(57)【要約】【課題】温度依存性を解消或いは大幅に低下させた光導波路を提供することを主な目的とする。【解決手段】基板上にコア部とクラッド層とからなる導波層が設けられた光導波路において、基板がマイナス膨張結晶化ガラスからなり、コア部がＧｅＯ２−ＳｉＯ２系ガラスまたはＧｅＯ２−Ｂ２Ｏ３−ＳｉＯ２系ガラスからなり、クラッド層がＢ２Ｏ３−ＳｉＯ２系ガラスからなることを特徴とする光導波路。【選択図面】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上にコア部とクラッド層とからなる導波層が設けられた光導波路において、基板がマイナス膨張結晶化ガラスからなり、コア部がＧｅＯ２−ＳｉＯ２系ガラスまたはＧｅＯ２−Ｂ２Ｏ３−ＳｉＯ２系ガラスからなり、クラッド層がＢ２Ｏ３−ＳｉＯ２系ガラスからなることを特徴とする光導波路。
【請求項２】
ＧｅＯ２−Ｂ２Ｏ３−ＳｉＯ２系ガラス中のＧｅＯ２量が３〜２０モル％の範囲内にあり、Ｂ２Ｏ３量が１〜１５モル％の範囲内にあり、かつＢ２Ｏ３−ＳｉＯ２系ガラス中のＢ２Ｏ３量が１〜１５モル％の範囲内にある請求項１に記載の光導波路。
【請求項３】
マイナス膨張結晶化ガラス基板の熱膨張係数が、−４０℃〜１００℃の温度範囲において−０．３×１０−６〜−３．２×１０−６／℃の範囲内にある請求項１または２に記載の光導波路。
【請求項４】
基板と導波層との熱膨張係数の差が、５２．８×１０−７／℃以下である請求項１〜３のいずれかに記載の光導波路。
【請求項５】
光導波路の製造方法であって、
（１）マイナス膨張結晶化ガラス基板上にＣＶＤ法、ＶＡＤ法、ＦＨＤ法またはスパッタ法により、Ｂ２Ｏ３−ＳｉＯ２系ガラスからなる下部クラッド層を形成する工程、
（２）下部クラッド層上にＣＶＤ法、ＶＡＤ法、ＦＨＤ法またはスパッタ法により、ＧｅＯ２−ＳｉＯ２系ガラスまたはＧｅＯ２−Ｂ２Ｏ３−ＳｉＯ２系ガラスからなるコア部母材層を形成する工程、
（３）コア部母材層をフォトリソグラフィー加工して、コア部を形成する工程、および
（４）下部クラッド層上およびコア部上にＣＶＤ法、ＶＡＤ法、ＦＨＤ法またはスパッタ法により、Ｂ２Ｏ３−ＳｉＯ２系ガラスからなる上部クラッド層を形成する工程
を備えたことを特徴とする方法。
【請求項６】
ＧｅＯ２−Ｂ２Ｏ３−ＳｉＯ２系ガラス中のＧｅＯ２量が３〜２０モル％の範囲内にあり、Ｂ２Ｏ３量が１〜１５モル％の範囲内にあり、かつＢ２Ｏ３−ＳｉＯ２系ガラス中のＢ２Ｏ３量が１〜１５モル％の範囲内にある請求項５に記載の光導波路の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信ネットワークなどにおいて使用される光導波路およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、光通信技術の急速な発展と平行して、光ファイバを用いるネットワークの整備が急速に進行している。この光ファイバ系ネットワークにおいては、１本の光ファイバに波長の異なる複数種の光を通して、チャンネルを多重化することにより、大容量のデータを双方向で伝送することが可能となりつつある（ＷＤＭ通信）。このため、波長の異なる複数種の光を選択的に処理するフィルター型デバイスの重要性が増大している。現在のＷＤＭ通信においては、基板上に導波層を設けた光導波路デバイスが、信号処理能力に優れているので、広く使用されている。しかしながら、従来の光導波路デバイスを含む光デバイス（以下単に「デバイス」と言うことがある）においては、温度変化に対応して光路長が変化し、デバイスの回折波長などの光特性が変化するという問題点がある。従って、この様なデバイスの“温度依存性”を低下させることにより、デバイスの信頼性を高める技術が求められている。
