(57)【要約】【課題】  コア側面の荒れを小さくして伝搬損失を低減させることができる光導波路及びその製造方法を提供する。【解決手段】  基板１１と、基板１１上に形成されたクラッド１２と、クラッド１２中に配置されたコア１３とを有する光導波路１０であって、コア１３は、第１のコア１４と、第１のコア１４の光の伝搬方向に平行な側面に形成された第２のコア１５とからなり、第２のコア１５とクラッド１２との界面に現れる第２のコア１５の表面粗さが、第１のコア１４と第２のコア１５との界面に現れる第１のコア１４の表面粗さよりも小さい。このときの第２のコア１５の屈折率は、第１のコア１４の屈折率とほぼ等しく、第２のコアは、異方性エッチングにより、第１のコアの側面にのみ形成されている。【選択図】    図１
2006208548.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、該基板上に形成されたクラッドと、該クラッド中に配置されたコアとを有する光導波路であって、
前記コアは、第１のコアと、該第１のコアの光の伝搬方向に平行な側面に形成された第２のコアとからなり、
前記第２のコアと前記クラッドとの界面に現れる当該第２のコアの表面粗さが、前記第１のコアと前記第２のコアとの界面に現れる当該第１のコアの表面粗さよりも小さいことを特徴とする光導波路。
【請求項２】
前記第２のコアと前記クラッドとの比屈折率差をΔ２とし、前記第１のコアと前記クラッドとの比屈折率差をΔ１とした場合に、｜Δ２−Δ１｜≦０．５であることを特徴とする請求項１に記載の光導波路。
【請求項３】
前記第２のコアの軟化温度が、前記第１のコアの軟化温度よりも低いことを特徴とする請求項１又は２に記載の光導波路。
【請求項４】
基板と、該基板上に形成された下クラッド及び上クラッドからなるクラッドと、該クラッド中に配置された第１のコア及び第２のコアからなるコアとを有する光導波路の製造方法であって、
前記基板上に下クラッドを形成する工程と、前記下クラッドの上に第１のコア層を形成する工程と、前記第１のコア層を選択的にエッチングして第１のコアを形成する工程と、前記下クラッド及び前記第１のコアを覆うように第２のコア層を形成する工程と、前記第２のコア層のうち前記第１のコアの光の伝搬方向に平行となる側面以外に形成された第２のコア層を異方性エッチングで除去して前記第１のコアの側面に第２のコアを形成する工程と、前記下クラッド、前記第１のコア及び前記第２のコアを覆うように上クラッドを形成する工程とを有することを特徴とする光導波路の製造方法。
【請求項５】
前記第２のコアと前記上クラッドとの比屈折率差をΔ４とし、前記第１のコアと前記上クラッドとの比屈折率差をΔ３とした場合に、｜Δ４−Δ３｜≦０．５であることを特徴とする請求項４に記載の光導波路の製造方法。
【請求項６】
前記第２のコア層の軟化温度が前記第１のコア層の軟化温度よりも低く、前記第２のコア層を形成する工程と前記上クラッドを形成する工程との間に熱処理工程を有することを特徴とする請求項４又は５に記載の光導波路の製造方法。
【請求項７】
前記第２のコア層が、化学気相成長法、スパッタ法及びスピン塗布法のうちいずれかの方法により形成されることを特徴とする請求項４〜６のいずれか１項に記載の光導波路の製造方法。
【請求項８】
前記異方性エッチングが、ドライエッチング法により行われることを特徴とする請求項４〜７のいずれか１項に記載の光導波路の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、平面型コア・クラッド導波路形状を有する光導波路及びその製造方法に関し、特にその伝搬損失を低減するコア構造をもった光導波路及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
平面型コア・クラッド導波路形状を有する光導波路デバイスにおいて、光の伝搬損失を低減する技術はデバイス性能の向上に繋がる重要な技術である。伝搬損失の低減を阻害する要因としては、コアに含まれる不純物やコア形状に起因するもの等があるが、その中の一つにコアとクラッドとの界面の荒れ（凹凸）がある。コアとクラッドとの界面の荒れの存在は、その界面で光が散乱することにより伝搬損失を大きくさせ、特に光閉じ込めが強い小型の光導波路のようにコアの断面積が小さい光導波路ほど伝搬損失が増大する傾向となる。
【０００３】
図４は、従来の光導波路の代表的な製造方法を示す工程図である。光導波路は、下クラッド上にコアを形成し、その上に上クラッドを形成することにより製造される。例えば、基板３１上に下クラッド３２ａを形成し（図４（ａ））、次にコア層３３を形成し（図４（ｂ））、そのコア層３３上に、フォトリソグラフィを用いてレジストパターン３４を形成し（図４（ｃ））、そのレジストパターン３４をマスクとし、露出したコア層３３をドライエッチング法でエッチングしてコア３５を形成する（図４（ｄ））。こうして形成されたコア３５を覆うように上クラッド３２ｂを形成して光導波路が得られる（図４（ｅ））。下クラッド３２ａと上クラッド３２ｂはコアを囲むクラッドとして機能し、光はコアとクラッドとの界面で反射を繰り返しながらコア中を伝搬する。
【０００４】
こうした従来の製造方法において、上述したコアとクラッドとの界面の荒れ（凹凸）は、コア層３３をドライエッチングしてコア３５を形成する工程（図４（ｄ））で主に発生し、特にコア３５の側面に現れる。この荒れ（凹凸）は、コア３５をエッチングするためのマスクとなるレジストパターン側面の凹凸に起因するものと考えられている。すなわち、レジストパターンをマスクにしてコア層３３をドライエッチングする最中に、レジストがプラズマの中でたたかれてレジストの側面が荒れ、その荒れがその下のコア３５に転写されて、コアの側面をも荒らしてしまうことが原因と考えられている。
