(57)【要約】      （修正有）【課題】高分子系光導波路と比較して光透過性、耐熱性に優れ、また石英系光導波路と比較して加工性に優れた光導波路を提供する。【解決手段】基板１と、基板上に設けられたクラッド部３と、クラッド部３に埋め込まれたコア部４とを備えている光導波路１００において、クラッド部は、その出発材料としてポリアミド酸を含む溶液とするイミド化反応によって形成されており、コア部は、その出発材料として加水分解性有機金属化合物を含む溶液とするゾルゲル法によって形成されていることにより、光透過性および耐熱性を高くすることができる。【選択図】図１
2006126680.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を伝播するためのコア部と、該コア部に接するクラッド部とを備えた光導波路において、
前記クラッド部がフッ素化されたポリイミド材料で構成され、かつ、前記コア部がゾルゲル法により少なくともＳｉＯ2とＺｒＯ2とを含む透光材料で構成されていることによって、前記コア部の屈折率が前記クラッド部の屈折率より大きくなるように構成されていることを特徴とする光導波路。
【請求項２】
前記コア部は、さらにＴｉＯ2を含んで構成されている請求項１に記載の光導波路。
【請求項３】
前記クラッド部は、さらにＳｉＯ2を含んで構成されている請求項１に記載の光導波路。
【請求項４】
１．５μｍ波長で測定した前記コア部の屈折率が１．４７〜１．６０であり、同じく前記クラッド部の屈折率が１．４６〜１．５９である請求項１に記載の光導波路。
【請求項５】
前記コア部は前記クラッド部内に埋設されており、チャネル型光導波路を構成している請求項１〜４いずれか１項に記載の光導波路。
【請求項６】
前記コア部の側面の一部のみが前記クラッド部に接しており、リッジ型光導波路を構成している請求項１〜４いずれか１項に記載の光導波路。
【請求項７】
光を伝播するためのコア部と、該コア部に接し該コア部より低い屈折率を有するクラッド部とを備えた光導波路を製造する方法であって、
前記クラッド部は、ポリアミド酸を含むクラッド部形成用溶液のイミド化反応によって形成したポリイミド材料で構成し、
前記コア部は、加水分解性有機金属化合物を含むコア部形成用溶液のゾルゲル反応により形成した透光材料で構成したことを特徴とする光導波路の製造方法。
【請求項８】
前記クラッド部形成用溶液は、ポリアミド酸を含む溶液と加水分解性有機金属化合物を含む溶液とを含む請求項７に記載の光導波路の製造方法。
【請求項９】
前記クラッド部形成用溶液の組成を、質量％で表示して、
ポリアミド酸を含む溶液                  ５０〜１００％、
加水分解性有機金属化合物を含む溶液        ０〜  ５０％、
とした請求項８に記載の光導波路の製造方法。
【請求項１０】
前記クラッド部形成用溶液における加水分解性有機金属化合物を、Ｓｉ，Ｚｒ，Ｔｉ，Ｇｅ，Ａｌのうち、少なくとも１種の元素を含む加水分解性金属アルコキシドとした請求項８に記載の光導波路の製造方法。
【請求項１１】
前記クラッド部形成用溶液における加水分解性有機金属化合物を含む溶液の組成を、質量％で表して、
金属アルコキシド  ３９．０〜７８．２％、
触媒                ５．０〜  ９．９％、
水                  ５．９〜１１．９％、
溶媒                ０．０〜５０．０％、
とした請求項１０に記載の光導波路の製造方法。
【請求項１２】
前記クラッド部形成用溶液における加水分解性金属アルコキシドを、エポキシ基含有金属アルコキシドとした請求項１０または１１に記載の光導波路の製造方法。
【請求項１３】
前記クラッド部形成用溶液におけるエポキシ基含有金属アルコキシドを、3-グリシドキシプロピルトリメトキシシランとした請求項１２に記載の光導波路の製造方法。
【請求項１４】
前記クラッド部形成用溶液におけるポリアミド酸をフッ素化した請求項７〜１３いずれか１項に記載の光導波路の製造方法。
【請求項１５】
前記クラッド部形成用溶液は、前記ポリアミド酸をフッ素化し、前記加水分解性有機金属化合物を3-グリシドキシプロピルトリメトキシシラン加水分解溶液とし、
その組成を、質量％で表示して、
ポリアミド酸を含む溶液                  ７０〜１００％、
加水分解性有機金属化合物を含む溶液        ０〜  ３０％、
とした請求項８に記載の光導波路の製造方法。
【請求項１６】
前記コア部形成用溶液における加水分解性有機金属化合物を、Ｓｉ，Ｚｒ，Ｔｉ，Ｇｅ，Ａｌのうち、少なくとも１種の元素を含む感光性金属アルコキシドとした請求項７に記載の光導波路の製造方法。
【請求項１７】
前記コア部形成用溶液を、前記加水分解性有機金属化合物として感光性金属アルコキシ加水分解物を含む溶液と、光反応開始剤とを含ませて構成し、
その組成を、質量％で表示して、
感光性金属アルコキシ加水分解物を含む溶液  ８０．０〜９９．９％、
光反応開始剤                                ０．１〜２０．０％、
とした請求項１６に記載の光導波路の製造方法。
【請求項１８】
前記コア部形成用溶液における感光性金属アルコキシ加水分解物を含む溶液に、さらにＳｉ，Ｚｒ，Ｔｉ，Ｇｅ，Ａｌのうち、少なくとも１種の元素を含む加水分解性金属アルコキシドを含ませた請求項１６または１７に記載の光導波路の製造方法。
【請求項１９】
前記コア部形成用溶液の組成を、質量％で表示して、
感光性金属アルコキシ加水分解物を含む溶液  １０．０〜９８．９％、
光反応開始剤                                ０．１〜２０．０％、
加水分解性金属アルコキシド                  １．０〜８９．９％、
とした請求項１８に記載の光導波路の製造方法。
【請求項２０】
前記感光性金属アルコキシ加水分解物を含む溶液に含まれる加水分解性金属アルコキシドを、フェニル基含有金属アルコキシドとした請求項１８または１９に記載の光導波路の製造方法。
【請求項２１】
前記コア部形成用溶液の組成を、質量％で表示して、
感光性金属アルコキシ加水分解物を含む溶液  ２０．０〜９８．９％、
光反応開始剤                                ０．１〜２０．０％、
フェニル基含有加水分解性金属アルコキシド    １．０〜６０．０％、
とした請求項２０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、光導波路およびその製造方法に関し、特に、ポリイミド材料とゾルゲル材料を用いて形成された光導波路、およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
低損失光ファイバによる光通信システムの実用化に伴い、種々の光通信部品の開発が望まれている。また、これら光部品を高密度に実装する光配線技術、特に光導波路技術の確立が望まれている。一般に光導波路には、以下のような機能等が要求されている。すなわち、・光損失が小さい，・製造が容易である，・コア部とクラッド部との屈折率差を制御できる，・耐熱性に優れている，などである。
【０００３】
光損失の低い光導波路としては、石英系光導波路が主に検討されている。この石英系光導波路は、例えば、次のような工程で作製されている。
【０００４】
まず、シリコン基板上に、火炎堆積法あるいはＣＶＤ法などにより、ガラス膜からなる下部クラッド部を形成する。次に、この下部クラッド部上に、これよりも屈折率の高い無機質の薄膜を形成し、この薄膜を反応性イオンエッチング法にてパターニングすることにより、コア部を形成する。さらに、火炎堆積法によって上部クラッド部を形成することにより、光導波路が作製されている。
【０００５】
しかしながら、石英系光導波路は、ＣＶＤ装置や反応性イオンエッチング装置などの高価な装置を用いて作製されているため、安価に作製できない、という問題があった。
