JP3067299B2 - Embedded quartz optical waveguide and method of manufacturing the same - Google Patents
Embedded quartz optical waveguide and method of manufacturing the sameInfo
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Description
【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
【0001】本発明は、導波型光回路部品分野に用いる
埋め込み型石英系光導波路に関するものである。さらに
詳しくは、はく離や、ひび割れの発生し難い石英系光導
波路構造とその製造方法に関するものである。The present invention relates to a buried quartz optical waveguide used in the field of optical waveguide circuit components. More specifically, the present invention relates to a quartz-based optical waveguide structure in which peeling and cracking hardly occur, and a method of manufacturing the same.
【0002】[0002]
【従来の技術】光通信システムのより一層の普及のため
には小形、低価格かつ信頼性のある光部品の開発が急務
となっている。光通信分野等で使用される光部品は、そ
の形態により、バルク型、ファイバ型、導波型に
大別することができる。バルク型は、マイクロレンズや
プリズム、干渉膜フィルタ等を組み合わせて構成するも
ので、実用レベルにあるものの、組立調整に長時間を要
し、長期信頼度や価格の面で問題を残している。ファイ
バ型は、光ファイバ自体を構成材料として研磨や融着・
延伸工程を経て構成されるものであるが、その製作には
職人芸を要し生産性に劣るという問題がある。これらに
対して、導波型は、フォトグラフィ工程により、平面基
板上に一括大量形成できる利点があり、将来の光集積回
路につながる部品形態として注目されている。2. Description of the Related Art For further spread of optical communication systems, there is an urgent need to develop small, low-cost and reliable optical components. Optical components used in the optical communication field and the like can be roughly classified into a bulk type, a fiber type, and a waveguide type according to the form. The bulk type is configured by combining a micro lens, a prism, an interference film filter, and the like. Although it is at a practical level, it requires a long time for assembling adjustment, and leaves problems in terms of long-term reliability and price. The fiber type uses the optical fiber itself as a constituent material for polishing, fusion,
Although it is constructed through a stretching step, its production requires craftsmanship and has a problem of poor productivity. On the other hand, the waveguide type has an advantage that it can be collectively formed on a flat substrate by a photolithography process, and is attracting attention as a component form to be connected to a future optical integrated circuit.
【0003】導波型光部品を作製するには、平面基板上
に目的に沿ったパターン形状の光導波路を形成すること
が基本となっている。これまでにガラス、プラスチッ
ク、酸化物結晶、半導体結晶等を材料系とする様々な光
導波路の作製が試みられてきたが、これらの中にあっ
て、石英ガラス基板やシリコン基板上に石英系ガラス材
料を基本として構成される石英系光導波路は、伝送路と
しての石英系光ファイバとの接続特性にも優れているこ
とから、実用的な導波型光部品群を提供できるものと期
待されている。In order to manufacture a waveguide type optical component, it is fundamental to form an optical waveguide having a pattern shape suitable for a purpose on a flat substrate. Various optical waveguides using glass, plastics, oxide crystals, semiconductor crystals, etc. as materials have been tried. Among them, quartz-based glass and silicon Silica-based optical waveguides composed of materials are also expected to provide practical waveguide-type optical components because of their excellent connection characteristics with silica-based optical fibers as transmission lines. I have.
【0004】図4は、従来の石英系光導波路の構造例の
説明図であって、シリコン基板上に8個の方向性結合器
21, 22, …, 28が配置された例を示す。(a) は平面図、
(b)は平面図(a) のA−A′における断面拡大図であ
り、1は直径3インチのシリコン基板、2は石英系ガラ
スバッファ層、3は石英系ガラスクラッド層であり、11
a, 11b, 12a, 12b, …, 18a, 18bは、バッファ層2とク
ラッド層3の間に埋め込まれた石英系ガラスコア部であ
る。FIG. 4 is an explanatory view of a structure example of a conventional silica-based optical waveguide, in which eight directional couplers are provided on a silicon substrate.
An example in which 21, 22,…, 28 are arranged is shown. (a) is a plan view,
(b) is an enlarged cross-sectional view taken along the line AA 'in the plan view (a), wherein 1 is a silicon substrate having a diameter of 3 inches, 2 is a quartz-based glass buffer layer, 3 is a quartz-based glass clad layer, and 11
a, 11b, 12a, 12b,..., 18a, 18b are quartz glass cores embedded between the buffer layer 2 and the cladding layer 3.