【０００５】
従来の製造方法により生じたコア側面の荒れを例えば表面粗さの指標の一つである最大高さＲｚ（凹凸における最も低い部分と最も高い部分との高さの差）により表せば、通常０．２μｍ程度となり、例えばコアの一辺が２〜３μｍのコアとクラッドとの屈折率差が数％以上の光導波路の場合においては、そうした荒れの影響による伝搬損失が０．１ｄＢ／ｃｍ以上となって無視できなくなることが考えられる。そして、今後開発が予定されるＳｉ細線導波路では、コアの一辺が０．５μｍ程度とさらに小さくなるため、コア側面の荒れによる伝搬損失はさらに大きくなると考えられる。一方、コア側面の荒れの原因となるレジストパターン側面の凹凸を低減することは困難であり、伝搬損失への影響を無視できるほどにレジストパターン側面の凹凸を低減する技術は未だ提案されていない。
【０００６】
伝搬損失の低減を目的とした従来例として、下記特許文献１には、コアの周囲にそのコアよりも屈折率が小さい有機非線形光学材料を形成することにより、コアの側面の凹凸に起因した光散乱を抑制して、伝搬ロスの軽減や非線形光学効果の低下を軽減することが提案されている。また、特許文献２と非特許文献１には、コアの材料としてＳｉを用い、そのコアをドライエッチングにより形成した後に熱酸化することによって、コアの側面の凹凸を小さくする方法が提案されている。
【特許文献１】特開平３−１０３８０３号公報
【特許文献２】特開２００４−１５１７００号公報
【非特許文献１】ケビン・Ｋ・リー（Kevin K. Lee）ら、「ファブリケーション オブ ウルトラロウロス Ｓｉ／ＳｉＯ２ウェーブガイド バイ ラフネスリ デュケーション(Fabrication of ultralow-loss Si/SiO2waveguides by roughness reduction）」、オプティクスレターズ（Optics Letters）、第１２巻、第１０号、第１７７１〜１７７６頁（１９９４年１０月）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に記載の方法では、伝搬損失の低減効果が充分ではなく、特許文献２及び非特許文献１に記載の方法では、Ｓｉをコア材料として用いた場合にのみ適用でき、石英系の材料を用いた場合等には適用できないという課題があると共に、屈折率の大きく異なるＳｉＯ２がコアの側面に形成されているので、そのＳｉＯ２はコアの一部として十分に機能せず、コア側面の荒れによる伝搬損失の低減効果は依然として不十分なものと考えられる。
【０００８】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、コア側面の荒れを小さくして伝搬損失を低減させることができる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】
【０００９】
上記課題を解決するための本発明の光導波路は、基板と、該基板上に形成されたクラッドと、該クラッド中に配置されたコアとを有する光導波路であって、前記コアは、第１のコアと、該第１のコアの光の伝搬方向に平行な側面に形成された第２のコアとからなり、前記第２のコアと前記クラッドとの界面に現れる当該第２のコアの表面粗さが、前記第１のコアと前記第２のコアとの界面に現れる当該第１のコアの表面粗さよりも小さいことを特徴とする。
【００１０】
この発明によれば、第２のコアとクラッドとの界面に現れる第２のコアの表面粗さが第１のコアと第２のコアとの界面に現れる第１のコアの表面粗さよりも小さいので、コア側面の荒れが小さくなり、その荒れに起因した光の散乱が小さくなる。その結果、光導波路の伝搬損失を低減させることができる。
【００１１】
本発明の光導波路においては、前記第２のコアと前記クラッドとの比屈折率差をΔ２とし、前記第１のコアと前記クラッドとの比屈折率差をΔ１とした場合に、｜Δ２−Δ１｜≦０．５であることが好ましい。
【００１２】
この発明によれば、第１のコアの屈折率と第２のコアの屈折率とがほぼ等しいので、コアとクラッドの界面が第２のコアとクラッドの界面となる。第２のコアとクラッドの界面は、上記の通り、荒れが小さく、その荒れに起因した光の散乱が小さいので、光導波路の伝搬損失を低減させることができる。
【００１３】
本発明の光導波路においては、前記第２のコアの軟化温度が、前記第１のコアの軟化温度よりも低いことが好ましい。
【００１４】
この発明によれば、第２のコアの軟化温度が第１のコアの軟化温度よりも低いので、こうした態様からなる光導波路は、その製造工程に熱処理工程を付加することにより第２のコアの表面を滑らかにしてその表面粗さを低減させるのに有利である。
【００１５】
上記課題を解決するための本発明の光導波路の製造方法は、基板と、該基板上に形成された下クラッド及び上クラッドからなるクラッドと、該クラッド中に配置された第１のコア及び第２のコアからなるコアとを有する光導波路の製造方法であって、前記基板上に下クラッドを形成する工程と、前記下クラッドの上に第１のコア層を形成する工程と、前記第１のコア層を選択的にエッチングして第１のコアを形成する工程と、前記下クラッド及び前記第１のコアを覆うように第２のコア層を形成する工程と、前記第２のコア層のうち前記第１のコアの光の伝搬方向に平行となる側面以外に形成された第２のコア層を異方性エッチングで除去して前記第１のコアの側面に第２のコアを形成する工程と、前記下クラッド、前記第１のコア及び前記第２のコアを覆うように上クラッドを形成する工程とを有することを特徴とする。
