JPH01196005A - 光マイクロガイドの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、電磁エネルギが閉じ込められかつ電磁界の固
有モードにしたがって流れかつマイクロガイドの寸法お
工び屈折率および運ばれる電磁放射の波長に依存する構
造である元マイクロガイドの製造方法に関するものであ
る。

明らかなように、用語「光ガイド」は可視光に限定され
ずかりま几赤外線ま友は紫外線に拡することができる。

光マイクロガイドの主たる特性は、最小の光損失で、言
い換えれば入口に注入されｔ電磁エネルギに出来るだけ
近い電磁エネルギ°を出口に復帰させるように作動する
ことである。

マイクロガイドの中、本発明はとくに多重コーティング
または層の堆積によって製造されるマイクロガイドに関
する。これらのマイクロガイドは少なくとも３つの重畳
された材料層を有し、その１つ（３膚の場合の中心層）
は他の２つの層より高い屈折率を有し、前記層は以下の
明細書においてガイド層として言及される。これらの檀
々の層は公知の方法において、例えば、とくに８）０２
の場合にプラズマ補助化学蒸気堆積（ｐａｃｖｏ）　　
またはとくにチッ化ケイ素８）３Ｎ、の場合において、
火炎加水分解および低圧化学蒸気堆積（ＬＰＣＶＤ）の
ごとき他の化学蒸気堆積法に＝つて製造される。

本発明はま友、カソードスパッタリングまたは真空蒸発
によって得られる多層構造に関する。

さらに、一般的な用語において、複数の層が同一基本成
分、例えばシリカを有するとき、屈折率の差を有するた
めに、公知の方法ヲ使用してドーピングが１つ、幾つか
ま九はすべての層について行なわれる。この公知の方法
のうち反５ガスの存在中での化学反応、イオン注入およ
びイオンま几は種々の原子の拡散の梗用に言及すること
ができる。

本発明の理解の几めに、まず、８）ｏ、から製造される
マイクロガイドを例として取る通常の元マイクロガイド
の製造方法を説明したつその後このよりなマイクロガイ
ドの、本発明による方法によって除去されることができ
る欠点について言及する。

η葛たる公知の製造における種々の連続工程を示す第１
図ないし第５図を参照してマイクロガイドの分野におけ
る従来技術を説明する。

第１図は例えばシリコン基板１を略示しており該基板１
上にはま几公知の方法で、２つの連続シリカ１−１すな
わち、例えば第１の普通のシリカ層２および第２のドー
ピングし之シリカ層３が堆積される。シリカ層６はシリ
カ層２より高い屈折率を持たねばならず、シリカ層３は
シリカの屈折率の増大を可能にしかつ例えばリン、ゲル
マニウムまたはチタンによって構成されるドーパントに
二ってドーピングされる。さらに、シリコン基板１はガ
ラスまたはシリカ基板、またはこれらの堆積がその上１
’（なされることができるいずれの材料からなる基板に
よっても置き換えられることができる。

マイクロガイドの製造の公知の次の工程は第２図におい
て見ることができる。第２図においては上述した層１，
２および５を見ることができそしてシリカ層５０表面上
に幅Ｗの帯片の形で実施されかつ次に起こるシリカ層３
のエツチングを許容する保護マスク４が設けられる。こ
のマスクを構成する材料はとくに感光性樹脂ま几は金属
からなることができる。

第３図に示される次の工程は、矩形のドーピングされた
シリカ棒３の形のマイクロガイドの実際のガイド１−に
至る保護層４全通してドーピングされ九８）０２層３を
エツチングすることからなり、その後マスクは除去され
る。

第１図、第２図および第３図において、／１２は屈折率
ｎｉかりｔｔｉ　３は屈折率ｎ＋−ｎｌｔ−有する。

第４図には製造の最終工程が示され、この工程は第３図
の完全な構造をΔｎａ　（Δｎ□である屈折率ｎ＋Δｎ
２のまｔはこの場合にΔｎａ　（ΔｎｌまたはΔｎｇ）
Δｎ工である屈折率ｎ−Δｎ２のシリカＮｌｌ５で被覆
することからなる。通常、シリカ層２および５は同一屈
折率ｎｔ−かつマイクロガイド３は屈折率ｎ＋Δｎ□を
有する。必須の点はガイド層として有効に役立つ層３に
Ｌす、核層５が、電磁光波の求められるトラッピングを
引き起すように、層２の屈折率および／１５の屈折率よ
り高い屈折率を有するということである。言い換えれば
、Ｉｎ１２および５はドーピングされないシリカ／１１
１Ｖｃすることができるかまたはそれらがドーピングさ
れたシリカｌ″１′あるならば、それらはマイクロガイ
ドを構成する層３エリ弱くドーピングされねばならない
。