【0005】これらの隣接する2本のコア部が対とな
り、その一部が近接して方向性結合器21, 22, …, 28を
構成している。石英系光導波路の本体は光伝搬作用をす
るコア部11a, 11b, 12a, 12b, …, 18a,18b にあること
はもち論であるが、バッファ層2は信号光がシリコン基
板1に吸い込まれるのを防止する役割があり、またクラ
ッド層3はコア部を伝搬する信号光のモードを整え、例
えば単一モード条件にする役割のほかに、コア部を保護
する重要な役割も果している。コア部の断面寸法は、単
一モード条件に合わせた場合、8μm 角前後であり、バ
ッファ層2とクラッド層3の厚さは、それぞれ20μm 〜
30μm 程度である。図4の光導波路は、図4(a) で破線
で囲んだ方向性結合器単位ごとに光導波路チップとして
切り出されて、必要に応じて入出力光ファイバを、光導
波路コア部端に接続し、光分岐・合流等の作用をする導
波型光部品としての体裁を整えることになる。[0005] These two adjacent core portions form a pair, and a part thereof is close to each other to form directional couplers 21, 22, ..., 28. Although it is a matter of course that the main body of the silica-based optical waveguide is located in the core portions 11a, 11b, 12a, 12b,..., 18a, 18b that perform light propagation, the buffer layer 2 absorbs signal light into the silicon substrate 1. The cladding layer 3 regulates the mode of the signal light propagating in the core portion, and plays an important role of protecting the core portion, for example, in addition to the role of providing a single mode condition. The cross-sectional dimension of the core part is about 8 μm square when adjusted to the single mode condition, and the thickness of each of the buffer layer 2 and the cladding layer 3 is 20 μm to
It is about 30 μm. The optical waveguide of FIG. 4 is cut out as an optical waveguide chip for each directional coupler unit surrounded by a broken line in FIG. 4 (a), and an input / output optical fiber is connected to the end of the optical waveguide core as necessary. Thus, the appearance as a waveguide type optical component that acts such as light branching and merging can be adjusted.
【0006】図4の埋め込み型石英系光導波路を製造す
るには、四塩化シリコン等の火炎加水分解反応を利用す
る石英系ガラス膜堆積技術と、反応性イオンエッチング
によるガラス膜の微細加工技術との公知の組み合わせに
より形成できる。すなわちシリコン基板1の上にバッフ
ァ層とコア層からなる石英系光導波膜を、火炎加水分解
反応堆積法により堆積した後、光導波膜コア層の不要部
分を反応性イオンエッチングにより除去して、所望のコ
ア部のみを残し、再び火炎加水分解反応堆積法により、
コア部を覆うように厚いクラッド層を堆積して形成でき
る。In order to manufacture the buried quartz optical waveguide shown in FIG. 4, a quartz glass film deposition technique utilizing a flame hydrolysis reaction of silicon tetrachloride or the like, and a fine processing technique for a glass film by reactive ion etching are used. Can be formed by a known combination. That is, a quartz optical waveguide film composed of a buffer layer and a core layer is deposited on the silicon substrate 1 by a flame hydrolysis reaction deposition method, and then unnecessary portions of the optical waveguide film core layer are removed by reactive ion etching. Remaining only the desired core portion, again by the flame hydrolysis reaction deposition method,
It can be formed by depositing a thick cladding layer so as to cover the core portion.
【0007】ところが、図4に示した従来の埋め込み型
石英系光導波路の構造とその製造方法では、往々にし
て、バッファ層2とクラッド層3の間に、はく離や、ひ
び割れが発生する問題があった。はく離や、ひび割れ
は、光導波路チップの切り出し工程において、強い機械
的外力がクラッド層に加えられた際に生ずる傾向があ
り、このため、切り出しは長時間をかけて慎重に行う必
要があった。また切り出し後にチップ端面を鏡面研磨す
る工程においても、機械的衝撃が加わると前記はく離が
生ずることが観察された。However, the structure of the conventional buried silica-based optical waveguide shown in FIG. 4 and its manufacturing method often have a problem that peeling or cracking occurs between the buffer layer 2 and the cladding layer 3. there were. Peeling and cracking tend to occur when a strong mechanical external force is applied to the cladding layer in the step of cutting out the optical waveguide chip. Therefore, the cutting must be performed carefully over a long period of time. Also, in the step of mirror-polishing the end face of the chip after cutting, it was observed that the peeling occurred when a mechanical shock was applied.
