(57)【要約】【課題】低損失な光導波路を、容易に製造することができる、光導波路の製造方法を提供する。【解決手段】  基板１１に下部クラッド１２を形成し、下部クラッド１２に、ポリシランを主成分としフォトブリーチング材料を含みかつ光増感剤を含む溶液および酸化剤を含む溶液を塗布した後に、母材となる溶液を塗布してから第１アニールを行うことで、下部クラッド１２上に塗布層を形成し、塗布層の表面側から、塗布層に紫外線を照射することで、フォトブリーチングを行い、第２アニールを行うことで、塗布層をコア１３とし、コア１３上に上部クラッド１４を形成する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板に下部クラッドを形成し、
前記下部クラッドに、ポリシランを主成分としフォトブリーチング材料を含みかつ光増感剤を含む溶液および酸化剤を含む溶液を塗布した後に、母材となる溶液を塗布してから第１アニールを行うことで、前記下部クラッド上に塗布層を形成し、
前記塗布層の表面側から、前記塗布層に紫外線を照射することで、フォトブリーチングを行い、第２アニールを行うことで、前記塗布層をコアとし、
前記コア上に上部クラッドを形成する光導波路の製造方法。
【請求項２】
基板に下部クラッドを形成し、
前記下部クラッドに、ポリシランを主成分としフォトブリーチング材料を含みかつ光増感剤および酸化剤を含む溶液を順次光増感剤および酸化剤の濃度を下げながら複数回塗布してから第１アニールを行い、前記下部クラッド上に多層である塗布層を形成し、
前記塗布層の表面側から、前記塗布層に紫外線を照射することで、フォトブリーチングを行い、第２アニールを行うことで、前記塗布層をコアとし、
前記コア上に上部クラッドを形成する光導波路の製造方法。
【請求項３】
前記塗布層に紫外線を照射する際に、単位面積あたりの照射強度と照射時間とを調整することで前記コアの屈折率が均一となるようにする、請求項１または請求項２に記載の光導波路の製造方法。
【請求項４】
紫外線を透過する基板に下部クラッドを形成し、
前記下部クラッドに、フォトブリーチング材料を含みポリシランを主成分とする溶液を塗布してから第１アニールを行うことで、前記下部クラッド上に塗布層を形成し、
前記塗布層の表面側と、前記基板および下部クラッドを介して前記塗布層の裏面側とから前記塗布層に紫外線をそれぞれ照射することで、フォトブリーチングを行い、第２アニールを行うことで、前記塗布層をコアとし、
前記コア上に上部クラッドを形成する光導波路の製造方法。
【請求項５】
前記塗布層に紫外線を照射する際に、前記塗布層に選択的に紫外線を照射することで、前記塗布層を、コアと、前記コアの側面に前記コアと隣接するように設置された前記コアの屈折率以下の屈折率を有する側面クラッドとする、請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の光導波路の製造方法。
【請求項６】
前記塗布層に紫外線を照射する際に、単位面積あたりの照射強度と照射時間とを調整することで、前記側面クラッドの屈折率が均一となるようにする、請求項５に記載の光導波路の製造方法。
【請求項７】
前記基板および前記下部クラッドを介して前記塗布層の裏面側に照射する紫外線の中心波長は、前記塗布層の表面側から前記塗布層に照射する紫外線の中心波長よりも短波長である、請求項３に記載の光導波路の製造方法。
【請求項８】
前記基板および前記下部クラッドを介して前記塗布層の裏面側に照射する紫外線の単位面積あたりの照射強度と照射時間との積は、前記塗布層の表面側から前記塗布層に照射する紫外線の単位面積あたりの照射強度と照射時間との積よりも大きい、請求項３に記載の光導波路の製造方法。
【請求項９】
前記塗布層の表面側に照射する前記塗布層への紫外線と、前記基板および前記下部クラッドを介して前記塗布層の裏面側に照射する前記塗布層への紫外線とにおいて、それぞれの、単位面積あたりの照射強度と照射時間の積を調整することで、前記コアの厚さ方向における屈折率が、前記コアの中央部が最も高く、前記中央部に対して略対称となる屈折率分布を生じるようにする、請求項４に記載の光導波路の製造方法。
【請求項１０】
前記第２アニール前に、さらに、前記コアの幅方向における前記コアの範囲において、中央部から両外側に向かって照射強度が高くなるように、紫外線を照射することで、前記コアの幅方向における屈折率が、前記コアの中央部が最も高く、前記中央部に対して略対称な屈折率分布を生じるようにする、請求項９に記載の光導波路の製造方法。
【請求項１１】
基板と、前記基板上に形成された下部クラッドと、前記下部クラッド上に形成され、前記下部クラッドの屈折率以上である屈折率を有するコアと、前記コア上に形成され、前記コアの屈折率以下である屈折率を有する上部クラッドとを備えた光導波路であって、
前記コアはポリシランを主成分とし、かつ、光増感剤および酸化剤を含むフォトブリ−チング材料を含んでいて、前記コアの膜厚方向において前記光増感剤および前記酸化剤の各濃度が均一ではないことを特徴とする光導波路。
【請求項１２】
前記コアの膜厚方向における前記光増感剤および前記酸化剤の各濃度は、前記基板に近づくにしたがって、徐々に高くなるように分布している請求項１１に記載の光導波路。
【請求項１３】
前記コアは、光増感剤および酸化剤の各濃度が異なる複数の層で構成された多層構造であり、前記コアの各層ごとの前記光増感剤および前記酸化剤の各濃度は均一であり、前記基板に近づくにしたがって、各層ごとの前記光増感剤および前記酸化剤の各濃度は徐々に高くなる請求項１１に記載の光導波路。
【請求項１４】
前記コアの側面には、前記コアと隣接するように、前記コアの屈折率以下の屈折率を有する側面クラッドがさらに形成されていて、
前記側面クラッドは、前記下部クラッドおよび前記上部クラッドと接しており、
前記側面クラッドおよび前記コアは同一層に形成されている、請求項１１に記載の光導波路。
【請求項１５】
前記側面クラッドの膜厚方向における前記光増感剤および前記酸化剤の各濃度は、前記基板に近づくにしたがって、徐々に高くなるように分布している請求項１４に記載の光導波路。
【請求項１６】
前記側面クラッドは、光増感剤および酸化剤の各濃度が異なる複数の層で構成された多層構造であり、前記側面クラッドの各層ごとの前記光増感剤および前記酸化剤の各濃度は均一であり、前記基板に近づくにしたがって、各層ごとの前記光増感剤および前記酸化剤の各濃度は徐々に高くなる請求項１４に記載の光導波路。
【請求項１７】
基板と、前記基板上に形成された下部クラッドと、前記下部クラッド上に形成され、前記下部クラッドの屈折率以上である屈折率を有するコアと、前記コア上に形成され、前記コアの屈折率以下である屈折率を有する上部クラッドとを備えた光導波路であって、
前記コアはポリシランを主成分とし、かつ、光増感剤および酸化剤を含むフォトブリーチング材料を含んでいて、
前記基板は、紫外線を透過することができることを特徴とする光導波路。
【請求項１８】
前記コアの側面には、前記コアと隣接するように、前記コアの屈折率以下の屈折率を有する側面クラッドがさらに形成されていて、
前記側面クラッドは、前記下部クラッドおよび前記上部クラッドと接しており、
前記側面クラッドおよび前記コアは同一層に形成されている、請求項１７に記載の光導波路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は主として光通信、光インターコネクションに用いられる光導波路に関する。
【背景技術】
【０００２】
幹線系の光通信網等に用いられている石英系光導波路は、下部クラッド上に薄膜として堆積されたコア層をドライエッチングによりパタ−ニングし、パターニングされたコア層の上に上部クラッドを堆積することで作製されている。このような、光導波路の製造方法では複数回の膜形成プロセス、真空プロセスまたは高温アニールプロセスが必要になるため、必ずしも量産性はよくない。
【０００３】
一方、導波路材料として樹脂材料を用い、樹脂の特徴を生かした製造方法を用いることで、光導波路の製造において、低コスト化をはかる試みが多くなされている。例えば、フォトブリ−チング材料を用いた光導波路の作製もその一つである。
【０００４】
例えば、光重合溶液のフィルム状膜の表面から紫外線を照射し、光重合した部分が低屈折率化することを用いて、膜厚方向に屈折率分布を形成して、グレ−テッドインデックス型の光導波路を作製する方法が開示されている（特許文献１参照）。しかし、光重合反応では、光を照射し始めたときに反応が開始されるが、光照射を中断しても反応が継続し、光重合が完結するまで安定しない。いわゆる、暗反応が継続して起こってしまう。そのため、光重合反応の程度差により屈折率分布を形成したとしても、経時的に屈折率が変化するため、形成された所望とする屈折率分布が変化してしまう可能性がある。したがって、この方法は、特に高精度な屈折率の制御を必要とする光導波路には不適である。また、光重合を用いるフォトポリマーは、一般に耐熱性が低いため、実使用における光導波特性の安定性に課題がある。また、光・電子半導体素子を実装するためのリフロー工程においては加熱が必要であるため、光導波路近傍に光・電子半導体素子を実装することができないという問題もあった。