【０００６】
これに対して、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）などからなる高分子系光導波路は、塗布法という簡便な方法で膜形成が可能である。したがって、低価格での製造が可能である、という長所がある。
【０００７】
その一方、・耐熱性が劣る，・長波長で十分な低損失化が達成されていない，などの欠点がある。例えば、ＰＭＭＡに代表される脂肪族系高分子は、耐熱性が十分ではない、という欠点がある。光インターコネクションの用途では、ＬＳＩチップを実装するので、半田付け時の熱に耐えることが必要である。
【０００８】
さらに、脂肪族系高分子は、光通信波長領域に脂肪族Ｃ−Ｈ結合による高波長吸収を有している。このため、光損失が大きい、という問題がある。
【０００９】
その一方で、芳香族ポリイミドは、プラスチックスの中で最も耐熱性に優れ、さらに脂肪族Ｃ−Ｈ結合を有していない。このため、芳香族ポリイミドの透明性を高めて、光通信分野に利用するための研究が、精力的に行われてきた。
【００１０】
透明性を有する芳香族ポリイミドとしては、全芳香族ポリイミドの分子構造中に、トリフルオロメチル基などを導入したフッ素含有ポリイミドが開発されてきた。さらに、フッ素を含有させることなく、高い光透過性を有する芳香族ポリイミドの検討も行われている。
【００１１】
これらのポリイミドは、芳香環同士の結合様式とその位置を工夫することにより、隣り合った芳香環同士の共役を弱めることで、光透過性を高めている。しかし、芳香族ポリイミドは、従来の高分子材料に比べて耐熱性や光透過性が優れているものの、石英系材料と比較すると、その性能は未だ十分ではない。
【００１２】
このような背景により、安価で容易に作製可能という特長を持った高分子系光導波路としては、フッ素化ポリイミドをコアおよびクラッド部として有した構造が検討されている（例えば、特開平４−９８０７号公報）。
【００１３】
【特許文献１】特開平４−９８０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
ここで、光導波路材料、特にコア部の材料としてポリイミドを用いて光導波路を作製する場合、作製そのものは容易になるものの、低い光透過損失のデバイスを設計することが困難になる。
【００１５】
これに対し、ゾルゲル材料は低温にてパターン形成が可能であり、さらには無機骨格由来の高い光透過性を有している。しかし、ゾルゲル材料は一般的に膜質の柔軟性が低いため、コア部に必要な膜厚を形成すると、硬化時にクラックが発生する、という欠点がある。つまり、ゾルゲル材料は、光透過性という観点では適性が高く、その一方、光導波路作製という観点では問題がある。
【００１６】
このクラック防止については、組成内の有機成分の比率を増加させることで、対応することも可能である。しかし、ゾルゲル材料が無機骨格によって本来有する高い光透過性を生かすためには、最適な手段とは言い難い。
【００１７】
本発明は、このような従来の問題点に着目してなされたものである。その目的とするところは、高分子系光導波路と比較して、光透過性や耐熱性に優れ、また石英系光導波路と比較して加工性に優れた光導波路、およ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】
【００１８】
上記目的を達成するために請求項１に記載の発明は、
光を伝播するためのコア部と、該コア部に接するクラッド部とを備えた光導波路において、
前記クラッド部がフッ素化されたポリイミド材料で構成され、かつ、前記コア部がゾルゲル法により少なくともＳｉＯ2とＺｒＯ2とを含む透光材料で構成されていることによって、前記コア部の屈折率が前記クラッド部の屈折率より大きくなるように構成されていることを特徴とする光導波路である。
【００１９】
請求項２に記載の発明として、
前記コア部は、さらにＴｉＯ2を含んで構成されている請求項１に記載の光導波路である。
【００２０】
請求項３に記載の発明として、
前記クラッド部は、さらにＳｉＯ2を含んで構成されている請求項１に記載の光導波路である。
【００２１】
請求項４に記載の発明として、
１．５μｍ波長で測定した前記コア部の屈折率が１．４７〜１．６０であり、同じく前記クラッド部の屈折率が１．４６〜１．５９である請求項１に記載の光導波路である。
【００２２】
請求項５に記載の発明として、
前記コア部は前記クラッド部内に埋設されており、チャネル型光導波路を構成している請求項１〜４いずれか１項に記載の光導波路である。
【００２３】
請求項６に記載の発明として、
前記コア部の側面の一部のみが前記クラッド部に接しており、リッジ型光導波路を構成している請求項１〜４いずれか１項に記載の光導波路である。
【００２４】
請求項７に記載の発明として、
光を伝播するためのコア部と、該コア部に接し該コア部より低い屈折率を有するクラッド部とを備えた光導波路を製造する方法であって、
前記クラッド部は、ポリアミド酸を含むクラッド部形成用溶液のイミド化反応によって形成したポリイミド材料で構成し、
前記コア部は、加水分解性有機金属化合物を含むコア部形成用溶液のゾルゲル反応により形成した透光材料で構成したことを特徴とする光導波路の製造方法である。
【００２５】
請求項８に記載の発明として、
前記クラッド部形成用溶液は、ポリアミド酸を含む溶液と加水分解性有機金属化合物を含む溶液とを含む請求項７に記載の光導波路の製造方法である。
【００２６】
請求項９に記載の発明として、
前記クラッド部形成用溶液の組成を、質量％で表示して、
ポリアミド酸を含む溶液                  ５０〜１００％、
加水分解性有機金属化合物を含む溶液        ０〜  ５０％、
とした請求項８に記載の光導波路の製造方法である。
【００２７】
請求項１０に記載の発明として、
前記クラッド部形成用溶液における加水分解性有機金属化合物を、Ｓｉ，Ｚｒ，Ｔｉ，Ｇｅ，Ａｌのうち、少なくとも１種の元素を含む加水分解性金属アルコキシドとした請求項８に記載の光導波路の製造方法である。
【００２８】
請求項１１に記載の発明として、
前記クラッド部形成用溶液における加水分解性有機金属化合物を含む溶液の組成を、質量％で表して、
金属アルコキシド  ３９．０〜７８．２％、
触媒                ５．０〜  ９．９％、
水                  ５．９〜１１．９％、
溶媒                ０．０〜５０．０％、
とした請求項１０に記載の光導波路の製造方法である。
【００２９】
請求項１２に記載の発明として、
前記クラッド部形成用溶液における加水分解性金属アルコキシドを、エポキシ基含有金属アルコキシドとした請求項１０または１１に記載の光導波路の製造方法である。
【００３０】
請求項１３に記載の発明として、
前記クラッド部形成用溶液におけるエポキシ基含有金属アルコキシドを、3-グリシドキシプロピルトリメトキシシランとした請求項１２に記載の光導波路の製造方法である。
【００３１】
請求項１４に記載の発明として、
前記クラッド部形成用溶液におけるポリアミド酸をフッ素化した請求項７〜１３いずれか１項に記載の光導波路の製造方法である。
【００３２】
請求項１５に記載の発明として、
前記クラッド部形成用溶液は、前記ポリアミド酸をフッ素化し、前記加水分解性有機金属化合物を3-グリシドキシプロピルトリメトキシシラン加水分解溶液とし、
その組成を、質量％で表示して、
ポリアミド酸を含む溶液                  ７０〜１００％、
加水分解性有機金属化合物を含む溶液        ０〜  ３０％、
とした請求項８に記載の光導波路の製造方法である。
【００３３】
請求項１６に記載の発明として、
前記コア部形成用溶液における加水分解性有機金属化合物を、Ｓｉ，Ｚｒ，Ｔｉ，Ｇｅ，Ａｌのうち、少なくとも１種の元素を含む感光性金属アルコキシドとした請求項７に記載の光導波路の製造方法である。