【００１６】
この発明によれば、第２のコア層のうち第１のコアの光の伝搬方向に平行となる側面以外に形成された第２のコア層を異方性エッチングで除去して、第１のコアの側面に第２のコアを形成する工程を有するので、その工程により形成された第２のコアは、第２のコアとクラッドとの界面に現れる第２のコアの表面粗さが第１のコアと第２のコアとの界面に現れる第１のコアの表面粗さよりも小さくなる。その結果、クラッドとの境界をなすコア側面の荒れが小さくなり、その荒れに起因した光の散乱が小さくなるので、伝搬損失の小さい光導波路を容易に製造することができる。また、本発明の製造方法においては、異方性エッチングにより、コア側面に形成された第２のコアが若干エッチバックされるので、第１のコアの側面上に形成される第２のコアの表面粗さがより平滑化する傾向になり、その結果、小型の光導波路に対しても本発明の製造方法を好ましく適用することができる。なお、第１のコアの光の伝搬方向に平行となる側面以外に形成された第２のコア層とは、第１のコアの上面に形成された第２のコア層、及び、第１のコアが形成されていない下クラッドの上面に形成された第２のコア層である。
【００１７】
本発明の光導波路の製造方法においては、前記第２のコアと前記上クラッドとの比屈折率差をΔ４とし、前記第１のコアと前記上クラッドとの比屈折率差をΔ３とした場合に、｜Δ４−Δ３｜≦０．５であることが好ましい。
【００１８】
この発明によれば、第１のコアの屈折率と第２のコアの屈折率とがほぼ等しいので、コアとクラッドの界面が第２のコアとクラッドの界面となる。第２のコアとクラッドの界面は、上記の通り、荒れが小さくなるように製造される。その結果、その荒れに起因した光の散乱が小さくなるので、伝搬損失の小さい光導波路を容易に製造することができる。
【００１９】
本発明の光導波路の製造方法においては、前記第２のコア層の軟化温度が前記第１のコア層の軟化温度よりも低く、前記第２のコア層を形成する工程と前記上クラッドを形成する工程との間に熱処理工程を有することが好ましい。
【００２０】
この発明によれば、第２のコア層の軟化温度が第１のコア層の軟化温度よりも低いように構成されるので、第２のコア層を形成する工程と上クラッドを形成する工程との間に熱処理工程を設けることにより、第２のコアの表面が軟化して、その表面を滑らかにしてその表面粗さを低減させるのに有利である。
【００２１】
本発明の光導波路の製造方法においては、前記第２のコア層が、化学気相成長法、スパッタ法及びスピン塗布法のうちいずれかの方法により形成されることが好ましい。
【００２２】
本発明の光導波路の製造方法においては、前記異方性エッチングが、ドライエッチング法により行われることが好ましい。
【００２３】
この発明によれば、異方性エッチングとしてドライエッチング法を用いたので、第１のコアの側面にのみ第２のコア層を残すことが容易であり、第２のコアを容易に形成することができる。
【発明の効果】
【００２４】
以上説明したように、本発明の光導波路によれば、第１のコアと第２のコアとからなるコアの側面の荒れが小さくなり、その荒れに起因した光の散乱が小さくなるので、光導波路の伝搬損失を低減させることができる。さらに本発明の光導波路によれば、第１のコアの屈折率と第２のコアの屈折率とがほぼ等しいので、コアとクラッドの界面が第２のコアとクラッドの界面となり、それ故、荒れが小さい第２のコア表面（すなわち第２のコアとクラッドの界面）での光の散乱が小さくなるので、光導波路の伝搬損失を低減させることができる。
【００２５】
また、本発明の光導波路の製造方法によれば、第２のコアとクラッドとの界面に現れる第２のコアの表面粗さを第１のコアと第２のコアとの界面に現れる第１のコアの表面粗さよりも小さくさせることができる。その結果、クラッドとの境界をなすコア側面の荒れが小さくなり、その荒れに起因した光の散乱が小さくなるので、伝搬損失の小さい光導波路を容易に製造することができる。また、本発明の製造方法においては、異方性エッチングにより、コア側面に形成された第２のコアが若干エッチバックされるので、第１のコアの側面上に形成される第２のコアの表面粗さがより平滑化する傾向になり、その結果、小型の光導波路に対しても本発明の製造方法を好ましく適用することができる。
【００２６】
さらに本発明の光導波路の製造方法によれば、第１のコアの屈折率と第２のコアの屈折率とがほぼ等しいので、コアとクラッドの界面が第２のコアとクラッドの界面となり、それ故、第２のコアとクラッドの界面の荒れを小さくするように製造できる。その結果、その荒れに起因した光の散乱が小さくなるので、伝搬損失の小さい光導波路を容易に製造することができる。さらに本発明の光導波路の製造方法によれば、第２のコア層を形成する工程と上クラッドを形成する工程との間に熱処理工程を設けることにより、第２のコアの表面を滑らかにしてその表面粗さを低減させるのに有利である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下に、本発明の光導波路及びその製造方法について、図面を参照して説明する。
【００２８】
（光導波路）
