JPH10319263A - 光導波路及びその製造方法並びに光デバイス - Google Patents
光導波路及びその製造方法並びに光デバイスInfo
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- JPH10319263A JPH10319263A JP9073767A JP7376797A JPH10319263A JP H10319263 A JPH10319263 A JP H10319263A JP 9073767 A JP9073767 A JP 9073767A JP 7376797 A JP7376797 A JP 7376797A JP H10319263 A JPH10319263 A JP H10319263A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 シングルモード光ファイバとモードフィール
ド整合のとりやすい光導波路及びその製造方法並びに光
デバイスを提供する。 【解決手段】 基板１と、その基板１上に形成されＳｉ
Ｏ2 からなるクラッド層２と、そのクラッド層２の中に
形成されＳｉＯ2 に屈折率制御用添加剤を少なくとも一
種類含んだコア層３とを備えた光導波路において、コア
層３を、フッ素が添加されたＳｉＯ2 からなる中間層９
で覆うことにより、１０００℃から１２００℃の高温加
熱処理を施しても屈折率及びフッ素濃度分布がほとんど
変化せず、安定なため、高い比屈折率差が得られる。ま
た、光導波路８の入出力端に光ファイバ５とのモードフ
ィールド整合をとるためのモード変換部を設けることが
できるので、光ファイバ５と低損失で接続することがで
き、接続部からの反射光を極端に小さくすることができ
る。
ド整合のとりやすい光導波路及びその製造方法並びに光
デバイスを提供する。 【解決手段】 基板１と、その基板１上に形成されＳｉ
Ｏ2 からなるクラッド層２と、そのクラッド層２の中に
形成されＳｉＯ2 に屈折率制御用添加剤を少なくとも一
種類含んだコア層３とを備えた光導波路において、コア
層３を、フッ素が添加されたＳｉＯ2 からなる中間層９
で覆うことにより、１０００℃から１２００℃の高温加
熱処理を施しても屈折率及びフッ素濃度分布がほとんど
変化せず、安定なため、高い比屈折率差が得られる。ま
た、光導波路８の入出力端に光ファイバ５とのモードフ
ィールド整合をとるためのモード変換部を設けることが
できるので、光ファイバ５と低損失で接続することがで
き、接続部からの反射光を極端に小さくすることができ
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光導波路及びその
製造方法並びに光デバイスに関する。
製造方法並びに光デバイスに関する。
【０００２】
【従来の技術】光デバイスの低コスト化、小形化、高機
能化をめざして石英系ガラスを用いた導波路型光デバイ
スの研究開発が活発になっている。
能化をめざして石英系ガラスを用いた導波路型光デバイ
スの研究開発が活発になっている。
【０００３】図８は、従来のピッグテールファイバ付き
の光デバイスを示す図である。
の光デバイスを示す図である。
【０００４】同図に示す光デバイスは、光導波路４の入
力端１０にシングルモード光ファイバ５を接続したもの
である。光導波路４は、基板１の上にクラッド層２が形
成され、そのクラッド層２内に略矩形断面形状のコア層
３が形成された構造を有している。この光導波路４は、
図８（ｄ）に示すように、コア層３の屈折率ｎ1 とクラ
ッド層２の屈折率ｎ2 との比屈折率差Δが０．８％以上
の高Δ光導波路である。そのため、コア層３の幅及び厚
みは比屈折率差Δが高くなる程小さくなり、通常５μｍ
以下である。シングルモード光ファイバ５のコア（屈折
率ｎC ）７とクラッド（屈折率ｎ2 ）６との比屈折率差
Δは約０．３％であり、コア７の直径Ｄ1 は約１０μｍ
である。従って、光導波路４とシングルモード光ファイ
バ５との接続部は、モードフィールド整合をとる必要が
ある。
力端１０にシングルモード光ファイバ５を接続したもの
である。光導波路４は、基板１の上にクラッド層２が形
成され、そのクラッド層２内に略矩形断面形状のコア層
３が形成された構造を有している。この光導波路４は、
図８（ｄ）に示すように、コア層３の屈折率ｎ1 とクラ
ッド層２の屈折率ｎ2 との比屈折率差Δが０．８％以上
の高Δ光導波路である。そのため、コア層３の幅及び厚
みは比屈折率差Δが高くなる程小さくなり、通常５μｍ
以下である。シングルモード光ファイバ５のコア（屈折
率ｎC ）７とクラッド（屈折率ｎ2 ）６との比屈折率差
Δは約０．３％であり、コア７の直径Ｄ1 は約１０μｍ
である。従って、光導波路４とシングルモード光ファイ
バ５との接続部は、モードフィールド整合をとる必要が
ある。
【０００５】すなわち、光導波路４の入力端１０の導波
路断面内（Ｂ−Ｂ線）の屈折率分布を図８（ｃ）のよう
に拡散分布にしなければならない。この拡散分布は、Ｓ
ｉＯ ２に屈折率制御用ドーパントとしてＧｅ，Ｔｉ，
Ｐ，Ｚｎ，Ｓｂ，Ｓｎ等を少なくとも一種類添加したも
のをコア層３の材料とし、光導波路４の入力端１０を加
熱して上記ドーパントを拡散させることによって実現す
る。
路断面内（Ｂ−Ｂ線）の屈折率分布を図８（ｃ）のよう
に拡散分布にしなければならない。この拡散分布は、Ｓ
ｉＯ ２に屈折率制御用ドーパントとしてＧｅ，Ｔｉ，
Ｐ，Ｚｎ，Ｓｂ，Ｓｎ等を少なくとも一種類添加したも
のをコア層３の材料とし、光導波路４の入力端１０を加
熱して上記ドーパントを拡散させることによって実現す
る。
【０００６】上記ドーパントを拡散させる方法は、図９
（従来の光導波路へのモード変換部形成方法の概略図で
ある。）に示すように、光導波路４の一端（図では右
端）をサンプルホルダ１２で保持して、サンプルホルダ
１２内に冷却水を矢印１３−１，１３−２方向に流入、
流出させて冷却すると共に、光導波路４の他端（図では
左端）をヒータ１１で加熱する方法である。尚、１４は
熱拡散領域であり、他端から４ｍｍ以上の領域である。
（従来の光導波路へのモード変換部形成方法の概略図で
ある。）に示すように、光導波路４の一端（図では右
端）をサンプルホルダ１２で保持して、サンプルホルダ
１２内に冷却水を矢印１３−１，１３−２方向に流入、
流出させて冷却すると共に、光導波路４の他端（図では
左端）をヒータ１１で加熱する方法である。尚、１４は
熱拡散領域であり、他端から４ｍｍ以上の領域である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】ところで、光導波路４
の比屈折率差Δが１．５％よりも高くなってくると、コ
ア層３の屈折率ｎ１ の値が大きくなり、逆にコア層６
の幅や厚みが４μｍ以下に小さくなってしまう。このよ
うな光導波路４の構造のものと、シングルモード光ファ
イバ５との間でモードフィールド整合をとると、図８
（ｃ）に示すようにコア層３内のドーパントをクラッド
層２内に深く拡散させていかなければならない。このた
め、コア層６の幅及び厚みが大きくなりすぎてしまう。
すなわち、光導波路４の入力端付近の断面内（Ｂ−Ｂ
線）のコア層の幅及び厚みＤ2 がコア７の直径Ｄ1 より
も大きくなってしまい、結果的にモードフィールド整合
が困難となってしまう。
の比屈折率差Δが１．５％よりも高くなってくると、コ
ア層３の屈折率ｎ１ の値が大きくなり、逆にコア層６
の幅や厚みが４μｍ以下に小さくなってしまう。このよ
うな光導波路４の構造のものと、シングルモード光ファ
イバ５との間でモードフィールド整合をとると、図８
（ｃ）に示すようにコア層３内のドーパントをクラッド
層２内に深く拡散させていかなければならない。このた
め、コア層６の幅及び厚みが大きくなりすぎてしまう。
すなわち、光導波路４の入力端付近の断面内（Ｂ−Ｂ
線）のコア層の幅及び厚みＤ2 がコア７の直径Ｄ1 より