【００３４】
請求項１７に記載の発明として、
前記コア部形成用溶液を、前記加水分解性有機金属化合物として感光性金属アルコキシ加水分解物を含む溶液と、光反応開始剤とを含ませて構成し、
その組成を、質量％で表示して、
感光性金属アルコキシ加水分解物を含む溶液  ８０．０〜９９．９％、
光反応開始剤                                ０．１〜２０．０％、
とした請求項１６に記載の光導波路の製造方法である。
【００３５】
請求項１８に記載の発明として、
前記コア部形成用溶液における感光性金属アルコキシ加水分解物を含む溶液に、さらにＳｉ，Ｚｒ，Ｔｉ，Ｇｅ，Ａｌのうち、少なくとも１種の元素を含む加水分解性金属アルコキシドを含ませた請求項１６または１７に記載の光導波路の製造方法である。
【００３６】
請求項１９に記載の発明として、
前記コア部形成用溶液の組成を、質量％で表示して、
感光性金属アルコキシ加水分解物を含む溶液  １０．０〜９８．９％、
光反応開始剤                                ０．１〜２０．０％、
加水分解性金属アルコキシド                  １．０〜８９．９％、
とした請求項１８に記載の光導波路の製造方法である。
【００３７】
請求項２０に記載の発明として、
前記感光性金属アルコキシ加水分解物を含む溶液に含まれる加水分解性金属アルコキシドを、フェニル基含有金属アルコキシドとした請求項１８または１９に記載の光導波路の製造方法である。
【００３８】
請求項２１に記載の発明として、
前記コア部形成用溶液の組成を、質量％で表示して、
感光性金属アルコキシ加水分解物を含む溶液  ２０．０〜９８．９％、
光反応開始剤                                ０．１〜２０．０％、
フェニル基含有加水分解性金属アルコキシド    １．０〜６０．０％、
とした請求項２０に記載の光導波路の製造方法である。
【００３９】
（光導波路としての特徴）
まず本発明は、ゾルゲル法で形成されたコア部が、フッ素化されたポリイミド材料で構成されたクラッド部に接するように構成されて、光導波路を構成している。
【００４０】
また、本発明において、コア部を構成するゾルゲル材料は、分子内に無機骨格を有しているので、コア部は光透過性が高く、耐熱性にも優れている。また、イミド化反応で形成されたクラッド部も、耐熱性に優れている。このため、本発明の光導波路は、光透過性がよく、耐熱性も良好である。
【００４１】
一方、高分子材料による光導波路の場合、例えばＰＭＭＡからなる光導波路は、光透過性に優れているものの、耐熱性が高いとはいえず、実装に関して問題がある。また、ポリイミドからなる光導波路は、耐熱性については非常に優れているものの、分子構造由来の透過損失、複屈折性といった光学性能を制御することが非常に困難であった。このように、高分子系光導波路では、光透過性と耐熱性の両方を満足できなかった。
【００４２】
これに対して、本発明では、光透過性と耐熱性の両方を満足できる。すなわち、本発明において、ゾルゲル材料で形成されたコア部の熱膨張係数は数十〜百数十ｐｐｍ／℃であり、イミド化反応で形成されたクラッド部の熱膨張係数も数十〜百数十ｐｐｍ／℃である。このように、コア部とクラッド部の熱膨張係数がほぼ同程度であるので、熱膨張係数の差に起因するクラックを抑制することができるようになった。このため、本発明の光導波路は、高温で熱処理してもクラックが発生しにくいので、光導波路を実装する際に高温の熱処理工程を加えても、光学性能を維持できるようになった。
【００４３】
本発明におけるクラッド部は、フッ素化されたポリイミド材料で構成され、さらに好ましくは金属アルコキシドに由来するＳｉＯ2を含んでいるので、コア部に比して屈折率を低くすることができる。
【００４４】
他方、本発明におけるコア部は、ゾルゲル法により少なくともＳｉＯ2とＺｒＯ2とを含み、さらにフェニル基含有アルコキシドに由来するシラン化合物を含む透光材料で構成されているので、クラッド部に比して屈折率を高くすることができる。
【００４５】
具体的には、１．５μｍ波長で測定したとき、コア部の屈折率を１．４７〜１．６０とすることができ、同じくクラッド部の屈折率を１．４６〜１．５９とすることができる。もちろん、コア部の屈折率がクラッド部の屈折率より大きくなるようにしている。本発明では、このようなクラッド部とコア部とから光導波路を構成している。
【００４６】
本発明による光導波路の一形態として、コア部をクラッド部内に埋設させて、チャネル型光導波路を構成させるとよい。こうすると、コア部を伝播する光がコア部内に閉じ込めやすくなるので、光の伝播効率が高くなる。すなわち、光導波路の性能を向上できる。
【００４７】
また、本発明による光導波路の別形態として、コア部の側面の一部のみにクラッド部に接しさせて、リッジ型光導波路を構成してもよい。本発明による光導波路では、特にコア部の光透過性が高いので、リッジ型光導波路のように簡単な構造でも、光導波路として成立させることができる。
【００４８】
（製造方法の特徴）
本発明による製造方法では、コア部とクラッド部は、それらの形成溶液を塗布するなどの簡便な方法で作製できるので、安価な装置で光導波路を作製できる。一方、石英系光導波路では、ＣＶＤ装置や反応性イオンエッチング装置などの高価な装置が用いられている。すなわち、本発明の光導波路は、石英系光導波路に比べて、低コストで作製できる利点がある。
【００４９】
（クラッド部形成溶液）
本発明の製造方法では、クラッド部を構成する出発材料として、ポリアミド酸とフッ素を含む加水分解性有機金属化合物とを含む溶液を用いる。この溶液をイミド化反応させて、フッ素化されたポリイミド材料よりなるクラッド部を形成する。このように、ポリアミド酸とフッ素を含む加水分解性有機金属化合物とを用いているので、これらの混合比などにより、屈折率の低いクラッド部を容易に形成できる。つまり、コア部に比べて屈折率を低くしたクラッド部が得られる。特に、フッ素化することは低屈折率化に有効である。なお、ポリアミド酸は、ポリアミック酸とも呼ばれている。
【００５０】
また、本発明の製造方法によると、クラッド部の屈折率を低くできることに加えて、クラッド部の表面粗さの低減や耐熱性を向上させることも可能である。
【００５１】
さらに、クラッド部の出発材料に加水分解性有機金属化合物を含ませているので、コア部とクラッド部との化学的な結合が生じやすい。このため、本発明による光導波路は、クラックが発生しにくい構成になっている。
【００５２】
一般に、ゾルゲル材料は、有機の高分子材料と分子レベルでの複合化が可能である。クラッド部材料として用いたポリイミドとゾルゲル材料との混合による複合化により、耐熱性が高く、屈折率が高精度に制御可能な有機−無機ハイブリッド材料を作製できる。
【００５３】
上述のクラッド部材料を形成するポリイミド前駆体溶液に、Ｓｉ，Ｚｒ，Ｔｉ，Ｇｅ，Ａｌのうち、少なくとも１種の加水分解性金属アルコキシドを含ませるとよい。
【００５４】
この加水分解性金属アルコキシドとしては、
テトラエトキシシラン，
テトラメトキシシラン，
メチルトリエトキシシラン，
ジメチルジエトキシシラン，
フェニルトリエトキシシラン，
ジフェニルジエトキシシラン，
フェニルトリメトキシシラン，
3-グリシドキシプロピルトリメトキシシラン，
2-(3,4エポキシシクロヘキシルエチル)トリメトキシシラン，
テトライソプロポキシチタン，
テトラブトキシチタン，
からなる群より選ばれた少なくとも１種を用いることができる。
【００５５】
以上の手法を使用すると、波長１．５μｍでの屈折率が１．４６〜１．５９に調整されたクラッド部が得ることができる。
【００５６】
より強固なネットワークを形成したり、耐薬品性をよくしたり、耐候性を向上させたい場合、クラッド部形成用溶液に加水分解性の金属アルコキシドを添加するとよい。その場合、
