(57)【要約】本発明は、光学基板（１１）上にチャンネル（１２）を含む導波路に関し、このチャンネルの屈折率が基板の屈折率より高い。この導波路は、チャンネルに配置された少なくとも一つのガイド層（１３）を含み、ガイド層の屈折率が基板の屈折率より高い。さらに、チャンネル（１２）は、基板（１１）に組み込まれている。有利には、導波路が、ガイド層（１３）に配置された被覆層（１４）をさらに含み、この被覆層の屈折率は、ガイド層の屈折率およびチャンネルの屈折率よりも低い。本発明は、また、こうした導波路の製造方法に関する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学基板（１１、１５、２０）上にチャンネル（１２、１７、２５）を含む導波路であって、前記チャンネルの屈折率が前記光学基板の屈折率より高く、少なくとも一つのガイド層（１３、１８、２２）が前記チャンネル上に配置され、前記ガイド層の屈折率が基板の屈折率より高い導波路において、
前記チャンネル（１２、１７）が、前記基板（１１、１５）に組み込まれていることを特徴とする導波路。
【請求項２】
前記ガイド層（１３、１８、２２）に配置された少なくとも一つの被覆層（１４、１９、２３）を含み、前記被覆層の屈折率が前記ガイド層の屈折率および前記チャンネル（１２、１７、２５）の屈折率より低いことを特徴とする請求項１に記載の導波路。
【請求項３】
前記ガイド層（１３、１８、２２）の屈折率が、基板（１１、１５、２０）の屈折率を１．００１より大きい係数で乗じた屈折率に相当することを特徴とする請求項１または２に記載の導波路。
【請求項４】
前記ガイド層（１３、１８、２２）の全体の厚さが１〜２０ミクロンであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の導波路。
【請求項５】
前記チャンネル（１２、１７、２５）が、前記基板（１１、１５、２０）へのイオン注入の結果として得られることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の導波路。
【請求項６】
イオン注入が行われる基板（１１、１５、２０）の面が、二酸化シリコンからなることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の導波路。
【請求項７】
チャンネル（１７）のパターンを画定するために前記基板（１５）にマスク（１６）を設けるステップと、
マスクされた基板にイオン注入するステップと、
前記マスクを除去するステップとを含む、光学基板上へのガイド層の製造方法において、
少なくとも一つのガイド層（１８）を基板に堆積するステップをさらに含み、このガイド層の屈折率が基板の屈折率より高いことを特徴とする方法。
【請求項８】
基板（２０）にイオン注入するステップと、
チャンネル（２５）のパターンを画定するために前記基板にマスク（２１）を設けるステップと、
注入深度に少なくとも等しい深度で基板をエッチングするステップと、
前記マスクを除去するステップとを含む、光学基板上への導波路の製造方法において、
少なくとも一つのガイド層（２２）を基板に堆積するステップをさらに含み、このガイド層の屈折率が基板の屈折率より高いことを特徴とする方法。
【請求項９】
イオン注入ステップに続いて基板（１５、２０）の焼きなましステップを含むことを特徴とする請求項７または８に記載の方法。
【請求項１０】
前記ガイド層（１８、２２）に被覆層（１９、２３）を堆積するステップを含み、この被覆層の屈折率が前記ガイド層の屈折率および前記チャンネル（１７、２５）の屈折率より低いことを特徴とする請求項７または８に記載の方法。
【請求項１１】
前記ガイド層（１８、２２）の屈折率が、前記基板（１５、２０）の屈折率を１．００１より大きい係数で乗じた屈折率に相当することを特徴とする請求項７または８に記載の方法。
【請求項１２】
前記ガイド層（１８、２２）の全体の厚さが１〜２０ミクロンであることを特徴とする請求項７または８に記載の方法。
【請求項１３】
イオン注入が行われる基板の面（１５、２０）が二酸化シリコンからなることを特徴とする請求項７または８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光学基板上にチャンネルを含む導波路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
本発明の分野は、基板に組み込まれる光学手段の分野であり、主要素子が、光エネルギーの搬送機能を果たす導波路の分野である。このような導波路は、屈折率が周囲の環境の屈折率よりも高いチャンネルを基板に形成することによって実現される。
【０００３】
導波路を製造するために複数の方法が提案されている。
