(57)【要約】【課題】本発明は、石英材料でクラッド層及びコアが形成された石英光導波路及びその製造方法に関し、コアの位置を容易に確認できる石英光導波路及びその製造方法を提供することを目的とする。【解決手段】石英基板２上にシリケートガラスで形成された下部クラッド層４と、下部クラッド層４上にシリケートガラスで形成されたコア６と、コア６を埋め込んで下部クラッド層４上にシリケートガラスで形成された上部クラッド層８とを有し、コア６位置とそれ以外の位置とで上部クラッド層８上表面の反射の違いが認識できるように上部クラッド層８上表面に高低差Δｈが形成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
石英基板と、
前記石英基板上に形成された下部クラッド層と、
前記下部クラッド層上に形成されたコアと、
前記コアを埋め込むように前記下部クラッド層上に形成された上部クラッド層とを有し、
前記コア位置とそれ以外の位置とで前記上部クラッド層上表面に基板面法線方向への高低差を設けたこと
を特徴とする石英光導波路。
【請求項２】
請求項１記載の石英光導波路であって、
前記高低差は、前記上部クラッド層上表面からの反射の違いが認識できるように設けられていること
を特徴とする石英光導波路。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の石英光導波路であって、
前記高低差は、０．２μｍ以上で前記コアのコア高さ以下であること
を特徴とする石英光導波路。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の石英光導波路であって、
前記上部クラッド層は、ボロンと燐を添加したシリケートガラスであること
を特徴とする石英光導波路。
【請求項５】
石英基板上に下部クラッド層を形成し、
前記下部クラッド層上にコアを形成し、
前記コアを埋め込むように前記下部クラッド層上にシリケートガラスを成膜し、フローするための軟化により前記コア位置とそれ以外の位置とで上表面に基板面法線方向への高低差を設けた上部クラッド層を形成すること
を特徴とする石英光導波路の製造方法。
【請求項６】
請求項５記載の石英光導波路の製造方法であって、
前記高低差は、前記上部クラッド層上表面からの反射の違いが認識できるように設けられること
を特徴とする石英光導波路の製造方法。
【請求項７】
請求項５又は６に記載の石英光導波路の製造方法であって、
前記高低差は、０．２μｍ以上で前記コアのコア高さ以下に形成すること
を特徴とする石英光導波路の製造方法。
【請求項８】
請求項５乃至７のいずれか１項に記載の石英光導波路の製造方法であって、
前記上部クラッド層の前記シリケートガラスは、ボロンと燐を添加したシリケートガラスであること
を特徴とする石英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、石英材料でクラッド層及びコアが形成された石英光導波路及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に光導波路は、基板と、基板上に形成されたクラッド層と、クラッド層内に埋め込まれてクラッド層より若干高い屈折率を有するコア（光導波路）とを有している。クラッド層はコアの下層（基板側）に配置された下部クラッド層と、コアを埋め込んで下部クラッド層の上層に配置された上部クラッド層とで構成されている。光導波路に入力した光は、コアとクラッド層との屈折率の差によってコア内に閉じ込められてコア内を伝搬する。
【０００３】
石英光導波路では、基板材料にシリコン又は石英が用いられ、コア及びクラッド層は火炎堆積法（ＦＨＤ）、スパッタ法、化学気相蒸着法（ＣＶＤ法）等を用いてシリケートガラスで作製される。シリコン基板の屈折率は、シリケートガラスで形成されたクラッド層及びコアの屈折率と大きく異なるため、基板面法線方向に観察するとシリコン基板上に形成されたコアの位置は比較的容易に認識できる。ところが、石英材料で形成された基板の場合には、基板の屈折率とクラッド層及びコアの屈折率が殆ど同じになるため、基板面法線方向に観察したときにコアの位置を確認し難いという問題が生じ得る。また、これにより、調芯接続作業が困難になるという問題が生じ得る。
【０００４】
上部クラッド層の形成材料がコアの形状に倣って堆積される場合には、コアの存在に応じて上部クラッド層表面に段差が生じるため、平坦部と段差部での反射の違いを利用して、コア位置を容易に認識することができる。