図１は、本発明の光導波路の一例を示す形態図であり、（ａ）はその平面図、（ｂ）はその断面図である。本発明の光導波路１０は、基板１１と、その基板１１上に形成されたクラッド１２と、そのクラッド１２中に配置されたコア１３とを有する光導波路である。この光導波路１０において、本発明の特徴とするところは、コア１３が、第１のコア１４と、その第１のコア１４の光の伝搬方向に平行な側面に形成された第２のコア１５とから構成され、さらに、第２のコア１５とクラッド１２との界面に現れる第２のコア１５の表面粗さが、第１のコア１４と第２のコア１５との界面に現れる第１のコア１４の表面粗さよりも小さいことにある。
【００２９】
基板１１は、光導波路の基板となり、機械的に充分な強度をもつものであれば特に限定されないが、通常、Ｓｉ基板、石英基板、その他のガラス基板等を用いることができる。特にＳｉ基板、石英基板等が好ましく用いられる。これらの基板１１は、半導体プロセス技術を適用可能な材料であるので、この基板１１上にクラッド１２（下クラッド１２ａ、上クラッド１２ｂ）やコア１３（第１のコア１４、第２のコア１５）を容易に形成することができる。基板の厚さは特に限定されないが、通常、厚さ０．７〜１．５ｍｍ程度で設計される。
【００３０】
クラッド１２は、図１に示すように、基材１１上に形成され、その中にコア１３が配置された態様となっている。こうしたクラッド１２は、下クラッド１２ａと上クラッド１２ｂとで構成されている。なお、クラッド１２中にコア１３が配置されている限りにおいて、クラッド１２の形態は特に限定されない。
【００３１】
クラッド１２の構成材料としては、石英、ポリマー等が用いられ、特に石英が好ましく用いられる。クラッド１２を下クラッド１２ａと上クラッド１２ｂとで構成する場合には、両者は屈折率が同じ又は略同じであれば、同じ材料で形成されたものであっても異なる材料で形成されたものであってもよい。下クラッド１２ａと上クラッド１２ｂのそれぞれの厚さについても特に限定されないが、両者の厚さは通常８〜２０μｍ程度である。
【００３２】
コア１３は、図１に示すように、光が伝搬する部分であり、本発明においては、第１のコア１４と第２のコア１５とからなり、矩形形状で構成されている。第２のコア１５は、第１のコア１４の光の伝搬方向に平行な側面に形成されている。すなわち、第２のコア１５は、断面が矩形形状からなるコア１３の長手方向の左右の側面に形成されている。こうした構成からなるコア１３は、上述したクラッド１２中に配置されており、例えば図１に示すように、下クラッド１２ａと上クラッド１２ｂとで挟まれた態様で形成されている。
【００３３】
第１のコア１４は、図１に示すように、基板面と平行となるように設けられ、第１のコア１４が長く延びる方向に直交する断面形状は、図１（ｂ）に示すように、通常、矩形形状となっている。こうした第１のコア１４は、コア１３の主要部をなし、その構成材料としては、従来の光導波路においてコアとして用いられる材料、例えば、不純物がドープされた石英、酸窒化シリコン（ＳｉＯＮ）、ポリマー等を用いることができ、特に不純物がドープされた石英を用いることが好ましい。こうした材料からなる第１のコア１４の屈折率は、下クラッド１２ａ及び上クラッド１２ｂからなるクラッド１２の屈折率よりも大きく、その屈折率の差は、光導波路の設計によって任意の値（例えば、第１のコアとクラッドとの比屈折率差Δ１＝２％程度）に決定される。ここで、第１のコアとクラッドとの比屈折率差Δ１は、Δ１＝（第１のコアの屈折率−クラッドの屈折率）／第１のコアの屈折率×１００（％）、で定義される量である。例えば、不純物がドープされた石英からなるコア１４の屈折率が１．４８の場合、石英からなる下クラッド１２ａ及び上クラッド１２ｂからなるクラッド１２の屈折率は１．４５であり、第１のコアとクラッド１２との比屈折率差は約２％となっている。なお、第１のコア１４の材料としてＳｉやポリマーを用いることも可能であるが、この場合においても、屈折率の差が光導波路の設計値になっていることが必要である。
【００３４】
なお、上記の各材料の組成は、例えば、プラズマ発光分析（ＩＣＰ）法や、蛍光Ｘ線分析（ＸＲＦ）法によって特定することができる。上記の各材料の屈折率は、これによって特定された組成をもつ、上記の各材料と同じ材料でプリズムを作製し、このプリズムを用いた干渉スペクトルを測定するという方法によって測定することができる。この方法により、下クラッド１２ａ、第１のコア１４、第２のコア１５、及び上クラッド１２ｂについて、それぞれ測定することができる。
【００３５】
第１のコア１４の屈折率は、種々の方法により調整することができ、例えば石英にドープする不純物の種類及びその量により制御することができる。第１のコア１４の屈折率を上げるには、ゲルマニウム、燐、窒素、ホウ素、アルミニウム及びランタンから選ばれる１種又は２種以上をドーパントとして用いることができる。
【００３６】
第１のコア１４の形成方法としては、構成材料を基板上に形成した後に、例えばフォトレジストをマスクとしたドライエッチング法により形成することができる。形成された第１のコア１４の側面は、凹凸のある荒れた表面となっており、その表面粗さは、例えばＪＩＳ  Ｂ０６０１−２００１に準拠した最大高さＲｚ（表面粗さ曲線から計測された最も低い部分と最も高い部分との高さの差）で表せば、例えば０．２〜０．４μｍ程度となっている。
【００３７】
なお、表面粗さは、一般的には触針式の表面粗さ計やスキャン式トンネル顕微鏡等により、所定の基準長さにおける粗さ曲線を計測し、その結果から算出されるものであるが、本発明の光導波路では、第１のコア１４の側面には第２のコア１５が積層されているので、第１のコア１４の表面粗さを直接計測することはできない。そのため、本発明においては、第１のコア１４の表面粗さ測定として、第１のコア１４の側面を、基板面と平行になるように長手方向に切断し、その切断面に現れる第１のコア１４と第２のコア１５との界面を数箇所抽出し、その界面を電子顕微鏡等で観察し、所定の基準長さにおける粗さ曲線を計測し、その結果から例えばＪＩＳ  Ｂ０６０１−２００１に準拠した最大高さＲｚを算出する。