【０００５】
これに対し、耐熱性のあるフォトブリ−チング材料を用いて光導波路も検討もされている。例えば、シリコーン系有機材料であるポリシランを用いて形成された光導波路が開示されている（特許文献２参照）。
【０００６】
特許文献２に開示された光導波路構造について、図１９を用いて説明する。図１９は、従来のポリシランを用いた光導波路１００の構成を示す正面断面図である。基板１０１上に第１クラッド層１０２が形成されている。この上にフォトブリ−チング材料であるポリシランからなるコア層１０３ａ、側面コア層１０３ｂ、側面コア層１０３ｃ、側面クラッド層１０４ａおよび側面クラッド層１０４ｂが形成されている。コア層１０３ａ、が形成され、コア層１０３ａ、の側面に接するように側面コア層１０３ｂと側面コア層１０３ｃとが形成されている。また、側面コア層１０３ｂの側面に接するように側面クラッド層１０４ａが形成され、側面コア層１０３ｃの側面に接するように側面クラッド層１０４ｂが形成されている。このフォトブリ−チング材料であるポリシランからなる各部材は、紫外線の照射量が増加するにしたがい、略連続的に屈折率が低くなる。側面クラッド層１０４ａおよび側面クラッド層１０４ｂは第１クラッド層１０２の屈折率と同程度の屈折率になるように紫外線照射時間が調整されている。側面クラッド層１０４ａおよび側面クラッド層１０４ｂは通常のクラッド層として作用する。側面コア層１０３ｂおよび側面コア層１０３ｃは紫外線照射時間が側面クラッド層１０４ａおよび側面クラッド層１０４ｂの照射時間よりも少ない。そのため、側面コア層１０３ｂおよび側面コア層１０３ｃの屈折率は側面クラッド層１０４ａおよび側面クラッド層１０４ｂの屈折率よりも高い。また、コア層１０３ａ、の紫外線照射時間は、側面コア層１０３ｂおよび側面コア層１０３ｃの照射時間よりも短い。そのため、コア層１０３ａ、の屈折率は側面コア層１０３ｂおよび側面コア層１０３ｃの屈折率よりも高い。なお、コア層１０３ａ、には紫外線を照射しなくてもよい。
【０００７】
従来の光導波路１００において、第１クラッド層１０２、コア層１０３ａ、側面コア層１０３ｂ、側面コア層１０３ｃ、側面クラッド層１０４ａ、側面クラッド層１０４ｂおよび第２クラッド層１０５の各層を形成するには、それぞれスピンコートを用いて積層し、各層の表面側（図１９においては上側）から必要に応じて適宜フォトマスクを介して紫外線を照射した後、各層ごとに加熱アニールを行っている。加熱アニールを行うことで反応を完了させ屈折率特性等の安定化を図ることができる。
【０００８】
特許文献２に開示された光導波路１００は、幅方向に２段の屈折率を有するコアパタ−ンを設けたので、屈折率が相対的に高い第２コア層１０３ａに強く光を閉じこめることができる。そのため、光導波路１００の曲げ損失や散乱損失を低減することができる。
【０００９】
ポリシランは、酸素の存在下で熱エネルギや紫外線エネルギを与えられると、屈折率が低下する性質を持つ。以下にその理由を説明する。ポリシランはＳｉ−Ｓｉの骨格にアルキル基やフェニル基などの有機基がつながった構造をしている。これに酸素の存在下で熱エネルギや紫外線エネルギを与えると、Ｓｉ−Ｓｉの骨格結合が切れるとともに酸素を取り込み、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉの骨格となり有機成分が脱離していく。このように反応とともに無機化が進展して低屈折率化する（以下、この反応を無機化反応と定義する）。
【００１０】
また、ポリシランは、紫外線照射後の加熱アニールにより、反応が完了し実使用での環境変化に対して屈折率等の光学パラメ−タが安定するという特徴を有する。ポリシランを加熱する際の温度は少なくとも２００℃以上であり、構造として有機材料と無機材料の中間的な性質である。したがって、ポリシランは、従来のフォトポリマ−に比べると格段に耐熱性や透明性に優れている。また、Ｓｉ−Ｏそのものは石英系材料と同一の組成であることから、光の透過性がよく、低損失の光導波路が得られる
このようにポリシランに紫外線を照射して、所望の屈折率分布を形成し、光導波路を作製することは、実用信頼性を備えた光導波路を安価に得る方法として大変有望である。
【００１１】
光導波路は光が閉じこめられるコアと、それを取り囲むクラッドより構成される。コアの屈折率が均一である光導波路は、ステップインデックス型と呼ばれる。また、コアの断面中央部が最も屈折率が高く、対称形状の屈折率分布を有する光導波路は、グレーテッドインデックス型と呼ばれる。ステップインデックス型において、光を効率的に閉じこめるには、コアおよびその周辺のクラッドの両方ともの屈折率均一性が重要である。また、グレ−テッドインデックス型では、コア内での屈折率対称性と、クラッドの屈折率均一性とが重要である。これらの条件が満たされないと、光の伝搬とともにコアから光が漏れるという問題が生じる。
【００１２】
本発明者らは、特許文献２に開示された上述の方法を用いて、ステップインデックス型の埋め込み型光導波路を作製した。図２０は、本発明者らが従来の製造方法で作製した光導波路１１０の構成を示す正面断面図である。図２０に示すように、光導波路１１０は基板１１１上に下部クラッド層１１２が形成されている。下部クラッド層１１２上には、フォトブリーチング材料であるポリシランからなるコア層１１３ａ、側面クラッド層１１４ａおよび側面クラッド層１１４ｂが形成されている。さらにその上には、上部クラッド層１１５が形成されている。
【００１３】
下部クラッド層１１２、コア層１１３ａ、側面クラッド層１１４ａ、側面クラッド層１１４ｂおよび上部クラッド層１１５の各層の形成は、それぞれスピンコートを用いて積層し、各層の表面側（図２０においては上側）から必要に応じて、適宜フォトマスクを介して紫外線を照射した後、各層ごとに加熱アニールを行って作製した。
【００１４】
しかし、作製された光導波路１１０は、光の閉じ込めが不均一であり、損失が大きいことがわかった。さらに、その原因を調べた結果、側面クラッド層１１４ａおよび側面クラッド層１１４ｂに問題があった。具体的には、側面クラッド層１１４ａおよび側面クラッド層１１４ｂの屈折率は、均一ではなく、その厚さ方向に屈折率分布が生じていた。
【００１５】
図２１は図２０の光導波路１１０におけるＦ−Ｆ矢視断面における一部分（下部クラッド層１１２、側面クラッド層１１４ｂおよび上部クラッド層１１５）の屈折率分布を示すグラフである。なお、図２１の屈折率分布には基板１１１は含まない。図２１よりわかるように、紫外線照射により、屈折率を制御した側面クラッド層１１４ｂが、表面側（上部クラッド層１１５側）に行くほど低くなっている。このような屈折率分布であるため、コア層１１３ａ内おいて表面に近い部分（上部クラッド層１１５側）と下部クラッド層１１２に近い部分では光の閉じこめ効果が異なり、不均一になっていた。具体的には、コア層１１３ａの表面側（上部クラッド層１１５側）においてはコア層１１３ａと側面クラッド層１１４ａおよび側面クラッド層１１４ｂとの屈折率差は大きく、コア層１１３ａ内に光が十分閉じこめられる。しかし、コア層１１３ａの下部クラッド１１２側においては、コア層１１３ａと側面クラッド層１１４ａおよび側面クラッド層１１４ｂとの屈折率差が非常に小さいか、ほぼゼロに等しい。そのため、コア層１１３ａ内に光が閉じこめられず外部に漏れてしまう。
【００１６】
以上のように、光導波路１１０においては、コア層１１３ａにおける光の閉じこめが不十分であり、伝搬ロスが大きくなってしまった。さらに追加実験として紫外線照射強度や照射時間およびアニール温度やアニール時間を変化させて、側面クラッド層１１４ａおよび側面クラッド層１１４ｂを作製したが、膜厚方向の屈折率分布は個々の条件によって違いはあるものの、上部クラッド層１１５側で低く、下部クラッド層１１２側で高い傾向は同じであった。
【００１７】
前述したように、このようなクラッドの屈折率不均一性は、ここで述べたステップインデックス型の光導波路のみならず、グレ−テッドインデックス型の光導波路についても同様の損失増加原因になる。
【００１８】
このような現象が起こった原因として次の２点が考えられる。
【００１９】
一つは側面クラッド層１１４ａおよび側面クラッド層１１４ｂの表面側（上部クラッド層１１５側）から紫外線を当ててフォトブリ−チングするため、側面クラッド層１１４ａおよび側面クラッド層１１４ｂの表面では紫外線強度が強いが、紫外線が進むほど材料の吸収により紫外線強度が低下するためと考えられる。そのため、側面クラッド層１１４ａおよび側面クラッド層１１４ｂの表面側（上部クラッド層１１５側）が裏面側（下部クラッド層１１２側）よりも、より大きな光エネルギを受けて無機化反応が進み、相対的に低屈折率化すると考えられる。
【００２０】
