(57)【要約】【課題】ポリマ溶液の回転塗布を要しないポリマ導波路型光回路及びその製造方法を提供する。【解決手段】基板１上に低屈折率ｎｂの下部低屈折率層２を有し、その下部低屈折率層２に所定幅、所定深さの溝３を有し、該溝３内にフォトブリーチング用ポリマ材料が充填されてなるポリマ層４を有し、該ポリマ層４の幅方向中央の領域５は高屈折率ｎｈであり、該幅方向中央の領域の両側の領域６は紫外線照射により屈折率が低屈折率ｎｓに低下され、該ポリマ層４及び上記下部低屈折率層２の全面上に低屈折率ｎｂの上部低屈折率層７を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に低屈折率ｎｂの下部低屈折率層を有し、その下部低屈折率層に所定幅、所定深さの溝を有し、該溝内にフォトブリーチング用ポリマ材料が充填されてなるポリマ層を有し、該ポリマ層の幅方向中央の領域は高屈折率ｎｈであり、該幅方向中央の領域の両側の領域は紫外線照射により屈折率が低屈折率ｎｓに低下され、該ポリマ層及び上記下部低屈折率層の全面上に低屈折率ｎｂの上部低屈折率層を有することを特徴とするポリマ導波路型光回路。
【請求項２】
上記基板がガラス又はプラスチックであることを特徴とする請求項１記載のポリマ導波路型光回路。
【請求項３】
基板上に低屈折率ｎｂの下部低屈折率層を形成する工程と、その下部低屈折率層に所定幅、所定深さの溝を形成する工程と、該溝内に高屈折率ｎｈのフォトブリーチング用ポリマ溶液を充填して加熱することによりポリマ層を形成する工程と、該ポリマ層及び上記下部低屈折率層上に該ポリマ層の幅方向中央の領域を覆う領域が不透過領域、該幅方向中央の領域の両側の領域を覆う領域が透過領域であるフォトマスクを置いて該フォトマスク上から紫外線を照射することにより、上記幅方向中央の領域の両側の領域の屈折率を低屈折率ｎｓに低下させる工程と、該ポリマ層及び上記下部低屈折率層の全面上に低屈折率ｎｂの上部低屈折率層を形成する工程とを有することを特徴とするポリマ導波路型光回路の製造方法。
【請求項４】
基板上に低屈折率ｎｂの下部低屈折率層を形成する工程と、その下部低屈折率層に所定幅、所定深さの溝を形成する工程と、該溝内に高屈折率ｎｈのフォトブリーチング用ポリマ溶液を充填して加熱することによりポリマ層を形成する工程と、該ポリマ層及び上記下部低屈折率層の全面上に低屈折率ｎｂの上部低屈折率層を形成する工程と、該上部低屈折率層上に上記ポリマ層の幅方向中央の領域を覆う領域が不透過領域、該幅方向中央の領域の両側の領域を覆う領域が透過領域であるフォトマスクを置いて該フォトマスク上から紫外線を照射することにより、上記幅方向中央の領域の両側の領域の屈折率を低屈折率ｎｓに低下させる工程とを有することを特徴とするポリマ導波路型光回路の製造方法。
【請求項５】
上記基板にガラス又はプラスチックを用いることを特徴とする請求項３又は４記載のポリマ導波路型光回路の製造方法。
【請求項６】
上記溝は、レーザビームをガルバノミラーでスキャンすることにより、所望の光回路パターンに形成することを特徴とする請求項３〜５いずれか記載のポリマ導波路型光回路の製造方法。
【請求項７】
上記溝は、フォトリソグラフィ工程とドライエッチング工程とを経ることにより、所望の光回路パターンに形成することを特徴とする請求項３〜５いずれか記載のポリマ導波路型光回路の製造方法。
【請求項８】
上記上部低屈折率層は、あらかじめ紫外線が照射されて屈折率が低下されたフォトブリーチング用ポリマ材料を塗布して加熱することにより形成することを特徴とする請求項３〜７いずれか記載のポリマ導波路型光回路の製造方法。
【請求項９】
上記溝内へのフォトブリーチング用ポリマ溶液は、ノズルから吐出させて上記溝に充填することを特徴とする請求項３〜８いずれか記載のポリマ導波路型光回路の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ポリマ溶液の回転塗布を要しないポリマ導波路型光回路及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、フォトブリーチング用ポリマ材料を用いた導波路（ポリマ導波路型光回路）の構造として、図８に示す構造が報告されている。この図は、導波路の断面図を示したものである。図示された構造は、基板８１の上に低屈折率ｎｂの下部クラッド層８２が設けられ、その下部クラッド層８２の上にフォトブリーチング用のポリマ層として、矩形状の高屈折率ｎｈのコア層８３とその両側面に位置する低屈折率ｎｓの側面クラッド層８４が設けられ、上記ポリマ層（コア層８３と側面クラッド層８４）の全面上に低屈折率ｎｂの上部クラッド層８５が設けられた構造である。ここで、コア層８３は、紫外線の照射されなかった領域であり、側面クラッド層８４は紫外線が照射されて屈折率が高屈折率ｎｈから低屈折率ｎｓに低下した領域である。
