JPH05164932A - Glass waveguide formed by using si substrate and production thereof - Google Patents
Glass waveguide formed by using si substrate and production thereofInfo
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- JPH05164932A JPH05164932A JP33221591A JP33221591A JPH05164932A JP H05164932 A JPH05164932 A JP H05164932A JP 33221591 A JP33221591 A JP 33221591A JP 33221591 A JP33221591 A JP 33221591A JP H05164932 A JPH05164932 A JP H05164932A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 反りがほとんどなく、コアとクラッドの間の
屈折率差が大きく、かつ低損失なガラス導波路を実現す
る。
【構成】 Si基板1表面に形成された溝10と、その
溝10の内面に熱酸化処理を施して形成されたSi酸化
膜2と、上記溝10に埋め込ようにして設けられた高屈
折率ガラスのコア3と、そのコア3を被覆するようにし
て基板1上に設けられたクラッド層4とを備えているこ
とを特徴としている。
(57) [Summary] [Purpose] To realize a glass waveguide with almost no warpage, a large difference in refractive index between the core and the clad, and low loss. [Structure] A groove 10 formed on the surface of a Si substrate 1, a Si oxide film 2 formed by subjecting the inner surface of the groove 10 to a thermal oxidation treatment, and a high-refractive index provided so as to be embedded in the groove 10. It is characterized in that it is provided with a core 3 made of glass, and a clad layer 4 provided on the substrate 1 so as to cover the core 3.
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明はSi基板を用いたガラス
導波路およびその製造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 glass waveguide using a Si substrate and a manufacturing method thereof.
【0002】[0002]
【従来の技術】光ファイバ通信の進展に伴い、光デバイ
スには(1) 大量生産性、(2) 高信頼性(3) 結合の無調整
化、(4) 自動組立、(5) 低損失化などが要求されるよう
になり、これらの課題を解決するために導波路型の光デ
バイスが注目されるようになってきた。光導波路の中で
も石英系ガラス光導波路は低損失であり、また光ファイ
バとの接続損失も非常に小さいため、将来の光導波路と
して有望視されている。2. Description of the Related Art With the progress of optical fiber communication, optical devices have (1) mass productivity, (2) high reliability (3) no adjustment of coupling, (4) automatic assembly, (5) low loss As a result of increasing demands, waveguide type optical devices have come to the spotlight in order to solve these problems. Among the optical waveguides, the silica glass optical waveguide has a low loss and the connection loss with the optical fiber is very small, so that it is regarded as a promising optical waveguide in the future.
【0003】従来、石英系ガラス光導波路の製造方法と
して、図5に示す火炎堆積法が知られている。これは、
(a) Si基板1上への石英ガラス多孔質膜(バッファ
層)15の形成およびそのバッファ層15上への屈折率
制御用ド−パント(TiあるいはGeなど)を含んだ石
英ガラス多孔質膜(コアガラス膜)16の形成、(b) 多
孔質石英ガラスの加熱透明化による平面光導波膜の形
成、(c) コアガラス膜16上へのコアマスク17の形
成、(d) コアマスク17をマスクにしたエッチングによ
る3次元光導波路(コア)18の形成、(e) クラッドと
なる石英ガラス多孔質膜19の形成、(f) その加熱透明
化によるクラッド20の形成、によって実現されている
(宮下:光導波路技術,1.最近の光導波路技術,Opl
usE,NO.78 ,PP.59-67)。Conventionally, the flame deposition method shown in FIG. 5 is known as a method of manufacturing a silica glass optical waveguide. this is,
(a) Formation of a silica glass porous film (buffer layer) 15 on a Si substrate 1 and a silica glass porous film containing a dopant (Ti or Ge etc.) for controlling the refractive index on the buffer layer 15 (Core glass film) 16 is formed, (b) Planar optical waveguide film is formed by heating transparent quartz glass, (c) Core mask 17 is formed on the core glass film 16, (d) Core mask 17 is masked The three-dimensional optical waveguide (core) 18 is formed by the etching described above, (e) the silica glass porous film 19 to be the clad is formed, and (f) the clad 20 is formed by heating and transparentizing the same (Miyashita : Optical waveguide technology, 1. Recent optical waveguide technology, Opl
usE, NO.78, PP.59-67).
【0004】また、Si基板上に光導波路を形成する別
の方法として、Si基板表面に熱酸化により酸化膜を形
成してこれをクラッド層とし、このクラッド層の上に略
矩形状のコアパタ−ンを形成し、最後に全体をクラッド
層で覆う方法が提案されている(特開昭57-176006
号)。さらに、上記酸化膜を形成した後、酸化膜中にコ
アを形成する方法も提案されている(特開平3-10205
号,特開平3-13907 号)。As another method for forming an optical waveguide on a Si substrate, an oxide film is formed on the surface of the Si substrate by thermal oxidation to form a clad layer, and a substantially rectangular core pattern is formed on the clad layer. A method has been proposed in which a cladding layer is formed and finally the whole is covered with a cladding layer (Japanese Patent Laid-Open No. 57-176006).
issue). Further, a method of forming a core in the oxide film after forming the oxide film is also proposed (JP-A-3-10205).
