JPH08136754A - Production of optical waveguide - Google Patents
Production of optical waveguideInfo
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- JPH08136754A JPH08136754A JP26986294A JP26986294A JPH08136754A JP H08136754 A JPH08136754 A JP H08136754A JP 26986294 A JP26986294 A JP 26986294A JP 26986294 A JP26986294 A JP 26986294A JP H08136754 A JPH08136754 A JP H08136754A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、火炎堆積法を用いた光
導波路の作製方法に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of manufacturing an optical waveguide using a flame deposition method.
【0002】[0002]
【従来の技術】火炎堆積法を用いた従来の光導波路の作
製方法は、特開昭58−105111に記載されてい
る。この方法では、まず、火炎バーナから供給されるS
iCl4、BBr3 およびPOCl3 によってシリコン
基板上に下部クラッド層となるべき多孔質のガラス微粒
子層(SiO2 +B2 O3 +P2 O5 )を堆積する。次
に、バーナから供給されるSiCl4 、GeCl4 、B
Cl3 およびPOCl3 によって、下部クラッド層上に
コアとなる多孔質のガラス微粒子層(SiO2 +GeO
2 +B2 O3 +P2 O5 )を堆積する。続いて、これら
二つのガラス微粒子層を焼結してから徐冷して透明ガラ
ス化する。次に、このようにして形成したコアに適当な
パターニング加工を施して、所望の光導波路パターンを
形成する。この後、コアの上に上部クラッド層となるガ
ラス微粒子層を下部クラッド層と同様にして堆積し、そ
の後、ガラス微粒子層を焼結して上部クラッド層を形成
する。このようにして、基板上にコアとクラッド層とか
らなるガラス導波層が形成され、光導波路が完成する。2. Description of the Related Art A conventional method for manufacturing an optical waveguide using a flame deposition method is described in JP-A-58-105111. In this method, first, S supplied from the flame burner
A porous glass fine particle layer (SiO 2 + B 2 O 3 + P 2 O 5 ) to be a lower cladding layer is deposited on a silicon substrate with iCl 4 , BBr 3 and POCl 3 . Next, SiCl 4 , GeCl 4 , B supplied from the burner
By Cl 3 and POCl 3 , a porous glass fine particle layer (SiO 2 + GeO 2 ) serving as a core is formed on the lower cladding layer.
2 + B 2 O 3 + P 2 O 5 ) is deposited. Subsequently, these two glass fine particle layers are sintered and then gradually cooled to obtain transparent vitrification. Next, the core thus formed is subjected to an appropriate patterning process to form a desired optical waveguide pattern. Then, a glass fine particle layer to be an upper clad layer is deposited on the core in the same manner as the lower clad layer, and then the glass fine particle layer is sintered to form an upper clad layer. In this way, the glass waveguide layer including the core and the clad layer is formed on the substrate, and the optical waveguide is completed.
【0003】[0003]
【発明が解決しようとする課題】従来の作製方法では、
上記の石英系ガラスとシリコンのようにガラス導波層と
基板とで熱膨脹係数が異なる場合、ガラス微粒子層の透
明ガラス化の際にガラス層の内部(主として上部クラッ
ド層)に不均一な応力が発生する。これにより、ガラス
層の内部で屈折率が不均一となる結果、TEモードおよ
びTMモードの伝送特性に影響を与えて偏波特性が劣化
するという問題が生じている。また、応力の発生によっ
て光導波路に変形が生じるため、この光導波路に光コネ
クタ等を用いて光ファイバを接続する場合、光導波路の
コアと光ファイバのコアとの間に位置ずれが生じやす
く、接続損失が大きくなりやすい。According to the conventional manufacturing method,
When the glass waveguide layer and the substrate have different coefficients of thermal expansion like the above-mentioned quartz glass and silicon, non-uniform stress is generated inside the glass layer (mainly the upper clad layer) when the glass fine particle layer is made into transparent glass. appear. As a result, the refractive index becomes non-uniform inside the glass layer, resulting in a problem that the transmission characteristics of the TE mode and the TM mode are affected and the polarization characteristics are deteriorated. Further, since the optical waveguide is deformed due to the generation of stress, when an optical fiber is connected to this optical waveguide by using an optical connector or the like, a positional deviation easily occurs between the core of the optical waveguide and the core of the optical fiber, Connection loss tends to increase.
【0004】本発明は、上記の問題点を解決するために
なされたもので、ガラス導波層の内部に生ずる応力を低
減して、変形が少なく偏波特性に優れた光導波路を作製
することを目的とする。The present invention has been made in order to solve the above problems, and reduces the stress generated inside the glass waveguide layer to produce an optical waveguide with less deformation and excellent polarization characteristics. The purpose is to
【0005】[0005]
【課題を解決するための手段】上記の問題点を解決する
ために、本発明の光導波路の作製方法は、基板上に形成
された下部クラッド層と、この下部クラッド層の上に形
成されたコアとを有する光導波路基体を用意する第1の
工程と、この光導波路基体の上に火炎中で生成したガラ
ス微粒子をドーパントを添加しながら吹き付けて上部ク
ラッド層となるガラス微粒子層を形成する第2の工程
と、ガラス微粒子層に熱処理を施すことにより、このガ
ラス微粒子層を透明ガラス化して上部クラッド層を形成
する第3の工程とを備え、上部クラッド層の内部応力が
1.5×107 N・m-2以下となるような濃度のドーパ
ントを第2の工程において添加することを特徴としてい
る。In order to solve the above problems, an optical waveguide manufacturing method according to the present invention comprises a lower clad layer formed on a substrate and a lower clad layer formed on the lower clad layer. A first step of preparing an optical waveguide substrate having a core; and a step of spraying glass fine particles produced in a flame onto the optical waveguide substrate while adding a dopant to form a glass fine particle layer to be an upper clad layer. The second step and the third step of subjecting the glass fine particle layer to transparent vitrification to form the upper clad layer by heat-treating the glass fine particle layer, and the internal stress of the upper clad layer is 1.5 × 10 5. It is characterized in that a dopant having a concentration of 7 N · m −2 or less is added in the second step.