【０００３】
光ファイバーに関しては、マイナス膨張性結晶化ガラスからなる基板上にテンションをかけた光ファイバーを固定して、回折波長の温度依存性を低減することが提案されており、波長シフト量を１．０×１０−１２ｍ／℃程度にまで低減させることに成功している。
【０００４】
しかしながら、光導波路に関しては、アレイドウェーブガイド（ＡＷＧ）において、シリコン樹脂を途中に埋め込み、温度依存性の低下を図った試みがあるのみであり、この方法により得られるデバイスは、長期的な信頼性に欠けている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明は、温度依存性を解消或いは大幅に低下させた光導波路を提供することを主な目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記の課題を解決するために、鋭意研究を行なった結果、光導波路を構成する基板、コア部およびクラッド部を特定組成のガラス材料の組合せにより形成する場合には、シリコン樹脂などを使用することなく、その目的を達成しうることを見出した。
【０００７】
より詳細には、一般に、光導波路グレーティングの回折波長の温度依存性（ｄλ／ｄＴ）は、次式で表される。
【０００８】
ｄλ／ｄＴ＝２Λ（ｎα＋ｄｎ／ｄＴ）
ここに、Λは回折格子の周期、ｎは導波路の実効屈折率、αは導波路の線膨張係数、ｄｎ／ｄＴは実効屈折率の温度依存性を示している。
【０００９】
Ｓｉ基板上でのＧｅ−ＳｉＯ２系導波路に作製された回折格子の回折ピークは、１１×１０−１２ｍ／℃という非常に大きな値で長波長側にシフトする。この様な大きな温度依存性を示すデバイスは、その特性上、ＷＤＭ通信の分野では、そのまま使用できないので、ペルチェ素子、ヒータなどによる温度コントロールを必要とする。温度コントロールを必要とするこの様なデバイスは、構成が複雑であり、かつ高価であるので、実用性に欠けている。
【００１０】
上記の様な温度コントロールを不要とするためには、線膨張係数αと実効屈折率の温度依存性ｄｎ／ｄＴとを制御する必要がある。特に、ｄｎ／ｄＴは、αに比して２桁大きな値であり、回折波長のシフト量において、大きな部分を占める。このことを考慮して、本発明者は、回折波長の温度依存性を低減させるために、回折格子材料中に、マイナスのｄｎ／ｄＴ値を示すＢ２Ｏ３をドープさせることを着想した。しかしながら、Ｂ２Ｏ３のα値は、他の材料に比して、１〜２桁大きいので、期待した程には、ｄλ／ｄＴ値は低下しなかった。
【００１１】
本発明者は、さらに研究を進めた結果、マイナス膨張結晶化ガラスからなる基板上にそれぞれ特定の組成を有するコア部およびクラッド層を形成することを試みた結果、ｄλ／ｄＴ値を著しく低減させることに成功したものである。
【００１２】
すなわち、本発明は、下記の光導波路およびその製造方法を提供する。
１．基板上にコア部とクラッド層とからなる導波層が設けられた光導波路において、基板がマイナス膨張結晶化ガラスからなり、コア部がＧｅＯ２−ＳｉＯ２系ガラスまたはＧｅＯ２−Ｂ２Ｏ３−ＳｉＯ２系ガラスからなり、クラッド層がＢ２Ｏ３−ＳｉＯ２系ガラスからなることを特徴とする光導波路。
２．ＧｅＯ２−Ｂ２Ｏ３−ＳｉＯ２系ガラス中のＧｅＯ２量が３〜２０モル％の範囲内にあり、Ｂ２Ｏ３量が１〜１５モル％の範囲内にあり、かつＢ２Ｏ３−ＳｉＯ２系ガラス中のＢ２Ｏ３量が１〜１５モル％の範囲内にある上記項１に記載の光導波路デバイス。
３．マイナス膨張結晶化ガラス基板の熱膨張係数が、−４０℃〜１００℃の温度範囲において−０．３×１０−６〜−３．２×１０−６／℃の範囲内にある上記項１または２に記載の光導波路。