も大きくなってしまい、結果的にモードフィールド整合
が困難となってしまう。
【０００８】前述したように、従来の光導波路と、シン
グルモード光ファイバとの接続方法には以下のような問
題点がある。
グルモード光ファイバとの接続方法には以下のような問
題点がある。
【０００９】(1) 光導波路の比屈折率差Δが高くなる
と、シングルモード光ファイバとのモードフィールド整
合が困難となる。
と、シングルモード光ファイバとのモードフィールド整
合が困難となる。
【００１０】(2) モードフィールド不整合が生じると、
接続部での損失が大きくなると共に、接続部での反射が
生じる。
接続部での損失が大きくなると共に、接続部での反射が
生じる。
【００１１】(3) 従来の光導波路構造では、設計の自由
度が少なく、シングルモード光ファイバのコア層の屈折
率と直径とに整合のとれた屈折率とコア層構造の光デバ
イスを実現することが困難である。
度が少なく、シングルモード光ファイバのコア層の屈折
率と直径とに整合のとれた屈折率とコア層構造の光デバ
イスを実現することが困難である。
【００１２】そこで、本発明の目的は、上記課題を解決
し、シングルモード光ファイバとモードフィールド整合
のとりやすい光導波路及びその製造方法並びに光デバイ
スを提供することにある。
し、シングルモード光ファイバとモードフィールド整合
のとりやすい光導波路及びその製造方法並びに光デバイ
スを提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明の光導波路は、基板と、その基板上に形成され
ＳｉＯ2 からなるクラッド層と、そのクラッド層の中に
形成されＳｉＯ2 に屈折率制御用添加剤を少なくとも一
種類含んだコア層とを備えた光導波路において、コア層
がフッ素を添加したＳｉＯ2 からなる中間層で覆われた
ものである。
に本発明の光導波路は、基板と、その基板上に形成され
ＳｉＯ2 からなるクラッド層と、そのクラッド層の中に
形成されＳｉＯ2 に屈折率制御用添加剤を少なくとも一
種類含んだコア層とを備えた光導波路において、コア層
がフッ素を添加したＳｉＯ2 からなる中間層で覆われた
ものである。
【００１４】本発明の光導波路の製造方法は、真空排気
された反応室内に上部電極と下部電極とを平行に対向配
置し、両電極間にパワーＲＦの高周波を印加し、一方の
電極上に基板を配置し、その電極に設けたヒータで基板
を所定の温度Ｔに加熱し、他方の電極側から一方の電極
側に向って金属アルコオキシドの蒸気、Ｃ2 Ｆ6 等のフ
ッ素ガス及びＯ2 ガスをシャワー状に吹き付け、一定の
真空度Ｐに保ってフッ素を添加したＳｉＯ2 膜を基板上
に形成し、そのＳｉＯ2 膜の上にコア層を形成し、コア
層を覆うように再度フッ素を添加したＳｉＯ2 膜を形成
し、かつ、温度Ｔを４００℃から６００℃の範囲とし、
高周波パワーＲＦを３５０Ｗ以上とし、真空度Ｐを０．
５Ｔｏｒｒ以下に保ち、フッ素を添加したＳｉＯ2 膜の
成長速度を毎分１０００オングストローム以下として成
膜するものである。
された反応室内に上部電極と下部電極とを平行に対向配
置し、両電極間にパワーＲＦの高周波を印加し、一方の
電極上に基板を配置し、その電極に設けたヒータで基板
を所定の温度Ｔに加熱し、他方の電極側から一方の電極
側に向って金属アルコオキシドの蒸気、Ｃ2 Ｆ6 等のフ
ッ素ガス及びＯ2 ガスをシャワー状に吹き付け、一定の
真空度Ｐに保ってフッ素を添加したＳｉＯ2 膜を基板上
に形成し、そのＳｉＯ2 膜の上にコア層を形成し、コア
層を覆うように再度フッ素を添加したＳｉＯ2 膜を形成
し、かつ、温度Ｔを４００℃から６００℃の範囲とし、
高周波パワーＲＦを３５０Ｗ以上とし、真空度Ｐを０．
５Ｔｏｒｒ以下に保ち、フッ素を添加したＳｉＯ2 膜の
成長速度を毎分１０００オングストローム以下として成
膜するものである。
【００１５】上記構成に加え本発明の光導波路の製造方
法は、フッ素を添加したＳｉＯ2 膜は、１０００℃から
１２００℃の高温で熱処理し、その膜の屈折率変化が熱
処理前と比較して０．３％以下となるようにするのが好
ましい。
法は、フッ素を添加したＳｉＯ2 膜は、１０００℃から
１２００℃の高温で熱処理し、その膜の屈折率変化が熱
処理前と比較して０．３％以下となるようにするのが好
ましい。
【００１６】上記構成に加え本発明の光導波路の製造方
法は、フッ素を添加したＳｉＯ2 膜の屈折率とＳｉＯ2
膜の屈折率との比屈折率差は、少なくとも０．５％より
も大きく、１．２３％よりも低いのが好ましい。
法は、フッ素を添加したＳｉＯ2 膜の屈折率とＳｉＯ2
膜の屈折率との比屈折率差は、少なくとも０．５％より
も大きく、１．２３％よりも低いのが好ましい。
【００１７】本発明の光デバイスは、基板と、その基板
上に形成されＳｉＯ2 からなるクラッド層と、そのクラ
ッド層の中に形成されＳｉＯ2 に屈折率制御用添加剤を
少なくとも一種類含んだコア層とを有する光導波路と、
光導波路の入出力端に接続された光ファイバとを備えた
光デバイスにおいて、コア層がフッ素を添加したＳｉＯ
2 からなる中間層で覆われたものである。
上に形成されＳｉＯ2 からなるクラッド層と、そのクラ
ッド層の中に形成されＳｉＯ2 に屈折率制御用添加剤を
少なくとも一種類含んだコア層とを有する光導波路と、
光導波路の入出力端に接続された光ファイバとを備えた
光デバイスにおいて、コア層がフッ素を添加したＳｉＯ
2 からなる中間層で覆われたものである。
【００１８】上記構成に加え本発明の光デバイスは、光
導波路と光ファイバとの接続部付近の中間層に、光導波
路のコア層に含まれた屈折率制御用添加剤が拡散したの
が好ましい。
導波路と光ファイバとの接続部付近の中間層に、光導波
路のコア層に含まれた屈折率制御用添加剤が拡散したの
が好ましい。
【００１９】上記構成に加え本発明の光デバイスは、光
ファイバと光導波路とはＣＯ2 レーザビーム照射によっ
て融着されたのが好ましい。
ファイバと光導波路とはＣＯ2 レーザビーム照射によっ
て融着されたのが好ましい。
【００２０】本発明によれば、非常に緻密なＳｉＯ2 膜
中にフッ素が略均一に添加され、この膜を高温（１００
０℃〜１２００℃）で熱処理しても酸素欠陥やフッ素濃
度勾配の少ない膜を実現することができる。
中にフッ素が略均一に添加され、この膜を高温（１００
０℃〜１２００℃）で熱処理しても酸素欠陥やフッ素濃
度勾配の少ない膜を実現することができる。
【００２１】光導波路の低損失化（低吸収損失化、低散
乱損失化）のためには、フッ素添加ＳｉＯ2 膜の高温熱
処理が必要であるが、本発明によれば、フッ素添加Ｓｉ
Ｏ2膜の屈折率は１０００℃〜１２００℃の高温熱処理
を施しても熱処理前と比較して最大０．３％しか変化し
ないので、光導波路用膜に用いることにより良好な特性
を得ることができる。
乱損失化）のためには、フッ素添加ＳｉＯ2 膜の高温熱
処理が必要であるが、本発明によれば、フッ素添加Ｓｉ
Ｏ2膜の屈折率は１０００℃〜１２００℃の高温熱処理
を施しても熱処理前と比較して最大０．３％しか変化し
ないので、光導波路用膜に用いることにより良好な特性
を得ることができる。
【００２２】本発明によれば、光導波路の中間層とし
て、フッ素添加ＳｉＯ2 膜を用いることにより、コア層
と中間層との比屈折率差Δを最大２．８３％まで大きく
とることができる。これは中間層とクラッド層との比屈
折率差Δを０．５％よりも大きく、１．２３％よりも低
い値を得ることができるためである。
て、フッ素添加ＳｉＯ2 膜を用いることにより、コア層
と中間層との比屈折率差Δを最大２．８３％まで大きく
とることができる。これは中間層とクラッド層との比屈
折率差Δを０．５％よりも大きく、１．２３％よりも低
い値を得ることができるためである。
【００２３】本発明によれば、光導波路の中間層にフッ
素添加ＳｉＯ2 膜を用いることにより、光導波路とし
て、大きな分散値を得ることができる。また、モードフ
ィールド径も従来のコア層とクラッド層とからなるシン
