(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラス基板上に、光導波路パターンに相当する開口を有するイオン透過防止マスクと、その開口部分に位置し全体がイオン透過領域となるイオン透過制御膜を形成し、イオン交換法により該イオン透過制御膜を通してガラス基板中のイオンと溶融塩中のイオンを置き換えて屈折率の異なる光導波路領域を形成する方法を用い、幅の異なる光導波路領域が共存する光導波路デバイスを製造する方法であって、
光導波路用パターンのマスク開口幅の大きさの異なる部分に形成するイオン透過制御膜の膜厚を、開口幅に応じて変化させることにより、光導波路領域の埋め込み深さを開口幅に依存せずにほぼ一定に制御することを特徴とする光導波路デバイスの製造方法。
【請求項２】
イオン透過制御膜をスパッタ法又は蒸着法により形成する請求項１記載の光導波路デバイスの製造方法。
【請求項３】
イオン透過制御膜が、Ｔｉ、Ｐｔ、Ａｕから選ばれた１種以上の材料からなり、全膜厚が５nm以下である請求項２記載の光導波路デバイスの製造方法。
【請求項４】
イオン透過制御膜が、ＳｉＯ2 又はＡｌ2 Ｏ3 からなり、膜厚が１００nm以下のポーラスな膜である請求項２記載の光導波路デバイスの製造方法。
【請求項５】
ガラス基板がＮａイオンを含む多成分ガラスからなり、その１価のＮａイオンの一部をＡｇイオンでイオン交換することで光導波路領域が形成される請求項３又は４記載の光導波路デバイスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、イオン交換方法を用いた光導波路デバイスの製造方法に関し、更に詳しく述べると、ガラス基板表面にイオン透過制御膜を形成し、該イオン透過制御膜を通してイオン交換を行わせることにより、その材質と膜厚とに応じて屈折率の異なる領域を制御するようにした光導波路デバイスの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
各種光デバイスの小型化、高性能化、集積化に伴って、同一基板上に様々な形状寸法の光導波路を共存させることが要求されている。例えば、ＡＷＧ型光導波路デバイスを製造する場合には、同一基板上に、アレイ型導波路とスラブ型導波路といった導波路幅が極端に異なる導波路パターンを形成する必要がある。
【０００３】
そのような場合、従来技術では、光導波路の形状が制御し易い利点を有することから、石英ガラス系基板を用いて火炎堆積法で光導波路領域を形成することが行われていた。しかし、火炎堆積法は、Ｓｉ基板上に石英系ガラスを堆積することで光導波路を形成するもので、高温プロセス（１２００〜１３００℃程度）である。この方法は、作製工程中に高温に曝されるため内部応力等が異方的に作用し、光通信で重要となる偏波依存損失が大きく、製法が複雑でコスト高となる欠点がある。
【０００４】
そこで近年、基板として多成分ガラスを用い、溶融塩中に浸漬してガラス基板中のイオンと溶融塩中のイオンを置き換えて光導波路（屈折率の異なる領域）を形成するイオン交換法が用いられている。この方法は、低温プロセス（２００〜５００℃程度）であり、製造が容易で安価にできる利点がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、イオン交換法では、光導波路となるマスク開口幅が極端に異なると、コア部分の屈折率分布やイオンの埋め込み深さが変化し、設計が非常に難しい。光導波路において、埋め込み深さが変化すると、その変化した部分で光の損失が生じる。
【０００６】
光導波路領域の埋め込み深さを制御する方法として、マスク開口部分にイオン交換制御マスクを部分的（回折格子状パターンなど）に形成し、電界印加イオン交換を行うことで、イオン交換時の埋め込み深さを制御する方法が提案されている（例えば、特開平５−３１３０３２号公報参照）。しかし、マスク開口部にイオン交換制御マスクを部分的に形成してイオン交換を行うと、光導波路領域の埋め込み深さに微小なゆらぎが生じ、挿入損失（伝搬する光の損失）が大きくなる問題が生じる。
【０００７】
