(57)【要約】【課題】散乱損失の小さい光導波路を作製する方法が提供される。【解決手段】この方法は、（ａ）ゲルマニウム元素、燐元素およびボロン元素の少なくともいずれかのドーパントを含むガラス領域を有する第１のクラッド部材２５にエッチングにより溝２７ａ、２７ｂを形成する工程と、（ｂ）第１のクラッド膜２５ａの熱処理２６を行ってクラッド膜２５ｂを形成する工程と、（ｃ）第１のクラッド膜２５ｂの溝２７ａ、２７ｂ内にコア３７を形成する工程と、（ｄ）ゲルマニウム元素、燐元素およびボロン元素の少なくともいずれかのドーパントを含む第２のクラッド膜３９を第１のクラッド膜２５ｂおよびコア３７上に形成する工程とを備える。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光導波路を作製する方法であって、
第１のドーパントを含むガラス領域を有する第１のクラッド部材にエッチングにより溝を形成する工程と、
前記溝を形成した後に、第１の温度で前記第１のクラッド部材を熱処理する工程と、
前記第１のクラッド膜を熱処理した後に、前記第１のクラッド部材の前記溝内にコアを形成する工程と、
第２のドーパントを含むガラスから成る第２のクラッド膜を前記第１のクラッド部材および前記コア上に形成する工程と
を備え、
前記第１のドーパントは、前記ガラス領域のためのガラスの軟化温度を下げることができ、
前記第１の温度は前記ガラス領域の軟化温度よりも高い、方法。
【請求項２】
前記第２のクラッド膜は、前記第２のクラッド膜のためのガラスの軟化温度を下げることができる第２のドーパントを含む、請求項１に記載された方法。
【請求項３】
光導波路を作製する方法であって、
ゲルマニウム元素、燐元素およびボロン元素の少なくともいずれかのドーパントを含むガラス領域を有する第１のクラッド部材にエッチングにより溝を形成する工程と、
前記溝を形成した後に、前記第１のクラッド部材を熱処理する工程と、
前記第１のクラッド部材の前記溝内にコアを形成する工程と、
前記第１のクラッド部材および前記コア上に第２のクラッド膜を形成する工程とを備える方法。
【請求項４】
前記第２のクラッド膜は、ゲルマニウム元素、燐元素およびボロン元素の少なくともいずれかのドーパントを含む、請求項３に記載された方法。
【請求項５】
前記第２のクラッド膜を形成した後に、前記第２のクラッド膜を第２の温度で熱処理する工程を更に備え、
前記第２の温度は、前記第２のクラッド膜の前記ガラスの軟化温度以上である、請求項４に記載された方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光導波路を作製する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
文献１（特開２０００−１２１８５９号公報）には、埋め込み型光導波路の製造方法が記載されている。この方法では、石英基板上に、下部クラッドのためのガラス膜を堆積する。下部クラッドのためのガラス膜上にマスクを形成する。このマスクを使って、コア部を形成するための溝を形成する。下部クラッドのためのガラス膜上にコア層を堆積した後に、基板の表面を化学的機械的研磨法により溝内にコアを形成する。コアおよびクラッド上に上部クラッド膜を形成する。
【０００３】
文献２（特開２００３−１６１８５２号公報）には、誘電体導波路の製造方法が記載されている。この方法では、屈折率１．４４５のガラス基板上にマスクを形成する。このマスクを用いてＲＩＥ法により基板をエッチングして、基板に溝を形成する。この後、ＩＣＰ−ＣＶＤ装置により、屈折率１．４５６のガラス膜を、溝内およびマスク上に形成する。マスクをウエットエッチングにより除去する。マスクの除去後に、上部クラッドとなるガラス層を堆積する。
【特許文献１】特開２０００−１２１８５９号公報
【特許文献２】特開２００３−１６１８５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
文献１および文献２に記載された方法では、コアのための溝をエッチングにより形成している。コアのための溝の側面および底面は完全には平坦では無く、これらの面はサブミクロンオーダーの凹凸を有している。この凹凸により、光導波路を伝搬する光が散乱される。溝の底面は、光導波路を伝搬する光のパワー分布と重なるので、溝の底面の凹凸は、光導波路を伝搬する光の散乱に影響しており、これ故に光導波路の散乱損失は増加する。
