 40.
【0017】図2は、このエアブリッジ構造を示す部分
断面斜視図である。ハッチングの施された領域15は、
シリコンウェーハ10の表面である。ここに示されるよ
うに、エアブリッジ構造は、ウェーハ10および周囲の
クラッド層40から分離された導波路部50が、帯状部
46の下に位置する支持部80によってウェーハ10上
に支持された構造である。FIG. 2 is a partial cross-sectional perspective view showing this air bridge structure. The hatched area 15 is
It is the surface of the silicon wafer 10. As shown here, the air bridge structure is a structure in which the waveguide portion 50 separated from the wafer 10 and the surrounding cladding layer 40 is supported on the wafer 10 by the support portion 80 located below the strip portion 46. Is.
【0018】本実施例において支持部80は全部で7箇
所に配置されており、単芯側の端部とY分岐部との間、
およびY分岐部同士の間に設けられている。この支持部
80はウェーハ10の一部であり、後述するような方法
でウェーハ10に作り込まれたものである。なお、支持
部80を分岐部の近傍に配置すると光分岐に影響を与え
る可能性があるので、支持部80は、本実施例のよう
に、分岐部から離れた分岐部同士の中間に配置するのが
好ましい。In this embodiment, the supporting portions 80 are arranged at seven places in total, and between the end on the single core side and the Y branch portion,
And provided between the Y branch portions. The supporting portion 80 is a part of the wafer 10 and is built in the wafer 10 by a method described later. Since the support part 80 may affect the optical branching if it is arranged near the branch part, the support part 80 is arranged in the middle of the branch parts apart from the branch part as in the present embodiment. Is preferred.
【0019】図3は、光導波路100について図1のA
−A′線に沿った断面構造を示す図であり、本実施例の
エアブリッジ構造を示している。図3のように、クラッ
ド層40はシリコンウェーハ10上に形成された下部ク
ラッド層41、およびこの上に形成された上部クラッド
層42から構成されている。コア部30は8×8μmの
断面を有している。また、導波路部50の厚さはクラッ
ド層40と同じ約70μmであり、その幅は50μmで
ある。FIG. 3 shows an optical waveguide 100 of FIG.
It is a figure which shows the cross-section structure along the -A 'line, and has shown the air bridge structure of a present Example. As shown in FIG. 3, the cladding layer 40 is composed of a lower cladding layer 41 formed on the silicon wafer 10 and an upper cladding layer 42 formed thereon. The core portion 30 has a cross section of 8 × 8 μm. The thickness of the waveguide portion 50 is about 70 μm, which is the same as that of the cladding layer 40, and the width thereof is 50 μm.
【0020】図4および図5は、導波路部50を支持す
る構造を示す断面であり、図4は光導波路100につい
て図1のB−B′線に沿った断面構造を示し、図5は導
波路部50、帯状部46および支持部80の側断面図で
ある。図5のように、帯状部46の下に存在する支持部
80によって導波路部50がシリコンウェーハ10上に
支持されており、支持部80の両側には導波路部50と
ウェーハ10との間に空気が介在してなる中空部85が
形成されている。4 and 5 are sectional views showing a structure for supporting the waveguide section 50. FIG. 4 shows a sectional structure of the optical waveguide 100 taken along the line BB 'in FIG. 1, and FIG. FIG. 7 is a side sectional view of the waveguide section 50, the band-shaped section 46, and the support section 80. As shown in FIG. 5, the waveguide portion 50 is supported on the silicon wafer 10 by the support portion 80 existing under the strip portion 46, and the waveguide portion 50 and the wafer 10 are provided on both sides of the support portion 80. A hollow portion 85 formed by interposing air therein is formed.