【0008】はく離の原因は、以下のように推察され
る。すなわち埋め込み型石英系光導波路を構成するクラ
ッド層としては、コア層やバッファ層に比べて、軟化温
度が低いガラス組成が選定されている。これは埋め込み
工程時に、コア層やバッファ層が変形するのを防ぐため
である。軟化温度の互いに異なるクラッド層とバッファ
層とは、熱膨張係数も互いに異なり、クラッド層とバッ
ファ層の境界には残留応力が働いている。この残留応力
が原因で、切り出しや研磨等の外部刺激により、前述の
はく離や、ひび割れが生ずるものと推察される。[0008] The cause of the peeling is presumed as follows. That is, a glass composition having a lower softening temperature than the core layer and the buffer layer is selected as the clad layer constituting the buried quartz optical waveguide. This is to prevent the core layer and the buffer layer from being deformed during the filling step. The cladding layer and the buffer layer having different softening temperatures also have different thermal expansion coefficients, and a residual stress acts on the boundary between the cladding layer and the buffer layer. It is presumed that the aforementioned peeling and cracking are caused by external stimuli such as cutting and polishing due to the residual stress.
【0009】[0009]
【発明が解決しようとする課題】本発明は、前記の欠点
に鑑みなされたもので、外部応力に強く、はく離や、ひ
び割れが発生し難く、切り出しや実装工程時の取り扱い
が容易な埋め込み型石英系光導波路およびその製造方法
を提供することにある。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-mentioned drawbacks, and is directed to a buried quartz that is resistant to external stress, hardly causes peeling or cracking, and is easy to handle during cutting and mounting steps. An object of the present invention is to provide a system optical waveguide and a method for manufacturing the same.
【0010】[0010]
【課題を解決するための手段】本発明の埋め込み型石英
系光導波路は、基板と、石英系ガラスからなり前記基板
上に形成されたコア部と、基板と同一の素材からなり前
記コア部と略同一の高さを有し前記基板上の前記コア部
と光結合が生じない部分を略覆うように網目状または格
子状に配置された突起部からなるアンカー部と、石英系
ガラスからなり前記コア部およびアンカー部を埋め込む
クラッド層とからなることを特徴とする。このような本
発明の埋め込み型石英系光導波路は、基板の上に形成さ
れたバッファ層の上に形成してもよい。The buried quartz optical waveguide of the present invention comprises a substrate, a core made of quartz glass, formed on the substrate, and a core made of the same material as the substrate. An anchor portion having substantially the same height and comprising a projection portion arranged in a mesh shape or a lattice shape so as to substantially cover a portion where optical coupling does not occur with the core portion on the substrate; and It is characterized by comprising a core portion and a cladding layer for embedding the anchor portion. Such a buried quartz optical waveguide of the present invention may be formed on a buffer layer formed on a substrate.
【0011】また、本発明の埋め込み型石英系光導波路
の製造方法は、基板上に少なくともコア層を含む石英系
ガラス光導波膜を形成する工程と、前記コア層の不要部
分をエッチングにより除去して光伝搬作用をするコア部
を形成するとともに、前記コア層の前記コア部以外で、
かつ前記コア部と光結合を生じない部分を部分的にエッ
チングして網目状または格子状に突起部を残す工程と、
前記コア部および突起部を同時に埋め込む石英系ガラス
クラッド層を形成する工程とからなることを特徴とす
る。このような本発明の埋め込み型石英系光導波路の製
造方法においては、前記石英系ガラス光導波膜を形成す
る工程で、基板上に石英系ガラスバッファ層を堆積し、
その上にコア層を形成するようにしてもよい。In the method of manufacturing a buried quartz optical waveguide according to the present invention, a quartz glass optical waveguide film including at least a core layer is formed on a substrate, and an unnecessary portion of the core layer is removed by etching. And forming a core portion that performs light propagation action, and other than the core portion of the core layer,
And a step of partially etching a portion that does not cause optical coupling with the core portion to leave a projection in a mesh or lattice shape,
Forming a quartz-based glass clad layer in which the core and the protrusion are buried at the same time. In the method of manufacturing the buried quartz optical waveguide of the present invention, in the step of forming the quartz glass optical waveguide film, a quartz glass buffer layer is deposited on the substrate,
A core layer may be formed thereon.