【０００５】
そこで、本発明は、上記の事項を鑑みて為されたものであり、散乱損失の小さい光導波路を作製する方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一側面は、光導波路を作製する方法である。この方法は、（ａ）第１のドーパントを含むガラス領域を有する第１のクラッド部材にエッチングにより溝を形成する工程と、（ｂ）前記溝を形成した後に、第１の温度で前記第１のクラッド部材を熱処理する工程と、（ｃ）前記第１のクラッド膜を熱処理した後に、前記第１のクラッド部材の前記溝内にコアを形成する工程と、（ｄ）第２のドーパントを含むガラスから成る第２のクラッド膜を前記第１のクラッド部材および前記コア上に形成する工程とを備え、前記第１のドーパントは、前記ガラス領域のためのガラスの軟化温度を下げることができ、前記第１の温度は前記ガラス領域の軟化温度よりも高い。
【０００７】
この方法によれば、第１のクラッド部材がガラスの軟化温度を下げるドーパントを含むので、第１のクラッド膜に設けられた溝の側面および底面の粗さが低減されることができる。
【０００８】
本発明に係る方法では、前記第２のクラッド膜は、前記第２のクラッド膜のためのガラスの軟化温度を下げることができる第２のドーパントを含んでもよい。
【０００９】
この方法によれば、第２のクラッド膜がガラスの軟化温度を下げるドーパントを含むので、第２のクラッド膜とコアとの界面の粗さが低減されることができる。
【００１０】
本発明の別の側面は、光導波路を作製する方法である。この方法は、（ａ）ゲルマニウム元素、燐元素およびボロン元素の少なくともいずれかのドーパントを含むガラスから成る第１のクラッド膜にエッチングにより溝を形成する工程と、（ｂ）前記溝を形成した後に、前記第１のクラッド膜を熱処理する工程と、（ｃ）前記第１のクラッド膜の前記溝内にコアを形成する工程と、（ｄ）前記第１のクラッド膜および前記コア上に第２のクラッド膜を形成する工程とを備える。
【００１１】
この方法によれば、ガラス領域がゲルマニウム元素、燐元素およびボロン元素の少なくともいずれかのドーパントを含むので、第１のクラッド部材に設けられた溝の側面および底面の粗さが低減されることができる。
【００１２】
本発明に係る方法では、前記第２のクラッド膜は、ゲルマニウム元素、燐元素およびボロン元素の少なくともいずれかのドーパントを含むようにしてもよい。
【００１３】
この方法によれば、第２のクラッド膜がゲルマニウム元素、燐元素およびボロン元素の少なくともいずれかのドーパントを含むので、第２のクラッド膜とコアとの界面の粗さが低減されることができる。
【００１４】
本発明に係る方法は、（ｅ）前記第２のクラッド膜を形成した後に、前記第２のクラッド膜を第２の温度で熱処理する工程を更に備え、前記第２の温度は、前記第２のクラッド膜の前記ガラスの軟化温度以上である。
【００１５】
この方法によれば、コアの上面の粗さを低減できる。
【００１６】
本発明の上記の目的および他の目的、特徴、並びに利点は、添付図面を参照して進められる本発明の好適な実施の形態の以下の詳細な記述から、より容易に明らかになる。
【発明の効果】
【００１７】
以上説明したように、本発明によれば、散乱損失の小さい光導波路を作製する方法が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明の知見は、例示として示された添付図面を参照して以下の詳細な記述を考慮することによって容易に理解できる。引き続いて、添付図面を参照しながら、本発明の光導波路を作製する方法に係わる実施の形態を説明する。可能な場合には、同一の部分には同一の符号を付する。
【００１９】