もう一つは、紫外線照射時の酸素供給が側面クラッド層１１４ａおよび側面クラッド層１１４ｂの表面側（上部クラッド層１１５側）に多く、直接空気と接していない側面クラッド層１１４ａおよび側面クラッド層１１４ｂの裏面側（下部クラッド基板１１２側）においては、少ないためと考えられる。そのため、側面クラッド層１１４ａおよび側面クラッド層１１４ｂの下部クラッド基板１１２側ほどＳｉ−Ｓｉ結合からＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合への移行が進まなくなる。一方、酸素の取り込みやすい側面クラッド層１１４ａおよび側面クラッド層１１４ｂの上部クラッド層１１５側は無機化反応が進む。したがって、表面側（上部クラッド層１１５側）が裏面側（下部クラッド基板１１２側）に比べて、相対的に低屈折率化すると考えられる。
【特許文献１】特開昭６０−１９１０７号公報
【特許文献２】特開２００１−４８５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２１】
上述のように、従来の光導波路では、所望とする屈折率分布を形成することは困難であり、そのため、光の閉じ込めが不十分で、損失が大きかった。
【００２２】
本発明は上記問題に鑑みなされたもので、低損失な光導波路を、容易に製造することができる、光導波路の製造方法および低損失な光導波路を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
本発明の光導波路の製造方法は、基板に下部クラッドを形成し、前記下部クラッドに、ポリシランを主成分としフォトブリーチング材料を含みかつ光増感剤を含む溶液および酸化剤を含む溶液を塗布した後に、母材となる溶液を塗布してから第１アニールを行うことで、前記下部クラッド上に塗布層を形成し、前記塗布層の表面側から、前記塗布層に紫外線を照射することで、フォトブリーチングを行い、第２アニールを行うことで、前記塗布層をコアとし、前記コア上に上部クラッドを形成することを特徴とする。
【００２４】
また、本発明の他の光導波路の製造方法は、基板に下部クラッドを形成し、前記下部クラッドに、ポリシランを主成分としフォトブリーチング材料を含みかつ光増感剤および酸化剤を含む溶液を順次光増感剤および酸化剤の濃度を下げながら複数回塗布してから第１アニールを行い、前記下部クラッド上に多層である塗布層を形成し、前記塗布層の表面側から、前記塗布層に紫外線を照射することで、フォトブリーチングを行い、第２アニールを行うことで、前記塗布層をコアとし、前記コア上に上部クラッドを形成することを特徴とする。
【００２５】
また、本発明の他の光導波路の製造方法は、紫外線を透過する基板に下部クラッドを形成し、前記下部クラッドに、フォトブリーチング材料を含みポリシランを主成分とする溶液を塗布してから第１アニールを行うことで、前記下部クラッド上に塗布層を形成し、前記塗布層の表面側と、前記基板および下部クラッドを介して前記塗布層の裏面側とから前記塗布層に紫外線をそれぞれ照射することで、フォトブリーチングを行い、第２アニールを行うことで、前記塗布層をコアとし、前記コア上に上部クラッドを形成することを特徴とする。
【００２６】
また、本発明の光導波路は、基板と、前記基板上に形成された下部クラッドと、前記下部クラッド上に形成され、前記下部クラッドの屈折率以上である屈折率を有するコアと、前記コア上に形成され、前記コアの屈折率以下である屈折率を有する上部クラッドとを備えた光導波路であって、前記コアはポリシランを主成分とし、かつ、光増感剤および酸化剤を含むフォトブリ−チング材料を含んでいて、前記コアの膜厚方向において前記光増感剤および前記酸化剤の各濃度が均一ではないことを特徴とする。
【００２７】
また、本発明の他の光導波路は、基板と、前記基板上に形成された下部クラッドと、前記下部クラッド上に形成され、前記下部クラッドの屈折率以上である屈折率を有するコアと、前記コア上に形成され、前記コアの屈折率以下である屈折率を有する上部クラッドとを備えた光導波路であって、前記コアはポリシランを主成分とし、かつ、光増感剤および酸化剤を含むフォトブリーチング材料を含んでいて、前記基板は、紫外線を透過することができることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２８】
本発明の光導波路の製造方法によれば、低損失性と高信頼性とを備えた光導波路を容易に製造することができる。
【００２９】
また、本発明の光導波路は低損失性と高信頼性とを備えている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
本実施の形態の光導波路の製造方法は、基板に下部クラッドを形成し、前記下部クラッドに、ポリシランを主成分としフォトブリーチング材料を含みかつ光増感剤を含む溶液および酸化剤を含む溶液を塗布した後に、母材となる溶液を塗布してから第１アニールを行うことで、前記下部クラッド上に塗布層を形成している。それにより、塗布層の光増感剤および酸化剤の含有濃度は、紫外線照射の際に照射エネルギが小さくなる下部クラッド側が高くなる。したがって、紫外線照射エネルギが小さい個所は、光増感剤および酸化剤の含有濃度が高くなっているので、塗布層は均一に屈折率が低下する。そのため、コアの屈折率が均一である光導波路を容易に作製することができる。
【００３１】
また、本実施の形態の他の光導波路の製造方法は、塗布層を多層構造としているので、塗布層の光増感剤および酸化剤の含有濃度を、例えばスピンコートを用いて容易に所望の値とすることができる。
【００３２】
また、好ましくは、前記塗布層に紫外線を照射する際に、単位面積あたりの照射強度と照射時間とを調整することで前記コアの屈折率が均一となるようにする。それにより、容易に、ステップインデックス型の光導波路を作製することができる。
【００３３】
また、本実施の形態の他の光導波路の製造方法は、紫外線を透過する基板を用いていて、塗布層の表面側および基板および下部クラッドを介して塗布層の裏面側に紫外線を照射して、塗布層の厚さ方向への照射エネルギが対称となるようにするので、コアの厚さ方向の屈折率を対称にすることができる。
【００３４】
また、好ましくは、前記塗布層に紫外線を照射する際に、前記塗布層に選択的に紫外線を照射することで、前記塗布層を、コアと、前記コアの側面に前記コアと隣接するように設置された前記コアの屈折率以下の屈折率を有する側面クラッドとする。それにより、埋め込み型の光導波路を容易に作製することができる。
【００３５】
また、好ましくは、前記塗布層に紫外線を照射する際に、単位面積あたりの照射強度と照射時間とを調整することで、前記側面クラッドの屈折率が均一となるようにする。それにより、側面クラッドの屈折率が均一であるため、損失の少ない光導波路を容易に作製することができる。
【００３６】
また、好ましくは、前記基板および前記下部クラッドを介して前記塗布層の裏面側に照射する紫外線の中心波長は、前記塗布層の表面側から前記塗布層に照射する紫外線の中心波長よりも短波長である。それにより、基板および下部クラッドを介して塗布層に達する裏面側からの紫外線と、直接塗布層に達する表面側からの紫外線とが、同等な照射エネルギを有するようにできるため、コアおよび側面クラッドの厚さ方向の屈折率を、中央部に対して対称な光導波路を容易に作製することができる。
【００３７】
また、好ましくは、前記基板および前記下部クラッドを介して前記塗布層の裏面側に照射する紫外線の単位面積あたりの照射強度と照射時間との積は、それにより、基板および下部クラッドを介して塗布層に達する裏面側からの紫外線と、直接塗布層に達する表面側からの紫外線とが、同等な照射エネルギを有するようにできるため、コアおよび側面クラッドの厚さ方向の屈折率を、中央部に対して対称な光導波路を容易に作製することができる。
【００３８】
また、好ましくは、前記塗布層の表面側に照射する前記塗布層への紫外線と、前記基板および前記下部クラッドを介して前記塗布層の裏面側に照射する前記塗布層への紫外線とにおいて、それぞれの、単位面積あたりの照射強度と照射時間の積を調整することで、前記コアの厚さ方向における屈折率が、前記コアの中央部が最も高く、前記中央部に対して略対称となる屈折率分布を生じるようにする。それにより、伝搬損失の低い光導波路を作製することができる。
【００３９】
前記第２アニール前に、さらに、前記コアの幅方向における前記コアの範囲において、中央部から両外側に向かって照射強度が高くなるように、紫外線を照射することで、前記コアの幅方向における屈折率が、前記コアの中央部が最も高く、前記中央部に対して略対称な屈折率分布を生じるようにする。それにより、伝搬損失の低い光導波路を作製することができる。
【００４０】
本実施の形態の光導波路は、コア層の前記光増感剤および前記酸化剤の各濃度が均一ではないので、コア層の屈折率分布を所望の値とすることが可能な光導波路である。
【００４１】
また、好ましくは、前記コアの膜厚方向における前記光増感剤および前記酸化剤の各濃度は、前記基板に近づくにしたがって、徐々に高くなるように分布している。それにより、この光導波路は、コア層の屈折率が均一である光導波路であり、伝搬損失が低い。