加水分解性金属アルコキシド溶液  ０〜３０質量％（0〜300g/dm3）、
ポリイミド前駆体溶液  ７０〜１００質量％（700〜1000g/dm3）
を含んだものを均一に撹拌して、用いることが好ましい。
【００５７】
ここで、上述の加水分解性金属アルコキシド溶液は、
金属アルコキシド  ３９〜７８．２質量％（390〜782g/dm3）、
触媒  ５．０〜９．９質量％（50〜99g/dm3）、
水  ５．９〜１１．９質量％（59〜119g/dm3）、
溶媒  ０〜５０質量％（0〜500g/dm3）
を含む組成物が好ましい。
【００５８】
また、加水分解性金属アルコキシドのシラノール基が、基板表面に存在するＳｉＯ2と結合するので、強固な密着性が得られる。さらに、コア部が金属アルコキシドからなるゾルゲル材料であることから、コア部とクラッド部との界面における密着性が改善される。このため、透過損失の低減が可能であり、高い光透過性の光導波路を作製できる。
【００５９】
さらに、このクラッド部でコア部の周囲を取り囲むことにより、高温の熱処理において、厚膜のゾルゲル材料の熱収縮を抑制できるので、クラックの発生を防止する効果も備えている。
【００６０】
加えて、ポリイミド材料は、光導波路のクラッド部として必要な膜厚を得るのが容易であるため、クラッド部材として汎用性が高い。このように、ゾルゲル材料と組み合わせることで、簡便な光導波路の作製プロセスでありながら、ポリイミド製光導波路と比較して、高い光透過性の光導波路が作製可能である。
【００６１】
使用されるポリイミド前駆体としては、近赤外域での光損失の原因となるアルキル基などのＣ−Ｈ結合に基づく振動吸収を小さくするために、全ての水素が重水素、フッ素、パーフルオロアルキル基から選ばれる少なくとも１種以上で置換されていることが好ましい。ただし、ベンゼン環に直接結合する水素は本発明の効果に影響しないと考えられるため、含有されていても構わない。
【００６２】
そのような成分は、酸二水和物とジアミン成分から製造することができる。上述のフッ素を含む酸二水和物成分としては、例えば、
(トリフルオロメチル)ピロメリット酸二無水物，
ジ(トリフルオロメチル)ピロメリット酸二無水物，
ジ(ヘプタフルオロプロピル)ピロメリット酸二無水物，
ペンタフルオロエチルピロメリット酸二無水トリフルオロメチル，
ビス{3,5-ジ(トリフルオロメチル)フェノキシ}ピロメリット酸二無水物，
2,2-ビス(3,4-ジカルボキシフェニル)ヘキサフルオロプロパン二無水物，
5,5'-ビス(トリフルオロエチル)-3,3'，
4,4'-テトラカルボキシビフェニル二無水物，
2,2',5,5'-テトラキス(トリフルオロメチル)-3,3',4,4'-テトラカルボキシジフェニルエーテル二無水物，
5,5'-ビス(トリフルオロメチル)-3,3',4,4'-テトラカルボキシベンゾフェノン二無水物，
ビス{(トリフルオロメチル)ジカルボキシフェノキシ}ベンゼン二無水物，
ビス{(トリフルオロメチル)ジカルボキシフェノキシ}トリフルオロメチルベンゼン二無水物，
ビス(ジカルボキシフェノキシ)トリフルオロメチルベンゼン二無水物，
ビス(ジカルボキシフェノキシ)ビス(トリフルオロメチル)ベンゼン二無水物，
ビス(ジカルボキシフェノキシ)テトラキス(トリフルオロメチル)ベンゼン二無水物，
2,2-ビス{4-(3,4-ジカルボキシフェノキシ)フェニル}ヘキサフルオロプロパン二無水物，
ビス{(トリフルオロメチル)ジカルボキシフェノキシ}ビフェニル二無水物，
ビス{(トリフルオロメチル)ジカルボキシフェノキシ}ビス(トリフルオロメチル)ビフェニル二無水物，
ビス{(トリフルオロメチル)ジカルボキシフェノキシ}ジフェニルエーテル二無水物，
ビス(ジカルボキシフェノキシ)ビス(トリフルオロメチル)ビフェニル二無水物，
などが挙げられる。
【００６３】
また、分子内のアルキル基などのみではなく、フェニル環などの炭素に結合する全ての１価元素をフッ素、またはパーフルオロアルキル基としたものであれば、より近赤外領域での吸収が小さくなるので、好ましい。このような酸二無水物を得るためには、テトラカルボン酸またはその誘導体を通常の方法で無水物とし、例えば１００℃以上に加熱すれば、所望の全フッ素酸二無水物が得られる。
【００６４】
このような酸無水物，酸塩化物，エステル化物などとしては、
2,5-ジフルオロピロメリット酸，
2-トリフルオロメチル-5-フルオロピロメリット酸，
2,5-ジ(トリフルオロメチル)ピロメリット酸，
2,5-ジ(ペンタフルオロエチル)ピロメリット酸，
ヘキサフルオロ-3,3',4,4'-ビフェニルテトラカルボン酸，
ヘキサフルオロ-3,3',4,4'-ベンゾフェノンテトラカルボン酸，
2,2-ビス(3,4-ジカルボキシトリフルオロフェニル)ヘキサフルオロプロパン，
1,3-ビス(3,4-ジカルボキシトリフルオロフェニル)ヘキサフルオロプロパン，
1,4-ビス(3,4-ジカルボキシトリフルオロフェノキシ)テトラフルオロベンゼン，
ヘキサフルオロ-3,3'(または4,4')-オキシビスフタル酸，
などが挙げられる。フッ素を含むジアミンは、近赤外光の低損失化や、吸湿率を下げる意味で好ましい。
【００６５】
フッ素を含むジアミン成分としては、
4-(1H,1H,11H-エイコサフルオロウンデカノキシ)-1,3-ジアミノベンゼン，
4-(1H,1H-パーフルオロ-1-ブタノキシ)-1,3-ジアミノベンゼン，
4-(1H,1H-パーフルオロ-1-ヘプタノキシ)-1,3-ジアミノベンゼン，
4-(1H,1H-パーフルオロ-1-オクタノキシ)-1,3-ジアミノベンゼン，
4-ペンタフルオロフェノキシ-1,3-ジアミノベンゼン，
4-(2,3,5,6-テトラフルオロフェノキシ)-1,3-ジアミノベンゼン，
4-(4-フルオロフェノキシ)-1,3-ジアミノベンゼン，
4-(1H,1H,2H,2H-パーフルオロ-1-ヘキサノキシ)-1,3-ジアミノベンゼン，
4-(1H,1H,2H,2H-パーフルオロ-1-ドデカノキシ)-1,3-ジアミノベンゼン，
(2,5)-ジアミノベンゾトリフルオライド，
ビス(トリフルオロメチル)フェニレンジアミン，
ジアミノテトラ(トリフルオロメチル)ベンゼン，
ジアミノ(ペンタフルオロエチル)ベンゼン，
2,5-ジアミノ(パーフルオロヘキシル)ベンゼン，
2,5-ジアミノ(パーフルオロブチル)ベンゼン，
2,2'-ビス(トリフルオロメチル)-4,4'-ジアミノビフェニル，
3,3'-ビス(トリフルオロメチル)-4,4'-ジアミノビフェニル，
オクタフルオロベンジジン，
4,4'-ジアミノジフェニルエーテル，
2,2-ビス(4-アミノフェニル)ヘキサフルオロプロパン，
1,3-ビス(アニリノ)ヘキサフルオロプロパン，
1,4-ビス(アニリノ)オクタフルオロブタン，
1,5-ビス(アニリノ)デカフルオロペンタン，
1,7-ビス(アニリノ)テトラデカフルオロヘプタン，
2,2'-ビス(トリフルオロメチル)-4,4'-ジアミノジフェニルエーテル，
3,3'-ビス(トリフルオロメチル)-4,4'-ジアミノジフェニルエーテル，
3,3',5,5'-テトラキス(トリフルオロメチル)-4,4'-ジアミノジフェニルエーテル，
3,3'-ビス(トリフルオロメチル)-4,4'-ジアミノベンゾフェノン，
4,4'-ジアミノ-p-テルフェニル，1,4-ビス(p-アミノフェニル)ベンゼン，
p-(4-アミノ-2-トリフルオロメチルフェノキシ)ベンゼン，
ビス(アミノフェノキシ)ビス(トリフルオロメチル)ベンゼン，
ビス(アミノフェノキシ)テトラキス(トリフルオロメチル)ベンゼン，
2,2-ビス{4-(4-アミノフェノキシ)フェニル}ヘキサフルオロプロパン，
2,2-ビス{4-(3-アミノフェノキシ)フェニル}ヘキサフルオロプロパン，
2,2-ビス{4-(2-アミノフェノキシ)フェニル}ヘキサフルオロプロパン，
2,2-ビス{4-(4-アミノフェノキシ)-3,5-ジメチルフェニル}ヘキサフルオロプロパン，