【0021】以下、本実施例の光導波路の作製方法を説
明する。図6〜図8、図10および図11は、本実施例
の作製工程を示す図である。本実施例では、厚さ1mm
のシリコンウェーハ上に導波路層が形成された光導波路
を用意した後、この光導波路にエッチング処理を施すこ
とによりエアブリッジ構造を有する光導波路を作製す
る。The method of manufacturing the optical waveguide of this embodiment will be described below. 6 to 8, FIG. 10 and FIG. 11 are views showing the manufacturing process of this embodiment. In this embodiment, the thickness is 1 mm
After preparing an optical waveguide having a waveguide layer formed on the silicon wafer, the optical waveguide is manufactured by etching the optical waveguide.
【0022】まず、本実施例の光導波路100の作製の
基礎となる光導波路200を用意する。これは、以下の
ように作製されるものである。First, an optical waveguide 200, which is a basis for manufacturing the optical waveguide 100 of this embodiment, is prepared. This is produced as follows.
【0023】最初に、図6のように、厚さ1mmのシリ
コンウェーハ上に厚さ30μmの下部クラッド層および
8×8μm断面のコア部30を形成する。具体的には、
まず、火炎堆積法により下部クラッド層となるべき第1
のガラス微粒子層を堆積する。これは、酸水素炎バーナ
を用い、酸水素炎中にガラス微粒子の原料となるSiC
l4 等のガスをキャリアガスであるO2 とともに送り込
み、シリコンウエーハ10上に吹き付けることにより行
う。次に、同様の方法により、第1のガラス微粒子層の
上にコア部30となるべき第2のガラス微粒子層を堆積
する。First, as shown in FIG. 6, a lower cladding layer having a thickness of 30 μm and a core portion 30 having a cross section of 8 × 8 μm are formed on a silicon wafer having a thickness of 1 mm. In particular,
First, the first clad layer to be the lower clad layer by the flame deposition method
Deposit a layer of fine glass particles. This is an oxyhydrogen flame burner, which is used as a raw material for the glass particles during oxyhydrogen flame.
A gas such as l 4 is sent together with O 2 which is a carrier gas, and is blown onto the silicon wafer 10. Next, by the same method, a second glass fine particle layer to be the core portion 30 is deposited on the first glass fine particle layer.
【0024】第1のガラス微粒子層を形成するときに
は、ドーパント原料たるBBr3 およびPOCl4 のガ
スをSiCl4 とともに酸水素火炎に送り込む。第2の
ガラス微粒子層を形成するときは、BBr3 およびPO
Cl4 に加え、コア部30の屈折率を高めるべくGeC
l4 のガスを送り込む。When forming the first glass fine particle layer, gases of BBr 3 and POCl 4 which are dopant raw materials are sent into the oxyhydrogen flame together with SiCl 4 . When forming the second glass fine particle layer, BBr 3 and PO are used.
In addition to Cl 4 , in order to increase the refractive index of the core portion 30, GeC
Inject gas of l 4 .
【0025】次に、第1および第2のガラス微粒子層が
積層されたシリコンウエーハ10を焼結炉で加熱、溶融
した後、徐冷して、各層を透明ガラス化する。これによ
り、シリコンウエーハ10上に下部クラッド層41およ
びコア部30となるべきコアガラス層が形成される。Next, the silicon wafer 10 on which the first and second glass fine particle layers are laminated is heated and melted in a sintering furnace, and then gradually cooled to make each layer a transparent glass. As a result, the lower cladding layer 41 and the core glass layer to be the core portion 30 are formed on the silicon wafer 10.
【0026】次いで、反応性イオンエッチングによりコ
アガラス層にパターニング加工を施し、1×8分岐のコ
ア部30を形成する(図6)。なお、8芯側の端部にお
いて各芯のピッチは250μmである。Then, the core glass layer is patterned by reactive ion etching to form a 1 × 8 branched core portion 30 (FIG. 6). The pitch of the cores at the 8-core end is 250 μm.
