JPH11109156A - 光導波路およびその作製方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 安定したグレーティング特性を得るととも
に、同一の平面光回路内で簡易かつ均一に複数のグレー
ティングを形成する。 【解決手段】 上部クラッド６Ａの外表面に、直接、位
相グレーティングマスク３を形成し、この位相グレーテ
ィングマスク３に垂直に紫外光を照射して、コア６Ｃ内
に光誘起グレーティング５を形成する。位相グレーティ
ングマスク３は、エッチング加工あるいはクラッド外表
面に配置されたシリコーン系感光性樹脂組成物により形
成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光導波路およびそ
の作製方法に関し、特に光通信や光情報処理に用いら
れ、コア領域に光誘起グレーティングを有する光導波路
およびその作製方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、紫外光を用いた光誘起屈折率変化
を利用して、コア内に光誘起グレーティング（ブラッグ
グレーティング）を形成した光ファイバや石英系プレー
ナ光波回路について、狭帯域反射フィルタやＷＤＭ用合
分波器などへ応用が検討されている。従来、光ファイバ
や石英系プレーナ光波回路に対して、紫外光を用いて光
誘起グレーティングを形成する方法としては、K.O.Hill
らによって提案された位相グレーティングマスクを用い
る方法が一般的である（例えば、特開平７−１４０３１
１号公報など参照）。

【０００３】この場合、図７に示すように、石英基板３
Ａ上に形成された位相グレーティングマスク３を、上部
クラッド６Ａ，下部クラッド６Ｂおよびコア６Ｃからな
る光導波路あるいは光ファイバ（以下、光導波路とい
う）４に、隣接、かつ平行に対向配置する。そして、紫
外光の平行ビーム１を石英基板３Ａ側から位相グレーテ
ィングマスク３に垂直に入射し、その際、位相グレーテ
ィングマスク３により生じる干渉パターンにより、光導
波路４のコア６Ｃ内に光誘起グレーティング５を形成す
るものとなっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の光誘起グレーティング形成方法を光導波路に
適用した場合、以下の２つの課題が挙げられる。まず、
１つめの課題として、光導波路と位相グレーティングマ
スクの位置合わせを高精度に行う必要がある。すなわ
ち、グレーディングが光導波路の軸に対して傾いている
場合、光誘起グレーティングの反射率の低下や反射スペ
クトルの劣化を招く原因となる。

【０００５】また、一般的に、平面光回路においては、
基板と光回路を構成する材料の膨張係数の差に起因して
そりが発生する。特に、Ｓｉ基板上にＦＨＤ法を用いて
作製した石英系光導波路においては、平面光回路として
は非常に優れた機能を有しているが、石英とＳｉの膨張
係数の大きな違いによりそりが発生する。この場合、グ
レーティングの間隔を周期的に変化させるような長周期
のチャープグレーティングの形成を考えると、前述の位
置合わせ精度の点で大きな問題となってしまう。

【０００６】また、２つめの課題としては、同一の平面
光回路内に同じまたは異なる光誘起波長のグレーティン
グを複数箇所形成する場合における作業性および特性均
一性の問題が挙げられる。例えば、従来の方法で複数の
光誘起波長を持つグレーティングを形成する際は、それ
ぞれに対応した位相グレーティングマスクを別々の石英
基板上に形成し、１つずつ個別に紫外光を照射してグレ
ーティングを形成する必要がある。

【０００７】この場合、それぞれのグレーティング形成
に対して、前述した１つめの課題である光導波路と位相
グレーティングマスクの高精度な位置合わせが必要とな
り、作業性が低下する。また、形成するグレーティング
の個数が増えるにしたがって、それら特性の均一性も同
時に低下してしまう問題が発生する。

【０００８】さらに、接近した場所で異なるフラッグ波
長のグレーティングを形成する際は、紫外光の照射位置
をステンシルなどを用いて精密に制御する必要があり、
言い換えれば、従来方法においては、異なる光誘起波長
のグレーティングを近付けられる距離は、ステンシルな
どを配置する精度により制限されてしまうこととなる。
本発明はこのような課題を解決するためのものであり、
安定したグレーティング特性が得られるとともに、同一
の平面光回路内で簡便かつ均一に複数のグレーティング
を形成することができる光導波路およびその作製方法を
提供することを目的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために、本発明においては、位相グレーティングマス
クを、直接、光導波路のクラッド外表面に形成し、これ
に紫外光を照射してコア内に光誘起グレーティングを形
成する方法を提案する。ここで、この構造においては、
位相グレーティングマスクと光導波路のコアとの距離精
度は、コアおよび上部クラッドの膜厚精度により決定さ
れるが、例えばＦＨＤ法を用いた石英系プレーナ光波回
路においては１μｍ以下であり、高精度に間隔を制御す
ることが可能である。