【０００５】
ところが、ＣＶＤ法ではコアを埋め込むように上部クラッド層を堆積する際に、コアの導波路レイアウトに狭ギャップ領域があると当該ギャップに上部クラッド層材料が堆積されずボイド（鬆）が発生してしまう場合がある。これを回避するために成膜時に上部クラッド層をスパッタエッチングしつつ成膜する方法や、上部クラッド層に軟化温度の低い材料を用いて高温で、フロー（ｆｌｏｗ）するための軟化を行なってボイドを埋め込む方法が提案されている（特許文献１参照）。
【特許文献１】米国特許第６０４４１９２号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、フローするための軟化によりボイドの発生を抑制すると、上部クラッド層表面が軟化して平坦化され、上部クラッド層表面の段差が緩やかになってしまうため、コアの位置の認識が困難になってしまうという問題が生じる。
【０００７】
本発明の目的は、コアの位置を容易に確認できる石英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】
【０００８】
上記目的は、石英基板と、前記石英基板上に形成された下部クラッド層と、前記下部クラッド層上に形成されたコアと、前記コアを埋め込むように前記下部クラッド層上に形成された上部クラッド層とを有し、前記コア位置とそれ以外の位置とで前記上部クラッド層上表面に基板面法線方向への高低差を設けたことを特徴とする石英光導波路によって達成される。
【０００９】
上記本発明の石英光導波路であって、前記高低差は、前記上部クラッド層上表面からの反射の違いが認識できるように設けられていることを特徴とする。また、前記高低差は、０．２μｍ以上で前記コアのコア高さ以下であることを特徴とする。
【００１０】
上記本発明の石英光導波路であって、前記上部クラッド層は、ボロンと燐を添加したシリケートガラスであることを特徴とする。
【００１１】
上記目的は、石英基板上に下部クラッド層を形成し、前記下部クラッド層上にコアを形成し、前記コアを埋め込むように前記下部クラッド層上にシリケートガラスを成膜し、フローするための軟化により前記コア位置とそれ以外の位置とで上表面に基板面法線方向への高低差を設けた上部クラッド層を形成することを特徴とする石英光導波路の製造方法によって達成される。
【００１２】
上記本発明の石英光導波路の製造方法であって、前記高低差は、前記上部クラッド層上表面からの反射の違いが認識できるように設けられることを特徴とする。また、前記高低差は、０．２μｍ以上で前記コアのコア高さ以下に形成することを特徴とする。
【００１３】
上記本発明の石英光導波路の製造方法であって、前記上部クラッド層の前記シリケートガラスは、ボロンと燐を添加したシリケートガラスであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、基板面法線方向に観察した場合にコアの位置を容易に確認できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明の一実施の形態による石英光導波路及びその製造方法について図１乃至図４を用いて説明する。
図１は、本実施の形態による石英光導波路の製造方法により製造した石英光導波路１をコア延伸方向に直交する方向に切断した断面を示している。図１において、石英基板２上にシリケートガラスで下部クラッド層４が形成されている。下部クラッド層４上にはゲルマニウム添加のシリケートガラスで断面が矩形状のコア６が複数並列して形成されている。コア６断面の基板面方向の幅Ｗcore＝７μｍ、基板面法線方向の高さＤcore＝７μｍである。
【００１６】
コア６を埋め込んで下部クラッド層４上に上部クラッド層８が形成されている。上部クラッド層８は、本例では３層構造を有しており、下層から順に、ボロン（Ｂ）と燐（Ｐ）を添加した膜厚６μｍの石英膜（ＢＰＳＧ）の第１層８ａ、厚さ６μｍのＢＰＳＧの第２層８ｂ、膜厚の１５μｍの石英の第３層８ｃが積層されている。
【００１７】
上部クラッド層８上表面には緩やかな傾斜が形成されており、隣接コア６，６間において、コア６上方の位置Ａよりコア６，６間のほぼ中央の位置Ｂ（位置Ａからの距離ｄ）が相対的に高低差Δｈだけ低く形成されている。
【００１８】