No. 3-13907).
【0005】[0005]
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の石英系
ガラス光導波路の製造方法には次のような問題点があっ
た。However, the conventional method for manufacturing a silica glass optical waveguide has the following problems.
【0006】(1) コア18とクラッド20の屈折率差の
大きいガラス導波路を製造するために屈折率の高いコア
ガラス膜16をバッファ層(あるいはクラッド層)15
の上に形成すると、熱膨張係数の違いによって基板全体
に反りが生じ、高寸法精度の光回路をパタ−ニングする
ことが難しい。(1) In order to manufacture a glass waveguide having a large refractive index difference between the core 18 and the clad 20, a core glass film 16 having a high refractive index is formed on the buffer layer (or clad layer) 15
If it is formed on the substrate, the whole substrate is warped due to the difference in the coefficient of thermal expansion, and it is difficult to pattern an optical circuit with high dimensional accuracy.
【0007】(2) 上記製造方法は、(1) の理由以外に次
の理由によりコア18とクラッド20の屈折率差に限界
があることがわかった。すなわち、屈折率の高いコア用
多孔質膜16を堆積させても図5(b) の焼結プロセスで
屈折率制御用ド−パントが揮散してしまい、屈折率の高
いコア18を実現するのが難しい。(2) In the above manufacturing method, it was found that the difference in the refractive index between the core 18 and the cladding 20 is limited due to the following reasons in addition to the reason (1). That is, even if the core porous film 16 having a high refractive index is deposited, the dopant for controlling the refractive index is volatilized in the sintering process of FIG. 5 (b) to realize the core 18 having a high refractive index. Is difficult.
【0008】(3) 屈折率制御用ド−パントを多く含んだ
コア層を図5(d) に示すようにドライエッチングプロセ
スによりパタ−ニングすると、SiO2 と上記ド−パン
トのエッチング速度の違いによってエッチング側面が凸
凹に荒れ、散乱損失が増大する。(3) When the core layer containing a large amount of the dopant for controlling the refractive index is patterned by the dry etching process as shown in FIG. 5 (d), the difference in etching rate between SiO 2 and the above dopant is observed. As a result, the etched side surface becomes rough, and scattering loss increases.
【0009】(4) 焼結プロセスが2回もあり時間がかか
るため、ユ−ティリティコストがかかり低コスト化が難
しい。(4) Since the sintering process is performed twice and takes time, it is difficult to reduce the cost because of the utility cost.
【0010】(5) Si酸化膜中に拡散によって屈折率の
高いコアを形成する方法では、コア形状は矩形状に形成
することができない。そのために、2つのコアを平行に
配置させた光方向性結合器や光分波器、光フィルタなど
の光回路を設計することが難しく、かつ再現性良く実現
することが難しい。また、コア内の屈折率分布が不均一
であるためにコア内への光の閉じ込めが悪く、低損失化
が難しい。(5) The core cannot be formed in a rectangular shape by the method of forming a core having a high refractive index in the Si oxide film by diffusion. Therefore, it is difficult to design an optical circuit such as an optical directional coupler, an optical demultiplexer, and an optical filter in which two cores are arranged in parallel, and it is difficult to realize it with good reproducibility. Further, since the refractive index distribution in the core is non-uniform, the light is poorly confined in the core and it is difficult to reduce the loss.
【0011】本発明の目的は、前記した従来技術の欠点
を解消し、Si基板を用い、反りがほとんどなく、コア
とクラッドの屈折率差が大きく、かつ低損失なガラス導
波路を提供することにある。An object of the present invention is to solve the above-mentioned drawbacks of the prior art, and to provide a glass waveguide using a Si substrate, having almost no warpage, a large refractive index difference between the core and the clad, and low loss. It is in.
【0012】[0012]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明のSi基板を用いたガラス導波路は、Si基板表
面に形成された溝と、その溝の内面に熱酸化処理を施し
て形成されたSi酸化膜と、上記溝に埋め込むようにし
て設けられた高屈折率ガラスのコアと、そのコアを被覆
するようにして基板上に設けられたクラッド層とを備え
て構成される。上記クラッド層は屈折率の異なった複数
の層で構成されてもよい。また、上記Si酸化膜には
B,Fなどの屈折率制御用ド−パントが添加されている
ことが望ましい。In order to achieve the above object, a glass waveguide using a Si substrate of the present invention is formed by a groove formed on the surface of the Si substrate and a thermal oxidation treatment on the inner surface of the groove. The Si oxide film thus formed, a high-refractive-index glass core provided so as to be embedded in the groove, and a clad layer provided on the substrate so as to cover the core. The clad layer may be composed of a plurality of layers having different refractive indexes. Further, it is desirable that a dopant such as B or F for controlling the refractive index is added to the Si oxide film.
