(57)【要約】【課題】安価な光導波路を提供することを目的とするものである。【解決手段】ガラス材料からなる下部クラッド層２と、この下部クラッド層２の上に形成するガラス材料からなるコア部３と、このコア部３を覆うように形成するアルカリ元素、アルカリ土類元素および希土類元素の少なくとも１種類の元素からなる上部クラッド層４とからなり、下部クラッド層２の軟化温度を上部クラッド層４の軟化温度より５０℃以上高くした光導波路であり、下部クラッド層２を軟化させずに上部クラッド層４のみを軟化させることができるため下部クラッド層２の変形による歩留まり低下を防ぐことが可能となり安価な光導波路を提供できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラス材料からなる下部クラッド層と、この下部クラッド層上に形成するガラス材料からなるコア部と、このコア部を覆うように形成するアルカリ元素、アルカリ土類元素および希土類元素の少なくとも１種類の元素からなる上部クラッド層とから構成され、前記上部クラッド層の軟化温度を下部クラッド層およびコア部の軟化温度よりも５０℃以上低くし、かつ前記下部クラッド層、上部クラッド層およびコア部の間における熱膨張係数の差を９×１０-7Ｋ-1以下とした光導波路。
【請求項２】
コア部をＳｉＯ2、Ｂ2Ｏ3、Ａｌ2Ｏ3、ＡｌＦ3、Ｋ2Ｏからなるガラスとし、ＳｉＯ2の含有量を５１ｍｏｌ％〜５８ｍｏｌ％、Ｂ2Ｏ3の含有量を１５ｍｏｌ％〜２０ｍｏｌ％、ＳｉＯ2とＢ2Ｏ3の含有量の合計を６７ｍｏｌ％〜７５ｍｏｌ％、Ａｌ2Ｏ3の含有量を１．５ｍｏｌ％〜４ｍｏｌ％、ＡｌＦ3の含有量を１２ｍｏｌ％以下、Ｋ2Ｏの含有量を１０ｍｏｌ％〜２０ｍｏｌ％、上部クラッド層をＳｉＯ2、Ｂ2Ｏ3、ＡｌＦ3、ＮａＦ、Ｋ2Ｏからなるガラスとし、ＳｉＯ2の含有量を４２ｍｏｌ％〜５８ｍｏｌ％、Ｂ2Ｏ3の含有量を１８ｍｏｌ％〜３５ｍｏｌ％、ＳｉＯ2とＢ2Ｏ3の含有量の合計を６８ｍｏｌ％〜８２ｍｏｌ％、ＮａＦの含有量を８ｍｏｌ％〜２０ｍｏｌ％、Ｋ2Ｏの含有量を４ｍｏｌ％〜１０ｍｏｌ％、ＮａＦとＫ2Ｏの含有量の合計を１５ｍｏｌ％〜２６ｍｏｌ％、ＡｌＦ3の含有量を１０ｍｏｌ％以下、下部クラッド層のＳｉＯ2の含有量を４９ｍｏｌ％〜５８ｍｏｌ％、Ｂ2Ｏ3の含有量を１４ｍｏｌ％〜１９ｍｏｌ％、Ａｌ2Ｏ3の含有量を１ｍｏｌ％〜５ｍｏｌ％、ＫＦの含有量を２０ｍｏｌ％〜２７ｍｏｌ％とした請求項１に記載の光導波路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光通信システムに用いられる光デバイスとしての光導波路に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の光導波路の製造方法としては、図５に示すものがある。
【０００３】
図５（ａ）〜（ｉ）は従来の光導波路の製造工程を示す断面図である。
【０００４】
まず、図５（ａ）に示すように基板１を準備して図５（ｂ）に示すように基板１の上に堆積処理等の方法により下部クラッド層２を形成する。次に図５（ｃ）に示すように下部クラッド層２の上に堆積処理によりコア層５を形成する。そして図５（ｄ）に示すようにコア層５の上にマスク層６を形成し、図５（ｅ）に示すようにフォトリソグラフィーによりレジストパターン７を形成する。次に図５（ｆ）に示すように反応性イオンエッチングによりマスク層６をエッチングしてマスクパターン８を形成し、残存するレジストパターン７を除去する。
【０００５】
次に、図５（ｇ）に示すように反応性イオンエッチングによりコア層５をエッチングしてコア部３を形成し、図５（ｈ）に示すように残存するマスクパターン８を除去する。そして図５（ｉ）に示すように堆積処理により上部クラッド層４を形成する。
【０００６】
なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
【特許文献１】特開平１１−８４１５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら上記従来の構成では、上部クラッド層４によりコア部３を覆う際には下部クラッド層２およびコア部３が変形しないようにする必要がある。例えば上部クラッド層４より下部クラッド層２やコア部３の軟化温度が低く、下部クラッド層２やコア部３が大きく変形する場合やコア部３を十分に覆うことができない場合が生じ、光導波路の歩留まりが悪くなり、結果として光導波路が高コストになるという問題があった。
【０００８】