【0027】次に、図7のように、コア部30を被覆す
る上部クラッド層42を形成する。具体的には、火炎堆
積法により上部クラッド層42となるべき第3のガラス
微粒子層を下部クラッド層41およびコア部30の上に
積層する。これは、酸水素火炎にドーパント原料たるB
Br3 およびPOCl4 のガスをSiCl4 とともに送
り込み、酸水素炎バーナを用いてコア部30および下部
クラッド層41の上面に吹き付けて行う。この後、この
ガラス微粒子層を焼結炉で加熱してから徐冷して透明ガ
ラス化すると上部クラッド層42となる。この上部クラ
ッド層42は下部クラッド層41と組み合って、コア部
30が埋設されるクラッド層40を形成している。Next, as shown in FIG. 7, an upper clad layer 42 that covers the core portion 30 is formed. Specifically, a third glass fine particle layer to be the upper clad layer 42 is laminated on the lower clad layer 41 and the core portion 30 by the flame deposition method. This is B that is a dopant material for oxyhydrogen flame.
Br 3 gas and POCl 4 gas are sent together with SiCl 4 and blown onto the upper surfaces of the core portion 30 and the lower cladding layer 41 using an oxyhydrogen flame burner. After that, this glass fine particle layer is heated in a sintering furnace and then gradually cooled to be a transparent vitrification, which becomes an upper clad layer 42. The upper clad layer 42 is combined with the lower clad layer 41 to form a clad layer 40 in which the core portion 30 is embedded.
【0028】コア部30の上面から上部クラッド層42
の上面までの厚さは30μmである。これにより、シリ
コンウェーハ10上には層厚約70μmの導波路層20
が形成され、エアブリッジ構造を有する光導波路100
の基礎となる光導波路200が完成する(図7)。From the upper surface of the core portion 30 to the upper clad layer 42
The thickness to the upper surface of is 30 μm. As a result, the waveguide layer 20 having a layer thickness of about 70 μm is formed on the silicon wafer 10.
And an optical waveguide 100 having an air bridge structure
The optical waveguide 200 which is the basis of the above is completed (FIG. 7).
【0029】次に、光導波路200にエッチング加工を
施して光導波路100を形成する。Then, the optical waveguide 200 is etched to form the optical waveguide 100.
【0030】図8のように、通常のレジストプロセスに
より上部クラッド層42の上面に厚膜レジストのパター
ン91および92を形成する。コア部30の上方には導
波路部50を形成するためのレジストパターン(導波路
部パターン)92が形成されている。導波路部パターン
92の左右には、応力解放用の溝60を形成するための
開口93が形成されている。開口93および導波路部パ
ターン92の幅は、それぞれ約50μmである(図
8)。As shown in FIG. 8, thick film resist patterns 91 and 92 are formed on the upper surface of the upper clad layer 42 by a normal resist process. A resist pattern (waveguide portion pattern) 92 for forming the waveguide portion 50 is formed above the core portion 30. Openings 93 for forming the stress releasing grooves 60 are formed on the left and right sides of the waveguide pattern 92. The width of each of the openings 93 and the waveguide pattern 92 is about 50 μm (FIG. 8).
【0031】図9は、このレジストパターンの平面形状
を示す図である。図9においてハッチングの施された領
域が、レジストパターン91および92を示している。
このように、開口93は、導波路部パターン92に沿っ
て形成されている。なお、ハッチングの施された領域を
導波路層20の上面とし、また、白抜きの領域を応力解
放用の溝60と考えれば、図9のレジストパターンは本
実施例の光導波路の平面形状に等しい(図9)。FIG. 9 is a diagram showing the planar shape of this resist pattern. The hatched areas in FIG. 9 indicate resist patterns 91 and 92.
Thus, the opening 93 is formed along the waveguide pattern 92. Considering the hatched region as the upper surface of the waveguide layer 20 and the white region as the stress releasing groove 60, the resist pattern of FIG. 9 has a planar shape of the optical waveguide of this embodiment. Equal (Figure 9).