【0012】[0012]
【作用】このような構造を有する埋め込み型石英系光導
波路では、クラッド層は、網目状または格子状に残され
たコア層からなる突起部(アンカー部)を埋め込んで基
板またはバッファ層と接する。この場合、アンカー部の
突起部間の空隙にクラッド層を構成する素材の一部が食
い込み、アンカー部がクラッド層をつなぎとめて、いわ
ゆるアンカー作用により、クラッド層が基板やバッファ
層やコア部からはく離することを防止する。バッファ層
と基板またはクラッド層との間の応力集中もアンカー部
の存在により分散され、ひび割れも発生し難くなる。In the buried quartz optical waveguide having such a structure, the cladding layer is in contact with the substrate or the buffer layer by embedding a projection (anchor) formed of a core layer left in a mesh or lattice shape. In this case, a part of the material constituting the clad layer cuts into the gap between the protrusions of the anchor portion, the anchor portion holds the clad layer together, and the clad layer is separated from the substrate, the buffer layer, and the core portion by a so-called anchor action. To prevent Stress concentration between the buffer layer and the substrate or the cladding layer is also dispersed by the presence of the anchor portion, and cracks are less likely to occur.
【0013】従来の埋め込み型光導波路路とは、コア部
と同一層に光伝搬作用ではなく、はく離防止のアンカー
作用を有する言わばダミーが埋め込まれている点で大き
く異なる。The conventional buried optical waveguide is greatly different from the conventional buried optical waveguide in that a dummy is embedded in the same layer as the core portion, not to have a light propagation effect, but to act as an anchor for preventing peeling.
【0014】[0014]
【実施例】以下、図面により本発明の実施例を詳細に説
明する。図1は本発明の埋め込み型石英系光導波路の一
実施例を示し、(a) は平面図、(b) は図1(a)のB−
B′における断面拡大図である。図4に示した従来例と
の相違点は、方向性結合器21, 22,23, 24, 25, 26, 2
7, 28を構成するコア部11a,11b,…, 18a, 18bに加え
て、コア部と光結合が生じない位置に、網目状または格
子状に配置された突起部(アンカー部)5〔図1(a) に
おいてハッチングを施した部分〕がコア部とともにクラ
ッド層3に埋設されている点である。この実施例のアン
カー部5は、幅20μm 、長さ40μm の方形突起が縦横ピ
ッチ60μm で、コア部から60μm 以上離れた領域に網目
状に配置されている。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. 1A and 1B show an embodiment of a buried quartz optical waveguide according to the present invention, wherein FIG. 1A is a plan view, and FIG.
It is a sectional enlarged view in B '. The difference from the conventional example shown in FIG. 4 is that the directional couplers 21, 22, 23, 24, 25, 26, 2
In addition to the core portions 11a, 11b,..., 18a, 18b constituting the portions 7, 28, projections (anchor portions) 5 arranged in a mesh or lattice shape at positions where optical coupling does not occur with the core portions [FIG. 1 (a) is hatched in the cladding layer 3 together with the core. In the anchor portion 5 of this embodiment, square protrusions having a width of 20 μm and a length of 40 μm are arranged in a mesh at a distance of 60 μm or more from the core portion with a vertical and horizontal pitch of 60 μm.
【0015】図2(I), (II), (III),(IV), (V)は、図1
に対応する本発明の光導波路の製造工程例を説明するた
めの断面拡大図群である。図2(I) では最初にシリコン
基板1に四塩化シリコン等の火炎加水分解反応を利用し
てバッファ用石英系ガラス微粒子層2aおよびコア用石英
系ガラス微粒子層10a を堆積する。続いて、図2(II)で
はガラス微粒子層を基板と一緒に電気炉中で高温(約13
00℃) に加熱して透明ガラス化して石英系ガラスバッフ
ァ層2およびコア層10からなる光導波膜とする。次に図
2(III) では、コア層10の不要部分を反応性イオンエッ
チング工程により除去して、所望のコア部および突起部
を残す。次に図2(IV)では、再度、火炎加水分解反応を
利用して、軟化温度がバッファ用やコア用よりも低いク
ラッド用石英系ガラス微粒子層3aを堆積する。具体的に
は四塩化シリコンに三塩化ホウ素や三塩化リンを多量に
添加してクラッド用ガラス微粒子層3aを堆積した。図2
(V) では再度、電気炉中で加熱して、クラッド用石英系
ガラス微粒子層3aを透明ガラス化して石英系ガラスク
ラッド層3を得る。このうようにして、図1に対応する
埋め込み型石英系光導波路を作製することがてきる。こ
の実施例で作製した光導波路の諸元は、バッファ層25μ
m 、コア部寸法8μm ×8μm 、クラッド層厚25μm 、
コア・クラッド間の比屈折率差0.25%、方向性結合器の
結合部のコア間隔4μm 、結合長0.5 mmであった。FIGS. 2 (I), (II), (III), (IV) and (V) correspond to FIG.