また、成膜を全て行った後に熱処理を行う場合、上部クラッド層４によりコア部３を覆うためには非常に長時間の熱処理が必要であった。長時間の熱処理を行うことにより光導波路の生産性が悪くなり、結果として光導波路が高コストになるという問題があった。
【０００９】
本発明は安価な光導波路を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために本発明は以下の構成を有する。
【００１１】
本発明の請求項１に記載の発明は、ガラス材料からなる下部クラッド層と、この下部クラッド層上に形成するガラス材料からなるコア部と、このコア部を覆うように形成するアルカリ元素、アルカリ土類元素および希土類元素の少なくとも１種類の元素からなる上部クラッド層とから構成され、前記上部クラッド層の軟化温度を下部クラッド層の軟化温度より５０℃以上低くし、かつ前記下部クラッド層、上部クラッド層およびコア部の間における熱膨張係数の差を９×１０-7Ｋ-1以下とした光導波路であり、下部クラッド層を軟化させずに上部クラッド層のみを軟化させることができるため下部クラッド層の変形による歩留まり低下を防ぐことが可能となり、かつ各ガラスの熱膨張係数が近いために、軟化させた後の冷却工程においてもクラックの発生を防ぐことが可能となり安価な光導波路が提供できる。
【００１２】
請求項２に記載の発明は、コア部をＳｉＯ2、Ｂ2Ｏ3、Ａｌ2Ｏ3、ＡｌＦ3、Ｋ2Ｏからなるガラスとし、ＳｉＯ2の含有量を５１ｍｏｌ％〜５８ｍｏｌ％、Ｂ2Ｏ3の含有量を１５ｍｏｌ％〜２０ｍｏｌ％、ＳｉＯ2とＢ2Ｏ3の含有量の合計を６７ｍｏｌ％〜７５ｍｏｌ％、Ａｌ2Ｏ3の含有量を１．５ｍｏｌ％〜４ｍｏｌ％、ＡｌＦ3の含有量を１２ｍｏｌ％以下、Ｋ2Ｏの含有量を１０ｍｏｌ％〜２０ｍｏｌ％、上部クラッド層をＳｉＯ2、Ｂ2Ｏ3、ＡｌＦ3、ＮａＦ、Ｋ2Ｏからなるガラスとし、ＳｉＯ2の含有量を４２ｍｏｌ％〜５８ｍｏｌ％、Ｂ2Ｏ3の含有量を１８ｍｏｌ％〜３５ｍｏｌ％、ＳｉＯ2とＢ2Ｏ3の含有量の合計を６８ｍｏｌ％〜８２ｍｏｌ％、ＮａＦの含有量を８ｍｏｌ％〜２０ｍｏｌ％、Ｋ2Ｏの含有量を４ｍｏｌ％〜１０ｍｏｌ％、ＮａＦとＫ2Ｏの含有量の合計を１５ｍｏｌ％〜２６ｍｏｌ％、ＡｌＦ3の含有量を１０ｍｏｌ％以下、下部クラッド層のＳｉＯ2の含有量を４９ｍｏｌ％〜５８ｍｏｌ％、Ｂ2Ｏ3の含有量を１４ｍｏｌ％〜１９ｍｏｌ％、Ａｌ2Ｏ3の含有量を１ｍｏｌ％〜５ｍｏｌ％、ＫＦの含有量を２０ｍｏｌ％〜２７ｍｏｌ％とした請求項１に記載の光導波路であり、下部クラッド層、コア部および上部クラッド層に対して広範囲の屈折率、ガラス軟化温度および熱膨張係数を設定することができ、安価な光導波路が実現できる。
【発明の効果】
【００１３】
以上のように本発明は、下部クラッド層を軟化させずに上部クラッド層のみを軟化させることができるため下部クラッド層の変形による歩留まり低下を防ぐことが可能となり、かつ各ガラスの熱膨張係数が近いために、軟化させた後の冷却工程においてもクラックの発生を防ぐことが可能となり安価な光導波路が提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明の実施の形態について図を用いて説明する。
【００１５】
（実施の形態１）
本発明の実施の形態１における光導波路について図を用いて説明する。図１（ａ）は本発明の実施の形態１における光導波路の要部の構成を示す斜視図、図１（ｂ）は本発明の実施の形態１における光導波路の構成を示す分解斜視図である。
【００１６】
図１（ａ）に示すように下部クラッド層２はガラスを用いて形成される。コア部３は多成分ガラスを用いて形成され、下部クラッド層２よりも僅かに屈折率が大きい材料である。多成分ガラスを用いると、ガラス組成を適当に変化させることにより、屈折率、熱膨張係数あるいはガラス転移温度といったガラスの物性値をより広い範囲に変化させることができるので材料選択の幅を広げることが可能となり、下部クラッド層２とコア部３との間で熱膨張係数のマッチングおよび屈折率の調整が容易となり、かつコア部３を簡易的な製造方法で得ることができるため望ましい。図１（ｂ）に示すように下部クラッド層２の上のコア部３を覆うように上部クラッド層４を形成して光導波路を形成する。
【００１７】
図１（ｂ）に示す本発明の光導波路のコア部３の断面は必ずしも矩形でなくて良く台形などでも良い。コア部３は図１（ａ）、（ｂ）では一本しか示していないが、このような直線状、曲線状のパターンが複数本形成されても良い。
【００１８】