【００４２】
また、好ましくは、前記コアは、光増感剤および酸化剤の各濃度が異なる複数の層で構成された多層構造であり、前記コアの各層ごとの前記光増感剤および前記酸化剤の各濃度は均一であり、前記基板に近づくにしたがって、各層ごとの前記光増感剤および前記酸化剤の各濃度は徐々に高くなる。それにより、この光導波路は、コア層の屈折率が均一である光導波路であり、伝搬損失が低い。
【００４３】
また、好ましくは、前記コアの側面には、前記コアと隣接するように、前記コアの屈折率以下の屈折率を有する側面クラッドがさらに形成されていて、前記側面クラッドは、前記下部クラッドおよび前記上部クラッドと接しており、前記側面クラッドおよび前記コアは同一層に形成されている。それにより、側面クラッドを備えていて、伝搬損失が低い。
【００４４】
また、好ましくは、前記側面クラッドの膜厚方向における前記光増感剤および前記酸化剤の各濃度は、前記基板に近づくにしたがって、徐々に高くなるように分布している。この光導波路は、側面クラッドの屈折率も均一であるため、伝搬損失が低い。
【００４５】
また、好ましくは、前記側面クラッドは、光増感剤および酸化剤の各濃度が異なる複数の層で構成された多層構造であり、前記側面クラッドの各層ごとの前記光増感剤および前記酸化剤の各濃度は均一であり、前記基板に近づくにしたがって、各層ごとの前記光増感剤および前記酸化剤の各濃度は徐々に高くなる。それにより、この光導波路は、コア層の屈折率が均一である光導波路であり、伝搬損失が低い。
【００４６】
また、本実施の形態の他の光導波路は、基板が紫外線を透過することができる。そのため、基板および下部クラッドを介して、コアの裏面に紫外線を照射することが可能であるので、コアの厚さ方向の屈折率は、中央部に対して対称である光導波路であり、伝搬損失が低い。
【００４７】
また、前記コアの側面には、前記コアと隣接するように、前記コアの屈折率以下の屈折率を有する側面クラッドがさらに形成されていて、前記側面クラッドは、前記下部クラッドおよび前記上部クラッドと接しており、前記側面クラッドおよび前記コアは同一層に形成されている。それにより、側面クラッドを有する光導波路なので、伝搬損失が低い。
【００４８】
以下、本発明の実施形態のさらに具体的な例について図を用いて説明する。
【００４９】
（実施の形態１）
本発明の実施の形態１に係る光導波路の製造方法および光導波路について、図を用いて説明する。
【００５０】
図１は本発明の実施の形態１に係る光導波路１の構成を示す正面断面図である。図１に示した光導波路１はスラブ光導波路である。基板１１上に下部クラッド１２が形成されていて、その上にフォトブリ−チング材料であるポリシランからなるコア１３が形成されていて、さらにコア１３の上に上部クラッド１４が形成されている。コア１３は作製時に紫外線が適当な時間照射されることで、所望とする均一な屈折率になるように調整されている。光伝搬時にコア１３内に伝搬光が閉じこめられるように、コア１３の屈折率は下部クラッド１２および上部クラッド１４のいずれの屈折率よりも大きい。なお、図１の基板は透明である必要はない。
【００５１】
光導波路１において、下部クラッド１２、コア１３および上部クラッド１４の各層の積層は、それぞれスピンコートを用いて行い、各層ごとに加熱アニールを行っている。ここでコア１３は加熱アニールの前に表面側（図１においては上側）から紫外線の照射を行っている。加熱を行うことで反応を完了させ屈折率特性の安定化を図っている。コア１３は光増感剤および酸化剤を含有している。光増感剤としては、例えば、光によりハロゲンを発生するトリアジン系材料等が挙げられ、酸化剤としては、例えば、酸素を発生する過酸化物等が挙げられる。
【００５２】
図２（ａ）は図１のＡ−Ａ矢視断面の一部（下部クラッド１２、コア１３および上部クラッド１４）の厚さ方向における光増感剤および酸化剤の濃度分布を示すグラフである。なお、実線が光増感剤の濃度分布を示し、破線が酸化剤の濃度分布を示している。また、図２（ｂ）は、図２（ａ）に示した濃度分布を示す図１のＡ−Ａ矢視断面の一部（下部クラッド１２、コア１３および上部クラッド１４）の厚さ方向における屈折率の分布を示すグラフである。図２（ａ）よりわかるように、コア１３における光増感剤および酸化剤の含有濃度は上部クラッド１４側よりも下部クラッド１２側のほうが高い。このようにすることで、図２（ｂ）に示すように、コア１３の厚さ方向の屈折率分布を均一にすることができる。すなわち、コア１３の材料の組成および加熱条件に従って適当な濃度分布形成していれば、コア１３の厚さ方向の屈折率分布を均一にすることができる。なお、ここではコア１３の厚みは、例えば１０ミクロンとした。
【００５３】
一方、図３（ａ）および図３（ｂ）は、図２（ａ）および図２（ｂ）に対する比較例である。図３（ａ）は比較例であって、図１のＡ−Ａ矢視断面の一部（下部クラッド１２、コア１３および上部クラッド１４）の厚さ方向における光増感剤または酸化剤の濃度分布を示すグラフであり、従来のようにコア１３中の光増感剤および酸化剤の濃度分布が一定の場合である。なお、図３（ｂ）において、光増感剤の濃度分布は実線で、酸化剤の濃度分布は破線で表されている。また、この比較例においても、コアの厚みは図２と同様１０ミクロンとした。また、図３（ｂ）は、図３（ａ）に示した濃度分布を示す図１のＡ−Ａ矢視断面の一部（下部クラッド１２、コア１３および上部クラッド１４）の厚さ方向における屈折率の分布を示すグラフである。図３（ａ）よりわかるように、コア１３には、光増感剤は重量比で１５％、酸化剤は重量比で１７％それぞれ均一に含有されている。図３（ｂ）に示すように、コア１３における光増感剤、酸化剤の濃度を均一にした場合の、コア１３の屈折率分布は、下部クラッド１２側で高く、上部クラッド１４側で低くなっている。
【００５４】
上述の比較例においては、コア１３の紫外線による反応およびその後の加熱による反応（無機化反応）がコア１３の表面側（上部クラッド１４側）に強く起こっているためと考えられる。シングルモ−ド光導波路の場合、一般にコア１３の厚みとして１０ミクロン程度、コア１３と下部クラッド１２および上部クラッド１４それぞれとの屈折率差として０．００５程度が用いられる。このようなことを考慮すると、図３（ｂ）に示したようなコア１３に生じた屈折率の不均一は、光の導波特性に影響を与えると予想される。また、コア１３の厚さが厚くなるとともに、コア１３の厚さ方向における屈折率差が大きくなることがわかった。また、シングルモード光導波路ほど、コアおよびクラッドの屈折率精度を必要としないマルチモ−ド光導波路においても、コアおよびクラッドの屈折率精度が低くなると、シングルモ−ド光導波路と同様に、伝搬ロスに影響が出るという問題がある。
【００５５】
次に、図１の光導波路の製造方法について図４（ａ）〜図４（ｅ）を用いて説明する。図４（ａ）〜図４（ｅ）は、本発明の実施の形態１に係る光導波路１の製造方法を示す正面断面工程図である。基板１１の上にスピンコーティングでシリコーンを含有したポリシランを塗布し、大気中にて３００℃で加熱して室温まで冷却する。それにより、下部クラッド１２を形成する（図４（ａ））。
【００５６】
次にポリシランに光増感剤であるトリアジン系材料を高濃度（例えば、重量比５５％）に含有した溶液と、ポリシランに酸化剤である過酸化物を高濃度（例えば、重量比６３％）に含有した溶液と、最後にコア層母層となる、シリコーンを含有するポリシラン溶液とを順番にスピンコートで塗布した後、大気中で１２０℃１０分の仮アニールを行う。この時点で光増感剤、酸化剤のそれぞれはコア層母層であるポリシラン膜に拡散して例えば、図２（ａ）に示した濃度分布を有する塗布層１３ａになる（図４（ｂ））。
【００５７】
さらに、塗布層１３ａに表面側（図４（ｃ）においては上側）から中心波長３６５ｎｍの紫外線１９（強度２０ｍＷ／ｃｍ2）を１０分照射したのち、大気中で３００℃３０分の本アニールを行う（図４（ｃ））。
【００５８】
ここで、紫外線１９照射時に、塗布層１３ａの表面側（図４（ｃ）においては上側）と塗布層１３ａの裏面側（下部クラッド１２側）との紫外線照射強度が異なる。つまり、塗布層１３ａの表面側から裏面側に進むにしたがって照射強度が減少していく。しかし、紫外線１９を照射する側（表面側）の光増感剤および酸化剤の含有濃度を低くしてあるため、屈折率の低下は均一に起こる。
【００５９】
これにより、塗布層１３ａは、図２（ｂ）に示した所望の屈折率を有するコア１３となる。さらに、室温まで冷却後、スピンコーティングでシリコーンを含有したポリシランをスピンコーティングで塗布し、大気中にて３００℃で加熱して室温まで冷却することで上部クラッド１４を形成する（図４（ｄ））。以上により、実施の形態１の光導波路１を作製することができる。
【００６０】