【0006】第1の工程は、火炎中で生成したガラス微
粒子を基板に吹き付けて下部クラッド層となるガラス微
粒子層を形成し、次いで、このガラス微粒子層の上に火
炎中で生成したガラス微粒子を吹き付けてコアとなるガ
ラス微粒子層を形成し、この後、これらのガラス微粒子
層に熱処理を施することによりこれらのガラス微粒子層
を透明ガラス化して、下部クラッド層およびコアを形成
し、続いて、このコアにパターニング加工を施し、所定
の光導波路パターンを形成することにより光導波路基体
を作製する工程であっても良い。また、第1の工程は、
下部クラッド層となるガラス微粒子層に熱処理を施して
透明ガラス化してから、コアとなるガラス微粒子層を形
成し、これに熱処理を施して透明ガラス化することによ
り、光導波路基体を作製する工程であっても良い。In the first step, glass fine particles produced in a flame are sprayed onto a substrate to form a glass fine particle layer to be a lower clad layer, and then glass fine particles produced in a flame are formed on the glass fine particle layer. To form a glass fine particle layer to be a core by spraying, after that, these glass fine particle layer is subjected to a heat treatment to transparentize the glass fine particle layer to form a lower clad layer and a core, and subsequently, It may be a step of producing an optical waveguide substrate by subjecting this core to a patterning process to form a predetermined optical waveguide pattern. In addition, the first step is
In the process of producing the optical waveguide substrate, the glass fine particle layer to be the lower clad layer is heat-treated to be transparent vitrified, the glass fine particle layer to be the core is formed, and then heat-treated to be transparent vitrified. It may be.
【0007】さらに、基板をシリコンウェーハとし、ガ
ラス微粒子として石英系のガラス微粒子を吹き付け、ド
ーパントとしてB2 O3 、P2 O5 、TiO2 、GeO
2 およびFのうち少なくとも一つ以上を添加しても良
い。例えば、ドーパントとして7.5〜14.5wt%
のB2 O3 および2.0〜11.0wt%のP2 O5 を
添加すると良い。Further, a silicon wafer is used as a substrate, quartz glass particles are sprayed as glass particles, and B 2 O 3 , P 2 O 5 , TiO 2 and GeO are used as dopants.
At least one or more of 2 and F may be added. For example, 7.5 to 14.5 wt% as a dopant
B 2 O 3 and 2.0 to 11.0 wt% P 2 O 5 are preferably added.
【0008】[0008]
【作用】光導波路の作製方法においてクラッド層に添加
されるドーパントは、ガラスの熱膨張係数を変化させる
作用を有している。本発明の光導波路の作製方法はこれ
を利用して、上部クラッド層に添加するドーパントの濃
度を基板材料と基板上に形成するガラスの種類に応じて
制御することにより、上部クラッド層が基板と十分に近
い熱膨張係数を有するようにする。これによって、上部
クラッド層の内部応力は1.5×107 N・m-2以下と
十分に低くなる。したがって、本発明の方法により作製
される光導波路は変形が少なく、良好な偏波特性を示
す。The dopant added to the clad layer in the method of manufacturing the optical waveguide has a function of changing the thermal expansion coefficient of the glass. The method for producing an optical waveguide of the present invention utilizes this, by controlling the concentration of the dopant added to the upper clad layer according to the substrate material and the type of glass formed on the substrate, the upper clad layer is It should have a coefficient of thermal expansion close enough. As a result, the internal stress of the upper clad layer is sufficiently low at 1.5 × 10 7 N · m −2 or less. Therefore, the optical waveguide manufactured by the method of the present invention is little deformed and exhibits good polarization characteristics.
【0009】基板をシリコンウェーハとし、ガラス微粒
子層として石英系のガラス微粒子層を形成した場合に
は、ドーパントとして7.5〜14.5wt%のB2 O
3 および2.0〜11.0wt%のP2 O5 を添加する
と、上部クラッド層の内部応力は1.5×107 N・m
-2以下となる。これにより、変形が少なく、良好な偏波
特性を示す光導波路が作製される。When a silicon wafer is used as the substrate and a quartz glass fine particle layer is formed as the glass fine particle layer, 7.5 to 14.5 wt% of B 2 O is used as a dopant.
When 3 and 2.0 to 11.0 wt% of P 2 O 5 are added, the internal stress of the upper clad layer is 1.5 × 10 7 N · m.