上部クラッド層４は下部クラッド層２と同様にコア部３よりも僅かに屈折率が小さい材料である。コア部３の屈折率は下部クラッド層２の屈折率および上部クラッド層４の屈折率よりも大きく、この屈折率の差によって光がコア部３に閉じ込められ光の伝搬が可能になる。
【００１９】
シングルモードの光導波路においてコア部３の高さは通常５μｍ〜１０μｍ程度になるようにコア部３と下部クラッド層２および上部クラッド層４の屈折率を設計する。上部クラッド層４の厚みは、通常２０μｍ〜３０μｍ程度である。多成分ガラスを用いた上部クラッド層４は堆積処理を利用して形成する。堆積処理には、例えばＣＶＤなどの化学的な成膜法やスパッタリングや物理蒸着法などの成膜法がある。
【００２０】
一般にスパッタリングは低コスト化できるため好ましい。上部クラッド層４をスパッタリングにより形成する場合、スパッタリングにおける所定のターゲットにすることにより所定の組成を有する多成分ガラスからなる上部クラッド層４を形成することが可能となる。
【００２１】
なお、ターゲットの組成と上部クラッド層４の多成分ガラスの組成とは厳密には一致しないことが多いが概ね等しい。しかし上部クラッド層４の屈折率等の物性値を精密にコントロールするにはターゲット組成の設計が重要である。
【００２２】
上部クラッド層４を成膜してコア部３を十分に覆うために熱処理を行う。このような熱処理を可能にするため上部クラッド層４の軟化温度を下部クラッド層２の軟化温度より低くすることにより下部クラッド層２の変形を防ぐことができる。
【００２３】
なお、これらの軟化温度の温度差は５０℃未満であると精密な温度コントロールが必要であり好ましくない。５０℃以上の温度差を設けることにより温度制御の許容範囲が広がるため、より確実に下部クラッド層２の変形を防ぐことができる。
【００２４】
また、上部クラッド層４の軟化温度はコア部３の軟化温度よりも低いことが必要である。それにより上部クラッド層４の熱処理を行う際にコア部３の変形を防ぐことができる。
【００２５】
上部クラッド層４を形成するガラスとコア部３を形成するガラスの線膨張係数の差は９×１０-7Ｋ-1以下であることが望ましい。同様に上部クラッド層４を形成するガラスと下部クラッド層２を形成するガラスの線膨張係数の差も９×１０-7Ｋ-1以下であることが望ましい。線膨張係数が大きく異なる場合、熱処理の際にクラックが生じやすくなる。
【００２６】
なお、シリカガラス系の材料を軟化させるには、非常に高温の熱処理が必要であり、純粋なシリカガラスの軟化温度は通常２０００℃以上であり非常に高温である。五酸化リンや酸化ホウ素などのドーパントを添加した場合においても通常は１２００℃〜１７００℃程度の熱処理が必要となる。
【００２７】
そこで、下部クラッド層２の軟化温度を５８０℃以上、上部クラッド層４の軟化温度を５３０℃以下であるようにガラス組成とすることにより、下部クラッド層２を変形せず、かつ製造温度を低くすることができるため安価な光導波路が提供できる。またシリカガラス系の製造温度である１２００℃以上に比べて非常に低い製造温度で熱処理を行うことが可能になる。
【００２８】
以上のようにガラスの軟化温度を低くすることにより低い温度で加工することが可能となり、製造温度を下げることによって低コスト化が実現できる。
【００２９】
例えば、少なくともＳｉＯ2とＢ2Ｏ3とを含有し、Ｎａ2ＯまたはＫ2Ｏを含むガラスであれば製造温度は通常のＳｉＯ2からなるシリカガラスよりもかなり低くすることができる。またフッ素を含有させるとさらに製造温度を下げることができ、フッ素クラウン系のガラスなどのように軟化温度を５００℃以下にできるものもある。
【００３０】
（実施の形態２）
下部クラッド層２、コア部３、上部クラッド層４を形成する多成分ガラス材料は以下の方法により作製した。
【００３１】
出発原料として特級試薬のＳｉＯ2、Ｈ3ＢＯ3、ＡｌＯ3、ＡｌＦ3、ＮａＦ、Ｋ2ＣＯ3、ＫＨＦ2を目的の組成となるように調合し、組成検討ではそれぞれの組成のガラスが所定の組成になるように原料試薬を総量２００ｇに調合し、温度１４００℃で３０分溶融し、金型に流し出してガラス化させ、直ちにガラス転移温度から室温まで２４時間かけて徐冷することによって歪を除去したガラスブロックを作製する。以上の工程により作製したコア部用ガラス、上部クラッド層用ガラス、下部クラッド層用ガラスのブロックについて切断研削加工を行い、コア部用ガラスと下部クラッド層用ガラスを厚さ１ｍｍ、２０ｍｍ角とし、光導波路の形成用基板に加工した後に基板の片面を鏡面研磨し洗浄する。
【００３２】