グルクラッド型に比べ、自由度を大きく、広範囲の値を
制御することができる。さらに光導波路の光パワー分布
もかなり自由に広範囲に制御することができる。
素添加ＳｉＯ2 膜を用いることにより、光導波路とし
て、大きな分散値を得ることができる。また、モードフ
ィールド径も従来のコア層とクラッド層とからなるシン
グルクラッド型に比べ、自由度を大きく、広範囲の値を
制御することができる。さらに光導波路の光パワー分布
もかなり自由に広範囲に制御することができる。
【００２４】本発明によれば、光導波路の入出力端に光
ファイバとのモードフィールド整合をとるためのモード
変換部を設けることができるので、光ファイバと低損失
で接続することができることと、接続部からの反射光を
極端に小さくすることができる。
ファイバとのモードフィールド整合をとるためのモード
変換部を設けることができるので、光ファイバと低損失
で接続することができることと、接続部からの反射光を
極端に小さくすることができる。
【００２５】本発明によれば、光導波路と光ファイバと
の接続部からの反射光を極端に小さくすることができる
ことと、ＣＯ2 レーザビーム照射によって、接続部の融
着と光導波路のコア層の屈折率制御用添加剤を中間層内
に拡散させることができ、光ファイバとのモードフィー
ルド整合を実現することができる。
の接続部からの反射光を極端に小さくすることができる
ことと、ＣＯ2 レーザビーム照射によって、接続部の融
着と光導波路のコア層の屈折率制御用添加剤を中間層内
に拡散させることができ、光ファイバとのモードフィー
ルド整合を実現することができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付
図面に基づいて詳述する。
図面に基づいて詳述する。
【００２７】図１（ａ）は、本発明の光導波路の一実施
の形態を示す正面断面図であり、図１（ｂ）は図１
（ａ）の右側面図である。尚、図８に示した従来例と同
様の部材には共通の符号を用いた。
の形態を示す正面断面図であり、図１（ｂ）は図１
（ａ）の右側面図である。尚、図８に示した従来例と同
様の部材には共通の符号を用いた。
【００２８】図１（ａ），（ｂ）に示す光導波路は、中
間層９に本発明の特徴であるフッ素を添加したＳｉＯ2
膜（後述する図４の曲線ＬＣで示した屈折率の熱処理温
度特性を有するフッ素添加ＳｉＯ2 膜）を用いたもので
ある。
間層９に本発明の特徴であるフッ素を添加したＳｉＯ2
膜（後述する図４の曲線ＬＣで示した屈折率の熱処理温
度特性を有するフッ素添加ＳｉＯ2 膜）を用いたもので
ある。
【００２９】基板１にはＳｉＯ2 基板、セラミックス基
板等を用いることができる。この基板１上にクラッド層
（屈折率ｎ22）２が形成されている。クラッド層２には
通常、ＳｉＯ2 （波長０．６３μｍでのｎ22は略１．４
５８）が用いられ、石英系光ファイバのクラッド（Ｓｉ
Ｏ2 ）と同じ屈折率にするのが好ましい。クラッド層２
の中には中間層９で覆われたコア層３が形成されてい
る。中間層９の屈折率ｎ9 の値は、フッ素の添加量に応
じて１．４４０から１．４５５（波長０．６３μｍでの
値）までの範囲に制御することができるが、本発明では
屈折率ｎ9 を1.440 から１．４５２の範囲にしており、
この点に特徴がある。
板等を用いることができる。この基板１上にクラッド層
（屈折率ｎ22）２が形成されている。クラッド層２には
通常、ＳｉＯ2 （波長０．６３μｍでのｎ22は略１．４
５８）が用いられ、石英系光ファイバのクラッド（Ｓｉ
Ｏ2 ）と同じ屈折率にするのが好ましい。クラッド層２
の中には中間層９で覆われたコア層３が形成されてい
る。中間層９の屈折率ｎ9 の値は、フッ素の添加量に応
じて１．４４０から１．４５５（波長０．６３μｍでの
値）までの範囲に制御することができるが、本発明では
屈折率ｎ9 を1.440 から１．４５２の範囲にしており、
この点に特徴がある。
【００３０】コア層（屈折率ｎ3 ）３には、ＳｉＯ2 に
Ｇｅ，Ｔｉ，Ｐ，Ｚｎ，Ｔａ等の屈折率制御用添加剤を
少なくとも一種類添加したもの、或いはＳｉＯＮ等の材
質が用いられ、屈折率ｎ3 の値としては１．４５８から
１．４８２（波長０．６３μｍでの値）の範囲としてい
る。屈折率ｎ3 と屈折率ｎ9 とから得られる比屈折率差
Δ39の値は０．２１％から２．８３％の範囲である。
Ｇｅ，Ｔｉ，Ｐ，Ｚｎ，Ｔａ等の屈折率制御用添加剤を
少なくとも一種類添加したもの、或いはＳｉＯＮ等の材
質が用いられ、屈折率ｎ3 の値としては１．４５８から
１．４８２（波長０．６３μｍでの値）の範囲としてい
る。屈折率ｎ3 と屈折率ｎ9 とから得られる比屈折率差
Δ39の値は０．２１％から２．８３％の範囲である。
【００３１】すなわち、従来の光導波路の場合には図８
（ｄ）に示したように、コア層３とクラッド層２との比
屈折率差Δ12を大きくしようとすると、コア層３の屈折
率ｎ1 を大きくしなければならなかった。また、シング
ルモード伝送用光導波路とするためには、コア層３の幅
或いは厚みＤ3 を数μｍ程度に小さくしなければなら
ず、比屈折率差Δ12を大きくする程コア層の厚みを小さ
くしなければならなかった。このような状態で、光導波
路４と光ファイバ５とのモードフィールド整合をとろう
としても図８（ｃ）のように、コア層３の幅或いは厚み
Ｄ2 が大きくなり、光ファイバ５とのモードフィールド
不整合を生じた。
（ｄ）に示したように、コア層３とクラッド層２との比
屈折率差Δ12を大きくしようとすると、コア層３の屈折
率ｎ1 を大きくしなければならなかった。また、シング
ルモード伝送用光導波路とするためには、コア層３の幅
或いは厚みＤ3 を数μｍ程度に小さくしなければなら
ず、比屈折率差Δ12を大きくする程コア層の厚みを小さ
くしなければならなかった。このような状態で、光導波
路４と光ファイバ５とのモードフィールド整合をとろう
としても図８（ｃ）のように、コア層３の幅或いは厚み
Ｄ2 が大きくなり、光ファイバ５とのモードフィールド
不整合を生じた。
【００３２】これに対して、本発明では、光導波路８の
比屈折率差は屈折率ｎ3 の値を大きくしなくても屈折率
ｎ9 の値を小さくすることによって比屈折率差を大きく
することができる。したがって、後述するように光ファ
イバ５とのモードフィールド整合も容易である。
比屈折率差は屈折率ｎ3 の値を大きくしなくても屈折率
ｎ9 の値を小さくすることによって比屈折率差を大きく
することができる。したがって、後述するように光ファ
イバ５とのモードフィールド整合も容易である。
【００３３】図２（ａ）は、本発明の光導波路の他の実
施の形態を示す正面断面図であり、図２（ｂ）は図２
（ａ）の右側面図である。
施の形態を示す正面断面図であり、図２（ｂ）は図２
（ａ）の右側面図である。
【００３４】この実施の形態も中間層９にフッ素を添加
したＳｉＯ2 膜を用いたものであるが、図１に示した実
施の形態との相違点は、クラッド層２−１の上面全体
に、フッ素を添加したＳｉＯ2 膜の中間層９が形成され
ている点である。このようにクラッド層２−１の上面全
体にフッ素を添加したＳｉＯ2 を形成しておくことが、
図２の光導波路を簡易に製造する上で有利である。すな
わち、図１に示した光導波路では、中間層９−１，９−
２の領域を除去する工程を付加しなければならないが、
図２に示した光導波路では中間層９−１，９−２の領域
を除去する工程が不要となるためである。また、中間層
９−１，９−２の領域を除去する工程において、クラッ
ド層２−１及びコア層３の表面がエッチングガスによっ
て荒れ、散乱損失を誘因するが、図２に示す光導波路の
場合にはこのような荒れや散乱損失の問題がない。
したＳｉＯ2 膜を用いたものであるが、図１に示した実
施の形態との相違点は、クラッド層２−１の上面全体
に、フッ素を添加したＳｉＯ2 膜の中間層９が形成され
ている点である。このようにクラッド層２−１の上面全