【0013】上記Si基板を用いたガラス導波路を製造
するため、本発明の製造方法においては、Si基板を用
いたガラス導波路Si基板表面にコア部となる溝を形成
し、その溝の内面に熱酸化処理を施した後、溝内に高屈
折率ガラスを埋め込んで基板表面を平坦化し、その平坦
化された基板表面にクラッドガラス膜を形成するように
した。In order to manufacture the glass waveguide using the above Si substrate, in the manufacturing method of the present invention, a groove serving as a core portion is formed on the surface of the glass waveguide using the Si substrate, and the inner surface of the groove is formed. After subjecting the substrate to a thermal oxidation treatment, a high-refractive-index glass was embedded in the groove to planarize the substrate surface, and a clad glass film was formed on the planarized substrate surface.
【0014】また、本発明に係る別の製造方法は、一対
のSi基板の表面にコア部となる溝をそれぞれ形成し、
それぞれの溝の内面に熱酸化処理を施した後、溝に高屈
折率ガラスを埋め込んで基板表面を平坦化し、その後両
基板を互いのコア部を突き合わせるようにして接合させ
るようにしたものである。Further, another manufacturing method according to the present invention is to form a groove to be a core portion on the surfaces of a pair of Si substrates,
After heat-oxidizing the inner surface of each groove, high-refractive-index glass is embedded in the groove to flatten the substrate surface, and then the two substrates are joined by abutting their cores. is there.
【0015】本発明に係るこれらの製造方法にあって
は、上記高屈折率のガラスとしてアルカリ族シリケ−ト
の水溶液を乾燥、固化させたものを用いることが望まし
い。上記溝はSi基板表面に形成したSi酸化膜をマス
クにしてエッチングにより形成してもよい。In these manufacturing methods according to the present invention, it is desirable to use, as the glass having a high refractive index, a solution obtained by drying and solidifying an aqueous solution of an alkaline silicate. The groove may be formed by etching using the Si oxide film formed on the surface of the Si substrate as a mask.
【0016】[0016]
【作用】本発明のガラス導波路は、そのコア表面の大部
分(下面及び両側面)が低屈折率のSi酸化膜によって
取り囲まれて被覆され、残りのコア表面部分(上面)が
クラッド層によって被覆された構造になっている。Si
酸化膜は、Si基板表面の溝内面に熱酸化処理を施すこ
とによって形成されるので、コアを取り囲む部分は基板
の内側に膨出させて設けられることになり、光が伝搬す
る際のコア内電界分布の均一化に寄与する。したがっ
て、本発明のガラス導波路構造によれば、TEモ−ドと
TMモ−ドによる伝搬特性の違いが少ない低損失な光導
波路を構成することができ、光方向性結合器、光分波
器、光フィルタなどの波長依存型光回路を偏波依存性を
少なく実現することができる。In the glass waveguide of the present invention, most of the core surface (lower surface and both side surfaces) is surrounded and covered with the low-refractive-index Si oxide film, and the remaining core surface portion (upper surface) is covered with the cladding layer. It has a covered structure. Si
Since the oxide film is formed by subjecting the inner surface of the groove on the surface of the Si substrate to the thermal oxidation treatment, the portion surrounding the core is provided so as to swell inside the substrate, and the inside of the core when light propagates. Contributes to uniform electric field distribution. Therefore, according to the glass waveguide structure of the present invention, it is possible to construct a low-loss optical waveguide having a small difference in the propagation characteristics between the TE mode and the TM mode, and the optical directional coupler and the optical demultiplexer. A wavelength-dependent optical circuit such as an optical device and an optical filter can be realized with little polarization dependence.
【0017】次に、本発明の製造方法によれば、従来技
術のように屈折率制御用のド−パントを多く含んだコア
層をバッファ層上に形成し、ドライエッチングプロセス
により矩形状にパタ−ニングする必要がないため、Si
O2 と上記ド−パントとのエッチング速度の違いによっ
て生じるエッチング側面の凸凹の荒れがなく、散乱損失
の低い導波路を得ることが可能である。また、コア形状
を再現性良く矩形状に実現可能であるため、たとえば、
光方向性結合器、光合分波器などのような二つのコア導
波路間の結合した光回路の特性を再現性よく得ることが
可能である。Next, according to the manufacturing method of the present invention, a core layer containing a large amount of dopant for controlling the refractive index is formed on the buffer layer as in the prior art, and a rectangular pattern is formed by a dry etching process. -Since it is not necessary to
It is possible to obtain a waveguide with low scattering loss without the roughness of the unevenness on the etched side surface caused by the difference in etching rate between O 2 and the dopant. Also, since the core shape can be realized in a rectangular shape with good reproducibility, for example,
It is possible to reproducibly obtain the characteristics of an optical circuit in which two core waveguides such as an optical directional coupler and an optical multiplexer / demultiplexer are coupled.