FIG. 6 is an enlarged sectional view group for explaining an example of a manufacturing process of the optical waveguide of the present invention corresponding to FIG. In FIG. 2 (I), first, a silica glass fine particle layer 2a for a buffer and a silica glass fine particle layer 10a for a core are deposited on a silicon substrate 1 by using a flame hydrolysis reaction of silicon tetrachloride or the like. Subsequently, in FIG. 2 (II), the glass fine particle layer was put together with the substrate in an electric furnace at a high temperature (about 13 ° C.).
(00 ° C.) to form a vitreous transparent film by virtue of the quartz glass buffer layer 2 and the core layer 10. Next, in FIG. 2 (III), an unnecessary portion of the core layer 10 is removed by a reactive ion etching process to leave desired core portions and protrusions. Next, in FIG. 2 (IV), the silica glass fine particle layer 3a for cladding, whose softening temperature is lower than that for the buffer or the core, is deposited again using the flame hydrolysis reaction. Specifically, a large amount of boron trichloride or phosphorus trichloride was added to silicon tetrachloride to deposit the cladding glass fine particle layer 3a. FIG.
In (V), heating is again performed in an electric furnace, and the silica-based glass fine particle layer 3a for a clad is transparently vitrified to obtain a silica-based glass clad layer 3. In this way, a buried quartz optical waveguide corresponding to FIG. 1 can be manufactured. The specifications of the optical waveguide manufactured in this example are as follows:
m, core size 8 μm × 8 μm, cladding layer thickness 25 μm,
The relative refractive index difference between the core and the clad was 0.25%, the core interval at the coupling part of the directional coupler was 4 μm, and the coupling length was 0.5 mm.
【0016】このようにして作製した光導波路付きシリ
コンウェハを、毎秒0.8mm の速度でダイシングソーによ
り切り出して、光導波路チップとしたが、はく離や、ひ
び割れの発生は皆無であった。比較のためにアンカー部
の無い従来構造の光導波路付きシリコンウェハを、同等
の速度で切り出したところ、約30%の割合で、はく離
や、ひび割れが発生し、はく離等の発生を抑えるには、
切り出し速度を1/4以下に低減せねばならなかった。The silicon wafer with the optical waveguide manufactured as described above was cut out by a dicing saw at a speed of 0.8 mm / sec to obtain an optical waveguide chip, but no peeling or cracking occurred. For comparison, when a silicon wafer with an optical waveguide with a conventional structure without an anchor portion was cut out at the same speed, peeling and cracking occurred at a rate of about 30%, and to suppress the occurrence of peeling, etc.
The cutting speed had to be reduced to 1/4 or less.
【0017】なお、本発明の埋め込み型石英系光導波路
とその製造方法においては、光導波路チップ切り出し
や、研磨工程等の実装時のはく離や、ひび割れ等を防止
できる効果に加えて、次のような副次効果もあることを
見い出した。すなわち図2に示した光導波路製造工程に
おいて、透明ガラス化時のクラッド用石英系ガラス微粒
子層3aのはく離を防止する効果もある点である。軟化温
度を下げるためのドーパント酸化物P2O5や、B2O
3を大量に含んだクラッド用石英系ガラス微粒子層3a
は、透明ガラス化時に急激に収縮して、クラッド層から
はがれてしまい、埋め込み工程そのものが失敗し、光導
波路自体が作製できない事態が時折見られたが、本発明
のアンカー部を配置すると、クラッド用石英系ガラス微
粒子層のはがれの発生は皆無となった点である。アンカ
ー部がアンカーの役割を果たして、クラッド用石英系ガ
ラス微粒子層をつなぎとめて、その急激な収縮と、はが
れを防止しているものと推察される。In the buried quartz optical waveguide and the method of manufacturing the same according to the present invention, in addition to the effect of preventing chipping of the optical waveguide and peeling during mounting such as a polishing step, cracking, etc., We found that there were some side effects. That is, in the optical waveguide manufacturing process shown in FIG. 2, there is also an effect of preventing the quartz glass fine particle layer 3a for cladding from peeling off during the vitrification. Dopant oxide P 2 O 5 for lowering the softening temperature, B 2 O
Silica-based fine glass particle layer 3a containing a large amount of 3 for cladding
In the case of transparent glass, it suddenly shrunk during the vitrification, peeled off from the cladding layer, the embedding process itself failed, and occasionally a situation where the optical waveguide itself could not be produced was seen, but when the anchor portion of the present invention was arranged, the cladding This is a point that no peeling of the silica-based glass fine particle layer occurred. It is presumed that the anchor portion plays the role of an anchor and holds the silica-based glass fine particle layer for cladding to prevent its rapid shrinkage and peeling.