本発明の目的は、イオン交換法でガラス基板中に屈折率の異なる領域を形成する際、マスク開口幅が異なる部分でも所望の屈折率分布や一定の埋め込み深さに制御できるイオン交換方法によって、幅が極端に異なる光導波路でも、ほぼ同じ埋め込み深さとなるようにイオン交換法で形成できる光導波路デバイスの製造方法を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、イオン交換法によりガラス基板中のイオンと溶融塩中のイオンを置き換えて屈折率の異なる領域を形成する方法において、ガラス基板表面にイオン透過制御膜を形成し、該イオン透過制御膜を通してイオン交換を行うことにより屈折率を部分的に制御可能としたイオン交換方法を用いる。イオン透過制御膜の形成方法は、膜厚制御が容易なことなどの理由から、通常、スパッタ法又は蒸着法が好ましい。
【０００９】
イオン透過制御膜としては、例えばＴｉ、Ｐｔ、Ａｕから選ばれた１種以上の材料からなり、全膜厚が５nm以下である単層又は多層膜を用いることができる。その他、ＳｉＯ2 又はＡｌ2 Ｏ3 からなり、膜厚が１００nm以下のポーラスな膜であってもよい。
【００１０】
これらのイオン透過制御膜は、その材質及び膜厚を調整することによってイオンを置換する領域（屈折率の異なる領域）の深さを制御することができる。成膜初期は、基板ガラスの表面張力によって膜は島状に成長する。特にアルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）のような場合には、柱状に成長しポーラスな膜となる。本発明は、この現象を利用し、膜材料と膜厚によってイオン交換を制御しているのである。イオン交換を行うマスク開口形状が同じ場合には、イオン透過制御膜が薄くなるほど屈折率の異なる領域は深くなり、イオン透過制御膜が同じ膜厚でも、イオン交換を行うマスク開口幅が広くなるほど屈折率の異なる領域は深くなる。
【００１１】
本発明は、イオン交換法によりガラス基板中のイオンと溶融塩中のイオンを置き換えて屈折率の異なる光導波路領域を形成する方法を用い、幅の異なる光導波路領域が共存する光導波路デバイスを製造する方法である。本発明では、上記のようなイオン交換方法を用い、光導波路用パターンのマスク開口幅の大きさの異なる部分に形成するイオン透過制御膜の膜厚を開口幅に応じて変化させることにより、光導波路領域の埋め込み深さを開口幅に依存せずにほぼ一定に制御する。
【００１２】
ガラス基板としては、Ｎａイオンを含む多成分ガラスを用い、その１価のＮａイオンの一部をＡｇイオンでイオン交換することで光導波路領域を形成するのが好ましい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１は本発明に係る光導波路デバイスの製造方法の一例を模式的に示すものである。図１のＡでは、ガラス基板１０上に、光導波路パターンに相当する開口を有するイオン透過防止マスク（膜厚ｔm ）１２及び開口部分に位置するイオン透過制御膜１４を設けている。これらは例えば同じＴｉ膜などでよい。イオン透過防止マスク１２の膜厚ｔm は、イオン交換が行われないような十分な厚さ（例えばＴｉ膜の場合には１０nm程度もしくはそれ以上）とする。ここでは、幅が異なる３本の開口（開口幅：ｗ1 ＜ｗ2 ＜ｗ3 ）を形成するものとし、それぞれの開口部分のイオン透過制御膜の膜厚を、一例として、ｔ1 ＝０＜ｔ2 ＜ｔ3 というように変化させる。
【００１４】
これを溶融塩中に浸漬してイオン交換を行うと、マスク部分はイオン交換が行われないが、開口部に相当するＴｉ膜が無い部分及び薄いイオン透過制御膜１４の部分ではイオンの拡散が生じ、ガラス基板中のイオンとの置き換えが生じる。開口幅の広い部分はイオン交換が行われ易いがイオン透過制御膜１４で制御され、開口幅の最も狭い部分は最もイオン交換が行われ難いが完全な開口となっているのでイオン透過制御膜を有する場合よりもイオン交換が促進される。このように開口幅に応じてイオン透過制御膜の膜厚を調整することで、図１のＢに示すように、イオン交換によって屈折率が異なるようになった領域（光導波路領域）１６の深さを開口幅に関係なくほぼ一定（ｄ）に制御することができ、そのような光導波路デバイスが得られる。
【００１５】
本発明は、光導波路形成以外にも利用できることはいうまでもない。例えば、平板型のマイクロレンズアレイのように屈折率の異なる領域を規則的に多数配列形成する構造などにも利用できる。