【0032】次に、図10のように、レジストパターン
91および92をマスク層として反応性イオンエッチン
グ(RIE)により、開口93の下の導波路層20を選
択的に除去してシリコンウェーハ10の表面を露出させ
る。エッチングガスはC2 F6 、その流量は50scc
m、雰囲気圧は5Paとする。このRIEは異方性エッ
チングであるので、導波路層20の除去はウェーハ10
の表面にほぼ垂直に進行する。これにより、コア部30
の両側のクラッド層40にコア部30に沿った応力解放
用の溝が形成され、コア部30とこれを取り囲むクラッ
ド部45とからなる導波路部50が形成される(図1
0)。なお、応力解放用の溝60は本実施例のようにエ
ッチングで形成する他、ダイシング加工により導波路層
20を研削して形成することもできる。Next, as shown in FIG. 10, the waveguide layer 20 below the opening 93 is selectively removed by reactive ion etching (RIE) using the resist patterns 91 and 92 as mask layers to remove the silicon wafer 10 from the silicon wafer 10. Expose the surface. The etching gas is C 2 F 6 , and the flow rate is 50 scc
m, and the atmospheric pressure is 5 Pa. Since this RIE is anisotropic etching, the removal of the waveguide layer 20 requires removal of the wafer 10.
Progresses almost perpendicular to the surface of. Thereby, the core portion 30
Grooves for stress release along the core portion 30 are formed in the cladding layers 40 on both sides of the core portion 30 and the waveguide portion 50 including the core portion 30 and the cladding portion 45 surrounding the core portion 30 is formed (FIG. 1).
0). The stress releasing groove 60 may be formed by etching as in the present embodiment, or may be formed by grinding the waveguide layer 20 by dicing.
【0033】次いで、図11のように、シリコンウェー
ハ10をエッチング液であるKOH液に浸漬して、シリ
コンのウェットエッチングを行う。RIEにより形成さ
れた溝60にKOHが流入し、ウェーハ10の露出した
面から等方的にエッチングが進行して、導波路部50の
下のウェーハ10が除去される。こうしてウェーハ10
に形成された凹部70により、導波路部50はウェーハ
10から分離される。Then, as shown in FIG. 11, the silicon wafer 10 is dipped in a KOH solution which is an etching solution to perform wet etching of silicon. KOH flows into the groove 60 formed by RIE, isotropically etches from the exposed surface of the wafer 10, and the wafer 10 under the waveguide portion 50 is removed. Wafer 10
The waveguide portion 50 is separated from the wafer 10 by the concave portion 70 formed in.
【0034】溝60以外の部分はレジストパターン91
および92によりマスクされているので、エッチングは
進行しない。KOHは、SiO2 よりもSiに対するエ
ッチングレートが十分に高いので、溝60の側面に露出
する導波路層20もほとんど除去されない。なお、エッ
チングが終了したらレジストパターン91および92を
除去する(図11)。A portion other than the groove 60 is a resist pattern 91.
Since it is masked by and 92, the etching does not proceed. Since KOH has a sufficiently higher etching rate for Si than SiO 2 , the waveguide layer 20 exposed on the side surface of the groove 60 is hardly removed. After etching is completed, the resist patterns 91 and 92 are removed (FIG. 11).
【0035】こうして、図1や図3に示される本実施例
の光導波路100が完成する。なお、レジストパターン
91および92を残しておいても、光通信において十分
に使用可能な光導波路となる。但し、レジストパターン
91および92から応力が付与されることも考えられる
ので、本実施例のように除去するのがより好ましいと思
われる。Thus, the optical waveguide 100 of this embodiment shown in FIGS. 1 and 3 is completed. Even if the resist patterns 91 and 92 are left, the optical waveguide can be sufficiently used in optical communication. However, since stress may be applied from the resist patterns 91 and 92, it is more preferable to remove it as in this embodiment.