図１に示す実施の形態１の光導波路１において、コア１３中の光増感剤や酸化剤の組成分布が均一でなく、紫外線照射のされる側のこれらの濃度が低い。それにより、コア１３の厚さ方向の屈折率が均一になっている。したがって、光導波路１に光ファイバなどを接続してコア１３に光を入力した場合、光はコア１３内で均一に閉じこめられ、コア１３の厚さ方向に対称な光強度分布を保ったまま伝搬する。そのため、伝搬ロスが少ない。
【００６１】
実際に図２（ｂ）に示す屈折率分布を示す実施の形態１の光導波路１と、図３（ｂ）に示す屈折率分布を示す比較例の光導波路１を作成し、端面研磨を行った後、波長１．３ミクロンのレ−ザ光を入力し、対向する端面からの出射光強度を評価した。なお、どちらの光導波路１においてもコア１３の厚みは１０ミクロンとしている。入力光と出射光よりそれぞれの光導波路１の伝搬ロスを求めたところ、実施の形態１の光導波路１が０．１５ｄＢ／ｃｍであり、比較例の光導波路１が０．２１ｄＢ／ｃｍであった。したがって、実施の形態１の光導波路１の方が、伝搬ロスが低い。
【００６２】
また、実施の形態１の光導波路１は、その主成分がポリシランであるため、耐熱性に優れ、安定な耐環境特性を有しているので実用性が高い。そのため、光導波路１の近傍に光・電子半導体素子の実装が容易にできる。また、製造時の、紫外線の照射量で屈折率調整が可能であるため、容易にコア１３を形成することができ生産性が高い。したがって、実施の形態１の光導波路１は非常に有用な光導波路である。
【００６３】
（実施の形態２）
本発明の実施の形態２に係る光導波路の製造方法および光導波路について説明する。
【００６４】
図５は本発明の実施の形態２に係る光導波路２の構成を示す正面断面図である。図５に示した光導波路２は埋め込み型光導波路である。実施の形態２の光導波路２は、図１に示す実施の形態１の光導波路１のコア１３の代わりに、コア２３、側面クラッド２４ａおよび側面クラッド２４ｂが下部クラッド１２と上部クラッド１４との間に積層されている構成である。光導波路２のそれ以外の構成は光導波路１と同様の構成であるので、同一の部材には、同一の符号を付す。
【００６５】
図５に示すように、光導波路２は、基板１１上に下部クラッド１２が形成されている。この上にフォトブリ−チング材料であるポリシランを主成分とするコア２３、側面クラッド２４ａおよび側面クラッド２４ｂが同一層に形成されている。コア２３が、下部クラッド１２の中央部に設置されていて、その両側に側面クラッド２４ａおよび側面クラッド２４ｂが設置されている。つまり、側面クラッド２４ａおよび側面クラッド２４ｂによってコア２３が挟まれているような配置である。コア２３、側面クラッド２４ａおよび側面クラッド２４ｂの上に、上部クラッド１４が形成されている。
【００６６】
コア２３と側面クラッド２４ａおよび側面クラッド２４ｂとはもともと同一層で形成され、光増感剤または酸化剤がそれぞれ含有されている。図５に示す光導波路５のＢ−Ｂ矢視断面の一部（下部クラッド１２、側面クラッド２４ｂ、上部クラッド１４）の濃度分布は実施の形態１の光導波路１における屈折率分布である図２（ａ）と同様である。なお、図２（ａ）においては、コアとなっている個所は、実施の形態２においては側面クラッドとする。これら実施の形態１のコア１３（図１参照）と実施の形態２の側面クラッド２４ｂは同様な材料からなるものである。また、実施の形態２においては、側面クラッド２４ｂと側面クラッド２４ａとコア２３とは同一組成であるため、これらの光増感剤および酸化剤の含有濃度はそれぞれ等しい。すなわち、コア２３、側面クラッド２４ａおよび側面クラッド２４ｂにおける光増感剤および酸化剤の含有濃度は上部クラッド１４側よりも下部クラッド１２側のほうが高い。
【００６７】
また、側面クラッド２４ａおよび側面クラッド２４ｂの屈折率は、コア２３の屈折率に比べて低い。これは、後述する製造方法において、側面クラッド２４ａおよび側面クラッド２４ｂよりもコア２３の方が紫外線が多く照射されるためである。また、側面クラッド２４ａおよび側面クラッド２４ｂ以外の、下部クラッド１２、上部クラッド１４の屈折率も、コア２３の屈折率よりも低い。
【００６８】
実施の形態２の光導波路２の製造方法については、図６（ａ）〜図６（ｂ）を用いて説明する。図６（ａ）〜図６（ｅ）は、本発明の実施の形態２に係る光導波路２の製造方法を示す正面断面工程図である。基板１１の上にスピンコーティングでシリコーンを含有したポリシランを塗布し、大気中にて３００℃で加熱して室温まで冷却する。それにより、下部クラッド１２を形成する（図６（ａ））。
【００６９】
次にポリシランに光増感剤であるトリアジン系材料を高濃度（重量比５５％）に含有した溶液と、ポリシランに酸化剤である過酸化物を高濃度（重量比６３％）に含有した溶液と、最後にコア層母層となる、シリコーンを含有するポリシラン溶液とを順番にスピンコートで塗布した後、大気中で１２０℃１０分の仮アニールを行う。この時点で光増感剤、酸化剤のそれぞれはコア層母層であるポリシラン膜に拡散して図２（ａ）に示した濃度分布となった塗布層２５になる（図６（ｂ））。
【００７０】
この塗布層２５に、露呈している表面側から例えば中心波長３６５ｎｍの紫外線２９（強度２０ｍＷ／ｃｍ2）を１０分照射して、大気中で３００℃３０分の本アニールを行う（図６（ｃ））。なお、紫外線２９を照射する際には、塗布層２５のコア２３が形成される領域にはマスク２７等を形成しておき、紫外線２９があたらないようにしてコンタクト露光を行う。
【００７１】
このようにして、所望の屈折率を有する側面クラッド２４ａ、側面クラッド２４ｂおよびコア２３を形成する。なお、コア２３は紫外線が照射されていないので、屈折率が低下していない。また、側面クラッド２４ａと側面クラッド２４ｂとは屈折率が均一に低下している。さらに、室温まで冷却後、スピンコーティングでシリコーンを含有したポリシランをスピンコーティングで塗布し、大気中にて３００℃で加熱して室温まで冷却することで上部クラッド１４を形成する（図６（ｄ））。以上により、実施の形態２の光導波路２を作製することができる。
【００７２】
このようにして作製した実施の形態２の光導波路２は、側面クラッド２４ａおよび側面クラッド２４ｂの厚さ方向の屈折率が均一であることがわかった。コア２３においても、厚さ方向の屈折率が均一であった。
【００７３】
上記実施の形態２の光導波路の製造方法により作製した光導波路２と、図３（ａ）に示す塗布層２５を用いて作製した比較例の光導波路とを比較する。これらの光導波路を端面研磨を行った後、シングルモード光ファイバを用いて波長１．３ミクロンのレ−ザ光を入力し、対向する端面から光ファイバを用いて光を出力し、出射光強度を評価した。なお、どちらの光導波路においてもコアの厚みは１０ミクロンとしている。入力光と出射光よりそれぞれの光導波路の伝搬ロスを求めたところ、実施の形態２の光導波路２が０．１８ｄＢ／ｃｍであり、比較例の光導波路が０．８７ｄＢ／ｃｍであった。これより、比較例との比較において、実施の形態１の光導波路１よりも顕著に効果あることがわかる。つまり、スラブ光導波路に比べると、埋め込み型光導波路の方がその効果が顕著に現れている。
【００７４】
図５に示す、埋め込み型光導波路２では、コア２３が下部クラッド１２および上部クラッド１だけでなく、側面クラッド２４ａおよび側面クラッド２４ｂによっても囲まれている。それにより、図１に示すスラブ型光導波路１のように、伝搬光が水平方向に広がることがないので、埋め込み型光導波路２においては、入出力端に光ファイバを接続することができる。この場合、光ファイバを伝搬する光の光強度分布と、光導波路を伝搬する光の光強度分布のずれが伝搬ロスに大きく影響する。そのため、伝搬ロスの実測値から、光増感剤や酸化剤の濃度分布を与えない場合は、側面コアの屈折率が一様でなく、コアを通る光強度分布が光ファイバの光強度分布と大きく異なるため、顕著な差が出たと考えられる。
【００７５】
以上より、実施の形態２のような埋め込み型導波路は、非常に有効であることがわかった。埋め込み型光導波路では、コアのパタ−ンに応じて光分岐や波長分離などの機能を付加させることが可能であり、これら機能デバイスの性能を向上させることにもなる。さらに、実施の形態２の光導波路２は、その主成分がポリシランであるため、耐熱性に優れ、安定な耐環境特性を有しているので実用性が高い。そのため、光導波路２の近傍に光・電子半導体素子の実装が容易にできる。また、製造時の、紫外線の照射量で屈折率調整が可能であるため、容易にコア２３を形成することができ生産性が高い。したがって、実施の形態２の光導波路２は非常に有用な光導波路である。
【００７６】