【0018】また、高屈折率のコア用ガラス膜を溝内に
埋め込むだけで、その後、コア用ガラス膜を焼結プロセ
スにより焼結させる必要なくクラッドガラス膜を被覆す
るだけでよい。そのため従来のように焼結プロセスによ
る熱膨張係数の違いによって生ずる基板全体の反り現象
とか、屈折率制御用ド−パントの揮散といった不都合は
生じない。また、焼結プロセスはクラッド膜を形成した
後に1回行うだけでよいため、ユ−ティリティコストは
従来法に比して安い。Further, it is only necessary to embed the high-refractive-index glass film for core in the groove, and then to cover the cladding glass film without sintering the glass film for core by a sintering process. Therefore, unlike the prior art, there is no inconvenience such as the warpage phenomenon of the entire substrate caused by the difference in the coefficient of thermal expansion due to the sintering process and the volatilization of the dopant for controlling the refractive index. In addition, since the sintering process only needs to be performed once after the clad film is formed, the utility cost is lower than that of the conventional method.
【0019】[0019]
【実施例】次に、本発明の実施例について説明する。EXAMPLES Next, examples of the present invention will be described.
【0020】図1に本発明に係るガラス導波路の断面構
造を示す。同図(a) はクラッド層が一層の場合、(b) は
クラッド層が二層の場合である。いずれの場合もSi基
板1の表面にSi酸化膜2を有し、そのSi酸化膜2の
中に高屈折率ガラスからなる断面略矩形状のコア3が形
成されており、コア3の下方部7のSi酸化膜2が基板
1の内側に膨出しているところに特徴がある。このガラ
ス導波路構造を採用することによりコアの電界分布を均
一に保ち、偏波依存性の少ない光回路を実現できる。S
i酸化膜2の厚みは数μmから20μmの範囲内に設定さ
れ、これが厚い程、導波路の伝搬損失を低減することが
できる。このSi酸化膜2は後述するように、Si基板
1表面の高温熱酸化によって得られる。コア3の屈折率
nw はSi酸化膜の屈折率ns 、クラッド層4および第
1クラッド5の屈折率n1 第2クラッド6の屈折率n2
のどれよりも高い値に設定される。このコア3の高屈折
率ガラスは、SiO2 にP、Ge、Ti、Al、Ta、
Zn、Zr、Li、K、Na、Ln、Er、Nd、など
のド−パントを少なくとも1 種含んだもので構成され
る。コア3の幅Wおよび厚みTは、シングルモ−ド伝送
用の場合、数μmから20μmの範囲内、マルチモ−ド伝
送用の場合、数十μmから100 μmの範囲内にそれぞれ
設定される。クラッド層4および第1クラッド層5には
SiO2 、あるいはSiO2 にB、F、P、Ge、T
i、Al、Li、K、Naなどのド−パントを少なくと
も1 種含んだものが用いられ、その屈折率ns はSi酸
化膜2の屈折率ns と等しいか、僅かに低い、あるいは
僅かに高い値となるように選ぶことができる。また、そ
の厚みは数μmから数十μmの範囲より選ばれる。第2
クラッド層6はコア3内への光の閉じ込め状態を調整す
るための層であり、その光の閉じ込め状態は第2クラッ
ド層6の屈折率n2 によって変えられる。このn2 の値
は第1クラッド層5の屈折率n1 よりも低い値か僅かに
高い値となるように設定される。Si酸化膜2の膨出部
2aはコア3内を伝搬する光信号の伝搬損失を小さくす
る上で重要である。すなわち、コア3内からのしみだし
光がSi基板1内に及ばないようにするために設けられ
たものである。このようにコア3の周りをns およびn
1 (あるいはn2 )の層で略等方的に囲むことにより、
しみだし光による損失が抑えられる。FIG. 1 shows a sectional structure of the glass waveguide according to the present invention. The figure (a) shows the case where the clad layer is one layer, and the figure (b) shows the case where the clad layer is two layers. In either case, the Si oxide film 2 is formed on the surface of the Si substrate 1, and a core 3 having a substantially rectangular cross section made of high-refractive index glass is formed in the Si oxide film 2, and the lower part of the core 3 is formed. The feature is that the Si oxide film 2 of No. 7 bulges inside the substrate 1. By adopting this glass waveguide structure, the electric field distribution of the core can be kept uniform and an optical circuit with little polarization dependence can be realized. S
The thickness of the i-oxide film 2 is set within the range of several μm to 20 μm, and the thicker it is, the more the propagation loss of the waveguide can be reduced. This Si oxide film 2 is obtained by high temperature thermal oxidation of the surface of the Si substrate 1, as described later. Refractive index of the core 3 n w is the refractive index n s of the Si oxide film, the refractive index n 2 of the refractive index n 1 second clad 6 cladding layer 4 and the first cladding 5
Is set to a value higher than any of The high refractive index glass of the core 3 is made of SiO 2 , P, Ge, Ti, Al, Ta,
It is composed of at least one dopant such as Zn, Zr, Li, K, Na, Ln, Er, and Nd. The width W and the thickness T of the core 3 are set within the range of several .mu.m to 20 .mu.m for the single mode transmission, and within the range of several tens .mu.m to 100 .mu.m for the multi mode transmission. The cladding layer 4 and the first cladding layer 5 are made of SiO 2 , or SiO 2 is made of B, F, P, Ge and T.