【0036】こうして作製された本実施例の光導波路1
00は、導波路部50が応力解放用の溝60により帯状
部46を除くクラッド層40から切り離されているの
で、ウェーハ(基板)10のシリコンと導波路層20の
石英ガラスとの熱膨張係数の差に起因してウェーハ10
から導波路部50の側方の上部クラッド層42および下
部クラッド層41を通じてコア部の側面に付与される膜
応力が解放される。さらに、導波路部50は支持部80
を除いてウェーハ10から分離されているので、ウェー
ハ10から導波路部50のクラッド部45を介してコア
部30の上下面に付与される膜応力も解放される。した
がって、図12の導波路部50において矢印で示すよう
に、コア部30に付与される圧縮応力が大幅に低減さ
れ、コア部30の内部応力も大幅に低減される。これに
より、コア部30の内部応力が導波光に与える影響も低
減されるので、本実施例の光導波路100は偏光特性
(PDL)が小さい。The optical waveguide 1 of this embodiment produced in this way
00 is separated from the clad layer 40 excluding the band-shaped portion 46 by the stress releasing groove 60, so that the thermal expansion coefficient of silicon of the wafer (substrate) 10 and quartz glass of the waveguide layer 20 is 00. Wafer 10 due to the difference in
Through the upper clad layer 42 and the lower clad layer 41 on the side of the waveguide section 50, the film stress applied to the side surface of the core section is released. In addition, the waveguide section 50 includes the support section 80.
Since it is separated from the wafer 10 except for, the film stress applied to the upper and lower surfaces of the core portion 30 from the wafer 10 via the clad portion 45 of the waveguide portion 50 is also released. Therefore, as shown by the arrow in the waveguide section 50 of FIG. 12, the compressive stress applied to the core section 30 is significantly reduced, and the internal stress of the core section 30 is also significantly reduced. As a result, the influence of the internal stress of the core portion 30 on the guided light is also reduced, so that the optical waveguide 100 of this embodiment has a small polarization characteristic (PDL).
【0037】実施例2 図13は、本実施例の光導波路110の断面構造を示す
図である。この光導波路110は、実施例1の光導波路
100において、シリコンウェーハ10の凹部70およ
び溝60に紫外線硬化樹脂(補強材料)95が充填され
たものであり、これにより光導波路の強度が高まる。こ
の光導波路110は、実施例1のようにして光導波路1
00を作製した後、応力解放用の溝60からゲル状の紫
外線硬化樹脂95を流入し、紫外線を照射してこれを固
化させることにより作製する。シリコンウェーハ10お
よびクラッド層40から導波路部50を一度分離するこ
とでコア部30の内部応力は解放されるので、この後、
双方の間に紫外線硬化樹脂95を介在させても、コア部
30の内部応力が十分に低減された状態が維持される。
したがって、本実施例の光導波路110も偏光特性が小
さい。なお、凹部70および溝60に充填するのは、紫
外線硬化樹脂95に限られず、赤外線硬化樹脂や半田な
ど、他の補強材料を用いることも可能である。Example 2 FIG. 13 is a view showing the cross-sectional structure of the optical waveguide 110 of this example. The optical waveguide 110 is the same as the optical waveguide 100 of the first embodiment, except that the concave portion 70 and the groove 60 of the silicon wafer 10 are filled with the ultraviolet curable resin (reinforcing material) 95, and thereby the strength of the optical waveguide is increased. This optical waveguide 110 is the same as in the first embodiment.
After manufacturing 00, a gel-like ultraviolet curable resin 95 is flown in from the stress releasing groove 60 and irradiated with ultraviolet rays to be solidified. Since the waveguide portion 50 is once separated from the silicon wafer 10 and the cladding layer 40, the internal stress of the core portion 30 is released.
Even if the ultraviolet curable resin 95 is interposed between the both, the state in which the internal stress of the core portion 30 is sufficiently reduced is maintained.
Therefore, the optical waveguide 110 of this embodiment also has a small polarization characteristic. It should be noted that the concave portion 70 and the groove 60 are not limited to being filled with the ultraviolet curable resin 95, and other reinforcing materials such as infrared curable resin and solder can be used.