なお、図６（ｂ）に示した、下部クラッド１２上に塗布層２５を形成する場合に、例えば、光増感剤および酸化剤の含有濃度が異なるポリシラン溶液を順次積層して形成してもよい。つまり図７に示すように、下部クラッド１２上に、第１塗布層２５ａ、第２塗布層２５ｂ、第３塗布層２５ｃ、第４塗布層２５ｄおよび第５塗布層２５ｅの例えば５層の積層構造を形成する。これらのコア層は、順次光増感剤および酸化剤の含有濃度を低くしていく。具体的には、光増感剤および酸化剤の高濃度溶液から濃度を順次低くしたポリシラン溶液をスピンコートしていけばよい。図８は、その場合の断面における酸化剤の含有濃度の関係を示すグラフである。図８に示すように、ステップ型の濃度分布となる。なお、簡略化するために酸化剤の濃度分布のみを示したが、光増感剤の濃度分布においても同様にステップ型とすればよい。このような５層構造の塗布層２５にした場合でも、図６（ｃ）に示すように、露呈している第５塗布層２５ｅ側からコア２３が形成される領域は遮光して紫外線２９（強度２０ｍＷ／ｃｍ2）を１０分照射して、大気中で３００℃３０分の本アニールを行えばよい。それにより、上記製造方法と同様の効果が得られた。すなわち、コア２３、側面クラッド２４ａおよび側面クラッド２４ｂの厚さ方向の屈折率が均一である。
【００７７】
このように、塗布層２５を多層構造とすることで、塗布層２５の形成が容易になり、光導波路２の製造が容易になる。
【００７８】
（実施の形態３）
本発明の実施の形態３に係る光導波路の製造方法について、図９（ａ）〜図９（ｅ）を用いて説明する。
【００７９】
実施の形態１および実施の形態２の光導波路１および２は、光増感剤および酸化剤の濃度分布を制御することで、屈折率の均一化を実現していたが、実施の形態３では、光増感剤および酸化剤の濃度は均一であっても、屈折率を均一化することができる製造方法を説明する。
【００８０】
実施の形態３の光導波路の製造方法は、コアおよび側面クラッドとなる塗布層に紫外線を照射して屈折率を制御する際に、表面側からのみ行われていた紫外線照射を裏面側からも行うものである。本発明者らは、この方法を用いて、光導波路の製造を行うことでコア屈折率の均一性が高い光導波路を得ることができることを確認した。具体的には、塗布層の表面からだけでなく塗布層の裏面から紫外線を照射して塗布層の膜厚方向の屈折率を調査したところ、どちらの面においても紫外線照射条件を同じにした場合には、塗布層の表面側に屈折率が低く、基板側に屈折率が高い分布になることが判明した。さらに紫外線を照射して紫外線照射条件を決定するための予備実験を行った。紫外線をほぼ１００％透過する石英基板上に膜厚１０ミクロンの塗布層を塗布し、基板両面から紫外線を塗布層全面に照射し、塗布層の厚さ方向の屈折率の最大値と最小値との差が０．００１以下となる条件を調査した。
【００８１】
具体的な実施の形態３に係る光導波路の製造方法を図９（ａ）〜図９（ｅ）を用いて説明する。
【００８２】
まず、図９（ａ）に示すように、紫外線を透過する石英基板３１上にシリコーンを含有するポリシランをスピンコートで塗布した後、大気中にて３００℃で加熱して室温まで冷却することで、基板３１上に下部クラッド３２を形成した。
【００８３】
次に、図９（ｂ）に示すように、ポリシランに光増感剤であるトリアジン系材料（重量比１５％）と、酸化剤である過酸化物（重量比１７％）と、シリコーンを含有するポリシラン溶液とを混合して、スピンコートにより塗布層３６を下部クラッド３２上に塗布した。この後、大気中で１２０℃１０分の仮アニールを行った。
【００８４】
次に図９（ｃ）に示すように、ｉ線ステッパ（中心波長３６５ｎｍ）を用い、光導波路３のコアパタ−ンに対応するレチクル３７を介して、基板３１、下部クラッド層３２および塗布層３６からなるサンプル３８に紫外線３９を照射する。なお、レチクル３７の光導波路パタ−ンは中央部３７ａは完全遮光であり、周辺部３７ｂは光が透過されるような構成である。サンプル３８の塗布層３６側（表面）および基板３１側（裏面）の両面からレチクル３７を介して紫外線３９を照射する。図９（ｃ）では、サンプル３８の表面および裏面から同時に紫外線３９を照射している。しかし、両面同時に紫外線３９を照射する必要はない。例えば、まずサンプル３８の表面からレチクル３７を介して紫外線３９を照射し、レチクル３７はそのままにして、サンプル３８を反転させ、基板３１がレチクル３７側に向くようにして、同様に紫外線３９をサンプル３８の裏面からレチクル３７を介して紫外線３９を照射してもよい。この方法だと、紫外線３９が照射される個所は動くことはないので、レチクル３７が１つでよい。なお、この際には、基板３１にマーカ（図示せず）を設けておくことで、紫外線照射個所のパターン合わせを行えばよい。
【００８５】
また、塗布層３６側からの紫外線照射においては、フォトマスクを用いてコンタクト露光としてもかまわない。
【００８６】
ここで、図９（ｃ）における紫外線照射の条件を示す。サンプル３８の塗布層３６側（表面側）および基板３１側（裏面側）の紫外線照射における中心波長はどちらも３６５ｎｍとしたとき、塗布層３６側（表面側）からの照射に対して基板３１側（裏面側）からの照射は、照射時間と単位面積あたりの照射強度との積を２０〜３０％程度大きくすると塗布層３６の厚さ方向の屈折率が均一化する。
【００８７】
図９（ｃ）の工程で、塗布層３６のうち、紫外線３９を照射された部分は低屈折率化する。
【００８８】
次に、図９（ｄ）に示すように、大気中で３００℃３０分の本アニール後室温まで冷却しコア３３と側面クラッド３４ａおよび側面クラッド３４ｂとを形成した。なお、コア３３の屈折率は、側面クラッド３４ａおよび側面クラッド３４ｂの屈折率に比べて大きい。
【００８９】
次に、図９（ｅ）に示すように、コア３３と側面クラッド３４ａおよび側面クラッド３４ｂとの上からスピンコーティングでシリコーンを含有したポリシランをスピンコーティングで塗布し、大気中にて３００℃で加熱して室温まで冷却することで上部クラッド３５を形成した。このような方法で、実施の形態３に係る光導波路３を作製した。
【００９０】
端面研磨が行われた光導波路３の一方の端面から、シングルモ−ド光ファイバを用いて、波長１．３ミクロンのレ−ザ光を入力し、光導波路３の他方の端面に接続された光ファイバから光を取り出し、それをもとに光導波路３の評価を行った。その結果、伝搬ロスは０．２０ｄＢ／ｃｍであった。これは、実施の形態２で記載した、比較例の光導波路の伝搬ロス０．８７ｄＢ／ｃｍと比べて低損失化されていて、実施の形態３の光導波路が優れていることがわかる。
【００９１】
また、図９（ｃ）において、サンプル３８の塗布層３６側への紫外線照射における中心波長を３６５ｎｍとしたとき、サンプル３８の基板３１側への紫外線照射における中心波長を３５５ｎｍ波長の紫外線レーザ（ＹＡＧレーザの３倍高調波）を用いて、照射時間と単位面積あたりの照射強度との積がどちらもほぼ同等とした場合も、コア３３と側面クラッド３４ａおよび側面クラッド３４ｂそれぞれの厚さ方向の屈折率が均一となった。
【００９２】
なお、図９（ｃ）において、サンプル３８の塗布層３６側への紫外線照射と、サンプル３８の基板３１側への紫外線照射との照射条件を同じにして作製した光導波路３も同様に性能評価したところ、伝搬ロスは０．３２ｄＢ／ｃｍであり、実施の形態２に示した比較例よりも低損失化されていることがわかった。
【００９３】
以上説明したように、ポリシラン材料をコア３３と側面クラッド３４ａおよび側面クラッド３４ｂとする光導波路３を製造する際に、コア３３と側面クラッド３４ａおよび側面クラッド３４ｂとなる塗布層３６の表面側からだけでなく、塗布層３６の裏面側からも紫外線３９を照射することにより、コア３３と側面クラッド３４ａおよび側面クラッド３４ｂの屈折率を均一化できる。そのため、このようして作製された光導波路３は、伝搬ロスが低減できる。
【００９４】
また、望ましくは塗布層３６に紫外線３９を照射する際に、表面側よりも裏面側の方が、紫外線照射強度と照射時間との積を大きくすればよい。また、望ましくは塗布層３６の表面側よりも裏面側への照射紫外線３９の中心波長を短波長にすることにより、さらに屈折率の均一性が向上できた。
【００９５】
なお、実施の形態３では膜厚が１０ミクロンの塗布層３６について説明したが、膜厚が数十ミクロン程度の厚い膜厚が必要なマルチモード光導波路についても効果があり、塗布層３６の厚さは、４０〜５０ミクロンとしても問題がないことも確認した。
【００９６】
なお、実施の形態３では基板３１を石英としたが、３５０℃程度まで耐熱性があり、紫外線３９を透過する材料であればよく、例えば光学ガラスでもかまわない。なお、紫外線３９を吸収する材料を基板３１として用いる場合には、吸収量を考慮して基板３１側からの照射強度を増やして、実質的に塗布層３６に照射される光量を所定光量にしておけばよい。
【００９７】
（実施の形態４）
本発明の実施の形態４に係る光導波路およびその製造方法について図を用いて説明する。図１０は本発明の実施の形態４に係る光導波路４の構成を示す正面断面図である。図１０に示す実施の形態４の光導波路４はスラブ光導波路である。図１０より、光導波路４は、透過性のある石英基板上４１上に下部クラッド４２が形成されている。下部クラッド４２の上にフォトブリ−チング材料であるポリシランからなるコア４３が形成されている。コア４３は紫外線が適当な時間照射されることで、所望の屈折率分布になるようにされている。コア４３の上には上部クラッド４４が形成されている。なお、コア４３中には、光増感剤および酸化剤がそれぞれ均一に含有されている。
【００９８】