2,2-ビス{4-(4-アミノフェノキシ)-3,5-ジトリフルオロメチルフェニル}ヘキサフルオロプロパン，
4,4'-ビス(4-アミノ-2-トリフルオロメチルフェノキシ)ビフェニル，
4,4'-ビス(4-アミノ-3-トリフルオロメチルフェノキシ)ビフェニル，
4,4'-ビス(4-アミノ-2-トリフルオロメチルフェノキシ)ジフェニルスルホン，
4,4'-ビス(3-アミノ-5-トリフルオロメチルフェノキシ)ジフェニルスルホン，
2,2-ビス{4-(4-アミノ-3-トリフルオロメチルフェノキシ)フェニル}ヘキサフルオロプロパン，
ビス{(トリフルオロメチル)アミノフェノキシ}ビフェニル，
ビス〔{(トリフルオロメチル)アミノフェノキシ}フェニル〕ヘキサフルオロプロパン，
ビス{2-〔(アミノフェノキシ)フェニル〕ヘキサフルオロイソプロピル}ベンゼン，
4,4'-ビス(4-アミノフェノキシ)オクタフルオロビフェニル，
などが挙げられる。
【００６６】
さらには、分子内のアミノ基を除くアルキル基、フェニル環などの炭素に結合する全ての１価元素をフッ素、またはパーフルオロアルキル基としたものであれば近赤外の吸収が小さいので好ましい。例えば、
3,4,5,6-テトラフルオロ-1,2-フェニレンジアミン，
2,4,5,6-テトラフルオロ-1,3-フェニレンジアミン，
2,3,5,6-テトラフルオロ-1,4-フェニレンジアミン，
4,4'-ジアミノオクタフルオロビフェニル，
ビス(2,3,5,6-テトラフルオロ-4-アミノフェニル)エーテル，
ビス(2,3,5,6-テトラフルオロ-4-アミノフェニル)スルホン，
ヘキサフルオロ-2,2'-ビス(トリフルオロメチル)-4,4'-ジアミノビフェニル，
などが挙げられる。
【００６７】
本発明に用いるポリイミド前駆体を製造するときに使用するジアミンには、アルキル基，アリル基，プロパルギル基，水酸基の水素原子を含ませないことが好ましい。
【００６８】
このようなポリイミド前駆体溶液は、酸二無水物およびジアミン成分が等モルになるように調製し、有機極性溶媒中で重合することで得られる。複数種のジアミン成分と複数種のカルボン酸二無水物を混合して用いる場合は、ジアミン成分の合計モル数と、カルボン酸二無水物の合計モル数とが、等しいかほぼ等しくなるようにする。
【００６９】
このポリイミド前駆体は、アルゴンや窒素などの不活性雰囲気中において、ジアミンおよびカルボン酸二無水物を、有機極性溶媒中に溶解または拡散させて得られる。各モノマーの添加順序は特に限定されず、酸二無水物を有機極性溶媒中に先に加えておき、ジアミン成分を添加し、ポリアミド酸重合体の溶液としてもよい。また、ジアミン成分を有機極性溶媒中に先に適量加えて、次に酸二無水物を加えてもよい。複数種のジアミン成分と複数種のカルボン酸二無水物を使用する場合、公知である様々な添加方法を適用できる。
【００７０】
この反応に用いられる有機極性溶媒としては、
ジメチルスルホキシド，ジエチルスルホキシドなどのスルホキシド系溶媒や、
N,N-ジメチルホルムアミド，N,N-ジエチルホルムアミドなどのホルムアミド系溶媒や、
N,N-ジメチルアセトアミド，N,N-ジエチルアセトアミドなどのアセトアミド系溶媒や、
N-メチル-2-ピロリドンなどのピロリドン系溶媒や、
フェノール，o-，p-，m-またはp-クレゾール，キシノール，ハロゲン化フェノール，カテコールなどのフェノール系溶媒や、
あるいはヘキサメチルホスホルアミド，γ−ブチロラクトンなどを挙げることができる。
【００７１】
さらに、必要に応じて、これらの有機極性溶媒とキシレンあるいはトルエンなどの芳香族炭化水素とを組み合わせて用いることもできる。その溶液の濃度は、５〜４０質量％（50〜400g/dm3）が好ましく、さらに好ましくは１０〜２５質量％（100〜250g/dm3）である。また上述のポリマー溶液の粘度（２５℃）は、５〜５００Ｐａ・ｓ（50〜5000 Poise）であることが好ましい。
【００７２】
上述のクラッド部形成用溶液に、ポリアミド酸と共に添加される加水分解性金属アルコキシドとしては、エポキシ基含有金属アルコキシドが適している。エポキシ基は、基板との密着性だけでなく、ゾルゲル法で作製したコア部との密着性も高い。それゆえ、硬化時の熱収縮により発生するクラックを抑制する、という効果もある。したがって、ゾルゲル法によって形成した厚い膜を、コア部として用いることができる。このような構成の光導波路が成立可能であるということは、ゾルゲル材料の光学材料としての応用先が飛躍的に拡大されたことを立証するものである。
【００７３】
本発明におけるクラッド部形成溶液は、特に、フッ素化ポリイミド前駆体溶液に、3-グリシドキシプロピルトリメトキシシラン加水分解物を加えたことで、精密な屈折率の制御が可能であるだけではなく、凝集体のない均一な溶液とすることができる。これにより、表面平滑性に優れた膜とすることができる。また、エポキシ基が含有されていることで、従来のポリイミド膜に比べて、摩擦（引っかき）抵抗が飛躍的に高いクラッド部を作製できる。
【００７４】
このように、クラッド部の出発材料として、3-グリシドキシプロピルトリメトキシシラン加水分解物を、フッ素化ポリイミド前駆体溶液に、０〜３０質量％（0〜300g/dm3）を加えてもよい。
【００７５】
3-グリシドキシプロピルトリメトキシシラン加水分解溶液としては、
3-グリシドキシプロピルトリメトキシシラン  ３９〜７８．２質量％（390〜782g/dm3）、
触媒  ５．０〜９．９質量％（50〜99g/dm3）、
水  ５．９〜１１．９質量％（59〜119g/dm3）、
溶媒  ０〜５０質量％（0〜500g/dm3）
を含む組成物とするのが好ましい。
【００７６】
（コア部形成溶液）
本発明におけるコア部は、ゾルゲル法によって形成され、透光性に優れている。その出発原料として、加水分解性有機金属化合物が好適に使用される。このコア部を形成する際に、熱または光が用いられる。その材料選択や処理温度によって、コア部は、無機のガラスとすることができるし、有機物と無機物が複雑に絡み合った有機−無機複合体とすることもできる。ここで、ゾルゲル法は、分子レベルで材料の複合化が可能であるので、これにより様々な機能を複合化することや制御できる、という特徴を有している。さらに、ゾルゲル法は、材料の屈折率も高精度に制御できる。
【００７７】
本発明のコア部形成用溶液では、感光性金属アルコキシドを含む感光性ゾルゲル材料を用いることにより、光照射により所望のパターンを容易に得られる。ゾルゲル膜を基板上に形成する際には、コーティング法を用いることが好ましい。コーティング法としては、例えば、スピンコート法，ディップコート法，スプレーコート法，印刷法などが挙げられるが、これらに限られない。また、グラビアコート法，フレキソ印刷法，ロールコート法，スクリーン印刷法などの印刷法は、大面積コーティングに適しており、生産性が高く、コーティング液組成物の使用効率も高い。
【００７８】
本発明のコア部形成用溶液は、感光性金属アルコキシ加水分解溶液  ８０〜９９．９質量％（800〜999g/dm3）組成物、また、感光性組成物中の光反応開始剤の含有量が０．１〜２０質量％（1〜200g/dm3）である組成物であることが好ましい。これらの材料を混合することで、波長１．５μｍでの屈折率が１．４７〜１．６０の範囲にて精度よく得られる。
【００７９】
本発明において、ゾルゲル法によるコア部の形成は、ゾルゲル膜に光照射して行ってもよい。光照射によって重合を開始するためには、光反応開始剤を含有させることが好ましい。
【００８０】
この光反応開始剤成分は、上述の感光性を有するアクリル，アリル，エポキシ，ビニルなどの官能基を持つ金属アルコキシドを使用する際に、光重合を開始・促進させるものである。例えば、
ベンゾフェノン，
アセトフェノン，
ベンゾンイソプロピルエーテル，
ベンゾインイソブチルエーテル，
過酸化ベンゾイル，