【０００３】
図８に構造が示された導波路の製造方法として、図９（ａ）〜図９（ｃ）に示す製造方法が報告されている。まず、図９（ａ）に示すように、基板８１の上に低屈折率ｎｂの下部クラッド層８２を形成し、その上にフォトブリーチング用ポリマ層８６を形成する。このフォトブリーチング用ポリマ層８６は、通常、ポリマ溶液をスピンコーティングによって塗布し、その後で加熱することによって得る。次に、図９（ｂ）に示すように、フォトブリーチング用ポリマ層８６の上にフォトマスク８７を置き、そのフォトマスク８７の上から紫外線を照射する。ここで、フォトマスク８７は、紫外線を透過させる領域８８の中に紫外線を透過させないコア層用のパターン８９が形成されている。図９（ｃ）に示すように、紫外線の照射された領域は、屈折率が高屈折率ｎｈから低屈折率ｎｓに低下し、側面クラッド層８４を形成する。他方、紫外線の照射されなかった領域は屈折率が高屈折率ｎｈに保持され、光信号の伝搬するコア層８３を形成する。最後に、図８に示すように、ポリマ層（コア層８３と側面クラッド層８４）の全面上に低屈折率ｎｂの上部クラッド層８５を形成する。
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−４８４４３号公報
【特許文献２】特開２０００−３５６７２２号公報
【特許文献３】特開２００１−２２８３５０号公報
【特許文献４】特開２００３−１６１８５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上記従来のポリマ導波路型光回路及びその製造方法には、次のような課題が存在していた。
【０００６】
（１）基板上にポリマ導波路型光回路の製造方法として、基板をスピンコータに真空吸着して回転させながらポリマ溶液を滴下して回転塗布する方法が用いられている。この回転塗布のとき、ポリマ溶液の８０％以上が基板から弾き飛ばされて無駄に捨てられる。高性能なポリマ溶液は高価であり、その高価なポリマ溶液を用いてポリマ導波路型光回路を製造すると、ポリマ導波路型光回路が非常に高価になる。
【０００７】
（２）ポリマ溶液を基板全面に均一に塗布しなければならない。そのためには高速回転での塗布技術が必須である。また、基板全面に塗布するには、大量のポリマ溶液を必要とする。そのポリマ溶液の大半を前述のように無駄にするので、ポリマ導波路型光回路が非常に高価になる。
【０００８】
（３）ポリマ層の層厚が数十μｍのマルチモード導波路を実現しようとすると、ポリマ溶液の粘性を高くしなければならない。これは、ポリマ溶液の塗布厚の均一性を悪くする。また、粘性を高くしていくとポリマ溶液の濾過が難しくなり、一様にポリマの溶解した、不純物の少ないポリマ溶液を大量生産することは難しい。また、粘性の低いポリマで層厚を厚くしようと、多数回の塗布を繰り返すようにすると、ますます大量のポリマ溶液が必要になってポリマ導波路型光回路の価格がさらに高くなると共に、層厚の均一性が悪くなったり、層間が不均一になったりする。
【０００９】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、ポリマ溶液の回転塗布を要しないポリマ導波路型光回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】
【００１０】
上記目的を達成するために本発明のポリマ導波路型光回路は、基板上に低屈折率ｎｂの下部低屈折率層を有し、その下部低屈折率層に所定幅、所定深さの溝を有し、該溝内にフォトブリーチング用ポリマ材料が充填されてなるポリマ層を有し、該ポリマ層の幅方向中央の領域は高屈折率ｎｈであり、該幅方向中央の領域の両側の領域は紫外線照射により屈折率が低屈折率ｎｓに低下され、該ポリマ層及び上記下部低屈折率層の全面上に低屈折率ｎｂの上部低屈折率層を有するものである。
【００１１】
