JPS6366511A - 石英系光導波路の製造方法 - 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】 −−Ｉ シリコ基板上に石英系光導波路を製造する方法であって
、シリコン基板上に透明なガラス膜をけ産性良く形成す
るため、予めシリコン基板上に高温で粘性の大きなガラ
ス膜を形成した後、その上にクラッド用及びコア用の多
孔質ガラス膜を形成し、これらのガラス膜を高温に加熱
して焼結りることにより、常に安定して透明ガラス膜を
得ることができる。

産業上の利用分野 本発明は光通信用デバイス等に使用される光導波路、特
に石英系ガラスより形成される光導波路の製造方法に関
する。

近年光通信の進展に伴い、光分岐・結合回路や光分波・
合波器等の光部品を大吊且つ安価に供給することが要求
されている。従来これらの光部品としでは、プリズム、
レンズまたはフィルタなどの組合せからなるバルク型光
部品が用いられていた。しかし、これらのバルク型光部
品は、組立て調整に長時間を要するために生産性が悪（
、光部品の高価格化を招き、また小型化も難しいため光
通信方式の諸分野への発展が阻害されていた。最近、上
記の問題を解決する方法として、平面基板上に光導波路
を作成づると共に、この平面基板上に発光素子、受光素
子等の各種８１能素子を搭載し、光尋波路端部を光フン
イバと結合させる光モジュールが開発されている。この
ように光導波路の利用形態が、最近になり益々発展して
きているため、効率良く光導波路を製造することのでき
る光導波路製造方法が要望されている。

１迷Ｊし１貨 従来の石英系光導波路用のガラス膜形成方法としては、
シリコン基板上に直接ガラス膜を形成する方法と、多孔
質ガラス膜を形成した後、これを＾温に加熱して焼結し
、透明ガラス膜を形成プる方法とが知られている。

前者の方法の一例を挙げると、まずシリコン基板を水蒸
気雰囲気中で加熱することにより熱酸化させて厚さ４．
５μｍのクラッド用ガラスを形成した後、その上にＴｉ
を添加した５ｉ０２ガラスをスパッタリングにより形成
してコアガラス股とする。光導波路とするためには、以
上のようにしてシリコン基板上に形成したガラス膜をリ
ソグラフィーにより、積層されたクラッド用及びコア用
ガラス膜を所定形状にパターン化し、続いて５ｉ０２ガ
ラスを該パターン上にＣＶＤ法等により形成しクラッド
ガラスとすることにより、光導波路を得ている。

後者の方法においては、第２図に示すような装置を使用
する。第２図において、６はターンテーブルであり、図
示矢印方向に間欠的に回転される。

ターンテーブル６上にはシリコン基板１が複数個載置さ
れており、このシリコン基板１上に火炎加水分解用バー
ナ５によりＨ２，０２及び５ＩＣ）４等の原料ガスを吹
ぎ付けて堆積させる。まずシリコン基板１上にクラッド
用多孔質ガラス膜を堆積させ、続いて組成を変えてコア
用多孔質ガラス膜を堆積させる。続いてシリコ基板１を
約１３００℃に加熱して、多孔質ガラス膜を焼結して透
明ガラスにする。光導波路とするためには、このように
してシリコン基板上に形成した透明ガラス膜をリソグラ
フィーにより所定形状にパターン化し、続いてこのパタ
ーン上にＳｉＯ２ガラスをＣＶＤ法等により形成しクラ
ッドガラスとして、石英ガラス系先導波路が得られる。

発明が解決しようとする問題点 従来のガラス膜形成方法のうち、直接シリコン基板上に
ガラス膜を形成する方法では、透明度の良いガラス膜が
比較的筒単に形成できるが、作業性が悪いという欠点が
あった。例λば、厚さ４゜５μｍのクラッド用ガラスを
形成するのに、約２５時間要しさらにコアガラスのｊＩ
Ｌ積速度も非常に小さい。

シリコン基板上に多孔質ガラスをまず形成しＣからこれ
を透明ガラス化する方法では、厚さ４゜５μｍの透明な
りラッドガラス、厚さ４５μｍの透明なコアガラスを形
成するのに、約２時間あれば十分である。しかしこの方
法では、透明ガラス化条件を厳しく制御する必要がある
。