2-ヒドロキシ-2-メチル-1-フェニルプロパン-1-オン（メルク社製  商品名「ダロキュア１１７３」），
1-(4-イソプロピルフェニル)-2-ヒドロキシ-2-メチルプロパン-1-オン（メルク社製「ダロキュア１１１６」），
1-ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン（チバガイギー社製  商品名「イルガキュア１８４」），
2,2-ジメトキシ-2-フェニルアセトフェノン（チバガイギー社製「イルガキュア６５１」），
2-メチル-1[4-(メチルチオ)フェニル]-2-モリフォリノプロパン-1-オン（チバガイギー社製「イルガキュア９０７」），
2-ベンジル-2-ジメチルアミノ-1-(4-モルフォリノフェニル)-ブタノン-1（チバガイギー社製「イルガキュア３６９」），
などが好適に用いられるが、これらに限らない。
【００８１】
ここで、光反応開始剤の含有量は、上述のアクリル，アリル，エポキシ，ビニル基含有金属アルコキシド１モルに対して０．００１〜０．２モルが好ましい。また、感光性組成物中の光反応開始剤の含有量は、０．１〜２０質量％（1〜200g/dm3）が好ましく、さらに好ましくは０．５〜１０質量％（5〜100g/dm3）である。
【００８２】
本発明において、コア部とクラッド部との間に、屈折率の微小な差をつけるためには、精度の高い屈折率の調整が必要とされる。そのため、本発明におけるコア部形成用溶液に、さらに加水分解性有機金属アルコキシドを添加するとよい。しかし、添加量があまり多すぎると、相対的に感光性金属アルコキシドの量が低下するため、０〜５０質量％（0〜500g/dm3）が好ましい。より好ましくは、０〜４０質量％（0〜400g/dm3）である。また、コア部形成用溶液に加水分解性有機金属アルコキシドを添加することで、その他の機能、例えば、表面粗さの改善や、耐熱性の向上、基板との密着性の向上を図れることもある。
【００８３】
本発明のコア部形成用溶液に使用する感光性金属アルコキシドは、加水分解性金属アルコキシドを加えなくとも成膜性がよい。そこで、求められる要求特性が、加水分解金属アルコキシドを添加しなくても満足できるのであれば、特にこれを添加しなくてもよい。
【００８４】
金属アルコキシドを添加する場合、感光性金属アルコキシドと共に加水分解を行わせることになる。この場合、加水分解物を添加するのに比べ、組成物中にて感光性金属アルコキシドとより均一に混合されることから、各成分の凝集が抑制され、一様な膜質を得られる。
【００８５】
このような理由から上述のコア部材料は、
感光性金属アルコキシ加水分解溶液  ３０〜９９．９質量％（300〜999g/dm3）、
加水分解性金属アルコキシド加水分解溶液  ０〜５０質量％（0〜500g/dm3）、
感光性組成物中の光反応開始剤  ０．１〜２０質量％（1〜200g/dm3）
である組成物が好ましい。
【００８６】
このような目的に使用できるゾルゲル材料としては、シラン化合物，有機シラン化合物，光重合性シランが挙げられる。
シラン化合物は、Ｓｉ(ＯＲ)4で表される（Ｒはアルキル基）。
有機シラン化合物は、ＸＳｉ(ＯＲ)3で表される（ここでＸは、メチル基，エチル基，プロピル基，フェニル基などの非反応性有機基を示す）。
光重合性シランは、ＹＳｉ(ＯＲ)3やＹＸＳｉ（ＯＲ）2で表される。
ＹＳｉ(ＯＲ)3において、Ｙは、ビニル基，アリル基，メタクリロキシ基，アクリロキシ基，エポキシ基など光によって重合が進む光重合性官能基を示す。
ＹＸＳｉ（ＯＲ）2は、上述した非反応性有機基Ｘと光重合性官能基Ｙとを、同一分子内に含む。
【００８７】
このほかのゾルゲル材料としては、アルコキシド化合物，感光性を持たせた有機金属塩，有機金属原料が挙げられる。
アルコキシド化合物は、Ａｌ，Ｚｒ，Ｔｉ，Ｂｉ，Ｇｅ，Ｂａ，Ｔａ，Ｂ，Ｓｎ，Ｉｎ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｍｇ，などを含む。
【００８８】
感光性を持たせた有機金属原料とは、β−ケトエステル化合物で、上述の原料のアルコキシド材料をキレート化することによって、感光性を持たせたものである。感光性有機金属原料として、例えば、ＣＨ3ＣＯＣＨ3ＣＯＯＲ（ここでＲは、ＣＨ3，Ｃ2Ｈ5，Ｃ3Ｈ7，またはＣ4Ｈ9）で表されるアセト酢酸エステルを例示できる。このアセト酢酸エステルの具体例としては、アセト酢酸メチル，アセト酢酸エチル，アセト酢酸プロピル，アセト酢酸ブチルが挙げられる。さらに、アセチルアセトン，ベンゾイルアセトン，ジベンゾイルメタンも例示できる。
このほかにも、メタクリル酸，アクリル酸でキレート化させた材料などの屈折率制御用添加物が使用できる。
【００８９】
特に、上述のコア部材料に添加される加水分解性金属アルコキシドとして、フェニル基含有金属アルコキシドを用いることで、任意の屈折率に精度よく制御できる。また、成膜後の表面平滑性、基板との界面密着性を改善した薄膜が得られる。
【００９０】
フェニル基含有金属アルコキシドを用いる場合、上述のコア部材料が、
感光性金属アルコキシ加水分解溶液  ４０〜９９．７質量％（400〜997g/dm3）、
フェニル基含有金属アルコキシド加水分解溶液  ０〜４０質量％（0〜400g/dm3）、
感光性組成物中の光反応開始剤  ０．１〜２０質量％（1〜200g/dm3）
であることが好ましい。
【００９１】
使用されるフェニル基含有金属アルコキシドとしては、
フェニルトリエトキシシラン，
フェニルトリメトキシシラン，
ジフェニルジエトキシシラン，
ジフェニルジメトキシシラン，
ジフェニルメチルエトキシシラン，
ビニルフェニルジエトキシシラン，
ビニルジフェニルエトキシシラン，
ビニルフェニルメチルメトキシシラン，
トリフェニルエトキシシラン
などが挙げられる。その混合方法としては、感光性組成物に、金属アルコキシドまたはその加水分解物を添加することで調製される。
【発明の効果】
【００９２】
以上より本発明は、ゾルゲル法により形成したコア部の周囲に、フッ素化されたポリイミド材料によるクラッド部を構成しているので、光透過性および耐熱性が良好であると共に、製造が容易な光導波路である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００９３】
以下、本発明を具体化した光導波路の各実施形態を、図面に基づいて説明する。なお、各実施形態の説明において、同様の部位には同一の符号を付して重複した説明を省略する。また、図１〜図６は、いずれも光導波路の断面を示しているが、基本的に透明体であり、図面が煩雑になるので、図中のハッチングは省略した。
【００９４】
［第１実施形態］
本発明による第１実施形態に係わる光導波路を、図１と図２に基づいて説明する。
まず、本実施形態の光導波路の断面を図１に示す。図１において、光導波路１００は、基板１と、この基板１上に設けられたクラッド部３と、このクラッド部３に埋め込まれたコア部４とを備えている。クラッド部３は、ポリアミド酸を含むクラッド部形成用溶液を出発材料とし、イミド化反応によって形成されている。また、コア部４は、加水分解性有機金属化合物を含むコア部形成用溶液を出発材料とするゾルゲル法によって、形成されている。
【００９５】
ここで、クラッド部３の屈折率ｎcとコア部４の屈折率ｎwとは、ｎc＜ｎwの関係を満たしている。このため、コア部４内を伝播する光は、クラッド部３への漏れが抑制されているので、コア部４内に効率よく閉じ込めることができる。
【００９６】
図２は、本実施形態に係わる光導波路を得るための製造工程の一例を示すものである。図２において、（ａ）〜（ｄ）は各工程における断面を工程順に示している。
【００９７】
図２（ａ）において、まず、基板１としてシリコン基板を用いた。このシリコン基板上には、例えばシリコン酸化膜（図示せず）が形成されている。この基板１上に、ポリイミドの前駆体であるポリアミド酸を含むクラッド部形成用溶液を、スピンコートなどの方法により塗布する。これを、窒素雰囲気下で加熱してイミド化すると、基板１上にポリイミドからなる下部クラッド部３１が形成される。