本発明における光導波路の形成方法について図２を用いて説明する。図２（ａ）〜（ｊ）は本発明の実施の形態２における光導波路の製造工程を示す断面図である。
【００３３】
まず、図２（ａ）に示すように板状の前記下部クラッド層２に用いるガラス基板の研磨鏡面上に、図２（ｂ）に示すように板状のコア層用ガラス基板５をその研磨鏡面が向かい合うように載置し、温度２５０℃で１時間熱処理することにより分子間結合させる直接接合を行う。
【００３４】
次に、図２（ｃ）に示すようにコア層用のガラス基板５の高さが５μｍ〜１０μｍになるようにコア層用のガラス基板５を研磨する。コア層５の高さはコア部３と下部クラッド層２との間の屈折率差をもとに、シングルモードの光導波路が得られるように設計する。
【００３５】
次に、図２（ｄ）に示すようにコア層用のガラス基板５の上にマスク層６が形成される。ここでマスク層６はシリコンやチタン、タングステン、ニッケルまたはクロムなどの金属、半導体またはそれらの合金を用いてスパッタリングや蒸着などの各種の方法で成膜する。そして図２（ｅ）に示すようにマスク層６の上にレジストを塗布してフォトリソグラフィーによりレジストパターン７を形成する。そして図２（ｆ）に示すようにドライエッチングによりレジストパターン７をマスクとしてマスク層６を加工してマスクパターン８を得る。
【００３６】
なお、一般にレジストパターン７は薄い方がパターン精度を高くしやすい。したがって、エッチング時にはマスク層６のエッチングレートに対するレジストパターン８のエッチングレートの比が小さい方が望ましい。
【００３７】
次に、図２（ｇ）に示すようにマスクパターン８をマスクとしてコア層用のガラス基板５をドライエッチングにより加工する。ここでドライエッチングは例えば反応性イオンエッチングの場合、エッチングガスにＣＦ4、ＣＨＦ3、またはＣ4Ｆ8などのフッ化炭素を含むガス、ＳＦ6などの硫黄化合物系のガス、ＡｒまたはＸｅなどの不活性ガス、酸素、水素、あるいはそれらを含む混合ガスなどが考えられる。
【００３８】
なおマスクパターン８はコア層用のガラス基板５をエッチングしてパターン形成する際のマスクであり、コア層用のガラス基板５がエッチングされる際に実質的に同時にエッチングされる。一般にマスクパターン８は薄い方が高精度のパターンが作製できる。したがってエッチング時にはマスクパターン８のエッチングレートに対するコア層用のガラス基板５のエッチングレートの比が高い方が望ましい。
【００３９】
マスクパターン８がタングステンとシリコンを含有する材料を用いることによりエッチングレート比を高くすることができた。この場合、マスク層６はタングステンとシリコンを含有する材料を成膜する必要がある。この多元素材料の成膜にはスパッタリングを用いて行った。またエッチングガスとしてＣＦ4、ＣＨＦ3またはＣ4Ｆ8などのフッ化炭素を含むガスを用いてエッチングを行った場合、この比がさらに高い値となった。
【００４０】
なお、真空装置中でプラズマを発生させて行う他のエッチング方法も同様である。
【００４１】
次に、残ったマスクパターン８を除去して図２（ｈ）に示すようにコア部３を得る。そして図２（ｉ）に示すように上部クラッド層４を成膜と熱処理とを交互に繰り返して図２（ｊ）に示すようにコア部３を覆うように上部クラッド層４を形成して光導波路を得る。
【００４２】
以下、図２（ｉ）に示す上部クラッド層４の形成について詳しく説明する。
【００４３】
図３（ａ）は本発明の実施の形態２における光導波路の構成を示す断面図、図３（ｂ）は従来の間隙が生じた光導波路の断面図、図４（ａ）〜（ｇ）は本発明の実施の形態２における光導波路の上部クラッド層の製造工程を示す断面図である。
【００４４】
図３（ａ）に示すように下部クラッド層２上においてコア部３を覆うごとく上部クラッド層４を形成する。多成分ガラスを用いた上部クラッド層４は堆積処理を利用して形成する。堆積処理には、例えばＣＶＤなどの化学的な成膜法や、スパッタリングや物理蒸着法などの物理的な成膜法がある。
【００４５】
例えば、上部クラッド層４の形成方法としてＣＶＤを利用する場合、多成分ガラスの原料となるガラスは高価なものが多いので、コストの観点からは好ましくないことが多いが、一般に、段差や凹凸の被覆性には優れている。しかしＣＶＤを利用しても上部クラッド層４に隙間ができてしまうことがあり、あるいはコア部３を完全に覆うことができないこともある。
【００４６】