【0018】また、前記実施例のようにアンカー部の突
起を密に設けておくと、アンカー部上面のクラッド層高
さが、光導波路コア部上面のクラッド層高さを上回るこ
とになり(図2(V) 参照) 、ケーシング等の実装工程で
光導波路チップの上面からチップを金属枠等で押し付け
ても、その外部応力が光導波路コア部に直接及ぶことを
避けることができる副次効果もあることを付記する。When the protrusions of the anchor portion are densely provided as in the above embodiment, the height of the clad layer on the upper surface of the anchor portion exceeds the height of the clad layer on the upper surface of the optical waveguide core portion (see FIG. 2 (V)), even when the chip is pressed with a metal frame or the like from the upper surface of the optical waveguide chip in the mounting process of the casing, etc., there is also a secondary effect that can prevent the external stress from being directly applied to the core of the optical waveguide. Note that there is.
【0019】図3は、本発明で重要な役割を担うアンカ
ー部の網目状および格子状パターンの例を示す図であ
る。図3(a) は、前記実施例で説明したものを示す。図
3(b)は、例えば幅20μm 、長さ50μm の方形突起を横5
0μm ピッチで配置したものであり、図3(a) との差
は、方形突起が一方向にのみ配列されている点である。
図3(c) は、直径25μm の円形突起を50μm ピッチで配
置したものである。図3(d) は、幅30μm の直線状突起
部をピッチ100 μm の格子状に配置したものである。い
ずれのパターンでも所望のアンカー作用が認められた
が、図3(d) のように閉じた領域をもつ格子状パターン
の場合には、ピッチを50μm 程度以下に小さくすると、
埋め込み工程時にアンカー部に気泡が取り残される現象
が見られ、図3(d) に示すような閉じた領域をもつ格子
状パターンでは、ピッチを小さく設定し過ぎることは得
策ではない。FIG. 3 is a diagram showing an example of a mesh-like and lattice-like pattern of an anchor portion which plays an important role in the present invention. FIG. 3A shows the one described in the above embodiment. FIG. 3 (b) shows a rectangular projection having a width of 20 μm and a length of 50 μm, for example.
They are arranged at a pitch of 0 μm. The difference from FIG. 3A is that the square projections are arranged only in one direction.
FIG. 3C shows circular projections having a diameter of 25 μm arranged at a pitch of 50 μm. FIG. 3 (d) shows a linear projection having a width of 30 μm arranged in a lattice pattern with a pitch of 100 μm. The desired anchor action was observed in any of the patterns. However, in the case of a lattice pattern having a closed area as shown in FIG. 3D, when the pitch was reduced to about 50 μm or less,
In the embedding process, a phenomenon that air bubbles are left in the anchor portion is observed, and it is not advisable to set the pitch too small in a lattice pattern having a closed region as shown in FIG.
【0020】以上、方向性結合器を例にとり、本発明の
埋め込み型石英系光導波路の構造と製造方法については
説明したが、本発明は方向性結合器に限定されることな
く、導波型光分岐・結合器、光スイッチ、光合分波器、
等の多種、多様な導波型光部品メニューに適用できるこ
とは言うまでもない。また前記実施例では、石英系光導
波路を支える基板としてシリコン基板を用いた例を示し
たが、石英ガラス基板上の石英系光導波路にも適用でき
る。石英ガラス基板上では、前記実施例におけるバッフ
ァ層2を省略して、基板上に直接、コア部とアンカー部
を形成することも可能であるが、基板との界面不整によ
る光散乱損失を抑制するためには、少なくとも10μm 厚
程度のバッファ層を設けることが望ましい。Although the structure and the manufacturing method of the buried quartz optical waveguide of the present invention have been described by taking the directional coupler as an example, the present invention is not limited to the directional coupler, Optical splitter / combiner, optical switch, optical multiplexer / demultiplexer,
Needless to say, the present invention can be applied to various and various waveguide type optical component menus. Further, in the above-described embodiment, the example in which the silicon substrate is used as the substrate for supporting the quartz optical waveguide has been described, but the present invention can also be applied to a quartz optical waveguide on a quartz glass substrate. On the quartz glass substrate, it is possible to omit the buffer layer 2 in the above embodiment and form the core portion and the anchor portion directly on the substrate. However, it is possible to suppress light scattering loss due to irregularity of the interface with the substrate. For this purpose, it is desirable to provide a buffer layer having a thickness of at least about 10 μm.
