(57)【要約】【課題】  ＰＤＬの低い光導波路とその製造方法の提供。【解決手段】  基板１の下層クラッド層２上に、該下層クラッド層よりも屈折率の高い材料からなるコア層を形成し、次いで該コア層をエッチングして導波路構造を有するコア３ｂを形成し、次いで下層クラッド層及びコアの上にコアよりもリフロー温度が低い材料からなる第１上層クラッド層４を形成し、該第１上層クラッド層を加熱してリフローし、次いでリフロー後の第１上層クラッド層４´上に第２上層クラッド層５を形成して光導波路６を製造することを特徴とする光導波路の製造方法。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の下層クラッド層上に、該下層クラッド層よりも屈折率の高い材料からなる導波路構造を有するコアが設けられ、下層クラッド層及びコアの上にコアよりもリフロー温度が低い材料からなる第１上層クラッド層が形成され、該第１上層クラッド層上に第２上層クラッド層が形成されてなることを特徴とする光導波路。
【請求項２】
コアが、Ｂ，Ｆ，Ｐ及びＧｅを含有するＳｉＯ２からなることを特徴とする請求項１に記載の光導波路。
【請求項３】
第１上層クラッド層が、ＢとＰがドーピングされたガラスであるＢＰＳＧからなることを特徴とする請求項１又は２に記載の光導波路。
【請求項４】
第１上層クラッド層と第２上層クラッド層の屈折率が同等であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の光導波路。
【請求項５】
第１上層クラッド層の膜厚がコア高さよりも薄いことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の光導波路。
【請求項６】
下層クラッド層と第２上層クラッド層がＳｉＯ２又はＳｉＯ２を主成分とするガラスからなることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の光導波路。
【請求項７】
基板の下層クラッド層上に、該下層クラッド層よりも屈折率の高い材料からなるコア層を形成し、次いで該コア層をエッチングして導波路構造を有するコアを形成し、次いで下層クラッド層及びコアの上にコアよりもリフロー温度が低い材料からなる第１上層クラッド層を形成し、該第１上層クラッド層を加熱してリフローし、次いでリフロー後の第１上層クラッド層上に第２上層クラッド層を形成して光導波路を製造することを特徴とする光導波路の製造方法。
【請求項８】
コアが、Ｂ，Ｆ，Ｐ及びＧｅを含有するＳｉＯ２からなることを特徴とする請求項７に記載の光導波路の製造方法。
【請求項９】
第１上層クラッド層が、ＢとＰがドーピングされたガラスであるＢＰＳＧからなることを特徴とする請求項７又は８に記載の光導波路の製造方法。
【請求項１０】
第１上層クラッド層と第２上層クラッド層の屈折率が同等であることを特徴とする請求項７〜９のいずれかに記載の光導波路の製造方法。
【請求項１１】
リフロー後の第１上層クラッド層の膜厚がコア高さよりも薄いことを特徴とする請求項７〜１０のいずれかに記載の光導波路の製造方法。
【請求項１２】
下層クラッド層と第２上層クラッド層がＳｉＯ２又はＳｉＯ２を主成分とするガラスからなることを特徴とする請求項７〜１１のいずれかに記載の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、光通信分野等で使用される光導波路に関し、特に偏波依存性損失の低い光導波路とその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