また、スパッタリングで上部クラッド層４を形成する場合、一般にコストの観点から好ましい。スパッタリングに用いるターゲットを適当に設計することにより、所望の組成を有する多成分ガラスからなる上部クラッド層４を形成することができる。なお、ターゲットの組成と上部クラッド層４の組成とは、厳密には一致しないことが多いが概ね等しい。上部クラッド層４の屈折率等の物性値を精密にコントロールするためには、ターゲット組成の設計が重要である。そして平板に成膜する場合とは異なり、コア部３を埋め込みながら成膜する場合、コア部３を完全には埋め込むことができないことがある。すなわち、コア部３の周辺に上部クラッド層４が十分に回り込めない場合が多く、その結果図３（ｂ）に示すように上部クラッド層４に隙間９ができてしまうことがあった。また、隙間９を生じない場合においても、上部クラッド層４が均一に形成できないことがあった。
【００４７】
図４（ａ）〜（ｇ）を用いて以下で詳しく説明する。
【００４８】
まず、図４（ａ）に示すように下部クラッド層２の上にコア部３が形成され、図４（ｂ）に示すように下部クラッド層２およびコア部３を覆うように上部クラッド層４が所定量成膜される。そして図４（ｃ）に示すように熱処理を行い、上部クラッド層４を軟化させる。その結果上部クラッド層４は軟化して流動性を持つため隙間を生じることなくコア部３に覆いかぶさることになる。そして図４（ｄ）に示すように上部クラッド層４はコア部３の周辺部に回り込みコア部３を埋め込んだ状態に再び成膜を行い、図４（ｅ）に示すように再び熱処理を行う。そして図４（ｆ）に示すようにさらに上部クラッド層４を成膜して図４（ｇ）に示すように熱処理をして軟化させ、隙間を生じることなくコア部３に覆いかぶさることになる。
【００４９】
このように交互に成膜と熱処理を繰り返し行うことによって図４（ｇ）に示すように隙間を生じることなく上部クラッド層４を形成することができる。
【００５０】
なお、上部クラッド層４は軟化させることによって均一性を高めることができる効果もある。
【００５１】
上部クラッド層４の軟化温度は下部クラッド層２の軟化温度よりも低いことが必要である。下部クラッド層２の軟化温度よりは低く、上部クラッド層４の軟化温度よりは高い温度において、下部クラッド層２は軟化せず上部クラッド層４は軟化するような熱処理を行う。これにより下部クラッド層２の変形を防ぐことができる。また上部クラッド層４の軟化温度はコア部３の軟化温度よりも低いことが必要である。上部クラッド層４の熱処理を行う際にコア部３の変形を防ぐことができる。
【００５２】
なお、この軟化温度の温度差は５０℃未満であると精密な温度コントロールが必要となってしまうため好ましくない。５０℃以上の温度差を設けることにより温度制御の許容範囲が広がるためより確実に下部クラッド層２の変形を防ぐことができる。
【００５３】
上部クラッド層４を一度に成膜した後に熱処理を一回だけ行った場合は、十分にコア部３を覆うことができないことが多い。例えばすでに隙間が生じてしまっていた場合、ガラス中の気泡は非常に除去しにいくいため、熱処理を行っても隙間が残ってしまう。したがって複数回交互に行う必要がある。
【００５４】
成膜時間と熱処理時間はうまく調整すると良い。コア部３の高さは５μｍから１０μｍ程度であり、上部クラッド層４は２０μｍ程度の厚みを成膜する。上部クラッド層４を成膜してコア部３を十分に覆うためには、成膜と熱処理とを少なくとも５回以上交互に行うと良い。
【００５５】
コア部３が８μｍ、上部クラッド層４が２０μｍであった場合、例えば以下のように７回繰り返し交互に行う。まず上部クラッド層４を４μｍ成膜し、次に熱処理を行ってこれを軟化させ、再び上部クラッド層４を３μｍ成膜する。次に熱処理を行ってこれを軟化させる。同様に３μｍの成膜と熱処理とを５回行う。
【００５６】
上記の場合、上部クラッド層４の成膜を３μｍずつ行ったが、他の膜厚も考えられる。初めに厚みを２μｍ成膜して熱処理を行い、次に厚みを３μｍ成膜して熱処理を行うというように成膜する膜厚が異なっていても良い。ただしあまり成膜を細かく区切りすぎると工程時間が長くなるため好ましくない。しかし成膜時間を長く取りすぎると十分にコア部３を覆うために熱処理の長時間が必要となり、場合によっては熱処理を行っても隙間を残してしまうことがあり、成膜時間は少し長めよりはむしろ少し短めに設定するべきである。
【００５７】
また、成膜は下部クラッド層２の上にコア部３を形成したものを回転しながら行うと、上部クラッド層４の均一性をさらに高めることができて好ましい。下部クラッド層２の上にコア部３を形成したものの回転にはそのものの自転を含むものと公転を含むものがある。同時に行うとさらに好ましい。
【００５８】