体にフッ素を添加したＳｉＯ2 を形成しておくことが、
図２の光導波路を簡易に製造する上で有利である。すな
わち、図１に示した光導波路では、中間層９−１，９−
２の領域を除去する工程を付加しなければならないが、
図２に示した光導波路では中間層９−１，９−２の領域
を除去する工程が不要となるためである。また、中間層
９−１，９−２の領域を除去する工程において、クラッ
ド層２−１及びコア層３の表面がエッチングガスによっ
て荒れ、散乱損失を誘因するが、図２に示す光導波路の
場合にはこのような荒れや散乱損失の問題がない。
【００３５】次に本発明の光導波路の製造方法について
説明する。
説明する。
【００３６】図３は本発明の光導波路の製造方法を適用
したプラズマＣＶＤ装置の概略図を示す図である。
したプラズマＣＶＤ装置の概略図を示す図である。
【００３７】プラズマＣＶＤ装置１５内には、二つの平
行平板状の上部電極１６及び下部電極１７が設けられ、
両電極１６，１７間には高周波電源（高周波パワーＲ
Ｆ）２２から高周波電圧が印加される。この装置１５内
は真空排気装置２５によって真空に排気される（真空度
Ｐ）。下部電極１７の上にはクラッド層２−１の形成さ
れた基板１が設けられ、その下部電極１７の下側に設け
られたヒータ２０に直流電圧２１を印加することによっ
て温度Ｔに加熱される。上部電極１６は、矢印１９−１
方向から送られてきたガスを上部電極１６と下部電極１
７との間に一様に噴出するためのシャワー電極構造が用
いられている。このシャワー構造の上部電極１６は、絶
縁体２３によって装置１５と絶縁されている。矢印１９
−１方向から装置１５内に矢印１９−２方向に送り込む
ガスは、Ｓｉ（ＯＣ2 Ｈ5 ）4 ，Ｓｉ（ＯＣＨ3 ）4 等
の金属アルコオキシドの蒸気と、Ｃ2 Ｆ6 等のフッ素系
ガスをＯ2 ガスで搬送したものが用いられる。尚、Ｃ2
Ｆ6 は別に矢印２４方向に装置１５内に送り込んでもよ
い。
行平板状の上部電極１６及び下部電極１７が設けられ、
両電極１６，１７間には高周波電源（高周波パワーＲ
Ｆ）２２から高周波電圧が印加される。この装置１５内
は真空排気装置２５によって真空に排気される（真空度
Ｐ）。下部電極１７の上にはクラッド層２−１の形成さ
れた基板１が設けられ、その下部電極１７の下側に設け
られたヒータ２０に直流電圧２１を印加することによっ
て温度Ｔに加熱される。上部電極１６は、矢印１９−１
方向から送られてきたガスを上部電極１６と下部電極１
７との間に一様に噴出するためのシャワー電極構造が用
いられている。このシャワー構造の上部電極１６は、絶
縁体２３によって装置１５と絶縁されている。矢印１９
−１方向から装置１５内に矢印１９−２方向に送り込む
ガスは、Ｓｉ（ＯＣ2 Ｈ5 ）4 ，Ｓｉ（ＯＣＨ3 ）4 等
の金属アルコオキシドの蒸気と、Ｃ2 Ｆ6 等のフッ素系
ガスをＯ2 ガスで搬送したものが用いられる。尚、Ｃ2
Ｆ6 は別に矢印２４方向に装置１５内に送り込んでもよ
い。
【００３８】次に図３に示した装置１５を用いて形成し
たフッ素添加ＳｉＯ2 膜の特性について述べる。
たフッ素添加ＳｉＯ2 膜の特性について述べる。
【００３９】
（比較例１） Ｓｉ（ＯＣ2 Ｈ5 ）： １２ＳＣＣＭ Ｏ2 ：１００ＳＣＣＭ Ｃ2 Ｆ6 ： １１ＳＣＣＭ ヒータ温度Ｔ ：３５０℃ 高周波パワーＲＦ ：３００Ｗ 真空度Ｐ ：０．６Ｔｏｒｒ 以上の条件で、Ｓｉ基板１上にフッ素添加ＳｉＯ2 膜を
形成（成膜速度毎分２１００オングストローム）し、そ
の後、Ｓｉ基板１を５分割し、それぞれの分割した基板
を電気炉内に入れ、Ｎ2 を毎分５リットル流しながら、
それぞれの熱処理温度５００℃、８００℃、１０００℃
及び１２００℃で熱処理し、それぞれの膜の屈折率を測
定した。その結果を図４の曲線ＬＡで示す。
形成（成膜速度毎分２１００オングストローム）し、そ
の後、Ｓｉ基板１を５分割し、それぞれの分割した基板
を電気炉内に入れ、Ｎ2 を毎分５リットル流しながら、
それぞれの熱処理温度５００℃、８００℃、１０００℃
及び１２００℃で熱処理し、それぞれの膜の屈折率を測
定した。その結果を図４の曲線ＬＡで示す。
【００４０】熱処理温度を高くすることによって屈折率
が高くなってしまい、ＳｉＯ2 の屈折率（１．４５８）
よりも低い値を実現することができなかった。この原因
は、フッ素添加ＳｉＯ2 膜の密度が低かったために、高
温熱処理することによって酸素欠陥の膜になったことに
よって屈折率が高くなったものと思われる。また、酸素
欠陥と共にフッ素も拡散していることが分かった。尚、
図４は、図３に示した装置を用いて成膜したフッ素添加
ＳｉＯ2 膜の屈折率の熱処理温度依存性を示す図であ
り、横軸が熱処理温度、縦軸が屈折率を示している。
が高くなってしまい、ＳｉＯ2 の屈折率（１．４５８）
よりも低い値を実現することができなかった。この原因
は、フッ素添加ＳｉＯ2 膜の密度が低かったために、高
温熱処理することによって酸素欠陥の膜になったことに
よって屈折率が高くなったものと思われる。また、酸素
欠陥と共にフッ素も拡散していることが分かった。尚、
図４は、図３に示した装置を用いて成膜したフッ素添加
ＳｉＯ2 膜の屈折率の熱処理温度依存性を示す図であ
り、横軸が熱処理温度、縦軸が屈折率を示している。
【００４１】（比較例２） Ｓｉ（ＯＣ2 Ｈ5 ）4 ： １２ＳＣＣＭ Ｏ2 ：１００ＳＣＣＭ Ｃ2 Ｆ6 ：３５０℃ 高周波パワーＲＦ ：３００Ｗ 真空度Ｐ ：０．６Ｔｏｒｒ 以上の条件で、Ｓｉ基板１上にフッ素添加ＳｉＯ2 膜を
形成（成膜速度毎分約２２００オングストローム）し、
その後比較例１と同様にＳｉ基板１を分割し、それぞれ
の基板を所望の温度で熱処理し、屈折率を評価した。こ
の場合の屈折率特性を図４の曲線ＬＢで示す。
形成（成膜速度毎分約２２００オングストローム）し、
その後比較例１と同様にＳｉ基板１を分割し、それぞれ
の基板を所望の温度で熱処理し、屈折率を評価した。こ
の場合の屈折率特性を図４の曲線ＬＢで示す。
【００４２】曲線ＬＡよりは、フッ素添加量が多いの
で、屈折率は低いが、熱処理温度を高くしていくと、屈
折率は、ＳｉＯ2 の屈折率よりも高くなってしまう。す
なわち、この膜も本発明の光導波路用のフッ素添加Ｓｉ
Ｏ2 膜としては利用できないことが分かった。
で、屈折率は低いが、熱処理温度を高くしていくと、屈
折率は、ＳｉＯ2 の屈折率よりも高くなってしまう。す
なわち、この膜も本発明の光導波路用のフッ素添加Ｓｉ
Ｏ2 膜としては利用できないことが分かった。
【００４３】（実施例１） Ｓｉ（ＯＣ2 Ｈ5 ）4 ： １２ＳＣＣＭ Ｏ2 ：１００ＳＣＣＭ Ｃ2 Ｆ6 ： １１ＳＣＣＭ ヒータ温度Ｔ ：４００℃ 高周波パワーＲＦ ：３５０Ｗ 真空度Ｐ ：０．４Ｔｏｒｒ 以上の条件で、Ｓｉ基板１上にフッ素添加ＳｉＯ2 膜を
形成（成膜速度毎分９４０オングストローム）し、その
後、比較例１と同様にＳｉ基板１を分割し、それぞれの
基板を所望の温度で熱処理し、屈折率を評価した。この
場合の屈折率特性を図４の曲線ＬＣで示す。ＳｉＯ2 の
屈折率よりも低い値を実現することができた。これは、
基板の加熱温度の高温化、高周波パワーＲＦの高出力
化、高真空度化によって、非常に緻密で安定な膜とする
ことによって達成されたものである。そのため、高温熱
処理しても膜中の酸素が放出されることはなく、それに
よりフッ素の拡散も抑圧されて膜中を移動しにくくな
り、結果的に屈折率の変化しにくい膜が得られたものと
思われる。
形成（成膜速度毎分９４０オングストローム）し、その
後、比較例１と同様にＳｉ基板１を分割し、それぞれの
基板を所望の温度で熱処理し、屈折率を評価した。この
場合の屈折率特性を図４の曲線ＬＣで示す。ＳｉＯ2 の
屈折率よりも低い値を実現することができた。これは、
基板の加熱温度の高温化、高周波パワーＲＦの高出力
化、高真空度化によって、非常に緻密で安定な膜とする
ことによって達成されたものである。そのため、高温熱
処理しても膜中の酸素が放出されることはなく、それに