図１（Ａ）は、光導波路デバイスを示す図面である。図１（Ｂ）は、光導波路デバイスを示す断面図である。この光導波路デバイス１は、例えば光スプリッタ３を含む。光導波路デバイス１は支持基体５を含み、支持基体５に光導波路７が設けられている。図１（Ｂ）に示されるように、光導波路デバイス１は、下部クラッド９のためのガラス領域と、コア１１と、上部クラッド１３のためのガラス領域とを備える。コア１１は、下部クラッド９に設けられた溝１５に設けられている。この溝１５の側面および底面の凹凸は低減され得ているので、光導波路デバイス１の光導波路の散乱損失は小さい。下部クラッド９のためのガラス領域は、添加により軟化温度を下げることができるドーパントを含み、上部クラッド１３のためのガラス領域は、添加により軟化温度を下げることができるドーパントを含む。
【００２０】
引き続いて、このような光導波路デバイスの光導波路を作製する方法を説明する。図２（Ａ）、図２（Ｂ）および図２（Ｃ）は、光導波路デバイスを作製する方法を示す図面である。図３（Ａ）、図３（Ｂ）および図３（Ｃ）は、光導波路デバイスを作製する方法を示す図面である。図４（Ａ）および図４（Ｂ）は、光導波路デバイスを作製する方法を示す図面である。図５（Ａ）および図５（Ｂ）は、光導波路デバイスを作製する方法を示す図面である。
【００２１】
図２（Ａ）に示されるように、クラッド部材２１を準備する。クラッド部材２１の少なくとも一部分は、ドーパントを含んでいる。例えば、クラッド部材２１の表層が該ドーパントを含むとき、該表層の屈折率は母材の屈折率より低くなっている。一実施例では、クラッド部材２１は、基板２３と、該基板２３上に設けられた第１のクラッド膜２５とを含む。基板２３としては、例えば、石英ガラス基板、シリコン基板等を用いることができる。第１のクラッド膜２５は、ドーパントを含んでいる。このドーパントが第１のクラッド膜のための母材に添加されると、第１のクラッド膜２５の軟化温度は、該母材の軟化温度より低くなる。
【００２２】
一実施例では、石英ガラス基板の上に、ゲルマニウム（Ｇｅ）が添加された酸化シリコンガラス膜の下層クラッドをプラズマＣＶＤ法で堆積する。酸化シリコンガラス膜の厚さは、例えば２８マイクロメートルである。原料ガスは、酸素と、テトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ）と、テトラメトキシゲルマニウム（ＴＭＯＧｅ）とを使用できる。酸化シリコンのガラス膜の屈折率と石英ガラスとの比屈折率差△（△＝（ｎ１２―ｎ２２）／２ｎ１２、ｎ１：コアの屈折率；ｎ２：クラッドの屈折率）は、例えば０．３パーセントである。原料ガスとして、ＴＥＯＳに替えてテトラメトキシシラン（ＴＭＯＳ）を用いてもよく、ＴＭＯＧｅに替えてテトラメチルゲルマニウム（ＴＭＧｅ）を用いてもよい。
【００２３】
図２（Ｂ）に示されるように、第１のクラッド膜２５に溝２７ａ、２７ｂを形成する。これらの溝２７ａ、２７ｂは、エッチング２４により形成される。一実施例では、クラッド部材２１上に、エッチング用レジストを塗布した後にレジストをフォトリソグラフィーでパターニングして、マスク２９を形成する。このマスク２９を用いて、Ｃ２Ｆ６ガスといったエッチングガスでクラッド部材２１をリアクティブイオンエッチング（ＲＩＥ）する。例えば、溝の幅Ｗは６マイクロメートル、溝の深さＤは６マイクロメートルである。レジスト製のマスク２９に替えて、金属製のエッチングマスクを用いることができる。また、エッチングガスは、上記のガスに替えて又は該ガスに加えて、ＣＦ４、ＣＨＦ３、Ｃ４Ｆ８の少なくともいずれかを用いてもよい。エッチング２４の後に、第１のクラッド膜２５ａ上のマスクを除去する。
【００２４】
図２（Ｃ）は、エッチングにより形成された溝を示す図面である。第１のクラッド膜２５ａの溝２７の側面および底面には、凹凸が形成されている。溝２７の底面の粗さを３次元表面粗さ計（３Ｄ−ＳＥＭ）で測定すると、算術平均粗さＲａが約３０ナノメートルである。算術平均粗さは次のように求める、粗さ曲線から、その平均線の方向に沿って基準長さＬの部分を抜き取る。この抜き取り部分において平均線から測定曲線までの偏差の絶対値を示す関数ｆ（ｘ）を求める。この関数ｆ（ｘ）を積分（総和）する。算術平均粗さＲａは、この積分値を基準長さＬで平均して得られる。
【００２５】