i, Al, Li, K, de such as Na - is one that contains at least one kind of dopant used, the refractive index n s is equal to the refractive index n s of the Si oxide film 2, a slightly low or slightly Can be chosen to be a high value. The thickness is selected from the range of several μm to several tens of μm. Second
The clad layer 6 is a layer for adjusting the confined state of light in the core 3, and the confined state of the light is changed by the refractive index n 2 of the second clad layer 6. The value of n 2 is set to be a value lower than or slightly higher than the refractive index n 1 of the first cladding layer 5. The bulging portion 2a of the Si oxide film 2 is important for reducing the propagation loss of the optical signal propagating in the core 3. That is, it is provided in order to prevent the seeping light from the inside of the core 3 from reaching the inside of the Si substrate 1. Thus n s and n around the core 3
By enclosing it in a layer of 1 (or n 2 ) isotropically,
The loss due to the seeping light is suppressed.
【0021】図2に、図1(a) に示したクラッド層が一
層構造のガラス導波路の製造方法の一実施例を示す。ま
ず(a) に示すようにSi基板1の表面にメタル膜(たと
えばWSi、W、Mo、など)8を形成し、その上に、
溝状パタ−ンを形成するためのフォトレジスト膜9のパ
タ−ンを形成する。上記メタル膜8は通常よく用いられ
るスパッタリング法、真空蒸着法、電子ビ−ム蒸着法な
どを用いて形成する。フォトレジスト膜9のパタ−ニン
グはフォトリソグラフィプロセスによって実現すること
ができる。次に(b) に示すように、フォトレジスト膜9
のパタ−ンをマスクにしてエッチングプロセスによりメ
タル膜8のパタ−ニングを行い、その後、これら2つの
膜8,9をマスクにしてエッチングプロセスによりSi
基板1の表面にコア部となる溝10を形成する。上記エ
ッチングプロセスにはドライあるいはウエットエッチン
グを用いることができる。次に(c) に示すように、Si
基板1の表面のフォトレジスト膜9およびメタル膜8を
除去する。その後(d) に示すように、高温(1200℃程
度)下でSi基板1を加熱し、溝4が形成されている基
板表面にSi酸化膜2を形成する。この熱酸化プロセス
も半導体集積回路の製造の際によく用いられている方法
を用いることができる。次に(e) に示すように、Si酸
化膜2の表面に高屈折率ガラス膜11を形成し、溝4内
を高屈折率ガラスで埋め込む。この高屈折率ガラス膜1
1はプラズマCVD法、電子ビ−ム蒸着法、イオンプレ
−ティング法などによって形成することができる。さら
にはアルカリ金属シリケ−トの水溶液Me2 O・nSi
O2 ・xH2 O(Me:アルカリ金属)をSi酸化膜2
の表面に塗布後、これを乾燥させることによってガラス
膜を形成する方法を用いてもよい。ここで、Meとして
はNa,K,Li,N+ R4,などを少なくとも一種含
んだものを用いる。また、上記水溶液に屈折率制御用ド
−パントとしてP,B,Ti,Ge,Alなどを含んだ
水溶液、あるいは希土類元素を含んだ水溶液を添加して
用いることもできる。たとえば、P2 O5 ,Na 2 C
O3 ,Li2 CO3 ,H3 BO3 ,BCl3 などの水溶
液を用いることができる。上記高屈折率ガラス膜11の
形成プロセスは低温(800 ℃以下)プロセスであるの
で、屈折率制御用ド−パントの揮散はほとんどない。次
に、溝4の中のみに高屈折率ガラス膜11が存在するよ
う、(f) に示すようにSi酸化膜2の平坦面上の不要な
高屈折率ガラスは取り除かれる。すなわち、この工程に
より溝4内に残された高屈折率ガラスがコア3を構成す
ることになる。上記不要な高屈折率ガラスの取り除き
は、ドライあるいはウエットエッチング、さらには表面
研磨などによって行われる。最後に(g) に示すように、
クラッド層4がSi酸化膜2およびコア3の表面全体を
覆うようにして基板上に形成される。このクラッド層4
は、先に述べたプラズマCVD法、電子ビ−ム蒸着法、
イオンプレ−ティング法、火炎堆積法、などによって形
成することができる。なお、このクラッド層4を形成し
た後、最後に焼結プロセスを行ってこれがよりち密なガ
ラスとなるようにしてもよい。FIG. 2 shows an embodiment of a method of manufacturing the glass waveguide shown in FIG. 1 (a) having a single-layered cladding layer. First, as shown in (a), a metal film (for example, WSi, W, Mo, etc.) 8 is formed on the surface of the Si substrate 1, and then a metal film 8 is formed thereon.