-2 or less. As a result, an optical waveguide having a small amount of deformation and exhibiting good polarization characteristics is manufactured.
【0010】[0010]
【実施例】以下、添付図面を参照しながら本発明の実施
例を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の
要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。Embodiments of the present invention will now be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the description of the drawings, the same elements will be denoted by the same reference symbols, without redundant description.
【0011】図1〜図7は、本実施例の光導波路の作製
方法を示す工程図である。本実施例では、直径3イン
チ、厚さ0.5mmのシリコンウェーハを基板として用
意し、このウェーハ上に火炎堆積法を用いて石英系ガラ
スからなるコアおよびクラッド層を形成する。1 to 7 are process diagrams showing a method of manufacturing the optical waveguide of this embodiment. In this embodiment, a silicon wafer having a diameter of 3 inches and a thickness of 0.5 mm is prepared as a substrate, and a core and a clad layer made of silica glass are formed on the wafer by the flame deposition method.
【0012】まず、図1のように、シリコンウェーハ1
上に下部クラッド層となる第1のガラス微粒子層10を
形成する。これは、酸水素炎バーナ50を用い、酸水素
炎中にガラス微粒子10の原料となるSiCl4 等の原
料ガスを燃料(O2 、H2 )とともに送り込みながら、
火炎中で生成される石英系ガラスの微粒子をシリコンウ
エーハ1に直接吹き付けることにより行う(図1)。こ
のとき、バーナ50は、シリコンウエーハ1上を反復移
動させる。次に、同様の方法により、第1のガラス微粒
子層10上にコアとなる第2のガラス微粒子層20を形
成する(図2)。First, as shown in FIG. 1, a silicon wafer 1
A first glass fine particle layer 10 serving as a lower clad layer is formed thereon. Using an oxyhydrogen flame burner 50, while feeding a raw material gas such as SiCl 4 which is a raw material of the glass fine particles 10 into the oxyhydrogen flame together with a fuel (O 2 , H 2 ),
It is carried out by directly spraying fine particles of quartz glass generated in a flame onto the silicon wafer 1 (FIG. 1). At this time, the burner 50 repeatedly moves on the silicon wafer 1. Next, the second glass fine particle layer 20 serving as a core is formed on the first glass fine particle layer 10 by the same method (FIG. 2).
【0013】第1のガラス微粒子層10を形成するとき
には、ドーパント原料たるBCl3およびPOCl3 の
ガスをガラス原料のSiCl4 とともに酸水素炎中に送
り込む。第2のガラス微粒子層20を形成するときは、
BCl3 およびPOCl3 に加えて、コアの屈折率を高
めるドーパントの原料ガスとしてGeCl4 を送り込
む。When forming the first glass fine particle layer 10, the gases of BCl 3 and POCl 3 which are dopant raw materials are sent into the oxyhydrogen flame together with SiCl 4 which is a glass raw material. When forming the second glass fine particle layer 20,
In addition to BCl 3 and POCl 3 , GeCl 4 is fed as a raw material gas for a dopant for increasing the refractive index of the core.
【0014】次に、ガラス微粒子層10および20が形
成されたシリコンウエーハ1を焼結炉中で加熱した後、
徐冷して、ガラス微粒子層10および20を透明ガラス
化する。これにより、シリコンウエーハ1上に下部クラ
ッド層11(SiO2 +B2O3 +P2 O5 )およびコ
ア層21(SiO2 +GeO2 +B2 O3 +P2 O5)
が形成される(図3)。Next, after heating the silicon wafer 1 on which the glass fine particle layers 10 and 20 are formed in a sintering furnace,
The glass fine particle layers 10 and 20 are gradually cooled to be transparent vitrified. As a result, the lower clad layer 11 (SiO 2 + B 2 O 3 + P 2 O 5 ) and the core layer 21 (SiO 2 + GeO 2 + B 2 O 3 + P 2 O 5 ) are formed on the silicon wafer 1.
Are formed (FIG. 3).
【0015】次いで、コア層21にパターニング加工を
施すべく、コア層21の上面にフォトリソグラフィ技術
を用いて所定の光導波路パターンを有するフォトレジス
ト60を形成する(図4)。この後、コア層21に対し
て反応性イオンエッチングを施し、順次に設けられたY
分岐部によって1本から8本の導波路に分岐する1×8
分岐のコア22を形成する(図5)。Next, in order to pattern the core layer 21, a photoresist 60 having a predetermined optical waveguide pattern is formed on the upper surface of the core layer 21 by using a photolithography technique (FIG. 4). After that, the core layer 21 is subjected to reactive ion etching to sequentially provide Y.
1 x 8 branches into 1 to 8 waveguides by branching
The branch core 22 is formed (FIG. 5).
【0016】次に、上記のようにして作製された光導波
路基体の上に上部クラッド層となる第3のガラス微粒子
層30を形成する。これは、第1のガラス微粒子層10
と同様に、酸水素炎中にドーパント原料たるBCl3 お
よびPOCl3 のガスをSiCl4 とともに送り込みな
がら、火炎中で生成されるガラス微粒子をコア22およ
び下部クラッド層11の上面に吹き付けることにより行
う(図6)。Next, a third glass fine particle layer 30 serving as an upper clad layer is formed on the optical waveguide substrate manufactured as described above. This is the first glass fine particle layer 10
Similarly to the above, the gas of BCl 3 and POCl 3 as the dopant raw materials is fed into the oxyhydrogen flame together with SiCl 4 , and the glass fine particles generated in the flame are blown onto the upper surfaces of the core 22 and the lower cladding layer 11 ( (Figure 6).