【００１０】また、面内方向の傾きに関しては、位相グ
レーティングマスクの作製に電子線（ＥＢ）露光などの
フォトリソグラフィ技術を用いるため、何ら問題ない。
そして、単に位相グレーティングマスクに対して垂直に
紫外光の平行ビームを照射するだけで光誘起グレーティ
ングが形成できるため、従来の位相グレーティングマス
クの位置合わせという不安定な要素を取り除くことがで
き、グレーティング特性の大幅な安定化が図られる。

【００１１】そして、この簡便なグレーティング形成方
法は、同一の平面光回路内に複数個のグレーティングを
形成しているため、グレーティングの配置に関する制約
は何もなく、狭い領域に任意の特性で複数のグレーティ
ングの形成が可能であるといった特徴を有している。ま
た、各光誘起波長に対応した位相グレーティングマスク
を作製する必要もないため、高価な位相グレーティング
マスクは不要であり、経済的な面でも有利である。

【００１２】また、光導波路のクラッド外表面への位相
グレーティングマスクの作製方法としては、従来と同様
に、フォトレジストをマスク材料として用いて、ドライ
エッチングにより位相グレーティングマスクを形成する
ことができる。さらに、この方法に加えて、シリコーン
系感光樹脂組成物を用いて、直接、位相グレーティング
マスクパターンを光導波路表面に形成する方法を提案す
る。

【００１３】これにより、ドライエッチング工程が不要
となり、位相グレーティングマスクの形成を大幅に簡易
化することが可能となる。これは、シリコーン系感光性
樹脂組成物のパターンを高温で加熱することにより、ガ
ラス（石英）パターンを、直接、形成可能であることを
利用したものである（小野瀬ほか、「フォトプロセスを
利用したガラスパターン直接形成」、J.Photoplym.Sci.
Technol.,Vol.4,1991 など参照）。

【００１４】

【発明の実施の形態】次に、本発明について図面を参照
して説明する。図１は本発明の一実施の形態である光導
波路の光誘起グレーティング形成方法を示す説明図、図
２は本発明の位相グレーティングマスク形成工程例を示
す説明図である。まず、図２（ａ）に示すように、ＦＨ
Ｄ法などにより、Ｓｉ基板７上に、上部クラッド６Ａ，
下部クラッド６Ｂおよびコア６Ｃからなる光導波路４を
形成する。

【００１５】光導波路４の構造としては、上部クラッド
６Ａおよび下部クラッド６Ｂの層厚として３０μｍ、コ
ア６Ｃとして６μｍ角、比屈折率０．７５％のものを形
成した。このとき、上部クラッド６Ａの外表面とコア６
Ｃ中心との距離の分布は、１μｍ以下であった。

【００１６】続いて、図２（ｂ）に示すように、上部ク
ラッド６Ａ外表面に、電子線（ＥＢ）露光を用いて、位
相グレーティングマスク加工用のレジスト８を形成す
る。このとき、所望のブラッグ波長１５５０ｎｍに対し
て、レジスト８を０．２μｍ厚とし、このレジスト８
に、ピッチが１０６８ｎｍの位相グレーティングマスク
パターン８Ａを形成する。

【００１７】そして、図２（ｃ）に示すように、後述の
光誘起グレーティングの形成に用いる紫外光１として、
波長２４９ｎｍのＫｒＦエキシマレーザを選択し、位相
グレーティングマスク３での０次回折光強度が０になる
ような位相条件を満たすように、上部クラッド６Ａ外表
面から２４４ｎｍの深さにドライエッチングして、位相
グレーティングマスク３の作製を完了する。最後に、図
１に示すように、位相グレーティングマスク３に垂直に
紫外光１を照射して、１次回折光２による２光束干渉に
より、コア６Ｃ内に光誘起グレーティング５を形成す
る。

【００１８】なお、以上の説明では、紫外光１としてＫ
ｒＦエキシマレーザを用いているが、ＡｒＦエキシマレ
ーザ（波長１９３ｎｍ）やＡｒレーザの第二次高調波
（波長２４４ｎｍ）を用いてもよく、その際、位相グレ
ーティングマスク３で０次回折光が０となるように、上
部クラッド６Ａ外表面へのエッチング量を調整すればよ
い。また、レジスト材料のパターン化に電子線（ＥＢ）
露光法を用いたが、光露光装置（ステッパ）を用いるこ
とも可能である。