よりフッ素の拡散も抑圧されて膜中を移動しにくくな
り、結果的に屈折率の変化しにくい膜が得られたものと
思われる。
【００４４】（実施例２） Ｓｉ（ＯＣ2 Ｈ5 ）4 ： １２ＳＣＣＭ Ｏ2 ：１００ＳＣＣＭ Ｃ2 Ｆ6 ： ３１ＳＣＣＭ ヒータ温度Ｔ ：４５０℃ 高周波パワーＲＦ ：３８０Ｗ 真空度Ｐ ：０．４Ｔｏｒｒ 以上の条件で、Ｓｉ基板上にフッ素添加ＳｉＯ2 膜を形
成（成膜速度毎分900オングストローム）し、その後、
実施例２と同様にＳｉ基板を分割し、それぞれの基板を
所望の熱処理温度で熱処理し、屈折率を評価した。図４
の曲線ＬＤに屈折率特性を示す。
成（成膜速度毎分900オングストローム）し、その後、
実施例２と同様にＳｉ基板を分割し、それぞれの基板を
所望の熱処理温度で熱処理し、屈折率を評価した。図４
の曲線ＬＤに屈折率特性を示す。
【００４５】この場合もＳｉＯ2 の屈折率よりも大幅に
低い値を実現することができた。また、高温熱処理を行
っても屈折率はほとんど変化しない安定な膜であった。
これは、より基板の加熱温度を高温化したことと、高周
波パワーよりも高出力化したことによってさらに緻密な
膜になったために実現したものと思われる。
低い値を実現することができた。また、高温熱処理を行
っても屈折率はほとんど変化しない安定な膜であった。
これは、より基板の加熱温度を高温化したことと、高周
波パワーよりも高出力化したことによってさらに緻密な
膜になったために実現したものと思われる。
【００４６】また膜中のフッ素の濃度分布をフッ素の二
次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ）によって調べたが、膜
中のフッ素の移動は、膜の表面から１０数十ｎｍの深さ
のところまでにわずかな濃度分布をもっているだけであ
ることが分かった。
次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ）によって調べたが、膜
中のフッ素の移動は、膜の表面から１０数十ｎｍの深さ
のところまでにわずかな濃度分布をもっているだけであ
ることが分かった。
【００４７】以上の実施例と比較例から、高温熱処理に
よる屈折率の変化が小さく、かつ膜中のフッ素の濃度の
勾配分布の小さいフッ素添加ＳｉＯ2 膜を得るには、成
膜の際の加熱温度は４００℃から６００℃の範囲に保
ち、高周波パワーＲＦを３５０Ｗ以上とし、真空度Ｐを
０．５Ｔｏｒｒ以下にし、フッ素添加ＳｉＯ2 膜の成膜
速度を毎分１０００オングストローム以下の条件で成膜
しなければならないことが分かった。
よる屈折率の変化が小さく、かつ膜中のフッ素の濃度の
勾配分布の小さいフッ素添加ＳｉＯ2 膜を得るには、成
膜の際の加熱温度は４００℃から６００℃の範囲に保
ち、高周波パワーＲＦを３５０Ｗ以上とし、真空度Ｐを
０．５Ｔｏｒｒ以下にし、フッ素添加ＳｉＯ2 膜の成膜
速度を毎分１０００オングストローム以下の条件で成膜
しなければならないことが分かった。
【００４８】図５（ａ）は、本発明の光デバイスの断面
図であり、図５（ｂ）はＤ−Ｄ線断面内の屈折率分布
図、図５（ｃ）はＥ−Ｅ線断面内の屈折率分布図、図５
（ｄ）はＦ−Ｆ線断面内の屈折率分布図である。
図であり、図５（ｂ）はＤ−Ｄ線断面内の屈折率分布
図、図５（ｃ）はＥ−Ｅ線断面内の屈折率分布図、図５
（ｄ）はＦ−Ｆ線断面内の屈折率分布図である。
【００４９】この光デバイスは、光導波路８の入力端に
シングルモード光ファイバ５を接続した構造を有してい
る。
シングルモード光ファイバ５を接続した構造を有してい
る。
【００５０】図５に示した光導波路８の第１の特徴は、
基板１上にクラッド層２が形成され、そのクラッド層２
内に中間層９で覆われた略矩形形状のコア層３が設けら
れた構造を有している点である。
基板１上にクラッド層２が形成され、そのクラッド層２
内に中間層９で覆われた略矩形形状のコア層３が設けら
れた構造を有している点である。
【００５１】この光導波路８の比屈折率差Δは、図５
（ｄ）に示すように、コア層３の屈折率ｎ3 と中間層９
の屈折率ｎ9 とによって決まる。中間層９の屈折率ｎ9
は、１．４４０から１．４５５の範囲に制御することが
できるので、コア層３の屈折率ｎ3 は図８に示した従来
の光導波路のコア層３の屈折率ｎ1 よりもかなり低くす
ることができる。例えば、屈折率ｎ9 として１．４４０
を用い、コア層３と中間層９との比屈折率差Δを２％に
しようとすると、屈折率ｎ3 は１．４６９にすればよ
く、コア層３とクラッド層２との比屈折率差Δは約０．
７５％となる。図８に示した従来の光導波路４のコア層
３とクラッド層２との比屈折率差Δを２％とすると、前
述したように、コア層３の幅及び厚みＤ1 は約３μｍに
しなければならなかったが、本発明の光導波路８のコア
層３の幅及び厚みＤ3 は、厚みＤ1の２倍に近い値にす
ることができる。このように、厚みＤ1 の値を大きくで
きるので、光ファイバ５との接続損失を小さくでき、し
かも容易に接続することができる。
（ｄ）に示すように、コア層３の屈折率ｎ3 と中間層９
の屈折率ｎ9 とによって決まる。中間層９の屈折率ｎ9
は、１．４４０から１．４５５の範囲に制御することが
できるので、コア層３の屈折率ｎ3 は図８に示した従来
の光導波路のコア層３の屈折率ｎ1 よりもかなり低くす
ることができる。例えば、屈折率ｎ9 として１．４４０
を用い、コア層３と中間層９との比屈折率差Δを２％に
しようとすると、屈折率ｎ3 は１．４６９にすればよ
く、コア層３とクラッド層２との比屈折率差Δは約０．
７５％となる。図８に示した従来の光導波路４のコア層
３とクラッド層２との比屈折率差Δを２％とすると、前
述したように、コア層３の幅及び厚みＤ1 は約３μｍに
しなければならなかったが、本発明の光導波路８のコア
層３の幅及び厚みＤ3 は、厚みＤ1の２倍に近い値にす
ることができる。このように、厚みＤ1 の値を大きくで
きるので、光ファイバ５との接続損失を小さくでき、し
かも容易に接続することができる。
【００５２】図５に示した光導波路の第２の特徴は、図
５（ｃ）のＥ−Ｅ線断面内の屈折率分布を、光ファイバ
５と光導波路８とをＣＯ2 レーザ照射で融着接続する時
に、過剰にＣＯ2 レーザビームを光導波路８の入力端１
０付近に照射することにより、コア層３の屈折率制御用
ドーパントを拡散させて中間層９内に移動させ、光導波
路８のコア層３を光ファイバ５のコア７の直径Ｄf と略
等しい幅及び厚みにし、かつ屈折率をコア７の屈折率と
略等しくすることができる点である。すなわち、光ファ
イバ５と光導波路８の入力端でのモードフィールド整合
がとれた構成を実現することができる。
５（ｃ）のＥ−Ｅ線断面内の屈折率分布を、光ファイバ
５と光導波路８とをＣＯ2 レーザ照射で融着接続する時
に、過剰にＣＯ2 レーザビームを光導波路８の入力端１
０付近に照射することにより、コア層３の屈折率制御用
ドーパントを拡散させて中間層９内に移動させ、光導波
路８のコア層３を光ファイバ５のコア７の直径Ｄf と略
等しい幅及び厚みにし、かつ屈折率をコア７の屈折率と
略等しくすることができる点である。すなわち、光ファ
イバ５と光導波路８の入力端でのモードフィールド整合
がとれた構成を実現することができる。
【００５３】図５に示した光導波路の第３の特徴は、光
導波路の分散値は屈折率ｎ3 ，ｎ2，ｎ9 、光導波路の
コア層の厚みＤ3 及び中間層の厚みｔで制御することが
でき、かつ、大きな値を得ることができる点である。す
なわち同図に示す光導波路は従来の光導波路と比べて分
散値の設計の自由度が大きいのである。
導波路の分散値は屈折率ｎ3 ，ｎ2，ｎ9 、光導波路の
コア層の厚みＤ3 及び中間層の厚みｔで制御することが
でき、かつ、大きな値を得ることができる点である。す
なわち同図に示す光導波路は従来の光導波路と比べて分
散値の設計の自由度が大きいのである。
【００５４】図５に示した光導波路の第４の特徴は、モ