【0017】この後、このガラス微粒子層30を焼結炉
中で加熱してから徐冷して透明ガラス化を行い、ドーパ
ントの添加された上部クラッド層31(SiO2 +B2
O3+P2 O5 )を形成する。この上部クラッド層31
は、下部クラッド層11と組み合わさって一つのクラッ
ドを構成しており、このクラッドはコア22を包囲して
いる(図7)。After that, the glass fine particle layer 30 is heated in a sintering furnace and then gradually cooled to form a transparent glass, and the upper clad layer 31 (SiO 2 + B 2) to which a dopant is added is formed.
O 3 + P 2 O 5 ) is formed. This upper clad layer 31
Combine with the lower cladding layer 11 to form one cladding, which surrounds the core 22 (FIG. 7).
【0018】上記の方法において、各ガラス微粒子層の
形成は、図8に示されるような反応容器40内で行う。
この反応容器40の内部には、回転自在のターンテーブ
ル41(直径600mm)が設けられており、このター
ンテーブル41上にバーナ50からのガラス微粒子を堆
積すべき複数のシリコンウェーハ1を載置する。ターン
テーブル41の下にはヒーター42が設けられており、
ターンテーブル41上に載置されたシリコンウェーハ1
を一様に加熱する。シリコンウェーハ1上に堆積されな
かったガラス微粒子や排気ガスは排気管43に吸引さ
れ、図示しない排気処理装置に排出される。In the above method, each glass fine particle layer is formed in the reaction vessel 40 as shown in FIG.
A rotatable turntable 41 (diameter 600 mm) is provided inside the reaction container 40, and a plurality of silicon wafers 1 on which glass particles from the burner 50 are to be deposited are placed on the turntable 41. . A heater 42 is provided under the turntable 41,
Silicon wafer 1 placed on turntable 41
Heat evenly. The glass particles and the exhaust gas not deposited on the silicon wafer 1 are sucked into the exhaust pipe 43 and discharged to an exhaust treatment device (not shown).
【0019】原料ガスと燃料を供給しながらバーナ50
をターンテーブル41の半径方向に沿って反復移動させ
てガラス微粒子を吹き付けることより、シリコンウェー
ハ1上にガラス微粒子層を一様に形成することができ
る。本実施例では、この方法により、第1〜第3のガラ
ス微粒子層を生成する。Burner 50 while supplying the raw material gas and fuel
Is repeatedly moved along the radial direction of the turntable 41 and the glass particles are sprayed, whereby a glass particle layer can be uniformly formed on the silicon wafer 1. In this example, the first to third glass fine particle layers are produced by this method.
【0020】下部クラッド層11の層厚は40μm、上
部クラッド層31の層厚は40μmとし、コア22は8
×8μmの断面を有するように形成する。これにより、
シリコンウェーハ1上に約80μmの層厚を有するガラ
ス導波層が形成される。また、光導波路の比屈折率差
が、0.3%になるようにコアやクラッド層のドーパン
ト濃度を設定する。The lower clad layer 11 has a layer thickness of 40 μm, the upper clad layer 31 has a layer thickness of 40 μm, and the core 22 has a thickness of 8 μm.
It is formed so as to have a cross section of × 8 μm. This allows
A glass waveguide layer having a layer thickness of about 80 μm is formed on the silicon wafer 1. Further, the dopant concentration of the core and the clad layer is set so that the relative refractive index difference of the optical waveguide becomes 0.3%.
【0021】本実施例の方法では、上部クラッド層31
に添加するドーパントの濃度を適切な数値に制御するこ
とにより、上部クラッド層31の熱膨脹係数をシリコン
ウェーハ1のそれに近付けている。以下、従来の方法と
比較しつつ、このことを説明する。In the method of this embodiment, the upper cladding layer 31
The coefficient of thermal expansion of the upper cladding layer 31 is made close to that of the silicon wafer 1 by controlling the concentration of the dopant added to the above to an appropriate value. This will be described below in comparison with the conventional method.
【0022】従来の光導波路の作製方法では、ガラス微
粒子層を焼結炉中で加熱した後、徐冷する際に、基板材
料であるシリコンの方が導波層を構成する石英系ガラス
よりも熱膨張係数が大きいことから、シリコンウェーハ
1が強く収縮する。これにより、ガラス導波層の内部に
は、導波層の積層面に沿って応力が発生する。下部クラ
ッド層とコアを形成してから上部クラッド層を形成する
方法では、この応力は主として上部クラッド層31に発
生し、その大きさは導波層の表面に近いほど大きい。In the conventional method for producing an optical waveguide, when the glass fine particle layer is heated in a sintering furnace and then gradually cooled, silicon as a substrate material is more preferable than silica-based glass constituting the waveguide layer. Since the coefficient of thermal expansion is large, the silicon wafer 1 contracts strongly. As a result, stress is generated inside the glass waveguide layer along the laminated surface of the waveguide layer. In the method of forming the lower clad layer and the core and then forming the upper clad layer, this stress is mainly generated in the upper clad layer 31, and the magnitude thereof increases as it approaches the surface of the waveguide layer.