層２お工び５はま友、シリカの屈折率の減少全可能にす
るホウ素またはフッ素のごときドーパントによってドー
ピングさねぇシリカ層にすることができそしてこの場合
に層３は普通のシリカからなることができる。

このようにして製造された元マイクロガイドはそれらの
構成にしたがって変化するが、しばしば幾つかの用途に
は高過ぎる強度での光云播損失を有する。とくに、この
ようなマイクロガイドの損失はガイド層３の幅Ｗが減少
するとき刀）っガイド層と隣＊ｍとの間の屈折率の差Δ
ｎ工が数１０−３であるときかなり増大し、損失はＷが
５〜６μｍの値に等しいかま几はそれ以下であるとき非
常に迅速に増大する。

この損失の顕著な増大の理由は知られておりかつ以下の
２つの王たる原因を有する。一方で、ガイド層ｔエツチ
ングするｔめの方法は使用されるエツチング方法（イ、
オンエツチング、反応イオンエツチング、化学エツチン
グ等）の結果として、ならびにエツチング条件（反応イ
オンエツチングの間中使用されるガスの性質、化学エツ
チングの間中便用される化学エツチング溶液の性質）に
応じてかつマスク４ｖｉ−製造するのＩＣ使用される保
護材料の型の結果として変化することができる層２およ
び３の表面欠陥を導く。他方において、ガイド層３の大
きさＷの減少は案内されるモードに向かう装置の作動の
展開を導き、そのガイド層の全反射数が増大する。し九
がって前述した表面欠陥とのエリ多くの相互作用かりし
ｔがって光学的損失の相対的増大がある。

前に言及された従来技術の表面欠陥を示す几めに、第４
図の構造と同一の構造を示す第５に図を参照する。第５
図にはガイド層３の横面および層２と５との闇の中間向
にわ友って分布される波状起伏が前記遣々の増量の接合
不規則性を現わしたつ前述された方法により得られる最
終結果を示す。

本発明はとくに多層堆積によりより低い元伝播損失を有
しそして簡単でかつ有効な方法により、第５図に示され
几上述したエツチング欠陥の結果の２１要さの最小化を
可能にする元マイクロガイドの製造方法に関する。

し九がって、本発明は、基板上に次の順序で配置される
、屈折率ｎの第１　Ｉｎ、屈折率ｎ＋Δｎ工の第２ガイ
ド層および前記２つの鳩を被覆する屈折率ｎ＋ΔＱ２の
第５層からなり、Δｎａ　（Δｎｌまｔはｎ−Δｎ２で
ある多層堆積に工９低光云播損失全ゼし、第２ガイド層
が２つの連続工程において堆積され、その第１堆積工程
に続いて、第１中間層のマスクしてない部分が第１ノー
とｈに等しい第１中間層との間に配ｆ１ｔされた中間面
と反対にされかつ第１層と第２層との間の中間向に達し
ないようなエツチング精度と矛盾のない厚さを有するた
めに適宜なマスクによる第１中間層の部分エツチングが
行なわれ、第２堆積工程が第１中間層と同一の屈折率ｎ
＋Δｎｌを有する材料からなる第２甲間鳩を堆積しかつ
第１中間層のエツチング欠陥を再生しないような高さｈ
′だけ第１中間層の上方にあり、第２Ｆ−のエツチング
されｔ部分の全体の厚さｈ＋ｈ′がマイクロガイドの作
動と矛盾のないように丁べきであることを特徴とする元
マイクロガイドの製造方法に関する。

言い換えれば、厚さｈ　−１−ｈ’は前記領域に多分案
内される光エネルギが伝播することができないために比
較的小さくしなけれはならない。これは厚さｈ　＋ｈ’
がこのようにして形成された平圓ガイドに関連する遮断
厚さ工９少ないか、筐たは前記平面ガイドの案内される
モードに関連する束の間の波が基板が作動波長に対して
透明でないならば基板に二って吸収されることができる
かまたは層５の上方の完成された構造に計画的ＶＣ堆積
された吸収（金楓〕壜１ｃよって吸収されることを意味
する。