ードフィールド径も屈折率ｎ3 ，ｎ2 ，ｎ9 、コア層の
厚みＤ3 及び中間層の厚みｔで制御することができ、設
計の自由度が大きい点である。
ードフィールド径も屈折率ｎ3 ，ｎ2 ，ｎ9 、コア層の
厚みＤ3 及び中間層の厚みｔで制御することができ、設
計の自由度が大きい点である。
【００５５】図６は、本発明の光デバイスにモード変換
部を形成する方法を説明するための説明図である。同図
は光導波路と光ファイバとをＣＯ2 レーザビームで融着
接続すると共に、光導波路のコア層内の屈折率制御用ド
ーパントを中間層中に拡散させる方法の実施例を示した
ものである。
部を形成する方法を説明するための説明図である。同図
は光導波路と光ファイバとをＣＯ2 レーザビームで融着
接続すると共に、光導波路のコア層内の屈折率制御用ド
ーパントを中間層中に拡散させる方法の実施例を示した
ものである。
【００５６】光導波路８の入力端１０に光ファイバ５の
端面を押しつけた状態で、集光レンズ２６で集光された
ＣＯ2 レーザビーム２７を接続面に照射して融着接続す
る。ＣＯ2 レーザビーム２７を短時間（１〜１０秒程
度）照射することにより、コア層３内の屈折率制御用ド
ーパントを中間層９内へ拡散させる。ＣＯ2 レーザビー
ム２７は、連続発振している出力を照射する場合には、
数Ｗから十数ワットの範囲が好ましい。またＣＯ2 レー
ザビーム２７の径は１００μｍから数百μｍの範囲が好
ましい。
端面を押しつけた状態で、集光レンズ２６で集光された
ＣＯ2 レーザビーム２７を接続面に照射して融着接続す
る。ＣＯ2 レーザビーム２７を短時間（１〜１０秒程
度）照射することにより、コア層３内の屈折率制御用ド
ーパントを中間層９内へ拡散させる。ＣＯ2 レーザビー
ム２７は、連続発振している出力を照射する場合には、
数Ｗから十数ワットの範囲が好ましい。またＣＯ2 レー
ザビーム２７の径は１００μｍから数百μｍの範囲が好
ましい。
【００５７】次に、本発明の光導波路及びその製造方法
を用いて試作した結果について述べる。
を用いて試作した結果について述べる。
【００５８】図２に示した光導波路と同様の構造の光導
波路を試作した。すなわち、ＳｉＯ2 基板１上にＳｉＯ
2 クラッド層２−１をプラズマＣＶＤ法によって２μｍ
成膜し、ついでフッ素を添加したＳｉＯ2 膜の中間層９
を実施例１に示した方法で２μｍ成膜した。但し、実施
例１においてＣ2 Ｆ6 の流量は３７ＳＣＣＭとした。そ
して上記中間層９の上にプラズマＣＶＤ法によってＮを
添加したＳｉＯＮのコア層３を５μｍ成膜した。このＳ
ｉＯＮ層はＳｉＨ4 とＮＨ3 とＯ2 ガスとを図３に示し
たプラズマＣＶＤ装置の電極間に供給し、プラズマ雰囲
気中で成膜した（成膜時のヒータ温度は４００℃であっ
た）。その後、１０００℃でＯ2 雰囲気、３時間熱処理
を施した。次にドライエッチングにより、コア層３とフ
ッ素とを添加したクラッド層９を略矩形状（幅６μｍ）
にパターニングした。ついで、上記パターニングした全
表面に、上記フッ素を添加したＳｉＯ2 膜を再度２μｍ
形成した。最後に、上記フッ素を添加したＳｉＯ2 膜上
にＳｉＯ2 のクラッド層２−２を８μｍ形成した。上記
光導波路の伝搬損失を波長１．１μｍから１．６μｍの
間で評価した結果、図７に示すように波長１．３μｍか
ら１．６μｍの範囲で０．１５ｄＢ／ｃｍ以下であっ
た。また、波長１．３９μｍ付近のＯＨ基による吸収損
失や波長１．５μｍ付近のＳｉ−Ｈ、Ｎ−Ｈ基による吸
収損失もなかった。すなわち、上記波長帯で吸収基のほ
とんどない平坦な損失波長特性を実現することができ
た。尚、図７は本発明の光導波路の損失波長特性図であ
り、横軸が波長を示し、縦軸が伝搬損失を示している。
光導波路の比屈折率差Δは、ＳｉＯ2 クラッド層２−１
（２−２）とフッ素を添加したＳｉＯ2 の中間層９との
比屈折率差は約２％、コア層３とＳｉＯ2 クラッド層２
−１（２−２）との比屈折率差は約０．８％であった。
ここで、通常、上記ＳｉＯＮのコア層３中には、Ｏ−Ｈ
基、Ｓｉ−Ｈ基及びＮ−Ｈ基の吸収基が混入しており、
その中でも、Ｏ−Ｈ基は１０００℃の熱処理でほとんど
蒸発してなくなるが、Ｓｉ−Ｈ基及びＮ−Ｈ基に関して
は１２００℃以上にしないと、なかなか取り除くことが
できなかった。これに対して本発明の構造によりこれら
の吸収基を取り除くことができた。これは、１０００℃
の熱処理中に、中間層９中のフッ素イオンがコア層３中
のＯ−Ｈ基、Ｓｉ−Ｈ基、Ｎ−Ｈ基のＨと反応し、反応
したＨ−Ｆ基は蒸発してしまうために、コア層９中のＯ
−Ｈ基、Ｓｉ−Ｈ基及びＮ−Ｈ基が取り除かれた結果低
損失化が実現されたものと考えられる。
波路を試作した。すなわち、ＳｉＯ2 基板１上にＳｉＯ
2 クラッド層２−１をプラズマＣＶＤ法によって２μｍ
成膜し、ついでフッ素を添加したＳｉＯ2 膜の中間層９
を実施例１に示した方法で２μｍ成膜した。但し、実施
例１においてＣ2 Ｆ6 の流量は３７ＳＣＣＭとした。そ
して上記中間層９の上にプラズマＣＶＤ法によってＮを
添加したＳｉＯＮのコア層３を５μｍ成膜した。このＳ
ｉＯＮ層はＳｉＨ4 とＮＨ3 とＯ2 ガスとを図３に示し
たプラズマＣＶＤ装置の電極間に供給し、プラズマ雰囲
気中で成膜した（成膜時のヒータ温度は４００℃であっ
た）。その後、１０００℃でＯ2 雰囲気、３時間熱処理
を施した。次にドライエッチングにより、コア層３とフ
ッ素とを添加したクラッド層９を略矩形状（幅６μｍ）
にパターニングした。ついで、上記パターニングした全
表面に、上記フッ素を添加したＳｉＯ2 膜を再度２μｍ
形成した。最後に、上記フッ素を添加したＳｉＯ2 膜上
にＳｉＯ2 のクラッド層２−２を８μｍ形成した。上記
光導波路の伝搬損失を波長１．１μｍから１．６μｍの
間で評価した結果、図７に示すように波長１．３μｍか
ら１．６μｍの範囲で０．１５ｄＢ／ｃｍ以下であっ
た。また、波長１．３９μｍ付近のＯＨ基による吸収損
失や波長１．５μｍ付近のＳｉ−Ｈ、Ｎ−Ｈ基による吸
収損失もなかった。すなわち、上記波長帯で吸収基のほ
とんどない平坦な損失波長特性を実現することができ
た。尚、図７は本発明の光導波路の損失波長特性図であ
り、横軸が波長を示し、縦軸が伝搬損失を示している。
光導波路の比屈折率差Δは、ＳｉＯ2 クラッド層２−１
（２−２）とフッ素を添加したＳｉＯ2 の中間層９との
比屈折率差は約２％、コア層３とＳｉＯ2 クラッド層２
−１（２−２）との比屈折率差は約０．８％であった。
ここで、通常、上記ＳｉＯＮのコア層３中には、Ｏ−Ｈ
基、Ｓｉ−Ｈ基及びＮ−Ｈ基の吸収基が混入しており、
その中でも、Ｏ−Ｈ基は１０００℃の熱処理でほとんど
蒸発してなくなるが、Ｓｉ−Ｈ基及びＮ−Ｈ基に関して
は１２００℃以上にしないと、なかなか取り除くことが
できなかった。これに対して本発明の構造によりこれら
の吸収基を取り除くことができた。これは、１０００℃
の熱処理中に、中間層９中のフッ素イオンがコア層３中
のＯ−Ｈ基、Ｓｉ−Ｈ基、Ｎ−Ｈ基のＨと反応し、反応
したＨ−Ｆ基は蒸発してしまうために、コア層９中のＯ
−Ｈ基、Ｓｉ−Ｈ基及びＮ−Ｈ基が取り除かれた結果低
損失化が実現されたものと考えられる。
【００５９】このように、コア層３とクラッド層２−１
（２−２）との間にフッ素を添加したＳｉＯ2 層を設
け、高温熱処理を行うことにより低損失化を図れること
が確認された。これは本発明の新たな効果として極めて
特長あるものである。尚、クラッド層２−２を成膜した
後、さらに高温熱処理を行えば、より低損失化を図るこ
とができる。
（２−２）との間にフッ素を添加したＳｉＯ2 層を設
け、高温熱処理を行うことにより低損失化を図れること
が確認された。これは本発明の新たな効果として極めて
特長あるものである。尚、クラッド層２−２を成膜した
後、さらに高温熱処理を行えば、より低損失化を図るこ
とができる。
【００６０】本発明は、上述した実施の形態或いは実施
例に限定されない。図３において、基板１を上部電極１