【００３８】
第２のコア１５は、図１に示すように、第１のコア１４の光の伝搬方向に平行な側面に形成されている。第２のコア１５が形成される側面とは、具体的には図１を平面視した場合における第１のコア１４の左右の側面のことである。この第２のコア１５は、第１のコア１４と共にコア１３を構成するので、その屈折率は、第１のコア１４の屈折率と同じ、又は前記第２のコアと前記クラッドとの比屈折率差をΔ２とした場合に、前記のΔ１との関係が｜Δ２−Δ１｜≦０．５であることが望ましい。ここで、第２のコアとクラッドとの比屈折率差Δ２は、Δ２＝（第２のコアの屈折率−クラッドの屈折率）／第２のコアの屈折率×１００（％）、で定義される量である。第２のコア１５の構成材料としては、そうした屈折率となるものを用いることができ、例えば第１のコア１４と同じ材料を用いることが好ましい。こうした屈折率をもつ第２のコア１５は、第１のコア１４と共にコア１３として機能し、コア１３の側面においては、光は第２のコア１５とクラッド１２との界面で反射しながら伝搬する。
【００３９】
第２のコア１５の表面粗さは、第１のコア１４の側面の表面粗さよりも小さく、凹凸が小さい滑らかな表面となっている。第２のコア１５の表面粗さは、上記第１のコア１４と同じ方法により測定することができ、その最大高さＲｚは第１のコア１４の側面の最大高さＲｚよりも小さい。具体的には、第２のコア１５の表面は、例えばＪＩＳ  Ｂ０６０１−２００１に準拠した最大高さＲｚ（表面粗さ曲線から計測された最も低い部分と最も高い部分との高さの差）で表せば、例えば０．１〜０．３μｍ程度となっている。こうした第２のコア１５は、例えば０．２〜１．０μｍ程度の薄い平均厚さで形成することができる。
【００４０】
以上、本発明の光導波路は、第１のコア１４と第２のコア１５とからなるコア１３の側面の荒れが小さいので、その荒れに起因した光の散乱が小さくなる。その結果、光導波路の伝搬損失を低減させることができる。なお、本発明の光導波路は、伝搬損失を低減することができるので、コア側面の荒れにより影響を受け易い小型の光導波路に対して、好ましく適用することができる。
【００４１】
次に、本発明の光導波路の他の形態につい説明する。
【００４２】
本発明の光導波路は、上記実施形態の光導波路において、第２のコア１５の軟化温度を、第１のコア１４の軟化温度よりも低いものとすることができる。こうした関係を有する第１のコア１４と第２のコア１５とで形成されたコア１３を所定の温度で熱処理することにより、第２のコア１５が軟化してその表面が滑らかになり表面粗さがより小さくなる。その結果、コア１３の表面が平滑になり、コア表面の荒れに起因した光の散乱が抑制されるので、光導波路の伝搬損失を低減させることができる。なお、ここでいう軟化温度とは、ＪＩＳ  Ｒ３１０３−１：２００１（ガラスの粘性及び粘性定点−第１部：軟化点の測定方法）に準拠して定義及び測定される軟化点と同一のものとして定義される。
【００４３】
例えば、第１のコア１４の構成材料として、ゲルマニウムをドープした石英（軟化温度９５０℃）、燐ドープ石英（軟化温度９５０℃）、ランタンドープ石英（軟化温度１０００℃）等を用いた場合、軟化温度が８００℃のＢＰＳＧ（ボロン燐シリケートガラス：Boro-Phospho Silicated Glass）からなる第２のコア１５を用いることができる。こうした構成からなるコア１３は、８００℃の熱処理を施すことにより、第２のコア１４の表面粗さＲｚを、例えば０．２μｍから０．１μｍ程度に小さくすることができる。
【００４４】
（光導波路の製造方法）
次に、本発明の光導波路の製造方法について説明する。図２は、本発明の光導波路の製造方法の一実施形態を示す工程図である。
【００４５】
本発明の光導波路の製造方法は、基板１１と、その基板１１上に形成された下クラッド１２ａ及び上クラッド１２ｂからなるクラッド１２と、そのクラッド１２中に配置された第１のコア１４及び第２のコア１５からなるコア１３とを有する光導波路１０を製造する方法であって、基板１１上に下クラッド１２ａを形成する工程と、その下クラッド１２ａの上に第１のコア層１４ａを形成する工程と、その第１のコア層１４ａを選択的にエッチングして第１のコア１４を形成する工程と、前記下クラッド１２ａ及び前記第１のコア１４を覆うように第２のコア層１５ａを形成する工程と、その第２のコア層１５ａのうち前記第１のコア１４の光の伝搬方向に平行となる側面以外に形成された第２のコア層１５ａを異方性エッチングで除去して第１のコア１４の両側面に第２のコア１５を形成する工程と、下クラッド１２ａ、第１のコア１４及び第２のコア１５を覆うように上クラッド１２ｂを形成する工程とを有する。
【００４６】
特に本発明の特徴は、第２のコア層１５ａのうち第１のコア１４の光の伝搬方向に平行となる側面以外に形成された第２のコア層１５ａを異方性エッチングで除去して、第１のコア１４の側面に第２のコア１５を形成する工程を有することにある。ここで、第１のコア１４の光の伝搬方向に平行となる側面以外に形成された第２のコア層１５ａとは、例えば図２（ｅ）を平面視した場合において、第１のコア１４の上面に形成された第２のコア層、及び、第１のコアが形成されていない下クラッドの上面に形成された第２のコア層である。