【0021】アンカー部の突起部の形状は、図3に限定
されるものではなく、要は、クラッド層に密に食い込
み、しかも埋め込み易い形状であればよいのである。網
目状または格子状の残留突起部からなるアンカー部と光
導波路コア部との間で光結合が生じては不都合であるの
で、光導波路コア部の寸法やコア・クラッド間の比屈折
率差にも依存するが、アンカー部とコア部との間は30〜
200 μm 程度離すことが望ましい。The shape of the projection of the anchor portion is not limited to that shown in FIG. 3, but it is essential that the shape be such that it can easily penetrate the cladding layer and be easily embedded. Since it is inconvenient if optical coupling occurs between the anchor portion composed of the mesh-like or lattice-like residual protrusions and the optical waveguide core portion, the size of the optical waveguide core portion and the relative refractive index difference between the core and the clad are reduced. The distance between the anchor and core is 30 to
It is desirable to be separated by about 200 μm.
【0022】[0022]
【発明の効果】以上説明したように、本発明では、光導
波路コア部とともに、クラッド層のはく離を防止する網
目状または格子状の突起部からなるアンカー部を、クラ
ッド層で埋め込むことにより、切り出しや実装時のクラ
ッド層のはく離や、ひび割れを防止することができ、導
波型光部品を安定、かつ再現性よく製造するうえで極め
て効果的である。アンカー部の形成は、コア部の形成と
同時に実行でき、1枚のマスクパターン上に、コア部と
アンカー部との形状を描いておけるので、マスクパター
ン合わせや、別工程などを必要としないプロセス上の利
点も見逃せない。As described above, according to the present invention, together with the core portion of the optical waveguide, the anchor portion composed of a mesh-like or lattice-like projection for preventing the cladding layer from peeling is cut out by embedding it in the cladding layer. This can prevent the cladding layer from peeling or cracking during mounting, and is extremely effective in producing a waveguide type optical component with stability and reproducibility. The formation of the anchor portion can be performed simultaneously with the formation of the core portion, and since the shapes of the core portion and the anchor portion can be drawn on one mask pattern, a process that does not require mask pattern alignment or a separate process. The above advantages cannot be overlooked.
【0023】[0023]
【発明の効果】以上説明したように、本発明では、光導
波路コア部とともに、クラッド層のはく離を防止する網
目状のアンカー部を、クラッド層で埋め込むことによ
り、切り出しや実装時のクラッド層のはく離や、ひび割
れを防止することができ、導波型光部品を安定、かつ再
現性よく製造するうえで極めて効果的である。網目状ア
ンカー部の形成は、コア部の形成と同時に実行でき、1
枚のマスパターン上に、コア部とテラス部の形状を描い
ておけるので、マスクパターン合わせや、別工程などを
必要としないプロセス上の利点も見逃せない。As described above, according to the present invention, together with the optical waveguide core portion, a mesh-shaped anchor portion for preventing the clad layer from peeling is buried in the clad layer, so that the clad layer can be cut out or mounted at the time of mounting. Peeling and cracking can be prevented, and this is extremely effective in producing a waveguide type optical component stably and with good reproducibility. The formation of the mesh anchor portion can be performed simultaneously with the formation of the core portion.
Since the shapes of the core portion and the terrace portion can be drawn on a single mass pattern, the advantages of the process that does not require mask pattern alignment or another process cannot be overlooked.
【図1】(a) は、本発明の埋め込み型石英系光導波路の
一実施例の平面図である。(b) は、図1(a) のB−B′
における断面拡大図である。FIG. 1 (a) is a plan view of one embodiment of a buried quartz optical waveguide of the present invention. (b) is BB 'in FIG. 1 (a).
FIG.
【図2】本発明の埋め込み型石英系光導波路の製造工程
例を示す図である。FIG. 2 is a view showing an example of a manufacturing process of a buried quartz optical waveguide of the present invention.