下部クラッド層２の上にコア部３を形成したものを加熱しながら成膜を行うと上部クラッド層４とコア部３との密着性を高めることができて好ましい。また軟化温度までの加熱時間を短縮できる効果もある。しかし上部クラッド層４のガラス転移温度以上に加熱した場合、最蒸発や結晶化などを引き起こすことがあり光導波路の歩留まりを低くしてしまうため好ましくない。そこで上部クラッド層４を成膜する際の成膜温度は上部クラッド層４のガラス転移温度以下にする。このとき上記ガラス転移温度よりも５０℃以上低くすることにより、光導波路の歩留まりの低下を抑制し、かつ安価な光導波路を提供することができる。例えば上部クラッド層４のガラス転移温度が４８０℃である場合、３００℃で成膜を行い、熱処理を５００℃で行う方法が考えられる。
【００５９】
酸化物を熱処理する場合、高温において酸素欠損を生じることがある。これを抑制するためには酸素を含む雰囲気中で熱処理すると好ましい。酸化物をスパッタリングで成膜する場合、スパッタリングのレートが高いときに酸素欠損が生じやすい。酸素を含む雰囲気中で熱処理すると不足していた酸素を熱処理時に補うことができるため、材料の酸素欠損を防ぐことができる。この方法を用いることにより工程時間を短縮することが可能となる。すなわち酸素欠損を生じ易い高いレートで成膜を行うことにより工程時間が短縮でき、その後熱処理を酸素雰囲気中で行うことにより酸素欠損を少なくして上部クラッド層４の組成の信頼性を高めることができる。
【００６０】
上部クラッド層４を形成する工程はスパッタリングによる成膜と熱処理とを含むだけでなく冷却機構を用いた冷却とを含むとさらに好ましい。すなわち工程に要する時間を短縮することができる。この場合、冷却はあまり急激に行うと上部クラッド層４を形成するガラスに歪みを発生させる場合があり注意を要する。
【００６１】
熱処理温度から成膜温度までの冷却において上部クラッド層４のガラス転移温度よりも５０℃高い温度からガラス転移温度よりも５０℃低い温度の間である１００℃の間隔においては１Ｋ・ｍｉｎ-1以下の速さで行う冷却を含むことにより、ガラス中に歪みを生じさせにくくすることができる。
【００６２】
なお、ガラス転移温度よりも５０℃以上高い温度においては速い速度で冷却を行ってもガラス中に歪みは生じにくい。この温度領域においては冷却機構により速い冷却を行い工程時間を短縮し、結果として安価な光導波路を提供することができる。冷却速度を１Ｋ・ｍｉｎ-1以上の速さで行うと良い。ただしあまりにも速い冷却を行うとクラックの原因になるため冷却速度を１００Ｋ・ｍｉｎ-1以下にすると良い。
【００６３】
また、上部クラッド層４のガラス転移温度よりも５０℃以上低い温度においては自然冷却を行うのが好ましい。なぜならこの温度領域で速い冷却を行った場合、ガラス中に歪みを生じることがあるためである。ガラス転移温度付近で速い冷却を行う場合よりは歪みを生じにくいがガラス転移温度よりも５０℃以上高い温度領域で速い冷却を行う場合よりも歪みを生じやすいためである。
【００６４】
熱処理を行う温度から成膜温度までの冷却においては熱履歴を管理したほうが好ましい。例えば熱処理を行う温度から上部クラッド層４のガラス転移温度よりも５０℃高い温度まで冷却速度を１Ｋ・ｍｉｎ-1以上１００Ｋ・ｍｉｎ-1以下の速さで行い、上部クラッド層４のガラス転移温度よりも５０℃高い温度からガラス転移温度よりも５０℃低い温度の間である１００℃の間隔においては冷却速度を１Ｋ・ｍｉｎ-1以下の速さで冷却を行う方法がある。熱処理温度からの冷却における熱履歴を広い温度範囲で管理することができるため工程時間が短縮できると共にガラスに生じる歪みを確実に抑制でき、除去することができる。
【００６５】
あるいは、上部クラッド層４のガラス転移温度よりも５０℃高い温度からガラス転移温度よりも５０℃低い温度の間である１００℃の間隔において、所定温度Ｔを選択し、熱処理を行う温度から所定温度Ｔまでの冷却を１Ｋ・ｍｉｎ-1以上１００Ｋ・ｍｉｎ-1以下の速さで行い、所定温度Ｔにおいて１０分から６０分の間、温度を保持する方法が考えられる。熱処理温度からの冷却における熱履歴を広い温度範囲で管理することができると共に一定温度での保持を含むため管理をより確実なものにできる。これにより工程時間が短縮でき、ガラスに歪みを生じることなく確実に除去することができる。
【００６６】
なお、冷却速度の条件、熱処理の条件、成膜中の基板加熱の条件等はガラスの組成等によってそれぞれ最適化する必要がある。
【００６７】