代表的な光導波路である平面型導波路は、シリコンや石英の基板上に、下層クラッド層、コア層及び上層クラッド層を形成して製造される。図１は従来の光導波路の製造方法における製造工程を順に示す概略断面図である。従来の光導波路の製造方法では、まず、図１（ａ）に示すように、基板１の表面上に、化学気相堆積法（ＣＶＤ法）、火炎堆積法（ＦＨＤ法）などにより、第１の石英系膜（以下、「下層クラッド層」と記す。）２、および、この下層クラッド層２よりも屈折率の高い材料からなる第２の石英系層（以下、「コア層」と記す。）３ａを順次堆積形成する。次いで、スパッタリング法、電子ビーム蒸着法などにより、コア層３ａ上に、多結晶シリコンやケイ化タングステンなどからなるエッチングマスクを形成する。次いで、エッチングマスクの表面上に、スピンコート法などによりフォトレジストを塗布する。次いでフォトレジストの表面に導波路形状が形成されたフォトマスクを配置し、露光、現像処理を行って不必要なフォトレジストを取り除き、導波路形状の開口部を有するレジスト膜を形成する。次いで、レジスト膜をマスクとして、ドライエッチングにより、レジスト膜が形成されていない部分のエッチングマスクを除去し、エッチングマスクを導波路形状に形成し、次いで残ったレジスト膜を灰化（アッシング）する。次いでエッチングマスクをマスクとして、ドライエッチングによりエッチングマスクの形成されていない部分のコア層３ａを除去し、図１（ｂ）に示すように所望の導波路形状に形成されたコア３ｂを得る。次いで、図１（ｃ）に示されるように導波路形状に形成されたコア３ｂの表面上に、ＣＶＤ法、ＦＨＤ法などにより、上層クラッド層４を堆積し、光導波路を得る。
【０００３】
しかし、このコア３ｂを上層クラッド層４で埋め込むことにより光導波路を形成する際に、複数のコア３ｂが近接されて配置される構造、例えばコア分岐部の近傍部分において、上層クラッド層４の埋め込みが不完全になる場合があり、図１（ｃ）に示すように、気泡Ａがコア３ｂの間に形成される可能性がある。このようにして生じた気泡Ａは、光導波路の伝搬損失、偏波依存性などの光学特性を劣化させるために除去する必要がある。
【０００４】
従来、この種の光導波路において、気泡Ａの発生を防ぎ、低損失な光導波路を製造するための方法として、コア３ｂをエッチングにより形成した後に、上層クラッド層４をリフローさせて光導波路を形成する技術がある。この上層クラッド４の材料としては、ボロン（Ｂ）、リン（Ｐ）などの酸化物を混入した低融点ガラスであるＢＰＳＧ等が広く使われており、これを上層クラッド層４の材料として用いた光導波路の製造では、８００℃丘で低温リフローし、光導波路を製造することができる。図２は、このように製造された光導波路を例示する図であり、この図２において符号１は基板、２は下層クラッド層、３ｂはコア、４はＢＰＳＧ等の低融点ガラスからなる上層クラッド層である。この光導波路において、下層クラッド層２とコア３ｂの形成手順は、前述した図１（ａ），（ｂ）と同様である。この図２に示した光導波路は、ＢＰＳＧ等の低融点ガラスを低温リフローさせることによって上層クラッド層４を形成している。
【特許文献１】特開平１−２６７５０９号公報
【特許文献２】特開平８−１７９１４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前述した通り、従来の光導波路の製造方法では、上層クラッド層としてＣＶＤ法、ＦＨＤ法などによってコア上に石英ガラスを堆積する場合には、コア分岐部近傍で気泡Ａが形成されてしまい、光導波路の伝搬損失、偏光依存性などの光学特性が劣化してしまうという問題がある。
一方、上層クラッド層の材料としてＢＰＳＧなどの低融点ガラスを用いてこれを低温リフローさせる方法では、低温といっても８００℃程度の加熱を必要とするため、基板や下部クラッド層として用いられている石英ガラスなどの材料と、ＢＰＳＧなどの低融点ガラスとの熱膨張の違いから、リフロー後に残留応力が残ってしまい、この残留応力によって光導波路の偏波依存性損失（以下、ＰＤＬと記す。）などの光学特性が劣化してしまうという問題がある。また、上層クラッド層が均一にリフローできず、埋め込みが不均一になり、複数のコアが接近した間の部分等に気泡が残る可能性があるという問題がある。
【０００６】
本発明は前記事情に鑑みてなされ、ＰＤＬの低い光導波路とその製造方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記目的を達成するため、本発明は、基板の下層クラッド層上に、該下層クラッド層よりも屈折率の高い材料からなる導波路構造を有するコアが設けられ、下層クラッド層及びコアの上にコアよりもリフロー温度が低い材料からなる第１上層クラッド層が形成され、該第１上層クラッド層上に第２上層クラッド層が形成されてなることを特徴とする光導波路を提供する。