【００９８】
次に、コア部を得るために、下部クラッド部３１が形成された基板１上に、例えば、加水分解性金属アルコキシドから調製されたコア部形成用ゾルゲル溶液を、スピンコートなどの方法により塗布する。これにより、図２（ｂ）に示すように、下部クラッド部３１上に、コア部となるゾルゲル膜４０が形成される。
【００９９】
このゾルゲル層４０を熱処理した後、光導波路パターンを有したフォトマスクを通して紫外線を露光し、溶媒により非露光部の除去を行う。これにより、図２（ｃ）に示すように、下部クラッド部３１上にコア部４が形成される。
【０１００】
続いて、この基板１の上に、ポリイミドの前駆体であるポリアミド酸を含むクラッド部形成用溶液を、スピンコートなどの方法により塗布する。この基板１を、窒素雰囲気下で加熱しイミド化することで、図２（ｄ）に示すように、ポリイミドからなる上部クラッド部３２を形成し、光導波路１００が作製される。
【０１０１】
なお、図２（ｄ）に示す光導波路１００は、図１におけるクラッド部３が、下部クラッド部３１と上部クラッド部３２とに分かれているだけである。つまり、光導波路としての構成は、図１における光導波路１００と同じである。
以下に、本実施形態における具体例を示す。
【０１０２】
（クラッド部形成用溶液の調製）
まず、クラッド部形成用溶液は、以下のように調製した。
三角フラスコに、2,2-ビス(3,4-ジカルボキシフェニル)ヘキサフルオロプロパン二無水物  ８８．８ｇ（0.2モル）と、2,2-ビス(トリフルオロメチル)4,4'-ジアミノビフェニル  ６４．０ｇ（0.2モル）、およびN,N-ジメチルアセトアミド  １０００ｇを加えた。この混合物を窒素雰囲気下、室温にて３日間撹拌し、濃度約１５質量％（150g/dm3）のポリアミド酸溶液を調製した。
【０１０３】
ここで、ポリアミド酸を含むクラッド部形成用溶液に用いる溶媒としては、N,N-ジメチルアセトアミドなどの極性有機溶媒を用いるとよい。
【０１０４】
また、クラッド部形成用溶液では、その屈折率を調整するために、加水分解性有機金属化合物を添加してもよい。例えば、金属アルコキシドの加水分解溶液が好ましい。
【０１０５】
次に、この加水分解性有機金属化合物である3-グリシドキシプロピルトリメトキシシラン加水分解溶液を、以下のようにして調製した。3-グリシドキシプロピルトリメトキシシラン  ２．４ｇ（0.01モル）に、エタノール  １．０ｇを混合し、３０分間撹拌後、水  ０．３６ｇと、０．１モル／ｄｍ3（0.1N）のＨＣｌ水溶液  ０．３ｇとを順に滴下後、約２時間撹拌した。
【０１０６】
上述の調製したポリアミド酸溶液  ３．０ｇに、上述の3-グリシドキシプロピルトリメトキシシラン加水分解溶液  ０．７２ｇを添加し、２時間撹拌して、クラッド部形成用溶液を調製した。
【０１０７】
なお、ポリアミド酸溶液に、直接金属アルコキシドを添加した後、加水分解を行わなかった理由は、ポリアミド酸溶液に用いた溶媒が塩基性であるため、加水分解の進行速度が過度に速くなり、均一な溶液を調製することが困難なためである。
【０１０８】
また、下部クラッド部と上部クラッド部とは、同じ屈折率を有することが好ましい。このため、同じクラッド部形成用溶液を使用することが好ましい。
【０１０９】
ここで、クラッド部形成用溶液において、ポリアミド酸溶液の量を一定とし、3-グリシドキシプロピルトリメトキシシラン加水分解溶液の添加量を変化させて、屈折率の検討例１〜５とした。この溶液を用いて形成したクラッド部における屈折率と膜厚の変化を、表１に示した。なお、屈折率と膜厚は、１５４１ｎｍの波長で、メトリコン社製プリズムカプラを用いて測定した。例えば、２５０℃で１時間の窒素雰囲気下での熱処理にて硬化させたクラッド部の屈折率は、１．５０７（ＴＥ偏光）であった。
【０１１０】
【表１】
2006126680.tif 000003
【０１１１】
その結果、屈折率は、3-グリシドキシプロピルトリメトキシシラン加水分解溶液の添加量増加と共に、減少していくことが分かった。これは、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合が増えるためと考えられる。
【０１１２】
一方、膜厚は、3-グリシドキシプロピルトリメトキシシラン加水分解溶液の添加量増加と共に、増加していくことが分かった。これは、添加した3-グリシドキシプロピルトリメトキシシラン加水分解物の固形分が、ポリアミド酸に比べて非常に多いことが影響しているものと考えられる。
【０１１３】
これに加え、エポキシ基含有金属アルコキシドは、硬い膜質を与えることが知られている。このため、本実施形態で用いた上述のクラッド部は、耐擦傷性に優れるという付加的な機能をも有している。
【０１１４】
このように、ポリアミド酸溶液にエポキシ基含有金属アルコキシドを添加することは、ポリイミドをクラッド部の材料として、その採用の拡大を図ることになる。
【０１１５】
本発明で用いられる加水分解性金属アルコキシドとしては、シリカ，ジルコニウム，チタニウムのテトラアルコキシドまたはトリアルコキシドである。このような加水分解性金属アルコキシドの具体的な例としては、
テトラエトキシシラン，
テトラメトキシシラン，
フェニルトリエトキシシラン，
フェニルトリメトキシシラン，
3-グリシドキシプロピルトリメトキシシラン，
2-(3,4エポキシシクロヘキシルエチル)トリメトキシシラン，
テトライソプロポキシチタン，
テトラブトキシチタンなどからなる群より選ばれた少なくとも１種が挙げられる。
【０１１６】
（コア部形成用溶液の調製）
コア部形成用溶液は、感光性有機シラン、高屈折率材料としての感光性ジルコニウム原料、およびフェニル基含有シランを含んでなるゾルゲル溶液である。以下に、その調製方法を示す。
【０１１７】
まず、感光性有機シラン原料としては、3-トリメトキシシリルプロピルメタアクリレート  １０ｇをとり、これに０．１モル／ｄｍ3（0.1N）のＨＣｌ水溶液  ０．７２ｇを加えて約３時間撹拌して調製したものを使用した。
【０１１８】
また、感光性ジルコニウム原料としては、７０質量％（700g/dm3）ジルコニウムテトラプロポキサイド  ５ｇに、メタクリル酸  １．１ｇを添加し、約３時間撹拌して調製したものを使用した。
【０１１９】
フェニル基含有シラン原料としては、フェニルトリエトキシシラン  ２．４ｇをとり、水を０．５４ｇを加え、０．１モル／ｄｍ3（0.1N）のＨＣｌ水溶液  ０．７ｇを滴下しながら添加し、約３時間撹拌して調製したものを使用した。
【０１２０】
コア部形成用溶液は、以下のように調製した。まず、調製した感光性シラン原料を１．６５ｇ、フェニル基含有シラン原料を０．３８ｇ、感光性ジルコニウム原料を１．０ｇ、光重合開始剤として2-メチル-1[4-(メチルチオ)フェニル]-2-モリフォリノプロパン-1-オン（チバガイギー社製「イルガキュア９０７」）の２０質量％（200g/dm3）の1-メトキシ-2-プロパノール溶液  ０．２５ｇを加えた。さらに、溶媒としてイソプロパノール  ０．６ｇを加えた後、撹拌しながら０．１モル／ｄｍ3（0.1N）のＨＣｌ水溶液０．１ｇを滴下して、溶液を調製した。調製した溶液は、約３時間撹拌させた後に使用に供した。なお、調製したコア部形成用溶液において、感光性有機シランと感光性ジルコニウムとフェニル基含有シランとのモル比は、６５対２０対１５となるように調製されている。
【０１２１】
このコア部形成用溶液を用いて形成したコア部の屈折率は、メトリコン社製プリズムカプラを用いて、波長１５４１ｎｍにてＴＥ偏光およびＴＭ偏光で測定した。１５０℃で２時間の熱処理にて硬化させたコア部材料の屈折率は、１．５１７（ＴＥ偏光）および１．５１６（ＴＭ偏光）であった。
【０１２２】
（光導波路の作製）