【0023】一般に、ガラス内部に応力が発生すると、
光弾性効果により応力発生部の屈折率が増加する。ガラ
ス導波層内部の応力の大きさは導波層の表面に近いほど
大きいので、上部クラッド層31の屈折率増加量も導波
層の表面に近いほど大きくなる。これにより、コア22
と上部クラッド層31との屈折率差が低くなるので、光
の閉じ込め作用が弱まり、放射損失が増加する。Generally, when stress is generated inside the glass,
The photoelastic effect increases the refractive index of the stress generating portion. Since the magnitude of the stress inside the glass waveguide layer is larger as it is closer to the surface of the waveguide layer, the increase amount of the refractive index of the upper cladding layer 31 is also larger as it is closer to the surface of the waveguide layer. As a result, the core 22
Since the difference in refractive index between the upper clad layer 31 and the upper clad layer 31 is reduced, the effect of confining light is weakened and the radiation loss is increased.
【0024】上記のように上部クラッド層31では層厚
方向に沿って屈折率増加量が変化しているので、導波モ
ードであるTEモードとTMモードとでは屈折率変化の
影響が異なり、その結果、TEモードとTMモードとで
放射損失の増加量が異なることになる。このため、両モ
ード間の伝送損失の差、すなわち、偏波特性が大きくな
る。偏波方向によって伝送特性が異なると通信上好まし
くないので、偏波方向に応じた伝送特性の差が増大した
ことは、偏波特性が劣化したと言い換えることもでき
る。As described above, in the upper clad layer 31, the amount of increase in the refractive index changes along the layer thickness direction, so that the TE mode and the TM mode, which are waveguide modes, have different effects of the change in the refractive index. As a result, the amount of increase in radiation loss differs between the TE mode and the TM mode. Therefore, the difference in transmission loss between the two modes, that is, the polarization characteristic becomes large. If the transmission characteristics differ depending on the polarization direction, it is not preferable for communication. Therefore, an increase in the transmission characteristics difference depending on the polarization direction can be translated into deterioration of the polarization characteristics.
【0025】これに対し、本実施例の作製方法では、上
部クラッド層31に添加するB2 O3 およびP2 O5 の
濃度を制御して上部クラッド層31とシリコンウェーハ
1の熱膨脹係数の差を低減することにより、上部クラッ
ド層31の徐冷の際に発生する応力を低減している。す
なわち、石英系ガラスに添加されるドーパントは石英系
ガラスの熱膨脹係数を変化させる作用を有しており、適
当な濃度のドーパントをクラッド層に添加すれば、熱膨
脹係数の差を低減することが可能である。On the other hand, in the manufacturing method of the present embodiment, the difference in thermal expansion coefficient between the upper clad layer 31 and the silicon wafer 1 is controlled by controlling the concentrations of B 2 O 3 and P 2 O 5 added to the upper clad layer 31. Is reduced, the stress generated when the upper cladding layer 31 is gradually cooled is reduced. That is, the dopant added to the silica-based glass has the effect of changing the thermal expansion coefficient of the silica-based glass, and if the dopant of an appropriate concentration is added to the cladding layer, the difference in the thermal expansion coefficient can be reduced. Is.
【0026】図9は、各種のドーパントの添加濃度と石
英系ガラスの熱膨脹係数との関係を示すグラフである。
また、図10は、各種のドーパントの添加濃度と石英系
ガラスの屈折率との関係を示すグラフである。各種のド
ーパントが石英系ガラスの熱膨脹係数と屈折率に与える
影響を考慮して、ドーパント濃度を適切に制御すること
により、所定の比屈折率差(本実施例では、0.3%)
を実現しつつ、基板とガラス層との熱膨脹係数の差を低
減することができる。FIG. 9 is a graph showing the relationship between the concentration of various dopants added and the coefficient of thermal expansion of silica glass.
Further, FIG. 10 is a graph showing the relationship between the addition concentrations of various dopants and the refractive index of silica glass. By considering the influence of various dopants on the thermal expansion coefficient and the refractive index of the silica-based glass, the dopant concentration is appropriately controlled to obtain a predetermined relative refractive index difference (0.3% in this embodiment).
It is possible to reduce the difference in coefficient of thermal expansion between the substrate and the glass layer while realizing the above.
【0027】本発明者らの知見によれば、上部クラッド
層31の内部に発生する応力が1.5×107 N・m-2
以下であれば、得られる光導波路の偏波特性の劣化は十
分に抑えられる。According to the knowledge of the present inventors, the stress generated inside the upper cladding layer 31 is 1.5 × 10 7 N · m −2.
If it is below, deterioration of the polarization characteristics of the obtained optical waveguide can be sufficiently suppressed.
【0028】図11は、上部クラッド層31の内部応力
が1.5×107 N・m-2以下となるB2 O3 およびP
2 O5 の添加濃度範囲を示す図である。この図におい
て、実線で囲まれた領域100が内部応力が1.5×1
07 N・m-2以下となる領域であり、領域100内の点
線110はB2 O3 およびP2 O5 が添加された石英系
ガラスとシリコンの熱膨脹係数が等しいことを示してい
る。FIG. 11 shows that the internal stress of the upper cladding layer 31 is B 2 O 3 and P such that the internal stress is 1.5 × 10 7 N · m −2 or less.