かくして、本発明による方法は、同一とみな丁ことがで
きかつ最小にすることが望まれるエツチング欠陥（明ら
かに層３ａのマスクされ九部分上以外）Ｉｃ工っで分離
される同一屈折率の２つの重畳され几中間鳩に対応する
２つの連続工程における第２ガイド層３の製造に本質的
１ｃｉ礎が＆刀為れる。

本発明によれば、層６の第１エツチング工程は層２の表
面の上方の高さｈにおいて停止される第１中間層３ａの
ニッチ／ダニ程であり、前記中間７１３ａのエツチング
された表面は従来技術の増２お工び３と同一の欠点を有
している。

本発明によれば、中間／ｉ＠３ａ上に該中間層３ａと同
一の屈折率ｎ＋ｎｌｉ有する材料において第２中間鳩６
ｂを堆積することにより前記した表面欠陥に打ち勝つこ
とができる。この第２中間層６′。

は、表面欠陥を再生することなしに、中間ｆ＠　３　ａ
および３ｂの中間面において配置され几エツチング欠陥
全吸収するように適切な厚さｈ’ｌｃよってドーピング
され、厚さｈ　＋ｈ’はマイクロガイドの作動と矛盾し
ないように十分小さい。

最後に、上述した病体は、第１図ないし第５図に記載さ
れた従来技術における層５による場合のように、中間、
ｍ　３ａお工び６ｂの屈折率以下の屈折率を有する＃５
によって被ＩＩＬされる。

以下に、本発明をこれによるマイクロガイドの製造方法
の非限定的な実施例に関連してかつ糸付図面に関連して
詳細に説明する。

第６図ないし第９図に関連して説明される実施例におい
て、基板１は例えばシリコンからかつ層２．３ａ、３ｂ
お工び５はシリカ８）ｏ２からなり、層２お工び５は屈
折率ｎをかつ中間／Ｉ＃３ａおよび３ｂは屈折率ｎ＋Δ
ｎ工全有する。これは、明らかなように、本発明の実施
のと（Ｉｃ興味のある場合であるが、後で示されるよう
に、他の三つ組の材料またはドーピングもま九本発明の
特別な用途の場合の結果として使用されることができる
。

第６図はシリコン基板１を示し、この上に屈折率ｎの第
１シリカ層２および屈折″４ｎ＋Δｎ□の第１中間／１
ｉ３ａが堆積される。）曽６ａは適宜なマスクを通して
公知の手段ＶＣよって部分的にエツチングされている。

層２と１５ａ間の中間面から計算して、禰３ａのエツチ
ングされｔ部分の残りの厚さはｈに等しい。記載されｆ
ｃ特別な場合においてｈの値は、例えば０．１〜α５μ
ｍの間にあることができる。本質は先行のエツチングの
間中層２と５ａ間の中間面に達しないようにすることで
６る。

堆積の不均質性を考慮して、この盤のエツチングのｆ［
は層３ａＯ厚さのほぼ５チであり、その結果第１中間層
３ａの＃さが５μｍに等しいときｈを０２５μｍに等し
い値に選ぶことができる。

第６図は第１中間層３へのエツチング済み領域上にこの
工程において存在する必然的な表（６）欠陥全描写的な
起伏によって略示する。

第７図はそこで第１中間層３ａの屈折率と同一の屈折率
からなりかつ第１中間、ｍｙｋ高さｈ′だけ被榎する材
料を堆積する第２工程を示す。記載され次側において、
萌記第２中間層３ｂは、第１中間層３ａと同様に、ドー
ピングされかつ屈折ｉｎ＋Δｎ、ｆ有するシリカ５１０
２から作られる。岸さｈ′の選択は２つの対向する要求
間の妥協、すなわち第１中間層３ａの表面欠陥全吸収し
かつ削除するのに適するようなｈ′の要求お工びマイク
ロガイド３の作動と矛盾しないために高過き゛ないｈ　
＋ｈ’の要求から結果として生じる。本例の場合に、厚
さｈ′は０．５〜２μｍの間でありかりΔｎ□は約５×
１０−３である。第１中間１−３ａのエツチング済み部
分の高ざｈは第１中間層３ａの厚さの約５チである。

最後に、第８図は、その厚さが一般に数μｍである第４
図に関連して記［１１３！された箆と同一の型のシリカ
増５の厳終堆ａｔからなる最後の製造工程金示し、それ
に関連する主たる要求は案内されるモードと関連する束
の間の波の深さより）￥いという快求刀為ら生じる。