【００１９】また、光誘起グレーティング形成に用いる
位相グレーティングマスクについては、図３に示すよう
に、シリコーン系感光性樹脂組成物を用いて形成しても
よい。図３は本発明の他の位相グレーティングマスク形
成工程例を示す説明図である。まず、図３（ａ）に示す
ように、ＦＨＤ法などにより光導波路４を形成し、続い
て、図３（ｂ）に示すように、その上部クラッド６Ａ外
表面に、シリコーン系感光性樹脂組成物、すなわち感光
性を有する有機材料からなるガラス前駆物質（ポリシロ
キサン組成物）の膜１４を、スピンコート法により形成
する。

【００２０】そして、フォトリソグラフィ技術により、
前駆物質膜からなる位相グレーティングマスクパターン
１４Ａを形成する。この場合、位相グレーティングマス
クパターン１４Ａのピッチは、前述と同様に１０６８ｎ
ｍとした。

【００２１】次に、図３（ｃ）に示すように、この位相
グレーティングマスクパターン１４Ａを酸素雰囲気中で
１０００度で熱処理することにより有機物を除去し、前
駆物質をガラス（石英）へと組成変化させ、シリコーン
系感光性樹脂組成物膜１４からなる位相グレーティング
マスク３の形成を完了する。なお、位相グレーティング
マスク３の深さを前述と同様に２４４ｎｍとするため、
熱処理時のパターン残膜率（３０％）を考慮して、シリ
コーン系感光性樹脂組成物膜１４の膜厚を８１３ｎｍと
した。

【００２２】

【実施例】図４を参照して、本発明の第１の実施例につ
いて説明する。第１の実施例では、実回路への応用例と
して、図４に示すような、ＭＺ型３波長分波器９の作製
例について説明する。一般的なＭＺ型干渉計では、入力
ポート９Ａから入力された波長λ１（１．４８μｍ），
λ２（１．５５μｍ），およびλ３（１．４１μｍ）の
多波長信号光が、両側のアーム９Ｘ，９Ｙにより分光さ
れ、出力ポート９Ｂ（スルーポート）から波長λ１の信
号光、出力ポート９Ｃ（クロスポート）から波長λ２の
信号光が出力される。

【００２３】ここで、前述の方法により位相グレーティ
ングマスク３を形成し、ＭＺ型干渉計のアーム９Ｘ，９
Ｙに、フラッグ波長１．４１μｍの光誘起グレーティン
グをそれぞれ形成する。これにより、波長λ３の信号光
が分光され、出力ポート９Ｄから出力されるＭＺ型３波
長分波器９を実現できる。

【００２４】次に、図５を参照して、本発明の第２の実
施例について説明する。第２の実施例では、図５に示す
ような、ハイブリッド集積多波長光源１０の作製例につ
いて説明する。ここでは、石英系プレーナ光波回路プラ
ットフォームをベースに、半導体レーザ１１と光誘起グ
レーティングとを組み合わせた構成となっている。

【００２５】光源の特性としては、波長多重数を４、波
長間隔を１．６ｎｍとし、これら各光源が合波器１２に
より合成されて出力される。この場合、各位相グレーテ
ィングマスク３は、前述の方法により形成し、それぞれ
の紫外光照射領域１３Ａに紫外光を順に照射することに
より、各光誘起グレーティングを個別に形成した。この
実施例で作製した４波長分のグレーティング特性の均一
性は、反射率の平均が９０％、ばらつきが５％以内、ブ
ラッグ波長のばらつきは０．１ｎｍ以内であった。

【００２６】なお、従来技術を用いた同様のグレーティ
ング形成実験では、４つのグレーティング特性として、
反射率の平均が７８％、ばらつきが２５％以内、ブラッ
グ波長のばらつきは０．３ｎｍ以内であった（田中ほ
か、「ＵＶ誘起グレーティングとスポットサイズ変換Ｌ
Ｄを用いたハイブリッド４波長レーザ」、1997年電子情
報通信学会総合大会 C-3-160参照）。したがって、従来
と比較して、グレーティング特性が大幅に向上している
ことが確認できる。

【００２７】次に、図６を参照して、本発明の第３の実
施例について説明する。第３の実施例では、図６に示す
ような、ハイブリッド集積多波長光源１０の他の作製例
について説明する。前述した第２の実施例（図５参照）
では、それぞれの紫外光照射領域１３Ａに紫外光を順に
照射することにより個別に各光誘起グレーティングを形
成した。