【００４７】
以下、本発明の光導波路の製造方法について順に説明する。
【００４８】
先ず、図２（ａ）に示すように、基板１１上に下クラッド１２ａを形成する。この下クラッド１２ａは、例えば厚さ８〜２０μｍ程度の石英で形成することができ、その成膜方法としては、減圧ＣＶＤ法、常圧ＣＶＤ法等の化学気相成長法（以下、ＣＶＤ法という）、スパッタ法、及びイオンプレーティング法等のいずれかを挙げることができる。また、下クラッド１２ａをポリマーやシリカ系塗布材料で形成することもでき、その成膜方法としては、スピン塗布法、スプレー塗布法、及びエンボス法等のいずれかを挙げることができる。
【００４９】
次に、図２（ｂ）に示すように、下クラッド１２ａ上に第１のコア層１４ａを形成する。この第１のコア層１４ａは、例えばゲルマニウムや燐をドープした石英、又はＳｉで形成することができ、その成膜方法としては、上記の下クラッド１２ａの場合と同様、ＣＶＤ法、スパッタ法、及びイオンプレーティング法等のいずれかを挙げることができる。また、下クラッド１２ａの場合と同様に、ポリマーやシリカ系塗布材料で形成することもでき、その成膜方法としては、スピン塗布法、スプレー塗布法、及びエンボス法等のいずれかを挙げることができる。
【００５０】
次に、図２（ｃ）に示すように、第１のコア層１４ａを選択的にエッチングするためのレジストパターン２１を形成する。このレジストパターン２１は、第１のコア層１４ａ上にレジスト膜を形成し、そのレジスト膜をマスクを用いて露光・現像等を行って形成することができる。
【００５１】
次に、図２（ｄ）に示すように、第１のコア層１４ａを選択的にエッチングして第１のコア１４を形成する。第１のコア１４は、上記のレジストパターン２１をマスクとして第１のコア層１４ａをエッチングすることにより形成することができる。エッチングとしては、例えばフロン系のガス（例えば、ＣＦ４）を主成分として用いたドライエッチング法を適用することが好ましい。特に異方性エッチング可能なドライエッチングであることが望ましく、こうした異方性エッチングにより、エッチング後に得られた第１のコア１４の側面をほぼ垂直な形状とすることができる。なお、第１のコア１４を形成した後においては、マスクとなったレジストパターン２１は例えば酸素を用いたプラズマアッシング等の方法により除去される。
【００５２】
次に、図２（ｅ）に示すように、下クラッド１２ａ及び第１のコア１４を覆うように第２のコア層１５ａを形成する。第２のコア層１５ａは、上記の第１のコア層と同じ屈折率を有する材料又はほぼ等しい屈折率を有する材料で形成することが好ましく、例えば、第２のコア層１５ａを形成する材料は、その屈折率が、第１のコア１４の屈折率と同じ、又は、第２のコアと、後述する上クラッドとの比屈折率差をΔ４とし、第１のコアと、後述する上クラッドとの比屈折率差をΔ３とした場合に、｜Δ４−Δ３｜≦０．５となるものであることが好ましい。ここで、第２のコアと上クラッドとの比屈折率差Δ４は、Δ４＝（第２のコアの屈折率−上クラッドの屈折率）／第２のコアの屈折率×１００（％）、で定義され、第１のコアと上クラッドとの比屈折率差Δ３は、Δ３＝（第１のコアの屈折率−上クラッドの屈折率）／第１のコアの屈折率×１００（％）、で定義される量である。
【００５３】
こうした第２のコア層１５ａの成膜方法としては、常圧ＣＶＤ法、減圧ＣＶＤ法等のＣＶＤ法やスパッタ法等のような等方的な成膜方法で形成することが好ましく、下クラッド１２ａの上面や、第１のコア１４の上面及び側面に、ほぼ均一な厚さで形成される。特にＣＶＤ法は、成膜時に表面マイグレーションが発生するので、第１のコア１４の凹部分には厚く成膜され凸部分には薄く成膜される。その結果、第２のコア層１５ａの表面は、凹凸の小さい比較的平滑な表面となる。特に表面マイグレーションにより平滑な表面を得ることができる成膜法の例としては、テトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ）をＳｉ原料として用いた常圧ＣＶＤ法を好ましく挙げることができる。また、第１のコア１４の材料としてポリマーやシリカ系塗布材料を用いた場合には、第２のコア層１５の材料も同じ材料を用いることが好ましく、その場合には、スピン塗布法等を用いて成膜することができる。形成する第２のコア１５の厚さは、第１のコア１４の側面における表面粗さ（最大高さＲｚ）よりも大きいことが好ましく、例えば、第１のコア１４の側面における最大高さＲｚが０．２μｍであった場合には、第２のコア１５の厚さは０．４μｍ程度であることが好ましい。
【００５４】
次に、図２（ｆ）に示すように、第２のコア層１５ａのうち第１のコア１４の光の伝搬方向に平行となる側面以外に形成された第２のコア層１５ａを異方性エッチングで除去して第１のコア１４の側面に第２のコア１５を形成する。
【００５５】
本発明における異方性エッチングとは、第１のコア１４の上面に形成された第２のコア層１５ａ、及び、第１のコア１４が形成されていない下クラッド１２ａの上面に形成された第２のコア層１５ａのみを選択的にエッチングする手段であり、第１のコア１４の側面に形成された第２のコア層１５ａを残すことができるエッチング手段である。すなわち、本発明での異方性エッチングは、基板面に平行な方向でのエッチングが弱く、基板面に垂直な方向でのエッチングが強い。この異方性エッチングは、下クラッド１２ａ上に形成された第２のコア層１５ａと、第１のコア１４の上面に形成された第２のコア層１５ａとが除去されるまで行われることが好ましい。こうした異方性エッチングにより、第１のコア１４の側面にのみ第２のコア層１５ａを残すことができる。このとき、下クラッド１２ａ上に第２のコア層１５ａが残ると、不要な光の伝搬経路となるため、光導波路の伝搬損失の増大の原因となる。そのため、特に下クラッド１２ａ上の第２のコア層１５ａを除去することは重要である。異方性エッチングとしては、ドライエッチング法を好ましく用いることができる。例えば石英系の材料に対しては、フロン系のガス（例えば、ＣＦ４）を主成分として用いたドライエッチング法を用いることが好ましい。