A pattern of the photoresist film 9 for forming a groove pattern is formed. The metal film 8 is formed by a sputtering method, a vacuum evaporation method, an electron beam evaporation method or the like which is commonly used. The patterning of the photoresist film 9 can be realized by a photolithography process. Next, as shown in (b), the photoresist film 9
The metal film 8 is patterned by the etching process using the pattern of No. 2 as a mask, and then the Si film is etched by the etching process using these two films 8 and 9 as masks.
A groove 10 to be a core portion is formed on the surface of the substrate 1. Dry or wet etching can be used for the etching process. Next, as shown in (c), Si
The photoresist film 9 and the metal film 8 on the surface of the substrate 1 are removed. Thereafter, as shown in (d), the Si substrate 1 is heated at a high temperature (about 1200 ° C.) to form the Si oxide film 2 on the substrate surface in which the groove 4 is formed. For this thermal oxidation process, a method often used in manufacturing a semiconductor integrated circuit can be used. Next, as shown in (e), a high-refractive index glass film 11 is formed on the surface of the Si oxide film 2, and the groove 4 is filled with high-refractive index glass. This high refractive index glass film 1
1 can be formed by a plasma CVD method, an electron beam evaporation method, an ion plating method, or the like. Furthermore, an aqueous solution of alkali metal silicate Me 2 O.nSi
O 2 · xH 2 O (Me: alkali metal) is added to Si oxide film 2
A method of forming a glass film by applying it to the surface of and then drying it may be used. Here, as Me, those containing at least one of Na, K, Li, N + R4 and the like are used. Further, an aqueous solution containing P, B, Ti, Ge, Al or the like or an aqueous solution containing a rare earth element may be added to the above aqueous solution as a dopant for controlling the refractive index. For example, P 2 O 5 , Na 2 C
An aqueous solution of O 3 , Li 2 CO 3 , H 3 BO 3 , BCl 3 or the like can be used. Since the process for forming the high refractive index glass film 11 is a low temperature (800 ° C. or lower) process, the dopant for controlling the refractive index is hardly vaporized. Then, unnecessary high-refractive-index glass on the flat surface of the Si oxide film 2 is removed as shown in (f) so that the high-refractive-index glass film 11 exists only in the groove 4. That is, the high refractive index glass left in the groove 4 by this step constitutes the core 3. The removal of the unnecessary high-refractive index glass is performed by dry or wet etching, and further by surface polishing. Finally, as shown in (g),
The clad layer 4 is formed on the substrate so as to cover the entire surfaces of the Si oxide film 2 and the core 3. This clad layer 4
Is the plasma CVD method, the electron beam evaporation method,
It can be formed by an ion plating method, a flame deposition method, or the like. In addition, after forming the clad layer 4, a sintering process may be finally performed so that the glass becomes a denser glass.
【0022】図3に、本発明に係る製造方法の他の実施
例を示す。これは図2のメタル膜8の代わりにSiO2
膜12を用いた構成である。まず(a) に示すように、S
i基板1の表面上にSiO2 膜12を形成し、その上に
フォトレジスト膜9のパタ−ンを形成する。次に(b) に
示すようにフォトレジスト膜9をマスクにしてSiO2
膜12をパタ−ニングし、その後、これら2つの膜9,
12をマスクにしてSi基板1の表面をエッチングし、
コア部となる溝10を形成する。次に、(c) に示すよう
にフォトレジスト膜9を除去する。その後、(d) に示す
ように高温雰囲気下でSi基板1の溝4の内面に熱酸化
処理を施し断面U字状のSi酸化膜13を形成させる。
このU字状のSi酸化膜13は、先に基板1表面に形成
された平坦状のSi酸化膜12と連続しており、図1で
説明したSi酸化膜2の膨出部7に相当する。次に、
(e) に示すように基板1上に高屈折率ガラス膜11を形
成させ、溝10を高屈折率ガラスで埋め込む。その後
(f) に示すように、コア3となる高屈折率ガラスのみを
溝10内に残すよう、不要な高屈折率ガラスをエッチン
グ、あるいは表面研磨などによって取り除く。最後に
(g) に示すように、クラッドガラス膜14を形成してコ
ア3を被覆する。この構成では、SiO2 膜12はマス
クとして作用する以外に第2クラッド層としても作用す
る。FIG. 3 shows another embodiment of the manufacturing method according to the present invention. This is SiO 2 instead of the metal film 8 of FIG.