まず、下部クラッド部を形成する。下部クラッド部は、シリコン基板１にクラッド部形成用溶液をスピンコート法にて塗布して形成するとよい。このシリコン基板１は、厚さ５μｍのシリコン酸化膜を形成されており、その直径は約１００ｍｍ（４inch）である。塗布条件は、加熱後の膜厚が約８μｍになるように、回転速度３３．３毎秒(2000rpm)で１０秒間とした。このシリコン基板１を、窒素雰囲気下にて２５０℃で１時間熱処理して、下部クラッド部３１を形成した。
【０１２３】
次に、下部クラッド部の上に、コア部を形成する。コア部は、下部クラッド部を形成したシリコン基板１の上に、上述したコア部形成用溶液をスピンコート法で塗布し、さらにフォトリソグラフィによるパターニングを施して形成するとよい。塗布条件は、回転速度２５毎秒(1500rpm)で１５秒間とした。このシリコン基板１を、オーブン中にて９０℃で１０分間の熱処理した。
【０１２４】
続いて、線幅２μｍから１０μｍからなる直線光導波路パターンが描かれたフォトマスクを用いて、窒素雰囲気下でこのシリコン基板１を露光した。その後、イソプロパノールを用いて未露光部分を除去することで、パターニングされたコア部４を形成した。
【０１２５】
さらに、上部クラッド部を形成する。上部クラッド部は、コア部を形成したシリコン基板１の上に、上述したクラッド部用溶液をスピンコート法にて塗布して形成するとよい。塗布条件は、回転速度３３．３毎秒(2000rpm)で１０秒間とした。このシリコン基板１を、窒素雰囲気下にて２５０℃で１時間熱処理し、上部クラッド部３２を形成することで、光導波路を作製した。
【０１２６】
作製した光導波路の断面形状をＳＥＭにて観察したところ、所望の形状のチャネル型光導波路となっていることが確認できた。さらに、作製した光導波路の伝送損失をカットバック法を用いて測定した。幅５μｍ、高さ５μｍのコア部形状を有するチャネル型光導波路において、伝送損失を測定したところ、波長１．５μｍにて０．３ｄＢ／ｃｍであった。
【０１２７】
以上のように構成された本実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。
（１）光導波路は、コア部がゾルゲル法で形成されており、クラッド部がポリイミドで形成されている。このため、コア部にポリイミドを用いた光導波路に比べて、コア部は良好な透光性を有しているので、光透過性に優れている。また、石英系光導波路と比較して、容易に作製することができる。
【０１２８】
（２）光導波路は、コア部がクラッド部内に埋め込まれている。このため、コア部を伝播する光をコア部内に閉じ込めやすくなるので、光の伝播効率が高くなる。また、コア部の光透過性と相まって、光導波路の性能を向上できる。
【０１２９】
［第２実施形態］
次に、第２実施形態に係わる光導波路を、図３と図４に基づいて説明する。第２実施形態は、第１実施形態の図２における上部クラッド部３２を省略したものである。したがって、第１実施形態と基本的には同じであるので、相違点を説明する。
【０１３０】
図３は、本実施形態に係わる光導波路の断面を示している。図３に示すように、この光導波路１１０は、基板１と、この基板１上に設けられたクラッド部３と、このクラッド部３に設けられたコア部４とを備えている。このように、コア部４をクラッド部３上に設けたリッジ構造の光導波路である。
【０１３１】
図４は、本実施形態に係わる光導波路を得るための製造工程の一例を示すものである。図４において、（ａ）〜（ｃ）は各工程における断面を工程順に示しており、図２の（ａ）〜（ｃ）と同様である。
【０１３２】
第１実施形態との相違点は、図２（ｄ）工程を省略した点である。本実施形態では、図２の（ａ）〜（ｃ）と同様の工程を行い、図２（ｃ）に示す断面図と同様の構造を得た段階で工程を終了する。すなわち、図２（ｃ）と同じ構造である図４（ｃ）の構造が得られる。この図４（ｃ）は、基板１上に設けられたクラッド部３１上に、コア部４を形成したものであり、図３の再掲である。
【０１３３】
以上のように構成された第２実施形態によれば、上述した（１）の作用効果に加えて、以下の作用効果を奏する。
（３）光導波路は、コア部がクラッド部上に設けられているので、コア部を覆うクラッド部を別途設けて、埋め込む必要がない。このため、光導波路を容易に製造することができる。
【０１３４】
［第３実施形態］
さらに、第３実施形態に係わる光導波路を、図５に基づいて説明する。第３実施形態は、第１実施形態で説明した基板１を下部クラッド部としたものである。したがって、第１実施形態と基本的には同じであるので、相違点を説明する。
【０１３５】
図５は、本実施形態に係わる光導波路の断面を示している。図５に示すように、この光導波路１２０は、下部クラッド部として機能する基板１１と、このクラッド部基板１１上に設けられたコア部４と、このコア部４を埋め込むための上部クラッド部３とを備えている。下部クラッド部基板１１は、その出発材料をポリアミド酸を含む溶液とするイミド化反応によって形成されている。上述した実施形態１および２において、基板１は上部クラッド部３の機械的な強度を補強するために用いているので、基板１１だけで機械的強度が保てる際には、別の基板１は用いなくてもよい。
【０１３６】
以上のように構成された第３実施形態によれば、上述した（１）、（２）の作用効果に加えて、以下の作用効果を奏する。
（４）コア部を伝播する光を閉じ込めるクラッド部を、基板としているので、別の基板を用いる必要がない。すなわち、上部クラッド部と同じ材料で、下部クラッド部を兼ねる基板１１を作製しているので、光導波路を容易に製造できる。
【０１３７】
［第４実施形態］
続いて、第４実施形態に係わる光導波路を図６に基づいて説明する。第４実施形態は、第３実施形態で説明した上部クラッド部３を省略したものである。したがって、第３実施形態と基本的には同じであるので、相違点を説明する。
【０１３８】
図６は、本実施形態に係わる光導波路の断面を示している。図６に示すように、この光導波路１３０は、クラッド部を兼ねる基板１１と、この基板１１上に設けられたコア部４とを備えている。このように、コア部４を基板１１上に設けたリッジ構造の光導波路である。
【０１３９】
以上のように構成された第４実施形態によれば、上述した（１）、（３）の作用効果に加えて、以下の作用効果を奏する。
（５）光導波路は、コア部がクラッド部を兼ねる基板上に設けられているので、光導波路をさらに容易に製造することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１４０】
本発明は、光通信、光情報処理、微小光学あるいはその他の光学分野にて広く使用される光導波路、光導波路デバイス、光集積回路または光配線板に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１４１】
【図１】第１実施形態に係わる光導波路の断面を示す図である。
【図２】第１実施形態に係わる光導波路の製造工程における断面を示す図である。
【図３】第２実施形態に係わる光導波路の断面を示す図である。
【図４】第２実施形態に係わる光導波路の製造工程における断面を示す図である。
【図５】第３実施形態に係わる光導波路の断面を示す図である。
【図６】第４実施形態に係わる光導波路の断面を示す図である。
【符号の説明】
【０１４２】
１  基板
１１  （下部クラッド部を兼ねる）基板
３  クラッド部
３１  下部クラッド部
３２  上部クラッド部
４  コア部
１００、１１０、１２０、１３０  光導波路
４０  ゾルゲル層
【図１】
2006126680.tif 000004
【図２】
2006126680.tif 000005
【図３】
2006126680.tif 000006
【図４】
2006126680.tif 000007
【図５】
2006126680.tif 000008
【図６】
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