この高低差Δｈは、隣接Ａ，Ａ間（又は隣接Ｂ，Ｂ間）の上部クラッド層８上表面での基板面法線方向への反射の違いが認識できる程度の大きさに形成されている。必要な高低差Δｈは、後述するレーザ顕微鏡を用いるのであれば、レーザ光の半波長よりも長ければよいので０．２μｍ程度以上であればよい。本例ではΔｈ＝２μｍ程度に形成されており、一般の光学顕微鏡を用いて基板面法線方向に観察して容易にコア６位置を認識できる。
【００１９】
上部クラッド層８上表面の高低差Δｈは、上部クラッド層８を構成する第１層８ａ〜第３層８ｃを順に形成する際に、ＣＶＤ法での成膜に続けて行うフローするための軟化を、上部クラッド層８表面が完全に平坦化されない程度に制御することで得られる。フローするための軟化処理を制御することにより、コア６近傍とコア６から離れた位置での上部クラッド層８の表面高さを異ならせてコア６位置の認識を容易にすると共に、隣接コア６，６間のギャップでボイドを生じさせない石英光導波路１の作製が可能となる。また、ギャップフィル（ｇａｐ−ｆｉｌｌ）のためのフローによってボイドの形成を避けるために、高低差Δｈがコア６の高さＤcoreと同程度以下になるように上部クラッド層８を形成すればよい。
【００２０】
次に、本実施の形態による石英光導波路１の製造方法の具体的実施例について図１乃至図３を用いて説明する。プラズマＣＶＤ法を用いて、石英基板２上にシリケートガラスで下部クラッド層４を成膜し、続いて、ゲルマニウム添加のシリケートガラスでコア形成層を成膜する。次いで、フォトリソグラフィ法を用いてコア形成層をパターニングし、Ｗcore＝７μｍ、Ｄcore＝７μｍの矩形状断面を有する複数のコア６を形成する。次いで、プラズマＣＶＤ法を用いて、ボロン（Ｂ）と燐（Ｐ）を添加して低軟化温度とした石英膜（ＢＰＳＧ）を基板全面に６μｍの厚さに成膜して上部クラッド層８の第１層８ａを形成する。次いで、１０００℃で２４時間のフローするための軟化を行う。同様にして、ＢＰＳＧを６μｍ成膜して第２層８ｂを成膜した後、１０００℃で２４時間のフローするための軟化を行う。最後に、プラズマＣＶＤ法により、石英を１５μｍ成膜して第３層８ｃを形成して熱処理を行う。以上の工程により、図１に示す本実施の形態による石英光導波路１が完成する。
【００２１】
次に、コア６高さ（Ｄcore）を７μｍに固定して、上述の製造時の上部クラッド層８の第１層８ａ〜第３層８ｃの熱処理条件を変えて、上部クラッド層８表面の高低差（Δｈ）を０μｍから９μｍまで変化させた複数の石英光導波路を作製した。表１は、上部クラッド層８表面の高低差Δｈを０μｍから９μｍまで変化させた複数の石英光導波路におけるコア位置の視認性とボイドの発生状態の比較を示している。表１において、「コア位置視認性」の項の○印は視認性が良好であることを表し、×印は視認性が劣ることを表している。また、「ボイド」の項の○印はボイドが生じていないことを表し、×印はボイドが生じていることを表している。表１から、高低差Δｈが３μｍ〜６μｍの範囲にあれば、ボイドの発生をさせずに容易にコア位置を確認することができることがわかる。
【００２２】
【表１】
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【００２３】
次に、上部クラッド層８の形成材料の軟化温度を変化させてフローするための軟化を行った場合の特性変化について説明する。ガラスの軟化温度は添加物の総量が多くなると低下する。そこで、上部クラッド層８を形成する石英材料に添加するボロンの量は３ｍｏｌ％で一定とし、燐の量を（ａ）：１ｍｏｌ％、（ｂ）：２ｍｏｌ％の２種類に変えて、フローするための軟化後の上部クラッド層８の形状の相違及び基板面法線方向の視認性を比較した。
【００２４】
図２（ａ）は添加した燐の量が１ｍｏｌ％の場合の導波路断面を示し、図２（ｂ）は燐の量が２ｍｏｌ％の場合の導波路断面を示している。両導波路ともコア６，６間の距離（２・ｄ）は１２７μｍであり、図２（ａ）での高低差Δｈ１は２．４μｍであり、図２（ｂ）でのΔｈ２は０．８μｍであった。
【００２５】
図３は、高低差Δｈを変えた２つの石英光導波路を基板面法線方向に観察した状態を示しており、図３（ａ）は図２（ａ）の石英光導波路の上面の観察画像を示し、図３（ｂ）は図２（ｂ）の石英光導波路の上面の観察画像を示している。両画像とも、通常の光学顕微鏡による観察画像である。図３から明らかなように、高低差Δｈ１が２．４μｍの方が、Δｈ２が０．８μｍの方より格段にコア６の視認性に優れている。このように、上部クラッド層８表面のコア６近傍領域の高低差Δｈによって、上部から見たコア６の視認性が大きく変化することが分かる。