【００１６】
【実施例】
（実施例１）
アルカリイオンとしてＮａイオンのみが含まれるアルミノボロシリケート系ガラス基板上に、イオン透過制御膜としてＴｉ膜をガラス基板全面に成膜した。膜厚が０．５，１，３，５，６nmとなるようにスパッタ法により成膜し、それぞれ硝酸銀からなる溶融塩中で２８０℃、４時間イオン交換を行った。また比較のために、Ｔｉ膜無しのガラス基板についても、同様のイオン交換処理を行った。
【００１７】
イオン交換処理した各ガラス基板について、屈折率変化ΔｎとＡｇイオンの拡散深さを測定したところ表１に示す結果が得られた。この結果から、Ｔｉ膜厚を０〜５nmの範囲で調整することによって、イオン交換時の屈折率分布、拡散深さを部分的に制御可能なことが確認できた。またＴｉ膜厚が５nmを超えると、イオンの拡散が極めて生じ難くなり、屈折率の変化が殆ど生じなくなることも確認できた。
【００１８】
【表１】
0004662095.tif 000002
【００１９】
（実施例２）
実施例１と同じアルカリイオンとしてＮａイオンのみが含まれるアルミノボロシリケート系ガラス基板上に、イオン透過制御膜としてＳｉＯ2 膜をガラス基板全面に成膜した。膜厚が５，１０，１５，５０，１００，１５０nmとなるようにスパッタ法により成膜し、それぞれ硝酸銀からなる溶融塩中で２８０℃、４時間イオン交換を行った。また比較のために、ＳｉＯ2 膜無しのガラス基板についても、同様のイオン交換処理を行った。
【００２０】
イオン交換処理した各ガラス基板について、屈折率変化ΔｎとＡｇイオンの拡散深さを測定したところ表２に示す結果が得られた。この結果から、ＳｉＯ2 膜厚を０〜１００nmの範囲で調整することによって、イオン交換時の屈折率分布、拡散深さを部分的に制御可能なことが確認できた。またＳｉＯ2 膜厚が１００nmを超えると、イオンの拡散が極めて生じ難くなり、屈折率の変化が殆ど生じなくなることも確認できた。
【００２１】
【表２】
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【００２２】
（実施例３）
実施例１と同じアルカリイオンとしてＮａイオンのみが含まれるアルミノボロシリケート系ガラス基板上に、光導波路パターンの開口を有するＴｉマスクを、開口幅２．１μｍと２００５．７μｍの２種類形成した。また比較のために、開口幅２００５．７μｍについては開口部にイオン透過制御膜として１．２nm厚のＴｉ膜を形成したものも用意した。これらの試料を、実施例１と同様に、それぞれ硝酸銀からなる溶融塩中で２８０℃、４時間イオン交換を行った。
【００２３】
イオン交換処理した各ガラス基板について、屈折率変化ΔｎとＡｇイオンの拡散深さを測定した。その結果を表３に示す。この結果から、マスク開口幅が異なるとイオン交換時の屈折率分布、拡散深さが変わるが、イオン透過制御膜の膜厚を調整することでイオン交換時の屈折率分布、拡散深さマスク開口幅に依存せずにほぼ一定に制御可能なことが確認できた。
【００２４】
【表３】
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【００２５】
【発明の効果】
本発明は上記のように、ガラス基板表面にイオン透過制御膜を形成し、該イオン透過制御膜を通してイオン交換を行うことにより屈折率を部分的に制御可能としたイオン交換方法を用いているから、ガラス基板中に形成する屈折率の異なる領域の深さを制御することができる。また、イオン交換法でガラス基板中に屈折率の異なる領域を形成する際、マスク開口幅の異なる部分でも所望の屈折率分布や一定の埋め込み深さに制御できる。
【００２６】
この本発明方法を利用することによって、幅が極端に異なる光導波路でも、ほぼ同じ埋め込み深さとなるようにイオン交換法で形成できる光導波路デバイスが得られ、光伝搬の損失を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明方法による光導波路の製造方法の一例を示す説明図。
【符号の説明】
１０  ガラス基板
１２  イオン交換防止マスク
１４  イオン交換制御膜
１６  光導波路
【図１】
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