【００２８】ここでは、各位相グレーティングマスク３
を接近配置し、紫外光照射領域１３Ｂに紫外光を一括照
射することにより、各光誘起グレーティングを同時に形
成するようにしたものである。これにより、作成工程を
大幅に簡略化できるとともに、光誘起グレーティング形
成条件のばらつきを抑制でき、グレーティング特性をさ
らに均一化することが可能となる。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、光誘起
グレーティング作製用の位相グレーティングマスクをフ
ォトリソグラフィ技術を用いて、直接、光導波路のクラ
ッド外表面に形成するようにしたので、位相グレーティ
ングマスクと光導波路のコアとの位置関係を非常に高い
精度で配置することができる。したがって、紫外光を用
いてコアに光誘起グレーティングを形成する際、反射率
や反射スペクトルなどの特性を大幅に安定化することが
可能となる。

【００３０】また、同一平面光回路上に多数の光誘起グ
レーティングを形成する際でも、位相グレーティングマ
スクをウェハ単位で一括形成することができる。さら
に、光誘起グレーティング形成の際、従来のように、各
位相グレーティングマスクをそれぞれ高精度に配置する
工程が必要がなく、光誘起グレーティング形成工程を大
幅に簡略化できる。

【００３１】また、予めリソフォトグラフィ技術によ
り、位相グレーティングマスクを形成するため、光誘起
グレーティングの配置については制約されなくなり、狭
い領域に任意に複数の光誘起グレーティングを形成でき
る。また、光導波路のクラッド外表面への位相グレーテ
ィングマスクを形成する場合、シリコーン系感光性樹脂
組成物を用いて形成するようにしたので、一般的なエッ
チング加工を用いる方法と比較して、簡易に位相グレー
ティングマスクを形成できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施の形態による光導波路の光誘
起グレーティング形成方法を示す説明図である。

【図２】 本発明の位相グレーティングマスクの形成工
程例を示す説明図である。

【図３】 本発明の他の位相グレーティングマスクの形
成工程例を示す説明図である。

【図４】 本発明の第１の実施例によるＭＺ型３波長分
波器を示す説明図である。

【図５】 本発明の第２の実施例によるハイブリッド集
積多波長光源を示す説明図である。

【図６】 本発明の第３の実施例による他のハイブリッ
ド集積多波長光源を示す説明図である。

【図７】 従来の光導波路の光誘起グレーティング形成
方法を示す説明図である。

【符号の説明】 １…紫外光、２…１次回折光、３…位相グレーティング
マスク、３Ａ…石英基板、４…光導波路、５…光誘起グ
レーティング、６Ａ…上部クラッド、６Ｂ…下部クラッ
ド、６Ｃ…コア、７…Ｓｉ基板、８…シリコーン系感光
性樹脂組成物、９…ＭＺ型３波長分波器、９Ａ…入力ポ
ート、９Ｂ〜９Ｄ…出力ポート、１０…ハイブリッド集
積多波長光源、１１…半導体レーザ、１２…合波器、１
３Ａ，１３Ｂ…紫外光照射領域。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板上に形成され、コアとコアの周囲に
   形成されたクラッドからなる光導波路において、 クラッド外表面に設けられ、紫外光を干渉させてコア領
   域に光誘起グレーティングを形成するための位相グレー
   ティングマスクと、 この位相グレーティングマスクを用いてコア領域に形成
   された光誘起グレーティングとを備えることを特徴とす
   る光導波路。
2. 【請求項２】 基板上に形成され、コアとコアの周囲に
   形成されたクラッドからなる光導波路において、 クラッド外表面に設けられ、紫外光を干渉させてコア領
   域に光誘起グレーティングを形成するための位相グレー
   ティングマスクを備えることを特徴とする光導波路。
3. 【請求項３】 請求項１または２記載の光導波路におい
   て、 位相グレーティングマスクは、クラッド外表面に形成さ
   れた凹凸の繰り返しからなることを特徴とする光導波
   路。
4. 【請求項４】 請求項１または２記載の光導波路におい
   て、 位相グレーティングマスクは、クラッド外表面に配置さ
   れたシリコーン系感光性樹脂組成物に形成された凹凸の
   繰り返しからなることを特徴とする光導波路。
5. 【請求項５】 請求項３記載の光導波路において、 クラッド外表面に形成された凹凸の繰り返しは、エッチ
   ング加工により形成することを特徴とする光導波路の作
   製方法。
6. 【請求項６】 請求項２記載の光導波路において、 クラッド外表面に紫外光を照射してコア領域に光誘起グ
   レーティングを形成することを特徴とする光導波路の作
   製方法。