【００５６】
この異方性エッチングにより、第１のコア１４の側面に形成された第２のコア層１５ａは、いわゆるエッチバックが起こり、第２のコア層１５ａが若干薄くなると共に、その表面が滑らかになって平滑な表面となる。エッチバックの際には、第１のコア１４を形成する際のエッチングとは異なり、マスクとなるレジストパターン２１（図２（ｃ）を参照）が存在しないので、第１のコアの側面上に形成された第２のコア１５の表面が荒れることはない。例えば、上記のように、第１のコア１４の側面における最大高さＲｚが０．２μｍであり且つ第２のコア１５の厚さが０．４μｍ程度である場合に、エッチバック後の第２のコア１５の平均厚さを０．２μｍ程度とすることができる。こうしたことは、例えば矩形形状からなるコアの一辺が２μｍ以下の小型の光導波路においても適用可能となる。
【００５７】
次に、図２（ｇ）に示すように、下クラッド１２ａ、第１のコア１４及び第２のコア１５を覆うように上クラッド１２ｂを形成する。上クラッド１２ｂは、上述した下クラッド１２ａと同じ材料、又は下クラッドと屈折率が同じ若しくはほぼ同じ材料で形成することが好ましい。上クラッド１２ｂの形成方法としては、下クラッド１２ａと同じ方法で成膜することが製造上好ましい。上クラッド１２ｂの厚さは、通常、８〜２０μｍである。こうして、本発明に係る光導波路が製造される。
【００５８】
図３は、本発明の光導波路を構成するコアの側面の表面粗さを説明するための概略平面図である。
【００５９】
図３（ａ）は、上記の図２（ｄ）に示す形態の平面図であり、第１のコアの側面の荒れの程度を説明する概略平面図である。エッチングにより第１のコア１４を形成した後における第１のコア１４の側面の荒れの程度は大きく、その荒れは、第１のコア層１４ａをエッチングする際に、レジストパターン２１（図２（ｃ）を参照）の側面に存在する凹凸が第１のコア１４の側面に転写される現象によって形成されると考えられている。なお、レジストパターンの側面に存在する凹凸は、レジストパターンを形成する際のフォトリソグラフィ工程で発生したり、第２のコア層１５ａをドライエッチング法による際のプラズマ照射によって発生したりする。
【００６０】
図３（ｂ）は、上記の図２（ｅ）に示す形態の平面図であり、第２のコア層１５ａが形成された後におけるコア１３の側面の荒れの程度を説明する概略平面図である。第２のコア層１５ａは、第１のコア１４の側面の表面粗さよりも大きな厚さで形成される。第２のコア層１５ａは、等方的な成膜手段で形成されることが好ましく、第２のコア層１５ａの表面は、比較的平滑な表面となる。
【００６１】
図３（ｃ）は、上記の図２（ｆ）に示す形態の平面図であり、異方性エッチング後におけるコア１３の側面の荒れの程度を説明する概略平面図である。異方性エッチングにより若干のエッチバックが起こるので、第２のコア層１５ａの表面の粗さはより小さくなって平滑な表面となる。
【００６２】
（他の実施形態）
本発明の光導波路の製造方法の他の実施形態について説明する。
【００６３】
本発明の光導波路においては、第２のコア層１５ａの軟化温度を第１のコア層１４ａの軟化温度よりも低くし、第２のコア層１５ａを形成する工程と、上クラッド１２ｂを形成する工程との間に熱処理工程を設けるようにして製造することができる。したがって、熱処理工程は、第２のコア層１５ａの形成工程と異方性エッチング工程との間でもよいし、異方性エッチング工程と上クラッド１２ｂの形成工程との間でもよい。こうすることにより、第２のコア層１５ａの表面を軟化させて、その表面エネルギーが小さくなる形状、すなわち平滑な表面とすることができる。
【００６４】
熱処理工程での熱処理条件は、第１のコア層の形成材料や第２のコア層の形成材料により任意に設定することができる。例えば、第１のコア層の構成材料として軟化温度が９５０℃の石英（燐ドープ）を用い、第２のコア層の構成材料として軟化温度が８００℃のＢＰＳＧ（ボロン燐シリケートガラス：Boro-Phospho Silicated Glass）を用いた場合には、第２のコア層であるＢＰＳＧが軟化する温度、例えば８００℃程度の熱処理を施すことが好ましい。なお、上限温度としては、第１のコアの軟化温度未満であることが好ましいが、第１のコアの軟化温度よりも低い温度であっても、第１のコアや下クラッドに悪影響が生じる場合には、そうした問題が発生しない温度で熱処理することが望ましい。
【００６５】
熱処理雰囲気は、窒素であることが好ましく、熱処理時間は、第２のコア層の軟化が起こり且つ表面が平滑になる時間が任意に設定される。
【実施例】
【００６６】
以下、実施例により本発明をさらに詳しく説明する。
【００６７】
（実施例１）
基板として厚さ０．８ｍｍのＳｉ基板を用い、その基板上に厚さ１０μｍの下クラッドを形成した。下クラッドは、屈折率１．４５の石英であり、常圧ＣＶＤ法により形成した。次いで、下クラッド上に厚さ３μｍの第１のコア層を形成した。第１のコア層は、ランタンを４ｍｏｌ％ドープした屈折率１．５の石英であり、下クラッドと同様の常圧ＣＶＤ法により形成した。