６側に取り付け、種々のガスを下部電極１７の下方側か
ら各電極に設けられたシャワー電極構造部から吹き出さ
せるようにしてもよい。その場合、基板１の加熱は、上
部電極１６側に取り付けたヒータで行う。また図３に示
すプラズマＣＶＤ装置１５は、中間層を形成する他、ク
ラッド層形成用、コア層形成用に用いることができる。
さらに図５に示した光デバイスに用いる光ファイバ５と
しては、通常のシングルモードファイバ以外に分散シフ
トファイバ、分散補償ファイバ、ノンゼロ分散シフトフ
ァイバ等を用いてもよい。また、図５において、光ファ
イバ５と光導波路８とは、融着接続以外の接続方法とし
て、光ファイバを光導波路端面に突き合わせ、その付き
合わせた付近を接着剤で固定してもよい。その場合に
は、光ファイバと光導波路との間に屈折率整合剤を介在
させるのが好ましい。また、光導波路端面付近のモード
フィールド整合部は、予め、ＣＯ2 レーザビーム照射に
より形成しておいてから接続する。
例に限定されない。図３において、基板１を上部電極１
６側に取り付け、種々のガスを下部電極１７の下方側か
ら各電極に設けられたシャワー電極構造部から吹き出さ
せるようにしてもよい。その場合、基板１の加熱は、上
部電極１６側に取り付けたヒータで行う。また図３に示
すプラズマＣＶＤ装置１５は、中間層を形成する他、ク
ラッド層形成用、コア層形成用に用いることができる。
さらに図５に示した光デバイスに用いる光ファイバ５と
しては、通常のシングルモードファイバ以外に分散シフ
トファイバ、分散補償ファイバ、ノンゼロ分散シフトフ
ァイバ等を用いてもよい。また、図５において、光ファ
イバ５と光導波路８とは、融着接続以外の接続方法とし
て、光ファイバを光導波路端面に突き合わせ、その付き
合わせた付近を接着剤で固定してもよい。その場合に
は、光ファイバと光導波路との間に屈折率整合剤を介在
させるのが好ましい。また、光導波路端面付近のモード
フィールド整合部は、予め、ＣＯ2 レーザビーム照射に
より形成しておいてから接続する。
【００６１】図１及び図２に示した光導波路は、光導波
路の製造途中の段階（クラッド層及び中間層を形成後、
又はクラッド層、中間層及びコア層を形成した後、或い
はコア層をフォトリソグラフィ及びドライエッチングに
より略矩形形状にパターニングした後等）、又は製造終
了時に１０００℃から１２００℃の高温で熱処理を施
し、光導波路の低損失化を図る。
路の製造途中の段階（クラッド層及び中間層を形成後、
又はクラッド層、中間層及びコア層を形成した後、或い
はコア層をフォトリソグラフィ及びドライエッチングに
より略矩形形状にパターニングした後等）、又は製造終
了時に１０００℃から１２００℃の高温で熱処理を施
し、光導波路の低損失化を図る。
【００６２】以上において、本発明によれば、 (1) 光導波路のコア層とクラッド層との間の中間層に、
１０００℃から１２００℃の高温処理を施しても屈折率
及びフッ素濃度分布のほとんど変化しない安定なフッ素
添加ＳｉＯ2 膜を用いることにより、高い比屈折率差を
実現することができる。
１０００℃から１２００℃の高温処理を施しても屈折率
及びフッ素濃度分布のほとんど変化しない安定なフッ素
添加ＳｉＯ2 膜を用いることにより、高い比屈折率差を
実現することができる。
【００６３】(2) 光導波路のコア層と中間層との比屈折
率差Δciとして、１．２３％を得ることができるので、
コア層とクラッド層との比屈折率差ΔWCは、光ファイバ
のコア層とクラッドとの比屈折率差（通常０．３％）に
合わせることができるという利点がある。さらに、本発
明の光導波路は光ファイバのコア層とクラッド層との比
屈折率差（通常０．３％）に合わせることができる。
尚、従来の高比屈折率差導波路では、コア層とクラッド
層との比屈折率差ΔWCを１％以上にしなければならず、
前述したように、光ファイバとのモード整合が困難であ
った。
率差Δciとして、１．２３％を得ることができるので、
コア層とクラッド層との比屈折率差ΔWCは、光ファイバ
のコア層とクラッドとの比屈折率差（通常０．３％）に
合わせることができるという利点がある。さらに、本発
明の光導波路は光ファイバのコア層とクラッド層との比
屈折率差（通常０．３％）に合わせることができる。
尚、従来の高比屈折率差導波路では、コア層とクラッド
層との比屈折率差ΔWCを１％以上にしなければならず、
前述したように、光ファイバとのモード整合が困難であ
った。
【００６４】(3) フッ素添加ＳｉＯ2 膜は、１０００℃
から１２００℃の高温熱処理にも安定であるので、光導
波路自体を高温熱処理することによって、コア層、クラ
ッド層及び中間層中に含まれている不純物（ＯＨ基、Ｃ
Ｈ基、Ｓｉ−Ｈ基等の吸収差）による吸収損失を低減す
ることができる。また、上記各層の緻密化も図れるの
で、微小な構造不均一による散乱損失も低減することが
できる。さらに、各層間の構造不整も低減することがで
き、これによる散乱損失も低減することができる。
から１２００℃の高温熱処理にも安定であるので、光導
波路自体を高温熱処理することによって、コア層、クラ
ッド層及び中間層中に含まれている不純物（ＯＨ基、Ｃ
Ｈ基、Ｓｉ−Ｈ基等の吸収差）による吸収損失を低減す
ることができる。また、上記各層の緻密化も図れるの
で、微小な構造不均一による散乱損失も低減することが
できる。さらに、各層間の構造不整も低減することがで
き、これによる散乱損失も低減することができる。
【００６５】(4) 光ファイバとの屈折率及び構造の両面
からモードフィールド整合がとれるので、接続部の損失
を大幅に低減することができる。
からモードフィールド整合がとれるので、接続部の損失
を大幅に低減することができる。
【００６６】(5) 屈折率ｎ3 ，ｎ2 ，ｎ9 、光導波路の
コア層の厚みＤ3 及び中間層の厚みｔのパラメータを用
いてモードフィールド径、光パワー分布、分散特性等を
設計することができるので、従来の光導波路よりも設計
の自由度が大きい。
コア層の厚みＤ3 及び中間層の厚みｔのパラメータを用
いてモードフィールド径、光パワー分布、分散特性等を
設計することができるので、従来の光導波路よりも設計
の自由度が大きい。
【００６７】(6) 光導波路の入出力端側の光ファイバ接
続部にモード変換部を容易に設けることができる。
続部にモード変換部を容易に設けることができる。
【００６８】
【発明の効果】以上要するに本発明によれば、次のよう
な優れた効果を発揮する。
な優れた効果を発揮する。
【００６９】シングルモード光ファイバとモードフィー
ルド整合のとりやすい光導波路及びその製造方法並びに
光デバイスの提供を実現することができる。
ルド整合のとりやすい光導波路及びその製造方法並びに
光デバイスの提供を実現することができる。
【図１】（ａ）は、本発明の光導波路の一実施の形態を
示す正面断面図であり、（ｂ）は（ａ）の右側面図であ
る。
示す正面断面図であり、（ｂ）は（ａ）の右側面図であ
る。
【図２】（ａ）は、本発明の光導波路の他の実施の形態
を示す正面断面図であり、（ｂ）は（ａ）の右側面図で
ある。
を示す正面断面図であり、（ｂ）は（ａ）の右側面図で
ある。
【図３】本発明の光導波路の製造方法を適用したプラズ
マＣＶＤ装置の概略図を示す図である。
マＣＶＤ装置の概略図を示す図である。
【図４】図３に示した装置を用いて成膜したフッ素添加
ＳｉＯ2 膜の屈折率の熱処理温度依存性を示す図であ
る。
ＳｉＯ2 膜の屈折率の熱処理温度依存性を示す図であ
る。
【図５】（ａ）は、本発明の光デバイスの断面図であ
り、（ｂ）はＤ−Ｄ線断面内の屈折率分布図、（ｃ）は
Ｅ−Ｅ線断面内の屈折率分布図、（ｄ）はＦ−Ｆ線断面
内の屈折率分布図である。
り、（ｂ）はＤ−Ｄ線断面内の屈折率分布図、（ｃ）は
Ｅ−Ｅ線断面内の屈折率分布図、（ｄ）はＦ−Ｆ線断面
内の屈折率分布図である。
【図６】本発明の光デバイスにモード変換部を形成する
方法を説明するための説明図である。
方法を説明するための説明図である。