【0038】本発明は上記実施例に限定されるものでは
なく、様々な変形が可能である。例えば、本発明の効果
は、導波路部を基板およびクラッド層から分離すること
により得られるものなので、この条件さえ満足していれ
ば、その他の構造はどのようなものでも構わない。した
がって、応力解放用溝60の形成に用いるレジストパタ
ーンも図9に示すものに限られず、様々な平面形状のも
のが考えられる。The present invention is not limited to the above embodiment, but various modifications can be made. For example, the effect of the present invention is obtained by separating the waveguide part from the substrate and the clad layer, so that any other structure may be used as long as this condition is satisfied. Therefore, the resist pattern used for forming the stress releasing groove 60 is not limited to that shown in FIG. 9, and various planar shapes are conceivable.
【0039】図14は、レジストパターンの一例を示し
たものであるが、このパターンのように開口93の幅は
導波路部パターン92に沿って一様でなくても良い。な
お、図14のレジストパターンを用いて作製される光導
波路は、導波路層20の多くが溝60の形成により除去
されたものなので、実施例2のように溝60に補強材料
を流入して固化させるのが強度の点から好ましい。Although FIG. 14 shows an example of the resist pattern, the width of the opening 93 may not be uniform along the waveguide portion pattern 92 like this pattern. In the optical waveguide manufactured using the resist pattern of FIG. 14, most of the waveguide layer 20 was removed by forming the groove 60, so that the reinforcing material is introduced into the groove 60 as in the second embodiment. From the viewpoint of strength, it is preferable to solidify.
【0040】また、シリコンウェーハ10上に酸化膜
(SiO2 )が形成されたものに導波路層20を形成し
た光導波路を用意し、これにエッチング加工を施して本
発明の光導波路を作製することも、もちろん可能であ
る。この場合は、RIE等により導波路層20および酸
化膜を除去して応力解放用の溝60を形成するととも
に、実施例1と同様に、露出したウェーハ10の表面に
エッチング液を流入してウェーハ10のウェットエッチ
ングを行えば、基板であるウェーハ10と導波路部50
とが分離された本発明の光導波路を得ることができる。Further, an optical waveguide in which the waveguide layer 20 is formed on the silicon wafer 10 on which the oxide film (SiO 2 ) is formed is prepared, and the optical waveguide of the present invention is manufactured by etching the optical waveguide. Of course, it is possible. In this case, the waveguide layer 20 and the oxide film are removed by RIE or the like to form the stress releasing groove 60, and the etching liquid is introduced into the exposed surface of the wafer 10 to expose the wafer 10 as in the first embodiment. If wet etching of 10 is performed, the wafer 10 as the substrate and the waveguide 50
It is possible to obtain the optical waveguide of the present invention in which and are separated.
【0041】また、実施例ではウェーハ10にエッチン
グ加工を施すことで凹部70を形成し、導波路部50を
ウェーハ10から分離したが、導波路部50を構成する
クラッド部45の下部を選択的にエッチングして除去す
ることにより分離することも可能である。Further, in the embodiment, the concave portion 70 is formed by etching the wafer 10 and the waveguide portion 50 is separated from the wafer 10. However, the lower portion of the clad portion 45 forming the waveguide portion 50 is selectively formed. It is also possible to separate by etching and removing.
【0042】また、実施例ではシリコンウェーハ10に
対して等方性エッチング加工を施して凹部70を形成
し、導波路部50とウェーハ10とを分離したが、ウェ
ーハ表面の面方位を選択して異方性エッチングとして
も、導波路部50をウェーハから分離することができ
る。例えば、表面が(100)面のシリコンウェーハ1
1を用いれば、図15に示すような断面V字状の溝71
がウェーハ11に形成されて、導波路部50がウェーハ
11から分離された光導波路が得られる。In the embodiment, the silicon wafer 10 is isotropically etched to form the recess 70 and the waveguide portion 50 and the wafer 10 are separated, but the plane orientation of the wafer surface is selected. The waveguide portion 50 can be separated from the wafer even by anisotropic etching. For example, a silicon wafer 1 having a (100) surface
1, the groove 71 having a V-shaped cross section as shown in FIG.
Is formed on the wafer 11 to obtain an optical waveguide in which the waveguide section 50 is separated from the wafer 11.