例えば従来、シリコン基板上に形成するクラッドガラス
膜として、Ｓ　ｉ　Ｏ−Ｐ２０５−［３２０３から成る
ガラス膜あるいは５ｔＯ２のみから成るガラス膜を形成
していたが、このとき次のような問題が生じた。

Ｓ　ｉ　０２−Ｐ２Ｏ３−８２０３から成るガラスをク
ラッド用に使うときには、シリコン基板全面に渡って透
明で均質なガラス膜を安定して形成することができなか
つに０例えば、この三成分より成る多孔質ガラスを１２
６０℃で１５分間加熱したところ、基板上の一部では透
明なガラス膜が形成できたが、他の一部では未だ焼結が
完了せず不透明であった。１２９０℃で加熱したときに
は、同様に一部では透明なガラス膜を形成できたが、一
部では１２６０℃のときとは逆にガラス中に気泡を生じ
てしまった。この気泡は、シリコン基板とガラス膜との
界面より発生したものであることが確認された。これら
の現象は、シリコン基板上に堆積した多孔質ガラスの組
成の不均一性及びこの三成分ガラスの高温での粘性変化
が大きいことから生じると考えられる。

ＳｉＯ□ガラスをクラッド用に使うときには、次のよう
な問題が生じた。５ｉ０２多孔質ガラスを１３５０℃で
加熱したところ、透明なガラス膜が形成できたが、５ｉ
０２ガラスとシリコン基板の熱膨張係数のミスマツチン
グが大きいこと及びガラス化温度がＳ　ｉ　０２−Ｐ２
０５−８２０３ガラスより高いことから、透明ガラス化
後室温に冷却するまでの間にシリコン基板が割れてしま
うという問題があった。なお、シリコン基板と３ｉ０２
ガラスとの界面には気泡を生じていたが、５ｉ０２の粘
性が大きいためこの気泡は小さいままで残り、５ｉ０２
ガラスの透明度には影響を与えることはなかった。

以上のようにＳ　ｉ　０２−Ｐ２０５−［３２０３ガラ
スあるいは５ｉ０２ガラスをクラッド用ガラスとして使
用したときには、シリコン基板全面に渡って透明なガラ
ス膜を形成することができないという問題があった。

本発明はこのような点に鑑みなされたものであり、その
目的とするところは、作業性が良くシリコン基板上に安
定して透明ガラス膜を形成することのできる石英系光導
波路の製造方法を提供することである。

問題点を解決するための手段 本発明によれば、シリコン基板１上に光導波路用のガラ
ス膜を形成づるのに、予めシリコン基板１上に高温で粘
性の大きなガラスｇ！２を形成する。

その後、ガラス膜２上にクラッド用多孔質ガラス膜３、
コア用多孔質ガラス膜４を形成し、これらを高温に加熱
して焼結化することにより透明ガラス膜を得るようにし
ている。クラッド用多孔質ガラスＷ；４３及びコア用多
孔質ガラス膜４は、ガラスｍ２より熱膨張係数が大きく
、透明ガラス化湿度の低いものを用いるようにする。

［−一皿 シリコン基板１上に形成した粘性の大きなガラス膜２は
、基板１との間に発生する気泡が膨張するのを抑止する
作用をする。この抑止作用のためには、高温で粘性の大
ぎなガラス膜２の厚さは、１μｍ程度あれば十分である
。本発明によれば、このガラス膜２の上に熱膨張係数が
大きく且つ透明ガラス化温度の低いクラッド用多孔質ガ
ラス膜３及びコア用多孔質ガラス膜４を形成しているの
で、応力によってシリコン基板１が割れることもなく、
シリコン基板１全面に渡って透明なガラス膜を安定して
形成することができる。

実　　施　　例 以下本発明の実施例を詳細に説明することにする。

第２図に示すような多孔質ガラス膜堆積装置を使用して
、シリコンＬ（板１上に火炎加水分解用バーナ５により
、Ｓ　ｉ　Ｏ２の多孔質ガラス膜を堆積させた。次いで
シリコン基板を１３５０℃で１５分間加熱して、厚さ約
１μｍの透明な５ｈｏ２ガラス膜をシリコン基板全面に
渡って形成した。このシリコン基板は室温まで冷却して
も割れることはなかった。