本発明の光導波路において、コアは、Ｂ，Ｆ，Ｐ及びＧｅを含有するＳｉＯ２からなることが好ましい。
本発明の光導波路において、第１上層クラッド層は、ＢとＰがドーピングされたガラスであるＢＰＳＧからなることが好ましい。
本発明の光導波路において、第１上層クラッド層と第２上層クラッド層の屈折率は同等であることが好ましい。
本発明の光導波路において、第１上層クラッド層の膜厚はコア高さよりも薄いことが好ましい。
本発明の光導波路において、下層クラッド層と第２上層クラッド層がＳｉＯ２又はＳｉＯ２を主成分とするガラスからなることが好ましい。
【０００８】
また本発明は、基板の下層クラッド層上に、該下層クラッド層よりも屈折率の高い材料からなるコア層を形成し、次いで該コア層をエッチングして導波路構造を有するコアを形成し、次いで下層クラッド層及びコアの上にコアよりもリフロー温度が低い材料からなる第１上層クラッド層を形成し、該第１上層クラッド層を加熱してリフローし、次いでリフロー後の第１上層クラッド層上に第２上層クラッド層を形成して光導波路を製造することを特徴とする光導波路の製造方法を提供する。
本発明の製造方法において、コアは、Ｂ，Ｆ，Ｐ及びＧｅを含有するＳｉＯ２からなることが好ましい。
本発明の製造方法において、第１上層クラッド層は、ＢとＰがドーピングされたガラスであるＢＰＳＧからなることが好ましい。
本発明の製造方法において、第１上層クラッド層と第２上層クラッド層の屈折率は同等であることが好ましい。
本発明の製造方法において、リフロー後の第１上層クラッド層の膜厚はコア高さよりも薄いことが好ましい。
本発明の製造方法において、下層クラッド層と第２上層クラッド層がＳｉＯ２又はＳｉＯ２を主成分とするガラスからなることが好ましい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、コア及び下層クラッド層上にリフロー温度が低いガラスからなる第１上層クラッド層を形成し、これをリフローさせることによって、光導波路のコア同士が近接した領域における上層クラッド層の埋め込みが良好となり、該領域に気泡が残ることが少なくなり、気泡の残留に起因する伝送損失、偏光依存性などの光学特性の劣化を少なくすることができる。
また、下層クラッド層とコアの上に、薄い第１上層クラッド層を形成し、その上に第２上部クラッド層を形成したので、下層クラッド層と上層クラッド層との熱膨張の違いによる残留応力を緩和することができ、コアの周囲を応力緩和された第１上層クラッド層で囲むことでコアのＰＤＬを低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
図３は、本発明に係る光導波路の製造方法の一例を工程順に示す断面図であり、また図３（ｅ）は本発明の光導波路の一実施形態を示す図である。図中符号１は基板、２は下層クラッド層、３ａはコア層、３ｂは導波路形状にエッチングした後のコア、４´は第１上層クラッド層、５は第２上層クラッド層、６は光導波路である。
【００１１】
まず、光導波路の一実施形態を説明する。本実施形態の光導波路６は、図３（ｅ）に示すように、基板１の上面に設けられた下層クラッド層２上に、該下層クラッド層２よりも屈折率の高い材料からなる導波路構造を有するコア３ｂが設けられ、下層クラッド２及びコア３ｂの上にコア３ｂよりもリフロー温度が低い材料からなる第１上層クラッド層４´が形成され、該第１上層クラッド層４´上に第２上層クラッド層５が形成された構成になっている。
【００１２】
本実施形態において、光導波路６の基板１としては、シリコン（Ｓｉ）製基板や石英ガラス基板を用いることが好ましい。
この基板１上に形成される下層クラッド層２は、プラズマＣＶＤ法などのＣＶＤ法やＦＨＤ法などにより形成されるＳｉＯ２又はＳｉＯ２を主成分とするガラスからなっている。この下層クラッド層２の厚さは特に限定されず、数μｍ以上あればよい。