以上、堆積処理による成膜を説明した。堆積処理による成膜と熱処理とは同一の装置内で行うと作業性を高めることができて好ましい。成膜と熱処理とは同一の処理室で行い冷却を他の区別された処理室で行うと成膜および熱処理の工程と冷却の工程とをそれぞれ個別に行うことができるため好ましい。これにより光導波路に対して成膜および熱処理を行う間に他の光導波路に対して冷却を行うということが可能となり、光導波路を作製して次の光導波路を作製する場合に比べて光導波路の平均工程時間を短縮することができる。
【００６８】
この場合、冷却時間を成膜時間と熱処理時間との合計とほぼ等しくすると好ましい。上記のように時間を設定することにより光導波路に対して成膜および熱処理を行う間に他の光導波路に対して冷却を行う場合、待ち時間を短縮し工程時間を短縮することができる。
【００６９】
次に、コア部用ガラス、クラッド層用ガラス材料組成について説明する。
【００７０】
いずれのガラスにおいてもＳｉＯ2、Ｂ2Ｏ3はガラス形成酸化物として働き、その量が少なすぎるとガラス化せずに結晶化してしまう。一方その量が多すぎた場合にはガラスの軟化温度が高くなり時には溶融が困難になってしまうので好ましくない。またＳｉＯ2に対してＢ2Ｏ3の量が少なすぎるとガラスの溶融温度が上昇して均一なガラスを作製することが困難になる。しかしＢ2Ｏ3の量が多すぎると耐水性が低下するかあるいは分相して結晶化してしまう。
【００７１】
Ａｌ2Ｏ3はガラスの耐水性を高めガラス形成が起こりやすくする作用があるが、多く添加するとガラスの軟化温度が高くなり溶融温度を高くする必要があるので好ましくない。
【００７２】
Ｋ2Ｏはガラスの屈折率と熱膨張係数を増加させて溶融温度を低下させる効果があるが、多く添加するとガラスの耐水性が低下するので好ましくない。
【００７３】
ＮａＦはガラスの軟化温度と溶融温度を低下させて熱膨張係数を増加させる作用があるが、多く添加するとガラスの結晶化が起こりやすくなり、さらに耐水性も低下するので好ましくない。
【００７４】
ＫＦはガラスの熱膨張係数を増加させる作用があるが多く添加するとガラスの結晶化が起こりやすくなり、耐水性も低下させるので好ましくない。
【００７５】
ＡｌＦ3はガラスの軟化温度を低下させる作用がありガラスの屈折率を減少させることができるが、多く添加するとガラスの結晶化が起こりやすくなるので好ましくない。これらの成分の組成比を最適化することによりコア用ガラスとクラッド用ガラスの屈折率差を調整し、熱膨張係数をできるだけ近づけて軟化点を低下させることができる。
【００７６】
（表１）、（表２）および（表３）に検討した組成を示す。
【００７７】
【表１】
2005148465.tif 000003
【００７８】
【表２】
2005148465.tif 000004
【００７９】
【表３】
2005148465.tif 000005
【００８０】
各ガラスサンプルについて、熱膨張係数と軟化温度を熱膨張計（ＴＭＡ）で測定し、ガラスの耐水性についてはサンプルガラスを厚さ２ｍｍ、１０ｍｍ角のブロックに成型し、表面を研磨したものを温度９５℃湿度６５％ＲＨの高温高湿試験装置に２４時間投入した後に表面にヤケと呼ばれるガラス成分の溶出に起因する曇りが生じるかどうかで判断した。ガラスの結晶化については肉眼でガラスの内部を確認することによって行った。
【００８１】
（表１）に示すようにコア部ガラスにおいてはＳｉＯ2の含有量が５１ｍｏｌ％以下では耐水性が悪いか結晶化が生じ、その含有量が５８ｍｏｌ％以上ではガラスを均一に溶融することが困難である。またＢ2Ｏ3の含有量が１５ｍｏｌ％以下では溶融温度が高くなりすぎるため均一なガラスを得ることが難しく、２０ｍｏｌ％以上ではガラスの耐水性が低下してヤケが発生してしまう。さらにＳｉＯ2とＢ2Ｏ3の含有量の合計が６７ｍｏｌ％以下の場合では溶融が困難であるかあるいは耐水性が低く、その合計量が７５ｍｏｌ％以上ではガラスの溶融が困難になることがわかる。Ａｌ2Ｏ3の含有量が１．５ｍｏｌ％以下ではガラスの内部に結晶が生じ、４ｍｏｌ％以上では未溶解のＡｌ2Ｏ3が残存することがわかる。
【００８２】
さらに、ＡｌＦ3の含有量が１２ｍｏｌ％以上ではガラスが結晶化してしまうことがわかる。Ｋ2Ｏの含有量が１０ｍｏｌ％以下ではガラスの溶融が困難であるが、２０ｍｏｌ％以上では耐水性が悪化することがわかる。
【００８３】
（表２）に示す上部クラッド層ガラスにおいてはＳｉＯ2の含有量が４２ｍｏｌ％以下では耐水性が悪いかあるいは結晶化が生じ、その含有量が５８ｍｏｌ％以上ではガラスを均一に溶融することが困難である。またＢ2Ｏ3の含有量が１８ｍｏｌ％以下では溶融温度が高くなりすぎるため均一なガラスを得ることが難しく、３５ｍｏｌ％以上ではガラスの耐水性が低下してヤケが発生してしまうことがわかる。