【０００４】
第一の方法は、薄膜技術を利用する。一般に、基板は、熱酸化物を成長させたシリカまたはシリコンからなるので、その上面である光学基板は二酸化シリコンからなる。欧州特許第０５１０８８３号明細書に記載されているように、第一の層は、火炎加水分解堆積（「Ｆｌａｍｅ  Ｈｙｄｒｏｌｙｓｉｓ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ」）や、プラズマを用いた、または用いない、高圧または減圧気相成長法、真空蒸着、陰極スパッタリング、または遠心堆積等の、任意の公知技術により光学基板に堆積される。この層は、ここではエッチングされてパッシブガイド層を画定する。次に、第二の層を堆積する。この層は、しばしば、ドープされた二酸化シリコン、オキシ窒化ケイ素、窒化ケイ素からなり、また、ポリマーまたはゾル−ゲルであることがよくある。その場合、チャンネルを画定するマスクは、リソグラフィ技術によりこの層に塗布される。その後、プラズマエッチング、反応性イオンエッチングまたはイオンビームエッチング等の化学エッチング方法またはドライエッチング方法によりチャンネルを構成する。エッチング後、マスクを除去し、通常は基板に被覆層を堆積してチャンネルを埋め込む。屈折率がチャンネルの屈折率より低いこの被覆層は、周囲の環境から及ぼされる妨害、特に湿気による妨害を制限するために設けられる。
【０００５】
英国特許第２３０６６９４号明細書によって提案されたこの方法の変形実施形態によれば、堆積とエッチングとにより光学基板に直接チャンネルを設けてからガイド層を堆積する。
【０００６】
いずれにせよ、この方法は、空間分解能の観点からもチャンネル側方の表面状態からも制御が難しい、少なくとも一つのエッチング操作を必要とする。ところで、こうした特性は導波路の伝播損失を直接左右する。
【０００７】
第二の方法は、イオン交換技術を利用する。この場合、基板は、比較的低温で移動するイオンを含むガラスであり、たとえば酸化ナトリウムを含むケイ酸塩ガラスである。基板はここでもまたマスクを備え、その後、銀またはカリウム等の偏光イオンを含むバスに含侵される。かくして、チャンネルは、基板の移動イオンと偏光イオンとの交換による屈折率の上昇によって実現される。次いで、一般に、基板の面に垂直な電界を印加することによってチャンネルを埋め込む。
【０００８】
この方法は、非常に簡単な方法である。しかしながら、必ずしも所望の全ての特性を持たない特別な基板を選択しなければならない。しかも、イオンの側方拡散が大きいために、ここでもまた空間分解能が著しく制限される。
【０００９】
第三の方法は、イオン注入技術を利用する。薄膜技術と全く同様に、基板の上面は、しばしば二酸化シリコンからなる。光学基板に改めてマスクを塗布し、マスクした基板にイオン注入することによってチャンネルを構成する。マスクの除去後、焼きなまし操作を行って、結晶構造の欠陥と、着色された吸収中心とを除去し、新しい化学組成を安定化させるとともに、チャンネルの化学量論を再現する。これは、導波路における損失を制限するためである。
【００１０】
この方法は、Ａ．Ｐ．ＷｅｂｂおよびＰ．Ｄ．Ｔｏｗｎｓｅｎｄによる論文「Ｒｅｆｒａｃｔｉｖｅ  ｉｎｄｅｘ  ｐｒｏｆｉｌｅｓ  ｉｎｄｕｃｅｄ  ｂｙ  ｉｏｎ  ｉｍｐｌａｎｔａｔｉｏｎ  ｉｎｔｏ  ｓｉｌｉｃａ」（Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｄ：Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ、１９７６年１３４３−１３５４ページに記載されているように、たとえば窒素を注入することによって、チャンネルの屈折率を高くすることができる。屈折率の値は、さらに、Ｓ．Ｔｉｓｓｅｒａｎｄ、  Ｆ．Ｆｌｏｒｙ、  Ａ．Ｇａｔｔｏ、Ｌ．Ｒｏｕｘ、Ｍ．Ａｄａｍｉｋ、  Ｉ．Ｋｏｖａｃｓによる論文（Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  １９９８年第８３巻第１０号５１５０）に従って、チタンを注入することにより増加可能である。この方法は、また、米国特許第４５２１４４３号明細書に記載されているように、伝播損失の小さい導波路を得ることができる。
【００１１】
第三の方法は、チャンネルの幾何学的な仕様に関して満足のいくものである。しかしながら、注入エネルギーが数十〜数百ＫｅＶであるため、注入されるイオンの浸透度が数百ナノメータを越えない。容認可能な光ファイバーとの結合係数を得るには、このチャンネルの厚さは薄すぎる。実際、赤外線信号を伝送するために特に遠隔通信で用いられるシングルモードファイバー（一般的な波長が１．３または１．５５ミクロンのもの）のコアは、直径約１０ミクロンである。