なお、基板１として石英ガラス基板を用いる場合、基板１を下層クラッド層２として利用することができ、その場合には下層クラッド層２を省くこともできる。
【００１３】
この下層クラッド層２上に形成されたコア３は、下層クラッド層２よりも屈折率の高い材料からなり、例えば、Ｂ，Ｆ，Ｐ及びＧｅを含有するＳｉＯ２からなることが好ましい。コア３ｂは、所望の導波路形状に沿って形成され、その厚さ（コア高さ）は限定されないが、通常は数μｍ〜数十μｍ程度とされる。
【００１４】
このコア３ｂと下層クラッド層２の上には、コア３ｂを囲むように、コア３ｂよりもリフロー温度が低い材料からなる第１上層クラッド層４´が形成されている。この第１上層クラッド層４´は、ＢとＰがドーピングされたガラスであるＢＰＳＧからなることが好ましい。このＢＰＳＧは、８００℃程度の低温でリフローすることが可能である。この第１上層クラッド層４´の厚さは、コア３ｂの高さよりも薄くなるように形成することが好ましい。
【００１５】
この第１上層クラッド層４´の上には、下層クラッド層２と同じくＳｉＯ２又はＳｉＯ２を主成分とするガラスからなる第２上部クラッド層５が形成されている。この第２上部クラッド層５の厚さは特に限定されず、例えば数μｍ以上、好ましくは数μｍ〜数百μｍ程度の厚さとされる。第１上層クラッド層４´と第２上層クラッド層５の屈折率は同等であることが好ましい。
【００１６】
次に、本発明の製造方法の一例を図３（ａ）〜（ｅ）を参照して説明する。本例において光導波路６を製造するには、まず、基板１上にプラズマＣＶＤ法、ＦＨＤ法などによってＳｉＯ２又はＳｉＯ２を主成分とするガラスを堆積して下層クラッド層２を形成し、さらに下層クラッド層２上に、この下層クラッド層２よりも屈折率の高い石英系材料からなるコア層３ａを順次堆積形成し、図３（ａ）に示す積層体を製造する。
【００１７】
次いで、スパッタリング法、電子ビーム蒸着法などにより、コア層３ａ上に、多結晶シリコンやケイ化タングステンなどからなるエッチングマスクを形成する。次いで、エッチングマスクの表面上に、スピンコート法などによりフォトレジストを塗布する。次いでフォトレジストの表面に導波路形状が形成されたフォトマスクを配置し、露光、現像処理を行って不必要なフォトレジストを取り除き、導波路形状の開口部を有するレジスト膜を形成する。次いで、レジスト膜をマスクとして、ドライエッチングにより、レジスト膜が形成されていない部分のエッチングマスクを除去し、エッチングマスクを導波路形状に形成し、次いで残ったレジスト膜を灰化（アッシング）する。次いでエッチングマスクをマスクとして、ドライエッチングによりエッチングマスクの形成されていない部分のコア層３ａを除去し、図３（ｂ）に示すように所望の導波路形状に形成されたコア３ｂを得る。
【００１８】
次いで、図３（ｃ）に示されるように、導波路形状に形成されたコア３ｂと下層クラッド層２の上に、ＢとＰがドーピングされたガラスであるＢＰＳＧからなる第１上層クラッド層４を形成する。
次いで、第１上層クラッド層４を形成した積層体を７５０℃〜１１００℃程度の温度の電気炉に入れて加熱し、第１上層クラッド層４のリフローを行う。図３（ｄ）は、リフロー後の積層体を示し、リフロー後の第１上層クラッド層４´は、コア３ｂの分岐部近傍などの隙間に入り込み、この隙間を埋めて気泡の残留を防ぐことができる。
【００１９】
次いで、リフローを行った第１上層クラッド層４´の上にプラズマＣＶＤ法、ＦＨＤ法などによってＳｉＯ２又はＳｉＯ２を主成分とするガラスを堆積して第２上層クラッド層５を形成し、図３（ｅ）に示す光導波路６を製造する。
【００２０】
本実施形態による光導波路及びその製造方法によれば、コア３ｂ及び下層クラッド層２上にリフロー温度が低いガラスからなる層４を堆積し、これをリフローさせて第１クラッド層４´を形成するのでることによって、光導波路のコア同士が近接した領域における上層クラッド層４の埋め込みが良好となり、該領域に気泡が残ることが少なくなり、気泡の残留に起因する伝送損失、偏光依存性などの光学特性の劣化を少なくすることができる。