第９図を参照して、その寸法が嘱Ｗでかつ高さＨである
ガイド１＃４を製造することが望まれるとき本発明によ
る方法の実施のための実際の要件について説明する。第
９図から推測されることができるように、必要な作業は
、 （８）　）ＦＥｒ折率ｎｏ第１ｊ曽２上に屈折率ｎ＋Δ
ｎ１オ、Ｃび）！＃さＨ−ｈ’の中間層３ａを堆積し；
（Ｉｌｌｌ）エツチング済み部分が厚さｈを有するまで
幅ｗ−２ｈ’のパターンの形で７１８Ｆｒ単ｎ＋Δｎ工
の材料からなる第１中間鳩３ａｉ部分的にエツチングし
；（Ｃ）層３ａの屈折率と同−屈折率全音し〃１つ全体
の厚さｈ′の材料からなる２ｇ２中間層３ｂ’２堆積し
；（ｄ）第２甲間層３ｂの上方の層５ａお工び３ｂの屈
折率以下の屈折率ｎ±Δｎ２を有する材料の層５に＝９
先行の堆積からなる構体を完成することからなる。

本発明に工れば、これら５つの層２，３お：び５を構成
する材料は以下の三つ組から選ばれることができる。す
なわち、 ８）０２、ドープト　８）０２・、８）０．；ドープド
−８）０８）０ドープド−８）０２；２＃　　　　２り ＥｌｉＯ２，８）３Ｎ、　、　８）０２；８）０２　、
　Ｚ　ｎ　０　、８）０２；８）０２、８）３Ｎ、　、
　Ａｌ２Ｏ３；８）０　　８）ＯＮ　、　、８）０□ ２　＃ である。

これらの例において、ＷＩ３の中間／ｍ　３　ａお：び
３ｂは同一の性質からなる。

さらに、用語「ドープト　」は基本材料の屈折率の増大
を導くドーピングをそして「ドープド−」は基本材料の
屈折率の外掛を導くドーピングを意味するものと理解さ
れる。

ガイド層を構成する材料が２つのシリカ１間に挿入され
るチッ化ケイｉ　Ｓｉ３Ｎ４または酸化亜鉛ＺｎＯでら
るとき、ガイド層の高さＨ？　０．０５〜α２μｍの間
の値に、厚さｈ全（１０２〜α０８．ｃａｍの値に選ぶ
ことが有利であり、屈折率の差Δｎ□はほぼ０．５５で
ある。

本発明による製造方法の中、以下について注目されるべ
きである。

（８）明らかに必然的である第１中間層３ａのエツチン
グ欠陥の意義は、中間層３ａおよび６ｂ間の中間ｌにあ
るｔめ、減じられ、２つの中間層が同一の屈折率を有す
るため、屈折率変化はゼロである。

（ｂ）ガイドＮ３は丸味を付けｔ角変および本発明によ
る方法によって得られるマイクロガイドと先行の単モー
ド光ファイバとの間の答易な結合を許容する円形対称を
有する単モード光ファイバの外観に近い案内されたモー
ド外観を有する。

（Ｃ）ガイド層の一定の高さＨの几めに、実施されるべ
きエツチングの深さは決して無視し得ない時間節約およ
び減じられ次フレームの汚染を導〈従来方法において必
要なエツチングＲＧに対応するＨの代りに、Ｈ−ｈ　−
、ｈ’のみである。

本発明の好適な実施例によれば、光ガイド層は元ガイド
が元ファイバと結合された形に２いて使用される場合に
おいてとくに適切な選択であるその高さＨにほぼ等しい
幅Ｗが付与される。

第１０図は浮きｈ　＋ｈ’の平面ガイドにおいてマイク
ロガイド（そのガイドｌ曽が厚さＨカ為らなる）の外部
の寄生光の伝播全阻止する几めに、相補的吸収層６、例
えば金Ｖ４１１１１１の使用を示す。このようなＩＩＩ
の厚さは、従来技術においてｈ　＋ｈ’＝　ｏかりし九
がって光がその結果として存在しない平面ガイド円に伝
播しないことができる範囲に、本発明と関連づけられる
。