【００１２】
かくして、本発明は、適切な空間分解能を備え、一般的な光ファイバーとの結合係数が良好な導波路を目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、導波路は、光学基板上にチャンネルを含み、チャンネルの屈折率が基板の屈折率より高く、チャンネルに配置された少なくとも一つのガイド層を含み、このガイド層の屈折率が基板の屈折率より高い。この導波路では、チャンネルが基板に組み込まれる。
【００１４】
導波路は、単一のチャンネルに制限されるものではなく、むしろこのチャンネルとガイド層との結合により構成されるので、光ファイバーのコアの寸法に適合する寸法を有する。
【００１５】
好適には、導波路は、ガイド層に配置された少なくとも一つの被覆層を含み、前記被覆層の屈折率が前記ガイド層の屈折率および前記チャンネルの屈折率より低い。
【００１６】
有利には、ガイド層の屈折率が、基板の屈折率を１．００１より大きい係数で乗じた屈折率に相当する。
【００１７】
たとえば、ガイド層全体の厚さが１〜２０ミクロンである。
【００１８】
特に重要な特徴によれば、チャンネルが、基板へのイオン注入の結果として得られる。
【００１９】
さらに、イオン注入が行われる基板の面を二酸化シリコンとすることが勧められる。
【００２０】
本発明は、また、光学基板に導波路を製造する方法に関する。
【００２１】
第一の変形実施形態によれば、この方法は、
チャンネルのパターンを画定するために光学基板にマスクを設けるステップと、
マスクされた基板にイオン注入するステップと、
前記マスクを除去するステップとを含み、
さらに、少なくとも一つのガイド層を基板に堆積するステップを含み、このガイド層の屈折率が基板の屈折率より高い。
【００２２】
第二の変形実施形態によれば、この方法は、
基板にイオン注入するステップと、
チャンネルのパターンを画定するために基板にマスクを設けるステップと、
注入深度に少なくとも等しい深度で基板をエッチングするステップと、
マスクを除去するステップとを含み、
さらに、少なくとも一つのガイド層を基板に堆積するステップを含み、このガイド層の屈折率が基板の屈折率より高い。
【００２３】
有利には、この方法は、イオン注入ステップに続いて基板の焼きなましステップを含む。
【００２４】
一方、この方法は、上記の導波路の様々な特徴の実現に適合される。
【００２５】
【発明の実施の形態】
添付図を参照しながら例として示された実施形態の以下の説明では、本発明がその細部と共に明らかになるであろう。
【００２６】
図１（ａ）を参照すると、基板はシリカまたはシリコンからなり、その上に熱酸化物を成長させるか、二酸化シリコンまたは他の材料の層を堆積している。そのため、上面または光学基板１１は、一般に二酸化シリコンからなり、たとえば厚さ５〜２０ミクロンである。イオン注入により形成されるチャンネル１２は、ここでは、光学基板に組み込まれ、光学基板が、それ自体、ガイド層１３で被覆されている。当然のことながら、チャンネルの屈折率は二酸化シリコンの屈折率よりも高い。たとえば厚さ５ミクロンのガイド層は、ドープされた二酸化シリコンからなり、屈折率が、たとえば０．３％だけ光学基板の屈折率より高い。ガイド層は、場合によっては薄膜の堆積によって得られる。好適には、同じく薄膜の堆積から構成可能な被覆層１４をガイド層１３に設ける。同様に厚さ５ミクロンのこの被覆層は、ガイド層の屈折率およびチャンネルの屈折率よりも屈折率が低い。この場合、被覆層は、ドープされていない二酸化シリコンである。
【００２７】
チャンネル１２とガイド層１３との結合からなる導波路は、一つまたは複数の伝播モードを搬送可能であり、その特性は、選択された光特性および形状特性によって決まる。
【００２８】
図１（ｂ）を参照すると、チャンネルの屈折率が比較的低く、たとえば１．５６であるとき、広域伝播モードＧＭが導波路１３に広がる。たとえば７．５ミクロンのチャンネル幅と、このガイド層の厚みとは、広域伝播モードＧＭができるだけ光ファイバーに近くなるように選択される。その場合、ファイバーへの結合係数は９０％の値が得られる。ガイドされるモードの有効屈折率は、ガイド層およびチャンネルの屈折率より低い。有効屈折率は、また、上面１１の屈折率および被覆層１４の屈折率より高い。
【００２９】
図１（ｃ）を参照すると、導波路は、ガイド層なしで注入された導波路でよくあるものに近い、狭域伝播モードＰＭを同様に搬送可能であることに留意しなければならない。その場合、チャンネルの屈折率は比較的高く、たとえば１．９０である。チャンネル幅は著しく狭くすることができる。ガイドされるモードの有効屈折率は、ここではガイド層の屈折率より高く、チャンネルの屈折率より低い。狭いモードＰＭの側面封じ込めは、非常に大きい。