【００６８】
次に、その第１のコア層上に、フォトリソグラフィにより幅３μｍで光の伝搬方向の長さが１０ｃｍのコアを形成するためのレジストパターンを形成し、その後、そのレジストパターンをマスクとしてドライエッチング法で第１のコア層をエッチングして、幅３μｍで光の伝搬方向の長さが１０ｃｍの第１のコアを形成した。この場合におけるドライエッチング法は、ＣＦ４を主成分としたガスを用いたプラズマエッチングで行った。なお、エッチング終了後のレジストパターンは、酸素を用いたプラズマアッシングにより除去した。
【００６９】
次に、下クラッドと第１のコアとを覆うように、厚さ０．５μｍの第２のコア層を形成した。第２のコア層は、燐をドープした屈折率１．５の石英であり、上記の第１のコア層と同様の常圧ＣＶＤ法により形成した。なお、第１のコアの側面（側壁）に形成された第２のコア層の平均膜厚は０．４μｍであった。次いで、第２のコア層を異方性エッチングして、第１のコア上に形成されている第２のコア層と、下クラッドの上に形成されている第２のコア層とを除去して、第１のコアの側面にのみ第２のコア層を残した。このときの異方性エッチングは、第１のコア層のドライエッチングと同じ条件で行った。異方性エッチングにより、第１のコアの側面に形成された第２のコア層は若干のエッチバックが起こり、エッチバック後の第２のコアの平均膜厚は０．２μｍであった。
【００７０】
次いで、下クラッドと、第１のコア及び第２のコアからなるコアとを覆うように、厚さ１０μｍの上クラッドを下クラッドと同じ方法で成膜して、コア断面が３μｍ×３μｍの光導波路を製造した。
【００７１】
得られた光導波路について、各コアの表面粗さを測定した。先ず、第１のコアの側面を基板面と平行になるように長手方向に切断し、その切断面に現れる第１のコアと第２のコアとの界面を１０箇所抽出し、その界面を電子顕微鏡等で観察し、所定の基準長さ（５００μｍ）における粗さ曲線を計測し、その結果からＪＩＳ  Ｂ０６０１−２００１に準拠した最大高さＲｚを算出して測定した。こうして第１のコアと第２のコアとの界面に現れる第１のコアの表面粗さを測定した。次いで、同様の方法により、第２のコアとクラッドとの界面に現れる第２のコアの表面粗さを測定した。その結果、第１のコアと第２のコアとの界面に現れる第１のコアの表面粗さは、最大高さＲｚで０．４μｍであり、第２のコアとクラッドとの界面に現れる第２のコアの表面粗さは、最大高さＲｚで０．２μｍであった。
【００７２】
次いで、波長１５５０ｎｍの光の単位長さ当たりの伝搬損失を測定した。伝搬損失の測定は、カットバック法により行い、伝搬損失０．１２ｄＢ／ｃｍという結果が得られた。ここで、カットバック法とは、光導波路の長さを変えることによって生ずる出力の差から伝播損失を算出する方法である。
【００７３】
（実施例２）
実施例１における第２のコア層の形成材料を、ホウ素及び燐をドープした屈折率１．５の石英（ＢＰＳＧ）に変更し、さらに、第２のコア層の形成工程と異方性エッチング工程との間に熱処理工程を施した以外は、実施例１の光導波路と同様にして実施例２の光導波路を製造した。
【００７４】
なお、この実施例２で用いた第２のコア層の形成材料は、その軟化温度が８００℃であり、第１のコア層の形成材料の軟化温度（１０００℃）よりも低い。熱処理工程としては、窒素雰囲気中で８００℃・２時間の熱処理を行い、第２のコア層の表面を滑らかにした。
【００７５】
得られた光導波路について、各コアの表面粗さを実施例１と同様の方法で測定した。その結果、第１のコアと第２のコアとの界面に現れる第１のコアの表面粗さは、最大高さＲｚで０．４μｍであり、第２のコアとクラッドとの界面に現れる第２のコアの表面粗さは、最大高さＲｚで０．１５μｍであった。次いで、波長１５５０ｎｍの光の単位長さ当たりの伝搬損失を実施例１と同様の方法で測定し、伝搬損失０．１０ｄＢ／ｃｍという結果が得られた。
【００７６】
（比較例１）
実施例１における第２のコアを形成しない他は、実施例１と同様にして、従来型の光導波路である比較例１の光導波路を製造した。
【００７７】
得られた光導波路について、各コアの表面粗さを実施例１と同様の方法で測定した。その結果、第１のコアとクラッドとの界面に現れる第１のコアの表面粗さは、最大高さＲｚで０．４μｍであった。次いで、波長１５５０ｎｍの光の単位長さ当たりの伝搬損失を実施例１と同様の方法で測定し、伝搬損失０．２０ｄＢ／ｃｍという結果が得られた。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】本発明の光導波路の一例を示す形態図である。
【図２】本発明の光導波路の製造方法の一実施形態を示す工程図である。
【図３】本発明の光導波路を構成するコアの側面の表面粗さを説明するための概略平面図である。
【図４】従来の光導波路の代表的な製造方法を示す工程図である。
【符号の説明】
【００７９】
１０  光導波路
１１、３１  基板
１２、３２  クラッド
１２ａ、３２ａ  下クラッド
１２ｂ、３２ｂ  上クラッド
１３、３５  コア
１４  第１のコア
１４ａ  第１のコア層
１５  第２のコア
１５ａ  第２のコア層
２１、３４  レジストパターン
３３  コア層
【図１】
2006208548.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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