上記基板がガラス又はプラスチックであってもよい。
【００１２】
また、本発明のポリマ導波路型光回路の製造方法は、基板上に低屈折率ｎｂの下部低屈折率層を形成する工程と、その下部低屈折率層に所定幅、所定深さの溝を形成する工程と、該溝内に高屈折率ｎｈのフォトブリーチング用ポリマ溶液を充填して加熱することによりポリマ層を形成する工程と、該ポリマ層及び上記下部低屈折率層上に該ポリマ層の幅方向中央の領域を覆う領域が不透過領域、該幅方向中央の領域の両側の領域を覆う領域が透過領域であるフォトマスクを置いて該フォトマスク上から紫外線を照射することにより、上記幅方向中央の領域の両側の領域の屈折率を低屈折率ｎｓに低下させる工程と、該ポリマ層及び上記下部低屈折率層の全面上に低屈折率ｎｂの上部低屈折率層を形成する工程とを有するものである。
【００１３】
また、本発明のポリマ導波路型光回路の製造方法は、基板上に低屈折率ｎｂの下部低屈折率層を形成する工程と、その下部低屈折率層に所定幅、所定深さの溝を形成する工程と、該溝内に高屈折率ｎｈのフォトブリーチング用ポリマ溶液を充填して加熱することによりポリマ層を形成する工程と、該ポリマ層及び上記下部低屈折率層の全面上に低屈折率ｎｂの上部低屈折率層を形成する工程と、該上部低屈折率層上に上記ポリマ層の幅方向中央の領域を覆う領域が不透過領域、該幅方向中央の領域の両側の領域を覆う領域が透過領域であるフォトマスクを置いて該フォトマスク上から紫外線を照射することにより、上記幅方向中央の領域の両側の領域の屈折率を低屈折率ｎｓに低下させる工程とを有するものである。
【００１４】
上記基板にガラス又はプラスチックを用いてもよい。
【００１５】
上記溝は、レーザビームをガルバノミラーでスキャンすることにより、所望の光回路パターンに形成してもよい。
【００１６】
フォトリソグラフィ工程とドライエッチング工程とを経ることにより、所望の光回路パターンに形成してもよい。
【００１７】
上記上部低屈折率層は、あらかじめ紫外線が照射されて屈折率が低下されたフォトブリーチング用ポリマ材料を塗布して加熱することにより形成してもよい。
【００１８】
上記溝内へのフォトブリーチング用ポリマ溶液は、ノズルから吐出させて上記溝に充填してもよい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明は次の如き優れた効果を発揮する。
【００２０】
（１）ポリマ溶液の回転塗布を要しないので、無駄が節約できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００２２】
図１に示されるように、本発明に係るポリマ導波路型光回路は、基板１上に低屈折率ｎｂの下部低屈折率層２を有し、その下部低屈折率層２に所定幅、所定深さの溝３を有し、該溝３内にフォトブリーチング用ポリマ材料が充填されてなるポリマ層４を有し、該ポリマ層４の幅方向中央の領域５は高屈折率ｎｈであり、該幅方向中央の領域の両側の領域６は紫外線照射により屈折率が低屈折率ｎｓに低下され、該ポリマ層４及び上記下部低屈折率層２の全面上に低屈折率ｎｂの上部低屈折率層７を有するものである。
【００２３】
基板１には、ガラス又はプラスチック（ポリカーボネート、エポキシなどの樹脂）を用いてもよい。また、基板１には、Ｓｉ，ＧａＡｓなどの半導体、セラミックス、強誘電体などの不透明な基板を用いても良い。ここではガラスを用いている。ガラス基板としては、多成分系ガラス基板、石英系ガラス基板（石英ガラス、バイコールガラスなど）がある。
【００２４】
溝３は、下部低屈折率層２の表面に上からレーザビームをガルバノミラーでスキャンすることにより、上から見た溝３の引き回し形状が所望の光回路パターンとなるように形成したものである。あるいは、フォトリソグラフィ工程とドライエッチング工程とを経ることにより、上から見た溝３の引き回し形状を所望の光回路パターンに形成してもよい。
【００２５】
ポリマ層４の幅方向中央の領域５は高屈折率ｎｈである。これは、充填されたフォトブリーチング用ポリマ材料が高屈折率ｎｈであって、紫外線が照射されなかったことによる。この領域がコア層５となる。幅方向中央の領域の両側の領域６は、充填されたフォトブリーチング用ポリマ材料が紫外線照射により屈折率が高屈折率ｎｈから低屈折率ｎｓに低下されたものである。この両側の領域６が側面クラッド層６となる。紫外線は、例えば波長３３０ｎｍに強度のピークを有する。