【００３０】
一般には１％の注入イオン分量に対し、いまや非常に高い精度でイオン注入が行われることが分かる。二酸化シリコンからなる光学基板の屈折率は、変動がまったくないか、あるいは殆どないので、チャンネルの屈折率の精度を極めて高くすることができる。たとえば、チタン注入量が１０１６／ｃｍ２または１０１７／ｃｍ２の場合、屈折率の精度は、１０−４または１０−３に達する。チャンネルの屈折率は、光ファイバーへの結合に顕著に影響を及ぼすパラメータであるので、この精度は、広域伝播モードＧＭを追求する場合は特に重要である。
【００３１】
図２（ａ）を参照すると、導波路の第一の製造方法が、従来のリソグラフィ方法によって光学基板１５にマスク１６を設けることからなる第一のステップを含んでいる。マスク１６は、樹脂、金属、または、注入時にイオンを通さない障壁を構成可能な他のあらゆる材料からなる。場合によっては、直接書込み方法によってマスクを得てもよい。
【００３２】
図２（ｂ）を参照すると、マスクされた基板のイオン注入によりチャンネル１７が形成される。たとえば、チタン注入の場合、注入量は、１０１６／ｃｍ２〜１０１８／ｃｍ２であり、エネルギーは、数十〜数百ＫｅＶに達する。
【００３３】
図２（ｃ）を参照すると、たとえば化学エッチング方法によりマスクは除去されている。その後、チャンネル１７内の伝播損失を減少するために基板の焼きなましを行う。たとえば、温度４００〜５００℃、調節雰囲気または自由大気とする一方で、持続時間を約数十時間とする。
【００３４】
図２（ｄ）を参照すると、公知技術の任意のひとつにより、基板１５にガイド層１８を堆積する。この公知技術は、屈折率を容易に制御可能な、材料の損失を少なくする技術でありさえすればよい。最後に、必要に応じてガイド層１８に被覆層１９を堆積する。
【００３５】
図３（ａ）を参照すると、導波路の第二の製造方法は、光学基板２０の全体に注入を行うことからなる第一のステップを含んでいる。注入量および注入エネルギーは、第一の方法に関して言及した値と同じにすることができる。
【００３６】
図３（ｂ）を参照すると、次のステップは、基板２０にマスク２１を設けることからなる。このマスクは、第一の方法で用いたパターンと同じパターンを有するが、注入ステップは行われない。
【００３７】
図３（ｃ）を参照すると、チャンネル２５は、注入深度に少なくとも等しい深度で光学基板をエッチングすることにより得られる。任意の一つの公知エッチング技術は、この技術が、容認可能なチャンネルの形状特性、特に輪郭およびその側方の表面状態に導くものでありさえすれば、適当である。ここで、第一の方法は、エッチングステップを含まないので構造が完全に平らな導波路を画定するという長所があることに気づく。一方、注入深度がとても浅いので、エッチングに固有の不都合が著しく制限される。
【００３８】
図３（ｄ）を参照すると、マスク除去後、ここでは、基板に焼きなましが行われている。ガイド層２２および、場合によっては被覆層２３が、第一の方法に従って堆積される。
【００３９】
上記の本発明の実施例は、それらの具体的な特徴のために選択されたものである。しかし、本発明がカバーする全ての実施形態を完全に網羅することはできない。特に、記載された全てのステップまたは全ての手段は、本発明の範囲を逸脱せずに同等のステップまたは手段に代替可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】
導波路を示す図である。
【図２】
第一の変形実施形態による導波路の製造を示す図である。
【図３】
第二の変形実施形態による導波路の製造を示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
2004515815.tif 000020
2004515815.tif 000021
【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
2004515815.tif 000022
2004515815.tif 000023
【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
2004515815.tif 000024
2004515815.tif 000025
【国際調査報告】
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2004515815.tif 000027
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2004515815.tif 000029
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