This is a configuration using the film 12. First, as shown in (a), S
A SiO 2 film 12 is formed on the surface of the i substrate 1, and a pattern of the photoresist film 9 is formed thereon. Next, as shown in (b), using the photoresist film 9 as a mask, SiO 2
The membrane 12 is patterned and then these two membranes 9,
12 is used as a mask to etch the surface of the Si substrate 1,
The groove 10 which will be the core portion is formed. Next, as shown in (c), the photoresist film 9 is removed. Then, as shown in (d), thermal oxidation is applied to the inner surface of the groove 4 of the Si substrate 1 in a high temperature atmosphere to form a Si oxide film 13 having a U-shaped cross section.
The U-shaped Si oxide film 13 is continuous with the flat Si oxide film 12 previously formed on the surface of the substrate 1 and corresponds to the bulging portion 7 of the Si oxide film 2 described in FIG. .. next,
As shown in (e), a high refractive index glass film 11 is formed on the substrate 1, and the groove 10 is filled with high refractive index glass. afterwards
As shown in (f), unnecessary high-refractive-index glass is removed by etching or surface polishing so that only the high-refractive-index glass that becomes the core 3 remains in the groove 10. Finally
As shown in (g), a clad glass film 14 is formed to cover the core 3. In this structure, the SiO 2 film 12 acts not only as a mask but also as a second cladding layer.
【0023】なお、本発明は上記実施例に限定されるも
のではない。高屈折率ガラスからなるコア3はSi基板
1の表面以外に裏面にも形成してあってもよい。また図
3(f) の基板を2枚張り合わせることによって、図4に
示すようなコア3をSi酸化膜13で略対称的に取り囲
んだ構造の導波路を実現することもできる。コアの断面
形状は矩形状以外に三角形状、逆三角形状、楕円形状、
などでもよい。また、Si酸化膜2,12,13を形成
する際にこれにBやFなどのド−パントを含ませてもよ
い。このようにすると、コアの屈折率nw とSi酸化膜
の屈折率ns の屈折率差をさらに大きくすることができ
る。また図3において、Si酸化膜12の代わりに、
B,Fなどの屈折率制御用ド−パント含んだSi酸化膜
を用いれば、コア3とSi酸化膜12との間の屈折率差
を上記ド−パントでも制御することができる。さらに、
クラッド層は3層以上の多層状に構成されてもよい。The present invention is not limited to the above embodiment. The core 3 made of high refractive index glass may be formed not only on the front surface of the Si substrate 1 but also on the back surface thereof. By laminating two substrates shown in FIG. 3 (f), it is also possible to realize a waveguide having a structure in which the core 3 is surrounded by the Si oxide film 13 in a substantially symmetrical manner as shown in FIG. The cross-sectional shape of the core is not only rectangular but also triangular, inverted triangular, elliptical,
And so on. Further, when forming the Si oxide films 2, 12 and 13, a dopant such as B or F may be included therein. By doing so, the difference between the refractive index n w of the core and the refractive index n s of the Si oxide film can be further increased. Further, in FIG. 3, instead of the Si oxide film 12,
If the Si oxide film containing the refractive index control dopant such as B and F is used, the refractive index difference between the core 3 and the Si oxide film 12 can be controlled also by the dopant. further,
The clad layer may have a multi-layered structure including three or more layers.
【0024】[0024]
【発明の効果】以上要するに、本発明のガラス導波路お
よびその製造方法によれば次の如き優れた効果が発揮で
きる。In summary, according to the glass waveguide and the method for manufacturing the same of the present invention, the following excellent effects can be exhibited.
【0025】(1) コアの側面荒れが極めて少なく、散乱
損失の低い導波路を得ることができ、結果的に低損失導
波路を実現できる。(1) The side surface roughness of the core is extremely small, and a waveguide with low scattering loss can be obtained, and as a result, a low loss waveguide can be realized.
【0026】(2) コアに高屈折率のガラスを用いても基
板の反り現象がほとんどなく、また屈折率制御用ド−パ
ントの揮散も非常に少ない。(2) Even if a glass having a high refractive index is used for the core, there is almost no warp phenomenon of the substrate, and the evaporation of the dopant for controlling the refractive index is very small.
【0027】(3) 焼結プロセスは1回でよく、かつ簡易
に製造できるので導波路の低コスト化を実現できる。(3) Since only one sintering process is required and the manufacturing process can be simplified, the cost of the waveguide can be reduced.