【００２６】
上部からの観察像は、導波路コア・クラッド間の屈折率差による反射光分布と上部クラッド層８表面からの反射光分布とで構成される。前者の場合、屈折率差は１０-3程度と小さいためコア部分のコントラスト（明暗の差）はそれほど大きくない。後者の場合、反射光は上部クラッド層８と空気との界面の屈折率差により決まり、例えばシリケートガラスによって上部クラッド層８が形成されている場合の屈折率差は０．５程度であり、これによるコントラストは前者に比べてかなり大きい。したがって上部クラッド層８表面にコア６部分とそれ以外の領域とで高低差Δｈを設けることで反射光の分布が均一でなくなり導波路コア６の視認性が向上する。
【００２７】
このように、コア６位置は観察画像中のコア６部分とそれ以外の領域とでの明暗（コントラスト）によって認識される。コントラストは各部分からの光量差で生じるので、上部クラッド層８表面に無用な高低のむらなどが生じていると反射光が不均一になるため明暗の差が生じてしまいノイズ成分となるので留意する必要がある。
【００２８】
コア６位置の認識は光導波路基板に光ファイバを調芯接続する際に必要となる。従って石英光導波路１上部から観察するコア６位置の確認は簡易な光学系で容易に行えることが望ましい。この点において本実施の形態による石英光導波路１は、一般的な光学顕微鏡を用いてコア６位置を容易に確認できるので調芯接続時に威力を発揮する。一般的な光学顕微鏡の場合には、図２（ｂ）に示すように、高低差Δｈ＝０．８μｍ程度では上部クラッド層８表面からの反射光によるコントラストは低下してしまい、コア６自体での反射光による像認識となってしまう。従って、光学顕微鏡を用いる場合には高低差Δｈが１μｍ以上あることが好ましい。
【００２９】
本発明は、上記実施の形態に限らず種々の変形が可能である。
上記実施の形態では、光学顕微鏡によるコア位置認識を例にとって説明したが、本発明はこれに限られない。例えば、一般的な光学顕微鏡に代えて、共焦点顕微鏡や自動焦点顕微鏡（これらはレーザ顕微鏡ともいう）を用いることもできる。図４は共焦点顕微鏡の概略構成を示している。対物レンズ１０４の焦点面１１２と共焦点レンズ１０６の焦点面とが共役の関係にあり、共焦点レンズ１０６の焦点面にピンホール１０８が配置されている。
【００３０】
これにより、ステージ１００を光軸方向に移動させてステージ１００上の試料１０２の観察位置を焦点面１１２に移動させるとピンホール１０８からは観察位置の像だけが通過して検出部１１０に入射するようになっている。レーザなどの単一波長光源と共焦点光学系あるいは自動焦点機構を組み合わせることで焦点深度をかなり浅くすることができ、表面の高低差によるコントラストが増強されるので、光学顕微鏡よりも小さい高低差Δｈでコア位置検出が可能になる。一般的には０．１μｍの高低差Δｈでコア位置の検出が可能であるが、表面の微妙なうねりなどによる誤認識を防ぐために、高低差Δｈが０．３μｍ以上となるように上部クラッド層８表面に傾斜を形成するのが望ましい。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の一実施の形態による石英光導波路をコア延伸方向に直交する方向に切断した断面を示す図である。
【図２】上部クラッド層８の石英材料に添加する不純物を異ならせて作製した２つの石英光導波路のコア延伸方向に直交する方向に切断した断面を示す図である。
【図３】高低差Δｈを変えた２つの石英光導波路を基板面法線方向に観察した状態を示す図である。
【図４】共焦点顕微鏡の概略構成を示す図である。
【符号の説明】
【００３２】
１  石英光導波路
２  石英基板
４  下部クラッド層
６  コア
８  上部クラッド層
１００  ステージ
１０２  試料
１０４  対物レンズ
１０６  共焦点レンズ
１０８  ピンホール
１１０  検出部
１１２  焦点面
【図４】
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【図１】
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【図２】
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【図３】
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