【図3】本発明における網目状アンカー部の配置例を示
す図である。FIG. 3 is a diagram showing an example of the arrangement of a mesh anchor portion according to the present invention.
【図4】(a) は、従来の埋め込み型石英系光導波路の構
造例の平面図である。(b) は、図4(a) のA−A′にお
ける断面拡大図である。FIG. 4A is a plan view of a structure example of a conventional buried quartz optical waveguide. FIG. 4B is an enlarged cross-sectional view taken along line AA ′ of FIG.
1 シリコン基板 2 石英系ガラスバッファ層 3 石英系ガラスクラッド層 3a クラッド用ガラス微粒子層 4 凸部 5 網目状アンカー部 10 石英系ガラスコア層 10a コア用ガラス微粒子層 11a, 11b, 12a, 12b, 13a, 13b, 14a, 14b, 15a, 16b,
17a, 17b, 18a, 18b石英系ガラス光導波路コア部 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28 方向性結合器DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Silicon substrate 2 Quartz glass buffer layer 3 Quartz glass clad layer 3a Glass fine particle layer for cladding 4 Convex part 5 Network anchor 10 Quartz glass core layer 10a Glass fine particle layer for core 11a, 11b, 12a, 12b, 13a , 13b, 14a, 14b, 15a, 16b,
17a, 17b, 18a, 18b Silica glass optical waveguide core 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28 Directional coupler
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ▲吉▼澤 鐵夫 東京都千代田区内幸町1丁目1番6号 日本電信電話株式会社内 (56)参考文献 特許2862625(JP,B2) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G02B 6/12 - 6/14 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (72) Inventor ▲ Yoshi ▼ Tetsuo Sawa 1-6-1, Uchisaiwaicho, Chiyoda-ku, Tokyo Nippon Telegraph and Telephone Corporation (56) References Patent 2862625 (JP, B2) (58) Survey Field (Int.Cl. 7 , DB name) G02B 6/12-6/14
Claims (4)
と、 前記コア部と同一の素材からなり、前記コア部と略同一
の高さを有し、前記基板上の前記コア部と光結合が生じ
ない部分を略覆うように網目状または格子状に配置され
た突起部からなるアンカー部と、 石英系ガラスからなり、前記コア部およびアンカー部を
埋め込むクラッド層とからなることを特徴とする埋め込
み型石英系光導波路。1. A substrate comprising: a substrate; a silica-based glass; a core portion formed on the substrate; and a same material as the core portion, having substantially the same height as the core portion; An anchor portion composed of projections arranged in a mesh or lattice shape so as to substantially cover a portion where optical coupling does not occur with the core portion above, and a cladding layer made of quartz glass and burying the core portion and the anchor portion. A buried silica-based optical waveguide, comprising:
上に堆積された石英系ガラスバッハァ層の上に形成され
ていることを特徴とする請求項1に記載の埋め込み型石
英系光導波路。2. The buried silica-based optical waveguide according to claim 1, wherein said core portion and said anchor portion are formed on a silica-based glass buffer layer deposited on said substrate.
ガラス光導波膜を形成する工程と、 前記コア層の不要部分をエッチングにより除去して光伝
搬作用をするコア部を形成するとともに、前記コア層の
前記コア部以外で、かつ前記コア部と光結合を生じない
部分を部分的にエッチングして網目状または格子状に突
起部を残す工程と、 前記コア部および突起部を同時に埋め込む石英系ガラス
クラッド層を形成する工程とからなることを特徴とする
埋め込み型石英系光導波路の製造方法。3. A step of forming a silica-based glass optical waveguide film including at least a core layer on a substrate, and forming a core portion having a light propagation function by removing unnecessary portions of the core layer by etching. A step of partially etching a portion of the core layer other than the core portion and not causing optical coupling with the core portion to leave projections in a mesh or lattice shape, and quartz for simultaneously embedding the core and the projections Forming a system-based glass clad layer.
程では、基板上に石英系ガラスバッファ層を堆積し、そ
の上にコア層を形成することを特徴とする請求項3に記
載の埋め込み型石英系光導波路の製造方法。4. The burying method according to claim 3, wherein in the step of forming the quartz glass optical waveguide film, a quartz glass buffer layer is deposited on a substrate, and a core layer is formed thereon. Of manufacturing a quartz optical waveguide.
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-
1991
- 1991-09-06 JP JP22722691A patent/JP3067299B2/en not_active Expired - Lifetime
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