It is a figure which shows the addition concentration range of 2 O 5 . In this figure, the area 100 surrounded by the solid line has an internal stress of 1.5 × 1.
It is a region of 0 7 N · m −2 or less, and the dotted line 110 in the region 100 indicates that the thermal expansion coefficient of the silica glass to which B 2 O 3 and P 2 O 5 are added is equal to that of silicon.
【0029】この図に示されるように、上部クラッド層
31の内部応力を1.5×107 N・m-2以下にするた
めには、上部クラッド層31に添加するB2 O3 の濃度
を約7.5〜約14.5wt%、P2 O5 の濃度を約
2.0〜約11.0wt%とすると良い。なお、このよ
うな数値は、基板の厚さにはほとんど依存しない。As shown in this figure, in order to reduce the internal stress of the upper cladding layer 31 to 1.5 × 10 7 N · m −2 or less, the concentration of B 2 O 3 added to the upper cladding layer 31 is reduced. Is about 7.5 to about 14.5 wt% and the concentration of P 2 O 5 is about 2.0 to about 11.0 wt%. Incidentally, such a numerical value hardly depends on the thickness of the substrate.
【0030】以上の事実に鑑みて、本実施例では、上部
クラッド層31に9.4wt%のB2 O3 および4.1
wt%のP2 O5 を添加している。また、コア22に
は、3.6wt%のB2 O3 、1.2wt%のP
2 O5 、そして比屈折率差を0.3%とするために5.
4wt%のGeO2 を添加している。下部クラッド層1
1には7.6wt%のB2 O3 および3.2wt%のP
2 O5 を添加している。In view of the above facts, in this embodiment, 9.4 wt% of B 2 O 3 and 4.1 was added to the upper cladding layer 31.
wt% P 2 O 5 is added. Further, the core 22 contains 3.6 wt% B 2 O 3 and 1.2 wt% P.
2 O 5 , and 5. to make the relative refractive index difference 0.3%.
4 wt% GeO 2 is added. Lower clad layer 1
1 contains 7.6 wt% B 2 O 3 and 3.2 wt% P.
2 O 5 is added.
【0031】本発明者らは、本実施例の方法により作製
された光導波路の上部クラッド層31に発生した応力の
大きさを測定した。これは、シリコンと石英系ガラスと
の熱膨張係数の差により生じるシリコンウェーハ10の
反り量を測定し、次の式を用いることにより算出するこ
とができる。 σ=(Δδ/r2 )×(ES /3(1−ν))×(dS
2 /dF ) ここで、σ:上部クラッド層の内部応力 Δδ:上部クラッド層形成後の基板反り量−上部クラッ
ド層形成前の基板反り量 ES :シリコンウェーハのヤング率 ν:ポアソン比 dS :ガラス導波層の層厚 dF :シリコンウェーハの厚さ r:シリコンウェーハの半径 本実施例では、シリコンウェーハの反り量Δδは93μ
mであり、これを用いると上部クラッド層31の内部応
力σは1.1×107 N・m-2と求まる。The inventors measured the magnitude of stress generated in the upper cladding layer 31 of the optical waveguide manufactured by the method of this example. This can be calculated by measuring the amount of warpage of the silicon wafer 10 caused by the difference in coefficient of thermal expansion between silicon and quartz glass and using the following formula. σ = (Δδ / r 2) × (E S / 3 (1-ν)) × (d S
2 / d F ) where σ: internal stress of the upper clad layer Δδ: amount of substrate warp after formation of the upper clad layer−substrate warp amount before formation of the upper clad layer E S : Young's modulus of silicon wafer ν: Poisson's ratio d S : Layer thickness of the glass waveguide layer d F : Thickness of the silicon wafer r: Radius of the silicon wafer In this embodiment, the warp amount Δδ of the silicon wafer is 93 μ.
m, and using this, the internal stress σ of the upper cladding layer 31 is found to be 1.1 × 10 7 N · m −2 .
【0032】本実施例により作製された光導波路の上部
クラッド層31における屈折率変動幅を測定したところ
0.05%と十分に小さいものであった。また、1×8
分岐導波路の各光路ごとに偏波特性、すなわちTEモー
ドとTMモードとの間の伝送損失の差を調べたところ、
最大で0.5dB、最小で0.1dBと良好な結果を得
た。このように、本実施例によれば、偏波特性が十分に
低い光導波路を作製することができる。When the fluctuation range of the refractive index in the upper clad layer 31 of the optical waveguide manufactured in this example was measured, it was as small as 0.05%. Also, 1 × 8
When the polarization characteristics, that is, the difference in transmission loss between the TE mode and the TM mode, is examined for each optical path of the branch waveguide,
Good results were obtained with a maximum of 0.5 dB and a minimum of 0.1 dB. Thus, according to this embodiment, it is possible to manufacture an optical waveguide having sufficiently low polarization characteristics.