コア４３内に光が閉じこめられるよう、コア４３の屈折率は上部クラッド４２および下部クラッド４４のいずれの屈折率と同様あるいは大きい。また、コア４３は光増感剤および酸化剤を含有している。光増感剤としては、光によりハロゲンを発生するトリアジン系材料等が挙げられ、酸化剤としては、酸素を発生する過酸化物等が挙げられる。
【００９９】
図１１は図１０のＢ−Ｂ矢視断面の一部（下部クラッド４２、コア４３および上部クラッド４４）における屈折率の分布を示している。ここではコア４３の厚みは５０ミクロンとしている。図１１よりわかるように、下部クラッド４２および上部クラッド４４の屈折率はともに１．５７５であり、コア４３の屈折率は、その中央部が最も高く１.５８５であり、下部クラッド４２および上部クラッド４４に近づくほど低く、それぞれの境界では等しい値となる。すなわち、光導波路４は、グレーテッドインデックス型の光導波路である。このような屈折率分布を有する光導波路４において、コア４３に閉じこめられた光はマルチモードである。また、ステップインデックス型の光導波路に比べてモード分散の小さい（すなわちモード間の伝搬速度差が小さい）光導波路である。なお、ステップインデックス型の光導波路とは、上部クラッド、下部クラッドおよびコアの各層ごとの屈折率が均一である光導波路のことである。
【０１００】
ここで、図１２は、紫外線照射後に加熱アニールしたポリシラン膜の屈折率と、その紫外線照射による照射エネルギ（単位面積あたりの照射光強度と照射時間との積）との関係を示すグラフである。照射時間は一定にして照射時間を変化させることで照射エネルギを変化させ、その各照射エネルギに対するポリシラン膜の屈折率をプロットした。なお、具体的な屈折率や照射エネルギは、膜厚や、酸化剤および光増感剤の濃度によって変わるため、図１２では、照射エネルギに対する屈折率変化傾向のみを示している。
【０１０１】
図１２よりわかるように、照射エネルギが増加すると、屈折率が低下している。さらに、ある程度の照射エネルギを与えるまでは、屈折率は急激に下がり続けることがわかる。ポリシラン膜に紫外線を照射した場合、紫外線を照射している側（表面）は紫外線の照射エネルギが強く、膜内では光が幾分吸収されるため、表面に比べると照射エネルギが小さくなる。したがって、所定値以下の照射エネルギをポリシラン膜の表面から照射すると、ポリシラン膜の表面の屈折率がポリシラン膜内の屈折率より低くなるような屈折率分布を形成することができる。具体的には、ポリシラン膜の膜厚１ミクロンあたり４０ｍＪ／ｃｍ2以下の照射エネルギを照射すればよい。
【０１０２】
図１２を考慮した方法である、実施の形態４に係る光導波路の製造方法について、図１３（ａ）〜図１３（ｄ）を用いて説明する。図１３（ａ）〜図１３（ｄ）は、本発明の実施の形態４に係る光導波路の製造方法を示す正面断面工程図である。まず、図１３（ａ）に示すように、紫外線を透過する石英基板４１にシリコーンを含有するポリシランをスピンコートで塗布した後、大気中にて３００℃で加熱して室温まで冷却することで下部クラッド４２を形成した。
【０１０３】
次に、図１３（ｂ）に示すように、光増感剤であるトリアジン系材料（重量比１５％）と、酸化剤である過酸化物（重量比１７％）と、シリコーンとを含有するポリシラン溶液をスピンコートで塗布層４５を塗布した。この後、コア層４３を大気中で１２０℃１０分の仮アニールを行った。
【０１０４】
次に、図１３（ｃ）に示すように、基板４１と下部クラッド４２と塗布層４５とが順次積層されているサンプル４８に、露光機を用いて中心波長３６５ｎｍの紫外線４９を塗布層４５側（表面）と基板４１側（裏面）とからの両面から所定時間照射する。なお、図１３（ｃ）では、サンプル４８の両面から同時に紫外線４９を照射している。しかし、実際には、例えば、まず、サンプル４８の塗布層４５側（表面）に紫外線４９を所定時間照射し、サンプル４８を反転させ、サンプル４８の基板４１側（裏面）に先ほどと同一方向から紫外線４９を所定時間照射してもよい。この方法を用いると、紫外線４９を発する個所が１つですむという効果がある。
【０１０５】
サンプル４８の塗布層４５側（表面）および基板４１側（裏面）のそれぞれの照射条件は、照射エネルギを所定値以下に小さくした。具体的には、ポリシラン膜の膜厚１ミクロンあたり４０ｍＪ／ｃｍ2以下の照射エネルギを照射すればよい。また、コア４３の厚さ方向の屈折率が対称となるように、裏面から照射する紫外線４９の照射エネルギを、表面から照射する紫外線４９の照射エネルギより約２５％大きくした。このようにして、コア４３表面の屈折率およびコア４３と下部クラッド４２との境界面の屈折率は下部クラッド４２の屈折率と等しくし、コア４３の中央部に向かうほど屈折率が高くなる。すなわち、図１１に示したような屈折率分布となる。さらに、サンプル４８を大気中で３００℃３０分の本アニール後室温まで冷却して屈折率を安定化させた。
【０１０６】
次に、図１３（ｄ）に示すように、さらに、コア４３の上からスピンコーティングでシリコーンを含有したポリシランをスピンコーティングで塗布し、大気中にて３００℃で加熱してから室温まで冷却することで上部クラッド４４を形成した。このようにして、光導波路４を作製した。
【０１０７】
このようにして作製した光導波路４の端面研磨を行った後、波長６５０ｎｍの単色平行光を入力して損失の評価をしたところ、伝搬ロスは０．１０ｄＢ／ｃｍであった。これより、光導波路４は十分な実用性能を備えていることが確認できた。
【０１０８】
なお、図１３（ｃ）の工程において、サンプル４８の塗布層４５側（表面）および基板４１側（裏面）への紫外線照射条件を同一にした場合は、例えば、下部クラッド４２、コア４３および上部クラッド４４の厚さ方向の屈折率分布が、図１４に示すような非対称な屈折率分布になるため、損失の多いグレーテッド光導波路となってしまう。図１４に示す屈折率分布を有する光導波路の伝搬損失を調べたところ、０．５０ｄＢ／ｃｍであった。実施の形態４の光導波路４は、この光導波路と比べて極めて低損失であることが実証された。
【０１０９】
なお、実施の形態４では基板４１として石英を用いたが、３５０℃程度まで耐熱性があり、紫外線４９を透過する材料であればよい。基板４１としては、例えば光学ガラスでもよい。また、基板４１として、紫外線４９を吸収する材料を用いてもよい。なお、その場合は、サンプル４８の基板４１側から紫外線４９を照射する際には、その材料の紫外線吸収分を考慮して、照射強度を増やす必要がある。こうすることで、塗布層４５に実質的に照射される光量を所定値にしておけばよい。
【０１１０】
（実施の形態５）
本発明の実施の形態５に係る光導波路およびその製造方法について図を用いて説明する。
【０１１１】
図１５は実施の形態５に係る光導波路５の構成を示す正面断面図である。図１５に示すように、光導波路５は、図１０に示す実施の形態４の光導波路４のコア４３の代わりに、コア５３、側面クラッド５４ａおよび側面クラッド５４ｂが下部クラッド４２と上部クラッド４４との間に積層されている構成である。また、コア５３の断面形状は正方形であり、コア５３の膜厚方向の長さと水平方向の長さとは等しい。光導波路５のそれ以外の構成は光導波路４と同様の構成であるので、同一の部材には、同一の符号を付す。なお、コア５３と側面クラッド５４ａおよび側面クラッド５４ｂはもともと同一層であり、光増感剤および酸化剤をそれぞれ均一に含有している。
【０１１２】
図１６は図１５のＤ−Ｄ矢視断面の一部（側面クラッド５４ａ、コア５３および側面クラッド５４ｂ）の屈折率分布を示すグラフである。図１７は図１５のＥ−Ｅ矢視断面の一部（下部クラッド４２、コア５３および上部クラッド４５）の屈折率分布を示すグラフである。いずれもコア５３の中心に対して対称であり、中央で最も屈折率が高い。全く同じ屈折率分布を有しているグレーテッドインデックス型の埋め込み型光導波路である。すなわち、側面クラッド５４ａおよび側面クラッド５４ｂと下部クラッド４２および上部クラッド４５との屈折率が等しく、かつ、図１６に示す図１５のＤ−Ｄ矢視断面の屈折率分布と、図１７に示す図１５のＥ−Ｅ矢視断面の屈折率分布とが等しい。
【０１１３】
次に、実施の形態５に係る光導波路５の製造方法を図１８（ａ）〜図１８（ｅ）を用いて説明する。図１８（ａ）〜図１８（ｅ）は、本発明の実施の形態５に係る光導波路５の製造方法を示す正面断面工程図である。まず、図１８（ａ）に示すように、紫外線を透過する石英基板４１にシリコーンを含有するポリシランをスピンコートで塗布し、その後大気中にて３００℃で加熱して室温まで冷却することで下部クラッド４２を形成した。
【０１１４】
次に図１８（ｂ）に示すように、ポリシランに光増感剤であるトリアジン系材料（重量比１５％）と、酸化剤である過酸化物（重量比１７％）と、シリコーンとを含有するポリシラン溶液をスピンコートで塗布し、塗布層５５を形成した。ここでは、塗布層５５の厚さは７０ミクロン塗布したが、アニール後には５０ミクロンとなる。この後、大気中で１２０℃１０分の仮アニールを行った。
【０１１５】