図３（Ａ）に示されるように、溝２７ａ、２７ｂを形成した後に、第１のクラッド膜２５ａの熱処理２６を行う。第１のクラッド膜２５ａがガラスの軟化温度を下げるドーパントを含むので、図３（Ｂ）に示されるように、熱処理された第１のクラッド膜２５ｂに設けられた溝２７ａ、２７ｂの側面および底面の粗さが低減される。熱処理２６の温度は、摂氏７００度以上であることが好ましい。また、熱処理２６の温度は、摂氏１１００度以下であることが好ましい。熱処理２６の雰囲気は、酸素、窒素、大気、ヘリウム、アルゴン等を用いることができる。一実施例の熱処理では、酸素雰囲気中、摂氏９００度で、約４時間の熱処理を行っている。この熱処理後の溝の底面の粗さＲａは、約２ナノメートである。好適な熱処理温度は、基板のゆがみをさけるために摂氏１１００度以下である。
【００２６】
図３（Ｃ）に示されるように、この熱処理した後に、第１のクラッド膜２５ａにコア膜３１を形成する。コア膜３１は、第１のクラッド膜２５ａ上および溝２７ａ、２７ｂ上に形成される。コア膜３１には、溝２７ａ、２７ｂに対応する溝３１ａ、３１ｂが形成される。溝３１ａ、３１ｂの底は、クラッド部材２１の溝２７ａ、２７ｂ内に到達することがない。コア膜３１は、例えばプラズマＣＶＤ法で堆積されることができる。一実施例では、溝２７ａ、２７ｂおよび第１のクラッド膜２５ｂ上に光導波路のコアのための酸化シリコンのガラス膜をプラズマＣＶＤ法で堆積する。
【００２７】
一実施例では、クラッド部材２１に、プラズマＣＶＤ法で光導波路のコアのためのＧｅ添加酸化シリコンのガラス膜を堆積する。原料ガスは、酸素と、テトラメトキシシラン（ＴＭＯＳ）を使用できる。溝２７ａ、２７ｂをコア膜で満たすために、コア膜１１の膜厚は、溝の深さの少なくとも１．５倍程度であることが好ましい。本実施例では、深さ６マイクロメートルの溝２７をコア膜で満たすために、基板上面での膜厚が９マイクロメートルである。コア膜と石英ガラスとの比屈折率差は、例えば０．７５パーセントである。好適な実施例では、コアとクラッドとの比屈折率差は、０．３パーセント以上である。
【００２８】
図４（Ａ）に示されるように、コア膜３１上にレジスト膜３３を塗布する。このレジスト膜３３は、エッチバックのための用いられる。レジスト膜３３は、溝３１ａ、３１ｂを埋め込むために十分な厚さを有する。一実施例では、回転数３０００ｒｐｍで厚膜のレジスト膜３３をコア膜３１上にスピンコートする。このレジスト膜を摂氏１００度でベークする。レジスト膜の厚さは、例えば６マイクロメートルであり、レジスト膜３３の表面の凹凸は０．２マイクロメートルである。
【００２９】
図４（Ｂ）に示されるように、レジスト膜３３およびコア膜３１のエッチング３５を行って、コア膜を溝２７ａ、２７ｂに残す。まず、レジスト膜３３の表層をエッチングする。次に、レジスト膜３３およびコア膜３１をエッチングする場合、この両者のエッチングレートがほぼ同じになるエッチング条件を用いる。このエッチング３５により、溝２７内にのみコア膜を残すことができる。このエッチバックにより、図５（Ａ）に示されるように、光導波路のためのコア３７と第１のクラッド膜２５ｂが得られる。一実施例では、まず、レジスト膜を酸素ガスでドライエッチングする。次いで、図４（Ｂ）に示されるように、コア膜３１の表面が露出した後に、エッチングガスをＣ２Ｆ６と酸素との混合ガスに切り替えて、レジスト膜３３およびコア膜３１をエッチングする。ガスの混合比を調整することによって、レジスト膜のエッチング速度がコア膜３１のエッチング速度に等しくできる。例えば、酸素とＣ２Ｆ６との流量比は、１００：１４である。
【００３０】
コア３７の形成の後に、熱処理４１を行う。この熱処理４１により、コア上面の凹凸を小さくすることができ、またコア中に残留している可能性のある不純物を除くことができる。一実施例では、コア３７および第１のクラッド膜２５ｂは、酸素雰囲気中、摂氏１０００度で約１０時間の条件で熱処理される。
【００３１】
図５（Ｂ）に示されるように、第１のクラッド膜２５ｂおよびコア３７上に第２のクラッド膜３９を形成する。第２のクラッド膜３９は、好適には、第１のクラッド膜２５と同じ条件で形成される。これにより、コア３７は、ほぼ同じ屈折率のクラッドに囲まれる。また、第２のクラッド膜３９とコア３７との界面の凹凸を低減することができる。
【００３２】