【0043】[0043]
【発明の効果】以上、詳細に説明した通り、本発明の光
導波路では、クラッド層に形成された溝によりコア部の
側面に付与される膜応力が解放され、さらに導波路部が
基板から分離されていることでコア部の上下面に付与さ
れる膜応力も解放される。これにより、コア部の内部応
力が大幅に低減されるので、偏光特性の小さい光導波路
を実現することができる。As described in detail above, in the optical waveguide of the present invention, the film stress applied to the side surface of the core portion is released by the groove formed in the cladding layer, and the waveguide portion is separated from the substrate. By doing so, the film stress applied to the upper and lower surfaces of the core portion is also released. As a result, the internal stress of the core portion is significantly reduced, so that an optical waveguide having small polarization characteristics can be realized.
【0044】また、本発明の光導波路の作製方法によれ
ば、第1のエッチングによりクラッド層に溝を形成して
コア部の側面に付与される膜応力を解放し、さらにこの
溝にエッチング液を流入して第2のエッチングを行うこ
とにより、コア部を支持する箇所を残して基板とクラッ
ド層とを分離して、コア部の上下面に付与される膜応力
を解放する。これにより、コア部の内部応力が大幅に低
減され偏光特性の小さい本発明の光導波路を得ることが
できる。Further, according to the method of manufacturing an optical waveguide of the present invention, a groove is formed in the cladding layer by the first etching to release the film stress applied to the side surface of the core portion, and the etching liquid is further added to the groove. And the second etching is performed to separate the substrate and the clad layer, leaving the portion supporting the core portion, and release the film stress applied to the upper and lower surfaces of the core portion. As a result, the internal stress of the core portion is significantly reduced, and the optical waveguide of the present invention having a small polarization characteristic can be obtained.
【図1】実施例1の光導波路100の構造を示す全体斜
視図である。FIG. 1 is an overall perspective view showing the structure of an optical waveguide 100 according to a first embodiment.
【図2】エアブリッジ構造を示す部分断面斜視図であ
る。FIG. 2 is a partial cross-sectional perspective view showing an air bridge structure.
【図3】図1のA−A′線に沿った光導波路100の断
面構造を示す図である。3 is a diagram showing a cross-sectional structure of the optical waveguide 100 taken along the line AA ′ in FIG.
【図4】図1のB−B′線に沿った光導波路100の断
面構造を示す図である。4 is a diagram showing a cross-sectional structure of the optical waveguide 100 taken along the line BB ′ of FIG.
【図5】導波路部50、帯状部46および支持部80を
示す側断面図である。FIG. 5 is a side sectional view showing a waveguide section 50, a strip section 46, and a support section 80.
【図6】実施例1の作製工程を示す第1の図である。FIG. 6 is a first diagram showing a manufacturing process of the first embodiment.
【図7】実施例1の作製工程を示す第2の図である。FIG. 7 is a second diagram illustrating the manufacturing process of the first embodiment.
【図8】実施例1の作製工程を示す第3の図である。FIG. 8 is a third diagram illustrating the manufacturing process of the first embodiment.
【図9】レジストパターンの平面形状を示す図である。FIG. 9 is a diagram showing a planar shape of a resist pattern.
【図10】実施例1の作製工程を示す第4の図である。FIG. 10 is a fourth diagram illustrating the manufacturing process of the first embodiment.
【図11】実施例1の作製工程を示す第5の図である。FIG. 11 is a fifth diagram illustrating the manufacturing process of the first embodiment.
【図12】コア部30の内部応力を示す図である。FIG. 12 is a diagram showing internal stress of the core portion 30.
【図13】実施例2の光導波路110の断面構造を示す
図である。13 is a diagram showing a cross-sectional structure of an optical waveguide 110 of Example 2. FIG.
【図14】レジストパターンの一例を示す平面図であ
る。FIG. 14 is a plan view showing an example of a resist pattern.