続いて同様な装置を使用して、５ｉＯ２−Ｐ、。

０５−８２０３から成るクラッド用多孔質ガラス、Ｓ　
ｉ　０２−Ｇｅｍ２−Ｐ２０、から成るコア用多孔質ガ
ラスを順次堆積させた後、１２９０℃で加熱したところ
、ガラス中には気泡を含むことなく、透明なりラッド用
ガラス膜及びコア用ガラス膜が基板全面に渡って得られ
た。

第１図は上述のようにしてシリコン基板、Ｆに形成され
たガラス膜の断面図であり、シリコン基板１上に厚さ１
．０μｍのＳ　ｉ　Ｏ２ガラス膜２が形成されており、
このガラス膜２上にクラッド用ガラス膜３及びコア用ガ
ラス膜４が積層されている。

本実施例においては、クラッド用ガラス膜３の厚は５μ
ｍ１コア用ガラス膜４の厚さは４７μｍであった。この
シリコン基板は、室温に冷却しても割れることはなかっ
た。

本実施例において使用した、クラッド用ガラス膜３及び
コア用ガラス膜４は、Ｓｉｏ２ガラス膜２より熱膨張係
数が大きく且つ透明ガラス化温度が低いものであった。

本実施例では、基板としてシリコン基板を採用している
が、シリコン基板は熱伝導が良く、Ｇ　ａ　Ａ　Ｓ系光
半導体素子を光導波路と組合せて使用づるとき、熱放散
性が良いというメリットがあるためである。

このようにシリコン基板１上にＳ　ｉ　０２ガラス膜２
、クラッド用ガラス膜３、コア用ガラス膜を形成した後
、光導波路とするためには、クラッド用ガラス膜３及び
コア用ガラス膜４をリソグラフィーにより所定形状にパ
ターン化し、次いでこのパターン上に３ｉ０２ガラスを
ＣＶＤ法により形成してクラッドガラスとすることによ
り光導波路を形成した。

発明の効果 本発明は以上詳述したように、シリコン基板上に高温で
粘性の大きなガラス膜を形成し、このガラス膜上にクラ
ッド用ガラス膜及びコア用ガラス膜を形成するようにし
たので、基板とその上のガラス膜との界面より気泡が発
生することがなく、また熱膨張係数のミスマッヂングに
より生じる基板とその上のガラス股間に働く応力が小さ
いために基板が割れることがないので、シリコン基板」
−に光導波路用のガラス膜を安定して形成することがで
きるという効果を奏する。さらに多孔質ガラスをまず形
成して、この多孔質ガラスを焼結により透明化している
ので、シリコン基板上に１１１接ガラス膜を形成する方
法に比較して生産性が良いという効果もある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明により形成された光導波路用ガラス膜断
面図、 第２図は多孔質ガラス膜堆積装置の概略構成図である。 １・・・シリコン基板、 ２・・・高温ぐ粘性の大きなガラス膜（Ｓｉｎ、、）、
３・・・クラッド用ガラス膜、 ４・・・コア用ガラス膜、 ５・・・火炎加水分解用バーナ、 ６・・・ターンテーブル。 １：　＞リコン埜オ更 ４：　つア刈オ゛ラス平（ 第１図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 シリコン基板（１）上にクラッド用多孔質ガラス膜（３
   ）及びコア用多孔質ガラス膜（４）をこの順に形成し、
   これらのガラス膜（３、４）を高温に加熱して焼結する
   ことにより透明ガラス膜とした後、リソグラフィーによ
   り積層されたクラッド用及びコア用透明ガラス膜を所定
   形状にパターン化し、次いで該パターン上にクラッドガ
   ラスを積層する石英系光導波路の製造方法において、 前記シリコン基板（１）上に高温で粘性の大きなガラス
   膜（２）を形成した後、 該ガラス膜（２）上にクラッド用多孔質ガラス膜（３）
   及びコア用多孔質ガラス膜（４）を形成し、これらの多
   孔質ガラス膜（３、４）を高温に加熱して焼結すること
   を特徴とする石英系光導波路の製造方法。