【図７】本発明の光導波路の損失波長特性図である。
【図８】（ａ）は、従来のピッグテールファイバ付きの
光デバイスの横断面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ
線断面内屈折率分布図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ線断面
内屈折率分布図、（ｄ）はＣ−Ｃ線断面内屈折率分布図
である。
光デバイスの横断面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ
線断面内屈折率分布図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ線断面
内屈折率分布図、（ｄ）はＣ−Ｃ線断面内屈折率分布図
である。
【図９】従来の光導波路へのモード変換部形成方法の概
略図である。
略図である。
１ 基板（Ｓｉ基板） ２ クラッド層 ３ コア層 ５ 光ファイバ ８ 光導波路 ９ 中間層
Claims (7)
- 【請求項１】 基板と、その基板上に形成されＳｉＯ2
からなるクラッド層と、そのクラッド層の中に形成され
ＳｉＯ2 に屈折率制御用添加剤を少なくとも一種類含ん
だコア層とを備えた光導波路において、上記コア層がフ
ッ素を添加した ＳｉＯ2 からなる中間層で覆われたこ
とを特徴とする光導波路。 - 【請求項２】 真空排気された反応室内に上部電極と下
部電極とを平行に対向配置し、両電極間にパワーＲＦの
高周波を印加し、一方の電極上に基板を配置し、その電
極に設けたヒータで基板を所定の温度Ｔに加熱し、他方
の電極側から一方の電極側に向って金属アルコオキシド
の蒸気、Ｃ2 Ｆ6 等のフッ素ガス及びＯ2 ガスをシャワ
ー状に吹き付け、一定の真空度Ｐに保ってフッ素を添加
したSiO 2 膜を基板上に形成し、そのＳｉＯ2 膜の上に
コア層を形成し、コア層を覆うように再度フッ素を添加
したＳｉＯ2 膜を形成し、かつ、上記温度Ｔを４００℃
から６００℃の範囲とし、高周波パワーＲＦを３５０Ｗ
以上とし、真空度Ｐを０．５Ｔｏｒｒ以下に保ち、フッ
素を添加したＳｉＯ2 膜の成長速度を毎分１０００オン
グストローム以下として成膜することを特徴とする光導
波路の製造方法。 - 【請求項３】 上記フッ素を添加したＳｉＯ2 膜は、１
０００℃から１２００℃の高温で熱処理し、その膜の屈
折率変化が熱処理前と比較して０．３％以下となるよう
にする請求項２に記載の光導波路の製造方法。 - 【請求項４】 上記フッ素を添加したＳｉＯ2 膜の屈折
率とＳｉＯ2 膜の屈折率との比屈折率差は、少なくとも
０．５％よりも大きく、１．２３％よりも低い請求項２
又は３に記載の光導波路の製造方法。 - 【請求項５】 基板と、その基板上に形成されＳｉＯ2
からなるクラッド層と、そのクラッド層の中に形成され
ＳｉＯ2 に屈折率制御用添加剤を少なくとも一種類含ん
だコア層とを有する光導波路と、該光導波路の入出力端
に接続された光ファイバとを備えた光デバイスにおい
て、上記コア層がフッ素を添加したＳｉＯ2 からなる中
間層で覆われたことを特徴とする光デバイス。 - 【請求項６】 上記光導波路と上記光ファイバとの接続
部付近の中間層に、上記光導波路のコア層に含まれた屈
折率制御用添加剤が拡散した請求項５に記載の光デバイ
ス。 - 【請求項７】 上記光ファイバと上記光導波路とはＣＯ
2 レーザビーム照射によって融着された請求項５又は６
に記載の光デバイス。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9073767A JPH10319263A (ja) | 1997-03-14 | 1997-03-26 | 光導波路及びその製造方法並びに光デバイス |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6097297 | 1997-03-14 | ||
| JP9-60972 | 1997-03-14 | ||
| JP9073767A JPH10319263A (ja) | 1997-03-14 | 1997-03-26 | 光導波路及びその製造方法並びに光デバイス |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10319263A true JPH10319263A (ja) | 1998-12-04 |
Family
ID=26402027
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9073767A Pending JPH10319263A (ja) | 1997-03-14 | 1997-03-26 | 光導波路及びその製造方法並びに光デバイス |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10319263A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000261087A (ja) * | 1999-03-11 | 2000-09-22 | Hitachi Cable Ltd | ３次元光受動導波路回路付きアクティブデバイス |
| JP2000356723A (ja) * | 1999-06-16 | 2000-12-26 | Fujikura Ltd | 伝搬モード変換素子およびその製造方法 |
| JP2002328244A (ja) * | 2001-05-01 | 2002-11-15 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 光部品 |
| KR100469702B1 (ko) * | 2002-06-05 | 2005-02-02 | 삼성전자주식회사 | 광 연결 소자 제조방법 |
| US6887514B2 (en) | 2001-05-31 | 2005-05-03 | Dalsa Semiconductor Inc. | Method of depositing optical films |
| JP2014514596A (ja) * | 2011-03-15 | 2014-06-19 | アルカテル−ルーセント | モノリシック光集積回路 |
-
1997
- 1997-03-26 JP JP9073767A patent/JPH10319263A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000261087A (ja) * | 1999-03-11 | 2000-09-22 | Hitachi Cable Ltd | ３次元光受動導波路回路付きアクティブデバイス |
| JP2000356723A (ja) * | 1999-06-16 | 2000-12-26 | Fujikura Ltd | 伝搬モード変換素子およびその製造方法 |
| JP2002328244A (ja) * | 2001-05-01 | 2002-11-15 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 光部品 |
| US6887514B2 (en) | 2001-05-31 | 2005-05-03 | Dalsa Semiconductor Inc. | Method of depositing optical films |
| KR100469702B1 (ko) * | 2002-06-05 | 2005-02-02 | 삼성전자주식회사 | 광 연결 소자 제조방법 |
| JP2014514596A (ja) * | 2011-03-15 | 2014-06-19 | アルカテル−ルーセント | モノリシック光集積回路 |
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