【００２６】
溝３の幅Ｗｍ＝ポリマ層４の幅Ｗｍは、光回路パターンのコアに必要な幅Ｗ＝コア層５の幅Ｗよりも広い。よって、コア層５の両側に側面クラッド層６が形成される。コア層５と両側の側面クラッド層６との界面の構造不整が少ないので、光散乱損失が低いのはもちろんである。
【００２７】
図２に示したポリマ導波路型光回路は、溝２１が図１の溝３より深く形成され、その溝２１の深さの半分程度を埋めるようにフォトブリーチング用ポリマ材料が充填されることでポリマ層４が形成されている。これに伴い、低屈折率ｎｂの上部低屈折率層２２は、一部が溝３に入り込んでポリマ層４を覆っている。他の部材は図１で説明したのと同じである。
【００２８】
図３に示したポリマ導波路型光回路は、基板３１にプラスチックが用いられ、かつ、下部低屈折率層３２にも基板３１と同じプラスチックが用いられ、下部低屈折率層３２と基板３１は同材料からなる一体のものである。これを低屈折率ｎｂの基板３３と呼ぶ。また、上部低屈折率層３４は、あらかじめポリシランのフォトブリーチング用ポリマ溶液に紫外線を３０００ｍＪ照射して屈折率を低下させた溶液を塗布、加熱して得たポリマ層３４である。他の部材は図１で説明したのと同じである。
【００２９】
ポリマ導波路型光回路の第１の製造方法は、図４のフローチャートに示されるように、低屈折率ｎｂの基板３３（図３）上面に所定幅、所定深さの溝３を形成して所望の光回路パターンを描く工程Ｓ４１と、該溝３内に高屈折率ｎｈのフォトブリーチング用ポリマ溶液を充填して加熱することによりポリマ層４を形成する工程Ｓ４２と、該ポリマ層４及び上記下部低屈折率層２上に該ポリマ層４の幅方向中央の領域５を覆う領域が不透過領域、該幅方向中央の領域５の両側の領域６を覆う領域が透過領域であるフォトマスクを置いて該フォトマスク上から紫外線を照射することにより、上記幅方向中央の領域５は高屈折率ｎｈを維持させ、上記幅方向中央の領域５の両側の領域６の屈折率を低屈折率ｎｓに低下させる工程Ｓ４３と、該ポリマ層４及び上記下部低屈折率層２の全面上に低屈折率ｎｂの上部低屈折率層７を形成する工程Ｓ４４とを有する。
【００３０】
ポリマ導波路型光回路の第２の製造方法は、図５のフローチャートに示されるように、低屈折率ｎｂの基板３３上面に所定幅、所定深さの溝３を形成する工程Ｓ５１と、該溝３内に高屈折率ｎｈのフォトブリーチング用ポリマ溶液を充填して加熱することによりポリマ層４を形成する工程Ｓ５２と、該ポリマ層４及び上記下部低屈折率層２の全面上に低屈折率ｎｂの上部低屈折率層７を形成する工程Ｓ５３と、該上部低屈折率層７上に上記ポリマ層４の幅方向中央の領域５を覆う領域が不透過領域、該幅方向中央の領域５の両側の領域６を覆う領域が透過領域であるフォトマスクを置いて該フォトマスク上から紫外線を照射することにより、上記幅方向中央の領域５は高屈折率ｎｈを維持させ、幅方向中央の領域５の両側の領域６の屈折率を低屈折率ｎｓに低下させる工程Ｓ５４とを有する。
【００３１】
ポリマ導波路型光回路の第３の製造方法は、図６のフローチャートに示されるように、低屈折率ｎｂの基板３３上面に所定幅、所定深さの溝３を形成する工程のために、ＣＯ2レーザビームを用いる。このＣＯ2レーザビームをガルバノミラーでスキャンすることにより、上から見て溝３が所望の光回路パターンとなるようにする工程Ｓ６１を有する。他の工程は図４の方法と同じである。
【００３２】
ポリマ導波路型光回路の第４の製造方法は、図７のフローチャートに示されるように、低屈折率ｎｂの基板３３上面に所定幅、所定深さの溝３を形成する工程のために、フォトリソグラフィ工程とドライエッチング工程とを行う工程Ｓ７１を有する。他の工程は図４の方法と同じである。
【００３３】
なお、図４〜図７に示した製造方法は、基板３３自体が低屈折率ｎｂの層となっている図３の場合に適応されるが、図１、図２に示すように基板１の上に下部低屈折率層２を形成する場合においても、その下部低屈折率層２の形成工程を行った後、図４〜図７に示した工程を行うことで、本発明は実現される。
【００３４】
フォトブリーチング用ポリマ材料（溶液）には、ポリシラン、ポリシランにシリコーンを添加した材料などを用いる。ポリシランを用いてポリマ層４を形成する場合、２５０℃で加熱処理すると、そのポリマ層４の波長６３３ｎｍにおける屈折率ｎｈは１．６１０となり、３００℃で加熱処理すると、波長６３３ｎｍにおける屈折率ｎｈは１．５８２となり、３６０℃で加熱処理すると、波長６３３ｎｍにおける屈折率ｎｈは１．５６７となる。