【００８４】
さらに、ＳｉＯ2とＢ2Ｏ3との含有量の合計が６８ｍｏｌ％以下の場合では耐水性が低く、またその合計量が８２ｍｏｌ％以上では溶融困難であることがわかる。
【００８５】
ＮａＦとＫ2Ｏの含有量の合計が１５ｍｏｌ％以下であると溶融困難であり、２６ｍｏｌ％以上であると耐水性が悪化する。さらに同時にＮａＦの含有量が８ｍｏｌ％〜２０ｍｏｌ％であり、かつＫ2Ｏの含有量が４ｍｏｌ％〜１０ｍｏｌ％という範囲を満たしていないとやはり耐水性の悪化を生じてしまうことがわかる。そしてＡｌＦ3の含有量が１０ｍｏｌ％以上ではガラスが結晶化してしまうことがわかる。
【００８６】
さらに、（表３）に示す下部クラッド層ガラスにおいてはＳｉＯ2の含有量が４９ｍｏｌ％以下では結晶化が生じ、その含有量が５８ｍｏｌ％以上ではガラスを均一に溶融することが困難である。またＢ2Ｏ3の含有量が１４ｍｏｌ％以下では溶融温度が高くなりすぎるため均一なガラスを得ることが難しく、１９ｍｏｌ％以上では結晶が発生してしまうことがわかる。さらにＡｌ2Ｏ3の含有量が１ｍｏｌ％以下では結晶が発生し、５ｍｏｌ％以上ではガラス中に未溶解のＡｌ2Ｏ3が残存するために均一なガラスを得ることができない。さらにＫＦの含有量が２０ｍｏｌ％以下では熱膨張係数が小さくなり、コア部および上部クラッドガラスの熱膨張係数差が大きくなることがわかる。
【００８７】
（実施の形態３）
本発明の実施の形態３におけるコア部およびクラッド層用ガラス基板の組成について説明する。
【００８８】
コア部用ガラス基板をＳｉＯ2、Ｂ2Ｏ3、Ａｌ2Ｏ3、ＡｌＦ3、Ｋ2Ｏ、下部クラッド層用ガラス基板をＳｉＯ2、Ｂ2Ｏ3、ＡｌＦ3、ＮａＦ、Ｋ2Ｏ、上部クラッド層用ガラス基板をＳｉＯ2、Ｂ2Ｏ3、Ａｌ2Ｏ3、ＫＦからなる（表１）〜（表３）に示した組成の中で（表４）に示した組成のコア部およびクラッド用基板を用い、下部クラッド層とコア部との接合を直接接合で行いコア部形成後の基板上へのオーバークラッド層の形成をスパッタリングで行い隙間が生じないように上部クラッド層を軟化させた後、基板間の界面での剥離あるいは基板内のクラック発生の有無およびオーバークラッド層形成後の下部クラッド層の変形の有無を観察した。
【００８９】
【表４】
2005148465.tif 000006
【００９０】
（表４）に示すようにコア部、上部クラッド層、下部クラッド層の熱膨張率差が９×１０-7Ｋ-1以上になると直接接合後に基板間の界面剥離が生じやすく、、また上部クラッド層形成後にクラックが発生しやすくなっていることがわかる。またガラスの軟化点温度差が５０℃以下ではスパッタリング後のオーバークラッド層の加熱および軟化工程でコア部あるいは下部クラッド層が変形してしまうことがわかる。
【産業上の利用可能性】
【００９１】
本発明にかかる光導波路は、歩留まりの低下を防ぐことが可能で安価な光導波路が供給でき、光通信システム特に加入者系システム等の用途に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００９２】
【図１】（ａ）本発明の実施の形態１における光導波路の要部の構成を示す斜視図、（ｂ）本発明の実施の形態１における光導波路の構成を示す分解斜視図
【図２】（ａ）〜（ｊ）本発明の実施の形態２における光導波路の製造工程を示す断面図
【図３】（ａ）本発明の実施の形態２における光導波路の構成を示す断面図、（ｂ）従来の間隙が生じた光導波路の断面図
【図４】（ａ）〜（ｇ）本発明の実施の形態２における光導波路の上部クラッド層の製造工程を示す断面図
【図５】（ａ）〜（ｉ）従来の光導波路の製造工程を示す断面図
【符号の説明】
【００９３】
１  基板
２  下部クラッド層
３  コア部
４  上部クラッド層
５  コア層
６  マスク層
７  レジストパターン
８  マスクパターン
９  隙間
【図１】
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【図２】
2005148465.tif 000008
【図３】
2005148465.tif 000009
【図４】
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【図５】
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