また、下層クラッド層２とコア３ｂの上に、薄い第１上層クラッド層４´を形成し、その上に第２上部クラッド層５を形成したので、下層クラッド層２と上層クラッド層との熱膨張の違いによる残留応力を緩和することができ、コア３ｂの周囲を応力緩和された第１上層クラッド層４´で囲むことでコア３ｂのＰＤＬを低減することができる。
【実施例】
【００２１】
［実施例］
図３（ａ）〜（ｅ）に示す工程に従って、本発明に係る光導波路を製造した。
シリコン基板１上にプラズマＣＶＤ法によりＳｉＯ２からなる下層クラッド層２を形成し、さらに下層クラッド層２上にこの下層クラッド層２よりも屈折率の高いＢ，Ｆ，Ｐ及びＧｅを含有するＳｉＯ２からなるコア層３ａを順次堆積形成した。次いで、スパッタリング法によりコア層３ａ上にエッチングマスクを形成し、さらにエッチングマスクの表面上に、スピンコート法によりフォトレジストを塗布した。次いでフォトレジストの表面に導波路形状が形成されたフォトマスクを配置し、露光、現像処理を行って不必要なフォトレジストを取り除き、導波路形状の開口部を有するレジスト膜を形成し、レジスト膜をマスクとして、ドライエッチングにより、レジスト膜が形成されていない部分のエッチングマスクを除去し、エッチングマスクを導波路形状に形成し、次いで残ったレジスト膜を灰化（アッシング）した。次いでエッチングマスクをマスクとして、ドライエッチングによりエッチングマスクの形成されていない部分のコア層３ａを除去し、１×８光スプリッタ用の導波路形状に形成したコア３ｂを形成した。次いで、コア３ｂと下層クラッド層２の上に、プラズマＣＶＤ法によりＢＰＳＧからなる第１上層クラッド層４を堆積させた。次いで、これを７５０〜１１００℃の電気炉に入れて第１上層クラッド層４が十分にリフローされるまで熱処理した。第１上層クラッド層４の堆積厚みは、リフロー後の第１上層クラッド層４´がコア３ｂ周囲を囲む程度になるように調整した。リフロー後、除熱、徐冷して第１上層クラッド層４´の残留応力を緩和させた。次いで、第１上層クラッド層４´上にプラズマＣＶＤ法によりＳｉＯ２からなる第２上層クラッド層５を形成し、光導波路（１×８光スプリッタ）を製造した。
【００２２】
［比較例］
下層クラッド層２の上に１×８光スプリッタ用の導波路形状に形成したコア３ｂを形成後、第１上層クラッド層を形成することなく、コア３ｂと下層クラッド層２の上に直接ＳｉＯ２からなる上層クラッド層を形成した以外は、実施例と同様にして光導波路（１×８光スプリッタ）を製造した。
【００２３】
実施例と比較例でそれぞれ製造した光導波路（１×８光スプリッタ）について、各ポート間のＰＤＬを測定した。その結果を図４に示す。なお、図４において実施例の光導波路（１×８光スプリッタ）は「ＢＰＳＧ有り」として記してあり、比較例の光導波路（１×８光スプリッタ）は「ＳｉＯ２のみ」として記してある。
図４に示すＰＤＬ測定結果から、実施例の「ＢＰＳＧ有り」の光導波路では、各ポートのＰＤＬが全体的に低く、かつ各ポート間のＰＤＬのばらつきが小さい。
一方、比較例の「ＳｉＯ２のみ」の光導波路では、各ポートのＰＤＬが全体的に高く、かつ各ポート間のＰＤＬのばらつきが大きくなっている。
この結果から、本発明によれば、ＰＤＬの低い高性能な光導波路が得られることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】従来の光導波路の製造方法を工程順に示す断面図である。
【図２】従来の光導波路の別な例を示す断面図である。
【図３】本発明の光導波路の製造方法を工程順に示す断面図である。
【図４】実施例の結果を示し、実施例及び比較例で製造した光導波路（１×８光スプリッタ）の各ポート間のＰＤＬを示すグラフである。
【符号の説明】
【００２５】
１…基板、２…下層クラッド層、３ａ…コア層、３ｂ…コア、４…第１上層クラッド層、４´…リフロー後の第１上層クラッド層、５…第２上層クラッド層、６…光導波路。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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