【0033】また、本実施例の作製方法には、上部クラ
ッド層31に生じていた応力が十分に低くなる結果、作
製される光導波路の変形が少なくなるため、この光導波
路と光コネクタとを接続する際に位置ずれが生じにくく
なり、接続損失が低減されるという利点もある。Further, in the manufacturing method of this embodiment, the stress generated in the upper cladding layer 31 is sufficiently reduced, and as a result, the deformation of the manufactured optical waveguide is reduced. There is also an advantage that positional deviation is less likely to occur during connection, and connection loss is reduced.
【0034】なお、本実施例の方法では、従来の方法に
比べて上部クラッド層31に添加するドーパント(B2
O3 、P2 O5 )の濃度が高いために、シリコンウェー
ハ上に形成されたガラス微粒子層が剥離しやすくなる。
しかし、この点は、図8の装置を用いてバーナ50によ
りガラス微粒子を吹き付ける際に、ターンテーブル41
の回転速度を通常の回転速度(約10rpm)よりも大
きくすることで改善することができる。The method of this embodiment is different from the conventional method in that the dopant (B 2
Since the concentrations of O 3 and P 2 O 5 ) are high, the glass fine particle layer formed on the silicon wafer is easily peeled off.
However, this point is that when the glass fine particles are blown by the burner 50 using the apparatus of FIG.
It can be improved by increasing the rotation speed of (1) above the normal rotation speed (about 10 rpm).
【0035】本発明は上記実施例に限定されるものでは
なく、様々な変形が可能である。例えば、基板材料や導
波層を構成するガラスの種類が本実施例と異なる場合で
も、ガラスに添加するドーパントの濃度を基板材料やガ
ラスの種類に応じて適切に制御して熱膨張係数の差を低
減することで、変形が少なく、良好な偏波特性を示す光
導波路を作製することができる。The present invention is not limited to the above embodiment, but various modifications can be made. For example, even when the substrate material or the type of glass forming the waveguiding layer is different from that of this embodiment, the concentration of the dopant added to the glass is appropriately controlled according to the type of the substrate material or the glass, and the difference in the coefficient of thermal expansion is It is possible to fabricate an optical waveguide exhibiting good polarization characteristics by reducing the deformation.
【0036】[0036]
【発明の効果】以上、詳細に説明した通り、本発明の光
導波路の作製方法では、上部クラッド層に添加するドー
パントの濃度を制御して、上部クラッド層が基板と十分
に近い熱膨張係数を有するようにする。従って、本発明
によれば、上部クラッド層の内部応力が十分に低くなる
結果、変形が少なく、良好な偏波特性を示す光導波路を
作製することができる。As described above in detail, in the method of manufacturing the optical waveguide of the present invention, the concentration of the dopant added to the upper clad layer is controlled so that the upper clad layer has a thermal expansion coefficient sufficiently close to that of the substrate. To have. Therefore, according to the present invention, as a result of the internal stress of the upper clad layer being sufficiently low, it is possible to manufacture an optical waveguide exhibiting a good polarization characteristic with little deformation.
【0037】基板をシリコンウェーハとし、ガラス微粒
子層として石英系のガラス微粒子層を形成した場合に
は、上部クラッド層を7.5〜14.5wt%のB2 O
3 および2.0〜11.0wt%のP2 O5 を添加して
形成することにより、容易に上部クラッド層の内部応力
を十分に低くすることができる。When the substrate is a silicon wafer and a silica-based glass fine particle layer is formed as the glass fine particle layer, the upper clad layer is made of 7.5 to 14.5 wt% B 2 O.
By adding 3 and 2.0 to 11.0 wt% of P 2 O 5 , the internal stress of the upper cladding layer can be easily made sufficiently low.
【0038】上記の方法により作製された光導波路は変
形が少ないので通信用光ファイバと低損失で接続するこ
とができ、その偏波特性も良好なので、光通信分野で好
適な使用が可能である。Since the optical waveguide manufactured by the above method has a small deformation, it can be connected to the optical fiber for communication with low loss and its polarization characteristics are good, so that it can be suitably used in the optical communication field. is there.
【図1】実施例の光導波路の作製方法を示す第1の工程
図である。FIG. 1 is a first process chart showing a method for manufacturing an optical waveguide of an example.
【図2】実施例の光導波路の作製方法を示す第2の工程
図である。FIG. 2 is a second process chart showing the method of manufacturing the optical waveguide of the example.
【図3】実施例の光導波路の作製方法を示す第3の工程
図である。FIG. 3 is a third process chart showing the method of manufacturing the optical waveguide of the example.
【図4】実施例の光導波路の作製方法を示す第4の工程
図である。FIG. 4 is a fourth process chart showing the method of manufacturing the optical waveguide of the example.
【図5】実施例の光導波路の作製方法を示す第5の工程
図である。FIG. 5 is a fifth process chart showing the method of manufacturing the optical waveguide of the example.
【図6】実施例の光導波路の作製方法を示す第6の工程
図である。FIG. 6 is a sixth process chart showing the method for producing the optical waveguide of the example.
【図7】実施例の光導波路の作製方法を示す第7の工程
図である。FIG. 7 is a seventh process chart showing the method of manufacturing the optical waveguide of the example.
【図8】ガラス微粒子層の形成に用いる装置を示す図で
ある。FIG. 8 is a diagram showing an apparatus used for forming a glass fine particle layer.