【図15】シリコンウェーハ11に異方性エッチングを
施して作製した光導波路の断面構造を示す図である。FIG. 15 is a diagram showing a cross-sectional structure of an optical waveguide produced by anisotropically etching a silicon wafer 11.
10…シリコンウェーハ、20…導波路層、30…コア
部、40…クラッド層、45…クラッド部、46…帯状
部、50…導波路部、60…応力解放用の溝、70…凹
部、80…支持部。DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Silicon wafer, 20 ... Waveguide layer, 30 ... Core part, 40 ... Clad layer, 45 ... Clad part, 46 ... Band part, 50 ... Waveguide part, 60 ... Stress release groove | channel, 70 ... Recessed part, 80 … Supporting part.
Claims (6)
埋設され、このコア部より低屈折率のクラッド層とから
構成される導波路層が基板上に形成された光導波路にお
いて、 前記コア部の両側の前記クラッド層には前記コア部に沿
って溝が形成されており、この溝によって切り離された
前記コア部およびこれを被覆するクラッド部からなる導
波路部が前記基板から分離されていることを特徴とする
光導波路。1. An optical waveguide in which a waveguide layer composed of a core portion which is an optical waveguide portion and a core layer which is embedded and has a refractive index lower than that of the core portion is formed on a substrate, A groove is formed in the clad layer on both sides of the core part along the core part, and a waveguide part including the core part separated by the groove and the clad part covering the core part is separated from the substrate. An optical waveguide characterized in that
一部において前記基板と接していることを特徴とする請
求項1記載の光導波路。2. The optical waveguide according to claim 1, wherein the clad portion of the waveguide portion is in contact with the substrate at a part thereof.
記クラッド層に形成された溝には、補強材料が充填され
ていることを特徴とする請求項1記載の光導波路。3. The optical waveguide according to claim 1, wherein a reinforcing material is filled between the waveguide portion and the substrate and in the groove formed in the clad layer.
埋設され、このコア部よりも低屈折率のクラッド層とか
ら構成される導波路層が基板上に形成された光導波路を
用意する第1の工程と、 第1のエッチングにより前記コア部の両側の前記クラッ
ド層に前記コア部に沿った溝を形成する第2の工程と、 前記第2の工程で形成された前記クラッド層の溝にエッ
チング液を流入して第2のエッチングを行うことによ
り、前記コア部を支持する箇所を残して前記基板と前記
クラッド層とを分離する第3の工程と、 を備える光導波路の作製方法。4. An optical waveguide in which a waveguide layer composed of a core portion which is an optical waveguide portion and a core layer which is embedded and has a refractive index lower than that of the core portion is formed on a substrate. A first step of preparing, a second step of forming grooves along the core portion in the cladding layers on both sides of the core portion by first etching, and the clad formed in the second step A third step of separating the substrate and the clad layer by leaving an area supporting the core portion by flowing an etching liquid into the groove of the layer and performing the second etching. Manufacturing method.
層に形成された溝に補強材料を流入して固化させる工程
をさらに備えることを特徴とする請求項4記載の光導波
路の作製方法。5. The method of manufacturing an optical waveguide according to claim 4, further comprising a step of injecting a reinforcing material into a groove formed in the cladding layer to solidify the reinforcing material, following the third step. .
ラスからなる導波路層がシリコン基板上に形成された光
導波路を用意する工程であり、 前記第1のエッチングは反応性イオンエッチングである
ことを特徴とする請求項4記載の光導波路の作製方法。6. The first step is a step of preparing an optical waveguide in which a waveguide layer made of glass containing quartz is formed on a silicon substrate, and the first etching is reactive ion etching. 5. The method of manufacturing an optical waveguide according to claim 4, wherein
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP14820594A JPH0815540A (en) | 1994-06-29 | 1994-06-29 | Optical waveguide and its production |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (1)
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JPH0815540A true JPH0815540A (en) | 1996-01-19 |
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Country | Link |
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JP (1) | JPH0815540A (en) |
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-
1994
- 1994-06-29 JP JP14820594A patent/JPH0815540A/en active Pending
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