【図1】本発明に係るガラス導波路の実施例を示す断面
図であり、(a) はクラッド層が一層の場合、(b) はクラ
ッド層が二層の場合である。FIG. 1 is a cross-sectional view showing an embodiment of a glass waveguide according to the present invention, where (a) is a case where the cladding layer is a single layer and (b) is a case where the cladding layer is a double layer.
【図2】本発明に係る製造方法の一実施例を示す一連の
工程図である。FIG. 2 is a series of process drawings showing an embodiment of the manufacturing method according to the present invention.
【図3】本発明に係る製造方法の他の実施例を示す一連
の工程図である。FIG. 3 is a series of process drawings showing another embodiment of the manufacturing method according to the present invention.
【図4】本発明に係るガラス導波路の他の実施例を示す
断面図である。FIG. 4 is a sectional view showing another embodiment of the glass waveguide according to the present invention.
【図5】従来の製造方法を示す一連の工程図である。FIG. 5 is a series of process drawings showing a conventional manufacturing method.
1 Si基板 2 Si酸化膜 3 コア 4 クラッド層 5 第1クラッド層 7 コアの下方部 8 メタル膜 9 フォトレジスト膜 10 溝 11 高屈折率ガラス膜 12 Si酸化膜 13 Si酸化膜 1 Si substrate 2 Si oxide film 3 Core 4 Cladding layer 5 First cladding layer 7 Lower part of core 8 Metal film 9 Photoresist film 10 Groove 11 High refractive index glass film 12 Si oxide film 13 Si oxide film
Claims (8)
の内面に熱酸化処理を施して形成されたSi酸化膜と、
上記溝に埋め込ようにして設けられた高屈折率ガラスの
コアと、そのコアを被覆するようにして基板上に設けら
れたクラッド層とを備えていることを特徴とするSi基
板を用いたガラス導波路。1. A groove formed on the surface of a Si substrate, and a Si oxide film formed by subjecting the inner surface of the groove to a thermal oxidation treatment.
A high-refractive-index glass core provided so as to be embedded in the groove and a clad layer provided on the substrate so as to cover the core were used. Glass waveguide.
の層からなる請求項1記載のガラス導波路。2. The glass waveguide according to claim 1, wherein the cladding layer comprises a plurality of layers having different refractive indexes.
御用ド−パントが添加されている請求項1または2記載
のガラス導波路。3. The glass waveguide according to claim 1, wherein a dopant for controlling a refractive index such as B or F is added to the Si oxide film.
し、その溝の内面に熱酸化処理を施した後、溝内に高屈
折率ガラスを埋め込んで基板表面を平坦化し、その平坦
化された基板表面にクラッドガラス膜を形成するように
したことを特徴とするSi基板を用いたガラス導波路の
製造方法。4. A groove to be a core portion is formed on the surface of a Si substrate, the inner surface of the groove is subjected to a thermal oxidation treatment, and high refractive index glass is embedded in the groove to flatten the surface of the substrate and flatten the surface. A method of manufacturing a glass waveguide using a Si substrate, characterized in that a clad glass film is formed on the surface of the formed substrate.
をそれぞれ形成し、それぞれの溝の内面に熱酸化処理を
施した後、溝に高屈折率ガラスを埋め込んで基板表面を
平坦化し、その後両基板を互いのコア部を突き合わせる
ようにして接合させるようにしたことを特徴とするSi
基板を用いたガラス導波路の製造方法。5. A pair of Si substrates are each provided with a groove serving as a core portion, the inner surface of each groove is subjected to a thermal oxidation treatment, and a high refractive index glass is embedded in the groove to flatten the substrate surface. Then, after that, the two substrates are joined by butting the core portions of each other together.
A method for manufacturing a glass waveguide using a substrate.
シリケ−トの水溶液を乾燥、固化させたものを用いた請
求項5記載のガラス導波路の製造方法。6. The method for producing a glass waveguide according to claim 5, wherein the glass having a high refractive index is obtained by drying and solidifying an aqueous solution of an alkaline silicate.
化膜をマスクにしてエッチングにより形成される請求項
5または6記載の製造方法。7. The manufacturing method according to claim 5, wherein the groove is formed by etching using a Si oxide film formed on the surface of the Si substrate as a mask.
御用ド−パントが添加されている請求項6または7記載
の製造方法。8. The method according to claim 6, wherein a dopant for controlling the refractive index such as B or F is added to the Si oxide film.
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|---|---|---|---|
| JP33221591A JP3018688B2 (en) | 1991-12-16 | 1991-12-16 | Method for manufacturing glass waveguide using Si substrate |
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| US8394705B2 (en) | 2009-12-09 | 2013-03-12 | Electronics And Telecommunications Research Institute | Method of manufacturing semiconductor device having optical devices |
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- 1991-12-16 JP JP33221591A patent/JP3018688B2/en not_active Expired - Fee Related
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