【図9】各種のドーパントの添加濃度と石英系ガラスの
熱膨脹係数との関係を示すグラフである。FIG. 9 is a graph showing the relationship between the addition concentration of various dopants and the coefficient of thermal expansion of silica glass.
【図10】各種のドーパントの添加濃度と石英系ガラス
の屈折率との関係を示すグラフである。FIG. 10 is a graph showing the relationship between the added concentrations of various dopants and the refractive index of silica-based glass.
【図11】上部クラッド層の内部応力が1.5×107
N・m-2以下となるB2 O3 およびP2 O5 の添加濃度
範囲を示す図である。FIG. 11 shows that the internal stress of the upper clad layer is 1.5 × 10 7.
Is a diagram showing the addition concentration range of N · m is -2 or less B 2 O 3 and P 2 O 5.
1…シリコンウェーハ、10…第1のガラス微粒子層、
11…下部クラッド層、20…第2のガラス微粒子層、
21…コア層、22…1×8分岐のコア、30…第3の
ガラス微粒子層、31…上部クラッド層、40…反応容
器、41…ターンテーブル、42…ヒーター、43…排
気管、50…酸水素炎バーナ、60…フォトレジスト。1 ... Silicon wafer, 10 ... First glass fine particle layer,
11 ... Lower clad layer, 20 ... Second glass fine particle layer,
21 ... Core layer, 22 ... 1 × 8 branched core, 30 ... Third glass fine particle layer, 31 ... Upper clad layer, 40 ... Reaction vessel, 41 ... Turntable, 42 ... Heater, 43 ... Exhaust pipe, 50 ... Oxyhydrogen flame burner, 60 ... Photoresist.
Claims (4)
この下部クラッド層の上に形成されたコアとを有する光
導波路基体を用意する第1の工程と、 この光導波路基体の上に火炎中で生成したガラス微粒子
をドーパントを添加しながら吹き付けて、上部クラッド
層となるガラス微粒子層を形成する第2の工程と、 前記ガラス微粒子層に熱処理を施すことにより、このガ
ラス微粒子層を透明ガラス化して上部クラッド層を形成
する第3の工程と、 を備え、 この上部クラッド層の内部応力が1.5×107 N・m
-2以下となるような濃度のドーパントを前記第2の工程
において添加することを特徴とする光導波路の作製方
法。1. A lower clad layer formed on a substrate,
A first step of preparing an optical waveguide substrate having a core formed on the lower clad layer, and glass fine particles generated in a flame are sprayed onto the optical waveguide substrate while adding a dopant, A second step of forming a glass fine particle layer to be a clad layer; and a third step of subjecting the glass fine particle layer to a transparent vitrification to form an upper clad layer by heat-treating the glass fine particle layer. , The internal stress of this upper cladding layer is 1.5 × 10 7 N · m
A method of manufacturing an optical waveguide, characterized in that a dopant having a concentration of −2 or less is added in the second step.
下部クラッド層となるガラス微粒子層を形成し、 次いで、このガラス微粒子層の上に火炎中で生成したガ
ラス微粒子を吹き付けて前記コアとなるガラス微粒子層
を形成し、 この後、これらのガラス微粒子層に熱処理を施すること
によりこれらのガラス微粒子層を透明ガラス化して、前
記下部クラッド層および前記コアを形成し、 続いて、このコアにパターニング加工を施し、所定の光
導波路パターンを形成することにより、前記光導波路基
体を作製する工程であることを特徴とする請求項1記載
の光導波路の作製方法。2. In the first step, glass fine particles produced in a flame are sprayed onto a substrate to form a glass fine particle layer serving as the lower clad layer, and then the glass fine particle layer is produced on the glass fine particle layer in a flame. The glass fine particles are sprayed to form a glass fine particle layer to be the core, and then these glass fine particle layers are subjected to heat treatment to make these glass fine particle layers transparent vitrified, and the lower clad layer and the core. 2. The production of an optical waveguide according to claim 1, which is a step of producing the optical waveguide substrate by forming a core, and then subjecting the core to a patterning process to form a predetermined optical waveguide pattern. Method.
け、 前記ドーパントとしてB2 O3 、P2 O5 、TiO2 、
GeO2 およびFのうち少なくとも一つ以上を添加する
ことを特徴とする請求項1または2記載の光導波路の作
製方法。3. The substrate is a silicon wafer, quartz glass particles are sprayed as the glass particles, and B 2 O 3 , P 2 O 5 , TiO 2 are used as the dopants.
3. The method for producing an optical waveguide according to claim 1, wherein at least one of GeO 2 and F is added.
5wt%のB2 O3および2.0〜11.0wt%のP
2 O5 を添加することを特徴とする請求項3記載の光導
波路の作製方法。4. As the dopant, 7.5 to 14.
5 wt% B 2 O 3 and 2.0-11.0 wt% P
The method for producing an optical waveguide according to claim 3, wherein 2 O 5 is added.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP26986294A JPH08136754A (en) | 1994-11-02 | 1994-11-02 | Production of optical waveguide |
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JP (1) | JPH08136754A (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR19980064430A (en) * | 1996-12-20 | 1998-10-07 | 알프레드 엘.미첼슨 | Atmospheric Codoped Optical Waveguide Devices |
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-
1994
- 1994-11-02 JP JP26986294A patent/JPH08136754A/en active Pending
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