４．基板と導波層との熱膨張係数の差が、５２．８×１０−７／℃以下である上記項１〜３のいずれかに記載の光導波路。
５．光導波路の製造方法であって、
（１）マイナス膨張結晶化ガラス基板上にＣＶＤ法、ＶＡＤ法、ＦＨＤ法またはスパッタ法により、Ｂ２Ｏ３−ＳｉＯ２系ガラスからなる下部クラッド層を形成する工程、
（２）下部クラッド層上にＣＶＤ法、ＶＡＤ法、ＦＨＤ法またはスパッタ法により、ＧｅＯ２−ＳｉＯ２系ガラスまたはＧｅＯ２−Ｂ２Ｏ３−ＳｉＯ２系ガラスからなるコア部母材層を形成する工程、
（３）コア部母材層をフォトリソグラフィー加工して、コア部を形成する工程、および
（４）下部クラッド層上およびコア部上にＣＶＤ法、ＶＡＤ法、ＦＨＤ法またはスパッタ法により、Ｂ２Ｏ３−ＳｉＯ２系ガラスからなる上部クラッド層を形成する工程
を備えたことを特徴とする方法。
６．ＧｅＯ２−Ｂ２Ｏ３−ＳｉＯ２系ガラス中のＧｅＯ２量が３〜２０モル％の範囲内にあり、Ｂ２Ｏ３量が１〜１５モル％の範囲内にあり、かつＢ２Ｏ３−ＳｉＯ２系ガラス中のＢ２Ｏ３量が１〜１５モル％の範囲内にある上記項５に記載の光導波路の製造方法。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態の概略を示す断面図を参照しつつ、本発明をより詳細に説明する。
【００１４】
図１は、本発明による光導波路の概要を示す模式的な縦断面図である。すなわち、本発明による光導波路は、マイナス膨張結晶化ガラスからなる基板上に、下部クラッド層およびコア部を内包する上部クラッド層を備えている。なお、図１は、本発明による光導波路における各構成要素の実際の形状、相対的な寸法などを示すものではない。
【００１５】
図１に示す構造の光導波路は、常法に従って製造することができる。先ず、ＣＶＤ法、ＶＡＤ法、ＦＨＤ法、スパッタ法などにより、基板上に下部クラッド層を形成した後、ＣＶＤ法、ＶＡＤ法、ＦＨＤ法、スパッタ法などにより、コア部母材層を形成する。次いで、コア母材層を公知のフォトリソグラフィー技術により加工して、コア部を形成した後、ＣＶＤ法、ＶＡＤ法、ＦＨＤ法、スパッタ法などにより、下部クラッド層とコア部との上に上部クラッド層を形成する。その結果、コア部は、上部クラッド層に内包された状態となる。
【００１６】
基板を構成するマイナス膨張結晶化ガラスの熱膨張係数は、−４０℃〜１００℃の温度範囲において、α＝−０．３×１０−６〜−３．２×１０−６／℃の範囲内にあることが好ましい。この様な基板用ガラスとしては、特に限定されず、公知の基板用ガラスが使用でき、代表的な組成としてＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３−Ｌｉ２Ｏ系ガラスが例示される。基板用ガラスは、基板としての特性を阻害しない限り、少量のＴｉＯ２、Ａｓ２Ｏ３、ＳｎＯ２、ＭｇＯ、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、ＢａＯ、ＺｎＯ、Ｓｂ２Ｏ３、ＣａＯ、ＳｒＯなどの１種または２種以上を含有していても良い。
【００１７】
下部クラッド層は、Ｂ２Ｏ３−ＳｉＯ２系ガラスにより、形成される。下部クラッド層を形成するガラスは、Ｂ２Ｏ３量１〜１５モル％程度（より好ましくは６〜１４　モル％程度）であり、残余は実質的にＳｉＯ２からなっている。Ｂ２Ｏ３のドープ量が少なすぎる場合には、配合による効果が十分に発揮されないのに対し、多すぎる場合には、光学薄膜としての均質性が低下する。
【００１８】