一実施例では、コア３７および第１のクラッド膜２５ｂ上に、プラズマＣＶＤ法でゲルマニウム（Ｇｅ）が添加された酸化シリコンガラス膜の上層クラッドを堆積する。酸化シリコンのガラス膜の厚さは、例えば２８マイクロメートルである。原料ガスは、酸素と、テトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ）と、テトラメトキシゲルマニウム（ＴＭＯＧｅ）とを使用できる。酸化シリコンガラス膜の屈折率と石英ガラス基板との比屈折率差は、例えば０．３パーセントである。原料ガスとして、ＴＥＯＳに替えてテトラメトキシシラン（ＴＭＯＳ）を用いてもよく、ＴＭＯＧｅに替えてテトラメチルゲルマニウム（ＴＭＧｅ）を用いてもよい。
【００３３】
第２のクラッド膜３９の形成の後に、熱処理を行う。この熱処理により、コアとクラッドとの界面の凹凸を小さくすることができ、また第２のクラッド中に残留している可能性のある不純物を除くことができる。一実施例では、コア３７およびクラッド膜２５ｂ、３９は、酸素雰囲気中、摂氏１０００度で約１０時間の条件で熱処理される。
【００３４】
第２のクラッド膜３９は、ゲルマニウム元素、燐元素およびボロン元素の少なくともいずれかのドーパントを含むようにしてもよい。これらのドーパントを第２のクラッド膜３９が含むと、第２のクラッド膜３９とコア３７との界面の粗さが低減されることができる。
【００３５】
このように形成された光導波路の導波損失は、０．０５ｄＢｍ／ｃｍである。
【００３６】
以上説明したように、この実施の形態によれば、散乱損失の小さい光導波路を作製する方法が提供される。また、散乱損失が低減された光導波路デバイスが提供される。
【００３７】
この方法の変形例では、第１のクラッド膜のドーパントは、ゲルマニウム元素、燐元素およびボロン元素に替えて、フッ素元素、アルミニウム元素およびナトリウム元素の少なくともいずれかのドーパントを用いることができる。これらのドーパントにより、第１のクラッドに設けられた溝の側面および底面の粗さを低減することができる。また、第２のクラッド膜３９のドーパントは、ゲルマニウム元素、燐元素およびボロン元素に替えて、フッ素元素、アルミニウム元素およびナトリウム元素の少なくともいずれかのドーパントを用いることができる。
【００３８】
好適なドーパントは、ゲルマニウム元素、燐元素、ボロン元素である。ゲルマニウム元素、燐元素、ボロン元素によれば、添加量を高くすること無く熱処理温度を摂氏１１００度以下にできる。低いドーパント濃度であれば、熱処理の際に、クラッド膜にドーパントの結晶や相分離が生じることがない。
【００３９】
好適な実施の形態において本発明の原理を図示し説明してきたが、本発明は、そのような原理から逸脱することなく配置および詳細において変更され得ることは、当業者によって認識される。本発明は、本実施の形態に開示された特定の構成に限定されるものではない。したがって、特許請求の範囲およびその精神の範囲から来る全ての修正および変更に権利を請求する。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】図１（Ａ）は、光導波路デバイスを示す図面である。図１（Ｂ）は、光導波路デバイスを示す断面図である。
【図２】図２（Ａ）、図２（Ｂ）および図２（Ｃ）は、光導波路デバイスを作製する方法を示す図面である。
【図３】図３（Ａ）、図３（Ｂ）および図３（Ｃ）は、光導波路デバイスを作製する方法を示す図面である。
【図４】図４（Ａ）および図４（Ｂ）は、光導波路デバイスを作製する方法を示す図面である。
【図５】図５（Ａ）および図５（Ｂ）は、光導波路デバイスを作製する方法を示す図面である。
【符号の説明】
【００４１】
１…光導波路デバイス、３…光スプリッタ、５…支持基体、７…光導波路、９…下部クラッド、１１…コア、１３…上部クラッド、１５…溝、２１…クラッド部材、２３…基板、２５、２５ａ、２５ｂ…第１のクラッド膜、２６、４１…熱処理、２７ａ、２７ｂ、２７…溝、２９…マスク、３１…コア膜、３１ａ、３１ｂ…溝、３３…レジスト膜、３５…エッチング、３７…コア、３９…第２のクラッド膜  
【図１】
2005275302.tif 000003
【図２】
2005275302.tif 000004
【図３】
2005275302.tif 000005
【図４】
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【図５】
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