例えば金属吸収ＮＩ６は、淳さｈ　＋ｈ’の平面ガイド
７の上方の、第１０図の左右に配置された領域６ａに制
限されることができるか、または少しも制限されないか
も知れずかつその場合に連続である。後者の場合には、
明らかに、ガイド＃３の上に垂れ下がっているｓｉｏ２
ｍ　５の厚さは前記ガイド１−３内に案内された元が吸
収！！＃乙に吸収されないと仮定される。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図、第３図、第４図および第５図は公知の
製造方法の種々の工程を示す概略図、第６図は光マイク
ロガイドのドーピングし次第１中間層の堆積を示す概略
図、 第７図は元マイクロガイドの第２中間層の堆積を示す概
略図、 第８図は元マイクロガイドを伏憶する第３ノ曽の堆積金
示す概略図、 第９図は幅Ｗおよび高さＨのガイド着の製造への本発明
ＩＣよる方法の適用を示すａｗｈ図。 第１０図は第８図および第９図の一造に関連して相補的
金属吸収層の堆積金示す概略図である。 図中、符号１は基板、２は第１層、３は第２ガイド！−
１３ａ、３ｂは第１および８）！２中間層、５（外６名
）゛ ＦＩＧ、１０

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）基板上に次の順序で配置される、屈折率ｎの第１
   層（２）、屈折率ｎ＋Δｎ＿１の第２ガイド層（８）お
   よび前記２つの層を被覆する屈折率ｎ＋Δｎ＿２の第３
   層（５）からなり、Δｎ＿２＜Δｎ＿１またはｎ−Δｎ
   ＿２である多層堆積により低光伝播損失を有する光マイ
   クロガイドの製造方法において、前記第２ガイド層（８
   ）が２つの連続工程において堆積され、その第１堆積工
   程に続いて、第１中間層（３ａ）のマスクしてない部分
   が前記第１層とｈに等しい前記第１中間層との間に配置
   された中間面から計算されかつ前記第１層と前記第２層
   との間の中間面に達しないようなエッチング精度と矛盾
   のない厚さを有するために、適宜なマスクによる前記第
   １中間層の部分エッチングが行なわれ、第２堆積工程が
   前記第１中間層と同一の屈折率ｎ＋Δｎ＿１を有する材
   料からなる第２中間層（３ｂ）を堆積しかつ前記第１中
   間層のエッチング欠陥を再生しないような高さｈ′だけ
   前記第１中間層の上方にあり、前記第２層のエッチング
   された部分の全体の厚さｈ＋ｈ′がマイクロガイドの作
   動と予盾のないようにすべきであることを特徴とする光
   マイクロガイドの製造方法。 （２）前記基板はシリコンからなりかつ前記３つの層は
   シリカからなり、前記第１および第３層が同一屈折率ｎ
   を有しかつ前記第２層がドーピングされかつ屈折率ｎ＋
   Δｎ＿１を有し、Δｎ＿１は約５×１０＾−＾３で、ｈ
   は前記第１中間層の厚さの約５％でありかつｈ′は０．
   ５〜２μｍの間であることを特徴とする請求項１に記載
   の光マイクロガイドの製造方法。 （８）前記３つの層を構成する材料が以下の三つ組の材
   料、すなわち、 ＳｉＯ＿２、ドープド＾＋＿２ＳｉＯ＿２、ＳｉＯ＿２
   ；ドープド＾−ＳｉＯ＿２、ＳｉＯ＿２、ドープド＾−
   ＳｉＯ＿２；ＳｉＯ＿２、Ｓｉ＿３Ｎ＿４、ＳｉＯ＿２ ＳｉＯ＿２、ＺｎＯ、ＳｉＯ＿２； ＳｉＯ＿２、Ｓｉ＿３Ｎ＿４、Ａｌ＿２Ｏ＿３；ＳｉＯ
   ＿２、ＳｉＯＮ、ＳｉＯ＿２ の中から選ばれることを特徴とする請求項１に記載の光
   マイクロガイドの製造方法。 （４）前記光ガイド層は実質上その高さＨに等しい幅ｗ
   を有することを特徴とする請求項１に記載の光マイクロ
   ガイドの製造方法。 （５）前記ガイド層の材料はチッ化ケイ素Ｓｉ＿３Ｎ＿
   ４または酸化亜鉛ＺｎＯの中から選ばれ、前記ガイド層
   の高さＨは０．０５〜０．２μｍの間でありかつその高
   さは０．０２〜０．０８μｍの間であることを特徴とす
   る請求項３に記載の光マイクロガイドの製造方法。 （６）前記構造は前記第３被覆層上への吸収層の堆積に
   よつて完成されることを特徴とする請求項１に記載の光
   マイクロガイドの製造方法。