コア部（リソグラフィー加工前のコア層についても同様）は、ＧｅＯ２−ＳｉＯ２系ガラスまたはＧｅＯ２−Ｂ２Ｏ３−ＳｉＯ２系ガラスにより、形成される。コア部を形成するガラス中のＧｅＯ２量は３〜２０モル％程度（より好ましくは３〜８モル％程度）である。Ｂ２Ｏ３量は０〜１５モル％程度（より好ましくは６〜１４モル％程度）であり、残余は実質的にＳｉＯ２からなっている。２種のガラス中では、ＧｅＯ２−Ｂ２Ｏ３−ＳｉＯ２系ガラス（Ｂ２Ｏ３量１〜１５モル％程度）がより好ましい。ＧｅＯ２量が多すぎる場合には、ガラスの膨張率が高くなり、クラッド層との屈折率の差が大きくなる。ＧｅＯ２−Ｂ２Ｏ３−ＳｉＯ２系ガラスにおいて、Ｂ２Ｏ３量を所定の範囲に規定した理由は、下部クラッド層の場合と同様である。
【００１９】
上部クラッド層は、下部クラッド層と同様の組成を有するガラスにより、形成される。
【００２０】
本発明による光導波路デバイスにおいては、マイナス膨張結晶化ガラスからなる基板上に、屈折率の温度依存性が小さいガラスからなる導波路および導波路グレーティングがモノリシックに形成されている。このデバイスでは、使用する各種ガラス材料の組成および物性が適切に選択されて、基板と導波層との熱膨張係数の差（クラッド層およびコア部のいずれについても）が、５２．８×１０−７／℃以下となる様に抑制されている。
【００２１】
【発明の効果】
本発明による光導波路においては、基板と導波路層との熱膨張係数の差を特定値以下に制御したので、基板と導波路層との間に発生する応力が小さく、クラック発生が抑制される。
【００２２】
また、リソグラフィー加工前のコア層材料として、エキシマレーザーなどの紫外線に対する屈折率変化の小さいガラスを使用するので、グレーティング書き込みが容易である。
【００２３】
【実施例】
以下に、実施例を示し、本発明の特徴とするところをさらに明確にする。
実施例１
マイナス膨張結晶化ガラス（ＳｉＯ２　６７ｗｔ％，Ａｌ２Ｏ３　２３ｗｔ％，Ｌｉ２Ｏ　５ｗｔ％，ＺｒＯ２　２．５ｗｔ％，ＳｎＯ２　１．５ｗｔ％，Ｐ２Ｏ５　１ｗｔ％；熱膨張係数＝−２．０×１０−６／℃）からなる基板（厚さ１ｍｍ）上にＣＶＤ法により、厚さ１５μｍの下部クラッド層（Ｂ２Ｏ３：ＳｉＯ２のモル比＝１４：８６）を形成した。ＣＶＤ原料としては、Ｂ（ＯＣ２Ｈ５）３およびＳｉ（ＯＣ２Ｈ５）４を使用した。
【００２４】
次いで、下部クラッド層上にＣＶＤ法により、厚さ５μｍのコア層（ＧｅＯ２：Ｂ２Ｏ３：ＳｉＯ２のモル比＝７：１４：７９）を形成した後、フォトリソグラフィーにより、断面積５μｍ×５μｍに加工して、コア部を形成した。ＣＶＤ原料としては、Ｇｅ（ＯＣＨ３）４、Ｂ（ＯＣ２Ｈ５）３およびＳｉ（ＯＣ２Ｈ５）４を使用した。
【００２５】
次いで、上記の様にして形成されたコア部を内包する様に、下部クラッド層と同様の手法により、厚さ１５μｍの上部クラッド層を形成した。
【００２６】
次いで、波長２４８ｎｍのＫｒＦレーザーと位相マスクとを用いて、上記コア部に回折格子を作製した後、導波路の温度を変えながら、回折ピークの波長シフトを測定した。その結果、４．１×１０−１２ｍ／℃の温度依存性を得た。
実施例２〜５
コア層（コア部）の組成を変更する以外は実施例１と同様にして、光導波路を作製し、コア部の温度依存性を測定した。
【００２７】
表１に実施例１〜５の結果をまとめて示す。
【００２８】
また、表２に実施例１〜２により得られた光導波路における基板と導波層との熱膨張係数の差を示す。
【００２９】
【表１】
2004061924.tif 000002
【００３０】
【表２】
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【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による光導波路の概要を示す模式的な縦断面図である。
【図１】
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