次に、図１８（ｃ）に示すように、基板４１と下部クラッド４２と塗布層５５とが順次積層されているサンプル５８に、露光機を用いて中心波長３６５ｎｍの紫外線５９を塗布層５５側（サンプル５８の表面側）と基板４１側（サンプル５８の裏面側）とからの両面から所定時間照射する。なお、図１８（ｃ）では、サンプル５８の両面から同時に紫外線５９を照射している。しかし、実際には、例えば、まず、サンプル５８の塗布層５５側（表面側）に紫外線５９を所定時間照射し、サンプル５８を反転させ、サンプル５８の基板４１側（裏面側）に先ほどと同一方向から紫外線５９を所定時間照射すればよい。この方法を用いると、紫外線５９を発する個所が１つですむという効果がある。サンプル５８の塗布層５５側（表面側）および基板４１側（裏面側）のそれぞれの照射条件は、照射エネルギを所定値以下に小さくした。具体的には、ポリシラン膜の膜厚１ミクロンあたり４０ｍＪ／ｃｍ2以下の照射エネルギを照射すればよい。また、塗布層５５の厚さ方向の屈折率が対称となるように、裏面から照射する紫外線５９の照射エネルギを、表面から照射する紫外線５９の照射エネルギより約２５％大きくした。このようにして、塗布層５５表面の屈折率および塗布層５５と下部クラッド４２との境界面の屈折率は下部クラッド４２の屈折率と等しくし、塗布層５５の中央部に向かうほど屈折率が高くなる。
【０１１６】
次に、図１８（ｄ）に示すように、ｉ線ステッパを用い、光導波路コアパタ−ンに対応するレチクル５７を通して、基板４１、下部クラッド層４２および塗布層５５からなるサンプル５８に紫外線５９を照射する。サンプル５８の塗布層５５側（表面側）および基板４１側（裏面側）の両面からレチクル５７を介して、紫外線５９を照射する。なお、レチクル５７の光導波路パタ−ンはグレースケールとなっており、パターンの中央部５７ａは完全遮光であり、周辺部５７ｂは外側になるほど透過率が上がるマスクとなっている。この２回の露光でコア５３と側面クラッド５４ａおよび５４ｂとが明確に区分けされる。
【０１１７】
図１８（ｄ）においては、サンプル５８の塗布層５５側（表面側）および基板４１側（裏面側）から同時に紫外線５９を照射している。しかし、両面同時に紫外線５９を照射する必要はない。例えば、まずサンプル５８の表面からレチクル５７を介して紫外線５９を照射し、レチクル５７はそのままにして、サンプル５８を反転させ、基板４１がレチクル５７側に向くようにして、先ほどと同様に紫外線５９をサンプル５８の裏面からレチクル５７を介して紫外線５９を照射してもよい。この方法だと、紫外線５９が照射される個所は動くことはないので、レチクル５７が１つでよい。なお、この際には、基板４１にマーカ（図示せず）を設けておくことで、紫外線照射個所のパターン合わせを行ってもよい。
【０１１８】
また、塗布層５５側からの紫外線照射においては、フォトマスクを用いてコンタクト露光としてもかまわない。
【０１１９】
次に図１８（ｅ）に示すように、サンプル５８を大気中で３００℃３０分の本アニール後室温まで冷却してコア５３、側面クラッド５４ａおよび側面クラッド５４ｂの屈折率を安定化する。さらに、コア５３、側面クラッド５４ａおよび側面クラッド５４ｂの上からシリコーンを含有したポリシランをスピンコーティングで塗布し、大気中にて３００℃で加熱してから室温まで冷却することで上部クラッド４５を形成した。このようにして、マルチモ−ドのグレーテッドインデックス型の埋め込み光導波路光導波路である光導波路５を作製した。
【０１２０】
このようにして得た光導波路５を、端面研磨を行った後に波長６５０ｎｍの単色平行光を入力することで損失の評価をしたところ、伝搬ロスは０．２０ｄＢ／ｃｍであり、十分な実用性能を備えていることが確認できた。
【０１２１】
なお、実施の形態５の光導波路５では実施の形態４と同様に基板４１として石英を用いたが、３５０℃程度まで耐熱性があり、紫外線５９を透過する材料であればよい。基板４１としては、例えば光学ガラスでもよい。また、基板４１として、紫外線５９を吸収する材料を用いてもよい。なお、その場合は、サンプル５８の基板４１側から紫外線５９を照射する際には、その材料の紫外線吸収分を考慮して、照射強度を増やす必要がある。こうすることで、塗布層５５に実質的に照射される光量を所定値にしておけばよい。
【０１２２】
また、実施の形態５の光導波路５は、コアサイズを５０ミクロン程度としたがこれに限るものではない。
【０１２３】
実施の形態５の光導波路５はコア５３の膜厚方向だけでなく、水平方向においてもグレーテッドインデックス型である。そのため、グレーテッドインデックス型ファイバ（ＧＩファイバ）と低ロスで接続することが可能である。したがって、ＧＩファイバを伝搬する光を低ロスで分岐したり、合成する場合に用いることは非常に有効である。また、実施の形態５に係る光導波路５は耐熱性に優れたポリシランを主成分としているために信頼性が高く、屈折率も安定している。そのため、光導波路近傍に光・電子半導体素子を実装することも容易である。
【０１２４】
以上のように、本実施の形態に係る光導波路の製造方法によれば、コアおよびクラッドの屈折率均一性の高いステップインデックス型光導波路またはコアの屈折率の対称性がよいグレーテッドインデックス型の光導波路を容易に作製することができる。
【０１２５】
なお、本発明の実施の形態１〜５の光導波路およびその製造方法において示した、材料や製造条件等はあくまでも一例であり、本発明はこれら具体例のみに限定されるわけではない。
【産業上の利用可能性】
【０１２６】
本発明の光導波路の製造方法および光導波路は、光通信や光インターコネクション等に用いられるさまざまな導波路デバイスに用いられる。例えば、分岐や合成等の機能を有する導波路デバイス等に用いられる。
【図面の簡単な説明】
【０１２７】
【図１】本発明の実施の形態１に係る光導波路の構成を示す正面断面図。
【図２】図１のＡ−Ａ矢視断面の光増感剤および酸化剤の濃度分布と屈折率の分布とを示すグラフであって、図２（ａ）は図１のＡ−Ａ矢視断面の一部の厚さ方向における光増感剤および酸化剤の濃度分布を示すグラフで、図２（ｂ）は図２（ａ）に示した濃度分布に対応する屈折率の分布を示すグラフ
【図３】図２の比較例を示すグラフであって、図３（ａ）は図１のＡ−Ａ矢視断面の一部の厚さ方向における、比較例の光増感剤または酸化剤の濃度分布を示すグラフであって、図３（ｂ）は図３（ａ）に示した濃度分布に対応する屈折率の分布を示すグラフ
【図４】図４（ａ）〜図４（ｅ）は、本発明の実施の形態１に係る光導波路の製造方法を示す正面断面工程図
【図５】本発明の実施の形態２に係る光導波路の構成を示す正面断面図
【図６】図６（ａ）〜図６（ｅ）は、本発明の実施の形態２に係る光導波路の製造方法を示す正面断面工程図
【図７】実施の形態２に係る他の製造工程を示す正面断面図
【図８】実施の形態２に係る他の製造工程における、断面における酸化剤の含有濃度の関係を示すグラフ
【図９】図９（ａ）〜図９（ｅ）は、本発明の実施の形態３に係る光導波路の製造方法を示す正面断面工程図
【図１０】本発明の実施の形態４に係る光導波路の構成を示す正面断面図
【図１１】図１０のＢ−Ｂ矢視断面の一部（における屈折率の分布を示すグラフ
【図１２】ポリシラン膜の屈折率と照射エネルギとの関係を示すグラフ
【図１３】図１３（ａ）〜図１３（ｄ）は、本発明の実施の形態４に係る光導波路の製造方法を示す正面断面工程図
【図１４】非対称な屈折率分布を示すグラフ
【図１５】本発明の実施の形態５に係る光導波路の構成を示す正面断面図
【図１６】図１５のＤ−Ｄ矢視断面の一部の屈折率分布を示すグラフ
【図１７】図１５のＥ−Ｅ矢視断面の一部の屈折率分布を示すグラフで
【図１８】図１８（ａ）〜図１８（ｅ）は、本発明の実施の形態５に係る光導波路の製造方法を示す正面断面工程図
【図１９】従来のポリシランを用いた光導波路の構成を示す正面断面図
【図２０】本発明者らが従来の製造方法で作製した光導波路の構成を示す正面断面図
【図２１】図２０のＦ−Ｆ矢視断面の一部の屈折率分布を示すグラフ
【符号の説明】
【０１２８】
１、２、３、４、５  光導波路
１１、３１、４１  基板
１２、３２、４２  下部クラッド
１３、２３、３３、４３、５３  コア
１４、３５、４４  上部クラッド
１３ａ、２５、３６、４５、５５  塗布層
１９、２９、３９、４９、５９  紫外線
２４ａ、２４ｂ、３４ａ、３４ｂ、５４ａ、５４ｂ  側面クラッド
２７  マスク
２５ａ  第１塗布層
２５ｂ  第２塗布層
２５ｃ  第３塗布層
２５ｄ  第４塗布層
２５ｅ  第５塗布層
３７、５７  レチクル
３７ａ、５７ａ  中央部
３７ｂ、５７ｂ  周辺部
４８、５８  サンプル
１００、１１０  光導波路
１０１  基板
１０２  第１クラッド層
１０３ａ、１１３ａ  コア層
１０３ｂ、１０３ｃ  側面コア層
１０４ａ、１０４ｂ、１１４ａ、１１４ｂ  側面クラッド層
１０５、１１５  上部クラッド層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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