【００３５】
ポリマ層内両側の領域６に紫外線を照射すると、２５０℃で加熱処理したポリマ層４の場合、波長６３３ｎｍにおける屈折率ｎｓは１．５３７となり、３００℃で加熱処理したポリマ層４の場合、波長６３３ｎｍにおける屈折率ｎｓは１．５３６となり、３６０℃で加熱処理したポリマ層４の場合、波長６３３ｎｍにおける屈折率ｎｓは１．５５０となる。すなわち、幅方向中央の領域（コア層）５とその両側の領域（側面クラッド層）６との比屈折率差Δは、約４．５％から１％程度となる。コア層５とガラス基板１との比屈折率差Δは、約９．４％から６．９６％程度となる。
【００３６】
上部低屈折率層７に用いる材料は、シリコーン、あらかじめ紫外線を照射して屈折率を低下させたポリシラン等のポリマ材料、ＳｉＯ2、ＳｉＯ2に屈折率制御用添加剤Ｆ，Ｂ，Ｐ，Ｇｅなどを添加した無機材料などがよい。
【００３７】
ポリマ層４を形成する方法としては、ポリシラン等のフォトブリーチング用ポリマ材料がキシレン等の有機溶媒に溶けたポリマ溶液をノズルから吐出させて溝３に充填するとよい。
【００３８】
本発明によれば、フォトブリーチング用ポリマ材料は溝３に充填するだけであり、それにはポリマ溶液を溝３に流し込めばよいので、従来のようなポリマ溶液の回転塗布が不要となり、ポリマ溶液の無駄が節約でき、従来の課題（１）〜（３）が解決される。
【００３９】
このほかにも、本発明によれば、必要とする工程が従来より簡素化・時間短縮され、簡単に短時間でポリマ導波路型光回路を製造することができる。
【００４０】
また、溝３の幅Ｗｍをマルチモード導波路用の光伝送層の幅Ｗｍｍより広くしておくと、フォトマスクの不透過領域の幅をマルチモード導波路用の光伝送層の幅Ｗｍｍにすることで、ポリマ層４の幅方向中央の領域５をマルチモード導波路用の光伝送層の幅Ｗｍｍに正確に制御することができる。シングルモード導波路を実現する場合には、フォトマスクの不透過領域の幅をシングルモード導波路用の光伝送層の幅Ｗｓにすることで、ポリマ層４の幅方向中央の領域５をシングルモード導波路用の光伝送層の幅Ｗｓに正確に制御することができる。
【００４１】
溝３をレーザ加工する場合、溝３の長さ方向に１０００ｍｍ／ｓから２００ｍｍ／ｓの超高速で溝３を形成することができる。しかも、溝３の形状は滑らかとなり、パーソナルコンピュータで設計した光回路パターンに忠実な光回路パターンを得ることができるので、低損失なポリマ導波路型光回路を製造することができる。
【００４２】
溝３をフォトリソグラフィ工程とドライエッチング工程で形成する場合、より高寸法精度で構造不整の小さい溝を形成することができるので、より低損失なポリマ導波路型光回路を製造することができる。
【００４３】
低屈折率ｎｂの基板３３としてガラス、プラスチックを用いれば、溝３をレーザ加工により所望の光回路パターンに形成することが容易である。フォトリソグラフィ工程とドライエッチング工程を経ても溝３を容易に高寸法精度に形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の一実施形態を示すポリマ導波路型光回路の断面図である。
【図２】本発明の一実施形態を示すポリマ導波路型光回路の断面図である。
【図３】本発明の一実施形態を示すポリマ導波路型光回路の断面図である。
【図４】本発明の第１の製造方法を示すフローチャートである。
【図５】本発明の第２の製造方法を示すフローチャートである。
【図６】本発明の第３の製造方法を示すフローチャートである。
【図７】本発明の第４の製造方法を示すフローチャートである。
【図８】従来のポリマ導波路型光回路の断面図である。
【図９】（ａ）〜（ｃ）は従来のポリマ導波路型光回路の製造方法を示す断面図である。
【符号の説明】
【００４５】
１  基板
２  下部低屈折率層
３  溝
４  ポリマ層
５  幅方向中央の領域（コア層）
６  両側の領域（側面クラッド層）
７  上部低屈折率層
【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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